Абсорбентный элемент и абсорбентное изделие на основе этого элемента - RU2103970C1
Код документа: RU2103970C1
Чертежи
Описание
Изобретение относится к усовершенствованным абсорбентным элементам, включающим смесь волокнистого материала и абсорбентной полимерной композиции в виде частиц. Такой полимерной композицией является такая, которая при взаимодействии с жидкими веществами (напр., жидкостями), такими как вода или экссудаты тела человека, набухает и впитывает такие жидкости. Такие полимерные композиции используются сами по себе или в абсорбентных элементах, таких как материалы с волокнистой структурой, которые могут включаться в абсорбентные изделия, такие как подгузники, прокладки для взрослых, страдающих недержанием, гигиенические салфетки и прочее. Изобретение относится также к способам получения таких полимерных композиций.
Абсорбентные полимерные композиции в виде частиц способны поглощать большие количества жидкостей, таких как вода и эксудаты тела и удерживать эти поглощенные жидкости при небольших давлениях. Эти абсорбционные характеристики таких полимерных композиций делают их особенно пригодными для включения в абсорбентные изделия, такие как подгузники. Например, патент США 3.699.103, выданный Harper at al. 13 июня 1972, и патент США 3.670.731, выданный Harmon 20 июня 1972, раскрывают использование абсорбентных полимерных композиций в виде частиц (также называемых гидрогельными, гидроколлоидными или суперабсорбентными материалами) в абсорбентных изделиях. Обычные абсорбентные полимерные композиции в виде частиц, однако, имеют недостаток в том, что степень впитывания жидкости намного ниже, чем степень впитывания целлюлозных волокнистых материалов из-за маленького коэффициента площади поверхности к массе частиц, входящих в полимерную композицию. Отношение площади поверхности к массе частиц абсорбентной полимерной композиции в виде частиц является важным показателем, поскольку он может контролировать общую степень впитывания жидкости в объем полимерной композиции. Отношение площади поверхности к массе, а следовательно, и степень впитывания жидкости можно существенно увеличить уменьшением среднемассового размера частиц в объеме полимерной композиции. Однако, когда эти маленькие или еще более мелкие частицы набухают при контакте с жидкостями, частицы, включенные в волокнистый материал, легко проникают в межволокнистые капилляры материала. Набухшие или частично набухшие мелкие частицы могут также образовать массу коагулированного геля, удерживаемого силами поверхностного натяжения, формируя таким образом гелевый барьер. В другом случае сопротивление потоку жидкости через структуру увеличивается, когда каналы протока жидкости блокируются внутри волокнистого материала или гелевая масса приводит к значительному уменьшению проницаемости. Эти явления обычно называют "гелевое блокирование".
Одной из попыток разрушить такой обмен между степенью поглощения жидкости и гелевым блокированием было агломерировать через воду множество мелких частиц в более крупные "ядерные" частицы. Такая водо-агломерирующая технология описана в выложенном патенте Японии SHO 61/1986/-97,333 и патенте Японии SHO (выложенном) 61/1986/-101,586. В то время как водная агломерация частиц приводит к небольшому увеличению степени впитывания жидкости благодаря увеличенному коэффициенту отношения поверхностной площади к массе более крупных частиц, водно-агломерированные частицы диссоциируются при контакте и/или набухании с водным раствором. Это приводит к концентрации набухших или частично набухших свободных мелких частиц, что способствует усилению эффекта гелевого блокирования через механизм, описанный выше.
Другой попыткой решить эту проблему была попытка поверхностной обработки отдельных частиц. Один из способов специфической поверхностной обработки заключается в поверхностном поперечном связывании отдельных частиц таким образом, чтобы каждая отдельная частица имела более высокую плотность поперечной связи между полимерными цепями на или около поверхности частиц. Такая технология поверхностного поперечного связывания описана в патенте США 4.666.983, выданном Tsubakimoto 19 мая 1987, и патенте США 4.734.478, выданном Tsubakimoto 29 марта 1988. Поверхностное поперечное связывание частиц приводит к небольшому уменьшению в одной форме вышеуказанного гелевого блокирования из-за уменьшения тенденции отдельных частиц коагулироваться в непроницаемую гельную массу в процессе набухания. Однако степень впитывания жидкости частицами не увеличивается, так как коэффициент площади поверхности к массе частиц у этих частиц остается относительно постоянным.
Таким образом, изобретение пытается решить вышеуказанные проблемы с помощью усовершенствованных абсорбентных элементов, включающих композицию из полимерных частиц, имеющих высокую степень впитывания жидкости с минимальными свойствами гелевого блокирования.
Таким образом, цель изобретения - абсорбентные элементы, включающие композицию из полимерных частиц с высокой степенью поглощения жидкости.
Дальнейшей целью изобретения является создание абсорбентных элементов, включающих композицию из полимерных частиц, которые обнаруживали бы минимальные свойства гелевого блокирования.
Еще одной целью изобретения является создание абсорбентных элементов, включающих композицию в виде полимерных частиц, которые имели бы высокое сопротивление сжатию во время использования (т.е. во время набухания), чтобы поддерживать и/или увеличивать проницаемость абсорбентных изделий, включающих такие композиции из водорастворимых гидрогелеобразующих частиц.
Дальнейшей целью изобретения является создание абсорбентных элементов, включающих композицию из полимерных частиц с минимальной диссоциацией мелких частиц при контакте с жидкостью или набухании.
Следующей целью изобретения является создание абсорбентных элементов, включающих композицию из полимерных частиц, имеющих минимальное количество свободных мелких частиц в сухом состоянии.
Последующая цель изобретения -создание абсорбентных элементов, включающих композицию из полимерных частиц, достигающих вышеуказанных степеней впитывания жидкости посредством выбора специфических характеристик исходных частиц, таких как среднемассовый размер частиц или абсорбционная способность.
Другой целью изобретения является способ получения таких абсорбентных элементов, включающих композицию из полимерных частиц.
И еще одна цель изобретения -создание усовершенствованных абсорбентных изделий, абсорбентных элементов и абсорбентных изделий (таких как подгузники или гигиенические салфетки), включающих абсорбентные полимерные композиции в виде частиц настоящего изобретения.
Изобретение дает усовершенствованные абсорбентные композиции в виде полимерных частиц, причем часть частиц соединена в агломераты с помощью сшивающего агента. Агломераты с поперечными связями содержат исходные частицы в основном водонерастворимых, абсорбирующих, гидрогелеобразующих, полимерных материалов; и связующий агент реагирует с полимерным материалом исходных частиц с образованием между исходными частицами поверхностных ковалентных связей. Когда средний размер частиц полученной полимерной композиции увеличивался по меньшей мере на 25% по отношению к среднему размеру частиц исходных, образовалось достаточное количество агломератов с поверхностными ковалентными связями, так что полученная полимерная композиция обладала улучшенными свойствами. В агломератах с поперечными связями улучшилась структурная целостность (т. е. агломерат оставался неповрежденным при набухании и имел относительно высокое сопротивление сжатию), увеличилась степень поглощения и минимальными стали свойства гелевого блокирования.
При контакте с жидкостью агломераты с поперечными связями будут набухать в основном изотропно (т.е. набухать одинаково во всех направлениях) даже при небольших определенных давлениях и поглощать такие жидкости. Изотропное набухание агломератов с поперечными связями возможно, поскольку агрегаты с поперечными связями поддерживают структурные и пространственные связи исходных частиц даже в набухшем состоянии (т.е. агломераты поддерживают их целостность и в сухом, и в набухшем состоянии). Таким образом, исходные частицы, образующие агломераты с поперечными связями, не будут диссоциировать при контакте с жидкостями или набухании в них и гелевое блокирование ослабляется до минимума. Далее, агломераты с поперечными связями обладают относительно высокими степенями впитывания жидкости, что позволяет создать быстро впитывающие полимерные композиции благодаря высокому коэффициенту площади к массе у межчастиционных агрегатов с поперечными связями. Таким образом, агломераты с поперечными связями изобретения дают полимерную композицию, способную быстро впитывать жидкости, и в то же время свести до минимума свойства гелевого блокирования.
Изобретение относится также к усовершенствованным абсорбентным элементам, включающим композиции из полимерных частиц, содержащим агрегаты с поперечными связями, образованные из исходных частиц, имеющих относительно маленький размер (т.е. мелкие исходные частицы). С использованием мелких исходных частиц для образования агломератов с поперечными связями отношение площади поверхности к массе агломератов увеличивается по сравнению с отношением площади поверхности к массе у исходных частиц, имеющих такой же размер, как и агломерат, так что полученные полимерные композиции, включающие такие агломераты с поперечными связями, имеют особенно высокие степени поглощения жидкости (степень набухания) с минимальными свойствами гелевого блокирования из-за удаления свободных мелких частиц из набухшей или частично набухшей полимерной композиции. Эти агломераты с поперечными связями также дают эффективную возможность уменьшить количество мелких частиц в объеме сухой полимерной композиции, что упрощает применение и улучшает характеристики таких полимерных композиций.
Изобретение относится далее к абсорбентным элементам и абсорбентным изделиям, включающим композиции изобретения, содержащим агломераты с поперечными связями. Эксплуатационные качества таких продуктов улучшаются с использованием таких полимерных композиций, обладающих высокими степенями впитывания жидкости и минимальными свойствами гелевого блокирования. Далее, больший размер агломератов с поперечными связями способствует открытию капиллярных каналов волокнистых материалов, включающих такие полимерные композиции. Далее, агломераты с поперечными связями сводят до минимума миграцию набухших или сухих частиц через абсорбентные структуры благодаря их структурной целостности (т.е. более мелкие частицы остаются связанными вместе).
Изобретение относится далее к способам получения таких полимерных композиций, включающих агломераты с поперечными связями. Согласно способу, описанному в изобретении, связующий агент наносится на исходные частицы; исходные частицы связываются физически с образованием множества агломератов; и связующий агент реагирует с полимерным материалом исходных частиц этих агломератов, в то время как физическая связь исходных частиц сохраняется с образованием поперечных связей между исходными частицами для формирования агломератов с поперечными связями. Агломераты с поперечными связями образуются до такой степени, чтобы средний размер частиц полимерной композиции был по меньшей мере на 25% больше, чем средний размер исходных частиц. В предпочтительном способе агломераты с поперечными связями связаны также поверхностными поперечными связями.
На фиг.1 дан план варианта одноразового подгузника изобретения, в котором большая часть верхнего покрытия расчленена, чтобы лучше показать лежащую под ним абсорбентную сердцевину (вариант абсорбентного элемента изобретения) подгузника; на фиг.2 - продольное сечение абсорбентной сердцевины одноразового подгузника, взятое по линии 2-2 фиг.1; на фиг.3 - поперечное сечение только абсорбентной сердцевины одноразового подгузника, взятое по линии 3-3 фиг. 1; на фиг.4 - перспективный вид абсорбентного элемента изобретения, используемого в качестве абсорбентной сердцевины в одноразовом подгузнике на фиг. 1; на фиг.5 - фрагментное увеличение поперечное сечение слоистого абсорбентного элемента (ламината) изобретения; на фиг.6 - перспективный вид альтернативного варианта двуслойного абсорбентного элемента изобретения; на фиг.7 - разрез двуслойного абсорбентного элемента фиг.6, взятый по линии 7-7 фиг.6; на фиг.8 - план еще одного варианта абсорбентного элемента изобретения; на фиг.9 - перспективный вид другого альтернативного варианта абсорбентного элемента изобретения; на фиг.10 - перспективный вид в разрезе варианта одноразового подгузника изобретения, содержащего абсорбентный элемент, показанный на фиг. 9; на фиг.11 - вид сверху части абсорбентного элемента по изобретению с предпочтительной формой зоны приема; на фиг.12 - фотомикрографическое изображение, увеличенное приблизительно в 30 раз, абсорбентной полимерной композиции в виде частиц изобретения по примеру 6; на фиг.13 - увеличенное приблизительно в 60 раз фотомикрографическое изображение межчастичного агрегата с поперечными связями, выбранное из образца, показанного на фиг.12; на фиг.14 - увеличенное приблизительно в 40 раз фотомикрографическое изображение абсорбентной полимерной композиции в виде частиц изобретения, сделанное в соответствии с примером 1, в котором среднемассовый размер исходных частиц равен величине около 84 мкм; на фиг.15 - увеличенное приблизительно в 110 раз фотомикрографическое изображение межчастичного агрегата с поперечными связями изобретения, выбранного из образца, показанного на фиг. 14; на фиг.16 - перспективный вид абсорбентного продукта изобретения, включающего носитель и межчастичный агрегат с поперечными связями изобретения, соединенный с носителем; на фиг. 17 - план частичного разреза варианта гигиенической салфетки изобретения; на фиг.18 - боковая проекция устройства, используемого для измерения давления распространения геля абсорбентных полимерных композиций в виде частиц; на фиг. 19 - боковая проекция ступенчатой платформы устройства на фиг.18; на фиг.20 - вид сверху ступенчатой платформы устройства фиг.18; на фиг.21 - вид сверху держателя устройства фиг. 18; на фиг. 22 - вид сверху пластины, охватывающей образец устройства фиг. 18; на фиг. 23 - боковой разрез держателя образца устройства фиг. 18; на фиг. 24 - боковой вид компрессионной лапы устройства фиг.18; на фиг. 25 - вид сверху компрессионной лапы устройства фиг.18.
Абсорбентные композиции из полимерных частиц изобретения - это материалы, способные поглощать большие количества жидких веществ (например, жидкостей), таких, как вода и/или экссудаты тела человека (например, моча или менструальные выделения), и способные удерживать такие жидкости при небольших давлениях. Абсорбентные композиции из полимерных частиц изобретения будут набухать и быстро впитывать жидкости с наблюдаемым небольшим или вообще без эффекта гелевого блокирования.
Как показано на фиг. 12 и 14, композиции изобретения находятся в форме полимерных частиц. Понятие "в виде частиц" используется здесь для обозначения того, что элементы, включающие полимерную композицию, находятся в виде отдельных единиц, называемых "частицами". Частицы могут быть в виде гранул, порошков, шариков, хлопьев, волокон или агломератов. Таким образом, частицы могут иметь любую нужную форму, такую как кубическая, стержневидная, многогранная, сферическая, закругленная, незакругленная, угольная, неправильная; неправильная форма с произвольным размером (т.е. порошкообразные продукты с большой или небольшой степенью измельчения) или могут иметь форму с большим соотношением самого большого размера к самому маленькому, как, например, игловидная, хлопьевидная, или волокнистая форма, и прочее. Как показано на фиг. 12 и 14, частицы предпочтительно содержат агломераты с поперечными связями неправильной формы произвольного размера.
Полимерные композиции изобретения упоминаются здесь как включающие "частицы". Следует заметить, однако, что понятие частицы включает агломераты. Здесь термин "агломерат" используется для обозначения одной "частицы", образованной из двух или более ранее отдельных независимых частиц (т.е. "исходных частиц"), объединенных вместе. Хотя среднему специалисту относительно легко определить, какие частицы полимерной композиции являются агломератами, для определения таких агломератов существует специальная процедура, описанная здесь в разделе методы испытания. Таким образом, после уточнения понятие "частица" используется здесь для обозначения полученных единиц, образующих полимерную композицию, включая агломераты, тогда как понятие "исходные частицы" относится к начальным единицам, задействованным в образовании конечных частиц полимерной композиции, особенно агломератам, частицы, образованные из одной исходной частицы, будут упоминаться отдельно как неагломерированные частицы.
Хотя частицы и исходные частицы могут иметь размеры, изменяющиеся в широком диапазоне, предпочтительны определенные размеры модели распределения этих частиц по размерам. Для целей изобретения размер частиц или исходных частиц определяется номерами сит. Так, например, частица, остающаяся на стандартном сите # 30 с отверстиями в 600 мкм, имеет размер более 600 мкм; частица, проходящая через сито # 30 с отверстиями в 600 мкм и остающаяся на стандартном сите # 35 с отверстиями в 500 мкм, имеет размер между 500 и 600 мкм, а частица, проходящая через сито # 35 с отверстиями в 500 мкм, имеет размер менее 500 мкм. В предпочтительных вариантах изобретения размер частиц будет обычно колебаться в пределах от 1 мкм до 2000 мкм в диаметре поперечного сечения, более предпочтительно частицы будут иметь размер от около 20 мкм до около 1000 мкм.
Далее, для целей изобретения, для определения характеристик и свойств полимерной композиции очень важен средний размер частиц или исходных частиц. Средний размер частиц образца частиц или исходных частиц определяется как размер частиц, который является средним размером частиц в образце на основании массы. Способ определения среднего размера частиц в образце описан здесь в разделе методов испытаний. В предпочтительных вариантах изобретения средний размер частиц колеблется от около 100 мкм до около 1500 мкм, а более предпочтительно - от около 200 мкм до около 1000 мкм.
Полимерные композиции изобретения образуются из полимерных материалов, способных поглощать большие количества жидкостей. (Такие полимерные материалы обычно называют гидрогелеобразующими, гидроколлоидными или суперабсорбентными материалами). Полимерные композиции предпочтительно содержат частицы преимущественно водонерастворимых, абсорбентных, гидрогелеобразующих, полимерных материалов. Полимерные материалы, пригодные для частиц полимерных композиций, могут широко варьироваться. Специальные полимерные материалы, используемые в изобретении, будут описаны здесь в отношении к полимерным материалам, образующим исходные частицы.
Абсорбентные полимерные материалы в виде частиц изобретения включают агломераты с поперечными связями. Агломераты с поперечными связями - это частицы, образованные объединением двух или более ранее независимых исходных частиц. Исходные частицы объединяются связующими агентами, наносимыми на частицы, с одновременным поддерживанием физической связи исходных частиц, которая достаточна для реагирования связующего агента с полимерным материалом исходных частиц до образования поперечных связей между исходными частицами, образующими агломерат. Фиг.13 и 15 представляют фотомикрографические изображения агломератов с поперечными связями изобретения. Исходные частицы образуют агломераты с поперечными связями. Исходные частицы содержат, в основном, водонерастворимые, абсорбентные, гидрогелеобразующие, полимерные материалы. Примеры полимерных материалов, годных для использования в качестве исходных частиц в данном изобретении (а значит, и частиц полученной полимерной композиции), включают такие, которые получают из способных полимеризоваться ненасыщенных кислотсодержащих мономеров. Так, эти мономеры содержат олефино ненасыщенные кислоты и ангидриды, содержащие по меньшей мере одну углеродную олефиновую двойную связь. Более конкретно, эти мономеры могут быть выбраны из олефино ненасыщенных карбоновых кислот и кислотных ангидридов, олефино, ненасыщенных сульфокислот и их смесей.
Для получения исходных частиц в данном изобретении можно также использовать некоторые некислотные мономеры. Такими некислотными мономерами могут быть, например, водорастворимые или вододиспергированные эфиры кислотосодержащих мономеров, а также мономеры, совсем не содержащие групп карбоновых или сульфокислот. Другими некислотными мономерами могут, таким образом, служить мономеры, содержащие следующие типы функциональных групп: эфиры карбоновой кислоты или сульфокислоты, гидроксильные группы, амидо-группы, аминогруппы, нитриловые группы и соли четвертичного аммония. Эти некислотные мономеры - хорошо известные материалы и описываются очень подробно, например, в патенте США 4 076.663, выданном Masuda и др. 28 февраля 1978 г., и в патенте США 4.062.817, выданном 13 декабря 1977 г., которые даются здесь в качестве ссылок.
Мономерами олефино ненасыщенной карбоновой кислоты и ангидрида карбоновой кислоты могут служить акриловые кислоты, представленные самой акриловой кислотой, метакриловой кислотой, этакриловой кислотой, альфа-хлоракриловой кислотой, альфа-цианоакриловой кислотой, бета-метилакриловой кислотой (кротоновой кислотой), альфа-фенилакриловой кислотой; бета-акрилоксипропионовой кислотой, сорбиновой кислотой, альфа-хлорсорбиновой кислотой, ангеликовой кислотой, коричной кислотой, п-хлоркоричной кислотой, бета-стерилакриловой кислотой, итаконовой кислотой, цитраконовой кислотой, мезаконовой кислотой, глутаконовой кислотой, аконитовой кислотой, малеиновой кислотой, фумаровой кислотой, трикарбоксиэтиленом и ангидридом малеиновой кислоты.
Мономеры олефино ненасыщенной сульфокислоты включают алифатические или ароматические виниловые сульфокислоты, такие как винилсульфокислота, аллилсульфокислота, винилтолуолсульфокислота и стиролсульфокислота; акриловые и метакриловые сульфокислоты, такие как сульфоэтилакрилат, сульфоэтилметакрилат, сульфопропилакрилат, сульфопропилметакрилат, 2-гидрокси-3-акрилокси пропилсульфокислота, 2-гидрокси-3-метакрилокси пропилсульфокислота и 2-акрил-амидо-2-метил пропансульфокислота.
Предпочтительные полимерные материалы для использования в изобретении обладают карбоксильной группой. К этим полимерам относятся гидролизованный привитой сополимер крахмала с акрилонитрилом, частично нейтрализованный привитой сополимер крахмала с акрилонитрилом, привитой сополимер крахмала с акриловой кислотой, частично нейтрализованный привитой сополимер крахмала с акриловой кислотой, омыленные сополимеры винилацетата с акриловой кислотой, гидролизованные сополимеры акрилонитрила или акриламида, продукты с умеренными сетевыми поперечными связями любого из перечисленных сополимеров, частично нейтрализованная полиакриловая кислота и продукты частично нейтрализованной полиакриловой кислоты с умеренными сетевыми поперечными связями. Эти полимеры могут использоваться либо независимо, либо в виде смеси двух или более мономеров, соединений и прочее. Примеры таких полимерных материалов приведены в патенте США 3.661.875; патенте США 4.076.663; патенте США 4.093.776; патенте США 4.666.983 и патенте США 4.734.498.
Наиболее предпочтительными полимерными материалами, используемыми в качестве исходных частиц, являются продукты с сетевыми поперечными связями частично нейтрализованных полиакриловых кислот и их крахмаловых производных. Наиболее предпочтительно, чтобы частицы содержали от 50 до 95%, а предпочтительно около 75% нейтрализованной полиакриловой кислоты с сетевыми поперечными связями (например, поли/акрилат натрия/акриловая кислота).
Как отмечалось выше, исходные частицы предпочтительно являются полимерными материалами, слегка связанными сетевыми поперечными связями. Сетевое связывание поперечными связями служит для придания исходным частицам в основном водорастворимости и частично - для определения абсорбционной способности и характеристик экстрактивности содержимого полимера и полученной полимерной композиции. Процессы сетевого поперечного связывания полимеров и типичные сетевые поперечносвязывающие агенты очень подробно описаны в патенте США 4.076.663, указанном здесь в качестве ссылки.
Отдельные исходные частицы могут образоваться любым обычным способом. Типичные и предпочтительные процессы для получения отдельных исходных частиц описаны в патенте США 32.649, озаглавленном "Гидрогелеобразующие полимерные композиции для использования в абсорбентных структурах", переизданном для Kerryn A.Brandt, Steben A.Goldman 19 апреля 1938 г.; патенте США 4.666.983, озаглавленном "Абсорбентеное изделие", выданном Isumo Isunaki moto, Iadao Shimomure et al 19 мая 1987 г.; и патенте США 4.625.001, озаглавленном "Способ непрерывного получения полимера с поперечными связями", выданном Isuneo Isunaki moto Iado Shimomura et al. 25 ноября 1986 г. Эти патенты включаются сюда как ссылки.
Предпочтительными способами образования исходных частиц являются такие, которые включают способы водяной полимеризации или полимеризации других растворов. Как описывалось в вышеупомянутом переизданном патенте США 32.649, полимеризация водного раствора включает в себя использование водной реакционной смеси для проведения полимеризации с образованием исходных частиц. Водная реакционная смесь затем подвергается условиям полимеризации, эффективным для образования в смеси в основном водонерастворимого, связанного сетевыми поперечными связями материала. Масса полимерного материала, полученного таким образом, затем измельчается в порошок или крупное для образования отдельных исходных частиц, необходимых для образования межчастичных агрегатов с поперечными связями и полимерных композиций изобретения.
Более конкретно способ полимеризации водного раствора для получения отдельных исходных частиц включает получение водной реакционной смеси, в которой нужно проводить полимеризацию для образования необходимых исходных частиц. Одним из элементов такой реакционной смеси является содержащий кислотную группу мономерный материал, образующий как бы "позвоночник" исходных частиц, которые нужно получить. Реакционная смесь будет обычно содержать около 100 масс. ч. мономерного материала. Другой компонент водной реакционной смеси содержит сетевой поперечносвязующий агент. Сетевые связующие агенты, используемые при получении исходных частиц, более подробно описаны в вышеупомянутом переизданном патенте США 32.649, выданном Brandt и др.; патенте США 4.666.983, выданном Isuhakimoto и др.; и патенте США 4.625.001, выданном Isuhakimoto и др. Сетевой связующий агент будет обычно присутствовать в водной реакционной смеси в количестве от около 0.001 моль % до около 5 моль %, основанного на общем количестве молей мономера, присутствующего в водной смеси (около от 0.01 до 20 масс. ч., основанных на 100 масс. ч. мономерного материала). Необязательный компонент водной реакционной смеси содержит свободный радикал-инициатор, который могут включать, например, перкислородные соединения, такие как персульфаты натрия, калия и аммония, каприлил пероксид, бензоил пероксид, пероксид водорода, гидропероксиды кумола, третичный бутил диперфталат, третичный бутил пербензоат, перацетат натрия, перкарбонат натрия, и прочее. Другие компоненты водной реакционной смеси содержат различные некислотные сомономерные материалы, включая эфиры мономеров, содержащих ненасыщенные кислотные функциональные группы, или другие сомономеры, совсем не содержащие функциональных групп карбоновых или сульфокислот.
Водная реакционная смесь помещается в условия полимеризации, эффективные для образования в смеси в основном водонерастворимых, абсорбентных, гидрогелеобразующих, полимерных материалов. Условия полимеризации более подробно описаны в трех вышеупомянутых патентах. Такие условия полимеризации обычно включают нагревание (технология термической активации) до температуры полимеризации от 0oC до 100oC, более предпочтительно от около 5oC до около 40oC. Условия полимеризации, в которых поддерживается реакционная смесь, могут включать также, например, подтверждение реакционной смеси или ее порций любой форме облучения для активации реакции полимеризации. Альтернативной технологией обычной полимеризации является радиоактивная, электронная, ультрафиолетовая или электромагнитная радиация.
Кислотные функциональные группы полимерных материалов, образующихся в водной реакционной смеси, также предпочтительно нейтрализованы. Нейтрализация может проводиться любым обычным способом, дающим использование по меньшей мере 25 моль %, а более предпочтительно - по меньшей мере 50 моль % всего количества мономера для образования полимерного материала, являющегося мономерами кислотосодержащих групп, которые нейтрализуются солеобразующим катионом. Такими солеобразующими катионами могут быть, например, щелочные металлы, аммоний, замещенный аммоний и амины, что более подробно описано в вышеупомянутом переизданном патенте США 32.649, выданном Brendt и др.
Хотя предпочтительно, чтобы исходные частицы были получены с применение процесса полимеризации водного раствора, возможно также проводить процесс полимеризации с использованием технологии проведения процесса многофазной полимеризации, такой как инверсионная эмульсионная полимеризация или инверсионная суспензионная полимеризация. В процессах инверсионной эмульсионной полимеризации или инверсионной суспензионной полимеризации водная реакционная смесь, описанная здесь выше, суспендируется в форме маленьких капелек в вяжущем, не смешивающемся с водой инертном органическом растворителе, таком, как циклогексан. Полученные исходные частицы являются преимущественно сферическими по форме. Процессы инверсионной суспензионной полимеризации описаны более подробно в патенте США 4.340.706, выданном Obaysashi и др. 20 июля 1982 г.; патенте США 4.506.052, выданном Fleshner и др. 19 марта 1985 г. и патенте США 4.735.987, выданном Morite и др. 5 апреля 1988 г. Каждый из этих патентов включается сюда как ссылка.
В предпочтительных вариантах изобретения исходные частицы, используемые для образования агломератов с поперечными связями, преимущественно сухие. Понятие "преимущественно сухие" используется здесь для обозначения того, что исходные частицы содержат жидкости, обычно воду или другие растворы менее чем 50%, предпочтительно менее 20%, более предпочтительно - менее 10% от веса исходных частиц. Обычно содержание жидкости в исходных частицах колеблется в пределах от около 0,01% до 5% от веса исходных частиц. Отдельные исходные частицы могут высушиваться любым обычным способом, таким как нагревание. Как альтернатива, когда исходные частицы получены с помощью водной реакционной смеси, воду можно удалить из реакционной смеси азеотропной дистилляцией. Полимерсодержащую водную реакционную смесь можно также обработать обезвоживающим растворителем, таким как метанол. Можно также использовать комбинации этих способов сушки. Затем обезвоженная масса полимерного материала может измельчаться в порошок или крупнее для получения по существу сухих исходных частиц в основном водонерастворимого, абсорбентного гидрогелеобразующего, полимерного материала.
Предпочтительными исходными частицами изобретения являются такие, которые проявляют высокую абсорбционную способность, так чтобы полученная полимерная композиция, образованная из таких исходных частиц, тоже обладала высокой абсорбционной способностью. Абсорбционная способность является способностью данного полимерного материала впитывать жидкости, с которыми приходит в контакт этот материал. Абсорбционная способность может широко варьироваться в зависимости от природы поглощаемой жидкости и от способа контакта жидкости с полимерными материалами. Для целей этого изобретения абсорбционная способность определяется как количество синтетической мочи (как указано здесь ниже), поглощаемой любым данным полимерным материалом, в граммах синтетической мочи на грамм полимерного материала с помощью процедуры, описанной здесь ниже в разделе методов испытаний. Предпочтительными исходными частицами изобретения являются те, которые имеют абсорбционную способность по меньшей мере около 20 г, более предпочтительно по меньшей мере около 25 г синтетической мочи на грамм полимерного материала. В основном полимерные материалы этого изобретения обладают абсорбционной способностью от около 40 до около 70 г синтетической мочи на грамм полимерного материала. Исходные частицы, имеющие такую относительно высокую величину абсорбционной способности, особенно пригодны для использования в абсорбентных элементах и абсорбентных изделиях, поскольку полученные агломераты с поперечными связями, образованные из таких исходных частиц, могут по определению удерживать желаемые большие количества извергнутых экссудатов тела, таких как моча.
Отдельные исходные частицы могут также быть обработаны поверхностно. Например, патент США 4.824.901, выданный Alexander и др. 25 апреля 1989 г., описывает поверхностную обработку полимерных частиц поличетвертичным амином. Если обрабатывается поверхность, исходные частицы предпочтительно должны быть связаны поверхностными поперечными связями, как описано в патенте США 4.666.983, озаглавленном "Абсорбентное изделие", выданном Tsubakimoto и др. 19 мая 1987 г., и патенте США 4.734.487, озаглавленном "Водоабсорбирующий агент", выданном Tsubakimoto и др. 29 марта 1988 г.; эти патенты включаются сюда как ссылки. Как описано в Tsubakimoto и др. 983 патенте, отдельные исходные частицы можно связать поверхностными поперечными связями нанесением на них поверхностного связующего агента и реагированием этого поверхностного связующего агента с полимерным материалом на поверхности частиц.
Хотя все исходные частицы данного агломерата с поперечными связями или полученной полимерной композиции предпочтительно образованы из одного полимерного материала с одними и теми же свойствами, они могут быть неодинаковыми. Например, некоторые исходные частицы могут содержать полимерный материал привитой сополимер крахмала с акриловой кислотой, тогда как другие исходные частицы могут содержать полимерный материал продуктов с небольшими сетевыми поперечными связями частично нейтрализованной полиакриловой кислоты. Далее, исходные частицы отдельного агломерата с поперечными связями или частицы полученной полимерной композиции могут различаться по форме, абсорбционной способности или любому другому свойству или характеристике исходных частиц. В предпочтительном варианте изобретения исходные частицы содержат полимерный материал, состоящий преимущественно из связанных небольшими сетевыми поперечными связями продуктов частично нейтрализованной полиакриловой кислоты; каждая исходная частица имеет одинаковые свойства.
Исходные частицы могут содержать гранулы, порошковидные частицы, шарики, хлопья, волокна, агрегаты, агломераты и прочее. Таким образом, исходные частицы могут иметь любую желаемую форму, такую как кубическая, стержневидная, многогранная, сферическая, закругленная, угольная, неправильная с произвольным размером (т. е. порошковый продукт крупного или мелкого размола), или такие формы, как игловидная, хлопьевидная или волокнистая. Предпочтительно, как показано на фиг. 12-15, исходные частицы находятся в состоянии мелко размолотого порошка, в виде порошковых гранул или хлопьев неправильной формы произвольного размера.
Размер исходных частиц также может меняться в широком диапазоне. Предпочтительно исходные частицы будут иметь размер от около 1 мкм до около 2000 мкм в поперечном сечении. Более предпочтительно, чтобы размер исходных частиц изменялся в пределах от около 20 мкм до около 1000 мкм. Средний размер исходных частиц в большей части будет колебаться от 20 мкм до около 1500 мкм, а более предпочтительно от около 50 мкм до около 1000 мкм. В предпочтительных вариантах изобретения исходные частиц предпочтительно имеют средний размер менее, чем 1000 мкм, более предпочтительно - менее, чем 600 мкм, а предпочтительнее всего - менее, чем 500.
Агломераты с поперечными связями содержат также связующий агент. Связующий агент наносится на исходные частицы и реагирует с полимерным материалом исходных частиц, то время как между исходными частицами поддерживается физическая связь. Такая реакция образует поперечные связи между исходными частицами. Таким образом, поперечные связи являются связями между частицами по своей природе (т.е. между разными исходными частицами). Чтобы не замыкаться теорией или ограничивать изобретение, предполагается, что реакция связующего агента с полимерным материалом исходных частиц образует поперечные связи между полимерными цепями разных исходных частиц (т.е. поперечные связи между частицами). Для предпочтительных полимеров предполагается, что связующий агент реагирует с образованием поперечных связей между карбоксильными группами исходных частиц. Чтобы не быть связанными теорией или ограничивать область изобретения для предпочтительных полимерных материалов, обладающих карбоксильными группами, предполагается, что связующий агент реагирует с карбоксильными группами полимерного материала с образованием ковалентных химических поперечных связей между полимерными цепями различных исходных частиц. Ковалентные химические поперечные связи возникают в результате образования эфирных амиловых (имидовых) или уретановых групп в процессе реакции функциональных групп связующих агентов с карбоксильными группами полимерного материала. Предполагается, что предпочтительнее образование эфирных связей. Таким образом, предпочтительными связующими агентами являются те, которые способны реагировать с карбоксильными группами предпочтительных полимеров с образованием эфирных связей.
Связующими агентами, используемыми в изобретении, являются такие, которые реагируют с полимерным материалом исходных частиц, нужных для образования агломератов с поперечными связями. Подходящие поперечно-связующие агенты могут включать много различных агентов, таких как, например, соединения, имеющие по меньшей мере две способные полимеризоваться двойные связи; соединения, имеющие по меньшей мере одну способную полимеризоваться двойную связь и по меньшей мере одну функциональную группу, взаимодействующую с полимерным материалом; соединения, имеющие по меньшей мере две функциональные группы, способные реагировать с полимерным материалом; соединения поливалентных металлов или мономеры, описанные здесь. Специальные связующие агенты, используемые в изобретении, описаны в вышеупомянутом патенте США 4.076.663 и переизданном патенте США 32.649, которые включаются сюда как ссылки.
Когда карбоксильная группа присутствует на полимерных материалах или в них (т.е. полимерных цепях) исходных частиц, предпочтительные поперечно-связующие агенты обладают по меньшей мере двумя функциональными группами на каждую молекулу, способными реагировать с карбоксильной группой. Предпочтительными связующими агентами могут быть полиатомные спирты, такие как этиленгликоль, диэтиленгликоль, триэтиленгликоль, тетераэтиленгликоль, полиэтиленгликоль, глицерин /1,2, 3-пропантриол/, полиглицерин, пропиленгликоль, 1,2-пропандиол, 1,3-пропандиол, триметилолпропан, диэтаноламин, триэтаноламин, блок-сополимер полиоксипропилена оксиэтилена-оксипропила, эфиры сорбитовой жирной кислоты, эфиры полиэксиэтиленовой сорбитовой жирной кислоты, пентаэритрит, и сорбит, полиглицидные эфирные соединения, такие как диглицидный эфир этиленгликоля, диглицидный эфир полиэтиленгликоля, полиглицидный эфир глицерина, полиглицидный эфир диглицерина, полиглицидный эфир сорбита, полиглицидный эфир полиглицерина, полиглицидный эфир пентаэритрита, диглицидный эфир пропиленгликоля, и диглицидный эфир пропиленгликоля; полиазиридиновые соединения, такие как 2,2-бисгидроксиметилбутанол-трис-/3-/-азиридин/пропионат/, 1,6-гексаметилтолуол диэтилен мочевина, и дифенил метан-бис-4,4'-N, N'-диэтилен мочевина; галоэпокси-соединения, такие как эпихлоргидрин и α-метилфторогидрин; полиальгедридные соединения, такие как глутаральдегид и глиоксазол; полиаминовые соединения, такие как этилендиамин, диэтилентриамин, триэтилентетрамин, тетраэтиленпентамин, пентаэтиленгексамин и полиэтиленимин; а также полиизоцианатовые соединения, такие как 2,4-толуолдиизоцианат и гексаметилендиизоцианат.
Можно использовать один связующий агент или два и более взаимно химически инертных связующих агентов, выбранных из группы, названной выше. Особенно предпочтительными связующими агентами для использования здесь с карбоксил-содержащими полимерными цепями являются этиленгликоль; глицерин, триметилолпропан; 1,2-пропандиол; и 1,3-пропандиол.
Количество применяемого в изобретении связующего агента колеблется в пределах от около 0,01 ч. до около 30 мас. ч., предпочтительно от около 0,5 ч. до 10 мас. ч., а наиболее предпочтительно - от около 1 мас. ч. до около 5 мас. ч. на 100 мас. ч. исходных частиц.
В изобретении вместе со связующим агентом (агентами) могут применяться другие материалы или агенты для помощи при получении агломератов с поперечными связями или для содействия в реакции связующего агента с полимерным материалом исходных частиц.
Например, наряду со связующим агентом может использоваться вода. Вода служит для однородного распределения связующего агента на поверхности исходных частиц и проникновения связующего агента в поверхностную область исходных частиц. Кроме того, вода способствует более сильному физическому связыванию между исходными частицами дореакционных агрегатов и целостности полученных агрегатов с поперечными связями в сухом и набухшем состоянии. В настоящем изобретении вода используется в количестве менее 20 мас. ч. (от 0 до 20 мас. ч.), предпочтительно в пределах от около 0.01 до около 20 мас. ч., более предпочтительно - в пределах от около 0, 1 до около 10 мас. ч., основанном на 100 мас. ч. исходных частиц. Фактическое количество используемой воды варьируется в зависимости от типа полимерного материала и размера исходных частиц.
Вместе со связующим агентом могут также использоваться органические растворители. Органические растворителя применяются для равномерного распределения связующего агента на поверхности исходных частиц. Эти органические растворители - предпочтительно гидрофильные органические растворители. Ряд органических растворителей, пригодных для изобретения, включает низшие спирты, такие как метанол, этанол, н-пропанол, изопропанол, н-бутанол, изобутанол, втор-бутанол и трет-бутанол; кетоны, такие как ацетон, метилэтилкетон и метилизобутилкетон; эфиры, такие как диоксан, тетрагидрофуран и диэтиловый эфир; амиды, такие как N,N-диметилформамид и N,N-диэтилформамид; сульфоксиды, такие как диметилсульфоксид. В изобретении гидрофильный органический растворитель используется в количестве менее 60 мас. ч. (от 0 до 60 мас. ч. ), предпочтительно в пределах от около 0.01 до около 60 мас. ч., а более предпочтительно - от 1 до 20 мас. ч. по отношению к 100 мас. ч. исходных частиц. Фактическое количество используемого гидрофильного органического растворителя будет варьироваться в зависимости от типа полимерного материала и размера исходных частиц.
Поперечносвязующий агент можно также применять в смеси с водой и одним или более гидрофильным органическим растворителем. Было обнаружено, что применение раствора вода/связующий агент обеспечивает наилучшее проникновение связующего в поверхностную область исходных частиц, тогда как раствор гидрофильный органический растворитель /связующий агент обеспечивает минимальное проникновение связующего. Однако смесь всех трех агентов предпочтительна в смысле возможности контроля степени проникновения межчастичного связующего агента в поверхностную область исходных частиц. Конкретно было обнаружено, что чем выше соотношение количества воды к количеству органического растворителя, тем глубже проникновение связующего, тем больше жидкостная устойчивость агломератов в условиях напряжения и тем больше снижение абсорбционной способности агломератов с поперечными связями. Обычно отношение количества воды к количеству гидрофильного органического растворителя в растворе колеблется в пределах от около 10 : 1 до около 1 : 10. Раствор гидрофильный органический растворитель/вода/связующий агент применяется в количестве менее 60 мас. ч. (от 0 до 60 мас. ч.), предпочтительно в пределах от около 0,01 до около 60 мас. ч., а более предпочтительно - от около 1 до 20 мас. ч. по отношению к 100 мас. ч. исходных частиц. К раствору, содержащему связующий агент, могут также добавляться другие, необязательные компоненты. Например, могут быть добавлены инициатор, катализатор или некислотные сомономерные материалы. Примеры таких материалов, пригодных для использования в этом изобретении, приведены в вышеупомянутом патенте США 32.649.
Способ получения полимерных композиций, содержащих агломераты с поперечными связями, включает использование исходных частиц типа, описанного в этом изобретении; нанесение связующего агента на исходные частицы; физическое связывание исходных частиц до образования множества агломератов и реагирование связующего агента с полимерным материалом исходных частиц агломератов при поддерживании физической связи исходных частиц для образования поперечных связей между исходными частицами.
Поперечносвязующий агент наносится на исходные частицы. Связующий агент может наноситься любым способом с помощью любого аппарата для нанесения растворов на материалы, включая покрывание, загрузку, выливание, капание, разбрызгивание, распыление, конденсирование или погружение связующего агента на исходные частицы. Понятие "наносится на" означает здесь, что хотя бы часть поверхностной площади или хотя бы одна из исходных частиц, которую нужно присоединить к каждому агломерату, покрыта связующим агентом. Таким образом, связующий агент может быть нанесен только на некоторые исходные частицы, на все исходные частицы, только на часть поверхности некоторых или всех исходных частиц или на всю поверхность некоторых или всех исходных частиц. Предпочтительно, чтобы связующий агент покрывал всю поверхность большинства, а предпочтительно - всех исходных частиц, чтобы увеличить таким образом эффективность, силу и плотность поперечных связей исходными частицами.
В предпочтительных вариантах изобретения после нанесения связующего агента на исходные частицы этот связующий агент смешивается с исходными частицами любым способом смешивания, чтобы исходные частицы были хорошо покрыты связующим агентом. В случае тщательного покрытия исходных частиц связующим агентом возрастает эффективность, сила и плотность поперечных связей между исходными частицами. Смешивание может выполняться с использованием различных технологий и аппаратов, включая различные мешалки или месилки, известные в данной области.
Перед, во время или после нанесения связующего агента на исходные частицы исходные частицы физически связываются до образования множества агломератов. Понятие "физически связанные" используется здесь для обозначения того, что исходные частицы соединяются и остаются в контакте друг с другом посредством любого из способов образования пространственных связей, чтобы сформировать отдельные объединения агломератов.
Предпочтительно исходные частицы физически связываются друг с другом нанесением на них связующего агента и физическим контактированием исходных частиц хотя бы на части поверхности исходных частиц с нанесением на них связующим агентом.
Предпочтительные связующие агенты способствуют полимерному материалу исходных частиц, соединенных друг с другом, сцепляться под действием сил поверхностного натяжения жидкости и/или сцеплению полимерных цепей благодаря наружному набуханию. Ряд связующих агентов, которые можно использовать в изобретении, включает гидрофильные органические растворители, в основном спирты с низким молекулярным весом, такие как метанол, этанол, изопропанол; воду; смесь гидрофильных органических растворителей и воды; определенные межчастичные связующие агенты, описанные здесь выше; летучие гидрофобные органические соединения, такие как гексан, октан, бензол или толуол; или их смеси. Предпочтительными связующими агентами являются вода, метанол, изопропанол, этанол; связующие агенты, такие как глицерин, или их смеси. Обычно связующий агент содержит смесь, включающую связующий агент, так что этап нанесения связующего агента проводится одновременно с этапом нанесения связующего агента.
Связующие агенты можно наносить на исходные частицы любым способом с помощью любого аппарата для нанесения растворов на материалы, включая покрывание, загрузки, выливание, разбрызгивание, распыление, конденсирование или погружение связующего агента в исходные частицы. Связующий агент наносится хотя бы на часть поверхностной площади хотя бы одной из исходных частиц, присоединяемой к каждому агломерату. Предпочтительно, чтобы связующий агент покрывал всю поверхность большинства, а предпочтительно - всех исходных частиц. Связующий агент обычно смешивается с исходными частицами любым способом смешивания с применением любых смесительных аппаратов, позволяющих тщательно покрыть исходные частицы связующим агентом.
После того как связующий агент нанесен на исходные частицы, исходные частицы могут физически контактировать друг с другом разными способами. Например, только связующий агент может удерживать исходные частицы в контакте друг с другом. С другой стороны, для обеспечения контакта между исходными частицами можно использовать гравитационные силы. Далее, частицы можно поместить в контейнер с определенным объемом, чтобы обеспечить между ними контакт.
Кроме того, исходные частицы можно физически связать друг с другом специально, чтобы они находились в контакте. Например, их можно плотно упаковать в фиксированный контейнер с фиксированным объемом так, чтобы исходные частицы находились в физическом контакте друг с другом. Для физического связывания исходных частиц можно использовать гравитационные силы - отдельно или в комбинации с вышеназванными процедурами. Также исходные частицы могут физически связываться друг с другом через электростатическое притяжение или посредством введения сцепляющего агента (т.е. адгезивного материала, такого как водорастворимый адгезив) для сцепления частиц друг с другом. Кроме того, исходные частицы можно присоединить к третьему элементу (субстрату) так, чтобы привести их в контакт друг с другом с помощью субстрата.
Исходные частицы можно ассоциировать различными пространственными связями для образования агломератов с различными формами и разных размеров. Например, одну или более исходную частицу можно соединить с центральной исходной частицей; исходные частицы могут ассоциироваться так, что данная исходная частица связана с одной, двумя или более исходными частицами; либо исходные частицы могут ассоциироваться в определенной плоскости, определенной форме или геометрической модели.
Хотя исходные частицы могут соединяться друг с другом посредством различных типов пространственных связей, они по меньшей мере должны контактировать между собой на их поверхностях, на которые были или будут наноситься связующий агент (агенты) и/или связующий агент (агенты). Обычно точный связующий агент или связующий агент наносятся на всю поверхность исходных частиц так, чтобы они могли ассоциироваться любой областью своей поверхности. Однако если связующий агент наносится только на часть поверхности одной или более исходных частиц, нужно предпринять меры, чтобы исходные частицы ассоциировались между собой именно этими частями поверхности.
Одновременно или после того как связующий агент нанесен и исходные частицы ассоциировались между собой, связующий агент реагирует с полимерным материалом исходных частиц, составляющих с одновременным поддержанием физической связи исходных частиц, для образования поперечных связей между исходными частицами в целях формирования с поперечными связями.
Реакция между связующим агентом и полимерным материалом должна быть активирована и полностью завершена для образования поперечных связей между разными исходными частицами с целью формирования агломератов с поперечными связями. Хотя можно активировать реакцию образования поперечных связей облучением (например, ультрафиолетовым, гамма- или рентгеновским излучением) или с помощью катализатора, предпочтительно активировать реакцию образования поперечных связей термически (нагреванием). Нагревание активирует реакцию и удаляет любые летучие вещества, присутствующие в смеси. Такие условия реакции обычно включают нагревание ассоциированных исходных частиц и связующего агента в течение определенного времени и при определенных температурах. Этап нагревания можно выполнять с применением различных известных аппаратов, включая различные печи или сушилки, известные в данной области.
Обычно реакция активируется посредством нагревания до температуры свыше 90oC в течение времени, достаточного для завершения реакции поперечного связывания. Для каждой группы специального связующего агента (агентов) и полимерных материалов используемых исходных частиц, если температура слишком низка или время слишком коротко, реакция не будет эффективной и приведет к образованию меньшего количества более слабых, чем нужно, поперечных связей и не образуется нужного количества агломератов с поперечными связями. Если же температура слишком высока, может снизиться абсорбентность исходных частиц или сетевые поперечные связи этих исходных частиц, зависящие от конкретного полимерного материала, могут ослабиться до такой степени, что полученные агломераты будут неспособны абсорбировать большие количества жидкости. К тому же, если время и температуры определены неверно, уровни экстрагируемости полученных агрегатов могут увеличиваться, увеличивая таким образом сферу действия гелевого блокирования. Следовательно, реакция должна обычно проводиться при температуре в пределах от около 120oC до около 300oC, а более предпочтительно - от около 150oC до около 250oC.
Реакция между связующим
агентом и полимерным материалом исходных частиц проводится до тех пор, пока она полностью не завершиться. Время, в течение которого реакция завершается полностью, варьируется в зависимости от
конкретных поперечно-связующих агентов, полимерных материалов, дополнительных веществ, условий реакции и выбранной аппаратуры. Одним из способов определения завершения реакции является измерение
падения абсорбционной способности полимерной композиции по сравнению с начальной абсорбционной способностью исходных частиц. Было обнаружено, что реакция практически завершена, когда абсорбционная
способность полимерной композиции падает между 5% и 70%. (Хотя в идеальном случае абсорбционная способность полимерной композиции не уменьшается, предполагается, что образование поперечных связей
уменьшает абсорбционную способность таким образом, что чем больше падение абсорбционной способности, тем больше прочность и число полученных агрегатов). Более конкретно завершения реакции можно
описать следующим уравнением:
30≤/100+R/Q/P≤95,
где P - абсорбционная способность исходных частиц; Q - абсорбционная способность продукта реакции, а R - количество в
массовых частях межчастичного связующего агента, использованного на каждые 100 мас. ч. исходных частиц. В определенных вариантах падение абсорбционной способности будет находиться в пределах между 15%
и 60%. Таким образом, в настоящем изобретении время завершения реакции при отсутствии катализаторов будет в основном колебаться от около 5 мин до около 6 ч, более предпочтительно - от около 10 мин до
около 3 ч, чтобы достичь указанного выше падения абсорбционной способности.
Для предпочтительного полимерного материала исходных частиц, продуктов с сетевыми поперечными связями частично нейтрализованной полиакриловой кислоты и для предпочтительных межчастичных связующих агентов, таких как глицерин или триметилолпропан, такие условия реакции включают температуру от около 170oC до около 220oC в течение от 2 ч до 20 мин соответственно. Более предпочтительно реакция проводится при температуре между 190oC и 210oC в течение от 45 мин до 30 мин соответственно. Фактические значения времени и температур будут варьироваться в зависимости от типов конкретных полимерных материалов, используемых для получения исходных частиц, конкретных используемых межчастичных связующих агентов и присутствия или отсутствия катализаторов в реакции.
Реакция поперечного связывания может быть ускорена добавлением инициатора и/или катализатора к межчастичному связующему агенту, чтобы уменьшить время, и/или температуру, и/или количество межчастичного связующего агента, требуемого для соединения исходных частиц между собой. Обычно, однако, реакция проводится без катализатора.
Физическую связь межу исходными частицами необходимо поддерживать во время процесса реакции, чтобы межчастичные агрегаты с поперечными связями изобретения образовались в особенно больших количествах. Если во время процесса реакции присутствуют силы или направления, достаточные для диссоциации исходных частиц, поперечные связи между исходными частицами могут и не образоваться. Чтобы сохранить физическую связь исходных частиц, во время реакции можно допустить лишь минимальные силы или напряжения диссоциации.
В качестве другого предпочтительного этапа в способе получения полимерных композиций, включающих агломераты с поперечными связями, является этап поверхностной обработки по меньшей мере агломератов с поперечными связями, а предпочтительно и остальных неагломерированных частиц полимерной композиции. Например, патент США 4.824.901, выданный Alexander и др. 25 апреля 1989 г., описывает поверхностную обработку полимерных частиц поли-четвертичным амином. В способе примера полимерный материал, находящийся по крайней мере вблизи от поверхности исходных частиц, связан поперечными связями на поверхности, как показано в патенте США 4.666.983, озаглавленном "Абсорбентное изделие", выданном Tsubakimoto и др. 19 мая 1987 г., и патенте США 4.734.478, озаглавленном "Водоабсорбирующий агент", выданном Tsubakimoto и др. 29 марта 1988 г.; эти патенты включаются сюда как ссылки. Применением в изобретении этапа поверхностного поперечного связывания увеличивается сопротивление деформациями полученных агломератов с поперечными связями, а значит, и полимерной композиции при набухании. Предпочтительно связующий агент, наносимый на исходные частицы, также служит в качестве поверхностного связующего агента, так что агломераты с поперечными связями предпочтительно одновременно и образуются, и связываются поверхностными поперечными связями.
Как замечалось ранее, стадии в способе получения агломератов с поперечными связями необязательно проводить в каком-то определенном порядке. Кроме того, эти стадии можно выполнять одновременно. Ниже будут приведены примерные способы использования вышеуказанных стадий.
В предпочтительном варианте связующий агент наносится на исходные частицы, в то время как исходные частицы одновременно физически ассоциируются между собой с образованием множества агломератов. Затем связующий агент реагирует с агломератами ассоциированных исходных частиц либо немедленно после выполнения вышеуказанных стадий, либо после того, как смесь выстаивалась некоторое время, чтобы одновременно агломераты с поперечными связями образовались и связались поперечными связями. Обычно исходные частицы перемешиваются со смесью связующего агента, воды и гидрофильного органического растворителя. Раствор связующего агента, воды и гидрофильного органического растворителя служит также в качестве связующего агента для исходных частиц. Связующий агент также предпочтительно служит как поверхностный связующий агент. Исходные частицы физически ассоциированы между собой, пока на них наносится смесь. Затем поперечно-связующий агент подвергается реагированию с агломератами ассоциированных исходных частиц посредством нагревания при температуре и в течение времени, достаточного для образования поперечных связей между отдельными исходными частицами и для одновременного поверхностного поперечного связывания полученных поперечно-связанных агломератов и значительной части, если не всех, оставшихся неагломерированных частиц полимерной композиции.
В альтернативном варианте на исходные частицы наносится связующий агент между частицами; исходные частицы затем физически связываются между собой и потом междучастичный связующий агент реагирует с исходными частицами с образованием агломератов с поперечными связями между частицами.
В другом альтернативном варианте исходные частицы ассоциируются между собой, связующий агент затем наносится на уже ассоциированные исходные частицы, и потом связующий агент реагирует с исходными частицами с образованием агломератов с поперечными связями.
В еще одном альтернативном варианте все этапы выполняются одновременно, так что получаются агломераты с поперечными связями.
Поперечно-связанные агломераты изобретения должны присутствовать в полимерной композиции в количестве, достаточном для создания описанных здесь преимуществ. Способом определения того, достаточные ли количества агломератов с поперечными связями присутствуют в полимерной композиции, является определение разницы между средним размером исходных частиц и полученной полимерной композиции. Предпочтительно, чтобы разница в средних размерах частиц была таковой, чтобы полученная полимерная композиция имела средний размер частиц по меньшей мере на 25%, предпочтительно на 30%, более предпочтительно - на 40%, а наиболее предпочтительно - на 50% больше среднего размера исходных частиц. В предпочтительных вариантах изобретения средний размер исходных частиц - менее, чем 1000 мкм, более предпочтительно - менее, чем 600 мкм, а наиболее предпочтительно - менее, чем 500 мкм.
В особенно предпочтительных вариантах изобретения средний размер исходных частиц относительно мал (т.е. исходные частицы являются очень мелкими). Было обнаружено, что из больших количеств очень мелких исходных частиц образуются агломераты с поперечными связями, имеющие особенно высокие коэффициенты отношения площади поверхности к массе, так что они обладают высокими степенями набухания. Фиг.14 показывает вариант такой полимерной композиции, а фиг. 15 показывает агломерат с поперечными связями, состоящий из таких мелких исходных частиц. В этих особенно предпочтительных вариантах средний размер исходных частиц - менее 300 мкм. В предпочтительных вариантах средний размер исходных частиц - менее 180 мкм, менее 150 мкм или менее 106 мкм. В образцовом варианте по меньшей мере около 90% исходных частиц имеют размер менее 300 мкм, а более предпочтительно - менее 150 мкм. Так как агломераты с поперечными связями, образованные из таких маленьких исходных частиц, содержат много исходных частиц, разница в среднем размере частиц намного больше, чем разница, достигаемая при использовании частиц большего размера. Разница в средних размерах частиц такова, что полученная полимерная композиция имеет средний размер частиц по меньшей мере на 50%, предпочтительно по меньшей мере на 75%, более предпочтительно по меньшей мере на 100%, а наиболее предпочтительно по меньшей мере на 150% больше, чем средний размер исходных частиц.
Количество агломератов с поперечными связями внутри полимерной композиции можно также определить в процентах от веса агломератов с поперечными связями, составляющих полимерную композицию. Для предпочтительных полимерных композиций изобретения агломераты с поперечными связями составляют по меньшей мере около 25% от веса частиц полимерной композиции, более предпочтительно по меньшей мере около 30% от веса, а наиболее предпочтительно по меньшей мере около 40% от веса частиц полимерной композиции. В наиболее предпочтительных вариантах по меньшей мере около 50% от веса, более предпочтительно по меньшей мере около 75% от веса, а наиболее предпочтительно по меньшей мере около 90% от веса частиц полимерной композиции.
Указание, что поперечные связи образуются между ранее независимыми исходными частицами, подразумевает, что полученные агломераты с поперечными связями обычно являются жидкостно- устойчивыми. Понятие "Fluid stable" ("жидкостно-устойчивый") применяется здесь для обозначения агрегатного объединения, который при контакте или набухании (с и/или без напряжения) в жидкости в основном неповрежденном (т.е. по меньшей мере две из ранее независимых исходных частиц остаются соединенными друг с другом). Хотя определение жидкостной устойчивости предусматривает, что по меньшей мере две исходные частицы остаются соединенными между собой, предпочтительно, что все исходные частицы, используемые для образования конкретного агломерата с поперечными связями, остаются соединенными между собой. Однако нужно заметить, что некоторые из исходных частиц могут диссоциироваться из агломерата с поперечными связями, если, например, определенные частицы были в дальнейшем водоагломерированы к агрегату с поперечными связями.
Жидкостная устойчивость агломератов с поперечными связями изобретения позволяет агломерату с поперечными связями поддерживать свою структуру и в сухом и во влажном (набухшем) состоянии, сделать неподвижными составляющие исходные частицы для сведения к минимуму миграции частиц и поддерживать высокую скорость впитывания жидкости. В конечном продукте, таком как абсорбентный элемент, жидкостная устойчивость полезна для уменьшения эффекта гелевого блокирования, поскольку исходные частицы остаются агломерированными даже при контакте с избыточными жидкостями, для возможности использовать ранее независимые мелкие частицы в форме агломерата и для увеличения степени впитывания жидкости, полученной полимерной композиции при сведении до минимума эффекта гелевого блокирования. Далее, более крупные частицы, составляющие агломераты с поперечными связями, открывают капиллярные каналы абсорбентного элемента, что обеспечивает улучшенные характеристики приема жидкости.
Жидкостную устойчивость агломератов можно определить посредством процесса, состоящего из двух стадий этапов. При контакте с водным жидким веществом (синтетической мочой) наблюдается первоначальная ответная реакция агломерата, а затем наблюдается равновесное состояние полностью набухшего агломерата. Способ испытания для определения жидкостной устойчивости, основанной на этих критериях, описан здесь ниже, в разделе "Способы испытаний".
Как отмечалось ранее, структурная целостность агломератов с поперечными связями сохраняется даже при набухании. Эту структурную целостность можно измерить величиной давления расширения геля данного образца. Давление гелевого расширения полимерной композиции относится к способности образца частично набухшей абсорбентной полимерной композиции в виде частиц поддерживать свою структурную целостность посредством сопротивления деформации и распространению. Давление гелевого расширения может варьироваться в зависимости от размера частиц, от раствора, используемого для набухания полимерного материала, относительно количества поглощенной синтетической мочи (т.е. X-нагрузки) и от применяемой аппаратуры. X-нагрузка - это количество граммов синтетической мочи на каждый грамм абсорбентной полимерной композиции в виде частиц. Здесь давление гелевого расширения определяется как наименьшее усилие, приложенное частично набухшим полимерным материалом в попытке снова достичь через эластичную реакцию своей структурной геометрии в относительно сухом состоянии, поскольку она объемно сжимается в частично набухшем состоянии. Было обнаружено, что желательно использовать в абсорбентных элементах те частицы, которые имеют наивысшее давление гелевого расширения, чтобы свести к минимуму гелевое блокирование и способствовать распределению жидкости внутри структуры. Давление гелевого расширения измеряется в килодинах на квадратный сантиметр. Процесс определения давления гелевого расширения описывается здесь ниже в разделе "Способы испытаний".
Агломераты с поперечными связями дают полимерную композицию с высокой скоростью впитывания жидкости, измеряемую их скоростью набухания. Скорость набухания полимерной композиции - средняя скорость впитывания данного количества синтетической мочи образцом полимерной композиции. Определенная здесь скорость набухания - это мера скорости диффузии жидкости в абсорбентный полимер, зависящая от проницаемости всей массы геля. Таким образом, проницаемость гелевой массы может стать ограничивающим фактором, ограничивая скорость прохождения свободной жидкости к другим частицам смеси. Скорость набухания измеряется и определяется в граммах синтетической мочи на грамм полимера в секунду. Скорость набухания можно определить посредством способа, описанного здесь ниже в разделе "Способы испытаний".
Предпочтительные абсорбентные полимерные композиции в виде частиц, содержащие поперечно-связанные агломераты изобретения, имеют давление гелевого расширения при 30 мин под 28X-нагрузкой (т.е., как было указано ранее, 28 г синтетической мочи, добавленной на грамм полимера), большее или равное примерно 25 килодин/кв.см. Под 15X-нагрузкой давление гелевого расширения предпочтительной полимерной композиции при 30 мин больше или равно примерно 45 килодин/кв.см., более предпочтительно - больше или равно 60 килодинам/кв.см. Скорость набухания полимерных композиций изобретения при 28X-нагрузке предпочтительно больше или равна 0,3 г/г/с, более предпочтительно - больше или равна 0,5 г/г/с. Для особенно предпочтительных вариантов полимерных композиций изобретения скорость набухания при 28X-нагрузке предпочтительно больше или равна 1,0 г/г/с, более предпочтительно - больше или равна 1,1 г/г/с, а наиболее предпочтительно - больше или равна 1,25 г/г/с.
Как замечалось ранее, коэффициент отношения площади поверхности к массе для данной частицы является показателем степени впитывания жидкости этой частицей. Чем больше коэффициент отношения площади поверхности к массе у данной частиц, тем больше площади для диффузии жидкости, которую необходимо абсорбировать. Таким образом, более предпочтительны частицы, имеющие более высокий коэффициент отношения площади поверхности к массе, с одинаковыми характеристиками давления гелевого расширения (т.е. без потери высоких значений давления гелевого расширения) и другими свойствами. Коэффициент отношения площади поверхности к массе определяется отношением квадратных метров на грамм материала. Коэффициент отношения площади поверхности к массе для данной полимерной композиции можно определять в соответствии со способом, описанным здесь ниже, в разделе "Способы испытаний". Для абсорбентных полимерных композиций в виде частиц изобретения коэффициент отношения площади поверхности к массе поперечно-связанных агломератов выше, чем коэффициент отношения площади поверхности к массе у неагломерированных частиц такого же размера, так что скорость набухания полимерных композиций, содержащих эти агломераты с поперечными связями, увеличивается. Далее, скорость набухания агломератов с поперечными связями между частицами обычно больше, чем скорость набухания исходных частиц, образующих указанные агломераты с поперечными связями.
Другой особенностью полимерных композиций изобретения, которая особенно пригодна для абсорбентных элементов и абсорбентных изделий, является уровень экстрагируемости полимерного материала, присутствующего в этих композициях. Уровни экстрагируемости полимера можно определить посредством контактирования образца полимерной композиции с синтетической мочой в течение существенного периода времени (например, по меньшей мере 16 ч), нужного для достижения равновесия экстракции, затем фильтрованием образовавшегося гидрогеля от всплывающей жидкости и, наконец, определением содержания полимера в фильтрате. Процедура, используемая для определения содержания экстрагируемого полимера в полимерных материалах, изложена в вышеупомянутом переизданном патенте США 32.649. Здесь особенно предпочтительны полимерные композиции с равновесным содержанием экстрагируемых веществ в синтетической моче не более 17%, предпочтительно не более 10% от веса полимерного материала.
При использовании абсорбентные полимерные композиции в виде частиц, содержащие агломераты с поперечными связями, контактируют с жидкостями, так что частицы набухают и абсорбируют такие жидкости. Обычно поперечно-связанные агломераты изобретения набухают в основном изотропно, даже при небольшом ограничивающем давлении, так что даже в набухшем состоянии агломерат с поперечными связями будет сохранять свою относительную геометрию и пространственные связи. Исходные частицы, образующие агломерат с поперечными связями, не будут диссоциироваться при контакте с жидкостью или при набухании в жидкости, которую необходимо абсорбировать (т.е. агломераты с поперечными связями являются "устойчивыми к жидкости"), так что мелкие частицы не оторвутся и не заблокируют прием жидкости. Далее, агломераты с поперечными связями обладают относительно высокими скоростями впитывания жидкости, что дает быстровпитывающие материалы благодаря высокому коэффициенту отношения площади поверхности к массе у агломератов с поперечными связями.
Хотя использование полимерных композиций здесь описано на предмет их применения в абсорбентных продуктах, абсорбентных элементах и абсорбентных изделиях, нужно понимать, что абсорбентные полимерные композиции в виде частиц можно применять для многих целей во многих других областях использования. Например, полимерные композиции изобретения можно использовать для упаковочных контейнеров; упаковок для лекарств; материалов для очищения ран; материалов для лечения ожогов; материалов для ионообменных колонн; строительных материалов; сельскохозяйственных и садово-огородных изделий, таких как посевные поддоны или водоудерживающие материалы; а также для промышленных целей, например, для использования в агентах, обезвоживающих шламы или масла, материалах для предотвращения образования росы, осушителях и материалах для контроля важности.
Агломераты с поперечными связями или полимерные композиции, содержащие поперечно-связанные агломераты изобретения, пригодны для использования при их соединениях с носителями. Фиг.16 представляет вариант абсорбентного продукта 1600, в котором отдельный поперечно-связанный агломерат 1610 присоединен к носителю 1620. Носители 1620, используемые в изобретении, содержат абсорбентные материалы, такие как целлюлозные волокна. Носителями 1620 могут также быть любые другие носители, известные в данной области, такие как нетканые материалы, папиросная бумага, пены, суперабсорбентные волокна, такие как полиакрилатные волокна или волокна Fibesorb (полученные от Arco Chemical Company, Wilmington PE), перфорированные полимерные ткани, металлическая фольга, эластомеры и прочее. Агломераты с поперечными связями 1610 можно присоединить прямо или косвенно к носителям 1620, причем присоединить их можно через химические или физические связи, которые известны, включая адгезивы или химикаты, которые реагируют с присоединением с поперечными связями 1610 к носителям 1620.
Как показано на фиг.1-11, абсорбентные полимерные композиции в виде частиц изобретения, содержащие поперечно-связанные агломераты, либо в широком понятии, либо "предпочтительных" или "особенно предпочтительных" типов, как указывалось здесь ранее, могут использоваться в комбинации с волокнистым материалом для получения усовершенствованных абсорбентных продуктов, таких как абсорбентные элементы. Абсорбентные элементы изобретения будут описываться здесь на предмет их использования в абсорбентных изделиях; однако нужно понимать, что потенциальное применение абсорбентных элементов не ограничивается только лишь абсорбентными изделиями.
Абсорбентные элементы изобретения обычно сжимаемы, удобны, не раздражают кожу и способны абсорбировать и удерживать жидкости и определенные экссудаты тела человека. Нужно понимать, что для целей изобретения абсорбентный элемент не обязательно ограничивается только одним слоем или листом материала. Так, абсорбентный элемент может фактически содержать слоистые материалы, ткани или комбинации нескольких листов или тканей разных материалов, описанных ниже. Таким образом, используемое здесь понятие "элемент" включает понятия "элементы", или "слои", или "слоистый". Предпочтительными абсорбентными элементами изобретения являются ткани, содержащие спутанные ткани волокон (волокнистый материал), и абсорбентные полимерные композиции в виде частиц, содержащие поперечно-связанные агломераты изобретения. Абсорбентные элементы наиболее предпочтительно содержат ткань из смеси волокнистых материалов и конкретных количеств абсорбентных полимерных материалов в виде частиц, содержащих агломераты с поперечными связями, описанные здесь.
В абсорбентных элементах изобретения могут использоваться различные типы волокнистых материалов. Любой тип волокнистого материала, пригодного для использования в обычных абсорбентных продуктах, может также использоваться в абсорбентных элементах изобретения. Конкретными примерами таких волокнистых материалов служат целлюлозные волокна, модифицированные целлюлозные волокна, искусственный шелк, полипропилен и полиэстеровые волокна, такие как полиэтилен терефталат (DCRON), гидрофильный нейлон (HYDROFIL) и прочие. Другие волокнистые материалы включают ацетат целлюлозы, поливинилфторид, поливинилиденхлорид, акрилы, поливинилацетат, полиамиды (такие как нейлон), двухкомпонентные волокна, трехкомпонентные волокна, их смеси и прочее. Предпочтительны гидрофильные волокнистые материалы. Примерами подходящих гидрофильных волокнистых материалов в добавление к некоторым уже упомянутым служат гидрофилизованные гидрофобные волокна, такие как обработанные поверхностно-активным веществом или двуокисью кремния термопластичные волокна, полученные из полиолефинов, таких как полиэтилен, или полипропилен, полиакрилов, полиамидов, полистиролов, полиуретанов и прочих, фактически гидрофилизованные гидрофобные волокна, которые сами по себе не являются очень абсорбентными и поэтому не обеспечивают материалы с существенной абсорбентной способностью, которая была бы нужной в обычных абсорбентных продуктах, пригодны для использования в абсорбентных элементах изобретения благодаря их хорошим тампонирующим свойствам. Поскольку в структурах данного изобретения тампонирующая способность волокон так же важна, если не важнее, абсорбентной способности самого волокнистого материала из-за высокой скорости впитывания жидкости и отсутствия гелевого блокирования у абсорбентных полимерных композиций в виде частиц изобретения, применяемых в таких абсорбентных элементах. Можно использовать также гидрофобные синтетические волокна, но они менее предпочтительны.
В качестве гидрофильных волокнистых материалов абсорбентных элементов изобретения обычно предпочтительным целлюлозные волокна из-за соображений доступности и цены. Наиболее предпочтительны волокна древесной пульпы.
Другими целлюлозными волокнистыми материалами, которые можно применять в определенных абсорбентных элементах изобретения, являются химически жесткие целлюлозные волокна. Предпочтительными химическими жесткими целлюлозными волокнами являются жесткие, перекрученные, завитые волокна, которые можно получить из внутренне поперечно-связанных целлюлозных волокон с поперечно-связующим агентом. Типы жестких перекрученных завитых целлюлозных волокон, используемых в качестве гидрофильного волокнистого материала абсорбентных элементов изобретения, описаны более подробно в патенте США 4.822.453, озаглавленном "Абсорбентная структура, содержащая отдельные волокна с поперечными связями", выданном Dean и др. 18 апреля 1989 г.; патенте США 4.888.093, озаглавленном "Разделенные волокна с поперечными связями и способ получения таких волокон", выданном Dean и др. 19 декабря 1989 г.; патенте США 4.889.595, озаглавленном "Способ получения разделенных волокон с поперечными связями, имеющих уменьшенные остатки и волокна", выданном Herron и др. 26 декабря 1989 г. ; патенте США 4.889.596, озаглавленном "Способ получения отдельных волокон с поперечными связями и их волокон", выданном Herron и др. 26 декабря 1989 г.; патенте США 4.889.597, озаглавленном "Способ получения абсорбентных структур, содержащих ужесточенные волокна", выданном Schossen и др. 26 декабря 1989 г.; и патенте США 4.898.642, озаглавленном "Перекрученные, химические ужесточенные целлюлозные волокна и изготовленные из них абсорбентные структуры", выданном Moore и др. 6 февраля 1990 г. Каждый из этих патентов включается сюда как ссылка.
Используемое здесь понятие "гидрофильный" описывает волокна или поверхности волокон, которые смачиваются жидкостями, помещенными на волокна (т.е. если вода или жидкие выделения тела хорошо распространяются на поверхности волокна независимо от того, впитывает ли волокно жидкость, или образует гель). Известный уровень относительно смачивания материалов позволяет определить гидрофобность (и смачивание) как контактные углы и поверхностное натяжение жидкостей и твердых веществ. Это подробно описано в публикации Американского Химического Общества с названием "Контактные углы, смачиваемость и адгезия" под редакцией R.F.Goned и с регистрацией авторского права в 1964 г. Там говорится, что волокно или поверхность волокна смачивается жидкостью либо когда контактный угол между жидкостью и волокном или поверхностью волокна менее, чем 90o, либо когда жидкость стремится самопроизвольно распространиться по поверхностям волокна; оба эти условия обычно протекают параллельно.
Относительное количество волокнистого материала и абсорбентной полимерной композиции в виде частиц, используемых в абсорбентных элементах изобретения, лучше всего выразить в массовых процентах от абсорбентного элемента. Абсорбентные элементы предпочтительно содержат от около 2% до около 98%, более предпочтительно - от около 5% до около 75%, а наиболее предпочтительно - от около 10% до около 60% абсорбентной полимерной композиции в виде частиц от веса абсорбентного элемента. Эту концентрацию абсорбентной полимерной композиции в виде частиц можно выражать как массовое соотношение волокон к частицам. Это соотношение может колебаться в пределах от 98:2 до 2:98. Для наиболее абсорбентных элементов оптимальное соотношения по весу волокон к частицам колеблется в пределах от 95:5 до 25:75, а наиболее предпочтительно - от 90:10 до 40:60.
К тому же абсорбентная полимерная композиция в виде частиц может диспергироваться в разных массовых соотношениях через различные области и толщины абсорбентного элемента. Например, смесь волокнистого материала и абсорбентной полимерной композиции в виде частиц может располагаться только в определенных частях абсорбентного элемента. Предпочтительно абсорбентный элемент содержит равномерно распределенную смесь гидрофильного волокнистого материала и абсорбентной полимерной композиции в виде частиц. Полимерная композиция может равномерно распределяться (тщательно распределяться) по всему абсорбентному элементу, как описывается в патенте США 4.610.678, озаглавленном "Абсорбентные структуры с высокой плотностью", выданном P.T.Wiesman и S. A. Goldman 9 сентября 1986 г., включенном сюда в качестве ссылки. С другой стороны, полимерная композиция может распределяться в районах или зонах, имеющих более высокие концентрации полимерной композиции, чем другие районы или зоны. Например, патент США 4.699.823, выданный K.Menberger и др. 13 октября 1987 г. , описывает абсорбентный элемент с абсорбентной полимерной композицией в виде частиц, распределенной в положительном градиенте через по меньшей мере части толщины абсорбентного элемента. Предпочтительно градиент концентрации через пространство толщины имеет самую низкую концентрацию у поверхности абсорбентного элемента или около нее, которая принимает жидкости, (т. е. лицевой поверхности) и самую высокую концентрацию - у нижней поверхности абсорбентного элемента или около нее. Этот патент включается сюда как ссылка.
Как указывалось выше, абсорбентная полимерная композиция в виде частиц изобретения может иметь размер частиц, варьирующийся в широком диапазоне. Однако при использовании абсорбентных элементов другие соображения могут исключить использование очень мелких или очень крупных частиц. По причинам промышленной гигиены частицы с размером менее 30 мкм менее желательны. Частицы с размером более 2 мм также нежелательны, так как они вызывают ощущение присутствия комочков в абсорбентном элементе, что нежелательно с точки зрения эстетики потребителя. Для использования здесь предпочтительны частицы с размером от около 45 мкм до около 1000 мкм.
Плотность абсорбентных элементов может иметь важное значение при определении абсорбентных свойств у абсорбентных элементов и у абсорбентных изделий, в которых применяются такие элементы. Плотность абсорбентных элементов будет здесь в основном колебаться в пределах от около 0.06 г/см3 до около 0.5 г/см3, а более предпочтительно - в пределах от около 0.09 г/см3 до около 0.030 г/см3. Значения плотности этих структур рассчитываются из их основного веса и калипера (Caliper). Калипер измеряется под "мягкой" нагрузкой в 10 г/см2. Основной вес измеряется стандартным вырубанием образца определенного размера и взвешивания образца на стандартных весах, вес и поверхность образца определяют основной вес. Значения плотности и основного веса включают вес частиц полимерной композиции.
Абсорбентные элементы изобретения могут содержать различные необязательные материалы в добавление к волокнистым материалам и компонентам полимерной композиции. Такими необязательными материалами могут быть, например, вещества, способствующие распределению жидкости, антимикробные вещества, агенты контроля pH, агенты контроля запах, душистые вещества и т.д. Когда они присутствуют, эти необязательные компоненты обычно содержатся в количестве не более 30% от веса абсорбентного элемента этого изобретения.
Абсорбентные элементы этого изобретения, содержащие смесь волокнистого материала и абсорбентной полимерной композиции в виде частиц изобретения, можно получить с помощью любого процесса или технологии, дающей ткань, содержащую комбинацию волокон и частиц полимерной композиции. Абсорбентные элементы изобретения предпочтительно образуются воздушным прослаиванием сухой смеси волокон и частиц полимерной композиции и при желании или при необходимости уплотнения полученной ткани. Такая процедура более полно описывается в вышеупомянутом патенте США 4.610678, включенного сюда в качестве ссылки. Как указано в патенте США 4.610.678, воздушные ткани, получаемые при этой процедуре, предпочтительно будут содержать несвязанные волокна и будут предпочтительно иметь содержание влаги 10% или меньше. При получении тканей с помощью способа воздушного прослаивания или любого другого обычного способа нужно осторожно переносить частицы полимерной композиции, чтобы избежать разбивания этих частиц на более мелкие. Это может произойти даже, когда частицами являются поперечно-связанные агломераты, хоты агломераты с поперечными связями обладают относительно высокой структурной целостностью в сухом состоянии.
В альтернативном варианте абсорбентных элементов изобретения абсорбентные элементы включают ламинаты (слоистые абсорбентные элементы), содержащие по меньшей мере один, а необязательно - два или три слоя диспергированных частиц полимерной композиции. Ламинаты предпочтительно включают слои или ткани волокнистых материалов (предпочтительно - лист абсорбентного материала), такого как папиросная бумага. Такие слоистые абсорбентные структуры более полно описываются в патенте США 4.578.068 с названием "Абсорбентные слоистые структуры", выданном T.A.Kramer, I.A.Young et al. 25 марта 1986 г., включенном сюда в качестве ссылки. Дополнительные способы и аппараты для изготовления таких ламинатов описаны в патенте США 4.551.191 с названием "Способ однородного распределения отдельных частиц на движущейся пористой ткани", выданном R.W.Kock, I.A.Esposito 5 ноября 1985 г., включенном сюда в качестве ссылки.
Фиг. 5 показывает примерный вариант ламината, слоистого элемента 70 изобретения. Слоистый абсорбентный элемент 70 предпочтительно содержит четыре ткани волокнистого материала: верхний слой 81, нижний слой 84 и серединные слои 82 и 83. Слоистый абсорбентный элемент 70 имеет внутренние поверхности 86, 87 и 88 между соседними тканями с частицами 75 абсорбентной полимерной композиции в виде частиц изобретения, образующие прерывистый слой на каждой из внутренних поверхностей 86, 87 и 88. Как показано на фиг.5, слоистый абсорбентный элемент 70 далее имеет предпочтительно конические выступы 90 на верхней поверхности 71 и соответствующие конические вогнутые поверхности 91 в нижней поверхности 72.
Слоистые абсорбентные элементы 70 настоящего изобретения получают с использованием следующих компонентов: n плоскостных тканей или волокнистых материалов, каждая из тканей имеет 2 параллельные поверхности, n - целое число 2 или более; и частиц абсорбентной полимерной композиции в виде частиц изобретения. Слоистые абсорбентные элементы 70 изобретения имеют верхнюю поверхность 71 и нижнюю поверхность 72. Слоистые абсорбентные элементы 70 содержат тканей волокнистых материалов, n - целое число 2 или больше. Ткани - это слои, так что есть верхний слой 81, нижний слой 84, n - 2 серединных слоев 82, 83 и n-1 внутренних поверхностей двух противоположных прилегающих контактирующих поверхностей соседних тканей. Каждая внутренняя поверхность имеет поверхностную площадь. Частицы 75 полимерной композиции образуют прерывистый слой у одной или более внутренних поверхностей.
Слоистые абсорбентные элементы 70 изобретения могут иметь от двух и более тканей волокнистого материала. Число тканей обычно ограничивается их толщиной. Предпочтительно, чтобы было от 2 до 12 тканей волокнистого материала, более предпочтительно - от 2 до 15 тканей волокнистого материала. Частицы 75 абсорбентной полимерной композиции в виде частиц можно проложить между каждыми соседними тканями волокнистого материала, как показано на фиг. 5; однако частицы 75 можно поместить между только некоторыми из соседних тканей волокнистого материала.
В изобретении ткань волокнистого материала - лист тонкого материала с двумя фотоприкасающимися параллельными поверхностями. Хотя не обязательно, чтобы ткань волокнистого материала были плоской или гладкой, она может быть положена в плоскостном, двумерном расположении неопределенной длины и неопределенной ширины в двух измерениях. Примеры тканей волокнистого материала, используемых в слоистых абсорбентных элементах 70 изобретения, включают много бумажных и нетканых материалов. Ткани волокнистого материала, используемые в изобретении, это предпочтительно ткани абсорбентных материалов, более предпочтительно - ткани абсорбентных бумаг, наиболее предпочтительно - абсорбентные папиросные бумаги. Ткани волокнистых материалов могут быть все из одинаковых волокнистых материалов или из разных волокнистых материалов.
В слоистых абсорбентных элементах 70 изобретения ткани волокнистых материалов предпочтительно связаны хрупко за счет спутывания волокон между контактирующими поверхностями соседних тканей на внутренних поверхностях, где присутствуют частицы 75. Частицы могут быть неподвижными на внутренних поверхностях за счет удерживания волокнами. С другой стороны, частицы 75 полимерной композиции могут быть связаны с одной или более тканями несколькими различными способами. Например, чтобы прицепить частицы к тканям, можно нанести на ткани мелко разбрызганный клей. С другой стороны, клей можно нанести на волокнистые ткани определенными пятнами, такими как спиральные, что оклеивает вместе ткани волокнистого материала так, что образуются как бы карманы, которые улавливают частицы. Далее, ткани можно присоединить к частицам посредством водородных связей, разбрызгиванием водяного тумана на ткани, добавлением частиц, сжиманием тканей друг с другом и высушиванием полученного слоистого абсорбентного элемента. Как показано на фиг. 5, волокнистые ткани предпочтительно сжимаются напряженные между двумя сжимающими поверхностями, имеющими парные геометрические выступы и вогнутости, чтобы придать слоистой стопке тканей форму многочисленных Z - направленных выступов 90 и вогнутостей 91. Примерный процесс изготовления таких слоистых абсорбентных элементов описывается в вышеупомянутом патенте США 4.578.068.
Альтернативный вариант слоистого абсорбентного элемента изобретения "мешочек", содержащий абсорбентную полимерную композицию в виде частиц. Мешочек - слоистый абсорбентный элемент, описанный выше, где число волокнистых тканей равно двум. Волокнистые ткани соединяются друг с другом по периферии, чтобы образовать большой карман в середине мешочка. Частицы полимерной композиции упакованы между волокнистыми тканями в кармане. Таким образом, мешочек подобен чайному пакетику, так что абсорбентная полимерная композиция в виде частиц может свободно набухать и впитывать внутри мешочка. Волокнистые ткани мешочка предпочтительно содержат нетканые материалы, известные в данной области, которые термически запечатываются вокруг периферии, хотя для запечатывания тканей друг с другом могут использоваться и другие известные в данной области средства, такие как адгезивы или ультразвуковые связи.
Благодаря уникальным абсорбентным свойствам абсорбентных полимерных композиций в виде частиц абсорбентные элементы данного изобретения особенно пригодны для использования в качестве абсорбентных прокладок в абсорбентных изделиях, особенно одноразовых абсорбентных изделиях. Используемый здесь термин "абсорбентное изделие" относится к изделиям, которые абсорбируют и содержат экссудаты тела человека, и более конкретно относится к изделиям, которые помещаются в непосредственной близости от тела или накладываются на него, чтобы абсорбировать и содержать различные экссудаты, выделяющиеся из тела. Кроме того, "одноразовые абсорбентные изделия" - такие изделия, которые выбрасываются после одного применения (т.е. первоначальное абсорбентное изделие не предназначено для стирки или какого-либо другого восстановления или повторного использования в качестве абсорбентного изделия, хотя некоторые материалы или все абсорбентное изделие может подвергнуться повторному циклу, использованию или компостированию). Предпочтительный вариант абсорбентного изделия, подгузник 20, показан на фиг.1. Термин "подгузник", используемый здесь, означает изделие, используемое для грудных детей и взрослых людей, страдающих недержанием, и которое надевается или прокладывается вокруг нижней части торса пациента. Однако следует понимать, что изобретение также применяется в других абсорбентных изделиях, таких, как трусики при недержании, прокладки, тренировочные брюки, пеленки, гигиенические салфетки, перевязочные материалы, бумажные полотенца и прочих изделиях.
На фиг. 1 показан вид сверху подгузника 20 изобретения в развернутом виде (т.е. без эластических вкладок) в расчлененном виде, чтобы лучше показать строение подгузника 20 и с частью подгузника, контактирующей с кожей, обращенной к нам. Подгузник 20 имеет переднюю поясную 22, заднюю поясную часть 24, область промежности 26 и периферическую, которая определяется наружными краями подгузника, в котором продольные края обозначены 30 и торцевые края 32. Кроме того, подгузник имеет поперечную центральную линию, которая обозначена 34 и продольную центральную линию 36.
Подгузник 20 включает проницаемое для жидкости верхнее покрытие 38; непроницаемое для жидкости нижнее покрытие 40, соединяющееся с верхним покрытием 38; абсорбентную сердцевину 41 (абсорбентный элемент 42), расположенную между верхним покрытием 38 и нижним 40; эластичный элемент 44; и ленточные крепления 46. Хотя верхнее покрытие 38, нижнее покрытие 40, абсорбентная сердцевина 41 и эластичные элементы 44 можно собрать в разных хорошо известных конфигурациях, предпочтительная конфигурация подгузника описана в патенте США 3860003 с названием "Эластичные боковые части для одноразовых подгузников", который выдан Kenneth Buel. 14 января 1975 г. и который введен сюда как ссылка. Другие предпочтительные конфигурации одноразовых подгузников также раскрыты в патенте США 4808178 с названием "Одноразовое абсорбентное изделие с эластичными краями и с частями, удерживающими жидкость", выданном M.l.Aziz, T.L. Blaney 28 февраля 1989 г.; в патенте США 4695278, озаглавленном "Абсорбентное изделие с двойными накладками", выданном Michael Lonzson 22 сентября 1987 г., и в патенте США 4816025 с названием "Абсорбентное изделие с отделением для кармана А", выданном John H. Foreman 28 марта 1989 г. Эти патенты включаются сюда как ссылки.
На фиг.1 показан предпочтительный вариант подгузника 20, в котором верхнее покрытие 38 и нижнее покрытие 40 растягиваются вместе и их размеры длины и ширины больше этих размеров абсорбентной сердцевины 41. Верхнее покрытие 38 связано и накладывается на нижний лист 40, образуя таким образом периферическую часть 28 подгузника 20. Периферическая часть 28 включает продольные края 30 и торцевые края 32.
Подгузник 20 имеет переднюю и заднюю поясные части 22 и 24 соответственно, идущие от торцевых краев 32 периферической части 28 к поперечной центральной линии 34 подгузника на расстоянии предпочтительно около 5% длины подгузника 20. Поясные части включают верхние части подгузника 20, которые, когда он надет, окружают талию пациента. Область промежности 26 - часть подгузника 20 между поясными частями 22 и 24, и эта часть подгузника в носке располагается между ногами носителя и закрывает его нижний торс. Таким образом, область промежности 26 определяет область расположения жидкости для подгузника 20 иди другого одноразового абсорбентного изделия.
Верхнее покрытие 38 должно быть мягким на ощупь и не раздражать кожу пациента. Кроме того, этот верхний материал 38 является проницаемым для жидкости, позволяя ей легко проходить через его толщину. Подходящее верхнее покрытие 38 может быть изготовлено из большого выбора материалов, таких, как пористые пены, ретикулированные пены, пластиковые пленки с отверстиями, натуральные волокна (например, древесные или хлопковые волокна), синтетические волокна (например, полиэфирные или полипропиленовые волокна) или из комбинации натуральных и синтетических волокон. Предпочтительно верхнее покрытие 38 делается из гидрофобного материала, чтобы изолировать кожу пациента от жидкостей в абсорбентной сердцевине 42.
Наиболее предпочтительное покрытие 38 включает полипропиленовые волокна определенной длины с denier около 1.5, такие, как полипропилен Hereules 151 от Hereules Jnc.og Wilmington Delaware. Используемый здесь термин "волокна определенной длины" означает волокна, имеющие длину по меньшей мере около 15.9 мм (0.62 дюйма).
Существует множество технологий изготовления верхнего покрытия 38. Например, покрытие 38 тканым, нетканым, кардным или другим. Предпочтительным верхним слоем является кардный слой с термосоединением, техника которого хорошо известна специалистам этой области. Вес его должен быть предпочтительно около 18-25 г на квадратный метр, минимальная сила растяжения в сухом виде по меньшей мере около 400 г на сантиметр в направлении машины и во влажном виде около 55 г на сантиметр в поперечном направлении по отношению к машине.
Нижнее покрытие 40 непроницаемо для жидкостей и выполняется из тонкой пластиковой пленки, хотя могут также использоваться другие гибкие непроницаемые материалы. Нижнее покрытие 40 не дает экссудатам, абсорбированным и заключенным в абсорбентной сердцевине 41, увлажнять изделия, которые находятся в контакте с подгузником 20, такие, как простыни и нижнее белье. Предпочтительно нижнее покрытие 40 выполняется из полиэтиленовой пленки с толщиной от 0.012 мм (0.5 мила) до 0.051 см (2.0 мила), хотя могут использоваться и другие подходящие материалы. Термин "гибкий" относится к материалам, которые податливы и легко принимают форму и контуры тела пациента.
Подходящая полиэтиленовая пленка изготовляется Monsanto Chemical Corporation и продается как пленка N 8020. Нижнее покрытие обычно тисненое и/или отделано тканью для более подобающей внешности. Более того, покрытие 40 позволяет выход испарений из абсорбентной сердцевины 41, препятствуя в то же время выходу экссудата.
Размер нижнего покрытия 40 диктуется размером абсорбентной сердцевины
41 и конструкцией выбранного подгузника. В предпочтительном варианте нижнее покрытие 40 имеет измененную форму песочных часов, выходящую за абсорбентную сердцевину 41 на минимальное расстояние по
меньшей мере около 1,3 см - 2,5 см (около 0.5-1.0 дюйма) за периферию всего подгузника
Верхнее покрытие 38 и нижнее 40 соединены вместе любым удобным образом. Термин "соединены" включает
конфигурации, в которых верхнее покрытие 38 непосредственно соединяется с нижним 40 креплением их друг с другом, и конфигурации, в которых верхнее покрытие 38 опосредованно соединяется с нижним 40
креплением верхнего покрытия 38 к промежуточным элементам, которые в свою очередь крепятся к нижнему покрытию 40. В предпочтительном варианте верхнее покрытие 38 и нижнее 40 крепятся непосредственно
друг к другу в окружности 28 подгузника крепежными средствами (не показаны), такими, как клей или любыми средствами креплениями, известными в данной области техники. Например, для этого может
использоваться непрерывный клеящий слой, узорный клеящий слой или решетка из отдельных линий или пятен клея.
Ленточные застежки 46 обычно крепятся к задней поясной части 24 подгузника 20 для удержания его на пациенте. На фиг. 1 показана только одна из язычковых ленточных застежек. Язычковыми ленточными застежками 46 могут быть любые из хорошо известных, такие, как застежки, раскрытые в патенте США 3848594, выданном Kennet B.Buel 19 ноября 1974 г., который включен сюда как ссылка. Эти язычковые ленточные застежки 46 или другие средства крепления обычно находятся на углах подгузника 20.
Эластичные элементы 44 располагаются непосредственно по окружности 28 подгузника 20, лучше вдоль каждого продольного края 30, так, чтобы эластичные элементы 44 имели тенденции стягивать и удерживать подгузник на ногах пациента. Возможно также расположение эластичных элементов 44 на одном или обоих торцевых краях 32 подгузника 20 как бы в виде пояса и в виде манжетов на ногах. Например, подходящий пояс раскрыт в патенте США 4515595 с названием "Одноразовые подгузники с эластичным сживающимся поясом", который выдан Dabid I. Keirit Thomas F.Osterhage 7 мая 1985 г. и который включается сюда как ссылка. Кроме того, способ и устройство для изготовления одноразового подгузника с эластично сжатыми элементами раскрываются в патенте США 4081301 с названием "Способ и устройство для постоянного крепления отдельных растягивающихся эластичных лент к изолированным частям одноразовых абсорбентных продуктов", который выдан Kennet B.Buel 28 марта 1978 г. и который включен сюда как ссылка.
Эластичные элементы 44 крепятся к подгузнику 20 в условии эластичного сжатия так, чтобы в обычном не растянутом состоянии эластичные элементы эффективно сжимали или собирали подгузник 20. Эластичные элементы 44 могут крепиться в условии эластичного сжатия по крайней мере двумя способами. Например, их можно растянуть и закрепить, когда подгузник находится в не сжатом состоянии. В другом варианте подгузник 20 можно сжать, например, плиссировкой и эластичные элементы 44 закрепить к подгузнику 20 в своем не растянутом состоянии.
В варианте, показанном на фиг. 1, эластичные элементы 44 проходят по всей длине подгузника 20 в области промежности 26. В другом случае эластичные элементы 44 могут проходить по всей длине подгузника 20 или любой другой длине, чтобы обеспечить линию эластичного сжатия. Длина эластичных элементов 44 диктуется конструкцией подгузника.
Эластичные элементы 44 могут принимать множество конфигураций. Например, ширина эластичных элементов может меняться от 0.25 мм (0.01 дюйма) до 25 мм (1 дюйма) или более; эластичные элементы 44 могут включать одну нить эластичного материала или несколько параллельных или непараллельных нитей такого материала; или эластичные элементы 44 могут быть прямоугольными или изогнуто-линейными. И крепиться к подгузнику они могут также многими способами, известными в данной области. Например, эластичные элементы 44 могут соединяться ультразвуком, теплом и давлением с подгузником 20 с использованием множества соединяющих рисунков или они могут приклеиваться к подгузнику 20.
Абсорбентная сердцевина 41 подгузника 20 располагается между верхним покрытием 38 и нижним 40. Абсорбентная сердцевина изготавливается различных размеров и форм (например, прямоугольная, в виде песочных часов, асимметричная и другие) и из большого разнообразия материалов. Однако общая абсорбентная способность абсорбентной сердцевины 41 должна быть совместима с предназначенной загрузкой жидкости для предполагаемого использования абсорбентного изделия или подгузника. Кроме того, размер и абсорбентная способность сердцевины 41 может меняться в зависимости от пациента, начиная с грудных детей и кончая взрослыми людьми. Абсорбентная сердцевина 41 предпочтительно включает абсорбентные элементы изобретения, которые содержат смесь волокнистого материала и определенные количества частиц абсорбентных полимерных композиций в виде частиц изобретения, содержащих межчастичные агрегаты с поперечной связью.
Предпочтительный вариант подгузника 20 имеет измененную абсорбентную сердцевину 41 в виде песочных часов. Абсорбентная сердцевина 41 представляет собой абсорбентный элемент 42, включающий ткань или ворс, волокна древесной пульпы и абсорбентную полимерную композицию в виде частиц, внедренную туда.
Абсорбентные сердцевины изобретения могут целиком состоять из абсорбентных полимерных композиций изобретения, комбинации слоев, включающей полимерные композиции изобретения (включая слоистые структуры, как описано здесь) или иметь другие конфигурации абсорбентной сердцевины, известные в данной области. Примеры подходящих конфигураций абсорбентных сердечников описаны, например, в патенте США 3670731, выданном Harmon 20 июня 1972 г., патенте США 3669114, выданном Moran 15 июня 1972 г., патенте США 3888257, выданном Cook et al 10 июня 1975 г., патенте США 3901231, выданном Assorson et al 26 августа 1975 г., патенте США 4102340, выданном Meseket al 25 июля 1978 г., и патенте США 4500315, выданном Pieniak et al 19 февраля 1985 г. Эти патенты включены сюда как ссылки.
Примерным вариантом абсорбентной сердцевины 41 является ткань, включающая гидрофильное волокно и абсорбентные частицы, полимерную композицию изобретения, такую, как абсорбентный элемент, описанный в патенте США 4610678 с названием "Абсорбентная структура с высокой плотностью", который выдан Paul T. Wiesman, Stephen A. Goldman 9 сентября 1986 г. и который включен сюда как ссылка. Другим вариантом абсорбентной сердцевины 41 является двуслойная абсорбентная сердцевина в предпочтительной конфигурации, такой, как описана в патенте США 4673402 с названием "Абсорбентное изделие со вставкой из двух слоев", который выдан Paul T. Wiesman, Dawn i. Haughton et al 16 июня 1987 г. и который здесь также представлен ссылкой. У него верхний и нижний слои имеют асимметричную форму. Наиболее предпочтительный вариант абсорбентной сердцевины 41 описан в патенте США 4834735 с названием "Абсорбентные элементы с высокой плотностью с зонами впитывания, которые имеют более низкую плотность и меньший вес", выданный M. Alemany, Ch.J.Bery 30 мая 1989 г. и который раскрывает абсорбентные элементы с зоной накопления и зоной впитывания, имеющую меньшую среднюю плотность и меньший средний вес на единицу площади, чем зона накопления, так что зона впитывания может эффективно и достаточно быстро впитывать выходящую жидкость. Этот патент также включен сюда как ссылка.
Фиг. 4 представляет собой перспективу предпочтительного варианта абсорбентной сердцевины 41 (абсорбентный элемент 42) изобретения, как описано в цитируемом здесь патенте США 4834735. Абсорбентный элемент, показанный на фиг. 4, включает заднюю секцию 48 и переднюю секцию 50. Передняя секция 50 имеет торцевую часть 52 и прилегающую часть 54. Прилегающая часть 54 состоит из зоны впитывания 56 и зоны накопления 58. Кроме того, передняя часть 50 делится в поперечном направлении на три области, включающие две поперечно расположенные части с выступами 60 и 62 соответственно, и среднюю часть 64. Абсорбентный элемент 42 дополнительно имеет поперечную центральную линию, которая обозначена 66, и продольную центральную линию, которая обозначена 68.
Абсорбентный элемент 42 имеет заднюю секцию 48 и переднюю секцию 50, которая прилегает к задней секции 48. Задняя секция 48 и передняя секция 50 абсорбентного элемента 42 идут соответственно от торцевых краев 67 абсорбентного элемента 42 к поперечной центральной линии 66, причем передняя секция 50 занимает расстояние от 1/2 части до 3/4, предпочтительно около 2/3 длины абсорбентного элемента 42. Передняя секция 50 больше половины всей длины абсорбентного элемента 42, так что она охватывает всю площадь расположения жидкости абсорбентного элемента 42, когда он помещается в подгузник или другое абсорбентное изделие.
Передняя секция 50 имеет торцевую часть 52 и прилегающую часть 54. Торцевая часть 52 включает часть передней секции 50, которая проходит от соответствующего торцевого края 70 абсорбентного элемента 42 к поперечной центральной линии 66, а расстояние от 2% до 10%, предпочтительно около 5% длины абсорбентного элемента 42. Прилегающая часть 54 включает ту часть передней секции 50, которая непосредственно прилегает к и располагается между торцевой частью 52 и задней секцией 48 и охватывает площадь типичного расположения жидкости абсорбентного элемента 42.
Передняя секция 50 имеет далее два поперечно расположенные выступа 60 и 62 соответственно и центральную часть 64 между выступами 60 и 62. Выступы 60 и 62 включают те часть, которые идут обычно от продольных краев 30 периферии 28 к продольной центральной линии на расстоянии от 1/10 до 1/3 ширины абсорбентного элемента 42. Таким образом, выступами 60 и 62 являются те части, которые соседствуют с боковыми частями талии и торса пациента, а центральная часть 64 взаимодействует со средней частью талии и торса пациента. Центральная часть 64 определяет таким образом поперечную площадь типичного расположения жидкости.
Область расположения жидкости включает зону впитывания или приема 56 и зону накопления 58 с сообщением по меньшей мере с частью боковой площади зоны приема 56. Зона приема 56 включает части области прилегания 54, обозначенные пунктирными линиями на фиг. 4. Зона накопления 58 обычно включает остальную часть области прилегания 54 и более предпочтительно - остальную часть абсорбентного элемента 42.
Зона накопления 58 представляет собой относительно часть с множеством капилляров (с высокой плотностью и высоким весом основы) по меньшей мере в области прилегания 54. Основные функции зоны накопления 58 - поглощать выделенные жидкости, которые непосредственно идут в зону накопления 58 или переносятся в зону накопления 58 через градиенты капиллярной силы, устанавливающиеся между зоной приема 56 и зоной накопления 58, и сохранять такие жидкости под давлением, которое вызывается движениями пациента. Предпочтительно зона накопления 58 состоит из структуры, раскрытой в вышеуказанном патенте США 4610678, и нижнего слоя накопления жидкости, раскрытого в патенте США 4673401, оба эти патента включены сюда как ссылки. Хотя могут использоваться и другие высоко капиллярные структуры.
Зона накопления 58 предпочтительно имеет высокую плотность и высокий вес основы на единицу площади по отношению к зоне приема 56. Величины плотности и веса основы зоны накопления 58 включают вес частиц полимерной композиции, так что величины плотности и веса основы будут меняться в зависимости от количества частиц, диспергированных в абсорбентном элементе 42.
Хотя зона накопления 58 может иметь множество размеров и форм, предпочтительно, чтобы она включала часть по меньшей мере области прилегания 54, в которой нет зоны приема 56. (Т.е. вся зона прилегания 54 включает зону накопления 58 за исключением зоны приема 56). Хотя и нет необходимости в том, чтобы задняя секция 48 и торцевая часть 52 включали зоны накопления, в конкретных предпочтительных вариантах абсорбентного элемента 42, как показано на фиг. 2, 3 и 4, весь абсорбентный элемент 42, за исключением зоны приема 56, состоит из одной или нескольких зон накопления 58. Кроме того, необязательно, чтобы зона накопления 58 полностью окружала с боков зону приема 56 (т. е. она находится в жидкостном сообщении по меньшей мере с частью боковой площади зоны приема 56), в предпочтительных вариантах изобретения зона накопления 58 окружает с боков зону приема 56 с тем, чтобы полностью использовать преимущество капиллярной разницы между ними.
Зона приема 56 имеет относительно низкую капиллярность и таким образом предпочтительно более низкую среднюю плотность и более низкий средний вес основы на единицу площади, чем зона накопления 58. Зона приема 56 служит для быстрого сбора и временного удержания выходящих жидкостей. Поскольку такие жидкости обычно изливаются выбросами, зона приема 56 должна быстро принимать и транспортировать жидкость от точки контакта с ней к другим частям абсорбентного элемента 42.
Хотя части зоны приема 56 могут располагаться в задней секции 48 абсорбентного элемента 42, лучше, если эта зона приема расположена в основном в передней секции 50 абсорбентного элемента 42, с тем чтобы она располагалась в области распределения жидкости, т.е. области прилегания 54. Таким образом, зона приема 56 располагается в близости от точки выброса жидкостей, чтобы она могла быстро собирать жидкости в их зоне контакта.
Обычное расположение впереди зоны приема 56 определяется процентной величиной площади верхней поверхности зоны 56, которая находится впереди от определенных точек по длине абсорбентного элемента 42. Хотя расположение зоны приема 56 можно определить по отношению к объему зоны приема, расположенной впереди от определенных точек, было выявлено, что площадь верхней поверхности зоны приема 56 наиболее предпочтительное местоположение, поскольку площадь верхней поверхности в действительности определяет первоначальную площадь, доступную для приема жидкости. Кроме того, поскольку толщина абсорбентного элемента 42 предпочтительно однородна в области прилегания 54 и зона приема 56 имеет прямоугольную площадь сечения, определение площади верхней поверхности равно объемному определению в предпочтительном варианте. Таким образом, расположение зоны приема 56 будет определяться в описании относительно ее площади верхней поверхности (т.е. процентное количество площади верхней поверхности зоны приема, расположенной в данной области).
Итак, в соответствии с изобретением по меньшей мере часть зоны приема 56 должна помещаться в области прилегания 54, даже если остальная часть может располагаться где либо в абсорбентном элементе 42, включая заднюю секцию 48 и торцевые области 52. (Следует упомянуть, что если используется множество зон приема, по меньшей мере часть одной из зон приема должна располагаться в области прилегания 54). Однако лучше, чтобы зона приема 56 располагалась относительно абсорбентного элемента 42 так, чтобы площадь верхней поверхности зоны приема 56 полностью располагалась внутри передней секции 50 абсорбентного элемента 42. Еще лучше расположение зоны приема 56 относительно аборбентного элемента 42 такое, чтобы площадь верхней поверхности зоны приема 56 полностью располагалась внутри области прилегания 54 абсорбентного элемента 42. А еще лучше, чтобы по меньшей мере 30% площади верхней поверхности зоны приема 56 располагалось в передней половине передней секции (приблизительно передняя 2/3 всего абсорбентного элемента 42) абсорбентного элемента 42.
Зона приема 56 может иметь любую форму, совместимую с требованиями абсорбности абсорбентного элемента 42 или подгузника 20, включающую, например, круглую, прямоугольную, треугольную, трапециевидную, овальную, песочных часов, воронки, может быть вытянутой или иметь форму собачьей косточки. Предпочтительными формами зоны приема 56 являются те, которые увеличивают периметр раздела между зоной приема 56 и зоной накопления 58, так что относительная капиллярная разница между зонами полностью используется. В варианте, показанном на фиг. 1-4, зона приема имеет овальную форму с площадью верхней поверхности около 45 см2 (около 7 дюймов).
Чтобы поддержать определенный минимальный уровень абсорбентности в передней секции 50 абсорбентного элемента 42, площадь верхней поверхности или объем зоны накопления 58 должен включать определенное минимальное количество площади верхней поверхности или объема передней секции 50. Таким образом, было выявлено, что зона приема 56 должна предпочтительно включать не всю площадь верхней поверхности и/или объем передней секции 50 абсорбентного элемента 42. (Поскольку в предпочтительном варианте зона приема 56 имеет однородную толщину и площадь поперечного сечения, как определительный момент объем быть взаимозаменен площадью верхней поверхности). Площадь верхней поверхности части зоны приема 56, расположенной в передней секции 50 абсорбентного элемента 42, предпочтительно включает менее 50% площади верхней поверхности передней секции 50. Более предпочтительно площадь верхней поверхности зоны приема 56 включает менее 35% площади верхней поверхности передней секции 50 абсорбентного элемента 42, еще более предпочтительно менее 20%. Кроме того, площадь верхней поверхности зоны приема 56 включает менее 50% площади верхней поверхности зоны прилегания 54, лучше менее 30%, еще лучше менее 20%.
Зона приема 56 может также иметь множество различных площадей поперечного сечения и конфигураций, включающих те, в которых площадь частей зоны приема меньше или больше ее площади верхней поверхности (т.е. зона приема 56 меньше или шире в части ниже верхней поверхности абсорбентного элемента 42). Например, зона приема 56 может иметь конические, трапециевидные, Т-образные или прямоугольные площади сечения. Как показано на фиг. 2 и 3, зона приема 56 имеет прямоугольную площадь поперечного сечения, чтобы обеспечить однородную зону приема 56.
Кроме того, зона приема не обязательно включает всю толщину абсорбентного элемента 42, она может проходить только через часть его общей толщины. Зона приема может быть другой толщины, чем окружающая ее зона накопления 58. Однако в предпочтительном варианте, показанном на фиг.2 и 3, зона приема 56 проходит через всю толщину абсорбентного элемента 42 и ее толщина равна толщине окружающей зоны накопления 58 в области прилегания 54.
Хотя зона приема 56 может располагаться поперек по отношению к абсорбентному элементу 42, было выявлено, что эта зона функционирует наиболее эффективно, если она расположена поперек в центре в передней секции 50 или зоне прилегания 54 абсорбентного элемента 42. Таким образом, лучше, если зона приема 56 будет располагаться по продольной средней линии 68 абсорбентного элемента 42. А еще лучше, если зона приема 56 будет поперечно располагаться только в центральной части 64 передней секции 50 или области прилегания абсорбентного элемента 42 таким образом, чтобы в выступах 60 и 62 этой зоны не было.
Такой абсорбентный элемент 42 выполняется закладкой заранее сформованного профилированного абсорбента и затем каландрованием абсорбентного элемента 42 в каландре с фиксированным зазором, чтобы уплотнить абсорбентный элемент 42. Абсорбернтный элемент 42 с профилированной толщиной первоначально имеет площади более высокого веса основы, которые определяют зону накопления 58, и более низкого веса основы, которые определяют зону приема 56. Затем абсорбентный элемент 42 каландруется до однородной толщины в области прилегания. Таким образом, более низкая средняя плотность и более низкий средний вес основы на единицу площади зоны приема 56 создается относительно более высокой средней плотности и более высокого среднего веса основы зоны накопления 58. Кроме того, абсорбентная полимерная композиция в виде частиц добавляется в поток волокон, захватывающих воздух до их расположения на пред-форме, чтобы обеспечить однородное распределение полимерной композиции по предварительно сформированному абсорбентному элементу 42.
На фиг. 6 и 7 показан еще один вариант абсорбентной сердцевины изобретения. Абсорбентный впитывающий слой 674 расположен над абсорбентным элементом 642, образуя двуслойную абсорбентную сердцевину. Пример такой абсорбентной сердцевины более подробно обсуждается в вышеуказанном патенте США 4673402, который также включен сюда как ссылка.
Этот абсорбентной впитывающий слой 674 служит для быстрого сбора и временного удержания выброшенных жидкостей и транспортировки таких жидкостей тампонированием из места первоначального контакта в другие части абсорбентного впитывающего слоя 674. Поскольку основная функция абсорбентного впитывающего слоя 674 - принимать жидкости, проходящие через верхнее покрытие 38, и транспортировать такие жидкости в другие области абсорбентного впитывающего слоя 674 и затем в абсорбентный элемент 642. Абсорбентный впитывающий слой может быть свободным от полимерной композиции. Абсорбентный впитывающий слой 674 преимущественно состоит из гидрофильного волокнистого материала. Как вариант абсорбентный впитывающий слой 674 может содержать определенные количества полимерной композиции. Таким образом, абсорбентный впитывающий слой 674 может, например, содержать до 50 мас.% полимерной композиции. В большинстве предпочтительных вариантов абсорбентная впитывающая сердцевина содержит от 0% до 8% по весу своему полимерной композиции. В таких вариантах абсорбентный впитывающий слой 674 содержит химически ужесточенные целлюлозные волокна, как упоминалось ранее.
Абсорбентный приемный слой 674 может быть любой желаемой формы, например, прямоугольным, овальным, вытянутым, асимметричным или в виде песочных часов. Форма абсорбентного впитывающего слоя может определять общую форму подгузника 20. В предпочтительных вариантах изобретения, как показано на фиг.6, абсорбентный впитывающий слой имеет форму песочных часов.
Абсорбентный элемент 642 изобретения не обязательно должен иметь тот же размер, что и абсорбентный впитывающий слой 674, и его площадь верхней поверхности может быть меньше или больше площади верхней поверхности абсорбентного впитывающего слоя 674. Как показано на фиг.6, абсорбентный элемент 642 меньше абсорбентного впитывающего слоя 674 и его площадь верхней поверхности составляет от 0,25 до 1,0 единицы площади абсорбентного впитывающего слоя 674. Более предпочтительно площадь верхней поверхности абсорбентного элемента 642 составляет 0,25 - 0,75 единиц, а еще лучше 0,3 - 0,5 единиц площади абсорбентного впитывающего слоя 674. В альтернативном варианте абсорбентный впитывающий слой 674 меньше абсорбентного элемента 642 и его площадь верхней поверхности составляет 0,25 - 0,1, лучше - 0,3 - 0,95 единиц площади абсорбентного элемента 642. В этом альтернативном варианте абсорбентной впитывающий слой 642 предпочтительно включает химически ужесточенные целлюлозные волокна.
Абсорбентный элемент 642 предпочтительно располагается в определенной позиционной связи относительно нижнего покрытия 40 и/или абсорбентного впитывающего слоя 674 в подгузнике или другом абсорбентном изделия. Более конкретно, абсорбентный элемент 642 располагается по направлению к передней части подгузника, так что полимерная композиция имеет наиболее эффективное местоположение для приема удерживания выброшенных жидкостей из абсорбентного впитывающего слоя 674.
Переднее расположение абсорбентного элемента 642 может определяться нахождением процента всей полимерной композиции, которая располагается впереди определенных точек по длине подгузника или другого абсорбентного изделия. Таким образом, в соответствии с изобретением абсорбентный элемент 642 располагается относительно нижнего покрытия и/или абсорбентного впитывающего слоя 674 таким образом, что (1) по меньшей мере около 75% всей полимерной композиции в абсорбентном элементе 642 находится в передней 2/3 части подгузника иди другого абсорбентного изделия и (2) по меньшей мере около 55% всей полимерной композиции в абсорбентном элементе 642 находится в передней половине подгузника или другого абсорбентного изделия. Более конкретно, абсорбентный элемент 642 расположен по отношению к нижнему покрытию 38 и/или абсорбентному впитывающему слою 674 таким образом, что по меньшей мере около 90% всей полимерной композиции в абсорбентном элементе 642 находятся в передних 2/3 и по меньшей мере около 60% всей полимерной композиции находится в передней половине подгузника или другого абсорбентного изделия. (Для целей настоящего изобретения "части" подгузника или другого абсорбентного изделия можно определить ссылкой на площадь верхней поверхности развернутого подгузника 20 или абсорбентного изделия, находящуюся напротив данной точки на линии, которая определяет длину подгузника 20 или абсорбентного изделия).
Абсорбентный элемент 642 двуслойной абсорбентной сердцевины может быть любой желаемой формы, совместимой с удобным прилеганием, включающей, например, круглую, прямоугольную, трапециевидную, вытянутую, овальную, в виде песочных часов или собачей косточки. При желании этот абсорбентный элемент может быть обернут в конверт из ткани с высокой прочностью в намоченном виде, такую, как папиросная бумага или синтетический пористый (нетканый) материал, чтобы свести к минимуму потенциал выхода частиц полимерной композиции из абсорбентного элемента 642. Другая цель такой обертки заключается в том, чтобы увеличить внутреннюю целостность двуслойной абсорбентной сердцевины. Такая ткань может фактически приклеиваться к абсорбентному элементу 642. Подходящим средством для проведения этой операции является процедура распыления клеящего вещества, описанная в патенте США 4573986, выданном Minetola Tucher 4 марта 1986 г., который включен сюда как ссылка.
В предпочтительных вариантах, как показано на фиг.6, абсорбентный элемент 642 имеет удлиненную форму. В наиболее предпочтительных вариантах удлиненный абсорбентный элемент 642 обернут тканью с напылением клея.
На фиг. 8 показан еще один альтернативный вариант абсорбентной сердцевины, включающей абсорбентный элемент 842 изобретения. Абсорбентный элемент 842 имеет асимметричную форму (т.е. он не симметричен относительно своей поперечной центральной линии). Кроме того, величины плотности и веса основы областей выступов 860 и 862 и задней секции 848 отличны от величин зоны накопления 858, расположенной в центральной части 864 по причине способа изготовления абсорбентного элемента 842. Выступы 860 и 862 и задняя секция 848 предпочтительно выполнены с меньшим весом основы, чем зона накопления 858 центральной части 864, поскольку лишний материал в этом варианте не дает значительных преимуществ в защите от протечек, так что стоимость такого абсорбентного элемента ниже. Абсорбентный элемент 842 каландруется до однородной толщины; зона накопления 858 центральной части 864 поэтому имеет большую среднюю плотность, чем задняя секция 848 и выступы 860 и 862. (Следует понимать, что все части задней секции 848 и выступы 860 и 862 могут также каландроваться до меньшей толщины, чем центральная часть 864, так что они имеют одинаковую или большую среднюю плотность, чем зона накопления 858). Далее, как показано на фиг.8, задняя секция 848 преимущественно имеет выступы, хотя они не обязательны.
Зона приема 856 абсорбентного элемента 842 имеет форму воронки. Форма воронки определяется треугольной частью 884 в комбинации с основной или прямоугольной частью 886. Треугольная часть 884 особенно эффективна в абсорбции жидкостей, выброшенных поциентом-мужчиной, а основа 886 эффективна при ношении женщиной. Чтобы не закрыть основу 884 зоны приема 856 во время изготовления или использования, основа 884 должна иметь минимальную ширину по меньшей мере около 3/8 дюйма для волокнистого материала, используемого здесь. Форма зоны приема 856 может также разной в зависимости от пола пациента, так что для мужчины предпочтительна только треугольная часть 884.
На фиг. 9 показан еще один вариант изобретения, в котором абсорбентная сердцевина 942 может включать слоистую матрицу из волокнистого материала и частиц 900 полимерной композиции изобретения. Абсорбентный элемент 942, таким образом, включает зону накопления 958 (обозначенную пунктирными линиями), и слой пыления 902 (впитывающий), распределяющий слой. Зона накопления 958 предпочтительно располагается только в передней секции 860 абсорбентного элемента 942, так что задняя секция 948 не содержит зоны накопления 958 (т. е. задняя секция 48 не содержит смеси волокнистого материала и полимерной композиции). Эта конфигурация и экономит в затратах, и обеспечивает преимущество вытекания в конце абсорбентного элемента 942. Кроме того, и зона накопления 958, и зона приема 956 не включают всю толщину абсорбентного элемента 942, а только часть (предпочтительно между 25% и 95%, более предпочтительно 75 и 95%) всей толщины абсорбентного элемента 942. Таким образом, слой пыления 902 относительно тоньше по толщине, чем зона приема 956 и зона накопления 958 абсорбентного элемента 942, и формируется по меньшей мере из части толщины абсорбентного элемента 942, не включающей зоны приема 956 и зоны накопления 958; более предпочтительно, чтобы слой пыления 902 также формировался из задней секции 48 абсорбентного элемента 942. В показанном варианте и зона приема 956, и слой пыления 902 преимущественно состоят из гидрофильного волокнистого материала с ограниченными количествами в нем полимерной композиции (от 0% до 2%). Далее зона приема 956 и слой пыления 902 выполнены из тех же материалов и имеют ту же плотность и вес основы, чтобы абсорбентный элемент 942 имел зону приема, окружающую зону накопления 958.
Жидкости из тела, которые попадают на зону приема 956, будут быстро забираться абсорбентным элементом 942, откуда они либо транспортируются в зону накопления 958 и зону приема 956 по их поверхности раздела, либо тампонируются или втягиваются под тяжестью в слой пыления 902, откуда жидкости быстро тампонируются из точки первоначального контакта в зоне приема 956 к другим частям слоя пыления 902, где капиллярная разница между слоем пыления 902 и зоной накопления 958 заставляет жидкость уходить в зону накопления 958. Таким образом, чем большая площадь капиллярных градиентов существует между зоной накопления 958 и другими частями абсорбентного элемента 942, такими, как зона накопления 958, тем более эффективно используются частицы 900 полимерной композиции. Так, хотя зона приема 958 и слой пыления 902 могут иметь разные характеристики и конструкции и сделаны из разных материалов с разной плотностью с частицами полимерного материала в каждом из них, желательно, чтобы зона приема 956 и слой пыления 902 состояли из одного материала, с той же плотностью и без частиц полимерной композиции в нем, чтобы жидкости могли быстро тампонироваться в абсорбентный элемент 942 и через него.
Абсорбентный элемент 942 этого альтернативного варианта изготавливается способами и устройством, раскрытыми в патенте США 4888231, озаглавленном "Абсортентные вкладки со слоем пыления", который выдан John J. Angstadt 19 сентября 1989 г. и который включается сюда как ссылка. Таким образом, абсорбентный элемент 942 выполняется воздушным прослаиванием слоя только волокнистого материала на профилированной абсорбентной предварительно выполненной форме элемента с тем, чтобы сформировать то, что будет слоем пыления 902 и зоной приема 956. Затем на слой пыления накладывается зона накопления 958 и абсорбентный элемент каландруется до однородной толщины.
На фиг. 10 показан перспективный вид варианта подгузника изобретения, в котором абсорбентный элемент 942 фиг.9 заключен между верхним слоем 1002 и нижним 1004 и образует одноразовый подгузник 1000. Абсорбентный элемент 942 располагается так, чтобы слой пыления 902 прилегал к нижнему слою 1004, так чтобы абсорбентный элемент 942 мог функционировать как описано выше. Хотя это и нежелательно, зона накопления 958 может располагаться рядом с нижним слоем 1004, так чтобы слой пыления 902 функционировал как слой распределения (впитывания жидкости, а зона накопления как нижний слой накопления жидкости, такой, как структура, описанная в патенте США 4673402.
На фиг. 11 показан еще вариант изобретения, в котором зона приема 1156 (показанная пунктирной линией) имеет форму "лисьей морды". (Называется так, потому что напоминает передний профиль головы лисы). Как уже говорилось раньше, треугольная зона приема особенно эффективна для мужчин. Однако она не очень годится для женщин. Оптимальной формой для зоны приема для женщин является форма в виде лисьей морды, показанная на фиг.11. Эта конфигурация увеличивает периметр поверхности раздела между зоной приема 1156 и зоной накопления 1158. Кроме того, эта форма располагается дальше от переднего конца абсорбентного элемента 1142, чем треугольная зона приема, используема для мужчин, с тем чтобы помещаться как можно ближе к точке выброса из-за анатомической разницы между мужчинами и женщинами. Таким образом, зона приема в виде лисьей морды улучает распределение жидкости для женщин.
Еще один вариант абсорбентных элементов включает изменение размера пор волокон без необходимости менять плотность волокон, чтобы сформировать зону приема и зону накопления. Например, можно с преимуществом использовать размеры мелких волокон бумажной пыли твердой древесины заменой их по меньшей мере на 50%, а лучше на 80 - 100% волокнами бумажной пыли твердой древесины приблизительно той же плотности, что и волокна бумажной пыли мягкой древесины с меньшей плотностью для волокон мягкой древесины в зоне накопления. Это делается, поскольку бумажная пыль твердой древесины имеет меньший размер пор, чем материал бумажной пыли мягкой древесины. Как результат, капиллярная разница будет все еще иметь место в объеме изобретения, даже если плотность каждой зоны одинакова. Так, например, абсорбентный элемент можно получить из использования в основном пульпы мягкой древесины с мелкопористой структурой, чтобы определить зону приема, и в основном пульпу бумажной пыли твердой древесины, чтобы определить зону накопления.
В использовании подгузник 20 надевается, располагая заднюю поясную часть 24 на спине, остальная часть подгузника проводится между ногами, и передняя поясная часть 22 накладывается на живот пациента. Затем язычковые ленточные застежки 46 крепятся к наружным частям подгузника 20.
Поскольку абсорбентные полимерные композиции в виде частиц, а следовательно, и абсорбентные элементы изобретения обладают высокой абсорбентной способностью к менструальным жидкостям, а также к моче, такие структуры, даже если они определяются для забора синтетической мочи, абсолютно пригодны для использования в гигиенических салфетках.
На фиг.17 показан альтернативный вариант изобретения, в котором одноразовым абсорбентным изделием является гигиеническая салфетка 1720, предназначенная для приема и содержания вагинальных выбросов, таких, как менструальные выделения. Одноразовые гигиенические салфетки предназначены для прилегания к телу с помощью одежды, такой, как нижнее белье или трусики или специально предназначенный пояс. Примеры гигиенических салфеток, которые легко использовать, показаны в патенте США 4687478, с названием "Формованная гигиеническая салфетка с загибами", выданном Kees J.Van Tilbury 18 августа 1987 г., в патенте США 4589876 с названием "Гигиеническая салфетка", выданном K. J. Van Tilbury 20 мая 1986 г. , патенте США 4681578 с названием "Прокладка с вентиляцией", который выдан A.B. Anderson, Sherry L.Brandt 21 июля 1987 г., и патенте США 4690680 с названием "Средство адгезивного крепления для абсорбентных изделий", который выдан Maurren L.Higgins 1 сентября 1987 г. Каждый из этих пациентов включается сюда как ссылка. Из следующего описания очевидно, что абсорбентные полимерные композиции в виде частиц и абсорбентные элементы, описанные здесь, могут использоваться в качестве абсорбентных сердцевин таких гигиенических салфеток. С другой стороны, надо понимать, что изобретение не ограничивается до какой-либо конкретной структуры или конфигурации гигиенической салфетки.
Фиг.17 - план гигиенической салфетки 1720 до того, как она помещается на белье носителя. Как видно из чертежа, предпочтительная конструкция гигиенической салфетки включает верхнее покрытие, проницаемое для жидкости 1726, абсорбентную сердцевину 1728, нижнее покрытие, непроницаемое для жидкости 1730, и систему застежек 1724 для крепления гигиенической салфетки 1720 к белью носителя. Хотя верхнее покрытие 1726, абсорбентная сердцевина 1728 и нижнее покрытие 1730 могут собираться во множество хорошо известных конфигураций, предпочтительная форма гигиенической салфетки показана и описана в вышеуказанном патенте США 4687478, в котором гигиеническая салфетка имеет дополнительно расширения 1732 и 1732.
На фиг.17 показан предпочтительный вариант гигиенической салфетки 1720, в которой верхнее покрытие 1726 и нижнее 1730 растягиваются вместе, и их размеры длины и ширины несколько больше размеров абсорбентой сердцевины 1728 и образуют расширения 1732 и 1732. Верхнее покрытие 1726 соединяется и накладывается на нижнее 1730 и образует окружность гигиенической салфетки 1720. У салфетки имеется внутренняя поверхность 1734 и наружная 1736. В общем наружная поверхность 1736 проходит от одного торцевого края 1738 к другому торцевому краю 1738 и от одного продольного края 1740 к другому 1740 и является поверхностью, наиболее далекой от носителя во время использования салфетки 1720, и предназначена прилегать к нижнему белью носителя. Когда используется нижняя сторона 1730, она обычно образует наружную поверхность 736. Внутренняя поверхность 1734 - поверхность, обращенная к наружной поверхности 736 и выполнена с помощью верхнего покрытия 1726. Внутренняя поверхность 734 совмещена с наружной 1736 и большей частью контактирует с носителем в использовании салфетки 1720.
В данном варианте салфетки на фиг.17 система застежки 1724 включает элемент прилегания 1742, расположенный на наружной поверхности 1736 гигиенической салфетки 1720 и защитную наклейку (не показана), которая схемным образом наклеивается наклейка элемента крепления 1742.
Поскольку предпочтительный вариант гигиенической салфетки 1720 изобретения включает расширения 1732 и 1732, элемент застежки 1746 расширения также имеется на одном или обоих расширениях 1732 и 1732, чтобы поддерживать их в определенном положении, после того как части 1732 и 1732 загибаются вокруг края влагалищной части трусиков. Защитная наклейка (не показана) также клеится на каждый элемент крепления 1746 расширения (для загиба), чтобы предохранить клей до использования гигиенической салфетки 1720, защитная наклейка удаляется и расширение загибается вокруг края влагалищной части трусиков.
Верхнее покрытие 1726 может включать любой из материалов, оговоренный в связи с подгузниками. В предпочтительном варианте верхнее покрытие 1726 предпочтительно включает сформованную термопластичную пленку, такую, как описана в патенте США 4342314 с названием "Эластичная пластичная ткань, демонстрирующая свойства волокон", который выдан Ceijjord J.Raddel u Hygh A. Jhompson 3 августа 1982 г., и патенте США 4463045 с названием "Трехразмерная пластическая ткань с макроскопическим расширением, не блестящей поверхностью и осязаемой выпуклостью имеющей форму влагалища", который выдан Nicholas A. Ahr. Willifm I. Millam, Jr. u Willim R. Qellette 31 июля 1984 г., патенты включены сюда как ссылки.
Нижнее покрытие 1730 может включать любой из материалов для этого, который рассматривался в связи с подгузниками. Нижнее покрытие предпочтительно включает полиэтиленовую пленку.
Абсорбентная сердцевина 1728 располагается между верхним 1726 и нижним 1730 покрытиями и может включать любой из абсорбентных элементов изобретения или только абсорбентные полимерные композиции изобретения. В альтернативном варианте гигиенической салфетки 1726 абсорбентная сердцевина 728 включает лиминат (слоистый абсорбентный элемент), как описано здесь.
В использовании гигиеническая салфетка 1720 крепится на внутреннюю влагалищную часть трусиков адгезивной стороной салфетки 1720 к влагалищной части трусов. Таким образом, белье служит как бы площадкой для системы крепления 1724. Защитная наклейка удаляется с элемента крепления 1742 и гигиеническая салфетка 1720 крепится в позицию прижатием открытого адгезивного крепления 1742 плотно к материалу влагалищной части трусов.
Синтетическая моча.
Специфическая синтетическая моча, используемая в способах испытаний изобретения, называется синтетической мочой. Синтетическая моча известна как Jayco Syn Vrine и доступна от Jayco Pharmaceuticalis Company og Camp Hill, Pennsylianic. Формула синтетической мочи такова: 2,0 г/л KCl; 2,0 г/л Na2O4; 0,85 г/л /NH4/H2PO4; 0,15 г/л /NH4/2HPO4; 0,19 г/л CaCl2 и 0,23г/л MgCl2. Все химикаты - реагентного характера. pH синтетической мочи в пределах 6,0-6,4.
Способы испытания.
А. Нарезка и просеивание образцов. Для испытания отобранных образцов полимерных композиций, делаются специфические "нарезы" образцов. Специфическая нарезка, выбранная для испытаний здесь - образец от около 300 мкм (стандартное сито # 50) до около 850 мкм (стандартное сито # 20). Таким образом, образцы, предназначенные для испытаний, обозначены как нарезка 20/50. Чтобы получить очищенную на песочнице и просеянную 20/50 нарезку, образец или множество частиц очищается и затем просеивается через определенное число экранов с уменьшением отверстий.
40 г полимерной композиции делится на восемь приблизительно равных фракций. Образец очищается в соответствии с инструкциями изготовителя с помощью вращаемого микрорифлера модель RR-4 от Qnantachrome Co og Syosett, N 4.
Однако из этих фракций затем передается на штатив с ситами, который включает, начиная с верху, сито стандарта # 20 (850 мкм), сито стандарта # 50 (300 мкм) и поддон. Очищенная фракция просеивается по инструкции изготовителя с помощью вибрационного шейкера 3-дюймового, модель SS-5. Шейкер, сито стандарта # 20, # 50 и поддон можно получить от Gilson Compfny Inc. og Worthington, OH. Очищенная фракция встряхивается 3 мин приблизительно со скоростью 2100 вибраций в минуту ("6" на шкале прибора), чтобы получить образец с диапазоном размера частиц от 300 до 850 мкм, то есть образец, состоящий из частиц, которые проходят через сито в 20 меш. (# 20 сито) и остаются на сите в 50 меш. (сито # 50), здесь упоминаются как образец нарезки 20/50.
В. Скорость набухания. Образец нарезки 20/50 полимерной композиции помещается в испытательную трубку, к нему добавляется определенное количество синтетической мочи и измеряется время, необходимое для поглощения синтетической мочи. Скорость поглощения жидкости образцом определяет скорость набухания. Скорость набухания образца является мерой средней скорости впитывания жидкости образцом нарезки 20/50 до 28 г на грамм нагрузки в присутствии условий потенциального геле-блокирования. Если гелевая масса расширяется вверх в жидкости в трубке, высота слоя геля увеличивается. Для полимерных композиций, особенно склонных к блокированию гелем, оно достигает точки, при которой проницаемость гелевого слоя ограничивает набухание внутренних гелевых частиц. То есть скорость, при которой жидкость может проникать и двигаться через слой, меньше скорости, при которой жидкость может диффузировать в частицы. Для полимерных композиций со свойствами минимального блокирования гелем этот способ дает результаты, на которые не влияют такие свойства.
Следующая процедура проводится в стандартных лабораторных условиях при 23oC (73oF) и 50%-ной относительной влажности. С использованием стандартных трехзначных весов взвешивается 0,358 г плюс или минус 0,001 г образца полимерной композиции нарезки 20/50 и помещается на дно стандартной диаметром в 16 мм испытательной трубки от Fisher Scientigic Co, of Pittsburn P.A. 10,0 мл синтетической мочи добавляется к вертикально испытательной трубке, одновременно включая хронометр. Хронометр останавливается в тот момент, когда поднимающаяся гелевая масса набухающей полимерной композиции достигает дна мениска синтетической мочи с испытательной трубке. Скорость набухания (сн) полимерной композиции рассчитывается следующим образом: сн = (количество синтетической мочи на грамм полимерной композиции, добавленной к образцу, в этом случае величина - 28), деленное на (время в секундах). Величина скорости набухания здесь является средней скоростью набухания трех образцов.
Надо сказать, что скорость набухания полимерных композиций различных нагрузок (не только нагрузок 28X) можно определять изменением количества синтетической мочи, добавленной к образцу нарезки 20/50. Например, скорость набухания 15X можно рассчитать добавлением 5,36 мл синтетической мочи к 0,358 г образцу.
C. Давление гелевого расширения. Образец нарезки 20/50 полимерной композиции помещался в специальное устройство давления гелевого расширения и контактировал с определенным количеством синтетической мочи. Общая сила, осуществляемая набухшей гелевой массой образца, измерялась устройством, которое затем преобразовало в цифры давление гелевого расширения.
Вид сбоку устройства, используемого для измерения давления гелевого расширения полимерных композиций изобретения, показан на фиг.13. Устройство обычно включает испытательный стенд 1810, ступенчатую площадку 1812, ступень 1814, пластину, охватывающую образец 1816, держатель образца 1818, ячейку поглощения 1820, компрессионную лампу 1822 и измеритель силы 1824.
Испытательный стенд 1810 включат основание 1826, колонну 1828, закрепленную на основании 1826, двигающуюся испытательную платформу 1830, прикрепленную к колонне 1828, и консоль для измерителя 1832, прикрепленную к колонке 1828 выше испытательной площадки 1830. Испытательная площадка 1830 работает по рычаговой системе с помощью зубчатой рейки и зубчатого колеса.
Как показано на фиг. 18, рычаговая система включает рейку 1834, рычаг 1836 и блокирующий винт 1838. Испытательный стенд представляет собой стенд Ametek Model "RP"ML - 3656 от Crown Tool & Suppy Co. of Solon. OH.
Ступенчатая площадка 1812, как показано на фиг. 18a и 18b, включает пластину 1840 3•3 дюйма с двумя отверстиями для винтов 1842, рассверленными в пластине на расстоянии 7/16 дюйма от первого края 1844 пластины 1840 с центрами, расположенными на расстоянии одного дюйма от противоположных вторых сторон 1846 пластины 1840. Опорный стержень 1848 длиной 1/2 дюйма и 1/4 дюйма в диаметре крепится ко дну пластины 1840. Ступенчатая площадка 1812 выполнена из алюминия.
Ступень 1814 крепится к ступенчатой площадке 1812 винтами через отверстия 1842. Ступень 1814 обеспечивает контроль движения микроскопического типа. Таким образом, ступень 1814 снабжена приблизительной регулировкой, точной регулировкой и установочным винтом 1854. Ступень 1814 представляет собой Precisionn Platform Stage Movement # I3608 от Edmund Scientific Co of Barringtom, N.I.
Пластина, охватывающая образец 1816 на фиг. 18c, включает v-образный элемент, выполненный из прямоугольного элемента 90 мм на 60 мм. Ножки 1856 "v" каждая приблизительно 25 мм на 60 мм с основанием 1958 приблизительно 40 мм на 10 мм, так что отверстие в "v" составляет приблизительно 40 мм на 50 мм. В пластине выравнивания образца рассверливаются четыре винтовых отверстия 1860 диаметром 3,5 мм на расстоянии 20 мм от боковых краев 1862 и 5 мм от торцевых краев 1864. Пластина выравнивания образца 1816 выполнена из материала LEXAQN 1/4 дюйма. Пластина, охватывающая образец 1816, крепится к верху ступени 1814 через отверстия винтами.
Держатель образца 1818 съемно удерживает 1816 в отверстии "v". Держатель образца 1818 показан на фиг.18d и 18e. Держатель образца 1818 выполнен из блока шириной 40 мм на 49 мм длиной и 38 мм высотой. В держателе образца 1818 выполнено центральное цилиндрическое отверстие 1866 диаметром 25 мм и длиной 25 мм.
Абсорбционная ячейка 1820 съемным образом крепится в держателе образца 1818 помещением ее в центральное цилиндрическое отверстие 1866. Абсорбционная ячейка 1820 должна иметь внутренний диаметр 23 мм. Абсорбционная ячейка 1820 представляет собой Standart Absorption Cell # 07-102 от Fisher Scientific of Pittsburg, PA.
Измеритель силы 1824 крепится к консоли 1822 испытательного стенда 1810. Измеритель силы 1824 представляет собой инвертированный счетчик Aceuforce Cadet 0-500 г Gaufe AFC-1, RC-232 # ML-5801-4 от Grown Tool & Supply Co of Solon, OH.
Компрессионная лапа 1822, как показано на фиг. 18g и 18f, крепится к измерителю силы 1824. Компрессионная лапа 1832 включает основание лапы 1868 и стойку 1870. Основание 1868 выполнено из циркулярной пластины диаметром 20,5 мм и толщиной 2,5 мм. Стойка 1870 представляет собой стержень диаметром 6,5 мм и высотой 80 мм. Отверстие для крепления измерителя 1872 длиной приблизительно 1/2 дюйма и со внутренней нарезкой 10 - 32 находится в конце стержня 1870 напротив основания лапы 1868 для крепления компрессионной лапы 1822 к измерителю силы 1824. Компрессионная лапа 1822 выполнена из алюминия.
На испытательном стенде может также использоваться осветительный прибор (не показан). Иллюминатор представляет собой иллюминатор из оптического волокна #-09745-00 от Cole-Parmer of Chicago, I.L.
В стандартных лабораторных условиях при 25oC (73oF) и 50%-ной относительной влажности проводится следующая процедура. Используя стандартные трехзначные весы, отвешивается 0,358 г плюс или минус 0,001 г образца полимерной композиции с нарезкой 20/50 и помещается в абсорбционную ячейку 1820. К образцу добавляется 10,0 мл синтетической мочи (нагрузка 28X). Абсорбционная ячейка 1820 помещается в держатель образца 1818, который вкладывается в пластину, охватывающую образец 1816 на испытательном стенде 1810. Иллюминатор включается. С использованием рычага 1836 на испытательной пластформе 1830 испытательного стенда 1810 образец поднимается до тех пор, пока компрессионная лапа не будет почти касаться жидкости. Используя приблизительную /точную регулировку 1850 и 1852 на ступени 1814, образец поднимается до тех пор, пока уровень жидкости не сравняется с верхней частью основания лапы 1868 компрессионной лапы 1822. Это достигается визированием через верхнюю часть основания лапы 1868. Жидкость, которая находится на стенке абсорбционной ячейки, благодаря поверхностному натяжению будет выглядеть в виде белой полосы. При поднимании образца эта полоса будет двигаться ближе к основанию лапы 1868 и постепенно блокировать серебристый цвет основания лапы 1868. Когда белая полоса будет выше верхней части основания лапы 1868, появится серебряная полоса. В этот момент образец опускается до тех пор, пока не исчезнет серебряная полоса. Когда гелевая масса достигает основания лапы 1868, таймер устанавливается на 30 мин и включается. Таймер - Desktop Dual Timer # N -08610-14 от Cole - Parmer, Chicago, I.L. После 30 мин с измерителя силы 1824 регистрируется сила в граммах. (Пиковая сила также может регистрироваться). Давление гелевого расширения (дгр) в динах на см2 рассчитывается следующим образом: ДГР = (сила при 30 мин в граммах), умноженная на (981 дину на грамм) и деленное на (3,14 см2, где 3,14 см2 - площадь основания лапы 1868). Процедура повторяется для двух дополнительных образцов. Давление гелевого расширения полимерной композиции представляет собой среднюю из трех величин дгр, полученных выше.
Надо сказать, что давление гелевого расширения полимерных композиций при различных нагрузках (не только нагрузках 28Х) можно определить изменением количества синтетической мочи, добавленной к образцу нагрузки 20/50. Например, давление гелевого расширения 15X можно рассчитать добавлением 5,36 мл синтетической мочи к образцу 0,358 грамма.
D. Абсорбционная способность. Полимерная композиция помещается в "чайный пакетик", погружается в избыток синтетической мочи на определенный период времени и затем центрифугируется в течение определенного времени. Соотношение окончательного веса полимерной композиции после центрифугирования минус первоначальный вес (общее количество впитанной жидкости) к первоначальному весу определяет абсорбционную способность.
В стандартных лабораторных условиях при 23oC (73oF) и 50%-ной относительной влажности проводится следующая процедура. С использованием режущей матрицы 6•12 см материал чайного пакетика нарезается, сворачивается пополам и заваривается вдоль сторон и получается квадратный чайный пакетик 6•6см. Используемый материал для чайных пакетов представляет собой марку 1234, свариваемый теплом, от Dexter, Division of the Dexter Corp., Windsor Locks, Connecticut, USA или эквивалентный материал. При желании сохранить мелкие частицы следует использовать материал с меньшей пористостью. 0,200 г плюс или минус 0,005 г полимерной композиции отвешивается на бумагу и переносится в чайный мешочек, и верх (открытый конец) мешочка заваривается. Пустой чайный мешочек заваривается вверху и используется как стандарт. Приблизительно 300 мл синтетической мочи заливается в 1,000 миллилитровую мензурку. Пустой чайный мешочек погружается в синтетическую мочу. Мешочек с полимерной композицией (образец) держится горизонтально для однородного распределения материала по мешочку. Затем он кладется на поверхность синтетической мочи. Мешочек намокает не более одной минуты и затем полностью погружается и намокает 60 мин. Приблизительно 2 мин спустя после погружения первого образца второй комплект мешочков, подготовленных идентично первому комплексу пустых и с образцами мешочков, погружается и намокает 60 мин таким же образом. По прошествии этого времени для каждого комплекта мешочки быстро вынимаются (с использованием пинцета) из синтетической мочи. Затем образцы центрифугируются, как описано выше. Используемой центрифугой является Delux Dynac II Centrifuge Fisher модель 05-100-26 от Fisher Scientific Co of Pittsburg, P. A. или ее эквивалент. Центрифуга снабжена тахометром считывания и электрическим тормозом. Кроме того, центрифуга имеет цилиндрическую вкладную корзину с высотой наружной стенки приблизительно 2,5 дюйма (6,35 см), наружным диаметром 8435 дюйма (21,425 см), внутренним диаметром 7,935 дюйма (20,155 см) и 9 рядов круглых отверстий диаметром 106 3/32 дюйма (0,238 см), равномерно распределенных по окружности наружной стенки, дно корзины также имеет шесть круглых дренажных отверстий диаметром 1/4 дюйма (0,635 см), равномерно распределенных по площади на расстоянии 1/2 дюйма (1,27 см) от внутренней поверхности наружной стенки к центру дренажных отверстий. Корзина крепится в центрифуге для вращения и торможения в унисон с центрифугой. Мешочки с образцами кладутся в корзину свернутым концом мешочка в направлении к оси вращения для абсорбции первоначальной силы. Пустые мешочки помещаются с других сторон мешочков с образцами. Мешочки с образцами второго комплекта должны помещаться напротив мешочков с образцами первого комплекта; пустые мешочки второго комплекта помещаются напротив пустых мешочков первого комплекта, чтобы сбалансировать центрифугу. Центрифуга включается и быстро набирает стабильную скорость 1,500 оборотов в минуту. С момента установки такой скорости таймер включается на 3 мин. После 3 мин центрифуга отключается и тормозится. Первый мешочек с образцом и первый пустой мешочек удаляются и отдельно взвешиваются. Процедура повторяется для вторых мешочков. Абсорбционная способность для каждого из образцов рассчитывается следующим образом: ас= (вес мешочка с образцом после центрифуги минус вес пустого мешочка после центрифуги минус сухой вес полимерной композиции (деленный на вес/сухой полимерной композиции). Величина абсорбционной способности здесь является средней абсорбционной способностью двух образцов.
E. Измерение площади поверхности по BET на единицу массы. Специфическая площадь поверхности на единицу массы (м2/г) полимерной композиции определяется с использованием метода газовой абсорбции по Brunaner-Emmet-Teller (BET). Этот метод включает абсорбцию монослоя газа (криптон) на образце полимерной композиции с известной массой при температурах жидкого азота. Адсорбированный криптон затем десорбируется при подъеме температуры образца (термальная десорбция) и обнаруживается дедектором теплопроводимости (ДТП), выход которого соединен с интегрирующим записывающим устройством. Таким образом узнается пиковая площадь десорбированного криптона. Повторяющиеся пики десорбции записываются для каждого образца. После анализа образца определяется реакция прибора подготовкой кривой калибрования. Известные количества азота (99,99%+) закачиваются в систему, и реакция прибора записывается через интегрирующее записывающее устройство. Анализ линейной регрессии реакции прибора (пиковая область) против закаченного количества образца дает кривую калибрации. Эта информация затем используется для определения специфической площади различных образцов с использованием одномоментного расчета по BET.
Специфическое оборудование, используемое для этих анализов, можно получить от Quantochrome Corpiration (Syosset, N4), и оно состоит из дегазирующей установки Quantector и блока анализа образца Quantosorb. Это оборудование используется, как описано в инструкциях к нему, которые включены сюда как ссылки. Используемая абсорбатная газовая смесь представляет собой 10%-ный криптон в гелии. (Эту газовую смесь получают от Alphagaz с подтверждением ее концентрации, так что газ используется без дальнейшего анализа).
3. 0 г плюс или минус 0,01 г взвешиваются в стеклянной ампуле устройства. Затем стеклянная ампула с образцом помещается в газовый поток аппарата. Образцы дегазируются
минимум 4 ч потоком гелия С 30 мл/мин с использованием Quantector. После дезагации поток газа меняется на 10%-ный криптон в гелий. Стеклянная ампула погружается в жидкий азот и выстаивается до
достижения равновесия. Выводится кривая адсорбции. Адсорбированный криптон затем десорбируется удалением жидкого азота и погружением стеклянной ампулы в теплую водопроводную воду. Адсорбированный
криптон образует кривую десорбции и пиковую величину. Измерения адсорбции/десорбции повторяются на каждом образце. Общая площадь поверхности образца рассчитывается следующим образом:
St =(1-P/P0)(A/Ac)Vc((NAcsPa)/RT)
где P равно частичному давлению абсорбента; P0 равно налущенному давлению абсорбента
(2,63 мм Hg) для криптона); A равно сигнальной площади; Ac равно площади калибрации; Vc равно объему калибрации (см3); N равно числу 6,02•1023 Авогадро: Ac5 равно площади поперечного сечения молекулы абсорбата в квадратных метрах, что для криптона составляет 20,5•10-20 м2; Pa
равняется давлению окружающей среды (атм); R равно постоянной газа 82,1 cc атм/Ko моль; и T равно температуре объема калибрации (окр. среды в Ko). Для преобразования объема
калибрации азота в криптон используется связь Vkr = 0,762 VN2. Построением схемы калибрации реакция аппарата (пиковая область) относительно закачанного объема можно определить
Vc и A=Ac. При 25oC и давлении в 1 атмосферу (лабораторные условия окружающей среды) с использованием 10% криптона в гелии связь для площади поверхности становится:
St(m2) = ((A - C)(B)•2,7343,
где A равно площади пика десорбированного образца; B равно наклону кривой калибрации; и C равно y-отрезку кривой калибрации.
Затем эта величина общей площади поверхности делится на массу образца, чтобы получить площадь поверхности к величине массы. Величина площади поверхности к массе для использования здесь является
средней величиной площади поверхности к массе для двух образцов. (Специфика BET калибрации раскрыта в инструкции к аппарату, которая включена сюда как ссылка).
F. Метод определения процентного содержания агломератов. Процент агломерированных частиц в образце полимерной композиции можно определить технологией световой микроскопии при небольшом увеличении (10 х до 60 х). Частица считается агломератом, если она включает в себя более одной исходной частицы. При тщательном рассмотрении отдельных частиц можно отличить агломераты от простых неагломерированных частиц. Агломерированные частицы обычно имеют зазубренные края и много множественных поверхностей, если смотреть под световым микроскопом, в то время как простые неагломерированные частицы обычно гладкие и обладают заметными признаками. Благодаря рассеиванию света вокруг частиц агломерированные частицы более матовые, в то время как простые неагломерированные частицы обычно просвечиваются, если их поверхность не оцарапана.
Образец полимерной композиции нарезки 20/50 анализировался под световым микроскопом. Световым микроскопом был стереоскопический световой микроскоп модель SMZ-2T от Nicon Garden City, New Jersy. После вставки предметного стекла искателя в микроскоп на стекло помещалось около 300 частиц образца нарезки 20/50. При освещении частиц иллюминатором при увеличении 10 x - 60 x наблюдалось около 50 отдельных частиц. Использовался иллюминатор с оптическим волокном от Bausch and Lomb Company, Rchester, New York. Если частица явно представляет собой скопление более мелких отдельных частиц, скрепленных друг с другом, эту частицу можно считать агломератом. Если не ясно, представляет ли частица собой одну или несколько слипшихся, или это явно одна частица, частица считается простой неагломерированной частицей. После тщательного рассмотрения по меньшей мере 50 частиц общее число агломератов делится не общее число сосчитанных частиц и умножается на 100%, чтобы получить величину процентной агломерации на данный образец. На основе мас.% общее число агрегатов отдельно взвешивается на стандартных весах и вес агрегатов делится на общий вес сосчитанных частиц и умножается на 100, чтобы получить величину вес процентной агломерации для данного образца.
G. Стабильность по отношению к жидкости. Цель этого метода - определить стабильность отдельной агломерированной частицы при действии синтетической мочи.
Около 300 частиц образца с нарезкой 20/50 насыпались на стандартное пластиковое предметное стекло микроскопа. Стекло от Fisher Scientific Co, Pittsburgh, PA. Частицы анализировались под световым микроскопом. Использовался стереоскопический световой микроскоп модели SMZ-2T от Nicon, Garden City, New Jersy. Частицы освещались иллюминатором из оптического волокна от Bausch& Lomb, Rochester, New York. Частицы тщательно исследовались с увеличением 10х-60х. Три относительно крупные частицы с исключительными агломератными характеристиками (т.е. включающими множество первоначальных частиц) помещались на отдельные микроскопические стекла. Одно из стекол, содержащее одну агломерированную частицу, помещалось на ступень светового микроскопа. Три капли синтетической мочи добавлялись к краю с высоты 2 мм на агломерированную частицу. Набухание частицы наблюдалось в течение 3 мин. (При необходимости микроскоп может непрерывно фокусироваться, чтобы частицы были в фокусе). При наблюдении за набуханием агломератной частицы следует обратить внимание на небольшие частицы, отрывающиеся от основного агломерата, пластинчатые частицы, отходящие от основного агломерата, расширение частицы только в двухразмерной x-y плоскости с отрывом и отходом от основного агрегата или отдельные частицы, осаждающиеся на поверхности раздела стекло/вода. Частица считается нестабильной, если у агломерированной частицы много оторвавшихся компонентных исходных частиц. После пяти минут применяется рассекающая игла. Это ручной зонд Birch от Fischer Scientific, Pittsburgh, PA. Основную агломерированную частицу (если она еще существует) аккуратно шевелят рассекающей иглой, чтобы определить, отделились ли частицы от основной агломерированной частицы. Рассекающую иглу можно также аккуратно вводить в основной агрегат, чтобы определить, остается ли агломерат целостным. Если агломерат распадается при мягком зондировании или имеется множество оторвавшихся частиц, частица считается нестабильной. После зондирования частицы две капли синтетической мочи добавляются с высоты 1 см непосредственно на разбухшую основную агломерированную частицу. Основная агломерированная частица наблюдалась на предмет дополнительной нестабильности основной агрегированной частицы. Если нестабильность слишком велика, частица считается нестабильной. Если агрегированная частица остается относительно стабильной после каждой испытательной процедуры, она считается стабильной. Испытание повторяется для двух остальных агрегированных частиц.
H. Размер частицы и среднемассовый размер частицы. Распределение размера частицы на основе весового процента образца полимерной композиции объемом в 10 г определялось просеиванием образца через комплект из 19 сит размером от стандарта # 20 (850 мкм до стандарта # 400/38 мкм). Сита являются стандартными ситами от Gilson Company Inc, Worthington, Onio. Процедура проводится на трех штативах с ситами, поскольку оборудование не предусмотрено для установки всех 19 сит одновременно. В первом штативе установлены сита # 20, 25, 30, 35, 40, 45 и 50 плюс поддон; во втором штативе # 60, 70, 80, 100, 120 и 140 плюс поддон; в третьем - # 170, 200, 230, 270, 325 и 400 плюс поддон. Частицы, остающиеся на каждом из этих сит, затем взвешиваются, чтобы определить распределение размера частиц на весовой процентной основе.
Первый штатив с ситами крепится на шейкере и на # 20 сито помещается 10,0 г плюс или минус 0, 01 г образца. Шейкером является вибрационный 3-дюймовый просеивающий шейкер, модель SS-5 от Gilson Company Inc, Worthington, OH. Штатив встряхивается 3 мин с 2100 вибрациями в минуту ("6" на шкале прибора). Поддон удаляется, и штатив откладывается для дальнейшего взвешивания. С использованием мягкой щетки образец, остающийся на поддоне, переносится на взвешивающую бумагу. Второй штатив с ситами крепится на шейкере и образец на взвешивающей бумаге переносится на сите # 60. Второй штатив встряхивается 3 мин с 2100 вибрациями в минуту, образец, остающийся на поддоне, переносится на взвешивающую бумагу и штатив убирается. Третий штатив крепится на шейкер и образец на бумаге переносится на сито # 170. Штатив также встряхивается с той же продолжительностью. Мягкой кисточкой содержимое каждого сита переносится на тарированную взвешивающую бумагу. Образец взвешивается на стандартных трехзначных весах, и вес образца на определенном сите записывается. Этот этап повторяется с использованием свежей взвешивающей бумаги для каждого образца, для каждого сита и для образца, остающегося на поддоне после встряхивания третьего штатива с ситами. Метод повторяется для двух дополнительных образцов в 10 г. Средняя величина весов трех образцов на каждое сито определяет среднее распределение размера частиц на весовой процентной основе для каждого размера сита.
Среднемассовый
размер частицы образца в 10 г рассчитывается следующим образом:
где смрч - среднемассовый размер частиц; Mi - вес частиц на определенном сите; и Di - "параметр размера" для определенного сита. Параметр размера Di сита определяется, чтобы обозначить размер (в микронах) следующего сита с более высоким номером. Например, сито со стандартом # 50 имеет параметр размера 355 мкм, который соответствует размеру отверстий в сите стандарта # 45 (следующее сито с более высоким номером). Среднемассовый размер частицы для использования здесь является средней величиной средне-массового размера частицы из трех образцов.
Сравнительный пример 1. Месилка емкостью в 10 л из нержавеющей стали с размерами отверстия 220•240 мм и глубиной 240 мм с двумя лопастями типа Sigma, имеющими диаметр вращения 120 мм, закупоривается крышкой. Готовится водный раствор мономера, состоящий из 37 мас.% мономера. Мономер состоит из 75 моль% акрилата натрия и 25 моль % акриловой кислоты. 5500 г водного раствора мономера загружается в месилку, которая продувается азотом, чтобы удалить остающийся воздух. Затем во вращение включаются обе лопасти со скоростью 46 об/мин, и корпус нагревается пропусканием воды с температурой 35oC. В качестве инициаторов полимеризации добавляются 2,8 г персульфата натрия и 0,14 г L-аскорбиновой кислоты. Полимеризация начинается четыре минуты спустя после добавления инициаторов. Гидрированный гелевый полимер делится на частицы размером около 5 мм в продолжение перемешивания. После начала полимеризации спустя 60 мин крышка с месилки снимается и материал удаляется из месилки. Полученный таким образом гидрированный водный гелевый полимер размазывается на стандартной металлической сетке размером 50 и высушивается горячим воздухом при 150oC 90 мин. Высушенные частицы измельчаются молотковой мельницей и просеиваются через стандартное сито # 20 (850 мкм), чтобы получить частицы, которые проходят через стандартное сито # 20. Средне-массовый размер этих частиц - 405 мкм.
Пример 1. Готовится раствор, состоящий из 24 г метанола и 6,0 г глицерина. Этот раствор подается и смешивается в стандартном химическом стакане с 300 г исходных частиц, полученных в соответствии со сравнительным примером 1. Распределение размера частиц таково, что 75% по весу проходит через стандартное сито # 100 (150 мкм) и остается на стандартном сите # 170 (90 мкм); и 25% по весу проходит через стандарт # 170 (90 мкм). Средне-массовый размер исходных частиц - 84 мкм. Эта смесь перемешивается, пока все исходные частицы не смачиваются раствором (приблизительно 1 мин). Полученная смесь свободно намазывается на блюдо из RYREX и выстаивается не нагретой 5 мин, чтобы дать исходным частицам физически связаться. Затем смесь нагревается в печи с принудительной воздушной циркуляцией при 200oC 45 мин. Полученные частицы выстаиваются и охлаждаются до комнатной температуры. Затем они проталкиваются через стандартное сито # 20 (850 мкм), чтобы ограничить размер более крупных частиц.
Пример 2. Готовится раствор, состоящий из 18,0 г изопропанола, 12,0 г дистиллированной воды и 6,0 г глицерола. Раствор подается и смешивается в стандартном химическом стакане с 300 г исходных частиц, полученных в соответствии со сравнительным примером 1. Распределение размера исходных частиц таково, что 10% по весу проходит через стандартное сито # 20 (850 мкм) и остается на стандарте # 30 (600 мкм), 25% по весу проходит через стандарт # 30 (600 мкм) и остается на стандарте # 40 (425 мкм); 25% по весу проходит через стандарт # 40 (425 мкм) и остается на стандарте # 50 (300 мкм); 30% по весу проходит через стандарт # 50 (300 мкм) и остается на стандарте # 100 (150 мкм); и 10% по весу проходит через стандарт # 100 (150 мкм). Средне-массовый размер исходных частиц - 421 мкм. Эта смесь перемешивается до тех пор, пока все исходные частицы не смочатся раствором (приблизительно 1 мин). Полученная смесь затем свободно намазывается на блюдо из PYREX и выстаивается не нагретой 45 мин, чтобы исходные частицы физически связались. Затем смесь нагревается в печи с принудительной воздушной вентиляцией при 200oC 45 мин. Полученные частицы затем охлаждаются до комнатной температуры выстраиванием. Далее они проталкиваются через стандартное сито # 20 (850 мкм), чтобы ограничить размер более крупных частиц.
Пример 3. Готовится раствор, состоящий из 18,0 г изопропанола, 12,0 г дистиллированной воды и 6,0 г глицерина. Этот раствор подается и смешивается в стандартном химическом стакане с 300 г исходных частиц, полученных в соответствии со сравнительным примером 1. Распределение размера исходных частиц таково, что 50% по весу проходит через стандартное сито # 40 (425 мкм) и остается на стандартном сите # 50 (300 мкм); 30% по весу проходит через стандартное сито # 50 (300 мкм) и остается на стандарте 100 (150 мкм). Средне-массовый размер исходных частиц - 322 мкм. Эта смесь перемешивается до тех пор, пока все исходные частицы не будут смочены раствором (приблизительно 1 мин). Полученная смесь затем свободно намазывается на блюдо из PYREX и выстаивается не нагретой 45 мин, чтобы исходные частицы физически связались. Затем смесь нагревается в печи с принудительной воздушной вентиляцией при 200oC 45 мин. Полученные частицы затем охлаждаются до комнатной температуры выстаиванием. Далее они проталкиваются через стандартное сито 20 (850 мкм), чтобы ограничить размер более крупных частиц.
Пример 4. Готовится раствор, состоящий из 18,0 г изопропанола, 12,0 г дистиллированной воды и 6,0 г глицерола. Этот раствор подается и смешивается в стандартном химическом стакане с 300 г исходных частиц, полученных в соответствии со сравнительным примером 1. Распределение размера частиц таково, что 60% по весу проходит через стандартное сито # 50 (300 мкм) и остаются на стандартном сите # 100 (150 мкм); и 40% по весу пропускаются через стандартное сито # 100 (150 мкм). Средне-массовый размер исходных частиц - 205 мкм. Эта смесь перемешивается, пока все исходные частицы не смачиваются раствором (приблизительно 1 мин). Полученная смесь свободно намазывается на блюдо из PYREX и выстаивается не нагретой 10 мин, чтобы дать исходным частицам физически связаться. Затем смесь нагревается в печи с принудительной воздушной циркуляцией при 200oC 45 мин. Полученные частицы выстаиваются, охлаждаясь до комнатной температуры. Затем они проталкиваются через стандартное сито # 20 (850 мкм), чтобы ограничить размер более крупных частиц.
Пример 5. Готовится раствор, состоящий из 18,0 г изопропанола, 12,0 г дистиллированной воды и 6,0 г глицерола. Этот раствор подается и смешивается в стандартном химическом стакане с 300 г исходных частиц, полученных в соответствии со сравнительным примером 1. Распределение размера частиц таково, что 60% по весу проходит стандартное через сито # 50 (300 мкм) и остается на стандартном сите # 100 (150 мкм); и 40% по весу проходит через стандартное сито # 100 (150 мкм). Средне-массовый размер исходных частиц - 205 мкм. Эта смесь перемешивается до тех пор, пока все исходные частицы не будут смочены раствором (приблизительно 1 мин). Полученная смесь затем свободно намазывается на блюдо из PYREX и выстаивается не нагретой 10 мин, чтобы дать исходным частицам физически связаться. Затем смесь нагревается в печи с принудительной воздушной циркуляцией при 180oC 45 мин. Полученные частицы выстаиваются, охлаждаясь до комнатной температуры. Затем они проталкиваются через стандартное сито # 20 (850 мкм), чтобы ограничивать размер более крупных частиц.
Пример 6. В мешалке 100 ч. объемного образца исходных частиц, полученных в соответствии со сравнительным примером 1, тщательно смешиваются с раствором, содержащим 2 мас. ч. глицерина и 4 мас. ч. воды на 100 мас. ч. исходных частиц. Средне-массовый размер исходных частиц - 405 мкм. 700 г полученной смеси загружается в чашу, погруженную в масляную баню (220oC) и нагревается 80 мин с аккуратным перемешиванием. Полученные частицы проталкиваются проволочную сетку стандартом # 18 (1000 мкм).
Сравнительный пример 2. В мешалке 100 ч. исходных частиц, полученных в соответствии со сравнительным примером 1, смешиваются с раствором, содержащим 0,5 мас. ч. глицерола, 2 мас. ч. воды и 0,5 мас. ч. изопропанола на 100 мас. ч. исходных частиц. Средне-массовый размер исходных частиц 405 мкм. Полученная смесь нагревается в сушилке. Среднее время нахождения в сушилке около 50 мин, и температура материала на выходе сушилки приблизительно 190oC. Полученные частицы проталкиваются через стандартную проволочную сетку # 20 (850 мкм). И в результате он имеет следующее распределение размеров: 0% остается на сите # 20; 0% остается на сите # 25; 0% остается на сите # 30; 0% остается на сите # 35; 0,3% остается на сите # 40; 1,1% остается на сите # 45; 2,2% остается на сите # 50; 4,4% остается на сите # 60; 9,4% остается на сите # 70; 10,9% остается на сите # 80; 10,4% остается на сите # 100; 10,9% остается на сите # 120; 12,6% остается на сите # 140; 5,4% остается на сите # 170; 7,2% остается на сите # 200; 6,3% остается на сите # 230; 6,0% остается на сите # 270; 3,5% остается на сите # 325; 3,3% остается на сите # 400; и 4,7% остается на поддоне сита. Среднемассовый размер частиц - 465 мкм.
Пример 7. Месилка емкостью 10 л из нержавеющей стали с размерами отверстия 220•240 мм и глубиной 240 мм с двумя лопастями типа Sigma, имеющими диаметр вращения 120 мм, закупоривается крышкой. Готовится водный раствор мономера, состояний из 37 мас.% мономера. Мономер состоит из 75 моль % акрилата натрия и 25 моль % акриловой кислоты. 5500 г водного раствора мономера загружается в месилку, которая продувается азотом для удаления оставшегося воздуха. Затем во вращение включается обе лопасти со скоростью 46 об/мин, и корпус нагревается пропусканием воды с температурой 35oC. В качестве инициаторов полимеризации добавляется 2,8 г персульфата натрия и 0,14 г L - аскорбиновой кислоты. Полимеризация начинается спустя примерно четыре минуты после добавления инициаторов. Температурный пик 82oC достигается внутри реакционной системы через 15 мин после добавления инициаторов. Гидрированный гелевый полимер делится на частицы с размером около 5 мм, в то время как перемешивание продолжается. После начала полимеризации спустя 60 мин крышка с месилки снимается и материал удаляется из месилки. Полученный таким образом гидрированный водный гелевый полимер размазывается на стандартный металлической сетке # 50 (300 мкм) и высушивается горячим воздухом при 150oC 90 мин. Высушенные частицы измельчаются (сильнее, чем частицы, получаемые в сравнительном примере 1) молотковой мельницей и просеиваются через стандартную металлическую сетку # 20 (850 мкм), чтобы получить частицы, которые проходят через стандартное сито # 20 (850 мкм). Среднемассовый размер этих исходных частиц - 153 мкм. 100 частей исходных частиц, полученных в соответствии с вышеописанной процедурой, перемешивается в миксере с раствором, содержащим 4 мас. ч. глицерина, 8 мас. ч. воды и 2 мас. ч. изопропанола на 100 ч. по весу исходных частиц. 500 г полученной смеси помещается в чашу, погруженную в масляную баню (210oC) и подвергается термообработке в течение 95 мин при осторожном перемешивании. Полученные частицы проталкиваются через стандартную металлическую сетку # 18 (1000 мкм).
Сравнительный пример 3. Месилка емкостью 10 л из нержавеющей стали с размерами отверстия 220•240 мм и глубиной 240 мм с двумя лопастями типа Sigma, имеющими диаметр вращения 120 мм, закупоривается крышкой. Готовится водный раствор, состоящий из 38 мас.% мономера. Мономер состоит из 75 моль % акрилата натрия и 25 моль % акриловой кислоты. 5500 г водного раствора мономера загружается в месилку, которая продувается азотом для удаления оставшегося воздуха. Затем во вращение включаются обе лопасти со скоростью 46 об/мин, и в то же время корпус нагревается пропусканием воды с температурой 35oC. В качестве инициаторов полимеризации добавляются 2,8 г персульфата натрия и 0,14 г L - аскорбиновой кислоты. Полимеризация начинается спустя примерно 4 мин после добавления инициаторов. Пик температуры в 82oC достигается внутри реакционной системы через 15 мин после добавления инициаторов. Гидрированный гелевый полимер делится на частицы около 5 мм, в то время как перемешивание продолжается. Спустя 60 мин после начала полимеризации крышка с месилки снимается, и материал удаляется из месилки. Полученный таким образом водный гелевый полимер размазывается на стандартной металлической сетке # 50 (300 мкм) и высушивается горчим воздухом при 150oC 90 мин. Высушенные частицы измельчаются (сильнее, чем частицы, полученные в сравнительном примере 1) молотковой мельницей и просеиваются через металлическую стандартную сетку # 20 (850 мкм), чтобы получить частицы, которые проходят через стандартное сито # 20 (850 мкм). Среднемассовый размер исходных частиц - 319 мкм. 100 частей исходных частиц, полученных в соответствии вышеописанной процедурой, перемешивается с раствором, содержащим 0,5 мас. ч. глицерина, 2 мас. ч. воды, и 0,5 мас. ч. изопропанола на 100 мас. ч. исходных частиц. Полученная смесь нагревается в сушилке. Среднее время нахождения в сушилке - около 50 мин, а температура материала на выходе из сушилки примерно 195oC. 100 ч. полученного таким образом материала смешивается в миксере с 5 ч. воды. Смесь выстаивается 30 мин в атмосфере 80oC, чтобы водоагломерировать частицы между собой, и измельчается (разбивается и гранулируется) для получения частиц, которые проходят через стандартное сито # 20 (850 мкм).
Результаты различных испытаний по примерам показаны ниже в таблице.
В таблице показано, что полимерные композиции изобретения имеют средне-массовый размер частиц по меньшей мере на 25% больше среднемассового размера исходных частиц, используемых для формирования таких полимерных композиций. Смещения частиц этой величины и направления являются показателями формирования большого числа агрегатов с большим числом компонентных исходных частиц. Кроме того, в таблице показано, что агрегаты, полученные в примерах 1-7, являются стабильными к жидкости, указывая на наличие в большой степени межчастичной поперечной связи в агрегатах. Из таблицы также видно, что полимерные композиции изобретения на примерах 1-7 имеют большую устойчивость к сжатию (т.е. более высокое давление расширения геля) и более высокие скорости набухания, чем их соответствующие исходные частицы.
Из таблицы также видно, что в сравнительных примерах 2 и 3 имеет место перемещение частиц более мелкого размера относительно их исходных частиц, чем в примерах 1-7, включая формирование агрегатов. Кроме того, агрегаты сравнительного примера 3, водно-агломерируемого образца, демонстрируют общую тенденцию к нестабильности по отношению к жидкости, указывая на то, что действительное смещение размера частиц благодаря межчастичному поперечному связыванию значительно меньше, чем 24,8% смещение, показанное в таблице. Из таблицы также видно, что скорость набухания в сравнительных примерах 2 и 3 меньше скорости набухания полимерных композиций изобретения.
Вышеуказанные свойства полимерных композиций в абсорбентных продуктах обеспечивают улучшенную эксплуатацию таких продуктов по сравнению с продуктами из соответствующих исходных частиц и/или композиций из частиц сравнительных примеров, описанных выше, когда эти композиции используются в абсорбентных продуктах, таких, как абсорбентные элементы или абсорбентных изделиях, таких, как подгузники.
Реферат
Использование: для изготовления подгузников и прокладок для взрослых, страдающих недержанием, гигиенических салфеток и подобных изделий. Сущность: абсорбентный элемент включает волокнистый материал и композицию из водонепроницаемых гидрогелеобразующих полимерных частиц, причем часть композиции соединена в агломераты с помощью сшивающего агента с образованием между частицами поверхностных ковалентных связей; средний размер всех частиц композиции на 25 - 150% выше среднего размера неагломерированных частиц, а массовое соотношение волокнистый материал : композиция равно 2-98 : 98-2. Абсорбентное изделие включает верхний, проницаемый для жидкости слой, нижний, непроницаемый для жидкости слой, соединенный с верхним слоем, и абсорбентную сердцевину, расположенную между ними, содержащую абсорбентный элемент. 2 с. и 10 з.п. ф-лы, 25 ил., 1 табл.
