DE69827776T2

DE69827776T2 - Zwei-zonen saugfähiges gewebe

Info

Publication number: DE69827776T2
Application number: DE69827776T
Authority: DE
Inventors: Fung-Jou Chen; Joseph Richard KAMPS; Michael Andrew LAKE; Dean Jeffrey LINDSAY; Louis Mark ROBINSON
Original assignee: Kimberly Clark Worldwide Inc; Kimberly Clark Corp
Current assignee: Kimberly Clark Worldwide Inc; Kimberly Clark Corp
Priority date: 1997-03-21
Filing date: 1998-03-20
Publication date: 2005-03-31
Anticipated expiration: 2018-03-21
Also published as: US20020103469A1; US6911573B2; WO1998042289A1; US20020107495A1; EP0969787B1; CA2280018A1; DE69833280D1; DE69833280T2; AU6464698A; AU738012B2; US20020099347A1; AU6575798A; US6395957B1; DE69827776D1; JP2001521590A; WO1998042290A1; EP0969787A1; BR9808031A

Description

Allgemeiner Stand der Technik
Saugfähige Artikel werden typischerweise in Kontakt mit der Haut verwendet. Einige saugfähige Artikel wie etwa Wegwerfwindeln, Monatsbinden, Slipeinlagen, Einlagen für Inkontinente und dergleichen werden in Kontakt mit der Haut gehalten, um Körperflüssigkeiten oder Ausscheidungen zu absorbieren, während andere saugfähige Materialien wie etwa Papierhandtücher, Händehandtücher und Wischtücher in den Händen gehalten werden können, um Flüssigkeit auf der Haut oder auf anderen Flächen zu absorbieren. In praktisch jedem Fall ist es erwünscht, dass der saugfähige Artikel oder das saugfähige Material Flüssigkeiten von der Haut fernhält, um ein sauberes, trockenes Gefühl zu erzielen, um Probleme mit der Hautgesundheit zu verringern, die sich aus der Überschusshydratation oder aus dem Kontakt mit schädlichen biologischen oder chemischen Substanzen in der Flüssigkeit, die absorbiert wird, ergeben.
Während Papierhandtücher und Wischtücher oft aus einem homogenen Material wie etwa aus einer Bahn, die vollständig aus Zellulose zusammengesetzt ist, zusammengesetzt sind, haben saugfähige Artikel, die Körperflüssigkeiten absorbieren sollen, typischerweise wenigstens drei Schichten aus verschiedenen Materialien. Direkt auf der Haut des Benutzers befindet sich eine Oberseitenschicht, die hierin manchmal eine Einlage, eine Körperseiteneinlage oder eine Decklage genannt wird. Unter der Oberseite ist der saugfähige Kern, der dafür entworfen ist, Flüssigkeit zu speichern, wobei sich unter dem saugfähigen Kern eine flüssigkeitsundurchlässige Rückseite befindet, die den Abfluss verhindert und die Integrität des Produkts erhält. Die Oberseite sollte sich weich anfühlen und sollte eine hohe Flüssigkeitsdurchlässigkeit haben, um zu ermöglichen, dass eine Körperflüssigkeit wie etwa Urin, die Regelblutung oder Durchfall absorbiert wird und von der Haut weg transportiert wird und in den mittleren saugfähigen Kern gelangt. Idealerweise erzielt die Oberseite einen "trockenen Kontakt" oder ein "trockenes Gefühl", indem die Flüssigkeit daran gehindert wird, zur Haut zurückzufließen. Es ist auch wünschenswert, dass die Oberseiten eine hohe Feuchtelastizität aufweisen, damit sie ihre Größe und ihre Form beibehalten, wenn sie feucht sind.
Herkömmliche hydrophile Deckmaterialien oder Oberseiten, die mit der Haut in Kontakt sind, können wirksam dazu dienen, Körperflüssigkeiten in den saugfähigen Kern zu transportieren, sie verursachen jedoch ein feuchtes Gefühl an der Haut des Benutzers und können die Hautgesundheit negativ beeinflussen. Ferner können sie durch Dochtwirkung Flüssigkeit in der Schichtebene leiten, was ermöglicht, dass Flüssigkeit die Ränder des saugfähigen Artikels erreicht und möglicherweise durchsickert oder heraussickert.
Um das Ziel der Weichheit und eines trockenen Gefühls an den Oberseiten der saugfähigen Artikel zu erreichen, haben sich viele Hersteller bei der den Körper berührenden Oberseite nicht gewebten aus hydrophoben Fasern hergestellten Geweben zugewendet. Während die Verwendung von hydrophoben nicht gewebten Geweben zu einem verbesserten trockenen Gefühl geführt haben kann, behindert das hydrophobe Material das Leiten in den saugfähigen Kern durch Dochtwirkung, bietet eine kleine Saugfähigkeitskapazität und verringert die Flüssigkeitsdurchlässigkeit. Ferner bewirkt die schlechte Absorptionsfähigkeit der meisten hydrophoben Materialien, dass jede darin gespeicherte Flüssigkeit einfach durch die Körperbewegung des Trägers ausgepresst wird.
Andere haben versucht, die Eigenschaft des schlechten Leitens durch Dochtwirkung und die schlechte Saugfähigkeitseigenschaft von hydrophoben Materialien durch das Auftragen eines Oberflächenfinishs zu verbessern, das grenzflächenaktive Stoffe auf der Oberfläche der hydrophoben Fasern umfasst. Dieser Lösungsansatz kann einige Vorteile bieten, wenn der Artikel das erste Mal befeuchtet wird, aber die grenzflächenaktiven Stoffe tendieren dazu, ausgewaschen zu werden, was zu einer schlechteren Funktionserfüllung beim weiteren Befeuchten führt.
Im Fall von saugfähigen Einlagen für die Regelhygiene sind zwei verschiedene Lösungsansätze, die hydrophobe Oberseiten oder Deckschichten betreffen, verbreitet. Ein Lösungsansatz ist, ein weiches, stoffartiges, nicht gewebtes hydrophobes Material zu verwenden, das den Komfort erhöht, aber den Nachteil einer schlechten Aufnahme der Regelblutung hat. Ein anderer Lösungsansatz ist, einen gelochten Kunststofffilm aus einem hydrophoben Polymer oder aus anderen Materialien zu verwenden. Das hydrophobe Deckmaterial stößt viele Körperflüssigkeiten ab, während die Öffnungen das Weglei ten von der Deckschicht in das saugfähige Material darunter durch Dochtwirkung ermöglichen.
In der Theorie sollte das hydrophobe gelochte Material ermöglichen, dass die Haut des Benutzers relativ trocken bleibt, während das Leiten durch Dochtwirkung in der z-Richtung (senkrecht zur Ebene der Deckschicht) in den darunter liegenden saugfähigen Kern zugelassen wird. In der Praxis stellen hydrophobe gelochte Filme eine Anzahl von Problemen dar. Gelochte Filme haben den Nachteil, dass einige Benutzer sie wegen ihrem Kunststoffgefühl und wegen ihrer schlechten Absorptionsfähigkeit nicht mögen. Ihre hydrophobe Natur widersetzt sich dem Transport durch das Material und verzögert möglicherweise das Leiten durch Dochtwirkung in den saugfähigen Kern. Ebenso können sich zwischen dem Film und der Haut des Benutzers Taschen oder Ansammlungen der Flüssigkeit bilden. Bei fehlendem Flüssigkeitsdruck oder fehlendem physischem Druck kann sich die Regelblutung insbesondere auf der hydrophoben Fläche ansammeln und nicht in die Öffnungen eindringen, besonders wenn es einen signifikanten Grenzflächenspalt zwischen der Deckschicht und dem darunter liegenden saugfähigen Material gibt.
Deshalb gibt es einen Bedarf an einem verbesserten Oberseitenmaterial, das das Frischegefühl erzielt, das ein Merkmal von hydrophoben Oberseitenmaterialien sein soll, während es auch für ein rasches Transportieren von Flüssigkeit in z-Richtung (in Tiefenrichtung) durch die Oberseite in den darunter liegenden saugfähigen Kern, eine eher für hydrophile Materialien typische Eigenschaft, sorgt. Vorzugsweise haben diese saugfähigen Oberseiten auch Feuchtelastizität- und Absorptionsfähigkeitseigenschaften, die bei mehrfachen Beschmutzungen mit Urin oder anderen Flüssigkeiten bestehen bleiben.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft zusammengesetzte, elastische Materialien, die, wenn sie als die Haut berührende Schichten verwendet werden, die Körperflüssigkeiten oder andere Flüssigkeiten absorbieren, die Vorteile einer hohen Absorptionsfähigkeit und eines frischen, trockenen Gefühls bieten, von denen einst gedacht wurde, dass sie sich gegenseitig ausschließen.
In der gleichzeitig anhängigen US-Patentanmeldung mit der laufenden Nummer 08/614.420 "Wet Resilient Webs and Disposable Articles Made Therewith", von F.-J. Chen u. a. wird eine neuartige nass aufgebrachte Papiertuchbahn und mit einem ungewöhnlich hohen spezifischen Volumen, einer ungewöhnlich hohen Feuchtelastizität, Durchlässigkeit in der Ebene und Absorptionsfähigkeit gelehrt. Die ungewöhnlichen Eigenschaften dieses Materials werden durch eine Kombination von Hochausbeute-Fasern, Nassfestigkeits-Zuschlagstoffen und durch drucklose Trocknung einer gegossenen, dreidimensionalen Struktur erreicht. Die dreidimensionale Struktur dieses Materials fällt nicht einfach zusammen, wenn es befeuchtet wird, und verringert folglich die Kontaktfläche mit der Haut, wenn es feucht ist, was zu einem relativ trockenen Gefühl beiträgt. Es wurde festgestellt, dass das inhärent hydrophile Material dieser vorherigen Erfindung und die verwandten Materialien in Artikeln zur persönlichen Pflege durch den selektiven Zusatz von hydrophoben Substanzen, die ein trockeneres Gefühl und, in ein Ausführungsformen, eine verbesserte Weichheit verleihen können, im Wesentlichen nützlicher gemacht werden können. Mit dem hydrophoben Material, das auf den obersten, den Körper berührenden Bereichen der dreidimensionalen hydrophilen Bahn abgesetzt ist, werden die höchsten, den Körper berührenden Bereiche im Wesentlichen hydrophob gemacht, um die Empfindung eines sauberen, trockenen Gefühls zu erhöhen, während mehrere hydrophile Bereiche in der Bahn für Körperflüssigkeiten zugänglich bleiben, was ermöglicht, dass Flüssigkeiten durch Dochtwirkung von dem Körper und in ein saugfähiges Medium weggeleitet werden. Folglich wird in einer einzelnen einheitlichen Schicht oder in einer einzelnen zusammengesetzten Struktur, die ein Schichtstoff aus hydrophoben und hydrophilen Materialien sein kann, ein trockenes Gefühl und eine hohe Absorptionsfähigkeit erreicht. Das hydrophobe Material wird mit der Rohlage verbunden oder integrierend daran befestigt. Solche Materialien umfassende verbesserte saugfähige Einwegartikel schließen Monatsbinden und Slipeinlagen, Erzeugnisse für Inkontinente wie etwa Windeln und Einlagen, Bettunterlagen, Wegwerfwindeln, Kniestrümpfe oder Einweg-Trainingshosen, wegwerfbare Regelblutungsunterhosen, Geflügeltampons, wegwerfbare Schweißbänder oder -unterlagen, Brustunterlage, geruchsabsorbierende Polster für Schuhe, Handtüchern, befeuchtete Reinigungstücher, Wischtücher, medizinische Tampons, Verbände und sterile Tampons für Wunden, Einwegkleidungsstücke, Einlagen für Helme oder eine andere Schutz- oder Sportausrüstung, Kissen zum Wachsen von Kraftfahrzeugen und anderen Flächen usw. ein. Ein einfaches Beispiel für einen saugfähigen Artikel, der eine Oberseite, einen saugfähigen Kern und eine Rückseite enthält, ist in dem US-Patent eine Rückseite enthält, ist in dem US-Patent Nr. 3.809.089, das am 7. Mai 1974 an Hedstrom u. a. erteilt wurde, gezeigt, und US 3.967.623 offenbart eine saugfähige Unterlage, die eine hydrophobe PolyEthylenverkleidungslage aufweist.
Im Allgemeinen ist festgestellt worden, dass der Zusatz von hydrophoben Mitteln oder Materialien an den relativ erhöhten Abschnitten der einen Fläche einer dreidimensionalen, feuchtelastischen faserförmigen Bahn, wobei die Bahn überwiegend an sich hydrophile Fasern umfasst, die Eignung von solchen Bahnen für die Verwendung in saugfähigen Artikel durch das Verringern der Menge an Flüssigkeit, die in Kontakt mit der Haut bleiben kann oder während der Verwendung als ein saugfähiger Artikel zur Haut zurückfließt, verbessern kann, was folglich zu einem verbesserten Trockengefühl führt. Bestimmte hydrophobe Materialien wie etwa kurze, feine Kunstfasern können ein angenehmes weiches, flaumiges und trockenes Gefühl erzielen, während andere Materialien wie etwa hydrophobe Harze, Gele, Emulsionen, Wachse oder Flüssigkeiten die offensichtliche Glätte oder Lubrizität der Fläche erhöhen und die Tasteigenschaften verbessern können.
Geeignete Rohlagen können aus wässrigen Schlämmen aus Papierfasern mit bekannten Papierherstellungstechniken angefertigt werden. Die Fasern können aus Holz oder aus anderen Zellulosequellen gewonnen werden und enthalten vorzugsweise und einen Anteil aus Hochausbeute-Zellstofffasern oder anderen feuchtelastischen Zellstofffasern und eine wirksame Menge an Nassfestigkeitsmitteln. Die Rohlage kann durch Durchtrocknen auf einem dreidimensionalen Gewebe oder durch andere im Gebiet bekannte Mittel texturiert werden, und kann vorzugsweise drucklos getrocknet werden, um eine dreidimensionale Struktur zu ergeben. Die inhärente Steifheit der feuchtelastischen Zellstofffasern kann auf Wunsch durch die Aufnahme eines geeigneten Weichmachers wie etwa Glycerol oder durch mechanische Behandlung wie etwa Mikrodehnung, Trockenkreppen oder Kalandrieren verringert werden.
Durchtrocknende Gewebe, die für die Bildung von dreidimensionalen Bahnen gut geeignet sind, sind in dem US-Patent Nr. 5.429.686, "Apparatus for Making Soft Tissue Products", das am 4. Juli 1995 an Chiu u. a. erteilt wurde, offenbart. Andere Verfahren wie etwa Feuchtformen, Formen auf dreidimensionalen Siebgeweben, Trocknung auf nicht gewebten Substraten, Drängungsübertragung auf Prägegewebe, Prägen, Formpressen usw. können verwendet werden, um brauchbare dreidimensionale Strukturen zu schaffen. Die Rohlage kann als eine einheitliche Mehrschichtstruktur gebildet werden, in der verschiedene Lagen gut verklebt und eng miteinander verbunden sind. Einheitliche Mehrschichtrohlagen können mit Hilfe von geschichteten oder vielschichtigen Stoffaufläufen gebildet werden, bei denen zwei oder mehr Einträge in getrennte Kammern eines Stoffauflaufs zugeführt werden, oder sie können mit Hilfe von getrennten Stoffaufläufen durch das Zusammengautschen der feuchten Bahnen vor dem Trocknen gebildet werden, um zu ermöglichen, dass sich während des Trocknens eine ausgedehnte Wasserstoffbrückenbindung zwischen den Lagen entwickelt, oder sie können während des Aufbringens im Luftstrom durch das Variieren der Zusammensetzung der Fasern und der Zuschlagstoffe, die der Bahn gegeben werden, gebildet werden. Mehrschichtlagen ermöglichen eine bessere Steuerung von physikalischen Eigenschaften durch die Anpassung der Materialzusammensetzung jeder Schicht. Beispielsweise würde eine für die vorliegende Erfindung brauchbare einheitliche Mehrschichtrohlage eine Oberschicht, die der oberen Fläche der Rohlage entspricht, und wenigstens eine verbleibende Schicht unterhalb der Oberschicht, die vorzugsweise durch zwischen den Zellulosefasern während des Trocknens gebildete Wasserstoffbrückenbindungen integrierend damit verbunden ist, aufweisen, wobei sich die Oberschicht von wenigstens einer verbleibenden Schicht der Rohlage in Bezug auf Materialzusammensetzung unterscheidet. Der Unterschied bei der Materialzusammensetzung kann durch Unterschiede bei den Faserarten (beispielsweise durch den Prozentsatz des Hartholzes im Vergleich mit dem des Weichholzes); der Faserlänge; der Faserausbeute; der Faserbehandlung mit Verfahren, die die Fasermorphologie oder -chemie ändern, wie etwa mechanisches Verfeinern, Faserfraktionierung, Dispergierung, um Welligkeit zu verleihen, Dampfexplosion, enzymatische Behandlung, chemisches Vernetzen, Ozonisierung, Bleichen, Lumenbefüllung mit Füllstoffen oder anderen chemischen Mitteln, Behandlung mit überkritischen Fluida einschließlich der Extraktion mit überkritischen Fluida von Mitteln in der Faser oder der Abscheidung von gelösten Stoffen mit überkritischen Fluida auf und in die Zellwand und dergleichen verursacht sein. Der Unterschied bei der Materialzusammensetzung zwischen der Oberschicht und wenigstens einer anderen Schicht in der Rohlage kann auch durch Unterschiede bei den beigemengten Chemikalien einschließlich der Unterschiede bei der Art, bei den Eigenschaften oder bei der Dosierung der hinzugefügten Chemikalien verursacht sein. Die wenigstens einer Schicht der Bahn unterschiedlich beigemengten Chemikalien können Entfestigungsmittel, antibakterielle Mittel, Nassfestigkeitsharze, Stärken, Eiweiße, Superabsorberpartikel, Faserweichmacher wie etwa Glykole, Färbemittel, Trübungsmittel, grenzflächenaktive Stoffe, Zinkoxid, Natriumhydrogencarbonat, Silikonverbindungen, Zeolite, Aktivkohle und dergleichen enthalten. In einer bevorzugten Ausführungsform hat die Rohlagestruktur eine feuchtelastische, drucklos getrocknete Unterschicht, die vorzugsweise aus Weichholzfasern zusammengesetzt ist, die vorzugsweise wenigstens 10% Hochausbeute-Faser wie etwa Fein-BCTMP enthält, und eine weiche Oberschicht, die einen Anteil feinerer Fasern wie etwa chemisch zu Brei verarbeiteter Harthölzer enthält. Die Mehrschicht-Rohlagenstruktur ist einheitlich, was bedeutet, dass die zwei Schichten eng miteinander verbunden oder verklebt sind. Beispielsweise könnte eine einheitliche Zweischicht-Rohlage mit einem geschichteten Stoffauflauf oder durch das Zusammengautschen von zwei Nasslagen vor der Trocknung gebildet werden, um einen engen Kontakt und eine Wasserstoffbrückenbindung zwischen den beiden Schichten zu bilden.
Der Anteil des mit hydrophoben Materialien behandelten Oberflächenbereichs sollte groß genug sein, um eine wirksame Verbesserung beim Komfort zu erzielen, die zum Teil vom spezifischen Produkt abhängt. Dementsprechend kann der Anteil der von hydrophobem Material bedeckten Rohlagefläche etwa 5% oder größer, insbesondere etwa 10% oder größer, genauer etwa 20% oder größer, noch genauer etwa 30% oder größer und nochmals genauer etwa 40% bis etwa 75% sein. Der Anteil des Oberflächenbereichs der Rohlage, der im Wesentlichen hydrophil bleibt, kann etwa 10% oder größer, insbesondere etwa 20% oder größer, genauer etwa 30% oder größer, noch genauer etwa 40% oder größer, noch genauer etwa 20% bis etwa 90% und nochmals genauer etwa 50% bis etwa 90% sein. Für einen wirksamen Flüssigkeitsentzug sollte die seitliche Breite der vertieften, hydrophilen Bereiche etwa 0,1 mm oder größer, genauer etwa 0,5 mm oder größer und noch genauer etwa 1 mm oder größer sein. Der Abstand zwischen den vertieften hydrophilen Bereichen kann etwa 0,4 mm oder größer, genauer etwa 0,8 mm oder größer und noch genauer etwa 1,5 mm oder größer sein. Die Minimalbreite der erhöhten Bereiche kann etwa 0,5 mm oder größer, genauer etwa 1 mm oder größer und noch genauer etwa 1 bis etwa 3 mm sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das hydrophobe Material ein im Wesentlichen zusammenhängendes Geflecht aus hydrophoben Fasern, das eine Mehrzahl von makroskopischen Öffnungen hat, dass ein Abschnitt der vertieften Bereiche der Rohlage auf Öffnungen im darüber liegenden Geflecht aus hydrophoben Fasern ausgerichtet ist, um zu ermöglichen, dass Körperausscheidungen durch die makroskopischen Öffnungen in die Rohlage gelangen. Eine makroskopische Öffnung ist als Öffnung definiert, die verglichen mit der inneren Porengröße des Materials groß ist. In einer typischen Spinnvliesbahn oder Verbundfaserbahn beispielsweise würde eine makroskopische Öffnung dem Auge eher als ein absichtlich eingefügtes Loch oder als ein absichtlich eingefügter Hohlraum in der Bahn statt als eine charakteristische Pore zwischen benachbarten Fasern erscheinen, und könnte insbesondere eine charakteristische Breite von etwa 0,2 mm oder größer, etwa 0,5 mm oder größer, etwa 1 mm oder größer, etwa 2 mm oder größer, etwa 4 mm oder größer, etwa 6 mm oder größer, oder von etwa 1 mm zu etwa 5 mm haben. Die charakteristische Breite ist als 4-mal die Öffnungsfläche geteilt durch den Umfang definiert.
Die nicht gewebte Bahn kann aus Kunstfasern hergestellt werden, wie im Gebiet bekannt ist, und kann eine Spinnvliesbahn, eine schmelzgeblasene Bahn, eine Verbundfaserbahn oder kann andere faserförmige nicht gewebte Strukturen umfassen, die im Gebiet bekannt sind. Beispielsweise könnte eine nicht gewebte Polyolefinbahn wie etwa Spinnvliesmaterial mit niedriger Flächenmasse durch Nadellochen, Perforationsstanzen und mechanisches Dehnen der Bahn; Lochstanzen oder Formstanzen, um Öffnungen oder Löcher in der Bahn zu erzielen; Hydroverfilzen, um durch Umordnung der Fasern aufgrund der Wechselwirkung von Wasserstrahlen mit der faserförmigen Bahn Öffnungen zu ergeben, während sie sich auf einem bemusterten, texturierten oder dreidimensionalen Substrat befindet, das der Bahn ein Muster verleiht; Wasserstrahlmesser, die gewünschte Öffnungen oder Löcher in der Bahn ausschneiden; Laserschneider, die Abschnitte aus der Bahn ausschneiden; Musterbildungstechniken wie etwa das Aufbringen von Kunstfasern im Luftstrom auf ein bemustertes Substrat, um makroskopische Öffnungen zu ergeben; Nadelperforierung mit Sätzen von mit Widerhaken versehenen Nadeln, um mit Fasern in Eingriff zu gelangen und sie zu verschieben; und andere im Gebiet bekannte Verfahren mit Öffnungen versehen werden. Vorzugsweise werden die Öffnungen in einem regelmäßigen Muster über wenigstens einem Abschnitt der Oberseite des saugfähigen Artikels gebildet.
Vorzugsweise sind die Öffnungen im Geflecht aus hydrophoben Fasern in Bezug auf die Struktur der Rohlage beabstandet und ausgerichtet, so dass ein vorgegebener Anteil der Öffnungen die vertieften Bereiche der Rohlage im Wesentlichen überlagert. Eine Öffnung soll einen vertieften Bereich im Wesentlichen überlagern, wenn sich wenigstens die Hälfte der Fläche der makroskopischen Öffnung über einem vertieften Bereich der Rohlage befindet. Der vorgegebene Anteil der Öffnungen, die die vertieften Bereiche im Wesentlichen überlagern, kann etwa 0,25 oder größer, 0,4 oder größer, 0,5 oder größer, 0,7 oder größer, 0,8 oder größer, oder etwa 0,4 bis etwa 0,85 sein. Das zusammenhängende Geflecht aus hydrophobem Material wird auf die darunter liegende Rohlage geschichtet zu oder anderweitig physisch mit dieser verbunden. Vorzugsweise wird das Geflecht aus hydrophoben Fasern mittels Klebstoff und verwandter Mittel einschließlich Heißschmelzkleber, Latizes, Klebstoffe, Stärke, Wachse und dergleichen, die die oberen Bereiche der Rohlage mit benachbarten Abschnitten des darüber liegenden Geflechts aus hydrophoben Fasern verkleben oder verbinden, mit der Rohlage verbunden. Vorzugsweise werden Klebstoffe nur auf die am meisten erhöhten Abschnitten der Rohlage aufgetragen, um das Verkleben zwischen der hydrophilen Rohlage und dem Geflecht aus hydrophoben Fasern mit makroskopischen Öffnungen darin zu bewirken, wobei die vertieften Bereiche im Wesentlichen frei von Klebstoff gelassen werden. Der Klebstoffauftragung kann durch schmelzgeblasene Auftragung von Heißschmelzklebern und thermoplastische Materialien, Sprüh- oder Wirbeldüsen für geschmolzene oder aufgelöste Klebstoffe, das Drucken von Klebstoff auf eine Fläche oder auf beide Flächen vor dem Verbinden und dergleichen erfolgen. Wenn Klebstoffe mittels Sprühnebels, Beschlagen, Aerosol oder Tröpfchen in irgendeiner Form vor dem Kontakt der Rohlage mit dem hydrophoben Material direkt auf die Rohlage aufgetragen werden, dann ist es wünschenswert, eine Schablone oder ein bemustertes Schild zu verwenden, um das Auftragen von Klebstoff auf die vertieften Bereiche der Rohlage zu verhindern und um sicherzustellen, dass die Klebstoffe bevorzugt auf die erhöhten Abschnitte der Rohlage aufgetragen werden.
Für einen verbesserten Komfort ist die Verwendung des Geflechts aus hydrophoben Fasern in der oben erwähnten Ausführungsform vorzugsweise eine Verwendung, die als weich und fügsam wahrgenommen wird, wenn es sich an der Haut befindet.
Für eine optimale Effizienz in der Ausführungsform, die eine nicht gewebte Bahn umfasst, sollten die Löcher oder Öffnungen in der Bahn in einem Muster angeordnet sein, das der Anordnung der vertieften Bereiche in der Papiertuchrohlage entspricht, oder sollten einer Teilmenge der vertieften Bereiche der Rohlagelage entsprechen. Die Anmelder haben ein nützliches Mittel gefunden, um bei einer nicht gewebten Bahn in einem Muster Öffnungen zu erzielen, das geometrisch den vertieften Bereichen einer gegossenen, dreidimensionalen Rohlage entspricht, wobei die Rohlage auf ein löchriges texturiertes Substrat wie etwa auf ein dreidimensional durchtrocknendes Gewebe gegossen wurde. Das Verfahren schließt Hydroverfilzen ein, das ein wohlbekanntes Prinzip ist, das die Verwendung von Hochdruck-Wasserstrahlen einschließt, um eine faserförmige Fläche zu ändern. Die Grundprinzipien des Hydroverfilzens sind durch Evans in dem US-Patent Nr. 3.485.706, erteilt im Jahr 1969, und in dem US-Patent Nr. 3.494.821, erteilt im Jahr 1970, offenbart.
Hydroverfilzen, wie es im Gebiet bekannt ist, kann verwendet werden, um einer nicht gewebten Bahn Öffnungen zu geben. Bei einer wohlbekannten Technik wird die nicht gewebte Bahn auf einem texturierten durchlässigen Trägergewebe getragen. Die Wirkung von Wasserstrahlen auf die nicht gewebten Bahn bewirkt, während sie sich auf dem Strukturgewebe befindet, dass Fasern von den erhöhten Abschnitten des Trägergewebes, auf dem sich die nicht gewebte Bahn befindet, wegbewegt werden, was dort zu Öffnungen führt, wo das Trägergewebe erhöht war. Wenn eine nicht gewebte Bahn auf derselben Art eines durchtrocknenden Gewebes angeordnet wird, das verwendet wurde, um eine dreidimensional durchgetrocknete Lage, vorzugsweise eine nicht gekreppte oder nur leicht gekreppte Lage zu gießen, um die Textur in der Rohlage zu bewahren, dann werden die hohen Stellen auf dem TAD-Trägergewebe gelochte Bereiche in der nicht gewebten Rohlage. Die hohen Abschnitte des TAD-Gewebes entsprechen den vertieften Bereichen auf der Gewebeseite der durchgetrockneten Lage. Wenn alternativ die nicht gewebte Bahn an der Rückseite eines dreidimensionalen TAD-Gewebes hydroverfilzt wird, entsprechen die erhöhten Bereiche der Rückseite des TAD-Gewebes im Allgemeinen den vertieften Bereichen an der Luftseite der Lage, die auf dem TAD-Gewebe durchgetrocknet wird. In jedem Fall kann eine nicht gewebte Bahn geschaffen werden, die Öffnungen aufweist, die auf die wirkliche physische Struktur des TAD-Gewebes, d. h. auf die vertieften Bereichen einer durchgetrockneten Lage, ausgerichtet sind. Wenn es das gelochte nicht gewebte Material dann mit der durchgetrockneten Rohlage verbunden wird, können die Öffnungen mit Hilfe von bekannten Techniken im Gebiet wie etwa mit Hilfe von fotoelektrischen Augen oder Hochgeschwindigkeits-CCD-Kameras, die die Position der Öffnungen in der nicht gewebten Bahn in Bezug auf die Position des durchgetrockneten Gewebes, während die beiden zusammengebracht werden, betrachten können, auf die vertieften Bereiche der Rohlage ausgerichtet werden, woraufhin die Position des einen Materials sowohl in der Querrichtung als auch in der Maschinenrichtung eingestellt werden kann (z. B. durch das Steuern der Geschwindigkeit der einen Schicht oder durch Maschinenrichtungsbewegung einer Abrollrolle eines Materials), um die beiden Schichten richtig zusammen zu positionieren.
Bei Ausführungsformen, die zusammenhängende nicht gewebte Bahnen mit voneinander beabstandeten Öffnungen für den Flüssigkeitszugang zur hydrophilen Rohlage umfassen, haben die Anmelder ausgezeichnete Ergebnisse bei der Flüssigkeitsaufnahme und -absorbtion festgestellt, wenn die saugfähige Bahn eine getrennte Schicht aus verdichtetem Weichzellstoff oder eine im Luftstrom aufgebrachte Zellulosebahn, vorzugsweise eine im Luftstrom aufgebrachte Bahn überlagert, die mit wärmeaushärtenden Stoffen oder mit Vernetzungschemie wie etwa mit Kymene-Nassfestigkeitsharz stabilisiert wurde. Mit einer verdichteten Zellulosebahn unter der Rohlage und dem hydrophoben Material der vorliegenden Erfindung kann eine Beschmutzung aus Flüssigkeit, die in die hydrophile Rohlage eintritt, durch Saugwirkung der Kapillaren aus der hydrophilen Rohlage herausgezogen werden, vorausgesetzt, dass die lokale Porengröße der darunter liegenden saugfähigen Schicht klein genug ist. Versuche mit gefärbtem Wasser und auch mit einem wässrigen Eiweißgemisch haben gezeigt, dass die Verbindung einer hydrophob behandelten Zelluloserohlage, die auf einer verdichteten im Luftstrom aufgebrachten Bahn ruht, zu einer stark verbesserten Aufnahme führen kann, wobei die Flüssigkeit größtenteils in das im Luftstrom aufgebrachte Material geleitet wird und sich seitlich nicht erheblich in der Rohlage ausbreitet.
Es ist auch festgestellt worden, dass stark kalandrierte Ausführungen solcher Bahnen als Händehandtücher geeignet sind. Die hydrophoben, ursprünglich obersten Bereiche werden relativ flach hergestellt, was bedeutende hydrophile Bereiche bietet, die für eine rasche Aufnahme der Flüssigkeit anfangs in Kontakt mit der feuchten Haut sind, sich nach dem Nässen aber auch ausdehnen können, um ein verbessertes Trockengefühl zu erzielen, da sich die feuchten hydrophilen Bereiche in Bezug auf die mehr hydrophoben, erhöhten Bereiche von der Haut zurückziehen. So behandelte Bahnen können die einst sich gegenseitig ausschließenden Ziele erreichen, eine hohe Dichte für eine wirtschaftliche Dispergierung aufzuweisen, und eine niedrige Dichte, sobald sie befeuchtet sind, für eine hohe Absorptionsfähigkeit aufzuweisen, während sie bei der Verwendung auch ein trockenes Gefühl aufweisen.
Daher schafft die vorliegende Erfindung gemäß einem ersten Aspekt eine saugfähige Bahn, die umfasst: eine inhärent hydrophile Rohlage mit einem spezifischen Feuchtvolumen unter Druck von etwa 5 cm³/g oder größer, wobei die Rohlage Papierfasern umfasst und eine obere Fläche und eine untere Fläche hat, wobei die obere Fläche erhöhte und vertiefte Bereiche hat; dadurch gekennzeichnet, dass die Bahn ferner hydrophobes Material umfasst, das nur auf den erhöhten Bereichen der oberen Fläche der Rohlage aufgebracht ist.
Vorzugsweise hat die saugfähige Bahn einen Neubefeuchtungswert das etwa 1 g oder weniger, wobei die erhöhten und vertieften Bereiche im nicht kalandrierten und nicht gekreppten Zustand eine Oberflächengesamttiefe von 0,2 mm oder größer haben. Vorzugsweise hat die Rohlage ein spezifisches Feuchtvolumen unter Druck von wenigstens 6 cm³/g.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das hydrophobe Material ein im Wesentlichen zusammenhängendes Geflecht aus hydrophoben Fasern. Das Geflecht hat eine Mehrzahl von makroskopischen Öffnungen und ist so mit der oberen Fläche der Rohlage verbunden, dass ein Abschnitt der vertieften Bereiche der Rohlage auf Öffnungen im darüber liegenden Geflecht aus hydrophoben Fasern ausgerichtet ist, um zu ermöglichen, dass Körperausscheidungen durch die makroskopischen Öffnungen in die Rohlage gelangen.
Vorzugsweise hat die Rohlage eine Feucht : Trocken-Zerreißverhältnis von wenigstens 0,1. Das bevorzugt auf den erhöhten Bereichen der oberen Fläche der Rohlage abgesetzte hydrophobe Material kann ein zusammenhängendes Geflecht sein.
Die Erfindung erstreckt sich auf einen saugfähigen Artikel, der eine Bahn entsprechend dem ersten Aspekt der Erfindung umfasst. Vorzugsweise umfasst der saugfähige Artikel ferner eine flüssigkeitsundurchlässige Rückseite und einen saugfähigen Kern in überlagerter Verbindung mit der Rückseite, und wobei die Rohlage den saugfähigen Kern überlagert, wobei die untere Fläche der Rohlage zum saugfähigen Kern zeigt.
Das, Erfindung kann auch einen saugfähigen Artikel bereitstellen, der eine flüssigkeitsundurchlässige Rückseite, einen saugfähigen Zellulosekern in überlagerter Verbindung mit der Rückseite und eine flüssigkeitsdurchlässige saugfähige Bahn umfasst; wobei die saugfähige Bahn eine inhärent hydrophobe Rohlage, die Papierfasern umfasst, umfasst, wobei die Rohlage eine obere Fläche und eine untere Fläche hat, wobei die obere Fläche erhöhte Bereiche und vertiefte Bereiche hat; wobei die saugfähige Bahn ferner eine gelochte zusammenhängende Bahn aus hydrophobem nicht gewebtem Material umfasst, das so an der oberen Fläche der Rohlage befestigt ist, dass ein Abschnitt der Öffnungen die vertieften Bereiche der Rohlage überlagert, wobei die Rohlage den saugfähigen Kern überlagert, wobei die untere Fläche der Rohlage zum saugfähigen Kern zeigt.
Die vorliegende Erfindung kann auch kalandrierte Strukturen mit niedriger Dichte aus zuvor dreidimensional elastischen Bahnen bereitstellen, die hydrophobes Material auf den einst obersten Bereichen einer oder beider Seiten der Bahn aufweisen. Ohne Beschränkung können solche Artikel als geeignete Händehandtücher dienen, indem durch die Mehrzahl von hydrophoben Bereichen in der Ebene des flachen Papiers während des anfänglichen Leitens durch Dochtwirkung eine hohe Anfangsaufnahme von Flüssigkeit erzielt wird, gefolgt von einem verbesserten Trockengefühl, da sich die trocken anfühlenden behandelten Bereiche während der Befeuchtung aus der Ebene der Lage abheben. Das hydrophobe Material in solchen Artikeln kann auch verwendet werden, um die offensichtliche Weichheit oder Lubrizität des Artikels zu erhöhen, und kann in zusammenhängenden oder nicht zusammenhängenden Formen aufgetragen werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Erfindung auch ein Verfahren zur Herstellung einer saugfähigen Bahn bereitstellen, das ferner die Schritte des (a) Bildens einer embryonischen Papierbahn aus einem wässrigen Schlamm aus Papierfasern; (b) des Durchtrocknens der embryonischen Papierbahn auf einem dreidimensional durchtrocknenden Gewebe, das ein Muster von erhöhten und vertieften Bereichen hat; (c) des Beendens der Trocknung der Bahn; (d) des Lochens einer nicht gewebten Bahn mittels Hydroverfilzen, wobei die nicht gewebte Bahn ein Trägergewebe überlagert, das im Wesentlichen dasselbe Muster von erhöhten und vertieften Bereichen wie das durchtrocknende Gewebe des Schritts (b) hat; und (e) des Verbindens der gelochten nicht geweb ten Bahn mit der durchgetrockneten Papierbahn, so dass die Öffnungen der nicht gewebten Bahn im Wesentlichen auf die vertieften Bereiche der durchgetrockneten Papierbahn ausgerichtet sind, umfasst.
Beim Feststellen, dass das hydrophobe Material bevorzugt auf den erhöhten Abschnitten der Rohlage aufgebracht ist, impliziert der Ausdruck "bevorzugt", dass dieses hydrophobere Material in Bezug auf eine Masse pro Flächeneinheit auf den erhöhten Bereichen statt in den vertieften Bereichen aufgebracht ist, so dass die vertieften Bereiche eine bedeutend geringere Menge an vorhandenem hydrophobem Material als die erhöhten Bereiche haben. Es wird bevorzugt, dass der Prozentsatz des auf den erhöhten Bereichen aufgebrachten hydrophoben Materials wenigstens etwa 60 Prozent, genauer wenigstens etwa 70 Prozent und noch genauer wenigstens etwa 80 Prozent der abgesetzten Gesamtmenge beträgt. Das hydrophobe Material kann feine Fasern, Pulver, Harze, Gele und andere Materialien umfassen, die vorzugsweise mit einer durchschnittlichen Oberflächenmasse von weniger als 10 g/m², insbesondere von etwa 1 bis etwa 10 g/m² aufgetragen sind. Wenn sie als die Haut berührende Schicht der saugfähigen Artikel verwendet wird, erfüllt die saugfähige Bahn den Zweck einer Saugfähigkeitsverbesserung gegenüber nicht saugfähigen, gelochten Kunststofffilmen oder anderen inhärent hydrophoben Materialien. Die erhöhten Bereiche der Rohlage umfassen vorzugsweise zwischen etwa 5 und etwa 300 Vorsprünge pro Quadratzoll, die eine Höhe in Bezug auf die Ebene der Rohlage von etwa 0,1 mm oder größer, vorzugsweise etwa 0,2 mm oder größer, vorteilhafter etwa 0,3 mm oder größer und am vorteilhaftesten von etwa 0,25 bis etwa 0,6 mm aufweisen, wie sie im nicht kalandrierten Zustand gemessen ist.
Definition von Bedingungen und Testverfahren
Beim Beschreiben der Bahnen dieser Erfindung und ihrer Flüssigkeitsverhaltensmerkmale werden eine Anzahl von Ausdrücken und Tests verwendet, die unten beschrieben werden.
"Hochausbeute-Zellstofffasern", wie sie hierin verwendet werden, sind jene durch Holzaufschlussverfahren hergestellte Papierfasern aus Zellstoffen, die eine Ausbeute von etwa 65 Prozent oder größer, genauer etwa 75 Prozent oder größer und noch genauer von etwa 75 bis etwa 95 Prozent ergeben. Ausbeute ist die entstehende Menge an verarbeiteter Faser, die als Prozentsatz der Anfangsholzmasse ausgedrückt wird. Hochausbeutezellstoffe enthalten gebleichten Refinerholzstoff mit chemisch-thermischer Vorbehandlung (BCTMP), Refinerholzstoff mit chemisch-thermischer Vorbehandlung (CTMP), Refinerholzstoff mit thermomechanischer Druck/Druck-Vorbehandlung (PTMP) (PTMP), Refinerholzstoff mit thermischer Vorbehandlung (TMP), Refinerholzstoff mit thermochemischer Vorbehandlung (TMCP), Hochausbeute-Sulfitzellstoff und Hochausbeute-Kraftzellstoff, von denen alle Fasern enthalten, die hohe Ligninspiegel aufweisen. Die bevorzugten Hochausbeute-Zellstofffasern können auch dadurch gekennzeichnet werden, dass sie aus relativ ganzen, relativ unbeschädigten Fasern bestehen, die einen Mahlgrad von 250 Canadian Standard Freeness (CSF) oder größer, genauer 350 CSF oder größer und noch genauer 400 CSF oder größer sowie einen niedrigeren Staubanteil (weniger als 25 Prozent, genauer weniger als 20 Prozent, noch genauer weniger als 15 Prozent und noch genauer weniger als 10 Prozent im Britt jar Test) aufweisen. Zusätzlich zu den oben aufgelisteten üblichen Papierfasern enthalten Hochausbeute-Zellstofffasern auch andere Naturfasern wie etwa Schwalbenwurzgewächssamen-Flusenfasern, Manilafasern, Hanf, Kenaf, Bagasse, Baumwolle und dergleichen.
"Feuchtelastische Zellstofffasern", wie sie hierin verwendet werden, sind Papierfasern, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die Hochausbeute-Fasern, chemisch versteifte Fasern und vernetzte Fasern umfasst. Beispiele für chemisch versteifte Fasern oder vernetzte Fasern enthalten merzerisierte Fasern, HBA-Fasern, hergestellt von Weyerhaeuser Corp., und jene Fasern, wie sie etwa in dem US-Patent Nr. 3.224.926 "Method of Forming Cross-linked Cellulosic Fibers and Product Thereof", erteilt im Jahr 1965 an L. J. Bernardin, und in dem US-Patent Nr. 3.455.778 "Creped Tissue Formed From Stift Cross-linked Fibers and Refined Papermaking Fibers", erteilt im Jahr 1969 an L. J. Bernardin, beschrieben sind. Obwohl jede Mischung von feuchtelastischen Zellstofffasern verwendet werden kann, sind Hochausbeute-Zellstofffasern wegen ihren niedrigen Kosten und ihrem gutem Flüssigkeitsverhalten, wenn sie entsprechend den unten beschriebenen Prinzipien verwendet werden, bei vielen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die ausgewählte feuchtelastische Faser.
Die Menge an Hochausbeute-Zellstofffasern oder feuchtelastischen Zellstofffasern in der Rohlage kann wenigstens etwa 10 Trockenmasseprozent oder größer, insbesondere etwa 15 Trockenmasseprozent oder größer, genauer etwa 30 Trockenmasseprozent oder größer, noch genauer etwa 50 Trockenmasseprozent oder größer und noch genauer von etwa 20 bis 100 Prozent betragen. Bei geschichteten Rohlagen können diese gleichen Mengen bei einer Schicht oder bei mehreren Schichten der einzelnen Schichten aufgetragen werden. Weil feuchtelastische Zellstofffasern im Allgemeinen weniger weich als andere Papierfasern sind, ist es bei einigen Anwendungen vorteilhaft, sie in die Mitte des Endprodukts zu integrieren, wie etwa, sie in der Mittelschicht einer dreischichtigen Rohlage anzuordnen oder sie, im Fall eines 2-Lagen-Produkts, in den nach innen zeigenden Schichten jeder der beiden Lagen anzuordnen.
"Wasserrückhaltevermögen" (WRV) ist eine Maßeinheit, die verwendet werden kann, um einige Fasern zu kennzeichnen, die für Zwecke dieser Erfindung nützlich sind. Das WRV wird dadurch gemessen, indem 0,5 Gramm der Fasern in deionisiertem Wasser dispergiert werden, wenigstens 8 Stunden gewässert werden, wobei die Fasern dann in einem Rohr mit 4,82 cm (1,9 Zoll) Durchmesser mit einem Sieb mit 100 Maschen am Boden des Rohrs bei 1000 g 20 Minuten zentrifugiert werden. Die Proben werden gewogen, dann zwei Stunden bei 105°C getrocknet und dann erneut gewogen. WRV ist das (Feuchtgewicht – Trockengewicht)/Trockengewicht. Hochausbeute-Zellstofffasern können ein WRV von etwa 0,7 oder größer haben und haben ein typisches WRV von etwa 1 oder größer und vorzugsweise von etwa 1 bis etwa 2. Vernetzte Niedrigausbeute-Zellstofffasern haben typischerweise ein Wasserrückhaltevermögen von weniger als etwa 1, genauer von weniger als etwa 0,7 und insbesondere von noch weniger als etwa 0,8.
"Neubefeuchtung" ist eine Maßeinheit der Menge an flüssigem Wasser, das durch Dochtwirkung aus einer befeuchteten Bahn in ein benachbartes Trockenfilterpapier weggeleitet werden kann, und soll die Tendenz einer befeuchteten Bahn zum Befeuchten der Haut schätzen. Der Neubefeuchtungstest wird durch das Schneiden einer Probe aus einer Papiertuchbahn zu einem Rechteck mit den Abmessungen 10,2 cm × 15,2 cm (4 Zoll × 6 Zoll) ausgeführt. Der Test wird in einem nach TAPPI-Norm klimatisierten Raum (50% relative Luftfeuchtigkeit, 73°F) ausgeführt. Das anfängliche Gewicht der klimatisierten Probe bei trockener Luft wird aufgezeichnet, wobei dann deionisiertes Wasser auf beide Seiten der Papiertuchprobe gesprüht wird, um es gleichmäßig zu befeuchten, was die Gesamtnassmasse des Papiertuchs auf einen Wert bringt, der 4-mal so groß wie das zuvor aufgezeichnete anfängliche Gewicht der Probe bei trockener Luft ist, was folglich das "Schein-Feuchtigkeitsverhältnis" der Probe auf einen Wert von 3,0 Gramm (0,15 g) hinzugefügtes Wasser pro Gramm Trockenfaser bei klimatisierter Luft bringt. Der Verfahren des wiederholten Besprühens und Wiegens der Probe, bis die korrekte Masse erreicht worden ist, sollte nicht mehr als 2 Minuten dauern. Sobald die Probe befeuchtet ist, wird ein Whatman #3-Einzeltrockenfilter, dessen Masse gemessen und aufgezeichnet worden ist, auf die Mitte der feuchten Papiertuchprobe gestellt, wobei sofort eine Last auf die Filterscheibe gestellt wird. Die Last ist eine zylindrische Scheibe aus Aluminium mit einem Durchmesser von 11,4 cm (4,5 Zoll) und einer Dicke von 2,2 cm (1 Zoll) bei einer Masse von 723 g. Die Aluminiumplatte sollte um die Filterplatte zentriert werden. Das Filterpapier auf der feuchten Probe bleibt 20 Sekunden unter der Last, wobei die Last und das Filterpapier zu dieser Zeit sofort entfernt werden. Das Filterpapier wird dann gewogen und die zusätzliche Masse verglichen mit der anfänglichen Masse bei trockener Luft wird als der Neubefeuchtungswert in Gramm beschrieben.
"Normierte Neubefeuchtung" ist der Neubefeuchtungswert einer Probe geteilt durch die klimatisierte Trockenmasse der Probe.
"Absorptionsfähigkeit bei 0,075 psi" ist eine Maßeinheit der Saugfähigkeitskapazität der Rohlage unter einer Belastung von 517 Pa (0,075 psi). Der Test erforderte zwei auf eine Länge von 15,2 cm (6 Zoll) und eine Breite von 10,2 cm (4 Zoll) geschnittene Metallplatten. Eine untere Platte ist 3,175 mm (0,125 Zoll) dickes Aluminium und die obere Platte ist 1,9 cm (3/4 Zoll) dickes Aluminium mit einer Masse von 813 g, die eine Belastung von 517 Pa (0,075 psi) ergibt, wenn sie auf eine Papiertuchprobe gelegt wird. Die Mitte der oberen Platte hat ein zylindrisches Loch von 6,35 mm (0,25 Zoll) im Durchmesser. Um den Test auszuführen, werden Proben des trockenen Papiertuchs von 10,2 cm × 15,2 cm (4 Zoll × 6 Zoll) geschnitten, wobei die Länge von 15,2 cm (6 Zoll) auf die Maschinenrichtung ausgerichtet wird. Mehrere Papiertuchlagen werden gestapelt, um ein Papiertuchstapelgewicht zu erreichen, das so nahe an 2,8 Gramm wie möglich liegt. Der Papiertuchstapel wird zwischen den beiden horizontalen Platten angeordnet, die flach in einem größeren Tablett liegen. Ein titrierendes Kännchen mit 50 ml deionisiertem Wasser wird direkt über dem Loch in der oberen Platte ausgerichtet. Das Kännchen wird geöffnet und es wird ermöglicht, dass Wasser langsam in das Loch in der oberen Platte eintritt, so dass das Loch mit einer Wassersäule gefüllt ist, die so hoch wie möglich gehalten wird, ohne dass sie über die obere Fläche der Platte steigt oder darauf verschüttet wird. Dies wird getan, bis die Probe scheinbar gesättigt ist. Scheinbare Sättigung ist der Punkt, an dem Wasser beginnt, einen Rand der Probe zu verlassen. Die Masse des Wassers, das aus dem Kännchen entnommen worden ist, wird als der Wert für die "horizontale Absorptionsfähigkeit bei 517 Pa (0,075 psi)" genommen. An diesem Punkt wird das Tablett, das die Platten enthält, mit einem Winkel von 45° 30 Sekunden geneigt, um zu ermöglichen, dass etwas von der Flüssigkeit in der Probe abläuft. Die Masse der Flüssigkeit, die abläuft, wird von dem vorherigen Wert der "horizontalen Absorptionsfähigkeit bei 517 Pa (0,075 psi)" subtrahiert, um die "geneigte Absorptionsfähigkeit bei 517 Pa (0,075 psi)" zu ergeben. Bei der Rohlage kann die horizontale Absorptionsfähigkeit bei 517 Pa (0,075 psi) etwa 5 g oder größer sein, oder alternativ 7 g oder größer, 9 g oder größer, 11 g oder größer, oder von etwa 6 g bis etwa 10 g sein. Die geneigte Absorptionsfähigkeit bei 517 Pa (0,075 psi) kann etwa 4 g oder größer sein, etwa 6 g oder größer, etwa 8 g oder größer, etwa 10 g oder größer, oder von etwa 6 bis etwa 10 g sein. Die geneigte Absorptionsfähigkeit der Deckschicht kann etwa 5 bis 40% kleiner als die geneigte Absorptionsfähigkeit der Rohlage allein sein, während die horizontale Absorptionsfähigkeit größer oder kleiner als die der Rohlage sein kann.
Die "Gewebeseite" einer durch Luft getrockneten Papierbahn ist die Seite der Bahn, die während des Durchtrocknens mit dem Durchlufttrockner-Gewebe (TAD-Gewebe) in Kontakt war. Typischerweise bietet die Gewebeseite einer durchgetrockneten Lage die angenehmsten Tasteigenschaften für den Kontakt mit der Haut.
Die "Luftseite" ein durch Luft getrocknete Papierbahn ist die Seite der Bahn, die während des Durchtrocknens nicht mit dem Durchlufttrockner-Gewebe (TAD-Gewebe) in Kontakt war. Typischerweise fühlt sich die Luftseite einer durchgetrockneten Lage ein wenig körniger als die Gewebeseite derselben Lage an.
Die "Dichte" kann durch das Messen der Papierstärke einer einzelnen Lage unter Verwendung eines TMI-Testers (Testing Machines, Inc., Amityville, NY) bei einer Belastung von 1993 Pa (0,289 psi), z. B. unter Verwendung eines TMI-Modells 49 bis 70 mit einer vergrößerten Druckplatte, bestimmt werden. Die Dichte wird durch das Teilen der Papierstärke durch die Flächenmasse der Lage berechnet. Die für die Zwecke dieser Er findung nützlichen Rohlagen können niedrige, im Wesentlichen gleichmäßige Dichten (hohe spezifische Volumen) haben, was bei nass aufgebrachten Strukturen bevorzugt wird, oder sie können eine Verteilung von Zonen mit veränderlicher Dichte haben, was bei im Luftstrom aufgebrachten Rohlagen bevorzugt wird. Eine wesentliche Einheitlichkeit der Dichte wird beispielsweise durch das Durchtrocknen bis zur Endtrockenheit erreicht, ohne die die Bahn unterschiedlich zusammenzudrücken. Im Allgemeinen kann die Dichte der Rohlagen dieser Erfindung etwa 0,3 Gramm pro Kubikzentimeter (g/cm³) oder weniger, genauer etwa 0,15 g/cm³ oder weniger, noch genauer etwa 0,1 g/cm³ oder weniger sein, und kann von etwa 0,05 bis 0,3 g/cm³ oder von etwa 0,07 bis 0,2 g/cm³ sein. Es ist wünschenswert das die Rohlagenstruktur, sobald sie gebildet ist, im Wesentlichen ohne die Anzahl von feuchtelastischen Zwischenfaserverbindungen zu verringern, getrocknet wird. Durchtrocknen, was eine übliches Verfahren zum Trocknen von Papiertüchern und Handtüchern ist, ist ein bevorzugtes Verfahren, um die Struktur zu erhalten. Rohlagen, die durch Nassaufbringen gefolgt vom Durchtrocknen hergestellt sind, haben typischerweise eine Dichte von etwa 0,1 Gramm pro Kubikzentimeter, während im Luftstrom aufgebrachte Rohlagen, die normalerweise für Windelstaubflocken verwendet werden, typischerweise Dichten von etwa 0,05 Gramm pro Kubikzentimeter haben. Alle solche Rohlagen liegen im Umfang dieser Erfindung.
Das "spezifische Trockenvolumen", wie es hierin verwendet wird, wird mit einem Dickenmessgerät gemessen, das eine kreisförmige Druckplatte von 7,62 cm (3 Zoll) im Durchmesser hat, so dass ein Druck von 345 Pa (0,05 psi) auf die Probe ausgeübt wird, die bei 50% relativer Luftfeuchtigkeit und bei 73°F 24 Stunden vor der Messung klimatisiert werden sollte. Sowohl die Rohlage als auch die nicht kalandrierte Bahn können ein spezifisches Trockenvolumen von 3 g/cm³ oder größer, vorzugsweise 6 g/cm³ oder größer, vorteilhafter 9 g/cm³ oder größer, noch vorteilhafter immer noch 11 g/cm³ oder größer, und am vorteilhaftesten zwischen 8 g/cm³ und 28 g/cm³ haben.
"Nassfestigkeitsmittel" sind Stoffe, die verwendet werden, um die Verbindungen zwischen den Fasern im feuchten Zustand unbeweglich zu machen. Typischerweise umfassen die Mittel, durch die Fasern in Papier- und Papiertuchprodukten zusammengehalten werden, Wasserstoffbrückenbindungen und manchmal Kombinationen von Wasserstoffbrückenbindungen und Atombindungen und/oder Ionenbeziehungen ein. In der vorliegenden Erfindung ist es wünschenswert, ein Material bereitzustellen, das das Verbinden von Fasern in der Weise ermöglicht, dass die Faser-gegen-Faser-Verbindungspunkte unbeweglich gemacht und gegen eine Trennung im feuchten Zustand widerstandsfähig gemacht werden. In diesem Fallbeispiel meint der feuchte Zustand normalerweise den Zustand, wenn das Produkt im Wesentlichen mit Wasser oder anderen wässrigen Lösungen gesättigt ist, könnte aber auch eine wesentliche Sättigung mit Körperflüssigkeiten wie etwa mit Urin, Blut, Schleim, Regelblutungen, Durchfall, Gewebsflüssigkeit und anderen Körperausscheidungen meinen.
Es gibt eine Anzahl von Materialien, die gewöhnlich in der Papierindustrie verwendet werden, um Papier und Pappe Nassfestigkeit zu verleihen, die auf diese Erfindung anwendbar sind. Diese Materialien sind im Gebiet als "Nassfestigkeitsmittel" bekannt und sind von einer breiten Vielfalt von Quellen kommerziell verfügbar. Jedes Material, das, wenn es einer Papierbahn oder -lage beigemengt wird, dazu führt, bei der Lage ein Verhältnis der geometrischen Feucht-Zugfestigkeit : geometrischen Trocken-Zugfestigkeit von über 0,1 zu erzielen, wird für Zwecke dieser Erfindung als Nassfestigkeitsmittel bezeichnet. Typischerweise werden diese Materialien entweder als dauerhafte Nassfestigkeitsmittel oder als "zeitweilige" Nassfestigkeitsmittel bezeichnet. Zum Zweck, die dauerhafte Nassfestigkeit von der zeitweiligen Nassfestigkeit zu unterscheiden, wird dauerhaft als jene Harze definiert, die, wenn sie in Papier- oder Papiertuchprodukte integriert werden, ein Produkt erzielen, dass mehr als 50% seiner ursprünglichen Nassfestigkeit bewahrt, nachdem es für einen Zeitraum von wenigstens fünf Minuten Wasser ausgesetzt wird. Zeitweilige Nassfestigkeitsmittel sind jene, die, nachdem sie fünf Minuten mit Wasser gesättigt werden, weniger als 50% ihrer ursprünglichen Nassfestigkeit aufweisen. Beide Materialklassen werden in der vorliegenden Erfindung angewendet. Die Menge an Nassfestigkeitsmittel, das den Zellstofffasern beigemengt ist, kann wenigstens etwa 0,1 Trockenmasseprozent, genauer etwa 0,2 Trockenmasseprozent oder größer und noch genauer von etwa 0,1 bis etwa 3 Trockenmasseprozent basierend auf dem Trockengewicht der Fasern betragen.
Dauerhafte Nassfestigkeitsmittel erzielen eine mehr oder weniger langfristige Feuchtelastizität bei der Struktur. Im Gegensatz dazu würden die zeitweiligen Nassfestigkeitsmittel Strukturen erzielen, die eine niedrige Dichte und eine hohe Elastizität hätten, würden aber keine Struktur erzielen, die eine langfristige Widerstandsfähigkeit gegenüber dem Aussetzen in Wasser oder Körperflüssigkeiten hätte. Der Mechanismus, durch den die Nassfestigkeit erzeugt wird, hat kaum Einfluss auf die Produkte dieser Erfindung, solange die wesentliche Eigenschaft, eine wasserwiderstandsfähige Bindung an den Faser/Faser-Verbindungspunkten zu erzeugen, erzielt wird.
Geeignete dauerhafte Nassfestigkeitsmittel sind typischerweise wasserlösliche, kationische oligomere oder polymere Harze, die sich entweder mit sich selbst vernetzen (Homovernetzen) oder mit der Zellulose oder einem anderen Bestandteil der Holzfaser vernetzen können. Die am häufigsten für diesen Zweck verwendeten Stoffe sind in der Klasse des als Polyamid-Polyamid-Epichlorhydrin-Art-Harze (PAE-Art-Harze) bekannten Polymers. Diese Stoffe sind in den an Keim erteilten Patenten (U.S. 3.700.623 und 3.772.076) beschrieben worden und werden von der Herkules Inc., Wilmington, Delaware als KYMENE 557 H verkauft. Verwandte Materialien werden von Henkel Chemical Co., Charlotte, North Carolina und Georgia-Pacific Resins Inc., Atlanta, Georgia vermarktet.
Polyamid-Epichlorhydrin-Harze sind in dieser Erfindung auch als Bindeharze nützlich. Stoffe, die von Monsanto entwickelt wurden und unter der Bezeichnung SANTO RES vermarktet werden, sind basisch aktivierte Polyamid-Epichlorhydrin-Harze, die bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden können. Diese Stoffe sind in den an Petrovich erteilten Patenten (U.S. 3.885.158; U.S. 3.899.388; U.S. 4.129.528 und U.S. 4.147.586) und in dem an Wagen Eenam erteilten Patent (US-4.222.921) beschrieben. Obwohl sie bei Endprodukten nicht so häufig verwendet werden, sind PolyEthyleniminharze auch für das Unbeweglichmachen der Verbindungspunkte in den Produkten dieser Erfindung geeignet. Eine andere Klasse für Nassfestigkeitsmittel der dauerhaften Art wird durch die Aminoharze veranschaulicht, die durch die Reaktion von Formaldehyd mit Melamin oder Harnstoff erhalten werden.
Geeignete zeitweilige Nassfestigkeitsharze enthalten jene Harze, die von American Cyanamid entwickelt worden sind und unter dem Namen PAREZ 631 NC (die jetzt von Cytec Industries, West Paterson, New Jersey erhältlich sind) vermarktet werden, werden aber nicht darauf eingegrenzt. Diese und ähnliche Harze sind in U.S. 3.556.932 an Coscia u. a. und in 3.556.933 an Williams u. a. beschrieben. Weitere zeitweilige Nassfestigkeitsmittel, die in dieser Erfindung angewendet werden sollten, enthalten modifizierte Stärken wie etwa jene, die von National Starch erhältlich sind und als CO-BOND 1000 vermarktet werden. Es wird angenommen, dass diese Stärken und verwandte Stärken in U.S. 4.675.394 an Solarek u. a. offenbart sind. Derivatisierte Dialdehydharze, wie sie etwa in dem japanischen Patent JP 03.185.197, Kokai Tokkyo Koho, beschrieben sind, können auch eine zeitweilige Nassfestigkeit erzielen. Es wird auch erwartet, dass andere Stoffe für eine zeitweilige Nassfestigkeit wie etwa jene, die in U.S. 4.981.557, U.S. 5.008.344 und U.S. 5.085.736 an Bjorkquist beschrieben sind, in dieser Erfindung von Vorteil wären. In Bezug auf die Klassen und die Arten der aufgelisteten Nassfestigkeitsharze ist selbstverständlich, dass diese Auflistung einfach Beispiele darstellen soll, und dass dies weder bedeutet, andere Arten von Nassfestigkeitsharzen auszuschließen, noch bedeutet, den Umfang dieser Erfindung zu beschränken.
Obwohl Nassfestigkeitsmittel, wie sie oben beschrieben sind, besonders vorteilhaft bei der Verwendung im Zusammenhang mit dieser Erfindung sind, können auch andere Arten von Verbindungsmitteln verwendet werden, um die notwendige Feuchtelastizität zu erzielen. Sie können, nachdem die Rohlage gebildet ist oder nachdem sie getrocknet ist, an der Nasspartie des Rohlagenherstellungsverfahrens aufgetragen oder durch Sprühen oder Drucken usw. aufgetragen werden.
"Druckloses Trocknen" bezieht sich auf Verfahren zum Trocknen von Zellulosebahnen, die keine Druckwalzenspalte oder andere Schritte, die eine bedeutende Verdichtung oder ein bedeutendes Zusammendrücken eines Abschnitts der Bahn verursachen, während des Trocknungsverfahrens umfassen. Solche Verfahren umfassen Durchlufttrocknen; Luftstrahlauftreff-Trocknen; berührungslose Trocknung wie etwa Luftauftriebstrocknen, wie von E. V. Bowden, E. V. Appita J., 44 (1): 41 (1991) gelehrt; Durchströmen oder Auftreffen von überhitztem Dampf; Mikrowellentrocknung und andere Hochfrequenz-Trocknungsverfahren oder dielektrische Trocknungsverfahren; Entwässerung durch überkritische Fluida; Entwässerung durch nichtwässrige Fluida mit niedriger Oberflächenspannung; Infrarottrocknung; Trocknen durch Kontakt mit einem Film aus geschmolzenem Metall und andere Verfahren.
Es wird angenommen, dass die dreidimensionalen Rohlagen der vorliegenden Erfindung mit irgendwelchen der oben erwähnten drucklosen Trocknungsmittel getrocknet werden könnten, ohne eine bedeutsame Verdichtung der Bahn oder einen bedeutsamen Verlust ihrer dreidimensionale Struktur und ihrer Feuchtelastizitätseigenschaften zu verursa chen. Die Standard-Trockenkrepptechnologie wird als ein Drucktrocknungsverfahren betrachtet, da die Bahn mechanisch auf einen Teil der Trocknungsfläche gedrückt werden muss, was eine bedeutende Verdichtung von den auf den beheizten Yankeezylinder gepressten Bereichen bewirkt. Eine Technologie zum drucklosen Entwässern und Trocknen von Papiertuchbahnen mit einer Luftpresse und optional mit einem Trockenzylinder einer Selbstabnahmemaschine, der ohne Kreppen betrieben wird, ist in den folgenden ebenfalls anhängigen Patentanmeldungen in gemeinsamem Besitz: U.S.-Patentanmeldung, lfd.-Nr. unbekannt, "Method of Producing Low Density Resilient Webs" von F. G. Druecke u. a., Anwaltsregister Nr. 13.504, eingereicht am 31. Okt. 1997; U.S.-Patentanmeldung, lfd.-Nr. unbekannt, "Low Density Resilient Webs and Methods of Making Such Web" von S. Chen u. a., Anwaltsregister Nr. 13.381, eingereicht am 31. Okt. 1997; U.S.-Patentanmeldung, lfd.-Nr. 08/647.508, eingereicht am 14. Mai 1996 von M. A. Hermans u. a., mit dem Titel "Method and Apparatus for Making Soft Tissue"; und U.S.-Patentanmeldung, lfd.-Nr. unbekannt, eingereicht am 31. Okt. 1997, mit dem Titel "Air Press for Dewatering a Wet Web" von F. Hada u. a. offenbart. Ebenfalls von potenziellem Wert für die in der vorliegenden Erfindung brauchbaren Papiertuchherstellungsverfahren ist die Papiermaschine, die in dem US-Patent Nr. 5.230.776, erteilt am 27. Juli 1993 an I. A. Andersson u. a., offenbart ist; und sind die in dem US-Patent Nr. 5.598.643, erteilt am 4. Feb. 1997, und in dem US-Patent Nr. 4.556.450, erteilt am 3. Dez. 1985, beide an S. C. Chuang u. a., offenbarten Kapillarentwässerungstechniken. Die von J. D. Lindsay in "Displacement Dewatering to Maintain Bulk," Paperi ja Puu, 74 (3): 232–242 (1992) offenbarten Entwässerungskonzepte sind auch von potenziellem Wert.
Das "Feucht : Trocken-Verhältnis", wie es hierin verwendet wird, ist das Verhältnis des geometrischen Mittels der Feuchtzugfestigkeit geteilt durch das geometrische Mittel der Trockenzugfestigkeit. Das geometrische Mittel der Feuchtzugfestigkeit (GMT) ist die Quadratwurzel des Produkts der Maschinenrichtungs-Zugfestigkeit und der Zugfestigkeit der Bahn quer zur Maschinenrichtung. Wenn es nicht anders bezeichnet ist, bedeutet der Ausdruck "Feuchtzugfestigkeit" das "geometrische Mittel der Feuchtzugfestigkeit". Die Rohlagen dieser Erfindung haben vorzugsweise ein Feucht : Trocken-Verhältnis von etwa 0,1 oder größer, insbesondere etwa 0,15 oder größer, genauer etwa 0,2 oder größer, noch genauer etwa 0,3 oder größer, und noch genauer etwa 0,4 oder größer, und nochmals genauer von etwa 0,2 bis etwa 0,6. Zugfestigkeiten können mit Hilfe eines Instron-Zugfestigkeits-Prüfgeräts unter Verwendung einer Klemmbackenbreite von 7,62 cm (3 Zoll), einer Klemmbackenöffnung von 10,2 cm (4 Zoll) und einer Gleitstückgeschwindigkeit von 22 cm (10 Zoll) pro Minute gemessen werden, nachdem die Probe vor dem Testen 4 Stunden unter TAPPI-Bedingungen gehalten wurde. Für eine verbesserte Feuchtelastizität und -integrität haben die Rohlagen dieser Erfindung vorzugsweise auch ein minimales Absolutverhältnis der Trockenzugfestigkeit zur Flächenmasse von etwa 1 Gramm/g/m², vorzugsweise von etwa 2 Gramm/g/m², vorteilhafter etwa 5 Gramm/g/m², vorteilhafter etwa 10 Gramm/g/m², und noch vorteilhafter etwa 20 Gramm/g/m² und vorzugsweise von etwa 15 bis 50 Gramm/g/m².
"Oberflächengesamttiefe": Eine dreidimensionale Rohlage oder Bahn ist aufgrund der inneren Struktur der Lage selbst eine Lage mit einer bedeutenden Schwankung der Flächenerhöhung. Dieser Erhöhungsunterschied, wie er hierin verwendet wird, wird als die "Oberflächengesamttiefe" ausgedrückt. Die für diese Erfindung brauchbaren Rohlagen besitzen drei Dimensionen und haben eine Oberflächengesamttiefe von etwa 0,1 mm oder größer, genauer etwa 0,3 mm oder größer, noch genauer etwa 0,4 mm oder größer, noch genauer etwa 0,5 mm oder größer und noch genauer von etwa 0,4 bis etwa 0,8 mm.
Die dreidimensionale Struktur einer im Wesentlichen ebenen Lage kann in Bezug auf ihr Oberflächenrelief beschrieben werden. Anstatt eine fast flache Fläche aufzuweisen, wie es bei herkömmlichem Papier typisch ist, haben die beim Bewirken der vorliegenden Erfindung brauchbaren gegossenen Lagen bedeutsame Reliefstrukturen, die in einer Ausführungsform zum Teil auf der Verwendung von geformten durchtrocknenden Geweben wie etwa jenen, die von Chiu u. a. in US-Patent Nr. 5.429.686 gelehrt werden, beruhen können. Das entstehende Rohlagenoberflächenrelief umfasst typischerweise eine regelmäßige Grundbausteinzelle, die typischerweise ein Parallelogramm mit Seiten zwischen 2 und 20 mm in Länge ist. Bei nass aufgebrachten Materialien wird bevorzugt, dass diese dreidimensionalen Rohlagestrukturen durch Gießen der Nasslage geschaffen werden oder vor dem Trocknen statt durch Kreppen oder Prägen oder andere Arbeitsgänge, nachdem die Lage getrocknet worden ist, geschaffen werden. Auf diese Weise wird die Struktur der dreidimensionalen Rohlage beim Befeuchten wahrscheinlich gut bewahrt, was dabei hilft, eine hohe Feuchtelastizität zu erzielen und eine gute Durchlässigkeit in der Ebene zu fördern. Bei im Luftstrom aufgebrachten Rohlagen kann die Struktur durch Warmprägen einer Fasermatte mit Bindefasern verliehen werden, die durch Wärme aktiviert werden. Beispielsweise kann eine im Luftstrom aufgebrachte Fasermatte, die Thermoplast- oder Heißschmelz-Bindefasern enthält, erwärmt und dann geprägt werden, bevor die Struktur abkühlt, um der Lage eine dauerhafte dreidimensionale Struktur zu geben.
Zusätzlich zu der regelmäßigen geometrischen Struktur, die durch die geformten Gewebe und andere Gewebe, die verwendet werden, um eine Rohlage zu schaffen, verliehen wird, kann eine zusätzliche Feinstruktur mit einer Längenmaßeinteilung in der Ebene von weniger als etwa 1 mm in der Rohlage vorhanden sein. Eine solche Feinstruktur kann von Mikrofalten stammen, die während der Übertragung durch Differenzgeschwindigkeit der Bahn von einem Gewebe oder Langsieb auf ein anderes Gewebe oder Langsieb vor dem Trocknen hervorgerufen werden. Manche der Materialien der vorliegenden Erfindung scheinen beispielsweise eine Feinstruktur mit einer Oberflächenfeintiefe von 0,1 mm oder größer und manchmal 0,2 mm oder größer zu haben, wenn die Höhenprofile mit Hilfe eines kommerziellen Moiré-Interferometersystems gemessen sind. Diese Feinspitzen haben eine typische Halbbreite von weniger als 1 mm. Die Feinstruktur von der Übertragung durch Differenzgeschwindigkeit und anderen Behandlungen kann beim Erzeugen einer zusätzlichen Weichheit, Flexibilität und eines zusätzlichen spezifischen Volumens nützlich sein. Die Messung der Oberflächenstrukturen wird unten beschrieben.
Ein besonders geeignetes Verfahren zur Messung der Oberflächengesamttiefe ist die Moiré-Interterometrie, die eine genaue Messung ohne eine Verformung der Oberfläche erlaubt. Für den Bezug auf die Materialien der vorliegenden Erfindung sollte das Oberflächenrelief mit Hilfe eines computergesteuerten Moiré-Interferometers mit feldverschobenem Weißlicht mit ungefähr einem 38 mm-Sichtfeld gemessen werden. Die Prinzipien einer brauchbaren Implementierung eines solchen Systems sind in Bieman u. a. (L. Bieman, K. Harding, und A. Boehnlein, "Absolute Measurement Using Field-Shifted Moire", SPIE Optical Conference Proceedings, Bd. 1614, S. 259 bis 264, 1991) beschrieben. Ein geeignetes handelsübliches Instrument für die Moiré-Interterometrie ist das von Medar Inc. (Farmington Hills, Michigan) hergestellte CADEYES^®-Interferometer, das für ein 38 mm-Sichtfeld (ein Sichtfeld innerhalb des Bereichs von 37 bis 39,5 mm ist adäquat) gebaut ist. Das CADEYES^®-System verwendet weißes Licht, das durch ein Raster projiziert wird, um feine schwarze Linien auf die Probenober fläche zu projizieren. Die Oberfläche wird durch ein ähnliches Raster betrachtet, das Moiréstreifen hervorruft, die mit einer CCD-Kamera betrachtet werden. Geeignete Linsen und ein Schrittmotor stellen die optische Konfiguration für die Feldverschiebung (eine unten beschriebene Technik) ein. Ein Videoprozessor sendet erfasste Streifenabbildungen an einen PC-Computer zum Verarbeiten, was ermöglicht, dass Details der Oberflächenhöhe aus den mit der Videokamera betrachteten Streifenmustern rückberechnet werden.
Im CADEYES-Moiré-Interferometriesystem soll jedes Pixel im CCD-Videobild zu einem Moiréstreifen gehören, der einem besonderen Höhenbereich zugeordnet ist. Das Verfahren der Feldverschiebung, wie es von Bieman u. a. (L. Bieman, K. Harding, und A. Boehnlein, "Absolute Measurement Using Field-Shifted Moire," SPIE Optical Conference Proceedings, Bd. 1614, S. 259 bis 264, 1991) beschrieben ist und ursprünglich von Boehnlein (US 5.069.548) patentiert wurde, wird verwendet, um die Streifenanzahl für jeden Punkt in dem Videobild (das zeigt, zu welchem Streifen ein Punkt gehört) zu identifizieren. Die Streifenanzahl wird gebraucht, um die absolute Höhe am Messpunkt in Bezug auf eine Bezugsebene zu bestimmen. Eine (im Gebiet manchmal Phasenverschiebung bezeichnete) Feldverschiebungstechnik wird auch für die Unterstreifenanalyse (genaue Bestimmung der Höhe des Messpunkts innerhalb des von seinem Streifen eingenommenen Höhenbereichs) verwendet. Diese Feldverschiebungsverfahren, gekoppelt mit einem kamerabasierten Interferometrielösungsansatz, ermöglichen eine genaue und rasche Absoluthöhenmessung und lassen das Vornehmen einer Messung trotz möglicher Höhendiskontinuitäten in der Oberfläche zu. Die Technik ermöglicht, dass die Absoluthöhe von jedem der ungefähr 250.000 Einzelpunkte (Pixel) auf der Probenoberfläche erhalten wird, wenn eine geeignete Optik, eine geeignete Videohardware, ein geeignetes Datenerfassungsgerät und eine geeignete Software, die die Prinzipien der Moiré-Interferometrie bei der Feldverschiebung integriert, verwendet werden. Jeder gemessene Punkt hat eine Auflösung von etwa 1,5 Mikrometern bei seiner Höhenmessung.
Das computergestützte Interferometersystem wird verwendet, um Reliefdaten zu erlangen und dann ein Graustufenbild der Reliefdaten zu erzeugen, wobei das Bild nachstehend "die Höhenkarte" genannt wird. Die Höhenkarte wird auf einem Computerbildschirm typischerweise mit 256 Graustufen angezeigt und basiert quantitativ auf den bei der gemessenen Probe erhaltenen Reliefdaten. Die entstehende Höhenkarte für den quadratischen Messbereich von 38 mm sollte etwa 250.000 Datenpunkte enthalten, die etwa 500 Pixeln sowohl in der horizontalen Richtung als auch in der vertikalen Richtung der angezeigten Höhenkarte entsprechen. Die Pixelabmessungen der Höhenkarte basieren auf einer 512 × 512-CCD-Kamera, die Bilder von Moiremustern auf der Probe erzielt, die von einer Computersoftware analysiert werden kann. Jedes Pixel in der Höhenkarte stellt eine Höhenmessung an der entsprechenden x-Stelle und y-Stelle auf der Probe dar. Bei dem empfohlenen System hat jedes Pixel eine Breite von etwa 70 Mikrometern, d. h. stellt einen Bereich auf der Probenfläche dar, der in beiden orthogonalen Richtungen in der Ebene etwa 70 Mikron lang ist. Dieses Niveau der Auflösung verhindert, dass einzelne Fasern, die über die Oberfläche vorstehen, eine bedeutende Auswirkung auf die Flächenhöhenmessung haben. Die Höhenmessung in z-Richtung muss eine Nenngenauigkeit von weniger als 2 Mikrometer und einen Bereich in z-Richtung von wenigstens 1,5 mm haben (für den weiteren Werdegang bei dem Messverfahren siehe CADEYES Product Guide, Medar Inc., Farmington Hills, MI, 1994, oder andere CADEYES-Handbücher und Veröffentlichungen von Medar Inc.).
Das CADEYES-System kann bis zu 8 Moiréstreifen messen, wobei jeder Streifen in 256 Tiefenzählungen (Zuwachs der Unterstreifenhöhe, die kleinste auflösbare Höhendifferenz) eingeteilt ist. Es gibt 2048 Höhenzählungen über den Messbereich. Dies bestimmt den gesamten Bereich der z-Richtung, der etwa 3 mm in dem 38 mm-Sichtfeld-Instrument ist. Wenn die Höhenänderung im Sichtfeld mehr als acht Streifen bedeckt, tritt ein Umhüllungseffekt auf, bei dem der neunte Streifen bezeichnet wird, als ob er der erste Streifen wäre, und wobei der zehnte Streifen als der zweite Streifen bezeichnet wird usw. Mit anderen Worten wird die gemessene Höhe um 2048 Tiefenzählungen verschoben. Die genaue Messung ist auf das Hauptfeld von 8 Streifen beschränkt. Das Moiré-Interferometersystem kann, wenn es eingebaut ist und wenn die Ersteichung vorgenommen wurde, um die oben angegebene Genauigkeit und den oben angegebenen Bereich der z-Richtung zu erzielen, genauen Reliefdaten für Materialien wie etwa Papierhandtücher bereitstellen. (Der Fachmann kann die Genauigkeit der Ersteichung durch das Ausführen von Messungen auf Oberflächen mit bekannten Abmessungen bestätigen). Die Prüfungen werden in einem Raum unter Tappi-Bedingungen (73°F, 50% relative Luftfeuchtigkeit) ausgeführt. Die Probe muss flach auf eine Fläche gelegt werden, die auf die Messebene des Instruments ausgerichtet oder fast ausgerichtet liegt, und sollte sich in einer solchen Höhe befinden, dass sowohl der niedrigste Bereich von Interesse als auch der höchste Bereich von Interesse innerhalb des Messbereichs des Instruments liegen.
Sobald sie richtig angeordnet ist, wird die Datenerfassung mit Hilfe von Medars PC-Software eingeleitet, und eine Höhenkarte von 250.000 Datenpunkten wird typischerweise innerhalb von 30 Sekunden ab der Zeit, zu der die Datenerfassung eingeleitet wurde, erfasst und angezeigt. (Bei der Verwendung des CADEYES^®-Systems wird die "Kontrastschwellenwertebene" für die Störunterdrückung auf 1 gesetzt, was eine Störunterdrückung ohne eine übermäßige Ablehnung von Datenpunkten erzielt). Die Datenverringerung und die Datenanzeige werden mit Hilfe der CADEYES^®-Software für PCs erreicht, die eine anpassbare Schnittstelle basierend auf Microsoft Visual Basic Professional for Windows (Version 3.0) integriert. Die Visual Basic-Schnittstelle ermöglicht dem Benutzer kundenspezifische Analysewerkzeuge hinzufügen.
Die Höhenkarte der Reliefdaten kann dann vom Fachmann verwendet werden, um charakteristische Einheitszellstrukturen zu identifizieren (im Fall von durch Gewebemuster geschaffenen Strukturen sind dies typischerweise Parallelogramme, die wie Ziegel angeordnet sind, um einen größeren zweidimensionalen Bereich abzudecken) und um die typische Rautiefe von solchen Strukturen zu messen. Ein einfaches Verfahren, dies zu tun, ist, zweidimensionale Höhenprofile von den auf der Reliefhöhenkarte gezogenen Linien herauszuziehen, die durch den höchsten Bereich und den niedrigsten Bereich der Einheitszellen verlaufen. Diese Höhenprofile können dann für die Rautiefe analysiert werden, wenn die Profile von einer Lage oder von einem Abschnitt der Lage genommen werden, die bzw. der beim Messen relativ flach lag. Um die Wirkung von gelegentlichem optischen Rauschen und möglichen Ausreißern zu beseitigen, sollten die höchsten 10% und die niedrigsten 10% des Profils ausgeschlossen werden, wobei der Höhenbereich der verbleibenden Punkte als die Oberflächentiefe genommen wird. Technisch erfordert das Verfahren, die Variable zu berechnen, die hier als "P10" bezeichnet wird, die mit der Höhendifferenz zwischen der 10%-Materiallinie und der 90%-Materiallinie definiert wird, wobei das Konzept der Materiallinien im Gebiet wohlbekannt ist, wie es von L. Mummery, in Surface Texture Analysis: The Handbook, Hommelwerke GmbH, Mühlhausen, Deutschland, 1990 erklärt wird. Bei diesem Lösungsansatz, der in Bezug auf 7 veranschaulicht wird, wird die Oberfläche 31 als der Übergang von der Luft 32 zum Material 33 betrachtet. Bei einem gegebenen Profil 30, das von einer flach liegenden Lage genommen wird, ist die größte Höhe, an der die Oberfläche beginnt – die Höhe der höchsten Spitze – die Erhöhung der "0%-Bezugslinie 34" oder der "0%-Materiallinie", was bedeutet, dass 0% der Länge der horizontalen Linie bei dieser Höhe vom Material eingenommen wird. Entlang der horizontalen Linie, die durch den niedrigsten Punkt des Profils verläuft, sind 100% der Linie vom Material eingenommen, was diese Linie die "100%-Materiallinie 35" macht. Zwischen der 0%-Materiallinie und der 100%-Materiallinie (zwischen dem Höchstpunkt und dem Tiefstpunkt des Profils) erhöht sich der vom Material eingenommene Anteil der Länge der horizontalen Linie monoton, während die Erhöhung der Linie vermindert wird. Die Materialverhältniskurve 36 gibt das Verhältnis zwischen dem Materialanteil entlang einer horizontalen Linie, die durch das Profil verläuft, und der Höhe der Linie an. Die Materialverhältniskurve ist auch die kumulative Höhenverteilung eines Profils. (Ein genauerer Ausdruck könnte "Materialanteilskurve" sein).
Sobald die Materialverhältniskurve gebildet ist, kann sie verwenden werden, um eine charakteristische Spitzenhöhe des Profils zu definieren. Der "typische Rautiefe"-Parameter P10 ist als der Unterschied 37 zwischen den Höhen der 10%-Materiallinie 38 und der 90%-Materiallinie 39 definiert. Dieser Parameter ist dadurch relativ robust, dass Ausreißer oder ungewöhnliche Abweichungen von der typischen Profilstruktur kleinen Einfluss auf die P10-Höhe haben. Die Einheiten von P10 sind mm. Die Oberflächengesamttiefe eines Materials ist als der P10-Oberflächentiefenwert für Profillinien beschrieben, die Höhenextremwerte der typischen Einheitszelle dieser Oberfläche umfassen.
Die "Oberflächenfeintiefe" ist der P10-Wert für ein Profil, das entlang eines Plateaubereichs der Oberfläche genommen wird, der, verglichen mit Profilen, die ein Maximum und ein Minimum der Einheitszellen umfassen, eine relativ gleichmäßige Höhe hat. Die Messungen sind für die am meisten texturierte Seite der Rohlagen der vorliegenden Erfindung beschrieben, die typischerweise die Seite ist, die in Kontakt mit dem durchtrocknenden Gewebe war, wenn die Luftströmung zum Durchtrockner gerichtet ist. 8 stellt ein Profil des Beispiels 13 der vorliegenden Erfindung dar, das unten erörtert wird, mit einer Oberflächengesamttiefe von etwa 0,5.
Die Oberflächengesamttiefe soll das in der Rohlage erzeugte Relief, besonders jene in der Lage vor und während der Trocknungsverfahren geschaffenen Merkmale prüfen, wobei aber das "künstlich" geschaffene Großrelief von Trockenumwandlungsverfahren wie etwa Prägen, Perforieren, Plissieren usw. ausgeschlossen werden soll. Deshalb sollten die geprüften Profile von nicht geprägten Bereichen genommen werden, wenn die Rohlage geprägt worden ist, oder sollten auf einer nicht geprägt Rohlage gemessen werden. Oberflächengesamttiefenmessungen sollten Großstrukturen wie etwa Plissees oder Falten, die das dreidimensionale Wesen der Originalrohlage selbst nicht wiedergeben, ausschließen. Es wird eingestanden, dass das Lagenrelief durch Kalandrieren und andere Arbeitsgänge, die die gesamte Rohlage beeinflussen, verkleinert werden kann. Die Messung der Oberflächengesamttiefe kann entsprechend auf einer kalandrierten Rohlage ausgeführt werden.
Der "Feucht-Faltenregenerationsstest" ist eine geringfügige Änderung des AATCC-Testverfahrens 66-1990, das dem technischen Handbuch der American Association of Textile Chemists and Colorists (1992), Seite 99 entnommen wurde. Die Änderung ist, die Proben vor dem Ausführen des Verfahrens zuerst zu befeuchten. Dies wird getan, indem die Proben vor dem Prüfen fünf Minuten in Wasser eingeweicht werden, das 0,01 Prozent Befeuchtungsmittel TRITON X-100 (Rohm & Haas) enthält. Die Probenvorbereitung wird bei 73°F und 50 Prozent relative Luftfeuchtigkeit ausgeführt. Die Probe wird mit einer Pinzette sanft aus dem Wasser entfernt, durch das Drücken zwischen zwei Blätter Löschpapier mit 325 Gramm Gewicht entwässert, und in den Probenhalter gelegt, damit sie wie bei dem Trocken-Falten-Regenerationsstestverfahren geprüft wird. Der Test misst den größten Regenerationswinkel der geprüften Probe (in jeder Richtung, einschließlich der Maschinenrichtung und der Maschinenquerrichtung), wobei 180° die vollständige Erholung darstellt. Die Feucht-Faltenregeneration, die als eine prozentuale Regeneration ausgedrückt wird, ist der gemessene Regenerationswinkel geteilt durch 180° multipliziert mit 100. Rohlagen dieser Erfindung können eine Feucht-Faltenregeneration von etwa 60 Prozent oder größer, genauer von etwa 70 Prozent oder größer und noch genauer von etwa 80 Prozent oder größer aufweisen.
Die "Feucht-Druckelastizität" der Rohlagen wird durch mehrere Parameter definiert und kann mit Hilfe eines Materialeigenschaftsverfahrens demonstriert werden, das sowohl Feucht- als auch Trockeneigenschaften umfasst. Eine programmierbare Festigkeitsmessvorrichtung wird in der Druckbetriebsart verwendet, um einer anfangs trockenen, klimatisierten Probe eine angegebene Reihe von Druckzyklen zu erteilen, nach der die Probe sorgfältig auf eine angegebene Art befeuchtet und derselben Reihe von Druckzyklen unterzogen wird. Während der Vergleich von Feucht- und Trockeneigenschaften von allgemeinem Interesse ist, betrifft die wichtigste Information von diesem Test die Feuchteigenschaften. Das anfängliche Prüfen der trockenen Probe kann als ein Vorbehandlungsschritt betrachtet werden. Die Reihe beginnt mit dem Zusammendrücken der Trockenprobe auf 172 Pa (0,025 psi), um eine Anfangsdicke zu erhalten (Zyklus A), dann folgen zwei Wiederholungen der Belastungserhöhung bis auf 13790 Pa (2 psi), gefolgt vom Entlasten (Zyklen B und C). Schließlich wird die Probe erneut auf 172 Pa (0,025 psi) zusammengedrückt, um eine Enddicke zu erhalten (Zyklus D). (Details des Verfahrens einschließlich der Kompressionsgeschwindigkeiten werden unten gegeben). Nach der Behandlung der Trockenprobe wird unter Verwendung eines feinen Sprühnebels aus deionisiertem Wasser gleichmäßig Feuchtigkeit auf die Probe aufgetragen, um das Feuchtigkeitsverhältnis (g Wasser/g Trockenfaser) auf etwa 1,1 zu bringen. Dies wird durch das Aufbringen von 95 bis 110% hinzugefügter Feuchtigkeit auf der Grundlage der klimatisierten Probemasse getan. Dies bringt typische Zellulosematerialien in einen Feuchtigkeitsbereich, in dem physikalische Eigenschaften relativ unempfindlich gegenüber dem Feuchtigkeitsgehalt sind (z. B. ist die Empfindlichkeit viel kleiner als bei Feuchtigkeitsverhältnissen, die kleiner als 70% sind). Die befeuchtete Probe wird dann in die Testvorrichtung gelegt und die Druckzyklen werden wiederholt.
Drei Messwerte der Feuchtelastizität werden in Betracht gezogen, die gegenüber der bei dem Stapel verwendeten Anzahl von Probenschichten relativ unempfindlich sind. Der erste Messwert ist das spezifische Volumen der Feuchtprobe bei 2 psi. Dieser wird das "spezifische Feuchtvolumen unter Druck" (WCB) genannt. Der zweite Messwert wird als "Feucht-Rückfederungsverhältnis" (WS) bezeichnet ist, welches das Verhältnis der Feuchtprobendicke bei 0,025 psi am Ende des Drucktests (Zyklus D) zur Dicke der Feuchtprobe bei 0,025 psi, die am Anfang des Tests gemessen wird (Zyklus A), ist. Der dritte Messwert ist das "Belastungsenergieverhältnis" (LER), der das Verhältnis der Belastungsenergie beim zweiten Zusammendrücken auf 13790 Pa (2 psi) (Zyklus C) zum Verhältnis der Belastungsenergie beim ersten Zusammendrücken auf 13790 Pa (2 psi) (Zyklus B) während der oben für eine befeuchtete Probe beschriebenen Folge ist. Das am Ende des Tests bei 172 Pa (bei 0,025 psi) gemessene endgültige spezifische Feuchtvolumen wird als "spezifisches Endvolumen" oder der Wert "FB" bezeichnet. Wenn die Belastung als Funktion der Dicke gezeichnet wird, ist die Belastungsenergie der Bereich unter der Kurve, während die Probe einen Verlauf vom unbelasteten Zustand zur Spitzenbelastung dieses Zyklus durchläuft. Bei einem rein elastischen Material wäre das Rückfederungs- und Belastungsenergieverhältnis eine Einheit. Die Anmelder haben festgestellt, dass die drei hier beschriebenen Messwerte von der Anzahl der Schichten im Stapel relativ unabhängig sind und als brauchbare Messwerte der Feuchtelastizität dienen. Erwähnt wird hierin auch das "Zusammendrückverhältnis", das als das Verhältnis der Dicke der befeuchteten Probe bei der Spitzenbelastung beim ersten Druckzyklus 13790 (2 psi) zur anfänglichen Feuchtdicke bei 172 Pa (0,925 psi) definiert ist.
Beim Ausführen der vorangehenden Messungen der Feucht-Druckelastizität sollten die Proben wenigstens 24 Stunden unter TAPPI-Bedingungen (50% relative Luftfeuchtigkeit, 73°F) klimatisiert werden. Die Proben werden auf Quadrate von 6,35 × 6,35 cm² (2,5 Zoll × 2,5 Zoll) ausgestanzt. Das klimatisierte Probengewicht sollte für sinnvolle Vergleiche, wenn möglich, etwa 0,4 g sein und innerhalb des Bereichs von 0,25 bis 0,6 g liegen. Die Zielmasse von 0,4 g wird durch Verwenden eines Stapels mit 2 oder mehr Lagen erreicht, wenn die Lagenflächenmasse weniger als 65 g/m² beträgt. Bei Lagen mit nominell 30 g/m² wird ein Stapel mit 3 Lagen beispielsweise im Allgemeinen eine Gesamtmasse nahe 0,4 g haben.
Zusammendrückmessungen werden mit Hilfe einer Instron-4502-Universalprüfmaschine ausgeführt, die an einen 286er PC-Computer angeschlossen ist, auf dem die Software Instron Series XII (Ausgabe 1989) und die Firmware Version 2 laufen. Der "286er Standardcomputer", auf den verwiesen wird, hat einen Prozessor 80286 mit einer Taktfrequenz von 12 MHz. Der benutzte spezielle Computer war ein Compaq DeskPro 286e mit einem mathematischen Koprozessor 80287 und mit einem VGA-Videoadapter. Eine 1 kN-Druckmessdose wird mit kreisförmigen Druckplatten mit 5,72 cm (2,25 Zoll) Durchmesser für das Zusammendrücken der Probe verwendet. Die untere Druckplatte hat eine Kugellagerbaugruppe, um eine genaue Ausrichtung der Druckplatten zu ermöglichen. Die untere Druckplatte wird örtlich arretiert, während sie unter der Last (30 bis 100 lbf) durch die obere Druckplatte steht, um parallele Flächen sicherzustellen. Die obere Druckplatte muss auch mit der Standardringmutter örtlich arretiert werden, um Spiel in der oberen Druckplatte zu beseitigen, während die Belastung ausgeübt wird.
Im Anschluss an das Anwärmen für wenigstens eine Stunde nach dem Hochfahren wird die Geräteschalttafel benutzt, um das Ausdehnungsmessgerät auf null Abstand einzustellen, während die Druckplatten (bei einer Last von 14,5 bis 133 N (10 bis 30 Pfd.) in Kontakt sind. Wenn die obere Druckplatte frei aufgehängt ist, wird die geeichte Druckmessdose austariert, um eine Nullablesung zu ergeben. Das Ausdehnungsmessgerät und die Druckmessdose sollten periodisch überprüft werden, um eine Basisliniendrift (Verschiebung der Nullpunkte) zu verhindern. Die Messungen müssen in einer Umgebung mit einer geregelten Luftfeuchtigkeit und einer geregelten Temperatur entsprechend den TAPPI-Spezifikationen (50% ± 2% relative Luftfeuchtigkeit und 73°F) ausgeführt werden. Die obere Druckplatte wird dann auf eine Höhe von 5,08 mm (0,2 Zoll) angehoben, und Steuerung der Instron wird auf den Computer übertragen.
Mit Hilfe der Instron-Series-XII-Cyclic-Testsoftware wird mit einem 286er Computer eine Instrumentensequenz mit 7 Marken (diskreten Ereignissen) gebildet, die aus 3 zyklischen Blöcken (Befehlssätzen) in der folgenden Reihenfolge zusammengesetzt sind:
Marke 1: Block 1
Marke 2: Block 2
Marke 3: Block 3
Marke 4: Block 2
Marke 5: Block 3
Marke 6: Block 1
Marke 7: Block 3.
Block 1 weist das Gleitstück an, sich mit 3,81 cm/min (1,5 Zoll/min) abzusenken, bis eine Last von 0,4 N (0,1 Pfd.) ausgeübt wird (die Instron-Einstellung ist –0,4 N (–0,1 Pfd.), da der Druck als negative Kraft definiert ist). Die Steuerung erfolgt durch die Verschiebung. Wenn die Ziellast erreicht ist, wird die ausgeübte Last auf null reduziert.
Block 2 weist an, dass sich das Gleitstück von einer ausgeübten Last von 0,22 N (0,05 Pfd.) bis zu einem Spitzenwert von 8 Pfd., dann mit einer Geschwindigkeit von 1,1 cm/min (0,4 Zoll/min.) zurück auf 0,22 N (0,05 Pfd.) erstreckt. Bei der Verwendung der Instron-Software ist die Steuerungsbetriebsart die Verschiebung, die Begrenzungsart ist die Last, die erste Stufe ist –0,22 N (–0,05 Pfd.), die zweite Stufe ist –35,6 N (–8 Pfd.), die Haltezeit ist 0 s und die Anzahl der Übergänge ist 2 (Druck, dann Entspannung); "kein Betrieb" ist für das Ende des Blocks angegeben.
Block 3 verwendet die Verschiebungssteuerung und die Begrenzungsart, um das Gleitstück einfach auf 0,51 cm (0,2 Zoll) mit einer Geschwindigkeit von 10,2 cm/min (4 Zoll/min) mit 0 Haltezeit anzuheben. Die anderen Einstellungen von Instron sind 0 in der ersten Stufe, 0,51 cm (0,2 Zoll) in der zweiten Stufe, 1 Übergang und "kein Betrieb" am Ende des Blocks.
Wenn sie in der oben gegebenen Reihenfolge (Marken 1 bis 7) ausgeführt wird, drückt die Instron-Folge die Probe mit 172 Pa (0,025 psi) (0,1 lbf) zusammen, entspannt, drückt dann mit 13790 Pa (2 psi) (8 lbs) zusammen, gefolgt von einer Druckentlastung und einer Anhebung des Gleitstücks auf 0,51 cm (0,2 Zoll), drückt dann die Probe erneut mit 13790 Pa (2 psi) zusammen, entspannt, hebt das Gleitstück auf 0,51 cm (0,2 Zoll) an, drückt erneut mit 172 Pa (0,025 psi) (0,1 lbf) zusammen und hebt dann das Gleitstück an. Die Datenerfassung sollte bei Block 2 mit Intervallen, die nicht größer als jede 0,51 mm (0,02*) oder 1,8 N (0,4 Pfd.) (egal, was zuerst kommt) sind, und bei Block 1 mit Intervallen, die nicht größer als 0,04 N (0,01 Pfd.) sind, ausgeführt werden. Vorzugsweise wird die Datenerfassung in Block 1 jede 0,018 N (0,004 Pfd.) und in Block 2 jede 0,22 N (0,05 Pfd.) oder 0,013 cm (0,005 Zoll) (egal was zuerst kommt) ausgeführt.
Die Ergebnisse der Ausgabe der Series-XII-Software werden eingesetzt, um die Ausdehnung (Dicke) bei Spitzenbelastungen für die Marken 1, 2, 4 und 6 (bei jeweils 172 Pa und 13790 Pa (0,025 und 2,0 psi) Spitzenbelastung), die Belastungsenergie für die Marken 2 und 4 (die beiden zuvor als Zyklen B bzw. C bezeichneten Kompressionen auf 2,0 psi), das Verhältnis der beiden Belastungsenergien (zweiter Zyklus/erster Zyklus) und das Verhältnis der Enddicke zur Anfangsdicke (Verhältnis der Dicke beim letzten Druck zum ersten Druck von 172 Pa (0,025 psi)) zu erzielen. Die Last im Vergleich mit den Dickenergebnissen wird während der Ausführung der Blöcke 1 und 2 auf den Bildschirm gezeichnet.
Beim Ausführen einer Messung wird die trockene, klimatisierte Probe auf der unteren Druckplatte zentriert und der Test ist eingeleitet. Im Anschluss an die Fertigstellung der Reihe, wird die Probe sofort entfernt und Feuchtigkeit (deionisiertes Wasser bei 72 bis 73°F) wird aufgebracht. Die Feuchtigkeit wird gleichmäßig mit einem feinen Sprühnebel zugeführt, um eine Feuchtmasse der Probe von etwa 2,0-mal der Probenanfangsmasse zu erreichen (95 bis 110% summierte Feuchtigkeit, vorzugsweise 100% summierte Feuchtigkeit wird basierend auf der klimatisierten Probemasse zugeführt; wobei dieser Feuchtigkeitsspiegel ein absolutes Feuchtigkeitsverhältnis von etwa 1,1 g Wasser/g ofentrockener Faser – wobei sich die Ofentrocknung auf das Trocknen für wenigstens 30 Minuten in einem Ofen bei 105°C bezieht – ergeben sollte). (Bei den nicht gekreppten durchgetrockneten Materialien dieser Erfindung könnte das Feuchtigkeitsverhältnis innerhalb des Bereichs von 1,05 bis 1,7 liegen, ohne die Ergebnisse bedeutend zu beeinflussen.) Der Sprühnebel sollte gleichmäßig auf die getrennten Lagen aufgebracht werden (bei Stapeln mit mehr als 1 Lage), wobei der Sprühnebel sowohl auf die Vorderseite als auch auf die Rückseite jeder Lage aufgebracht wird, um eine gleichmäßige Feuchtigkeitsauftragung sicherzustellen. Dies kann mit Hilfe einer herkömmlichen Kunstsprühstoffflasche erreicht werden, wobei ein Behälter oder eine andere Sperre den meisten Sprühnebel zurückhält, wobei nur zugelassen wird, dass ungefähr die oberen 10 bis 20% der Sprühnebelhüllkurve – ein feiner Sprühnebel – die Probe erreichen. Die Sprühnebelquelle sollte während der Sprühnebelauftragung wenigstens 10 Zoll von der Probe entfernt sein. Im Allgemeinen muss darauf geachtet werden, dass sichergestellt ist, dass die Probe gleichmäßig mit einem feinen Sprühnebel befeuchtet wird. Die Probe muss während des Verfahrenes des Aufbringens der Feuchtigkeit mehrmals gewogen werden, um den Zielfeuchtigkeitsgehalt zu erreichen. Zwischen dem Abschluss des Drucktests bei der Trockenprobe und dem Abschluss der Feuchtigkeitsauftragung sollten nicht mehr als drei Minuten vergehen. 45 bis 60 Sekunden sollten von der letzten Auftragung des Sprühnebels bis zum Anfang des anschließenden Drucktests gelassen werden, um Zeit für das innere Leiten durch Dochtwirkung und für die Absorption des Sprühnebels vorzusehen. Zwischen drei und vier Minuten vergehen zwischen dem Abschluss der Trockenzusammendrückfolge und der Einleitung der Feuchtzusammendrückfolge.
Sobald der gewünschte Massenbereich erreicht worden ist, wie es durch eine digitale Waage angezeigt wird, wird die Probe auf der unteren Instron-Druckplatte zentriert, und die Testfolge wird eingeleitet. Im Anschluss an die Messung wird die Probe in einen 105°C-Ofen zur Trocknung gelegt und das Ofentrockengewicht wird später aufgezeichnet (es sollte zugelassen werden, dass die Probe 30 bis 60 Minuten trocknen kann, wobei danach das Trockengewicht gemessen wird).
Zu beachten ist, dass eine Kriecherholung zwischen den beiden Druckzyklen bei 13790 Pa (2 psi) auftreten kann, so dass die Zeit zwischen den Zyklen wichtig sein kann. Bei den bei diesen Instron-Tests verwendeten Instrumenteneinstellungen gibt es einen Zeitraum von 30 Sekunden (±4 s) zwischen dem Beginn des Zusammendrückens während der beiden Zyklen auf 13790 Pa (2 psi). Der Beginn des Zusammendrückens ist als der Punkt definiert, an dem die Anzeige der Druckmessdose 0,133 N (0,03 Pfd.) überschreitet. Zwischen dem Beginn des Zusammendrückens bei der ersten Dickenmessung (linear auf 172 Pa (0,025 psi)) und dem Beginn des anschließenden Zusammendrückzyklus auf 13790 Pa (2 psi) gibt es ebenso einen Zeitraum von 5 bis 8 Sekunden. Der Zeitraum zwischen dem Beginn des zweiten Zusammendrückzyklus auf 13790 Pa (2 psi) und dem Beginn des Zusammendrückzyklus bei der Enddickenmessung beträgt etwa 20 Sekunden.
Die Nützlichkeit einer Bahn oder saugfähiger Struktur mit einem hohen spezifischen Feuchtvolumen unter Druck (WCB) ist offensichtlich, weil ein feuchtes Material, das ein hohes spezifisches Volumen unter Druck beibehalten kann, ein höheres Flüssigkeitsfassungsvermögen beibehalten kann und weniger wahrscheinlich zulässt, dass Flüssigkeit ausgepresst wird, wenn es zusammengedrückt wird.
Hohe Feucht-Rückfederungs-Verhältniswerte sind besonders wünschenswert, weil ein feuchtes Material, das nach dem Zusammendrücken zurückfedert, ein hohes Porenvolumen für eine wirksame Aufnahme und Verteilung von anschließenden Beschmutzungen mit Flüssigkeit beibehalten kann, wobei ein solches Material während seiner Ausdehnung wieder Flüssigkeit aufnehmen kann, die während des Zusammendrückens ausgedrückt worden sein kann. Bei Windeln kann beispielsweise ein feuchter Bereich einen Moment lang durch eine Körperbewegung oder durch Änderungen der Körperposition zusammengedrückt werden. Wenn das Material außerstande ist, sein spezifisches Volumen zurückzugewinnen, wenn die Druckkraft nachlässt, wird seine Wirksamkeit bei der Behandlung der Flüssigkeit verringert.
Hohe Belastungsenergie-Verhältniswerte sind in einem Material auch nützlich, weil ein solches Material beständig dem Zusammendrücken (LER basiert auf einem Messwert der Energie, die erforderlich ist, um eine Probe zusammenzudrücken) bei Belastungen widersteht, die kleiner als die Spitzenbelastung von 13790 Pa (2 psi) sind, sogar nachdem es einmal stark zusammengedrückt worden ist. Es wird angenommen, dass das Beibehalten solcher feuchtelastischen Eigenschaften zum Fühlen des Materials beiträgt, wenn es bei saugfähigen Artikeln verwendet wird, und zusätzlich zu den hinzukommenden allgemeinen Vorteilen, wenn eine Struktur ihr Porenvolumen beibehalten kann, wenn sie feucht ist, dabei helfen kann, die Anpassung des saugfähigen Artikels an den Körper des Trägers beizubehalten.
Die beim Bewirken dieser Erfindung brauchbaren hydrophob behandelten saugfähigen Bahnen dieser Erfindung und die unbehandelten, inhärent hydrophilen Rohlagen können eine oder mehrere der vorangehenden Eigenschaften aufweisen. Insbesondere können die saugfähigen Bahnen und Rohlagen ein spezifisches Feuchtvolumen unter Druck von etwa 6 Kubikzentimetern pro Gramm oder größer, insbesondere von etwa 7 Kubikzentimetern pro Gramm oder größer, genauer von etwa 8 Kubikzentimetern pro Gramm oder größer und noch genauer von etwa 8 bis etwa 13 Kubikzentimetern pro Gramm aufweisen. Das Zusammendrückverhältnis kann etwa 0,7 oder weniger, genauer etwa 0,6 oder weniger, noch genauer etwa 0,5 oder weniger und noch genauer von 0,4 bis etwa 0,7 sein. Sie können auch ein Feucht-Rückfederungsverhältnis von etwa 0,6 oder größer, insbesondere von etwa 0,7 oder größer, genauer von etwa 0,85 und noch genauer von etwa 0,8 bis etwa 0,93 aufweisen. Das Belastungsenergieverhältnis kann etwa 0,6 oder größer, genauer 0,7 oder größer, noch genauer etwa 0,8 oder größer und am genauesten etwa 0,75 bis etwa 0,9 sein. Das spezifische Endvolumen kann etwa 8 Kubikzentimeter pro Gramm oder größer oder vorzugsweise etwa 12 Zentimeter pro Gramm oder größer sein.
"Durchlässigkeit in der Ebene": Eine wichtige Eigenschaft von porösen Medien ist insbesondere bei saugfähigen Produkten die Durchlässigkeit für Flüssigkeitsströmung. Die komplexen, miteinander verbundenen Zugänge zwischen den festen Partikeln und den Grenzen von porösen Medien schaffen Wege für die Flüssigkeitsströmung, die aufgrund der Enge der Kanäle und der Gewundenheit der Zugänge einen bedeutenden Strömungswiderstand bieten können.
Bei Papier wird die Durchlässigkeit gewöhnlich mit Gasvolumenströmen durch eine Lage ausgedrückt. Diese Praxis ist dabei nützlich, ähnliche Lagen zu vergleichen, kenn zeichnet jedoch nicht wirklich die Wechselwirkung der strömenden Flüssigkeit mit der porösen Struktur und stellt keine direkten Informationen über die Strömung in einer Nasslage bereit. Die technische Standarddefinition der Durchlässigkeit schafft einen nützlicheren Parameter, obwohl es einer ist, der schwerer zu messen ist. Die Standarddefinition basiert auf Darcys Gesetz (siehe F. A. L. Dullien, Porous Media: Flüssigkeit Transport and Pore Structure, Academic Press, New York, 1979), das bei einer eindimensionalen Strömung aussagt, dass die Geschwindigkeit der Flüssigkeitsströmung durch ein gesättigtes poröses Medium direkt proportional zum Druckgefälle ist:
wobei V die Oberflächengeschwindigkeit (Volumenstrom, geteilt durch die Fläche) ist, ist K die Durchlässigkeit ist, μ die Flüssigkeitsviskosität ist, ΔP der Druckabfall in der Strömungsrichtung über die Strecke L ist. Die Einheiten von sind m². In Gleichung (1) ist die Durchlässigkeit ein empirischer Verhältnismäßigkeitsparameter, der die Flüssigkeitsgeschwindigkeit mit dem Druckabfall und der Viskosität verbindet. Bei einem homogenen Medium ist K keine Funktion von ΔP, der Probenlänge oder der Viskosität, sondern ein innerer Parameter, der den Strömungswiderstand des Mediums beschreibt. Bei einem kompressiblen Medium wird die Durchlässigkeit eine Funktion des Verdichtungsgrads sein. Die Darcy-Durchlässigkeit ist ein Grundparameter für Verfahren, die eine Flüssigkeitsströmung in faserförmigen Bahnen betreffen.
Die Darcy-Durchlässigkeit hat Flächeneinheiten (m²) und ist bei einfachen gleichförmigen zylindrischen Poren ist proportional zur Querschnittsfläche einer einzelnen Pore. Jedoch kann die Durchlässigkeit der meisten wirklichen Materialien nicht von einer optischen Beurteilung der Porengröße vorhergesagt werden. Die Durchlässigkeit wird nicht nur von der Porengröße sondern auch von der Porenausrichtung, der Gewundenheit und der Verbundenheit miteinander bestimmt. Es kann sein, dass große Poren im Körper eines Objekts für die Flüssigkeitsströmung unzugänglich oder nur durch winzige Poren zugänglich sind, was einen hohen Strömungswiderstand bietet. Es ist sogar mit einer vollständigen dreidimensionalen Beschreibung des Porenraums eines Materials anhand einer Röntgen-Tomographie oder anderen Bildaufbereitungstechniken schwierig, die Durchlässigkeit vorherzusagen oder zu berechnen. Die Bestimmung der Durchläs sigkeit und die Bestimmung der Porengrößen sind verwandte, aber verschiedene Informationen über ein Material. Beispielsweise kann ein Metallblech mit diskreten darin gestanzten nicht überlappenden Löchern sehr große Poren (die Löcher) haben, während es dennoch eine unbedeutende Durchlässigkeit in der Ebene aufweist. Schweizer Käse hat viele große Poren, hat aber typischerweise eine unbedeutende Durchlässigkeit in jeder Richtung, es sei denn, er wird in so dünne Scheiben geschnitten, dass sich einzelne Löcher von einer Seite bis zur anderen Seite der Käseprobe erstrecken können.
Die meisten Studien über die Durchlässigkeit beim Papier haben sich auf die Strömung in der z-Richtung (senkrecht zur Ebene der Lage) konzentriert, die beim Nasspressen und anderen Grundoperationen von praktischer Bedeutung ist. Papier ist jedoch ein anisotropes Material (siehe beispielsweise E. L. Back, "The Pore Anisotropy of Paper Products and Fibre Building Boards," Svensk Papperstidning, 69: 219 (1966)), was bedeutet, dass Flüssigkeitsströmungseigenschaften eine Funktion der Richtung sind. In diesem Fall scheinen verschiedene Strömungsrichtungen offensichtlich verschiedene Durchlässigkeiten zu haben. Die vielen Möglichkeiten der Strömungsrichtung und der Druckgefälle in einem solchen Medium können mit einer mehrdimensionalen Form von Darcys Gesetz eingeschlossen werden:
wobei v der Oberflächengeschwindigkeitsvektor (Volumenstrom geteilt durch die Querschnittsfläche der Strömung) ist, μ die Viskosität der Flüssigkeit ist, K ein Tensor zweiter Ordnung ist, und ∇P das Druckgefälle ist. Wenn ein kartesisches Koordinatensystem so gewählt ist, dass es den Hauptströmungsrichtungen des porösen Mediums entspricht, dann wird der Durchlässigkeitstensor eine diagonale Matrix (siehe Jacob Bear, "Dynamics of Fluids in Porous Media.", American Elsevier, New York, NY, 1972, S. 136 bis 151):
wobei K_x, K_y und K_z die Hauptdurchlässigkeitskomponenten in der x-, y-, bzw. z-Richtung sind. Beim Papier entsprechen diese Richtungen im Allgemeinen der (hier als y angenommenen) Querrichtung und der (der als x angenommenen Richtung der Maximaldurchlässigkeit in der Ebene) Maschinenrichtung in der Ebene und der hindurchlaufenden Richtung oder Dickerichtung (z). Folglich kann die anisotrope Durchlässigkeit des typischen maschinell hergestellten Papiers mit drei Durchlässigkeitsparametern gekennzeichnet werden, einer für die Maschinenrichtung, einer für die Querrichtung und einer für die z-Richtung. (In einigen Fällen, wie wenn es unausgeglichene Strömungen im Stoffauflauf der Papiermaschine gibt, kann die Richtung der Maximaldurchlässigkeit leicht von der Maschinenrichtung abweichen; wobei die Richtung der Maximaldurchlässigkeit in der Ebene und die dazu rechtwinklige Richtung in diesem Fall für die x-Richtung bzw. für die y-Richtung verwendet werden sollten). Es kann sein, dass es in Prüflagen keine bevorzugte Richtung der Ausrichtung bei Fasern gibt, die in der Ebene liegen, so dass die Durchlässigkeitswerte in der x-Richtung und in der y-Richtung gleich sein sollten (mit anderen Worten ist eine solche Lage isotrop in der Ebene.) Trotz der bisherigen Konzentration auf die Durchlässigkeit in z-Richtung beim Papier ist die Durchlässigkeit in der Ebene (sowohl K_x als auch K_y sind Faktoren in Ebene) bei einer Vielfalt von Anwendungen, besonders bei saugfähigen Artikeln wichtig. Körperflüssigkeiten oder andere Flüssigkeiten, die in den saugfähigen Artikel fließen, dringen normalerweise in einem engen, lokalisiertem Bereich in den Artikel ein. Die effiziente Verwendung des saugfähigen Mediums erfordert, dass die einlaufende Flüssigkeit seitlich durch das Fließen in Ebene im saugfähigen Artikel verteilt wird, wobei sonst die lokale Aufnahmefähigkeit des Artikels zum Behandeln der einlaufenden Flüssigkeit überlastet sein kann, was zum Abfluss und zu einer schlechten Ausnutzung des saugfähigen Kerns führt. Das Vermögen der Flüssigkeit, in der Ebene des Artikels zu fließen, ist eine Funktion der treibenden Kraft für die Flüssigkeitsströmung, die eine Kombination des kapillaren Leitens durch Dochtwirkung und des hydraulischen Drucks aus der Flüssigkeitsquelle und der Fähigkeit des porösen Mediums sein kann, die Strömung zu leiten, die zum großen Teil durch die Darcy-Durchlässigkeit des Materials beschrieben ist. Zweiphasenströmungen und nicht-newtonsche Flüssigkeiten oder Suspensionen verkompliziert die Physik, aber die Durchlässigkeit des porösen Mediums in der Ebene ist ein entscheidender Faktor für eine rasche Verteilung von flüssigen Beschmutzungen in Ebene. Besonders im Fall der Urinführung, wo Flüssigkeitsvolumenströme weit über der Leistungsfähigkeit von Kapillarkräften auftreten können, ist eine hohe Durchlässigkeit in der Ebene in der Aufnahmeschicht erforderlich, um zu ermöglichen, dass die Flüssigkeit seitlich verteilt wird statt leckt.
Während sich viele letzte Studien über die Flüssigkeitsdurchlässigkeit beim Papier ausschließlich darauf konzentrierten, K_z für die Strömung in z-Richtung zu messen, sind in der allerletzten Zeit Verfahren zum Messen der Durchlässigkeit in der Ebene einer Papierlage gelehrt worden. J. D. Lindsay und P. H. Brady lehren in "Studies of Anisotropic Permeability with Applications to Water Removal in Fibrous Webs: Part 1", Tappi J., 76 (9): 119–127 (1993) und "Studies of Anisotropic Permeability with Applications to Water Removal in Fibrous Webs: Part 11", Tappi J., 76 (11): 167–174 (1993) Verfahren für Messungen der Durchlässigkeit von gesättigtem Papier in Ebene und in z-Richtung. Verwandte Verfahren sind von K. L. Adams, B. Müller und L. Rebenfeld in "Forced In-Plane Flow of an Epoxy Resin in Fibrous Networks", Polymer Engineering and Science, 26 (20): 1434–1441 (1986); J. D. Lindsay in "Relative Flow Porosity in Fibrous Media: Measurements and Analysis, Including Dispersion Effects", Tappi J., 77 (6): 225–239 (Juni 1994); J. D. Lindsay and J. R. Wallin, "Characterization of In-Plane Flow in Paper", AIChE 1989 and 1990 Forest Products Symposium, Tappi Press, Atlanta, GA (1992), S. 121; und D. N. Horstmann, J. D. Lindsay, und R. A. Stratton, "Using Edge-Flow Tests to Examine the In-Plane Anisotropic Permeability of Paper," Tappi J., 74 (4): 241 (1991) herausgegeben worden.
Das bei den meisten dieser Veröffentlichungen verwendetes Grundverfahren ist das Einspritzen der Flüssigkeit in die Mitte einer Papierscheibe, die zwischen zwei flachen Flächen eingezwängt ist, um zu erzwingen, dass der Flüssigkeitsfluss in der Radialrichtung erfolgt und sich vom Einspritzenpunkt an der Mitte der Scheibe zur äußeren Kante der Scheibe fortsetzt. Dies ist in 9 gezeigt, die eine Lage 41 darstellt, in die ein mittiges Loch 42 gestanzt worden ist, und in die mittels einer Einspritzöffnung derselben Größe wie das gestanzte Loch Flüssigkeit injiziert wird. Die Flüssigkeit wird gezwungen, zum äußeren radialen Rand 43 zu fließen. Bei einer mit Flüssigkeit gesättigten Lage konstanter Dicke, die auf die in der Arbeit von Lindsay und anderen beschriebenen Art einem gleichmäßigen radialen Flüssigkeitsfluss ausgesetzt ist, ist die Gleichung, die sich auf die durchschnittliche Durchlässigkeit für den Flüssigkeitsfluss in der Ebene bezieht:
wobei R_o der Radius der Papierscheibe 41 ist, R_i der Radius des mittigen Lochs 42 in der Probe ist, in das durch eine Einspritzöffnung Flüssigkeit injiziert wird, L_p die Dicke des Papiers ist, ΔP der konstante Druck über dem Luftdruck ist, mit dem Flüssigkeit in die Scheibe injiziert wird (der Manometerdruck an der Einspritzpore), Q der Volumenstrom der Flüssigkeit ist und K_r die Durchlässigkeit in der Ebene ist, technisch die durchschnittliche radiale Durchlässigkeit, die als der Durchschnitt der zwei Komponenten der Durchlässigkeit in der Ebene definiert ist. Der Scheibendurchmesser ist 5 Zoll. Das mittige Einlassloch 42 war entsprechend 0,953 cm (0,375 Zoll) (3/8 Zoll) und wurde mit Hilfe eines Papierlocherwerkzeugs geschaffen. Die Testvorrichtung für die Messungen der Durchlässigkeit in der Ebene ist in 10 und 11 dargestellt, die im Prinzip der zuvor erwähnten von Lindsay und Brady gelehrten Vorrichtung ähnlich ist. Der Schlauch 45 verbindet das Wasser aus einem Wasserbehälter mit einer Einspritzöffnung, die in eine 2,2 cm (1 Zoll) dicke Plexiglastragplatte 45 gebohrt ist. (Die Tragplatte ist durchsichtig, um das Ansehen der befeuchteten Probe, besonders in Fällen, in denen eine wässrige Farblösung in die Probe injiziert wird, zu ermöglichen. Ein Spiegel mit einem Winkel von 45 Grad unterhalb der Tragplatte erleichtert das Ansehen und die Fotografie). Der Wasserbehälter 51 weist eine fast konstante Druckhöhe 49 für die Flüssigkeitsinjektion während des Tests auf. Der Volumenstrom wird erhalten, indem die Änderung der Wasserbehältermasse als Funktion der Zeit festgestellt wird und indem der Wassermassenstrom in einen Volumenstrom umgewandelt wird. Es wird durch Unterdruck entgastes deionisiertes Wasser bei Raumtemperatur verwendet.
Beim Verwenden der Vorrichtung wird eine Papierscheibe 41, die auf 12,7 cm (5 Zoll) im Durchmesser geschnitten ist und einen Durchmesser des mittigen Loches von 0,9953 cm (0,375 Zoll) aufweist, auf die Tragplatte 46 über der Einspritzöffnung 44 von 0,953 cm (auch 0,375 Zoll im Durchmesser) gelegt und wird dann mit Wasser gesättigt. Die Flüssigkeitseinspritzleitung 45 und die Einspritzöffnung 44 sollten mit Wasser gefüllt werden, und Bemühungen sollten unternommen werden, um zu vermeiden, dass Luftblasen in der Lage oder im Einspritzenbereich eingeschlossen werden. Um zu helfen, Lufteinschlüsse zu beseitigen, sollte die Probe 41, während sie auf die feuchte Tragplat te gelegt wird, in der Mitte leicht gebogen werden, um den Flüssigkeitskontakt in der Mitte der Probe einzuleiten; wobei die Ränder dann allmählich abgesenkt werden können, um eine keilartige Bewegung des flüssigen Meniskus zu verursachen, um Luftblasen unter der Lage fortzureißen. Mehrlagige Stapel der Lagen können auf dieselbe Weise behandelt werden, obwohl eine vorbereitende Probenbefeuchtung erforderlich sein kann, um Luftblasen zwischen den Lagen zu beseitigen. Das Ziel der Entfernung der Luftblasen ist, die Strömungsblockade, die eingeschlossene Luftblasen verursachen können, zu verringern.
Sobald die befeuchtete Probe an der richtigen Stelle ist, wird eine zylindrische Metalldruckscheibe 47, die 5 Zoll im Durchmesser ist, behutsam auf die Probe abgesenkt, um eine konstante Drucklast zu erzielen und um eine Bezugsfläche an ihrer Oberseite zur Dickemessung mit dem Verschiebungsmessgerät 48 zu schaffen. Drei Verschiebungsmessgeräte 48 werden verwendet, die ungefähr gleichmäßig um den Rand der Oberseite des Metallzylinders 47 beabstandet sind, um die durchschnittliche Dicke der Lage 41 zu messen. Die Probendicke wird als der Durchschnitt der drei Verschiebungswerte in Bezug auf einen Nullpunkt, wenn keine Probe vorhanden ist, angenommen. Ein geeignetes Dickenmessgerät ist der Mitutoyo Digimatic Indicator, Modell 543-525-1 mit einem Hub von 4,4 cm (2 Zoll) (Bewegungsstrecke der in Eingriff befindlichen Spindel) und einer Genauigkeit von 1 Mikrometer. Die Dickenmessgeräte sind starr in Bezug auf die Tragplatte angebracht. Die in Eingriff befindlichen Spindeln der Dickenmessgeräte können durch die Verwendung eines Kabels, um einen Zwischenraum für das Bewegen der Metalldruckscheibe auf die Probe zu schaffen, angehoben und abgesenkt werden (ohne die Position des Messgerätkörpers zu ändern). Die durch die Dickenmessgeräte 48 ausgeübte kleine Kraft sollte zum Gewicht der Metalldruckscheibe 47 addiert werden, um die auf die Probe 41 ausgeübte Gesamtkraft zu erhalten; wobei diese Kraft, wenn sie durch die Querschnittsfläche der Probe und der Druckscheibe geteilt wird, 0,8 psi ergeben sollte.
Eine Druckhöhe von 33 cm (13 Zoll) wird verwendet, um die Flüssigkeitsströmung voranzutreiben. Die Druckhöhe ist der vertikale Abstand 49 zwischen der Wasserlinie 50 des Zulaufbehälters 51 und der Ebene der Probe 41. Diese Druckhöhe wird durch die Anordnung einer bis zu einer angegebenen Höhe 50 gefüllten Wasserflasche 51 auf einer Massenwaage 52 mit einer festen Höhe in Bezug auf die Tragplatte 46, auf der die Probe ruht, erreicht. Während die Probe auf die Tragplatte gelegt wird, befindet sich der Wasserbehälter in einer solchen Höhe, dass die Höhe 50 des Wassers in dem Behälter fast die gleiche Höhe (oder eine etwas größere Höhe) wie die Tragplatte 48 hat, auf der die Probe ruht. Wenn die Probe befeuchtet und unter die Drucklast der Metalldruckscheibe gelegt worden ist, wird der Wasserbehälter dann angehoben und auf eine Massenwaage 52 gestellt, so dass sich der Wasserstand 33 cm (13 Zoll) über der Tragplatte befindet. Ein Zeitnehmer wird aktiviert und die Wasserbehältermasse wird in Abständen von 20 Sekunden oder 30 Sekunden wenigstes 90 Sekunden lang aufgezeichnet. Die Dickenanzeigen der drei Messgeräte werden während des Tests auch in gleichmäßigen Zeitabständen aufgezeichnet. Um das Kriechen zu verringern, sollte ermöglicht werden, dass sich die gesättigte Probe, bevor die Wasserflasche angehoben wird und die erzwungene Strömung durch die Probe beginnt, unter der Druckbelastung wenigstens 30 Sekunden ausgleicht.
Die Veränderung der Wasserbehältermasse als Funktion der Zeit ergibt den Massenstrom, der für die Verwendung in der Gleichung 4 leicht in einen Volumenstrom umgerechnet werden kann. Normale technische Grundprinzipien sollten verwendet werden, um sicherzustellen, dass die korrekten Einheiten (vorzugsweise SI-Einheiten) beim Anwenden der Gleichung 4 verwendet werden.
Beim Ausführen der Messungen der Durchlässigkeit in der Ebene ist es wichtig, dass die Probe gleichmäßig gegen die haltenden Flächen gedrückt wird, um große Kanäle oder Öffnungen zu verhindern, die Wege des geringsten Widerstands für eine beträchtliche Flüssigkeitsströmung bieten würden, die einen großen Teil der Probe selbst umströmen könnte. Idealerweise fließt die Flüssigkeit gleichmäßig durch die Probe, wobei dies durch das Einspritzen gefärbter Flüssigkeit in die Probe und das Beobachten der Form des gefärbten Bereichs durch die durchsichtige Tragplatte festgestellt werden kann. Injizierter Farbstoff sollte sich vom Einspritzpunkt aus gleichmäßig verbreiten. Bei isotropen Proben sollte die Form des sich bewegenden Farbstoffbereichs fast kreisförmig sein. Bei Materialien mit Anisotropie in der Ebene aufgrund der Faserausrichtung oder einer kleinen strukturellen Ausrichtung sollte die Form des Farbstoffbereichs oval oder elliptisch sein und fast symmetrisch um den Einspritzenpunkt verlaufen. Ein geeigneter Farbstoff für solche Tests ist Versatint Purple II, hergestellt von Milliken Chemical Corp. (Inman, SC). Dies ist ein flüchtiger Farbstoff, der nicht auf der Zellulose aufge saugt wird und eine leichte Sichtbarmachung der Flüssigkeitsströmung durch das faserförmige Medium ermöglicht.
Wie in den Beispielen gezeigt wird, besitzen die Bahnen und Rohlagen dieser Erfindung eine sehr hohe Durchlässigkeit in der Ebene. Die Durchlässigkeit in der Ebene kann etwa 0,1 × 10^–10 Quadratmeter oder größer, insbesondere etwa 0,3 × 10^–10 Quadratmeter oder größer, genauer etwa 0,5 × 10^–10 Quadratmeter oder größer, noch genauer von etwa 0,5 × 10^–10 bis etwa 8 × 10^–10 Quadratmeter und noch genauer von etwa 0,8 × 10^–10 bis etwa 5 × 10^–10 Quadratmetern sein.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Querschnitt einer saugfähigen Bahn, die eine konturierte, elastische Rohlage umfasst, die Zonen aus hydrophobem Material aufweist.
2 stellt die saugfähige Bahn aus 1 in Kontakt mit einer darunter liegenden saugfähigen faserförmigen Schicht dar.
3 stellt die saugfähige Bahn aus 1 an einer umgekehrten Rohlage befestigt dar, die ein ähnliches Relief hat.
4 stellt eine Papiermaschine dar, die zum Herstellen der konturierten, elastischen Rohlage der in 1 gezeigten vorliegenden Erfindung geeignet ist.
5 stellt eine Version der 2 dar, in der die niedrigen Bereiche der Rohlage mit Öffnungen versehen sind.
6 stellt ein Muster des auf eine hydrophile Rohlage gedruckten hydrophoben Materials dar.
7 stellt ein Höhenprofil und mehrere Materiallinien dar, um die Definition der Materialoberflächenkurve und der P10-Höhe zu veranschaulichen.
8 stellt ein CADEYES-Profil von Probe 13 der vorliegenden Erfindung dar.
9 stellt das Strömungsmuster in einer Papierscheibe während einer Messung der Durchlässigkeit in der Ebene (Schrägansicht) dar.
10 ist eine Seitenansicht der Vorrichtung zur Durchlässigkeit in der Ebene.
11 ist eine Draufsicht der Messingdruckscheiben und der Dickenmessgeräte in der Vorrichtung zur Durchlässigkeit in der Ebene.
12 stellt die Graustufenhöhenkarte eines Abschnitts der nicht gekreppten Papiertuchrohlage dar, der relativ hohe Bereiche als mittelgrau und untere Bereiche als dunkleres Grau oder Schwarz zeigt.
13 ist eine schematische Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform dieser Erfindung.
14 ist eine schematische Darstellung einer Alternativausführungsform, in der die hydrophoben Fasern durch eine gelochte Bahn vorgesehen sind.
15 ist ein Schaubild von mittleren Neubefeuchtungswerten und 95%-Vertrauensbereichen für Proben des Beispiels 1.
16 ist eine Tabelle von Ergebnissen physikalischer Eigenschaften bei den Beispielen 3 bis 6.
17 ist eine Tabelle von Ergebnissen physikalischer Eigenschaften bei den Beispielen 7 bis 10.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt einen Querschnitt einer konturierten, inhärent hydrophilen Rohlage 1, vorzugsweise eine elastische Zellstoffpapiertuchschicht, auf die hydrophobes Material 2 auf den obersten Bereichen 3 der konturierten Rohlage abgelagert worden ist, um eine saugfähige Verbundbahn zu bilden. Die obere Seite der Bahn mit dem hydrophoben Material 2 kann als die die Haut berührende Schicht einer Oberseite oder Einlage in einem saugfähigen Artikel dienen. Das hydrophobe Material befindet sich vorzugsweise nur auf den erhöhten Bereichen der Rohlage, wie gezeigt ist, wobei es vorzugsweise in nicht mehr als etwa 50% der Dicke der Rohlage, insbesondere in nicht mehr als etwa 20% der Dicke der Rohlage und am vorteilhaftesten in nicht mehr als etwa 10% der Dicke der Rohlage eindringt. Bei einigen Produkten kann es wünschenswert sein, dass das hydrophobe Material fast ausschließlich auf der oberen (äußeren) Fläche der Fasern auf der oberen Fläche der Rohlage liegt, wobei es in die Rohlage selbst sehr wenig eindringt. Die Ablagerungen des hydrophoben Materials haben im Allgemeinen eine Dicke, die sich mit einem Abstand über der darunter liegenden hydrophilen Rohlage bildet. Bei einigen Ausführungsformen kann der Abstand über der darunter liegenden hydrophilen Rohlage weniger als 3 mm, weniger als 0,5 mm, weniger als 0,1 mm, weniger als 0,05 mm oder zwischen 0,05 und 0,5 mm sein. Bei einigen bevorzugten Ausführungsformen kann die Dicke der hydrophoben Ablagerungen verglichen mit der örtlichen Dicke der hydrophilen Rohlage weniger als 50%, alternativ weniger als etwa 20%, alternativ weniger als etwa 10% oder zwischen etwa 5% und 25% sein.
Für die beste Funktionserfüllung in Bezug auf die Flüssigkeitsabsorption sollte die Dichte der Rohlage vorzugsweise überall in jedem charakteristischen Querschnitt der Rohlage im Wesentlichen gleichmäßig sein, wie es bei nicht gekreppten, durch Luft getrockneten Papiertüchern und anderer Papierlagen charakteristisch ist, die im Wesentlichen durch drucklose Mittel getrocknet worden sind. Eine solche Rohlage ist relativ frei von Bereichen mit niedriger Durchlässigkeit und niedriger Saugfähigkeitskapazität und neigt dazu, elastischer zu sein, wenn sie feucht ist. Die vertieften Bereiche 4 der Rohlage sind im Wesentlichen hydrophil und können hauptsächlich so nützen, wie es Öffnungen in einem gelochten Film tun, indem sie Porenraum vorsehen, um Flüssigkeiten aufzunehmen, und durch das Vorsehen von Bereichen in der Mitte des hydrophoben Materials, wo Flüssigkeit durch Dochtwirkung in ein saugfähiges Medium, wobei das Medium die hydrophile Rohlage selbst ist, und optional in einen darunter liegenden saugfähigen Kern geleitet werden kann, der vorzugsweise mit der Verbundbahn in Flüssigkeitsverbindung steht. Der darunter liegende saugfähige Kern ist vorzugsweise eine Fasermatte wie etwa eine Matte aus Weichzellstoff. Eine solche Ausführungsform ist in 2 dargestellt, wo die inhärent hydrophile Rohlage 1 in direktem Kontakt mit einer Fasermatte 5 steht. Für den verbesserten Transport der Flüssigkeit aus der Verbundbahn in die Fa sermatte kann die Fasermatte 5 mit einer heterogenen Struktur versehen sein, die Bereiche mit hoher Dichte mit kleinen Poren aufweist, um einen hohen Kapillardruck zu erzielen, um Flüssigkeit aus der Verbundbahn zu ziehen, während sie dennoch eine bedeutende Anzahl von Bereichen mit niedriger Dichte aufweist, um einen ausreichenden Porenraum zu erzielen, um große Mengen an Flüssigkeit zu halten und um Bereiche mit hoher Durchlässigkeit zu erzielen. Eine heterogen verdichtete Fasermatte 5 kann eine relativ dichte Oberschicht aufweisen, die mit der Rohlage 1 in Kontakt ist, oder sie kann ein Muster von verdichteten Bereichen aufweisen, die durch Prägen oder andere Mittel gegeben wurden, wobei vorzugsweise wenigstens einige der verdichteten Bereiche in direktem Kontakt mit den unteren hydrophilen Abschnitten 4 der Rohlage 1 sind.
Wie in 3 gezeigt ist, kann die inhärent hydrophile Rohlage 1 auch in Kontakt 9 mit einer Bahn sein, die Vertiefungen 7 mit einem ähnlichen Relief aufweist, um eine Mehrlagenstruktur mit einem bedeutenden Porenraum zwischen den Lagen 8 zu bilden. Vorzugsweise bietet die Bahn eine Kombination von gewünschten Materialeigenschaften: Feuchtelastizität, um die Form und das spezifische Volumen beizubehalten, wenn sie feucht ist; Absorptionsfähigkeit und eine gute Kapillarstruktur, um eine rasche Aufnahme der Flüssigkeit in den hydrophilen Bereichen zu erzielen; Weichheit an der oberen Fläche auf der Körperseite für einen verbesserten Komfort; Flexibilität für den Komfort während der Verwendung; und eine dreidimensionale Kontur, um die Kontaktfläche am Körper zu verringern, was folglich zu einem weniger feuchten Gefühl führt, wenn sie feucht ist.
Die inhärent hydrophile Rohlage kann durch eine breite Vielfalt von Verfahren hergestellt werden. Vorzugsweise ist die Rohlage vor irgendeinem Kalandrieren, das erwünscht sein kann, durch eine dreidimensionale Struktur mit niedriger Dichte gekennzeichnet, die zu einem wesentlichen Anteil geschaffen ist, bevor die Lage einen Feststoffgehalt (Trockenheitsniveau) von etwa 60% oder höher und vorzugsweise von etwa 70% oder höher erreicht. Geeignete dreidimensionale Strukturen mit niedriger Dichte können durch eine Vielfalt von im Gebiet der Papierherstellung, der Papiertuchherstellung und der Herstellung nicht gewebter Bahnen bekannten Mitteln erreicht werden, einschließlich der Verwendung, aber nicht beschränkt auf die Verwendung von speziell behandelten Fasern mit hohem spezifischem Volumen wie etwa gewellten oder chemisch behandelten Fasern als ein Zuschlagstoff im Eintrag, einschließlich der Fasern, die von C. C. Van Haaften in "Sanitary Napkin with Cross-linked Cellulosic Layer"; US-Patent Nr. 3.339.5505, erteilt am 5. Sept. 1967, gelehrt werden; einschließlich mechanischer Entfestigungsmittel wie etwa der ("Drängungs")-Übertragung durch Differenzgeschwindigkeit zwischen den Geweben oder Langsieben, die im Folgenden beschrieben wird; des mechanischen Streckens oder "Feuchtstreckens" der feuchten Bahn, einschließlich der Verfahren, die von M. A. Hermans u. a. im US-Patent Nr. 5.492.598, "Method for Increasing the Internal Bulk of Throughdried Tissue", erteilt am 20. Febr. 1996, und von M. A. Hermans u. a. im US-Patent Nr. 5.411.636 "Method for Increasing the Internal Bulk of Wet Pressed Tissue", erteilt am 2. Mai, 1995, gelehrt werden; des Gießens der Faser auf ein dreidimensionales Langsieb oder ein dreidimensionales Gewebe wie etwa auf die von Chiu u. a. im US-Patent Nr. 5.429.888, "Apparatus for Making Soft Tissue Products", erteilt am 4. Juli 1995, offenbarten Gewebe; einschließlich der Übertragung durch Differenzgeschwindigkeit auf das oder von dem dreidimensionalen Langsieb oder Gewebe, des Feuchtprägens der Lage, des Hydroverfilzens von Fasern; des Feuchtkreppens; und der optionalen Verwendung von chemischen Entfestigungsmitteln. Inhärent hydrophile Rohlagen können auch aus Verbundwerkstoffen aus Kunststoffen und Zellstofffasern hergestellt werden, wobei eine Ausführungsform im US-Patent im gemeinsamen Besitz Nr. 5.389.202, "Process for Making a High Pulp Content Nonwoven Composite Fabric", erteilt am 14. Febr. 1995 an Cherie H. Everhart u. a., offenbart ist.
Im Luftstrom aufgebrachte Gemische aus Zellulosefasern und Kunstfasern liegen im Umfang der vorliegenden Erfindung. Zellstofffasern zum Aufbringen im Luftstrom können durch Feinzerkleinerung wie etwa durch eine Hammermühle oder durch andere im Gebiet bekannte Mittel hergestellt werden. Verfahren zum Bilden im Luftstrom aufgebrachter Materialien sind im Gebiet wohlbekannt und umfassen beispielsweise die von Dunning und Day im US-Patent Nr. 3.976.734, erteilt am 24. Aug. 1976, und im US-Patent Nr. 5.156.902, erteilt am 20. Okt. 1992 an Pieper u. a., offenbarten Verfahren, wovon beide durch Literaturhinweis hierin eingefügt sind. Geeignete Papierfasern zum Aufbringen im Luftstrom können Hartholz oder Weichholz, Niedrig- oder Hochausbeute-Faser; und chemisch behandelte Fasern wie etwa merzerisierte Zellstoffe, chemisch versteifte oder vernetzte Fasern, sulfurierte Fasern und dergleichen umfassen. Nützliche Faseraufbereitungsverfahren umfassen jene, die von Hermans u. a. im US-Patent Nr. 5.501.768, erteilt am 26. März 1996, und US-Patent Nr. 5.348.620, erteilt am 20. Sept. 1994, offenbart sind.
Die im Gebiet bekannten Faseraufweichverfahren einschließlich der von Smith u. a. im US-Patent Nr. 5.552.020, erteilt am 3. Sept. 1996, offenbarten Verbindungen können ebenfalls verwendet werden. Die Zellulosefasern können in Luft oder Dampf mitgerissen werden und mit neu gebildeten, heißen Kunstfasern aus einem Schmelzblas- oder Spinnverfahren kombiniert oder gemischt werden, oder die Zellulosefasern können mit einem Strom aus relativ kurzen, geschnittenen, in Luft mitgerissenen Kunstfasern (vorzugsweise kleiner als 22 mm Länge) gemischt werden. Bindemittel und Klebstoffe können verwendet werden, um der im Luftstrom aufgebrachten Struktur Stabilität und Nassfestigkeit zu verleihen, oder es kann Wärme angewendet werden, um einige der Kunstfasern teilweise zu schmelzen, um ein Verbinden zu erzielen. Eine Ausführungsform umfasst Gemische aus Papierfasern und schmelzgeblasenen Polymeren, die als "coform" bekannt sind, wie etwa im US-Patent Nr. 4.100.324, erteilt an Anderson u. a.; im US-Patent Nr. 4.879.170, erteilt an Radwanski u. a.; und im US-Patent Nr. 4.931.355, erteilt an Radwanski u. a., gelehrt wird. Für die Zwecke dieser Erfindung sollten Schritte ergriffen werden, um der Bahn eine entsprechende Textur zu verleihen. Solche Schritte können die Formierung auf einen Klassierer mit einem Muster von niedrigen und hohen Durchlässigkeiten, um eine Bahn einer bemusterten Flächenmasse und Dicke zu erzeugen; die Punktverbindung; die Musterverbindung; das Prägen; das Herausziehen von Bereichen der Bahn in z-Richtung, um die Oberfläche mit einem vorherbestimmten Muster zu unterbrechen; die Ultraschall-Musterverbindung, die Bahnunterbrechung mit Druckflüssigkeitsstrahlen usw. beinhalten. Es ist wünschenswert, dass inhärent hydrophobe Kunstfasern behandelt werden, um die Benetzbarkeit in Bezug auf Wasser, Urin oder Regelblutungen mit Hilfe von Verfahren wie etwa der Beschichtung mit grenzflächenaktiven Stoffen, der Abscheidung von grenzflächenaktiven Stoffen oder anderen grenzflächenaktiven Mitteln mit überkritischen Fluida auf der Faseroberfläche, der Abscheidung von Protein oder amphiphilem Protein, der Behandlung durch Koronaentladung, der Ozonisierung, der Beschichtung mit hydrophilem Material und dergleichen zu erhöhen. Wenn Kunstfasern bei der Herstellung der Rohlage verwendet werden, können sie 70% oder weniger, vorzugsweise 40% oder weniger, vorteilhafter 20% oder weniger, vorteilhafter immer noch 10% oder weniger und am vorteilhaftesten zwischen etwa 1% und etwa 10% des Gewichts der Rohlage ausmachen. Alternativ kann die Bahn zwischen etwa 1% und etwa 10% Kunstfasern umfassen. Alternativ kann die Bahn zwischen etwa 1% und 50% synthetische Polymerfasern umfassen. Ein geringerer Gehalt an Kunstfasern ist im Allgemeinen wünschenswert, um die Kosten zu verringern, obwohl andere Faktoren beim Bestimmen der optimalen Fasermischung für ein spezielles Produkt wichtiger sein können. Andere geeignete Materialien für die Integration in saugfähige Artikel der vorliegenden Erfindung enthalten die weichen Bahnen von Tanzer u. a. im US-Patent Nr. 5.562.645, erteilt am 8. Okt. 1996.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Rohlage ein nass aufgebrachtes Papiertuch, das ohne Kreppen hergestellt und durch drucklose Mittel getrocknet wird. Techniken zum Herstellen solcher Lagen sind von S. J. Sudall und S. A. Engel im US-Patent Nr. 5.399.412, "Uncreped Throughdried Towels and Wipers Having High Strength and Absorbency", erteilt am 21. März 1995; von R. F. Cook und O. S. Westbrook im US-Patent Nr. 5.048.589, "Non-creped Hand of Wiper Towel", erteilt am 17. Sept. 1991; und von J. S. Rugowski u. a. in "Papermaking Machine for Making Uncreped Throughdried Tissue Sheets", US 5.591.309, 7. Jan. 1997, offenbart.
Ein bevorzugtes Verfahren zum Herstellen der Rohlage für die vorliegende Erfindung ist in 4 dargestellt. Für die Einfachheit sind die verschiedenen Spannrollen, die schematisch verwendet werden, um die einzelnen Gewebeläufe zu definieren, gezeigt, aber nicht nummeriert. Es ist klar, dass Änderungen von der Vorrichtung und von dem Verfahren, die in 4 gezeigt sind, vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Gezeigt ist ein Zweisiebformer, der einen geschichteten Stoffauflauf zur Papierherstellung 10 hat, die einen Strom 11 aus einer wässrigen Aufschlämmung aus Papierfasern auf das Siebgewebe 13 injiziert oder abgelagert, das dazu dient, die frisch gebildete feuchte Bahn bei dem Verfahren in Abwärtsrichtung zu tragen und zu führen, da die Bahn bis zu einer Stoffdichte von etwa 10 Trockenmasseprozent teilweise entwässert ist. Eine zusätzliche Entwässerung der feuchten Bahn kann wie etwa durch Unterdrucksaugwirkung ausgeführt werden, während die feuchte Bahn durch das Siebgewebe getragen wird. Der Stoffauflauf 10 kann ein herkömmlicher Stoffauflauf sein oder kann ein vielschichtiger Stoffauflauf sein, der eine mehrschichtige Einheitsbahn erzeugen kann. Beispielsweise kann es wünschenswert sein, relativ kurze oder gerade Fasern in einer Schicht der Rohlage vorzusehen, um eine Schicht mit einem hohen Kapillardruck zu ergeben, während die andere Schicht vergleichsweise län gere, bauschigere oder stärker gewellte Fasern für eine hohe Durchlässigkeit und eine hohe Saugfähigkeitskapazität und ein hohes Porenvolumen umfasst. Es kann auch wünschenswert sein, verschiedene chemische Mittel auf getrennte Schichten einer einzelnen Bahn aufzutragen, um die Trocken- und Nassfestigkeit, den Porenraum, den Benetzungswinkel, das Aussehen oder andere Eigenschaften einer Bahn zu optimieren. Mehrfachstoffaufläufe können ebenfalls verwendet werden, um einen Mehrschichtenaufbau zu schaffen, wie im Gebiet bekannt ist.
Die feuchte Bahn wird von dem Siebgewebe auf ein Übertragungsgewebe 17 übertragen, das sich vorzugsweise mit einer langsameren Geschwindigkeit als das Siebgewebe bewegt, um der Bahn eine erhöhte Streckung zu verleihen. Dies wird gewöhnlich "Drängungs"-Übertragung genannt. Ein brauchbares Mittel zum Durchführen der Drängungsübertragung wird im US-Patent Nr. 5.667.636, erteilt am 4. März 1997 an S. A. Engel u. a., gelehrt. Der Unterschied der Relativgeschwindigkeit zwischen den beiden Geweben kann von 0 bis 80 Prozent, vorzugsweise größer als 10%, vorteilhafter von etwa 10 bis 60 Prozent und am vorteilhaftesten von etwa 10 bis 40 Prozent sein. Die Übertragung wird vorzugsweise mit Hilfe eines Unterdruckschuhs 18 ausgeführt, so dass das Siebgewebe und das Übertragungsgewebe gleichzeitig an der Vorderkante des Unterdruckschlitzes zusammenlaufen und auseinander laufen.
Die Bahn wird dann mit Hilfe einer Unterdruckübertragungsrolle 20 oder eines Unterdruckübertragungsschuhs von dem Übertragungsgewebe auf das durchtrocknende Gewebe 19 übertragen, wobei optional wieder eine Übertragung an einem festen Spalt verwendet wird, wie zuvor beschrieben wurde. Das durchtrocknende Gewebe kann sich verglichen mit dem Übertragungsgewebe mit etwa derselben Geschwindigkeit oder mit einer anderen Geschwindigkeit bewegen. Auf Wunsch kann das durchtrocknende Gewebe bei einer langsameren Geschwindigkeit geführt werden, um die Streckung weiter zu verbessern. Die Übertragung wird vorzugsweise mit Unterdruckunterstützung ausgeführt, um sicherzustellen, dass die Verformung der Lage dem durchtrocknenden Gewebe entspricht, um folglich das gewünschte spezifische Volumen und das gewünschte Aussehen zu ergeben. Geeignete durchtrocknende Gewebe sind in dem an Kai Chiu u. a. erteilten US-Patent Nr. 5.429.686 beschrieben.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Gewebe eine Skulpturschicht, die auf eine Lasttragschicht geschichtet oder integrierend mit dieser verbunden ist, wobei die Skulpturschicht, längliche, angehobene Elemente mit einem Seitenverhältnis von wenigstens 4, vorzugsweise wenigstens 6, vorteilhafter wenigstens 10, noch vorteilhafter wenigstens 20 und am vorteilhaftesten zwischen etwa 8 und etwa 50 umfasst. Das Gewebe kann gewebt oder nicht gewebt sein. In einer Ausführungsform ist das Gewebe ein gewebtes Gewebe, wobei die Lasttragschicht verwebte Verwerfungen in Maschinenrichtung und Rinnen in Querrichtung umfasst und wobei die Skulpturschicht zusätzliche Verwerfungen oder Rinnen umfasst, die im Gewebe der Lasttragschicht verwebt sind, wobei die höchsten Knicke der Skulpturschicht um etwa 0,1 mm oder größer, vorzugsweise 0,2 mm oder größer, vorteilhafter 0,5 mm oder größer und am vorteilhaftesten zwischen etwa 0,4 mm und etwa 2 mm höher als die höchsten Knicke der Lasttragschicht können sein. Zum Zweck, der Rohlage eine verbesserte Streckung in Querrichtung zu verleihen, sollten die länglichen, angehobenen Elemente der Skulpturschicht vorzugsweise in Maschinenrichtung ausgerichtet sein.
Die Anzahl der länglichen, angehobenen Elemente pro Quadratzoll des Gewebes sollte zwischen etwa 5 und etwa 300, vorteilhafter zwischen etwa 10 und etwa 100 liegen. Die entstehende durchgetrocknete Rohlage wird erhöhte Bereiche haben, die vorzugsweise zwischen etwa 5 und etwa 300 Vorsprünge pro Quadratzoll umfassen, die eine Höhe in Bezug auf die Ebene der Rohlage, wie sie im nicht kalandrierten Zustand und im nicht gekreppten Zustand gemessen wird, von etwa 0,1 mm oder größer, vorzugsweise 0,2 mm oder größer, vorteilhafter etwa 0,3 mm oder größer und am vorteilhaftesten von etwa 0,25 bis etwa 0,6 mm haben. Wenn die Rohlagenstruktur einen relativ ebenen Abschnitt mit sowohl Vorsprüngen als auch Vertiefungen, die davon abweichen, umfasst, wird der relativ ebene Abschnitt als die Ebene der Rohlage angenommen. Bei einigen Strukturen kann es sein, dass eine Rohlagenebene nicht gut definiert ist. In solchen Fällen kann die Höhe der Vorsprünge in Bezug auf die charakteristische Tiefe der tiefsten Vertiefungen gemessen werden. In jedem Fall kann die Höhe der Vorsprünge in Bezug auf die charakteristische Tiefe der tiefsten Vertiefungen, wie sie im nicht kalandrierten Zustand und im nicht gekreppten Zustand gemessen wird, etwa 0,1 mm oder größer, vorzugsweise 0,3 mm oder größer, vorteilhafter etwa 0,4 mm oder größerer, noch vorteilhafter etwa 0,5 mm oder größer und am vorteilhaftesten von etwa 0,4 bis etwa 1,2 mm sein. In einer spezifischen Ausführungsform entsprechen die erhöhten Bereiche der Rohlage den erhöhten Knicken in Maschinenrichtung von einer Skulpturschicht eines dreidimensional durchtrocknenden Gewebes, das verwendet wird, um eine nicht gekreppte, durchgetrocknete Bahn zu erzeugen. Auf diese Weise gebildete Bahnen haben aufgrund des hohen Reliefs in Querrichtung, das einem durchtrocknenden Gewebe durch die erhöhten Elemente in Maschinenrichtung verliehen wird, ungewöhnlich hohe Werte der Dehnung in Querrichtung vor dem Versagen, wie sie in Standardzugversuchen gemessen werden, von 6% oder größer, vorzugsweise 9% oder größer und vorteilhafter 12% oder größer. Die Streckung in Maschinenrichtung kann durch Drängungsübertragung verbessert werden und kann wenigstens so groß wie die Streckung in Querrichtung sein und vorzugsweise 10% und vorteilhafter wenigstens 14% betragen.
Die Höhe des für die Bahnübertragungen verwendeten Unterdrucks kann von etwa 3 bis etwa 15 Zoll Quecksilbersäule (75 bis etwa 380 Millimeter Quecksilbersäule), vorzugsweise etwa 5 Zoll (125 Millimeter) Quecksilbersäule betragen. Der Unterdruckschuh (negativer Druck) kann durch die Verwendung von positivem Druck von der Gegenseite der Bahn ergänzt oder ersetzt werden, um die Bahn, zusätzlich dazu, sie mit Unterdruck auf das nächste Gewebe zu saugen, oder als Ersatz dafür, auf das nächste Gewebe zu blasen. Auch eine Unterdruckrolle oder eine Rolle kann verwendet werden, um den Unterdruckschuh (die Unterdruckschuhe) zu ersetzen.
Während sie vom durchtrocknenden Gewebe getragen wird, wird die Bahn durch den Durchtrockner 21 bis zu einer Stoffdichte von etwa 94 Prozent oder mehr endgültig getrocknet und danach auf ein Trägergewebe 22 übertragen. Die getrocknete Rohlage 23 wird mit Hilfe des Trägergewebes 22 und eines optionalen Trägergewebes 25 zur Rolle 24 transportiert. Eine optionale mit Druck belastete Umlenkrolle 26 kann verwendet werden, um die Übertragung der Bahn vom Trägergewebe 22 auf das Gewebe 25 zu erleichtern. Geeignete Trägergewebe für diesen Zweck sind Albany International 84M oder 94M und Asten 959 oder 937, die alle relativ glatte Gewebe mit einem feinen Muster sind. Obwohl es nicht gezeigt ist, können das Rollenkalandrieren oder ein anschließendes unabhängiges Kalandrieren verwendet werden, um die Glätte und die Weichheit der Rohlage zu verbessern.
Die Rohlage kann geschlitzt, perforiert oder mit Öffnungen versehen werden, die durch Schneiden, Stanzen oder die durchdringende Wirkung feiner Wasserstrahlen gebildet werden. Solche Perforationen oder Öffnungen können bei der Weiterleitung der Flüssigkeit in einen darunter liegenden saugfähigen Kern helfen. Vorzugsweise sind die Öffnungen in der Nähe oder innerhalb der vertieften Bereiche der konturierten Rohlage, die als hydrophile Zonen dienen, vorgesehen. 5 stellt einen Querschnitt einer solchen Ausführungsform dar, in der die Rohlage 1 mit Perforationen 27 in den niedrigen, hydrophilen Bereichen versehen worden ist.
Das Mitlochen des nicht gewebten Materials mit der darunter liegenden Rohlage, wobei die nicht gewebte Bahn und die Rohlage wie beim Nadellochen einer Zweischichtstruktur gleichzeitig gelocht werden, ist innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung möglich, wird aber nicht bevorzugt. Das Mitlochen neigt dazu, hydrophobes Material von der nicht gewebten Bahn über das hydrophile Material der Rohlage in den Öffnungen zu bringen, so dass Flüssigkeit, die in die Öffnungen eintritt, auf eine hydrophobe Sperre zwischen ihm und der Rohlage stoßen könnte. Es ist erwünscht, dass Flüssigkeit, die in die Öffnungen eintritt, in die Rohlage fließen kann. Öffnungen in der Rohlage können den anschließenden Transport in den darunter liegenden Kern verbessern, aber die hydrophoben Eigenschaften der Rohlage sollten positiv zum Flüssigkeitsverhalten des Deckschichtverbundmaterials beitragen.
Die 7 bis 11 sind zuvor erörtert worden.
12 zeigt einen typischen Abschnitt einer Graustufen-Höhenkarte einer Rohlagenstruktur von potenziellem Wert in der vorliegenden Erfindung, der durch das CADEYES-Moiré-Interferometer (Medar Inc. Farmington Hills, MI), das ein Sichtfeld von 38 mm hat, erfasst wurde. Das Papiertuch ist eine nicht gekreppte, durchluftgetrocknete Struktur, die eine Oberflächentiefe von etwa 0,3 mm vorzugsweise hat. Vorzugsweise wird die Rohlage vor dem vollständigen Trocknen texturiert oder gegossen, um der getrockneten Struktur eine Oberflächengesamttiefe von etwa 0,1 mm oder größer, vorteilhafter etwa 0,3 mm oder größer, noch vorteilhafter etwa 0,4 mm oder größer, noch vorteilhafter etwa 0,5 mm oder größer und am vorteilhaftesten von etwa 0,4 bis etwa 0,8 mm zu geben. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform enthält die Rohlage ferner wenigstens 10 Gew.-% der Hochausbeute-Zellstofffasern oder anderen feuchtelastischen Zellstofffasern und eine solche wirksame Menge an Nassfestigkeitsharz, dass das Feucht : Trocken-Zerreißverhältnis wenigstens etwa 0,1 beträgt. Die obersten erhöhten Bereiche der Rohlage bieten vorzugsweise relativ glatte und flache Plateaubereiche, damit sie mit einem relativ kleinen Gefühl von Körnigkeit oder Abrieb an die Haut gelegt werden.
Das hydrophobe Material 2 auf der Rohlage ist, wie in 1 gezeigt ist, vorzugsweise auf relativ erhöhte Bereiche der Bahn aufgebracht, wie etwa auf die mittelgrauen oder weißen Bereiche auf der Höhenkarte in 12, um hydrophobe Bereiche in Kontakt mit dem Körper des Benutzers zu bringen, wenn die Bahn in einem saugfähigen Artikel als Oberseite verwendet wird. Das hydrophobe Material ist vorzugsweise über einem Abschnitt der Rohlage aufgebracht, der groß genug ist, um eine deutliche Verbesserung des Trockengefühls zu bieten, während der Flüssigkeitstransport durch Dochtwirkung in der z-Richtung (der Dickenrichtung, senkrecht zur Ebene der Bahn) in die hydrophilen Mehrfachbereiche immer noch ermöglicht wird. Die korrekte Auftragung des hydrophoben Materials auf einen Anteil der oberen Fläche der hydrophilen Rohlage führt im Allgemeinen zu einer Abnahme des Neubefeuchtungswerts in Bezug auf die unbehandelte Rohlage (was eine Verbesserung bezüglich des Trockengefühls bedeutet) von wenigstens etwa 10%, insbesondere wenigstens etwa 20%, genauer wenigstens etwa 30%, noch genauer wenigstens etwa 40% und am genauesten von etwa 10% bis etwa 60%. Der entstehende Neubefeuchtungswert ist vorzugsweise kleiner als etwa 1 g, insbesondere kleiner als etwa 0,65 g, genauer kleiner als etwa 0,5 g noch genauer kleiner als etwa 0,4 g und am genauesten kleiner als etwa 0,3 g. Der entstehende normierte Neubefeuchtungswert ist vorzugsweise kleiner als etwa 1, insbesondere kleiner als etwa 0,7, genauer kleiner als etwa 0,5, noch genauer kleiner als etwa 0,4 und am genauesten kleiner als etwa 0,3. In einer Ausführungsform ist unterhalb der 50%-Materiallinie eines charakteristischen Profils der Bahn oder unterhalb der Mittelebene eines typischen Querschnitts der konturierten Bahn im Wesentlichen kein hydrophobes Material vorhanden.
In einer Ausführungsform wird das hydrophobe Material auf eine Art aufgetragen, die dafür entworfen ist, das seitliche (in der Ebene) Leiten von Flüssigkeiten durch Dochtwirkung zu begrenzen, um ein Durchsickern oder einen Abfluss aus den Rändern eines saugfähigen Artikels zu verhindern, während auch das Trockengefühl verbessert wird. Das Herstellen dieser Ausführungsform erfordert normalerweise, dass hydrophobes Material oder hydrophobe Materialien auf zwei Arten der oberen Fläche der hydrophilen Rohlage hinzugefügt werden, so dass etwas von dem hydrophoben Material im Wesentlichen in die Rohlage eindringt, um einen Sperrebereich zu bilden, um das Leiten durch Dochtwirkung in der Ebene zu hemmen, während der Rest des hydrophoben Materials leichter aufgetragen wird, um ein wesentliches Eindringen in die Rohlage zu vermeiden. Hydrophobes Material kann auch bei den Sperrebereichen verwendet werden, um die Vertiefungen der Bahn auszufüllen, um den Fluss der Flüssigkeit entlang der Oberflächenkanäle oder Poren zu verhindern. Verschiedene hydrophobe Materialien und Auftragungsmittel können für die zwei oder mehr Bereiche der sich unterscheidenden Eindringtiefe oder der sich unterscheidenden Flächenmasse der Auftragung verwendet werden. Ein Lösungsansatz, der zur Anwendung bei saugfähigen Artikeln wie etwa bei Monatsbinden oder Einlagen für Inkontinente geeignet ist, ist, Längsbänder aus einem hydrophoben Material in flüssiger Form wie etwa aus einem geschmolzenen Wachs oder einer polymeren Verbindung aufzutragen, die bei einem bedeutenden Abschnitt der Dicke der Rohlage ausreichend stark aufgetragen werden, um in die Rohlage einzudringen, wobei sich diese Bänder in der Nähe der Ränder des saugfähigen Artikels befinden, um ein Durchsickern aus den Rändern zu begrenzen. Der verbleibende Abschnitt der Rohlage kann mit hydrophobem Material behandelt werden, das oberflächlicher aufgetragen wird, um weniger einzudringen.
Geeignete hydrophobe Materialien können Verbindungen umfassen, die bei Raumtemperatur fest oder höchst dickflüssig sind, bei erhöhter Temperatur aber flüssig oder bedeutend weniger dickflüssig werden, was die Auftragung der Flüssigkeit bei erhöhter Temperatur durch Tiefdruck, Sprühnebel, Bürstenauftragung oder andere Mittel ermöglicht, woraufhin die Flüssigkeit erstarrt, geliert oder bei Raumtemperatur oder Körpertemperatur im Wesentlichen fest wird. Das hydrophobe Mittel kann auch in einem flüssigen Träger wie etwa in Wasser aufgelöst, dispergiert oder emulgiert werden und durch Mittel wie etwa Anstreichen, Spritzen oder Druck auf die Bahn aufgetragen werden, woraufhin ein Teil des flüssigen Trägers durch Verdunstung, Sorption oder andere Mittel entfernt wird, um eine hydrophobe Beschichtung oder Imprägnierung auf der Bahn zu hinterlassen. Das hydrophobe Mittel kann auch Festpartikel wie etwa PTFE, Polyolefine oder andere Polymere umfassen, die in ein dickflüssiges Fett oder eine dickflüssige Paste gemahlen und formuliert worden sind. Außerdem kann das hydrophobe Material in fester Form sein, wie etwa Fasern oder Partikeln, die klebend mit der Rohlage ver bunden werden oder durch Verwicklung, Hydroverfilzen, elektrostatische Anziehung usw. verbunden werden.
Geeignete hydrophobe Materialien umfassen sowohl Silikonverbindungen, Fluorkohlenwasserstoffe, PTFE, Wachse, Wachsemulsionen, Polyurethanemulsionen, Fette und Fettsäurederivate, Polyolefine, Nylon, Polyester, Glyceride und dergleichen als auch Gemische derselben. Mehrere geeignete Materialien, die erstarrte Gemische von Wachsen und Ölen enthalten, sind im US-Patent im gemeinsamen Besitz Nr. 5.601.871, "Soft Treated Uncreped Throughdried Tissue", erteilt am 11. Febr. 1997 an D. Krzysik u. a., offenbart. Offenbart sind darin Verbindungen, die Öl, Wachs und wahlweise Fettalkohole enthalten, wobei die Zusammensetzungen Schmelzpunkte zwischen etwa 30°C bis etwa 70°C haben. Wenn sie relativ gleichmäßig über ein nicht gekrepptes Papiertuch verteilt werden, verringern die Zusammensetzungen die Flüssigkeitsaufnahmegeschwindigkeiten bedeutend und verringern die Reibung an der Haut. Es wird angenommen, dass die von Krzysik u. a. offenbarten hydrophoben Zusammensetzungen durch eine makroskopisch ungleichförmige Auftragung der Zusammensetzungen auf einen Abschnitt der am meisten erhöhten Bereiche einer dreidimensionalen, elastischen, hydrophilen Rohlage auf eine solche Art, dass eine bedeutende Verringerung der Flüssigkeitsaufnahmegeschwindigkeiten vermieden wird, auch vorteilhaft bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden könnten.
Wie von Krzysik u. a. offenbart wurde, umfassen geeignete Öle die folgenden Klassen von Ölen, sind aber nicht darauf beschränkt: Petroleum oder mineralische Öle wie etwa Mineralöl und Vaseline; Tieröle wie etwa Nerzöl und Lanolinöl; Pflanzenöle wie etwa Aloenextrakt, Sonnenblumenöl und Avocadoöl; und Silikonöle wie etwa Dimethikone und Alkylmethylsilikone. Geeignete Wachse umfassen die folgenden Klassen, sind aber nicht darauf beschränkt: Naturwachse wie etwa Bienenwachs und Camaubawachs; Erdölwachse wie etwa Paraffin und Hartparaffin; Silikonwachse wie etwa Alkylmethylsiloxane; oder Kunstwachse wie etwa synthetisches Bienenwachs und synthetisches Spermawachs. Nützliche Silikonverbindungen und Verfahren zur Auftragung, einschließlich jener von Kasprzak im US-Patent Nr. 5.302.382, erteilt am 12. Apr. 1994, und von Kaun im US-Patent Nr. 5.591.306, erteilt am 7. Jan 1997, sind im Gebiet bekannt.
Die Menge an Fettalkohol, falls vorhanden, kann in den Zusammensetzungen von Krzysik u. a. jene Fettalkohole enthalten, die eine Kohlenstoffkettenlänge von C₁₄ bis C₃₀ haben, einschließlich des Cetylalkohols, des Stearylalkohols, des Behenylalkohols und des Dodecylalkohols.
Bei einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist es erwünscht, dass das hydrophobe Material einen Schmelzpunkt aufweist, der weit über den typischen Körpertemperaturen liegt, da es sein kann, dass saugfähige Artikel, die die Bahn der vorliegenden Erfindung enthalten, unter warmen Verhältnissen am Körper getragen werden, wobei jedes Schmelzen des hydrophoben Materials die Funktionserfüllung des saugfähigen Artikels stören und den Vorteil eines trockenen Gefühls beseitigen kann. Bei solchen Artikeln, die die Zusammensetzungen von Krzysik u. a. und andere Zusammensetzungen enthalten, sollten die Zusammensetzungen einen Schmelzpunkt über etwa 35°C, insbesondere über 40°C, genauer über etwa 45°C und noch genauer über 50°C haben.
Andere geeignete hydrophobe Zusammensetzungen umfassen bis zu 30 Gewichtsprozent Öl und von etwa 50 bis etwa 100 Gewichtsprozent Wachs, wobei die Zusammensetzungen einen Schmelzpunkt von etwa 40°C bis etwa 200°C, insbesondere von 70°C bis etwa 160°C, genauer über 75°C und noch genauer von etwa 85°C bis 140°C haben. Für die Zwecke hierin ist der "Schmelzpunkt" die Temperatur, bei der das Schmelzen mehrheitlich auftritt, wobei anerkannt wird, dass das Schmelzen tatsächlich über einen Temperaturbereich auftritt. Es können auch hydrophobe Materialien verwendet werden, die nicht schmelzen oder sich vor dem Schmelzen oder während des Schmelzens abbauen oder zerfallen.
Beispiele für Wasser abstoßende Mittel, die in der vorliegenden Erfindung potenziell nützlich sind, umfassen Polyurethanemulsionen wie etwa Aerotex 96B von American Cyanamid; chemische Fluormittel wie etwa FC 838, FC 826 und die von Minnesota Mining and Manufacturing verkauften SCOTCHGARD-Verbindungen sowie die von ICI verkaufen Milease F-14 und Milease F-31X. Auch kationische Fluorkohlenwasserstoffe mit hohem Molekulargewicht sind wünschenswert, die zur Erleichterung der Auftragung und Handhabung in Wasseremulsionen ausgebildet werden können. Ein Beispiel für eine potenziell nützliche Wachsemulsion ist Phobotex, das sich von Ciba verkauft wird.
Eine Vielfalt von weiteren Wasser abstoßenden Materialien, die auf Papierbahnen aufgetragen werden können, sind im Patent der Vereinigten Staaten 5.491.190, erteilt am 13. Febr. 1996 an Paul E. Sandvick und Calvin J. Verbrugge geprüft und offenbart. Sandvick und Verbrugge konzentrieren sich in erster Linie auf die Verwendung von Gemischen von Fettsäuren und Polymeren für wiederaufschlämmbare Papierlagen. Verschiedene Wachs- und Polymerzusammensetzungen von potenziellem Wert für die vorliegende Erfindung sind im U.S.-Patent Nr. 3.629.171 an Kremer u. a.; im U.S.-Patent Nr. 3.417.040 an Kremer; im U.S.-Patent Nr. 3.287.149 an Dooley u. a.; im U.S.-Patent Nr. 3.165.485 an Ilnyckyj u. a.; und im U.S.-Patent Nr. 2.391.621 an Powell u. a. offenbart. Gemische aus hydrophobem Latex und Wachs können auch verwendet werden, einschließlich jener, die im U.S.-Patent Nr. 4.117.199 an Gotoh u. a. gelehrt sind. Das britische Patent Nr. 1.593.331 an Vase lehrt ein Verfahren zum Behandeln von Papier und Pappe, um sie durch das Beschichten mit einer wässrigen Latexbeschichtungszusammensetzung wasserbeständig zu machen. Die Latexbeschichtungszusammensetzung ist ein Acrylpolymer und ein Metallstearat oder Wachs, wobei das Wachs wenigstens 20 Gew.-% des gesamten vorhandenen Acrylpolymers und Metallstearats ausmacht. Das Metallstearat ist vorzugsweise Kalziumstearat. Latexemulsionen, Latexschäume und Wasser absorbierende Polymere können verwendet werden, einschließlich jener, die im U.S.-Patent Nr. Nr. 5.011.884, erteilt am 30. Apr. 1991 an Nielsen und Kim, offenbart sind, das auch Chitosan enthaltende Kombinationen offenbart. Potenziell brauchbare Latizes umfassen auch jene, die im U.S.-Patent Nr. 4.929.495 von Stanislawczyk offenbart sind, und die anionischen Latexverbindungen, die im U.S.-Patent Nr. 4.445.970, erteilt am 1. Mai 1984, offenbart sind. Nach der Auftragung wird die Beschichtung auf dem Papier getrocknet oder ausgehärtet. Bei der vorliegenden Erfindung würde die Zusammensetzung uneinheitlich auf die obere Fläche einer Rohlage aufgetragen werden.
Weitere Beispiele für Wasseremulsionen und emulgierbare Zusammensetzungen für die Beschichtung von Papier und dergleichen sind im U.S.-Patent Nr. 3.020.178 an Sweeney u. a. und im U.S.-Patent Nr. 3.520.842 an Crean (Wassergemische aus Erdölwachs, einem polymeren Olefinmaterial und einer Fettsäure werden Wasser beigemengt, dass ein Aminseife bildendes Mittel wie etwa ein Alkanolamin enthält, gefolgt vom Aufrühren und der Homogenisierung, um eine Wasseremulsions-Beschichtungszusammensetzung zu bilden) zu finden. Das hydrophobe Material kann auch Formulierungen umfassen, die das Hautwohlbefinden und den Komfort fördern sollen. Beispielsweise kann das hydrophobe Material eine hydrophobe Base wie etwa Mineralöl, Wachse, Vaseline, Kakaobutter und dergleichen, kombiniert mit wirksamen Mengen an Zusatzmitteln für das Hautwohlbefinden oder an pharmazeutischen Mitteln wie etwa an Antibiotika und oder antibakteriellen Mitteln, Antipilzmitteln, Vitamin E (Alpha-Tocopherol), Lanolin, Silikonverbindungen, die für die Hautpflege geeignet sind, Kortison, Zinkoxid, Natriumhydrogencarbonat, Maisseidederivaten, Avocadoöl, Emuöl, anderen natürlichen Pflanzen- und Tierölen und dergleichen enthalten.
Hydrophobes Material kann auch in Faserform oder in Partikelform aufgetragen und mit der Rohlage durch thermische Verschmelzung, chemische Verbindung durch die Verwendung eines Bindemittels oder Klebstoffs, vorzugsweise eines Wasser abstoßenden Bindemittels, Verfilzen (das sich aus dem Aufprall mit hoher Geschwindigkeit gegen eine poröse Bahn ergibt), elektrostatische Befestigung und dergleichen verbunden werden. In einer bevorzugten Ausführungsform kann das hydrophobe Material, ganz gleich, ob es als Fasern, als Partikel oder als eine Flüssigkeit oder ein Schlamm aufgetragen wird, zusammenhängend abgesetzt werden, um ein miteinander verbundenes Geflecht wie etwa das Geflecht aus in 8 gezeigten Linien zu bilden, wobei die hydrophilen Bereiche in diesem Fall voneinander isoliert sind. Zusätzlich zu den zuvor beschriebenen Materialien enthalten brauchbare partikelförmige hydrophobe Mittel Talkumpuder und Bärlappsamenpulver.
Vorzugsweise wird das hydrophobe Material mit einer flächengemittelten lokalen Trocken-Flächenmasse im Bereich von etwa 0,5 bis etwa 50 g/m², insbesondere im Bereich von etwa 1 bis etwa 10 g/m², genauer etwa 5 g/m² oder weniger und am genauesten etwa 3 g/m² oder weniger auf die gewünschten Bereiche aufgetragen. Das hydrophobe Material umfasst vorzugsweise etwa 30% oder weniger der Gesamtmasse der trockenen saugfähigen Bahn, insbesondere etwa 20% oder weniger, genauer etwa 10% oder weniger und am genauesten von etwa 1% bis etwa 15% der Gesamtmasse der trockenen saugfähigen Bahn. Die Flächenmasse der darunter liegenden Rohlage kann etwa 10 bis etwa 200 g/m², genauer etwa 15 bis etwa 70 g/m² und am genauesten etwa 15 bis etwa 40 g/m² betragen. Bei mehrlagigen Papiertuchstrukturen wird bevorzugt, dass die Flächenmasse weniger als etwa 40 g/m² und insbesondere weniger als etwa 30 g/m² beträgt.
Zusätzlich zum hydrophoben Material können der Rohlage entsprechend dieser Erfindung zweckmäßig andere Mittel einschließlich Superabsorberpartikel oder -fasern zugegeben werden. Superabsorbermaterial kann in den vertieften Bereichen der oberen Fläche der Rohlage abgesetzt oder damit verbunden werden oder kann vorzugsweise in die Faserstruktur der Rohlage integriert werden, mit der unteren Fläche der Rohlage verbunden werden, oder zwischen der Rohlage und einem damit verbundenen saugfähigen Kern integriert werden. Andere chemische Mittel können jeder Fläche oder beiden Flächen zugegeben oder überall in der Rohlage dispergiert werden, auf die Innenschicht oder auf die Außenschicht der Rohlage aufgetragen werden, oder auf gewählte Flächenbereiche der Rohlage, einschließlich durch Auftragung in einem regelmäßigen Muster sowie durch Tiefdruck, aufgetragen werden. Solche chemischen Mittel umfassen Erweichungsmittel, Lotionen, chemische Weichmacher, Trübungsmittel, optische Aufheller, Nassfestigkeitsmittel, quartäre Ammoniumsalze, Proteine, Vernetzungsmittel, Viren tötende Mittel, Bakterizide, Parfüms, Farbstoffe, chemische Entfestiger, Weichmacher für Hochausbeute-Fasern, Zeolite oder andere Mittel zur Geruchssteuerung und dergleichen. Chitosan und verwandte Derivate können wegen ihrer antibakteriellen Vorteile oder anderen Gesundheitsvorteile in die Artikel der vorliegenden Erfindung integriert werden; wobei Triclosan und andere antibakterielle Mittel ebenso integriert werden können.
Verschiedene mechanische und physikalische Behandlungen können bei der Rohlage vor oder nach dem Zusatz von hydrophobem Material angewendet werden, um die mechanischen Eigenschaften, die Weichheit oder die Funktionalität der Bahn zu verbessern. Solche Behandlungen umfassen Bürsten, Übertragung durch Differenzgeschwindigkeit zwischen Bändern oder Geweben, Durchdringung mit Hochgeschwindigkeits-Luftstrahlen, Nadeln, Hydroverfilzen, Kalandrieren; Kalandrieren mit nachgiebigem Walzenspalt, Temperaturgefälle-Kalandrieren, Behandlung durch Koronaentladung, Elektretbildung, Mikrodehnung, Trockenkreppen, Prägen, Längstrennung und Lochen. Vorzugsweise wird die Rohlage nicht mit der Oberseite mitgelocht.
Saugfähige Bahnen, bei denen beide Seiten der Bahn mit hydrophobem Material behandelt worden sind, liegen auch innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung. Eine solche Ausführungsform kann für saugfähige Handtücher und andere Materialien, bei denen eine Absorption auf jeder Fläche auftreten kann, nützlich sein. In diesem Fall wird bevorzugt, dass das hydrophobe Material auf die meisten erhöhten Bereiche beider Flächen gebracht wird, wobei die erhöhten Bereiche die höchsten Bereiche sind, wenn die jeweilige Fläche nach oben zeigt. Da die Vertiefungen auf der oberen Fläche im Allgemeinen den erhöhten Bereichen auf der unteren Fläche entsprechen, wenn die untere Fläche nach oben zeigt, besonders wenn die Bahn überall in ihrem Querschnitt im Wesentlichen eine gleichmäßige Dicke aufweist, überlagert das hydrophobe Material auf einer Fläche im Allgemeinen nicht direkt das andere hydrophobe Material auf der anderen Fläche, wobei aber die hydrophoben Bereiche auf den beiden Flächen dazu neigen, in einer versetzt angeordneten Beziehung zueinander zu stehen. Die Art des hydrophoben Materials, das Verfahren zu seiner Auftragung und die aufgetragene Menge können sich auf beiden Seiten unterscheiden. Ebenso können auf einer Einzelfläche Mehrfachauftragungen von verschiedenen hydrophoben Materialien einschließlich der Verwendung mehrfarbiger Faserflecken, gefärbter Klebstoffe und dergleichen ausgeführt werden, um erwünschte Eigenschaften oder ein erwünschtes visuelles Aussehen zu erreichen.
Der Umfang der vorliegenden Erfindung umfasst auch mehrlagigen Rohlagenstrukturen und Schichtstoffe, wobei eine Schicht oder mehrere Schichten die oben beschriebenen saugfähigen Doppelzonenbahnen sind. Beispielsweise kann der herkömmliche saugfähige Weichzellstoffkern, der bei vielen saugfähigen Artikeln verwendet wird, durch eine Reihe von elastischen Rohlagenschichten wie etwa durch die in den Beispielen 7 bis 10 unten beschriebenen feuchtelastischen, nicht gekreppten, durchluftgetrockneten Rohlagen ersetzt werden, wobei eine saugfähige Doppelzonenbahn, die hydrophobes Material enthält, in eine überlagerte Verbindung mit der Reihe von elastischen Rohlagenschichten gebracht werden könnte. Alle oder einige der Mehrfachlagen können ferner mit Öffnungen, Schlitzen, Prägungen und dergleichen versehen sein. Mehrfachlagen können durch Klebstoffe, genähten Faden, Verfilzen durch Nadeln oder Fluidstrahlen, Prägen und dergleichen fest miteinander verbunden werden.
Ein ausgezeichnetes Händehandtuch kann durch das Ausnutzen der ungewöhnlich hohen Feuchtelastizität der nicht gekreppten, drucklos getrockneten Rohlagen, besonders jener, die elastische Fasern wie etwa Hochausbeute-Faser enthalten und Nassfestigkeitsmittel enthalten, hergestellt werden. Die Faser-Faser-Verbindungen solcher Lagen umfassen Wasserstoffbrückenbindungen und Atombindungen, die während des druck losen Trocknens gebildet werden, während die Lage in einer gegossenen, dreidimensionalen Struktur ist. Während das Kalandrieren eine solche Rohlage glätten kann, sind viele der Bindungen unbeeinflusst. Wenn die Rohlage später befeuchtet wird, können die anschwellenden Fasern von den durch Kalandrieren erteilten Beanspruchungen entlastet werden und können zu der während des Trocknens erreichten Struktur zurückkehren. In einem gewissen Sinn wurden die Verbindungen in einem während des Trocknens und des Aushärtens der Nassfestigkeitsharze erreichten Gedächtnis der Rohlagenstruktur verriegelt. Folglich ist es möglich, eine kalandrierte, flache Rohlage herzustellen, die nach dem Befeuchten in einen bauschigeren, dreidimensionalen Zustand zurückkehren kann, wie in der am 8. März 1996 eingereichten ebenfalls anhängigen Patentanmeldung in gemeinsamem Besitz, lfd.-Nr. 60/013.308, für D. Hollenberg u. a. offenbart ist. Ein solches "dünn, wenn trocken, dick, wenn feucht"-Material kann vorteilhaft bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Dadurch, dass den erhöhten Bereichen einer Rohlage hydrophobes Material hinzugefügt wird und die Rohlage dann kalandriert wird, oder indem alternativ den zuvor hohen Stellen nach dem Kalandrieren hydrophobes Material hinzugefügt wird, wird eine relativ dünne, flache saugfähige Bahn erzeugt, die hydrophile Bereiche und hydrophobe Bereiche in im Wesentlichen derselben Ebene aufweist. Diese Struktur kann Flüssigkeiten beim Kontakt gut absorbieren, weil hydrophile Bereiche in Kontakt mit der Flüssigkeit sind. Jedoch dehnt sich die saugfähige Bahn nach dem Befeuchten so aus, dass die sich feucht anfühlenden hydrophilen Bereiche nicht mehr in direktem Kontakt mit der Haut sind, während die sich trocken anfühlenden hydrophoben Bereiche erhöht werden, um die Haut zu berühren. Es ist erwünscht, dass eine solche saugfähige Bahn eine Oberflächengesamttiefe von etwa 0,2 mm oder weniger aufweist, während sie trocken ist, und eine Oberflächengesamttiefe von etwa 0,3 mm oder größer aufweist, wenn sie bis zu einem Feuchtigkeitsgehalt von 100% befeuchtet ist. Alternativ kann die kalandrierte saugfähige Bahn eine Oberflächengesamttiefe von etwa 0,3 mm oder weniger aufweisen, während sie trocken ist, und kann eine Oberflächengesamttiefe von etwa 0,4 mm oder größer, insbesondere etwa 0,5 mm oder größer aufweisen, wenn sie bis zu einem Feuchtigkeitsgehalt von 100% befeuchtet ist.
Ausführungsformen mit hydrophoben Fasern
13 stellt eine Form einer bevorzugten Reihe von Ausführungsformen dar, wobei das hydrophobe Material Gruppen oder Büschel von dünnen Polyolefinfasern 50 oder anderen hydrophoben Fasern umfasst, um ein weiches, stoffartiges Gefühl zu erzielen. Die Fasern können eine Vielfalt von Faserlängen und -arten 50a und 50b umfassen, oder können in erster Linie kurze Fasern 50c mit einer Faserlänge sein, die kleiner als die charakteristische Länge der erhöhten Bereiche der Rohlage ist, oder können in erster Linie lange Fasern 50c mit einer Länge sein, die in der Nähe der charakteristischen Länge der erhöhten Bereiche der Rohlage liegt oder größer als diese ist. In einer Ausführungsform können die Büschel Stellen von bevorzugt mit den erhöhten Bereichen der oberen Fläche der Rohlage verbundenen kurzen Kunstfasern sein, so dass weniger als etwa 80%, vorzugsweise weniger als 50% und vorteilhafter weniger als 25% des Oberflächenbereichs der Rohlage von den verbundenen Kunstfasern bedeckt ist. Solche Fasern können durch Klebstoffe, Warmverbinden, Ultraschallverbinden, elektrostatische Anziehung, Nadeln, Verfilzen, Hydroverfilzen oder durch die Verwendung von Klebstoffen oder Bindemitteln einschließlich Wasser abstoßender Bindemittel aufgetragen werden. Die Klebstoffe oder Bindemittel können hydrophile Mittel wie etwa Polyvinylalkohol, Stärke, kationische Latizes, Proteine und dergleichen enthalten, vorausgesetzt, dass die hydrophobe Wirkung der haftenden Fasern durch die Verwendung solcher Bindemittel nicht zerstört oder stark verringert wird. Um eine hydrophobe Aktivität sicherzustellen, können Wasser abstoßende Bindemittel einschließlich der Stoffe wie etwa Polybutylacrylat, Styrol-Acryl-Copolymer, Acryl-Vinylchlorid-Copolymer, Ethylen-Acrylsäure-Copolymer, Ethylenvinylacetat-Copolymer, Ethylenvinylclorid-Copolymer, Acryl-Copolymer-Latex, Styrol-Butadien-Latex, und Vinylchlorid-Latex wünschenswert sein. Geeignete abstoßende Bindemittel, die verwendet werden können, sind Geon 580X83 und Geon 580X119 (die sich aus Vinylchlorid-Latex zusammensetzen), die von Goodrich verkauft werden; die Emulsion E1497 und die Emulsion E1847 (die sich aus einer Acrylemulsion zusammensetzen), die von Rohm & Haas verkauft werden; und Rhoplex NW-1285 (das aus einer Acrylemulsion zusammensetzt ist), das von Rohm & Haas verkauft wird; Airflex 120 und Airflex EVLC 453 (die sich aus Ethylenvinylchlorid-Emulsionen zusammensetzen), die von Air Products verkauft werden; Nacrylic 78-3990 (das aus einer Acrylemulsion zusammensetzt ist), das von National Starch verkauft wird und Primacor (das aus einem verkauft wird und Primacor (das aus einem Ethylen/Acrylsäure-Copolymer zusammensetzt ist), das von Dow Chemical verkauft wird.
Wie in 13 gezeigt ist, ist ein verdichtetes saugfähiges Material 51 vorzugsweise mit der Unterseite der hydrophilen Rohlage 1 in Kontakt, wobei das verdichtete saugfähige Material eine Porengröße hat, die kleiner als die charakteristische Porengröße der Rohlage 1 ist, oder einer Dichte hat, die größer als die Dichte der Rohlage 1 ist, und vorzugsweise eine Dichte von etwa 0,1 g/cm³ oder weniger und vorteilhafter von etwa 0,2 g/cm³ oder weniger hat. Das verdichtete saugfähige Material kann eine im Luftstrom aufgebrachte Bahn oder eine verdichtete Weichzellstoffschicht oder andere Schichten des Zellstoffpapiertuchs sein. Vorzugsweise wird das verdichtete saugfähige Material stabilisiert, um übermäßige eine Ausdehnung oder einen Verlust an Saugfähigkeitskapazität beim Befeuchten zu verhindern. Die Stabilisierung kann durch den Zusatz von wärmeaushärtenden Fasern oder Partikeln erreicht werden; gefolgt von einer Wärmebehandlung, vom Zusatz von Vernetzungsmitteln, gefolgt vom korrekten Aushärten oder einer Wärmebehandlung, vom Zusatz von Klebstoffen in die Bahn oder anderen im Gebiet bekannten Mitteln. Wenn Flüssigkeit in die Rohlage 1 eintritt, können Kapillarkräfte die Flüssigkeit dann durch Dochtwirkung in das saugfähige Material leiten. Wenn das Material stabilisiert ist, ist es weniger wahrscheinlich, dass es seine Kapillarwirkung nach dem Befeuchten verliert, kann aber weiterhin wirksam Flüssigkeiten durch Dochtwirkung leiten und Flüssigkeiten speichern.
Die hydrophoben Fasern 50 können an isolierten oder miteinander verbundenen Stellen entlang der obersten Flächen der hydrophilen Rohlage aufgetragen werden, oder sie können im Fall einer relativ flachen Rohlage in einem speziellen Muster aufgetragen werden, um entweder isolierte oder miteinander verbundene Stellen eines solchen Materials oder eine Kombination von isolierten und miteinander verbundenen Bereichen zu erzielen, die in Bezug auf die umgebende unbehandelte Rohlage vorzugsweise erhöht sind, so dass dem Deckmaterial benachbarte Haut die weichen hydrophoben Bereiche vorzugsweise berührt und fühlt. Vorzugsweise haben die Fasern ein Denier weniger als etwa 9, insbesondere weniger als etwa 6, genauer weniger als etwa 5 und am genauesten von etwa 1 bis etwa 5. Geeignete Polymere umfassen Ethylen/Propylen-Copolymere, Polyester-Copolymere, Polyethylen niedriger Dichte, Acryl, Ethylen/Vinylacetat-Copolymer, Polyethylen, Polypropylen, chloriertes Polyethylen, Polyvi nylchlorid, Polyamid, Polyethylen hoher Dichte, lineares Polyethylen niedriger Dichte und dergleichen. Bikomponentenfasern wie etwa Bikomponenten-Hülse/Kern oder Bikomponenten-Kollateralfasern können auch verwendet werden. Bikomponentenfasern mit einem Material mit einem relativ niedrigen Schmelzpunkt und einem Material mit einem höheren Schmelzpunkt in einer einzelnen Faser können durch das Erwärmen der Fasern, die im Kontakt mit der Rohlage sind, verwendet werden, so dass das Material mit einem niedrigen Schmelzpunkt das ungeschmolzene Material mit einem höheren Schmelzpunkt mit der Rohlage verschmilzt und verklebt. Obwohl durchgehende Faserfäden verwendet werden können, haben die bevorzugten Fasern Längen von etwa 0,3 mm bis etwa 10 mm, insbesondere von etwa 0,5 mm bis etwa 5 mm, genauer weniger als etwa 3 mm und am genauesten weniger als etwa 2 mm. Vorzugsweise haben die verbundenen Fasern wenigstens ein Ende, das frei ist und sich deformieren oder unter einer Schubwirkung durchbiegen kann, um ein weiches, samtiges Gefühl zu erzielen. Die Fasern sollten fest verbunden sein, so dass sie bei der Verwendung nicht einfach abfallen oder übermäßig abgestreift werden. Die verbundenen Fasern können aufgetragen werden, um eine Schicht zu bilden, die etwa einen Faserdurchmesser tief ist, oder um eine Schicht zu bilden, die eine Dicke von mehreren Faserdurchmessern hat, einschließlich einer Schicht, die 2 bis 100 Faserdurchmesser, genauer 3 bis 50 Faserdurchmesser oder noch genauer 3 bis 10 Faserdurchmesser tief ist.
Die Fasern können Teil einer vorgeformten, nicht gewebten Bahn sein oder können abgesetzte lose Fasern sein, die durch Aufbringen im Luftstrom und anschließendes Verbinden aufgetragen werden, wobei vorzugsweise eine bemusterte Unterdruckfläche verwendet wird, um die Fasern in einem gewünschten Muster aufzutragen, oder wobei sonst eine ziemlich gleichförmige Matte aus kurzen Fasern auf die Oberfläche der Rohlage aufgetragen wird und nur die Fasern auf den obersten Bereichen der Fläche der Rohlage verbunden werden. Das letztere Verfahren kann einen beheizten Walzenspalt einbeziehen, in dem die erhöhten Bereiche auf der Rohlage einen besseren Kontakt zwischen den aufgebrachten Fasern und einer texturierten beheizten Oberfläche erzwingen, so dass Fasern nur an den höchsten Punkten auf der Rohlage thermisch mit der Bahn verbunden werden. Die hohen Stellen auf der texturierten Heizungsfläche oder Heizungsrolle erzielen ein Punktschweißen der Fasern auf die Rohlage.
Ein nützliches Verfahren zum Ankleben hydrophiler Fasern erfordert, zuerst Bindestoff oder Klebstoff auf die obersten Bereiche einer texturierten Rohlage aufzudrucken oder abzusetzen, wie etwa durch Tiefdruck, wobei die Rohlage danach den in der Luft mitgerissenen losen Fasern ausgesetzt wird, wie in einem Verfahren zum Aufbringen im Luftstrom, so dass die Fasern durch den Bindestoff auf den bedruckten Bereichen, aber nicht woanders auf der Rohlage gehalten werden. Nicht angeklebte Fasern könnten dann durch Abblasen mit Luft oder Unterdruck entfernt und dann recycelt werden. Auf diese Weise könnten dünne Matten aus losen, weichen Fasern auf den gewünschten Stellen der Rohlage abgesetzt und verklebt werden, vorzugsweise mit einer minimalen Durchdringung der Lage durch den Klebstoff.
Fasern können direkt auf der Rohlage gebildet werden oder sofort nach der Bildung unter Verwendung eines Schmelzblas- oder Spinnvliesverfahren abgesetzt werden, das angepasst ist, um Fasern nur in den erwünschten Bereichen vorzusehen. Alternativ kann eine durchgehende dünne, weiche, bauschige Schicht aus vorgeformten Schmelzblas- oder Spinnvliesfasern geschnitten werden, um Öffnungen über den unteren Bereichen der Papiertuchbahn zu haben, und dann richtig auf der Bahn positioniert werden und durch Warmverbinden oder andere Mittel angeklebt werden. In einer weiteren Ausführungsform können die Fasern in einen verdünnten wässrigen Schlamm integriert und auf die Rohlage aufgetragen werden. Dies kann während der Bildung der Rohlage selbst mit einem geschichteten Stoffauflauf erfolgen, was zu einer einförmigen Rohlage führt, die einen Abschnitt aus weichen, hydrophoben Fasern enthält, die in die Oberschicht einer sonstigen Zelluloserohlage eingebettet sind. Eine zusätzliche Auftragung von Wasser abstoßenden Mitteln an den obersten Bereichen der konturierten Oberfläche der Rohlage kann dann erforderlich sein, um sicherzustellen, dass die obersten Bereiche ausreichend hydrophob sind.
Die Anmelder haben festgestellt, dass eine zusammenhängende Bahn aus hydrophoben Fasern wie etwa eine nicht gewebte Bahn aus Spinnvlies- oder Schmelzblas-Kunstfasern besonders vorteilhaft für die Verwendung als das hydrophobe Material der vorliegenden Erfindung sein kann und eine wirtschaftliche Verarbeitung und einen ausgezeichneten Komfort bietet. Für wirksames Entfernen von Regelblutung, Schleim, Durchfall und anderen dickflüssigen Flüssigkeiten sollte die nicht gewebte Bahn mit makroskopischen Löchern, Schlitzen oder anderen Öffnungen versehen sein, wie in 14 gezeigt ist, um für Körperausscheidungen einen leichten Zugang zur hydrophilen Rohlage zu erzielen. Die Löcher oder Öffnungen 61 in der nicht gewebten Bahn 60 sollten einen Abschnitt der vertieften Bereiche in der hydrophilen Rohlage überlagern, so dass Flüssigkeit von den am meisten erhöhten Abschnitten der Oberfläche, die die Haut berührt, abgestoßen wird und in Richtung der vertieften Bereiche gezogen wird, die nicht in direktem Kontakt mit der Haut sind.
Öffnungen in einer nicht gewebten Bahn können durch Nadellochen; Perforationsstanzen und mechanisches Strecken der Bahn; Formlochen oder Formstanzen; Hydroverfilzen, um durch Umordnung der Fasern Öffnungen zu ergeben; Wasserstrahlmesser, die erwünschte Öffnungen oder Löcher in der Bahn ausschneiden; Laserschneider, die Abschnitte aus der Bahn ausschneiden; Musterbildungstechniken wie etwa das Aufbringen von Kunstfasern im Luftstrom auf ein bemustertes Substrat, um makroskopische Öffnungen zu ergeben, wie es von F. J. Evans im U.S.-Patent Nr. 3.485.708, erteilt am 23. Dez. 1969, und im US-Patent Nr. 3.494.821, erteilt am 10. Febr. 1970, offenbart ist; Nadelperforierung mit Sätzen von mit Widerhaken versehenen Nadeln, um mit Fasern in Eingriff zu gelangen und sie zu verschieben, und andere im Gebiet bekannte Verfahren erzielt werden. Das Nadellochen von nicht gewebten Materialien ist im U.S.-Patent in gemeinsamem Besitz Nr. 5.188.625, erteilt am 23. Febr. 1993 an Van Iten u. a., beschrieben.
Löcher oder Öffnungen können auf eine Weise geschaffen werden, die eine ausgezeichnete Ausrichtung der Öffnungen 61 auf die vertieften Bereichen einer dreidimensional durchgetrockneten Papiertuchbahn erlaubt: Eine modifizierte Form des Hydroverfilzens kann in dieser Hinsicht besonders nützlich sein. Ein solches Verfahren umfasst die Anordnung einer nicht gewebten Bahn 60 auf derselben Art des durchtrocknenden Gewebes, das verwendet wird, um die zugeordnete Rohlage während des Durchtrocknens zu gießen. Wenn die nicht gewebte Bahn auf dem durchtrocknenden Gewebe ist, kann das Hydroverfilzen angewendet werden, um Fasern von den erhöhten Abschnitten des durchtrocknenden Gewebes wegzutreiben, die typischerweise den vertieften Bereichen der Gewebeseite der durchluftgetrockneten Lage entsprechen. Wenn die Papiertuchbahn mit der Luftseite in Richtung des Körpers in dem saugfähigen Artikel verwendet werden soll, dann sollte die nicht gewebte Bahn auf der Rückseite des durchtrocknenden Gewebes angeordnet und dann hydroverfilzt werden, weil die erhöhten Abschnitte der Rückseite des durchtrocknenden Gewebes im Allgemeinen den vertieften Bereichen auf der anderen Seite entsprechen, auf der die Papiertuchbahn gegossen ist.
Nachdem das Hydroverfilzen auf einem durchtrocknenden Gewebe die nicht gewebte Bahn 60 mit einem Muster von Öffnungen 61 versehen hat, kann die Bahn auf das durchgetrocknete Papiertuch ausgerichtet werden, um die Öffnungen über die vertieften Bereiche zu bringen, um zu einer wirksamen Aufnahme in die hydrophilen Vertiefungen zu führen, während das hydrophobe Material auf den erhöhten Abschnitten der Rohlage gehalten wird. Die Ausrichtung kann mit Fotoaugen und Bildanalysesoftware oder mit anderen im Gebiet bekannten mechanischen Mittel, um die Position der nicht gewebten Bahn zu steuern, während sie durch eine automatisierte Einrichtung auf die gegossene Rohlage gebracht wird, erreicht werden.
Vorzugsweise sind die Öffnungen in einem regelmäßigen Muster über wenigstens einem Abschnitt der Oberseite des saugfähigen Artikels vorgesehen.
Das Leiten von Flüssigkeiten durch Dochtwirkung in die Öffnungen hinein zur hydrophilen Rohlage kann durch die Veränderung der Oberflächenchemie der hydrophoben nicht gewebten Bahn im Bereich der Öffnungen wie etwa durch den Zusatz von grenzflächenaktiven Stoffen zur nicht gewebten Bahn in der Nähe der Öffnungen oder durch die Oxidation von Fasern durch Plasma oder eine andere Behandlung verbessert werden. Alternativ könnten Zellulosefasern oder ein anderes hydrophiles Material dem Bereich der Öffnungen zugegeben werden, um das Leiten durch Dochtwirkung zu verbessern. Beispielsweise könnten Zellulosefasern am Umfang der Öffnungen zugegeben werden, um das Leiten durch Dochtwirkung zu verbessern.
BEISPIELE
Beispiel 1
Um ein Beispiel für eine texturierte, feuchtelastische saugfähige Bahn mit einem verbesserten Trockengefühl zu demonstrieren, wurde eine geeignete Rohlage durch Zusatz von hydrophobem Material in der Form von Paraffin hergestellt und modifiziert. Die Rohlage wurde auf einer Maschine zur Herstellung von Endlospapiertuch herstellt, die zum Durchlufttrocknen von nicht gekrepptem Material angepasst ist, die der in 4 gezeigten Maschinenkonfiguration ähnlich ist. Die Maschine umfasst einen Langsiebbildungsabschnitt, einen Übertragungsabschnitt, einen Durchtrocknungsabschnitt, einen anschließenden Übertragungsabschnitt und eine Rolle. Ein verdünnter wässriger Schlamm mit etwa 1% Stoffdichte wurde aus 100% feingebleichtem Refinerholzstoff mit chemisch-thermischer Vorbehandlung (BCTMP), der 20 Minuten bei etwa 4% Stoffdichte vor der Verdünnung zu Brei verarbeitet wurde, hergestellt. Das Fein-BCTMP ist kommerziell als Tembec 525/80 verfügbar, und wird von Tembec Corp. of Temiscaming, Quebec, Kanada hergestellt. Das von Herkules Inc., Wilmington, Delaware hergestellte Nassfestigkeitsmittel Kymene 557LX wurde dem wässrigen Schlamm mit einer Dosierung von etwa 20 Pfund Kymene pro Tonne trockener Faser zugegeben. Der Schlamm wurde dann auf ein feines Siebgewebe abgesetzt und durch Saugerkästen entwässert, um eine Bahn mit einer Stoffdichte von etwa 12% bilden. Die Bahn wurde dann unter Verwendung eines Unterdruckschuhs an einem ersten Übertragungspunkt ohne einen bedeutenden Geschwindigkeitsunterschied zwischen den beiden Geweben auf ein Übertragungsgewebe (Lindsay Wire 952-505) übertragen. Die Bahn wurde an einem zweiten Übertragungspunkt unter Verwendung eines zweiten Unterdruckschuhs von dem Übertragungsgewebe auf ein gewebtes durchtrocknendes Gewebe weiter übertragen. Das verwendete durchtrocknende Gewebe war eine Lindsay Wire T-116-3-Ausführung (Lindsay Wire Division. Appleton Mills, Appleton, Wisconsin) auf der Grundlage der Lehren des an Kai F. Chiu u. a. erteilten U.S.-Patents Nr. 5.429.686. Das Gewebe T-116-3 ist gut dafür geeignet, gegossene, dreidimensionale Strukturen zu schaffen. An dem zweiten Übertragungspunkt bewegte sich das durchtrocknende Gewebe mit einem Geschwindigkeitsunterschied von 2,8% langsamer als das Übertragungsgewebe. Die Bahn wurde dann über einen verkleideten Durchtrockner weitergeleitet, wo die Lage getrocknet wurde. Die Haubentemperatur war etwa 200°F. Die getrocknete Lage wurde dann vom durchtrocknenden Gewebe auf ein weiteres Gewebe übertragen, dessen Lage aufgerollt wurde. Die Vorserienpapiermaschine zum Herstellen des nicht gekreppten Papiers wurde mit einer Geschwindigkeit von etwa 6,1 m (20 Fuß) pro Minute betrieben. Die Flächenmasse der trockenen Rohlage war etwa 39 g/m² (Gramm pro Quadratmeter). Die Lage hatte, wenn sie bei 144 Pa (0,05 psi) mit einem Druckplattenmessgerät gemessen wurde, eine Dicke von 0,64 mm, bei einem spezifischen Trockenvolumen von 16,4 cm³/g. Die Oberflächentiefe beträgt etwa 0,42 mm.
Proben der Rohlage wurden unter Tappi-Umweltbedingungen mehrere Tage klimatisiert, dann zu einer Anzahl von Lagen mit der Größe von 15,24 × 30,5 cm (6 × 12 Zoll) geschnitten, die dann unter Verwendung einer Vielfalt von Verfahren mit Paraffinwachs behandelt wurden. Eine rechteckige Stange aus Gulfwax^TM-Paraffin für die häusliche Konservierung wurde verwendet, um eine kleine Menge des Wachses auf die Gewebeseitenfläche der nicht gekreppten Rohlage aufzutragen, die wie oben beschrieben hergestellt wurde. Mehrere Rohlageproben wurden auf einer Coming PC-351-Heizplatte, die auf einen niedrigen Leistungspegel von 2,5 eingestellt wurde, einzeln erwärmt. Die Proben wurden 5 bis 10 Sekunden mit der Hand in leichtem Kontakt mit der beheizten Fläche gehalten, dann entfernt und auf einen Tisch gelegt. Die Stange aus Wachs wurde dann sofort über die erwärmte Probenfläche gezogen, um eine kleine Menge des Wachses auf den am meisten erhöhten Bereichen der oberen Fläche abzusetzen. Bei einer Ausführung war die Gewebeseite der Rohlage in Kontakt mit der erwärmten Fläche, während in einer zweiten Ausführung die Luftseite der Rohlage erwärmt wurde. Beim Auftragen des Wachses wurde die Scheibe mit einem Winkel von ungefähr 30° in Bezug auf die Ebene gehalten und das untere Ende der Platte wurde auf die Rohlage gelegt. Die Stange wurde dann mit einer leichten Kraft (auf etwa 0,5 bis 1 Pfund geschätzt) über eine gesamte Fläche der Rohlage gezogen, so dass das berührende Ende der Stange die Hinterkante war. Es wurde darauf geachtet, dass Wachs gleichmäßig aufzutragen. Das Ziel war, zu vermeiden, das Wachs zu schmelzen, da das geschmolzene Wachs die Rohlage durchdringen und nicht auf der Fläche bleiben würde, das Aufbringen des Wachses auf die Rohlage jedoch durch Wärme zu erleichtern. Das Erwärmen und die Wachsbehandlung wurden nacheinander an Abschnitten von etwa 7,62 cm (3 Zoll) im Quadrat oder 15,2 cm (6 Zoll) im Quadrat ausgeführt, bis die gesamte Rohlageprobe behandelt war. Die Wachsstange wurde vor und nach der Auftragung gewogen. Die typische Menge, die auf die Rohlage von 15,2 cm × 30,4 cm (6 Zoll × 12 Zoll) aufgetragen wurde, war etwa 0,06 g.
Nach der anschließenden Befeuchtung der entstehenden saugfähigen Bahn erschienen winzige obere Abschnitte der wachsbehandelten Bahn etwas heller als unbehandelte Bereiche, als ob das Wachs etwas Luft neben den Fasern eingeschlossen hätte. Auf der Grundlage des physischen Aussehens war es offensichtlich, dass das Wachs bevorzugt auf den obersten Bereichen der Rohlagefläche verteilt war, die einen kleinen Anteil des gesamten Oberflächenbereichs einnimmt, der auf etwa 10% geschätzt wird.
Die mittleren Neubefeuchtungswerte für unbehandelte Proben und wachsbehandelte Proben sind in Tabelle 1 gezeigt. Auch mittlere normierte Neubefeuchtungswerte (Neubefeuchtung geteilt durch die klimatisierte Trockenmasse der Probe) sind aufgelistet. Das Schaubild in 15 stellt die Mittelwerte und die 95%-Vertrauensintervalle um die Mittelwerte (1,96*Standardabweichung/Quadratwurzel der Probegröße) dar. Das Behandlung mit Paraffin führte zu einer bedeutenden Abnahme der Neubefeuchtung. Es wird angenommen, dass die Abnahme des Neubefeuchtungswerts auf ein trockeneres Gefühl schließen lässt, wenn das Papiertuch in Kontakt mit der Haut befeuchtet wäre, weil weniger Flüssigkeit durch die lokalen erhöhten hydrophoben Sperren durchlaufen könnte, um die Haut zu berühren. Die mit Wachs behandelten Proben fühlten sich auch etwas weniger körnig als die unbehandelten Proben an, was anscheinend durch einen Grad an Lubrizität verursacht wurde, der auf den höchsten Abschnitten der behandelten Oberfläche durch das Paraffin gewährt wurde.
Tabelle 1: Neubefeuchtungswerte bei Beispielen
Beispiel 2
Um diese Erfindung weiter zu veranschaulichen, wurde die nicht gekreppte durchgetrocknete Papiertuchrohlage mit Hilfe des Verfahrens hergestellt, wie es im Wesentlichen in Beispiel 1 beschrieben ist. Insbesondere wurde eine Einzelschicht Einzellagenpapiertuch aus nicht gemahlenen Fasern aus gebleichtem Refinerholzstoff mit che misch-thermischer Vorbehandlung (BCTMP) aus nördlichem Weichholz hergestellt. Nachdem die BCTMP-Fasern zu Brei zu verarbeitet und verdünnt wurden, wurden 20 Kilogramm Kymene 557LX pro metrische Tonne Zellstoff zugegeben. Das Siebgewebe war in diesem Fall ein Appleton Wire 94M-Gewebe und das erste Übertragungsgewebe war ein Lindsay 956-Gewebe. Die Drängungsübertragung wurde am ersten Übertragungspunkt während der Übertragung vom Siebgewebe auf das Undsay 956-Übertragungsgewebe ausgeführt. Der Grad an Drängungsübertragung betrug 35%. Das Verfahren der Übertragung durch Differenzgeschwindigkeit verwendete die im US-Patent Nr. 5.667.636, erteilt am 4. März 1997 an S. A. Engel u. a., gelehrte Unterdruckschuhgeometrie.
An diesem zweiten Übertragungspunkt vom Übertragungsgewebe zum Durchlufttrocknen liefen beide Gewebe im Wesentlichen mit derselben Geschwindigkeit von etwa 12,2 m (40 Fuß) pro Minute. Die Bahn wurde dann auf ein durchtrocknendes Gewebe (Lindsay Wire T116-3) übertragen. Das durchtrocknende Gewebe bewegte sich im Wesentlichen mit derselben Geschwindigkeit wie das Übertragungsgewebe. Die Bahn wurde dann über einen Durchtrockner geführt, der mit einer Haubentemperatur von etwa 315°F lief, und dann bis zu einer Endtrockenheit von etwa 94 bis 98 Prozent Stoffdichte getrocknet. Die Flächenmasse der Bahn betrug 60 g/m².
Die entstehende nicht gekreppte, durchgetrocknete Papiertuchrohlage wurde bei Messungen der Durchlässigkeit in der Ebene mit Hilfe eines Stapels aus zwei Platten verwendet, die einem Wert von 1,87 × 10^–10 m² ergaben. Die Prüfung der Feuchtelastizität ergab einen WCB-Wert (Wert des spezifischen Feuchtvolumens unter Druck) von 9,65 cm³/g, eine Rückfederung von 0,889 und ein LER von 0,824. Das bei 689 N (0,1 psi) gemessene spezifische Volumen betrug 16,2 cm³/g.
Nach mehreren Wochen Lagerung unter Tappi-Umweltbedingungen wurde die Rohlage dann im Wesentlichen wie in Beispiel 1 beschrieben mit Paraffinwachs behandelt. Zwei Streifen von 30,4 cm × 15,2 cm (12 Zoll × 6 Zoll) wurden hergestellt. Bei jedem Streifen wurde die Gewebeseite eines quadratischen Bereichs von 15,2 cm (6 Zoll) in Kontakt mit der Coming PC 351-Heizplatte bei einer Leistungseinstellung von 2,5 etwa 5 Sekunden erwärmt, dann entfernt und mit der Gewebeseite nach oben auf eine flachen Fläche gelegt. Eine Stange aus Paraffin wurde dann über die Oberfläche gezogen, um etwa 0,06 g des Wachses auf der Oberfläche des ersten Streifens und 0,07 g des Wachses auf der Oberfläche des zweiten Streifens abzusetzen. Die beiden Streifen wurden dann in Segmente von 4 Zoll × 6 Zoll geschnitten. Alle Segmente des ersten (als 1A, 1B und 1C gekennzeichneten) Streifens wurden auf Neubefeuchtung geprüft, und ein Segment des zweiten Streifens wurde zusätzlich zu 3 ähnlichen unbehandelten Streifen derselben (als 3, 4 und 5 gekennzeichneten) Rohlage geprüft. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt. Die Neubefeuchtungswerte waren mit Ausnahme Segments 1A, das einen Wert ähnlich dem Wert der unbehandelten Proben hatte, bei den gewachsten Segmenten bedeutend niedriger als bei den unbehandelten Proben. Diese Probe war übermäßig feucht, außerhalb des für den Test empfohlenen Bereichs, so dass die zusätzliche vorhandene Feuchtigkeit den Neubefeuchtungswert erhöht haben kann. Es wird jedoch vermutet, dass der Wachsarbeitsgang in dem Bereich, der später während des Testens in Kontakt mit dem Whatman-Filterpapier wäre, unzureichend ausgeführt worden sein kann. Die mittlere Neubefeuchtung ist bei den gewachsten Proben, außer bei der Probe 1A, 0,467 g, wobei dies, verglichen mit dem Mittelwert der unbehandelten Proben von 0,689 g, eine offensichtliche Verringerung von 32% ist. Die normierte Neubefeuchtung fällt auf Grund der hydrophilen Behandlung auch bedeutend. Hier werden Neubefeuchtungswerte von weniger als 0,68 g als Beweis des verbesserten Trockengefühls angenommen.
Tabelle 2: Neubefeuchtungswerte bei Beispiel 2
Zu festzustellen, ob der kleine Betrag an vermutlich dominierendem Oberflächenwachs, das auf die texturierten Rohlagen aufgetragen wurde, irgendeine ungünstige Wirkung auf die Gesamtsaugfähigkeitskapazität hatte, wurden die geprüften Segmente vollständig in Leitungswasser eingetaucht und dann an einer Ecke gehalten und 60 Sekunden eingetaucht gelassen, dann gewogen. Die "tropfende Nassmasse" bei den unbehandelten Proben 3 und 5 betrug 7,8 bzw. 8,3 g. Die "tropfende Nassmasse" bei den Proben 1A, 1B und 1C betrug 7,44, 7,55 bzw. 7,9 g. Bei der Probe 2 waren es 8,00 g. In Anbetracht der Veränderlichkeit und der Überlappung der Datenbereiche bei behandelten Proben und unbehandelten Proben, es gibt keinen klaren Beweis für eine bedeutende Abnahme der Saugfähigkeitskapazität bei den gewachsten Proben.
Beispiele 3–6
Um ein Verfahren zum Herstellen saugfähiger Bahnen dieser Erfindung weiter zu veranschaulichen, wurden Rohlagen mit Hilfe von nicht feuchtelastischen Kraftzellstofffasern aus nördlichem Weichholz (NSWK) mit und ohne einem Nassfestigkeitsmittel (20 Pfd. Kymene/Tonne der Fasern) und feuchtelastische Fasern (Fein-BCTMP) mit und ohne einem Nassfestigkeitsmittel (20 Pfd. Kymene/Tonne der Fasern) mit Hilfe eines Verfahrens für nicht gekrepptes durchgetrocknetes Material, das im Wesentlichen in 4 gezeigt ist, hergestellt.
Die Faser wurde 30 Minuten bei 4% Stoffdichte im Hydro-Stoffauflöser zu Brei verarbeitet. Die Faser wurde in einen Vorratskastenbehälter gepumpt und zu 1,0% Stoffdichte verdünnt. 20#/Tonne Kymene 557LX wurden dem Vorratskastenbehälter zugegeben und ermöglicht, sich 30 Minuten zu mischen. Eine Einzelschicht-Mischlage von 30 g/m² Trockengewicht wurde auf einem Albany-94M-Siebgewebe gebildet und mit 5 Zoll (127 Millimetern) Quecksilbervakuum entwässert. Das Siebgewebe bewegte sich mit 69 fpm (0,35 Metern pro Sekunde). Die Lage wurde mit einer Drängungsübertragung von 15 auf ein Lindsay 952-S05-Übertragungsgewebe übertragen, das sich mit 60 fpm (0,30 Meter pro Sekunde) bewegte. Der Unterdruck bei der Übertragung zwischen dem Siebgewebe und Übertragungsgewebe betrug 10 Zoll (254 Millimeter) Quecksilbersäule.
Die Lage wurde durch Unterdruck bei 12 Zoll (305 Millimeter) Quecksilbersäule auf ein Durchtrocknergewebe (Lindsay T116-1) übertragen, das sich mit derselben Geschwindigkeit von 60 fpm (0,30 Metern pro Sekunde) wie das Übertragungsgewebe bewegte. Die Lage und das Durchtrocknergewebe bewegten sich gerade vor dem Eintritt in ein Bienenwaben-Durchtrockner, der bei 200°F (93°C) läuft, über einen vierten Unterdruck bei 12 Zoll (305 Millimeter) Quecksilbersäule und wurden bis zu einer Endtrockenheit von 94 bis 98% Stoffdichte getrocknet.
Die Rohlagen wurden 5 Tage bei weniger als 50% Luftfeuchtigkeit bei 70°F (21°C) abgelagert. Die Rohlagen wurden in einer Klimakammer mit 50% ± 2% Luftfeuchtigkeit und 23°C ± 1° auf physikalische Eigenschaften geprüft. Die Nassfestigkeit und die Tro ckenfestigkeit wurden bei einer Probenbreite von 3 Zoll (7,62 cm), einer Klemmbackenöffnung von 4 Zoll (10,16 cm) mit 10 Zoll/min (25,4 cm/min) Gleitstückgeschwindigkeit mit dem Instron geprüft. Die Papierstärke wurde mit dem TMI-Prüfgerät bei 0,289 psi gemessen.
Die Ergebnisse physikalischer Eigenschaften sind in der Tabelle der 16 gezeigt. Das Beispiel 6 zeigte im Wesentlichen eine größere Feuchtelastizität, wie sie durch den Feucht-Faltenregenerationsstest gemessen wurde, als die anderen drei Beispiele. Außerdem zeigte Beispiel 6 auch ein hohes Feucht : Trocken-Verhältnis. Die Eigenschaften des Beispiels 6 machen es insbesondere für die Verwendung als eine Rohlage geeignet, die kalandriert werden kann und später nach dem Befeuchten viel von ihrem spezifischen Originalvolumen wiedererlangen kann. Wenn eine solche kalandrierte saugfähige Bahn mit hydrophoben Materialien wie etwa mit Silikonen oder Talkumpudern behandelt wird, kann sie eine hohe Absorptionsfähigkeit und ein trockenes Gefühl erzielen, wenn sich die hydrophilen Bereiche nach dem Befeuchten von dem Rest der Lage abheben.
Beispiele 7 bis 10
Weitere Beispiele wurden ausgeführt, die jenen in den Beispielen 3 bis 6 beschriebenen Beispielen ähnlich sind, aber für den Zweck, die Wirkung der Flächenmasse auf eine bauschige, saugfähige, feuchtelastische Struktur zu untersuchen. Vier Niveaus der Flächenmasse von 30, 24, 18 und 13 g/m² aus 100% Fein-BCTMP mit 20#/Tonne Kymene wurden hergestellt.
Die Faser wurde 30 Minuten bei 4% Stoffdichte im Hydro-Stoffauflöser zu Brei verarbeitet. Die Faser wurde in einen Vorratskastenbehälter gepumpt und zu 1,0% Stoffdichte verdünnt. 20#/Tonne Kymene 557LX wurden dem Vorratskastenbehälter zugegeben und ermöglicht, sich 30 Minuten zu mischen. Eine Einzelschicht-Mischlage von 30 g/m² Trockengewicht wurde auf einem Albany-94M-Siebgewebe gebildet und mit 4 Zoll (102 Millimetern) Quecksilbervakuum entwässert. Das Siebgewebe bewegte sich mit 69 fpm (0,35 Metern pro Sekunde). Die Lage wurde mit einer Drängungsübertragung von 15% auf ein Lindsay 952-S05-Übertragungsgewebe übertragen, das sich mit 60 fpm (0,30 Meter pro Sekunde) bewegte. Der Unterdruck bei der Übertragung zwischen dem Sieb gewebe und Übertragungsgewebe betrug 7 Zoll (178 Millimeter) Quecksilbersäule. Die 13 g/m²-Probe wurde ohne eine Drängungsübertragung hergestellt, wobei sich das Siebgewebe so wie das Übertragungsgewebe und das Durchtrocknergewebe mit 60 fpm (0,30 Metern pro Sekunde) bewegte.
Die Lage wurde durch Unterdruck bei 10 Zoll (254 Millimeter) Quecksilbersäule auf ein Durchtrocknergewebe (Lindsay T116-1) übertragen, das sich mit derselben Geschwindigkeit von 60 fpm (0,30 Metern pro Sekunde) wie das Übertragungsgewebe bewegte. Die Lage und das Durchtrocknergewebe bewegten sich gerade vor dem Eintritt in ein Bienenwaben-Durchtrockner, der bei 260°F (127°C) läuft, über einen vierten Unterdruck bei 11 Zoll (279 Millimeter) Quecksilbersäule und wurden bis zu einer Endtrockenheit von 94 bis 98% Stoffdichte getrocknet.
Die Rohlagen wurden 5 Tage bei weniger als 50% Luftfeuchtigkeit bei 70°F (21°C) abgelagert. Die Rohlagen wurden in einer Klimakammer mit 50% ± 2% Luftfeuchtigkeit und 23°C ± 1° auf physikalische Eigenschaften geprüft. Die Nassfestigkeit und die Trockenfestigkeit wurden bei einer Probenbreite von 3 Zoll (7,62 cm), einer Klemmbackenöffnung von 4 Zoll (10,16 cm) mit 10 Zoll/min (25,4 cm/min) Gleitstückgeschwindigkeit mit dem Instron geprüft. Die Papierstärke wurde mit dem TMI-Prüfgerät bei 0,289 psi gemessen.
Die Ergebnisse physikalischer Eigenschaften sind in der Tabelle der 17 zusammengefasst. Wie gezeigt wurde, zeigten die Beispiele 7 bis 10 eine hohe Feuchtelastizität, wie sie durch den Feucht-Faltenregenerationsstest und den Druck-Feuchtelastizitätstest festgestellt wurde. Materialien wie etwa die Bahn des Beispiels 10 sind besonders als Rohlage geeignet, um bei der Herstellung einer dichten, kalandrierten saugfähigen Bahn, die rasch Flüssigkeit absorbieren und dann zu einer bauschigeren Struktur zurückfedern kann, die hydrophiles Material auf den obersten Bereichen aufweist, um ein sauberes, trockenes Gefühl zu erzielen, hydrophobes Material aufzunehmen. Das typische handelsübliche Papiertuch und typische handelsübliche Papierhandtücher haben im Allgemeinen Feucht-Rückfederungsverhältnisse von weniger als 0,7, WCB-Werte von weniger als 6, und LER-Werte von weniger als 0,7. Ebenso tendieren solche Materialien dazu, Werte der Durchlässigkeit in der Ebene von unter 0,4 × 10^–10 aufzuweisen.
Beispiele 11 und 12
Für die Beispiele 11 und 12 wurde die Gewebeseite der Rohlage des Beispiels 1 mit Haftsprays behandelt, um verstreute hydrophobe Bereiche zu erzeugen, von denen einige mit hydrophobem Puder weiterbehandelt wurden. Für Beispiel 11 wurde eine Spraydose 3M # 72 Haftkleber benutzt, um ungefähr 30% des Flächenbereichs der Rohlage zufällig mit blauem, flexiblem, weichem und gering haftendem Material zu bedecken. Die Klebkraft wurde durch das Berieseln mit einer geringen Menge Lykopodium-Puder (ebenso als Moosspuren bekannt, kommerziell von EM-Sciene, Gibbstown, New Jersey zu beziehen) auf einem Abschnitt der Bahn und Talkumpuder auf einem anderen Abschnitt der Bahn weiter verringert, um wahlweise an dem Haftmittel anzuhaften und die Klebeempfindung zu beseitigen. Nicht anhaftender Puder wurde abgeschüttelt. Das in Beispiel 12 verwendete Spray-Haftmittel war 3M # 90 Haftmittel hoher Stärke, das zufällig und leicht aufgesprüht wurde, um verstreute Stücke von ungefähr 1,27 cm bis 2,2 cm (1/2 bis 1 Inch) Durchmesser zu erhalten, die auf der Oberfläche Haftmittel enthielten. Die Klebkraft wurde, wiederum durch das Rieseln von Talkum- oder Lykopodium-Puder auf verschiedene Abschnitte der Bahn und anschließendes Entfernen von überschüssigem Puder, verringert. Wenn die Bahnen befeuchtet wurden, fühlten sich die hydrophoben Bereiche, die Haftmittel und hydrophobischen Puder enthielten, etwas trockener als die unbehandelten Bereiche an. Die Bereiche des Beispiels 12, die Haftmittel enthielten, waren feststellbar steifer als die sie umgebende Rohlage und würden für viele Produkte ungeeignet sein. Die geringere Viskosität des in dem Beispiel 12 verwendeten Haftmittels resultierte außerdem im Verhältnis zu dem Beispiel 11 in relativ mehr Penetration des Haftmittels in die absorbierende Bahn, so dass die Haftmitteloberflächenstücke des Beispiels 12 leichter erschienen als die sie umgebenden unbehandelten Bereiche, wenn die absorbierende Bahn vollständig mit Wasser befeuchtet wurde.
Beispiel 13
Zusätzlich wurden ungekreppte durchluftgetrocknete Rohlagen gemäß dem Beispiel 2 hergestellt. Das Beispiel 13 unterscheidet sich dadurch, dass sie 10 Pfund Kymene pro Tonne Trockenfaser in dem Faserstoff, 15% Drängungsübertragung aufwiesen und 75% nördliche Weichholz-Kraftfasern und 25% Fichten-BCTMP umfassten. Wie bei Beispiel 2 war die Oberflächenmasse 60 g/m² und das durchluftgetrocknete Gewebe war Lindsay Wire T116-3-Gewebe. Das gemessene Nässe-Rückfederungsverhältnis war 0,839, WCB war 7,5 m³/g und LER war 0,718. Die Durchlässigkeit in der Ebene war 0,845 × 10^–10 m².
Die Rohlagen des Beispiels 13 könnten durch Rakelstreichen der oberen Flächen der Gewebeseite der Rohlage mit einem elastischen, hydrophoben, gering klebenden Schmelzhaftmittel bei erhöhten Temperaturen, unmittelbar gefolgt von Luftlegen feiner synthetischer Fasern mit einer durchschnittlichen Länge von ungefähr 1 mm auf der das Haftmittel enthaltenen Seite der Bahn, gefolgt von leichten Luftstrahlen, um unbefestigte Fasern abzublasen und zurückzuerlangen, als eine Bahn der vorliegenden Erfindung hergestellt werden. Kühlstrahlen können erwünscht sein, um vor dem Aufrollen die Klebrigkeit des Haftmittels zu beseitigen. Das Reduzieren der Klebrigkeit freigelegten Haftmittels kann ebenso durch das Hinzufügen von Partikeln, die in den Luftstrahlen, die auf die behandelte Bahn angewendet werden eingekuppelt sind, erreicht werden, wobei die Partikel Talk, Natriumbicarbonat, Titanoxid, Zinkoxid, diverse Füllstoffe, die in der Technik der Papierherstellung bekannt sind, und dergleichen umfassen können.
Die zuvor genannten Beispiele dienen, um in Bezug auf die Erfindung, bei der das verbesserte Trockenheitsgefühl und andere Eigenschaften durch neue Kombinationen von elastischen texturierten Rohlagen mit hydrophoben Material erreicht werden, mögliche Ansätze darzustellen. Jedoch wird anerkannt werden, dass die zuvor beschriebenen Beispiele lediglich zum Zweck der Darstellung vorgesehen sind und nicht als Begrenzung des Anwendungsbereichs dieser Erfindung, der durch die folgenden Patentansprüche und sämtliche Äquivalente definiert ist, zu betrachten sind.
Beispiel 14
Eine 19,8 g/m² (0,6 osy) Polyethylen-Spinnvliesbahn wurde mit einem Haftmittel auf die Gewebeseite einer 40 g/m² durchluftgetrockneten Bahn, die aus 100% BCTMP-Fichtenfasern besteht und durch Trocknen auf einem Lindsay Wire T-216-3-Gewebe getrocknet ist, laminiert. Ein Streifen einer luftgelegten Zellulosebahn, der mit ungefähr 1% thermoplastischen Fasern, die während des Erwärmens, um den Streifen bei einer konstanten Härte von ungefähr 0,2 g/m³ zu halten, schmolzen, stabilisiert wurde, wurde gefertigt. Der 2,2 cm (1 Inch) breite Streifen wurde unter der ungekreppten Rohlage mit dem befestigten Vliesstoff obenauf angeordnet. Die Flüssigkeitsaufnahme wurde durch das Applizieren von Tropfen eingefärbten Wassers auf die obere Fläche getestet. Das Wasser drang schnell in die Tissue-Rohlage und dann in den luftgelegten Streifen ein, mit dem Ergebnis, dass der Großteil der Flüssigkeit durch das luftgelegte Material gehalten wurde. Wenn die eingefärbten Wassertropfen ohne ein unterliegendes luftgelegtes Absorptionsmittel auf die laminierte Bahn appliziert wurden, verbreitete sich die Flüssigkeit über einen viel größeren Bereich in der Rohlage als wenn der luftgelegte Streifen vorhanden war.
Eine Mischung aus ungefähr gleichen Teilen von Eiweiß und Wasser, der geringfügig kommerzielle Lebensmittelfarbe zugesetzt wurde, wurde gefertigt, um die Aufnahme von viskoelastischen Flüssigkeiten, wie zum Beispiel von Schleim oder Menses zu simulieren. Die Lösung wurde vorsichtig aufgerührt, um eine gleichförmige Konsistenz zu erreichen. Die Lösung wurde dann als Tropfen von ungefähr 0,3 ml bis ungefähr 1 ml auf die Oberfläche des Aufnahmematerials mit dem luftgelegten Streifen darunter appliziert. Die Aufnahme erschien sehr langsam oder sogar vollständig durch das Vliesmaterial verhindert. Die Spitze einer Messerklinge wurde dann benutzt, um einen sehr kleinen Teil von der Vliesstoffbahn abzukratzen, was in einer Öffnung von ungefähr 0,2 mm Breite und 2 mm Länge resultierte. Ein Tropfen der Eiweißlösung, der in die Öffnung appliziert wurde, drang innerhalb einiger Sekunden, wesentlich schneller als ohne die Öffnung, in die hydrophile Schicht ein, jedoch noch immer langsamer als das weniger viskose und nicht viskoelastische eingefärbte Wasser.
Beispiel 15
Um bei der vorliegenden Erfindung das Potenzial von Vliesstoffen mit Öffnungen zu demonstrieren, wurde drei Polyethylen-Spinnvliesbahnen erworben, die Oberflächenmassen von 13,2 g/m², 19,8 g/m² und 38,4 g/m² (0,4, 0,6 und 0,8 Unzen pro Quadrat-Yard) aufwiesen. Die Bahnen wurden unter Verwendung einer Walzenvorrichtung zur Doppellochung mit Lochungen versehen. In den Löchern von gewölbten Metallplatten wurden Mettallstifte befestigt, die auf dem Mittelabschnitt einer oberen Walze schraubverbunden werden konnten. Passende Metallplatten mit Löchern, die auf der unteren Walze befestigt waren, nahmen den oberen konischen Teil der Stifte in der oberen Rolle auf. Zwei verschiedene Stiftdurchmesser, 0,277 cm (0,109 Inch) und 0,47 cm (0,187 Inch) wurden verwendet. Die Löcher zum Aufnehmen und Halten der Stifte wurden in einem bilateral versetzten Gitter angeordnet. Die Stifte von 0,47 cm (0,187 Inch) wurden über einen zwei Inch breiten Streifen um die obere Walze herum in jedem Loch in dem Feld platziert. Die Stifte von 0,47 cm (0,187 Inch) wurden auf diese Art und Weise in Intervallen von ungefähr 0,5 cm (0,25 Inch) entlang jeder Reihe von Mittelpunkt-zu-Mittelpunkt beabstandet. Die Stifte von 0,277 cm (0,109 Inch) wurden über einen 10,16 cm (4 Inch) breiten Streifen von bilateral versetzen Löchern voneinander beabstandet, wobei nur in die alternierenden Reihen Stifte gesetzt wurden und bei jeder Reihe, die Stifte enthielt, nur in jedes zweite Loch dieser Reihe Stifte geladen wurden. Mit 11 Stiften in jeder 10,16 cm (4 Inch) breiten Reihe, sind die geladenen Stifte von 0,277 cm (0,109 Inch) von Mittelpunkt zu Mittelpunkt ungefähr 1,02 cm (0,4 Inch) voneinander beabstandet. Um die Qualität des Lochens zu verbessern, wird die obere, die Stifte enthaltende Walze, auf ungefähr 200°F erwärmt und die untere Walze, die die Vliesstoffbahn kontaktiert, wird auf 150°F erwärmt. Dies sind Temperaturen, die im Walzeninneren gemessen werden. Unter Verwendung von Oberflächenthermoelementen wurde die Oberflächentemperatur der oberen Walze mit 150°F bis 158°F gemessen. Unter Verwendung zuerst der Stifte von 0,277 cm (0,109 Inch) wurde die Lochvorrichtung bei 50 fpm betrieben und verwendet, um die Längen des Polyethylen-Spinnvliesmaterials mit Oberflächenmassen von 13,2 g/m², 19,8 g/m² und 26,4 g/m² (0,4, 0,6 und 0,8 osy [Unze pro Quadrat-Yard]) mit Öffnungen zu versehen. Dann wurden die die Stifte enthaltenden Platten gewechselt, um das Lochen mit den Stiften von 0,47 cm (0,187 Inch) Durchmesser ebenso bei 50 fpm zu ermöglichen und alle drei Spinnvliesmaterialien wurden mit Öffnungen versehen. Die mit Öffnungen versehene Vliesstoffbahn erschien weich und zur Verwendung als ein Damenpflegematerial geeignet.
Anschließend wurden Proben der Vliesstoffbahn geschnitten und auf Abschnitten von ungekrepptem durchgetrocknetem Material, gefertigt gemäß Wendt u. a., zuvor hierin durch Bezugnahme einbezogen, und auf einem dreidimensionales durchgetrocknetes Gewebe von Lindsay-Wire gemäß Wendt u. a. und Chiu u. a., ebenso durch Bezugnahme zuvor hierin einbezogen, texturiert, angeordnet.
Obwohl zu einem Zeitpunkt ein druckempfindliches 3M-Spray-Haftmittel verwendet wurde, um die Tissue-Rohlage und die Vliesstoffbahn zu verbinden, wurde das Verbinden des mit Lochungen versehenen Vliesstoffes mit der texturierten ungekreppten Tissue- Bahn durch eine natürliche mechanische Affinität der Tissue-Oberfläche mit der mit vielen Schlingen versehenen Vliesstoffoberfläche vereinfacht. Offensichtlich ermöglicht der Eingriff von Fibrillen dem Vliesstoff ein angemessenes Anhaften, jedoch wird bevorzugt, durch eine Haftmittelverbindung, durch Ultralschall-Bonding, Thermo-Bonding und dergleichen eine enger verbundene Struktur zu erzeugen.
Beispiel 16
Zusammengesetzte Oberlagenstrukturen wurden durch Anhaften der mit Öffnungen versehenen Bahn des Beispiels 15 an texturierte, ungekreppte, durchluftgetrocknete Rohlagen, gleich denen, die in den Beispielen 1 bis 10 beschrieben wurden, gefertigt. Die Anhaftung wurde durch ein spezielles Haftmittelübertragungspapier, das aus einem beschichteten Trennpapier besteht, das mit Punkten von Haftmittel bedruckt ist, so dass die Punkte durch das Anlegen von leichtem Druck auf andere Oberflächen übertragen werden können, erreicht. Ein Heißschmelzhaftmittel, National Starch #560/075990, mit einem New-England-Trommelsieb 40-NERO-SF0001 mittels Siebdruck auf ein beschichtetes Trennpapier gedruckt, wurde verwendet. Um eine mit Öffnungen versehene Vliesstoffbahn mit dem texturierten Tissue-Papier zu verbinden, wurde das Haftmittelübertragungspapier mit den Haftmittelpunkten in Kontakt mit dem texturierten Tissue angeordnet und dann mit einer Gummiwalze, bei einer Last von geringer als 0,5 Pfund pro Linearinch leicht angedrückt, so dass die Bahn im Wesentlichen nicht durch die Walze planiert wurde und so, dass die Haftmittelpunkte an den erhöhtesten Stellen der Bahn übertragen wurden. Die mit Öffnungen versehene Vliesstoffbahn wurde dann über das Tissue gelegt. Beim Platzieren der Vliessstoffbahn auf der Tissue-Bahn war die Seite der Vliesstoffbahn, die in Kontakt mit dem Zellstoff war, die Seite, die während des Prozesses des Lochens durch die Stifte der Walze, die die Stifte hielt, abgewandt war. Diese dem Zellstoff zugewandte Seite der Vliesstoffbahn hat, um jede der Öffnungen herum, wo der Stift während des Prozesses des Lochens durch die Stifte einiges Polyolefin-Material nach außen gezwungen hat, Vorsprünge. In einigen Fällen kann es vorzuziehen sein, dass sich solche Vorsprünge primär in niedergedrückten Bereichen der unterliegenden Tissue-Bahn befinden, um eine nahezu kontinuierliche Materialbrücke von der dem Körper zugewandten Seite der Vliesstoffbahn zu der Zellstoffoberfläche zu bilden, so dass die Flüssigkeit keine signifikanten Grenzflächenlücken zwischen den zwei oder mehreren Schichten der Oberlage durchqueren muss.
Für diese Beispiele wurden nur 0,4 osy Spinnvliesbahnrohlagen verwendet. Die Rohlagen waren alle ungeschichtete, ungekreppte, durchluftgetrocknete Tissue-Bahnen, die gemäß den in den Beispielen 1–10 angegebenen Prinzipien hergestellt wurden, mit Ausnahme, dass die Oberflächenmasse, der Fasertyp, die Drängungsübertragung und die Gewebearten variiert wurden. „Hohe Textur" bezieht sich auf Bahnen, die mit ungefähr 30% Rush-Transfer auf einem Lindsay-Wire T-116-3 als dem Transfergewebe, gefolgt vom Durchtrocknen auf einen T-216-3-Gewebe gefertigt wurden. Das „flache" Tissue wurde auf einem herkömmlichen, flachen Durchtrocknungsgewebe ohne hohe Oberflächentiefe durchgetrocknet. „Mittlere Textur bezieht sich auf Bahnen, die mit 8% Rush-Transfer auf einem Lindsy-Wire T-216-3-Gewebe als dem Transfergewebe, gefolgt von Durchtrocknen auf einem Lindsy-Wire T-116-Gewebe, gefertigt wurden. Allen Bahnen wurden für die Nassfestigkeit ungefähr 20 Pfund Kymene pro Tonne Faser zugesetzt. Die folgende Kombinationen von Vliesstoffen und Rohlagen wurden getestet.
Tabelle 3 Zusammensetzungen die auf Aufnahme getestet wurde
In einigen Fällen wurde das Deckmaterial mit einer dünnen absorbierenden Schicht, die aus einem weiteren ungekreppten, durchluftgetrockneten Blatt oder einem luftgelegten Streifen bestand, kombiniert.
Abs. A: eine 100% BCTMP-Bahn hoher Textur (Probe 1 der Tabelle 3)
Abs. B: eine „flache" 100% BCTMP-Bahn (Probe 4 der Tabelle 3)
Abs. C: eine 100% BCTMP-Bahn, ungekreppt, durchgetrocknet auf einem Lindsay-Wire 134-10-Gewebe
Abs. D: eine Bahn „mittlerer Textur", die gebleichtes Weichholz enthält (Probe 6 der Tabelle 3)
Bei einigen Tests wurde zusätzlich auch der luftgelegte Streifen des Beispiels 14 mit einer Oberflächenmasse von ungefähr 200 g/m² benutzt. Die absorbierende Schicht wurde einfach neben der gemischten Decklage angeordnet und wurde mechanisch oder mittels Haftmittel verbunden. In einigen Fällen können leichte Haftmittel erwünscht sein, um die Decklage auf dem absorbierenden Kern zu halten.
Um zu demonstrieren, dass die gelochten Bahnen des Beispiels 15 zum Aufnehmen der Menses geeignet sind, wurde ein einfaches Menses-Simulat verwendet. Das Simulat war eine 50 : 50-Mischung aus frischem Eiweiß und Wasser mit zugesetzten flüchtigen Farbstoffen. Die Mischung wurde durch das Trennen der Eiweiße von den Eigelben von zwei großen Eiern (Sparboe Farms, Lichfield, Minnesota), die aus der Kühlung entfernt wurden und für sechs Stunden in einem Raum mit einer Temperatur von ungefähr 72°F platziert wurden, gefertigt. Das Gewicht des Eiweißes war 60,0 g. In einem 250-ml-Becher wurde dem Eiweiß 60 g entionisiertes Wasser hinzugefügt und mit einem Laborspatel für ungefähr 3 Minuten stark umgerührt, wobei darauf geachtet wurde Schaumbildung zu vermeiden. Die resultierende Mischung erschien leicht trübe und zeigte in der Flüssigkeit noch immer Zeichen von proteinösen Strängen, die anderen Teilen der Lösung gegenüber eine unterschiedliche Brechzahl aufwiesen. Die Farbstofflösung wurde durch das Hinzufügen von 40 ml Versatint Purple II (Milliken Chemical, Inman, South Carolina) zu 1000 ml entionisierten Wasser hergestellt.
Die eingefärbte Eiweißlösung wurde mit einer Eppendorf-Pipette auf die Oberfläche des zusammengesetzten Oberlagenmaterials appliziert, um 0,5 ml Tröpfchen aufzubringen. Die Tröpfchen wurden in Intervallen von 3 Sekunden auf die obere Fläche der Oberlage aufgebracht, wobei darauf geachtet wurde, dass die Tropfen behutsam und reibungslos aufgebracht wurden. Anfänglich nahmen die Tropfen eine Kugelform an, blieben als eine abgeflachte Kugel von mehreren Millimeter Durchmesser breit genug, um auf der nichtfeuchten Oberfläche an wenigstens einer Öffnung einzugreifen, typischerweise unabhängig davon, wo der Tropfen appliziert wurde. Anschließend wurde visuelles Beo bachten benutzt, um die Zeit für das Eintreten der Dochtwirkung auf der Ebene der unterliegenden Rohlage und die weitere Zeit nach dem Einsetzen der Dochtwirkung, bis der Tropfen im Wesentlichen von der Oberfläche der Vliesstoffbahn entfernt war, so dass über der Ebene der Vliesstoffbahn tatsächlich keine Restflüssigkeit bemerkbar erhöht verblieb, zu bestimmen.
Beim zweiten Mal ist die Dochtwirkungszeit die Zeit für das im Wesentlichen Ausbleiben des Tropfens der Flüssigkeit auf die Vliesstoffbahn. Die Summe der beiden Zeiten ist die „Aufnahmezeit". Die Ergebnisse für mehrere Versuche werden in der Tabelle 4 gezeigt. Die besten Resultate wurden erzielt, je größer die Stiftöffnungen waren. Bei den kleineren Öffnungen können die hydrophoben Fasern an dem Vorsprung auf der Rückseite der Bahn, der während des Lochens gebildet wurde, abgeflacht werden, so dass die Öffnungen während der Befestigung an der ungekreppten Tissue-Bahn teilweise geschlossen werden.
Es wird angenommen, dass die Aufnahmeraten durch das Erhöhen des freigelegten Bereichs der Rohlage signifikant erhöht werden können.
Durch das Applizieren der Tropfen der Eiweißlösung direkt auf BCTMP und ungekreppte Lagen gebleichten Weichholzes wurde beobachtet, dass BCTMP, wegen der offeneren Porenstruktur von BTCMP, offensichtlich eine schnellere Aufnahme bietet. Verdichtete luftgelegte Streifen mit einer Dichte von ungefähr 0,2 m³/g ergaben ebenso eine schnelle Aufnahme der Lösung.
Beispiel 17
In diesem Beispiel kann die Fähigkeit der vorliegenden Erfindung gegenüber gelochten Schichten als eine Verbesserung zu dienen dargestellt werden, wobei eine feuchte hydrophile Rohlage mit einer nicht ebenen gelochten Struktur versehen wird und dann drucklos getrocknet wird, um hohe Nassfestigkeit zu erreichen, gefolgt von Drucken oder Beschichten mit hydrophoben Materialien auf die erhöhtesten Bereiche der Seite der Bahn, die mit dem Körper in Kontakt ist, was in einem zusammengesetzten Material mit wasserbindenden Öffnungen und einer wasserbindenden Oberfläche resultiert. Im Einzelnen wurde eine weiche, flexible Bahn mit einer Oberflächenmasse von ungefähr 10 g/m² bis zu ungefähr 100 g/m², bevorzugter von ungefähr 20 g/m² bis zu ungefähr 50 g/m², während der Herstellung gelocht, bevor die Bahn auf ungefähr 60% Feststoffgehalt und bevorzugter bis auf ungefähr 40% Feststoffgehalt getrocknet wurde. Die Bahn kann vor dem Lochen relativ eben oder texturiert sein. Das Lochen kann durch Vorsprünge auf einer Walze ausgeführt werden, die mit der Körperseite der Bahn in Kontakt ist, während die Bahn auf einer Oberfläche bleibt, die passende Vertiefungen aufweist, so dass das Ineinandergreifen der Vorsprünge und der Vertiefungen Öffnungen verursacht, die von der den Körper kontaktierenden Seite der Bahn abfallen, um eine nicht ebene, dreidimensionale Topografie in den Bereichen der Bahn, die an die Öffnungen mit einer z-Richtung-Faserausrichtung angrenzen, zu erzeugen. Die Öffnungen in der Rohlage können ebenso durch Nadelung, Prägeperforierung, Stanzen oder durch Druckluft erzeugt werden. Druckluft kann verwendet werden, wenn die Bahn auf einem perforierten, anderweitig jedoch gering durchlässigem Träger angeordnet wird. Die weiche, feuchte Bahn, die auf einer perforierten Oberfläche bleibt, ermöglicht dem Luftdruck zu verursachen, dass Faserteile über den Öffnungen abgelenkt werden und von der Ebene der Bahn abbrechen, um teilweise in der z-Richtung abzufallen. Nachdem die 3-D-Öffnungen in dem feuchten Zustand erzeugt werden, sollte die Bahn vollständig getrocknet werden ohne den perforierten oder gelochten Zustand, den sie erreicht hat, im Wesentlichen zu stören. Die Struktur der Bahn wird dann eine Feuchteelastizität aufweisen, insbesondere wenn Niedrigausbeute-Fasern oder Nassfestigkeitszusätze verwendet werden. Im Ergebnis ist die Rohlage mit Öffnungen versehen und die untere Oberfläche der Rohlage ist mit fasrigen Vorsprüngen, die von der Rohlage angrenzend an die Öffnungen abfallen und die die Öffnungen umschließen oder teilweise umschließen können und Wasser bindende Öffnungswände bilden, versehen. Die Vorsprünge oder Öffnungswände weisen auf Grund dessen, dass sie im dreidimensionalen Zustand getrocknet werden, ebenso eine gute Feuchteelastizität oder eine Neigung, die Form und die Richtung in der sie getrocknet wurden, selbst wenn sie befeuchtet werden, aufrechtzuerhalten, auf, dies insbesondere dann, wenn während der Herstellung der Bahn Hochausbeute-Fasern oder Nassfestigkeitsmittel verwendet wurden. Vorzugsweise weisen die Öffnungen eine Aussparung von wenigstens 15% und bevorzugter von wenigstens 30% auf und haben vorzugsweise einen charakteristischen oder effektiven Durchmesser von ungefähr 0,2 mm bis zu ungefähr 4 mm, speziell von ungefähr 0,3 mm bis zu 2 mm und spezieller von 0,5 mm oder größer.
Nach dem drucklosen Trocknen wird die den Körpert kontaktierende Seite der Bahn (die Seite, die den abfallenden Seiten der Öffnungen abgewandt ist) mit hydrophoben Material behandelt. Das Material kann durch nicht zusammenhängende Tropfen oder genau beabstandete Bereiche auf die Bahn gedruckt werden. Alternativ kann die Bahn beschichtet werden oder durch eine glatte Druckoberfläche mit einer Schicht aus hydrophoben Material in dem geschmolzenen, flüssigen oder breiigen Zustand bedruckt werden. Besonders können Wachse oder Mischungen von Wachsen, Öl und opazitätserhöhenden Mitteln bevorzugt werden. Die sich daraus ergebende Struktur hat Wasser bindende erhöhte Bereiche, während die Wände der Öffnungen, die von dem hydrophoben Material weg abfallen, noch immer Wasser bindend sind. Das Wasser bindende Material wird eng mit der Oberfläche der Wasser bindenden Bahn verbunden. Weil die Rohlage strukturelle Integrität bereitstellt, kann das Wasser bindende Material kontinuierlich, jedoch weich oder diskontinuierlich sein und generell wird nicht erwartet, dass es von der Rohlage entfernt werden kann, ohne ernsthaft beschädigt zu werden oder zu zerfallen.
Die unterliegende Rohlage stellt eine ausgezeichnete Saugfähigkeit bereit und stellt wie herkömmlich gelochte Schichten Kanäle für den Strom direkt zu dem absorbierenden Kern bereit. Jedoch werden die Dochtwirkung in der Ebene und die Strömungskanäle unter der Rohlage gute Flüssigkeitsbehandlung und Absorptionsfähigkeit bereitstellen.

Claims

Saugfähige Bahn umfassend: eine inhärent hydrophile Rohlage (1) mit einem spezifischen Feuchtvolumen unter Druck von etwa 5 cm³/g oder größer, wobei die Rohlage Papierfasern umfasst und eine obere Fläche und eine untere Fläche hat, wobei die obere Fläche erhöhte (3) und vertiefte (4) Bereiche hat; dadurch gekennzeichnet, dass die Bahn ferner hydrophobes Material umfasst, das nur auf den erhöhten Bereichen der oberen Fläche der Rohlage aufgebracht ist.
Saugfähige Bahn nach Anspruch 1, wobei etwa 40% bis etwa 90% des Oberflächenbereichs der Rohlage im Wesentlichen hydrophil bleibt.
Saugfähige Bahn nach Anspruch 1 oder 2, wobei etwa 50% bis etwa 90% des Oberflächenbereichs der Rohlage im Wesentlichen hydrophil bleibt.
Saugfähige Bahn nach Anspruch 1, wobei die Rohlage eine nass aufgebrachte Papiertuchschicht ist.
Saugfähige Bahn nach Anspruch 1, wobei die Rohlage eine im Luftstrom aufgebrachte Struktur ist.
Saugfähige Bahn nach einem vorhergehenden Anspruch, die ferner durch ein Feucht-Rückfederungsverhältnis von etwa 0,7 oder größer gekennzeichnet ist.
Saugfähige Bahn nach einem vorhergehenden Anspruch, die ferner durch einen Neubefeuchtungswert von etwa 1 g oder weniger gekennzeichnet ist.
Saugfähige Bahn nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei die obere Fläche der Rohlage im nicht kalandrierten und nicht gekreppten Zustand eine Oberflächengesamttiefe von 0,2 mm oder größer hat.
Saugfähige Bahn nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei die Rohlage eine Oberflächengesamttiefe von etwa 0,2 mm oder größer und eine Durchlässigkeit in der Ebene von wenigstens 0,5 × 10^–10 m² hat.
Saugfähige Bahn nach einem vorhergehenden Anspruch, die ferner durch einen Neubefeuchtungswert von etwa 0,65 g oder weniger und durch einen normierten Neubefeuchtungswert von etwa 0,6 oder weniger gekennzeichnet ist.
Saugfähige Bahn nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei die Rohlage ein spezifisches Feuchtvolumen unter Druck von wenigstens 6 cm³/g hat.
Saugfähige Bahn nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei das hydrophobe Material Kunstfasern umfasst, die fest mit der oberen Fläche der Rohlage verbunden sind, so dass etwa 50% oder weniger des Oberflächenbereichs der Rohlage mit Kunstfasern bedeckt ist.
Saugfähige Bahn nach einem vorhergehenden Anspruch, die ferner ein hydrophobes Material auf einem Abschnitt der unteren Fläche der Rohlage umfasst.
Saugfähige Bahn nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei die Rohlage ein Feucht : Trocken-Zerreißverhältnis von wenigstens 0,1 hat.
Saugfähige Bahn nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei die Rohlage ein Minimalverhältnis der Trockenzugfestigkeit zur Flächenmasse von etwa 1 g/g/m² hat.
Saugfähige Bahn nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei die erhöhten Bereiche von 0,775 bis 46,50 Vorsprünge pro cm² (5 bis 300 Vorsprünge pro Quadratzoll) mit einer charakteristischen Höhe von wenigstens 0,2 mm in Bezug auf die vertieften Bereiche umfassen.
Saugfähige Bahn nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei wenigstens 30% der oberen Fläche der Rohlage im Wesentlichen frei von hydrophobem Material bleibt und wobei die Bahn einen Neubefeuchtungswert von 0,6 g oder weniger hat.
Saugfähige Bahn nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei sich im Wesentlichen das gesamte hydrophobe Material über der 50%-Material-Trennlinie eines charakteristischen Querschnitts der Bahn befindet.
Saugfähige Bahn nach einem vorhergehenden Anspruch, die ferner Superabsorberpartikel umfasst, die mit der Rohlage verbunden sind.
Saugfähige Bahn nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei die Bahn, während sie trocken ist, eine Oberflächengesamttiefe von etwa 0,2 mm oder weniger hat und eine Oberflächengesamttiefe von etwa 0,3 mm oder größer hat, wenn sie bis zu einem Feuchtigkeitsgehalt von 100% durchfeucht ist.
Saugfähige Bahn nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei das hydrophobe Material nicht zusammenhängend ist.
Saugfähige Bahn nach einem der Ansprüche 1 bis 20, wobei das hydrophobe Material zusammenhängend ist.
Saugfähige Bahn nach Anspruch 22, wobei das hydrophobe Material ein im Wesentlichen zusammenhängendes Geflecht aus hydrophoben Fasern umfasst.
Saugfähige Bahn nach Anspruch 23, wobei das Geflecht aus hydrophoben Fasern eine Mehrzahl von makroskopischen Öffnungen hat und so mit der oberen Fläche der Rohlage verbunden ist, dass ein Abschnitt der vertieften Bereiche der Rohlage auf Öffnungen im darüber liegenden Geflecht aus hydrophoben Fasern ausgerichtet ist, um zu ermöglichen, dass Körperausscheidungen durch die makroskopischen Öffnungen in die Rohlage gelangen.
Saugfähige Bahn nach Anspruch 24, wobei das Geflecht aus hydrophoben Fasern eine Mehrzahl von makroskopischen Öffnungen mit einer charakteristischen Breite von etwa 0,2 mm oder größer umfasst.
Saugfähige Bahn nach einem der Ansprüche 23 bis 25, wobei das Geflecht aus hydrophoben Fasern eine gelochte zusammenhängende Bahn aus hydrophobem nicht gewebtem Material umfasst.
Saugfähige Bahn nach Anspruch 26, wobei das nicht gewebte Material eine hydroverfilzte Bahn aus Kunstfasern umfasst.
Saugfähige Bahn nach einem der Ansprüche 24 bis 27, wobei die Rohlage ferner durch ein Feucht : Trocken-Zugfestigkeitsverhältnis von wenigstens etwa 0,1 oder größer und durch ein Feucht-Rückfederungsverhältnis von etwa 0,55 oder größer gekennzeichnet ist.
Saugfähige Bahn nach einem der Ansprüche 24 bis 28, die ferner durch einen Neubefeuchtungswert von etwa 0,65 g oder weniger und durch einen normierten Neubefeuchtungswert von etwa 0,6 oder weniger gekennzeichnet ist, wobei die Rohlage ferner etwa 20 Gew.-% oder mehr Hochausbeute-Zellstofffasern umfasst.
Saugfähige Bahn nach einem der Ansprüche 24 bis 29, wobei die Oberflächenmasse des hydrophoben Materials etwa 1 bis etwa 10 g/m² beträgt und wobei die Rohlage eine Flächenmasse von etwa 10 bis etwa 70 g/m² hat.
Saugfähige Bahn nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei die Rohlage ferner Öffnungen umfasst und wobei die untere Fläche der Rohlage ferner feuchtelastische Vorsprünge umfasst, die den Öffnungen benachbart sind.
Saugfähige Bahn nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei die Rohlage eine dreidimensional durchgetrocknete Schicht umfasst.
Kalandriertes Händehandtuch, das die Bahn eines vorhergehenden Anspruchs umfasst.
Aufnahmematerial für einen saugfähigen Artikel, das die saugfähige Bahn nach einem der Ansprüche 1 bis 32 umfasst.
Saugfähiger Artikel, der die saugfähige Bahn nach einem der Ansprüche 1 bis 32 umfasst.
Saugfähiger Artikel nach Anspruch 35, der ferner eine Körperseiteneinlage umfasst.
Saugfähiger Artikel nach Anspruch 35 oder 36, der ferner einen saugfähigen Zellulosekern umfasst, und wobei die Rohlage den saugfähigen Kern überlagert, wobei die untere Fläche der Rohlage zum saugfähigen Kern zeigt.
Saugfähiger Artikel, der das Aufnahmematerial nach Anspruch 34 und ein verdichtetes saugfähiges Material benachbart der unteren Fläche der Rohlage umfasst, wobei das verdichtete saugfähige Material eine Dichte hat, die größer als die Dichte der Rohlage ist.
Saugfähiger Artikel nach einem der Ansprüche 35 bis 38, der ferner eine flüssigkeitsundurchlässige Rückseite umfasst.
Verfahren zur Herstellung einer saugfähigen Bahn, die sich trocken anfühlt, wenn sie feucht ist, das die folgenden Schritte umfasst: a) Herstellen einer inhärent hydrophilen Rohlage (1), die ein spezifisches Feuchtvolumen unter Druck von etwa 5 cm³/g oder größer hat, wobei die Rohlage Papierfasern umfasst und eine obere Fläche und eine untere Fläche hat, wobei die obere Fläche erhöhte (3) und vertiefte (4) Bereiche hat; dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren umfasst: b) Absetzen des hydrophoben Materials nur auf den erhöhten Bereichen der oberen Fläche der Rohlage.
Verfahren nach Anspruch 40, wobei der Schritt des Herstellens der Rohlage die Schritte des Absetzens eines wässrigen Schlamms aus Papierfasern auf einer löchrigen Bahn, um eine embryonische Bahn zu erzeugen, und des Gießens der Bahn auf ein dreidimensionales Substrat sowie des Trocknens der Bahn umfasst.
Verfahren nach Anspruch 40 oder 41, wobei die Rohlage eine feuchtelastische Zelluloserohlage ist und die erhöhten und vertieften Bereiche eine Oberflächengesamttiefe von wenigstens 0,2 mm haben.
Verfahren nach einem der Ansprüche 40 bis 42, wobei Schritt b) ferner die Schritte des integrierenden Befestigens einer zusammenhängenden, faserförmigen nicht gewebten Bahn, die eine Mehrzahl von Öffnungen hat, auf der oberen Fläche der Rohlage umfasst, so dass ein Abschnitt der Öffnungen die vertieften Bereichen der Rohlage überlagert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 40 bis 43, das ferner die Schritte des Verbindens der unteren Fläche der Rohlage mit einem saugfähigen Kern und einer undurchlässigen Bahn umfasst, so dass der saugfähige Kern zwischen der undurchlässigen Bahn und der Rohlage eingeschoben ist, um einen saugfähigen Artikel zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 40, wobei Schritt a) ferner die Schritte des Bildens einer embryonischen Papierbahn aus einem wässrigen Schlamm aus Papierfasern; des Durchtrocknens der embryonischen Papierbahn auf einem dreidimensional durchtrocknenden Gewebe, das ein Muster von erhöhten und vertieften Bereichen hat; und des Beendens der Trocknung der Bahn umfasst; und wobei Schritt b) ferner die Schritte des Lochens einer hydrophoben nicht gewebten Bahn mittels Hydroverfilzen, wobei die nicht gewebte Bahn ein Trägergewebe überlagert, das im Wesentlichen dasselbe Muster von erhöhten und vertieften Bereichen wie das durchtrocknende Gewebe hat; und des Verbindens der gelochten nicht gewebten Bahn mit der durchgetrockneten Papierbahn umfasst, so dass die Öffnungen (60) der nicht gewebten Bahn im Wesentlichen auf die vertieften Bereiche der durchgetrockneten Papierbahn ausgerichtet sind.
Verwendung des Verfahrens nach Anspruch 45, um ein Aufnahmematerial für einen saugfähigen Artikel herzustellen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 40 bis 46, wobei etwa 40% bis etwa 90% des Oberflächenbereichs der Rohlage im Wesentlichen hydrophil bleibt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 40 bis 47, wobei etwa 50% bis etwa 90% des Oberflächenbereichs der Rohlage im Wesentlichen hydrophil bleibt.