DE69510707T2

DE69510707T2 - Vliesstoff mit verbesserten Flüssigkeits-Strömungs-Eigenschaften für absorbierende Artikel der persönlichen Pflege und dergleichen

Info

Publication number: DE69510707T2
Application number: DE69510707T
Authority: DE
Inventors: Clifford Jackson Ellis; Rob David Everett
Original assignee: Kimberly Clark Worldwide Inc; Kimberly Clark Corp
Current assignee: Kimberly Clark Worldwide Inc; Kimberly Clark Corp
Priority date: 1994-03-04
Filing date: 1995-02-02
Publication date: 1999-11-04
Anticipated expiration: 2015-02-03
Also published as: ZA95919B; GB2287041A; AU685566B2; CA2142386C; JPH07252758A; FR2716901A1; KR950032795A; EP0672774B1; AU1362195A; EP0672774A2; PT101669A; GB2287041B; EP0672774A3; JP3631520B2; US5490846A; CA2142386A1; UY23924A1; TW317295U; PT101669B; DE69510707D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft fasrige Vliesstoffe (bzw. fasrige Vliesgewebe; fibrous nonwoven webs), die u. a. in absorbierenden Artikeln oder Produkten für die Körperhygiene und die persönliche Pflege verwendbar sind. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einen fasrigen Vliesstoff (in der Beschreibung und der Ansprüchen umfassen die Ausdrücke "Vliesstoff" und "Vliesgewebe" immer "Vliesstoff bzw. Vliesgewebe"), der wegen seiner einzigartigen Konstruktionsparameter für die schnelle Aufnahme, das Zurückhalten und die anschließende Verteilung von Körperausscheidungsprodukten in den absorbierenden Teil des Artikels für die Körperhygiene konstruiert ist.
Erwünschte Eigenschaften für absorbierende Produkte für die Körperhygiene beinhalten geringes Auslaufen aus dem Produkt und ein trocknes Gefühl für den Träger. Absorbierende Artikel versagen jedoch regelmäßig bevor die gesamte absorbierende Kapazität des Produkts ausgenützt wurde. Absorbierende Kleidungsstücke, wie Inkontinenzkleidungsstücke und Wegwerfwindeln, laufen oft an den Beinen und der Hüfte aus. Das Auslaufen kann durch eine Vielzahl von Unzulänglichkeiten des Produkts bedingt sein, wobei eine davon die ungenügende Flüssigkeitsaufnahme durch das absorbierende System, insbesondere bei der zweiten oder dritten Flüssigkeitsaufnahme, ist.
Es hat sich herausgestellt, daß Urinieren in Mengen bis zu 15 bis 20 ml/s und mit Geschwindigkeiten bis zu 280 cm/s auftreten kann. Herkömmliche absorbierende Strukturen in Windeln, wie denjenigen, die Gemische aus absorbierenden gelbildenden Partikeln und flockiger Cellulosemasse (cellulosic fluff pulp) umfassen, können anfänglich Flüssigkeit in Mengen von nur 8 ml/s oder weniger, basierend auf der Gewebedichte und der Konzentration an gelbildenden Partikel, aufnehmen. Zusätzlich können sich die anfänglichen Aufnahmemengen bei herkömmlichen absorbierenden Strukturen verschlechtern, nachdem sie bereits einmal Flüssigkeitsausstöße in ihre Strukturen erfahren haben. Die Diskrepanz zwischen der Flüssigkeitslieferung und den Aufnahmemengen kann zu einer ausgeprägten Pfützenbildung auf der Oberfläche des Stoffes führen, bevor die Flüssigkeit von dem absorbierenden Kern aufgenommen wird. Während dieser Zeit kann die Flüssigkeit aus den Pfützen an den Beinöffnungen der Windel austre ten und die äußere Kleidung und das Bettzeug des Trägers verschmutzen. Versuche das Auslaufen zu vermindern beeinhalteten das Vorsehen von physikalischen Barrieren mit solchen Konstruktionsmerkmalen, wie elastischen Beinfalten, und die Veränderung der Menge und/oder der Konfiguration des absorbierenden Materials in dem Gebiet der Struktur, in das die Flüssigkeitsausstöße in der Regel auftreten. Die absorbierenden gelbildenden Partikel wurden auch deswegen verwendet, um die Flüssigkeitshaltekapazität in den verschiedenen Regionen der absorbierenden Struktur zu erhöhen. Solche absorbierenden gelbildenden Partikel haben jedoch nicht die schnellen Aufnahmegeschwindigkeiten von herkömmlichen Materialien, wie Holzzellstoff und Flocken, die herkömmlich in absorbierenden Kernen verwendet werden. Da die Menge an absorbierenden gelbildenden Partikeln heutzutage in den absorbierenden Kernstrukturen in Windeln erhöht wird, neigt die Aufnahmegeschwindigkeit häufig dazu, sich zu verringern.
Vliesmaterialien, wie kardierte Gewebe und Spinngewebe, wurden als körperseitige Deckenschichten in absorbierenden Produkten verwendet. Insbesondere wurden sehr geöffnete, poröse Deckenschichtstrukturen verwendet, damit die Flüssigkeit schnell durch sie hindurchlaufen kann und um es zu unterstützen, daß die Körperhaut von der benetzten absorbierenden Einlage unter der Deckschicht getrennt bleibt. Zusätzlich wurden andere Schichten aus Materialien, wie denjenigen, die mit dicken, erhabenen Stoffstrukturen, zwischen der Deckschicht und der absorbierenden Einlage angebracht, um ein Rücknässen zu vermindern.
Mit herkömmlichen absorbierenden Strukturen auf der Basis von Flocken (fluff-based) können die Cellulosefasern ihre Elastizität verlieren, wenn sie benetzt werden, und daher zusammenfallen. Dadurch kann die Flüssigkeitsaufnahmegeschwindigkeit der benetzten Strukturen zu niedrig werden, um nachfolgende Flüssigkeitsausstöße angemessen aufzunehmen. Wenn absorbierende gelbildende Partikel zwischen die Fasern eingebracht werden, um sie voneinander getrennt zu halten, schwellen die gelbildenden Partikel an und halten die absorbierte Flüssigkeit zurück. Das Anschwellen der Partikel kann dann das Hohlraumvolumen der absorbierenden Struktur vermindern und die Fähigkeit der Struktur zur schnellen Flüssigkeitsaufnahme vermindern.
Die Zugabe von mehr absorbierenden Materialien, wie zusätzlichen Flaumbäuschen oder absorbierenden gelbildenden Partikeln, wurde vorgenommen, um die Haltekapazität zu erhöhen. Die erwünschte Aufnahmegeschwindigkeit für Flüssigkeit innerhalb solcher Anordnungen kann jedoch nicht in ausreichender Weise während nachfolgender Flüssigkeitsausstöße aufrechterhalten bleiben.
Die US-PS 5,143,779 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von voluminösem Vliesstoff, der zur Verwendung in Windelkonstruktionen geeignet ist, und einen Vliesstoff, der durch Wärmebehandlung eines dichten Vorläufervliesstoffs erhalten wird, der gekräuselte thermoplastische Bikomponentenfasern mit einem Flächengewicht im Bereich von 10 bis 40 Gramm pro Quadratyard umfaßt.
Die kanadische Patentanmeldung 2,060,744 offenbart einen Rückhalteartikel, der eine Unterschicht, eine Deckschicht und einen absorbierenden Teil umfaßt, der eine Matrix aus im wesentlichen hydrophilen Fasern mit einer Verteilung von hoch-absorbierendem Partikelmaterial darin und eine Bikomponentenfasern umfassende Pufferschicht (surge management layer) umfaßt.
Die EP-PS 0070163 offenbart einen wärmegebundenen (mit Wärme verfestigten) Vliesstoff, der aus Polyester/Polyethylen-Konjugatfasern zusammengesetzt ist.
Die EP-PS 0171806 offenbart einen wärmegebundenen verstrickten Vielsstoff, der Konjugatfasern mit einer exponierten Komponente mit einem niedrigen Schmelzpunkt und einer Komponente mit einem höheren Schmelzpunkt beinhaltet.
Somit liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, verbesserte absorbierende Strukturen zur Verfügung zu stellen, die das Auftreten von Ausfließen aus den absorbierenden Produkten, wie Wegwerfwindeln, angemessen vermindert. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Material und ein sich daraus ergebendes Produkt zur Verfügung zu stellen, das ein wirksames Handhaben von Flüssigkeitsausstößen zur Verfügung stellt, und wirksamer die Aufnahme darin und das Zurückhalten von wiederholten Flüssigkeitsmengen während der Verwendung ermöglicht.
Absorbierende Artikel für die Körperhygiene, wie Windeln, Trainingshosen, Inkontinenzkleidung und Slipeinlagen, müssen oft schnell, große Mengen an Körperausscheidungsprodukten aufnehmen können, die größer sind, als die kurzfristige Absorptionskapazität des Produkts. Dadurch hat sich herausgestellt, daß es vorteilhaft ist, Pufferschichten (surge layers) in solchen absorbierenden Artikeln für die Körperhygiene zu verwenden.
Absorbierende Artikel für die Körperhygiene haben in der Regel eine flüssigkeitsdurchlässige körperseitige Deckschicht und eine flüssigkeitsundurchlässige Trägerschicht mit einem dazwischen angeordneten absorbierenden Kern. Das erfindungsgemäße Material wird als Pufferschicht zwischen der körperseitigen Deckschicht und dem absorbierenden Kern verwendet. Zusätzlich ist es hilfreich, wenn die erfindungsgemäße Pufferschicht an der Deckschicht und dem absorbierenden Kern angebracht ist, um den Flüssigkeitstransfer zu fördern.
Um die erwünschten Eigenschaften zu zeigen, sollte der fasrige Vliesstoff (bzw. das fasrige Vliesgewebe) aus einer Vielzahl von thermoplastischen Fasern gemacht sein oder diese beinhalten, die aneinander unter Bildung eines flauschigen Vliesstoffes mit einem Flächengewicht von mindestens 20 g/m² wärmegebunden sind. In verfeinerten Ausführungsformen liegt das Flächengewicht im Bereich von etwa 40 bis etwa 68 g/m². Der Stoff kann gänzlich aus Bikomponentenfasern hergestellt sein, die in der Regel gekräuselt sind und gewöhnlich ein Faser-Denier gleich oder größer als 2 haben. Alternativ kann der Stoff aus einer Kombination von Fasern, wie Bikomponentenfasern und Polyesterfaser, hergestellt sein. In solchen Ausführungsformen beinhaltet der Stoff in der Regel mindestens 50 Gew.-% Bikomponentenfasern. Der daraus erhaltene Stoff hat ein Hohlraumvolumen zwischen etwa 40 und etwa 60 cm³/g des Stoffes bei 689 Dyn/cm² Druck, eine Permeabilität von etwa 5000 bis etwa 8000 Darcy, eine Porosität von etwa 97,2 bis etwa 98,8%, eine Oberfläche pro Hohlraumvolumen von etwa 24 bis etwa 49 cm²/cm³, eine Sättigungskapazität zwischen etwa 30 und etwa 60 g 0,9%iger Kochsalzlösung pro g des Stoffes und eine Kompressionselastizität sowohl im nassen als auch im trocknen Zustand von mindestens etwa 60%.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein Diagramm, das den Flüssigkeitsdruck gegen die Zeit darstellt. Das Diagramm wird in Verbindung mit der Berechnung der Permeabilitätswerte für die erfindungsgemäßen Materialien verwendet.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft einen fasrigen Vliesstoff (bzw. ein fasriges Vliesgewebe), der insbesondere zur Verwendung als Pufferschicht in absorbierenden Artikeln für die Körperhygiene geeignet ist, einschließlich, jedoch nicht beschränkt auf, Windeln, Trainingshosen, Inkontinenzkleidung, Slipeinlagen, Bandagen und ähnlichem.
Absorbierende Artikel für die Körperhygiene weisen in der Regel eine flüssigkeitsdurchlässige körperseitige Deckschicht und eine flüssigkeitsundurchlässige Trägerschicht oder Prallplatte mit einem dazwischen angeordneten absorbierenden Kern auf. Wie vorstehend ausgeführt, ist ein übliches Problem mit vielen dieser Produkte und deren Konstruktionen, daß sie keine schnellen und/oder wiederholten Ausstöße von Körperflüssigkeiten oder -ausscheidungen, wie Mensen und Urin, in einer ausreichend kurzen Zeit aufnehmen, ohne auszulaufen. Bei Versuchen, dieses Problem zu lösen, wurden vielen Produktkonstruktionen verschiedene Arten von zusätzlichen Schichten zwischen der körperseitigen Deckschicht und dem absorbierenden Kern eingefügt, um als eine Art Stoßdämpfer zu wirken, indem zeitweilig die Körperausscheidungsprodukte, die von der Deckschicht aufgenommen wurden, absorbiert, zurückgehalten und sodann abgegeben werden. Die vorliegende Erfindung betrifft einen fasrigen Vliesstoff, der speziell konstruiert wurde und der, wenn er in einen absorbierenden Artikel oder ein Produkt für die Körperhygiene einverleibt wird, ein wirksames Mittel zur vorübergehenden Aufnahme und sodann Verteilen von Körperausscheidungsprodukten dient. Dieses Material wird als eine Pufferschicht bezeichnet.
Der erfindungsgemäße fasrige Vliesstoff wird als Pufferschicht verwendet, die zwischen der körperseitigen Deckschicht und dem absorbierenden Kern angeordnet ist. Die Puf ferschicht ist am häufigsten zwischen und in Kontakt mit der körperseitigen Deckschicht und dem absorbierenden Körper angeordnet, obwohl andere zusätzliche Schichten in die gesamte Produktkonstruktion einverleibt werden können, wenn dies erwünscht ist. Um den Flüssigkeitstransfer weiter zu verstärken, ist es wünschenswert, daß die Pufferschicht aus fasrigem Vliesstoff an die direkt über und unter ihren externen Oberflächen angebrachten Schichten befestigt ist. In diesem Zusammenhang beinhalten geeignete Befestigungsmittel, die jedoch nicht darauf beschränkt sind, Klebemittel (wasserbasierende, lösungsmittelbasierende und thermisch aktivierte Klebemittel), Thermobonding, Ultraschallbonding, Nadeln und Nadelapertur und Kombinationen der vorstehend genannten oder anderer geeigneter Aufbringmittel.
Die zur Herstellung des fasrigen Vliesstoffes verwendeten Verfahren beinhalten diejenigen, die ein Material ergeben, das, wie nachstehend ausführlicher beschrieben, eine definierte Auswahl an physikalischen Eigenschaften hat. Geeignete Verfahren beinhalten, sind jedoch nicht beschränkt auf Airlaying-Verfahren, Spinnvliesverfahren und Kardenverfahren. Spinnvliesstoffe werden aus Fasern gemacht, die durch Extrudieren eines geschmolzenen thermoplastischen Materials als Filamente aus einer Vielzahl von feinen Kapillaren in einer Spinndüse gebildet werden, wobei der Durchmesser der extrudierten Filamente sodann schnell vermindert wird. Dies geschieht beispielsweise durch nicht-eduzierendes oder eduzierendes Fluid-Ziehen (non-eductive or eductive fluid-drawing) oder andere bekannte Spinnmechanismen. Die Herstellung von Spinnvliesstoffen wird in Patenten beschrieben, wie den US-PSen 4,340,563, 3,692,618, 3,338,992, 3,341,394, 3,276,944, 3,502,538, 3,502,763 und 3,542,615 und der CA-PS 803,714, die alle durch Bezugnahme in ihre Gesamtheit hierin eingeschlossen sind.
Die Spinnverfahren können auch zur Bildung von Spinnvliesstoffen aus Bikomponenten verwendet werden, wie aus Seite-an-Seite Polyethylen/Polypropylen-Spinn-Bikomponentenfasern. Das Verfahren zur Bildung solcher Fasern und daraus gebildeter Stoffe beinhaltet die Verwendung eines Paars an Extrudern, um getrennt sowohl Polyethylen als auch Polypropylen in eine Bikomponentenspinndüse einzubringen. Spinndüsen zur Herstellung der Bikomponentenfasern sind bekannt und werden daher hier nicht detail liert beschrieben. In der Regel beinhaltet die Spinndüse ein Gehäuse mit einem Spinnpack (spin pack), das eine Vielzahl von Platten mit einem Muster an Öffnungen beinhaltet, die so angeordnet sind, daß sie Durchflüsse zum Leiten der bei hoher Temperatur und bei niedriger Temperatur schmelzenden Polymere zu den jeweiligen faserbildenden Öffnungen in der Spinndüse erzeugen. Die Spinndüse hat Öffnungen, die in einer oder mehreren Reihen angeordnet sind, und die Öffnungen bilden einen sich nach unten erstreckenden Vorhang von Fasern, wenn die Polymere durch die Spinndüse extrudiert werden. Während der Vorhang aus Fasern die Spinndüse verläßt, werden diese mit einem Löschgas in Kontakt gebracht, das die Fasern mindestens teilweise abschreckt und eine latente helikale Kräuselung in den ausgedehnten Fasern entwickelt. Häufig wird die Luft zum Abschrecken im wesentlichen senkrecht zur der Länge der Fasern mit einer Geschwindigkeit von etwa 100 bis etwa 400 Fuß pro Minute bei einer Temperatur zwischen etwa 45 und etwa 90ºF geleitet.
Eine Fasersaugeinheit oder Aspirator ist unterhalb des Löschgases angebracht, um die abgeschreckten Fasern aufzunehmen. Fasersaugeinheiten oder Aspiratoren zur Verwendung beim Schmelzspinnen von Polymeren sind bekannt. Beispielhafte Fasersaugeinheiten, die zur Verwendung in den Verfahren geeignet sind, beinhalten lineare Faseraspiratoren des in der US-PS 3,802,817 gezeigten Typs und eduzierende Spritzpistolen des in den US-PSen 3,692,618 und 3,423,266 gezeigten Typs, wobei diese hierin durch Bezugnahme gänzlich eingeschlossen sind. Die Fasersaugeinheit hat in der Regel eine ausgestreckte Passage, durch die die Fasern durch das Sauggas gezogen werden. Das Sauggas kann jedes Gas sein, wie Luft, das nicht negativ mit den Polymeren der Fasern wechselwirkt. Das Sauggas kann erhitzt werden während das Sauggas die abgechreckten Fasern zieht und die Fasern auf eine Temperatur erhitzt, die erforderlich ist, um darin die latente Kräuselung zu aktivieren. Die erforderliche Temperatur, um die latente Kräuselung innerhalb der Fasern zu aktivieren, liegt im Bereich von etwa 110ºF bis zu einem Maximum von unterhalb des Schmelzpunkts der niedrigschmelzenden Polymerkomponente, die in diesem Fall Polyethylen ist. In der Regel bewirkt eine höhere Lufttemperatur eine größere Anzahl von Kräuselung pro Längeneinheit der Faser.
Die gezogenen und gekräuselten Fasern werden auf einer sich kontinuierlich bildenden Oberfläche in einer statistischen Weise abgelagert. In der Regel wird dies durch eine Vakuumvorrichtung, die unter der sich bildenden Oberfläche angebracht ist, unterstützt. Der Zweck des Vakuums ist es, unerwünschtes Streuen der Fasern zu eliminieren und die Fasern auf die sich bildende Oberfläche zu leiten, um einen einheitlichen nichtverfestigten (unbonded) Stoff aus Bikomponentenfasern zu bilden. Wenn es erwünscht ist, kann der resultierende Stoff mit einer Kompressionswalze leicht komprimiert werden, bevor der Stoff einem Verfestigungsverfahren unterworfen wird.
Um den Spinnvliesstoff aus Bikomponentenfasern zu verfestigen wird ein Durchluftverfestiger (through-air bonder) verwendet. Solche Durchluftverfestiger sind bekannt und müssen daher hier nicht detailliert beschrieben werden. In dem Durchluftverfestiger wird ein Fluß von erwärmter Luft durch den Stoff geblasen, um den Stoff auf eine Temperatur über dem Schmelzpunkt der niedrigschmelzenden Komponente in den Bikomponentenfasern, jedoch unter dem Schmelzpunkt der höherschmelzenden Komponente zu erwärmen. Beim Erwärmen werden die Teile der Stoffasern aus dem niedrigschmelzenden Polymer geschmolzen und die geschmolzenen Teile der Fasern verkleben mit benachbarten Fasern an den Überlagerungspunkten, während die Teile der Fasern aus höherschmelzendem Polymer dazu neigen, die physikalische Stabilität und die Dimensionsstabilität des Stoffes zu erhalten.
Verfestigter, kardierter Stoff wird aus Stapelfasern gemacht, die gewöhnlich in Ballen gekauft werden. Die Ballen werden in einen Sortierer (picker) eingebracht, der die Fasern trennt. Sodann werden die Fasern durch eine Kämm- oder Kardiereinheit geleitet, die diese weiter auseinanderbricht und die Stapelfasern in der Maschinenrichtung anordnet, um einen fasrigen Vliesstoff zu bilden, der in Maschinenrichtung orientiert ist. Sobald der Vliesstoff gebildet wurde, wird er mit einem oder mehreren Verfestigungsverfahren verfestigt. Ein Verfestigungsverfahren ist die Pulververfestigung, wobei ein pulvriges Klebe- oder Bindemittel in dem Stoff verteilt und sodann aktiviert wird. Dies geschieht gewöhnlich durch Erwärmen des Stoffes und des Bindemittels mit heißer Luft. Ein weiteres Verfestigungsverfahren ist das Musterverfestigen (pattern bonding), wobei erwärmte Kalanderwalzen oder Ultraschallverfestigungsapparaturen verwendet werden, um die Fasern miteinander zu verfestigen. In der Regel kann ein lokalisiertes Verfestigungsmuster durch den Stoff über seine gesamte Oberfläche, falls es erwünscht ist, verfestigt werden. Das beste Verfahren ist jedoch, wenn Bikomponentenstapelfasern verwendet werden, einen Durchluftverfestiger, wie in bezug auf das Bildungsverfahren eines Spinnvliesstoffes aus Bikomponentenfasern beschrieben, zu verwenden.
Um die spezielle Auswahl an physikalischen Eigenschaften des resultierenden fasrigen Vliesstoffes gemäß der vorliegenden Erfindung zu erhalten, sollte das Verfestigungsverfahren, das verwendet wird, um die Fasern des fasrigen Vliesstoffes miteinander zu verfestigen, ein Verfahren sein, wie das Durchluftverfestigen, das den Grad an Kompression oder Kollabieren der Struktur während des Bildungsverfahren steuern kann. Beim Durchluftverfestigen wird erwärmte Luft durch das Gewebe gepreßt, um die Fasern an ihren Überlappungspunkten zu schmelzen und aneinander zu binden. In der Regel wird der unverfestigte Stoff auf ein Bildungsdrahtgeflecht oder eine -trommel aufgebracht. Zusätzlich kann Vakuum durch den Stoff gezogen werden, falls dies erwünscht ist, um den fasrigen Stoff während des Verfestigungsprozesses weiter zusammen zu halten.
Verfestigungsverfahren, wie Punktverfestigen und Musterverfestigen unter Verwendung von glatten und/oder gemusterten Verfestigungswalzen, können verwendet werden solange mit solchen Verfahren die spezielle Auswahl an physikalischen Eigenschaften für die vorliegende Erfindung erhalten wird. Unabhängig vom gewählten Verfahren hängt der Grad an Verfestigung von den gewählten Fasern/Polymeren ab. In jedem Fall ist es erwünscht, daß der Grad an Gewebekompression während des Erwärmungsschritts gesteuert wird.
Das Airlaying-Verfahren ist ein anderes bekanntes Verfahren, mit dem der erfindungsgemäße fasrige Vliesstoff hergestellt werden kann. In diesen Verfahren werden Bündel von kleinen Fasern, die in der Regel eine Länge im Bereich von etwa 6 bis etwa 19 mm haben, getrennt und in einer Luftzufuhr mitgerissen und sodann auf einem Bildungsschirm abgelagert. Dies geschieht häufig unter Zuhilfenahme eines Vakuums. Die sta tistisch abgelagerten Fasern werden sodann miteinander verfestigt, beispielsweise unter Verwendung von warmer Luft und einem Sprühbindemittel.
Um einen fasrigen Vliesstoff mit den nachstehend beschriebenen Parametern zu bilden, muß mindestens ein Teil der den Stoff bildenden Fasern aus Polymeren gemacht sein, die wärmeverfestigbar sind. Mit wärmeverfestigbar ist gemeint, daß die statistisch abgelagerten Fasern, die den Vliesstoff bilden, Wärme- oder Ultraschallenergie in einem ausreichenden Maße unterworfen werden können, so daß die Fasern aneinander an den Überlappungspunkten festkleben. Dies wird durch das Schmelzen oder das teilweise Erweichen der Polymere, die die wärmeverfestigbaren Fasern bilden, bedingt. Geeignete Polymere zur Bildung solcher wärmeverfestigbarer Fasern sind permanent verknüpfbar und werden in der Regel als thermoplastisch bezeichnet. Beispiele für geeignete thermoplastische Polymere beinhalten, sind jedoch nicht beschränkt auf, Polyolefine, Polyester, Polyamide, Orlon, Acetate und Polyvinylalkohol sowie Homopolymere, Copolymere und Gemische. Zusätzlich können Benetzungsmittel/Surfactants entweder intern, wie Siloxan, während des Faserbildungsverfahrens, oder extern als eine Nachbehandlung entweder den Fasern und/oder dem resultierenden Stoff, zugegeben werden, wie anionische oder nichtionische Surfactants, einschließlich Fluorkohlenstoffen. Solche Benetzungsmittel/Surfactants und deren Verwendung sind bekannt und müssen hierin nicht detailliert beschrieben werden.
Die aus den vorstehend genannten Polymeren gebildeten Fasern können kurze Stapelfasern sein, wie diejenigen, die in den Airlaying-Verfahren und den Verfestigungs- und Kardierungsverfahren verwendet werden, oder längere kontinuierliche Fasern, die beispielsweise in Stapelverfahren gebildet werden. Typische Längen von Spinnfasern liegen im Bereich zwischen etwa 38 und etwa 51 mm, obwohl Längen außerhalb dieses Bereichs ebenfalls verwendet werden können. Beispielsweise beeinhaltet das Airlaying- Verfahren in der Regel die Verwendung von Fasern mit Längen im Bereich von etwa 6 bis etwa 19 mm. Faserdurchmesser werden von den Oberflächen-zu- Hohlraumvolumenparametern, wie nachstehend beschrieben, bestimmt. In der Regel liegen die Faserdurchmesser zwischen etwa 1,5 und etwa 16 Denier mit einem Zielbereich zwischen etwa 3 bis etwa 6 Denier.
Um die spezielle Struktur des Materials der vorliegenden Erfindung zu erreichen, ist es erwünscht, daß die Fasern gekräuselt sind. Kräuseln kann sowohl mechanisch als auch chemisch verliehen werden. Dabei werden sowohl zickzackförmige oder sägezahnförmige und helikale oder spiralförmig angeordnete gekräuselte Fasern gebildet. Faserquerschnitte können entweder kreisförmig oder nichtkreisförmig sein, einschließlich beispielsweise zwei- oder dreilappiger (bilobal oder trilobal) und X-förmiger Querschnitte. Die Fasern können hohl oder ausgefüllt sein. Zusätzlich können sie aus einem Einzelfaserpolymer oder aus verschiedenen Polymeren sein, wie sie gewöhnlich in Bikonstituenten- und Bi- oder Multikomponentenfasern gefunden werden. Wenn Bikomponentenfasern verwendet werden, kann der Faserquerschnitt beispielsweise Scheide/Kern-, Seite- an-Seite- und Inseln-im-Meer-Querschnitte beeinhalten. Der resultierende fasrige Vliesstoff ist eine einheitliche, gemischte, homogene, einzellagige Mischung aus jedem Fasertyp oder jeder Faser, die gewählt wird.
Um das Durchluft-Verfestigungsverfahren zu vereinfachen, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, Bikomponentenfasern zu verwenden, die sowohl eine Komponente mit einem höheren Schmelzpunkt als auch eine Komponente mit einem niedrigeren Schmelzpunkt hat, wie in einer Seite-an-Seite-, Scheide/Kern- oder Insel-im-Meer-Konfiguration. Die Komponente mit niedrigerem Schmelzpunkt oder das Polymer der Bikomponentenfasern liefert ein wirksames Mittel, um die Fasern miteinaner zu verfestigen, während die Komponente mit dem höheren Schmelzpunkt beim Beibehalten der strukturellen Festigkeit und der Offenheit des Materials sowohl im trocknen als auch im nassen Zustand hilft. Geeignete Bikomponentenfasern beinhalten beispielsweise, ob in Stapelfaser- oder in einer kontinuierlicheren Spinnform, Polyethylen/Polypropylen- und Polyethylen/Polyester-Fasern. Der erfindungsgemäße fasrige Vliesstoff kann gänzlich aus Bikomponentenfasern gemacht sein, oder es kann aus einem Gemisch aus Bikomponentenfasern und anderen Fasern gemacht sein, wie Einzelkomponentenfasern, einschließlich Polyestern, Nylonen, Rayonen und Polyolefinen, wie Polypropylen. Er kann auch ausschließlich aus Einzelkomponentenfasern gemacht sein. In der Regel beinhaltet der erfindungsgemäße fasrige Vliesstoff mindestens 50 Gew.-% Bikomponentenfasern auf der Basis des Gesamtgewichts des Stoffes. Solche Bikomponentenfasern haben in der Regel einen durchschnittlichen Denier gleich oder größer als 2.
Das erfindungsgemäße Material wurde basierend auf einem speziellen Satz an Parametern entwickelt. Diese Parameter beinhalten das Flächengewicht, das Hohlraumvolumen, die Permeabilität, die Porosität, die Oberfläche pro Hohlraumvolumen, die Hydrophilie, die Kompressionselastizität und die Sättigungskapazität. Das Flächengewicht des erfindungsgemäßen fasrigen Vliesstoffes ist mindestens 20 g/m² mit keiner wirklichen Obergrenze und wobei der Zielbereich zwischen etwa 40 bis etwa 68 g/m² liegt. Das Hohlraumvolumen des fasrigen Vliesstoffes ist ein Maß dafür, wieviel Luftraum es in der Struktur gibt. Das Hohlraumvolumen wird, wie in den nachstehend beschriebenen Testverfahren erklärt, bei 689 Dyn/cm² (0,01 Pfund pro Quadrat) gemessen und liegt im Bereich von etwa 40 bis etwa 60 cm³/g des Stoffes, wobei der Zielbereich zwischen etwa 45 und etwa 55 cm³/g des Stoffes liegt. Die Permeabilität ist ein Zeichen für die Fähigkeit der Struktur, Flüssigkeit durch sie durchzuleiten. Wenn eine Flüssigkeit anfänglich in eine Pufferstruktur eintritt, wird die Bewegung der Flüssigkeit hauptsächlich durch den erzwungenen Fluß von der Stoßkraft der Ausstoßgeschwindigkeit der Flüssigkeit bestimmt. Die Kapillarwirkung wird bei diesen Fließbedingungen nicht merklich sein, da sie nicht genug Zeit hat, die Flüssigkeitswege zu steuern. Somit wird der Flüssigkeitsfluß durch die Struktur von der Permeabilität der Struktur beim anfänglichen Ausstoß gesteuert. Ein hoher Permeabilitätswert bedeutet, daß es für eine Flüssigkeit relativ einfach ist, durch die Struktur zu fließen. Die Permeabilität der erfindungsgemäßen Materialien liegt im Bereich von zwischen etwa 4,8 · 10&supmin;&sup5; bis etwa 7,8 · 10&supmin;&sup5; cm² (5000 bis 8000 darcy).
Die Porosität des Vliesstoffes ist das Verhältnis der Menge an Hohlraum in einem Stoff zu dem Gesamtvolumen des Stoffes. Die Porosität der erfindungsgemäßen Materialien, wie bei einem Druck von 689 Dyn/cm² (0,01 Pfund pro Quadratinch) gemessen, liegt im Bereich von etwa 97,2% bis etwa 98,8%.
Die Oberfläche pro Hohlraumvolumen, wobei das Hohlraumvolumen bei 698 Dyn/m² (0,01 Pfund pro Quadratinch) Druck gemessen wird, liegt im Bereich von etwa 24 bis etwa 49 cm²/cm³. Die Permeabilität ist das Ergebnis davon, daß Flüssigkeit über und um Faseroberflächen herumfließen muß, wenn sie unter erzwungenem Fluß fließt, um den Hohlraum in dem Stoff auszufüllen. Die Oberfläche pro Hohlraumvolumen (surface area per void volume (SA/VV)) ist ein Zeichen dafür, wie nah zusammen jene Faseroberflächen aneinander angeordnet sind. Somit kann SA/VV die Größe an Permeabilität für eine Struktur steuern. Ein hoher SA/VV-Wert bedeutet, daß es eine große Menge an Oberflächen gibt, die nah aneinander angeordnet sind. Ein Erhöhen des SA/VV kann dadurch erreicht werden, indem kleinere Fasern verwendet werden, die die Oberfläche pro Gewichtseinheit erhöhen, oder durch Verdichten der Struktur, wodurch das Hohlraumvolumen pro Gewichtseinheit abnimmt. Wenn SA/VV erhöht wird, nimmt die Permeabilität ab, da die Flüssigkeit über und um mehr Oberflächen herumfließen muß, um durch die Struktur zu gelangen. Wenn SA/VV zu hoch wird, dann wird die Permeabilität zu niedrig sein, um einen leichten Flüssigkeitseintritt in und einen Fluß durch die Pufferstruktur zu erlauben. Somit muß SA/VV unterhalb 49 cm²/cm³ bleiben, damit die Permeabilität oberhalb etwa 5000 Darcy liegt.
Um eine schnelle Aufnahme von Flüssigkeit sicherzustellen, muß die Gesamtstruktur hydrophile Tendenzen haben. Mindestens ein Teil der Fasern müssen einen Kontaktwinkel von weniger als 90 Grad haben. Daher hat ein erfindungsgemäßer fasriger Vliesstoff ausreichende hydrophile Tendenzen, wenn der Stoff eine Sättigungskapazität von weniger als 50 g für 0,9%ige Kochsalzlösung pro g des Stoffes hat. Ein anderes wichtiges Merkmal des erfindungsgemäßen Materials ist dessen Elastizität sowohl im nassen als auch im trockenen Zustand. Ein einzigartiges Merkmal der vorliegenden Erfindung ist die Menge an Flüssigkeit, die das Material bei einem schnellen Ausstoß absorbieren kann. Zusätzlich kollabiert das erfindungsgemäße Material nicht leicht sobald es Flüssigkeit absorbiert hat, was für die Gesamtleistung schädlich wäre, da das Kollabieren des Materials eine verminderte Kapazität zum Zurückhalten von Flüssigkeit nach sich zöge. Die erfindungsgemäßen Materialien sollten Kompressionselastizitätswerte sowohl im nassen als auch im trockenen Zustand von mindestens etwa 60% haben.
Um die Eigenschaften der vorliegenden Erfindung zu zeigen, wurde eine Serie an Materialien gebildet und sodann in bezug darauf getestet, ob sie die vorstehend ausgeführten Parameter erfüllen. Zusätzlich wurden Proben dieser Materialien sodann in Windelkonstruktionen angebracht und auf ihre Ausflußeigenschaften getestet. Die Testverfahren, Materialien und Testergebnisse werden nachstehend beschrieben.

Hohlraumvolumen und Kompressionsregenerierungs-/Elastizitäts-Test

Das Hohlraumvolumen und die Kompressionsregenerierung wurden unter Verwendung eines INSTRON- oder SINTECH-Zugprüfgeräts zum Messen der Widerstandskraft gemessen, während das Material zwischen einer beweglichen Platte und einer fixierten Basis bei einer konstanten Geschwindigkeit unter Verwendung einer bestimmten Menge an Kraft und anschießendem Entspannen der Kraft mit derselben Geschwindigkeit komprimiert wird. Vorzugsweise werden der Druck oder die Kraft und die Plattenposition aufgezeichnet. Wenn nur die Kraft aufgezeichnet wird, wird der Druck wie nachstehend berechnet:
P = F/Ap · 10000 cm²/m&sub2;
wobei:
P = Druck in Pascal
F = die auf die Platten zurückwirkende Kraft in Newtons
Ap = Bereich der Platten in cm² (18,9 cm²)
Das Hohlraumvolumen für eine vorgegebene Plattenposition wird unter Verwendung der nachstehenden Gleichung berechnet:
wobei:
VV = Hohlraumvolumen des Materials in cm³ pro g
x&sub0; = anfängliche Plattenposition von der Basis in mm
x = Plattenposition von der anfänglichen Position in mm
Am = Bereich des Materials in cm²
M = Masse des Materials in g
ρFaser = Faserdichte in g pro cm³
Für Stoffe aus vielfältigen Fasertypen ist die Stoffaserdichte das Durchschnittsgewicht jeder einzelnen Faserdichte:
ρFaser, Gesamt = Gew.-%Faser1 · ρFaser1 + Gew.-%Faser2 · ρFaser2 + · · ·
wobei:
Gew.-% = Gewichtsprozent des Fasertyps in dem Gewebe oder:
Fasergew.-% = Fasergewicht in der Zusammensetzung/Gewicht der gesamten Zusammensetzung · 100
Die Basis muß größer als die Platte sein. Die Null-Höhe zwischen der Platte und der Basis wurde durch Absenken der Platte, bis sie fast die Basis berührt, festgesetzt. Die Platte wurde sodann auf die erwünschte Anfangshöhe von der Null-Entfernung angehoben. Die anfängliche Plattenposition muß größer sein, als die anfängliche Dicke des Materials, so daß der Test bei null Druck auf die Probe beginnt. Das Material kann in derselben Größe, wie die Platte, oder größer sein.
Eine geeignete Ausstattung für diesen Test könnte beinhalten:
INSTRON-Modell 6021 mit einer Kompressionstest-Software und einer 1 kN Beladungszelle, hergestellt von Instron in Bucks, England.
Waage:
Mettler in Highstown, New Jersey, Modell PM4600
Zum Messen des Hohlraumvolumens für die vorliegende Beschreibung wurde eine runde Platte mit einem Durchmesser von 4,9 cm verwendet, um die Materialien gegen die Basis mit einer Geschwindigkeit von 5,08 mm/min bis zu 909 gm Belastung (4690 Pascal oder 0,68 Pfund pro Quadratinch Druck) zu komprimieren. Die Platte wurde sodann mit derselben Geschwindigkeit in die anfängliche Startposition zurückgebracht. Die anfängliche Startposition der Platte war 12,7 mm von der Basis entfernt. Materialproben wurden in 10,2 cm · 10,2 cm-Stücke geschnitten und in der Mitte getestet. Die Kraft- und Positions-Daten wurden alle 0,03 min oder alle 0,15 mm aufgezeichnet. Fünf Wiederholungen wurden an getrennten Materialstücken durchgeführt.
Das Naßhohlraumvolumen wurde in ähnliche Weise gemessen, wie das Trockenhohlraumvolumen, außer, daß die Probe vollständig in 0,9%iger Kochsalzlösung während des Tests eingetaucht war. Ein Behälter mit einem flachen Boden, wie eine hexagonale Polystyrol-Waagschale, Katalog-Nr. 02-202D von Fischer Scientific in Pittsburth, Pennsylvania, wurde auf der Basis angebracht und die Null-Stellung der Platte eingestellt und die Platte wurde in die Ausgangsposition gebracht, wie bei dem Trockenhohlraumvolumenverfahren beschrieben. Eine 0,9%ige Kochsalzlösung wurde in den Behälter gegeben, um ihn bis zu einem Niveau gerade bis zum Boden der Platte in ihrer Ausgangsposition zu füllen. An dieser Stelle in dem Verfahren wurden die Belastungszelle tariert. Eine geeignete Kochsalzlösung könnte eine S/P zertifizierte Blutbank-Kochsalzlösung, hergestellt von Stephens Scientific in Riverdale, New Jersey und von Baxter Healthcare in McGraw Park, Illinois unter der Katalog-Nr. B3158-1 vertrieben, sein. Die Belastungszelle wurde mit diesem Flüssigkeitsniveau in dem Behälter tariert. Die Probe wurde in die Flüssigkeit unter der Platte plaziert und der Test wurde sodann, wie vorstehend für das Trockenhohlraumvolumen beschrieben, durchgeführt. Es hat sich herausgestellt, daß die Auftriebskraft eine vernachlässigbare Auswirkung auf den Druck hat. Sie kann jedoch, falls es erwünscht ist, von der Druckablesung in jeder Plattenposition unter Verwendung der nachstehenden Gleichung abgezogen werden:
PB = ρKochsalzlösung · g · (x&sub0; - x) · Ap/Ad - Ap + 1 · 0,01
wobei:
PB = Druck der Auftriebskraft in Pascal
ρKochsalzlösung = Kochsalzlösung (flüssig) Dichte in g pro cm³
Ap = Bereich der Platten in cm² (18,9 cm²)
Ad = Bereich der Schale in cm²
x&sub0; = Ausgangsplattenposition von der Basis in mm
x = Plattenposition in mm
g = Standardgraviationsbeschleunigung in 981 cm/s²
0,01 = Umwandlungsfaktor = 0,1 cm/mm · 0,001 kg/gm · 100 cm/m
Der Gesamtdruck auf die Probe ist:
Pprobe = Pabgelesen - PB
wobei:
Pprobe = Druck auf der Probe von der Platte in Pascal
Pabgelesen = abgelesener Druck von dem SINTECH oder INSTRON in Pascal
PB = Auftriebsdruck der 0,9%igen Kochsalzlösung in Pascal
Zum Messen des Hohlraumvolumens für die vorliegende Beschreibung wurden 120 ml Kochsalzlösung in den Behälter eingebracht und die Platte wurde anfänglich 12,7 mm von der Basis entfernt plaziert.
Die prozentuale Regenerierung bei 68,9 Pascal (0,01 psi) wurde unter Verwendung der Plattenpositionen beim Komprimieren und der Regenerierung, wenn der Druck 68,9 Pascal war, berechnet:
% Regenerierung = VVRegenerierung 68,9 Pa/VVKomprimierung 68,9 Pa
wobei:
VVRegenerierung 68,9 Pa = Holhlraumvolumen bei Regenerierung bei 68,9 Pascal Druck
VVKomprimierung 68,9 Pa = Hohlraumvolumen bei Komprimierung bei 68,9 Pascal Druck

Porositätsberechnung

Die Porosität ist das Verhältnis der Größe des Hohlraums in einem Stoff zu dem Gesamtvolumen dieses Stoffes, oder:
Φ = (1 - ρStoff/ρFaser) · 100%
wobei:
Φ = die Porosität des Gewebes und dimensionslos ist
ρStoff = Dichte des Stoffes in g pro cm³
ρFaser = Dichte der Faser in g pro cm³
Wenn ein Stoff aus vielfältigen Fasertypen mit verschiedenen Dichten gemacht ist, dann ist die gesamte Faserdichte das Durchschnittsgewicht der einzelnen Faserdichten:
ρFaser, Gesamt = Gew.-%Faser1 · ρFaser1 + Gew.-%Faser2 · ρFaser2 + · · ·
wobei:
Gew.-% = Gewichtsprozent des Fasertyps in dem Stoff.
Das Hohlraumvolumen des Stoffes kann verwendet werden, um die Porosität statt der Stoffdichte zu berechnen:
Φ = 1 -1/ρFaser · (VV- 1/ρFaser) · 100%
wobei:
VV = Hohlraumvolumen des Stoffes in cm³ pro g des Stoffes. Das Hohlraumvolumen wird gemäß den unter dem vorstehenden Abschnitt "Hohlraumvolumen und Kompressionsregenerierungs-/Efastizitäts-Test" beschriebenen Verfahren, berechnet.
Wenn ein Material offener in bezug auf seine Struktur wird, wird die Porosität sich der Asymptote eins, was einen leeren Raum bedeuten würde, annähern.

Permeabilitätstest

Die Permeabilität ist ein Zeichen dafür, wie leicht oder schwierig eine Flüssigkeit durch eine Struktur fließt, wenn ein Druckgradient an eine Flüssigkeit angelegt wird. Die sich ergebende Flüssigkeitsgeschwindigkeit durch die Struktur wird von der Permeabilität der Struktur gesteuert. Die Permeabilität dieser Proben in der Z-Richtung, die durch die Dicke des Materials geht, wurde durch einen Zwangsflußtest gemessen, der in einem Artikel von Bernard Miller und David B. Clark mit dem Titel "Liquid Transport Through Fabrics; Wetting and Steady-State Flow" veröffentlicht in Textile Research Journal, Seiten 150 bis 155, (März 1978) detailliert beschrieben ist. Der vorstehend genannte Artikel ist hierin durch Bezugnahme gänzlich eingeschlossen.
Um den Test durchzuführen, wurde ein Zwangsflußwiderstandsmonitor gemäß der Anleitung in dem vorstehend genannten Artikel gebaut. In dem Zwangsflußtest wurde die Probe in einen Zylinder gehalten und Flüssigkeit wurde durch das Material bei einer konstanten Geschwindigkeit mit einem Kolben gedrückt und der Rückdruck gegen den Kolben wurde aufgezeichnet. Die Permeabilität wurde unter Verwendung von Darcy's Gesetz berechnet, das den Flüssigkeitsfluß durch ein poröses Medium gemäß der nachstehenden Gleichung beschreibt:
v = Q/A = -kz/u · dp/dz
wobei:
v = Oberflächenflußgeschwindigkeit oder Kolbengeschwindigkeit in cm/min
Q = Volumenflußgeschwindigkeit in cm³/s
A = Querschnittsbereich des inneren Durchmessers des Rohrs (31,7 cm²)
kz = Materialpermeabilitätskonstante
dp = Druckabfall minus dem durchschnittlichen Wandwiderstandsdruck, beides in Pascal
z = Dicke in cm des Materials, Summe aller Schichten
dp/dz = Druckgradient durch das Material in Pascal pro cm
u = Fließviskosität (cp), die etwa 6 cp für Peneteköl ist
Diese Gleichung kann auch für die Permeabilität in Z-Richtung (kz) in den Einheiten von Darcy wie nachstehend gelöst werden:
Der Druckabfall für den Test wurde unter Verwendung eines Diagramms des Drucks gegen die Zeit erhalten. Der Druckabfall ist gleich der Änderung des Drucks zwischen dem Pausepunkt C in Fig. 1 der Zeichnungen und wenn der Kolben wieder bei Punkt D in Fig. 1 beginnt. Der Wandwiderstand, der von dem Druckabfall abgezogen wurde, wurde dadurch gemessen, indem der Test ohne eine Probe in dem Zylinder durchgeführt wurde und derselbe Druckabfall gemessen wurde. Die Messung des Wandwiderstands wurde fünfmal durchgeführt und sodann der Durchschnitt bestimmt.
Die Dicke des Materials kann entweder durch Durchführen des vorstehend beschriebenen Kompressionselastizitätstests bei einem Maximaldruck von 689 Dyn pro cm² (0,01 Pfund pro Quadratinch) an jeder Probe oder durch Messen des Flächengewichts der Probe und unter Verwendung des durchschnittlichen spezifischen Volumens (inverse Dichte) aus dem Kompressionselastizitätstest erhalten werden. Die Dickeberechnung für das letztere Verfahren ist:
z = M/Aprobe · Vsp, 68,9 Pa
Aprobe
wobei:
M = Masse des Materials in g
Aprobe = Bereich der Probe, der 45,6 cm² war
Vsp, 68,9 Pa = durchschnittliches spezifisches Volumen für das Material aus dem Kompressionselastizitätstest bei 68,9 Pascal (0,01 Pfund pro Quadratinch) in cm³ pro g des Stoffes.
Da die Standardabweichung des spezifischen Volumens bei 68,9 Pascal geringer als zehn Prozent des Durchschnitts war, wurde davon ausgegangen, daß die Annahme eines konstanten spezifischen Volumens zulässig ist. Wenn die Standardabweichung des spezifischen Volumens über zehn Prozent liegt, muß sie direkt unter Verwendung des vorstehend beschriebenen Kompressionselastizitätstests gemessen werden. Wenn zwei oder mehr Proben übereinander geschichtet wurden, wurden die Proben mit ihrer Maschinenrichtung aus der Bildung in derselben Richtung ausgerichtet und aufeinander oben-auf-unten gelegt (d. h., die Luftseite aus der Bildung auf die Drahtseite aus der Bildung).
Die in Verbindung mit der Testapparatur verwendete Ausrüstung beinhaltet einen Druckwandler des Modells Nr. P3061-50WD von Lucas-Schaevitz Company in Pennsauken, New Jersey. Dieser Druckwandler kann bis zu 50 Inch Wasserdruck (12440 Pa) messen. Die zusätzlich verwendete Ausrüstung beinhaltet ein Diagrammaufzeichnungsgerät des Modells SE 120, 881221100 von BBC Goerz Metrawatt in Österreich, ein Schieber- und Motorpositioniergerät Model Nr. B4036W1J von Velmex, Inc. in Holcomb, New York, ein Stepperkontrollgerät Modell Nr. 14 V 8K BASIC von Centroid Corporation aus State College, Pennsylvania und einen COMPAQ®-PC mit einem seriellen Anschluß.
Die Kalibrierung der Druckmessung wurde durch Zugabe eines bekannten Gewichts oder Flüssigkeitsvolumens zu dem Zylinder und Vergleichen der Antwort des Druckwandlers mit dem theoretischen Druckanstieg unter Verwendung der Formel erreicht:
ΔPTheorie = p · g · h = g · M/A · 100 cm/m · 0,001 kg/gm
wobei:
ΔPTheorie = theoretische Druckänderung in Pascal
ρ = Flüssigkeitsdichte in g pro cm³
g = Standardgravitationsbeschleunigung, die 981 cm pro s³ ist
h = Höhe der zu dem Zylinder zugegebenen Flüssigkeit in cm
A = innerer Bereich des Zylinders in cm², der 31,7 cm² war
M = Flüssigkeitsmasse in g
Die Druckänderung von dem Wandler und dem Streifendiagrammaufzeichengerät wurde unter Verwendung der Gleichung berechnet:
ΔPtrans = Diagramnabgelesen/FSDiagramm · Diagramm Volt/PTDruck · 248,8 Pa/in H&sub2;O
wobei:
ΔPtrans = Druckwandlerablesung in Pascal
Diagrammaabgelesen = Diagrammablesung auf einem x-y-Plotter in der Anzahl an Abstufungen
FSDiagramm = Vollanschlag (Gesamtabstufung) auf dem x-y-Plotter in Anzahl an Abstufungen
DiagrammVolt = Diagrammaufzeichengerät maximale Voltzahl in Millivolt
PTVolt = Druckwandler maximaler Spannungsbereich in Millivolt
PTDruck = Druckwandler maximaler Druckbereich in Inch in Wasser
Beim Ableiten der Permeabilitätsdaten wurden keine Gitter verwendet, um die Proben an ihrem Platz zu halten. Stattdessen wurden zwei Hälften eines Zylinders mit einem Innendurchmesser von 6,35 cm verwendet, die mit einer Probe mit 7,62 cm Durchmesser zusammengeschraubt waren, die zwischen den beiden Zylinderstücken angebracht war. Mineralöl wurde als Flüssigkeit verwendet. Genauer war das Mineralöl Penetek Mineralöl der technischen Güteklasse von Penreco in Los Angeles, California. Das Mineralöl hatte eine Viskosität von etwa 6 centipoise. Die Kolbengeschwindigkeit war 20 cm/min. Die in dem Datenabschnitt angegebenen Ergebnisse waren der Durchschnitt der Ergebnisse aus fünf getrennten Tests an fünf getrennten Proben des Materials und wurden in Darcy aufgezeichnet.

Berechnung der Oberfläche pro Hohlraumvolumen (SA/VV)

Die Oberfläche von Stoffen, die aus Stapelfasern mit einem runden Querschnitt zusammengesetzt sind, kann direkt berechnet werden. Die Oberfläche wird aus dem Faserdenier unter Verwendung der Beziehung berechnet:
wobei:
SA = Oberfläche in cm² pro g des Gewebes oder des Stoffes
Denier = Fasergröße in Denier, das das Gewicht in g einer einzelnen 9000 Meter langen Faser ist
ρFaser = Faserdichte in g pro cm³
3363 = Umwandlungsfaktor von Kubikwurzel Denier geteilt durch Denier in Quadratwurzel des Durchmessers (in cm) geteilt durch die Länge (cm)
Wenn das Puffermaterial aus einem Gemisch aus Fasern gemacht ist, dann ist die gesamte Oberfläche pro Gewichtseinheit für das Material das Durchschnittsgewicht:
SAgesamt = GeW.-%Faser1 · SAFaser1 + GeW.-%Faser2 · SAFaser2 + · · ·
wobei:
SAgesamt = gesamte Oberfläche in dem Stoff in cm²/g
Gew.-%Faser1 = Gewichtsprozent der Faser in dem Stoff
SAFaser1 = Oberfläche der Faser in cm²/g
Die Faseroberflächen innerhalb der Stoffe, die aus Fasern mit modifizierten Querschnitten zusammengesetzt sind, wie Stapelfasern mit einem modifizierten Querschnitt und schmelzextrudierten Fasern mit einem modifizierten Querschnitt, können mit dem BET- Verfahren von Brunauer, Emmett und Teller, Journal of the American Chemical Society, 60, 309 (1938) gemessen werden, der hierin durch Bezugnahme gänzlich eingeschossen ist.
Das BET-Verfahren beinhaltet die Absorption einer monomolekularen Schicht von Gasmolekülen auf der Oberfläche der Fasern. Berechnungen bezüglich der Menge an auf den Fasern anwesendem Gas liefert eine Quantifizierung der Faseroberflächenwerte. Dieses Verfahren wurde ziemlich routinemäßig in der Papierindustrie für fasrige Stoffe, wie Papieren, Füllmitteln und Filtermaterialien, verwendet.
SA/VV wird sodann aus dem Verhältnis der Faseroberfläche pro Gewichtseinheit (cm² pro g) zu dem Hohlraumvolumen des Stoffes pro Gewichtseinheit (cm³ pro g) berechnet. SA/VV hat somit die Einheit von cm²/cm³.

Sättigungskapazitätstest

Beim Sättigungskapazitätstest wird die Sättigungskapazität des Material gemessen, während es in einer horizontalen Ebene und unbeladen ist. Beim beladungsfreien, horizontalen Sättigungskapazitätstest wird eine kleine Probe des Materials genommen, in eine flüssige Umgebung eingebracht und die maximale Menge an Flüssigkeit gemessen, die das Material halten kann. Der erhaltene Wert ist ein Ergebnis der Wechselwirkung zwischen dem Hohlraumvolumen, der Porengrößenverteilung und der Benetzbarkeit des Materials.
Die Ausrüstung und Materialien beinhalten eine Meßwanne mit einer Breite von mindestens 15 cm, einer Länge von mindestens 20 cm und einer Tiefe von mindestens 5 cm. Die Wanne sollte nicht tiefer als 10 cm sein. Außerdem beinhaltet die Ausrüstung eine zweite Meßwanne mit mindestens 12 cm Breite, mindestens 12 cm Länge und 1,3 cm Tiefe, wobei die maximale Tiefe 10 cm nicht überschreitet. Am besten wird diese Wanne aus einem leichten Material gemacht, da sie beim Wiegen verwendet wird. Es wird außerdem eine Waage gebraucht, die auf 0,01 g ablesbar ist. Diese Waage sollte bedeckt sein, so daß Luftzüge die Ablesungen nicht beeinflussen. Schließlich wird eine Kochsalzlösung benötigt, wie eine 0,9%ige S/P zertifizierte Blutbank-Kochsalzlösung, Katalog B3158-1 von Baxter Healthcare Corporation.
Die Probenvorbereitung beinhaltete das Schneiden der Proben aus den zu testenden Materialien. Die Größen der Proben sollten 10 · 10 cm² sein. Die erste 15 · 20 · 5 cm- Meßwanne sollte mit der vorstehend genannten Kochsalzlösung bis 1,3 cm vom oberen Rand der Wanne gefüllt sein.
Jede Probe sollte einzeln auf der Waage gewogen werden und deren Gewicht als das Trockengewicht aufgezeichnet werden. Sodann wird das Taragewicht der trocknen 12 cm · 12 cm · 113 cm-Wanne gemessen und aufgezeichnet. Die Tara-12 cm · 12 cm · 1,3 cm-Wanne wird neben die 15 cm · 20 cm · 5 cm-Wanne plaziert. Man sollte sorgfältig jegliche verschüttete Flüssigkeit auf der Oberfläche, auf die die tarierte Wanne plaziert wird, wegwischen, da dies das Taragewicht beeinflußt.
Eine Probe wird in die Wanne, die die Kochsalzlösung enthält, eingebracht, und ungestört darin belassen, bis sie untergeht oder für maximal 15 s, was immer zuerst eintritt. Wenn die Probe oben auf der Lösung schwimmt, sollte sie nicht in die Lösung gedrückt werden, da eine schwimmende Probe ein Zeichen für die ungenügende Hydrophilie des Materials ist. Sobald die Probe vollständig untergegangen ist oder die 15 s abgelaufen sind, sollte die Probe aus der Kochsalzlösung unter Verwendung beider Hände herausgenommen werden. Die Probe sollte an allen vier Ecken unter Verwendung des Mittel- und Zeigefingers angefaßt werden, um die eine Ecke der einen Seite zu greifen, und der Daumen und Ringfinger sollte zum Greifen der anderen Ecke derselben Seite verwendet werden. Die Probe sollte aus der Lösung gehoben werden und so schnell wie möglich in die tarierte Wanne gelegt werden. Sodann sollte die nasse Probe gewogen werden, das Taragewicht abgezogen und das Naßgewicht aufgezeichnet werden. Das vorstehende Verfahren wird wiederholt, bis alle Proben getestet sind. Es soll angemerkt werden, daß die meisten zu testenden Proben ein Surfactant enthalten, das in die Kochsalzlösung ausgewaschen wird. Daher sollte die Lösung gewechselt werden, nachdem etwa 40 Proben benetzt wurden oder wenn das Flüssigkeitsniveau in der Wanne auf etwa 2,5 cm abfällt.
Zur Berechnung der Sättigungskapazität wird das Naßgewicht jeder Probe durch das Trockengewicht geteilt und die Zahl eins wird sodann von dem Ergebnis abgezogen, um den Beitrag des Trockengewichts im Zähler zu eliminieren. Die erhaltene Zahl ist die Sättigungskapazität des Materials, die als Gramm Flüssigkeit pro Gramm Probe aufgezeichnet wird.

Beispiele

Nachdem die Testverfahren zur Beurteilung der Parameter des erfindungsgemäßen Materials beschrieben wurden, wurde eine Serie von Probematerialien hergestellt und auf deren Eigenschaften getestet. Eine Zusammenfassung dieser Materialien und deren Eigenschaften wird nachstehend beschrieben. Zwei Probematerialien wurden als einzellagige fasrige Vliesstoffe hergestellt. Das Zielflächengewicht für die Beispiele 1 und 2 war ca. 50 g pro m² (gsm). Die tatsächlichen Flächengewichte werden in der Tabelle 1 wiedergegeben. Alle Proben wurden unter Verwendung herkömmlicher Kardierausrüstung hergestellt und anschließend mit Durchluft bei ausreichenden Temperaturen und einer genügenden Zeitdauer verfestigt, um die Komponente mit dem niedrigeren Schmelzpunkt in den Bikomponentenfasern mindestens teilweise zu schmelzen und an ihren Überlappungspunkten aneinander zu binden.
In Beispiel 1 wurde ein fasriger Vliesstoff mit 50,5 gsm unter Verwendung eines homogenen Gemischs aus 60 Gew.-% weichen 71 Polypropylenfasern mit einem Denier von 4,4 und 38 mm von Danaklon a/s in Dänemark und 40 Gew.-% Polyethylenscheide/Polyesterkern-Bikomponentenfasern mit einem Denier von 3,0 mit 38 mm von BASF Corporation Faserabteilung von Enka, North Carolina hergestellt. Beide dieser Fasern, sowie alle in den Beispielen enthaltenen Fasern, enthielten ein Finish des Herstellers, der die Fasern hydrophil macht. Alle Fasern waren von dem Hersteller so ausgerichtet, daß sie einen Kontaktwinkel von weniger als 90º hatten. Die beiden Fasern wurden gleichmäßig miteinander gemischt, kardiert und sodann unter Verwendung von heißer Luft bei einer Temperatur von etwa 143ºC für 4 Sekunden aneinander gebunden, um die Gesamtstruktur zu verfestigen. Das Hohlraumvolumen, die Oberfläche pro Hohlraumvolumen, die Porosität, Permeabilität und Sättigungskapazitätswerte für dieses Material sind in der Tabelle 1 wiedergegeben.
In Beispiel 2 wurde ein homogener, einzellagiger, fasriger Vliesstoff mit einem Flächengewicht von 48,8 gsm unter Verwendung von 40 Gew.-% einer Hoechst Celanese-Typ 295 Polyesterfaser mit 6,0 Denier und 60 Gew.-% einer Polyethylenscheiden/Polyesterkern-Bikomponentenfaser von BASF mit 3,0 Denier hergestellt. Das homogene Gemisch der Fasern wurde miteinander unter Verwendung von heißer Luft bei einer Temperatur von 135ºC für etwa 4 Sekunden verfestigt. Während des Verfestigungsverfahrens wurden die Proben von einer anfänglichen Dicke von etwa 180-200 Mils auf eine Enddicke durch Wärmeabsitzen von etwa 100 Mils (0,259 cm) bei einem Druck von 689 Dyne pro cm² komprimiert. Die Testergebnisse für dieses Material sind in Tabelle 1 wiedergegeben.
In Beispiel 3 wurde eine zweilagige Struktur erzeugt. Diese zweilagige Struktur kommt den derzeit in kommerziell erhältlichen Windeln des Anmelders verwendeten Material am nächsten. Die obere Schicht hatte etwa 17 g pro m² und enthielt die Polyethylenscheiden/Polyesterkern-Bikomponentenfasern von BASF mit 3 Denier. Die zweite oder untere Schicht enthielt ein homogenes Gemisch aus 60 Gew.-% der Hoechst Celanese- Typ 295 Polyesterfasern mit 6,0 Denier, 35 Gew.-% einer 38 mm Polyethylenscheiden/Polypropylenkern-Typ ES-Bikomponentenfaser mit 1,7 Denier von Chisso Corporation in Osaka, Japan und 5 Gew.-% einer Chisso-Typ ES-HB Polyethylenscheiden/Polypropylenkern-Bikomponentenfaser mit 2,0 Denier. Die zwei Schichten wurden aneinander in derselben Weise und unter denselben Bedingungen, wie das in Beispiel 3 beschriebene Material gebunden und das erhaltene Material hatte ein Flächengewicht von 46,1 g pro m². Die Probe wurde nicht komprimiert, um die Dicke während des Verfestigungsverfahrens zu vermindern. Die Dicke des Materials war etwa 111 Mils (0,281 cm) bei einem Druck von 689 Dyn pro cm². Die Testergebnisse sind in Tabelle 1 wiedergegeben. Tabelle 1
Die erfindungsgemäßen fasrigen Vliesstoffe müssen eine gleichmäßig gemischte, einzellagige Struktur mit einem Flächengewicht von mindestens 20 g pro m², einem Hohl raumvolumen zwischen etwa 40 und 60 cm³ pro g des Stoffes bei einem Druck von 689 Dyn pro m² (0,01 lbs. psi), einer Permeabilität von etwa 5000 bis etwa 8000 Darcy, einer Porosität von etwa 97,2% bis etwa 98,8% und einer Oberfläche pro Hohlraumvolumen von etwa 24 bis etwa 49 cm² pro cm³ haben. Aus Tabelle 1 ist ersichtlich, daß das in Beispiel 1 definierte Material eine Oberfläche pro Hohlraumvolumen, Porositäts- und Permeabilitätswerte hat, die alle außerhalb dieses Bereichs sind.
Beispiel 2 zeigt alle Eigenschaften der vorliegenden Erfindung. Zusätzlich hat das Material aus Beispiel 2 einen ausreichenden Grad an sowohl Naß- als auch Trockenkompressionselastizität. Die Naß- und Trockenelastizitätswerte von Beispiel 2 waren jeweils 86% und 81%. Dieses Material erfüllt somit das Erfordernis, daß die Kompressionselastizität entweder des nassen oder des trockenen Zustands mindestens 60% ist.
Beispiel 3 erfüllt die SA/VV-Parameter insofern nicht, als es einen Wert (19,4 cm²/cm³) hat, der außerhalb des definierten Bereichs von etwa 24 bis etwa 49 cm²/cm³ ist.
Beispiel 2 wurde in HUGGIES® Ultratrim Step 4-Windeln als eine Pufferschicht zwischen der körperseitigen Deckschicht und dem absorbierenden Kern angebracht. Das Puffermaterial wurde leicht an die Deckschicht und den absorbierenden Kern unter Verwendung von National Starch 34-5563 von National Starch Company in Bridgewater, New Jersey geklebt. Die Auftragsmenge des Klebemittels zwischen der Deckschicht und dem Puffermaterial gemäß der vorliegenden Erfindung war etwa 0,01 bis 0,04 Gramm pro Windel, während die Auftragsmenge zwischen der Pufferschicht und dem stoffumwickelten absorbierenden Kern etwa 0,03 bis 0,05 g pro Windel war Diese Windeln wurden bei der Verwendung im Vergleich mit HUGGIES® Ultratrim Step 4-Windeln als Kontrolle getestet. Es hat sich herausgestellt, daß die Windeln mit der erfindungsgemäßen Pufferschicht 13,0% Gesamtauslaufen bei Jungen und 3, 4% Gesamtauslaufen bei Mädchen gegenüber den Kontrollwindeln zeigen, die ein Gessamtauslaufen für Jungen von 15,6% und für Mädchen von 4,6% zeigen.
Nachdem die Erfindung somit detailliert beschrieben wurde, sollte es offensichtlich sein, daß andere Modifikationen und Änderungen in der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden können, ohne den Schutzumfang der nachstehenden Ansprüche zu verlassen.

Claims

1. Ein fasriges Vliesgewebe umfassend:

eine Vielzahl an thermoplastischen Fasern, die zur Bildung eines gleichmäßig gemischten, einzellagigen Vliesgewebes mit einem Flächengewicht von mindestens 20 g/m² aneinander wärmegebunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Hohlraumvolumen zwischen etwa 40 und 60 cm³/g des Gewebes bei 689 Dyn/cm² Druck, eine Permeabilität von etwa 5.000 bis etwa 8.000 Darcy, eine Porosität von etwa 97, 2% bis etwa 98, 8% und eine Oberfläche pro Hohlraumvolumen von etwa 24 bis etwa 49 cm²/cm³ hat.

2. Ein absorbierender Artikel für die Körperhygiene umfassend:

eine körperseitige Deckschicht und eine Trägerschicht mit einem dazwischen angeordneten absorbierenden Kern, wobei der Artikel außerdem eine Zwischen- oder Pufferschicht beinhaltet, die zwischen der körperseitigen Deckschicht und dem absorbierenden Kern angeordnet ist, wobei die Zwischen- oder Pufferschicht eine Vielzahl an thermoplastischen Fasern umfaßt, die zur Bildung eines gleichmäßig gemischten, einzellagigen Vliesgewebes gemäß Anspruch 1 aneinander wärmegebunden sind.

3. Das fasrige Vliesgewebe nach Anspruch 1 oder der absorbierende Artikel für die Körperhygiene nach Anspruch 2, wobei das Gewebe mindestens 50 Gew.-% Bikomponentenfasern basierend auf dem Gesamtgewicht des Gewebes beinhaltet.

4. Das fasrige Vliesgewebe nach Anspruch 3 oder der absorbierende Artikel für die Körperhygiene nach Anspruch 3, wobei mindestens ein Teil der Bikomponentenfasern ein Denier gleich oder größer als 2 haben.

5. Das fasrige Vliesgewebe nach Anspruch 3 oder der absorbierende Artikel für die Körperhygiene nach Anspruch 3, wobei das Gewebe außerdem Polyesterfasern beinhaltet.

6. Das fasrige Vliesgewebe nach Anspruch 3 oder der absorbierende Artikel für die Körperhygiene nach Anspruch 3, wobei die Bikomponentenfasern gekräuselt sind.

7. Das fasrige Vliesgewebe nach Anspruch 1 oder der absorbierende Artikel für die Körperhygiene nach Anspruch 2, wobei das Flächengewicht im Bereich von etwa 40 bis etwa 68 g/m² liegt.

8. Das fasrige Vliesgewebe nach Anspruch 1 oder der absorbierende Artikel für die Körperhygiene nach Anspruch 2, wobei das Gewebe eine Sättigungskapazität zwischen etwa 30 und etwa 50 g für 0,9%ige Kochsalzlösung pro Gramm des Gewebes hat.

9. Das fasrige Vliesgewebe nach Anspruch 8 oder der absorbierende Artikel für die Körperhygiene nach Anspruch 8, wobei das Gewebe eine Kompressionselastizität von mindestens etwa 60% hat.