往底材上涂布吸水材料的方法与系统

摘要

往底材上涂布粘合剂/高吸水剂混合物的一种方法与系统，该方法与系统适合于将一粘合剂和超吸水性聚合物的混合物在第一压力下加热至第一温度，该第一温度低于第一压力下所述混合物的沸点；在第二压力下通过一热交换器加热该混合物，该第二压力高于第一压力，该热交换器适合于将该混合物的温度升高至第二温度，该第二温度高于第一温度；然后有选择地将该混合物涂布到一底材上。

权利要求

1.一种将粘合剂和超吸水性聚合物混合物涂布到底材上去的方法，它包括的步骤有：将一种粘合剂和超吸水性聚合物的混合物在加热罐中在第一压力下加热至第一温度，该第一温度低于第一压力下所述混合物的沸点；

输送所述混合物经过装在所述加热罐和热交换器之间的第一段导管，所述热交换器与所述加热罐间隔分布；

加热所述第一段导管以维持所述混合物在所述第一段导管内的温度恒定；在第二压力下令该加热过的混合物通过一热交换器，该第二压力高于第一压力，该热交换器适合于将该混合物的温度升高至第二温度，该第二温度高于第一温度；

输送所述混合物经过装在所述热交换器和所述粘合剂涂布器之间的第二段导管，所述粘合剂涂布器与所述热交换器间隔分布；

有选择地将该混合物涂布到底材上。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述混合物通过一台粘合剂涂布器被涂布到所述底材上。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于所述粘合剂涂布器是狭缝涂布器。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述底材以500-1000英尺/分钟的速度移动。

5.如权利要求1所述的方法，还包括：

加热所述的第二段导管以维持所述混合物在所述第二段导管内的温度恒定。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述第一温度范围为200°F至250°F。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述第二温度范围为250°F至350°F。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述第一温度为250°F，所述第二温度为

300°F。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述粘合剂的涂布速率为45克/分钟至80克/分钟。

10.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述底材为一非织造底材。

11.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述第二压力范围为50psi至500psi。

说明书

往底材上涂布吸水材料的方法与系统

[0001] 与相关申请的互见条目

[0002] 本申请要求2004年2月5日提交的申请60/542,521的优先权。

技术领域

[0003] 本发明涉及选择性地将一吸水材料涂布到一底材表面上的一种方法和系统，尤其是将一超吸水性聚合物(SAP)和粘合剂的混合物涂布到一底材上的方法和系统。

背景技术

[0004] 吸水制品，如一次性尿布，妇女卫生巾、裤垫等是大家所熟知的。已知的吸水制品典型地包括例如一层可渗透液体的面料，一层不可渗透液体的背料以及装在它们中间的吸水芯层。常规地，吸水芯层包括疏松形成的纤维素纤维，还可能含有超吸水性聚合物纤维用来提高芯层的吸水容量。这里使用的术语”超吸水性聚合物”(或”SAP”)通常指的是在0.5psi压力下能够吸收和保持至少十倍于其重量的体液的材料。这样的超吸水性聚合物包括交联的亲水聚合物，如聚乙烯醇，聚环氧乙烷，交联的淀粉，瓜尔胶，黄原胶等。一种市售的SAP材料是AQUAKEEP SA-70，可从Sumitomo Seika Chemicals Co.，Ltd.购得。

[0005] 由于传统的芯层是疏松形成的，所以这样的芯层性质上相当厚而且松散，体积大。近年来，在力图减少吸水制品，尤其是妇女卫生裤垫等的厚度和体积时，传统的疏松形成的芯层被薄的超吸水性网状材料所替代，它往往部分地包含SAP颗粒材料。如下面进一步详细讨论的那样，超吸水性网状材料一般是将SAP颗粒在成网过程中掺入网中，或者在成网过程之后用机械的方法(使用喷嘴等)将SAP颗粒涂布到网上来形成。

[0006] 可在成网过程中用任意一种已知的非织造成网技术(例如气流法)将SAP颗粒材料直接掺到网中。在这些过程中，通过将SAP颗粒材料在成网之前与网的其他纤维组分混合的办法将SAP颗粒材料掺进网中。网的其他纤维组分可包括纤维素纤维，如木浆纤维，棉籽绒，人造丝纤维，亚麻，黄麻等。亲水性合成纤维，如聚乙烯，聚丙烯，尼龙，聚酯等可以被用来代替纤维素纤维或者与纤维素纤维一起使用。

[0007] 如上所述，SAP颗粒材料还可以在网形成之后涂布到网底材上。典型地，SAP颗粒材料通过机械传输的方式，如导管，喷嘴喷雾器等涂布到网上。用这种形式涂布到网上的一种方法和系统见于美国专利U.S Patent No.5,248,524。在SAP颗粒材料涂布到底材上之前可以先涂布上一粘合剂，这样高吸水剂就粘附在底材的那些已经涂布了粘合剂的区域。狭缝涂布器，如市售的Nordson公司的Nordson EP-11和Nordson EP-45，以及喷雾型的涂布器可以用于在网状底材上涂布粘合剂。

[0008] 遗憾的是，上述这些先前的技术有一些固有的缺点。例如，在成网之前将SAP颗粒材料与纤维组分混合通常会造成SAP颗粒材料不均匀地分布在网中。在某些应用中这是不希望发生的。例如，在某些应用中可能希望有选择地将SAP颗粒材料只涂布到底材的一个部分，或者希望以一种有选择的式样将SAP颗粒材料涂布到底材上。再者，根据形成网的特定纤维材料，可能不希望在成网之前就让SAP颗粒材料与纤维材料混合，因为这些材料互相可能并不相容。同样，使用导管，喷嘴等传输SAP颗粒材料来形成网状底材时，尤其是底材在高速移动时也会带来各种各样的问题。例如很难将SAP颗粒材料涂布到底材的一个预先确定的局部区域。尤其是当SAP颗粒材料的喷雾未在严格规定的时间间隔内开始与结束的话，SAP颗粒材料可能会被输送到底材上不希望的区域，而不是希望的区域。再者，SAP颗粒材往往容易铺展，即颗粒不是局限在底材上而是可能迁移到不希望的区域去，因而污染了过程。上述的这些问题对于非织造底材更加严重，因为非织造底材常在高的线速度下加工，这样的速度足以促使SAP颗粒材料散布在底材上不希望的区域内。

[0009] 有鉴于上述的情况，需要有这样的一种将超吸水性材料涂布到底材上的方法，它有克服上述的一个或多个缺点。

[0010] 发明概述

[0011] 根据本发明的第一方面，本发明提供了一种将粘合剂/高吸水剂的混合物涂布到一底材上的方法，它包括的步骤有：

[0012] 将一种粘合剂和超吸水性聚合物的混合物在第一压力下加热至第一温度，该第一温度低于第一压力下所述混合物的沸点；

[0013] 在第二压力下令该经加热的混合物通过一热交换器，该第二压力高于第一压力，该热交换器适合于将该混合物的温度升高至第二温度，该第二温度高于第一温度；

[0014] 有选择地将该混合物涂布到一底材上。

[0015] 根据本发明的第二方面，本发明提供了一种将粘合剂/高吸水剂的混合物涂布到一底材上的系统，它包括：

[0016] 加热罐，将一种粘合剂和超吸水性聚合物的混合物在第一压力下加热至第一温度的，该第一温度低于第一压力下所述混合物的沸点；

[0017] 热交换器，在第二压力下加热该混合物，该热交换器与加热罐连通，该第二压力高于第一压力，该热交换器适合于将该混合物的温度升高至第二温度，该第二温度高于第一温度；

[0018] 与热交换器连通的粘合剂涂布器，用来有选择地将该混合物涂布到一底材上。

[0019] 附图的简要说明

[0020] 以下参照附图详细说明本发明，其中：

[0021] 图1为将粘合剂与超吸水颗粒材料涂布到一底材上的现有技术系统的示意图；

[0022] 图2为根据本发明将高吸水剂/粘合剂混合物涂布到一底材上的系统的示意图。

[0023] 本发明的详细说明

[0024] 如在以上“背景技术”一节中简要讨论过的，将超吸水性聚合物以颗粒或纤维的形式粘附到一底材上的一个已知技术的步骤，包括用一粘合剂涂覆该底材的表面，用机械的传输方法，如导管，喷嘴喷雾器将超吸水性材料涂布到已涂覆了粘合剂的底材上。用这种办法SAP粘附在底材上。通常该过程包括以下的步骤：

[0025] (1)在一加热罐中加热粘合剂；

[0026] (2)将该粘合剂通过导管泵送到粘合剂涂布器，往底材上涂布该粘合剂；

[0027] (3)用导管，喷嘴喷雾器等往涂布过的底材上涂布超吸水性颗粒材料。

[0028] 用于上述过程的粘合剂的制造厂家一般都指明在把粘合剂泵送至涂布器之前应将粘合剂加热至怎样的一个推荐温度。粘合剂应加热到的指定温度随粘合剂的组成不同而不同，但该指定温度低于该粘合剂在常压下的沸点而又足够高以便充分降低粘合剂的粘度，让该粘合剂容易地从加热罐被泵送至粘合剂涂布器。

[0029] 如图1所示，实现上述过程的一种常规的先前系统100通常包括加热罐102，涂布器104，用来往移动的底材上涂布粘合剂，以及喷嘴108等用来将超吸水性颗粒109涂布到底材上。导管106连着罐102与粘合剂涂布器104，将粘合剂从加热罐102输送至粘合剂涂布器104，用来将粘合剂涂布到底材111上。常规的加热罐一般包括一台装在一起的泵来输送经加热的粘合剂经过导管106。在粘合剂涂布器104将粘合剂涂布到底材111上去之后，底材沿着纵向被送至喷嘴108等，以便将超吸水性颗粒109涂布到底材上去。通常导管106是绝热的，在贴近导管106处常配置有数个加热器使粘合剂的温度在罐102与粘合剂涂布器104之间保持基本恒定。

[0030] 用于上述系统的这种类型的加热罐包括产自Nordson公司的Nordson 3600，Orson 6000，Meltex GR和Meltex MX罐。像其它这类常规的加热罐，这些罐都有一台装在里面的泵，能够将经加热的粘合剂经过连接在上面的导管泵送到粘合剂涂布器。用于上述方法的一种类型的常规粘合剂涂布器可以是，例如狭缝涂布器。合适的市售狭缝涂布器包括Nordson公司制造的Nordson EP-11和EP-45。

[0031] 如在以上”背景技术”一节中讨论过的，图1所示的这类先前系统有一些固有的缺点。例如，由于超吸水性颗粒材料基本上是喷雾到涂覆了粘合剂的网上去的，因此难于将该颗粒材料涂布到底材上预先确定的局部区域上去。尤其是当粉体的喷雾未在严格规定的时间间隔内开始与结束的话，颗粒材料可能会被输送到底材上不希望的区域去。再者，颗粒材料往往容易铺展，即颗粒不是局限在底材上而是可能迁移到不希望的区域去，因而污染了过程。

[0032] 为了图克服有关参照图1所描述的先前工艺过程的问题，已经开发了粘合剂/超吸水性聚合物颗粒混合物，使用常规的加热罐和粘合剂涂布器来一步法涂布此混合物。用这种办法省去了单独的通过喷嘴等将超吸水性聚合物涂布到先涂覆了粘合剂的底材上去的这一步。市售的高吸水剂/粘合剂混合物是Fuller公司的产品Fuller NW-1078。然而，如下面更详细的讨论的那样，本发明者们发现了当使用如图1所示及参照以上所述的常规加热罐-涂布器系统实施高吸水剂/粘合剂混合物的涂布时带来的固有困难。

[0033] 将超吸水性颗粒材料与粘合剂混合而得到的混合物粘度高于粘合剂单独的粘度。因此，当在常规的加热罐中于常压下加热该混合物至低于该混合物的沸点时，混合物的粘度不能降低到足以使一台装在常规加热罐里的泵能把该混合物以可以接受的流量适当地输送至涂布器。更确切地说，与单独粘合剂相比，由于混合物粘度的升高，泵只能以较低的流量来输送混合物。进一步还发现了，为了把混合物的粘度降低到一个能接受的程度，即这种包括在常规加热罐里的泵能够以可接受的流量来输送混合物，该混合物必须被加热到常压下该混合物沸点以上的温度。但是，把该混合物加热到这么高的温度是不能接受的，因为使混合物沸腾会引起泵内的空化，同样也造成流量的下降。使用常规的加热罐涂布器系统来涂布高吸水剂/粘合剂混合物的另外一个问题是系统内造成的压力往往高于设备的额定值。这仍然是由于高吸水剂/粘合剂混合物的粘度高引起的。使用常规的加热罐涂布器系统往底材上涂布高吸水剂/粘合剂混合物还有一个问题，即涂布器中的混合物会堆积起来，这也是由于混合物的高粘度引起的，因而造成阻塞。

[0034] 有鉴于上述的情况，按照本发明的方法包括的步骤有：

[0035] (1)将一种粘合剂和超吸水性聚合物的混合物在第一压力下加热至第一温度，该第一温度低于第一压力下所述混合物的沸点；

[0036] (2)在第二压力下将该经加热的混合物泵送通过一个热交换器，该第二压力高于第一压力，该热交换器适合于将该混合物的温度升高至第二温度，该第二温度高于第一温度；

[0037] (3)有选择地将该混合物涂布到底材上。

[0038] 图2示意地说明了实施按照本发明的方法的一个系统200。系统200包括加热罐202，热交换器203和粘合剂涂布器204，该涂布器204用来将粘合剂/超吸水性聚合物的混合物涂布到底材211上。该系统还包括第一段导管205连接加热罐202与热交换器203，以及第二段导管207连接热交换器203与粘合剂涂布器204。加热罐202包括一台装在一起的泵，用来输送粘合剂和超吸水性聚合物的混合物流经第一导管205，热交换器203和第二导管207至粘合剂涂布器204。

[0039] Nordson公司的Nordson 3600罐可用作加热罐202，Nordson公司制造的Nordson EP-11可用作粘合剂涂布器204。

[0040] 显然，导管205和207的直径小于加热罐202的直径。因此，高吸水剂/粘合剂混合物经过导管205和207的压力高于加热罐202的压力。热交换器203最好用盘管(图中未示出)结构，其直径与导管205和207的直径相同，同时还包含数个加热器(未示出)配置来升高混合物在热交换器中的温度。由于高吸水剂/粘合剂混合物在加压下流经热交换器203(即在比罐202的压力高的压力下)，热交换器203能够把高吸水剂/粘合剂混合物加热到一个温度，该温度可能会超过在加热罐202的压力下该混合物的沸点温度。但是，由于热交换器的压力比加热罐的压力更高，所以高吸水剂/粘合剂混合物的温度可以被升高而不使该混合物沸腾。

[0041] 此外，通过升高热交换器中高吸水剂/粘合剂混合物的温度，混合物的粘度降低。高吸水剂/粘合剂混合物粘度的降低起到了降低整个系统所经受的压力的作用，这样就允许市售加热罐配置的标准泵以生产过程能接受的流量来输送高吸水剂/粘合剂混合物经过该系统。具体地说，图2所示的系统允许使用一个常规的涂布器将高吸水剂/粘合剂混合物间歇地或连续地涂布到底材上，该底材以500-1000英尺/分钟的速度移动，粘合剂的加入量范围为45-80克/分钟。

[0042] 实施例#1

[0043] 按照图1所示的系统构建一个加热罐-涂布器系统。一个Nordson 3600加热罐用作加热罐。包括在该加热罐中的泵是一台0.833毫升/转的泵。粘合剂涂布器是一台Nordson EP-45涂布器，填隙片厚0.010英寸，开口12.5。一根常规的5/16英寸内径的隔热软管用来把粘合剂/高吸水剂混合物从加热罐输送至涂布器。数个常规加热器装在软管周围用来维持管内的液体温度基本上恒定。

[0044] Fuller NW-1078被用作粘合剂/高吸水剂混合物。底材速度设定在850英尺/分钟，将粘合剂/高吸水剂混合物涂布到底材上的加入量被设定在涂布粘合剂混合物的目标速度为65克/分钟。

[0045] 使用上述的系统观察到，将罐中的粘合剂/高吸水剂混合物加热到250°F以上的温度时使混合物发生沸腾，这就引起了泵中的空化。泵中的空化接着又造成粘合剂加入量水平的不稳定。进一步还观察到将粘合剂/高吸水剂混合物加热到250°F以下时，粘合剂/高吸水剂混合物的粘度太高，导致系统内过压，造成泵发生故障。

[0046] 实施例#2

[0047] 以图2所描述的方式构建按照本发明的一个系统。一个Nordson 3600加热罐用作加热罐，粘合剂涂布器是一台Nordson EP-45涂布器，填隙片厚0.010英寸，开口12.5。包括在该加热罐中的泵是一台0.833毫升/转的泵。

[0048] 在加热罐与涂布器之间设置一热交换器。该热交换器由一根铝的盘管和数个筒形加热器组成，筒形加热器配置成可向盘管传递热量。该铝管的内径约为5/16英寸，总长约为12英尺。第一段内径为5/16英寸的保温软管用来连接加热罐与铝管的第一端。第二段内径为5/16英寸的软管用来连接铝管的第二端与涂布器。

[0049] Fuller NW-1078被用作粘合剂/高吸水剂混合物。底材速度设定在850英尺/分钟，将粘合剂/高吸水剂混合物涂布到底材上的加入量被设定在涂布粘合剂混合物的目标速度为65克/分钟。

[0050] 粘合剂/高吸水剂混合物在加热罐中被加热至250°F，通过第一段管被输送至热交换器。一些常规加热器装在第一段管子的周围用以保持第一段管子内的温度基本上恒定在250°F。

[0051] 一些筒形加热器装在热交换器的铝管周围，这些加热器被设定在将热交换器内粘合剂/高吸水剂混合物的温度从250°F升高到300°F。粘合剂/高吸水剂混合物流经热交换器的流量经测定为65克/分钟。在热交换器与涂布器之间的第二段软管周围装有几个加热器，将第二段软管内的混合物温度基本上维持在约300°F。

[0052] 热交换器的作用是提高粘合剂/高吸水剂混合物的温度，因而降低粘合剂/高吸水剂混合物的粘度，导致整个系统压力的降低。这样一来，在Nordson 3600加热罐中的一台0.833毫升/转的泵能有效地输送粘合剂经过系统，在底材速度为850英尺/分钟时达到了65克/分钟的粘合剂/高吸水剂混合物的目标加入量。

[0053] 本发明的方法和系统已参照将一粘合剂/高吸水剂混合物涂布在连续的底材上作了描述。但是，同样的方法和系统也可用来将这样的混合物涂布在单个的制品上，例如一次性尿布，妇女卫生巾裤垫等。

[0054] 以上所述是针对本发明的各个具体实施方式，但其它实施方式可以创造出来而不违背本发明的范围。