Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
АБСОРБИРУЮЩАЯ ПОЛИМЕРНАЯ КОМПОЗИЦИЯ
АБСОРБИРУЮЩАЯ ПОЛИМЕРНАЯ КОМПОЗИЦИЯ

АБСОРБИРУЮЩАЯ ПОЛИМЕРНАЯ КОМПОЗИЦИЯ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Использование: в производстве полимерных материалов и изделий, абсорбирующих жидкость, такую как вода и экссудаты организма. Сущность изобретения: абсорбирующая полимерная композиция состоит из частиц практически водонерастворимого гидрогельобразующего полимера со среднемассовым размером 20-1500 мкм и их агрегатов. Агрегаты частиц образованы при взаимодействии исходных полимерных частиц с поперечно-сшивающим агентом. Среднемассовый размер агрегатов превышает среднемассовый размер исходных полимерных частиц перед сшивкой не менее, чем на 50%. Свойства композиций: среднемассовый сдвиг 32,6-157%, абсорбционная способность 33,5-39,2 г/г, скорость набухания 14,6-38,7 г/г/с, площадь поверхности 0,033-0,169 см2/г. 8 з. п. ф-лы, 25 ил., 1 табл.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2091081
Класс(ы) патента: A61L15/00, A61F13/15, C08J3/24, C08J9/16
Номер заявки: 5053154/04
Дата подачи заявки: 25.03.1991
Дата публикации: 27.09.1997
Заявитель(и): Дзе Проктер энд Гэмбл Компани (US)
Автор(ы): Дональд Кэррол Роу[US]; Фрэнк Генри Лэрман[US]; Чарльз Джон Берг[US]
Патентообладатель(и): Дзе Проктер энд Гэмбл Компани (US)
Описание изобретения: Изобретение относится к усовершенствованным корпускулярным, абсорбирующим полимерным композициям. Такими полимерными композициями являются те, которые при взаимодействии с текучими средами (т.е. жидкостями), такими как вода или экссудаты органов, набухают и поглощают такие текучие среды. Эти полимерные композиции особенно пригодны как таковые или в абсорбирующих составах, таких как структуры волокнистого материала, которые могут быть введены в абсорбирующие изделия, например, пленки, прокладки от недержания взрослых, гигиенические салфетки и так далее. Изобретение также относится к способам получения таких полимерных композиций.
Корпускулярные, абсорбирующие полимерные композиции способны абсорбировать большие количества текучих сред, таких как вода или экссудаты организма, и способны также удерживать такие абсорбированные текучие среды при умеренных давлениях. Эти характеристики абсорбции таких полимерных композиций придают им особую пригодность для введения в абсорбирующие изделия, такие как пленки. Например, патент США N 3699103, выданный на имя Харпера и др. 13 июня 1972 г. и патент США N 3670731, выданный на имя Хармона и др. 20 июня 1972 г. раскрывают использование корпускулярных, абсорбирующих полимерных композиций (также упоминаемых как гидрогелевые, гидроколлоидные или сверхабсорбирующие материалы) в абсорбирующих изделиях.
Однако традиционные корпускулярные, абсорбирующие полимерные композиции имеют ограничение в том, что степень поглощения текучей среды намного ниже, нежели в традиционных целлюлозных волокнах, вследствие низкого отношения площади поверхности к массе составляющих частиц полимерной композиции. Отношение площади поверхности к массе частиц корпускулярной, абсорбирующей полимерной композиции является важным фактором, поскольку данное отношение может управлять степенью полного поглощения жидкости объемной полимерной композиции. Отношение площади поверхности к массе, а следовательно, степень поглощения текучей среды можно существенно повысить путем снижения средневесового размера частиц в объемной полимерной композиции. Однако, когда эти маленькие частицы или мелочь набухают при взаимодействии с жидкостями, частицы, введенные в волокнистый материал, легко устремляются в межволоконные капилляры материала. Разбухшая или частично разбухшая мелочь может также образовать коагулированный гель, частицы которого прижимаются друг к другу под действием сил поверхностного натяжения текучих сред, что приводит к образованию гелевого барьера. В любом случае сопротивление к потоку текучей среды по всей структуре возрастает, как только каналы потока текучей среды блокируются в пределах волокнистого материала или гелевой массы, что приводит к заметному снижению проницаемости. Эти феномены обычно упоминаются как "гелевое блокирование".
Одна попытка нарушить эту взаимосвязь между степенью поглощения текучей сред и гелевым блокированием заключалась в агломерации, посредством воды, множества маленьких частиц в более крупные частицы "ядер". Такие водо-агломерационные методики раскрыты в выложенной заявке на патент Японии SHO 61 (1986) N 97333 и выложенной заявке на патент Японии SHO 61 (1986) N 101586. В то время как водо-агломерация частиц не приводит к умеренному повышению в степени поглощения текучей среды вследствие возросшего отношения площади поверхности к массе более крупных частиц, водо-агломерированные частицы распадаются при взаимодействии и/или набухании с водным раствором. Это приводит к концентрации набухших или частично набухших, свободных мелкодисперсных частиц, которая способствует увеличению эффекта гелевого блокирования посредством описанных выше механизмов.
Другой попыткой решения данной проблемы явилась поверхностная обработка дискретных частиц. Один специфический метод поверхности обработки заключается в поверхностном сшивании дискретных частиц с тем, чтобы каждая отдельная частица имела более высокую плотность сшивки среди полимерных цепей на или вблизи поверхности частиц. Такие методики поверхностной сшивки раскрыты в патенте США N 4666983, выданном на имя Цубакимото и др. 19 мая 1987 г. и патенте США N 4734478, выданном на имя Цубакимото и др. 29 марта 1988 г.
Ближайшим аналогом изобретения является описанная в патенте США N 4734478 абсорбирующая полимерная композиция, состоящая из частиц практически водонерастворимого гидрогельобразующего абсорбирующего полимера, сшитых в поверхностном слое поперечно-сшивающим агентом. Образование связей сшивки между частицами не описано в данном аналоге. При помощи описанной технологии не увеличивается среднемассовый размер частиц полученных продуктов на 50% как это происходит в настоящем изобретении.
Поверхностное сшивание частиц приводит к умеренному снижению одной формы вышеприведенного гелевого блокирования путем снижения тенденции дискретных частиц коагулировать в непроницаемую гелевую массу во время набухания. Однако степень поглощения текучей среды частиц не повышается, т.к. отношение площади поверхности к массе частиц остается относительно постоянным.
Поэтому изобретение предусматривает решение вышеуказанных проблем в создании усовершенствованных корпускулярных, абсорбирующих полимерных композиций, имеющих высокую степень поглощения текучей среды с минимальными свойствами гелевого блокирования.
Цель изобретения создание корпускулярных, абсорбирующих полимерных композиций с высокой степенью поглощения текучей среды.
Другая цель изобретения получение корпускулярных, абсорбирующих полимерных композиций, проявляющих минимальные свойства гелевого блокирования.
Еще одна цель изобретения создание корпускулярных, абсорбирующих полимерных композиций, которые имеют высокую резистентность к сжатию во время использования (т. е. во время набухания), с целью сохранения и/или повышения проницаемости абсорбирующих продуктов, включающих такие полимерные композиции.
Другая цель изобретения создание корпускулярных, абсорбирующих полимерных композиций, имеющих минимальный распад мелких частиц при взаимодействии с текучей средой или при набухании.
Еще одна цель изобретения получение корпускулярных, абсорбирующих полимерных композиций, имеющих минимальное количество свободной мелочи в сухом состоянии.
Дополнительная цель изобретения получение корпускулярных, абсорбирующих полимерных композиций, которые достигают заранее установленных степеней поглощения текучей среды, путем выбора специфических характеристик предшествующих частиц, таких как средневесовой размер частиц или абсорбционная способность.
Другая цель изобретения создание способа получения таких корпускулярных, абсорбирующих полимерных композиций.
Еще одна цель изобретения получение усовершенствованных абсорбирующих продуктов, абсорбирующих элементов и абсорбирующих изделий (таких как пеленки или гигиенические салфетки), включающих корпускулярные, абсорбирующие композиции в соответствии с изобретением.
Изобретение предлагает усовершенствованные корпускулярные, абсорбирующие полимерные композиции, состоящие из частиц практически водонерастворимого гидрогельобразующего абсорбирующего полимера и их агрегатов, образованных при взаимодействии названных исходных полимерных частиц с поперечно-сшивающим агентом, отличающиеся тем, что названные полимерные частицы имеют среднемассовый размер от 20 до 1500 мкм, а среднемассовый размер агрегированных в процессе поперечной сшивки частиц превышает среднемассовый размер исходных полимерных частиц перед сшивкой не менее, чем на 50%
Среднемассовый размер агрегированных полимерных частиц превышает среднемассовый размер исходных полимерных частиц не менее, чем на 100%
Названные полимерные частицы имеют среднемассовый размер не менее 180 мкм.
Абсорбирующая полимерная композиция содержит в качестве частиц практически водонерастворимого гидрогельобразующего полимера частицы карбоксилсодержащего полимера.
В качестве частиц практически водонерастворимого гидрогельобразующего абсорбирующего полимера она содержит частицы полимера, выбранного из группы: привитой сополимер гидролизованного крахмала с акрилонитрилом, привитой сополимер частично нейтрализованного крахмала с акрилонитрилом, привитой сополимер крахмала с акриловой кислотой, привитой сополимер частично нейтрализованного крахмала с акриловой кислотой, омыленный сополимер винилацетата и сложного эфира акриловой кислоты, гидролизованный сополимер акрилонитрила или акриламида, продукт частичной сшивки названных сополимеров, частично нейтрализованная полиакриловая кислота и продукт ее частичной сшивки.
Сшивающим агентом является соединение, выбранное из группы: многоатомный спирт, полиглицидиловый эфир, полифункциональное производное азиридина, полифункциональный амин и полифункциональный изоцианат,
соединение, выбранное из группы: глицерин, этиленгликоль, триметилолпропан, 1-2 или 1,3-пропандиол.
Абсорбирующая полимерная композиция содержит поверхностно-сшитые частицы водонерастворимого гидрогельобразующего абсорбирующего полимера, которые имеют влагосодержание менее 50% предпочтительно, менее 20% и, более предпочтительно, менее 10%
Когда средневесовой размер частиц полученной полимерной композиции повышен по крайней мере примерно, на 25% относительно средневесового размера частиц предшествующих частиц, образуется достаточное число межчастичных сшитых агрегатов, так что полученная полимерная композиция имеет улучшенные свойства. Межчастичные сшитые агрегаты имеют повышенные структурную целостность (т.е; агрегаты остается интактным в набухшем состоянии и имеет относительно высокую резистентность к сжатию), а также минимальные свойства гелевого блокирования.
При взаимодействии с жидкостью межчастичные сшитые агрегаты набухают в основном изотропно (т.е. набухают в равной мере во всех размерах), даже при умеренных ограничивающих давлениях, и абсорбируют такую жидкость. Изотропное набухание межчастичных сшитых агрегатов достигается за счет того, что межчастичные сшитые агрегаты сохраняют структурные и пространственные взаимосвязи предшествующих частиц даже в набухшем состоянии (т.е. агрегаты сохраняют свою целостность как в сухом, так и в набухшем состоянии). Таким образом, предшествующие частицы, образующие межчастичные сшитые агрегаты, не распадаются при взаимодействии или при набухании с жидкостями (так что межчастичные сшитые агрегаты являются "устойчивыми в текучей среде"), и поэтому гелевое блокирование минимизировано. Кроме того, межчастичные сшитые агрегаты имеют относительно высокие степени поглощения текучей среды для получения быстро постигаемых полимерных композиций вследствие высокого отношения площади поверхности к массе межчастичных сшитых агрегатов. Таким образом, межчастичные сшитые агрегаты изобретения обеспечивают создание полимерной композиции, способной быстро абсорбировать жидкости при минимизации свойств гелевого блокирования.
Изобретение также относится к усовершенствованным корпускулярным, абсорбирующим полимерным композициям, включающим межчастичные сшитые агрегаты, образованные из предшествующих частиц, имеющих относительно малый размер частиц (то есть, мелких предшествующих частиц). При использовании мелких предшествующих частиц с образованием межчастичных сшитых агрегатов отношение площади поверхности к массе агрегатов увеличивается касательно отношения площади поверхности к массе предшествующих частиц, имеющих одинаковый с агрегатом размер частиц, так что полученные полимерные композиции, включающие такие межчастичные сшитые агрегаты, имеют особенно высокие степени поглощения жидкостей (степень набухания) при минимизации их свойств гелевого блокирования путем удаления свободной мелочи из набухшей или частично набухшей полимерной композиции. Эти межчастичные сшитые агрегаты также обеспечивают создание эффективного пути к восстановлению мелочи в сухой композиции блочного полимера, что улучшает эксплуатационные характеристики и обращение с такими полимерными композициями.
Изобретение также относится к абсорбирующим продуктам, абсорбирующим элементам и абсорбирующим изделиям, включающим полимерные композиции изобретения с содержанием межчастичных сшитых агрегатов. Характеристики таких продуктов повышаются за счет создания таких полимерных композиций, имеющих высокие степени поглощения текучей среды с минимальными свойствами гелевого блокирования. Кроме того, более крупный размер межчастичных сшитых агрегатов способствует открыванию капиллярных каналов волокнистых материалов, включающих такие полимерные композиции. Помимо этого, межчастичные сшитые агрегаты минимизируют миграцию набухших или сухих частиц по абсорбирующим структурам вследствие их структурной целостности (то есть, более мелкие частицы остаются сцепленным друг с другом).
Изобретение также относится к способам получения таких полимерных композиций, включающих межчастичные сшитые агрегаты. В способе изобретения межчастичный сшивающий агент наносят на предшествующие частицы; предшествующие частицы физически ассоциируют с образованием множества агрегатов; и межчастичный сшивающий агент подвергают взаимодействию с полимерным материалом предшествующих частиц агрегатов при сохранении физической ассоциации предшествующих частиц с образованием поперечных связей между предшествующими частицами для образования межчастичных сшитых агрегатов. Межчастичные сшитые агрегаты образуются по такой степени, что средневесовой размер частиц полимерной композиции выше по меньшей мере, приблизительно на 25% средневесового размера частиц предшествующих частиц массы. В предпочтительном способе межчастичные сшитые агрегаты также сшиты и поверхностно.
Изобретение поясняется чертежами, на которых: фиг. 1 представляет собой вид в плане пеленки одноразового применения в соответствии с изобретением, на котором большая часть верхнего слоя срезана для того, чтобы более ясно показать подлежащую абсорбирующую сердцевину (вариант абсорбирующего элемента изобретения) пеленка; фиг. 2 представляет собой продольный вид в разрезе только абсорбирующей сердцевины пеленки одноразового действия, взятый вдоль линии разреза 2-2 на фиг. 1; фиг. 3 представляет собой поперечный разрез только абсорбирующий сердцевины пеленки одноразового действия, взятый вдоль линии разреза 3-3 на фиг. 1; фиг. 4 представляет собой перспективный вид абсорбирующего элемента изобретения, используемого в качестве абсорбирующей сердцевины в пеленке одноразового действия, приведенной на фиг. 1; фиг. 5 представляет собой фрагментарный, увеличенный поперечный разрез слоистого абсорбирующего элемента (ламината) изобретения; фиг. 6 представляет собой перспективный вид альтернативного варианта двухслойного абсорбирующего элемента изобретения; фиг. 7 представляет собой разрез двухслойного абсорбирующего элемента на фиг. 6, взятый вдоль линии разреза 7-7 на фиг. 6; фиг. 8 представляет собой вид в плане другого альтернативного варианта абсорбирующего элемента изобретения; фиг. 9 представляет собой перспективный вид еще одного варианта абсорбирующего элемента изобретения; фиг. 10 представляет собой перспективное изображение с вырезом пеленки одноразового действия изобретения, содержащей абсорбирующий элемент, показанный на фиг. 9; фиг. 11 представляет собой вид в плане части абсорбирующего элемента в соответствии с изобретением, показывающий предпочтительную форму зоны принятия; фиг. 12 представляет собой микрофотографию (увеличенную приблизительно в 30 раз) корпускулярной, абсорбирующей полимерной композиции изобретения, полученной в соответствии с примером 6; фиг. 13 представляет собой микрофотографию (увеличенную приблизительно в 60 раз) межчастичного сшитого агрегата изобретения, выбранного из образа, приведенного на фиг. 12; фиг. 14 представляет собой микрофотографию (увеличенную приблизительно в 40 раз) корпускулярной, абсорбирующей полимерной композиции изобретения, выполненной в соответствии с примером 1, при этом средневесовой размер предшествующих частиц равен приблизительно 84 мкм; фиг. 15 представляет собой микрофотографию (увеличенную приблизительно в 110 раз) межчастичного сшитого агрегата изобретения, выбранного из образца, показанного на фиг. 14; фиг. 16 представляет собой перспективный вид абсорбирующего продукта изобретения, содержащего носитель и межчастичный сшитый агрегат изобретения, который присоединен к носителю; фиг. 17 представляет собой изображение в плане с частичным разрезом гигиенической салфетки в соответствии с одним вариантом изобретения; фиг. 18 представляет собой вид сбоку устройства, используемого для измерения давления гелевого расширения корпускулярных, абсорбирующих полимерных композиций изобретения; фиг. 19 представляет собой вид сбоку платформы для установки ступеней устройства, показанного на фиг. 18; фиг. 20 представляет собой вид сверху платформы для установки ступеней устройства, показанного на фиг. 18; фиг. 21 представляет собой вид сверху державки для выравнивания образцов устройства, показанного на фиг. 18; фиг. 22 представляет собой вид сверху держателя образца устройства, показанного на фиг. 18; фиг. 23 представляет собой вид сбоку держателя образца устройства, показанного на фиг. 18; фиг. 24 представляет собой вид сбоку компрессионной опоры устройства, показанного на фиг. 18, и фиг. 25 представляет собой вид сверху компрессионной опоры устройства, показанного на фиг. 18.
Корпускулярные, абсорбирующие полимерные композиции изобретения представляют собой вещества, способные абсорбировать большие количества текучих сред (то есть, жидкостей), таких как вода и/или экссудаты организма (например, моча или менструация), и способные задерживать такие текучие среды при умеренных давлениях. Обычно корпускулярные, абсорбирующие полимерные композиции изобретения набухают и быстро абсорбируют текучие среды при незначительном или нулевом гелевом блокировании.
Как показано на фиг. 12 и 14, полимерные композиции изобретения находятся в корпускулярной форме. Термин "корпускулярный" используют в данном описании для обозначения того, что элементы, содержащие полимерную композицию, находятся в форме дискретных единиц, называемых "частицами". Частицы могут включать гранулы, порошки, шарики, хлопья, волокна, агрегаты или агломераты. Так, частицы могут иметь любую желаемую форму, например, кубическую, стержнеподобную, многогранную, сферическую, округлую, кольцевую, неправильную, хаотическую по размеру неправильную форму (например, порошкообразные продукты агрегатов на стадии измельчения или пульверизации) или форму, имеющую высокое отношение наивысшего размера к наименьшему размеру, как например, игольчатая форма, хлопьевидная форма или волокнистая форма, и так далее. Как показано на фиг. 12 и 14, частицы предпочтительно включают межчастичные сшитые агрегаты, имеющие неправильную форму с беспорядочным размером.
Полимерные композиции изобретения упоминаются в данном описании как включающие "частицы". Следует отметить, однако, что термин "агрегат" используют для обозначения одной "частицы", образованной из двух или более ранее самостоятельных частиц (то есть, "предшествующих частиц"), соединенных друг с другом. Несмотря на то, что специалист без труда определит, какие частицы полимерной композиции являются агрегатами, специальная методика для идентификации таких агрегатов приведены в разделе Методы Испытания. Таким образом, в описании изобретения термин "частица" используют для обозначения полученных звеньев, составляющих полимерную композицию, включая агрегаты, тогда как термин "предшествующие частицы" относится к начальным звеньям, используемым при образовании полученных частиц полимерной композиции, особенно агрегатов. Частицы, образованные из одной предшествующий частицы, специфически упоминаются как неагрегатные частицы.
Хотя частицы и предшествующие частицы могут иметь размеры, варьирующиеся в широких пределах, предпочтительны специфические размеры и распределения размеров частиц. Для целей изобретения степень дисперсности определяют как размер частицы или предшествующей частицы, определяемый гранулометрическим анализом. Так, например, считают, что частица, которая удерживается на стандартном сите N 30 c отверстиями размером 600 мкм, имеет размер частиц более 600 мкм, частица, которая проходит сквозь сито N 30 с отверстиями размером 600 мкм и удерживается на стандартном сите N 35 с отверстиями размером 500 мкм, имеет размер частиц от 500 до 600 мкм, и частица, которая проходит сквозь сито N 35 с отверстиями 500 мкм, имеет размер частиц менее 500 мкм. В предпочтительных вариантах изобретения частицы как правило варьируются по размеру приблизительно от 1 мкм до 2000 мкм в диаметре или поперечном сечении, и более предпочтительно, частицы имеют размер приблизительно от 20 мкм до 1000 мкм.
Кроме того, для целей изобретения средневесовой гранулометрический состав частиц или предшествующих частиц важен при определении характеристик и свойств полимерной композиции. Средневесовой гранулометрический состав данного образца частиц или предшествующих частиц определяет как размер частиц, представляющий собой средний размер частиц образца на массовой основе. Способ определения среднемассового размера частиц образца описан в разделе Методы испытания. В предпочтительных вариантах изобретения среднемассовый размер частиц составляет приблизительно от 100 мкм до 1500 мкм, более предпочтительно, приблизительно от 200 мкм до 1000 мкм.
Полимерные композиции изобретения образуют из полимерных материалов, способных абсорбировать большие количества жидкостей. (Такие полимерные материалы обычно упоминают как гидрогели, гидроколлоиды или сверхабсорбенты. ) Полимерные композиции предпочтительно включают частицы в основном водонерастворимого, абсорбирующего, гидрогельобразующего полимерного вещества. Полимерные вещества, пригодные для частиц полимерных композиций могут широко варьироваться. Специальные полимерные вещества, пригодные в изобретении, будут обсуждены ниже в отношении полимерных веществ, образующих предшествующие частицы.
Корпускулярные, абсорбирующие полимерные композиции изобретения включают межчастичные сшитые агрегаты. Межчастичные сшитые агрегаты представляют собой агрегатные частицы, образованные соединением двух или более ранее самостоятельных предшествующих частиц. Предшествующие частицы соединяют друг с другом посредством межчастичных агентов сшивания, наносимых на первые и подвергаемых условиям (сохраняя физическую ассоциацию предшествующих частиц), достаточным для обеспечения взаимодействия межчастичных агенатов сшивания с полимерным материалом предшествующих частиц, с образованием поперечных связей между предшествующими частицам, образующими агрегат. Фиг. 13 и 15 показывают микрофотографии межчастичных сшитых агрегатов изобретения.
Предшествующие частицы образуют межчастичные сшитые агрегаты изобретения. Предшествующие частицы включают в основном водонерастворимый, абсорбирующий, гидрогельобразующий полимерный материал. Примерами полимерных материалов, пригодных для использования в качестве предшествующих частиц (а также частиц полученной полимерной композиции), являются те, которые получают из полимеризуемых, ненасыщенных мономеров, содержащих кислоту. Такие мономеры включают олефиновоненасыщенные кислоты и ангидриды, которые содержат по меньшей мере одну углерод-углеродную олефиновую двойную связь. Более конкретно, эти мономеры можно выбрать из олефиновоненасыщенных карбоновых кислот и ангидридов кислоты, олефиновоненасыщенных сульфокислот и их смесей.
Некоторые некислотные мономеры также могут быть использованы для получения предшествующих частиц. Такие некислотные мономеры могут включать, например, водорастворимые или вододиспергируемые сложные эфиры мономеров, содержащих кислоту, а также мономеров, которые вообще не содержат никаких групп карбоновой или сульфокислоты. Необязательные некислотные мономеры могут поэтому включать мономеры, содержащие следующие типы функциональных групп: сложные эфиры карбоновой кислоты или сульфокислоты, гидроксильные группы, амид-группы, аминогруппы, нитрильные группы и группы четвертичных солей аммония. Эти некислотные мономеры являются хорошо известными веществами и описаны более подробно, например, в патенте США N 4076663, выданном на имя Масуда и др. 28 февраля 1978 г. и в патенте США N 4062817, выданном на имя Вестермана 13 декабря 1977 г. причем эти патенты введены в данное описание в качестве отсылочных материалов.
Олефиновоненасыщенные мономеры ангидридов карбоновой кислоты и данные мономеры карбоновой кислоты включают акриловые кислоты, представленные самой акриловой кислотой, метакриловую кислоту, этакриловую кислоту, альфа-хлоракриловую кислоту, альфа-цианоакриловую кислоту, бета-метилакриловую кислоту (кротоновую кислоту), альфа-фенилакриловую кислоту, бета-акрилоксипропионовую кислоту, сорбиновую кислоту, альфа-хлоросорбиновую кислоту, ангеликовую кислоту, коричную кислоту, п-хлоркоричную кислоту, бета-стерилакриловую кислоту, итаконовую кислоту, цитраконовую кислоту, мезаконовую кислоту, глутаконовую кислоту, аконитовую кислоту, малеиновую кислоту, фумаровую кислоту, ангидрид трикарбоксиэтилена и малеиновой кислоты.
Олефиновоненасыщенные сульфокислотные мономеры включают алифатические или ароматические винил-сульфокислоты, такие как винилсульфокислота, аллилсульфокислота, винилтолуолсульфокислота и стиролсульфокислота; акриловую и метакриловую сульфокислоту, такую как сульфоэтилакрилат, сульфоэтилметакрилат, сульфопропилакрилат, сульфопропилметакрилат, 2-гидрокси-3-акрилоксипропилсульфокислота, 2-гидрокси-3-метакрилоксипропилсульфокислота и 2-акриламидо-2-метилпропансульфокислота.
Предпочтительные полимерные материалы для использования в изобретении обладают карбоксильной группой. Эти полимеры включают привитой сополимер гидролизованного крахмала акрилонитрила, частично нейтрализованный крахмально-акрилонитриловый привитой сополимер, привитой сополимер крахмала - акриловой кислоты, частично нейтрализованный привитой сополимер крахмала - акриловой кислоты, омыленные сополимеры винилацетата сложного эфира акриловой кислоты, гидролизованные акрилонитриловые или акриламидные сополимеры, слегка сетчатые продукты сшивки любого из вышеприведенных сополимеров, частично нейтрализованную полиакриловую кислоту, а также слегка сетчатые продукты сшивки частично нейтрализованной полиакриловой кислоты. Эти полимеры могут быть использованы как самостоятельно, так и в форме смеси двух или более мономеров, соединений и тому подобного. Примеры этих полимерных материалов раскрываются в патентах США N 3661875, 4076663, 4093776, 4666983 и 4734498.
Наиболее предпочтительными полимерными материалами для использования в качестве предшествующих частиц являются слегка сетчатые полимеры сшивки, в частности, нейтрализованные полиакриловые кислоты и крахмальные производные их. Наиболее предпочтительно, если частицы включают приблизительно от 50 до 95% предпочтительно, около 75% нейтрализованной, слегка сшитой полиакриловой кислоты (например, поли/натрий акрилат/акриловой кислоты).
Как описано выше, предшествующие частицы предпочтительно представляют собой полимерные материалы, которые являются слегка сетчатыми продуктами сшивки. Сетчатое сшивание служит для придания предшествующим частицам водонерастворимости и, частично, служат для определения абсорбционной способности и характеристик содержания экстрагируемого полимера в отношении предшествующих частиц и полученной полимерной композици. Способы сетчатого сшивания полимеров и типичные агенты сетчатого сшивания описаны более подробно в вышеупомянутом патенте США N 4076663.
Отдельные предшествующие частицы могут быть образованы любым традиционным способом. Типичные и предпочтительные способы получения отдельных предшествующих частиц описаны в патенте США N 32649 под заголовком "Гидрогельобразующие полимерные композиции для использования в абсорбирующих структурах", замена которого произошла 19 апреля 1988 г. на имя Керрина А. Брандта, Стивена А. Голдмана и Томаса А. Инглина; патенте США N 4666983 под заголовком "Абсорбирующее изделие", выданном на имя Цунео Цубакимото, Тадао Шимомура и Юшио Ирие 19 мая 1987 г. и в патенте США N 4625001 под заголовком "Способ непрерывного получения сетчатого полимера", выданном на имя Цунео Цубакимото, Тадао Шимомура и Юшио Ирие 25 ноября 1986 г. Эти патенты введены в данное описание в качестве отсылочных материалов.
Предпочтительными способами образования предшествующих частиц являются те, которые используют методы полимеризации в водном растворе или других растворах. Как описано в вышеприведенном патенте N 32649, полимеризация в водном растворе включает использование водной реакционной смеси для проведения полимеризации с образованием предшествующих частиц. Затем водную реакционную смесь подвергают полимеризации в условиях, достаточных для получения в смеси в основном водорастворимого, слегка сетчатого полимерного материала. Образованную таким образом массу полимерного материала затем измельчают с образованием отдельных предшествующих частиц, пригодных при формовании межчастичных сшитых агрегатов и полимерных композиций.
Более конкретно, способ полимеризации в водном растворе для получения отдельных предшествующих частиц включает получение водной реакционной смеси, в которой осуществляют полимеризацию с образованием искомых предшествующих частиц. Одним элементом такой реакционной смеси является мономерное вещество, содержащее кислотную группу, которое будет образовывать "позвоночник" предшествующих частиц. Реакционная смесь обычно включает приблизительно 100 частей по массе мономерного вещества. Другим компонентом водной реакционной смеси является агент сетчатого сшивания. Агент сетчатого сшивания, пригодный при образовании предшествующих частиц, описан более подробно в вышеприведенном патенте N 32649, выданном на имя Брандта и др. и в патенте США N 4666983, выданном на имя Цубакимото и др. и патенте США N 4625001, выданном на имя Цубакимото и др. Агент сетчатого сшивания обычно присутствует в водной реакционной смеси в количестве приблизительно от 0,001 мол. до 5 мол. в пересчете на все моли мономера, присутствующего в водной смеси (приблизительно от 0,01 до 20 частей по массе в пересчете на 100 частей по массе мономерного вещества). Необязательный компонент водной реакционной смеси включает инициатор свободно-радикальной полимеризации, включающий например, перкислородные соединения, такие как персульфаты натрия, калия и аммония, перекись каприлила, перекись бензоила, перекись водорода, гидропероксиды кумена, третичный бутилпиперфталат, третичный бутилпербензоат, перацетат натрия, перкарбонат натрия и тому подобное. Другие необязательные компоненты водной реакционной смеси включают различные некислотные сомономерные вещества, включая сложные эфиры существенных ненасыщенных кислотных мономеров, содержащих функциональные группы, или других сомономеров, которые вообще не содержат никаких функциональных групп карбоновой или сульфокислоты.
Водную реакционную смесь подвергают полимеризации в условиях, достаточных для получения в смеси в основном водонерастворимых, абсорбирующих, гидрогельобразующих полимерных материалов. Условия полимеризации также обсуждаются более подробно в трех вышеприведенных патентах. Такие полимеризационные условия как правило включают нагревание (методики термической активации) до температуры полимеризации в диапазоне приблизительно от 0 до 100oC, более предпочтительно, в диапазоне приблизительно от 5 до 40oC. Условия полимеризации, при которых сохраняют водную реакционную смесь, могут также включать, например, подвергание реакционной смеси или ее частей любой традиционной форме полимеризационного активирующего облучения. Радиоактивное, электронное, ультрафиолетовое или электромагнитное облучение представляет собой альтернативные методики традиционной полимеризации.
Кислотные функциональные группы полимерных материалов, образующихся в водной реакционной смеси, также предпочтительно нейтрализуют. Нейтрализацию можно осуществлять любым общепринятым способом, который приводит к получению по меньшей мере около 25 мол. и более предпочтительно по меньшей мере около 50 мол. общего количества мономера, используемого для образования полимерного материала, являющегося мономерами, содержащими кислотные группы, причем эти мономеры нейтрализуют солеобразующим катионом. Такие солеобразующие катионы включают, например, щелочные металлы, аммоний, замещенный аммоний и амины, которые описаны более подробно в вышеприведенном патенте США N 32649 на имя Брандта и др.
Хотя предпочитают, чтобы предшествующие частицы были получены с использованием процесса полимеризации в водном растворе, можно также осуществлять процесс полимеризации с использованием методик многофазной полимеризационной обработки, таких как методики обратной эмульсионной полимеризации или обратной суспензионной полимеризации. При использовании методик обратной эмульсионной полимеризации или обратной суспензионной полимеризации вышеописанную водную реакционную смесь суспендируют в форме крошечных капель в матрице несмешивающегося с водой инертного органического растворителя, такого как циклогексан. Полученные предшествующие частицы обычно имеют сферическую форму. Методики обратной суспензионной полимеризации описаны более подробно в патенте США N 4340706, выданном на имя Обаусаши и др. 20 июля 1982 г. в патенте США N 4506052, выданном на имя Флешера и др. 19 марта 1985 г. и в патенте США N 4735987, выданном на имя Морита и др. 5 апреля 1988 г, причем все вышеприведенные патенты приводятся в данном описании в качестве отсылочных материалов.
В предпочтительных вариантах осуществления изобретения предшествующие частицы, используемые для образования межчастичных сшитых агрегатов, являются в основном сухими. Термин "в основном сухие" используется для обозначения того, что предшествующие частицы имеют содержание жидкости, обычно содержание воды или другого раствора менее приблизительно 50% предпочтительно менее приблизительно 20% и более предпочтительно менее приблизительно 10% по массе предшествующих частиц. Обычно содержание жидкости предшествующих частиц составляет приблизительно от 0,01% до 5% по массе предшествующих частиц. Отдельные предшествующие частицы можно высушить любым традиционным способом, таким как нагревание. Альтернативно, при образовании предшествующих частиц с использованием водной реакционной смеси воду можно удалить из реакционной смеси азеотропной дистилляцией. Полимерсодержащую водную реакционную смесь можно также обработать с помощью обезвоживающего растворителя, такого как метанол. Также можно использовать комбинации этих методик сушки. Обезвоженную массу полимерного материала затем можно измельчить с образованием в основном сухих предшествующих частиц по существу водонерастворимого, абсорбирующего, гидрогельобразующего полимерного материала.
Предпочтительные предшествующие частицы в соответствии с изобретением проявляют высокую абсорбционную способность так, что полимерная композиция, образованная из таких предшествующих частиц, также имеет высокую абсорбционную способность. Абсорбционная способность относится к способности данного полимерного материала абсорбировать жидкости, с которыми он вступает во взаимодействие. Абсорбционная способность может варьировать в значительной степени в зависимости от природы абсорбируемой жидкости и способа, при котором жидкость контактирует с полимерным материалом. Для целей изобретения абсорбционную способность определяют с точки зрения количества синтетической мочи (определенной ниже), абсорбируемой данным полимерным материалом, в г синтетической мочи на г полимерного материала, причем данная методика определена ниже в разделе Методы испытаний. Предпочтительные предшествующие частицы изобретения те, которые имеют абсорбционную способность по меньшей мере 20 г, более предпочтительно, по меньшей мере 25 г синтетической мочи на грамм полимерного материала. Обычно полимерные материалы имеют абсорбционную способность приблизительно от 40 до 70 г синтетической мочи на 1 г полимерного материала. Предшествующие частицы, имеющие данную характеристику относительно высокой абсорбционной способности, особенно пригодны в абсорбирующих элементах и абсорбирующих изделиях, поскольку полученные межчастичные сшитые агрегаты из таких предшествующих частиц могут выдержать высокие количества выделяемых экссудатов организма, таких как моча.
Отдельные предшествующие частицы можно по выбору подвергнуть поверхностной обработке. Например, патент США N 4824901, выданный на имя Александера и др. 25 апреля 1989 г. раскрывает поверхностную обработку полимерных частиц поличетвертичным амином. Если обработанные поверхностно, то предшествующие частицы предпочтительно обработаны поверхностным сшиванием, как описано в патенте США N 4666983 "Абсорбирующее изделие", который выдан на имя Цубакимото и др. 19 мая 1987 г. и в патенте США N 4734478 "Водоабсорбирующий агент", который выдан на имя Цубакимото и др. 29 марта 1988 г. причем эти патенты введены в данном описание в качестве отсылочных материалов. В соответствии с патентом США N 466983 отдельные предшествующие частицы можно сшивать поверхностно нанесением агента поверхностного сшивания на предшествующие частицы и взаимодействием агента поверхностного сшивания с полимерным веществом на поверхности частиц.
Хотя все предшествующие частицы данного межчастичного сшитого агрегата или полученной полимерной композици предпочтительно образуют из одного полимерного материала с одинаковыми свойствами, это не всегда обязательно так. Например, некоторые предшествующие частицы могут включать полимерный материал из привитого сополимера крахмала акриловой кислоты, тогда как другие предшествующие частицы могут включать полимер на основе слегка сетчатых продуктов сшивки частично нейтрализованной полиакриловой кислоты. Кроме того, предшествующие частицы определенного межчастичного сшитого агрегата или полученной полимерной композиции могут варьироваться по форме, абсорбионной способности или любому другому свойству или характеристике предшествующих частиц. В предпочтительном варианте осуществления изобретения предшествующие частицы включают полимерный материал, состоящий в основном из слегка сетчатых продуктов сшивки частично нейтрализованной акриловой кислоты, при этом каждая предшествующая частица имеет аналогичные свойства с другой.
Предшествующие частицы могут включать гранулы, порошки, шары, хлопья, волокна, агрегаты, агломераты и так далее. Так, предшествующие частицы могут иметь любую желаемую форму, например, кубическую, стержнеобразную, многогранную, сферическую, округлую, кольцевую, неправильную, неправильные формы с произвольными размером (то есть, порошковидные продукты по окончании стадии измельчения) или формы такие, как игольчатая, хлопьевидная или волокнистая. Предпочтительно, как показано на фиг. 12-15, предшествующие частицы находятся в форме мелкозернистого порошка порошковидных гранул или хлопьев, имеющих неправильную форму с произвольным размером.
Предшествующие частицы также могут иметь размер, варьирующийся в широких пределах. Предпочтительно, предшествующие частицы имеют размер в диапазоне приблизительно от 1 мкм до 2000 мкм в диаметре или поперечном сечении. Более предпочтительно, предшествующие частицы имеют размер в диапазоне приблизительно от 20 мкм до 1000 мкм. Среднемассовый размер частиц обычно составляет около 20-1500 мкм, более предпочтительно, около 50-1000 мкм. В предпочтительных вариантах изобретения предшествующие частицы имеют среднемассовый размер частиц менее 1000 мкм, более предпочтительно, менее 600 мкм, наиболее предпочтительно, менее 500 мкм, приблизительно.
Межчастичные сшитые агрегаты в соответствии с изобретением также включают агент межчастичного сшивания. Агент межчастичного сшивания наносят на предшествующие частицы и подвергают взаимодействию с полимерным материалом предшествующих частиц, сохраняя в то же время физическую ассоциацию между предшествующими частицами. Данное взаимодействие приводит к образованию поперечных связей между предшествующими частицами. Таким образом поперечные связи по природе являются межчастичными (то есть, между различными предшествующими частицами). Без излишней теоретизации или ограничения изобретения полагают, что взаимодействие агента межчастичного сшивания с полимерным материалом предшествующих частиц образует поперечные связи между полимерными цепями различных предшествующих частиц (то есть, межчастичные поперечные связи). Для предпочтительных полимеров полагают, что агент межчастичного сшивания взаимодействует с образованием поперечных связей между карбоксильными группами предшествующих частиц. Также, не ограничиваясь теорией, можно сказать, что в отношении предпочтительных полимерных материалов, обладающих карбоксильными группами, полагают, что агент межчастичного сшивания взаимодействует с карбоксильными группами полимерных материалов с образованием ковалентных химических поперечных связей между полимерными цепями различных предшествующих частиц. Ковалентные химические поперечные связи как правило возникают в результате образования групп сложного эфира, (имида) или уретана путем взаимодействия функциональных групп агентов сшивания с карбоксильными группами полимерного материала. В предпочтительных вариантах полагают, что образуются сложноэфирные связи. Поэтому предпочтительные агенты межчастичного сшивания это те агенты, которые способны взаимодействовать с карбоксильными группами в предпочтительных полимерах с образованием сложноэфирных связей.
Межчастичные агенты сшивания, пригодные в изобретении, это те, которые взаимодействуют с полимерным материалом предшествующих частиц, используемых для образования межчастичных сшитых агрегатов. Пригодные агенты межчастичного сшивания могут включать целый ряд различных веществ, таких как, например, соединения, имеющие по меньшей мере две полимеризуемые двойные связи; соединения, имеющие по меньшей мере одну полимеризуемую двойную связь и по меньшей мере одну функциональную группу, вступающую во взаимодействие с полимерным материалом; соединения, имеющие по меньшей мере две функциональные группы, вступающие во взаимодействие с полимерным материалом, соединения поливалентных металлов, или мономеры, описываемые в соответствии с изобретением. Специфические сшивающие агенты, пригодные в изобретении, описаны в вышеупомянутых патентах США N 4076663 и 32649, которые введены в данное описание в качестве отсылочных материалов.
Когда на или в полимерных материалах (то есть, полимерных цепях) предшествующих частиц присутствуют карбоксильные группы, предпочтительные агенты межчастичного сшивания обладают по меньшей мере двумя функциональными группами на молекулу, способную взаимодействовать с карбоксильной группой. Предпочтительные агенты межчастичного сшивания включают многоатомные спирты, такие как этиленгликоль, диэтиленгликоль, триэтиленгликоль, тетраэтиленгликоль, полиэтиленгликоль, глицерин (1, 2, 3-пропантриол), полиглицерин, пропиленгликоль, 1, 2-пропандиол, 1, 3-пропандиол, триметилолпропан диэтаноламин, триэтаноламин, полиоксипропиленовый эксиэтиленовый-оксопропиловый блок-сополимер, сложные эфиры сорбинат-жирных кислот, пентаэритрит, а также сорбит; соединения полиглицидиловых простых эфиров, такие как диглицидиловый эфир этиленгликоля, диглицидиловый эфир полиэтиленгликоля, полиглицидиловый эфир глицерина, полиглицидиловый эфир диглицирина, полиглицидиловый эфир полиглицерина, полиглицидиловый эфир сорбита, полиглицидиловый эфир пентаэритрита, диглицидиловый эфир пропиленгликоля и диглицидиловый эфир сорбита; полиазиридиновые соединения, такие как 2,2-бисгидроксиметил бутанол-трис/3-(i-азиридин)пропионат/, 1,6-гексаметилтолуол диэтиленмочевина, дифенил метан-бис-4,4'-N, N-диэтиленмочевина; галоэпоксисоединения, такие как эпихлоргидрин и α--метилфторгидрин; полиальдегидные соединения, такие как глутаральдегид и глиоксазол; соединения полиамина, такие как этилендиамин, диэтилентриамин, триэтилентетрамин, тетраэтиленпептамин, пентаэтиленгексамин и полиэтиленимин; а также полиизоцианатные соединения, такие как 2,4-толуолдиизоцианат и гексаметилендиизоцианат.
Можно использовать один агент межчастичного сшивания или два или более в основном взаимодействующих агентов межчастичного сшивания, выбранных из группы, упомянутой выше. Особенно предпочтительными агентами межчастичного сшивания для использования в изобретении с карбоксилсодержащими полимерными цепями являются этиленгликоль, глицерин, триметилолпропан, 1, 2-пропандиол и 1, 3-пропандиол.
Относительное количество агента межчастичного сшивания, используемое в изобретении, составляет приблизительно от 0,01 частей по 30 частей по массе, предпочтительно6 около 0,5-10 частей по массе, наиболее предпочтительно, около 1-5 частей по массе, на 100 частей по массе предшествующих частиц.
В соответствии с изобретением другие вещества или агенты можно использовать в сочетании с агентом(ами) межчастичного сшивания при получении межчастичных сшитых агрегатов или в промотировании или содействии реакции между агентом межчастичного сшивания и полимерным материалом предшествующих частиц.
Например, воду можно использовать в сочетании с агентом межчастичного сшивания. Вода промотирует равномерную дисперсию агента межчастичного сшивания на поверхности предшествующих частиц и проникновение агента межчастичного сшивания в поверхностный участок предшествующих частиц. Вода также промотирует более сильную физическую ассоциацию между предшествующими частицами предварительно прореагированных агрегатов, а также сухую и набухшую целостность полученных межчастичных сшитых агрегатов. В соответствии с изобретением воду используют при относительном содержании менее, чем приблизительно 20 частей по массе (от 0 до 20 частей по массе), предпочтительно в диапазоне около 0,01 20 частей по массе, более предпочтительно в диапазоне около 0,1 10 частей по массе, в пересчете на 100 частей по массе предшествующих частиц. Фактическое количество используемой воды варьируется в зависимости от вида полимерного материала и размера предшествующих частиц.
Органические растворители также можно использовать в сочетании с агентом межчастичного сшивания. Органические растворители используют для промотирования равномерной дисперсии агента межчастичного сшивания на поверхности предшествующих частиц. Органические растворители предпочтительно являются гидрофильными органическими растворителями. Гидрофильные органические растворители, пригодные в изобретении, включают низшие спирты, такие как метанол, этанол, н-пропанол, изопропанол, н-бутанол, изобутанол, втор-бутанол и трет-бутанол; кетоны, такие как ацетон, метилэтилкетон и метилизобутилкетон; простые эфиры, такие как диоксан, тетрагидрофуран, диэтиловый эфир; амиды, такие как N, N-диметилформамид и N, N-диэтилформамид, а также сульфоксиды, такие как диметилсульфоксид. Гидрофильный органический растворитель используют в изобретении при относительном количестве менее, чем приблизительно 60 частей по массе (приблизительно от 0 до 60 частей по массе), предпочтительно в диапазоне около 0,01 60 частей по массе, более предпочтительно в диапазоне около 1-20 частей по массе, в пересчете на 100 частей по массе предшествующих частиц. Фактическое количество гидрофильного органического растворителя будет зависеть от типа полимерного материала и размера предшествующих частиц.
Агент межчастичного сшивания может быть также использован в смеси с водой и одним или более гидрофильными органическими растворителями. Найдено, что использование раствора вода/агент межчастичного сшивания обеспечивает более высокое просачивание сшивающего агента в участок поверхности предшествующих частиц, тогда как раствор гидрофильного органического растворителя/агента межчастичного сшивания создает минимальное просачивание агента сшивания. Однако смесь всех трех агентов является предпочтительной с целью регулирования величины просачивания агента межчастичного сшивания в участок поверхности предшествующих частиц. Специфически, обнаружено, что тем выше отношение воды к органическому растворителю, тем глубже просачивание агента сшивания, тем выше флюидная стабильность агрегатов под нагрузкой и тем выше снижение в полученной абсорбционной способности межчастичных сшитых агрегатов. Обычно отношение воды к гидрофильному органическому растворителю в растворе составляет приблизительно от 10:1 до 1:10. Раствор гидрофильного органического растворителя/воды/агента межчастичного сшивания используют в соотношении менее, чем приблизительно 60 частей по массе (приблизительно от 0 до 60 частей по массе), предпочтительно в диапазоне около 0,01-60 частей по массе, более предпочтительно около 1-20 частей по массе, в пересчете на 100 частей по массе предшествующих частиц.
Другие необязательные компоненты также могут быть смешаны с раствором, содержащим агент межчастичного сшивания. Например, инициатор, катализатор или некислотные сомономерные вещества могут быть прибавлены в раствор. Примеры таких веществ описаны в вышеупомянутом патенте США N 32649.
Способ получения полимерных композиций, содержащих межчастичные сшитые агрегаты, включает получение предшествующих частиц описываемого здесь типа, нанесения агента межчастичного сшивания на предшествующие частицы, физическую ассоциацию предшествующих частиц с образованием множества агрегатов, а также взаимодействие агента межчастичного сшивания с полимерным материалом предшествующих частиц агрегатов при одновременном сохранении физической ассоциации предшествующих частиц, в результате чего образуются поперечные связи между предшествующими частицами.
Агент межчастичного сшивания наносят на предшествующие частицы. Агент межчастичного сшивания можно наносить любым способом и устройством, используемым для нанесения растворов на материалы, включая нанесение покрытия, сброс, выливание, моллирование, распыление, тонкий помол, конденсирование или иммерсию агента межчастичного сшивания на предшествующие частицы. Используемый в описании термин "наносят на" подразумевает, что по меньшей мере часть площади поверхности по меньшей мере одной из предшествующих частиц, объединенных в агрегат, имеет нанесенный агент межчастичного сшивания. Таким образом агент межчастичного сшивания можно наносить только на некоторые предшествующие частицы, на все предшествующие частицы, только на часть поверхности некоторых или всех предшествующих частиц или на всю поверхность некоторых или всех предшествующих частиц. Предпочтительно, если агент межчастичного сшивания нанесен на всю поверхность большинства, предпочтительно всех предшествующих частиц, с тем чтобы повысилась эффективность, прочность и плотность межчастичных поперечных связей между предшествующими частицами.
В предпочтительных вариантах осуществления изобретения после нанесения агента межчастичного сшивания на предшествующие частицы агент межчастичного сшивания смешивают с предшествующими частицами с использованием любой методики смешивания с тем, чтобы гарантировать, что предшествующие частицы тщательно покрыты агентом межчастичного сшивания. В результате тщательного покрытия предшествующих частиц агентом межчастичного сшивания повышаются эффективность, прочность и плотность поперечных связей между предшествующими частицами. Смешивание можно осуществить с использованием различных методик и устройств, включая разнообразные смесителя и замесочные машины, известные в данной области техники.
Перед, в течение или после нанесения агента межчастичного сшивания на предшествующие частицы последнюю физически ассоциируют вместе с образованием множества агрегатов. Термин "физически ассоциированные" используют для обозначения того, что предшествующие частицы соединены и остаются во взаимодействии друг с другом в качестве составляющих частей любым из целого ряда различных способов и пространственных взаимодействий, с образованием единых агрегатов.
Предшествующие частицы предпочтительно физически ассоциируют путем нанесения ассоциирующего агента на предшествующие частицы по крайней мере на часть поверхности предшествующих частицы, имеющих нанесенный на них ассоциирующий агент. Предпочтительные ассоциирующие агенты при взаимодействии предшествующих частиц заставляют последние сцепляться друг с другом под действием сил поверхностного натяжения текучих сред и/или переплетения полимерных цепей вследствие внешнего набухания. Ассоциирующие агенты, пригодные в изобретении, включают гидрофильные органические растворители, обычно низкомолекулярные спирты, такие как метанол, этанол или изопропанол, воду, смесь гидрофильных органических растворителей и воды, некоторые агенты межчастичного сшивания, описанные выше, некоторые летучие гидрофобные органические соединения, такие как гексан, октан, бензол или толуол, или их смеси. Предпочтительными ассоциирующими агентами являются вода, метанол, изопропанол, этанол, агенты межчастичного сшивания, такие как глицерин, или их смеси. Как правило, ассоциирующий агент включает смесь, содержащую агент межчастичного сшивания, так что стадию нанесения агента межчастичного сшивания осуществляют одновременно со стадией нанесения ассоциирующего агента.
Ассоциирующие агенты можно наносить на предшествующие частицы любым известным способом и устройством, используемыми для нанесения растворов на материалы, включая нанесение покрытия, сброс, выливание, распыление, тонкий помол, конденсирование или иммерсию ассоциирующего агента на предшествующие частицы. Ассоциирующий агент наносят по меньшей мере на часть площади поверхности по меньшей мере одной предшествующей частицы, объединяемой в агрегат. Предпочтительно, ассоциирующий агент наносят на всю поверхность большей части, предпочтительно всего количества предшествующих частиц. Ассоциирующий агент обычно смешивают с предшествующими частицами любым известным способом смешивания с использованием любого известного устройства для смешивания с тем, чтобы гарантировать тщательное покрытие предшествующих частиц ассоциирующим агентом.
После нанесения ассоциирующего агента на предшествующие частицы последние могут быть подвергнуты физическому взаимодействию различными способами. Например, ассоциирующий агент может сам удерживать частицы во взаимодействии друг с другом. Альтернативно, для гарантирования контакта между предшествующими частицами можно использовать гравитационные силы. Кроме того, частицы могут быть помещены в контейнер, имеющий установленный объем для того, чтобы гарантировать контакт между предшествующими частицами.
Предшествующие частицы альтернативно могут быть физически ассоциированы путем физического удерживания таким образом, что они находятся в контакте друг с другом. Например, предшествующие частицы могут быть упакованы в контейнере с установленным объемом так, что предшествующие частицы физически взаимодействуют одна с другой. Альтернативно или в сочетании с вышеприведенным способом, гравитационные силы могут быть использованы для физической ассоциации предшествующих частиц. Предшествующие частицы также могут быть физически ассоциированы одна с другой электростатическим притяжением или путем введения адгезива (например, адгезивного вещества, такого как водорастворимый клей). Предшествующие частицы также могут быть присоединены к третьему элементу (субстрату) так, что предшествующие частицы вступают во взаимодействие одна с другой посредством субстрата.
Предшествующие частицы могут быть ассоциированы в различных пространственных взаимоотношениях с образованием агрегатов, имеющих целый ряд форм и размеров. Например, одна или более предшествующих частиц могут быть ассоциированы с центральной или стержневой предшествующей частицей; предшествующие частицы могут быть хаотически ассоциированы так, что данная предшествующая частица ассоциируется с одной, двумя или более предшествующими частицами, или предшествующие частицы могут быть ассоциированы в определенном плоскостном, форменном или геометрическом направлении.
Хотя предшествующие частицы могут быть подвергнуты взаимодействию в различных пространственных соотношениях, предшествующие частицы должны контактировать по крайней мере со стороны их поверхностей, к которым нанесены агенты межчастичного сшивания и/или ассоциирующие агенты. Обычно агент межчастичного сшивания или ассоциирующий агент наносят на всю поверхность предшествующих частиц так, чтобы они могли ассоциировать при любом положении на их поверхностях. Однако, если агент межчастичного сшивания или ассоциирующий агент наносят только на часть поверхности или более предшествующих частиц, необходимо принять меры к тому, чтобы гарантировать ассоциацию предшествующих частиц на этой поверхности.
Одновременно или после нанесения агента межчастичного сшивания и ассоциирования предшествующих частиц агент межчастичного сшивания подвергают взаимодействию с полимерным материалом предшествующих частиц агрегатов при одновременном сохранении физической ассоциации предшествующих частиц, с тем чтобы образовать поперечные связи между предшествующими частицами с получением межчастичных сшитых агрегатов:
Взаимодействие между агентом межчастичного сшивания и полимерным материалом должно быть активировано и завершено с образованием поперечных связей между различными предшествующими частицами с образованием межчастичных сшитых агрегатов. Хотя реакцию образования поперечных связей можно активировать облучением (например, ультрафиолетовым, гамма или рентгеновским облучением) или катализом, реакцию образования поперечных связей предпочтительно активируют термически (нагреванием). Нагревание активирует и сушит реакцию и удаляет любые летучие вещества, присутствующие в смеси. Такие реакционные условия обычно включают нагревание ассоциированных предшествующих частиц и агента межчастичного сшивания в течение определенного периода времени и при определенной температуре. Стадию нагревания можно осуществить с использованием целого ряда различных устройств, включая разнообразные печи для сушилки, хорошо известные в данной области техники.
Обычно реакцию проводят нагреванием до температуры свыше, чем приблизительно 90oC, в течение периода времени, достаточного для завершения реакции образования поперечных связей. Для каждой группы специфических агентов межчастичного сшивания и полимерных материалов используемых предшествующих частиц, если температура слишком низкая или время слишком короткое, реакция не приведет к получению более слабых межчастичных поперечных связей и искомого количества межчастичных сшитых агрегатов. Если температура слишком высокая, спектральная поглотительная способность предшествующих частиц может быть нарушена, или поперечные связи этих предшествующих частиц, в зависимости от конкретных полимерных материалов, могут быть разупорядочены до такой степени, что полученные агрегаты нельзя использовать для абсорбции больших количеств жидкости. Кроме того, если время и температура неправильны, могут возрасти экстрагируемые уровни полученных агрегатов, что приведет к возросшей опасности такой формы гелевого блокирования. Поэтому реакцию обычно осуществляют при температуре в диапазоне приблизительно от 120oC до 300oC, более предпочтительно, в диапазоне приблизительно от 150oC до 250oC.
Реакцию между агентом межчастичного сшивания и полимерным материалом предшествующих частиц осуществляют до завершения данной реакции. Время для завершения реакции варьируется в зависимости от конкретных агентов межчастичного сшивания, полимерных материалов, добавок, а также выбранных реакционных условий и устройств. Одним методом определения окончания реакции является измерение падения абсорбционной способности полимерной композиции в сопоставлении с начальной абсорбционной способностью предшествующих частиц. Обнаружено, что реакция как правило завершена, когда абсорбционная способность полимерной композиции снижена до уровня приблизительно 5-70% (Несмотря на то, что идеальной ситуацией могла бы быть такая, когда абсорбционная способность полимерной композиции не снижается, полагают, что образование поперечных связей уменьшает абсорбционную способность так, что чем выше падение в абсорбционной способности, тем выше прочность и число полученных агрегатов). Более конкретно, завершение реакции может удовлетворить следующей формуле:
30≅(100 + R)Q/P≅95
где P обозначает абсорбционную способность предшествующих частиц; Q обозначает абсорбционную способность реакционного продукта; R обозначает количество, в частях по массе, агента межчастичного сшивания, используемое на 100 частей по массе предшествующих частиц. В некоторых вариантах падение абсорбционной способности составляет приблизительно от 15 до 60% Таким образом, в соответствии с изобретением время для завершения реакции в отсутствие катализатора, как правило, составляет приблизительно от 5 мин до 6 ч, более предпочтительно, примерно от 10 мин до 3 ч, с тем чтобы осуществилось вышеприведенное падение в абсорбционной способности.
Для предпочтительного полимерного материала предшествующих частиц, слегка сетчатых продуктов сшивки частично нейтрализованной полиакриловой кислоты, а также предпочтительных агентов межчастичного сшивания, таких как глицерин или триметилолпропан, такие реакционные условия будут включать температуру приблизительно от 170 до 220oC в течение периода времени приблизительно от 2 ч до 20 мин, соответственно. Более предпочтительно, реакцию осуществляют при температуре приблизительно от 190 до 210oC в течение периода времени приблизительно от 45 до 30 мин, соответственно. Фактическое время и температура варьируются в зависимости от используемого типа полимерного материала предшествующих частиц, используемых агентов межчастичного сшивания, а также присутствия или отсутствия катализатора, используемого для продвижения реакции.
Реакцию образования поперечных связей можно промотировать путем прибавления инициатора и/или катализатора в агент межчастичного сшивания с целью понижения времени и/или температуры и/или количества агента межчастичного сшивания, необходимого для соединения предшествующих частиц. Однако, как правило, реакцию осуществляют в отсутствие катализатора.
Физическую ассоциацию предшествующих частиц необходимо поддерживать в течение реакции с тем, чтобы межчастичные сшитые агрегаты изобретения образовывались при особенно высоких процентных содержаниях. Если в течение реакции присутствуют силы или напряжения, достаточные для диссоциации предшествующих частиц, поперечные связи между предшествующими частицами (межчастичные поперечные связи) могут не образоваться. Физическую ассоциацию предшествующих частиц обычно поддерживают путем введения в течение реакции вызывающих диссоциацию сил или напряжений.
В качестве необязательной и предпочтительной стадии в способе образования полимерных композиций, включающих межчастичные сшитые агрегаты, по меньшей мере межчастичные сшитые агрегаты и, предпочтительно, остальные неагрегатные частицы полимерной композиции подвергают поверхностной обработки. Например, патент США N 4824901, выданный на имя Александера и др. 25 апреля 1989 г. раскрывает поверхностную обработку полимерных частиц поличетвертичным амином. В приведенном способе полимерный материал, существующий по крайней мере в непосредственной близости к поверхности предшествующих частиц, подвергают поверхностному структурированию так, как описано в патенте США N 4666983 "Абсорбирующее изделие", который выдан на имя Цубакимото и др. 19 мая 1987 г. и в патенте США N 4734478 "Водоабсорбирующий агент", который выдан на имя Цубакимото и др. 29 марта 1988 г. С использованием стадии поверхностного структурирования в изобретении повышается устойчивость к деформации полученных межчастичных сшитых агрегатов, а следовательно, полимерной композиции, когда она находится в набухшем состоянии. Предпочтительно, агент межчастичного сшивания, нанесенный на предшествующие частицы, также служит в качестве агента поверхностного сшивания так, что межчастичные сшитые агрегаты предпочтительно образуются и сшиваются поверхностно одновременно.
Как указано выше, стадии в способе получения межчастичных сшитых агрегатов не обязательно осуществляются в каком-то определенном порядке. Кроме того, стадии можно осуществлять одновременно. Ниже будут приведены способы с использованием вышеуказанных стадий.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения агент межчастичного сшивания наносят на предшествующие частицы при одновременной физической ассоциации предшествующих частиц, с образованием множества агрегатов. Затем агент межчастичного сшивания подвергают взаимодействию с агрегатами ассоциированных предшествующих частиц, либо сразу же после проведения вышеприведенных стадий, либо после отстаивания смеси в течение определенного периода времени, с тем чтобы одновременно образовать и поверхностно структурировать межчастичные сшитые агрегаты. Обычно предшествующие частицы смешивают со смесью агрегата межчастичного сшивания, воды и гидрофильного органического растворителя. Раствор агента межчастичного сшивания, воды и гидрофильного органического растворителя также служит в качестве ассоциирующего агента для предшествующих частиц. Агент межчастичного сшивания также предпочтительно служит в качестве агента ассоциации. Предшествующие частицы физически ассоциируют при одновременном прибавлении смеси. Агент сшивания затем подвергают взаимодействию с агрегатами ассоциированных предшествующих частиц путем нагревания при температуре и в течение периода времени, достаточных для образования поперечных связей между различными предшествующими частицами и одновременного поверхностного сшивания полученных межчастичных сшитых агрегатов и значительной части, если не всего количества, любых оставшихся неагрегатированных частиц полимерной композиции.
В альтернативном варианте осуществления изобретения агент межчастичного сшивания наносят на предшествующие частицы; затем предшествующие частицы физически ассоциируют; затем агент межчастичного сшивания подвергают взаимодействию с предшествующими частицами, что приводит к образованию межчастичных сшитых агрегатов.
В другом альтернативном варианте предшествующие частицы ассоциируют одна с другой, затем агент межчастичного сшивания наносят на ассоциированные предшествующие частицы, после чего агент межчастичного сшивания подвергают взаимодействию с предшествующими частицами с образованием межчастичных сшитых агрегатов.
В другом альтернативном варианте стадии осуществляют одновременно с получением межчастичных сшитых агрегатов.
Межчастичные сшитые агрегаты изобретения должны присутствовать в полимерной композиции в количестве, достаточном для получения обсужденных выше преимуществ. Способ определения наличия достаточных количеств межчастичных сшитых агрегатов в полимерной композиции заключается в определении сдвига в среднемассовом размере частиц между предшествующими частицами и полученной полимерной композицией. Предпочтительно, сдвиг в среднемассовом размере частиц должен быть таким, чтобы полученная полимерная композиция имела среднемассовый размер частиц по меньшей мере приблизительно на 25% предпочтительно, на 30% более предпочтительно, на 40% наиболее предпочтительно, на 50% выше, чем среднемассовый размер частиц предшествующих частиц. В предпочтительных вариантах изобретения среднемассовый размер частиц предшествующих частиц составляет менее, чем примерно 1000 мкм, более предпочтительно, меньше 600 мкм, наиболее предпочтительно, меньше, чем 500 мкм, приблизительно.
В особенно предпочтительных вариантах осуществления изобретения среднемассовый размер частиц предшествующих частиц относительно невелик (то есть, предшествующие частицы являются мелочью). Обнаружено, что использование больших количеств мелкодисперсных предшествующих частиц приводит к образованию межчастичных сшитых агрегатов, имеющих особенно высокие отношения площади поверхности к массе с тем, чтобы была высокая степень набухания. Фиг. 14 показывает вариант такой полимерной композиции, тогда как фиг. 15 показывает межчастичный сшитый агрегат, включающий такие мелкодисперсные предшествующие частицы. В этих особенно предпочтительных вариантах среднемассовый размер предшествующих частиц составляет менее, чем приблизительно 300 мкм. В предпочтительных вариантах изобретения среднемассовый размер предшествующих частиц составляет менее, чем приблизительно 180 мкм, менее, чем приблизительно 150 мкм, или менее, чем приблизительно 106 мкм. В приведенном в качестве примера варианте по меньшей мере около 90% предшествующих частиц имеют размер частиц менее, чем приблизительно 300 мкм, более предпочтительно, менее, чем приблизительно 150 мкм. Поскольку межчастичные сшитые агрегаты, образованные из таких маленьких предшествующих частиц, обычно включают много предшествующих частиц, сдвиг в среднемассовом размере частиц намного больший, нежели сдвиги при использовании более крупных предшествующих частиц. Сдвиг в среднемассовом размере частиц такой, что полученная полимерная композиция имеет среднемассовый размер частиц приблизительно на 50% предпочтительно, по меньшей мере на 75% более предпочтительно, по меньшей мере на 100% наиболее предпочтительно, по меньшей мере на 150% приблизительно, выше, чем среднемассовый размер предшествующих частиц.
Количество межчастичных сшитых агрегатов в пределах полимерной композиции можно также определить на языке процента по массе межчастичных сшитых агрегатов в пределах полимерной композиции. Для предпочтительных полимерных композиций изобретения по меньшей мере около 25% по массе частиц полимерной композиции, более предпочтительно, по меньшей мере около 30% по массе, более предпочтительно, по меньшей мере около 40% по массе, содержат межчастичные сшитые агрегаты. В наиболее предпочтительных вариантах по меньшей мере около 50% по массе, более предпочтительно, по меньшей мере около 75% по массе, и наиболее предпочтительно, около 90% по массе частиц полимерной композиции содержит межчастичные сшитые агрегаты.
Признаком того, что поперечные связи образованы между ранее самостоятельными предшествующими частицами, служит тот факт, что полученные межчастичные сшитые агрегаты как правило являются устойчивыми к текучим средам (то есть, жидкости). Термин "устойчивый к текучим средам" используется здесь для обозначения агрегатного звена, которое при взаимодействии с водной текучей средой или при набухании в ней (под и/или без напряжения) остается в основном интактной (то есть, по меньшей мере две из ранее самостоятельных предшествующих частиц остаются связанными одна с другой). Хотя определение устойчивости к текучей среде предполагает, что по меньшей мере две предшествующие частицы остаются связанными одна с другой, предпочтительно, чтобы все используемые предшествующие частицы образовали специфический межчастичный сшитый агрегат, оставаясь связанными друг с другом. Следует, тем не менее понять, что некоторые предшествующие частицы могут диссоциировать себя из межчастичного сшитого агрегата, если, например, определенные частицы были впоследствии водо-агломерированы к межчастичному сшитому агрегату.
Флюидная устойчивость межчастичных сшитых агрегатов изобретения позволяет межчастичному сшитому агрегату сохранить свою структуру как в сухом, так и во влажном (набухшем) состоянии, иммобилизовывать составляющие предшествующие частицы для минимизации миграции частиц, а также поддерживать высокую скорость поглощения жидкости. В конечном продукте, таком как абсорбирующий элемент, флюидная устойчивость благоприятна в деле снижения гелевого блокирования, так как предшествующие частицы остаются агрегатированными даже при взаимодействии с избыточными жидкостями, использования ранее самостоятельных мелкодисперсных частиц в агрегатированной форме и повышения скорости поглощения жидкости полученной полимерной композиции при одновременной минимизации гелевого блокирования. Кроме того, более крупные частицы межчастичных сшитых агрегатов открывают капиллярные каналы абсорбирующего элемента, обеспечивая получение улучшенных характеристик обращения с жидкими продуктами.
Флюидную устойчивость агрегатов можно определить с помощью двухступенчатого способа. Начальную динамическую характеристику агрегатного звена при взаимодействии с водной текучей средой (синтетической мочой) наблюдают перед проявлением полностью набухшего равновесного состояния агрегата. Метод испытания для определения флюидной устойчивости на основе этих критериев описан ниже в разделе Методы испытания.
Как указано выше, межчастичные сшитые агрегаты сохраняют свою структурную целостность даже в набухшем состоянии. Эту структурную целостность можно измерить с точки зрения давления гелевого расширения образца. Давление гелевого расширения полимерной композиции относится к способности образца частично набухшей, корпускулярной, абсорбирующей полимерной композиции сохранять свою структурную целостность благодаря сопротивлению деформации и расширению. Давление гелевого расширения может варьироваться в зависимости от размера частиц, раствора, используемого для набухания полимерного материала, относительного количества абсорбированной синтетической мочи (например, Х-нагрузки), а также геометрии испытательного устройства. Х-нагрузка относится к числу граммов синтетической мочи, добавленных на граммы корпускулярной, абсорбирующей полимерной композиции. Используемый в данном описании термин "Давление Гелевого Расширения" определяют на языке результирующей силы, проявляемой частично набухшим полимерным материалом в попытке обрести вновь, через упругий ответ, структурную геометрию в относительно сухом состоянии, когда он объемно ограничен в своем частично набухшем состоянии. Обнаружено, что желательно использовать в абсорбирующих элементах те частицы, которые имеют как можно более высокое давление гелевого расширения для того, чтобы минимизировать гелевое блокирование и промотировать распределение жидкости в пределах структуры. Давление гелевого расширения измеряют в килодинах на см2. Способ определения давления гелевого расширения описан ниже в разделе Методы испытания.
Межчастичные сшитые агрегаты приводят к получению полимерной композиции, имеющей высокую степень поглощения жидкости, как измерено скоростью их набухания. Скорость набухания полимерной композиции относится к средней скорости поглощения текучей среды данного количества синтетической мочи посредством образца полимерной композиции. Скорость набухания в описании представляет собой меру скорости диффузии жидкости в абсорбирующем полимере в результате модификации проницаемостью полной гелевой массы. Таким образом, проницаемость гелевой массы стала ограничивающим фактором относительно того как быстро гелевая масса может добраться до других частиц в смеси. Скорость набухания измеряют и определяют в г синтетической мочи на г полимера в с. Скорость набухания можно определить с использованием способа, описанного ниже в разделе Методы испытания.
Предпочтительные корпускулярные, абсорбирующие, полимерные композиции, включающие межчастичные сшитые агрегаты изобретения, имеют давление гелевого расширения на 30 мин при 28-кратной нагрузке (то есть, как определено выше, 28 г добавленной синтетической мочи на 1 г полимера), которое выше или равно приблизительно 20 килодинам на см2. При 15-кратной нагрузке давление гелевого расширения на 30 минуте предпочтительных полимерных композиций выше или равно приблизительно 45 килодинам на см2 более предпочтительно выше или равно приблизительно 60 килодинам на см2. Скорость набухания полимерных композиций изобретения при 28-кратной нагрузке предпочтительно составляет свыше (или равно) приблизительно 0,3 г/г/с, более предпочтительно свыше (или равно) приблизительно 0,5 г/г/с. Для особенно предпочтительных вариантов полимерных композиций изобретения скорость набухания при 28-кратной нагрузке предпочтительно выше или равно приблизительно 1,0 г/г/с, более предпочтительно выше или равна приблизительно 1,1 г/г/с, наиболее предпочтительно выше или равна приблизительно 1,25 г/г/с.
Как указано выше, отношение площади поверхности к массе данной частицы является показателем скорости поглощения жидкости частицы. Чем выше отношение площади поверхности к массе частицы, тем больше площади требуется для диффузии абсорбируемой жидкости. Таким образом, частицы, имеющие более высокое отношение площади поверхности к массе, при одинаковых характеристиках давления гелевого расширения (то есть, без потери высоких значений давления гелевого расширения) и других свойствах являются предпочтительными. Отношение площади поверхности к массе определяют в соотношении квадратных метров на грамм материала. Отношение площади поверхности к массе данной полимерной композиции можно определить в соответствии со способом, описанным ниже в разделе Методы испытаний. В корпускулярных, абсорбирующих полимерных композициях настоящего изобретения отношение площади поверхности к массе межчастичных сшитых агрегатов выше отношения площади поверхности к массе неагрегатированных частиц того же размера, и поэтому скорость набухания полимерных композиций, содержащих межчастичные сшитые агрегаты, возрастает. Кроме того, скорость набухания межчастичных сшитых агрегатов как правило выше скорости набухания предшествующих частиц, образующих межчастичных сшитые агрегаты изобретения.
Другой отличителный признак полимерных композиций изобретения, который особенно полезен в абсорбирующих элементах и абсорбирующих изделиях, относится к уровню экстрагируемого полимерного материала, присутствующего в таких композициях. Уровни экстрагируемого полимера могут быть определены путем взаимодействия пробы полимерной композиции с синтетической мочой в течение значительного периода времени (например, по крайней мере в течение 16 ч), который необходим для достижения равновесия экстракции, с последующим фильтрованием надосадочной жидкости и определением содержания полимера в фильтрате. Методика, используемая для определения содержания экстрагируемого полимера в полимерных материалах приведена в вышеуказанном патенте США N 32649. Полимерные композиции, имеющие равновесное содержание экстрагируемого полимера в синтетической моче не больше, чем примерно 17% предпочтительно, не больше, чем примерно 10% по массе полимерного материала, являются особенно предпочтительными.
При использовании, корпускулярные, абсорбирующие полимерные композиции, содержащие межчастичные сшитые агрегаты, подвергают взаимодействию с жидкостями так, что частицы набухают и абсорбируют такие жидкости. Как правило, межчастичные сшитые агрегаты изобретения набухают в основном изотропно, даже при умеренных запирающих давлениях, так что межчастичные сшитые агрегаты сохраняют свою относительную геометрию и пространственные взаимосвязи даже в набухшем состоянии. Предшествующие частицы, образующие межчастичные сшитые агрегаты, не диссоциируют при взаимодействии или набухании в жидкости, которую абсорбируют (то есть, межчастичные сшитые агрегаты являются "флюидо-устойчивыми"), так что мелкодисперсные частицы не разрушаются и не оказывают гелевое блокирование приему жидкости. Кроме того, межчастичные сшитые агрегаты имеют относительно высокие степени поглощения текучих сред с получением быстро приспосабливающихся материалов благодаря высокому отношению площади поверхности к массе межчастичных сшитых агрегатов.
Хотя использование полимерных композиций обсуждается в описании с точки зрения их использования в абсорбирующих продуктах, абсорбирующих элементах и абсорбирующих изделиях, следует понять, что корпускулярные, абсорбирующие полимерные композиции, включающие межчастичные сшитые агрегаты, могут быть использованы для многих целей во многих других областях применения. Например, полимерные композиции настоящего изобретения могут быть использованы для упаковочных контейнеров, устройств доставки лекарственных средств, устройство для очистки ран, устройств для обработки ожогов, материалов для ионообменных колонок, строительных материалов, сельскохозяйственных и садоводческих материалов, таких как покрытия семян и водоудерживающие материалы, а также для промышленных применений, например, в качестве очистителей ила или масла, материалов для предотвращения образования росы, дессикантов и материалов для контроля за влажностью.
Межчастичные сшитые агрегаты или полимерные композиции, содержащие межчастичные сшитые агрегаты, в соответствии с изобретением являются пригодными в соединении с носителем. Фиг. 16 показывает вариант абсорбирующего продукта 1600, в котором отдельный межчастичный сшитый агрегат 1610 соединен с носителями 1620. Носители 1620, пригодные в настоящем изобретении: включают абсорбирующие материалы, такие как целлюлозные волокна. Носители 1620 также могут быть любыми другими носителями, известными в данной области техники, например, неткаными материалами, тканями, термопластами, сверхабсорбирующими волокнами, такими как полиакрилатные волокна или волокна FIBERSORB (поставляемые Арко Кемикал Компани г. Уилмингтона, Дэлавер), перфорированными полимерными материалами, модифицированной целлюлозной пленкой, ткаными материалами, синтетическими волокнами, металлической фольгой, эластомерами и т.п. Межчастичные сшитые агрегаты 1610 могут присоединяться к носителям 1620 непосредственно или опосредовано при помощи химической или физической связи, включая адгезивы и химические реагенты, которые взаимодействуют с целью присоединения межчастичного сшитого агрегата 1610 к носителям 1620.
Как показано на фиг. 1-11, корпускулярные, абсорбирующие полимерные композиции изобретения, включающие межчастичные сшитые агрегаты, либо в широком смысле, либо в качестве "предпочтительных" или "особенно предпочтительных" типов, могут быть использованы в сочетании с волокнистыми материалами с образованием усовершенствованных абсорбирующих продуктов, таких как абсорбирующие элементы. Абсорбирующие элементы изобретения будут описаны ниже в связи с их использованием в абсорбирующих изделиях; однако, следует понять, что потенциальное применение абсорбирующих элементов должно быть ограничено абсорбирующими изделиями.
Абсорбирующие элементы изобретения представляют собой как правило сжимаемые, послушные, нераздражающие кожу и способные абсорбировать и удерживать жидкость и определенные экссудаты организма элементы. Следует понять, что для целей предлагаемого изобретения абсорбирующий элемент необязательно ограничен одним слоем или листом материала. Так, абсорбирующий элемент может включать ламинаты, тонкие листы или комбинации нескольких слоев или листов описываемых ниже материалов. Таким образом используемый в данном описании термин "элемент" включает термин "элементы", или "слои", или "многослойный". Предпочтительные абсорбирующие элементы изобретения представляют собой нетканые материалы или валяную ткань, которые содержат спутанную массу волокон (волокнистого или волокнообразующего материала) и корпускулярные, абсорбирующие полимерные композиции, включающие межчастичные сшитые агрегаты изобретения. Абсорбирующие элементы наиболее предпочтительно включают нетканый материал из смеси волокнообразующего материала и определенных количеств корпускулярной, абсорбирующей полимерной композиции, содержащей межчастичные сшитые агрегаты в соответствии с изобретением.
В абсорбирующих элементах изобретения могут использоваться различные типы волокнистого материала. Любой тип волокнистого материала, который пригоден для использования в традиционных абсорбирующих продуктах, также подходит для использования в абсорбирующих элементах. Конкретные примеры таких волокнистых материалов включают целлюлозные волокна, модифицированные целлюлозные волокна, гидратцеллюлозное волокно, полипроплен и полиэфирные волокна, такие как полиэтилентерефталат (DACPON), гидрофильный найлон (HYDROFIL) и т.п. Другие волокнистые материалы включают ацетат целлюлозы, полифинилфторид, поливинилиденхлорид, акрилаты, поливинилацетат, полиамиды (такие как найлон), бикомпонентные волокна, трикомпонентные волокна, их смеси и т.п. Предпочтительны гидрофильные волокнистые материалы. Примеры пригодных гидрофильных волокон наряду с вышеупомянутыми включают гидрофилизированные гидрофобные волокна, такие как термопластичные волокна, обработанные поверхностно-активными веществами или кремнеземом, полученные, например, из полиолефинов, таких как полиэтилен или полипропилен, полиакрилаты, полиамиды, полистиролы, полиуретаны и т.п. На самом деле, гидрофилизированные гидрофобные волокна, которые сами по себе не являются очень абсорбирующими и которые поэтому не приводят к получению материала с достаточной абсорбционной способностью, подлежащего использованию в традиционных абсорбирующих продуктах, пригодны для использования в абсорбирующих элементах изобретения за счет их хороших фитильных (капиллярных) свойств. Это потому, что в предлагаемых структурах фитильное свойство волокон важно, если не более важно, чем абсорбционная способность волокнистого материала, вследствие высокой скорости поглощения жидкости и отсутствия свойств гелевого блокирования корпускулярных, абсорбирующих полимерных композиций изобретения, используемых в таких абсорбирующих элементах. Гидрофобные синтетические волокна также могут быть использованы, однако являются менее предпочтительными.
По причинам доступности и стоимости целлюлозные волокна как правило предпочтительны для использования в качестве гидрофильного волокнистого материала абсорбирующего элемента. Наиболее более предпочтительными являются волокна на основе древесной целлюлозы, которые упоминаются как сушильное сукно.
Другими целлюлозно-волокнистыми материалами, которые можно использовать в некоторых абсорбирующих элементах изобретения, являются химически ужесточенные целлюлозные волокна. Предпочтительные химически ужесточенные целлюлозные волокна представляют собой жесткие скрученные, извитые целлюлозные волокна, которые могут быть получены путем внутреннего структурирования волокон с помощью агента сшивания. Типы ужесточенных, скрученных, извитых целлюлозных волокон, пригодных в качестве гидрофильного волокнистого материала абсорбирующих элементов, описаны более подробно в патентах США N 4822453 (Абсорбирующая структура, содержащая индивидуализированные структурированные волокна), выданном на имя Дина и др. 18 апреля 1989 г. N 4888093 (Индивидуализированные структурированные волокна и способ их получения), выданном на имя Дина и др. 19 декабря 1989 г. N 4889595 (Способ получения индивидуализированных структурированных волокон, имеющих пониженное содержание остатков, и сами волокна), выданном на имя Херрона и др. 26 декабря 1989 г. N 4889596 (Способ получения индивидуализированных структурированных волокон, и сами волокна), выданном на имя Шоггена и др. 26 декабря 1989 г. N 4889597 (Способ получения увлажненных структур, содержащих индивидуализированные ужесточенные волокна), выданном на имя Бурбона и др. 26 декабря 1989 г. и N 4898642 (Крученые, химически ужесточенные целлюлозные волокна и абсорбирующие структуры, полученные из них), выданном на имя Мура и др. 6 февраля 1990 г. Все эти патенты введены в описание в качестве отсылок.
Используемый в данном описании термин "гидрофильный" означает волокна или поверхности волокон, которые увлажнены жидкостями, нанесенными на волокна (то есть, если вода или водные среды легко распространяются на или по поверхности волокна без учета того, может или не может волокно в самом деле поглощать текучую среду или образовывать гель). Известный уровень техники, относящийся к смачиванию материалов, предполагает определению гидрофобности (и увлажнения) с точки зрения краевого угла (смачивания) и поверхностного натяжения жидкостей и твердых тел. Данный вопрос обсуждается в подробностях в публикации Американского химического общества "Краевой угол, смачиваемость и адгезия" под ред. Роберта Ф. Гоулда (авторское право охраняется с 1964 г. ). Говорится, что поверхность волокна смачивается жидкостью либо при краевом угле между жидкостью и волокном или поверхностью, составляющем менее 90o, либо когда жидкость имеет тенденцию к спонтанному распространению по поверхности волокна; причем оба условия обычно сосуществуют.
Относительное количество волокнистого материала и корпускулярной, абсорбирующей полимерной композиции в абсорбирующих элементах изобретения можно наиболее удобно выразить в массовом проценте абсорбирующего элемента. Абсорбирующие элементы предпочтительно содержат приблизительно от 2 до 98% более препочтительно от 5 до 75% и наиболее предпочтително, примерно от 10 до 60% по массе абсорбирующего элемента корпускулярной, абсорбирующей полимерной композиции. Эту концентрацию корпускулярной, абсорбирующей полимерной композиции можно выразить в массовом отношении волокна к макрочастице. Это отношение может варьироваться приблизительно от 98:2 до 2:98. Для большинства абсорбирующих элементов оптимальное массовое отношение волокна к макросчастице составляет приблизительно от 95:5 до 25:75, наиболее предпочтительно примерно от 90:10 до 40:60.
Кроме того, корпускулярную, абсорбирующую полимерную композицию можно диспергировать в различных массовых отношениях по различным участкам и толщине абсорбирующего элемента. Например, смесь волокнистого материала и корпускулярной, абсорбирующей полимерной композиции можно расположить только в определенных участках абсорбирующего элемента. Предпочтительно, абсорбирующий элемент содержит равномерно распределенную смесь гидрофильного волокнистого материала и корпускулярной, абсорбирующей полимерной композиции. Полимерную композицию можно в основном равномерно диспергировать (тщательно диспергировать) по всему абсорбирующему элементу (патент США N 4610678 "Высокоплотные абсорбирующие структуры"), выданном на имя Поля Т. Вейсмана и Стефана А. Голдмана 9 сентября 1986 г. причем данный патент введен в описание в качестве отсылки. Альтернативно, полимерную композицию можно распределить по участкам или зонам, которые, имеют более высокие концентрации полимерной композиции, нежели другие участки или зоны. Например, патент США N 4699823, выданный на имя Келленбергера и др. 13 октября 1987 г. раскрывает абсорбирующий элемент, имеющий корпускулярную, абсорбирующую полимерную композицию, распределенную в положительном градиенте по крайней мере по части толщины абсорбирующего элемента. Предпочтительно, градиент концентрации по толщине имеет наименьшую концентрацию вблизи поверхности абсорбирующего элемента, которая получает жидкость (то есть, верхней поверхности), и наивысшую концентрацию вблизи задней поверхности абсорбирующего элемента. Данный патент также введен в описание в качестве отсылки.
Как отмечается выше, корпусклярные, абсорбирующие полимерные композиции изобретения могут иметь размер частиц в широких пределах. Однако при использовании абсорбирующих элементов другие обстоятельства могут препятствовать использованию очень маленьких или очень больших частиц. По причинам промышленной гигиены менее желательными являются частицы, имеющие размер менее, чем приблизительно 30 мкм. Частицы с размером выше, чем приблизительно 2 мм также нежелательны, так как они могут вызвать ощущение мелких твердых (абразивных) частиц в абсорбирующем элементе, что нежелательно с эстетической точки зрения потребителя. Для использования в соответствии с изобретением предпочтительными являются частицы с размером приблизительно от 45 до 1000 мкм.
Плотность абсорбирующих элементов может иметь определенное значение при установлении абсорбционных свойств абсорбирующих элементов и абсорбирующих изделий, в которых используются такие абсорбирующие элементы. Плотность абсорбирующих элементов как правило составляет приблизительно от 0,06 до 0,5 г/см3, более предпочтительно, в пределах приблизительно от 0,09 до 0,30 г/см3. Значения плотности для этих структур вычисляют из их основной массы и калибра. Калибр измеряют при "умеренной" нагрузке, равной 10 г/см2. Основную массу измеряют вырубной штамповкой образца определенного размера и взвешиванием образца на абсолютной шкале, при этом масса и площадь образца определяют основную массу. Значения плотности и основной массы включают массу частиц полимерной композиции.
Абсорбирующие элементы могут содержать целый ряд необязательных материалов в дополнение к волокнистым материалам и компонентам полимерной композиции. Такие необязательные материалы могут включать, например, вспомогательные средства распределения текучей среды, противомикробные средства, агенты регулировки pH, агенты контроля за запахом, отдушки и т.д. В случае присутствия, эти необязательные компоненты как правило составляют не более, чем приблизительно 30% по массе абсорбирующих элементов.
Абсорбирующие элементы, включающие смесь волокнистого материала и корпускулярной, абсорбирующей полимерной композиции изобретения, могут быть получены любым способом, который приводит к образованию материала, включающего комбинацию волокон и частиц полимерной композиции. Абсорбирующие элементы изобретения предпочтительно образуют путем воздушной укладки по существу сухой смеси волокон и частиц полимерной композиции и, если желательно, путем уплотнения полученного материала. Такая методика описана более подробно в вышеприведенном патенте США N 4610678, который упоминается в качестве отсылки. Как указано в данном патенте, уложенные полотна, образованные с помощью данной методики, предпочтительно содержат несвязанные волокна и имеют влагосодержание предпочтительно 10% или ниже. При получении полотен способом воздушной укладки или любым иным традиционным способом следует проявлять осторожность при обращении и транспортировке частиц полимерных композиций с тем, чтобы избежать разрушения этих частиц на более мелкие частицы. Это актуально даже тогда, когда частицы представляют собой межчастичные сшитые агрегаты, хотя межчастичные сшитые агрегаты и имеют относительно высокую структурную целостность в сухом состоянии.
В альтернативном варианте абсорбирующих элементов изобретения абсорбирующий элемент включает ламинат (слоистый абсорбирующий элемент), содержащий по меньшей мере один, и по выбору два или более слоев диспергированных частиц полимерной композиции. Ламинаты предпочтительно включают слои или листы волокнистых материалов (предпочтительно лист абсорбирующего материала), как правило, тонкая бумага. Такие слоистые абсорбирующие структуры более полно описаны в патенте США N 4578068 ("Абсорбирующая ламинарная структура"), выданном на имя Тимоти А. Крамера, Джеральда А. Янга и Рональда У. Кока 25 марта 1986 г. причем данный патент введен в описание в качестве отсылки. Дополнительные способы и устройства для получения таких ламинатов описаны в патенте США N 4551191 ("Способ равномерного распределения дискретных частиц по движущемуся пористому материалу"), выданном на имя Рональда У. Кока и Джона А. Эспозито 5 ноября 1985 г. причем данный патент введен в описание в качестве отсылки.
Фиг. 5 показывает примерный вариант ламинарного абсорбирующего элемента 70 изобретения. Слоистый абсорбирующий элемент 70 предпочтительно включает четыре листа волокнистого материала: самый верхний лист 81, самый нижний лист 84 и промежуточные листы 82 и 83. Слоистый абсорбирующий элемент 70 имеет внутренние срезы 86, 87 и 88 между смежными листами с частицами 75 корпускулярной, абсорбирующей полимерной композиции изобретения, образующими прерывающийся слой у каждого внутреннего среза 86, 87 и 88. Как показано на фиг. 5, слоистый абсорбирующий элемент 70, кроме того, предпочтительно имеет конические выступы 90 в верхней поверхности 71 и соответствующие конические углубления 91 в нижней поверхности 72.
Слоистые абсорбирующие элементы 70 изобретения получают с содержанием следующих компонентов: n в основном плоских листов волокнистого материала, причем каждая полоса имеет две в основном параллельные поверхности, n обозначает целое число 2 или выше; и частиц корпускулярной, абсорбирующей композиции изобретения. Слоистые абсорбирующие элементы 70 изобретения имеют верхнюю поверхность 71 и нижнюю поверхность 72. Слоистые абсорбирующие элементы 70 включают n пластин волокнистого материала, причем n обозначает целое число 2 или выше. Пластины (полосы) представляют собой слои таким образом, что есть самая верхняя полоса 81, самая нижняя полоса 84 и промежуточные полосы 82, 83 (n 2), а также пограничные слои 86, 87, 88 (n - 1) двух противоположных смежных взаимодействующих поверхностей смежных полос материала. Каждый из пограничных слоев имеет площадь поверхности. Частицы 75 полимерной композиции образуют прерывающийся слой у одного или более пограничных слоев.
Слоистые абсорбирующие элементы 70 изобретения могут иметь от двух по более пластин волокнистого материала. Число пластин обычно ограничено толщиной пластины. Предпочтительно, чтобы было от 2 до 12 пластин волокнистого материала, более предпочтительно, от 2 до 5 пластин (приблизительно) волокнистого материала. Частицы 75 корпускулярной, абсорбирующей полимерной композиции могут быть введены между каждым смежным листом волокнистого материала, как показано на фиг. 5; однако частицы 75 могут быть включены только между некоторых смежных пластин волокнистого материала.
Используемый термин "лист волокнистого материала" обозначает лист тонкого, по существу соприкасающегося материала, имеющего две в основном параллельные поверхности. Хотя лист волокнистого материала не должен быть обязательно плоским или ровным, он находится или может находиться по существу в плоском, двумерном расположении неограниченной длины и неограниченной ширины, выступая в двух измерениях. Примеры листов волокнистого материала, используемого в ламинарных абсорбирующих элементах 70 изобретения, включают многие типы бумажных и нетканых материалов. Листы волокнистых материалов, используемых в изобретении, предпочтительно представляют собой листы абсорбирующей бумаги, наиболее предпочтительно, абсорбирующей ткани. Листы волокнистого материала могут состоять из одинаковых волокнистых материалов или из разных волокнистых материалов.
В слоистых абсорбирующих элементах 70 изобретения листы волокнистых материалов предпочтительно хрупко сцеплены в основном полностью за счет переплетения волокон между взаимодействующими поверхностями смежных листов у пограничных слоев, где находятся частицы 75. Частицы могут быть иммобилизованы у пограничных слоев за счет захвата волокон. Альтернативно, частицы 75 полимерной композиции могут быть соединены с одним или более листами с применением нескольких различных способов. Например, тонкая струя клея может быть нанесена на листы с тем, чтобы приклеить частицы к листу. Альтернативно, клей можно нанести на волокнистые листы по определенному рисунку, например, спиральному рисунку, который сцепляет листы волокнистого материала друг с другом, образуя карманы, в которые улавливаются частицы. Кроме того, листы могут быть соединены водородной связью с частицами путем распыления воды в туманообразном состоянии на листы, добавления частиц, сжатия листов друг с другом и сушки полученного слоистого абсорбирующего элемента. Как показано на фиг. 5, волокнистые листы предпочтительно извиты между двух извивающихся поверхностей, имеющих сопряженные геометрические выступы 90 в Z-направлении и углубления 91 относительно слоистых стоп листов. Примерный способ получения таких слоистых абсорбирующих элементов описан в вышеупомянутом патенте США N 4578068.
Альтернативный вариант слоистых абсорбирующих элементов изобретения представляет собой "мешочек", содержащий корпускулярную, абсорбирующую полимерную композицию. Мешочек представляет собой слоистый абсорбирующий элемент, в котором число волокнистых листов равно двум. Волокнистые листы соединены друг с другом вокруг своей периферии так, что образуют большой карман в центре мешочка. Частицы полимерной композиции заключены между волокнистых листов в кармане. Таким образом мешочек напоминает для чая в том, что корпускулярная, абсорбирующая полимерная композиция свободно набухает и абсорбируется в пределах мешочка. Волокнистые листы мешочка предпочтительно включают нетканый материал, известный и данной области техники, с неткаными листами, которые горячо закупорены вокруг периферии; хотя можно использовать другие известные методы уплотнения листов, например, адгезивы или соединения с помощью ультразвука.
Благодаря уникальным абсорбирующим свойствам корпускулярных, абсорбирующих полимерных композиций, обсуждаемых в данном описании, абсорбирующие элементы изобретения особенно пригодны для использования в качестве абсорбирующих каркасов в абсорбирующих изделиях, особенно абсорбирующих изделиях разового применения. Используемый в данном описании термин "абсорбирующее изделие" относится к изделиям, которые абсорбируют и содержат экссудаты организма, и более конкретно относятся к изделиям, которые помещают напротив (или в непосредственной близости) тела владельца для того, чтобы абсорбировать и содержать различные экссудаты, исходящие из тела. Кроме того, "абсорбирующие изделия разового применения" предназначаются для удаления после одноразового использования (то есть, оригинальное абсорбирующее изделие не должно быть использовано повторно в качестве абсорбирующего изделия, хотя некоторые материалы или абсорбирующее изделие полностью могут быть возвращены в цикл, повторно использованы или компостированы). Предпочтительный вариант абсорбирующего изделия, пеленка 20, показан на фиг. 1. Используемый в данном описании термин "пленка" относится к предмету одежды, который как правило надевают младенцам и взрослым, страдающим недержанием, вокруг нижнего торса владельца изделия. Следует понять, что изобретение также приемлемо к другим абсорбирующим изделиям, таким как подштанники для страдающих недержанием, мягкие прокладки для страдающих недержанием, тренировочные трусы, вставки для пеленок, гигиенические пакеты, бумажные салфетки для снятия грима, бумажные полотенца и т.п.
Фиг. 1 представляет собой вид в плане пеленки 20 изобретения в ее неприкрытом, несжатом состоянии (то есть, при удалении всех эластичных деталей, вызывающих сокращение), с частями конструкции, которые срезаны с целью более ясного показа конструкции пеленки 20, и с частями пеленки 20, которые контактируют с владельцем. На фиг. 1 пеленка 20 содержит переднюю корсажную область 22, заднюю корсажную область 24, область промежности 26 и периферию 28, которая определяется внешними краями пеленки, причем продольные края обозначены позицией 30, а концевые края обозначены позицией 32. Пеленка дополнительно имеет поперечную центральную линию, которая обозначена позицией 34, и продольную центральную линию, которая обозначена позицией 36.
Пеленка 20 предпочтительно включает проницаемый жидкостью верхний слой 38, непроницаемый жидкостью задний слой 40, соединенный с верхним слоем 38, абсорбирующую сердцевину 41 (абсорбирующий элемент 42), расположенную между верхним слоем 38 и задним слоем 40, эластичные элементы 44 и ленточные застежки с петлями 46. Хотя верхний слой 38, задний слой 40, абсорбирующая сердцевина 41 и эластичные элементы 44 могут быть собраны в целый ряд известных конфигураций, предпочтительная конфигурация пеленки описана в основном в патенте США N 3860003 ("Сжимаемые боковые части для пеленки одноразового применения"), выданном на имя Кеннета Б. Буелла 14 января 1975 г. причем данный патент введен в описание в качестве отсылки. Альтернативные предпочтительные конфигурации для пеленок одноразового применения также раскрыты в патенте США N 4808178 ("Абсорбирующее изделие одноразового применения, имеющее эластичные ободные ленты, снабженные частями, резистентными к просачиванию"), выданном на имя Мохаммеда И. Азиза и Теда Л. Блэйни 28 февраля 1989 г. в патенте США N 4695278 (Абсорбирующее изделие, имеющее двойные манжеты), выданном на имя Майкла И. Лоусона 22 сентября 1987 г. и в патенте США N 4816025 (Абсорбирующее изделие, имеющее карман), выданном на имя Джона Г. Форемана 28 марта 1989 г. Все эти патенты введены в данном описании в качестве отсылок.
Фиг. 1 показывает предпочтительный вариант пеленки 20, в которой верхний слой 38 и задний слой 40 являются совместным фактором экстенсивности и имеют размеры по длине и ширине, как правило большие, нежели имеет абсорбирующая сердцевина 41. Верхний слой 38 ассоциируется и накладывается на задний слой 40, образуя тем самым периферию 28 пеленки 20. Периферия 28 определяет наружный периметр или края пеленки 20. Периферия 28 включает продольные края 30 и концевые края 32.
Пеленка 20 имеет переднюю и заднюю корсажную области 22 и 24, соответственно, простирающиеся от концевых кромок 32 периферии 28 пеленки в направлении поперечной центральной линии 34 пеленки на расстоянии предпочтительно около 5% от длины пеленки 20. Корсажные области включают верхние части пеленки, которые при ношении окружают талию владельца. Область промежности 26 представляет собой часть пеленки 20 между корсажными областями 22 и 24 и включает часть пеленки 20, которая при ношении располагается между ногами владельца и покрывает нижний торс владельца. Таким образом область промежности 26 определяет площадь обычного отложения жидкости для пленки 20 или другого абсорбирующего изделия одноразового применения.
Верхний слой 38 является податливым, мягким на ощупь и не раздражающим кожу владельца предметом. Кроме того, верхний слой 38 является проницаемым для жидкости, позволяющим жидкости проникать через его толщу. Пригодный верхний слой 38 можно изготовить из целого ряда материалов, таких как поропласты, сетчатые пенопласты, пластмассовые пленки с отверстиями, натуральные волокна (например, древесные или хлопковые волокна), синтетические волокна (например, полиэфирные или полипропиленовые волокна), или может быть изготовлен из комбинации натуральных и синтетических волокон. Предпочтительно, верхний слой 38 изготовлен из гидрофобного материала для изоляции кожи владельца от жидкости в абсорбирующей сердцевине 42.
Особенно предпочтительный верхний слой 38 включает полипропиленовые волокна штапельной длины, имеющие денье около 1,5, как, например, полипропилен Геркулес 151 типа, поставляемый на рынок Геркулес, Инк. Уилмингтон, Делавэр. Используемый здесь термин "волокна штапельной длины" относится к тем волокнам, которые имеют длину по крайней мере около 15,9 мм (0,62 дюйма).
Существует целый ряд методов изготовления, которые можно использовать для получения верхнего слоя 38. Например, верхний слой 38 может быть тканым, нетканым, спряденным, кардным и т.п. Предпочтительный верхний слой является кардным и термически соединенным при помощм хорошо известных методов в области тканей. Предпочтительно, верхний слой 38 имеет массу приблизительно от 18 до 25 г/м2, минимальную прочность на разрыв в сухом состоянии по крайней мере около 400 г/см в продольном направлении, и прочность на разрыв в мокром состоянии по крайней мере около 55 г/см в поперечном направлении.
Задний слой 40 является непроницаемым для жидкости и предпочтительно изготовлен из тонкой пластмассовой пленки, хотя можно использовать и другие гибкие материалы, которые не пропускают жидкость. Задний слой 40 не допускает экссудаты, абсорбируемые и содержащиеся в абсорбирующей сердцевине 41, к увлажнению изделий, которые контактируют с пеленкой 20, таких как постельное белье и предметы нижнего белья. Предпочтительно, задний слой 40 представляет собой полиэтиленовую пленку с толщиной приблизительно от 0,012 мм (0,5 мил) до 0,051 см (2,0 мил), хотя можно использовать другие эластичные материалы, не пропускающие жидкость. Используемый здесь термин "эластичный" относится к материалам, которые являются податливыми и легко соответствуют общей форме и очертаниям тела владельца.
Пригодную полиэтиленовую пленку изготавливают в Монсанто Кемикал Корпорейшн и поставляют на рынок как пленку N 8020, задний слой 40 предпочтительно профилирован и матово отделан для придания большего тканеподобного вида. Кроме того, задний слой 40 может позволять парам выходить из абсорбирующей сердцевины 41, одновременно препятствуя прохождению экссудатов через задний слой 40.
Размер заднего слоя 40 диктуется размером абсорбирующей сердцевины 41 и выбранным дизайном пеленки. В предпочтительном варианте задний слой 40 имеет модифицированную форму песочных часов, простираясь за пределы абсорбирующей сердцевины 41 на минимальное расстояние по меньшей мере приблизительно от 1,3 до 2,5 см (около 0,5-1,0 дюйма) вокруг полной периферии 28.
Верхний слой 38 и задний слой 40 соединяются любым подходящим образом. Используемый здесь термин "соединяются" охватывает конфигурации, при которых верхний слой 38 непосредственно соединен с задним слоем 40 путем прикрепления верхнего слоя непосредственно к заднему слою 40, и конфигурации, при которых верхний слой 38 присоединен опосредованно к заднему слою 40 путем прикрепления верхнего слоя 38, к промежуточным элементам, которые в свою очередь прикрепляются к заднему слою 40. В предпочтительном варианте верхний слой 38 и задний слой 40 прикрепляются непосредственно друг к другу в периферии пеленки при помощи крепежных средств (не показано), таких как адгезивное или любое другое крепежное приспособление, известное в данной области. Например, для прикрепления верхнего слоя 38 к заднему слою 40 можно использовать равномерный непрерывный слой адгезива, узорчатый слой адгезива или решетку отдельных линий или пятен адгезива.
Ленточные застенки с петлями 46 обычно налагают на заднюю корсажную область 24 пеленки 20 с получением крепежных средств для удержания пеленки на владельце. На фиг. 1 показана только одна ленточная застежка с петлей. Ленточные застежки с петлями 46 описаны, например, в патенте США N 3848594, выданном на имя Кеннета Б. Буелла 19 ноября 1974 г. причем данный патент введен в описание в качестве отсылки. Эти ленточные застежки с петлями 46 или другие средства крепления пеленки обычно находятся вблизи углов пеленки 20.
Эластичные элементы 44 расположены рядом с периферией 28 пеленки 20, предпочтительно вдоль каждого продольного края 30 так, что эластичные элементы 44 притягивают и удерживают пеленку 20 у ног владельца. Альтернативно, эластичные элементы 44 могут быть расположены вблизи любого или обеих концевых краев 32 пеленки 20 с получением корсажа, а также манжетов на бедрах. Например, пригодный корсаж раскрывается в патенте США N 4515595 (Пеленки одноразового применения с эластично сжимаемыми корсажами), выданном на имя Дэвида Дж. Кевита и Томаса Ф. Остераге 7 мая 1985 г. причем данный патент введен в описание в качестве отсылки. Кроме того, способ и устройство, пригодные для изготовления пеленки одноразового применения, имеющей сжимаемые эластичные элементы, описаны в патенте США N 4081301 (Способ и устройство для непрерывного присоединения дискретных, вытянутых эластичных нитей к предопределенным изолированным участкам абсорбирующих продуктов одноразового применения), выданном на имя Кеннета Б. Буелла 28 марта 1978 г. причем данный патент введен в описание в качестве отсылки.
Эластичные элементы 44 крепятся к пеленке 20 в условиях эластичного сжимания так, что в обычно неограниченной конфигурации эластичные элементы 44 эффективно сжимают или собирают пеленку 20. Эластичные элементы 44 могут быть прикреплены в режиме эластичного сжимания по крайней мере двумя путями. Например, эластичные элементы 44 могут быть растянуты и закреплены в то время, как пеленка 20 находится в режиме несжатия. Альтернативно, пеленку 20 можно сжать, например, гофрированием, а эластичные элементы 44 крепят и соединяют с пеленкой 20 в то время, когда эластичные элементы 44 находятся в расслабленном или несжатом состоянии.
В варианте, приведенном на фиг. 1, эластичные элементы 44 покрывают в основном полную длину пеленки 20 в промежной области 26. Альтернативно, эластичные элементы 44 могут простираться по всей длине пеленки 20 или по любой другой длине, пригодной для создания эластично сжимаемой линии. Длина эластичных элементов 44 определяется конструкцией пеленки.
Эластичные элементы 44 могут принимать множество конфигураций. Например, ширина эластичных элементов 44 может варьироваться приблизительно от 0,25 мм (0,01 дюйма) до 25 мм (1,0 дюйма), или более; эластичные элементы 44 могут включать одну прядь эластичного материала или могут включать несколько параллельных или непараллельных нитей эластичного материала; или эластичные элементы 44 могут быть прямоугольными или криволинейными. Кроме этого, эластичные элементы 44 могут быть присоединены к пеленке любым известным в данной области способом. Например, эластичные элементы 44 могут быть присоединены посредством ультразвуковой связи, упакованы в пеленку 20 с помощью тепла или давления с использованием целого ряда схем привязывания, или эластичные элементы 44 могут быть просто приклеены к пеленке 20.
Абсорбирующая сердцевина 41 пеленки 20 расположена между верхним слоем 38 и задним слоем 40. Абсорбирующую сердцевину 41 можно изготовить с широким кругом размеров и форм (например, прямоугольной, песочных часов, асимметрической и так далее) и из целого ряда материалов. Общая абсорбционная способность абсорбирующей сердцевины 41 должна, однако, быть совместимой с проекционной загрузкой жидкости для предназначенного использования абсорбирующего изделия или пеленки. Кроме того, размер и абсорбционная способность абсорбирующей сердцевины 41 могут изменяться с целью удовлетворения потребностей владельцев, начиная от младенца и заканчивая взрослым человеком. Абсорбирующая сердцевина 41 предпочтительно включает абсорбирующие элементы изобретения, которые содержат смесь волокнистого материала и определенных количеств частиц корпускулярных, абсорбирующих полимерных композиций изобретения, которые включают межчастичные сшитые агрегаты.
Предпочтительный вариант пеленки 20 имеет абсорбирующую сердцевину с формой модифицированных песочных часов. Абсорбирующая сердцевина 41 предпочтительно представляет собой абсорбирующий элемент 42, включающий слой войлочного материала или волокон на основе превесной целлюлозы, а также расположенную в нем корпускулярную, абсорбирующую полимерную композицию.
Альтернативно, абсорбирующие сердцевины в соответствии с изобретением могут состоять просто из корпускулярных, абсорбирующих полимерных композиций изобретения, комбинации слоев, включая полимерные композиции изобретения (включая ламинаты), или иные другие конфигурации абсорбирующей сердцевины, известные в литературе. Примеры пригодных конфигураций абсорбирующих сердцевин описаны, например, в патенте США N 3670731, выданном на имя Хармона 20 июня 1972 г. в патенте США N 3669114, выданном на имя Морана 15 июня 1972 г. в патенте США N 3888257, выданном на имя Кука и др. 10 июня 1975 г. в патенте США N 3901231, выданном на имя Ассарона и др. 26 августа 1975 г. в патенте США N 4102340, выданном на имя Мезека и др. 25 июля 1978 г. и в патенте США N 45000315, выданном на имя Пьеньяка и др. 19 февраля 1985 г. Все эти патенты введены в данное описание в качестве отсылок.
Приведенный в примерах вариант абсорбирующей сердцевины 41 включает гидрофильный волокнистый материал и корпускулярную, абсорбирующую полимерную композицию изобретения, как например, абсорбирующий элемент, описанный в патенте США N 4610678 (Абсорбирующая структура высокой плотности), который выдан на имя Пауля Т. Вейсмана и Стефена А. Голдмана 9 сентября 1986 г. причем данный патент введен в описание в качестве отсылки. Альтернативный вариант абсорбирующей сердцевины 41 представляет собой двухслойную абсорбирующую сердцевину с предпочтительной конфигурацией, которая в основном описана в патенте США N 4673402 (Абсорбирующее изделие с двухслойными сердцевинами), выданном на имя Поля Т. Вейсмана, Дауна И. Хьютона и Дэйла А. Геллерта 16 июня 1987 г. причем данный патент введен в описание в качестве отсылки. Абсорбирующая сердцевина в соответствии с данным патентом имеет верхний слой асимметрической формы и нижний слой такой же формы. Особенно предпочтительный вариант абсорбирующей сердцевины 41, пригодной в изобретении, описан в патенте США N 4834735 (Абсорбирующие элементы высокой плотности, имеющие низкоплотные и низкомолекулярные зоны приема), выданном на имя Мигуэля Алеманы и Черльза Дж. Берга 30 мая 1989 г. причем данный патент введен в описание в качестве отсылки. В соответствии с данным патентом абсорбирующие элементы имеют зону хранения в зону приема, причем последняя имеет более низкую плотность и более низкую среднюю массу на единицу площади, нежели зона хранения, так что зона приема может эффективно и достаточно быстро принимать опорожненную жидкость.
Фиг. 4 представляет собой перспективный вид предпочтительного варианта абсорбирующей сердцевины 41 (абсорбирующего элемента 42) изобретения в соответствии с описанием в вышеупомянутом патенте США N 4834735. Фиг. 4 показывает, что абсорбирующий элемент 42 содержит заднюю часть 48 и переднюю часть 50. Передняя часть 50 имеет концевую область 52 и область отложения 54. Область отложения 54 включает зону приема 56 (показана прерывистой линией) и зону хранения 58. Кроме того, передняя часть 50 разделена в поперечном направлении на три участка, которые включают две поперечно разнесенные области проушин 60 и 62, соответственно, и центральную область 64. Абсорбирующий элемент 42 дополнительно имеет поперечную центральную линию, которая обозначена позицией 68.
Абсорбирующий элемент 42 имеет заднюю часть 48 и переднюю часть 50, которая соприкасается с задней частью 48. Задняя часть 48 и передняя часть 50 абсорбирующего элемента 42 простираются соответственно от концевых краев 67 абсорбирующего элемента 42 в направлении поперечной центральной линии 66, задняя часть простирается на расстояние приблизительно от половины до 3/4, предпочтительно, около 2/3, от длины абсорбирующего элемента 42. Передняя часть 50 предпочтительно имеет длину свыше половины от общей длины абсорбирующего элемента 42, так что она охватывает всю площадь обычного отложения жидкости абсорбирующего элемента 42, когда тот помещен в пеленку или другое абсорбирующее изделие.
Передняя часть 50 имеет концевую область 52 и область отложения 54. Концевая область 52 включает тот отрезок передней части 50, который простирается от соответствующего концевого края 70 абсорбирующего элемента 42 в направлении поперечной центральной линии 66 на расстояние приблизительно от 2 до 10% предпочтительно около 5% от длины абсорбирующего элемента 42. Область отложения 54 включает тот отрезок передней части 50, который соседствует и расположен между концевой областью 52 и задней частью 48 и охватывает площадь обычного отложения жидкости в абсорбирующем элементе 42.
Передняя часть 50 кроме того имеет две поперечно разнесенные области проушин 60 и 62, соответственно, и центральную область 64, расположенную в промежутке между областями проушин 60 и 62. Области проушин 60 и 62 включают те участки, которые в основном простираются от продольных краев 30 периферии 28 в направлении продольной центральной линии на расстояние приблизительно от 1/10 до 1/3 ширины абсорбирующего элемента 42. Таким образом, области проушин 60 и 62 представляют собой те участки, которые занимают боковые краевые части талии и торса владельца, тогда как центральная область 64 занимает средний участок талии и торса владельца. Таким образом центральная область 64 определяет поперечную площадь обычного отложения жидкости.
Область отложения 54 включает зону приема 56 и зону хранения 58 в жидкостном сообщении по меньшей мере с частью площади боковой поверхности зоны приема 56. Зона приема 56 включает участки области отложения 54, обозначенные прерывистыми линиями на фиг. 4. Зона хранения 58 обычно включает остальную часть зоны отложения 54, и более предпочтительно, остальную часть абсорбирующего элемента 42.
Зона хранения 58 представляет собой относительно высококапиллярную (с высокой плотностью и высокой массой) часть по меньшей мере зоны отложения 54. Основными функциями зоны хранения являются абсорбирование жидкостей, которые либо непосредственно попадают в зону хранения 58, либо переносятся в зону хранения 58 посредством градиентов капиллярных сил, установленных между зоной приема 56 и зоной хранения 58, а также удерживание таких жидкостей под давлениями в результате движений владельца. Предпочтительно, зона хранения 58 состоит по существу из структуры, описанной в вышеупомянутом патенте США N 4610678, и более низкого слоя хранения текучей среды, описанного в патенте США N 4673402, хотя можно использовать и другие высококапиллярные структуры. Оба патента США введены в данное описание в качестве отсылки.
Зона хранения 58 предпочтительно имеет относительно высокую плотность и высокую массу на единицу площади относительно зоны приема 56. Значения плотности и массы зоны хранения 58 включают массу частиц полимерной композиции, так что значения плотности и массы варьируются в зависимости от количества частиц, диспергированных по абсорбирующему элементу 42.
Хотя зона хранения 58 может принимать целый ряд размеров и форм, предпочтительно, чтобы зона хранения 58 включала часть по меньшей мере области отложения 54, где нет никакой зоны приема 56. (То есть, полная область отложения 54 включает зону хранения 58 за исключением зоны приема 56). Хотя задняя часть 48 и концевая область 52 не нуждаются в зонах хранения, в предпочтительных вариантах абсорбирующего элемента 42, как показано на фиг. 2, 3 и 4, полный абсорбирующий элемент 42 за исключением зоны приема 56 включает одну или более зон хранения. Кроме того, хотя зона хранения 58 не должна обязательно окружать сбоку зону приема 56 (то есть она находится в жидкостном сообщении по крайней мере с частью площади поперечного сечения зоны приема 56), в предпочтительных вариантах изобретения зона хранения 58 сбоку окружает зону приема 56 с тем, чтобы извлечь полную выгоду из различия в капиллярности между ними.
Зона приема 56 имеет относительно низкую капиллярность и поэтому предпочтительно более низкую среднюю плотность и более низкую среднюю массу на единицу площади, недели зона хранения 58. Зона приема 56 служит для быстрого сбора и временного удержания жидкостей. Поскольку такие жидкости в основном испускаются фонтанами, зона приема 56 должна уметь быстро принимать и транспортировать жидкость, впитывая ее в точке взаимодействия с жидкостью и перенося к другим частям абсорбирующего элемента 42.
Хотя части зоны приема 56 могут быть расположены в задней секции 48 абсорбирующего элемента, зона приема 56 предпочтительно располагается обычно в передней части 50 абсорбирующего элемента 42 так, что зона приема 56 расположена в площади обычного отложения жидкости, то есть, зона отложения 54. Поэтому зону приема 56 помещают в непосредственной близости от точки истечения жидкости с тем, чтобы она быстро приняла такую жидкость в зоне взаимодействия с ней.
Позиционирование в основном вперед зоны приема 56 можно определить установлением процентного содержания площади верхней поверхности зоны приема 56, которая находится впереди определенных точек вдоль длины абсорбирующего элемента 42. Хотя позиционирование зоны приема 56 можно альтернативно определить в отношении объема зоны приема, расположенной впереди определенных точек, обнаружено, что площадь верхней поверхности зоны приема 56 представляет собой более желательное определение, так как площадь верхней поверхности фактически определяет начальную площадь, приемлемую для приема жидкости. Кроме того, поскольку толщина абсорбирующего элемента 42 предпочтительно является равномерной в зоне отложения 54, а зона приема 56 имеет в основном прямоугольную площадь поперечного сечения, определение площади верхней поверхности равно объемному определению в предпочтительном варианте. Таким образом позиционирование зоны приема 56 в описании изобретения будет упоминаться в отношении площади ее верхней поверхности. (То есть, процентного содержания площади верхней поверхности зоны приема, расположенной в данной площади.)
Таким образом, в соответствии с изобретением по крайней мере часть зоны приема 56 должна быть расположена в зоне отложения 54, даже если остальная часть может располагаться в любом месте абсорбирующего элемента 42, включая заднюю часть 48 и концевые области 52. (Следует понять, что при использовании множества зон приема по крайней мере часть зоны приема должна быть расположена в зоне отложения 54.) Однако зона приема 56 предпочтительно располагается относительно абсорбирующего элемента 42 так, что площадь верхней поверхности зоны приема 56 полностью расположена в пределах передней части 50 абсорбирующего элемента 42. Более предпочтительно, зона приема 56 располагается относительно абсорбирующего элемента 42, так что площадь верхней поверхности зоны приема 56 полностью расположена в пределах зоны отложения 54 абсорбирующего элемента 42. Даже более предпочтительно, по меньшей мере 30% площади верхней поверхности зоны приема 56 располагаются в передней половине передней части (приблизительно передней 1/3 от всего абсорбирующего элемента 42) абсорбирующего элемента 42.
Зона приема 56 может иметь любую желательную форму, которая соответствует требованиям спектральной поглощательной способности абсорбирующего элемента 42 или пеленки 20, включая, например, круглую, прямоугольную, треугольную, трапециевидную, продолговатую, а также форму песочных часов, воронкообразную, форму собачьей кости, форму лисьей морды или овальную форму. Предпочтительные формы зоны приема 56 те, которые повышают периметр границы раздела между зоной приема 56 и зоной хранения 58 так, что полностью используется относительная разность в капиллярности между зонами. В варианте, показанном на фиг. 1-4, зона приема имеет овальную форму с площадью верхней поверхности около 45 см2 (около 7 кв. дюймов).
С целью сохранения минимального уровня спектральной поглощательной способности в передней части 50 абсорбирующего элемента 42 площадь верхней поверхности или объем зоны хранения 58 должен включать минимальное количество площади или объема верхней поверхности передней части 50. Так, найдено, что зона приема 56 должна предпочтительно включать меньше, чем полную верхнюю поверхность и/или объем передней части 50 абсорбирующего элемента 42. (Поскольку в предпочтительном варианте зона приема 56 имеет в основном равномерную толщину и площадь поперечного сечения, объем может обмениваться с площадью верхней поверхности в виде определяющей точки.) Площадь верхней поверхности части зоны приема 56, расположенной в передней части 50 абсорбирующего элемента 42, предпочтительно включает менее 50% площади верхней поверхности передней части 50. Более предпочтительно, площадь верхней поверхности зоны приема 56 включает менее, чем приблизительно 35% площади верхней поверхности передней части 50 абсорбирующего элемента 42, при этом особенно предпочтительно менее, чем приблизительно 20% Кроме того, площадь верхней поверхности зоны приема 56 предпочтительно включает менее, чем приблизительно 50% площади верхней поверхности зоны отложения 54, более предпочтительно, менее, чем приблизительно 35% наиболее предпочтительно, менее, чем приблизительно 20%
Зона приема 56 может также иметь целый ряд площадей и конфигураций с разным поперечным сечением, включая те, в которых площадь частей зоны приема 56 больше или меньше площади ее верхней поверхности. (То есть, зона приема 56 меньше или шире под верхней поверхностью абсорбирующего элемента 42.) Например, зона приема 56 может иметь конические, трапециевидные, Т-образные или прямоугольные площади поперечного сечения. Как показано на фиг. 2 и 3, зона приема 56 предпочтительно имеет прямоугольную площадь поперечного сечения с тем, чтобы получилась ровная зона приема 56.
Кроме того, зона приема 56 не обязательно включает полную толщину абсорбирующего элемента 42, она может простираться только по части ее полной толщины. Зона приема 56 также может иметь толщину, отличающуюся от толщины окружающей с боков зоны хранения 58. Однако в предпочтительном варианте, приведенном на фиг. 2 и 3, зона приема 56 предпочтительно простирается по всей толщине абсорбирующего элемента 42 и имеет толщину окружающей зоны хранения 58 в области отложения 54.
Хотя зона приема 56 может располагаться в поперечном направлении в любом месте вдоль абсорбирующего элемента 42, обнаружено, что зона приема 56 функционирует более эффективно, когда она центрирована поперечно в пределах переднего участка 50 или зоны отложения 54 абсорбирующего элемента 42. Таким образом, зона приема 56 предпочтительно центрирована около продольной центральной линии 68 абсорбирующего элемента 42. Более предпочтительно, зона приема 56 расположена в поперечном направлении только в центральной части 64 переднего участка или зоне отложения абсорбирующего элемента 42 так, что зона приема 56 не располагается в областях проушин 60 и 62.
Такой абсорбирующий элемент 42 предпочтительно получен путем воздушного нанесения предварительно отформованной заготовки абсорбирующего элемента, которая профилирована по толщине, с последующим каландрованием абсорбирующего элемента 42 в валке каландра с зафиксированным зазором для осуществления уплотнения абсорбирующего элемента 42. Профилированный по толщине абсорбирующий элемент 42 первоначально имеет площади более высокой массовой основы, которые определяют зону хранения 58, и более низкой массовой основы, которые определяют зону приема 56. Абсорбирующий элемент 42 затем каландируют предпочтительно, по крайней мере, до равномерной толщины в зоне отложения. Таким образом создают более низкую среднюю плотность и более низкую массу на единицу площади зоны приема 56 относительно более высокой средней плотности и более высокой массы зоны хранения 58. Кроме того, корпускулярную, абсорбирующую полимерную композицию прибавляют в захваченный воздухом поток волокна перед нанесением на предварительно сформованную заготовку для осуществления равномерного распределения полимерной композиции по предварительно сформованному абсорбирующему элементу 42.
Фиг. 6 и 7 показывают другой альтернативный вариант осуществления абсорбирующей сердцевины в соответствии с изобретением. Абсорбирующий слой приема 674 расположен над абсорбирующим элементом 642 с образованием двуслойного абсорбирующего ядра. Пример аналогичной двуслойной абсорбирующей сердцевины описан в подробности в вышеприведенном патенте США N 4673402, который включен в данное описание в качестве отсылки.
Этот абсорбирующий слой приема 674 служит для быстрого сбора и временного хранения жидкости и для транспортировки такой жидкости путем впитывания из точки начального контакта с другими частями абсорбирующего слоя приема 674. Поскольку главнейшей обязанностью абсорбирующего слоя приема 674 является принятие жидкостей, проходящих через верхний слой 38, и транспортировка таких жидкостей в другие участки абсорбирующего слоя приема 674 и в конце концов на абсорбирующий элемент 642, то абсорбирующий слой приема 674 может быть по существу свободным от полимерной композиции. Абсорбирующий слой приема 674 предпочтительно состоит в основном из гидрофильного волокнистого материала. Альтернативно, абсорбирующий слой приема 674 может содержать определенные количества полимерной композиции. Так, абсорбирующий слой приема 674, например, может содержать приблизительно по 50% по массе полимерной композиции. В наиболее предпочтительных вариантах абсорбирующая сердцевина приема содержит приблизительно от 0 до 8% по массе полимерной композиции. В других предпочтительных вариантах абсорбирующий слой приема 674 содержит химически ужесточенные целлюлозные волокна, описанные выше.
Абсорбирующий слой приема 674 в развернутой конфигурации может иметь любую желательную форму, например, прямоугольную, овальную, продолговатую, асимметричную или форму песочных часов. Форма абсорбирующего слоя приема 674 может определять основную форму полученной пеленки 20. В предпочтительных вариантах изобретения, как показано на фиг. 6, абсорбирующий слой приема 674 имеет форму песочных часов.
Абсорбирующий элемент 642 изобретения не должен иметь одинаковый с абсорбирующим слоем приема 674 размер и фактически может иметь площадь верхней поверхности, которая значительно меньше или больше, нежели площадь верхней поверхности абсорбирующего слоя приема 674. Как показано на фиг. 6, абсорбирующий элемент 642 меньше абсорбирующего слоя приема 674 и имеет площадь верхней поверхности приблизительно в 0,25-1,0 величины площади верхней поверхности абсорбирующего слоя приема 674. Наиболее предпочтительно, площадь верхней поверхности абсорбирующего элемента 642 составляет примерно от 0,25 по 0,75, и наиболее предпочтительно, примерно от 0,3 до 0,5, площади верхней поверхности абсорбирующего слоя приема 674. В альтернативном варианте абсорбирующий слой приема 674 меньше абсорбирующего элемента 642 и имеет площадь верхней поверхности приблизительно от 0,25 до 1,0 более предпочтительно от 0,3 до 0,95, площади верхней поверхности абсорбирующего элемента 642. В этом альтернативном варианте абсорбирующий слой приема 674 предпочтительно содержит химически ужесточенные целлюлозные волокна.
Абсорбирующий элемент 642 изобретения предпочтительно находится в позиционном соотношении с задним слоем 40 и/или абсорбирующим слоем приема 674 в пеленке или другом абсорбирующем изделии. Более конкретно, абсорбирующий элемент 642 расположен как правило в направлении переда пеленки, так что полимерная композиция наиболее эффективно расположена для приема и удержания жидкостей, приходящих из абсорбирующего слоя приема 674.
Переднее позиционирование абсорбирующего элемента 642 можно определить установлением процентного содержания всей полимерной композиции, которое находится впереди определенных точек вдоль длины пеленки или другого абсорбирующего изделия. Так, в соответствии с изобретением абсорбирующий элемент 642 расположен относительно заднего слоя и/или абсорбирующего слоя приема 674 так, что (I) по крайней мере около 75% всей полимерной композиции в абсорбирующем элементе 642 находится в пределах 2/3 части пеленки или другого абсорбирующего изделия (2) по крайней мере около 55% всей полимерной композиции в абсорбирующем элементе 642 находится в пределах передней половины части пеленки или другого абсорбирующего изделия. Более предпочтительно, абсорбирующий элемент 642 расположен относительно заднего слоя 40 и/или абсорбирующего слоя приема 674 так, что по крайней мере около 90% всей полимерной композиции в абсорбирующем элементе 642 находится в передней 2/3 части и по крайней мере около 60% всей полимерной композиции находится в передней половине части пеленки или другого абсорбирующего изделия. (Для целей настоящего изобретения "части" пеленки или другого абсорбирующего изделия можно определить со ссылкой на площадь верхней поверхности развернутой пеленки 20 или абсорбирующего изделия, находящейся впереди данной точки на линии, которая определяет длину пеленки 20 или другого абсорбирующего изделия).
Абсорбирующий элемент 642 двухслойной абсорбирующей сердцевины может иметь любую желательную форму, соответствующую комфортабельной пригонке, включая, например, круглую прямоугольную, трапециевидную, продолговатую, форму песочных часов, форму собачьей кости или овальную форму. При желании абсорбирующий элемент 642 может быть завернут в высокопрочный в мокром состоянии конверт, например, из тонкой бумаги или синтетического мелкопористого (например, нетканого), материала, для минимизации возможности частиц полимерной композиции мигрировать из абсорбирующего элемента 642. Другой целью такого сворачивания является желательное повышение целлостности при использовании двухслойной абсорбирующей сердцевины. Такой материал может быть приклеен к абсорбирующему элементу 642. Пригодный способ осуществления такого приклеивания включает методику распыления клея, описанную в патенте США N 4573986, выданном на имя Минетола и Токера 4 марта 1986 г. причем данный патент введен в описание в качестве отсылки.
В предпочтительных вариантах, которые приведены на фиг. 6, абсорбирующий элемент 642 двухслойной абсорбирующей сердцевины имеет продолговатую форму. В особенно предпочтительных вариантах используют продолговатый абсорбирующий элемент 642, завернутый в ткань, которая нанесена методом распыления клея.
Фиг. 8 показывает еще один альтернативный вариант абсорбирующей сердцевины, включающей абсорбирующий элемент 842 изобретения. Абсорбирующий элемент 842 имеет асимметричную форму (то есть, абсорбирующий элемент 842 не является симметричным вокруг его поперечной центральной линии). Кроме того, значения плотности и массы областей проушин 860 и 862, а также задней области 848 отличаются от значений зоны хранения 858, расположенной в центральной области 864. Области проушин 860 и 862 а также заднюю часть 848 предпочтительно образуют с более меньшей массой, нежели зону хранения 858 центральной области 864, так как избыточный материал в данном варианте не приведет к получению никакого преимущества в защите от протечки так, что стоимость такого абсорбирующего элемента 842 снизится. Абсорбирующий элемент 842 каландруют по равномерной толщины; зона хранения 858 центральной области 864 поэтому имеет более высокую среднюю плотность, нежели задняя часть 848 и области проушин 860 и 862. (Следует понять, что все части заднего участка 848 и областей проушин 860 и 862 можно альтернативно каландровать до более меньшей толщины, нежели центральную область 864, так что они имеют приблизительно одинаковую или более высокую среднюю плотность, нежели зона хранения 858). Кроме того, как показано на фиг. 8, задняя часть 848 предпочтительно содержит проушины, хотя и не обязательно.
Зона приема 856 абсорбирующего элемента 842 имеет воронкообразную форму. Воронкообразная форма определяется в основном треугольной частью 884 в сочетании со стержневой или прямоугольной частью 886. Треугольная часть 884 особенно эффективна в абсорбировании жидкостей, исходящих из владельцев мужского пола, тогда как стержневая часть 886 эффективна для женского пола. С целью предотвращения закрывания стержневой части 884 зоны приема 856 во время изготовления или использования, стержневая часть 884 должна иметь минимальную ширину, предпочтительно на уровне по меньшей мере около 3/8 дюйма (9,525 мм), в отношении волокнистого материала, предпочтительно используемого в данной конструкции. Форма зоны приема 856 может также варьироваться в зависимости от типа владельца, например, предпочтительна только треугольная форма части 884 для владельца мужского пола.
Фиг. 9 показывает другой альтернативный вариант изобретения, в котором абсорбирующая сердцевина может включать абсорбирующий элемент 942, содержащий слоистую матрицу волокнистого материала и смесь волокнистого материала с частицами 900 полимерной композиции изобретения. Абсорбирующий элемент 942 включает зону хранения 958 (обозначена прерывистыми линиями) и пылеулавливающий слой 902 (слой приема/распределения). Зона хранения 958 предпочтительно расположена только в передней части 850 абсорбирующего элемента 942 так, что задняя часть 48 не содержит зону хранения 958 (то есть, задняя часть 48 не содержит смесь волокнистого материала и полимерной композиции). Такая конфигурация экономит расходы на изготовление материала и обеспечивает преимущество в просачивании в конце абсорбирующего элемента 942. Кроме того, как зона хранения 958, так и зона приема 956 не содержат полную толщину абсорбирующего элемента 942, а простираются только по части (предпочтительно около 25-95% более предпочтительно около 75-95%) всей толщины абсорбирующего элемента 942. Так, пылеулавливающий слой 902 предпочтительно является относительно более тонким, нежели зона приема 956 и зона хранения 958 абсорбирующего элемента 942, и образован по крайней мере из части толщины абсорбирующего элемента 942, без содержания зоны приема 956 и зоны хранения 958; более предпочтительно, пылеулавливающий слой 902 также образован из задней части 48 абсорбирующего элемента 942. В приведенном варианте зона приема 956 и пылеулавливающий слой 902 предпочтительно состоит из гидрофильного волокнистого материала, который имеет ограниченные количества (приблизительно 0 до 2%) полимерной композиции, диспергированной там. Кроме того, зона приема 956 и пылеулавливающий слой 902 выполнены из одинаковых материалов и имеют одинаковую плотность и массу так, что абсорбирующий элемент 942 имеет по существу целую зону приема, окружающую зону хранения 958.
Жидкости организма, которые поступают в зону приема 956, быстро переходят в абсорбирующий элемент 942, где они либо переносят в зону хранения 958 под действием градиента капиллярности между зоной хранения 958 и зоной приема 956 по границе их раздела, либо впитываются или притягиваются силой тяжести в пылеулавливающий слой 902, после чего жидкости быстро транспортируются под действием впитывания из точки первоначального контакта в зоне приема 956 к другим частям пылеулавливающего слоя 902, где разница в капиллярности между пылеулавливающим слоем 902 и зоной хранения 958 заставляет жидкость переноситься в зону хранения 958. Поэтому более высокая площадь градиентов капиллярности существует между зоной хранения 958 и другими участками абсорбирующего элемента 942 с тем, чтобы более эффективно использовалась зона хранения 958 и, более конкретно, частицы 900 полимерной композиции. Таким образом, хотя зона приема 956 и пылеулавливающий слой 902 могут иметь различные характеристики и конструкции, например, могут быть выполнены из разных материалов, могут иметь различные плотности или иметь частицы полимерной композиции, диспергированные в любом из них, предпочтительно, чтобы зона приема 956 и пылеулавливающий слой 902 были выполнены из одинакового материала, имели одинаковую плотность и были лишены частиц полимерной композиции с тем, чтобы жидкость могла быстро впитываться в абсорбирующий элемент 942.
Абсорбирующий элемент 942 этого альтернативного варианта предпочтительно получают методами и устройством, раскрытыми в патенте США N 4888231 (Абсорбирующие сердцевины, имеющие пылеулавливающий слой), выданном на имя Джона Дж. Энгстадта 19 декабря 1989 г. причем данный патент введен в описание в качестве отсылки. Так, абсорбирующий элемент 942 предпочтительно изготавливают путем нанесения слоя только волокнистого материала на профилированную предварительно сформированную заготовку абсорбирующего материала с образованием того, что будет пылеулавливающим слоем 902 и зоной приема 956. Зону 956 затем накладывают на пылеулавливающий слой и абсорбирующий элемент каландруют до одинаковой толщины.
Фиг. 10 показывает перспективный вид альтернативного варианта пеленки изобретения, в котором абсорбирующий элемент 942 фиг. 9 заключен между верхним слоем 1002 и задним слоем 1004 с образованием пеленки одноразового применения 1000. Абсорбирующий элемент 942 предпочтительно расположен так, чтобы пылеулавливающий слой 902 располагался рядом с задним слоем 1004 для того, чтобы абсорбирующий элемент мог функционировать, как описано выше. Хотя и не предпочтительно, но зона хранения 958 может альтернативно располагаться вблизи заднего слоя 1004 с тем, чтобы пылеулавливающий слой 902 действовал как слой распределения/приема текучей среды, а зона хранения 958 действовала как более низкий слой хранения текучей среды, например так, как описано в вышеупомянутом патенте США 4673402.
Фиг. 11 показывает другой альтернативный вариант изобретения, в котором форма зоны приема 1156 (показана прерывистыми линиями) представляет собой "форму лисьей морды". (Называется потому, что напоминает анфас лисьей головы). Как говориться выше, треугольная зона приема найдена особенно эффективной в отношении владельцев мужского пола. Обнаружено, что такая зона приема не может служить для владельцев женского пола. Оптимальной формой для зоны приема в отношении владельцев женского пола является форма лисьей морды, приведенная на фиг. 11. Данная форма повышает периметр границы раздела зоны приема 1156 и зоны хранения 1158. Кроме того, форма лисьей морды расположена дальше от передней кромки абсорбирующего элемента 1142, нежели треугольная зона приема, используемая для мужчин, с тем, чтобы быть помещенной в непосредственной близости от точки опорожнения, учитывая анатомическую разницу между мужчинами и женщинами. Поэтому форма лисьей морды зоны приема 1156 позволяет повысить распределение текучей среды в отношении владельцев женского пола.
Еще один альтернативный вариант к вышеприведенным вариантам абсорбирующего элемента включает изменения размера пор волокон без необходимости в изменении плотности волокон для образования зоны приема и зоны хранения. Например, волокна небольших размеров из ворса твердой древесины можно использовать путем замещения по крайней мере около 50% предпочтительно около 80-100% волокон на основе ворса твердой древесины приблизительно той же плотности, что и низкоплотные волокна на основе ворса мягкой древесины, волокнами из мягкой древесины в зоне хранения. Это можно сделать за счет того, что ворс из твердой древесины имеет более мелкий размер пор, нежели материал на основе ворса из мягкой древесины. В результате сохраняется разница в капиллярности в пределах объема изобретения, даже если плотность каждой зоны одна и та же. Поэтому абсорбирующий элемент, например, может быть получен с использованием мягкой древесины целлюлозы с более мелкой пористой структурой, определяющей зону приема, и твердой древесиной целлюлозы для зоны хранения.
При использовании пеленку 20 надевают владельцу, располагая заднюю корсажную область 24 в нижней части спины владельца и пропуская остальную часть пеленки 20 между ногами владельца так, чтобы передняя корсажная область 22 располагалась спереди носящего. Затем ленточные застежки с петлями 46 застегивают предпочтительно в частях, выходящих наружу пеленки 20.
Так как корпускулярные, абсорбирующие полимерные композиции, а следовательно, абсорбирующие элементы изобретения имеют высокую абсорбционную способность в отношении менструальных жидкостей, а также в отношении мочи, такие структуры, даже определенные с точки зрения способности в отношении синтетической мочи, вполне пригодны для использования в гигиенических пакетах.
Фиг. 17 показывает альтернативный вариант изобретения, в котором абсорбирующее изделие одноразового применения представляет собой гигиенический пакет 1720, предназначенный для приема и содержания влагалищных выделений, таких как менструация. Гигиенические пакеты одноразового применения предназначены для удержания на человеческом теле посредством белья, например нижнего белья, или при помощи специально выполненных ремней. Примеры различных типов гигиенических пакетов, к которым подходит изобретение, приведены в патенте США N 4687478 (фигурный гигиенический пакет с ободными лентами), выданном на имя Киса Дж. Ван Тилбурга 18 августа 1987 г. в патенте США N 4589876 (Гигиенический пакет), выданном на имя Киса Дж. Ван Тилбурга 20 мая 1986 г. в патенте США N 4681578 (Прокладка с зонами вентиляции), выданном на имя Артура Б. Андерсона и Шерри Л. Брандта 21 июля 1987 г, и в патенте США N 4690680 (Адгезивные средства крепления для абсорбирующих изделий), выданном на имя Маурина Л. Хиггинса 1 сентября 1987 г. причем каждый из этих патентов введен в описание в качестве отсылки. Из следующего описания станет понятно, что корпускулярные, абсорбирующие полимерные композиции и абсорбирующие элементы могут быть использованы в качестве абсорбирующей сердцевины таких гигиенических пакетов. С другой стороны, следует понять, что изобретение не ограничивается какой-либо конкретной конструкцией или конфигурацией гигиенических пакетов.
Фиг. 17 представляет собой изображение в плане гигиенического пакета 1720 перед его помещением в нижнее белье носящего. Как видно на фиг. 17, предпочтительная конструкция гигиенического пакета включает проницаемый жидкостью верхний слой 1726, абсорбирующую сердцевину 1728, непроницаемый жидкостью задний слой 1730 и систему крепления 1724 для присоединения гигиенического пакета 1720 к нижнему белью носящего. Хотя верхний слой 1726, абсорбирующая сердцевина 1728 и задний слой 1730 могут быть соединены в целый ряд хорошо известных конфигураций, предпочтительная конфигурация гигиенического пакета приведена и описана в основном в вышеупомянутом патенте США N 4687478, где гигиенический пакет 1720 дополнительно имеет отвороты 1732 и 1732'.
Фиг. 17 показывает предпочтительный вариант гигиенического пакета 1720, в котором верхний слой 1726 и задний слой 1730 совместно образуют фактор экстенсивности и имеют размеры по длине и ширине, как правило, более высокие, нежели размеры абсорбирующей сердцевины 1728, с образованием отворотов 1732 и 1732'. Верхний слой 1726 соединен и совмещен с задним слоем 1730, образуя периферию гигиенического пакета 1720. Гигиенический пакет 1720 имеет внутреннюю поверхность 1734 и наружную поверхность 1736. Как правило, наружная поверхность 1736 простирается от одной концевой кромки 1738 до другой концевой кромки 1738 и от одной продольной кромки 1740 до другой продольной кромки 1740, и представляет собой наиболее удаленную от владельца поверхность во время использования гигиенического пакета 1720 и предназначена для контактирования с нижним бельем носящего. При использовании заднего слоя 1730 он обычно образует наружную поверхность 1736. Внутренняя поверхность 1734 расположена напротив наружной поверхности 1736 и в варианте, приведенном на рисунке, обычно образуется верхним слоем 1726. Вообще, внутренняя поверхность 1734 совместно с наружной поверхностью 1736 образует фактор экстенсивности и находится в контакте с владельцем при ношении гигиенического пакета 1720.
В предпочтительном варианте гигиенического пакета 1720, как показано на фиг. 17, система крепления 1724 включает крепящий элемент 1742, расположенный на наружной поверхности 1736 гигиенического пакета 1720, и разъединяющий вкладыш (не показан), который присоединяется с возможностью разъединения к адгезиву крепящего элемента 1742.
Поскольку предпочтительный вариант гигиенического пакета 1720 изобретения включает отвороты 1732 и 1732', элемент крепления отворотов 1746, также предусмотрен на одном или обоих отворотах 1732 и 1732' для поддержания отворотов 1732 и 1732' в положении после их заворота вокруг кромки промежной части нижнего белья. Разъединяющий вкладыш (не показан) также располагается над каждым из элементов крепления отворотов 1746 для защиты адгезива в течение использования гигиенического пакета 1720, причем разъединяющий вкладыш отводится в отворот заворачивается вокруг кромки промежной части нижнего белья.
Верхний слой 1726 может включать любые материалы для верхних слоев, которые описаны в отношении пеленок. В предпочтительном варианте верхний слой предпочтительно включает сформованную термопластичную пленку, пример которой описан в патентах США N 4342314 (Эластичный пластмассовый материал, проявляющий волокно-подобные свойства), выданном на имя Клиффорда Дж. Рэйдела и Хью А. Томпсона 3 августа 1982 г. и N 4463045 (Макроскопически расширяемый трехмерный пластмассовый материал, имеющий неглянцевую видимую поверхность и впечатление ткани на ощупь), выданном на имя Николаса А. Ахра, Уильяма И. Миллана младшего и Уильяма Р. Оуллетта 31 июля 1984 г. причем данные патенты введены в описание в качестве отсылок.
Задний слой 1730 может содержать любой материал для заднего слоя, который описан в отношении пеленок. Задний слой предпочтительно включает полиэтиленовую пленку.
Абсорбирующая сердцевина 1728 расположена между верхним слоем 1726 и задним слоем 1730 и может включать любой из абсорбирующих элементов изобретения или может быть выполнена из корпускулярного, абсорбирующего полимерного состава изобретения. В альтернативном варианте гигиенического пакета 1720 абсорбирующая сердцевина 1728 включает ламинат (слоистый абсорбирующий элемент), описанный выше.
При использовании гигиенический пакет 1720 крепят на внутренней стороне промежной части нижнего белья, причем чувствительную к давлениям липкую сторону крепежного приспособления гигиенического пакета 1720 обращают в сторону промежной части нижнего белья. Таким образом нижнее белье служит в качестве посадочного элемента для системы крепления 1724. Разъединяющий вкладыш отводят от элемента крепления 1742 и гигиенический пакет 1720 закрепляют в положении нажатием чувствительного к давлениям липкого крепежного средства 1742 на материал промежной части нижнего белья.
Синтетическая моча
Специфическая синтетическая моча, используемая в методах испытания изобретения, упоминается как "Синтетическая моча". Синтетическая моча известна как Jayco Synllrine и поставляется из Джайко фармасьютикалз Компании оф Кэмп Хилл, Пенсильвания. Формула синтетической мочи следующая: 2,0 г/л KCl, 2,0 г/л Na2SO4, 0,85 г/л (NH4)H2PO4, 0,15 г/л (NH4)2HPO4, 0,19 г/л CaCl2 и 0,23 г/л MgCl2. Все химические вещества имеют качество реагента. Величина pH синтетической мочи составляет значение 6,0-6,4.
Методы испытаний
А. Нарезка и просеивание образцов.
С целью испытания характерных образцов полимерных композиций в описанных ниже тестах, получают специфические "отрезки" образцов. Специфический отрезок, выбранный для испытаний, представляет собой образец размером приблизительно от 300 мкм (стандартное сито 50 номера) по 850 мкм (стандартное сито 20 номера). Таким образом, подлежащие испытанию образцы обозначают отрезком 20/50. С целью получения нарезанного и просеянного отрезка 20/50, пробу множества частиц нарезают и просеивают через определенное количество сит с уменьшающимся размером ситовых отверстий.
40 г характерного объемного образца полимерной композиции разрезают на восемь приблизительно равных фракций. Образец разрезают в соответствии с рекомендациями изготовителя, используя Роторный микрориффлер Модели RR-4, полученный из Квантохром Ко. Сиоссет, Нью-Йорк. Одну из этих фракций затем переносят на ситовый штабель: штабель содержит, сверху вниз, стандартное сито 20 номера (850 мкм), стандартное сито 50 номера (300 мкм) и ситовый поддон. Нарезанную фракцию просеивают в соответствии с рекомендациями изготовителя с помощью вибрационного аппарата для ситового анализа модели SS-5. Аппарат для ситового анализа, а также стандартное сито 20 номера (300 мкм), стандартное сито 50 номера (850 мкм), а также ситовый поддон поставляются из Гилсон Компани, г. Уэртингтон, Огайо. Измельченную фракцию встряхивают в течение 3 мин при интенсивности приблизительно 2100 колебаний в минуту (6 по шкале прибора) с получением образца с размером частицы диапазоне от 300 до 850 мкм, то есть, образца, состоящего из частиц, которые проходят через сито размером 20 меш (сито 20 номера) и удерживаются на сите размером 50 меш (сито 50 номера); и этот образец упоминается как образец отрезка 20/50.
В. Скорость набухания
Пробу отрезка 20/50 полимерной композиции помещают в пробирку, в пробу прибавляют определенное количество синтетической мочи и измеряют время, необходимое для того, чтобы проба абсорбировала синтетическую мочу. Скорость поглощения текучей среды определяет скорость набухания. Скорость набухания измеряет среднюю скорость поглощения текучей среды образца отрезка 20/50 относительно 28 г на г загруженного материала, при наличии условий потенциального гелевого блокирования. При расширении вверх гелевой массы в текучей среде в пробирке возрастает "высота слоя" геля. Для полимерных композиций, особенно восприимчивых к гелевому блокированию, она достигает точки, при которой проницаемость гелевого слоя ограничивает набухание частиц внутри геля. То есть, скорость, при которой текучая среда может проникать и перемещаться через слой, ниже той скорости, при которой текучая среда может диффундировать в частицы. Для полимерных композиций с минимальными свойствами гелевого блокирования данный метод приводит к результатам, которые фактически не испытывают воздействие свойства слоя.
Следующую методику осуществляют в стандартных лабораторных условиях при температуре 23oC (73o по Фаренгейту) и 50% относительной влажности. Используя стандартные десятичные весы, 0,358 г плюс или минус 0,001 г образца 20/50 отрезка полимерной композиции взвешивают и помещают на дно стандартной пробирки диаметром 16 мм, которую получают из Фишер Сайентифик Ко. Питтсбург, Пенсильвания. 10,0 мл синтетической мочи прибавляют в пробирку с вертикальной опорой, одновременно приводя в действие секундомер. Секундомер останавливают в тот момент, когда поднятие гелевой массы набухающей полимерной композиции достигает дна мениска синтетической мочи в пробирке. Скорость набухания (Sr) полимерной композиции вычисляют следующим образом: Sr (количество синтетической мочи в г на г полимерной композиции, прибавленной в пробу; в данном случае значение составляет 28), деленное на (время, прошедшее в с). Величины скорости набухания в соответствии с изобретением представляет собой среднюю скорость набухания трех образцов.
Следует отметить, что скорость набухания полимерных композиций с различными нагрузками (отличающимися от 28-кратной нагрузки) можно определить, варьируя количеством синтетической мочи, прибавленным в пробу отрезка 20/50. Например, 15-кратную, скорость набухания можно вычислить путем прибавления 5,36 мл синтетической мочи к 0,358 г образца.
C. Давление гелевого расширения.
Пробу отрезка 20/50 полимерной композиции помещают в специальный аппарат давления гелевого расширения, как будет описано ниже, и подвергают взаимодействию с определенным количеством синтетической мочи. Результирующую силу, которую проявляет набухшая гелевая масса пробы, измеряют аппаратом, которую затем преобразуют в давление гелевого расширения.
Вид сбоку устройства, используемого для измерения давления гелевого расширения полимерных композиций изобретения, показан на фиг. 18. Устройство обычно содержит испытательный штатив 1810, платформу 1812 для установки ступени, ступень 1814, кронштейн 1816 для выравнивания образца, держатель образца 1818, абсорбционный элемент 1820, компрессионную опору 1822 и измеритель силы 1824.
Испытательный штатив 1810 включает основание 1826, колонну 1828, прикрепленную к основанию 1826, подвижную испытательную платформу 1830, присоединенную к колонне 1828, и кронштейн для установки измерителя 1832, прикрепленный к колонне 1826 выше испытательной платформы 1830. Испытательная платформа 1830 функционирует при помощи системы кремальеры и рычага. Как показано на фиг. 18, система кремальеры и рычага включает зубчатую рейку 1834, рычаг 1836 и стопорный винт 1838. Испытательный штатив представляет собой испытательный штатив N ML-3656 Ametec модели "RP", получаемый из Краун Тул энд Сэпплай Ко. Солон, Огайо.
Как показано на рис. 19 и 20, платформы 1812 для установки ступени включает плиту 1840 размером 3х3 дюйма (7,62х7,62 см), имеющую два винтовых отверстия 1842, просверленных в плите на расстоянии 7/16 дюйма (11,112 мм) от первого конца 1844 плиты 1840, причем центры отверстий расположены на расстоянии одного дюйма (2,54 см) от противолежащих вторых концов 1846 плиты 1840. Опорный стержень 1848 длиной 1/2 дюйма (12,7 мм) и диаметром 1/4 дюйма (6,35 мм) прикреплен к днищу плиты 1840. Платформа 1812 для установки ступени выполнена из алюминия.
Ступень 1814 прикреплена к платформе 1812 для установки ступени винтами через винтовые отверстия 1842. Ступень 1814 обеспечивает выполнение контроля за движением микроскопного типа Ступень 1814 снабжена поэтому органами грубой регулировки 1850, органами точной настройки 1852 и стопорным винтом 1854. Ступень 1814 включает механизм точного перемещения ступени по платформе N 030608, получаемый из Эдмунд Сайентифик Ко. Баррингтон, Нью-Йорк.
Кронштейн 1816 для выравнивания образца, как показано на фиг. 21, содержит U-образный элемент (U), образованный из прямоугольного элемента размером приблизительно 90х60 мм. Ножки 1856 U каждая имеет размер приблизительно 25х60 мм с основанием 1858 размером приблизительно 40х10 мм так, что отверстие в U имеет размер приблизительно 40х50 мм. Четыре винтовых отверстия 1860 каждое диаметром 3,5 мм просверлены в кронштейне 1816 для выравнивания образца на расстоянии 20 мм от боковых краев 1862 и 5 мм от концевых краев 1864. Кронштейн 1816 для выравнивания образца выполнен из материала LEXAN толщиной 1/4 дюйма (6,35 мм). Кронштейн 1816 для выравнивания образца прикреплен к вершине ступени 1814 через винтовые отверстия при помощи винтов.
Держатель образца 1818 свободно удерживается кронштейном 1816 для выравнивания образца в отверстии в U. Держатель образца 1818 показан на фиг. 22 и 23. Держатель образца изготовлен из блока шириной около 40 мм, длиной около 40 мм и высотой около 38 мм. Центральное цилиндрическое отверстие 1866, имеющее диаметр 25 мм и длину 25 мм, образованно в держателе образца 1818. Держатель образца 1818 изготовлен из LEXAN.
Абсорбционный элемент 1820 свободно размещен в держателе образца 1818 за счет нахождения в центральном цилиндрическом отверстии 1866. Абсорбционный элемент 1820 должен иметь внутренний диаметр 23 мм. Абсорбционный элемент 1820 представляет собой стандартный абсорбционный элемент N 07-102, поставляемый Фишер Сайентифик, Питтсбург, Пенсильвания, США.
Измеритель силы 1824 прикреплен к кронштейну 1816 для выравнивания образца испытательного штатива 1810. Измеритель силы 1824 представляет собой измерительный прибор AFC-1 с инвертированным считываем Cadet 0-500g, RS 232 N ML-5881-4, поставляемый Краун Тул энд Сэпплай Ко. Солон, Огайо, США.
Компрессионная опора 1822, как показано на фиг. 24 и 25, присоединена к измерителю силы 1824. Компрессионная опора 1822 содержит основание 1868 и штангу 1870. Основание 1868 образовано из круглой пластины, имеющей диаметр 20,5 мм и толщину 2,5 мм. Штанга 1870 представляет собой стержень диаметром 6,5 мм и длиной приблизительно 80 мм. Расточное отверстие 1872 для присоединения к измерительному устройству, имеющее длину приблизительно 1/2 дюйма (12,7 мм) и внутреннюю резьбу 10-32, расположено в конце штанги 1870 напротив основания 1868 для присоединения компрессионной опоры 1822 к измерителю силы 1824. Компрессионная опора выполнена из алюминия.
Осветитель (не показан) также может быть использован в испытательном штативе. Осветитель представляет собой волоконно-оптический осветительный прибор N 09745-00, поставляемый Коул-Пармер, Чикаго, Иллинойс.
Следующую методику осуществляют в стандартных лабораторных условиях при 25oC (73o по Фаренгейту) и 50% относительной влажности. Используя стандартные десятичные весы, 0,358 г плюс или минус 0,001 г образцец 20/50 отрезка полимерной композиции взвешивают и помещают в абсорбционный элемент 1820. К образцу прибавляют 10,0 мл синтетической мочи (28-кратная нагрузка). Абсорбционный элемент 1820 помещают в держатель образца 1818, который расположен в кронштейне 1816 для выравнивания образца испытательного штатива 1810. Включают осветитель. Используя рычаг 1836 на испытательной платформе 1830 испытательного штатива 1810, образец поднимают до тех пор, пока компрессорная опора 1822 почти не касается текучей среды. Используя органы грубой/точной настройки 1850 и 1852 на ступени 1814, образец поднимают до тех пор, пока уровень текучей среды не сравняется с вершиной основания 1868 компрессионной опоры 1822. Это достигается за счет визирования через вершину основания 1868. Текучая среда, находящаяся на стенке абсорбционного элемента, за счет поверхностного натяжения появляется в виде белой полосы. При поднятии образца эта полоса передвигается ближе к основанию 1868 и в конце концов блокирует серебряный цвет основания 1868. Когда белая полоса находится над вершиной основания 1868, появляется серебряный цвет. В этот момент образец снижается вплоть до исчезновения серебряной полосы. Когда гелевая масса достигает основание 1868, таймер устанавливают на 30 мин и запускают в действие. Таймер представляет собой настольный сдвоенный таймер N 08610-14, получаемый из Коул-Пармер, Чикаго, Иллинойс. Через 30 мин регистрируют силу в г, снимая показания с измерителя силы 1824. (Также можно определить максимальную силу.) Давление гелевого расширения (gep) в динах на см2 вычисляют следующим образом: gep (сила на 30 минуте в г), умноженная на (981 дину на г), и результат, деленный на (3,14 см2, где 3,14 cм2 обозначают площадь основания 1868). Методику повторяют в отношении двух дополнительных образцов. Давление гелевого расширения полимерной композиции представляет собой среднее из трех значений gep, полученных выше.
Следует отметить, что скорость набухания полимерных композиций с различными нагрузками (отличающихся от 28-кратной нагрузки) можно определить, варьируя количество синтетической мочи, прибавленное в пробу отрезка 20/50. Например, 15-кратную скорость набухания можно вычислить путем прибавления 5,36 мл синтетической мочи к 0,358 г образца.
Д. Абсорбционная способность.
Полимерную композицию помещают в "чайный пакет", погруженный в избыточное количество синтетической мочи, в течение определенного периода времени, и затем центрифугируют в течение определенного периода времени. Отношение конечной массы полимерной композиции после центрифугирования, минус начальная масса, к начальной массе определяет абсорбционную способность.
Следующую методику осуществляют в стандартных лабораторных условиях при 23oC (73o по Фаренгейту) и 50% относительной влажности. Используя вырубной штамп размером 6х12 см материал чайного пакета отрезают, складывают на половину длины и герметизируют вдоль двух сторон с помощью уплотнителя в виде Т-образной полосы, получая квадрат чайного пакета размером 6х6 см. Используемым материалом чайного пакета является уплотняющий материал сорта 1234, получаемый из Д.Н. Декстер, Дивижн оф Декстер Корп. Винздор Локс. Коннектикут, США, или его эквивалент. Менее пористый материал чайного пакета должен быть использован в случае удержания мелкодисперсных частиц. 0,200 г плюс или минус 0,005 г полимерной композиции отмеряют на взвешивающей бумаге и переносят в чайный пакет, после чего верх (открытый конец) чайного пакета герметизируют. Пустой чайный пакет герметизируют вверху и используют в качестве контрольного. Приблизительно 300 мл синтетической мочи вливают в химический стакан объемом 1000 мл. Контрольный чайный пакет погружают в синтетическую мочу. Чайный пакет, содержащий полимерную композицию (испытательный чайный пакет), поддерживают горизонтально для распределения материала равномерно по чайному пакету. Чайный пакет кладут на поверхность синтетической мочи. Чайный пакет увлажняют в течение более 1 мин, затем полностью погружают и пропитывают в течение 60 мин. Приблизительно через 2 мин после погружения первого образца аналогичным образом получают вторую группу контрольного и испытательного чайных пакетов с последующим их погружением и пропиткой в течение 60 мин. По истечении установленного периода пропитки для каждой группы образцов чайных пакетов последние извлекают (с использованием щипцов) из синтетической мочи. Затем образцы центрифугируют, как описано ниже. Используют центрифугу Delux Dynac II, Fisher Model N 05-100-26, которую получают из Фишер Сайентифик Ко. Питтсбург, Пенсильвания, или ее эквивалент. Центрифуга должна быть снабжена тахометром прямого считывания и электрическим тормозом. Центрифугу также снабжают барабаном с цилиндрической вставкой, имеющим наружную стенку высотой приблизительно 2,5 дюйма (6,35 см) с наружным диаметром 8,435 дюйма (21,425 см), внутренним диаметром 7,935 дюйма (20,155 см) и 9 рядами круглых отверстий, каждое диаметром 3/32 дюйма (0,238 см), причем каждый ряд содержит приблизительно 106 отверстий, которые расположены на равных расстояниях по окружности наружной стенки. Барабан также имеет дно с шестью круглыми дренажными отверстиями диаметром 1/4 дюйма (0,635 см), равно разнесенными по окружности дна барабана на расстоянии 1/2 дюйма (1,27 см) от внутренней поверхности наружной стенки до центра дренажных отверстий. Барабан устанавливают в центрифуге с возможностью вращения, так же как и тормоз, в унисон с центрифугой. Чайные пакеты с образцами располагают в барабане центрифуги так, что сложенный конец чайного пакета обращен в сторону центрифугирования для поглощения начальной силы. Контрольные чайные пакеты помещают к любой стороне соответствующих чайных пакетов с образцами. Чайный пакет с образцом второй группы должен быть помещен напротив чайного пакета с образцом первой группы, тогда как контрольный чайный пакет второй группы напротив контрольного чайного пакета первой группы, с целью уравновешивания центрифуги. Центрифугу заводят, и она быстро набирает устойчивую скорость 1500 об./мин. После стабилизации скорости центрифуги на уровне 1500 об. /мин таймер устанавливают на 3 мин. Через 3 мин центрифугу выключают и применяют тормоз. Извлекают и отдельно взвешивают первый чайный пакет с образцом и первый контрольный чайный пакет. Методику повторяют относительно второго чайного пакета с образцом и второго контрольного чайного пакета. Абсорбционную способность (ac) каждого образца определяют следующим образом: ac (масса чайного пакета с образцом после центрифугирования минус масса контрольного чайного пакета после центрифугирования минус масса полимерной композиции в сухом состоянии), деленная на (массу полимерной композиции в сухом состоянии). Величина абсорбционной способности для использования в данном изобретении представляет собой среднюю абсорбционную способность двух образцов.
E. Измерение площади поверхности на единицу массы методом Браунауэра-Эммета-Теллера.
Удельную площадь поверхности на единицу массы (м2/г) полимерной композиции определяют с использованием газоадсорбционного метода Браунауэра-Эммета-Теллера (BET). Данный метод включает адсорбирование монослоя газа (криптона) на известной массе образца полимерной композиции при температурах жидкого азота. Адсорбированный криптон затем десорбируют путем повышения температуры образца (термическая десорбция) и обнаруживают детектором температуропроводности (TCD), выход которого подсоединен к интегрирующему записывающему устройству. Таким образом знают пиковую площадь десорбированного криптона. Репликатные пики десорбции регистрируют для каждого образца. После проведения анализа проб определяют ответ измерительного прибора, получая градуировочную кривую. Известные количества газообразного азота (99,99%) вводят в систему, и ответ измерительного прибора регистрируют посредством интегрирующего записывающего устройства. Анализ на основе линейной регрессии характеристики прибора (пиковой площади) в зависимости от количества введенного образца дает градуировочную кривую. Эту информацию затем используют для определения удельной площади различных образцов с применением одноточечного вычисления BET.
Специфическое оборудование, используемое для проведения данного анализа, поставляется Квантохром Корпорейш (Сиоссет, Нью-Йорк) и включает в себя станцию для удаления газов Квантахром и установку для анализа образцов Квантабсорб. Эти устройства используют в соответствии с руководствами по эксплуатации, вводимыми в данное описание в качестве отсылки. Используемой адсорбатной газовой смесью является 0,10% криптона в гелии. (Эту газовую смесь получают из Альфагаз и проверяют на ее концентрацию так, что газ используют без дальнейшего анализа).
3,0 г, плюс или минус 0,01 г, отмеряют в стеклянную пробирку устройства. Стеклянную пробирку, содержащую образец, затем помещают в газовый поток измерительного прибора. Пробы обезгаживают как минимум в течение 4 ч, 30 мл/мин поток гелия с использованием Квантектора. После удаления газов газовый поток заменяют на 0,10% криптон в гелии. Стеклянную пробирку погружают в жидкий азот и достигают равновесие. Получают кривую адсорбции. Адсорбированный криптон затем десорбируют, удаляя жидкий азот и погружая стеклянную пробирку в теплую водопроводную воду. Адсорбированный криптон дает кривую десорбции и пиковое значение. Репликативные адсорбционно-десорбционные измерения осуществляют относительно каждого образца. Общую площадь поверхности образца St вычисляют следующим образом:
St=(1-P/Po)(A/Ac)Vc((NACS Pa)/RT)
где P равно парциальному давлению адсорбата, Pо равно насыщенному давлению адсорбата (263 мм.рт.ст. для криптона); A равно сигнальной площади; Ac равно градуировочной площади; Vc равно объему градуировки (cc); N равно числу Авогадро 6,02·1023; ACS равно площади поперечного сечения молекулы адсорбата в м2, которая составляет 20,5·10-20 м2 для криптона; Pa равно давлению окружающей среды (атм); R равно газовой постоянной, равной 82,1 см3·атм, К, и T равно температуре объема градуировки (комнатной в K). Для превращения объема градуировки азота в криптон используют соотношение Vkr 0,762·VN2. Построив градуировочную кривую характеристики измерительного прибора (пиковой площади) в зависимости от введенного объема, можно определить Vc, и A Ac. При температуре 25oC, давлении 1 атм (лабораторные окружающие условия) и с использованием 0,10% криптона в гелии находят зависимость для площади поверхности:
St2) ((A-C)/B)·2,7343
где A равно площади пика десорбированного образца. В равно наклону градуировочной кривой и C равно отрезку на оси у градуировочной кривой. Это значение полной площади поверхности затем делят на массу образца с получением отношения площади поверхности к массе. Значение отношения площади поверхности к массе представляет собой среднее значение для двух репликативных образцов. (Специфики одноточечной градуировки BET приведена в руководстве по эксплуатации прибора.)
F. Метод определения процентного содержания агрегатов.
Процентное содержание агрегатных частиц в образце полимерной композиции можно определить с использованием методов оптической микроскопии при малом увеличении (10-60-кратном). Считают, что частица является агрегатом, если она состоит из более, чем одной предшествующей частицы. При тщательном рассмотрении отдельных частиц можно отличить агрегаты от простых неагрегатных частиц. Обнаружено, что агрегатные частицы обычно обладают множеством зазубренных краев и множеством граней при рассмотрении в оптический микроскоп, тогда как простые неагрегатные частицы обычно являются ровными и не имеющими резко выраженных особенностей. Кроме того, вследствие рассеяния света вокруг частиц агрегатные частицы оказываются более мутными, тогда как простые неагрегатные частицы обычно видны прозрачными, если их поверхности не исцарапаны или не зазубрены.
Образец отрезка 20/50 полимерной композиции анализируют в оптическом микроскопе. Используемым оптическим микроскопом является стереоскопический оптический микроскоп модели SMZ-2T, полученный из Никон, Гарлен Сити, Нью-Джерси. После установки предметного стекла микроскопа на платформу микроскопа около 300 частиц образца отрезка 20/50 помещают на предметное стекло, освещая частицы с помощью осветителя, при этом по крайней мере около 50 отдельных частиц наблюдают при увеличении от 10- до 60-кратного. Используемым осветителем является волоконнооптический осветитель, полученный из Бауш энд Ломб Компании, Рочестер, Нью-Йорк. Если частица явно составлена более мелкими отдельными частицам, присоединенными одна к другой, данную частицу регистрируют как агрегат. Если нет ясности в том, выполнена или нет частица из более, чем одной частицы, или частица явно представляет собой только одиночную частицу, тогда данную частицу регистрируют как одиночную неагрегатную частицу. После тщательного рассмотрения по меньшей мере 50 частиц общее число агрегатов делят на общее число подсчитанных частиц и умножает на 100% получая величину процентного содержания агрегатов для данного образца. На массовой основе общее число агрегатов отдельно взвешивают на стандартной шкале и массу агрегатов делят на общую массу подсчитанных частиц и умножают на 100, получая значение агрегации в процентах по массе для данного образца.
G. Флюидоустойчивость.
Цель данного метода определение устойчивости отдельных агрегатных частиц при взаимодействии с синтетической мочой.
Около 300 частиц образца отрезка 20/50 наносят на стандартное пластмассовое предметное стекло микроскопа размером 1х3 дюйма (2,54-7,62 см). Предметное стекло получают из Фишер Сайентифик Ко. Питтсбург, Пенсильвания. Частицы анализируют под оптическим микроскопом. Используемым оптическим микроскопом является стереоскопический оптический микроскоп модели SMZ-2T, поставляемый Никон, Гарден Сити, Нью-Джерси. Частицы освещают. Используют волоконнооптический осветитель, поставляемый Бауш энд Ломб, Рочестер, Нью-Йорк. Частицы наблюдают при 10-60-кратном увеличении. Три относительно крупные частицы с исключительными агрегатными характеристиками, то есть, с содержанием множества предшествующих частиц, помещают на отдельные предметные стекла микроскопа. Одно из стекол, содержащее простую агрегатную частицу, помещают на столик оптического микроскопа. В 2 мм вышеуказанной агрегатной частицы прибавляют 3 капли синтетической мочи. Набухание агрегатной частицы наблюдают в течение 3 мин. (Если необходимо, микроскоп можно каждый раз перефокусировать с тем, чтобы в фокусе находилась агрегатная частица или любые отделившиеся частицы.) Во время наблюдения за набухающей агрегатной частицей последнюю наблюдения относительно малых частиц, отщепляемых от основной агрегатной частицы, частиц пластинчатой формы, флотирующих из основной агрегатной частицы, расширения частиц только в двухмерной плоскости x-y с частицами, отщепляемыми и Флотируемыми от основной агрегатной частицы, или отдельных частиц, выпадающих в осадок на границе предметного стекла с водой. Частица считается неустойчивой, если агрегатная частица имеет большое число оторванных компонентных предшествующих частиц. Через 5 мин для зондирования частицы используют препаровальную иглу. Препаровальная игла представляет собой зондовую стрелку Birch, поставляемую Фишер Сайентифик, Питстбург, Пенсильвания. Основную агрегатную частицу (если она все еще существует) осторожно передвигают препаровальной иглой с целью определения отделения частиц от основной агрегатной частицы. С помощью препаровальной иглы также можно тщательно "зондировать" основную агрегатную частицу с целью определения интактности основной агрегатной частицы. Если основная агрегатная частица расщепляется при осторожном зондировании, или существует ряд оторванных частиц, тогда частица считается неустойчивой. После зондирования частицы дополнительные две капли синтетической мочи прибавляют с высоты около 1 см непосредственно над набухшей основной агрегатной частицей. Основную агрегатную частицу наблюдают относительно любой дополнительной неустойчивости основной агрегатной частицы. Если неустойчивость является избыточной, частицу считают неустойчивой. Если агрегатная частица остается относительно устойчивой после проведения каждого сеанса зондирования, агрегатную частицу считают устойчивой. Испытание повторяют в отношении остальных двух агрегатных частиц.
H. Размер частиц и среднемассовый гранулометрический состав.
Гранулометрический состав на массовой основе 10 г объемного образца полимерной композиции определяют просеиванием образца через набор 19 сит в размере от стандартного сита 20 номера (850 мкм) до стандартного сита 400 номера (38 мкм). Используют стандартные сита, получаемые из Гилсон Компании, Инк. Уортингтон, Огайо. Методику осуществляют на трех штабелях сит в каждый данный момент времени, поскольку используемое оборудование не позволяет удержать все 19 сит в одно время. Первый штабель содержит сита N 20, 25, 30, 35, 40, 45 и 50 плюс ситовой поддон; второй штабель содержит сита N 60, 70, 80, 100, 120 и 140 плюс ситовый поддон; третий штабель содержит сита N 170, 200, 230, 270, 325 и 400 плюс ситовый поддон. Частицы, остающиеся на каждом из этих сит, затем взвешивают для определения гранулометрического состава на основе мас.
Первый штабель сит устанавливают на вибратор и 10,0 г, плюс или минус 0,01 г, характерного объемного образца помещают на сито N 20. Используют качающееся трех дюймовое (7,62 см) сито модели SS-5, поставляемое из Гилсон Компани, Инк. Уортингтон, Огайо. Штабель встряхивают в течение 3 мин с интенсивностью приблизительно 2100 колебаний в мин (6 по шкале прибора). Ситовый поддон затем удаляют и штабель устанавливают в стороне для последующего взвешивания. С использованием мягкой щетки образец, оставшийся на ситовом поддоне, переносят на отвешивающую бумагу. Второй штабель сит устанавливают на вибратор и образец на отвешивающей бумаге переносят на сито N 60. Второй штабель встряхивают в течение 3 мин с интенсивностью приблизительно 2100 колебаний в мин. образец, оставшийся на ситовом поддоне, переносят на отвешивающую бумагу и штабель устанавливают в стороне. Третий штабель сит устанавливают на вибратор и образец на отвешивающей бумаге переносят на сито N 170. Третий штабель встряхивают в течение 3 мин с интенсивностью приблизительно 2100 колебаний в мин. Мягкую щетку используют для переноса содержимого каждого данного сита на отвешивающую бумагу. Образец взвешивают на стандартных десятичных весах и массу образца на конкретном сите регистрируют. Эту стадию повторяют с использованием свежей отвешивающей бумаги для каждого образца, для каждого сита и для образца, оставшегося на ситовом поддоне после встряхивания третьего штабеля сит. Способ повторяют в отношении двух дополнительных образцов массой 10 г. Среднее значение массы трех образцов для каждого сита определяет средний гранулометрический состав на массовой (%) основе для каждого размера сита.
Среднемассовый гранулометрический состав образца объемом 10 г вычисляют следующим образом:

где maps обозначает среднемассовый гранулометрический состав; Mi обозначает массу частиц на конкретном сите и Di обозначает размерный параметр для конкретного сита. Размерный параметр, Di, сита обозначает размер (в мкм) следующего наиболее высокого сита. Например, стандартное сито N 50 имеет размерный параметр 355 мкм, что соответствует размеру отверстий в стандартном сите N 45 (следующее наиболее высокое сито). Среднемассовый размер частиц представляет собой среднее значение среднемассового размера частиц трех образцов.
Сравнительный пример 1.
Двухлопастную замесочную машину из нержавеющей стали с рубашкой объемом 10 л, имеющую отверстие размером 220х240 мм и глубину 240 мм, причем две лопасти типа Sigma имеют диаметр вращения 120 мм, герметизируют с помощью крышки. Получают водный раствор мономера, содержащий 37 мас. мономера. Мономер состоит из 75 мол. акрилата натрия и 25 мол. акриловой кислоты. 5500 г водного мономерного раствора загружают в резервуар замесочной машины, который затем продувают газообразным азотом с целью удаления оставшегося захваченного воздуха. Затем две лопасти типа Sigma устанавливают на скорость вращения 46 об./мин и рубашку нагревают, пропуская воду при 35oC. В качестве инициаторов полимеразиции прибавляют 2,8 г персульфата натрия и 0,14 г L-аскорбиновой кислоты. Полимеризацию начинают примерно через 4 мин после прибавления инициаторов. Максимальная температура 82oC достигается внутри реакционной системы через 15 мин после прибавления инициаторов. Гидратированный гелевый полимер делят на частицы размером около 5 мм, продолжая перемешивание. Крышку снимают с замесочной машины через 60 мин после начала полимеризации и материал извлекают из замесочной машины.
Полученный гидратированный водный гелевый полимер наносят на стандартную тонкую металлическую сетку размером N 50 и сушат горячим воздухом при 150oC в течение 90 мин. Высушенные частицы измельчают молотковой дробилкой и просеивают с использованием стандартного сита N 20 (850 мкм) с получением частиц, которые проходят через стандартное сито N 20. Среднемассовый размер этих частиц составляет 405 мкм.
Пример 1. Получают раствор, содержащий 24,0 г метанола и 6,0 г глицерина. Данный раствор перемешивают в стандартном химическом стакане с 300 г предшествующих частиц, полученных в соответствии со сравнительным примером 1. Гранулометрический состав предшествующих частиц таков, что 75% по массе проходят через стандартное сито N 100 (150 мкм) и удерживаются на стандартном сите N 170 (90 мкм); и 25% по массе проходят через стандартное сито N 170 (90 мкм). Среднемассовый размер предшествующих частиц составляет 84 мкм. Данную смесь перемешивают до тех пор пока все предшествующие частицы станут смоченными раствором (приблизительно 1 мин). Полученную смесь затем свободно наносят на чашку PYREX и отстаивают в ненагретом состоянии в течение 5 мин с тем, чтобы предшествующие частицы ассоциировались физически. После этого смесь нагревают в печи с принудительной циркуляцией воздуха при температуре 200oC в течение 45 мин. Полученные частицы затем охлаждают до комнатной температуры и пропускают через стандартное сито N 20 (850 мкм) с целью ограничения размера более крупных частиц.
Пример 2. Получают раствор, содержащий 18,0 г изопропанола, 12,0 г дистиллированной воды и 6,0 г глицерина. Данный раствор перемешивают в стандартном химическом стакане с 300 г предшествующих частиц, полученных в соответствии со сравнительным примером 1. Гранулометрический состав предшествующих частиц таков, что 10% по массе проходят через стандартное сито N 20 (850 мкм) и удерживаются на стандартном сите N 30 (600 мкм); 25% по массе проходят через стандартное сито N 30 (600 мкм) и удерживаются на стандартном сите N 40 (425 мкм); 25% по массе проходят через стандартное сито N 40 (425 мкм) и удерживаются на стандартном сите N 50 (300 мкм); 30% по массе проходит через стандартное сито N 50 (300 мкм) и удерживаются на стандартном сите N 100 (150 мкм) и 10% по массе проходят через стандартное сито N 100 (150 мкм). Среднемассовый размер предшествующих частиц составляет 421 мкм. Данную смесь перемешивают до тех пор, пока все предшествующие частицы станут смоченными раствором (приблизительно 1 мин). Полученную смесь затем свободно наносят на чашку PYREX и отстаивают в ненагретом состоянии в течение 45 мин с тем, чтобы предшествующие частицы ассоциировались физически. После этого смесь нагревают в печи с принудительной циркуляцией воздуха при 200oC в течение 45 мин. Полученные частицы затем охлаждают до комнатной температуры и пропускают через стандартное сито N 20 (850 мкм) с целью ограничения размера более крупных частиц.
Пример 3. Получают раствор, содержащий 18,0 г изопропанола, 12,0 г дистиллированной воды и 6,0 г глицерина. Данный раствор перемешивают в стандартном химическом стакане с 300 г предшествующих частиц, полученных в соответствии со сравнительным примером 1. Гранулометрический состав предшествующих частиц таков, что 50% по массе проходят через стандартное сито N 40 (425 мкм) и удерживаются на стандартном сите N 50 (300 мкм); 30% по массе проходят через стандартное сито N 50 (300 мкм) и удерживаются на стандартном сите N 100 (150 мкм) и 20% по массе проходят через стандартное сито N 100 (150 мкм). Среднемассовый размер предшествующих частиц составляет 322 мкм. Данную смесь перемешивают до тех пор, пока все предшествующие частицы станут смоченными раствором (приблизительно 1 мин). Полученную смесь затем свободно наносят на чашку PYREX и отстаивают в ненагретом состоянии в течение 45 мин с тем, чтобы предшествующие частицы ассоциировались физически. После этого смесь нагревают в печи с принудительной циркуляцией воздуха при 200oC в течение 45 мин. Полученные частицы затем охлаждают по комнатной температуре и пропускают через стандартное сито N 20 (850 мкм) с целью ограничения размера более крупных частиц.
Пример 4. Получают раствор, содержащий 18,0 г изопропанола, 12,0 г дистиллированной воды и 6,0 г глицерина. Данный раствор перемешивают в стандартном химическом стакане с 300 г предшествующих частиц, полученных в соответствии со сравнительным примером 1. Гранулометрический состав предшествующих частиц таков, что 60% по массе проходят через стандартное сито N 50 (300 мкм) и удерживаются на стандартном сите N 100 150 (мкм) и 40% по массе проходят через стандартное сито N 100 (150 мкм). Среднемассовый размер предшествующих частиц составляет 205 мкм. Данную смесь перемешивают до тех пор, пока все предшествующие частицы станут смоченными раствором (приблизительно 1 мин). Полученную смесь затем свободно наносят на чашку PYREX и отстаивают в ненагретом состоянии в течение 10 мин с тем, чтобы предшествующие частицы ассоциировались физически. После этого смесь нагревают в печи с принудительной циркуляцией воздуха при 200oC в течение 45 мин. Полученные частицы затем охлаждают до комнатной температуры и пропускают через стандартное сито N 20 (850 мкм) с целью ограничения размера более крупных частиц.
Пример 5. Получают раствор, содержащий 18,0 г изопропанола, 12,0 г дистиллированной воды и 6,0 г глицерина. Данный раствор перемешивают в стандартном химическом стакане с 300 г предшествующих частиц, полученных в соответствии со сравнительным примером 1. Гранулометрический состав предшествующих частиц таков, что 60% по массе проходят через стандартное сито N 50 (300 мкм) и удерживаются на стандартном сито N 100 (150 мкм) и 40% по массе проходят через стандартное сито N 100 (150 мкм). Средний размер предшествующих частиц составляет 205 мкм. Данную смесь перемешивают до тех пор, пока все предшествующие частицы станут смоченными раствором (приблизительно 1 мин). Полученную смесь затем свободно наносят на чашку PYREX и отстаивают в ненагретом состоянии в течение 10 мин с тем, чтобы предшествующие частицы ассоциировались физически. После этого смесь нагревают в печи с принудительной циркуляцией воздуха при 180oC в течение 45 мин. Полученные частицы затем охлаждают до комнатной температуры и пропускают через стандартное сито N 20 (850 мкм) с целью ограничения размера более крупных частиц.
Пример 6. В смесителе 100 частей объемного образца предшествующих частиц, полученных в соответствии со сравнительным примером 1, тщательно смешивают с раствором, содержащим 2 части по массе глицерина и 4 части по массе воды на 100 частей по массе предшествующих частиц. Среднемассовый размер предшествующих частиц составляет 405 мкм. 700 г полученной смеси загружают в резервуар, погруженный в масляную баню (220oC), и нагревают в течение 80 мин при осторожном перемешивании. Полученные частицы пропускают через стандартную тонкую металлическую сетку 18 номера (1000 мкм).
Сравнительный пример 2.
В смесителе 100 частей предшествующих частиц, полученных в соответствии со сравнительным примером 1, смешивают с раствором, содержащим 0,5 части по массе глицерина, 2,0 части по массе воды и 0,5 части по массе изопропанола и 100 частей по массе предшествующих частиц. Среднемассовый размер предшествующих частиц составляет 405 мкм. Полученную смесь нагревают в сушилке непрерывного действия. Среднее время пребывания в сушилке составляет около 50 мин, а температура материла на выходе сушилки составляет приблизительно 190oC. Полученные частицы пропускают через стандартную тонкую металлическую сетку N 20 (850 мкм). Полученные частицы имеют следующий гранулометрический состав, 0 сохраняется на сите N 20; 0 сохраняется на сите N 25; 0 сохраняется на сите N 30; 0 сохраняется на сите N 35; 0,3 сохраняется на сите N 40; 1,1 сохраняется на сите N 45; 2,2 сохраняется на сите N 50; 4,4 сохраняется на сите N 60; 9,4 сохраняется на сите N 70; 10,9 сохраняется на сите N 80; 10,4 сохраняется на сите N 100; 10,9 сохраняется на сите N 120; 12,6 сохраняется на сите N 140; 5,4 сохраняется на сите N 170; 7,2 сохраняется на сите N 200; 6,3 сохраняется на сите N 230; 6,0 сохраняется на сите N 270; 3,5 сохраняется на сите N 325; 3,3 сохраняется на сите N 400 и 4,7 сохраняется на ситовом поддоне. Среднемассовый размер частиц составляет 465 мкм.
Пример 7. Двухлопастную замесочную машину из нержавеющей стали с рубашкой объемом 10 л, имеющую отверстие размером 220х240 мм и глубину 240 мм, причем две лопасти типа Sigma имеют диаметр вращения 120 мм, герметизируют с помощью крышки. Получают водный раствор мономера, содержащий 37 мас. мономера. Мономер состоит из 75 мол. акрилата натрия и 25 мол. акриловой кислоты. 5500 г водного мономерного раствора загружают в резервуар замесочной машины, который затем продувают газообразным азотом с целью удаления оставшегося захваченного воздуха. Затем две лопасти типа Sigma устанавливают на скорость вращения 46 об./мин и рубашку нагревают, пропуская воду при 35oC. В качестве инициаторов полимеризации прибавляют 2,8 г персульфата натрия и 0,14 г L-аскорбиновой кислоты. Полимеризацию начинают примерно через 4 мин после прибавления инициаторов. Максимальная температура 82oC достигается внутри реакционной системы через 15 мин после прибавления инициаторов. Гидратированный гелевый полимер делят на частицы размером около 5 мм, продолжая перемешивание. Крышку снимают с замесочной машины через 60 мин после начала полимеризации и материал извлекают из замесочной машины.
Полученный таким образом гидратированный водный гелевый полимер наносят на стандартную тонкую металлическую сетку размером N 50 (300 мкм) и сушат горячим воздухом при 150oC в течение 90 мин. Высушенные частицы измельчают (сильнее, нежели в случае сравнительного примера 1) молотковой дробилкой и просеивают с использованием стандартного сита N 20 (850 мкм) с получением частиц, которые проходят через стандартное сито N 20. Среднемассовый размер этих частиц составляет 153 мкм.
В смесителе 100 частей предшествующих частиц, полученных в соответствии с вышеприведенной методикой, смешивают с раствором, содержащим 4,0 части по массе глицерина, 8,0 части по массе воды и 2,0 части по массе изопропанола на 100 частей по массе предшествующих частиц, 500 г полученной смеси загружают в резервуар, погруженный в масляную баню (210oC), и подвергают термообработке в течение 95 мин при осторожном перемешивании. Полученные частицы пропускают через стандартную тонкую металлическую сетку 18 номера (1000 мкм).
Сравнительный пример 3.
Двухлопастную замесочную машину из нержавеющей стали с рубашкой объемом 10 л, имеющую отверстие размером 220х240 мм и глубину 240 мм, причем две лопасти типа Sigma имеют диаметр вращения 120 мм, герметизируют с помощью крышки. Получают водный раствор мономера, содержащий 37 мас. мономера. Мономер состоит из 75 мол. акрилата натрия и 25 мол. акриловой кислоты. 5500 г водного мономерного раствора загружают в резервуар замесочной машины, который затем продувают газообразным азотом с целью удаления оставшегося захваченного воздуха. Затем две лопасти типа Sigma устанавливают на скорость вращения 46 об. /мин и рубашку нагревают, пропуская воду при 35oC. В качестве инициаторов полимеризации прибавляют 2,8 г персульфата натрия и 0,14 г L-аскорбиновой кислоты. Полимеризацию начинают примерно через 4 мин после прибавления инициаторов. Максимальная температура 82oC достигается внутри реакционной системы через 15 мин после прибавления инициаторов. Гидратированный гелевый полимер делят на частицы размером около 5 мм, продолжая перемешивание. Крышку снимают с замесочной машины через 60 мин после начала полимеризации и материал извлекают из замесочной машины. Полученные таким образом гидратированные частицы водного гелевого полимера наносят на стандартную тонкую металлическую сетку размером N 50 (300 мкм) и сушат горячим воздухом при 150oC в течение 90 мин. Высушенные частицы измельчают (сильнее, нежели в случае сравнительного примера 1) молотковой дробилкой и просеивают, используя стандартное сито N 20 (850 мкм) с получением частиц, которые проходят через стандартное сито N 20 (850 мкм). Среднемассовый размер этих частиц составляет 319 мкм.
В смесителе 100 частей предшествующих частиц, полученных в соответствии с вышеприведенной методикой, смешивают с раствором, содержащим 0,5 части по массе глицерина, 2,0 части по массе воды и 0,5 части по массе изопропанола на 100 частей по массе предшествующих частиц. Полученную смесь нагревают в сушилке непрерывного действия. Среднее время пребывания в сушилке составляет около 50 мин, а температура материала на выходе сушилки составляет приблизительно 195oC. В смесителе 100 частей полученного вещества смешивают с 5 частями воды. Смесь отстаивают в течение 30 мин в среде с температурой 80oC с тем, чтобы водо-агломерировать частицы, после чего измельчают (дробят и гранулируют) с получением частиц, которые проходят через стандартное сито N 20 (850 мкм).
Результаты различных испытаний в соответствии с вышеприведенными примерами представлены ниже в таблице.
Таблица показывает, что полимерные композиции изобретения имеют среднемассовые размеры частиц по крайней мере приблизительно на 25% выше, нежели среднемассовые размеры предшествующих частиц, используемых для образования таких полимерных композиций. Смешения размеров частиц этой величины и направления являются показателем образования больших количеств агрегатов и агрегатов, имеющих большие количества составляющих предшествующих частиц. Кроме того, таблица показывает, что агрегаты, образованные в примерах 1-7, являются флюидоустойчивыми, что говорят о наличии высокой степени межчастичного поперечного связывания в агрегатах. Таблица также показывает, что полимерные композиции изобретения, приведенные в примерах 1-7, имеют более высокую резистентность к сжатию (то есть, более высокое давление гелевого расширения) и более высокие скорости набухания, нежели их соответствующие предшествующие частицы.
Таблица показывает кроме того, что сравнительные примеры 2 и 3 имеют более низкие сдвиги в размере частиц в сопоставлении с их предшественниками, нежели примеры 1-7, что говорит о создании меньшего количества агрегатов. Кроме того, агрегаты сравнительного примера 3, водо-алгомерированный образец, демонстрируют полную тенденцию к флюидонеустойчивости, означая, что фактический сдвиг в размере частиц вследствие любого межчастичного структурирования является значительно меньшим, нежели сдвиг в 24,8% приведенный в таблице. Данная таблица также показывает, что скорости набухания сравнительных примеров 2 и 3 ниже скорости набухания полимерных композиций в соответствии с изобретением.
Вышеприведенные свойства относятся к характеристике полимерных композиций в абсорбирующих продуктах, так что полимерные композиции изобретения должны проявить улучшенную характеристику в сравнении с соответствующими предшествующими частицами и/или сравнительными примерами, описанными выше, когда используются в абсорбирующих продуктах, таких как абсорбирующие элементы, или абсорбирующих изделиях, таких как пеленки.
Несмотря на то, что конкретные варианты осуществления изобретения проиллюстрированы и описаны выше, специалист в данной области поймет, что различные изменения и модификации могут быть выполнены в пределах объема и сущности изобретения. В формуле изобретения предполагается охватить все такие изменения и модификации в пределах объема изобретения.
Формула изобретения: 1. Абсорбирующая полимерная композиция, состоящая из частиц практически водонерастворимого гидрогельобразующего абсорбирующего полимера и их агрегатов, образованных при взаимодействии названных исходных полимерных частиц с поперечно-сшивающим агентом, отличающаяся тем, что названные полимерные частицы имеют среднемассовый размер от 20 до 1500 мкм, а среднемассовый размер агрегированных в процессе поперечной сшивки частиц превышает среднемассовый размер исходных полимерных частиц перед сшивкой не менее чем на 50%
2. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что среднемассовый размер агрегированных полимерных частиц превышает среднемассовый размер исходных полимерных частиц не менее чем на 100%
3. Композиция по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что названные полимерные частицы имеют среднемассовый размер не менее 180 мкм.
4. Композиция по пп.1 3, отличающаяся тем, что она содержит в качестве частиц практически водонерастворимого гидрогельобразующего полимера частицы карбоксилсодержащего полимера.
5. Композиция по пп.1 4, отличающаяся тем, что она содержит в качестве частиц практически водонерастворимого гидрогельобразующего абсорбирующего полимера частицы полимера, выбранного из группы, включающей привитой сополимер гидролизованного крахмала с акрилонитрилом, привитой сополимер частично нейтрализованного крахмала с акриловой кислотой, гидролизованный сополимер акрилонитрила или акриламида, продукт частичной сшивки названных сополимеров, частично нейтрализованная полиакриловая кислота и продукт ее частичной сшивки.
6. Композиция по пп.1 5, отличающаяся тем, что сшивающим агентом является соединение, выбранное из группы, включающей многоатомный спирт, полиглицидиловый эфир, полифункциональное производное азиридина, полифункциональный амин и полифункциональный изоцианат.
7. Композиция по пп.1 6, отличающаяся тем, что сшивающим агентом является соединение, выбранное из группы, включающей глицерин, этиленгликоль, триметилолпропан, 1,2 или 1,3-пропандиол.
8. Композиция по пп.1 7, отличающаяся тем, что она содержит поверхностно сшитые частицы водонерастворимого гидрогельобразующего абсорбирующего полимера.
9. Композиция по пп.1 8, отличающаяся тем, что частицы водонерастворимого гидрогельобразующего абсорбирующего полимера имеют влагосодержание менее 50% предпочтительно менее 20% и более предпочтительно менее 10%