專利名稱：高密度吸濕結(jié)構(gòu)的制作方法
在制造用于吸收和存留例如水，奶，咖啡或尿，鼻腔排泄物和其他身體排泄物的流體的以纖維為主體的材料時，這些吸濕材料通常具有低密度和相應(yīng)的高空隙體積的特性。雖然該高空隙體積可以吸收和存留流體，但卻使吸濕產(chǎn)品具有低密度并且占用相當(dāng)大的體積。由于被吸濕材料吸收的流體需要存留在該纖維網(wǎng)的大多數(shù)小室中，所以內(nèi)部空隙體積是吸濕材料的特性。到現(xiàn)在為止，大多數(shù)設(shè)計用于吸收和存留流體的材料，雖然具有較大空隙體積，但是固有的低密度和松散的。
材料的低密度在給吸濕產(chǎn)品提供了令人希望的性能的同時，也使產(chǎn)品具有松散低密度的缺陷。對于產(chǎn)品的生產(chǎn)者，低密度的吸濕材料給該產(chǎn)品的包裝和運輸帶來不便。對于批發(fā)商，低密度的吸濕材料給最終產(chǎn)品的儲存，搬運，運輸帶來不便。對于零售商，需要用大量的貨架空間放置相當(dāng)少的產(chǎn)品。對于最終的使用者來說，需要處理，儲存和使用松散的，低密度的材料。對于例如尿布，婦女衛(wèi)生墊和織物以及毛巾產(chǎn)品，產(chǎn)品在吸濕方面的功能超過低密度使該產(chǎn)品松散的缺陷；可是如果可以選擇，大多數(shù)消費者將選擇更薄，而較不松散的產(chǎn)品。盡管產(chǎn)品的優(yōu)點是明顯的，但還有具有例如薄，致密并且高吸濕性能的其他優(yōu)點的材料可以符合產(chǎn)品設(shè)計，生產(chǎn)和消費者的要求。
本發(fā)明涉及在干燥狀態(tài)下具有相當(dāng)高的密度并且不松散，但當(dāng)接觸例如水，咖啡和奶和例如血液，尿，鼻腔排泄物，和其他人體排泄物的人體流體等含水流體時，就膨脹并且空隙體積增大以便接收和存留該流體的材料。這種薄而致密的材料適用于新型的不松散的消費者用品的設(shè)計。這些材料也可以形成在商業(yè)和專業(yè)領(lǐng)域里用于存留流體的新型的，改進的產(chǎn)品的基底。
在授予Chen等的1994年9月21日提出申請的共同未決的專利申請流水號08/310,186中，公開了一種具有特殊濕潤可彈性恢復(fù)和吸濕性的低密度濕鋪織物片。該材料的一種令人希望特性是當(dāng)該片飽含流體時具有抵抗該結(jié)構(gòu)塌陷的特性。該反抗?jié)駶櫵莸奶匦允惯@些纖維網(wǎng)處理流體有非常顯著的改進。該材料在飽含流體時的低密度和維持其低密度的能力是獨一無二的。這些材料在開發(fā)用于吸濕目的的消費者產(chǎn)品方面有著廣泛的用途。除了通常在衛(wèi)生紙和毛巾方面的用途外，這些材料還可以用于尿布，床墊和婦女衛(wèi)生用品的組成部分。
現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，上述發(fā)明和類似的濕潤可彈性恢復(fù)結(jié)構(gòu)可以在適合的條件下壓縮，以便提供保持其流體處理和吸收特性的具有相當(dāng)高密度的材料。當(dāng)接觸到含水溶液和流體時，這些材料膨脹并且形成可以吸收和存留流體的內(nèi)部空隙。在制造當(dāng)干燥時很薄，但在濕潤時膨脹并且可以存留大量流體的吸濕材料時，該特性是特別有用的。與暴露到流體相聯(lián)系的膨脹基本上是初始的低密度結(jié)構(gòu)的恢復(fù)。通過使用具有這種反抗?jié)駶櫶匦缘幕灼?，其后的壓縮保證了當(dāng)干燥時是薄的但當(dāng)濕潤時變厚的特性。
這種被壓縮的材料在吸濕用品方面具有很多用途。由于這些結(jié)構(gòu)被證明可以有效地吸收人們希望這些吸濕用品吸收并且存留的大多數(shù)種類的流體，加入這些材料到尿布，婦女衛(wèi)生用品，和其他吸濕介質(zhì)中特別有價值的。另外，由這些被壓縮的產(chǎn)品制成的毛巾和衛(wèi)生紙在保持其流體處理特性的同時是不松散的，并且比普通的未被壓縮的材料更柔軟更舒適。
因此，一方面，本發(fā)明涉及由具有大約0.1或更大的濕干幾何平均彈性比，0.3g/cm3或更大的密度和大約4克水/克纖維或更大的吸濕能力的高屈服率木漿纖維制成的吸濕結(jié)構(gòu)。
具體地說，本發(fā)明涉及包括高屈服率的木漿纖維和一種濕網(wǎng)強度添加劑的造紙纖維的一種被壓縮的非皺折的透氣-干燥網(wǎng)，該網(wǎng)具有大約0.3g/cm3或更大的密度和大約4克水/克纖維的吸濕能力。
在另一方面，本發(fā)明涉及制造一種吸濕結(jié)構(gòu)的方法，該方法包括(a)形成一個具有大約0.2g/cm3或更小的密度的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括高屈服率木漿纖維，并且具有大約0.1或更大的濕干幾何平均彈性比，(b)壓縮該結(jié)構(gòu)以便將它的密度增加到大約0.3g/cm3或更大，當(dāng)該結(jié)構(gòu)飽含蒸餾水時，其密度將降低20％或更多。
更具體地說，本發(fā)明涉及制造一種吸濕結(jié)構(gòu)的一種方法，該方法包括(a)形成一種包括高屈服率木漿纖維的并且具有0.1或更大的濕干幾何平均彈性比的非皺折的透氣-干燥網(wǎng)，(b)將該網(wǎng)上壓輪機以便將其密度提高到大約0.3g/cm3或更大，當(dāng)該網(wǎng)飽含蒸餾水時，其密度將降低20％或更多。
在實施本發(fā)明的方法時，可以用許多方法對低密度的薄片進行壓縮。在造紙工業(yè)領(lǐng)域，眾所周知的是，使薄片通過一個或多個滾筒或輥隙可以壓縮并且使材料表面光滑。用于這種目的的設(shè)備稱作砑光機或高度砑光機。用于本發(fā)明的低密度薄片的碾壓效果取決于溫度，所施加的壓力和壓力持續(xù)的時間。為了上述目的，砑光既可以在周圍環(huán)境的溫度下進行也可以在升高的溫度下進行。適合的砑光壓力可以在50到大約1400磅/延英寸(pli)的范圍內(nèi)。適合的溫度可以是大約20℃到大約240℃。砑光持續(xù)時間可以和輥隙的壓力一同變化，以便產(chǎn)生令人希望的薄片的厚度。
除了對低密度網(wǎng)的砑光或高度砑光外，該網(wǎng)也可以利用被用于平整和壓縮如在授權(quán)給Sudall等的美國專利5,399,412號中公開的多層擦拭巾產(chǎn)品(multi-wiper)的平板擠壓或織物輥隙進行壓縮。在這個例子中，多層擦拭巾通過一個輥隙覆蓋在織物上并且該多層產(chǎn)品的整體厚度減小了。相同的加工過程可以用于生產(chǎn)本發(fā)明的薄片。通過在織物或多層織物上壓制圖形，生產(chǎn)出的薄片可以具有高度壓縮的區(qū)域和低度壓縮的區(qū)域。生產(chǎn)出的薄片對流體的反應(yīng)導(dǎo)致整個薄片出現(xiàn)體積增加，或多或少的不均勻性。
適合用于制造本發(fā)明的密度相對低的薄片的纖維是濕潤可彈性恢復(fù)纖維，包括高屈服率木漿纖維(下面進一步討論)，亞麻纖維，乳草，焦麻纖維，大麻纖維，棉或天然濕潤彈性可恢復(fù)的纖維中的任何一種或任何可化學(xué)或物理變化(例如橫向連接或卷曲)，并且具有變形后在濕潤狀態(tài)下彈性恢復(fù)的能力的木漿纖維，該纖維與變形后在濕潤狀態(tài)下保持變形并且不能恢復(fù)的非彈性恢復(fù)的纖維相反。濕潤抵抗連接是導(dǎo)致幾何平均濕潤彈性強度幾何平均干燥彈性強度比為0.1或更大的，在濕潤狀態(tài)下抵抗結(jié)構(gòu)破壞的纖維-纖維接合點。
這里使用的“高屈服率木漿纖維”是指通過可以提供大約65％或更大，更具體地說大約75％或更大，更具體地說從大約75％到大約95％的屈服率的搗成漿的加工過程產(chǎn)生的那些造紙纖維。這種搗成漿的加工過程包括脫色的化學(xué)熱機木漿(BCTMP)，化學(xué)熱機木漿(CTMP)壓力/壓力熱機木漿(PTMP)，熱機木漿(TMP)，熱機化學(xué)木漿(TMCP)，高屈服率亞硫酸鹽漿，和高屈服率牛皮紙漿，其中的任何一種都使制成的纖維具有高含量的木素。優(yōu)選的高屈服率木漿纖維的特點包括比較完整，未被破壞的(木材的)管泡，高打漿度(超過250CSF)，和低顆粒含量(通過Britt容器實驗證明小于25％)。
密度相對低的薄片中的高屈服率木漿纖維的數(shù)量可以至少占干重的大約10％或更多，更具體的說占干重的大約30％或更多，更具體地說占干重的大約50％或更多，并且達到占干重的100％。對于成層狀的薄片，這些相同數(shù)量的纖維可以施用在一個或多個獨立的層上。因為高屈服率木漿纖維一般比其他造紙纖維更不柔軟，所以將該纖維用在最終產(chǎn)品的中間是有利的，例如將該纖維用在一個三層薄片的中間層，在兩層產(chǎn)品的例子中，將該纖維用在每一層的朝內(nèi)的層面上。
在壓縮以前，用于本發(fā)明的低密度的薄片具有大約0.3g/cm3或更小的密度，更具體地說是0.15g/cm3或更小，更具體地說是0.1g/cm3或更小?，F(xiàn)已確信，這些密度相對低的薄片一旦成形，就在大致不減小濕潤可彈性恢復(fù)纖維之間連接的數(shù)量的情況下進行脫水是很重要的。用于干燥織物和毛巾的一般方法-透氣干燥，是保持該結(jié)構(gòu)的可取的方法。
用于本發(fā)明目的的密度相對低的薄片的主體部分，是用于在濕潤狀態(tài)下固定纖維之間的連接的材料。一般來說，纖維被一起固定在紙和織物產(chǎn)品上的方法，包括氫和有時是氫鍵和共價鍵和/或離子鍵的結(jié)合。重要的是要提供一種允許纖維以固定纖維到纖維連接點、并且在濕潤狀態(tài)下纖維連接不被破壞的方式連接的材料。在本例中，濕潤狀態(tài)總是意謂著產(chǎn)品暴露于水或其他含水溶液，但也可以意謂著暴露于例如尿，血液，黏液，月經(jīng)，淋巴液和其他人體排泄物中。
有許多給紙和紙板提供濕潤強度的一般用在造紙工業(yè)的材料適用于本發(fā)明。這些材料在本技術(shù)領(lǐng)域稱作濕潤強度添加劑，并且商業(yè)可提供的來源很廣泛。如果將一種材料加入紙或織物中，可以使紙或織物具有超過0.1的濕潤強度干燥強度比，那么，對于本發(fā)明的目的，這種材料就被稱為一種濕潤強度添加劑。一般來說，這些材料被稱作永久濕潤強度添加劑，或稱作“暫時”濕潤強度添加劑。為了區(qū)別永久濕潤強度添加劑和暫時濕潤強度添加劑，將永久濕潤強度添加劑定義為當(dāng)加入紙或織物時，可以提供一種在水中至少浸泡5分鐘后，可以保持超過初始濕潤強度的50％的產(chǎn)品的那些樹脂。暫時濕潤強度添加劑是使產(chǎn)品在水中至少浸泡5分鐘后，可以保持小于初始濕潤強度的50％的樹脂。兩類材料都可以用于本發(fā)明。添加在本漿纖維中的濕潤強度添加劑的數(shù)量，至少以纖維的干燥重量為基礎(chǔ)占干重的0.1，更具體的說，占干重的0.2或更多，更具體的說，從大約0.1到大約3。
永久濕潤強度添加劑可以給該結(jié)構(gòu)提供大體上長期的濕潤可彈性恢復(fù)特性。這種類型的結(jié)構(gòu)可以用于例如紙巾和許多吸濕生活用品的需要長期濕潤可彈性恢復(fù)的產(chǎn)品。相反，暫時濕潤強度添加劑可以提供具有低密度和高彈性可恢復(fù)特性的結(jié)構(gòu)，但不能提供當(dāng)暴露在水或人體流體時，具有長期抵抗結(jié)構(gòu)破壞能力的結(jié)構(gòu)。雖然該結(jié)構(gòu)最初具有良好的完整性，但是在一段時間以后，該結(jié)構(gòu)將失去其濕潤可彈性恢復(fù)特性。該特性可以用于提供剛開始濕潤時具有很強的吸濕力，但是經(jīng)過一段時間后就失去了完整性的材料。該特性可以用于提供可沖洗的產(chǎn)品。只要得到在纖維/纖維連接點的防水連接的主要特性，產(chǎn)生濕潤強度的機理對本發(fā)明的產(chǎn)品幾乎沒有影響。
用于本發(fā)明的永久濕潤添加劑是可以自身交連(同類交連)或與纖維素或木纖維的其他成份交連的水溶性的，陽離子低聚合或聚合的樹脂。用于上述目的的使用最廣泛的材料是被稱為聚酰胺-聚胺-表氯醇(PAE)類樹脂的聚合物。這些材料在授權(quán)給Keim(U.S.3,700,623和3,772,076)的專利中有描述，并且由Hercules,Inc.,Wilmington,Delaware作為Kymene 557H銷售。有關(guān)材料由Henkel ChemicalCo.,Charlotte,North Carolina和Georgia-Pacific Resins,Inc.,Atlanta,Georgia銷售。
聚酰胺-表氯醇樹脂也可以用于本發(fā)明的粘接樹脂。由Monsanto研制并且注冊商標(biāo)為Santo Res的材料是可以用于本發(fā)明的活化基的聚酰胺-表氯醇樹脂。這些材料在授權(quán)給Petrovich(U.S.3,855,158；U.S.3,899,388；U.S.4,129,528和U.S.4,147,586)的專利和授權(quán)給van Eenam(U.S.4,222,921)的專利中有描述。盡管這些材料一般不用于生活用品，聚乙胺樹脂也適用固定本發(fā)明的產(chǎn)品中的連接點。其他種類的永久類型濕潤強度添加劑的例子，是通過甲醛與蜜胺或尿素反應(yīng)得到的聚酰胺塑料樹脂。
可以用于本發(fā)明的暫時濕潤強度樹脂包括，但不限于，由American Cyanamid研制的并且以商品名Parez 631 NC銷售(現(xiàn)可以從Cytec Industries,West Paterson,New Jersey購買到)的那些樹脂。上述和類似的樹脂在授權(quán)給Coscia等的U.S.3,556,932和授權(quán)給Williams等的3,556,933中有描述。其他可以用于本發(fā)明的暫時濕潤強度添加劑，包括例如那些可以從National Starch購買到的以Co-Bond 1000的名稱銷售的改性淀粉?？梢源_信，這些和有關(guān)的淀粉被授權(quán)給Solarek等的U.S.4,675,394掩蓋。例如在Japanese Kokai Tokkyo Koho JP 03,185,197中描述的衍生的二乙醛淀粉，也可以作為有用的材料用于提供暫時濕潤強度?？梢灶A(yù)計的是，例如那些在授權(quán)給Bjorkquist的U.S.4,981,557；U.S.5,008,344和U.S.5,085,736中描述的其他暫時濕潤強度材料，也可以用于本發(fā)明。就以上列出的濕潤強度樹脂的種類而論，應(yīng)該理解的是，該名單只是為了舉例而既不意味著排除其他種類的濕潤強度樹脂，也不意味著限制本發(fā)明的范圍。
盡管以上描述的濕潤強度添加劑用于本發(fā)明有特別的優(yōu)點，但是其他類型的粘接劑也可以用于提供必須的濕潤可彈性恢復(fù)。在網(wǎng)成形或干燥后，該濕潤強度添加劑可以通過噴射，涂刷等方法涂敷在濕潤測。
這里使用的濕潤干燥比值是幾何平均濕潤彈性強度除以幾何平均干燥強度的值。幾何平均彈性強度是該產(chǎn)品在機器方向的彈性強度和橫向機器方向的彈性強度之積的平方根。彈性強度是由具有一個3英寸夾頭寬度，一個4英寸夾頭跨度，并且十字頭速度為10英寸/分種的Instron彈性測試儀測量的。本發(fā)明的吸濕結(jié)構(gòu)具有0.1或更大的濕潤干燥比，具體地說為大約0.2或更大，更具體地說為大約0.35或更大，更具體地說為大約0.5或更大。
這里使用的“密度”是象下面描述的那樣測量一個單一薄片的厚度而定的。得出的密度是用該薄片的基重除以上述厚度而計算出的。本發(fā)明的吸濕結(jié)構(gòu)的密度是大約0.3g/cm3或更大，更具體地說大約0.4g/cm3或更大，更具體地說大約0.45g/cm3到大約0.6g/cm3，更具體地說大約0.5g/cm3到大約0.65g/cm3。
當(dāng)飽含蒸餾水時，本發(fā)明的吸濕結(jié)構(gòu)的密度可以下降大約20％或更多，本更具體地說是大約40％或更多，更具體地說是大約60％或更多，更具體地說是大約80％或更多，更具體地說是大約40％到大約80％。
這里使用的“厚度”是用具有如下技術(shù)要求的200-A型號EMVECO測量的該薄片的厚度，該技術(shù)要求為壓力滑腳下降速度為0.8mm/秒；壓力滑腳的表面和基準(zhǔn)面必須精確在0.001mm范圍內(nèi)平行；能夠在較準(zhǔn)的量規(guī)或在零位調(diào)整的0.001mm內(nèi)重復(fù)讀?。灰粋€與在零位置的壓力滑腳的整個面積接觸的平坦的毛面的圓形規(guī)定的面(基礎(chǔ)面)；容量0到12.7mm；敏感度0.025mm，加載2.0千帕；基準(zhǔn)面面積2500mm2；基準(zhǔn)面直徑56.4mm。單層樣品以壓力滑腳至少離樣品的邊緣1/4英寸的方式放在基準(zhǔn)面上。兩個讀數(shù)的平均值是被測量的厚度，以英寸表示。厚度可以在濕潤或干燥條件下測量。
當(dāng)本發(fā)明的吸濕結(jié)構(gòu)充分濕潤或飽含蒸餾水時，其厚度可以增加大約200％或更多，更具體地說是大約400％或更多，更具體地說是大約600％，并且更具體地說是從大約200％到大約600％。
本發(fā)明的吸濕結(jié)構(gòu)的吸濕容量可以是大約4克水/克纖維或更多，更具體地說是大約10克水/克纖維或更多，更具體地說是大約20克水/克纖維或更多，并且更具體地說是從大約10克到大約20克水/克纖維。該吸濕容量可以按照在此可以作為參考的1995年3月21日授權(quán)給Sudall等的題為“具有高強度和吸濕能力的非皺折的透氣干燥的毛巾和擦拭巾”的美國專利5,399,412確定。
這里使用的“表面深度”是指通過以下描述的非接觸光學(xué)方法測量的，定義為由于織物重復(fù)的地形圖形引起的特征最大表面高度的差。對于覆蓋著干燥或成形的織物的織物，該表面深度是如

圖1A和1B中所示的，該表面上的典型的單元網(wǎng)格的最低部分和最高部分之間的特征高度差。上述名詞與表面織物分析技術(shù)領(lǐng)域里稱為尖峰到谷底的最大的高度系數(shù)Rmax，以及在“表面組織分析手冊”中由LeighMummery(Hommelmerke GmbH,Muhlhausen Germany,1990 pp28-29)教授的相同。為了從一個包括多達5個重復(fù)結(jié)構(gòu)的高度側(cè)面圖中得到表面深度，每個重復(fù)的結(jié)構(gòu)(單元)都被單獨考慮，以得到該結(jié)構(gòu)的最大的尖峰到谷底的差。側(cè)面圖上多達5個重復(fù)結(jié)構(gòu)的最大值被認為是該側(cè)面圖的表面深度。側(cè)面圖應(yīng)該選擇具有最大高度變化的重復(fù)表面結(jié)構(gòu)的區(qū)段。應(yīng)該考慮包含相同數(shù)量的具有同一性的重復(fù)結(jié)構(gòu)的多個側(cè)面圖。從不同的側(cè)面圖得出的表面深度值的平均值，被認為是該結(jié)構(gòu)的特性表面深度。
這里使用的表面深度測量是打算分辨比一個單一的纖維直徑尺寸大的結(jié)構(gòu)，所以希望有大約70微米的間隙分辨率(即，該表面的輪廓圖或高度圖中的像素的高和寬是大約70微米)，而Z-方向(高)分辨率應(yīng)該是大約2微米或更好。如果樣品的輪廓上的肉眼可見的偏差是由于樣品的彎曲而不是由于單元網(wǎng)格結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的，那么應(yīng)該采用多項式擬合或其他方法去除較大的誤差，并且保證根據(jù)該表面上的典型重復(fù)結(jié)構(gòu)的尖峰到谷底的高度測量尖峰到谷底的高度。
上述表面深度可取地用一種計算機控制的具有38毫米視界的白光范圍移動的波動光柵干涉儀進行測量。該設(shè)備的一個有用的裝置的原理在Bieman等的文章中描述。(L.Bieman,K.Harding和A.Boehnlein的題為“使用范圍移動的波動光柵的絕對測量”，SPIE光學(xué)會議會刊，1614卷第259到264頁，1991年)。一種適合的可以從市場買到的波動光柵干涉儀，是由Medar,Inc.(FarmingtonHills,Michigan)生產(chǎn)的具有38毫米視界(在37到39.5毫米范圍內(nèi)的視界是滿足要求的)的CADEYES干涉儀。
在CADEYES波動光柵干涉儀設(shè)備中，CCD圖象中的每個像素是屬于與一個特別高的范圍有關(guān)的一個波動光柵干涉條紋。在此作為參考的由Bieman等描述并且最初在1991年12月3日授權(quán)給Boehnlein的美國專利5,069,548中描述的范圍移動的方法，是用于分辨圖象中每個點的干涉條紋數(shù)(分辨每個點屬于哪一個干涉條紋)。干涉條紋數(shù)可以決定測量點相對于參考平面的絕對高度。范圍移動技術(shù)(在本技術(shù)領(lǐng)域有時稱為相移動)也是用于局部干涉條紋分析(精確測定干涉條紋占據(jù)的高度范內(nèi)的測量點的高度)。這些范圍移動方法與一個照相機為主體的干涉條紋儀相結(jié)合，可以精確并且快速的進行絕對高度測量，盡管該表面上高度可能不連續(xù)，也可以進行測量。如果使用合適的光學(xué)，圖象硬件，數(shù)據(jù)采集裝置和軟件，而將波動光柵干涉條紋儀原理和范圍移動結(jié)合起來，該技術(shù)可以測量樣品表面上大約250000個分立的點(像素)中每一個的絕對高度。測量的每個點在其高度測量中都具有大約1.5微米的精確度。
計算機控制的干涉儀系統(tǒng)用于獲得地形數(shù)據(jù)，然后形成該地形數(shù)據(jù)的灰度圖象，該圖象在以下稱為“高度圖”。高度圖一般以256或更多的灰度梯度顯示在計算機顯示器上，并且根據(jù)從被測量的樣品得到的地形數(shù)據(jù)進行測量。另外，光學(xué)系統(tǒng)應(yīng)該使用38mm×38mm視界。38mm2測量面積所得的高度圖應(yīng)該包括與大約500個像素對應(yīng)的、在被顯示的高度圖的水平和垂直方向的大約250000個數(shù)據(jù)點。上述高度圖的像素大小是由提供可以由計算機軟件分析的樣品上的干涉波紋圖形的一個512×512 CCD照相機測量的。高度圖上的每個像素代表一個在樣品上的相應(yīng)的X和Y定位的測量值。在推薦的系統(tǒng)中，每個像素具有大約70微米的寬度。Z方向的高度測量必須具有一個小于2微米的標(biāo)定精度和一個至少1.5mm的Z方向。(對于測量方法的背景，見CADEYES產(chǎn)品指南，Medar,Inc.,Farmington Hills,MI,1994或Medar公司的其他CADEYES手冊和出版物。)為了測量表面深度，操作者應(yīng)該在高度圖上根據(jù)特征重復(fù)結(jié)構(gòu)畫出象細絲痕跡的輪廓線，然后根據(jù)以上給出的表面深度的定義自動或手動測量典型結(jié)構(gòu)的表面深度。
另外，表面粗糙系數(shù)Ra，也可以被測量。該廣泛應(yīng)用的系數(shù)給出了一個側(cè)面圖與穿過它的最小二次方線的平均絕對偏差。一般不測量一個單一側(cè)面圖的粗糙度，而是選擇高度圖中具有10000到20000像素的一個區(qū)域，該區(qū)域沒有明顯彎曲，并且這些點和穿過這些點的最小二次方配合輪廓的平均絕對偏差應(yīng)該被測定并且作為粗糙系數(shù)。盡管這個表面面積粗糙系數(shù)在用于CADEYES設(shè)備的在市場可以買到的軟件中標(biāo)為Ra，但是必須注意的是正在被采用的是一種面積為主的測量，而不是一般用于輪廓曲線儀的輪廓以線為主的Ra系數(shù)。
一旦將干涉條紋干涉儀系統(tǒng)安裝好并且在工廠較準(zhǔn)，以便保證精確度和以上規(guī)定的Z方向范圍，就可以提供精確的例如洗浴織物的材料的地形數(shù)據(jù)。(本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可能通過在已知尺寸的表面上進行測量而確定工廠較準(zhǔn)的精度)。在進行試驗的過程中，一個干燥或濕潤織物的樣品平放在與儀器的測量平面排齊或基本排齊的一個表面上，并且所放高度應(yīng)該保證想要的最低和最高區(qū)域都在該儀器的測量區(qū)域中。
將該儀器適當(dāng)放置后，使用PC軟件開始獲得數(shù)據(jù)，并且一般在開始獲得數(shù)據(jù)的時間的30秒內(nèi)獲得并顯示250000個數(shù)據(jù)點的高度地圖。(使用CADEYE裝置，噪聲干擾的“對比度閾級”設(shè)置在1，假定一些噪聲干擾沒有對數(shù)據(jù)點的過量干擾)。使用一個以用于Windows(3.0版本)的Microsoft Visval Basic Professional為基礎(chǔ)的用戶界面的各人計算機CADEYES軟件，完成數(shù)據(jù)的處理和顯示。該Visual Basic界面允許實用者增加用戶分析工具。
當(dāng)測量一個織物表面的38mm2面積的地形時，要選擇特征結(jié)構(gòu)以便形成從畫在該表面的高度圖上的直線上獲得的兩維高度輪廓線。這些輪廓是平滑的(最好由構(gòu)成最小二次方線性擬合的輪廓調(diào)整)。該輪廓中應(yīng)該可見到3到5個重復(fù)結(jié)構(gòu)。然后，象以上描述的那樣計算表面深度。
當(dāng)使用蒸餾水充分濕潤本發(fā)明的吸濕結(jié)構(gòu)時，其表面深度可以增加大約300％或更多，更具體地說增加大約400％或更多，更具體地說增加大約500％或更多，更具體地說增加大約300％到大約600％。該值將決定于該結(jié)構(gòu)在壓縮之前的3維數(shù)和其干燥結(jié)構(gòu)的可壓縮性，因為該濕潤的結(jié)構(gòu)的表面深度趨于接近該干燥的初始表面深度。
圖1是可以用于制造本發(fā)明的濕潤可彈性恢復(fù)的吸濕結(jié)構(gòu)的一種非皺折的透氣干燥的造紙過程的簡圖，圖2是用于本發(fā)明目的的一種織物砑光方法的圖示說明，圖3是用于本發(fā)明目的的一個簡單加熱的砑光機滾筒的擠壓過程的圖示說明，圖4a是說明表面深度的一個織物的橫截面視圖，圖4b是說明表面深度的一個與圖1a相同的織物的橫截面視圖。
參考圖1，所示的是一種制造根據(jù)本發(fā)明的透氣干燥的紙薄片的方法。(為簡便起見，用于限定一些織物傳送路線的各種張力滾筒在圖中示出但沒有編號。可以理解的是，可以對圖1所示的設(shè)備和方法進行改進而不背離本發(fā)明的范圍)。圖中所示是一個具有將造紙纖維的含水懸濁液的流體11噴射或涂敷在成形織物13上的層狀的造紙頭箱10的雙股線成形設(shè)備，當(dāng)新形成的網(wǎng)部分脫水到大約10％干燥重量的稠度時，該織物用于在加工過程中支撐和傳送新形成的濕網(wǎng)。當(dāng)濕網(wǎng)由成形的織物支撐時，濕網(wǎng)的進一步脫水可以通過例如真空抽吸的方法進行。
接著，濕網(wǎng)從成形織物被傳送到以比成形織物慢的速度運行，的一個傳送織物17，以便使該濕網(wǎng)被拉伸。傳送過程優(yōu)選地在一個真空靴18的幫助下進行，以便象在以Engel等的名義在1994年4月12日提出申請的申請流水號08/330,166中描述的那樣，上述成形織物和傳送織物同時在真空口的導(dǎo)緣匯合和分開。
在一個真空傳送滾筒20或一個真空傳送靴的幫助下，可選地再次使用一個前面描述的固定的縫隙傳送器，將上述濕網(wǎng)從傳送織物傳送到透氣干燥織物19。該透氣干燥織物可以以和上述傳送織物相同或不同的速度運行。如果希望，透氣干燥織物可以以一個較慢的速度運行以便進一步加強拉伸。優(yōu)選地可以借助真空完成傳送，以便保證該薄片的變形與透氣干燥織物一致，這樣可以形成令人希望的體積和表面。適合的透氣干燥織物包括在此作為參考的在1995年7月4日授權(quán)給Chiu等的題為“用于制造柔軟織物產(chǎn)品的設(shè)備”的美國專利號5,429,686中描述的具有三維輪廓的纖維。
用于該網(wǎng)傳送的真空值可以從大約3到大約5英寸水銀柱(75到大約380毫米水銀柱)，優(yōu)選地大約5英寸(125毫米)水銀柱。上述真空靴(負壓力)可以由該網(wǎng)的相對一側(cè)的正壓力代替以便將該網(wǎng)吹到下一個織物上，從而補充或取代用真空將該網(wǎng)吸到下一個織物上。也可以用一個或多個真空滾筒代替該真空靴。
當(dāng)由上述透氣干燥的織物支撐時，該濕網(wǎng)被透氣干燥器最終干燥到大約94％或更大的稠度，接著被傳送到一個乘載織物22。用乘載織物22和一個可選的乘載織物25將該經(jīng)干燥的基底片23傳送到滾筒24上。一個任選的壓力驅(qū)動滾筒26可用于促進該網(wǎng)從乘載織物22傳送到織物25。適用于上述目的乘載織物是具有細小圖形的相當(dāng)光滑的織物Albany International 84M或94M和Asten959或937。
圖2說明了一種用于本發(fā)明的目的的另一種砑光方法，其中該薄片在兩個纖維之間的輥隙中被壓光。
圖3示意說明了用于生產(chǎn)本發(fā)明的材料的一個簡單加熱的砑光機的滾筒擠壓過程。
圖4a和圖4b描述了表面深度。
為了說明本發(fā)明，低密度非皺折的透氣干燥(UCTAD)的薄片的如圖1所示地生產(chǎn)，并且改變砑光條件，以提高該薄片的密度。然后，將該薄片充分濕潤和充分的干燥。然后，對濕潤之前和濕潤之后的該薄片的厚度和機器方向(MD)和橫穿機器方向(CD)的彈性強度進行測量。
另外，對重砑光非皺折的織物薄片的樣品在濕潤前后的表面深度進行測量。從現(xiàn)有的砑光的薄片切下正方形的樣品，并且將其放在一個限制了一個2平方英寸的邊緣但不壓縮或改變將要光學(xué)測量的樣品表面的載物臺下。用38mm視界的CADEYES系統(tǒng)測試該干燥表面的地形。該干燥的樣品被用室溫(72°F)去除離子的水噴淋弄濕直到該樣品飽和。噴淋在大約15秒內(nèi)完成。該樣品被允許平衡大約30秒，用紙巾輕輕吸拭該樣品并且將其放到載物臺里用CADEYES進行地形測量。樣品的紋理較粗的一側(cè)朝上(一般是織物側(cè))進行測量。該濕潤樣品的測量在從開始弄濕大約3分鐘內(nèi)完成，并且最好應(yīng)該在符合TAPPI條件的房間內(nèi)進行。
對從濕潤的樣品得出的地形數(shù)據(jù)進行處理以便提供特征表面深度值，可以將該值和干燥的表面深度值進行比較。應(yīng)該注意的是應(yīng)該保證表面深度測量反映該表面的重復(fù)結(jié)構(gòu)的地形，并且該薄片沒有顯著的彎折或變形。
上述測試的結(jié)果匯總在下面的表1和表2中
表1
表2
上面的數(shù)據(jù)說明，當(dāng)濕潤時，本發(fā)明的高密度材料基本恢復(fù)到壓縮前的初始狀態(tài)。
應(yīng)該理解的是，用于說明的上述例子不能限制由以下權(quán)利要求書和其等效物限定的本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1．一種吸濕結(jié)構(gòu)，包括濕潤可彈性恢復(fù)的纖維，并且濕干幾何平均彈性比為0.1或更大，密度大于0.3g/cm3，吸濕容量為4克水/克纖維或更大。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的結(jié)構(gòu)，其特征在于濕潤可彈性恢復(fù)的纖維是高屈服率木漿纖維。
3．根據(jù)權(quán)利要求1的結(jié)構(gòu)，其特征在于高屈服率木漿纖維是脫色的化學(xué)熱機木漿纖維。
4．根據(jù)權(quán)利要求1的結(jié)構(gòu)，其特征在于當(dāng)該結(jié)構(gòu)飽含水時，其密度降低大約20％或更多。
5．根據(jù)權(quán)利要求1的結(jié)構(gòu)，其特征在于當(dāng)該結(jié)構(gòu)飽含水時，其密度降低大約40％或更多。
6．根據(jù)權(quán)利要求1的結(jié)構(gòu)，其特征在于當(dāng)該結(jié)構(gòu)飽含水時，其密度降低大約60％或更多。
7．根據(jù)權(quán)利要求1的結(jié)構(gòu)，其特征在于當(dāng)該結(jié)構(gòu)飽含水時，其密度降低大約80％或更多。
8．根據(jù)權(quán)利要求1的結(jié)構(gòu)，其特征在于當(dāng)該結(jié)構(gòu)飽含水時，其表面深度增加大約300％或更多。
9．根據(jù)權(quán)利要求1的結(jié)構(gòu)，其特征在于當(dāng)該結(jié)構(gòu)飽含水時，其表面深度增加大約300％到大約600％。
10．根據(jù)權(quán)利要求1的結(jié)構(gòu)，其特征在于當(dāng)該結(jié)構(gòu)飽含水時，其厚度增加大約200％或更多。
11．根據(jù)權(quán)利要求1的結(jié)構(gòu)，其特征在于當(dāng)該結(jié)構(gòu)飽含水時，其厚度增加大約400％或更多。
12．根據(jù)權(quán)利要求1的結(jié)構(gòu)，其特征在于當(dāng)該結(jié)構(gòu)飽含水時，其厚度增加大約600％或更多。
13．一種包括濕潤可彈性恢復(fù)纖維和濕潤強度添加劑的造紙纖維的非皺折的透氣-干燥的網(wǎng)，該網(wǎng)具有大約0.3g/cm3或更大的密度和約4克水/克纖維的吸濕容量。
14．根據(jù)權(quán)利要求13的網(wǎng)，其特征在于該濕潤可彈性恢復(fù)纖維是脫色的化學(xué)熱機木漿纖維。
15．根據(jù)權(quán)利要求13的網(wǎng)，其特征在于當(dāng)該網(wǎng)飽含水時，其密度降低大約20％或更多。
16．根據(jù)權(quán)利要求13的網(wǎng)，其特征在于當(dāng)該網(wǎng)飽含水時，其密度降低大約40％或更多。
17．根據(jù)權(quán)利要求13的網(wǎng)，其特征在于當(dāng)該網(wǎng)飽含水時，其密度降低大約60％或更多。
18．根據(jù)權(quán)利要求13的網(wǎng)，其特征在于當(dāng)該網(wǎng)飽含水時，其密度降低大約80％或更多。
19．根據(jù)權(quán)利要求13的網(wǎng)，其特征在于當(dāng)該網(wǎng)飽含水時，其表面厚度增加大約300％或更多。
20．根據(jù)權(quán)利要求13的網(wǎng)，其特征在于當(dāng)該網(wǎng)飽含水時，其表面厚度增加大約300％到大約600％。
21．根據(jù)權(quán)利要求13的網(wǎng)，其特征在于當(dāng)該網(wǎng)飽含水時，其厚度增加大約200％或更多。
22．根據(jù)權(quán)利要求13的網(wǎng)，其特征在于當(dāng)該網(wǎng)飽含水時，其厚度增加大約400％或更多。
23．根據(jù)權(quán)利要求13的網(wǎng)，其特征在于當(dāng)該網(wǎng)飽含水時，其厚度增加大約600％或更多。
24．一種制造吸濕結(jié)構(gòu)的方法，包括(a)形成一種具有大約0.2g/cm3或更小的密度的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括濕潤可彈性恢復(fù)纖維并且具有0.1或更大的濕干幾何平均彈性比；(b)壓縮該結(jié)構(gòu)以便使其密度增加到大約0.3g/cm3或更大，其特征在于當(dāng)該結(jié)構(gòu)飽含水時，其密度下降大約20％或更多。
25．根據(jù)權(quán)利要求24的方法，其特征在于壓縮該結(jié)構(gòu)使其密度增加大約100％或更多。
26．根據(jù)權(quán)利要求24的方法，其特征在于壓縮該結(jié)構(gòu)使其密度增加大約200％或更多。
27．根據(jù)權(quán)利要求24的方法，其特征在于壓縮該結(jié)構(gòu)使其密度增加大約300％或更多。
28．根據(jù)權(quán)利要求24的方法，其特征在于壓縮該結(jié)構(gòu)使其密度增加大約400％或更多。
29．一種制造吸濕結(jié)構(gòu)的方法，包括(a)形成一種包括濕潤可彈性恢復(fù)纖維，并且具有0.1或更大的濕干幾何平均彈性比的非皺折的透氣-干燥的網(wǎng)；(b)砑光該網(wǎng)以便使其密度增加到大約0.3g/cm3或更大，其特征在于當(dāng)該結(jié)構(gòu)飽含水時，其密度降低大約20％或更多。
30．根據(jù)權(quán)利要求29的方法，其特征在于該網(wǎng)被用大約35磅/延英寸到大約1500磅/延英寸的壓力砑光。
31．根據(jù)權(quán)利要求29的方法，其特征在于該網(wǎng)被用大約50磅/延英寸到大約1200磅/延英寸的壓力砑光。
32．根據(jù)權(quán)利要求29的方法，其特征在于砑光使其密度增加200％或更多。
33．根據(jù)權(quán)利要求29的方法，其特征在于砑光使其密度增加300％或更多。
34．根據(jù)權(quán)利要求29的方法，其特征在于砑光使其密度增加400％或更多。
全文摘要
將包括脫色的化學(xué)熱機木漿纖維和一種濕潤強度樹脂的低密度非皺折透氣干燥網(wǎng)被砑光,以便增加其密度并且減小厚度。當(dāng)這些網(wǎng)濕潤時,它們大致恢復(fù)到其初始的厚度和密度,并且基本上保持其初始的流體處理特性。所以,這些網(wǎng)在干燥時很薄在濕潤時很厚。這些網(wǎng)可以用于包括紙巾,擦拭巾和嬰兒和成人的護理用品的流體處理物品的很多用途。
文檔編號D21H11/12GK1213422SQ97192901
公開日1999年4月7日 申請日期1997年2月14日 優(yōu)先權(quán)日1996年3月8日
發(fā)明者D·H·霍倫伯格, 小J·E·霍爾頓, A·M·拉克 申請人:金伯利-克拉克環(huán)球有限公司