包括耐用親水性採集層的一次性吸收製品的製作方法

2023-05-30 22:11:01

專利名稱：包括耐用親水性採集層的一次性吸收製品的製作方法
技術領域：
本發明涉及包括耐用親水性採集層的一次性吸收製品及其生產方法。
背景技術：
諸如尿布和成人失禁用品之類的一次性吸收製品已為本領域所熟知。這樣的一次性製品收集和保留穿著者沉積在其上的尿液和糞便。
由合成纖維和/或天然纖維製成的無紡織物一般用於吸收製品，例如作為頂片材料或作為採集層。這樣的無紡織物通常是疏水的。然而，對於衛生製品中的許多應用，需要使用親水性無紡材料。因此，必須對無紡織物進行相應的處理。
使無紡織物親水的常用方法是用親水表面活性劑塗敷無紡材料的表面。由於這種塗敷不會在無紡材料和表面活性劑之間產生牢固的化學鍵，因此在使用期間吸收製品被潤溼後，表面活性劑可能會被衝洗掉。當無紡材料塗敷有表面活性劑時，減少液體透溼時間是所期望獲得的效果。液體透溼是指液體通過無紡織物，其中液體透溼時間是指一定量的液體透過無紡材料所花費的時間。然而，由於當塗敷過的無紡織物暴露於液體時表面活性劑被衝洗掉，因此下一次湧流的透溼時間增加。這導致包括這種無紡織物的尿布或其它製品使用期間的性能下降。此外，由於使用了表面活性劑，在液體透溼時間減少的同時，與無紡織物接觸的液體的表面張力減小。這種減小是不可取的，因為它會使尿布中尿液的滲漏增加。
使無紡織物親水的另一種常用方法是採用電暈處理和/或等離子處理。等離子是電離態的氣體，可以通過電離氣體或液體介質獲得。等離子被廣泛用於有機材料和無機材料的處理，來促進多種材料間的粘合。具有低表面能的化學惰性表面的聚合物不能夠用結合劑和粘合劑良好地塗敷。因此，將這些表面進行處理，以使它們能夠與其它基質、塗層、粘合劑和印刷油墨結合。
然而，電暈處理和等離子處理導致處理過的材料在存儲後塗層耐久性低，即親水性隨時間下降。
因此，需要一種無紡材料的親水塗層，該塗層在存儲時耐久、潤溼時不易被衝洗掉，並且使無紡材料在多次暴露於液體時達到液體快速透溼。
發明概述本發明的第一方面提供包括吸收芯的一次性吸收製品，所述吸收芯包括耐用、親水性、流體可透過的採集層，所述採集層包括(a)採集層基質；和(b)塗敷在所述基質上的親水性增強組合物，所述親水性增強組合物包含親水性增強量的納米顆粒，其中所述納米顆粒具有的粒度為約1納米至約750納米。
本發明的第二方面提供製造包括吸收芯的一次性吸收製品的方法，所述吸收芯包括耐用、親水性、流體可透過的採集層，並且所述方法包括以下步驟用親水性增強組合物塗敷採集層基質，該親水性增強組合物包含親水性增強量的納米顆粒，其中納米顆粒的粒度為約1納米至約750納米。
應當理解，在整個說明書中給出的每一限定值將包括所有下限或上限，視具體情況而定，即如同該下限或上限在本文中也有明確表示一樣。在整個說明書中給出的每一範圍將包括包含在該較大數值範圍內的所有較小的範圍，即如同該較小的範圍在本文中也有明確表示一樣。
所有引用文獻的相關部分均引入本文以供參考；任何文獻的引用不可解釋為是對其作為本發明的現有技術的認可。除非另外指明，所有百分比、比率和比例均以重量計，且所有溫度均為攝氏度(℃)。除非另外指明，所有量度均為SI單位。
附圖概述雖然本說明書通過特別指出並清楚地要求保護本發明的權利要求書作出結論，但應該相信通過閱讀下列優選實施方案的說明並結合附圖可更好地理解本發明，其中

圖1為如本發明所述的一次性吸收製品的局部斷面頂部平面視圖。
圖2為圖1的一次性吸收製品的一個可供選擇的實施方案沿2-2的剖面圖。
圖3為圖1的一次性吸收製品的另一個可供選擇的實施方案沿2-2的剖面圖。
圖4為可以用來測量基質的「液體透溼」的透溼板的示意頂視圖。
圖5為圖4的透溼板沿5-5的剖面圖。
圖6為圖4的透溼板沿6-6的剖面透視圖。
發明詳述本文所用術語「塗層」包括完全覆蓋表面或部分表面的塗層(例如，連續塗層，包括在表面上形成薄膜的那些)，也包括只可以部分覆蓋表面的塗層，諸如乾燥後在表面上的覆蓋區內留下縫隙的那些塗層(例如，不連續塗層)。後一種類的塗層可包括，但不限於，表面上覆蓋和未覆蓋的部分及分布的納米顆粒的網狀物，該表面在納米顆粒間可具有空隙。在一些實施方案中，塗層優選在被塗敷的表面上至少形成一層納米顆粒，並且是充分均勻的。然而，當本發明所描述的塗層被描述為應用到表面時，應當理解這些塗層不必應用到或覆蓋整個表面。例如，即使應用塗層只是對部分表面進行改性，該塗層也會被視為應用到表面。
術語「親水的」形容纖維或纖維表面可以被沉積在這些纖維上的含水流體(例如含水體液)所潤溼。親水性和潤溼性典型地根據流體的接觸角和透溼時間(例如穿過無紡織物)所限定。在Robert F.Gould編著的題為「Contactangle，wettability and adhesion」(版權1964)的American Chemical Society的出版物中，對此進行了詳細的討論。當流體與纖維(或其表面)間的接觸角小於90°，或是流體趨於沿纖維表面自發鋪開時(這兩種條件通常共存)，可以說纖維或纖維表面會被流體潤溼(即親水的)。相反，如果接觸角大於90℃並且流體不能沿纖維表面自發鋪開，則纖維或纖維表面被認為是疏水的。
本文所用術語「親水性增強」是指當組合物被塗敷在採集層基質以製造耐用、親水性、流體可透過的採集層時，其能夠產生耐用、親水性、流體可透過的採集層，當依照「測試方法」部分的「透溼測試」和本文進一步所述進行測試時，該採集層對於第一湧流的液體透溼時間少於或等於約6秒，更優選少於或等於約4秒，並且對於測試液體第五湧流的液體透溼時間優選少於或等於約6秒，更優選少於或等於約4秒。
本文所用術語「包括」是指多種組分、成分或步驟可結合應用於實施本發明。因此，術語「包括」為可擴充的並且包括限制性更強的術語「基本上由...組成」和「由...組成」。
本發明的一次性吸收製品包括吸收芯，該吸收芯包括耐用、親水性、流體可透過的採集層。示例性一次性吸收製品的實施例包括，但不限於，尿布、成人失禁製品、訓練短褲、女性衛生墊、緊身短褲襯裡，等等。耐用、親水性、流體可透過的採集層包括採集層基質，該基質已被親水性增強組合物所塗敷。該基質和親水性增強組合物都將在本文更詳細地示例說明。
圖1為一次性吸收製品(具體地講，為尿布20)的平面圖，該尿布是依照本發明吸收製品的優選實施方案。尿布以其平展未收縮狀態(即，沒有彈性引起的收縮)顯示。部分結構被切掉以顯示尿布20的底層結構，尤其是吸收芯10。尿布20的接觸穿著者的部分面向觀察者。圖1中尿布20的底座22包括尿布20的主體。底座22包括外覆蓋件，該外覆蓋件包括液體可透過的頂片24和/或液體不可透過的底片26。底座還可以包括包封在頂片24和底片26之間的吸收芯10的大部分或全部。圖1中的吸收芯10通常設置在頂片24和底片26之間。
對於一體的吸收製品，底座22包括添加其它部件以形成複合尿布結構的尿布的主結構。雖然頂片24、底片26和吸收芯10可以多種熟知的構型組裝，優選的尿布構型通常描述於1996年10月29日授予Buell等人的題為「Disposable Pull-On Pant」的美國專利5,569,234，以及1999年12月21日授予Robles等人的題為「Absorbent Article With Multi-DirectionalExtensible Side Panels」的美國專利6,004,306。
圖1中的頂片24可以是完全或部分彈性化的，或者可以縮短以在頂片24和吸收芯10之間提供空隙空間。包括彈性化的或縮短的頂片的示例性結構更詳細地描述於下列文獻1991年8月6日授予Allen等人的題為「Disposable Absorbent Article Having Elastically Extensible Topsheet」的美國專利5,037,416，以及1993年12月14日授予Freeland等人的題為「Trisection Topsheets for Disposable Absorbent Articles and DisposableAbsorbent Articles Having Such Trisection Topsheets」的美國專利5,269,775。
圖1中的底片26通常是尿布20的部分，該部分與吸收芯10一起放置在底片26和頂片24之間。底片26可與頂片24接合。底片26防止滲出物(吸收芯10所吸收並包含在制品20內)弄髒可能與尿布20接觸的諸如床單和內衣的其它外部製品。在優選的實施方案中，底片26基本上不能透過液體(例如尿液)，並且包括無紡材料和薄塑料薄膜(諸如厚度約0.012mm(0.5mil)至約0.051mm(2.0mils)的熱塑性薄膜)的層壓材料。合適的底片薄膜包括由Tredegar Industries Inc.，Terre Haute，IN製造的，以商品名X15306、X10962和X10964銷售的那些產品。其它合適的底片材料可包括使蒸汽能夠從尿布20逸出，同時還可防止滲出物穿過底片26的透氣材料。示例性的透氣材料可包括諸如織網、無紡織網之類的材料、諸如膜包衣的無紡織網之類的複合材料和諸如Mitsui Toatsu Co.，Japan製造的命名為ESPOIR NO和EXXON Chemical Co.，Bay City，TX製造的命名為EXXAIRE之類的微孔薄膜。合適的透氣複合材料包括以名稱HYTREL blend P18-3097購自Clopay Corporation，Cincinnati，OH的共混聚合物。
依照本發明的尿布20可裝設一個可重新閉合的扣緊系統(未示出)，或者可以可供選擇地以緊身襯褲類型的尿布的形式提供。
尿布20還可包括如本領域所知的某些其它特徵(未示出)，包括前耳片和後耳片、可重新閉合的扣緊系統、露劑、腰帽特徵、緊身襯褲類型的尿布、彈性部件等等，以提供較好的貼合性、容納性和美學特性。關於一次性尿布的構造、裝配和多種組分的附加說明性但非限制性的信息可見於授予Buell的美國專利3,860,003、授予Buell的美國專利5,151,092、授予Buell的美國專利5,221,274、1996年9月10日授予Roe等人的美國專利5,554,145、授予Buell等人的美國專利5,569,234、授予Nease等人的美國專利5,580,411、授予Robles等人的美國專利6,004,306、授予LaVon等人的美國專利5,938,648、授予Curro的美國專利5,865,823、授予Dobrin等人的美國專利5,571,096、授予Chappell等人的美國專利5,518,801、授予Minetola等人的美國專利4,573,986、授予Thompson的美國專利3,929,135、授予Ahr等人的美國專利4,463,045、授予Curro等人的美國專利4,609,518、授予Curro等人的美國專利4,629,643、授予Allen等人的美國專利5,037,416、授予Freeland等人的美國專利5,269,775、授予Weisman等人的美國專利4,610,678、授予Weisman等人的美國專利4,673,402、授予Angstadt的美國專利4,888,231、授予Roe的美國專利5,342,338、授予DesMarais等人的美國專利5,260,345、授予Robertson的美國專利5,026,364、授予Buell的美國專利3,848,594、授予Scripps的美國專利4,846,815、授予Battrell的美國專利4,946,527、授予Robertson等人的美國專利4,963,140、授予Toussant等人的美國專利4,699,622、授予Buell等人的美國專利5,591,152、授予Van Gompel等人的美國專利4,938,753、授予LaVon等人的美國專利5,669,897、授予Aziz等人的美國專利4,808,178、授予Aziz等人的美國專利4,909,803、授予Lawson的美國專利4,695,278和授予Dragoo的美國專利4,795,454、授予Roe的美國專利5,607,760、授予Roe的美國專利5,609,587、授予Roe等人的美國專利5,635,191、授予Roe等人的美國專利5,643,588和授予Roe等人的美國專利5,968,025。
如圖2所示，吸收芯10包括耐用親水的採集層70和存儲層80。存儲層80可包括具有以下特徵的任何吸收材料，該材料通常為可壓縮的、適形的、對穿著者的皮膚無刺激，並能夠吸收和保留液體，例如尿液和其它某些身體排洩物。存儲層80可包括各種各樣的通常用於一次性尿布和其它吸收製品的液體吸收材料，例如粉碎的木漿，這種木漿一般被稱為透氣氈或軟毛。其它合適的吸收材料的實施例包括縐紗纖維素填料、熔噴聚合物(包括共成型的)；化學硬化的、改性的或交聯的纖維素纖維；薄紙(包括薄紙包裹物和薄紙層壓材料)、吸收泡沫、吸收海綿、超吸收聚合物(諸如超吸收纖維)、吸收膠凝材料、或任何其它已知的吸收材料，或材料的混合物。合適的吸收材料的某些組合的實施例為含有吸收劑膠凝材料和/或超吸收聚合物，以及吸收劑膠凝材料和超吸收纖維等等的軟毛。存儲層還可包括少量(典型地少於10％)的非液體吸收材料，諸如粘合劑、蠟、油，等等。
用作吸收組件的示例性吸收結構描述於1989年5月30日授予Alemany等人的題為「High Density Absorbent Members Having LowerDensity and Lower Basis Weight Acquisition Zones」的美國專利4,834,735；和1997年7月22日授予DesMarais等人的題為「Absorbent Foam MaterialsFor Aqueous Fluids Made From high Internal Phase Emulsions Having VeryHigh Water-To-Oil Ratios」的美國專利5,625,222。
圖2為沿2-2的剖面圖，其示出圖1中尿布的吸收芯10的一個可供選擇的實施方案的一部分。在圖2中，吸收芯10包括耐用親水的採集層70。耐用親水的採集層70包括基質，該基質已被包含納米顆粒75的親水性增強組合物所塗敷。基質可為無紡材料、聚合物薄膜或它們的組合。在一個任選實施方案中，採集層70包括為無紡織物的基質，而存儲層80優選地包括化學硬化的、加捻和捲曲的纖維，高表面積纖維和熱塑性粘合纖維的混合物。在另一個優選的實施方案中，採集層70和存儲層80均由優選為親水的無紡材料來提供。採集層70優選與存儲層直接接觸。基質、親水性增強組合物、無紡材料和多孔聚合物薄膜均在本文更加詳細地示例說明。
本發明耐用親水的採集層提供了具有延長的儲藏期限和穿著期限的基質。之前的高能處理趨於具有較短的儲藏期限。即，在消費者購買後至最終使用和丟棄的這段時間，基質會趨向於失去它的親水性。在另一方面，表面活性劑處理(諸如現有技術的那些)經常使基質具有足夠的儲藏期限，但並不具有足夠的穿著期限。即，在與身體流體諸如尿液接觸後，基質會立即開始失去它的親水屬性。這甚至可能導致表面排斥身體流體，即使吸收製品還沒有達到它的全部吸收容量，而該表面是被設計來吸收身體流體的。
當用本發明的親水性增強組合物處理基質後，本發明耐用親水的採集層不再受到這些限制，它將具有長期的儲藏期限和長期的穿著期限，即芯部包裹物的親水屬性基本不會隨時間或在與身體流體例如尿液接觸後失去。
在本發明的一個任選實施方案中，當按照「測試方法」部分的「表面張力的測定試驗」和本文進一步所述進行測試時，耐用親水的採集層具有的衝掉表面張力大於約65mN/m。
在本發明的一個任選實施方案中，耐用親水的採集層為粗梳樹脂粘合的聚對苯二甲酸乙二醇酯無紡材料，或者為包含部分或小片聚對苯二甲酸乙二醇酯的氣流成網無紡材料。這些術語和材料將在本文更加詳細地示例說明。
圖3為沿2-2的剖面圖，其示出圖1中尿布20的一個可供選擇的實施方案的一部分。在圖3中，存儲層80和採集層70被芯部包裹物42圍繞或包封。芯部包裹物42包括基質，例如無紡材料、薄膜以及它們的組合。在本發明的一個任選實施方案中，芯部包裹物可用親水性增強組合物塗敷，這將在本文更加詳細地示例說明。
採集層基質-本發明耐用親水的芯部包裹物包括採集層基質(基質)，該基質已被親水性增強組合物所塗敷。本文所關心的基質可包括任何已知類型的基質包括，但不限於，織物、衣服、紡織品和薄膜。在某些實施方案中，基質可包括一種或多種纖維。纖維被定義為動物的、植物的、礦物的或合成來源的纖細的結構。市售纖維具有的直徑在小於約0.001mm(約0.00004in)至大於約0.2mm(約0.008in)的範圍內變化，並且它們表現為幾種不同的形式短纖維(稱為化學短纖維或短切纖維)、連續單纖維(長絲或單絲)、無捻連續長絲束(絲束)和加捻連續長絲束(紗)。
基質可包括由自然產生的纖維(天然纖維)、由人製成的纖維(合成的或人造的纖維)或它們的組合。天然纖維的實施例包括但不限於諸如羊毛、蠶絲、皮毛和毛髮之類的動物纖維；諸如纖維素、棉花、亞麻、亞麻布和大麻之類的植物纖維；以及某些天然存在的礦物纖維。合成纖維可衍生自天然纖維或非天然纖維。例如，衍生自天然纖維的合成纖維的實施例包括，但不限於，人造絲和溶劑法纖維素短纖維，這兩種纖維均衍生自纖維素。非衍生自天然纖維的合成纖維可衍生自其它天然來源或衍生自礦物來源。衍生自天然來源的示例性合成纖維包括但不限於諸如澱粉之類的多糖。衍生自礦物來源的示例性纖維包括，但不限於，衍生自石油的諸如聚丙烯、聚乙烯纖維之類的聚烯烴纖維，以及諸如玻璃和石棉之類的矽酸鹽纖維。當可能時，合成纖維通常由流體處理方法(例如擠出、拉出或旋轉諸如樹脂或溶液的流體)形成。合成纖維也可以通過固體處理尺寸減小方法(例如，機械切割較大物體諸如整料、薄膜或織物)形成。
可包括全部或部分本發明基質的合適合成纖維的實施例包括，但不限於，尼龍(聚醯胺)、丙烯酸類(聚丙烯腈)、芳族聚醯胺(芳族聚醯胺)、聚烯烴(聚乙烯和聚丙烯)、聚酯、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、天然橡膠、膠乳、氨綸(聚氨酯)以及它們的組合。
包含多於一種重複單元的合成纖維可通過在每個高分子串內(共聚物)、在高分子串間(共混均聚物)或它們的組合(共混共聚物)，在分子水平合併重複單元產生；或者它們可以通過在較高規模水平清晰的納米狀態、用顯微鏡可見的狀態或肉眼可見的狀態，合併重複單元產生(例如多組分纖維)。多組分纖維的每一組分可包含均聚物、共聚物或它們的共混物。雙組分纖維為多組分纖維的常見形式。共聚物中的兩種或多種重複單元可以被隨意排列，或每種以交互嵌段形式排列。不同種類重複單元的嵌段可以在它們各自的末端互相接合(嵌段共聚物)，或在至少一個嵌段的各端之間互相接合(接枝共聚物)。
無紡材料為典型地由纖維製成的呈纖維網型式的一種織物類型。無紡材料描述於1999年Butler I、Batra SK等人所著的Association of theNonwoven Fabrics Industry出版的「Nonwovens Fabrics Handbook」，和Vaughn EA所著的Association of the Nonwoven Fabrics Industry出版的「Nonwoven Fabric Sampler and Technology Reference」。
包括無紡材料的基質可通過直接擠出法形成，期間纖維和無紡材料在約同一時間點形成；或者通過預成形纖維法形成，在纖維成形之後纖維可在明顯的隨後時間點被鋪進無紡材料中。示例性的直接擠出方法包括，但不限於典型地形成多層的紡粘法、熔噴法、溶液紡絲、靜電紡紗，以及它們的組合。示例性「鋪網法」包括溼法成網和幹法成網。示例性幹法成網方法包括但不限於典型地形成多層的氣流成網、粗梳法以及它們的組合。以上方法的組合生產出一般稱為混合物或複合物的無紡材料。示例性組合包括但不限於典型地呈層狀的紡粘-熔噴-紡粘(SMS)、紡粘-梳理(SC)、紡粘-氣流(SA)、熔噴-氣流(MA)以及它們的組合。包括直接擠出在內的組合可在與直接擠出法大致同一時間點進行結合(例如，SA和MA的紡絲成型和共成型)，或者在隨後的時間點進行結合。在以上的實施例中，可通過每種方法產生一個或多個單層。例如，SMS可能意味著三層的「sms」無紡材料、五層的「ssmms」無紡材料，或者它們的任何合理的變化，其中小寫字母表示單個層，大寫字母表示類似的相鄰各層的堆積。
無紡材料中的纖維典型地在某些重疊接合處被接合至一個或多個相鄰的纖維。這包括在每一層內接合纖維，以及存在一層以上時在各層之間接合纖維。纖維可通過機械纏結、通過化學鍵合或者通過它們的組合而接合。
纖維和無紡材料可在形成後經受附加處理。對於無紡材料，附加處理通常在纖維彼此接合之後進行(後處理)。附加處理的實施例包括但不限於機械應力、化學添加劑或它們的組合。
也包括在本發明範圍內的術語「採集層基質」包括兩個或多個基質或網的層壓材料。市售層壓材料或意圖製造的層壓材料也將在本發明的範圍內。此外，基質可以為平坦的或具有紋理的。有紋理的基質和層壓材料的不構成本發明的部分。下列討論是為了製劑的方便，但不旨在限定本文所用的這類基質。
在本發明的一個任選實施方案中，用高能表面處理對基質進行處理。這種高能處理可以在基質用親水性增強組合物塗敷之前或同時進行。高能處理可以為用於提高基質親水性的任何合適的高能處理。合適的高能處理包括，但不限於，電暈放電處理、等離子處理、紫外線輻射、離子束處理、電子束處理以及它們的組合。
提高表面能量的高能表面處理在以下方面有用與納米顆粒聯合它們可以為表面提供長久親水屬性。依次，提高的表面能可以提高基質的可溼性，不用在分散體中使用表面活性劑來達到潤溼。不使用表面活性劑是有益的，理由如前文所討論。在一個非限制性實施例中，電暈處理將瞬時電荷置於含纖維的熱塑性表面上。如前面所討論，部分或全部電荷隨時間而耗散，而且在含纖維的熱塑性表面上維持部分或全部電荷具有普遍的局限性。然而，據發現電暈處理與納米顆粒聯合可以用來將持久的電荷置於材料上，使得隨時間的消逝水持續被吸收入材料。與高能表面處理一起使用納米顆粒可以將此處理的瞬時屬性轉化為更加持久的屬性。在一個非限制性實施例中，電暈處理13克每平方米的疏水的SMS聚丙烯無紡材料，隨後用親水性增強組合物進行處理並且乾燥，顯示可以始終如一地快速透過隨後多次湧流或排洩物。不希望受到理論的約束，電暈處理提高了纖維的表面能。不使用表面活性劑，在電荷消散之前，親水性增強組合物被帶入與纖維表面接觸。較高的表面能使得分散體能夠潤溼纖維表面，比不經電暈處理的可能情況更好。在已潤溼的表面上，納米顆粒會結合表面上的部分或全部電荷，否則該電荷將會瞬時消逝。此結合可以採用範德華交互作用的形式或某種其它交互作用或鍵合的形式。納米顆粒足夠小，使得該聯合足夠強以經受住多次透溼。納米顆粒足夠大，以大體上阻止從氧氣旋轉進入聚合物或阻止散失。
纖維的機械纏結和通過化學鍵合，以及對無紡材料的附加處理(諸如高能處理)的其它說明性的，但非限制性的資料，可見於共同未決的美國公布的專利申請2002/0151634(申請號10/060,708)，提交於2002年1月30日，公布於2002年10月17日，PG檔案號8408M；美國公布的專利申請2002/0192366(申請號10/060,694)，提交於2002年1月30日，公布於2002年12月19日，PG檔案號8837Q；美國公布的專利申請2002/0150678(申請號10/060582)，提交於2002年1月30日，公布於2002年10月17日，PG檔案號8838Q；美國專利申請10/338,603，提交於2003年1月8日，PG檔案號8857；以及美國專利申請10/338,610，提交於2003年1月8日，PG檔案號8858。
因為它們與基質有關的公開內容，以下專利可能被參考1975年1月28日公布的美國專利3,862,472；1976年9月28日公布的美國專利3,982,302；1977年1月25日公布的美國專利4,004,323；1977年11月8日公布的美國專利4,057,669；1978年7月4日公布的美國專利4,097,965、1979年12月4日公布的美國專利4,176,427；1978年12月26日公布的美國專利4,130,915；1979年1月16日公布的美國專利4,135,024；1980年2月26日公布的美國專利4,189,896；1980年6月10日公布的美國專利4,207,367；1981年10月20日公布的美國專利4,296,161；1982年1月25日公布的美國專利4,309,469；1987年7月28日公布的美國專利4,682,942，以及美國專利4,637,859；5,223,096；5,240,562；5,556,509和5,580,423。
親水性增強組合物-本發明的親水性增強組合物包含親水性增強量的納米顆粒。所謂親水性增強量意指存在於親水性增強組合物中的納米顆粒的量足以製造更加親水的基質。這些量很容易由本領域的普通技術人員確定，並且基於許多因素來確定，這些因素包括，但不限於，所用的基質、所用的納米顆粒、耐用親水的採集層所需的親水性、吸收芯所用於的消費品，等等。優選地，納米顆粒存在於親水性增強組合物的含量按所述組合物的重量計為約0.0001％至約20％，優選約0.001％至約15％，並且更優選約0.001％至約10％。
典型地，存在於基質上的親水性增強組合物的量將隨許多因素而變化，這些因素包括，但不限於，所用的基質、所用的納米顆粒、耐用親水的採集層所需的親水性、吸收芯所用於的消費品，等等。優選地，本發明基質上的親水性增強組合物的量將在約0.01克親水性增強組合物每平方米基質(或gsm基質)和約30gsm基質之間，更優選在約0.01gsm基質和約20gsm基質之間，甚至更優選在約0.1gsm基質和約10gsm基質之間。在本發明的一個優選的實施方案中，納米顆粒作為載體中的分散體應用到基質。
納米顆粒為具有的粒度(即直徑)為納米大小級別的顆粒。即，納米顆粒具有的粒度在約1納米至約750納米的範圍內變化。這些顆粒在科技上有重要意義，因為它們用來產生耐用親水的採集層，由於它們的顆粒組分具有很小的尺寸，該採集層具有新型和有用的屬性。粒度在約2納米至約750納米範圍內變化的納米顆粒可以經濟地生產。納米顆粒粒度分布的非限制性實施例為屬於下列範圍的那些約2納米至小於約750納米，可供選擇地約2納米至小於約200納米，並且可供選擇地約2納米至小於約150納米。
納米顆粒的粒度為納米顆粒的最大直徑。
多種納米顆粒的平均粒度可以與納米顆粒的顆粒粒度分布不同。例如，分層的合成矽酸鹽可以具有的平均粒度為約25納米，而它的粒度分布通常可以在約10納米至約40納米之間變化。(應當理解，本文所述粒度是針對分散於含水介質中的顆粒而言，並且平均粒度基於顆粒數目分布的平均值。納米顆粒的非限制性實施例可以包括結晶的或非晶形的顆粒，這些顆粒具有的粒度為約2至約750納米。勃姆石氧化鋁可以具有的平均粒度分布為約2納米至750納米。)當親水性增強組合物存在於基質上時，它將典型地為充分均勻的塗層。當親水性增強組合物乾燥時，例如任何水分蒸發掉，納米顆粒會在基質上聚集在一起形成較大的顆粒，或甚至出現薄膜的樣子，這取決於所用的觀測方法。在任何情況下，包括納米顆粒的親水性增強組合物的應用都為基質提供均勻的塗層。
有機的或無機的納米顆粒都可用於本發明的親水性增強組合物。合適的有機納米顆粒包括但不限於納米膠乳。本發明所用的「納米膠乳」為粒度小於或等於約750納米的膠乳。「膠乳」為水不溶性的聚合物顆粒的膠態分散體，通常呈球狀。納米膠乳可通過乳液聚合作用來形成。「乳液聚合作用」為利用表面活性劑將膠乳分散進水中以形成穩定的乳液，並繼之進行聚合反應的一種方法。所產生顆粒的尺寸範圍為約2納米至約600納米。
雖然有機納米顆粒在本發明的範圍內，但是無機納米顆粒是優選的。無機納米顆粒通常作為氧化物、矽酸鹽、碳酸鹽和氫氧化物存在。某些分層的粘土礦物和無機金屬氧化物可以為納米顆粒的實施例。適用於本發明的層狀粘土礦物包括在綠土、高嶺土、伊利石、亞氯酸、綠坡縷石和混合的層粘土的地質類別中的那些礦物。屬於這些種類的具體粘土的典型實施例為綠土、高嶺土、伊利石、亞氯酸、綠坡縷石和混合的層粘土。例如，綠土包括蒙脫石、膨潤土、葉蠟石、鋰蒙脫石、滑石粉、鋅蒙脫石、囊脫石、滑石、貝得石、鉻高嶺石和蛭石。高嶺土包括高嶺石、地開石、珍珠陶土、葉蛇紋石、蠕陶土、多水高嶺土、indellite和溫石絨。伊利石包括漂雲母、白雲母、鈉雲母、金雲母和黑雲母。亞氯酸包括綠泥間蛭石、葉綠泥石、片矽鋁石、須藤石、葉綠泥石和斜綠泥石。綠坡縷石包括海泡石和polygorskyte。混合的層粘土包括鈉板石和黑雲母蛭石。這些層狀粘土礦物的變體和同構取代體提供了獨特的應用。
層狀粘土礦物可以是天然存在的或是合成的。塗層組合物的一個非限制性實施方案的實施例，使用天然的或合成的鋰蒙脫石、蒙脫石和膨潤土。另一個實施方案使用市售的鋰蒙脫石粘土，並且商業鋰蒙脫石的典型來源為購自Southern Clay Products，Inc.，U.S.A的LAPONITEsTM；購自R.T.Vanderbilt，U.S.A的Veegum Pro and Veegum F；和購自Baroid Division，National Read Comp.U.S.A的Barasyms、Macaloids和Propaloids。
在本發明的一個優選的實施方案中，納米顆粒包括合成的鋰蒙脫石，矽酸鋰鎂。一個這樣合適的矽酸鋰鎂為LAPONITETM，它具有化學式[MgwLixSi8O20OH4-yFy]z-其中w＝3至6，x＝0至3，y＝0至4，z＝12-2w-x，且總的負點陣電荷通過抗衡離子進行平衡；並且其中抗衡離子選自精選的Na+、K+、NH4+、Cs+、Li+、Mg++、Ca++、Ba++、N(CH3)4+，以及它們的混合物。(如果LAPONITETM用陽離子有機化合物進行「改性」，那麼「抗衡離子」會被看作是任何陽離子有機基團(R))。
其它合適的合成鋰蒙脫石包括，但不限於，同晶形取代的LAPONITETM，諸如LAPONITE BTM、LAPONITE STM、LAPONITE XLSTM、LAPONITE RDTM、LAPONITE XLGTM和LAPONITE RDSTM。
納米顆粒也可以為其它無機材料，包括無機氧化物，例如，但不限於，氧化鈦、二氧化矽、氧化鋯、氧化鋁、氧化鎂以及它們的組合。其它合適的無機氧化物包括氧化鋁和二氧化矽的多種無機氧化物。
在本發明的一個優選的實施方案中，納米顆粒包括勃姆石氧化鋁([Al(O)(OH)]n)，它是水可分散的無機金屬氧化物，可以被製備成具有多種粒度或粒度範圍，包括平均粒度分布為約2納米至小於或等於約750納米。例如，商品名為Disperal P2TM的平均粒度分布為約25納米的勃姆石氧化鋁納米顆粒和商品名為Dispal14N4-25的平均粒度分布為約140納米的納米顆粒，可購自North American Sasol，Inc.。
在親水性增強組合物中使用納米顆粒的混合物也在本發明的範圍內。
在本發明的一個優選的實施方案中，納米顆粒選自二氧化鈦、勃姆石氧化鋁、氟矽酸鈉鎂鋰以及它們的組合。
任選成分-本發明的親水性增強組合物也可以包括任選成分，例如載體、表面活性劑和輔助成分。
典型使用在本組合物中的任選成分(當存在時)的含量按所述組合物的重量計為約0.001％至約99.9％，優選約0.01％至約98％，更優選約0.1％至約96％。
合適的載體包括液體、固體和氣體。一個優選的載體為水，所述水可以為蒸餾水、去離子水或自來水。由於水的低成本、實用性、安全性和相容性等特點，水是有用的。
任選地，除了水之外或代替水，載體也可以包括低分子量有機溶劑。優選地，該溶劑高度可溶於水，例如乙醇、甲醇、丙酮、乙二醇、丙醇、異丙醇，等等，以及它們的混合物。低分子量醇可以減小納米顆粒分布的表面張力，以提高基質的可潤溼性。當基質為疏水基質時尤其有用。低分子量醇也可以有助於使處理過的基質更快乾燥。任選的水溶性低分子量溶劑可以任何合適的含量使用。載體可包括任何合適量的組合物，所述合適量按重量計包括，但不限於，約10％至約99％，可供選擇地約30％至約95％的所述塗層組合物。
在本發明的某些實施方案中，表面活性劑為一個任選成分。表面活性劑在塗層組合物尤其適用作潤溼劑，以促進納米顆粒在基質上的分散。當塗層組合物用於處理疏水基質時，表面活性劑優選被包括。
合適的表面添加劑可選自以下物質，包括陰離子表面活性劑、陽離子表面活性劑、非離子表面活性劑、兩性表面活性劑、兩性的表面活性劑、兩性離子表面活性劑以及它們的混合物。用於本發明組合物的表面活性劑的非限制性實施例公開於Allured Publishing Corporation出版的McCutcheon的「Detergents and Emulsifiers」，North American edition(1986)；McCutcheon的「Functional Materials」，North American Edition(1992)；和授予Roe的美國專利5,707,950和5,576,282；和1975年12月30日公布的授予Laughlin等人的美國專利3,929,678。
當將表面活性劑用於塗層組合物時，它可按有效量添加以促進塗層組合物的應用。典型使用在本組合物中的表面活性劑(當存在時)的含量按所述組合物的重量計為約0.0001％至約60％，優選約0.001％至約35％，更優選約0.001％至約25％。
表面活性劑(包括優選的非離子表面活性劑，典型用於本文的含量按重量計為約0.001％至約60％)的非限制性實施例，包括非離子表面活性劑和兩性表面活性劑，例如包括稱為窄峰烷基乙氧基化物C12-C18烷基乙氧基化物(「AE」)和C6-C12烷基酚烷氧基化物(尤其是乙氧基化物和混合的乙氧基/丙氧基)、C12-C18甜菜鹼和磺基甜菜鹼(「磺基甜菜鹼」)、C10-C18氧化胺，等等。
另一類有用的表面活性劑為矽氧烷表面活性劑和/或矽氧烷。它們可單獨使用和/或可供選擇地與本文所述的烷基乙氧基化物表面活性劑聯合使用。矽氧烷表面活性劑的非限制性實施例，為具有二甲基聚矽氧烷疏水部分和一個或多個親水聚亞烷基側鏈的聚亞烷基氧化物聚矽氧烷，並具有如下通式R1-(CH3)2SiO-[(CH3)2SiO]a-[(CH3)(R1)SiO]b-Si(CH3)2R1
其中a+b為約1至約50，並且每個R1可以相同或不同，並且選自甲基和具有以下通式的聚(環氧乙烷/氧化丙烯)共聚物基團-(CH2)nO(C2H4O)c(C3H6O)dR2，其中n為3或4；全部c(對於所有聚亞烷基氧側基)具有1至約100的值，可供選擇地約6至約100；全部d為0至約14；可供選擇地d為0；全部c+d具有約5至約150的值，可供選擇地約9至約100，每個R2可以相同或不同，並且選自氫、含有1個至4個碳原子的烷基，及乙醯基，可供選擇地為氫和甲基。每個聚環氧烷聚矽氧烷具有至少一個為聚(環氧乙烷/氧化丙烯))共聚物基團的R1基團。矽氧烷超潤溼劑作為矽氧烷乙二醇共聚物(例如，Q2-5211和Q2-5212)購自Dow Corning。
使用表面活性劑的混合物也在本發明的範圍內。
輔助成分-組合物可以包含其它任選輔助成分，包括但不限於加工助劑、抗微生物的防腐劑、抗氧化劑、抗靜電劑、螯合劑、著色劑、染料、填充劑鹽、殺真菌劑、除昆蟲和蛀蟲劑、殺菌劑、水溶助長劑、金屬鹽。這些任選成分可以任何所需的含量被包括，但典型加入的含量按所述組合物的重量計為約0.0001％至約99.99％。
將親水性增強組合物應用至基質-親水性增強組合物可以任何適當的方式應用至基質。親水性增強組合物可以在基質至少部分浸沒在組合物浴中時應用至基質(浸沒方法)，或者不用將基質浸沒在塗層組合物中時應用至基質(非浸沒方法)。
在本發明的一個實施方案中，親水性增強組合物通過輕觸輥式塗敷來應用。在輕觸輥式塗敷中，組合物被放在合適的浴中。一個適於此方法的滾筒或任何其它裝置用其表面的至少一部分接觸組合物。這樣，組合物被塗敷在滾筒的表面上。在滾筒表面已經塗敷有組合物時，使基質與滾筒接觸。在這個方法中，可以容易地控制應用到基質上的組合物的量，並且可能避免基質被組合物浸透。
相對於輕觸輥式塗敷，組合物也可被可供選擇地噴射在多個纖維的表面上。象輕觸輥式塗敷一樣，噴射能夠降低並且容易控制水溶液的添加含量，其在本發明中為優選的。其它可供選擇的方法包括，但不限於，印刷，例如旋轉印刷、凹版印刷、柔性版印刷、噴墨印刷、槽式塗敷印刷，等等。
實施例按下述製備如本發明所述的親水性增強組合物
1.LAPONITE BTM為氟矽酸鈉鎂鋰，購自Southern Clay Products，Inc.
2.LAPONITE RDTM為矽酸鈉鎂鋰，購自Southern Clay Products，Inc.
3.Disperal 14N4-25為勃姆石氧化鋁納米顆粒，購自North American Sasol，Inc.
4.ZSM5為納米尺寸的沸石，粒度為約70至約400納米。
5.Neodol 91-66.Silwet L-77測試方法-除非另外指明，所有試驗均在標準實驗室條件(50％溼度和73°F(23℃))下進行。
接觸角-採用First Ten Angstroms，USA製造的FTA200動態接觸角分析器測量動態接觸角。在樣本基質上滴一滴測試溶液。當該液滴沿著底物表面鋪開時進行數字視頻記錄，並且FTA200軟體測量作為時間函數的液體與底物的接觸角。
表面張力的測定-表面張力(單位mN/m)根據下列試驗進行測定。裝置設備德國Krüss GmbH或同類公司提供的K10張力計。容器升高速度應該為4毫米/分鐘。當使用板或環時，應該自動地感測液面高度。設備必須能夠自動地將樣本位置調節到正確的高度。測試的精度應為+/-0.1mN/m。
過程(i)校準將40mL的鹽水(0.9％重量的NaCl去離子水溶液)倒入一個乾淨的燒杯中。使用設備說明中所述的方法，用鉑環或鉑板測試鹽水的表面張力。在20℃下，表面張力應為71mN/m至72mN/m。
(ii)方法用去離子水和異丙醇清洗燒杯，包括用煤氣灶灼燒幾秒。等待，直到達到燒杯溫度平衡至室溫。將十片60×60mm的測試無紡材料放入清洗過的燒杯中。無紡材料應該具有的定量至少為約10克每平方米(或gsm)。加入40mL鹽水(0.9％重量的NaCl去離子水溶液)，並且用清潔的無表面活性劑的塑性棒手動攪拌10秒。讓裝有無紡材料的溶液靜置5分鐘。再手動攪拌10秒。用一根乾淨的無表面活性劑的塑料棒從鹽水中取出無紡材料。讓溶液靜置十分鐘。然後使用設備說明中所述的方法，用鉑環或鉑板測試液體的表面張力。所測的表面張力為衝掉表面張力。
液體透溼試驗-使用Lenzing AG，Austria製造的Lister型透溼儀器測量液體透溼時間。試驗過程基於標準的EDANA(European DisposablesAnd Nonwovens Association)方法150.3-96，將測試樣本放置在由十層濾紙(從Empirical Manufacturing Co.，Inc.USA購買的Ahlstrom Grade 632或者等價物)構成的吸收墊上。在一個典型實驗中，不用換吸收墊，以一分鐘的間隔將三次連續湧出的5ml測試液體(0.9％鹽水溶液)應用到無紡材料樣本上，並且記錄下各自的透溼時間。
除了按Edana Method所述測定第一湧流的透溼時間之外，下述試驗不僅測定第一湧流，而且測定隨後的幾次湧流，尤其是第五湧流。
裝置-Lister透溼設備-(i)裝有電磁閥的漏鬥排放速率為3.5(±0.25)秒內排放25ml；(ii)透溼板製作25mm厚的丙烯酸玻璃。板的總重必須為500g。電極應為抗蝕材料。將電極嵌入在板的底部切削出的截面為(4.0mm×7.0mm)的凹槽中，並且用快幹環氧樹脂固定。圖4、5和6圖示說明包含電極210的透溼板200。圖4為透溼板200的頂視圖，而圖5為圖4的透溼板200沿5-5的剖面圖。圖6為圖4的透溼板200沿6-6的剖面透視圖；(iii)基板大約125mm×125mm的正方形丙烯酸玻璃；(iv)支撐漏鬥的環架；(v)測量至0.01秒的電子定時器；(vi)50mL容量的滴定管；和(vii)Ahlstrm Grade 989的芯濾紙或等價物(平均透溼時間1.7s+-0.3s，尺寸10×10cm)。
步驟(1)僅在樣本邊緣接觸樣本，小心地切割所需數量的12.5cm×12.5cm的樣本。(2)取10層芯濾紙，在基板上將一個樣本放在這套10層濾紙上。樣本應該以這樣一種方式放置在濾紙上用來朝向使用者皮膚的無紡材料側(當應用於吸收製品時)在最上面。(3)將透溼板放在頂部，使板的中心位於試樣中心的上方。使滴定管和漏鬥在板上方居中。(4)確保電極與定時器連接，接通定時器並且將時鐘設定為零。(5)用鹽水溶液(0.9％重量的NaCl去離子水溶液)裝滿滴定管。(6)保持漏鬥的排出閥關閉，並且從滴定管滴入漏鬥5.0ml液體(等於一次湧流)。(7)打開漏鬥的電磁閥，排出5.0ml的液體。初始液體流將接通電路並啟動定時器。它將在液體已經滲入墊並降到透溼板中電極的平面之下時停止。(8)記錄電子定時器上所顯示的時間。(9)等待60秒並且重複步驟(4)和(6)至(9)，進行第二次、第三次湧流和任何隨後的湧流，其中每次湧流包括5ml液體。(例如，5ml進入漏鬥，打開電磁閥，等等)用秒記錄第1、第2和任何隨後湧流的時間。
在發明詳述中引用的所有文獻的相關部分均引入本文以供參考；任何文獻的引用並不可理解為是對其作為本發明的現有技術的認可。
儘管已用具體實施方案來說明和描述了本發明，但對於本領域的技術人員顯而易見的是，在不背離本發明的精神和保護範圍的情況下可作出許多其它的變化和修改。因此有意識地在附加的權利要求書中包括本發明範圍內的所有這些變化和修改。
權利要求
1.一種包括吸收芯的一次性吸收製品，所述吸收芯包括耐用、親水性、流體可透過的採集層，所述採集層的特徵在於(a)採集層基質；和(b)塗敷在所述基質上的親水性增強組合物，所述親水性增強組合物包含親水性增強量的納米顆粒，其中所述納米顆粒具有的粒度為1納米至750納米。
2.如權利要求1所述的一次性吸收製品，其中所述基質選自多孔聚合物薄膜、無紡材料以及它們的組合。
3.如權利要求1或2所述的一次性吸收製品，其中所述納米顆粒選自二氧化鈦、層狀粘土礦物、氧化鋁氧化物、矽酸鹽以及它們的組合。
4.如權利要求1至3中任一項所述的一次性吸收製品，其中所述親水性增強組合物還包括非離子表面活性劑。
5.如權利要求1至4中任一項所述的一次性吸收製品，其中所述基質已用高能表面處理進行處理，所述高能表面處理選自電暈放電處理、等離子處理、紫外線輻射、離子束處理、電子束處理以及它們的組合。
6.如權利要求1至5中任一項所述的一次性吸收製品，其中所述一次性吸收製品選自尿布、成人失禁產品、訓練短褲、女性衛生墊和緊身短褲襯裡。
7.一種製造包括吸收芯的一次性吸收製品的方法，所述吸收芯包括耐用、親水性、流體可透過的採集層，並且所述方法的特徵在於以下步驟用親水性增強組合物塗敷採集層基質，所述親水性增強組合物包含親水性增強量的納米顆粒，其中所述納米顆粒具有的粒度為1納米至750納米。
8.如權利要求7所述的製造一次性吸收製品的方法，其中在塗敷所述基質之前或同時，所述基質用高能表面處理進行處理，所述高能表面處理選自電暈放電處理、等離子處理、紫外線輻射、離子束處理、電子束處理以及它們的組合。
9.如權利要求7或8所述的製造一次性吸收製品的方法，其中親水性增強組合物還包括載體和非離子表面活性劑。
10.一次性吸收製品，所述一次性吸收製品依照權利要求7至9中任一項的方法製造。
全文摘要
具有吸收芯的一次性吸收製品，所述吸收芯具有耐用、親水性、流體可透過的採集層，所述採集層包括(a)採集層基質；和(b)塗敷在所述基質上的親水性增強組合物，所述親水性增強組合物包含親水性增強量的納米顆粒，其中所述納米顆粒具有的粒度為約1納米至約750納米。也提供了製備一次性吸收製品的方法。
文檔編號C08J7/18GK1747705SQ200480003899
公開日2006年3月15日 申請日期2004年2月10日 優先權日2003年2月10日
發明者埃卡特裡納·A·波諾馬倫科, 約翰·D·卡特, 羅納德·D·克拉默, 馬蒂厄斯·施米特 申請人:寶潔公司