CN1095643C - 吸收性复合材料、其制备方法及包含该材料的吸收用品 - Google Patents
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Abstract
一种包含吸收性胶凝材料颗粒和化学硬挺的纤维素纤维的吸收性复合材料,所述纤维包裹并粘结至所述的颗粒上,所述颗粒呈单独形式。优选化学硬挺的纤维素纤维是基本单独形式的纤维素纤维,并带有以纤维内交联键的形式与该纤维反应的交联剂。该吸收性复合材料特别适用于一次性吸收用品如卫生巾和尿布的吸收芯。
Description
技术领域
本发明涉及一种包含一种或多种独立的吸收性胶凝材料颗粒的吸收性复合材料,所述的颗粒具有包裹和粘结至其上的化学硬挺的纤维素纤维;另外本发明还涉及所述吸收性复合材料的制备方法。该吸收性复合材料尤其适用于一次性吸收用品如妇女卫生用品和尿布的吸收性芯。
背景技术:
吸收性胶凝材料(也称之为水凝胶,超吸收性,或水解胶体材料,并且在下文也称之为“AGM”,或复数为“AGMs”)能吸收大量液体如水和体内渗出物,并且还能在中等压力下保留这些已吸收的液体。这些吸收特性使之尤其适用于一次性吸收用品如尿布,卫生巾,失禁装置等。通常,颗粒AGMs安排在这些用品的吸收芯中的吸收性纤维网之中和/或之上。例如,US3,699,103(1972年6月13日授权于Harper等人)和US3,670,731(1972年6月20日授权于Harmon)均披露了颗粒AGM在吸收用品中的用途。
然而,常规的颗粒AGMs有一定的局限性,即在处理和/或使用期间颗粒没被固定且能自由移动。在处理期间,颗粒的迁移会导致在制造工序期间材料的加工损失,更重要的是,会导致将颗粒不均匀地引入其中使用颗粒的结构中。不均匀引入颗粒会形成许多相对高浓度的颗粒材料区。当颗粒润湿时,这些高浓度区往往会显现出很高的抗液体流动性,即凝胶闭塞。凝胶闭塞是使用相对大凝胶体积,低凝胶强度的AGMs的一个特殊的问题。因此,减弱了通过吸收用品对液体的收集和/或分布,导致不良地使用该用品和/或产生渗漏。
由于产品的设计或迁移所致,颗粒可存在于顶层或底层的附近。吸收性颗粒存在于这些区域往往会产生:对穿戴者有砂的感觉,底层的针孔会产生对美学不利的影响和/或造成渗漏,和/或通过顶层使凝胶迁移至穿戴者的皮肤上。
述及颗粒水凝胶在吸收用品中迁移的一种方法被披露于US3,901,236(1975年8月26日授权于Assarsson等人)中。Assarsson披露了基本被纤维如常规的木浆纤维涂覆的颗粒水凝胶。包含粘结至其上或埋在其中的纤维如合成聚合纤维或常规的木浆纤维的颗粒吸收材料的其它复合材料分别披露于US5,230,959(1993年7月27日授权于Young,Sr.等人)和US5,002,814(1991年3月26日授权于Knack等人)中。
尽管前面披露的技术至少部分改善了减少颗粒AGM材料迁移的某些问题,但是,至今还没有任何办法能解决这些问题,或能达到本发明的程度。例如,业已发现,在减少AGM颗粒迁移时,普通木浆纤维的作用比化学硬挺纤维素纤维的作用差。此外,与本发明的吸收性复合材料相比,上述材料的吸收效率往往受到一定的限制。特别是,与普通的木浆纤维或合成聚合纤维相比,化学硬挺的纤维素纤维往往能赋予该复合材料更快的液体收集时间、更高的液体吸收速率以及更高的液体保留率。
因此,需要颗粒AGMs在吸收用品中迁移最小。此外,还需要改善掺入颗粒AGMs的吸收用品的吸收效率(包括液体收集速率和液体保留率)。尤其希望的是,提供一种符合所述吸收效率,具有尽可能最薄构形的吸收用品。
因此,本发明的目的是提供一种颗粒的、吸收性胶凝材料,所述材料是相对固定的,因此不会自由迁移入或迁移出吸收用品的吸收芯,特别是包含亲水纤维的吸收芯。本发明的另一目的是,提供一种由这类颗粒的、吸收性胶凝材料制成的或包含这种材料的吸收部件。本发明的还有一个目的是,提供一种包含这些吸收性胶凝材料的吸收用品,这些用品不会有美学问题、针孔问题和/或凝胶渗漏至皮肤上的问题。本发明的再一个目的是,提供一种能满足或超过已知吸收用品的吸收效率的、相对较薄构形的吸收用品。
发明内容:
本发明涉及包含颗粒AGM和化学硬挺的纤维素纤维的吸收性复合材料,并涉及含有所述复合材料的吸收部件和用品。本发明的复合材料包含有一种或多种AGM颗粒和包裹并粘结至独立形式的这些颗粒上的化学硬挺的纤维素纤维,其中,绝大部分纤维的两端均伸出颗粒的表面。可通过将纤维埋置在颗粒的聚合材料中、通过粘结剂或它们的组合将纤维粘结至颗粒上。在优选的实施方案中,通过使用粘结剂将纤维粘结至AGM颗粒上。
在优选的实施方案中,本发明复合材料的化学硬挺的纤维素纤维具有内交联键,所述的内交联键是通过当所述纤维处于相对脱水、纤维分离(即单一化的)、加捻、卷曲状态时对纤维进行交联而形成的。
在另一优选的实施方案中,吸收性复合材料另外还包含带有两端的合成聚合纤维,将所述的合成聚合纤维粘结至所述的颗粒上,以致使所述合成聚合纤维的两端伸出所述的颗粒。
本发明的吸收复合材料优选通过包括如下步骤的方法制备:(1)将液态粘结剂施加至化学硬挺的纤维素纤维上以形成处理过的纤维;(2)在粘结剂仍处于液态,颗粒仍处于基本独立形式时,将聚合的吸收性胶凝材料颗粒和处理过的纤维进行物理结合,结果是,纤维包裹在颗粒上并且纤维的两端从颗粒中伸出;和(3)将颗粒和纤维进行粘结。在优选的实施方案中,将粘结剂施加至包含化学硬挺的纤维素纤维的纤网上。根据该实施方案,将包裹并粘结至给定的AGM颗粒上的纤维与包裹在其它AGM颗粒上的纤维进行机械分离。
优选地,本发明提供了一种包含单独形式的、聚合的、吸收性胶凝材料的颗粒和带有两端的化学硬挺的纤维素纤维的吸收性复合材料的制备方法,其中,所述纤维包裹和固定在所述的颗粒上以致使所述纤维的两端从所述颗粒伸出,包裹给定的聚合的、吸收性胶凝材料颗粒的纤维与包裹复合材料的其它聚合的、吸收性胶凝材料颗粒的纤维分开,该方法包括如下步骤:
(a)提供聚合的、吸收性胶凝材料颗粒和带有两端的化学硬挺的纤维素纤维;
(b)将液态的粘结剂施加至所述的纤维上,以形成处理过的纤维;
(c)在所述粘结剂仍处于液态时,将所述聚合的、吸收性胶凝材料颗粒和所述处理过的纤维进行物理结合,所述颗粒处于单独的状态,以致使所述的纤维包裹所述的颗粒且所述纤维的两端伸出所述的颗粒;和
(d)将所述的颗粒和所述的纤维进行粘结。
在本发明上述方法中,步骤(b)包括以复合材料中的纤维重量计,0.10-25%的量将所述的粘合剂施用到所述的纤维上,该纤维的重量是基于绝干基。
在本发明上述方法中,步骤(c)包括以复合材料的重量为准,将90-30%重量所述的吸收性胶凝材料颗粒和10-70%重量所述的纤维物理结合。
在本发明上述方法中,其中的纤维在施加到所述粘结剂的步骤(b)之前,被单独化处理。
在本发明所述方法中,其中的物理结合步骤(c)包括施加外力,所述外力选自:压力、真空、静电力、冲击力、碰撞力或它们的组合,并且其中的粘合步骤(d)包括加热所述的粘合剂。
在本发明所述方法中,还包括附加步骤:(e)将包裹给定的聚合的、吸收性胶凝材料颗粒的纤维与包裹其它聚合的、吸收性胶凝材料颗粒的纤维机械分离。
本发明还涉及包含该复合材料的吸收部件。该吸收部件可以主要由复合材料组成,或可含有其它吸收性材料。在优选的实施方案中,该吸收部件包含有本发明的复合材料和吸收性载体部件,例如亲水纤维网,其中,该复合材料基本上均匀地分散,更优选的是均匀地分散在该吸收性载体部件中。
本发明还涉及吸收用品,例如,包含吸收复合材料的妇女卫生用品和尿布。在优选的实施方案中,该吸收用品含有吸收部件,该吸收部件含有优选是如上所述的复合材料和吸收性载体部件。
本发明优选提供了一种吸收用品,包含可渗透液体的顶层、不可渗透液体的底层和设置在它们之间的吸收芯,所述的吸收芯包括一种吸收性复合材料,所述吸收性复合材料包括单独形式的、聚合的、吸收性胶凝材料的颗粒和带有两端的化学硬挺的纤维素纤维,所述的纤维包裹并固定至所述的颗粒上,以致使所述纤维的两端伸出所述的颗粒,其中,包裹给定的聚合的、吸收性胶凝材料颗粒的纤维与包裹复合材料的其它聚合的、吸收性胶凝材料颗粒的纤维分开。
在本发明的吸收用品中,复合材料的所述纤维通过交联剂与纤维反应形成纤维内交联键而化学地硬挺。并且,其中的纤维包括单独化的、交联的纤维素纤维,所述纤维包括呈单独形式的纤维素纤维,所述纤维素纤维具有以纤维内交联键的形式与所述的纤维反应的交联剂,而该交联剂选自:2-8个碳原子的具有酸官能团的单醛、2-8个碳原子的二醛、2-8个碳原子二醛的酸性类似物、上述任一化合物的低聚物、2-9个碳原子的多羧酸,以及其混合物,其中所述交联的纤维具有小于60%的水保留值,优选30-45%的水保留值。
在本发明中的吸收用品中,交联剂包括2-9个碳原子的选自下列的多羧酸:(a)饱和或烯属不饱和的脂族和脂环族的2-9个碳原子的多羧酸,且每个分子中至少有三个羧基;以及(b)脂族和脂环族的2-9个碳原子的多羧酸,每个分子中有两个羧基,并且在一个或两个羧基的α、β位有一个碳碳双键;其中所述2-9个碳原子的多羧酸上的一个羧基通过两个或三个碳原子与第二个羧基分开。进一步地,所述的交联剂选自:柠檬酸、1,2,3-丁烷四羧酸、1,2,3-丙烷三羧酸、氧代二丁二酸、酒石酸一丁二酸、酒石酸二丁二酸及其混合物。
在本发明中的吸收用品中,纤维具有以纤维素葡糖酐为基准计算,0.5-10.0%摩尔的交联剂以纤维内酯交联键的形式与该纤维反应。
在本发明中的吸收用品中,吸收芯的复合材料还包含带有两端的合成聚合纤维,所述的合成聚合纤维粘结至所述的颗粒上,以致使所述的合成聚合纤维的两端伸出所述的颗粒。具体地,在吸收用品中,以复合材料的重量为准,复合材料包含90%-30%重量所述的吸收性胶凝材料颗粒和10%-70%重量所述的化学硬挺的纤维素纤维。并且,所述的复合材料的所述纤维通过粘合剂粘结到所述的颗粒上。
在本发明中的吸收用品中,粘合剂选自:亲水性有机溶剂;挥发性疏水有机化合物;水;阳离子聚丙烯酰胺;阳离子氨基-表氯醇加合物;和它们的混合物,优选水和选自阳离子聚丙烯酰胺、阳离子氨基-表氯醇加合物和它们的混合物的混合物。
当吸收性复合材料掺入纤维状吸收结构中时,吸收性复合材料的AGM颗粒通过纤维的包裹往往会被固定。因此,有关AGM颗粒迁移的问题将减至最小程度。此外,由于这些颗粒被纤维单独地缓冲,因此,往往会减少对美学不利的结果和针孔,并增加穿戴者的舒适感。
相对于先前已知的纤维/AGM复合材料而言,本发明的吸收性复合材料提供了改善的吸收性能。本发明者已发现,在本发明的吸收性复合材料中使用的化学硬挺的纤维素纤维提供了利用普通的木浆纤维或合成的聚合纤维所不能达到的益处。
更具体地说,业已发现,相对硬挺的合成聚合纤维具有比本发明中使用的化学硬挺的纤维素纤维更高的抗包裹AGM颗粒的性质。此外,合成纤维是圆柱形的,而化学硬挺的纤维素纤维很薄和平坦。因此,合成聚合纤维往往会在许多不连续的点与AGM颗粒接触,通常在一个或两个点,而化学硬挺的纤维素纤维往往与AGM颗粒的形状相一致。因此,相对于合成聚合纤维而言,化学硬挺的纤维素纤维的任何接触位置往往有大的AGM-纤维接触表面积。因此,对于用纤维包裹AGM颗粒以提供纤维包裹的益处而言,只需要使用比合成聚合纤维更少数目的化学硬挺的纤维素纤维。因此,本发明能使吸收部件含有相对较高的AGM浓度,这在薄吸收用品的设计中是特别有用的。
另一方面,相对于本发明中使用的化学硬挺的纤维素纤维而言,常规的木浆纤维很柔软且易弯曲。这种木浆纤维往往会完全地包裹AGM颗粒或与AGM颗粒相一致,以致使纤维的两端不能伸出,或只是最小程度地从颗粒中伸出。当与流体相接触时,在与AGM颗粒接触之前,流体必须首先透过木浆纤维的包裹层。一旦AGM颗粒润湿后,由于它受木浆纤维包裹层的制约,因此往往会有某些抗溶胀性。相反,化学硬挺的纤维素纤维与AGM颗粒的形状不是紧密地相一致,结果是,在纤维包裹层中势必存在着大量的空隙。因此,包裹AGM颗粒的化学硬挺的纤维素纤维往往有更快的流体吸收速率,在压力下有更高的流体吸收容量,以及更高的流体保留率。
相对于吸收性颗粒和普通木浆纤维的复合材料而言,化学硬挺的纤维素纤维的两端能从AGM颗粒中伸出的能力往往会使包括本发明复合材料的吸收用品中的颗粒的迁移减至最小程度。相对于包含AGM颗粒和普通木浆纤维的复合材料的那些用品而言,伸出作用往往还能增加该吸收用品的吸收性能(包括液体保留率、收集时间和吸收速率)。
附图说明
图1是根据本发明的吸收性复合材料的显微照片。
图2是适用于形成本发明吸收复合材料的装置。
图3是根据本发明的卫生巾形式的吸收用品。
图4是沿图3的4-4线的横截面图。
图5是根据本发明的尿布形式的吸收用品。
具体实施方式:
本发明的吸收性复合材料含有吸收性胶凝材料的颗粒(AGM)和化学硬挺的纤维素纤维。
“颗粒”、“粒子”等意指吸收性胶凝材料呈不连续单元的状态。所述颗粒可包括粒料,粉末,球料,片料,或纤维。因此,颗粒可具有任何希望的形状,如立方形,棒形,多边形,球形,圆形,角形,不规则形,无规尺寸的不规则形(例如通过研磨或粉碎步骤得到的粉末产品)或具有大的最大尺寸/最小尺寸比率的形状,如针状,片状,或纤维状等。尽管颗粒的尺寸可在大范围内进行变化,但颗粒大小通常在约1微米至约2000微米(直径或横截面),优选从约50微米至约1000微米。
吸收性胶凝材料能吸收大量液体如水和体内渗出物,并能在中等压力下保留这些已吸收的液体。虽然对于本发明来说吸收性胶凝材料的选择并不是至关重要的,但典型的和优选的吸收性胶凝材料描述于重新授权的美国专利US Re.32,649(1988年4月19日再次授权于Brandt等人);US4,666,983(1987年5月19日授权于Tsubakimoto等人);以及US4,625,001(1986年11月25日授权于Tsubakimoto等人)中。在此,将这三篇专利文献引入作为参考。通常,AGMs是基本不溶于水的、吸收性的、能形成水凝胶的聚合材料。另外,也可使用吸收性胶凝材料的混合物。
用于本发明的优选的吸收性胶凝材料含有羧基。这些材料包括,水解淀粉-丙烯腈接枝共聚物,部分中和的淀粉-丙烯腈接枝共聚物,淀粉-丙烯酸接枝共聚物,部分中和的淀粉-丙烯酸接枝共聚物,醋酸乙烯-丙烯酸酯共聚物,皂化的醋酸乙烯-丙烯酸酯共聚物,水解的丙烯腈或丙烯酰胺共聚物,任何前述聚合物轻度网状交联的产物,以及部分中和的聚丙烯酸的轻度网状交联的产物。这些聚合物可以单独使用,或以两种或多种聚合物的混合物进行使用。这些聚合物材料的例子披露于US3,661,875;4,076,663;4,093,776;4,666,983;和4,734,498中。最优选的吸收性胶凝材料是部分中和的聚丙烯酸或其淀粉衍生物的轻度网状交联的产物。
优选通过水溶液或其它溶液的聚合方法,如披露于上述的US Re.32,649中的方法,来制备吸收性胶凝材料。然而,也能使用如现有技术中熟知的其它方法制备的吸收性胶凝材料,所述方法如多相聚合处理技术,如反向乳液聚合或反向悬浮聚合方法。例如,反向乳液聚合技术披露于US4,340,706(1982年7月20日授权于Obayashi等人);US4,506,052(1985年3月19日授权于Fletcher等人);和US4,735,987(1988年4月15日授权于Morita等人)中。在此将这三篇专利引入作为参考。
另外,还可任选地对吸收性胶凝材料颗粒进行表面处理。例如,US4,824,901(1989年4月25日授权于Alexander等人)披露了用多季铵对聚合颗粒的表面处理。如果进行表面处理的话,优选按照在此引入作为参考的US4,734,478(1988年3月29日授权于Tsubakimoto等人)和上述参考的US4,666,983中描述的方法对颗粒进行表面处理。
优选的吸收性胶凝材料显示高的吸收容量。吸收容量指的是,给定的聚合物材料吸收与之接触的液体的容量,而且,吸收容量可随被吸收液体的性质和液体接触聚合物材料的方式显著地改变。对于本发明而言,以每克聚合物材料合成尿的克数为单位,根据给定的聚合物材料所吸收的合成尿的量来确定吸收容量。本发明优选的吸收性胶凝材料是吸收容量至少为每克聚合物材料约20克,更优选至少约25克合成尿的那些材料。本发明的聚合物材料的吸收容量通常从约40-约70克合成尿/每克聚合物材料。测定可用于此的颗粒状的、吸收性聚合组分的吸收容量的方法披露于US5,300,565(1994年4月5日授权于Berg等人)中。在此引入该专利作为参考。
本发明的吸收性复合材料还含有化学硬挺的纤维素纤维。纤维素纤维是熟知的并包括例如,由针叶木、阔叶木或棉短绒、西班牙草、甘蔗渣、大麻,和亚麻蒸煮得到的纤维。另外,也可使用从其它木质化纤维源和纤维素纤维源得到的纤维。吸收性复合材料可以包含一种或多种化学硬挺的纤维素纤维。
在此所使用的术语“化学硬挺的纤维素纤维”指的是,为了增加纤维在干燥和含水条件下的挺度,通过化学方法进行硬挺化处理过的纤维素纤维。这些方法包括,添加例如涂布和/或浸渍纤维的化学硬挺剂。所述的方法还包括,通过改变纤维本身的化学结构,例如通过使聚合物链发生交联而使纤维硬挺。
为了进行举例说明,可涂布或浸渍纤维素纤维的聚合物硬挺剂包括:带有含氮基团(例如氨基基团)的阳离子改性的淀粉,如得自National Starch andChemical Corp.(Bridgewater,NJ,美国)的那些产品;胶乳;湿强度树脂如聚酰胺-表氯醇树脂(例如,KymeneR557H,Hercules,Inc.Wilmington,Delaware,美国),聚丙烯酰胺树脂(例如,描述于US3,556,932(1971年1月19日授权于Coscia等人)中;例如,也可得自American Cyanamid Co.,Stanford,CT,美国,以商标ParezTM631 NC出售的聚丙烯酰胺);脲甲醛树脂和三聚氰胺甲醛树脂,和聚乙烯亚胺树脂。在造纸领域中使用的可用于本发明的湿强度树脂的一般性论述可在TAPPI(制浆造纸技术协会)的专论第29号“Wet Strength inPaper and Paperboard”(“纸和纸板的湿强度”)中找到(纽约,1965),在此引入该文献作为参考。
另外,也可通过化学反应的方式而使本发明复合材料中使用的纤维变得硬挺。例如,可将交联剂施加至纤维上,在施加交联剂之后,会使纤维形成纤维内化学交联键。这些交联键可增加纤维的挺度。尽管优选使用纤维内交联键化学地使纤维硬挺,但并不意味着排除使纤维化学硬挺的其它类型的反应。
以独立(即疏松)的形式的交联键而硬挺的纤维例如被披露于US3,224,926(1965年12月21日授权于Bernardin);US3,440,135(1969年4月22日授权于Chung);US3,932,209(1976年1月13日授权于Chatterjee)和US4,035,147(1977年7月12日授权于Sangenis等人)中。更优选的纤维披露于US4,822,453(1989年4月18日授权于Dean等人);US4,888,093(1989年12月19日授权于Dean等人);US4,889,596(1989年12月26日授权于Schoggen等人);US4,889,595(1989年12月26日授权于Herron等人);US4,898,642(1990年2月6日授权于Moore等人);US5,183,707(1993年2月2日授权于Herron等人);和US5,190,563(1993年3月2日授权于Herron等人)中。在此将这些专利全部引入作为参考。
在更优选的硬挺纤维中,化学处理包括,与交联剂进行纤维内交联,而这些纤维处于相对脱水的,分离纤维(即独立),加捻,卷曲状态。在这些独立的(即疏松的)纤维处于这种状态时,交联的作用是形成硬挺的纤维,并且,在用于本发明的吸收用品中时往往能保持其加捻的、卷曲的构形。这些纤维及其制备方法描述于上面引入的专利文献中。
可用于所述纤维内交联的合适的化学硬挺剂包括单体交联剂,它们包括但不局限于2-8个碳原子的二醛,带有酸官能度的2-8个碳原子的单醛,至少带一个醛官能团的2-8个碳原子的二醛的酸性类似物以及任何前述化合物的低聚物。这些化合物能与单根纤维素链中的或位于单根纤维的纤维素链附近的至少两个羟基发生反应。打算用来制备硬挺纤维素纤维的这些交联剂包括但不局限于戊二醛、乙二醛、甲醛和二羟乙酸。通过这些交联剂硬挺的纤维素纤维以及它们的制备方法描述于上面参考并引入的US4,888,093;4,898,642和4,889,596中。
用来进行纤维内交联的最优选的化学硬挺剂是多羧酸盐。合适的多羧酸盐包括2-9个碳原子的多羧酸,包括脂族和脂环族2-9个碳原子的多羧酸,或者是饱和的或烯属不饱和的并且每个分子至少带有三个羧基;每个分子至少带两个羧基的脂族和脂环族2-9个碳原子的多羧酸,并且带有位于羧基之一或两者α,β位的碳-碳双键。在所述的2-9个碳原子的多羧酸交联剂中,给定的羧基与第二个羧基被不少于两个并不多于三个碳原子分隔开。优选的这类交联剂是柠檬酸;1,2,3-丁四羧酸;1,2,3-丙三羧酸;氧联二丁二酸;酒石酸一丁二酸;酒石酸二丁二酸;或它们的混合物。更优选的交联剂是柠檬酸。以纤维素葡糖酐的摩尔数为准,用2-9个碳原子的多羧酸进行交联的纤维通常将含有约0.5摩尔%至约10.0摩尔%的交联剂,更优选将含有约1.5摩尔%至约6.0摩尔%的交联剂,交联剂以纤维内酯交联键的形式与纤维发生反应。通过这种交联剂硬挺的纤维素纤维以及它们的制备方法描述于上面参考并引入的US5,183,707和5,190,563中。
通过参考纤维的“捻数”和纤维的“卷曲因子”,可对加捻的和卷曲的硬挺纤维(优选的)进行定量分析。在此所用的术语“捻数”指的是一定长度的纤维中存在的捻节数。捻数被用作测量纤维绕其纵向轴旋转程度的手段。术语“捻节”指的是纤维绕其纵向轴轴向旋转约180度,其中当在透射光的显微镜下进行观察时,一部分纤维(即“节”)相对于其余部分纤维呈现暗色。捻节在由于上述旋转所致,使透射光穿过另外的纤维壁的这些位置呈现暗色。节间的距离与轴向旋转180度相一致。在一定长度纤维上的捻节数(即捻数)直接反映出纤维的加捻程度,该捻节数是纤维的一个物理参数。测定捻节和总捻数的方法描述于先前参考的US5,183,707中。
用2-9个碳原子的多羧酸交联剂制成的优选的硬挺纤维素纤维,每毫米将具有至少约2.5的平均干纤维捻数。优选至少约3.0的捻节。此外,这些纤维的平均湿纤维捻数至少约1.5,优选至少约2.0,并且还优选至少比平均干纤维捻数少约1.0捻节数/毫米。
除被加捻之外,在本发明的复合材料中使用的,优选的化学硬挺的纤维素纤维还可进行卷曲。纤维的卷曲可称作为由于在纤维中的扭结、加捻和/或弯曲所致的纤维的相对缩短。对于本发明而言,根据二维平面来测量纤维的卷曲。通过参考纤维的卷曲因子可定量分析纤维的卷曲程度。纤维的卷曲因子,即卷曲的二维测量值是通过在二维平面内观测纤维而确定的。为了测定卷曲因子,测量作为二维直角包围纤维的最大尺寸LR的纤维的投影长度和纤维的实际长度LA。然后,可按照下面的公式计算纤维的卷曲因子:
卷曲因子=(LA/LR)-1
可用来测量LR和LA的图像分析法(image analysis)描述于US5,183,707中。优选,在本发明的吸收性复合材料中使用的化学硬挺的纤维素纤维将具有至少约0.30的卷曲因子,更优选至少约0.50。
与所用硬挺剂(即交联剂)的种类和用量、在交联剂固化期间纤维的脱水程度、以及固化时间和条件有关的硬挺度将影响纤维吸收流体的能力和纤维溶胀的趋势。与抗纤维壁溶胀有关的纤维的硬挺度,可通过参考在本发明吸收性复合材料中使用的硬挺纤维素纤维的保水值(WRV)来定量分析。WRV是在纤维间水份基本被除去之后,被大量纤维所保留水量的量度。可用来表征通过相对脱水状态时使纤维发生交联而形成的硬挺纤维的性质的另一个参数是保醇值(ARV)。ARV是被硬挺纤维所吸收流体例如异丙醇程度的量度,在该程度吸液时不会导致纤维的大量溶胀。硬挺纤维的ARV与硬挺处理期间纤维被交联剂溶液溶胀的程度直接有关。相对较高的ARV指的是交联期间纤维通常被相对较大程度地溶胀。WRV和ARV的测量方法描述于US4,898,642中。
对于在本发明中使用的、硬挺的、加捻的、卷曲的纤维而言,WRV值优选将小于约60%,更优选从约28%至约60%,更为优选的是,从约28%至约50%。在更优选的实施方案中,纤维的WRV从约30%至45%。认为具有这些范围内WRV的纤维能提供由于溶胀所致的解捻和纤维挺度间最佳的平衡。
优选在此使用的硬挺纤维素纤维是ARV(异丙醇)低于约30%的那些纤维。这些纤维的ARV(异丙醇)低于约30%的限制,在硬挺处理期间表现出这些纤维相对脱水和未溶胀状态。更优选的是,在此使用的纤维的ARV(异丙醇)低于约27%。
具有先前所述优选的捻数、卷曲因子、WRV和ARV特性的硬挺纤维素纤维,可在这些纤维处于干燥和纤维分离(即疏松)状态或在对这些纤维进行干燥和纤维分离后,通过对相对脱水形式的这些纤维进行内部交联而制备;如在US4,888,093;4,898,642;4,889,595;4,889,596;5,183,563中所述。然而,这并不意味着必须将其它化学硬挺的纤维素纤维排除在本发明之外,这些其它的纤维被描述于(但不局限于)先前引入的US3,224,926;3,440,135;4,035,147和3,932,209中。
在本发明复合材料中,颗粒状吸收性胶凝材料和化学硬挺纤维的相对用量分别为约90%-约30%AGM和约10%-约70%化学硬挺的纤维素纤维。优选该复合材料含有约70%-约30% AGM和约30%-约70%化学硬挺的纤维素纤维。更为优选的是,该复合材料含有约65%-约35% AGM和约35%-约65%化学硬挺的纤维素纤维。前述AGM和纤维的每一个百分数均以复合材料的总重量为基准。
除化学硬挺的纤维素纤维以外,吸收性复合材料还可含有其它的纤维。例如,该吸收性复合材料可含有在本领域中已知的其它亲水性纤维,它们包括普通的木浆纤维或合成的聚合物纤维,聚合物纤维包括聚烯烃单-或多-组分纤维。多组分纤维可含有两种或多种不同的聚合物。当使用这些纤维时,其在吸收性复合材料中的用量通常至多约为纤维总重量的50%。也可以将这些其它的纤维粘结至AGM颗粒上,结果是,纤维的两端从颗粒中伸出。
将化学硬挺的纤维素纤维(和可存在于吸收性复合材料中的其它纤维)粘结至单独的吸收性胶凝材料颗粒上。当将这些纤维引入到如在此所述的吸收部件中时,粘结力必须足以使化学硬挺的纤维素纤维能基本固定AGM颗粒。于是,凝胶闭塞和凝胶渗至皮肤上的问题被减至最小或避免。可通过许多方法产生纤维和AGM之间的粘结力。例如,可以在AGM聚合期间或通过使用粘结剂将纤维粘结至AGM上。AGM聚合法通常将形成机械连接足够部分的、与AGM颗粒接触的、单独纤维的一部分AGM聚合材料,以便产生粘结力。使用粘结剂的方法可涉及这样的机械连接,另外还可涉及通过粘结剂材料产生的AGM颗粒和纤维间的机械和/或化学粘结力。
因此,根据制备复合材料的一种方法,纤维在形成AGM的聚合工艺期间被粘结至AGM颗粒上。如上所述,可通过溶液聚合法或反相聚合法形成吸收性胶凝材料。形成AGM的反应剂是均匀的、连续的溶液(溶液聚合),或是多相、通常为两相溶液中的一相(反相聚合)。可在形成AGM的聚合反应完成之前,将纤维添加至所述的这两种溶液中。在反应剂聚合时,纤维至少被生成的聚合物部分包裹。在溶液聚合法中,可通过本领域中已知的形成AGM颗粒的方法,对生成的聚合产物进行研磨。在研磨之前,优选通过已知的方法对聚合产物进行干燥。在反相聚合方法中,通过已知的方法,如离心、过滤和/或蒸发回收聚合产物。为了促进通过埋置纤维对AGM颗粒的包裹,在聚合期间或之后,优选施加如下所述的外力。
在优选的实施方案中,通过使用粘结剂来实现纤维和AGM的粘结。通常,粘结剂包括这样的一些物质,即它可以以液体形式施加至纤维上,使之保留在纤维的表面上,从而形成AGM和纤维的粘接。通常,粘结剂将产生AGM颗粒和纤维之间的机械和/或化学粘结力。不想被任何理论所束缚,认为该粘结剂使AGM先倾向于润湿。因此,根据本实施方案,粘结剂往往会改善掺入复合材料的吸收部件的吸收容量和吸收速率。
具体粘结剂的选择通常将取决于AGM和纤维材料的化学组成,并可通过本领域熟练技术人员利用其知识来制备。优选该粘结剂适用于接触人体的应用,例如在此所述的一次性吸收用品。因此,该粘结剂必须是对人无毒和无刺激的。另外,也可使用粘结剂的混合物。
有若干粘结剂适用于本发明。不想被任何理论所束缚,认为其中一种粘结剂通过流体表面张力和/或由于外部的柔软所致的聚合物链的缠结作用使聚合材料颗粒粘结至纤维上。这种粘结剂包括:(1)亲水性有机溶剂,通常是低分子量的醇,例如,甲醇、乙醇、异丙醇等,或多元醇,例如,丙二醇、丙三醇等;(2)水;(3)挥发性疏水有机化合物,例如,己烷、辛烷、苯、甲苯等;和(4)它们的混合物。优选的这类粘结剂是亲水的有机溶剂、水和它们的混合物。特别是,这些粘结剂往往会使AGM先倾向于润湿,结果是,它们往往会改善复合材料的吸收容量和吸收速率。更优选的是,这类粘结剂选自水、丙三醇、丙二醇和它们的混合物。
其它的粘结剂往往很少或根本不依靠液体的表面张力和/或溶胀的AGM颗粒的聚合物链的缠结以粘结至纤维上。这类粘结剂通常涉及在粘结剂、纤维和AGM颗粒之间的机械和/或化学相互作用。例如,粘结剂可在AGM和纤维之间形成桥。由于这类粘结剂往往会在纤维和AGM之间提供更强的粘接,因此,它们优选用于本发明。这类粘结剂包括例如,阳离子聚丙烯酰胺、阳离子氨基表氯醇加合物和它们的混合物。这样的粘结剂优选以含水混合物的形式使用。
在本发明最优选的实施方案中,粘结剂包括水。粘结剂中水的存在对于使AGM先倾向于润湿来说是特别有效的。粘结剂优选含有至少约60%重量的水(以粘结剂的重量为准),佘量主要由至少一种非水溶性粘结剂组成。非水粘结剂包括前述的亲水有机溶剂、挥发性疏水化合物、阳离子聚丙烯酰胺和阳离子氨基-表氯醇加合物。更优选的是,粘结剂含有以其总重量为基准从约80%至约90%的水,和从约20%至约10%的至少一种非水溶性粘结剂。
阳离子聚丙烯酰胺在本领域中是熟知的。例如,适用于本发明的阳离子聚丙烯酰胺被描述于纸浆和纸:化学和化工技术(Pulp and Paper:Chemistryand Chemical Technology),第三版,第III卷,James P.Casey编辑,第1458-1471页(John Wiley & Sons,1981),在此引入作为参考。适合的阳离子聚丙烯酰胺可得自American Cyanamid Company(Wayne,NJ),商标为ACCOSTRENGTHR。例如,可得到ACCOSTRENGTHR410,711,200,85和86树脂。这些树脂描述于PCT-729/1-1027-4K-11/81中,标题为“ACCOSTRENGTHR树脂”,American Cyananmid Company,(1981年11月),在此引入作为参考。
在此所使用的“阳离子氨基-表氯醇加合物”指的是表氯醇和单体胺或聚合胺之间的反应产物,结果是,生成的反应产物至少具有两个阳离子官能团。这些加合物可呈单体化合物的形式(例如,表氯醇和乙二胺的反应产物),或可呈聚合物的形式(例如,表氯醇和聚酰胺-聚胺或聚乙烯亚胺之间的反应产物)。这些聚合形式的阳离子氨基-表氯醇加合物通常指的是“树脂”。
可与表氯醇反应形成阳离子氨基-表氯醇的单体胺包括,在其结构中带伯或仲氨基的二-、三-和更高级的单体胺。这类有用的二胺的例子包括,二-2-氨基乙基醚,N,N-二甲基乙二胺,哌嗪和乙二胺。这类有用的三胺的例子包括,N-氨乙基哌嗪,和二亚烷基三胺如二乙三胺和二亚丙基三胺。这些加合物的制备以及这些加合物本身的更详细的说明可在US4,310,593(Gross)(1982年1月12日出版)和Ross等人的J.OrganicChemistry(有机化学杂志),第29卷,第824-826页(1964)中找到。在此引入这两篇文献作为参考。
聚合胺如聚乙烯亚胺也可用作形成加合物的氨基化合物。可与表氯醇反应形成可用于此的优选的阳离子聚合加合物树脂的特别优选的氨基化合物包括,由聚亚烷基聚胺和饱和的3-10个碳原子的二元羧酸衍生得到的某些聚酰胺-聚胺。这类表氯醇/聚酰胺-聚胺加合物是本领域熟知的水溶性的、热固性的阳离子聚合物,它们可用作纸产品的湿强度树脂。
在用来形成这类优选的阳离子聚合树脂的聚酰胺-聚胺的制备中,首先将二羧酸与聚亚烷基-聚胺反应,反应优选在水溶液中进行,反应条件以能产生含重复基团-NH-(CnH2nHN)x-CORCO-的水溶性的、长链聚酰胺为准,其中,n和x分别为2或更大,R为1-8个碳原子的二羧酸的亚烷基。
许多聚亚烷基聚胺(包括聚乙烯聚胺、聚丙烯聚胺、聚丁烯聚胺等)均可用来制备聚酰胺-聚胺,其中,聚乙烯聚胺代表了经济价值上优选的一类。更具体地说,用来制备本发明阳离子聚合树脂的优选的聚亚烷基聚胺是,含两个伯胺基和至少一个仲胺基的聚胺,其中,氮原子通过结构式-CnH2n-连接在一起,式中,n为大于1的整数,并且,在分子中所述基团的数目从2个至约8个,优选至多约4个。氮原子可连接至基团-CnH2n-邻接的碳原子上,或连接至更远的碳原子上,但不能连接至相同的碳原子上。另外还考虑将以适当提纯形式的二乙三胺,三乙四胺,四乙五胺,二丙三胺等用作所述的聚胺。在所有前面所述中,最优选的是含有两至四个亚乙基、两个伯胺基和一至三个仲胺基的聚乙烯聚胺。
另外也可用于此的是含至少三个氨基的聚胺前体,其中至少一个基团是叔氨基。合适的这类叔胺包括甲基二(3-氨丙基)胺、甲基二(2-氨乙基)胺、N-(2-氨乙基)哌嗪、4,7-二甲基三乙四胺等。
能与前述聚胺反应形成可用于此的优选的阳离子聚合树脂的聚酰胺-聚胺前体材料的二羧酸优选包含饱和的脂族C3-C10的羧酸。更优选的是,含3-8个碳原子的那些,如丙二酸、丁二酸、己二酸等以及二羟基乙酸。在这些酸中,二羟基乙酸和在分子中含4-6个碳原子的饱和脂族二羧酸,即丁二酸、戊二酸和己二酸是最为优选的。只要生成的长链聚酰胺-聚胺是水溶性的或至少是可水分散的,那么也可使用两种或多种这些二羧酸的混合物,以及一种或多种二羧酸与更高级的饱和脂族二羧酸如壬二酸和癸二酸的混合物。
将由前述聚胺和二羧酸制得的聚酰胺-聚胺与表氯醇反应生成阳离子聚氨基-表氯醇树脂。这些材料的制备详述于US2,926,116(Keim,1960年2月23日出版)、US2,926,154(Keim,1960年2月23日出版)和US3,332,901(Keim,1967年7月25日出版)中,所有这些专利在此引入作为参考。
优选在此用作粘结剂的阳离子聚酰胺-聚胺-表氯醇树脂可得自Hercules Inc.以商标KymeneR出售的产品。尤其有用的是KymeneR557H、KymeneR557LX和KymeneR557Plus,这些产品是聚酰胺-聚胺(它们是二乙三胺和己二酸的反应产物)的表氯醇加合物。它们通常以含约10%至约33%重量活性树脂的阳离子树脂材料的水溶液出售。
另外,能与前述聚胺反应形成可用于此的优选的阳离子聚合树脂的聚酰胺-聚胺前体的二羧酸也可以是不饱和的。通常,适用于此的不饱和二羧酸将选自C4-C10的二羧酸。例如,该二羧酸可选自:衣康酸、柠康酸、中康酸、马来酸、富马酸和它们的混合物。
另外,能与表氯醇反应形成可用于此的阳离子聚合加合物树脂的氨基化合物可包括由聚亚烷基聚胺和饱和或不饱和C4-C10的三元羧酸衍生得到的聚酰胺-聚胺。合适的三元羧酸包括,例如柠檬酸和乌头酸。
适用于此的另外的粘结剂被描述于US3,901,236(1975年8月26日授权于Assarsson等人);US5,002,814(1991年3月26日授权于Knack等人);和US5,230,959(1993年7月27日授权于Young,Sr.等人)中。在此引入这三篇专利作为参考。
通常,采用粘结剂的本发明的复合材料可根据下述的方法进行制备。首先将粘结剂施加至纤维上,如在此所述的,可以对这些纤维进行单独化处理,或者也可以不进行单独化处理。然后,将用粘结剂如此处理过的纤维与AGM颗粒进行物理结合,以便使化学硬挺的纤维素纤维能包裹在AGM周围,并且使纤维和AGM能进行粘结。为了保证纤维包裹住AGM,应施加外力。取决于所选择的特定的粘结剂,可在没有任何附加步骤,或需要附加的干燥步骤或反应步骤下进行粘结。如果需要的话,在粘结步骤后可进行机械处理,以便将包裹给定AGM颗粒的纤维与包裹其它AGM颗粒的纤维分开。
通常,在施加粘结剂之前,对化学硬挺的纤维素纤维进行单独化处理。在此所用的“单独化”意指,对纤维机械分离(即“分离纤维”),以致使与松散的纤维源如纤维片材或包相比其纤维的缠结程度相对较低。可通过许多本领域已知的或随后将成为已知的方法进行这种机械纤维分离。优选通过其中能使形成节和纤维破坏减至最小程度的方法进行机械纤维分离。业已发现,对于化学硬挺的纤维进行分离是特别有用的一种装置是描述于US3,987,968(1976年10月26日授权于Moore等人)中的三段疏松装置,在此将所述的专利引入作为参考。描述于US3,987,968中的疏松装置使纤维材料经受机械冲击、机械搅拌、空气搅拌和有限量的通风干燥,以便产生基本无节的蓬松。用于纤维分离的其它可应用的方法包括但不限于用Waring掺合机并用回转式盘磨机或网刷工具与纤维成切线接触的处理。优选对进行处理的纤维通空气流,以有助于分离纤维。
可通过将溶液施加至材料上的任一方法将粘结剂施加至纤维上,这些方法包括涂布、倾倒、浇注、滴液、喷涂、雾化、冷凝或浸渍纤维。在此所用的术语“施加”指的是,至少某些纤维的至少一部分表面上带有有效量的粘结剂,以产生纤维和AGM间的粘结。换句话说,可将粘结剂施加至某些或所有纤维的部分表面上,或施加至整个表面上。优选将粘结剂涂布至大多数、优选所有纤维的整个表面上,以便增强AGM颗粒和纤维之间键的效率、强度和密度。在优选的实施方案中,将粘结剂施加至纤维网上。
施加至纤维上的粘结剂的用量优选为复合材料中纤维重量的约0.10%-约25%,纤维重量以绝干基为准。更优选的是,粘结剂的用量为复合材料中纤维重量的约10%-约15%,纤维重量以绝干基为准。在此所用的“绝干基”指的是,扣除存在于纤维中的任何水份或其它挥发物质后纤维的实际重量。例如,含10%水份的100克纤维试样,以绝干基为准,其纤维重量为90克。
当粘结剂含有水时,必须小心,以避免纤维过度的溶胀。纤维的过度溶胀由纤维卷曲的明显损失得以证明。不想被任何理论所束服,认为当这样的溶胀发生时,与未溶胀条件下基本平坦的表面相比,溶胀纤维表面将变得相对圆滑。因此,当纤维溶胀时,任何单独纤维和任何单独AGM颗粒之间的粘结面积势必将减少,结果是,减弱了粘结程度。纤维的溶胀受施加至纤维中的水量和纤维暴露于水中的时间影响。因此,对于本领域熟练技术人员来说,控制这些条件以避免过度的纤维溶胀将是很容易理解的。通常,借助添加热量以干燥或固化该混合物,纤维和含水粘结剂之间的接触时间应非常短,例如,从约5分钟至几秒钟。为此,该混合物通常经受约100℃-约177℃、优选从约121℃-约177℃的温度。
在将粘结剂施加至纤维上,并且粘结剂仍处于液体形态时,将颗粒和纤维物理地结合在一起,以致使大量化学硬挺的纤维素纤维包裹在单独的颗粒上,并能粘结至这些颗粒上。因此,AGM颗粒和纤维结合在一起,并以如下方式接触,即能进行纤维对颗粒的包裹,并且,在至少为纤维和AGM颗粒的粘结位置,它们之间作为组成部分而保持相互接触。AGM颗粒和纤维间的物理结合优选包括,在施加有粘结剂的纤维的至少部分表面上纤维和AGM的物理接触。
纤维和AGM颗粒是物理结合的,其中AGM颗粒处于基本单独的状态。“基本单独的状态”指的是,基本上所有、优选所有AGM颗粒不与另外的AGM颗粒发生物理接触。因此,AGM颗粒基本上是非聚集的或非聚结的。优选至少约80%、更优选约90%的AGM颗粒不与另外的AGM颗粒发生物理接触。
为了能使大量纤维包裹在颗粒上,可以许多不同的方式使AGM颗粒和化学硬挺的纤维素纤维进行物理结合。例如,可以在外力有存在下使纤维和AGM进行物理结合,所述外力起着绕单独的AGM颗粒牵引纤维的作用,这些力如压力、真空、静电力、冲击力或碰撞力。因此,可通过将颗粒放置在处理过的纤维附近,例如放置在处理过的纤维网上,而使颗粒和纤维进行物理结合,其中添加一种或多种所述的外力以沿单独的AGM颗粒牵引纤维。可以通过例如压辊(即轧光机)施加压力这样的外力。通过将处理的纤维和AGM颗粒混合在一起,可施加冲击力。可以使用任何用于混合处理过的纤维和AGM的合适的方法。例如,可以将纤维和颗粒进行夹杂空气,或叶轮掺混或螺旋桨掺混。
在AGM颗粒和纤维物理结合在一起的同时,粘结剂被干燥或发生反应,以便使颗粒和纤维之间产生粘结力。取决于所选择的特定粘结剂、AGM和纤维材料的化学组成,粘结剂的反应可包括粘结剂本身的反应(例如,聚合)、或粘结剂与AGM的聚合材料的反应、与纤维的反应或与AGM和纤维反应。
取决于所使用的特定的粘结剂,干燥和/或反应可以在没有附加步骤下进行,或者可包括加热和/或辐射(例如,紫外,γ-或x-辐射)。粘结剂干燥和/或反应所需的特定条件将取决于所选择的特定粘结剂、AGM和纤维材料的化学组成。通常,通过加热至约100℃-约177℃、优选从约121℃-177℃,保持约几秒钟至约5分钟而进行干燥或反应。
需要对所得到的纤维包裹的AGM颗粒的组合物进行机械处理,以便将包裹给定AGM颗粒的纤维与包裹其它AGM颗粒的纤维分开(即分离纤维),以便获得本发明的吸收性复合材料。其中,在通过施加压力,真空,或静电力而使纤维对AGM颗粒进行包裹,例如用压辊使纤维进行包裹时,通过需要这样的分离纤维。当施加所述的力时,所得到的组合物中的纤维基本均匀地与组合物中的其它纤维发生缠结,以便形成基本均匀的、相对高密度的物质。通过对这样的物质进行机械处理,包裹给定的AGM颗粒的纤维将与包裹其它AGM颗粒的纤维基本分开,以形成本发明的吸收性复合材料。“基本分开”意指,在包裹给定的AGM颗粒的纤维和包裹其它AGM颗粒的纤维之间存在着相对少量的物理或化学键合。优选包裹给定颗粒的纤维中,低于约50%的纤维与包裹其它AGM颗粒的纤维进行键合。更优选的是,包裹给定颗粒的纤维中,低于约25%的纤维与包裹其它AGM颗粒的纤维进行键合。最优选的是,包裹给定颗粒的纤维中,低于约10%的纤维与包裹其它AGM颗粒的纤维进行键合。因此,吸收性复合材料主要由被化学硬挺的纤维素纤维包裹的单独的AGM颗粒(“芯”)组成,其中,在颗粒表面附近纤维的结合程度往往是最大的,并且,随着离给定颗粒表面的距离的增加而减弱。与机械处理前的材料相比,该吸收性复合材料的密度更低。该复合材料的密度通常从约0.02g/cc-约0.06g/cc,一般约0.05g/cc。此外,与复合材料中任何给定的纤维的抗张强度无关,该复合材料的抗张强度约等于零。
可通过如在先前所述的、参考使化学硬挺的纤维素纤维单独化的许多方法进行机械分离纤维步骤。
当通过混合使处理过的纤维和AGM进行物理结合时,所需的分离纤维将取决于混合的条件,这包括体系中纤维和AGM的浓度、和混合的剪切力等。通常,浓度越高或剪切力越低时,就越需要分离纤维步骤,以提供在此所述的吸收性复合材料。
图2示出了用于形成本发明复合材料的在经济价值上优选的装置20。总的来说,图2示出了这样一个系统,该系统包括,(1)使化学硬挺的纤维素纤维进行单独化处理,(2)用粘结剂处理纤维,(3)使AGM颗粒和处理过的纤维进行物理结合,(4)将纤维粘结至AGM上,和(5)使最终得到的物质进行纤维分离以形成本发明的复合材料。
如图2所示,使用纤维解开机212,例如松棉机型纤维解开机,如得自LaRoche Company(Cours La Ville,France),化学硬挺的纤维素纤维取自包、片或其它硬挺纤维源和可有可无的其它纤维(未示出)源。纤维解开机212以基本单独的形式从包中取出纤维。正如本领域熟练技术人员将知道的那样,在通过纤维解开机212之后,可能会出现某些纤维结纤维束。
例如,通过在图2中多次指定为214的纤维运送管导管,借助第一处理材料的鼓风机210a将基本单独形式的纤维运送至再纤维化装置216中。该处理材料的鼓风机210a与装置20中其它处理材料的鼓风机一样,还能进一步解开纤维并把它们运送至该装置的下一段。合适的处理材料的鼓风机可得自Northern Blower Inc.,(Winnipeg,Manitoba,Canada),型号为LS WHL。该再纤维化装置216进一步解开纤维,即,它将形成更低密度“疏松”的纤维,并且往往会使所存在的任何纤维束形式的纤维进行单独化处理。可用于此的合适的再纤维化装置216是得自Ospray Corporation(亚特兰大,乔治亚州)的Ospray Surge Bin。
然后,例如通过纤维运送管214,借助第二处理材料的鼓风机210b将纤维运送至纤维压实装置215中。该纤维压实装置215起提供解开形式的纤维基本均匀密度的作用。所希望的密度将取决于在最终复合材料中希望存在的纤维的重量。本领域熟练技术人员可根据所希望的特定的密度选择该纤维压实装置所需的设置和实际需要。合适的纤维压实装置215是得自LaRocheCompany(Cours La Ville,France)的LaRoche Vertical Mat Former。
纤维解开机212、处理材料的鼓风机210a和210b、再纤维化装置216以及压实装置215起提供基本均匀的、解开形式的纤维的作用(即以基本均匀的密度,且节点很少地提供纤维)。用来提供纤维的具体装置将取决于希望存在于最终复合材料中的纤维的重量和状态。通常希望能使纤维至少部分纤维分离、优选基本能使纤维单独化,以保证只有少量的节点并保证在纤维上均匀地分布粘结剂。本领域熟练技术人员能选择各种不同的纤维分离和压实装置,如在本领域已知的或将成为已知的装置,以提供希望形式的纤维。
然后,将单独化的、压实的纤维例如通过第三处理材料的鼓风机210c,通过纤维运送管214运送至如本领域已知的气流铺层(air-lay down)成形装置218a和218b中。气流铺层成形装置218a和218b起形成基本均匀的、气流法纤维网的作用。用于本发明的优选的气流铺层成形装置218是得自DanWeb Air Forming Systems,Dan Web Forming International,Ltd.,(Risskov,Denmark)的Dan Web纤维铺层成形装置。Dan Web纤维铺层成形装置在本领域是已知的,它带有多孔的第一辊和具有尖刺或针的第二辊。这两个辊以常规组合辊的方式相对进行旋转。当纤维从纤维运送管214经过Dan Web装置时,这些纤维被进一步解开,即“疏松”密度进一步减小。另外,还可通过本领域已知的或将成为已知的方法,例如湿法成网工艺来制备纤维网。
当纤维在气流铺层成形装置218a和218b中时,将粘结剂施加至纤维上。通过粘结应用工段222来提供粘结剂,所述工段可以是适于将粘结剂运送至气流铺层成形装置的任何装置,例如是本领域已知的湿润室或喷射室。气流铺层成形装置218起保证使粘结剂均匀分布于化学硬挺的纤维素纤维上的作用。
在其上施加有粘结剂的纤维通过第一纤维铺层装置218a而铺放至传送机220上,以便在传送机220上形成纤维网217。该传送机220可以是任何如本领域已知的形成纤维网的传送机,例如可以是真空传送机或静电传送机。
如图2所示,AGM分散器224设置在气流铺层成形装置218a和218b的中间。AGM分散器224将AGM颗粒沉积在通过第一气流铺层成形装置218a形成的纤维网217上。AGM分散器224将基本单独的形式的AGM颗粒分散在纤维网217上。该AGM分散器224可以是任何本领域中已知的用于颗粒沉降的装置。例如,适用于此的有得自Nordson Corporation(Duluth,Georgia)的Nordson AGM分散器。
然后,使其上沉积有AGM颗粒的纤维网217通过第二个气流铺层成形装置218b,在该装置中,将在其上分布有粘结剂的第二层化学硬挺的纤维素纤维沉积在AGM颗粒层的附近,由此形成在其上分布有粘结剂的两层纤维网和沉积在其中的AGM颗粒的三层纤维网219。
在纤维网形成期间,可以采用搅拌三层纤维网的装置(未示出),以有助于使纤维保持相对的解开。例如,沿传送机220可以设置如本领域已知的打浆刀,该打浆刀使纤维网组分产生振动。
然后,使三层纤维网219通过一组轧光辊226。这些轧光辊226使纤维网结合并压实,因此,保证了纤维、粘结剂、和AGM颗粒间紧密的接触,以及纤维绕AGM颗粒的包裹。
如图2所示,然后,通过干燥传送机230将所得到的压实的纤维网227传送通过干燥段228。在干燥段228中,纤维网227经受通常为高温和/或真空的条件,以足以使粘结剂干燥或固化。该干燥段228可以是任何能起这种作用的装置,例如,在本领域中已知的任何烘箱。优选类型的干燥段是通风干燥烘箱,例如,可得自ASEA Brown Boveri(Knoxville,TN)的装置。
从干燥段228起,纤维网227被传送至另一个纤维解开机212中。纤维解开机可以是任何种类的适于解开纤维的装置,例如是鼓风机型(冲击)或松毛机型。优选纤维解开机212是松毛机型的。该纤维解开机212解开纤维网,基本上分开在其上已粘结有AGM颗粒的纤维,以形成本发明的吸收性复合材料(应明白的是,可使用任何在干燥段后适于分离纤维,由此形成本发明的吸收性复合材料的装置)。因此,形成了由化学硬挺的纤维素纤维包裹的基本单独的AGM颗粒组成的基本单独的单元。(“基本单独的单元”意指,如前所述,包裹一种AGM颗粒的纤维基本上与包裹其它AGM颗粒的其它纤维分开,以便形成被纤维包裹的相对不连续的AGM单元。应明白的是,在纤维包裹的不同的AGM颗粒之间可以存在某些纤维间的结合)。然后,例如优选使该材料通过另一个处理材料的鼓风机(未示出),该鼓风机进一步分离在其上粘结有AGM颗粒的纤维。从该处理材料的鼓风机起,将复合材料收集成包或收集在容器(未示出)内。
另外,还可将纤维网227绕在辊上。然后,如上所述,解开纤维网227,并通过纤维解开机和优选一处理材料的鼓风机,以形成本发明的复合材料。在这两种情况下,可以在管线工艺中直接使用该吸收性复合材料,或收集起来以备后用。
在另一个实施方案中,吸收性复合材料的制备包括,例如通过气流成网法或其它合适的方法形成化学硬挺的纤维素纤维网,随后,将粘结剂施加至纤维网上,再将AGM颗粒沉积在纤维网上并压实纤维网和颗粒,以便使纤维能包裹颗粒。根据本实施方案的复合材料可使用如图2所示的装置来形成,但其中只需要一个粘结施用段,并设置在第一气流铺层成形装置和AGM分散器之间,结果是,在施加粘结剂之前形成了纤维网,然后,将AGM颗粒沉积在纤维网上。然后,将在其上沉积有粘结剂和AGM颗粒的纤维网通过轧光辊(这些轧光辊能使纤维包裹颗粒)、干燥段和如在图2中所述的纤维解开机,以形成本发明的吸收性复合材料。优选使该复合材料通过在先前的图2中所述的处理材料的鼓风机。
在另一个实施方案中,首先形成两个或多个纤维网,然后,将粘结剂施加至这些纤维网上,并在其上沉积AGM颗粒,再例如通过使用如本领域中熟知的复合辊使纤维网结合在一起。在干燥段之前将复合的纤维网压实在一起,以便使用例如一组轧光辊能使纤维包裹颗粒。然后,使压实的纤维网通过如先前的图2所述的干燥段和纤维解开机,以形成本发明的复合材料。优选使该复合材料通过如图2中所述的处理材料的鼓风机。
本领域熟练技术人员应明白的是,按照前述的方式,和与本发明一致的说明,能合并任意数量的纤维网和AGM颗粒,以形成本发明的复合材料。另外,还可通过若干种替代的方法形成本发明的复合材料。合适的替代方法描述于上面参考的US3,901,236;5,002,814和5,230,959中。
在本发明的一种替代方法中,通过将AGM颗粒与已用粘结剂处理过的纤维进行混合而形成复合材料。例如可借助使用本领域已知的任何搅拌设备,或借助导入气流而产生混合作用。合适的混合方法披露于例如上面参考的US3,901,236;5,002,814和5,230,959中。混合使得纤维能绕AGM颗粒进行包裹。然后,如本发明所述,通过对混合物进行干燥和/或使粘结剂与纤维和颗粒发生反应而产生结合。优选在结合期间或在结合之后,对复合材料进行干燥。可通过任何合适的方法,例如通过施加热量或通过使复合材料经受红外辐射而实现干燥。
所得到的复合材料含有包裹并粘结至AGM颗粒上的、化学硬挺的纤维。通过上面参考的US5,002,814描述的方法制备的本发明的吸收性复合材料10示于图1中,该图是吸收性复合材料85倍放大倍数的扫描电子显微照片。如图所示和先前所述,该复合材料是由化学硬挺的纤维素纤维包裹的基本单独的AGM颗粒(“芯”)组成的基本单独的单元。
由于相对于纤维而言,AGM颗粒具有相对较大的直径或横截面,因此,在所得到的复合材料中,纤维能有效地粘结至AGM颗粒上。除AGM颗粒以外,单独的纤维基本上是未结合的。同样地,除纤维以外,单独的AGM颗粒也是基本上未结合的。
基本上所有、优选所有化学硬挺的纤维素纤维的至少一部分设置在吸收性胶凝材料的单独颗粒的至少一部分表面上,或在其附近。应这样来安排纤维,以致使至少纤维的一端、优选纤维的两端伸出颗粒的表面。不想被任何理论所束缚,认为纤维的伸出有助于包括有复合材料的吸收用品中复合材料的迁移减至最小程度。如前所述,包裹给定的AGM颗粒的纤维基本上与包裹其它AGM颗粒的纤维分开。
本发明的吸收性复合材料特别适用于一次性吸收用品的吸收部件。然而,应明白的是,复合材料和包含该复合材料的吸收部件在许多其它应用领域中将有许多用途。例如,本发明的吸收性复合材料可用作包装容器、药物输送装置、伤口清洁装置、烧伤治疗装置、离子交换柱材料、建筑材料、农用或园艺材料如种子用片材或保水材料,以及工业用途如淤泥或油的脱水剂、防止形成露水的材料、干燥剂和控制湿度材料。
在此所用的术语“吸收用品”指的是吸收并包含体内渗出物的装置,更具体地说,该术语指的是靠近穿戴者的皮肤放置以吸收并包含从体内排出的各种渗出物的装置。术语“一次性的”在此用来描述在一次使用之后不打算进行洗涤或另外的回收或再用作吸收用品的吸收用品。一次性吸收用品的例子包括妇女卫生衣物,如卫生巾和短裤衬垫、尿布、失禁用短裤、尿布夹、训练短裤等。
一次性吸收用品通常包含可渗透液体的顶层、连接顶层的不可渗透液体的底层以及设置在顶层和底层之间的吸收芯。一次性吸收用品及其部件,包括顶层、底层、吸收芯、以及任何单独层的这些部件均有身体面和衣物面。如在此所使用的“身体面”指的是,当穿戴一次吸收用品时,打算穿戴的该用品或部件的表面对着或邻近穿戴者的身体,而“衣物面”是在反面,并且打算对着或邻近穿戴者的内衣进行穿戴。
本发明的复合材料特别适用于一次性吸收用品的吸收芯。通常,该复合材料可以与已使用的常规吸收性胶凝材料相同的方式进行使用,例如以相对高密度的芯(即被压实、轧光、致密化等的芯),或以相对低密度的芯(即未被压实,例如气流成网的芯)的层压材料来使用。然而,本发明的吸收性复合材料提供优于常规颗粒状吸收材料的某些优点。特别是,本发明的吸收性复合材料具有减少的在吸收用品内迁移的倾向和/或迁移出吸收用品的倾向,并且具有减少产生针孔的倾向。利用常规的颗粒状吸收材料时,通常需要重轧光,以使颗粒的迁移减至最小程度。因此,不能达到以吸收芯部件的理论吸收容量和速率为准的吸收芯可能的吸收容量和吸收速率。此外,轧光过的吸收芯往往会变得硬挺或“结块(boardy)”,并且更容易形成针孔。此外,颗粒状材料仍会在吸收用品内迁移和/或迁移出吸收用品。因此,经常包括一辅助的顶层,以使凝胶渗漏至皮肤上的可能性减至最小程度和/或增加穿戴者的舒适感。相反,本发明的吸收性复合材料具有更小的在吸收芯内迁移和迁移出吸收芯的倾向。因此,包含本发明吸收性复合材料的吸收芯可以不需要进行重轧光以便使吸收性胶凝材料颗粒的迁移减至最小程度。未轧光的吸收芯势必具有均匀的、相对低的纤维密度,即该芯具有相对解开的结构。因此,未轧光的芯势必具有比轧光的芯更好的液体收集性能(例如,在给定的时间周期内吸收流体的速率和量)。与包含常规AGM的轧光过的芯相比,所述的芯往往还将是更为舒适的。由于颗粒的迁移被减至最小程度,并且由于AGM颗粒被纤维固定,因此使辅助顶层的需求减至最小程度。此外,还避免了与轧光有关的针孔问题。
下面的说明概述了用于一次吸收用品的吸收芯、顶层、和底层。应明白的是,除了在此概述的其它一次吸收用品以外,在此的一般性说明用来表示示于图3-5中的特定的吸收用品,并将在下面进一步的进行描述。
吸收芯包括本发明的吸收性复合材料。该吸收芯至少包含包括本发明复合材料在内的一个吸收部件。在此所用的术语“吸收部件”意指,能在其结构单元之间传送液体的吸收结构。在此所用的术语“结构单元”指的是,本发明的单独的吸收性复合材料和可包括吸收性结构例如纤维、纱线、单纱、松散的颗粒等的其它材料。在此所用的术语“结构”包括术语“多层结构”和术语“层”、“多层”和“层状的”。无需将吸收部件局限于单层或单片材料形式的纤维网等。实际上,该吸收部件可包括层压材料、纤维网或若干种在此所述的吸收材料的片或网的组合。
吸收部件主要由本发明的吸收性复合材料例如复合材料网组成。另外,本发明的吸收性复合材料也可含有其它材料,例如,在一次性吸收用品中常用的吸收性材料,如下面所述的材料。在优选的实施方案中,该吸收部件含有吸收性复合材料和该复合材料的载体件。载体件是吸收性复合材料可定位或分散于其中或其上的一种结构或基体。该载体件优选包含吸收性材料,更优选的是亲水性纤维,如在此所述的那些亲水性纤维。吸收性复合材料可基本均匀地(均一地)分散于整个载体件中或部分载体件中。另外,吸收性复合材料可以以不同的重量比率分散于不同的区域和整个载体件的厚度。在另一个可供选择的实施方案中,吸收性复合材料可分布于一些区域中,所述的这些区域的吸收性复合材料的浓度大于载体件的其它区域的浓度。
可通过任何能提供完整吸收性结构的方法或技术来形成本发明的吸收部件。例如,可通过提供吸收性复合材料的网或包含吸收性复合材料和纤维材料组合的纤维网(在纤维状载体件的场合)的方法或技术来形成该吸收部件。合适的方法包括颗粒沉积法、湿成网法和气流成网法。优选对吸收性复合材料,纤维材料,或它们的混合物进行气流成网来形成吸收部件,以便形成主要由吸收性复合材料,或具有定位或分散在纤维之中或之上的吸收性复合材料的结构。本领域熟练技术人员将很容易采用的在此用于对纤维和形成水凝胶材料的超吸收性颗粒的混合物进行气流成网的方法被更为详细地描述于US4,610,678中,该专利的发明名称为“High-Density AbsorbentStructures”(“高密度吸收性结构”),1986年9月9日授权于Weisman等人,在此引入该专利作为参考。也可以形成若干层的吸收性复合材料和合适的载体件。
正如本领域熟练技术人员将明白的是,包裹给定的AGM颗粒的纤维和包裹其它AGM颗粒的纤维之间的纤维结合程度将取决于吸收部件的轧光或压花程度,和除部件中的吸收性复合材料以外所存在的组分。例如,当吸收部件主要由吸收性复合材料网组成并进行轧光或压花时,在压花或轧光区中,将有大量包裹不同AGM颗粒的纤维之间的纤维结合。当吸收性复合材料基本均匀地在整个包含亲水纤维的纤维网中分散时,包裹给定的AGM颗粒的纤维往往会与包裹其它颗粒的纤维保持基本分开。当纤维网中吸收性复合材料的量增加,或纤维网被轧光或压花时,往往会增加纤维结合的量。
通常,吸收芯能吸收或保留液体(例如,月经、尿和/或其它体内渗出物)。优选该吸收芯是可压缩的、可贴合的、并且对穿戴者的皮肤无刺激性。可以多种尺寸和形状来制造该吸收芯(例如,长方形,椭圆形,水漏形,T-形,八字形(dog bone),不对称形等)。除本发明的吸收性复合材料以外,该吸收芯还可包括多种在吸收用品中常用的吸收液体的材料,如粉碎的木浆,它通常被称为气毡(airfelt)。适用于吸收芯的其它合适的吸收材料的例子包括,皱纹纤维素填絮;包括共成型的熔喷聚合物;化学硬挺的,改性的或交联的纤维素纤维;合成纤维如起皱的聚酯纤维;泥炭;包括薄页包装纸和薄页纸层压材料的薄页纸;吸收泡沫;吸收海绵;超吸收聚合物;吸收性胶凝材料;或任何等效的材料或这些材料的混合物,或所有这些材料的混合物。另外,也可以改变吸收芯的构形和结构(例如,该吸收芯可具有不同的厚度区和/或具有一轮廓以便使中心较厚;具有亲水梯度;本发明吸收性复合材料的梯度、超吸收性梯度;或具有较低平均密度和较低平均定量的区域,例如收集区;或可包含一层或多层或结构)。然而,吸收芯的总吸收容量应与设计负载和吸收用品预期的用途相适应。此外,吸收芯的大小和吸收容量可以进行改变,以满足不同的用途需要,如尿布、失禁垫、短裤衬、普通型卫生巾和夜用型卫生巾,并且满足从婴儿至成人穿戴者的需要。
该吸收芯至少包含含本发明吸收性复合材料的一个吸收部件。因此,该吸收芯主要由本发明的吸收性复合材料组成。在优选的实施方案中,该吸收芯至少含有一吸收部件,所述部件包含吸收性复合材料和如前所述的复合材料用的载体部件。载体部件优选包含纤维网或纤维胎体,纤维网或纤维胎体含有缠结的大量亲水纤维。该吸收性复合材料优选基本均匀地分散在整个载体部件中或部分载体部件中。因此,在整个吸收部件中,所述吸收部件的吸收性能通常是均一的。另外,可分散吸收性复合材料和亲水性纤维,以便在吸收部件中形成不同吸收容量和/或速率的梯度或区。也可以对吸收部件进行轧光或压花。
在此所用的术语“亲水”描述被沉积到纤维上的液体润湿的纤维或纤维的表面。如在题目为“Contact Angle,Wetability and Adhesion(接触角,可湿性,和粘结力)(由Robert F.Gould编辑并于1964年得到版权)的AmericanChemical Society publication(美国化学学会出版物)中详细论述的那样,当液体和纤维或表面之间的接触角小于90度时,或当液体将自然地分布于纤维表面上时,该纤维或纤维的表面将被液体润湿;上述两种条件通常同时存在。
适用于常规吸收产品中的任何亲水性纤维材料均适用于本发明的吸收芯中。所述亲水性纤维的具体例子包括,纤维素纤维、改性的纤维素纤维、化学硬挺的纤维素纤维如在此所述的用于形成本发明吸收性复合材料的那些纤维、人造丝、聚酯纤维如聚对苯二甲酸乙二醇酯(DACRON)、亲水性尼龙(HYDROFIL)、双组分聚合纤维等。合适的亲水性纤维材料的其它例子包括,亲水化的疏水纤维,如由例如聚烯烃如聚乙烯或聚丙烯,聚丙烯酸,聚酰胺,聚苯乙烯,聚氨酯等衍生得到的表面处理的或二氧化硅处理的热塑性纤维。出于可利用性和成本的原因,纤维素纤维,特别是磨碎的木浆(即气毡)优选用于吸收芯,特别是在此所述的储存层。
包括在吸收芯中的复合材料的用量通常以在用品中希望的吸收性胶凝材料的量为基准进行选择,而吸收性胶凝材料本身通常是以在用品中所希望的吸收容量和吸收速率为基准进行选择。在吸收部件中所用的吸收性胶凝材料和亲水纤维的相对用量可最为方便地用吸收部件的重量百分比来表示。通常,吸收性胶凝材料与亲水纤维一起使用,它们的用量分别为,AGM从约2%至约90%,优选约30%至约85%,更优选约30%至约70%,最优选约40%至约70%,相应地,亲水纤维从约10%至约98%,优选从约70%至约15%,更优选从约70%至约30%,最优选从约60%至约30%。可对吸收性复合材料和亲水纤维(包括制备复合材料的那些亲水纤维)的相对用量进行选择,以满足上述的那些用量范围。为了使吸收用品的厚度减至最小,使某些吸收部件,特别是用于储存流体的吸收部件中的AGM的浓度达到最大值是我们所希望的。
吸收芯可包括经常在吸收用品中使用的其它吸收部件,例如,打底层,吸水层或收集层,或用于增加穿戴者舒适感的辅助顶层。
优选,该顶层是柔顺的、有柔软感的和对穿戴者的皮肤无刺激性的。此外,顶层是可渗透液体的,能使液体(例如,月经和/或尿)容易地渗透通过其厚度。合适的顶层可以由许多材料制备,如纺织和无纺材料(例如无纺纤维网);聚合材料如成多孔的成形热塑性薄膜,多孔塑料薄膜,和液压成形的热塑性薄膜;多孔泡沫塑料;网状泡沫塑料;网状热塑性薄膜;和热塑性稀松布。合适的纺织和无纺材料可由下列材料组成:天然纤维(例如,木纤维或棉纤维),合成纤维(例如,聚合纤维如聚酯纤维、聚丙烯纤维、或聚乙烯纤维),或天然纤维和合成纤维的混合物。当顶层包含无纺织物网时,该织物网可通过许多已知的技术来进行制备。例如,该织物网可以是纺粘的、粗梳的、湿法成网的、熔喷的、水力缠结的、上述的组合等。
底层是不可渗透液体(例如,月经和/或尿)的,并优选由薄的塑料薄膜制备,尽管也可以使用其它柔软的不可渗透液体的材料。在此所用的术语“柔软的”指的是,柔顺的并容易与人体的大致外形和轮廓相一致的材料。底层防止吸收并保留在吸收芯中的渗出物湿润接触吸收用品的物品,如床单、短裤、睡衣和内衣。因此,该底层可包含纺织或无纺材料,聚合薄膜如聚乙烯或聚丙烯的热塑性薄膜,或复合材料如涂膜的无纺材料。合适的底是厚度从约0.012mm(0.5密尔)-约0.051mm(2.0密尔)的聚乙烯薄膜。举例性的聚乙烯薄膜由Clopay Corporation(Cincinnati,Ohio)制造,商品牌号为P18-0401,和由Tredegar Film Products(Terre Haute,Indiana)制造,商品牌号为XP-39385。优选对底层进行压花和/或消光整理,以提供更象织物的外观。此外,在仍防止渗出物通过底层的同时,优选该底层能使蒸汽从吸收芯中选出(即底层是可透气的)。通过吸收芯的大小和所选择的合适吸收用品的样式来确定底层的大小。
底层和顶层分别设置在吸收芯的衣物面和身体面的附近。优选通过粘结方式(没在图3-5中示出)将吸收芯与顶层、底层或两者以任何已知的方式进行连接,如本领域熟知的那些方法。然而,预计本发明的实施方案是其中整个吸收芯部分不连接至顶层、底层上或两者上。
例如,可以或通过均匀连续的粘结剂层、构图的粘结剂层、或一系列独立的粘结剂直线、螺旋线或点将顶层和/或底层连接至吸收芯上或使它们彼此互相连接。业已发现,令人满意的粘结剂由H.B.Fuller Company(St.Paul,Minnesota)制造,商品牌号为HL-1258或H-2031。连接方式优选包括如在US4,573,986(1986年3月4日授权于Minetola等人)披露的开放图案的粘结剂长丝网,在此将该专利引入作为参考。开放图案的长丝网的一种举例性连接方式包括若干条盘绕成螺旋图案的粘结剂长丝,如用在下述美国专利中示出的装置和方法所说明的那样,所述这些专利为US3,911,173(1975年10月7日授权于Sprague,Jr.);US4,785,996(1978年11月22日授权于Zwieker等人);和US4,842,666(1989年6月27日授权于Werenicz)。在此将这些专利引入作为参考。另外,连接方式可以包括,热粘合、加压粘合、超声焊接、动态力学连接或在本领域中已知的任何其它合适的连接方法或这些连接方法的组合。
本发明整体式一次性吸收用品的优选实施方案是示于图3中的月经垫,即卫生巾30。在此所用的术语“卫生巾”指的是,由妇女穿戴在阴部区域附近,通常是在泌尿生殖器区域外部穿戴的吸收用品,并且用来吸收和存留从穿戴者的身体中排出的经液和其它的阴道排出物(例如,血、经液和尿)。部分位于穿戴者的前庭之内、部分位于其之外的唇间件也在本发明的范围之内。在此所用的术语“阴部”指的是外部可见的女性外阴部。然而,应明白的是,本发明也可用作其它妇女卫生垫或月经垫,如短裤衬,或其它吸收用品如包括尿布等的失禁垫。
图3是本发明的卫生巾30处于平放状态时的平面图,其中,为了更为清楚地示出卫生巾30的构造切掉了一部分结构,其中,面向或接触穿戴者的那部分卫生巾30对着观看者。该卫生巾30有两个面,即身体接触面302或“身体面”和衣物面304。在图3中,示出了从其身体面观察的卫生巾30。当穿戴卫生巾30时,身体面被穿在邻近穿戴者的身体,而衣物面是在其反面并被置于邻近穿戴者的内衣。如图3所示,该卫生巾30优选包含有中心吸收体310和内衣保护体系350。
中心吸收体310包括可渗透液体的顶层320、与顶层320相连接的不可渗透液体的底层330和设置在顶层320和底层330之间的吸收芯340。图3还示出了中心吸收体310具有被中心吸收体310的外缘所限定的周边,其中,纵向外边缘表示为312,两端外边缘表示为314。该中心吸收体310还有纵向中心线316和横向中心线318。在此所使用的术语“纵向的”指的是吸收用品的线、轴线或方向,该线、轴线或方向通常与将穿戴该吸收用品时的站立的穿戴者二等分成左右两半身体的垂直平面对准(例如,大致与之平行)。在此所使用的术语“横向的”或“侧向的”可相互替换并表示位于吸收用品平面内的线、轴线或方向,该线、轴线或方向通常与纵向垂直。如图3所示,吸收芯340有身体面342、衣物面344、侧边缘346和端边缘348。
通常,顶层320、底层330和吸收芯340的构造如前所述。可将顶层、底层和吸收芯组装成许多熟知的构形(包括所谓的“管状”产品),其中使吸收芯适合于包括本发明的吸收性复合材料。优选的卫生巾的构形通常描述于下列美国专利中:US4,950,264,“Thin,Flexible Sanitary Napkin”(“薄且柔软的卫生巾”)(1990年8月21日授权于Osborn);US4,425,130,“CompoundSanitary Napkin”(“复合的卫生巾”)(1984年1月10日授权于DesMarais);US4,321,924,“Bordered Disposable Absorbent Article”(“加边的一次性吸收用品”)(1982年3月30日授权于Ahr);US4,589,876,“Shaped SanitaryNapkin With Flaps”(“带护翼的成形卫生巾”)(1987年8月18日授权于VanTilburg);US5,009,653,“Thin,Flexible Sanitary Napkin”(“薄且柔软的卫生巾”)(1991年4月23日授权于Osbom);和US5,308,346,“ElasticizedSanitary Napkin”“弹性卫生巾”(1994年5月3日授权于Sneller等人)。在此将这些专利引入作为参考。图3示出了卫生巾30的优选的实施方案,其中,顶层320和底层330的长度和宽度尺寸通常大于吸收芯340的长度和宽度。顶层320和底层330伸出吸收芯340的边缘,以便形成周边部分。
可用作卫生巾中吸收芯并适合于本发明的举例性吸收结构被描述于上面参考并引入的US4,610,678中,以及US4,834,735中,题目为“High DensityAbsorbent Members HaVing Lower Density and Lower Basis Weight AcquisitionZones”(“带有低密度和低定量收集区的高密度吸收部件”),1989年3月30日授于Alemany等人);和EP0198683(The Procter & Gamble Company,以Duenk等人的名义于1986年10月22日公开)中。这些专利中所述的吸收芯很容易调整以包括本发明的吸收性复合材料作为其中所述的吸收性胶凝材料。本发明的吸收芯的优选实施方案包括,设置在如上面参考并引入的US4,950,264和US5,009,653中所述的两层气流成网法薄页纸之间的一层超吸收性材料,其中超吸收性材料包括本发明的吸收性复合材料。在此将这两篇专利引入作为参考。另外,该吸收芯还可包括,包含亲水纤维和吸收性复合材料的纤维网,如参考上述吸收用品所述的。
用于卫生巾30的优选的顶层320包括多孔成形薄膜。由于多孔成形薄膜可渗透身体渗出物且是非吸收性的,并且还具有减少的使液体返回且重新弄湿穿戴者皮肤的倾向,因此,所述的多孔成形薄膜优选用于顶层。因此,与身体接触的成形薄膜的表面能保持干燥,由此减少了身体被弄脏,并使穿戴者有更佳的舒适感。合适的成形薄膜描述于下面的美国专利中:US3,929,135,题目为“Absorptive Structure Having Tapered Capillaries”(“具有锥形毛细管的吸收结构”),1975年12月30日授权于Thompson;US4,324,236,题目为“Disposable Absorbent Article Having A Stain ResistantTopsheet”(“具有抗弄脏顶层的一次性吸收用品”),1982年4月13日授权于Mullane等人;US,4,342,314,题目为“Resilient Plastic Web ExhibitingFiber-Like Properties”(“显示纤维状性能的弹性塑料网”),1982年8月3日授权于Radel等人;US4,463,045,题目为“显示出无光泽可见表面和布状手感的宏观膨胀的三维塑料网”(1984年7月31日授权于Ahr等人);和US5,006,394,题目为“多层聚合薄膜”(1991年4月9日授权于Baird)。在此将这些专利引入作为参考。用于本发明的优选的顶层是描述于上述一份或多份专利中的成形薄膜,并且由Procter & Gamble Company(Cincinnati,Ohio)以“DRI-WEAVE”牌号的卫生巾出售。
在本发明卫生巾30优选的实施方案中,成形薄膜顶层320的身体面是亲水的,以便有助于使液体比如果身体面是疏水的更快地通过顶层,并使可能发生的经液流出顶层而不是流入吸收芯并被吸收芯吸收的情况减少。在优选的实施方案中,可通过用如描述于上面参考并引入的US4,950,254和5,009,653中的表面活性剂对顶层进行处理而使之成为亲水性的。
在图4所示的本发明的优选实施方案中,收集部件(或多个部件)360可设置在顶层320和吸收芯340之间,或包含复合顶层的底面。该收集部件可起若干种作用。这些作用包括,改善将渗出物虹吸在吸收芯上并进入吸收芯中。由于改善的对渗出物的虹吸提供更为均匀的渗出物在吸收芯上的分布并使卫生巾30能做得更薄,因此这种性能是十分重要的。(在此虹吸指的是,在一个、两个或所有方向上(即在x-y平面和/或在z方向上)的液体的传递)。收集部件360可由若干种不同的材料组成,这些材料包括无纺或纺织的合成纤维网,合成纤维包括聚酯纤维、聚丙烯纤维或聚乙烯纤维;包括棉和纤维素的天然纤维;所述纤维的混合物;或任何等效的材料或这些材料的混合物。带有收集部件的卫生巾的例子被更详细地描述于上面参考并引入的US4,950,264和5,009,653中;和PCT专利出版物WO93/11725中,题目为“带有熔融层的吸收用品”,1993年6月24日以Cree等人的名义出版;和共同待批美国专利申请流水号US 08/289,084,申请日1994年5月6日,申请人Cree等人。在此将这些专利引入作为参考。在优选的实施方案中,可借助任何用于将纤网连接在一起的常规方法,更优选借助在上面参考的Cree等人的专利申请和PCT出版物中更详细地描述的熔融粘合法将收集部件360与顶层320连接在一起。
在使用时,可通过熟知的用于这些目的的连接件370将卫生巾30固定。优选,将卫生巾置于使用者的内衣或短裤内,并通过如粘结剂的固定件固定到内衣或短裤上。粘结剂提供了一种将卫生巾固定到内衣裆部的方法。因此,卫生巾30的部分或整个衣物面304可涂布有粘结剂。对于图3示出的本发明的优选实施方案而言,将粘结剂部分布置在卫生巾30的中心吸收体310上和内衣保护体系350上。设置在中心吸收体上的那部分粘结剂标识为垫部粘结剂372,而设置在内衣保护体系上的那部分粘结剂标识为护翼粘结剂374,这取决于在其上设置有粘结剂的内衣保护体系的部件。在本领域中用于此目的的任何粘结剂或胶液均可用作本发明的粘结剂,其中优选使用压敏粘结剂。合适的粘结剂是由Century Adhesives Corporation(Columbus,Ohio)制造的Century A-305-IV和由National Starch and ChemicalCompany(Bridgewater,NJ)制造的Instant Lock 34-2823。合适的粘结剂固定件还描述于US4,917,697(1990年4月17日授权于Osbom等人)中。压敏粘结剂通常用可取下的防粘衬覆盖,以便在使用前粘结剂不会粘结至除内衣裆部以外的其它表面上。在图4中,这些防粘衬被标识为垫部防粘衬376和护翼防粘衬378。任何通常用于此目的市售防粘衬均可用于本发明。合适防粘衬的非限定性例子是BL30MG-A Silox E1/0和BL30MG-A Silox 4P/O,这两种衬均由Akrosil Corporation(Menasha,WI)制造。另外,合适的防粘衬还描述于上面参考的US4,917,697中。通过取下防粘衬,然后将该卫生巾置于内衣内以致使粘结剂与内衣接触而使用本发明的卫生巾30。在使用期间,该粘结剂将卫生巾保持在内衣之内的适当位置上。
此外,本发明的卫生巾还可包含内衣保护体系350,例如侧翼。侧翼至少有两种作用。第一种作用是,防止经液弄脏穿戴者的身体和内衣,优选沿内衣的边缘形成双壁阻挡层。第二种作用是,优选在其衣物面上提供部分连接件370,护翼粘结剂374,以致使护翼能折回到内衣下并粘结至内衣的衣物面侧或相互粘结。以这种方式,护翼起着将卫生巾适当地保持在内衣之内的作用。护翼可由各种材料构成,这些材料包括类似于顶层、底层、薄页纸的材料或这些材料的混合物。许多带有合适的或适宜用于本发明卫生巾的护翼的卫生巾披露于上面参考并引入的US4,589,876;和US4,687,478,题目为“带护翼的成形卫生巾”,1987年8月18日授权于Van Tilburg以及US4,608,047,题目为“卫生巾连接件”,1986年8月26日授于Mattingly。在此引入这些专利作为参考。
其中可使用本发明复合材料的另一种一次性吸收用品是尿布。在此所用的术语“尿布”指的是通常被穿戴在穿戴者下身、由婴儿和失禁者穿戴的吸收用品。
图5是本发明的平坦、未收缩状态的尿布的平面图(即,拉平了由弹性诱导的收缩),其中,为了更为清楚地示出尿布50的构造去掉了一部分结构,且背离穿戴者的那部分尿布50,即外表面,朝向观看者。如图5所示,尿布50优选包含有可渗透液体的顶层520,与顶层520连接的不可渗透液体的底层530,和设置在顶层520和底层530之间的吸收芯540;吸收芯540具有衣物面542,身体面544,侧边缘546,腰边缘548和耳状物549。此外,该尿布50优选还包含弹性的腿箍550;多次标识为560的弹性腰部件;和通常多次标识为570的固定体系。
在图5中示出的尿布50具有外表面52、与外表面52相对的内表面54、第一腰区56、第二腰区58和由尿布50的外边缘限定的周边51,其中纵向边缘标识为55,两端边缘标识为57。(本领域熟练技术人员将认识到,尿布常常描述为具有一对腰区和在腰区之间的裆部,在本申请中,为了使术语简单化,尿布50被描述为只有腰区,该区域包括通常标识为裆部的尿布部分)。尿布50的内表面54包含在使用期间靠近穿戴者身体放置的尿布部分(即内表面54通常由至少部分顶层520和连接顶层520的其它部件构成)。外表面52包含背离穿戴者身体设置的尿布部分(即外表面52通常由至少部分底层530和连接底层530的其它部件构成)。(在此所使用的,面对穿戴者的尿布50的部分或其部件也被称为身体面。同样地,背离穿戴者的那部分在此也被称为衣物面)。第一腰区56和第二腰区58分别从周边51的两端57延伸至尿布50的横向中心线53。图5还示出了纵向中心线59。
图5示出了其中顶层520和底层530的长度和宽度均大于吸收芯540的长度和宽度的尿布50的优选实施方案。弹性腿箍550和底层530伸出吸收芯540的边缘,由此形成尿布50的周边51。
本发明的尿布可有许多熟知的构形,其中其吸收芯适合于本发明。举例性的构形通常描述于US B1 3,860,003(1989年4月18日授权于Buell);US5,151,092(1992年9月29日授权于Buell等人);和US5,221,274(1993年6月22日授权于Buell等人)。在此将这些专利引入作为参考。另外也非常适合于本发明的另一种尿布构形描述于共同待批美国专利申请流水号US08/203,456中;该申请的申请日为1994年2月28日,申请人为Roe等人,在此将其引入作为参考。根据这些专利中的说明,可以使这些专利中所述的尿布的吸收芯适于包括本发明的吸收性复合材料作为其中所述的吸收性胶凝材料。
通过织物领域中技术熟练人员熟知的方法,对特别适用于尿布50的顶层520进行粗纺并热粘合。一种令人满意的顶层包含至少约2.2旦的、短纤长度的聚丙烯纤维。在此所用的术语“短纤长度的纤维”指的是那些纤维的长度至少约15.9mm(0.625英寸)。优选顶层的定量从约14-25克/米2。合适的顶层由Veratec,Inc.,International Paper Company(Walpole,Mass)的一个部门制造,商品牌号为P-8。
优选尿布50的顶层520由亲水材料制成,以将透过顶层并保留在吸收芯中的液体与穿戴者的皮肤隔离(即防止返湿)。如果顶层是由疏水材料制成,那么至少应将该顶层的上表面处理成亲水性的,以致使液体能更容易地通过该顶层。这将减少可能发生的事情,即身体渗出物流出顶层而不是通过顶层并被吸收芯吸收。通过用表面活性剂对顶层进行处理可使之成为亲水性的。用表面活性剂对顶层进行处理的合适的方法包括,用表面活性剂喷淋顶层材料和将该材料浸入表面活性剂中。这种处理和亲水性的更详细的讨论包括在US4,988,344(题目为“带有多层吸收层的吸收用品”,1991年1月29日授权于Reising等人)和US4,988,345(题目为“带有快速收集的吸收芯的吸收用品”,1991年1月29日授权于Reising)中,在此将其引入作为参考。
在本发明中所述尿布的优选实施方案中,底层530具有沿整个尿布周边伸出吸收芯最小距离约1.3厘米至约6.4厘米(约0.5至约2.5英寸)的改进的水漏型。
吸收芯540可取与尿布50相适应的任何大小或形状。尿布50的一个优选实施方案是,在第一腰区有耳状物但在第二腰区通常是矩形的不对称的、改进的T-形吸收芯540。已获得广泛可接受性和商业成功的、用作本发明吸收芯的吸收结构的例子描述于上面参考并引入的US4,610,678中,和US4,673,402(题目为“带有双层芯的吸收用品”,1987年6月16日授权于Weisman等人);US4,888,231(题目为“带有打底层的吸收芯”,1989年12月19日授权于Angstadt);和上面参考的US4,834,735中。该吸收芯还可包括,设置在吸收储存芯之上含有化学硬挺的纤维的收/分布芯的双层芯体系,详细描述于US5,234,423(题目为“带有弹性腰部件和增强的吸收性的吸收用品”,1993年8月10日授权于Alemany等人);US5,147,345(题目为“控制失禁用的高效吸收用品”,1992年9月15日授权于Young,LaVon和Taylor)中。在此引入这些专利作为参考。可以使这些专利中所述的吸收芯适宜于包括本发明的吸收性复合材料作为吸收性胶凝材料。优选的是,该吸收性复合材料将包括在主要起存留或保存液体作用的吸收芯的部件中,这与收集和/或分布液体不同(通常被称为储存层或储存芯)。更优选的是,吸收芯包含亲水纤维和吸收性复合材料,如参考上面的吸收用品所述的。
在一个优选的实施方案中,尿布50还包含,提供改善的对液体和其它身体渗出物的保留的弹性腿箍550;提供改善的贴合和保持的弹性腰部件560;和形成侧面密封的固定体系570,该体系使第一腰区56和第二腰区58成搭接构形,结果沿尿布的四周保持着横向张力,从而使尿布保持在穿戴者身上。尿布50还可包含在腰区56和58中的弹性侧片(未示出),以提供弹性可伸长的部件,该部件提供了更为舒适、外形合适且更能有效使用的尿布50。
可以许多不同的构形来构成弹性腿箍550,它们包括在上面参考的USB1 3,860,003;US4,909,803(1990年3月20日授权于Aziz等人);US4,695,278(1987年9月22日授权于Lawson);和US4,795,454(1989年1月3日授权于Dragoo)中所述的那些,在此引入这些专利作为参考。
弹性腰部件优选包含可用许多不同构形构成的弹性腰带(未示出),它们包括在US4,515,595(1985年5月7日授权于Kievit等人);US5,026,364(1991年6月25日授权于Robertson);和上面参考的US5,151,092(1992年9月29日授权于Buell等人)中所述的那些;在此将它们引入作为参考。
可以许多构形来构成弹性侧片。带有设置在尿布的耳状物(耳形护翼)中弹性侧片的尿布的例子披露于US4,857,067(1989年8月15日授权于Wood等人);US4,381,781(1983年5月3日授权于Sciaraffa等人);US4,938,753(1990年7月3日授权于Van Gompel等人);和US5,151,092(1992年9月29日授权于Buell等人)中;在此将它们引入作为参考。
举例性的固定体系570披露于US4,846,815(1989年7月11日授权于Scripps);US4,894,060(1990年1月16日授权于Nestegard);US4,946,527(1990年8月7日授权于Battrell);US3,848,594(1974年11月19日授权于Buell);US4,662,875(1987年5月5日授权于Hirotsu等人);和US5,151,092(1992年9月29日授权于Buell等人)中;在此将它们引入作为参考。
优选通过在穿戴者的背面设置尿布的一个腰区、优选是第二腰区58,并牵引穿戴者腿之间的尿布的剩余部分,从而使其它腰区、优选是第一腰区56设置在穿戴者的前面,而将尿布50应用在穿戴者上。然后,施加固定体系以进行侧封。
本发明的复合材料可用于短裤衬的吸收芯。本发明适用的短裤衬的例子披露于US4,738,676(题目为“短裤衬”,1988年4月19日授权于Osborn)中,在此引入作为参考。
本发明的复合材料可用于训练短裤的吸收芯。在此所用的术语“训练短裤”指的是有固定侧片和腿开口的一次性衣服。通过将穿戴者的双腿伸入腿开口中并将训练短裤放入穿戴者的下身而将训练短裤置于穿戴者的适当位置。本发明可适合的训练短裤披露于US5,246,433(1993年9月21日授权于Hasse等人)中。
本发明复合材料可适用的另一种一次性吸收用品是失禁用品。术语“失禁用品”指的是垫、内衣(通过相同类型的悬挂体系如带等进行定位的垫)、吸收用品用的插入件、吸收用品的增容辅助材料(capacity boosters)、短内裤、床垫等,不管它们是由成人还是其它失禁者穿戴。本发明可适用的失禁用品披露于US4,253,461(1981年3月3日授权于Strickland等人);US4,597,760和4,597,761(均是1986年7月1日授权于Buell);US4,704,115(1987年11月3日授权于Buell);US4,909,802(1990年3月20日授权于Ahr等人);US4,964,860(1990年10月23日授权于Gipson等人);和US5,304,161(题目为“带有快速收集的多层吸收芯的吸收用品”,1994年4月19日授权于Ahr)中。使这些专利中所述的吸收芯适于包括本发明的吸收性复合材料作为吸收性胶凝材料。
实施例
从Nalco 1180(得自Stockhausen GmbH of Krefeld,Germany的吸收性胶凝材料颗粒(在下面的实施例中称之为AGM))、若干种纤维材料和作为粘结剂以粘合AGM和纤维的KymeneR557的10%的水溶液制备吸收性复合材料。所用的纤维缩写如下:
CSF指的是化学硬挺的纤维素纤维,由约7%湿含量的Foley绒毛(南方牛皮纸浆,Bucheye纤维素公司,Memphis,TN,美国)制备,该纤维用柠檬酸进行交联到约3.8摩尔%柠檬酸的程度,以干纤维纤维素葡糖酐为基准(根据US5,137,537)。
PP=POLYSTEEN聚丙烯纤维,得自Steen & Co.GmbH,(Schwarzenbek,Germany),2旦,长度为6mm。
PE=POLYSTEEN聚乙烯纤维,得自Steen & Co.GmbH,(Schwarzenbek,Germany),4旦,长度为4.6mm。
BiCo=带有聚丙烯芯,聚乙烯外层的POLYSTEEN纤维,得自Steen &Co.GmbH,(Schwarzenbek,Germany),2.5旦,长度为4.6mm。
复合材料中AGM颗粒和纤维的百分比示于表I。在表I中,实施例1-5表示本发明的吸收性复合材料。
使用图2所述并具体化的设备,如下制备复合材料。使用得自LaRocheCompany的纤维解开机,从纤维包中取出纤维。通过Ospray Surge Bin进一步解开已解开的纤维,然后使用Wright Vertical Mat Former进行压实。这时纤维的解离度为95-99%,密度为0.1g/cm3。然后,将所得到的单独化的纤维送至两台Dan Web纤维铺层装置中。
使用常规的湿润室,将KymeneR溶液加至Dan Web装置中的纤维中。以纤维的重量为准,KymeneR溶液的用量为10-15%重量。将其上施加有KymeneR溶液的纤维通过第一台Dan Web装置沉积到真空输送机上。该DanWeb装置以18-25g/m2的定量沉积纤维/KymeneR溶液的混合物。
然后,使用Nordson AGM分散器,将AGM颗粒沉积在第一纤维网上。该AGM颗粒以0.054-0.070g/cm2的定量沉积。然后,使其上沉积有AGM颗粒的纤维网通过第二台Dan Web装置,在该装置中,将其上分布有KymeneR溶液的纤维层沉积在AGM颗粒层的附近。以18-25g/m2的定量沉积纤维/KymeneR溶液混合物。
然后,将其上分布有KymeneR溶液并且在它们之间沉积有AGM颗粒的纤维网通过一组合并且压实纤维网的轧光辊,以保证纤维、KymeneR溶液和AGM颗粒之间紧密的接触。然后,将得到的压实纤维网输送至得自ASEABrown Boveri的通风干燥烘箱。将该纤维网暴露在300°F的温度下1-2分钟以干燥或固化KymeneR溶液。
将得到的纤维网输送至另一台纤维解开机(LaRoche),该纤维解开机解开纤维网并将已粘结有AGM颗粒的纤维分离。然后,将该材料输送通过一处理材料的鼓风机(Northern Blower Inc.,Winnipeg,Manitoba,Canada,LS WHL型),该鼓风机进一步分离粘结有AGM颗粒的纤维,由此形成吸收性复合材料。
根据实施例1-5所述制备本发明的吸收性复合材料,所不同的是,使用10%重量的丙二醇、丙三醇或ACCOSTRENGTH711的水溶液作为粘结剂。
表I
实施例序号 | 重量%AGM | 重量%CSF | 重量%PP | CSF/PP比 |
1 | 50 | 50 | 0 | 100/0 |
2 | 50 | 40 | 10 | 80/20 |
3 | 50 | 30 | 20 | 60/40 |
4 | 65 | 25 | 10 | 71/29 |
5 | 65 | 30 | 5 | 86/14 |
CE1 | 65 | 0 | 35 | 0/100 |
除非另有说明,在室温进行下面的试验。
复合材料的吸收容量和液体保留率
吸收性复合材料的吸收容量和液体保留率如下进行测量。将0.3克复合材料密封在干燥且预称重的6cm×6cm由无纺材料制成的茶叶袋中。将该茶叶袋浸入过量的羊血中保持10分钟,然后取出并使之沥干。在10秒钟的沥干时间之后,对茶叶袋进行称量,并与起始茶叶袋的重量进行对比,以测定被复合材料吸收的液体的重量,即吸收容量。该重量没有对被茶叶袋本身吸收的液体量进行校正。然后以1400转/分对茶叶袋进行离心处理10分钟。再对茶叶袋进行称量并与起始茶叶袋的重量进行对比,以测定复合材料保留的液体量(液体保留率)。以克羊血/克复合材料为单位的吸收容量(AC)和液体保留率(FR)计算如下:
AC=(10分钟后的茶叶袋重量-空茶叶袋重量)÷(包括在茶叶袋中的干复合材料重量)
FR=(离心后茶叶袋重量-空茶叶袋重量)÷(包括在茶叶袋中的干复合材料重量)
复合材料在压力下的吸收容量
在压力下,复合材料的吸收容量测定如下。将预称重的复合材料试样(约0.9克)置于底部带滤网的小容器中(试样的重量为Wi)。将适当载荷放置于试样的顶部,以在试样上产生0.25psi(磅/英寸2)的压力。将该容器及其内含物称重并放置在陪替氏培养皿中的滤板上。所述培养皿中装有室温(20-25℃)的羊血,以致使滤网稍微与血接触。一小时后,从容器中取出试样并再次称重(一小时后试样的重量为Wa)。以克羊血/克复合材料为单位,压力下的吸收容量(ACUP)计算如下:
ACUP=(Wa-Wi)/Wi
复合材料的收集时间和收集速率
如下测定复合材料的收集时间(AT)。通过一固定区域的开口,在0.25psi的负载下,于3.4秒内将5.00±0.15ml的羊血输送至复合材料上。用电子透过板和定时器记录收集羊血所需的时间即收集时间。内部的灵敏探针检测触发定时器开始计时的存在的羊血。当羊血完全沥干时,定时器停止。收集速率(AR)计算如下:
AR=输送至复合材料的羊血(ml)/收集时间
复合材料1-5和对比例1的液体保留率、压力下的收集容量、收集时间和收集速率示于表II中。当用PE或Bico替代复合材料1-5或对比例复合材料1中的PP时,得到了类似的结果。
表II
实施例序号 | 液体保留率g/g | 压力下接收容量 | 收集时间,秒 | 收集速率,ml/秒 |
1 | 23.3 | 33.2 | 19.0 | 0.26 |
2 | 23.1 | 36 | 23.7 | 0.21 |
3 | 28.1 | 42.2 | 18.0 | 0.28 |
4 | 20.9 | 34.4 | 22.0 | 0.23 |
5 | 21.9 | 32.2 | 25.0 | 0.20 |
CE1 | 20.9 | 31.6 | 59.0 | 0.085 |
上述数据表明,用化学硬挺的纤维素纤维制得的吸收性复合材料的收集时间和收集速率明显低于不包括化学硬挺的纤维素纤维的吸收性复合材料。此外,表列数据表明,包含化学硬挺的纤维素纤维的吸收性复合材料1-3的液体保留率明显高于不包括化学硬挺的纤维素纤维的吸收性复合材料。由于吸收性复合材料1-3的AGM材料比复合材料4-5和CE1少,并且预期液体保留率随AGM浓度的增加而增加,因此,上述的这些事实是令人惊奇的。
由本发明的复合材料制备层压材料,并对压力下的吸收容量、液体保留率和收集时间进行测试。该层压材料通过如下步骤制得:首先,将约7克单一的复合材料通过气流成网至预称重的5cm×20cm的尿布标准薄页纸层(定量0.063-0.070盎司/英尺2(19.4-21.3g/m2)上,再用另一预称重的5cm×20cm的尿布标准薄页纸层覆盖该复合材料(以克为单位测量复合材料的实际重量,Wi)。将该复合材料基本均匀地在下面的薄页纸层上气流成网,并将薄页纸层的边缘对齐。
层压材料在压力下的吸收容量
如下测量层压材料在压力下的吸收容量。将5cm×7cm的层压材料试样置于平坦、未折叠构形的容器中,该容器底部设有滤网。在层压材料的顶部放置适当的载荷,以在层压材料的整个区域上产生0.25psi的压力。对该容器及其内含物进行称重,并放置在陪替氏培养皿中的滤板上,所述培养皿中装有室温(20-25℃)的羊血,从而使滤网稍微与血接触。一小时后,从容器中取出层压材料。通过再次称量该容器的重量而测量被层压材料吸收的血量。
以克羊血/克复合材料为单位,层压材料在压力下的吸收容量(ACUP)计算如下:
ACUP=(W1-Wt)/Wac
式中,W1是层压材料所吸收的血量,Wt是薄页纸所吸收的血量,Wac是层压材料中吸收性复合材料的干重,即7克。
被薄页纸所吸收的血量计算如下:
(层压材料中薄页纸的面积)×(薄页纸的定量)×(薄页纸在压力下对羊血的吸收容量,该容量为3克羊血/克薄页纸)×2
如果需要,可参考吸收性复合材料所述的计算方法,使用本领域熟练技术人员容易明白的计算方法,以与层压材料相同的方式,测量薄页纸在压力下的吸收容量。
根据吸收性复合材料所述的方式,测量层压材料的收集时间、吸收容量和液体保留率,所不同的是,用层压材料试样替代吸收性复合材料。称量与吸收性复合材料所示相同重量的待测试层压材料试样。
包含复合材料1-5和对比例复合材料1的层压材料在压力下的收集时间、吸收容量和液体保留率列于表III中。
表III
实施例序号 | 压力下吸收容量g/g | 收集时间,秒 | 液体保留率,g/g |
1 | 33.2 | 19 | 23.3 |
2 | 35.8 | 19.5 | 23.4 |
3 | 42.2 | 18 | 28.1 |
4 | 34.4 | 22 | 21.1 |
5 | 32.2 | 25 | 21.9 |
CE1 | 35.1 | 58 | 21.6 |
上述数据表明,包含化学硬挺的纤维素纤维的吸收性复合材料提供的层压材料的收集时间明显低于不包括化学硬挺的纤维素纤维的吸收性复合材料的层压材料。相对较高的包含对比例复合材料1的层压材料接收时间表明,发生凝胶闭塞的程度明显大于其它层压材料。此外,表列数据表明,包含化学硬挺的纤维素纤维的吸收性复合材料1-3提供的层压材料的液体保留率明显高于不包括化学硬挺的纤维素纤维的吸收性复合材料的层压材料。由于吸收性复合材料1-3的AGM材料比复合材料4-5和CE1少,并且预期液体保留率随AGM浓度的增加而增加,因此,上述的这些事实是令人惊奇的。
尽管已说明并描述了本发明特定的实施方案,但对于本领域熟练技术人员来说,在不脱离本发明的精神和范围下作出各种变更和改进将是显而易见的。因此,打算在所附权利要求中包括落入本发明范围内的所有这些变更和改进。
Claims (25)
1.一种吸收性复合材料,包括单独形式的、聚合的、吸收性胶凝材料的颗粒和带有两端的化学硬挺的纤维素纤维,所述的纤维包裹并粘至所述的颗粒上,以致使所述纤维的两端伸出所述的颗粒,其中,包裹给定的聚合的、吸收性胶凝材料颗粒的纤维与包裹复合材料的其它聚合的、吸收性胶凝材料颗粒的纤维分开。
2.权利要求1的吸收性复合材料,其中通过粘结剂将所述的纤维粘结至所述的颗粒上。
3.权利要求1的吸收性复合材料,另外还包含带有两端的合成聚合纤维,将所述的合成聚合纤维粘结至所述的颗粒上,以致使所述合成聚合纤维的两端伸出所述的颗粒。
4.一种包含单独形式的、聚合的、吸收性胶凝材料的颗粒和带有两端的化学硬挺的纤维素纤维的吸收性复合材料的制备方法,其中,所述纤维包裹和固定在所述的颗粒上以致使所述纤维的两端从所述颗粒伸出,包裹给定的聚合的、吸收性胶凝材料颗粒的纤维与包裹复合材料的其它聚合的、吸收性胶凝材料颗粒的纤维分开,该方法包括如下步骤:
(a)提供聚合的、吸收性胶凝材料颗粒和带有两端的化学硬挺的纤维素纤维;
(b)将液态的粘结剂施加至所述的纤维上,以形成处理过的纤维;
(c)在所述粘结剂仍处于液态时,将所述聚合的、吸收性胶凝材料颗粒和所述处理过的纤维进行物理结合,所述颗粒处于单独的状态,以致使所述的纤维包裹所述的颗粒且所述纤维的两端伸出所述的颗粒;和
(d)将所述的颗粒和所述的纤维进行粘结。
5.权利要求4的方法,其中,所述的步骤(b)包括以复合材料中的纤维重量计0.10-25%的量将所述的粘合剂施用到所述的纤维上,该纤维的重量是基于绝干基。
6.权利要求4的方法,其中,所述的步骤(c)包括:以复合材料的重量为准,将90-30%重量所述的吸收性胶凝材料颗粒和10-70%重量所述的纤维物理结合。
7.权利要求4的方法,其中,所述的纤维在施加所述粘结剂的所述步骤(b)之前,被单独化处理。
8.权利要求4的方法,其中,所述的纤维以纤维网的形式提供,且所述的粘合剂施加到所述的纤维网上。
9.权利要求4的方法,其中,所述的物理结合步骤(c)包括施加外力,所述外力选自:压力、真空、静电力、冲击力、碰撞力或它们的组合。
10.权利要求4的方法,其中,所述的粘合步骤(d)包括加热所述的粘合剂。
11.权利要求4的方法,还包括附加步骤:
(e)将包裹给定的聚合的、吸收性胶凝材料颗粒的纤维与包裹其它聚合的、吸收性胶凝材料颗粒的纤维机械分离。
12.一种吸收用品,包含可渗透液体的顶层、不可渗透液体的底层和设置在它们之间的吸收芯,所述的吸收芯包括一种吸收性复合材料,所述吸收性复合材料包括单独形式的、聚合的、吸收性胶凝材料的颗粒和带有两端的化学硬挺的纤维素纤维,所述的纤维包裹并固定至所述的颗粒上,以致使所述纤维的两端伸出所述的颗粒,其中,包裹给定的聚合的、吸收性胶凝材料颗粒的纤维与包裹复合材料的其它聚合的、吸收性胶凝材料颗粒的纤维分开。
13.权利要求12所述的吸收用品,其中所述的复合材料的所述纤维通过交联剂与纤维反应形成纤维内交联键而化学地硬挺。
14.权利要求13所述的吸收用品,其中所述的纤维包括单独化的、交联的纤维素纤维,所述的纤维包括呈单独形式的纤维素纤维,所述的纤维素纤维具有以纤维内交联键的形式与所述的纤维反应的交联剂,所述的交联剂选自:2-8个碳原子的具有酸官能团的单醛、2-8个碳原子的二醛、2-8个碳原子二醛的酸性类似物、上述任一化合物的低聚物、2-9个碳原子的多羧酸,以及其混合物,其中所述交联的纤维具有小于60%的水保留值。
15.权利要求14所述的吸收用品,其中所述的纤维的水保留值为30-45%。
16.权利要求14所述的吸收用品,其中所述的交联剂包括2-9个碳原子的多羧酸,选自:
(a)饱和或烯属不饱和的脂族和脂环族的2-9个碳原子的多羧酸,且每个分子中至少有三个羧基;以及
(b)脂族和脂环族的2-9个碳原子的多羧酸,每个分子中有两个羧基,并且在一个或两个羧基的α、β位有一个碳碳双键;
其中所述2-9个碳原子的多羧酸上的一个羧基通过两个或三个碳原子与第二个羧基分开。
17.权利要求16所述的吸收用品,其中所述的交联剂选自:柠檬酸、1,2,3-丁烷四羧酸、1,2,3-丙烷三羧酸、氧代二丁二酸、酒石酸一丁二酸、酒石酸二丁二酸及其混合物。
18.权利要求16所述的吸收用品,其中所述的纤维具有以纤维素葡糖酐为基准计算,0.5-10.0%摩尔的交联剂以纤维内酯交联键的形式与该纤维反应。
19.权利要求12所述的吸收用品,其中所述的吸收芯的所述复合材料还包含带有两端的合成聚合纤维,所述的合成聚合纤维粘结至所述的颗粒上,以致使所述的合成聚合纤维的两端伸出所述的颗粒。
20.权利要求12所述的吸收用品,其中以复合材料的重量为准,所述的复合材料包含90%-30%重量所述的吸收性胶凝材料颗粒和10%-70%重量所述的化学硬挺的纤维素纤维。
21.权利要求12所述的吸收用品,其中所述的复合材料的所述纤维通过粘合剂粘结到所述的颗粒上。
22.权利要求21所述的吸收用品,其中所述的粘合剂选自:亲水性有机溶剂;挥发性疏水有机化合物;水;阳离子聚丙烯酰胺;阳离子氨基-表氯醇加合物;和它们的混合物。
23.权利要求22所述的吸收用品,其中所述的粘合剂是水和选自阳离子聚丙烯酰胺、阳离子氨基-表氯醇加合物和它们的混合物的混合物。
24.权利要求12所述的吸收用品,其中所述的吸收芯包括一种纤网,所述的纤网包含所述的吸收性复合材料及亲水性纤维。
25.权利要求24所述的吸收用品,其中所述的亲水性纤维包括磨碎的木浆纤维。
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