压缩的吸收性复合材料 本申请要求1997年12月23日提交的美国临时申请60/068，766号的优先权。
【发明领域】
本发明涉及吸收性制品，具体地说，涉及可用于诸如一次性卫生巾、尿布或失禁护垫之类个人护理产品的吸收性结构体。更具体地说，本发明涉及这样一种吸收性制品，它具有设计用于迅速吸入、暂时控制液体并随后将反复到来的排出液高峰交付给制品其余部分的部分。
【发明背景】
对个人护理吸收产品要求的性能目标包括：产品泄漏少或不泄漏、穿戴者感觉干爽以及尽可能薄以便使穿戴者感觉舒适。然而，目前的吸收性产品，由于这样或那样的原因却经常不能达到这些目标。
发生泄漏的原因可能是例如在吸收区或冲击区用于提供保留或分配能力的各层的吸入速率不足。为减轻由此种机理导致的泄漏的尝试包括，在吸收制品中加入吸入排出液高峰的材料(Surgematerial)结构，将其置于该保留或分配材料的上面(面朝穿戴者)。授予Latimer的美国专利5，364，382公开非织造布材料，如熔喷、粘合梳理纤网及浆粕地共成形纤网，它能接受并随后将液体交付给保存部件。Latimer的材料结构采用大旦数回弹性纤维与小旦数可湿纤维的掺混物，以实现排出液体的迅速吸入及将液体迅速交付到其下面的持液贮存材料中的目的。另外，授予Ellis的专利5，490，846公开一种改善吸入排出液高峰的材料的吸入速率的层状结构。
尽管在研制把排出液高峰迅速吸入和迅速交付给持液材料的吸入排出液高峰的材料方面取得了这些进展，厚度薄的目标依然未能满意实现。以上列举的吸入排出液高峰材料均相当厚，故当置于吸收制品吸入区时，初次戴上之后会感觉吸收产品的裆部贴身不良并还能导致若干使用性能问题。首先，该产品可能由于吸入排出液高峰的材料过厚，在产品与身体之间形成缝隙，从而发生泄漏。其次，当为液体吸入提供必要空隙容积而使用蓬松材料时穿戴者会感觉产品不舒适。因此，依然需要一种吸入排出液高峰的材料，它能迅速吸入排到冲击区的排出液并随后能将液体释放以便贮存，而且在排液前还保持比较薄。
本发明一个目的是提供个人护理产品用吸入排出液高峰的材料，它能迅速吸入排液并将其传输到邻近材料中以便分配和贮存，而且在首次排液前还保持相对薄。本发明另一个目的是提供一种个人护理产品，排液前它薄故令穿戴者舒适。
发明概述
本发明诸目的是借助一种设计成在排液前非常薄，而吸入排出液后迅速膨胀的材料和产品来实现的。按最广的定义，本发明是一种包括粘合剂并被压缩到最高达约0.3g/cc密度的纤网。该纤网可优选采用粘合梳理纤网法、共成形法或气流铺网法来成形。粘合剂可依靠利用湿气的氢键键合来工作；或者可以是非水溶液、粉末、纤维状粘合剂或包括水诱发组分的共轭纤维粘合剂。共轭纤维可以是卷曲的。当吸湿后，本发明纤网应能迅速膨胀到其未压缩厚度的80％以上和若从未压缩状态开始的吸饱合后的厚度的90％以上。
定义
“亲水”一词形容纤维或纤维表面在与含水液体接触时能被该液体润湿。而材料的润湿程度则又可用接触角以及所涉及的液体与材料之间的表面张力来描述。适用于测定特定纤维材料或纤维材料共混物可湿性的设备和技术可由Cahn SFA-222表面力分析仪系统或者基本等价的系统提供。用此种系统测定时，接触角小于90°的纤维被规定为“可湿”或亲水，而接触角等于或大于90°的纤维则规定为“不可湿”或疏水。
“层”，当采用单数时，可具有双重含义，即单个元件或者多个元件。
“液体”是指非气态、非粒状物质，和/或某种材料，它可流动并可采取将其倒入其中或装有它的容器的内部形状。
本文所使用的术语“非织造布或纤网”是指一种具有由许多单根纤维或线组成的结构的纤网(片材)，这些纤维交叉铺置，然而却不是以如同针织物那样可辨认的方式。非织造布或纤网一向由多种方法成形，例如，熔喷法、纺粘法以及粘合梳理纤网法。非织造布的基重一般用每平方码材料的盎司数(osy)或每平方米克数(gsm)表示；纤维的有效直径一般用微米表示。(注：要由osy数值换算为gsm数值，可将osy数值乘以33.91)。
本申请所使用的术语“微纤维”是指一种小直径纤维，其平均直径不大于约75μm，例如平均直径介于约0.5μm～50μm之间，或者更具体地说，微纤维的平均直径介于约2μm～约40μm之间。另一种经常使用的纤维直径表示法是旦数，其定义是每9000m纤维的克数，可根据以平方微米表示的纤维直径乘以用g/cc表示的密度，再乘以0.00707算出。旦数越低，表明纤维越细；旦数越高，表明纤维越粗或越重。例如，已知聚丙烯纤维直径为15μm，要换算为旦数，可求平方，将结果乘以0.89g/cc，再乘以0.00707。于是，15μm聚丙烯纤维的旦数为约：1.42(152×0.89×0.00707=1.415)。在美国以外的地区，该度量单位更普遍采用“tex”(特)，它规定为每千米纤维的克数。tex数可按照旦数/9来算出。
“纺粘纤维”是指按如下方法成形的小直径纤维：使熔融热塑性材料通过纺织头上的许多细小的通常为圆形的纺丝毛细孔挤出为熔融丝束，随后可按照例如授予Appel等人的美国专利4，340，563号授予Dorschner等人的美国专利3，692，618号、授予Matsuki等人的美国专利3，802，817号、授予Kinney的美国专利3，338，992号和3，341，394号、授予Hartman的美国专利3，502，763号以及授予Dobo等人的美国专利3，542，615号的方法使挤出单丝的直径迅速变小。纺粘纤维当沉积到收集表面上时通常不发粘。纺粘纤维一般为连续的，平均直径(根据至少10个样品获得的结果)大于7μm，尤其介于约10～20μm之间。
“熔喷纤维”是指按如下方法成形的纤维：使熔融热塑性材料通过许多细小的通常为圆形的纺丝头毛细孔，以熔融丝束形式挤出到一股逐渐汇聚的高速、通常为热的气体(如空气)流中，该气流将熔融热塑性材料的丝束拉细以减少其直径，可达微纤维的直径。然后，熔喷纤维由高速气流夹带并沉积在收集表面上，形成由散乱分布的熔喷纤维组成的纤网。此种方法例如描述在美国专利3，849，241号中。熔喷纤维是连续或不连续的微纤维，平均直径一般小于10μm，且当沉积到收集表面上时发粘。
本申请所使用的术语“共成形”是指这样一种方法，其中至少1个熔喷口型布置在一个料斗附近，在其不断成形过程中通过该料斗将其他材料加入到该纤网中。此种其他材料例如可以是木浆、超吸收剂颗粒、纤维素或短纤维。共成形方法展示于同一受让人的授予Lau的美国专利4，818，464号中，以及授予Anderson等人的4，100，324号中。用共成形方法生产的纤网通常被称之为共成形材料。
“共轭纤维”是指这样的纤维，它由至少两种聚合物源从各自的挤出机挤出但在一起纺丝，成为一种(根)纤维。共轭纤维有时也称作多组分纤维或双组分纤维。所用聚合物通常彼此不同，虽然共轭纤维也可以是单组分纤维。各聚合物排列在共轭纤维断面上基本恒定、界限分明的区域内并沿共轭纤维全长连续延伸。此种共轭纤维的构型，例如可以是皮/芯排列的，其中一种聚合物被另一种包围着，或者可以是并列排列、扇形排列或者“海/岛型”排列的。共轭纤维例如公开在授予Pike等人的美国专利5，382，400中，可用于借助2(或更多)种聚合物之间膨胀及收缩速率差异在纤维中产生卷曲。此种纤维还可以是可分裂(劈裂)的。卷曲纤维还可采用机械手段并按德国专利DT 25 13 251 A1的方法来制备。在两组分纤维的情况下，各种聚合物可以75/25、50/50、25/75或者要求的其他任何比例存在。该纤维还可具有诸如授予Hogle等人的美国专利5，277，976号所述异型纤维的形状。
共轭纤维的制造方法是熟知的，故无须在此赘述。大致地说，要成形共轭纤维，将2种聚合物分别挤出并喂入到聚合物分配系统中，然后再将聚合物引入到分区的纺丝板中。聚合物沿着分开的路径流入到纤维纺丝板，并在纺丝板孔中汇合，该纺丝孔包括2或更多个同心圆孔，于是便生产出皮/芯型纤维，或者包括沿直径一分为二的圆形纺丝孔，于是便获得并列型纤维。合并后的聚合物丝束随后接受冷却、固化并牵伸-通常借助机械辊筒系统-至过渡单丝直径，然后收集。随后，丝束接受低于其软化温度的温度下的“冷牵伸”，至要求的最终直径，再卷曲/假捻并切断为要求的纤维长度。共轭纤维可切断为比较短的长度，例如长度一般在25～51mm的普通短纤维，以及更短的，长度一般小于18mm的短切断长度短纤维。例如参见授予Taniguchi等人的美国专利4，789，592和授予Strack等人的美国专利5，336，552，这两篇美国专利全文作为本申请的参考文件。
“粘合梳理纤网”是指这样的纤网：由短纤维通过精梳或梳理装置的加工，在此将一根根短纤维分开并沿机器方向排齐，从而形成大致沿机器方向取向的非织造纤网。这些短纤维通常以整包纤维的形式购进，放在清棉机中预先将纤维分开，然后再喂入到梳理装置中。成形为纤网后，通常采用几种已知粘合方法中的1种或多种对其进行粘合。此种粘合方法之一是粉末粘合，其中粉末状粘合剂被分布到整个纤网中，然后将其活化，通常通过以热空气加热纤网和粘合剂来实现。另一种合适的粘合法是花纹粘合，其中用加热的压花辊筒或超声粘合设备将纤维粘合在一起，一般沿着局部花纹粘合，但根据需要，也可沿纤网的全部表面粘合。另一种合适且熟知的粘合方法，尤其是当采用共轭短纤维时，是穿透空气粘合。
“气流成网”是熟知的纤维非织造层成形方法。在气流成网过程中，典型长度介于约6～约19mm的小纤维组成的纤维束被气流吹散并夹带，随后沉积在成形网上，此间通常辅以真空源。随后，散乱沉积的纤维借助例如热空气或喷涂粘合剂而彼此粘合。
本申请所使用的术语“热点粘合”涉及将待粘合纤维非织造布或纤网从加热压花辊与砧辊之间送过。压花辊一般地，尽管不总是，带有某种形式的花纹，使得粘合不是沿着整个表面发生，而砧辊则通常是光辊。于是，研制出各种各样压花辊花纹，以满足各种功能乃至美观的目的。就典型而言，粘合面积百分率介于层合非织造纤网面积的约10～约30％。如本领域熟知的，点粘合既将各个被层叠的层维系在一起，又由于对每个层内部单丝的粘合作用而赋予每个单独层以整体性。
本申请所使用的术语“气流饱和浸渍粘合”(through-airbonding)是指一种用来粘合纤网的方法，加工中，将温度足以使构成纤网中纤维聚合物熔融的热空气强制穿过纤网。空气速度介于100～500英尺每分钟，停留时间可长达6s。聚合物的熔融及再固化产生了粘合效果。
“个人护理产品”是指尿布、训练裤、吸湿内裤、女性卫生用品及成人失禁用品。
发明详述
本发明的材料结构体被设计成非常薄的材料，但当吸入排出液时会迅速膨胀。当使用者戴上包括本发明材料的吸收性制品时，由于它非常薄而感觉舒适且有利于贴身。
由于使用期间该材料结构的膨胀，它将形成必要的空隙容积以便容纳不断到来的流体，这又将减少泄漏的机会。本发明人相信，刚刚被不断推进的液体前沿弄湿的这部分材料将具有使液体向材料内部的迁移的高驱动或毛细管作用力。已被弄温并膨胀的材料部分将提供保存液体的容量并允许液体以更大的流率穿过被弄湿的材料部分。
下面将描述几个本发明的实施例。开始全部都设计成非常薄的结构体，随后一旦接触到排出的体液时便发生膨胀。另外，应指出的是，虽然该材料的优选用途是作为吸入排出液高峰的材料，但它也可起“分配材料”的功能。
材料可从原制成时的低密度状态在最高约10wt％湿气的存在下被压缩到较高密度的薄层状态。据信，这将使氢键得以形成。进一步的水分，例如由个人护理产品的排出液所提供的水分，将导致氢键的拆散并使材料产生足以吸入该次排液的膨胀量。该材料可包括约20～60wt％纤维素纤维如人造丝或棉花，以及其余数量的非纤维素纤维，如聚烯烃、聚酯和聚酰胺纤维。浆粕纤维也可使用，虽然由于它们被弄湿后容易塌瘪而不是优选的。像聚酯和聚酰胺这样的纤维还具有回弹性，因此它们将有助于氢键拆散后材料的膨胀。此种纤维可通过技术上已知的任何方法生产，例如纺粘、熔喷、溶液纺丝等等，还可采用，特别是共成形法、粘合梳理法及气流成网法混入。纤维的纤度可为约1～约10旦；材料基重在约1osy(34gsm)～约4osy(136gsm)之间。该材料可按约0.15g/cc～约0.04g/cc的密度制造，然后压缩到直到约0.3g/cc的最终密度。一种压缩该材料的方法是，在加垫隙片的雕刻(carver)压力机上在约80～100℃热压约1min。另一种方法是气流饱和浸渍粘合，将出口处的辊隙设定在可达到要求厚度的数值。同时，其他压制程序及其他市售压制程序，包括连续、在线压光(轧光)，也可用于生产要求的结构。
在本发明该实施例中，所公开的材料也是包括回弹性纤维的薄结构。这些结构被制成膨胀的低密度状态，然后用特定聚合物粘合体系固定在压缩状态，该体系在来自排液的水分存在下将开胶(松开)。当粘合剂开胶时，回弹性纤维将表现出一定程度的回复，并形成产生吸入排出液所需空隙容积的较低密度纤网。
湿敏粘合剂以粉末、液体或纤维形式供货，其活化可采用热和/或少量水分来实现。粘合体系可以是聚乙烯醇粘合剂、能溶解于流体的粉末或纤维。某些聚乙烯醇的具体例子具有易于可逆变化的交联，从而允许改变接触到排出液后的粘合特性，以便使回弹性结构得以膨胀。也可使用具有基于亲水性控制原理的时间诱发特性的水敏感热熔粘合剂，或者可使用水诱发聚合物，例如碱敏感丙烯酸类。粘合剂还包括聚丙烯酰胺、聚丙烯酸及其共聚物、淀粉粘合剂、纤维素粘合剂及蛋白质粘合剂。
在本发明另一种实施方案中，公开一种包括可卷曲共轭纤维的材料结构体。共轭纤维的一边可具有水诱发第一组分，例如聚环氧乙烷，而纤维的另一边可具有回弹性第二组分，如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。在纤网形式中采用此种类型纤维，其结构将依据结构体中的含温量情况，既可膨胀也可收缩。PET部分将使该结构保持在敞开状态以接受排液。该结构一旦接触到排出液，其PEO(聚环氧乙烷)纤维便被激活。随着结构将液体排至其他部位，PEO将收缩，从而有助于吸入排出液高峰的材料返回到薄层状态。随着时间的推移，PEO将导致吸入排出液高峰的材料膨胀，从而为接受下一次排液做好准备。在产品的使用寿命期限内，该结构将在较多的时间内保持薄层状态，较少时间处于膨胀状态，从而使穿戴者感觉比较舒适。然而，它处于膨胀状态的时间又足以长到处理到来的排液。在本发明材料中还可包括超吸收剂。
许多聚合物，在基本纯净的水如典型pH值介于约6.5～约8.5的自来水中可降解，因此可作为共轭纤维的可水降解部分。还可选择这样的聚合物作为第1组分，它对于水环境中pH的改变、溶解态离子浓度的改变和/或温度的改变均敏感或者由于此种改变而变得可降解。
另一种可利用来诱发水-可降解性的机理是离子敏感性，其中术语“离子”是指传统含义上的获得或失去了1个或多个电子，从而带上正或负电荷的原子或与分子键合的原子团。某些聚合物包含由氢键维系在一起的酸基(R-COO-)成分。当处于干态时，此种聚合物保持为固体。例如参见授予Varona的美国专利4，419，403号，在此将其全文作为本申请的参考。
能够在水混合物或马桶水中降解的聚合物的例子是聚(乙烯醇)接枝共聚物，由Nippon合成化学公司(大阪，日本)供应，牌号为EcomatyAX2000、AX10000和AX-300G。此类材料的例子还可包括NP2068、NP2074或NP2120脂族聚酰胺，如由H.B.Fuller公司(Vadnais Heights，明尼苏达)供应。该Nippon聚合物为冷水可溶的，但其溶解速率比Fuller公司的聚合物慢一些。又一种第1组分聚合物可以是聚醚嵌段酰胺，商品名PebaxMX1074，由Atochem公司(美国)(费城，宾夕法尼亚)供应。PebaxMX1074聚合物由ε-己内酰胺(尼龙12)和四甘醇单体组成。这些单体聚合起来可制成一系列聚醚嵌段酰胺共聚物。Pebax聚合物不溶于水但可在水中溶胀，因此还可用于水量较大的环境中。Fuller聚合物可与软化点或熔融温度至少高出约10℃的第二组分(芯)聚合物，如聚丙烯，匹配。Nippon或Atochem聚合物可与熔融温度范围更高的第二组分聚合物如聚丙烯或聚(对苯二甲酸丁二醇酯)匹配。
在任何实施方案中，希望使用能正常发挥功能的粘合剂最低用量，并应小于约10wt％。如果粘合剂为纤维形式，则优选该纤维尽可能细。
就其最广的定义而言，本发明是一种包括粘合剂并被压缩到密度最高约0.3g/cc的纤网。该纤网优选由粘合梳理纤网法或气流成网法制成。粘合剂可依靠利用水分的氢键键合，或者可以是非水溶液、粉末、纤维状粘合剂或包括水诱发组分的共轭纤维粘合剂。共轭纤维可以是卷曲的。当被弄湿时，本发明纤网迅速膨胀到超过其未压缩厚度的80％且超过从未压缩状态开始的吸饱时厚度的90％以上。
虽然上面仅就少数几个本发明范例实施方案做了详细描述，但本领域技术人员很容易懂得，在范例实施方案中存在许多修改的可能，实质上均不偏离本发明的新概念和优点。因此，所有这些修改均应包括在本发明权利要求书中所限定的范围内。在该权利要求中，手段兼功能的权利要求旨在涵盖在完成所述功能时本说明书中所描述的结构，且不仅包括结构等价物而且包括等价结构。譬如，虽然钉子和螺钉在钉子利用圆柱面将木质零件固定在一起，而螺钉则利用螺旋表面--这种意义上可能不是结构等价物，然而就固定木质零件这一作用上，钉子与螺钉可视为等价结构。