Структура, имеющая сбалансированный рн профиль - RU2214282C2
Код документа: RU2214282C2
Чертежи
Описание
Настоящее изобретение относится к абсорбирующей структуре, включающей кислый или основной набухающий в воде водонерастворимый полимер, основное или кислое вещество и, возможно, буферный агент, причем абсорбирующая структура проявляет желательные абсорбирующие свойства. Особенно, настоящее изобретение относится к абсорбирующей структуре, способной абсорбировать большое количество жидкости при сохранении желательного и сбалансированного рН-профиля на или по верхней поверхности абсорбирующей структуры. Абсорбирующую структуру используют в абсорбирующих изделиях одноразового пользования таких, которые используют для абсорбирования жидкостей организма.
Использование набухающих в воде, главным образом, водонерастворимых абсорбирующих веществ, обычно известных как суперабсорбенты (сверхабсорбенты), в абсорбирующих изделиях одноразового пользования является известным. Такие абсорбирующие вещества обычно используют в абсорбирующих изделиях одноразового пользования, таких как пеленки, тренировочные штаны, изделия для взрослых людей, страдающих недержанием мочи, и женские гигиенические изделия, с целью повышения абсорбирующей способности таких изделий при уменьшении их общего объема. Такие абсорбирующие вещества обычно находятся в абсорбирующих изделиях одноразового пользования в волокнистой матрице, такой как матрица из древесной целлюлозобумажной пыли. Матрица из древесной целлюлозобумажной пыли обычно имеет абсорбирующую способность, равную около 6 г жидкости на один грамм пыли. Суперабсорбирующие вещества обычно имеют абсорбирующую способность, равную, по меньшей мере, около 10-кратной величины, предпочтительно около 20-кратной и часто до 100-кратной величины их массы в воде. Очевидно, что введение таких абсорбирующих веществ в абсорбирующие изделия одноразового пользования может уменьшить общий объем при повышении абсорбирующей способности таких изделий.
Суперабсорбирующее вещество, которое обычно используют в абсорбирующих изделиях одноразового пользования, представляет собой, в основном, нейтрализованную форму сшитого полимера, такую как натриевая соль сшитой полиакриловой кислоты. Сшитый полимер в форме соли обычно используют потому, что способность абсорбировать водные жидкости у сшитого, но, в основном, не нейтрализованного полимера является обыкновенно очень низкой по сравнению с нейтрализованной, то есть солевой, формой сшитого полимера. Однако одним из потенциально выгодных аспектов использования ненейтрализованной формы сшитого полимера является то, что такое вещество способно обменивать некоторые катионы, присутствующие в моче или других жидкостях организма, которые обыкновенно повреждают абсорбирующие изделия одноразового пользования. Напротив, в основном, нейтрализованная форма сшитого полимера обычно не позволяет происходить такому ионному обмену.
Поэтому целью настоящего изобретения является использование, в основном, ненейтрализованной формы сшитого полимера в абсорбирующем изделии одноразового пользования в сочетании с другим веществом, способным нейтрализовать сшитый полимер in situ, в том случае, когда моча или другие жидкости организма будут контактировать с абсорбирующим изделием одноразового пользования. Использование, в основном, ненейтрализованной формы сшитого полимера будет способствовать уменьшению содержания ионов в жидкости организма благодаря ионному обмену. Уменьшение концентрации ионов в жидкости организма, контактирующей с абсорбирующим изделием одноразового пользования, является обычно полезной, поскольку абсорбирующая способность сшитого полимера обычно имеет обратную зависимость от концентрации ионов в жидкости, подлежащей абсорбированию. Кроме того, при синтезе, в основном, ненейтрализованной формы сшитого полимера получают лучше сшитую полимерную сетку, чем при синтезе, в основном, нейтрализованной формы сшитого полимера, так как образование дефектов полимерной сетки при этом обычно сводится к минимуму, что способствует увеличению абсорбирующей способности сшитого полимера. Следовательно, другой потенциальной выгодой от использования, в основном, ненейтрализованной формы сшитого полимера, который нейтрализуют in situ, в абсорбирующем изделии одноразового пользования является улучшение абсорбции жидкости и ее распределения, происходящих в абсорбирующем изделии одноразового пользования, так как при этом могут быть устранены проблемы, вызываемые быстрым набуханием, в основном, нейтрализованной формы сшитого полимера.
Сложностью использования, в основном, ненейтрализованной формы сшитого полимера с нейтрализацией сшитого полимера "ин ситу" является необходимость поддержания сбалансированного рН-профиля на поверхности абсорбирующего изделия одноразового пользования. В процессе нейтрализации сшитого полимера "ин ситу" после контакта с жидкостью организма может происходить временной дисбаланс рН вследствие различия в скорости растворения или ионизации вещества, используемого для нейтрализации сшитого полимера, и скорости диффузии ионов к ненейтрализованным областям в сшитом полимере, приводящей к нейтрализации. Этот временной дисбаланс рН может привести к нежелательному щелочному рН или кислому рН в абсорбирующем изделии одноразового пользования на границе с кожей пользователя, что может вызвать раздражение кожи. Поэтому необходимо контролировать рН в той части абсорбирующего изделия одноразового пользования, которая контактирует или каким-либо другим образом находится вблизи или на границе с кожей носящего ее человека или пользователя. Посредством лучшего регулирования рН в той части абсорбирующего изделия одноразового пользования, которая вступает в контакт или каким-либо другим образом находится вблизи или на границе с кожей пользователя, вероятность раздражения кожи может быть уменьшена.
Следовательно, целью настоящего изобретения является получение такой абсорбирующей структуры, которая абсорбирует большое количество жидкости, такое как приблизительно при такой же предельной абсорбирующей способности по сравнению с абсорбирующей структурой, содержащей коммерчески доступные суперабсорбирующие вещества, причем абсорбирующая структура содержит, главным образом, желательный и сбалансированный профиль рН на или по верхней поверхности абсорбирующей структуры.
Задачей настоящего изобретения является также получение абсорбирующей структуры, содержащей, в основном, ненейтрализованную форму сшитого полимера в сочетании с недорогим веществом, нейтрализующим сшитый полимер in situ, поскольку такое решение может понизить общую стоимость абсорбирующей структуры.
Задачей настоящего изобретения является также создание абсорбирующей структуры, которая может быть изготовлена простым способом при минимальных затратах основных веществ и добавок с целью снижения общей стоимости изготовления абсорбирующей структуры, а также уменьшения потенциально возможных вредных воздействий таких добавок на общие абсорбирующие свойства абсорбирующей структуры.
Задачей настоящего изобретения, кроме того, является получение абсорбирующей структуры, проявляющей уникальные свойства для того, чтобы такая абсорбирующая структура могла найти новое применение.
Согласно одному аспекту настоящее изобретение касается абсорбирующей структуры, способной абсорбировать большое количество жидкости при сохранении, в основном, желательного и сбалансированного рН-профиля по верхней поверхности абсорбирующей структуры.
Один из вариантов воплощения настоящего изобретения касается абсорбирующей структуры, предназначенной для использования в условиях контакта ее с кожей носящего ее человека,
когда абсорбирующая структура имеет верхнюю поверхность, ориентированную по направлению к коже носящего ее человека, и нижнюю поверхность, ориентированную в направлении от кожи носящего ее человека,
причем абсорбирующая структура, кроме того, содержит:
а) набухающий в воде водонерастворимый полимер, содержащий кислотные функциональные группы, причем набухающий в воде водонерастворимый
полимер содержит, по меньшей мере, около 50 молярных процентов кислотных функциональных групп в форме свободной кислоты; и
б) основное вещество;
при этом абсорбирующая структура
имеет величину Капиллярной Впитывающей Способности (Емкости) (a Wicking Capacity), равную, по меньшей мере, около 5 г на один грамм абсорбирующей структуры, и рН на верхней поверхности, сохраняющийся
в пределах от около 3 до около 8.
Согласно другому варианту воплощения настоящее изобретение касается абсорбирующей структуры, предназначенной для использования ее в условиях контакта
с кожей носящего ее человека, когда абсорбирующая структура имеет верхнюю поверхность, ориентированную по направлению к коже носящего ее человека, и нижнюю поверхность, ориентированную в направлении
от кожи носящего ее человека, причем абсорбирующая структура, кроме того, содержит:
а) набухающий в воде, водонерастворимый полимер, содержащий основные функциональные группы, причем
набухающий в воде водонерастворимый полимер содержит, по меньшей мере, около 50 молярных процентов основных функциональных групп в форме свободного основания; и
б) кислое вещество;
при этом абсорбирующая структура имеет величину Капиллярной Впитывающей Способности (a Wicking Capacity), равную, по меньшей мере, около 5 г на один грамм абсорбирующей структуры, и рН на верхней
поверхности, сохраняющийся в пределах от около 3 до около 8.
Согласно еще одному аспекту настоящее изобретение касается абсорбирующего изделия одноразового пользования, включающего абсорбирующую структуру согласно настоящему изобретению, которая проявляет желаемые абсорбирующие свойства и желаемую величину показателя рН.
Согласно еще одному из вариантов воплощения настоящего изобретения абсорбирующее изделие одноразового пользования включает проницаемый для жидкости верхний слой, прикрепленный к верхнему слою обратный (задний или изнаночный) слой и расположенную между проницаемым для жидкости верхним слоем и обратным слоем абсорбирующую структуру, проявляющую желаемые свойства поглощать жидкость и регулировать величину рН.
Фиг. 1 иллюстрирует устройство, используемое при определении показателей Свободного Набухания и Впитывающей Способности под Нагрузкой абсорбирующей композиции.
Фиг. 2 иллюстрирует устройство, используемое при определении Капиллярной Впитывающей Способности (a Wicking Capacity) абсорбирующей структуры, а также показателей рН по верхней поверхности абсорбирующей структуры.
Фиг. 3 иллюстрирует устройство, используемое при определении Скорости ионизации вещества.
В настоящем было обнаружено, что может быть получена абсорбирующая структура, проявляющая относительно высокую способность абсорбировать жидкость, а также сохранять, в основном, желаемый и сбалансированный рН-профиль на или по верхней поверхности абсорбирующей структуры. Согласно настоящему изобретению абсорбирующая структура включает верхнюю поверхность, ориентированную по направлению к коже носящего ее человека, и нижнюю поверхность, ориентированную в направлении от кожи носящего ее человека. Используемый термин "верхняя поверхность" означает такую поверхность абсорбирующей структуры, которая предназначена для ношения около тела носящего ее человека или примыкая к нему, в то время как "нижняя поверхность" находится, в общем, на противоположной стороне абсорбирующей структуры относительно верхней поверхности и предназначена для ношения в направлении от тела носящего ее человека, но по направлению, например, к нижнему белью в случае ношения абсорбирующей структуры.
Абсорбирующая структура по настоящему изобретению обычно включает, по меньшей мере, два различных компонента. Первым компонентом является набухающий в воде водонерастворимый полимер. При использовании в абсорбирующей структуре по настоящему изобретению набухающий в воде водонерастворимый полимер необходим для того, чтобы получить абсорбирующую структуру, характеризуемую ее способностью абсорбировать жидкость. Поэтому набухающий в воде водонерастворимый полимер должен быть эффективным для придания абсорбирующей структуре способности абсорбировать жидкость в желаемой степени.
Используемые термины "включают", "включает", "включающие" или подобные являются синонимами терминам "включающий", "имеющий", "содержащий" или "характеризующийся тем" и предназначены включать или распространяться на другие, а не исключать дополнительные, не названные компоненты, элементы или стадии способа.
Используемый термин "набухающий водонерастворимый" подразумевает вещество, которое под воздействием избытка воды набухает до его равновесного объема, но не растворяется в растворе. Поэтому в процессе абсорбции воды набухающее в воде водонерастворимое вещество обычно сохраняет свою первоначальную особенность или физическую структуру, но в сильно расширенном состоянии и, таким образом, должно иметь достаточную физическую целостность, чтобы противостоять потоку и слиянию с соседними частицами.
Вещество в данном случае считается "водорастворимым", если оно существенно растворяется в избытке воды с образованием раствора, теряя при этом свою первоначальную форму, обычно в виде частиц, и приобретая, по существу, молекулярную дисперсность в водном растворе. Как правило, водорастворимое вещество является свободным от сшивки в существенной степени, поскольку сшивка имеет тенденцию придавать веществу нерастворимость в воде.
Одним из свойств набухающего в воде водонерастворимого полимера, релевантным его эффективности придавать абсорбирующей структуре способность абсорбировать воду в желаемом количестве, является его молекулярная масса. Обычно набухающий в воде водонерастворимый полимер с более высокой молекулярной массой имеет более высокую способность абсорбировать жидкость по сравнению с набухающим в воде водонерастворимым полимером с более низкой молекулярной массой.
Набухающий в воде водонерастворимый полимер, используемый в абсорбирующей структуре, обычно может иметь широкий диапазон величин молекулярной массы. Набухающий в воде водонерастворимый полимер с относительно высокой молекулярной массой часто является выгодным для использования в настоящем изобретении. Тем не менее, для использования в настоящем изобретении обычно является пригодным широкий диапазон величин молекулярной массы. Выгодно, если набухающие в воде водонерастворимые полимеры, пригодные для использования в настоящем изобретении, имеют среднемассовую молекулярную массу свыше около 100000, более выгодно - свыше около 200000, подходящей является среднемассовая молекулярная масса свыше около 500000 и более подходящей - свыше около 1000000 и вплоть до около 10000000. Методы определения молекулярной массы полимера известны специалистам.
Иногда более удобно выражать молекулярную массу полимера посредством вязкости 1,0%-ного водного раствора полимера при 25oС. Пригодные для использования в настоящем изобретении полимеры имеют вязкость их 1,0%-ного водного раствора полимера при 25oС от около 100 сантипуаз (100 мПа•с) до около 80000 сантипуаз (80000 мПа•с), более подходяще от около 500 сантипуаз (500 мПа•с) до около 80000 сантипуаз (80000 мПа•с) и наиболее подходяще от около 1000 сантипуаз (1000 мПа•с) до около 80000 сантипуаз (80000 мПа•с).
Используемый в абсорбирующей композиции набухающий в воде водонерастворимый полимер обычно подвергается сшивке. Степень сшивки обыкновенно должна быть более той минимальной степени, которая достаточна для придания полимеру водонерастворимости, но менее той максимальной степени сшивки, при которой полимер сохраняет достаточную набухаемость в воде для того, чтобы набухающий в воде водонерастворимый полимер абсорбировал желаемое количество жидкости.
Сшивка полимера обыкновенно может быть достигнута любыми из двух различных видов сшивающих агентов. Первым видом сшивающего агента является сшивающий агент, способный полимеризоваться. Пригодными полимеризующимися сшивающими агентами являются обычно сшивающие агенты, реакционноспособные по отношению к мономеру или мономерам, используемым при получении полимера и, следовательно, содержащие обычно, по меньшей мере, две функциональные группы, способные к взаимодействию с мономерами. Примеры пригодных полимеризующихся сшивающих агентов включают этиленненасыщенные мономеры, такие как N, N'-метиленбисакриламид в случае свободнорадикальной полимеризации и полиамины или полиолы в случае конденсационной полимеризации.
Вторым видом сшивающего агента является латентный сшивающий агент. Латентные сшивающие агенты обыкновенно могут быть либо полимеризующимися, либо неполимеризующимися. Неполимеризующиеся сшивающие агенты обычно не принимают участия в общем полимеризационном процессе, но, вместо этого, являются реакционноспособными по отношению к полимеру позднее, в то время, когда создаются условия, необходимые для процесса поперечной сшивки. Полимеризующиеся сшивающие агенты, наоборот, принимают участие в общем полимеризационном процессе, но обыкновенно не вызывают внутримолекулярной сшивки. Внутримолекулярная сшивка обычно происходит лишь позднее, при создании условий, требуемых для поперечной сшивки. Подходящие для последующей обработки условия включают термообработку, такую как при температуре выше около 60oС, облучение ультрафиолетовыми лучами, микроволновое облучение, обработку паром или в условиях высокой влажности, обработку при повышенном давлении или органическим растворителем.
Пригодные для использования в настоящем изобретении латентные неполимеризующиеся сшивающие агенты обычно являются водорастворимыми. Подходящим латентным неполимеризующимся сшивающим агентом является органическое соединение, содержащее, по меньшей мере, две функциональные группы или функциональности, способные к взаимодействию с карбокси, карбоксильными, амино или гидроксильными группами полимера. Примеры пригодных латентных неполимеризующихся сшивающих агентов включают (но не ограничиваются) диамины, полиамины, диолы, полиолы, поликарбоновые кислоты и полиоксиды. Другие пригодные латентные неполимеризующиеся сшивающие агенты включают ионы металлов с более чем двумя положительными зарядами, такие как: катионы трехвалентных алюминия, железа и церия (Al3+, Fe3+, Се3+) и четырехвалентных церия, титана и циркония (Ce4+, Ti4+, Zr4+) и трехвалентного хрома (Сr3+).
В том случае, когда полимером является катионный полимер, подходящим латентным неполимеризующимся сшивающим агентом является полианионное вещество, такое как полиакрилат натрия, карбоксиметилцеллюлоза или полифосфаты.
Пригодные для использования в настоящем изобретении латентные полимеризующиеся сшивающие агенты являются обычно водорастворимыми и реакционноспособными по отношению к мономеру или мономерам, используемым для получения набухающего в воде водонерастворимого полимера. Латентные полимеризующиеся сшивающие агенты обычно содержат, по меньшей мере, одну функциональную группу или функциональность, способные взаимодействовать с мономером или мономерами, и, по меньшей мере, одну функциональную группу или функциональность, способные взаимодействовать с любой карбокси, карбоксильной, амино или гидроксильной группами полимера. Примеры подходящих латентных полимеризующихся сшивающих агентов включают (но не ограничиваются) виниловый эфир этиленгликоля, виниловый эфир аминопропанола, диэтиламиноэтилметакрилат, аллиламин, метилаллиламин, этилаллиламин.
Согласно одному из вариантов воплощения настоящего изобретения используемый в абсорбирующей структуре набухающий в воде водонерастворимый полимер является по своей природе кислым. Используемый термин "кислое" вещество относится к веществу, действующему в качестве акцептора электронов и показывающему в водном растворе рН в пределах от около 0 до 7. Соответственно, рН измеряют при температуре около 25oС. Методы измерения рН водного раствора хорошо известны в данной области техники.
Обычно используемые в абсорбирующей структуре кислые набухающие в воде водонерастворимые полимеры могут быть по своей природе либо сильнокислыми, либо слабокислыми. Сильнокислый набухающий в воде водонерастворимый полимер обычно показывает рКа менее чем около 2. Слабокислый набухающий в воде водонерастворимый полимер обычно показывает рКа более чем около 2. Следовательно, используемые в абсорбирующей структуре кислые набухающие в воде водонерастворимые полимеры могут показывать широкий диапазон величин рКа, но выгодно, если они имеют рКа в пределах от около 2 до около 12, более выгодно в пределах от около 2 до около 10 и подходяще в пределах от около 3 до около 7. Специалисту в данной области понятно, что моноосновная кислота обычно имеет единственное значение рКа, в то время как многоосновные кислоты обычно имеют множество значений рКа. Если не указано иное, то указание на величину рКа многоосновной кислоты относится к величине pКa многоосновной кислоты.
Иногда более удобно измерять рКа мономера или мономеров, используемых для получения полимера. Хотя значения рКа мономера или мономеров и полимера, полученного из этих мономеров, могут быть неидентичными, но эти значения рКа должны быть, по существу, подобными. Следовательно, используемые в абсорбирующей структуре кислые набухающие в воде водонерастворимые полимеры могут быть получены из одного единственного мономера или из смеси мономеров, имеющих широкий диапазон значений рКа, однако выгодно, если такие мономеры имеют значение рКа в пределах от около 0 до около 12, более выгодно в пределах от около 2 до около 10 и подходяще в пределах от около 2 до около 7.
Показатель рКа кислоты характеризует степень диссоциации или, иными словами, силу кислоты и должен измеряться в условиях, таких как определенная температура, при которой набухающий в воде водонерастворимый полимер используют. Соответственно, рКа измеряют при температуре 25oС. Обыкновенно, чем слабее кислота, тем выше величина показателя рКа. Значение величин показателя рКа для многих кислот при различных температурах хорошо известно и может быть найдено в любом из многих доступных источников, таких как CRC Handbook of Chemistry & Physics 75th Edition, edited by David R. Lide, CRC Press (1994).
Пригодные кислые набухающие в воде водонерастворимые полимеры содержат функциональные группы, способные действовать в качестве кислоты. Такие функциональные группы включают (но не ограничиваются только ими) карбоксильные группы, сульфогруппы, сульфатные группы, сульфитные группы и фосфатные группы. Пригодными функциональными группами являются карбоксильные группы. Обычно функциональные группы связаны со сшитым основным полимером. Подходящие основные полимеры включают полиакриламиды, поливиниловые спирты, сополимер этилена с малеиновым ангидридом, поливиниловые простые эфиры, полиакриламидометилпропансульфокислоту, полиакриловые кислоты, поливинилпирролидоны, поливинилморфолины и сополимеры предшествующих полимеров. Могут быть также использованы природные полимеры на основе полисахаридов, включающие карбоксиметилцеллюлозы, карбоксиметилкрахмалы, гидроксипропилцеллюлозы, альгины, альгинаты, каррагенаны, привитые акриловые сополимеры крахмалов, привитые акриловые сополимеры целлюлоз и сополимеры предшествующих полимеров. Могут быть также использованы синтетические полипептиды, такие как полиаспаргиновая кислота и полиглутаминовая кислота.
Обычно необходимо, чтобы кислый набухающий в воде водонерастворимый полимер находился в форме свободной кислоты. Обычно является желательным и выгодным, чтобы кислый набухающий в воде водонерастворимый полимер содержал, по меньшей мере, около 50 молярных процентов кислотных функциональных групп в форме свободной кислоты, более выгодно, по меньшей мере, около 70 молярных процентов, подходящим является, по меньшей мере, около 80 молярных процентов, более подходящим, по меньшей мере, около 90 молярных процентов и наиболее подходящим, по существу, около 100 молярных процентов. Затем, в качестве альтернативы, кислый набухающий в воде водонерастворимый полимер не должен быть в существенной степени нейтрализованным при использовании в абсорбирующей структуре по изобретению. В общем случае, является желательным и выгодным, чтобы кислый набухающий в воде водонерастворимый полимер имел степень нейтрализации кислотных функциональных групп менее около 50 молярных процентов, более выгодно менее около 30 молярных процентов, подходящим является менее около 20 молярных процентов, более подходящим - менее около 10 молярных процентов и наиболее подходящим, по существу, около 0 молярных процентов.
Коммерчески доступные суперабсорбенты обычно находятся, по существу, в нейтрализованной или солевой форме. Это вызвано тем, что, обычно, для достижения относительно высокой способности к абсорбции жидкости набухающий в воде водонерастворимый полимер должен являться электролитом. Однако, как уже отмечалось, используемые по настоящему изобретению кислые набухающие в воде водонерастворимые полимеры находятся, по существу, в форме свободной кислоты. Следовательно, такие кислые набухающие в воде водонерастворимые полимеры в форме свободной кислоты, в основном, сами по себе не обладают относительно высокой способностью абсорбировать жидкость.
Однако согласно настоящему изобретению было обнаружено, что в том случае, когда такой кислый набухающий в воде водонерастворимый полимер, находящийся, по существу, в форме свободной кислоты, соединяют или смешивают со вторым, основным, веществом, то полученное сочетание или смесь обнаруживает относительно высокую способность абсорбировать жидкость. Предполагается, что это определяется тем, что при помещении смеси в водный раствор кислый набухающий в воде водонерастворимый полимер, находящийся, по существу, в форме свободной кислоты, взаимодействует со вторым, основным, веществом, причем химическое равновесие этой реакции смещается при этом в сторону превращения кислого набухающего в воде водонерастворимого полимера из формы свободной кислоты в соответствующую солевую форму. Поэтому такая смесь, включающая, по существу, нейтрализованный набухающий в воде водонерастворимый полимер будет в этом случае обнаруживать относительно высокую способность абсорбировать жидкость. Дополнительно, превращение набухающего в воде водонерастворимого полимера из формы свободной кислоты в соответствующую солевую форму в растворе, содержащем электролит, таком как водный раствор хлорида натрия или мочевины, может оказывать существенное обессоливающее воздействие на раствор, содержащий электролит, улучшая, благодаря этому, характеристики абсорбирования жидкости смеси, включающей набухающий в воде водонерастворимый полимер, за счет смягчения любого вредного солевого воздействия.
Согласно другому варианту воплощения изобретения используемый в абсорбирующей структуре набухающий в воде водонерастворимый полимер является по своей природе основным. Используемый термин "основное" вещество относится к веществу, которое может выполнять функцию донора электронов и показывает в водном растворе рН в пределах от 7 до около 14. Соответственно, значение показателя рН определяют при температуре 25oС. Методы измерения показателя рН известны в данной области техники.
В общем случае, используемые в абсорбирующей структуре основные набухающие в воде водонерастворимые полимеры могут быть по своей природе либо сильноосновными, либо слабоосновными. Обыкновенно основной набухающий в воде водонерастворимый полимер, являющийся сильноосновным, показывает рКа свыше около 12. Основной набухающий в воде водонерастворимый полимер, являющийся слабоосновным, обыкновенно показывает рКа менее чем около 12. Таким образом, используемые в абсорбирующей структуре основные набухающие в воде водонерастворимые полимеры могут показывать широкий диапазон значений рКа, однако выгодно, если они имеют величину рКа в пределах от около 2 до около 14, более выгодно в пределах от около 4 до около 12 и подходящим является значение рКа в пределах от около 7 до около 11. Для специалиста в данной области техники понятно, что моноосновное основание обычно имеет одно единственное значение рКа, в то время как многоосновные основания имеют множество значений рКа. Если не указано иное, то указание на показатель рКа многоосновного основания относится к показателю pKa1 многоосновного основания.
В некоторых случаях более удобно измерять рКа мономера или мономеров, используемых для получения полимера. Несмотря на то что значения рКа мономера или мономеров и полученного из таких мономеров полимера могут являться неидентичными, однако такие значения рКа должны быть, по существу, подобными. Таким образом, используемые в абсорбирующей структуре основные набухающие в воде водонерастворимые полимеры могут быть получены из одного единственного мономера или из смеси мономеров, имеющих широкий диапазон значений рКа, однако является выгодным, если такие мономеры имеют значение рКа в пределах от около 2 до около 14, более выгодно в пределах от около 4 до около 12 и является подходящим значение рКа в пределах от около 7 до около 11.
Показатель рКа характеризует степень диссоциации или иными словами, силу основания и должен измеряться в условиях, таких как определенная температура, при которой набухающий в воде водонерастворимый полимер используют. Соответственно, рКа измеряют при температуре около 25oС. Обычно, чем слабее основание, тем ниже величина рКа. Величины рКа для многих оснований при различных температурах хорошо известны и могут быть найдены в любом из многих доступных источников, таких как CRC Handbook of Chemistry & Physics 75th Edition, edited by David R. Lide, CRC Press (1994).
Пригодные основные набухающие в воде водонерастворимые полимеры содержат функциональные группы, способные действовать в качестве оснований. Такие функциональные группы включают (но не ограничиваются ими) первичные, вторичные, третичные аминогруппы, иминогруппы, имидогруппы, амидогруппы и четвертичные аммониевые группы. Подходящими функциональными группами являются первичные аминогруппы и четвертичные аммониевые группы. Обычно функциональные группы связаны со сшитым основным полимером. Подходящие основные полимеры включают полиамины, полиэтиленимины, полиакриламиды, гидроокись полидиаллилдиметиламмония и четвертичные аммониевые полисоединения, а также их сополимеры. Могут быть также использованы природные полимеры на основе полисахаридов, включающие хитин и хитозан. Также могут быть использованы синтетические полипептиды, такие как полиаспаргины, полиглутамины, полилизины и полиаргинины.
Обычно требуется, чтобы основной набухающий в воде водонерастворимый полимер находился в форме свободного основания. В общем случае является желательным и выгодным, чтобы основной набухающий в воде водонерастворимый полимер содержал, по меньшей мере, около 50 молярных процентов основных функциональных групп в форме свободного основания, более выгодно, по меньшей мере, около 70 молярных процентов, подходящим является, по меньшей мере, около 80 молярных процентов, более подходящим по меньшей мере, около 90 молярных процентов и наиболее подходящим около 100 молярных процентов. Затем, в качестве альтернативы, основной набухающий в воде водонерастворимый полимер не должен являться в существенной степени нейтрализованным при использовании его в абсорбирующей структуре по настоящему изобретению. В общем, является желательным и выгодным, чтобы основной набухающий в воде водонерастворимый полимер имел степень нейтрализации основных функциональных групп менее около 50 молярных процентов, более выгодно - менее около 30 молярных процентов, подходящей является степень нейтрализации менее около 20 молярных процентов, более подходящей - менее около 10 молярных процентов и наиболее подходящей, по существу, менее около 0 молярных процентов.
Коммерчески доступные суперабсорбенты обычно находятся, по существу, в нейтрализованной или солевой форме. Это определяется тем, что, в общем случае, для достижения относительно высокой способности абсорбировать жидкость набухающий в воде водонерастворимый полимер должен являться полиэлектролитом. Однако, как уже отмечалось, используемые согласно настоящему изобретению основные набухающие в воде водонерастворимые полимеры находятся, по существу, в форме свободного основания. Следовательно, сами по себе такие основные набухающие в воде водонерастворимые полимеры в форме свободного основания не обладают относительно высокой способностью абсорбировать жидкость.
Однако согласно настоящему изобретению было обнаружено, что при сочетании или смешении такого основного набухающего в воде водонерастворимого полимера со вторым кислым веществом, полученное сочетание или смесь проявляет относительно высокую способность абсорбировать жидкость. Предполагается, что это определяется тем, что при помещении такой смеси в водный раствор находящийся, по существу, в форме свободного основания основной набухающий в воде водонерастворимый полимер, взаимодействует со вторым кислым веществом, причем химическое равновесие этой реакции смещается при этом в сторону превращения основного набухающего в воде водонерастворимого полимера из формы свободного основания в соответствующую солевую форму. Поэтому такая смесь, включающая, по существу, нейтрализованный набухающий в воде водонерастворимый полимер, будет в этом случае обнаруживать относительно высокую способность абсорбировать жидкость. Дополнительно превращение набухающего в воде водонерастворимого полимера из его формы свободного основания в соответствующую солевую форму в растворе, содержащем электролит, таком как водный раствор хлорида натрия или мочевины, может оказывать существенное обессоливающее воздействие на раствор, содержащий электролит, улучшая благодаря этому характеристики способной абсорбировать жидкость смеси, включающей набухающий в воде водонерастворимый полимер, за счет смягчения любого вредного солевого воздействия.
В противоположность вышесказанному было обнаружено, что одно единственное вещество или полимер, содержащее как кислотные, так и основные функциональные группы в их молекулярной структуре, не обнаруживают описанных выше желаемых абсорбирующих свойств. Предполагается, что это обусловлено тем, что такие кислотные и основные функциональные группы внутри единой молекулярной структуры обычно взаимодействуют друг с другом и могут привести к чрезмерно сшитой (пересшитой) полимерной структуре. Таким образом, обычно невозможно получить абсорбирующую структуру согласно настоящему изобретению посредством получения сополимера из кислых и основных мономеров или посредством приготовления дисперсии на молекулярном уровне, такой как в водном растворе водорастворимых кислых и основных веществ, поскольку в процессе такой сополимеризации или в дисперсии на молекулярном уровне кислые и основные вещества обычно взаимодействуют друг с другом и сшиваются.
Кислый или основной набухающий в воде водонерастворимый полимер обычно может быть использован в абсорбирующей структуре в различных формах. Примерами таких форм кислого или основного набухающего в воде водонерастворимого полимера могут быть частицы, чешуйки, волокна, пленки и нетканые материалы. При использовании абсорбирующей структуры в абсорбирующих изделиях одноразового пользования обычно является желательным, чтобы кислый или основной набухающий в воде водонерастворимый полимер имел форму дискретных частиц, волокон или чешуек, распределенных в волокнистой матрице. В том случае, когда полимер имеет форму частиц, обычно является желательным и выгодным, чтобы частица имела максимальный поперечный размер в пределах от около 50 микрон до около 2000 микрон, подходящим является размер в пределах от около 100 микрон до около 1000 микрон и более подходящим - размер в пределах от около 300 микрон до около 600 микрон.
В том случае, когда первым компонентом, предназначенным для использования в абсорбирующей структуре по настоящему изобретению, является кислый набухающий в воде водонерастворимый полимер, то вторым компонентом, предназначенным для использования в абсорбирующей структуре по настоящему изобретению, является основное вещество. Используемый термин "основное" вещество относится к веществу, которое может действовать в качестве донора электронов и имеет в водном растворе рН в пределах от 7 до около 14. Соответственно, рН измеряют при температуре около 25oС. Примеры подходящих вторых основных веществ включают (но не ограничиваются ими) полимерные основные вещества, такие как полиамины, полиимины, полиамиды, четвертичные аммониевые полисоединения, хитины, хитозаны, полиаспарагины, полиглутамины, полилизины и полиаргинины; органические основные вещества, такие как органические соли, такие как цитрат натрия, и алифатические и ароматические амины, имины и амиды; и неорганические основания, такие как окислы металлов, например, окись кальция и окись алюминия; гидроокиси, такие как гидроокись бария; соли, такие как карбонат натрия, бикарбонат натрия и карбонат кальция, и их смеси. Обычно второе основное вещество может быть либо сильным основанием, либо слабым основанием. Однако, обнаружено, что сила основности второго основного вещества потенциально влияет на скорость абсорбции жидкости абсорбирующей структуры. Обычно абсорбирующая структура, включающая второе основное вещество с относительно более сильной основностью, показывает относительно большую скорость абсорбции по сравнению с абсорбирующей структурой, включающей второе основное вещество с относительно более слабой основностью.
Обычно используемые в абсорбирующей структуре вторые основные вещества по своей природе могут быть либо сильноосновными, либо слабоосновными. Обычно второе основное вещество, являющееся сильноосновным, показывает значение рКа более около 12. Второе основное вещество, являющееся слабым основанием, обычно показывает значение рКа менее 12. Таким образом, используемые в абсорбирующей структуре вторые основные вещества могут иметь широкий диапазон значений рКа, но является выгодным, когда они имеют значение рКа в пределах от около 4 до около 14, более выгодным в пределах от около 5 до около 14 и является подходящим, когда они имеют значение рКа в пределах от около 8 до около 14.
Согласно одному из выгодных вариантов воплощения настоящего изобретения второе основное вещество может также представлять собой набухающий в воде водонерастворимый полимер. В этом случае как кислый набухающий в воде водонерастворимый полимер, так и второе основное набухающее в воде водонерастворимое полимерное вещество оба могут использоваться для повышения общей способности абсорбирующей структуры абсорбировать жидкость при потенциальном достижении за счет этого более высокой общей способности абсорбирующей структуры абсорбировать жидкость по сравнению с использованием второго основного вещества, не являющегося набухающим в воде водонерастворимым полимером.
Иногда более удобно измерять рКа мономера или мономеров, используемых для получения полимера. Несмотря на то что значения рКа мономера или мономеров и полимера, полученного из таких мономеров, не являются идентичными, однако такие значения рКа должны, по существу, являться подобными. Таким образом, используемые в абсорбирующей структуре основные набухающие в воде водонерастворимые полимеры могут быть получены из одного единственного мономера или из комбинации мономеров, показывающих широкий диапазон значений рКа, однако является выгодным, чтобы они имели величину рКа в пределах от около 4 до около 14, более выгодным - в пределах от около 5 до около 14 и является подходящим, если они имеют величину рКа в пределах от около 8 до около 14.
Показатель рКа основания характеризует степень диссоциации или, иными словами, силу основания и должен измеряться в тех же условиях, таких как определенная температура, при которых используют основание. Соответственно, рКа измеряют при температуре около 25oС. Обычно, чем слабее основание, тем ниже значение рКа. Значения рКа для многих оснований при различных температурах хорошо известны и могут быть найдены во многих доступных источниках, таких как CRC Handbook of Chemistry & Physics 75th Edition, edited by David R. Lide, CRC Press (1994).
Пригодные основные вещества содержат функциональные группы, способные действовать в качестве оснований. Такие функциональные группы включают (но не ограничиваясь только ими) первичные, вторичные или третичные аминогруппы, иминогруппы, имидогруппы и амидогруппы. Подходящими функциональными группами являются аминогруппы. В том случае, когда вторым основным веществом является набухающий в воде водонерастворимый полимер, то функциональные группы обычно связаны с основным сшитым полимером. Подходящие основные полимеры включают полиамины, полиимины, полиамиды, четвертичные аммониевые полисоединения и их сополимеры. Могут быть также использованы природные полимеры на основе полисахаридов, такие как хитин и хитозан. Кроме того, могут быть использованы синтетические полипептиды, такие как полиаспарагины, полиглутамины, полилизины и полиаргинины.
Обычно необходимо, чтобы набухающий в воде водонерастворимый полимер находился в форме свободного основания. В общем случае является желательным и выгодным, чтобы основной набухающий в воде водонерастворимый полимер содержал, по меньшей мере, около 50 молярных процентов основных функциональных групп в форме свободного основания, более выгодным, по меньшей мере, около 70 молярных процентов, является подходящим также, если он содержит, по меньшей мере, около 80 молярных процентов основных функциональных групп в форме свободного основания, более подходящим, по меньшей мере, около 90 молярных процентов и наиболее подходящим - около 100 молярных процентов. Далее, в качестве альтернативы основной набухающий в воде водонерастворимый полимер должен быть, по существу, нейтрализованным при использовании его в абсорбирующей структуре по настоящему изобретению. В основном, является желательным и выгодным, чтобы основной набухающий в воде водонерастворимый полимер имел степень нейтрализации основных функциональных групп менее около 50 молярных процентов, более выгодным - менее около 30 молярных процентов, подходящим является степень нейтрализации менее около 20 молярных процентов, более подходящей - менее около 10 молярных процентов и наиболее подходящей - около 0 молярных процентов.
В том случае, когда первым компонентом, предназначенным для использования в абсорбирующей структуре согласно настоящему изобретению, является основной набухающий в воде водонерастворимый полимер, то вторым компонентом, предназначенным для использования в абсорбирующей структуре согласно настоящему изобретению, должно являться кислое вещество. Используемый термин "кислое" вещество относится к веществу, которое может действовать в качестве акцептора электронов и показывает в водном растворе величину рН в пределах от около 0 до 7. Соответственно, рН измеряют при 25oС.
Примеры пригодных вторых кислых веществ включают (но не ограничиваются этим) полимерные кислые вещества, такие как полиакриловая кислота, полималеиновая кислота, карбоксиметилцеллюлоза, альгиновая кислота, полиаспаргиновая кислота и полиглутаминовая кислота; органические кислые вещества, такие как алифатические и ароматические кислоты, такие как лимонная кислота, глутаминовая кислота и аспаргиновая кислота; неорганические кислоты, такие как окислы металлов, такие как окись алюминия; соли, такие как хлорид железа, хлорид кальция и хлорид цинка, а также их смеси. Второе кислое вещество обычно может являться либо сильной кислотой, либо слабой кислотой. Однако обнаружено, что степень кислотности второго кислого вещества потенциально влияет на скорость абсорбции жидкости абсорбирующей структуры. Обычно абсорбирующая структура, включающая относительно более сильнокислое второе кислое вещество, проявляет относительно более высокую скорость абсорбции жидкости по сравнению с абсорбирующей структурой, включающей относительно более слабокислое второе кислое вещество.
Обычно, используемые в абсорбирующей структуре вторые кислые вещества могут быть по своей природе либо сильнокислыми, либо слабокислыми. В основном, второе кислое вещество, являющееся сильнокислым, имеет значение рКа менее около 2. Второе кислое вещество, являющееся слабокислым, обычно имеет значение рКа более около 2. Таким образом, вторые кислые вещества, используемые в абсорбирующей структуре, могут иметь широкий диапазон значений рКа, однако выгодно, если они имеют значение рКа в пределах от около 0 до около 12, более выгодно - в пределах от около 0 до около 10 и является пригодным значение рКа в пределах от около 3 до около 7.
Согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения является выгодным, когда второе кислое вещество может также представлять собой набухающий в воде водонерастворимый полимер. В этом случае как основной набухающий в воде водонерастворимый полимер, так и второе кислое набухающее в воде водонерастворимое полимерное вещество оба могут использоваться для повышения общей способности абсорбирующей структуры абсорбировать жидкость, потенциально достигая при этом более высокой общей способности абсорбирующей структуры абсорбировать жидкость по сравнению с использованием второго кислого вещества, не являющегося набухающим в воде водонерастворимым полимером.
В некоторых случаях более удобно измерять рКа мономера или мономеров, используемых для приготовления полимера. Несмотря на то что значения рКа мономера или мономеров и полимера, полученного из таких мономеров, могут быть неидентичными, однако такие значения рКа должны, по существу, являться подобными. Таким образом, кислые набухающие в воде водонерастворимые полимеры, используемые в абсорбирующей структуре по изобретению, могут быть получены из одного единственного мономера или из комбинации мономеров, имеющих широкий диапазон значений рКа, однако выгодно, если они имеют величину рКа в пределах от около 0 до около 12, более выгодно - в пределах от около 2 до около 10 и подходящим является величина рКа в пределах от около 3 до около 7.
Показатель
рКа кислоты характеризует степень диссоциации или, иными словами, силу кислоты и должен измеряться в таких условиях (например, при определенной
температуре), при которых эта кислота
используется. Соответственно, рКа измеряют при температуре около 25oС. Обычно, чем слабее кислота, тем выше величина рКа. Значения рКа для многих кислот при различных температурах хорошо
известны и могут быть найдены в любом из многих доступных источников, таких как CRC Handbook of Chemistry & Physics 75th Edition, edited by David R. Lide, CRC Press (1994).
Пригодные вторые кислые вещества включают функциональные группы, способные действовать в качестве кислот. Такие функциональные группы включают (но не ограничиваются только этим) карбоксильные группы, сульфогруппы, сульфатные группы, сульфитные группы и фосфатные группы. Подходящими функциональными группами являются карбоксильные группы. В том случае, когда второе кислое вещество представляет собой набухающий в воде водонерастворимый полимер, функциональные группы обычно связаны со сшитым основным полимером. Пригодные основные полимеры включают полиакриламиды, поливиниловые спирты, сополимер этилена с малеиновым ангидридом, поливиниловые простые эфиры, полиакриламидометилпропансульфокислоту, полиакриловые кислоты, поливинилпирролидоны, поливинилморфолины и сополимеры предшествующих полимеров. Могут быть также использованы природные полимеры на основе полисахаридов, включающие карбоксиметилцеллюлозы, карбоксиметилкрахмалы, гидроксипропилцеллюлозы, альгины, альгинаты, каррагенаты, привитые акриловые сополимеры крахмалов, привитые акриловые сополимеры целлюлозы и сополимеры предшествующих полимеров. Могут быть также использованы синтетические полипептиды, такие как полиаспаргиновая кислота и полиглутаминовая кислота.
Кислые набухающие в воде водонерастворимые полимеры обычно должны находиться в форме свободной кислоты. Обычно является желательным и выгодным, чтобы кислый набухающий в воде водонерастворимый полимер содержал, по меньшей мере, около 50 молярных процентов кислых функциональных групп в форме свободной кислоты, более выгодным, по меньшей мере, около 70 молярных процентов, подходящим является содержание, по меньшей мере, 80 молярных процентов и более подходящим, по меньшей мере, около 90 молярных процентов, а наиболее подходящим - около 100 молярных процентов. Кроме того, в качестве альтернативы, при использовании в абсорбирующей структуре по изобретению кислый набухающий в воде водонерастворимый полимер должен быть, по существу, нейтрализованным. В основном, является желательным и выгодным, чтобы кислый набухающий в воде водонерастворимый полимер имел степень нейтрализации кислых функциональных групп менее около 50 молярных процентов, более выгодным - менее около 30 молярных процентов, подходящей является степень нейтрализации менее около 20 молярных процентов, более подходящей - менее около 10 молярных процентов и наиболее подходящей, по существу, около 0 молярных процентов.
Второе основное или кислое вещество обычно может быть использовано в абсорбирующей структуре в различных формах. Примеры форм, которые может принимать второе основное или кислое вещество, включают твердые частицы, чешуйки, волокна, пленки и нетканые структуры. При использовании абсорбирующей структуры в абсорбирующих изделиях одноразового пользования обычно является желательным, чтобы второе основное или кислое вещество находилось в форме дискретных частиц, волокон или чешуек в волокнистой матрице. Когда оно имеет форму частиц, то обычно является желательным и выгодным, чтобы частицы имели максимальный поперечный размер в пределах от около 50 микрон до около 2000 микрон, подходящим является размер от около 100 микрон до около 1000 микрон и наиболее подходящим - от около 300 микрон до около 600 микрон. Комбинация кислого набухающего в воде водонерастворимого полимера и второго основного вещества или основного набухающего в воде водонерастворимого полимера и второго кислого вещества может быть также в форме бикомпонентного волокна, в котором одним компонентом является кислый или основной набухающий в воде водонерастворимый полимер, а другим компонентом является второе основное или кислое вещество. Таким бикомпонентным волокном может быть бикомпонентное волокно типа "бок о бок" или типа "ядро - оболочка". Такие бикомпонентные волокна могут быть получены известными способами, такими как совместная экструзия.
Обычно кислый набухающий в воде водонерастворимый полимер, по существу, в форме свободной кислоты смешивают со вторым основным веществом в абсорбирующей структуре в таком молярном соотношении, соответственно, кислотных и основных функциональностей, которое достаточно для получения абсорбирующей структуры с желаемыми абсорбирующими свойствами и значениями рН. Является выгодным, когда молярное отношение кислого набухающего в воде водонерастворимого полимера ко второму основному веществу составляет от около 10:1 до около 1: 10, подходящим является отношение от около 4:1 до около 1:4, более подходящим - от около 2:1 до около 1:2 и наиболее подходящим - от около 1:1.
Обычно основной набухающий в воде водонерастворимый полимер, по существу, в форме свободного основания смешивают со вторым кислым веществом в абсорбирующей структуре в таком молярном соотношении, соответственно, основных и кислотных функциональностей, которое достаточно для получения абсорбирующей структуры с желаемыми абсорбирующими свойствами и значениями рН. Является выгодным, когда молярное отношение основного набухающего в воде водонерастворимого полимера ко второму кислому веществу составляет от около 10:1 до около 1: 10, подходящим является отношение от около 4:1 до около 1:4, более подходящим - от около 2:1 до около 1:2 и наиболее подходящим - от около 1:1.
Согласно одному из вариантов воплощения настоящего изобретения кислый или основной набухающий в воде водонерастворимый полимер и второе основное или кислое вещество смешивают вместе для получения абсорбирующей композиции. Абсорбирующая композиция, включающая кислый или основной набухающий в воде водонерастворимый полимер и второе основное или кислое вещество, обладает способностью абсорбировать жидкость, называемой здесь Свободное Набухание (СН). Метод определения показателя Свободное Набухание приводится ниже совместно с примерами. Приведенные показатели Свободное Набухание, определенные как описано ниже, выражают количество водного раствора в граммах, содержащего 0,9 мас.% хлорида натрия, которое может абсорбировать один грамм вещества в течение около 10 часов, находясь под незначительной нагрузкой около 0,01 фунтов на квадратный дюйм (фунт/дюйм2). Как правило, является желательным, чтобы абсорбирующая композиция имела значение показателя Свободное Набухание под нагрузкой около 0,01 фунт/дюйм2, по меньшей мере, около 15, выгодным является значение, по меньшей мере, около 20, подходящим является значение, по меньшей мере, около 25 и вплоть до около 200 г на один грамм.
Является полезным, когда абсорбирующая композиция, включающая кислый или основной набухающий в воде водонерастворимый полимер и второе основное или кислое вещество, обладает также способностью абсорбировать жидкость в условиях, когда она находится под действием внешнего давления или нагрузки, называемой здесь Впитывающей Способностью под Нагрузкой (ВСН). Как обнаружено, синтетические полимерные вещества, такие как полиакрилаты, имеющие обычно высокую способность абсорбировать жидкость под нагрузкой, при введении их в абсорбирующие изделия уменьшают вероятность гель-блокирования. Метод определения Впитывающей Способности под Нагрузкой приведен ниже совместно с примерами. Приведенные показатели Впитывающая Способность под Нагрузкой, определенные как описано ниже, выражают количество в граммах водного раствора, содержащего 0,9 мас.% хлорида натрия, которое может абсорбировать один грамм вещества в течение около 10 часов, находясь под нагрузкой около 0,3 фунта на квадратный дюйм (фунт/дюйм2). Как правило, желательно, чтобы абсорбирующая композиция обладала показателем Впитывающая Способность под Нагрузкой при нагрузке около 0,3 фунт/дюйм2, по меньшей мере, около 15, выгодным является значение этого показателя, по меньшей мере, около 20, подходящим является значение этого показателя, по меньшей мере, около 25 и вплоть до около 100 г на один грамм.
Согласно одному из вариантов воплощения настоящего изобретения является выгодным, когда абсорбирующая композиция, включающая кислый или основной набухающий в воде водонерастворимый полимер и второе основное или кислое вещество, обладает способностью относительно медленно абсорбировать жидкость. Обнаружено, что использование кислых набухающих в воде водонерастворимых полимеров, являющихся сильнокислыми и обладающих показателем рКа менее около 2, либо использование основных набухающих в воде водонерастворимых полимеров, являющихся сильноосновными и обладающих показателем рКа более около 12, обычно приводит к получению абсорбирующих композиций, которые обычно не проявляют желаемой абсорбции жидкости с низкой скоростью. Обнаружено, что использование кислых набухающих в воде водонерастворимых полимеров, являющихся слишком слабокислыми и обладающих показателем рКа более около 12, либо использование основных набухающих в воде водонерастворимых полимеров, являющихся слабоосновными и обладающих показателем рКа менее около 2, обычно приводит к получению абсорбирующих композиций, которые, как правило, не обладают желаемой способностью абсорбировать жидкость. Получение абсорбирующей композиции, включающей согласно одному из вариантов воплощения настоящего изобретения кислый набухающий в воде водонерастворимый полимер и второе основное вещество или согласно другому варианту воплощения настоящего изобретения основной набухающий в воде водонерастворимый полимер и второе кислое вещество и предпочтительно обладающий способностью относительно медленно абсорбировать жидкость, описано в одновременно поданной заявке на патент США US 08/759108, заявлено 2 декабря 1996 года, описание которой приведено здесь полностью.
Количественная характеристика скорости, с которой абсорбирующая композиция абсорбирует жидкость, называется здесь Время Достижения 60-процентной величины от Емкости (Способности) Свободного Набухания. Метод определения Времени Достижения 60-процентной величины от Емкости (Способности) Свободного Набухания приводится ниже совместно с примерами. Приведенный показатель Время Достижения 60-процентной величины от Емкости (Способности) Свободного Набухания, определяемый как описано ниже, выражает время в минутах, требуемое для абсорбции около 60 процентов жидкости от величины общей абсорбционной емкости (способности) абсорбирующей композиции, представленный показателем Свободного Набухания абсорбирующей композиции. Согласно одному из вариантов осуществления изобретения желательно, чтобы абсорбирующая композиция согласно настоящему изобретению имела показатель Время Достижения 60-процентной величины от Емкости (Способности) Свободного Набухания, по меньшей мере, около 5 минут, выгодной является величина этого показателя в пределах от около 5 минут до около 300 минут, более выгодной - в пределах от около 10 минут до около 200 минут, подходящей является величина показателя в пределах от около 20 минут до около 100 минут и более подходящей - в пределах от около 30 минут до около 60 минут.
Согласно другому варианту осуществления изобретения абсорбирующая композиция по настоящему изобретению обладает также способностью относительно медленно абсорбировать жидкость в условиях воздействия внешнего давления или нагрузки. Количественная характеристика скорости, с которой абсорбирующая композиция абсорбирует жидкость при воздействии внешнего давления или нагрузки, называется здесь Время Достижения 60-процентной величины от Впитывающей Емкости (Способности) под Нагрузкой. Метод определения показателя Время Достижения 60-процентной величины от Впитывающей Емкости (Способности) под Нагрузкой описывается ниже совместно с примерами. Приведенный показатель Время Достижения 60-процентной величины от Впитывающей Емкости (Способности) под Нагрузкой, который определяют как описано ниже, выражает время в минутах, требуемое для абсорбции абсорбирующей композицией жидкости в количестве около 60 процентов от общей абсорбционной емкости абсорбирующей композиции в условиях воздействия внешнего давления или нагрузки, представленной показателем абсорбирующей композиции (Способность) под Нагрузкой. В том варианте осуществления изобретения желательно, чтобы абсорбирующая композиция имела показатель Время Достижения 60-процентной величины от Впитывающей Емкости (Способности) под Нагрузкой, по меньшей мере, около 5 минут, выгодным является показатель в пределах от около 5 минут до около 300 минут, более выгодным - в пределах от около 10 минут до около 200 минут, подходящим является показатель в пределах от около 20 минут до около 100 минут и более подходящим - в пределах от около 30 минут до около 60 минут.
В рамках настоящего исследования было обнаружено, что несмотря на то, что абсорбирующая структура, включающая согласно одному из вариантов осуществления изобретения кислый набухающий в воде водонерастворимый полимер и второе основное вещество или включающая согласно другому варианту осуществления изобретения основной набухающий в воде водонерастворимый полимер и второе кислое вещество, может проявлять желаемую способность абсорбировать жидкость, однако, в случае слишком большого различия в константах диссоциации кислого или основного набухающего в воде водонерастворимого полимера и второго основного или кислого вещества или слишком большого различия в растворимости и диспергируемости в водном растворе кислого или основного набухающего в воде водонерастворимого полимера и второго основного или кислого вещества устанавливается достаточно большой временной дисбаланс числа диссоциированных ионов кислого или основного набухающего в воде водонерастворимого полимера и второго основного или кислого вещества, вызывающий временной рН-дисбаланс, приводящий, в свою очередь, к тому, что абсорбирующая структура проявляет величину рН, которая может быть нежелательно слишком высокой или слишком низкой. Если же величина показателя рН у абсорбирующей структуры, в особенности у ее верхней поверхности или по ее верхней поверхности, ориентированной по направлению к коже носящего ее человека или пользователя, достигает слишком большой или низкой величины, то такая абсорбирующая структура может привести к раздражению кожи у носящего ее человека или пользователя или увеличить вероятность этого. Следовательно, желательно, чтобы верхняя поверхность абсорбирующей структуры, ориентированная по направлению к коже носящего ее человека, сохраняла, по существу, желательный и сбалансированный рН-профиль в процессе ее носки или использования.
Обычно является желательным и выгодным, чтобы верхняя поверхность абсорбирующей структуры, ориентированная в направлении к коже носящего ее человека, обычно вдоль всей длины и ширины верхней поверхности абсорбирующей структуры, показывала величину рН, которая остается в пределах от около 3 до около 8, более выгодным является величина рН, остающаяся в пределах от около 4 до около 7, и подходящей является величина рН, остающаяся в пределах от около 5 до около 6.
Как уже отмечалось выше, было обнаружено, что дисбаланс в числе диссоциированных ионов кислого или основного набухающего в воде водонерастворимого полимера и второго основного или кислого вещества может вызываться, по меньшей мере, двумя различными характеристиками соответствующих веществ. Во-первых, слишком большая разница в константах диссоциации кислого или основного набухающего в воде водонерастворимого полимера и второго основного или кислого вещества может привести к нежелательным значениям показателя рН у абсорбирующей структуры. Такая ситуация может возникнуть, например, при использовании сильнокислого или сильноосновного набухающего в воде водонерастворимого полимера либо, альтернативно, при использовании слабокислого или слабоосновного набухающего в воде водонерастворимого полимера и второго сильноосновного или сильнокислого вещества. Обычно сильнокислое или сильноосновное вещество способно достигнуть более полной ионизации в водном растворе, в то время как слабокислое или слабоосновное вещество обычно может достигнуть лишь частичной ионизации в водном растворе.
Во-вторых, слишком большое различие в растворимости или диспергируемости в водном растворе кислого или основного набухающего в воде водонерастворимого полимера и второго основного или кислого вещества также может привести к нежелательным значениям показателя рН у абсорбирующей структуры. В этом случае более растворимое или лучше диспергируемое вещество может более быстро достигать ионизационного равновесия, тогда как менее растворимому или хуже диспергируемому веществу обычно требуется больше времени для достижения равновесия в процессе ионизации.
Следовательно, различия в константах диссоциации, а также в растворимости или диспергируемости кислого или основного компонента может привести к дисбалансу рН. Для измерения количественной оценки величины этого дисбаланса был разработан метод измерения скорости ионизации кислого и основного компонентов. Скорость ионизации компонента, как описывается здесь, обусловлена комбинацией нескольких факторов, таких как константа диссоциации и показатель растворимости или диспергируемости компонента, содержания ионов в жидкости, в которую помещен компонент, и другие условия использования. Благодаря измерению скорости ионизации компонента, стало возможным разработать способы, позволяющие свести к минимуму дисбаланс в значениях рН абсорбирующей структуры и привести их к обычно приемлемым для здорового состояния кожи предельным значениям. Для достижения сбалансированного рН на поверхности абсорбирующей структуры могут быть использованы различные физические подходы, не требующие дополнительных химических веществ, таких как буферные агенты. Ниже приведены примеры некоторых физических подходов, которые могут быть использованы для решения проблемы поддержания рН у поверхности абсорбирующей структуры в желаемых пределах.
Одним из способов достижения сбалансированного профиля рН является сбалансирование скоростей ионизации кислого и основного компонентов посредством использования кислого и основного компонентов с подходящими предельными значениями размеров частиц. Размер частиц компонента обычно находится в обратной зависимости от величины поверхностной площади компонента. Поэтому при использовании частиц меньших размеров в компоненте с относительно более низкой скоростью ионизации обычно приводит к доступности для жидкости большей площади поверхности этого компонента. Поскольку растворение и ионизация компонента происходит лишь в условиях контакта компонента с жидкостью, то предоставление большей поверхностной площади для такого контакта компонента с жидкостью обычно обеспечивает более высокую скорость ионизации компонента. При таком подходе к решению проблемы компонент с относительно более высокой скоростью ионизации будет иметь частицы относительно больших размеров по сравнению с размером частиц компонента с относительно более низкой скоростью ионизации. Такой подход позволяет посредством тщательного подбора размеров частиц кислого и основного компонентов, предназначенных для использования в абсорбирующей структуре, эффективно приводить в соответствие скорости ионизации кислого и основного компонентов, посредством чего обычно достигается сбалансированный рН-профиль, особенно на верхней поверхности абсорбирующей структуры. Для эффективного регулирования величин поверхностной площади компонентов могут быть использованы также и другие подходы, например посредством использования компонентов, имеющих различную форму или морфологию.
Было обнаружено, что другим подходом, позволяющим эффективно сбалансировать скорость ионизации различных компонентов, является нанесение на поверхность кислого и/или основного компонентов покрытия из другого вещества или инкапсулирование другого вещества на поверхности кислого и/или основного компонентов. Вследствие создаваемого за счет покрывающего или инкапсулирующего вещества диффузионного барьера посредством нанесения покрытия из компонента или инкапсулирования компонента скорость ионизации этого компонента обычно может быть снижена. Например, такой подход может быть использован для нанесения покрытия из компонента или инкапсулирования компонента, имеющего относительно более высокую скорость ионизации, для придания такому компоненту совместимости с компонентом, обладающим относительно более низкой скоростью ионизации.
Еще одним найденным подходом является физическое разделение кислого и основного компонентов для обеспечения поддержания рН на поверхности абсорбирующей структуры в желаемых пределах. Примеры такого подхода могут включать (но не ограничиваются этим) использование барьерного вещества для разделения компонентов или зонирование компонентов в слоистой структуре. Обычно такой подход обеспечивает такое стратегическое размещение компонентов, при котором ионам компонента с относительно более высокой скоростью ионизации потребовалось бы более длительное время для достижения верхней поверхности абсорбирующей структуры, а ионам компонента с относительно более низкой скоростью ионизации потребовалось бы более короткое время. Это обеспечивает поддержание рН у верхней поверхности абсорбирующей структуры в желаемых пределах.
Еще одним обнаруженным подходом является использование кислого компонента, состоящего из смеси кислых веществ различными скоростями ионизации. Например, может быть использована такая смесь частиц полиакриловой кислоты с различными степенями нейтрализации, при которой результирующая скорость ионизации смеси эффективно соответствует скорости ионизации используемого второго основного компонента. Этот подход может быть также реализован при использовании веществ со структурой "ядро - оболочка", в которой вещества ядра и оболочки имеют различную степень нейтрализации. Аналогичный подход может быть применен к основному компоненту.
Согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения в абсорбирующей структуре по настоящему изобретению используют третий компонент, которым является буферный агент. Под используемым здесь термином "буферный агент" подразумевают химическое вещество или вещества либо соответствующие кислоты или основания такого вещества или веществ, обладающие величиной рКа в пределах от около 2 до около 10. Присутствие буферного агента в водном растворе обычно приводит к тому, что такой раствор обнаруживает лишь незначительные изменения величины показателя рН при добавлении в этот раствор кислоты или основания. Поэтому такой буферный агент сводит к минимуму изменения концентрации ионов водорода в водном растворе, которые в противном случае имели бы тенденцию происходить вследствие дисбаланса в ионизации любой кислоты или основания, присутствующих в водном растворе.
Выбор эффективного буферного агента в настоящем изобретении обычно зависит от силы и растворимости каждого из кислого или основного набухающего в воде водонерастворимого полимера или второго основного или кислого вещества, используемых в абсорбирующей структуре. Например, в том случае, когда кислый набухающий в воде водонерастворимый полимер является слабокислым, а второе основное вещество - сильноосновным, но либо растворимым, либо нерастворимым, то обычно необходимо, чтобы буферным агентом являлся бы кислый буферный агент. В том же случае, когда кислый набухающий в воде водонерастворимый полимер является слабокислым, а второе основное вещество - слабоосновным и растворимым, то тогда обычно необходимо, чтобы буферным агентом был бы кислый буферный агент. Когда же кислый набухающий в воде водонерастворимый полимер является сильнокислым, а второе основное вещество - слабоосновным и нерастворимым, то в этом случае буферным агентом обычно должен быть основной буферный агент. Когда основной набухающий в воде водонерастворимый полимер является слабоосновным, а второе кислое вещество - сильнокислым, но либо растворимым, либо нерастворимым, то в этом случае обычно требуется, чтобы буферным агентом являлся основной буферный агент. Если же основной набухающий в воде водонерастворимый полимер является слабоосновным, а второе кислое вещество - слабокислым и растворимым, то обычно необходимо, чтобы буферным агентом являлся бы основной буферный агент. В том же случае, когда основной набухающий в воде водонерастворимый полимер является сильноосновным, а второе кислое вещество - слабокислым и нерастворимым, то обычно требуется, чтобы буферный агент представлял собой кислый буферный агент.
При использовании в качестве буферного агента одной единственной кислоты или одного единственного основания область буферного действия такого буферного агента обычно находится в области приблизительно одной единицы величины рН по любую сторону от значения рКа этого буферного агента. Например, лимонная кислота имеет величину pКa1 около 3,2 и обычно приводит к получению буферного раствора с величиной рН в пределах от около 2 до около 4,5. Аммиак имеет величину рКа около 9,2 и обычно приводит к получению буферного раствора с величиной рН в области от около 8,2 до около 10,2. При содержании в молекуле двух или более кислых или основных групп или при использовании смеси нескольких буферных агентов область рН буферного раствора обычно увеличивается. Например, смесь лимонной кислоты и двухосновного фосфата натрия образует буферный раствор со значением рН в области от около 2,2 до около 8,0. В качестве другого примера смесь моноосновного фосфата калия и двухосновного фосфата натрия образует буферный раствор с величиной рН в области от около 6,1 до около 7,5. Согласно следующему примеру смесь гидроокиси натрия и двухосновного фосфата натрия образует буферный раствор с величиной рН в области от около 11,0 до около 12,0.
В том случае, когда в настоящем изобретении желательно использовать кислый буферный агент, то подходящими буферными агентами являются обычно кислоты или соли таких кислот, имеющие рКа в пределах от около 2 до около 7. Такие кислоты включают (но не ограничиваются этим) аспаргиновую кислоту (имеет pKai около 3,86), аскорбиновую кислоту (имеет pКa1 около 4,10), хлоруксусную кислоту (имеет рКа около 2,85), β-хлормасляную кислоту (имеет рКа около 4,05), цис-коричную кислоту (имеет рКа около 3,89), лимонную кислоту (имеет pКa1 около 3,14), фумаровую кислоту (имеет pКa1 около 3,03), полуамид глутаровой кислоты (имеет рКа около 4,60), глутаровую кислоту (имеет pКa1 около 4,31), итаконовую кислоту (имеет pКa1 около 3, 85), молочную кислоту (имеет рКа около 3,08), яблочную кислоту (имеет pКa1 около 3,40), малоновую кислоту (имеет pКa1 около 2,83), о-фталевую кислоту (имеет pКa1 около 2,89), янтарную кислоту (имеет pКa1 около 4,16), α-винную кислоту (имеет pКa1 около 2,89) и фосфорную кислоту (имеет pКa1 около 2,12).
В том случае, когда в настоящем изобретении желательно использовать основной буферный агент, то подходящими буферными агентами обычно являются основания или соли таких оснований, имеющие рКа в пределах от около 5 до около 10. Такие основания включают (но не ограничиваются ими) α-аланин (имеет рКа около 9,87), аллантоин (имеет pКa1 около 8,96), цистеин (имеет рКа около 7,85), цистин (имеет рКа около 7,85), диметилглицин (имеет рКа около 9,89), гистидин (имеет рКа около 9,17), глицин (имеет рКа около 9,78), хитозан (имеет рКа около 7), N-(2-aцeтaмидo)-2-иминoдиукcуcнyю кислоту (имеет рКа около 6,8), трис(гидроксиметил)аминометан (имеет рКа около 8,1), теобромин (имеет рКа около 7,89) и тирозин (имеет рКа около 8,40).
Обычно буферный агент может быть использован в абсорбирующей структуре в различных формах. Примеры форм, которые может принимать буферный агент, включают частицы, чешуйки, волокна, пленки и нетканые структуры. При использовании абсорбирующей структуры в абсорбирующих изделиях одноразового пользования обычно желательно, чтобы буферный агент имел форму дискретных частиц, волокон или чешуек в волокнистой матрице. Если буферный агент имеет форму частиц, то обычно является желательным и выгодным, чтобы эти частицы имели максимальный поперечный размер в пределах от около 50 микрон до около 2000 микрон, подходящим является размер частиц в пределах от около 100 микрон до около 1000 микрон и, более желательным является размер частиц в пределах от около 300 микрон до около 600 микрон.
Количество буферного агента, используемого в абсорбирующей структуре по настоящему изобретению, обычно зависит от множества различных факторов, включая силу кислотности или основности кислого или основного набухающего в воде водонерастворимого полимера, силу основности или кислотности второго основного или кислого вещества, относительные растворимости каждого кислого или основного набухающего в воде водонерастворимого полимера и второго основного или кислого вещества, рКа используемого буферного агента и пределов рН, которые желательно поддерживать у абсорбирующей структуры. Обычно является выгодным, чтобы количество используемого в абсорбирующей структуре буферного агента было таким, при котором молярное соотношение кислого или основного набухающего в воде водонерастворимого полимера и буферного агента составляет от около 50: 1 до около 2:1, более выгодным является молярное соотношение от около 40:1 до около 4:1, подходящим является молярное соотношение от около 30:1 до около 6:1 и более подходящим от около 20:1 до около 10: 1. Обычно является выгодным, чтобы количество используемого в абсорбирующей структуре буферного агента было таким, при котором молярное соотношение второго основного или кислого вещества и буферного агента составляет от около 50:1 до около 2:1, более выгодным является молярное соотношение от около 40: 1 до около 4:1, подходящим является молярное соотношение от около 30:1 до около 6:1 и наиболее подходящим - от около 20:1 до около 10:1.
Согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения используемым буферным агентом может являться то же самое вещество, что и кислый набухающий в воде водонерастворимый полимер либо второе основное вещество в том случае, когда кислый набухающий в воде водонерастворимый полимер имеет рКа в пределах от около 2 до около 7, и требуется кислый буферный агент, либо когда втрое основное вещество имеет рКа в пределах от около 5 до около 10, и требуется основной буферный агент, то используемым буферным агентом может являться то же самое вещество, что и кислый набухающий в воде водонерастворимый полимер либо второе основное вещество. Например, при использовании в качестве кислого набухающего в воде водонерастворимого полимера полиакриловой кислоты, а в качестве второго основного вещества - бикарбоната натрия, обычно требуется кислый буферный агент, такой как лимонная кислота, для поддержания рН-профиля в желаемых пределах, поскольку бикарбонат натрия является более растворимым, чем полиакриловая кислота. Однако поскольку полиакриловая кислота имеет рКа около 4,25, то она также может быть использована в качестве кислого буферного агента. В другом примере в качестве кислого набухающего в воде водонерастворимого полимера используют полиакриламидметилпропансульфокислоту, а в качестве второго основного вещества - хитозан. В этом примере для поддержания рН-профиля в желаемых пределах обычно требуется основной буферный агент, такой как бикарбонат натрия, поскольку полиакриламидметилпропансульфокислота является сильнокислым полимером, а хитозан - слабоосновным полимером. Однако поскольку хитозан имеет рКа около 7, то он также может быть использован в качестве основного буферного агента.
Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения буферным агентом может являться то же самое вещество, которое используют в качестве основного набухающего в воде водонерастворимого полимера или в качестве второго кислого вещества, если основной набухающий в воде водонерастворимый полимер имеет рКа в пределах от около 7 до около 12 и требуется основной буферный агент или если второе кислое вещество имеет рКа в пределах от около 4 до около 9 и требуется кислый буферный агент. Например, если в качестве основного набухающего в воде водонерастворимого полимера используют хитозан, а в качестве второго кислого вещества используют лимонную кислоту, то для поддержания рН-профиля в желаемых пределах обычно требуется основной буферный агент, такой как бикарбонат натрия, поскольку лимонная кислота более растворима, чем хитозан. Однако поскольку хитозан имеет рКа около 7, то он также может быть использован в качестве основного буферного агента. В другом примере в качестве основного набухающего в воде водонерастворимого полимера используют сшитый полидиаллилдиметиламмонийгидроксид, а в качестве второго кислого вещества используют сшитую полиакриловую кислоту. В этом примере для поддержания рН-профиля в желаемых пределах обычно требуется кислый буферный агент, такой как лимонная кислота, поскольку полидиаллилдиметиламмонийгидроксид является сильноосновным полимером, а полиакриловая кислота - слабокислым полимером. Однако поскольку полиакриловая кислота имеет рКа около 4,25, то она также может быть использована в качестве кислого буферного агента.
Согласно одному из вариантов осуществления изобретения является желательным получение абсорбирующей композиции из кислого или основного набухающего в воде водонерастворимого полимера, второго основного или кислого вещества и, возможно, буферного агента, которая может быть введена в абсорбирующую структуру. Такая абсорбирующая композиция может быть получена простым способом. Обычно способ получения такой абсорбирующей композиции включает стадию смешения друг с другом кислого или основного набухающего в воде водонерастворимого полимера, второго основного или кислого вещества и, возможно, буферного агента.
Если второе основное вещество является водонерастворимым, таким как сшитый полидиаллилдиметиламмонийгидроксид, то для облегчения равномерного ионного обмена и достижения желаемого рН-профиля обычно требуется гомогенное смешение кислого набухающего в воде водонерастворимого полимера со вторым основным веществом. Однако если второе основное вещество является водорастворимым, таким как бикарбонат натрия, то гомогенного смешения кислого набухающего в воде водонерастворимого полимера со вторым основным веществом обычно не требуется ввиду подвижности второго основного вещества, когда абсорбирующая структура содержит загрязняющую жидкость. Второе основное вещество может раствориться в жидкости и протекать вместе с ней, чтобы достичь кислого набухающего в воде водонерастворимого полимера.
Если второе кислое вещество является водонерастворимым, таким как сшитая полиакриловая кислота, то для облегчения равномерного ионного обмена и достижения желаемого рН-профиля обычно требуется гомогенное смешение основного набухающего в воде водонерастворимого полимера со вторым кислым веществом. Однако если второе кислое вещество является водорастворимым, таким как лимонная кислота, то в этом случае обычно не требуется гомогенного смешения основного набухающего в воде водонерастворимого полимера со вторым кислым веществом ввиду подвижности второго кислого вещества при наполнении абсорбирующей структуры загрязняющей жидкостью. Второе кислое вещество может раствориться в жидкости и протекать вместе с ней к основному набухающему в воде водонерастворимому полимеру.
Обычно необходимо получить смесь компонентов в условиях, достаточных для эффективного смешения друг с другом кислого или основного набухающего в воде водонерастворимого полимера, второго основного или кислого вещества и, возможно, буферного агента. Полезно, чтобы такие смеси подвергались перемешиванию, взбалтыванию или другим видам смешения для такого эффективного смешения кислого или основного набухающего в воде водонерастворимого полимера, второго основного или кислого вещества и, возможно, буферного агента, при котором образуется, по существу, равномерная смесь. Оборудование для достижения такого перемешивания, взбалтывания или смешения хорошо известно в данной области техники и включает простые смесители и мешалки и соответствующие устройства для формования.
Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения буферный агент может быть использован или может содержаться, по существу, в отдельном слое или компоненте абсорбирующей структуры, в таком как, например, гофрированный слой или слой тонкой ткани (tissue sheet), расположенном вблизи от верхней поверхности абсорбирующей структуры. Такой вариант осуществления изобретения может быть эффективным для уменьшения количества буферного агента, необходимого в абсорбирующей структуре, с целью достижения желаемого свойства поддержания, по существу, желаемого и сбалансированного рН-профиля на или по верхней поверхности абсорбирующей структуры. Дополнительно, по существу, разделение кислого или основного набухающего в воде водонерастворимого полимера и буферного агента может способствовать увеличению общей способности абсорбирующей структуры абсорбировать жидкость, благодаря возможности поддержания кислого или основного набухающего в воде водонерастворимого полимера при относительно более высоком рН, что может увеличить способность кислого или основного набухающего в воде водонерастворимого полимера абсорбировать жидкость.
Хотя главные компоненты абсорбирующей структуры описаны выше, такая абсорбирующая структура не ограничивается только ими и может включать другие компоненты, не оказывающие вредного воздействия на саму абсорбирующую структуру или на использование абсорбирующей структуры, имеющей желаемые абсорбирующие свойства и свойства рН. Примеры веществ, которые могут быть использованы в качестве дополнительных компонентов, включают (но не ограничиваются ими) пигменты, антиоксиданты, стабилизаторы, поверхностно-активные вещества, воски, промоторы текучести, растворители, частицы и вещества, улучшающие технологичность абсорбирующей структуры.
Абсорбирующая структура по настоящему изобретению пригодна для использования в абсорбирующих изделиях одноразового пользования, таких как гигиенические изделия, пеленки, тренировочные штаны, салфетки для младенцев, женские гигиенические изделия, изделия для взрослых людей, страдающих недержанием мочи; медицинские изделия, такие как повязки на раны или хирургические пелерины или салфетки; и тканевые изделия (tissue products). Согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения получают абсорбирующее изделие одноразового пользования, включающее проницаемые для жидкости верхний (лицевой) слой, прикрепленный к верхнему слою обратный (задний, изнаночный или нижний) и расположенную между верхним (лицевым) и обратным (задним, изнаночным или нижним) слоями абсорбирующую структуру, включающую кислый набухающий в воде водонерастворимый полимер, второе основное вещество и буферный агент, причем абсорбирующая структура проявляет желаемые абсорбирующие свойства и свойства рН.
В процессе использования согласно всем аспектам настоящего изобретения абсорбирующие изделия одноразового пользования обычно подвергаются многократному загрязнению жидкостью организма. В соответствии с этим желательно, чтобы абсорбирующие изделия одноразового пользования обладали способностью абсорбировать многократные загрязнения жидкостью организма в количествах, воздействующих на абсорбирующие изделия и абсорбирующие структуры при пользовании.
Специалисту в данной области техники известны материалы, пригодные для использования в качестве верхнего (лицевого) и обратного (заднего, изнаночного или нижнего) слоя. Примерами материалов, пригодных для использования в качестве верхнего слоя, являются проницаемые для жидкости материалы, такие как нетканый пропилен или полиэтилен с исходной плотностью (basis weight) от около 15 до около 25 граммов на квадратный метр. Примерами для использования в качестве обратного (заднего, изнаночного или нижнего) слоя являются непроницаемые для жидкости материалы, такие как полиолефиновые пленки, а также паропроницаемые материалы, такие как микропористые полиолефиновые пленки.
Кислый или основной набухающий в воде водонерастворимый полимер, второе основное или кислое вещество и, возможно, буферный агент обычно присутствуют в абсорбирующей структуре в сочетании с волокнистой матрицей. Волокнистая матрица может принимать форму, например, батта из измельченной древесно-целлюлозобумажной пыли, слоя тонкой ткани, слоя гидропереплетенной целлюлозобумажной волокнистой пульпы, или слоя целлюлозобумажной волокнистой пульпы, или слоя целлюлозобумажной волокнистой пульпы, подвергнутой механическому мягчащему воздействию. Полезно, если волокнистая матрица образована таким образом, чтобы удерживать или заключать внутри или на своей структуре кислый или основной набухающий в воде водонерастворимый полимер, второе основное или кислое вещество и, возможно, буферный агент. Кислый или основной набухающий в воде водонерастворимый полимер, второе основное или кислое вещество и, возможно, буферный агент могут быть введены внутрь или на волокнистую матрицу либо в процессе образования, либо после образования основной формы волокнистой матрицы. Используемая в настоящем изобретении волокнистая матрица может быть образована аэродинамическим способом (air-laying process), или гидродинамическим способом (by a wet-laid process), или, по существу, любым другим способом, известным специалисту в области получения волокнистой матрицы. Волокнистая матрица может быть образована либо из натуральных волокон, либо из синтетических волокон или из смеси как натуральных, так и синтетических волокон.
Кислый или основной набухающий в воде водонерастворимый полимер, второе основное или кислое вещество и, возможно, буферный агент обычно присутствуют в абсорбирующей структуре или в абсорбирующем изделии одноразового пользования в количестве, эффективном для получения абсорбирующей структуры или абсорбирующего изделия одноразового пользования, способном абсорбировать желаемое количество жидкости и проявлять желаемые свойства рН. Полезно, если кислый или основной набухающий в воде водонерастворимый полимер, второе основное или кислое вещество и, возможно, буферный агент присутствуют в абсорбирующей структуре в количестве от около 1 до около 100 мас.%, более полезно - в количестве от около 5 до около 95 мас.%, подходящим является количество от около 10 до около 90 мас.% и более подходящим - в количестве от около 30 до около 70 мас.% в расчете на общую массу абсорбирующей структуры.
Обычно является желательным, чтобы абсорбирующая структура по настоящему изобретению обладала способностью абсорбировать желаемое количество жидкости, такой как моча, кровь, менструальная кровь, синтетическая моча или водный раствор, содержащий 0,9 мас.% хлорида натрия. Согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения желательно, чтобы абсорбирующая структура обладала способностью абсорбировать жидкость в количестве, соответствующем показателю Капиллярной Впитывающей Емкости (Способности). Используемый здесь показатель Капиллярной Впитывающей Емкости (Способности) с размерностью в граммах на грамм выражает количество жидкости водного раствора, содержащего 0,9 мас.% хлорида натрия, которое может абсорбировать один грамм абсорбирующей структуры в течение 6 часов, как это измерено методом, описанным в разделе "Методы испытаний".
Обычно является желательным и полезным, чтобы абсорбирующая структура обладала показателем Капиллярной Впитывающей Емкости (Способности), по меньшей мере, около 5 г на один грамм, более полезным, по меньшей мере, около 10 г на один грамм, подходящим является показатель, по меньшей мере, около 15 г на один грамм, более подходящим, по меньшей мере, около 20 г на один грамм и вплоть до около 40 г на один грамм.
Методы испытания.
Емкость при Свободном Набухании и Время Достижения 60-процентной Величины от Емкости при Свободном Набухании.
Определение Емкости при Свободном Набухании (ЕС) представляет собой испытание, при котором измеряют количество в граммах водного раствора, содержащего 0,9 мас.% хлорида натрия, которое может абсорбировать один грамм материала (вещества) под воздействием незначительной нагрузки или силы сжатия, такой как 0,01 фунт/дюйм2, в течение 10 часов.
Ниже со ссылкой на Фиг. 1 описывается устройство и метод определения Емкости при Свободном Набухании и Влагопоглощения под Нагрузкой. На Фиг.1 показаны перспективный вид устройства в положении во время испытания. Устройство содержит лабораторный подъемный столик 1 с регулировочной головкой штифта 2 для поднятия и опускания платформы 3. Лабораторный штатив 4 поддерживает пружину 5, соединенную с модифицированным контактным штырем для измерения толщины 6, который проходит сквозь корпус 7 измерителя, жестко поддерживаемого лабораторным штативом. Пластиковая чашка 8 для образца, содержащая образец испытуемого суперабсорбирующего вещества (материала), имеет проницаемое для жидкости дно и помещена в чашку Петри, содержащую солевой раствор, предназначенный для абсорбирования. Для определения только лишь Влагопоглощения под Нагрузкой груз 10 опирается на верхнюю поверхность разделительного (промежуточного) диска (на Фиг.1 не показано), лежащего на верхней поверхности образца суперабсорбирующего вещества (материала) (на Фиг.1 не показано).
Чашка для образца состоит из пластикового цилиндра с внутренним диаметром 1 дюйм и внешним диаметром 1,25 дюйма. Дно чашки для образца выполнено из металлической сетки 100 меш с отверстиями размером 150 микрон, которая скреплена с краем цилиндра нагреванием сетки выше точки плавления пластика и прессованием цилиндра о горячую сетку для плавления пластика и соединения сетки с пластиковым цилиндром.
Модифицированный измеритель толщины, предназначенный для измерения расширения образца в процессе абсорбции солевого раствора, представляет собой a Mitutoyo Digimatic Indicator, IDC Series 543, Model 543-180 с диапазоном измерения 0-0,5 дюйма и точностью измерения 0,00005 дюйма (Mitutoyo Corporation, 31-19, Shiba 5-chome, Minatoku, Tokyo 108, Japan). Измеритель толщины, поставляемый Mitutoyo Corporation, содержит пружину, прикрепленную к контактному штырю внутри корпуса измерителя. Эту пружину удаляют для обеспечения свободного падения контактного штыря с направленной вниз силой около 27 г. Дополнительно удаляют также колпачок над верхушкой штыря, расположенного сверху корпуса измерителя, для скрепления контактного штыря с подвешенной пружиной 5 (поставляется McMaster-Carr Supply Co., Chicago, Illinois, Item 9640K41), которая служит для того, чтобы противодействовать или уменьшать направленную вниз силу контактного штыря до около 1 г ± 0,5 г. Для крепления к подвешенной пружине к верхушке контактного штыря может быть приклеен проволочный крючок. С целью обеспечения возможности проникновения внутрь чашки для образца нижний конец контактного штыря снабжен также удлиненной иглой (Mitutoyo Corporation, Part 131279).
Для проведения испытания 0,160 г образца абсорбирующего вещества, обычно просеянного до размера частиц от 300 до 600 микрон, помещают в чашку для образца. Затем образец покрывают пластиковым разделительным (промежуточным) диском весом 4,4 г и диаметром около 0,995 дюйма, который служит для защиты образца от повреждения в процессе испытания и для равномерного распределения нагрузки по всему образцу. После этого взвешивают чашку для образца вместе с образцом вещества и разделительным диском для определения ее сухого веса. Чашку для образца помещают в чашку Петри на платформе, и лабораторный штатив поднимают до тех пор, пока верхняя поверхность пластикового разделительного диска не придет в контакт с концом контактного штыря. Измеритель устанавливают на нулевое показание. Для начала испытания в чашку Петри добавляют достаточное количество солевого раствора (50-100 миллилитров). По мере того как испытуемый образец абсорбирует солевой раствор, контактным штырем измеряют расстояние, на которое увеличивающийся в объеме образец поднимает пластиковый разделительный диск. Это расстояние, помноженное на площадь поперечного сечения внутри чашки для образца, определяет объем расширения образца вследствие абсорбции. С учетом плотности солевого раствора и веса образца легко вычислить количество абсорбированного солевого раствора. Вес солевого раствора, абсорбированного в течение около 10 часов, является показателем Свободное Набухание, выраженным в граммах солевого раствора, абсорбированного одним граммом абсорбента. При желании показания модифицированного измерителя толщины могут непрерывно вводиться в компьютер (Mitutoyo Digimatic Miniprocessor DP-2DX) для произведения расчетов и получения значений показателя Свободное Набухание. Для контрольной перепроверки показатель Свободное Набухание может быть также определен по разнице весов чашки для образца перед испытанием и после испытания, равной количеству абсорбированного образцом солевого раствора.
По непрерывному компьютерному мониторингу значений показателя Свободное Набухание легко определяется Время Достижения 60-процентной величины от Впитывающей Емкости (Способности) при Свободном Набухании.
Впитывающая Емкость (Способность) под Нагрузкой и Время Достижения 60-процентной величины от Впитывающей Емкости (Способности) под Нагрузкой.
Определение показателя Впитывающая Емкость (Способность) под Нагрузкой (ВЕН или ВСН) представляет собой испытание, в котором измеряют количество в граммах водного раствора, содержащего 0,9 мас.% хлорида натрия, которое может абсорбировать один грамм вещества (материала) под прикладываемой нагрузкой или сжимающей силой около 0,3 фунт/дюйм2 в течение 10 часов. Процедура измерения показателя Впитывающая Емкость (Способность) под Нагрузкой абсорбирующей композиции, по существу, идентична процедуре измерения показателей Свободное Набухание, за исключением того, что на верхнюю поверхность пластикового разделительного (промежуточного) диска помещают груз в 100 г, посредством которого к абсорбирующей композиции в условиях абсорбции солевого раствора прикладывается нагрузка около 0,3 фунт/дюйм2. Посредством непрерывного компьютерного мониторинга показателей Впитывающая Емкость (Способность) под Нагрузкой легко определяют показатель Время Достижения 60-процентной величины от показателя Впитывающей Емкости (Способности) под Нагрузкой.
Измерение Капиллярной Впитывающей Способности и предельных значений рН.
Далее со ссылкой на Фиг.2 описывается устройство и метод определения показателя Капиллярная Впитывающая Способность и рН-профилей.
Фиг. 2 представляет собой перспективный вид устройства для измерения капиллярной впитывающей способности и рН-профиля. На Фиг.2 изображены испытательный контейнер 60, включающий удерживающую камеру 61, испытательную камеру 62 и крышку 63. Испытательная камера 62 представляет собой прямоугольную камеру шириной 5,08 см (2 дюйма), длиной 35,56 см (14 дюймов) и глубиной 4,45 см (1,75 дюйма) (внутренние размеры). Испытательная камера 62 выполнена из прозрачного материала, такого как акриловая смола, поставляемая коммерчески под маркой LUCJTETM (толщина 0,635 см (0,25 дюйма)). Верх испытательной камеры 62 является открытым. Дно 65 испытательной камеры 62 образовано сеткой 100 меш из нержавеющей стали. Металлическая сетка склеена с материалом, образующим бока и концы испытательной камеры 62. Продольная концевая стенка 66 испытательной камеры 62 выполнена из куска акриловой смолы таких размеров, что испытательная камера 62 имеет глубокое отверстие 67 шириной 5,08 см (2 дюйма) на 0,9525 см (0,375 дюйма), покрытое сеткой 100 меш из нержавеющей стали. Ячеистая сетка 68 приклеена к акриловой смоле, из которой образована испытательная камера 62, по периферии отверстия 67. Дно 65 и концы сетки 68 склеены в местах соединения или сформованы в виде единого целого куска.
Удерживающая камера 61 включает продольные концевые стенки 70, 71, параллельные боковые стенки 72, 73 и дно 74. Удерживающая камера 61 выполнена из прозрачной смолы, такой как акриловая смола (толщиной 0,635 см [0,25 дюйма]). Продольные концевые стенки 70, 71, параллельные боковые стенки 72, 73 и дно 74 удерживающей камеры 61 определяют границы верхнего отверстия 75. Если испытательная камера 62 выполнена из акриловой смолы толщиной 0,635 см (0,25 дюйма), то очертания удерживающей камеры 61 образуют камеру шириной 6,35 см (2,5 дюйма), длиной 36,83 см (14,5 дюймов) и глубиной 5,08 см (2 дюйма) (внутренние размеры). В любом случае удерживающая камера 61 имеет такие внутренние размеры, чтобы испытательная камера 62 могла входить и плотно прилегать к внутренним стенкам удерживающей камеры 61.
Аналогичным образом, крышка 63 выполнена из прозрачной акриловой смолы и имеет такие размеры, чтобы покрывать верхнее отверстие 75 удерживающей камеры 61 при нахождении в ней испытательной камеры 62. Крышка 63 определяет внутренние размеры камеры: ширина 6,35 см (2,5 дюйма), длина 36,83 см (14,5 дюймов) и глубина 1,4288 (0,5625 дюйма). На верхней поверхности крышки 63 расположено шесть отверстий 69 для удерживания рН-электродов. Внутренний диаметр отверстия 69 составляет около 1,20 см (0,472 дюйма), что позволяет проходить через них электродам и плотно закрепляться в отверстии 69 крышки 63. Отверстия 69 расположены продольно на расстоянии 0,6, 5, 10, 15, 20 и 25 см от продольного конца стороны 92 крышки 63.
Абсорбирующую структуру с первоначальной поверхностной плотностью около 500 г на квадратный дюйм и объемной плотностью около 0,2 г/см3 нарезают на образцы прямоугольной формы шириной 4,92 см (1,94 дюйма) и длиной 34,93 см (13,75 дюймов) инструментом для резки текстиля, поставляемым Eastman Machine Company in Buffalo, New York под названием Chickadee II Rotary Shear, Type D-2, 110 volt textile saw. Инструмент для резки текстиля (the textile saw) образует гладкие края без изменения краевой плотности образца абсорбирующей структуры. Нарезанный кусок образца абсорбирующей структуры помещают затем на ячеистую сетку, образующую дно 65 испытательной камеры 62.
Для этого испытания используют наполненные гелем электроды ORION Gel-Filled Combination Electrodes model 91-35, поставляемые ORION Research Inc. Конец рН-электрода 90 закрыт колпачком, защищающим электрод 90 и препятствующим его высыханию. Колпачок является составной частью электродов, поставляемых производителем. Перед испытанием колпачок удаляют и сохраняют. Конец электрода 90 располагается по поверхности образца абсорбирующей структуры таким образом, что электроды перпендикулярны к поверхности абсорбирующей структуры. Для обеспечения хорошего контакта и отсутствия повреждения поверхности не требуется какого-либо дополнительного давления, кроме веса самого электрода 90. Каждый из электродов 90 по отдельности соединен с соответствующим измерителем рН (рН-метром) 91 (ORION Benchtop pH/ISE Meter, model 710A, поставляемый также ORION Research Inc.). Перед испытанием измеритель/система электродов калибруют с использованием трех буферов (рН= 4,01, 7,00 и 10,00, поставляемых VWR Scientific Co. с номером по каталогу 34170-127, 34170-130 и 34170-133 соответственно).
Затем испытуемый контейнер 60 помещают на наклонное основание 80, имеющее такую конфигурацию, что дно 74 удерживающей камеры 61 образует наклонный угол в 30 градусов с горизонтальной плоскостью, благодаря чему горизонтальный край 70 располагается выше горизонтального края 71. В свою очередь, наклонное основание 80 располагается на лабораторном подъемном столике 93. Устройство снабжено резервуаром для жидкости, содержащим аспираторную бутыль 82 с резиновой пробкой 83 и аспираторной трубкой 84. Для предотвращения утечки воздуха резиновая пробка 83 должна плотно входить в аспираторную бутыль 82. Аспираторная бутыль 82 связана с удерживающей камерой 61 посредством подающей трубки 76. Подающая трубка 76 поддерживается посредством зажима 85, укрепленного на лабораторном штативе 86, с целью сведения к минимуму воздействия перемещения подающей трубки 76 на электронные весы (шкалу) 81 во время испытания. Аспираторная бутыль располагается на электронных весах 81. В свою очередь, электронные весы 81 располагаются на лабораторном подъемном столике 87. Аспираторная бутыль наполняется водным раствором, содержащим 0,9 мас.% хлорида натрия. Солевой раствор в аспираторной бутыли 82 подкрашивают FD& C голубым красителем 1 для облегчения/повышения точности при считывании результатов измерения.
В начале процедуры испытания из удерживающей камеры 61, которая остается на своем месте на наклонном основании 80, удаляют испытательную камеру 62 и крышку 63. Аспираторную бутыль поднимают на лабораторном подъемном столике 87 на произвольную высоту. Наклонное основание 80 поднимают на лабораторном подъемном столике 93 до тех пор, пока содержащийся в аспираторной бутыли 82 солевой раствор не заполнит нижний конец на глубину около 0,64 см (около 0,25 дюйма) или удерживающую камеру 61 на глубину 0,635 см (0, 25 дюйма) в ее наиболее глубокой точке. В этот момент испытательную камеру 62 помещают в удерживающую камеру 61, но удерживают ее от контакта с солевым раствором, находящимся в удерживающей камере 61, посредством винта 78. По существу, винт 78 проходит через отверстие с резьбой 77 до тех пор, пока он не придет в контакт с боковой стороной испытательной камеры 62. Сила, создаваемая винтом 78, прижимает испытательную камеру 62 к удерживающей камере 61 и препятствует полному вхождению испытательной камеры 62 в удерживающую камеру 61. Затем на удерживающую камеру 61 помещают крышку 63. Шесть рН-электродов 90 вводят через отверстия 69 в крышке 63 в контакт с поверхностью композита. Измеритель рН (рН-метр) 91 вводят в режим измерения. Весы 81 устанавливают на нулевое показание и нижний конец сетки 68 опускают в солевой раствор посредством ослабления силового воздействия, создаваемого винтом 78. Стык сетки 68 и дна 65 и обычно находящийся у этого стыка образец абсорбирующей структуры приходят в контакт с солевым раствором. Солевой раствор подают из аспираторной бутыли 82 к нижнему концу удерживающей камеры 61 под постоянным гидростатическим напором. Увеличение солевого раствора в сантиметрах, увеличение веса (регистрируемого весами 81) и показания измерителя рН (рН-метра) 91 (величину рН показывают только те электроды, которые контактируют с образцом абсорбирующей структуры, насыщенным раствором, в противном случае не получают никаких показаний) как функцию времени регистрируют в течение шести часов. Обычно регистрируют результаты периодических измерений, например, с интервалами две минуты для снятия первых пяти измерений, а затем с интервалами десять минут для снятия остальных измерений. Показатель Капиллярная Впитывающая Способность (Емкость) определяют и нормализуют по величине увеличения веса жидкости, зарегистрированного весами 81 в конце испытания, деленной на сухой вес образца абсорбирующей структуры. Предельные (граничные) значения рН (область рН) представляют собой минимальное и максимальное значения показателя рН, полученные за время проведения испытания по показаниям любого измерителя рН 91.
Скорость Ионизации.
Согласно методу определения показателя Скорость Ионизации измеряют первоначальную Скорость Ионизации способного к ионизации вещества в 0,9 мас.% водном растворе хлорида натрия.
Исходный 0,9 мас. % водный раствор хлорида натрия готовят растворением 67,5 г хлорида натрия, поставляемого Aldrich Chemical Company in Milwaukee, Wisconsin под каталоговым номером 22351-4 under the Chemical Abstracts Service Registry number [7647-14-5] со степенью химической чистоты более 99%, в 7,5 л ультрачистой воды, содержащейся в пластиковом утилитарном (утилизируемом) сосуде емкостью 18,7 л. Ультрачистую воду получают фильтрованием дистиллированной воды через фильтрующую систему, поставляемую Millipore Corporation of Bedford, Massachusetts под наименованием Milli-Q Reagent Water System. Для тщательного перемешивания и растворения хлорида натрия в ультрачистой воде используют плиту для перемешивания a Nuova II stir plate, поставляемую Thermolyne Corporation of Dubuque, Iowa, и магнитный перемешивающий стержень длиной 7 см. 7,5 литров исходного 0,9 мас.% водного раствора хлорида натрия перемешивают в течение около 72 часов. На верхнюю часть пластикового утилитарного сосуда емкостью 18,7 литра перед перемешиванием в течение 72 часов помещают крышку для уменьшения загрязнения раствора пылью или другими частицами, оставляя лишь очень небольшое отверстие для воздухообмена. Это позволяет установить равновесие между исходным солевым раствором и содержащейся в воздухе двуокисью углерода, стабилизируя, таким образом, уровень рН в исходном солевом растворе.
В этом испытании используют стеклянный рН-электрод ORION Ross Glass Combination pH electrode model 8202BN, поставляемый ORION Research Inc. in Boston, Massachusetts. На Фиг.3 показан рН-электрод 20, конец которого закрыт колпачком, защищающим электрод 20 и препятствующим его высыханию. Колпачок является частью электрода, поставляемого производителем. Электрод 20 соединен с рН-метром 23 (ORIONB Benchtop pH/ISE Meter, model 710A, также поставляемый ORION Research Inc.). рН-метр 23 подключен к компьютеру 25 (такому как Compaq Portable 386, поставщик Compaq Computer) для заведения данных об измерении показателя рН во времени. Пред испытанием систему измеритель/электрод калибруют с использованием трех буферов (рН=4,01, 7,00 и 10,00 поставщик VWR Scientific Co. , каталоговые номера 34170-127, 34170-130 и 34170-133 соответственно). РН-электрод 20 вертикально удерживают в растворе, рН которого измеряют электродом, посредством штатива 24. Как свободный спай рН-электрода 21, так и рН-измерительный шарик 22 должны быть полностью погружены в раствор, подлежащий измерению рН, для надежной работы.
Включают компьютер 25, и начинается программное обеспечение сбора данных. В программу вводят характеристику образца и настраивают ее на регистрацию данных каждые 5 секунд в течение соответствующего периода времени.
Для начала процедуры испытания 200 г исходного 0,9 мас.% водного раствора хлорида натрия отмеряют в 250 мл стеклянный химический стакан 28, используя электронные весы (шкалу), поставляемые Sartorius Corporation in Bohemia, New York. Используя те же самые электронные весы, взвешивают испытуемое вещество массой около 2 г. Стеклянный химический стакан 28, содержащий 200 г исходного солевого раствора, помещают на плиту для перемешивания Nuova II stir plate 26, а в химический стакан помещают магнитный перемешивающий стержень 27, длиной около 3,18 см (1,25 дюйма). Включают плиту для перемешивания Nuova II stir plate 26 и устанавливают на позиции 8 скорости перемешивания, рН-электрод 20 погружают в раствор и подвешивают его в центре химического стакана. Конец измеряющего рН шарика 22 погружают в раствор на глубину около 3 см (1,18 дюйма). pН-метр настраивают на режим измерения. После того как значение рН исходного солевого раствора не изменяется в течение 5 минут, можно приступать к измерению скорости ионизации.
Измерение скорости ионизации начинается в тот момент, когда программное обеспечение сбора данных готово к вводу данных, а исходный солевой раствор непрерывно перемешивают со скоростью перемешивания, соответствующей позиции 8. Тогда два грамма испытуемого вещества приливают в химический стакан 28 с исходным солевым раствором. Программное обеспечение сбора данных регистрирует значения рН раствора каждые 5 секунд. Испытание проводят в течение, по меньшей мере, 10 минут. Вещества с более слабой ионной силой и/или меньшей растворимостью в солевом растворе требуют более длительного времени испытания. Испытание может быть прекращено, когда конечное значение показателя рН стабилизируется в течение, по меньшей мере, 2 минут. pН-электрод 20 осторожно вынимают из раствора и тщательно промывают дистиллированной водой. Химический стакан 28 промывают дистиллированной водой и сушат до чистоты. Процедуру испытания повторяют, по меньшей мере, трижды для каждого испытуемого вещества. Скорость Ионизации для каждого испытуемого вещества определяют как среднюю величину, по меньшей мере, из трех повторений.
Скорость Ионизации вещества определяется как изменение показателя рН за 5 секунд измерения по отношению ко всему диапазону изменения рН после полной ионизации как функция времени.
Скорость Ионизации
рассчитывают по следующему уравнению:
где рН0 = значению рН исходного солевого раствора перед добавлением испытуемого вещества (0 сек);
pH5 = значению рН через 5 секунд;
рНm = для кислых веществ рНm означает минимальное значение рН, зарегистрированное в процессе измерения. Для основных веществ рНm означает максимальное значение рН, зарегистрированное в процессе измерения.
Примеры.
Для использования в нижеследующих примерах были получены или приготовлены следующие вещества-компоненты.
а) Коммерческий Полиакрилатный Суперабсорбент (Компонент 1).
В качестве контрольного вещества был получен коммерческий суперабсорбент из полиакрилата натрия под наименованием FAVOR® 880 от Stockhausen, Inc. of Greensboro, North Carolina. Этот суперабсорбент имеет степень нейтрализации около 70 мол.%. Суперабсорбент был просеян, и для дальнейшего испытания была использована фракция частиц с размерами от 300 до 600 микрометров. FAVOR® 880 суперабсорбирующий полимер имел показатель Свободного Набухания около 40 г/г и показатель Впитывающая Емкость (Способность) под Нагрузкой около 30 г/г.
б) Гель Полиакриловой Кислоты (Компонент 2).
В реактор с рубашкой емкостью 10 галлон, снабженный мешалкой и содержащий 24 кг дистиллированной воды, добавляли 6 кг акриловой кислоты, 10 г персульфата калия (K2S2O8) и 24 г N,N'-метиленбисакриламида, все поступившие от Aldrich Chemical Company, и перемешивали при комнатной температуре для полного растворения в растворе. Затем реактор нагревали до 60oC в течение, по меньшей мере, четырех часов при непрерывном перемешивании раствора. Полученный гель полиакриловой кислоты разрезали на кубики размером менее 1 дюйма и сушили в вентилируемой печи при 60oС в течение, по меньшей мере, двух дней. Полностью высушенную полимерную полиакриловую кислоту измельчали на частицы в коммерческой дробилке (гриндере) (Model: C.W.Brabender Granu-Ggrinder) и просеивали на сепараторе Sweco Separator (Модель 24 дюйма). Для дальнейшего испытания использовали четыре фракции частиц с различными размерами (от 150 до 300 микрометров, от 300 до 600 микрометров, от 600 до 850 микрометров и от 850 до 1190 микрометров), обозначенные как Компоненты 2а, 2b, 2с и 2d соответственно. Полиакриловая кислота (полимер) имела показатель Свободное Набухание около 9 г/г и показатель Впитывающая Емкость (Способность) под Нагрузкой около 6 г/г.
в) Второе Основное Вещество или Буферный Агент (Компонент 3).
Получали гранулированный бикарбонат натрия (NаНСО3), поставляемый Aldrich Chemical Company, и просеивали. Для дальнейшего испытания использовали частицы размером от 300 до 600 микрометров.
г) Второе основное вещество (Компонент 4).
Получали гранулированный карбонат натрия (Na2HСО3), поставляемый Aldrich Chemical Company, и просеивали. Для дальнейшего испытания использовали частицы размером от 300 до 600 микрометров.
д) Второе основное вещество (Компонент 5).
Получали гранулированную безводную лимонную кислоту (НООССН2С(ОН)(СООН)СН2СООН), поставляемую Archer Daniels Midland Company, и просеивали. Для дальнейшего испытания использовали фракции частиц с размерами от 300 до 600 микрометров, от 600 до 850 микрометров и от 850 до 1190 микрометров, обозначенные как Компоненты 5а, 2b и 2с соответственно.
е) Древесно-целлюлозобумажная Пыль (Компонент 6).
Коммерческую крафт-древесно-целлюлозобумажную пыль, состоящую из около 16 мас. % южной твердой древесины и около 84 мас.% южной мягкой древесины, получали от Alliance Paper Company, Coosa Pines, Alabama, под наименованием CR 1654 wood pulp fluff; и использовали в качестве волокнистой матрицы для получения абсорбирующей структуры и дальнейшего испытания. Древесно-целлюлозобумажная пыль имела показатель Свободное Набухание около 6 г/г и показатель Впитывающая Емкость (Способность) под Нагрузкой около 4 г/г.
ж) Древесно-целлюлозобумажная Пыль (Компонент 7).
Коммерческую древесно-целлюлозобумажную пыль, состоящую из около 10 мас. % твердой древесины и около 90 мас.% южной мягкой древесины, получали от Weyerhaeuser Company, Mississippi под наименованием NB 416 wood pulp fluff; и использовали в качестве волокнистой матрицы для получения абсорбирующей структуры и дальнейшего испытания. Древесно-целлюлозобумажная пыль имела показатель Свободное Набухание около 6 г/г и показатель Впитывающая Емкость (Способность) под Нагрузкой около 4 г/г.
з) Полидиаллилдиметиламмонийгидроксид (Компонент 8).
В конической колбе на 1000 мл, содержащей 370 мл 60 мас.% водного раствора диаллилдиметиламмонийхлорида в качестве мономера растворяли 2,1 г метиленбисакриламида в качестве сшивающего агента. Раствор продували азотом в течение 15 минут, коническую колбу закрывали пробкой и помещали в водяную баню при температуре 60oС. Полимеризацию инициировали добавлением к реакционной смеси 0,4 г персульфата калия и 1,5 г бисульфита натрия. Полимеризацию продолжали при 60oС в течение 12 часов с последующей резкой образующегося геля на маленькие кусочки (кубики размером около 1 дюйма). Кусочки геля промывали 2 мас.% раствора гидроокиси натрия до тех пор, пока все ионы хлора в полимере не были замещены ионами гидроксила. Полноту обмена проверяли тестированием сточных вод после обработки подкисленным нитратом серебра для обнаружения ионов хлора. Отсутствие ионов хлора указывало на окончание процесса превращения полимера в желаемую гидроксильную форму. Гель тщательно промывали дистиллированной водой до тех пор, пока дистиллированная вода после промывки не имела такую же величину рН как вода, используемая для промывки. Гель сушили при 50oС в течение ночи и измельчали в смесителе от Warring (Модель 34BL97). Измельченный полимер просеивали, и для дальнейшего испытания использовали три фракции частиц различного размера (от 300 до 600 микрометров, от 600 до 850 микрометров и от 850 до 1190 микрометров), обозначенные как Компоненты 8a, 8b и 8с соответственно. Полимерный полидиаллилдиметиламмонийгидроксид имел показатель Свободное Набухание около 26 г/г и показатель Впитывающая Емкость (Способность) под Нагрузкой около 18 г/г.
и) Хитозан (Компонент 9).
40 граммов чешуек хитозана, поставляемых Vanson Company под наименованием VSN-608 chitosan, смешивали с 2000 г 1 мас.% раствора уксусной кислоты в смесителе, производимом KitchenAid (Модель K45SS). В раствор ацетата хитозана в качестве сшивающего агента добавляли около 0,3 г диглицидилового эфира полиэтиленгликоля с молекулярной массой около 400. Затем раствор сушили при 60oС в течение, по меньшей мере, 30 часов, измельчали до частиц, а затем просеивали. Для дальнейшего испытания использовали фракцию частиц с размерами от 300 до 600 микрометров. Частицы ацетата хитозана суспендировали в 1 мас.% раствора гидроокиси натрия в соотношении один грамм ацетата хитозана на 100 г раствора гидроокиси натрия. В условиях непрерывного перемешивания магнитной мешалкой в течение, по меньшей мере, 5 часов ацетат хитозана был превращен в хитозан. Затем обработанные частицы хитозана промывали четыре раза дистиллированной водой при отношении хитозана к воде 1:1000 для полного удаления остатков ацетата натрия и гидроокиси натрия. Промытый хитозан сушили при 80oС. Хитозановый полимер имел показатель Свободное Набухание около 3 г/г и показатель Впитывающая Емкость (Способность) под Нагрузкой около 2 г/г.
Пример 1.
Абсорбирующие структуры получали аэродинамическим способом. Абсорбирующие структуры имели первоначальную поверхностную плотность около 500 г/м2, объемную плотность около 0,2±0,01 г/м3, и обычно содержали около 37 мас.% частиц вещества (Компоненты 1-5, 8-9) и около 63 мас.% древесно-целлюлозобумажной пыли (Компоненты 6, 7).
Составы каждого из образцов структуры абсорбента приведены в Таблице 1 и Таблице 2.
Абсорбирующие структуры уплотняли на лабораторном прессе, поставляемом Fred S. Carver, Inc. in Wabash, Indiana, под наименованием Model 2333 laboratory press, при комнатной температуре под давлением от около 10000 до 15000 фунт/дюйм2 в течение около 10 секунд. Абсорбирующие структуры разрезали инструментом для резки текстиля, поставляемым Eastman Machine Company in Buffalo, New York, под наименованием Chickadee II Rotary Shear, Type D-2 110 volt textile saw, на образцы размером 2 дюйма на 13,75 дюймов.
Измеряли плотность каждого образца абсорбирующей структуры по его толщине перед оценкой впитывающей способности и показателей рН. Если плотность образца была слишком низкой, то образец абсорбирующей структуры подвергался повторному уплотнению до приемлемой величины. Затем образец абсорбирующей структуры помещали в устройство для испытаний с целью измерения рН-профиля и показателей Капиллярная Впитывающая Способность (Емкость). В этом примере рН-профиль и показатели Капиллярная Впитывающая Способность (Емкость) измеряли в течение 2,5 часов вместо 6 часов, как это описано в разделе Методы Испытания. Результаты испытаний показаны в Таблице 3. Несколько образцов абсорбирующей структуры испытывались также в отношении впитывающей способности и свойств рН в течение около 24 часов. У тех образцов абсорбирующей структуры, которые не содержали буферного агента или не содержали эффективного количества буферного агента, обычно наблюдались более значительные изменения показателей рН за время 24 часа по сравнению с периодом времени 2,5 часа. У тех образцов абсорбирующей структуры по настоящему изобретению, которые не содержали эффективного количества буферного агента, не наблюдалось существенных различий в показателях впитывающей способности и рН за указанные два различных периода времени.
Пример 2.
Абсорбирующие структуры получали аэродинамическим способом. Абсорбирующие структуры имели первоначальную поверхностную плотность около 500 г/м2, объемную плотность около 0,2±0,01 г/м3, и обычно содержали около 37 мас.% частиц вещества (Компоненты 2, 3, 5 и 8) и около 63 мас.% древесно-целлюлозобумажной пыли (Компонент 6).
Составы каждого из образцов структуры абсорбента приведены в Таблице 4.
Абсорбирующие структуры уплотняли на лабораторном прессе, поставляемом Fred S. Carver, Inc. in Wabash, Indiana, под наименованием Model 2333 laboratory press, при комнатной температуре под давлением от около 10000 до 15000 фунт/дюйм2 в течение около 10 секунд. Абсорбирующие структуры разрезали инструментом для резки текстиля, поставляемым Eastman Machine Company in Buffalo, New York, под наименованием Chickadee II Rotary Shear, Type D-2 110 volt textile saw, на образцы размером 2 дюйма на 13,75 дюймов.
Измеряли плотность каждого образца абсорбирующей структуры по его толщине перед оценкой впитывающей способности и показателей рН. Если плотность образца была слишком низкой, то образец абсорбирующей структуры подвергался повторному уплотнению до приемлемой величины. Затем образец абсорбирующей структуры помещали в устройство для испытаний с целью измерения рН-профиля и показателей Капиллярная Впитывающая Способность (Емкость). Результаты испытаний приведены в Таблице 5. В Таблице 5 IК означает показатель Скорость Ионизации для кислого полимера или второго кислого вещества, используемых в образце абсорбирующей структуры, IO означает показатель Скорость Ионизации для основного полимера или второго основного вещества, используемых в образце абсорбирующей структуры.
Пример 3.
Абсорбирующие структуры получали аэродинамическим способом. Абсорбирующие структуры имели первоначальную поверхностную плотность около 500 г/м2, объемную плотность около 0,2±0,01 г/м3, и обычно содержали около 37 мас.% частиц вещества (Компоненты 2, 3, 5 и 8) и около 63 мас.% древесно-целлюлозобумажной пыли (Компонент 6). Получали двухслойную абсорбирующую структуру формованием сначала нижнего слоя из частиц вещества и древесно-целлюлозобумажной пыли с последующим формованием на поверхности нижнего слоя верхнего слоя из частиц вещества и древесно-целлюлозобумажной пыли.
Составы каждого из образцов структуры абсорбента приведены в Таблице 6.
Слоистые абсорбирующие структуры уплотняли на лабораторном прессе, поставляемом Fred S. Carver, Inc. in Wabash, Indiana, под наименованием Model 2333 laboratory press, при комнатной температуре под давлением от около 10000 до 15000 фунт/дюйм2 в течение около 10 секунд. Абсорбирующие структуры разрезали инструментом для резки текстиля, поставляемым Eastman Machine Company in Buffalo, New York, под наименованием Chickadee II Rotary Shear, Type D-2, 110 volt textile saw, на образцы размером 2 дюйма на 13,75 дюймов.
Измеряли плотность каждого образца абсорбирующей структуры по его толщине перед оценкой впитывающей способности и показателей рН. Если плотность образца была слишком низкой, то образец абсорбирующей структуры подвергался повторному уплотнению до приемлемой величины. Затем образец абсорбирующей структуры помещали в устройство для испытаний с целью измерения рН-профиля и показателей Капиллярная Впитывающая Способность (Емкость). Поверхность верхнего слоя контактирует с рН-электродами. Результаты испытаний показаны в Таблице 7.
Хотя настоящее изобретение описано на приведенных выше конкретных вариантах осуществления изобретения, однако специалисту в данной области техники будут понятны возможные множественные эквивалентные изменения и модификации. Поэтому представленные выше конкретные примеры никоим образом не предназначены для ограничения объема изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в прилагаемой формуле изобретения.
Реферат
Описана абсорбирующая структура, включающая кислый или основной набухающий в воде водонерастворимый полимер, второе основное или кислое вещество и, возможно, буферный агент, причем абсорбирующая структура проявляет желательные абсорбирующие свойства. Особенно, настоящее изобретение относится к абсорбирующей структуре, обладающей способностью абсорбировать большое количество жидкости, сохраняя при этом, по существу, желаемый и сбалансированный рН профиль на или по поверхности абсорбирующей структуры. Абсорбирующую структуру используют в абсорбирующих изделиях одноразового пользования, таких как те, которые предназначены для абсорбирования жидкостей организма. 4 с. и 60 з.п.ф-лы, 3 ил., 7 табл.
Формула
10.11.1998 по пп.1-3, 5-13, 17-19, 21-29, 33-35, 37-45, 49-51, 53-61;
12.12.1997 по пп.4, 14-16, 20, 30-32, 36, 46-48, 52, 62-64.
Документы, цитированные в отчёте о поиске
Биоразлагаемые несшитые полимеры
