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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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A) GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft
superabsorbierende Polymerschäume
und insbesondere einen verbesserten superabsorbierenden Polymerschaum
mit einer Morphologie, welche verbesserte Absorptionseigenschaften
verleiht, z. B. im Wesentlichen kontinuierliche miteinander kommunizierende
Kanäle,
im Wesentlichen im ganzen Schaum und ein relativ hohes Verhältnis von
Oberflächenbereich
zur Masse. Die superabsorbierenden Polymerschäume der vorliegenden Erfindung
sind besonders geeignet in absorbierenden Elementen, welche in absorbierende
Artikel, wie Windeln, Erwachsenen-Inkontinenzeinlagen, Damenbinden
und dergleichen, eingebaut werden können. Die vorliegende Erfindung
bezieht sich auch auf Verfahren zum Herstellen eines solchen superabsorbierenden
polymeren Schaums.
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B) HINTERGRUNDINFORMATION
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"Superabsorbierende, polymere Materialien
(auch als Hydrogele, Hydrokolloide, osmotische und absorbierende
Geliermaterialien bekannt) sind im Allgemeinen in der Lage, große Mengen
von Fluiden, wie Wasser und Körperausscheidungen,
zu absorbieren, und sind ferner in der Lage, solche absorbierten
Fluide unter moderaten Drucken zurück zu halten. Diese Absorptionseigenschaften
machen solche Materialien besonders geeignet für den Einbau in absorbierende
Artikel, wie Windeln, Damenbinden und dergleichen.
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Der Stand der Technik offenbart superabsorbierende
Schäume,
die aus einem superabsorbierenden Polymermaterial gebildet sind.
Zum Beispiel offenbart US Patent 4,529,739, veröffentlicht für Scott
et al. am 16. Juli 1985 und US Patent 4,649,164, veröffentlicht
für Scott
et al. am 10. März
1987, ein geschäumtes,
in Wasser quell fähiges,
polymeres, wasserabsorbierendes Material, das durch Kontaktieren
eines Polymers, das in der Lage ist, einen im Wasser quellfähigen Charakter
zu haben und Säureanteile
in Säureform
enthält,
mit einem Treibmittel, das in der Lage ist, de Säureanteile zu neutralisieren,
präpariert
wird. Das US Patent 4,808,637, veröffentlicht für Boardman
et al. am 28. Februar 1989 und die europäische Patentanmeldung Nr. 0295438,
veröffentlicht
für Boardman
am 21. Dezember 1988, offenbaren eine superabsorbierende Acrylatzusammensetzung
mit einer verbesserten Absorptionsgeschwindigkeit, einen geringen
Restsäuregehalt
und einen geringen monomeren Acrylatgehalt, die durch ein gleichförmiges in
Reaktion Bringen eines Gemisches aus Acrylsäure, einem Alkalimetallsalz
der Kohlensäure,
Aluminiumacetat, Natriumpersulfat und Wasser unter Verwendung einer
Mikrowellen-Wärmequelle,
gebildet wird. Das US Patent 5,154,713, veröffentlicht für Lind am
13. Oktober 1992 offenbart ein superabsorbierendes Polymer mit einer
erhöhten
Wasserabsorptionsgeschwindigkeit, die erhalten wird durch die Hinzufügung, vorzugsweise
vor der Polymerisierung, eines Carbonat-Treibmittels zu einer Monomerlösung der
Monomere, die verwendet werden, um das superabsorbierende Polymer
zu bilden.
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Der Stand der Technik offenbart auch
Schäume,
die teilchenförmige,
nicht geschäumte
superabsorbierende Materialien enthalten. Siehe z. B. US Patent
4,394,930, veröffentlicht
für Korpman
am 26. Juli 1983; US Patent 4,415,388, veröffentlicht für Korpman
am 15. November 1983; und GB Patentanmeldung 2136813A, veröffentlicht
für Korpman
am 26. September 1984. Diese Druck-schriften offenbaren Schaumprodukte,
die aus einem festen, teilchenförmigen,
superabsorbierenden Polymer, einem Treibmittel und einer flüssigen Polyhydroxyverbindung
präpariert
wurden. Das US Patent 4,725,629, veröffentlicht für Garvey
et al. am 16. Februar 1988, lehrt einen superabsorbierenden Polyurethanschaum,
der auf einem einander durchdringenden Polymernetzwerk aus vernetztem
Zusatzpolymer basiert, das durch Bilden des Polyurethanschaums bei
Vorhandensein der zusätzlichen
polymerisierfähigen
Monomere, eines Vernetzungsmittels und eines Initiators für ein freies
Radikal.
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Obwohl die obigen Schäume nützliche
absorbierende Materialien sein können,
haben sie sich für
die Verwendung in Einwegprodukten nicht als optimal erwiesen, weil
ihre Absorptionseigenschaften begrenzt sein können. Die aus einem superabsorbierenden
Material gebildeten superabsorbierenden Schäume können durch diskontinuierliche
Kanäle.
gekennzeichnet sein. Solche Schäume
können
eine relativ große
mittlere Zellengröße und eine
breite Zellgrößenverteilung
haben, das heißt,
die Schäume
haben eine Kapillarstruktur mit relativ großem Durchmesser, in wel-cher der Kapillardurchmesser
weit und willkürlich
variiert. Es wird angenommen, daß die große mittlere Zellengröße und die
diskontinuierlichen Kanäle
zu einem Schaumprodukt mit einem relativ kleinen Verhältnis von
Oberflächenbereich
zur Masse führen,
derart, daß die
osmotische Absorptionsgeschwindigkeit nicht optimal ist. Zudem wird
angenommen, daß die
Diskontinuität
der Schaumkanäle und
eine breite Zellgrößenverteilung
die Fähigkeit
der Fluide beschränkt,
durch einen kapillaren Transport durch die Schaumstruktur hindurch
zu strömen.
Es wird angenommen, daß diese
Beschränkung
der Kapillartransporteigenschaften sowohl die osmotischen als auch
die kapillaren Absorptionseigenschaften solcher Schäume beschränkt, insbesondere
die kapillare Absorptionskapazität
und -geschwindigkeit und die osmotische Absorptiorsgeschwindigkeit.
So sind die Absorptionsgeschwindigkeiten und -kapazitäten solcher Schaumprodukte
beschränkt.
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In einer Zusammensetzung, in welcher
teilchenförmige
superabsorbierende Polymermaterialien in einem Schaum vorhanden
sind, der aus einem nicht superabsorbierenden Material, wie aus
Polyurethan, hergestellt worden ist, ist der geschäumte Anteil
der Zusammensetzung nicht superabsorbierend, wie dies hier definiert
sein: soll, da er nicht eine genügende
Fähigkeit
besitzt, absorbierte Fluide zurück
zu halten. Deshalb ist, obwohl der superabsorbierende teilchenförmige Anteil
der Struktur in der Lage sein kann, Fluide zurück zu halten, die Gesamtkapazität des Schaumes,
Fluide zu absorbieren und zurück
zu halten, beschränkt.
Ferner können
die gesamten Absorptionseigenschaften des Schaumes aufgrund des
relativ kleinen Verhältnisses
von Oberflächenbereich
zur Masse des teilchenförmigen
Anteils in Bezug zu dem Schaumanteil beschränkt sein. Es wird angenommen,
daß dies
besonders wichtig ist für
die Absorption von Körperfluiden,
die Komponenten mit hohem Molekulargewicht enthalten, z. B. Blut
und Menstruationsfluide: Es wird angenommen, daß solche Komponenten teilchenförmige superabsorbierende
Materialien aufgrund ihrer großen
Molekulargröße in Bezug
zu dem teilchenförmigen
Material deaktivieren: Dies Komponenten mit hohem Molekulargewicht
können auch
Regionen eines Schaum deaktivieren, die durch einen diskontinuierlichen
Kanal gekennzeichnet sind. Zudem zeigt die Verwendung von Polyurethanmaterialien
in Anwendungen, die für
den menschlichen Kontakt gedacht sind, wie Windeln, Beziehungen über die
potentielle Toxizität
von Materialien, die verwendet werden können, um das Polyurethan zu
präparieren.
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So gibt es ein fortgesetztes Bedürfnis auf
dem Gebiet von superabsorbierenden Materialien, Materialien mit
schnelleren Absorptionsgeschwindigkeiten und größeren Absorptionskapazitäten zu schaffen.
Insbesondere gibt es ein Bedürfnis,
absorbierende Artikel mit solchen verbesserten Absorptionseigenschaften
zu schaffen, während
gleichzeitig die Gesamtdicke des absorbierenden Artikels verringert
wird. Für
absorbierende Artikel ist es wünschenswert,
Materialien zu verwenden, welche für Menschen nicht toxisch sind.
Zudem ist es wünschenswert,
solche Materialien und absorbierende Artikel in einer kosteneffektiven
Weise zu schaffen, z. B.. durch schnelle, einfache und sichere Herstellungstechniken.
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Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindug, einen superabsorbierenden, Polymerschaum mit verbesserten
Absorptionsgeschwindigkeiten und verbesserten Fluid-Verteilungseigenschaften
zu schaffen. Eine zusätzliche
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, einen superabsorbierenden
Polymerschaum mit einer Morphologie zu schaffen, welche eine erhöhte Absorptionsgeschwindigkeit
liefert, insbesondere gekennzeichnet durch ein großes Verhältnis von
Oberflächenbereich
zu Masse. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, einen
solchen superabsorbierenden Polymerschaum zu schaffen, welcher keine
unerwünschten
Gefahren für
die menschliche Gesundheit liefert. Zudem ist eine Aufgabe der vorlie genden
Erfindung, ein kosteneffektives Verfahren zum Herstellen solcher
Schäume
zu schaffen.
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Eine zusätzliche Aufgabe der vorliegenden
Erfindung ist, absorbierende Produkte, Elemente und Artikel mit
verbesserten Absorptionsgeschwindigkeiten zu schaffen. Eine weitere
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, absorbierende Element zu
schaffen, deren Absorptionseigenschaften auf die Anforderungen ihrer
beabsichtigten Anwendung zugeschnitten sind. Eine zusätzliche
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, die Dicke der absorbierenden
Artikel zu minimieren und gleichzeitig verbesserte Absorptionseigenschaften
bereit zu stellen:
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf eine superabsorbierenden Polymerschaum mit einem superabsorbierenden
Polymermaterial. In einer bevorzugten Aus führungsform ist das superabsorbierende
Polymermaterial des Schaums aus einem im Wesentlichen wasserlöslichen,
ungesättigten
Monomer mit neutralisierten Carboxylgruppen, die mit einem im wesentlichen
wasserlöslichen,
inneren Vernetzungsmittel in Reaktion gebracht wurden, geformt.
In einer bevorzugten Ausführungsform
werden das Monomer und das innere Vernetzungsmittel bei Vorhandensein
eines Treibmittels und eines Lösungsmittels
expandiert, um so eine expandierte Struktur zu formen, wobei das
Lösungsmittel
ein Lösungsmittel
für das
Monomer und das innere Vernetzungsmittel ist; nicht aber für das Treibmittel
oder, das superabsorbierende Polymermaterial (vorzugsweise Wasser).
Die expandierte Struktur wird Zuständen ausgesetzt, die so geartet
sind, daß das
Monomer und das innere Vernetzungsmittel miteinander reagieren,
um das superabsorbierende Polymermaterial zu bilden. Die Expansion
und die Reaktion werden derart gesteuert, daß der resultierende superabsorbierende
Polymerschaum eine Morphologie hat, welche eine verbesserte Absorptiorisgeschwindigkeit
liefert, welche gekennzeichnet sein kann durch im Wesentlichen kontinuierliche,
miteinander kommunizierende Kanäle
im Wesentlichen in dem ganzen Schaum und durch ein relativ hohes
Verhältnis
von Oberflächenbereich
zur Masse, eine kleine mittlere Zellengröße und eine geringe Dichte.
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Es wird angenommen, daß die superabsorbierenden
Polymerschäume
der, vorliegenden Erfindung verbesserte Absorptionsgeschwindigkeiten
und -kapazitäten
im Verhältnis
zu bekannten superabsorbierenden Schäumen haben. Es hat sich heraus
gestellt, daß,
wenn ein Schaum der vorliegenden Erfindung mit Fluiden in Kontakt
gebracht wird, der Schaum selbst unter moderaten Grenzdrucken im
Allgemeinen isotropisch quillt, solche Fluide in die miteinander
kommunizierenden Kanäle
absorbiert und in diesen transportiert und solche Fluide in das
superabsorbierende , Polymermaterial des Schaumes einsaugt, wo sie
zurück
gehalten werden. Da der Schaum im wesentlichen kontinuierliche,
miteinander kommunizierende Kanäle
im Wesentlichen in der ganzen Schaumstruktur aufweist, neigt er
dazu, Fluide durch einen im Wesentlichen unbeschränkten Kapillartransport,
insbesondere in der vertikalen Richtung, schnell zu absorbieren.
Da die miteinander kommunizierenden Kanäle eine Verteilung der Fluide
im ganzen Schaum erlauben, liefern sie zudem eine erhöhte Nutzung der
Fluid zurück
haltenden (osmotisch absorptiven) Eigenschaften des den Schaum aufbauenden
Polymers. Einmal bis zu ihrer osmotischen Absorptionskapazität gesättigt, wird
davon ausgegangen, daß die
interkommunizierenden Kanäle
der hier vorliegenden Schäume
eine verbesserte kapillare Absorptionskapazität liefern. Die Schäume der
vorliegenden Erfindung haben ein relativ großes Verhältnis von Oberflächenbereich
zur Masse, welches die osmotische Absorptionsgeschwindigkeit des
Polymermaterials erhöht.
Auf diese Weise kann die gesamte Absorptionsgeschwindigkeit und
-kapazität
des Schaumes maximiert werden.
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Die Morphologie der Schäume der
vorliegenden Erfindung kann auch eine Deaktivierung des superabsorbierenden
Materials des Schaums durch Fluide mit höherem Molekulargewicht minimieren.
Zudem neigen die vorliegenden Schäume dazu, eine größere Flexibilität zu besitzen
im Vergleich zu bekannten Schäumen,
die superabsorbierendem Polymermaterial geformt sind. Zudem zeigen
die superabsorbierenden Polymerschäume der vorliegenden Erfindung
nicht die unerwünschten
Gefah ren für
die menschliche Gesundheit, die in einigen bekannten superabsorbierenden
Schäumen
vorliegen können.
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Die Erfindung bezieht sich auch auf
verbesserte Absorptionsprodukte, Absorptionselemente und Absorptionsartikel,
in denen die superabsorbierenden Polymerschäume der vorliegenden Erfindung
eingebaut sind. Es wird angenommen, daß die Schäume die Fluid-Handhabungseigenschaften
solcher Gegenstände verbessern,
indem Fluide schnell angenommen und solche Fluide wirksam verteilt
und gespeichert werden, wodurch die Annahme und der Transport aufeinander
folgender Fluidfrachten erlaubt wird. Als Ergebnis wird die gesamte
Absorptionsgeschwindigkeit und -kapazität solcher Produkte, Elemente
und Artikel gesteigert.
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auch auf Verfahren zum Herstellen der superabsorbierenden Polymerschäume. In
einer bevorzugten Ausführungsform
wird der Schaum präpariert
durch:
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- (I) Bilden eines Reaktionsgemisches mit dem
Monomer, einem inneren Vernetzungsmittel und einem Lösungsmittel;
- (II) Dispergieren eines Treibmittels in dem Reaktionsgemisch;
- (III) Stabilisieren der Dispersion des Treibmittels in dem Reaktionsgemisch;
- (IV) Expandieren des Treibmittels;
- (V) In Reaktion Bringen des Monomers und des inneren Vernetzungsmittels,
um so ein superabsorbierendes Polymermaterial zu bilden; und
- (VI) Steuern der Dispersions-, Stabilisierungs-, Expansions-
und Reaktionsschritte, derart, daß der resultierende superabsorbierende
Polymerschaum eine Morphologie hat, welche verbesserte Absorptionsgeschwindigkeiten
und Fluid-Verteilungseigenschaften liefert.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Obwohl die Beschreibung mit Ansprüchen konkludiert,
welche die vorliegende Erfindung besonders herausstellen und deutlich
beanspruchen, wird angenommen, daß die vorliegende Erfindung
aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen
besser verstanden wird, in welchen:
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1 eine
Mikrophotographie ist, welche eine Draufsicht eines Randes eines
superabsorbierenden Polymerschaums der vorliegenden Erfindung zeigt,
die etwa 50-fach
vergrößert ist,
und auch einen Bereich dieser Ansicht, der etwa 250-fach vergrößert ist.
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2 eine
Mikrophotographie ist, welche eine Draufsicht eines Randes des superabsorbierenden
Polymerschaums in 1 zeigt,
die aus einer Ebene senkrecht zu der Ebene des Randes in 1 aufgenommen wurde, etwa
50-fach vergrößert, und
auch einen Bereich dieser Ansicht zeigt; der etwa 250-fach vergrößert ist.
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3 eine
Draufsicht einer wegwerfbaren Windelausführung der vorliegenden Erfindung
mit weg geschnittenen Bereichen, um die unterliegende Struktur frei
zu legen, wobei die äußere Oberfläche der
Windel dem Betrachter zugewandt ist.
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4 eine
teilweise weg geschnittene Draufsicht einer Ausführungsform als Damenbinde der
vorliegenden Erfindung ist.
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5 eine
graphische Darstellung einer Beziehung zwischen Viskosität und Temperatur
für ein
Reaktionsgemisch der vorliegenden Erfindung zeigt.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die superabsorbierenden polymeren
Schäume
der vorliegenden Erfindung sind in der Lage, große Mengen von Fluiden (z. B..
Flüssigkeiten),
wie Wasser und/oder Körperausscheidungen
(z. B.. Urin oder Menstruationsfluide) zu absorbieren, und sind
ferner in der Lage, solche Fluide unter moderaten Drucken, wie solchen,
denen sich beim Tragen der absorbierenden Artikel ausgesetzt sind,
zurück
zu halten. Die Schäume sind
aus einem superabsorbierenden Polymermaterial geformt, das allgemein
als Hydrogel, hydrokolloides, osmotisches und absorbierendes Geliermaterial
bezeichnet wird. Wie hier verwendet, bedeutet "superabsorbierendes
Polymer" ein im Wesentlichen wasserunlösliches, leicht vernetztes,
teilweise neutralisiertes, Hydrogel bildendes Polymermaterial, welches
in der Lage ist, große
Mengen von Fluiden, wie Wasser und/oder Körperausscheidungen, zu absorbieren
und zurück
zu halten. Superabsorbierende Polymermaterialien haben typischerweise
die Fähigkeit;
unter moderaten Drucken solche Fluide in einer Menge von wenigstens
etwa dem 10-fachen, vorzugsweise wenigstens etwa dem 15-fachen,
ganz bevorzugt wenigstens etwa dem 50-fachen des Trockengewichts
des Polymermaterials zu absorbieren und zurück zu halten. Mit "Polymerschaum"
ist die Struktur gemeint, welche sich ergibt, wenn ein relativ monomerfreies
Gas oder eine relativ monomerfreie Flüssigkeit als Bläschen in
einer Flüssigkeit
dispergiert ist, die polymerisierfähige; superabsorbierende, Polymer bildende
Reaktionsmittel enthält,
gefolgt von einer Expansion der Bläschen und einer Polymerisierung
der Reaktionsmittel in der Flüssigkeit,
welche die expandierten Bläschen
umgibt. Die resultierende polymerisierte, expandierte Struktur kann
in Form einer porösen,
verfestigten Struktur vorliegen, welche ein Aggregat von Zellen ist,
wobei die Grenzen oder Wände
solcher Zellen festes polymerisiertes Material aufweisen. Nach der
Expansion und Polymerisierung sind die Zellen selbst typischerweise,
frei von relativ monomerfreiem Gas oder Flüssigkeit, welches vor der Expansion
und Polymerisierung die Bläschen
in der flüssigen
Dispersion geformt hatten.
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In ihrem breitesten Aspekt umfassen
die superabsorbierenden Polymerschäume der vorliegenden Erfindung
ein superabsorbierendes Polymermaterial, das gebildet wird aus einem
Reaktionsgemisch umfassend (i) superabsorbierende, Polymer bildende
Reaktionsmittel, welche in der Lage sind, aus in einem Lösungsmittel
im Wesentlichen lösbar
gemacht zu werden, und (ii) ein solches Lösungsmittel. Ein Treibmittel
wird in dem Reaktionsgemisch dispergiert, stabilisiert und so expandiert,
daß eine expandierte
Struktur gebildet wird. Während
oder nach der Formation der expandierten Struktur werden die superabsorbierenden,
Polymer bildenden Reaktionsmittel so in Reaktion gebracht, daß ein Polymermaterial
gebildet wird, welches im Wesentlichen in dem Lösungsmittel unlöslich ist.
(Das Polymermaterial kann mit fortschreitender Reaktionszeit bis
zum Punkt der unlöslichen
Polymerbildung superabsorbierend werden oder nicht. Falls das Polymer
bis zu diesem Punkt nicht superabsorbierend ist, wird das Polymer
weiter in Reaktion gebracht, um es superabsorbierend zu machen.)
Die Dispersions-, Stabilsierungs-, Expansions- und Reaktionsschritte
werden derart gesteuert, daß der resultierende
Polymerschaum eine solche Morphologie hat, daß verbesserte Absorptionseigenschaften
geschaffen werden, wobei diese Morphologie gekennzeichnet ist durch
im Wesentlichen kontinuierliche miteinander kommunizierende Kanäle im Wesentlichen
im ganzen Schaum und einem relativ hohen Verhältnis von Oberflächenbereich
zur Masse.
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Eine "Dispersion des Treibmittels"
in dem Reaktionsgemisch bedeutet, daß das Treibmittel in Form von
diskreten Teilchen in dem Reaktionsgemisch vorhanden ist, wobei
die Treibmittelteilchen relativ frei von superabsorbierenden, Polymer
bildende Reaktionsmittel und frei Lösungsmitteln sind. Mit "im
Wesentlichen löslich"
ist gemeint, daß das
superabsorbierende, Polymer bildende Reaktionsmittel (oder eine
andere Komponente, die so beschrieben ist) in dem Lösungsmittel
gelöst
oder dispergiert sein kann, derart, daß ein definierter minimaler
Anteil des Reaktionsmittels (oder der Komponente) aus dem Lösungsmittel
extrahierbar ist. Im Wesentlichen Reaktionsmittel oder Komponenten
sind solche, welche in dem Lösungsmittel
derart gelöst oder
dispergiert sein können,
daß wenigstens
etwa 50%, vorzugsweise wenigstens etwa 60%, ganz bevorzugt wenigstens
etwa 75%, äußerst bevorzugt
wenigstens etwa 80% des Reaktionsmittels oder der Komponente, welche
in dem Lösungsmittel
gelöst
oder dispergiert ist, extrahierbar ist. "Im Wesentlichen unlöslich" bedeutet, daß ein Reaktionsmittel,
eine Komponente, ein Reaktionsprodukt oder ein anderes Material
(einschließlich
des superabsorbierenden Polymermaterials, des superabsorbierenden
Polymerschaums), das so beschrieben wird, in dem Lösungsmittel
derart gelöst
oder dispergiert ist, daß weniger
als etwa 50%, vorzugsweise weniger als etwa 40%, ganz bevorzugt
weniger als etwa 25%, äußerst bevorzugt
weniger als etwa 20% eines solchen Reaktionsmittels, einer solchen
Komponente, eines solchen Reaktionsprodukts oder eines anderen Materials, welches
in dem Lösungsmittel
gelöst
oder dispergiert war, extrahierbar ist. Ein geeignetes Verfahren
zum Bestimmen extrahierbarer Anteile ist beschrieben in dem Abschnitt
Testverfahren. Typischerweise besitzen die im Wesentlichen unlöslichen
Polymermaterialien, die hier gebildet werden, ein relativ hohes
mittleres Molekulargewicht, z. B.. von wenigstens etwa 200.000 g/mol.
Ein solches hohes Molekulargewicht ist ein typisches Kennzeichen
vernetzter Polymere mit einem bestimmten Grad an Vernetzung. Im
Gegensatz dazu sind "im Wesentlichen lösbare Polymere" typischerweise
im Wesentlichen linear, das heißt,
das Polymermolekül
ist im Wesentlichen zweidimensional mit keiner oder nur einem minimalen
Grad an Vernetzung.
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In einer bevorzugten Ausführungsform
umfaßt
der superabsorbierende Polymer-schaum
ein superabsorbierendes Polymermaterial, das gebildet wird aus:
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- (I) einem im Wesentlichen wasserlöslichen,
ungesättigten
Monomer mit neutralisierten Carboxylgruppen; und
- (II) einem im Wesentlichen wasserlöslichen, internen Vernetzungsmittel,
das mit dem Monomer in Reaktion gebracht wird.
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Der bevorzugte superabsorbierende
Polymerschaum wird vorzugsweise gebildet, indem zuerst ein Reaktionsgemisch
mit dem Monomer, dem internen Vernetzungsmittel und einem geeigneten
Lösungsmittel (vorzugsweise
Wasser) gebildet wird: Ein Treibmittel wird dann in dem Reaktionsgemisch
stabil dispergiert, gefolgt durch eine Expansion des Treibmittels
und einer Reaktion des Monomers mit dem internen Vernetzungsmittel,
um so den Schaum zu bilden, der aus einem im Wesentlichen wasserunlöslichen
Polymermaterial besteht. (In Abhängigkeit
von dem Reaktionstyp und den Reaktionsbedingungen kann das unlösliche Polymermaterial
superabsorbierend sein oder nicht und kann deshalb eine weitere
Reaktion erfordern, z. B. eine Neutralisation der Carboxylgruppen,
und/oder eine weitere Vernetzung des Polymermaterials, um dieses
superabsorbierend zu machen.) Die Dispersions-, Stabilisierungs-,
Expansions- und Reaktionsschritte werden derart gesteuert, daß der Schaum
eine Morphologie hat, welche gekennzeichnet sein kann durch miteinander
kommunizierende Kanäle
und ein relativ hohes Verhältnis
von Oberflächenbereich
zur Masse.
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Formation des
Reaktionsgemisches
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Eine Komponente des bevorzugten Reaktionsgemisches
ist ein im Wesentlichen wasserlösliches
Monomer mit neutralisierten oder neutralsierbaren Carboxylgruppen.
Das Monomer enthält
vorzugsweise ausreichend Carboxylgruppen, derart, daß ein lineares
Polymer davon im Wesentlichen wasserlöslich ist (das heißt, die
Carboxylgruppen sind hydrophil). Mischungen solcher Monomere können auch
verwendet werden.
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Die Monomere mit den Carboxylgruppen
enthalten Säure,
Säureanhydrid
und Monomere, die eine Estergruppen enthalten. Diese Monomere können auch
andere hydrophile Gruppen enthalten, wie Hydroxylgruppen, Amidgruppen,
Aminogruppen, Nitrilgruppen und quartäre Ammoniumsalzgruppen. Vorzugsweise
enthält das
Monomer säureartige
Hydrophilgruppen. Ganz bevorzugt enthält das Monomer wenigstens etwa
5 Molprozent, ganz bevorzugt wenigstens etwa 10 Molprozent Säuregruppen.
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Monomere, die Carboxylgruppen enthalten,
umfassen olefinisch ungesättigte
Säuren,
Ester davon und Anhydride, welche wenigstens eine olefinische Kohlenstoff-an-Kohlenstoff-Doppelbindung
enthalten. Insbesondere können
diese Monomere ausgewählt
sein aus olefinisch ungesättigten
Carboxylsäuren,
Estern solcher Carboxylsäuren,
Säureanhydriden,
Sulfonsäuren,
Estern solcher Sulfonsäuren
und Mischungen von zwei oder mehr der vorstehenden Monomere.
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Eine olefinisch ungesättigte Caboxylsäure und
Carboxylsäureanhydridmonomere
enthalten die Acrylsäuren
und Derivate davon, die durch die Acrylsäure selbst, durch Methacrylsäure, Ethacrylsäure Alphachloracrylsäure, Alaphacynoacrylsäure, Betamethylacrylsäure (das
heißt,
Crotonsäure},
Alphyphenylacrylsäure, Betaacryloxypropionsäure und
Betasterylacrylsäure;
Maleinsäure;
und Maleinsäureanhydrid
typifiziert sind. Weitere Monomere dieses Typs sind Sorbinsäure, Alphachlorsorbinsäure, Angelicasäure, Zimtsäure, P-Chlorzimtsäure, Itaconsäure, Citraconsäure,-Mesaconsäure, Glutaconsäure, Aconitsäure, Fumarinsäure und
Tricarboxyethylen.
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Olefinisch ungesättigte Sulfonsäuremonomere
und Derivate davon enthalten alliphatische oder aromatisch Vinylsulfonsäuren, wie
Vinylsulfonsäure,
Allylsufonfäuse,
Vinyltoluolsulfonsäure
und Styrolsulfonsäure;
und Acryl- und Methacrylsulfonsäurederivate,
wie Sulfoethylacrylat, Sulfoethylmethacrylat, Sulfopropylacrylat,
Sulfopropylmethacrylat, 2-hydroxy-3-methacryloxypropylsulfonsäure, 2-hydroxy-3-methacryloxypropylsulfonsäure und
2-acrylamid-2-methylpropansulfonsäure.
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Die Carboxylgruppen (z. B.. Säuregruppen)
sind wenigstens teilweise mit Kationen neutralisiert, die in der
Lage sind, Salze mit dem Monomer zu bilden, um ein Monomer mit neutralisierten
Carboxylgruppen zu bilden. Solche Salz bildenden Kationen enthalten
z. B. Alkali- oder Alkalinmetalle, Ammonium, substituiertes Ammonium
und Amine, wie sie in weiterem Detail diskutiert sind US Patent
Re 32,649, Brandt et al., 19. April 1988. Die Neutralisierung wird
vorzugsweise in irgendeiner herkömmlichen
Weise ausgeführt,
welche zu wenigstens etwa 25 Molprozent, ganz bevorzugt wenigstens
etwa 50 Molprozent, äußerst bevorzugt
wenigstens etwa 75 Molprozent Neutralisierung der gesamten Carboxylgruppen
führt.
Die Carboxylgruppen werden vorzugsweise vor der Formation des im
Wesentlichen wasserunlöslichen
Polymerschaums neutralisiert, z. B.. wird die Neutralisierung vorzugsweise
auf dem Monomer oder an einem wasserlöslichen Polymer davon ausgeführt.
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Monomere, die andere hydrophile Gruppen
als Carboxygruppen besitzen, können
mit dem Carboxygruppen enthaltenden Monomer verwendet werden. Andere
hy drophile Gruppen enthalten Hydroxylgruppen, Amidgruppen, Aminogruppen,
Nitrilgruppen und quartäre
Ammoniumsalzgruppen. Monomere, die solche Gruppen enthalten, sind
allgemein bekannte Materialien und werden in größerem Detail beschrieben z.
B. in US Patent 4 076 663 veröffentlicht
für Masuda
et al. am 28. Fe bruar 1978; und US Patent 4,062,817, veröffentlicht
für Westerman
am 13. Dezember 1977. Ein oder mehrere Typen solcher hydrophilen
Gruppen können in
dem Monomer vorhanden sein.
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Obwohl diese Offenbarung ganz allgemein
hinsichtlich des Monomers erfolgt; ist dies so zu verstehen, daß im Wesentlichen
wasserlösliche
Homopolymere, Copolymere oder Reaktionsprodukte des Monomers auch
anstelle oder zusätzlich
zu der Monomerform verwendet werden können. Solche alternativen Ausgangsmaterialien
enthalten im Wesentlichen wasserlösliche Homopolymere des Monomers
und im Wesentlichen wasserlösliche
Reaktionsprodukte des Monomer oder seines Homopolymers und des internen
Vernetzungsmittels. Zum Beispiel kann ein im Wesentlichen lineares,
im Wesentlichen wasserlösliches
Homopolymer durch ein Aussetzen des Monomers unter bekannten Polymerisatiorisbedingungen
geformt werden. Ein im Wesentlichen wasserlösliches, teilweise vernetztes
Polymer kann auch durch in Reaktion Bringen (z. B. durch Erwärmen) des
Monomers oder des linearen Polymers davon mit einem Vernetzungsmittel,
wie den darin befindlichen internen Vernetzungsmitteln, gebildet
werden. Ein solches Polymer würde
typischerweise einen Vernetzungsgrad haben, z. B. weniger als etwa
5%.
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Die obigen Polymere des Polymers
(insbesondere ein lineares Polymer des Monomers) können bevorzugte
Ausgangsmaterialien sein, um die Viskosität des Reaktionsgemisches zu
steuern, um so bei der Formation eines Schaums mit einer gewünschten
Morphologie, insbesondere einer relativ kleinen Zellengröße, zu helfen.
Im Allgemeinen wird ein Reaktionsgemisch unter Verwendung solcher
Polymere eine höhere
Viskosität haben
im Vergleich zu einem Reaktionsgemisch. das von dem Monomer selbst
ausgeht. Die Verwendung solcher Polymere kann auch besonders nützlich sein,
wo Schäume
mit einem geringen Restmonomergehalt erwünscht sind, da das Restmonomer,
welches in dem Polymer des Monomers vorhanden sein kann (z. B. ein lineares
Polymer des Monomers) durch bekannte Verfahren entfernt werden kann
z. B. durch eine Flashvorgang, bevor es in dem Reaktionsgemisch
verwendet wird.
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Das bevorzugte Reaktionsgemisch umfaßt zusätzlich ein
im Wesentlichen wasserlösliches
internes Vernetzungsmittel. Geeignete interne Vernetzungsmittel
sind Verbindungen, welche in der Lage sind; mit dem Monomer zu reagieren,
um ein im Wesentlichen wasserunlösliches,
vorzugsweise superabsorbierendes Polymermaterial zu bilden. Vorzugsweise
wird ein internes Vernetzungsmittel derart beschaffen sein, daß das Reaktionsgemisch
eine Aktivierungstemperatur hat, welche größer ist als die Verdampfungstemperatur
des Treibmittels und als die kritische Temperatur. Die Aktivierungstemperatur
ist die Temperatur für
ein gegebenes Reaktionsgemisch, bei welcher das interne Vernetzungsmittel
mit dem Monomer reagieren wird, um ein vernetztes Polymer mit hohem
Molekulargewicht zu bilden. Die Aktivierungstemperatur kann bestimmt
werden durch die Differential Scanning Calorimetry (das heißt, DSC).
Die DSC-Techniken sind allgemein beschrieben in Analytical Calorimetry,
Band 3, Roger S. Porter et al., Plenum Press (1974), Seiten 17–44. Eine
geeignete DSC-Anlage umfaßt
das Perkin-Elmer DSG 7 Series Thermal Analysis System, erhältlich von
Perkin-Elmer aus Norwalk, CT. Ein geeignetes Verfahren zum Bestimmen
der Aktivierungstemperatur ist in dem Handbuch Perkin-Elmer 7 Series
Thermal Analysis System, Perkin-Elmer, Januar 1990.
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Geeignete interne Vernetzungsmittel
enthalten Verbindungen mit wenigstens zwei polymerisierfähigen Doppelbindungen;
Verbindungen mit wenigstens einer polymerisierfähigen Doppelbindung und wenigstens
einer funktionalen Gruppe, die mit dem Monomer reaktionsfähig ist;
Verbindungen mit wenigstens zwei funktionalen Gruppen, die mit dem
Monomer reaktionsfähig
sind; und mehrwertige Metallverbindungen, welche Ionenbindungen
bilden können.
Ein oder mehrere interne Vernetzungsmittel können verwendet werden. Typische
interne Vernetzungsmittel sind in größerem Detail beschrieben in
dem oben genannten US Patent 4,076,663. Die Auswahl bestimmter interner
Vernetzungsmittel wird teilweise durch die gewünschte Reaktionsgeschwindigkeit
des internen Vernetzungsmittels mit dem Monomer bei einer bestimmten
Temperatur festgelegt, wobei die Geschwindigkeit durch den Fachmann
des Standes der Technik ohne Weiteres bestimmt werden kann. Das
interne Vernetzungsmittel wird vorzugsweise ausgewählt aus
der Gruppe bestehend aus N,N'-methylenbisacrylamid, Triallylamin,
Triallylphosphat und Dioder Poly-Glycidylether aliphatischer mehrwertiger
Alkohole. Am meisten bevorzugt wird N,N'-mehtylenbisacrylamid verwendet.
-
Die interne Vernetzungsmittel ist
typischerweise in dem Reaktionsgemisch in einer Menge von etwa 0,001
Molprozent bis etwa 5 Molprozent basierend auf den Gesamtmolgehalt
des in dem Gemisch vorhandenen Monomers (das heißt, etwa 0,01 bis 20 Gewichtsteile
basierend auf 100 Gewichtsteile des Monomermaterials) vorhanden.
-
Das Reaktionsgemisch umfaßt auch
ein Lösungsmittel.
Geeignete Lösungsmittel
enthalten beliebige, in welchen das Monomer und das interne Vernetzungmittel
im Wesentlichen löslich
sind und in welchen das superabsorbierende Polymer und das Treibmittel
im Wesentlichen unlöslich
sind. Geeignete Lösungsmittel
haben auch eine Verdampfungstemperatur, welche größer ist
als die Verdampfungstemperatur des Treibmittels und als die kritische
Temperatur des Reaktionsgemisches und vorzugsweise größer ist
als die Aktivierungstemperatur. In der bevorzugten Ausführungsform,
in welcher im wesentlichen wasserlösliche Monomere verwendet werden,
ist das Lösungsmittel
vorzugsweise Wasser, ein wasserlöslicher
Alkohol (z. B. niedere Alkohole, wie Methanol, Ethanol, Propanole
und Butanole) oder Mischungen von beliebigen zwei oder mehreren solcher
Verbindungen. Äußerst bevorzugt
ist das Lösungsmittel
Wasser. Obwohl die Konzentrationen der verschiedenen Komponenten
des Reaktionsgemisches weit variieren können, solange die Dispersions-,
Stabilisierungs-, Expansions- und Reaktionsschritte ausgeführt werden
können,
umfaßt
das Reaktionsgemisch im Allgemeinen etwa 1 Gewichtsteil des Monomers
auf etwa 1 Gewichtsteil Lösungsmittel.
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Das Reaktionsgemisch kann auch verschiedene
optionale Komponenten enthalten, einschließlich grenzflächenaktive
Stoffe; Polymerisierungsinitiatoren und Viskositäts-Steuermittel. Herkömmliche
Additive für absorbierende
Geliermaterialien, wie Antioxidantien und Deodorantien können auch
enthalten sein.
-
Es ist besonders wünschenswert,
wenigstens einen grenzflächenaktiven
Stoff in das Reaktionsgemisch aufzunehmen. Der grenzflächenaktive
Stoff kann irgendeiner von denjenigen sein, die in der Schaumtechnik
allgemein bekannt sind, ausgewählt
hinsichtlich seiner Fähigkeit,
die Dispersion des Treibmittels in dem Reaktionsgemisch zu stabilisieren.
Der grenzflächenaktive
Stoff kann bei der Formation eines superabsorbierenden Polymerschaumes
mit einer gewünschten
Morphologie helfen. Es wird davon ausgegangen, daß der grenzflächenaktive
Stoff besonders nützlich
ist für
den Erhalt relativ kleiner mittlerer Zellengrößen und relativ schmaler Zellgrößenverteilungen,
und zwar durch Beeinflussung der Teilchengröße und der Teilchengrößenverteilung
des Treibmittels.
-
Wenn das Lösungsmittel Wasser ist oder
wasserlöslich
ist und das Treibmittel im Wesentlichen wasserunlöslich ist,
umfassen geeignete grenzflächenaktive
Stoffe elche sowohl hydrophile als auch nicht ionisierende grenzflächenaktive
Stoffe, welche sowohl hydrophile als auch hydrophobe Gruppen besitzen.
Ein oder mehrere grenzflächenaktive
Stoffe können
verwendet werden, um solche Gruppen zu liefern. Das Vorhandensein
sowohl hydrophiler Gruppen als auch hydrophober Gruppen kann dazu
dienen, die Stabilisierung zu verbessern, indem eine Phasentrennung
in eine "ölige"
Treibmittelphase und eine "wäßrige" Reaktionsphase verhindert
wird. Ein Gemisch solcher Gruppen erlaubt das Zuschneiden des grenzflächenaktiven
Stoffsystems dahingehend, daß die
Stabilisierung der Dispersion in Abhängigkeit von der jeweiligen
Hydrophilizität
oder Hydrophobizität
der Komponenten des Reaktionsgemisches verbessert wird. Im Allgemeinen
wird, wenn das Verhältnis
der hydrophoben Gruppen zu den hydrophilen Gruppen in dem grenzflächenaktiven
Stoff zunimmt, die Stabilisierung weiter verbessert, vorausgesetzt,
daß ausreichend
hydrophile Gruppen vorhanden sind, um die Phasentrennung zu verhindern.
Vorzugsweise wird der grenzflächenaktive
Stoff (oder das Gemisch aus grenzflächenäktiven Stoffen) so ausgewählt, daß der Wert
des hydrophilen-lipophilen Gleichgewichts (das heißt, HLB-Wert)
des Treibmittels paßt.
Für im
Wesentlichen wasserunlösliche
Treibmittel wird das Treibmittel wasserstabilisiert, wenn der HLB-Wert
des grenzflächenativen
Stoffes abnimmt. Ein System zum Anpassen des HLB-Wertes eines Emulgators
an ein oder mehrere Inhaltsstoffe, die emulgiert werden sollen,
ist beschrieben in der technischen Zeitschrift Meaning of HLB-Vorteilen
und Beschränkungen,
ICI Americas Inc., 1984.
-
Der nicht ionisierende grenzflächenaktive
Stoff ist vorzugsweise ausgewählt
aus der Gruppe bestehend aus linearen alkoxylierten Alkoholen, linearen
alkylphenoxylierten Alkoholen und Estern davon: Bevorzugt werden
die ethoxylierten Copolymere der Sorbitan-Fettsäureester; wie beispielsweise
die ethoxylierten Copolymere des Sorbitanmonolaurat (erhältlich als
TWEEN®20,
ICI Americas, Inc.) und des Sorbitanmonooleat (erhältlich als
TWEEN®80,
ICI Americas, Inc.). Mischungen der vorerwähnten grenzflächenaktiven
Stoffe mit im Wesentlichen hydrophoben (das heißt, lipophilen) grenzflächenaktiven
Stoffen können
auch verwendet werden: Geeignete hydrophobe grenzflächenaktive
Stoffe umfassen Sorbitan-Fettsäureester,
wie Sorbitanmonolaurat (erhältlich
SPAN®20,
ICI Americas, Inc.) und Sorbitanmonooleat (erhältlich als SPAN®80, ICI Americas,
Inc.).
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Obwohl die Menge des grenzflächenaktiven
Stoffes variiert werden kann, ist es allgemein-wünschenswert, den minimalen
Anteil zu verwenden, der benötigt
wird, um die Stabilisierung des Treibmittels zu bewirken. Die Verwendung
des minimalen Anteils kann einen nachteiligen Einfluß auf die
Absorptionseigenschaften des resultierenden Schaums verhindern oder
minimieren, der sich durch einen zurücbleibenden grenzflächenaktiven
Stoff ergeben kann, und liefert im Allgemeinen einen Produktkostenvorteil.
Der grenzflächenaktive
Stoff wird typischerweise mit einer Menge von etwa einem Zehntel
des Menge des Treibmittels verwendet. Der grenzflächenaktive
Stoff kann dem Reaktionsgemisch hinzu gegeben werden oder mit dem
Treibmittel vorgemischt werden, welches später in dem Reaktionsgemisch
dispergiert wird.
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Der optionale Initiator ist besonders
nützlich,
um ein eine Polymerisierung zu initiieren, und zwar im Wesentlichen
des Monomers und des internen Vernetzungsmittels. Ein Initiator
wird üblicherweise
bevorzugt, da dieser typischerweise die Aktivierungstemperatur des
internen Vernetzungsmittels senkt. Ein Initiator ist besonders geeignet,
wenn eine erhöhte
Reaktionsgeschwindigkeit erwünscht
ist, und wird deshalb für
eine kosteneffektive Herstellung vorgezogen. Zudem ist ein Initiator
besonders nützlich,
wenn der Schaum auf einem saugenden Substrat ausgebildet wird. Beim
Aktivieren des Initiators und einer dadurch erfolgten Initiierung
der Polymerisierung nimmt die Viskosität der Dispersion typischerweise
zu. Die Zunahme der Viskosität
kann dazu dienen, die Formation eines gewünschten Schaummusters auf dem
saugenden Substrat zu erleichtern.
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Der Initiator kann irgendein herkömmlicher
Polymerisierungsinitiator sein. Der Initiator ist vorzugsweise im
wesentlichen löslich
in dem Lösungsmittel
und ist aus gewählt,
basierend teilweise auf dem beabsichtigten Verfahren zum Induzierender
der Reaktion des Monomers. Auf diese Weise sind licht- und wärmeaktivierte Initiatoren
nützliche
Initiatoren. Zum Beispiel kann wenn dünne Filme des Schaums er wünscht sind,
ein lichtaktivierter Initiator verwendet werden, um eine schnelle
Reaktion zu bewirken, wenn das Gemisch einer Licht-Strahlungsquelle
ausgesetzt wird. Die optionalen Polymerisierungsinitiatoren umfassen
Initiatoren mit freiem Radikal, einschließlich z. B. Per-Sauerstoffverbindungen,
wie Natrium-, Kaliumund Ammoniumpersulfate, Caprylylperoxid, Benzoylperoxid,
Wasserstoffperoxid, Cumenehydroperoxide, tertiäres Butyldiperphthalat, tertiäres Butylperbenzoat,
Natriumperacetat, Natriumpercarbonat und dergleichen. Herkömmliche
Redox-Initiatorsysteme
können
auch verwendet werden, z. B. Systeme, welche die vorstehenden Persauerstoffverbindungen
mit reduzierenden Mitteln kombinieren, wie mit Natriumbisulfit,
L-Ascorbinsäure
oder Eisensalzen. Die Menge des Initiators, der verwendet wird,
kann die Menge sein, die üblicherweise
auf dem Polymergebiet verwendet wird. Typischerweise wird der Initiator
mit einem Anteil von bis zu etwa 5 Molprozent, vorzugsweise etwa
0,001 bis 0,5 Molprozent basierend auf dem Gesamtmolgehalt des polymerisierfähigen Monomers
verwendet.
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Eine weitere bevorzugte, optionale
Komponente des Reaktionsgemisches ist ein Viskositäts-Steuermittel.
Das Viskositäts-Steuermittel
dient im Allgemeinen dazu, die Viskosität des Reaktionsgemisches zu
steigern und ist besonders nützlich
für das
Steuern der Teilchengröße des Treibmittels,
welches in dem Reaktionsgemisch dispergiert ist. Im Allgemeinen
wird, wenn die Viskosität
des Reaktionsgemisches zunimmt, die Teilchengröße einfacher gesteuert. Auf
diese Weise kann das Viskositäts-Steuermittel
verwendet werden, um das Treibmittel in dem Reaktionsgemisch zu
dispergieren und zu stabilisieren. Das Viskositäts-Steuermittel kann auch ein
Beschichten oder Drucken der stabilen Dispersion auf ein Substrat
erleichtern, insbesondere auf ein saugendes Substrat. Durch Steigerung
des Viskosität
des Reaktionsgemisches kann das Mittel die Formation eines gewünschten
Schaummusters auf dem Substrat erleichtern. Das Viskositäts-Steuermittel
kann auch die Separierung des Lösungsmittels
von dem Reaktionsgemisch verhindern oder minimieren (das heißt, die
Trennung), insbesondere dann, wenn die stabile Dispersion auf ein
saugendes Substrat aufgebracht wird, wodurch die Formation eines
gleichförmigen
Produkts mit optimalen Eigenschaften unterstützt wird. Geeignete Viskositäts-Steuermittel sind
vorzugsweise im Wesentlichen in dem Lösungsmittel löslich. Beispielhafte
wasserlösliche
Viskositäts-Steuermittel
sind Carboxymethylzellulose, Hydroxyethylzellulose und Polyacrylsäure. Das
Viskositäts-Steuermittel
wird typischweise in einer Menge von weniger als etwa 2%, typischer
von weniger als etwa 1% des Gewichts des gesamten Monomers hinzu
gegeben:
-
Formation einer stabilen
Dispersion
-
Eine stabile Dispersion eines Treibmittels
wird in dem Reaktionsgemisch durch Hinzugabe eines Treibmittels
zu dem Reaktionsgemisch gebildet, typischerweise entweder während oder
nach Formation des Reaktionsgemisches; durch ein Disper gieren des
Treibmittels; und durch ein Stabilisieren der Dispersion. Das Treibmittel
wird in dem Reaktionsgemisch dispergiert und so stabilisiert, daß eine stabile
diskontinuierliche Phase des Treibmittels (das heißt, "Teilchen"
des Treibmittels) in der Reaktionsgemischphase gebildet wird. Die
Treibmittelteilchen sind relativ frei von Monomer, einem internen
Vernetzungsmittel und einem Lösungsmittel.
-
Geeignete Treibmittel umfassen irgendein
herkömmliches
Treibmittel; welches im Wesentlichen in dem Lösungsmittel unlöslich ist
und dessen Teilchengröße gesteuert
und stabilisiert werden kann, wenn es in dem Reaktionsgemisch dispergiert
ist. Zudem wird das Treibmittel zu einer kontrollierten Expansion
in der Lage sein. Geeignete Treibmittel haben auch eine Verdampfungstemperatur
(das heißt,
einen Siedepunkt), welche geringer ist als die Verdampfungstemperatur
des Lösungsmittels
an einem gegebenen Druck. Das Treibmittel hat vorzugsweise auch
einen Siede-punkt,
welcher niedriger ist als die kritische Temperatur, um so eine ausreichende
Expansion des Treibmittels vor der Formation des im Wesentlichen
wasserunlöslichen
Polymers zu erlauben. Beispielhafte Treibmittel sind offenbart in
Chemical Encyclopedia, H. Lasman, National Polychemicals; Inc.,
Band 2, Seite 534. In der bevorzugten Ausführungsform, in welcher Wasser
als Lösungsmittel
verwendet wird, sind geeignete Treibmittel im Wesentlichen wasserunlösliche Flüssigkeiten
mit einem Siedepunkt von weniger als etwa 100°C, ganz bevorzugt von weniger
als etwa 80°C, äußerst bevorzugt
von weniger als etwa 50°C.
Typischerweise hat das Treibmittel einen Siedepunkt im Bereich von
etwa –20°C bis etwa
80°C, vorzugsweise
bei etwa –20°C bis etwa
50°C. Solche
Treibmittel umfassen aliphatische und aromatische Kohlenwasserstoffe
und Halokohlenwasserstoffe, welche zyklisch oder alizyklisch, linear
oder verzweigt und gesättigt
oder ungesättigt
sein können.
Beispielhafte Treibmittel umfassen die Pentane, Hexane; Heptane, Benzol,
substituierte Benzole, Chlormethane, Chlorethane, Chlorfluormethane
und Chlorfluorethane, wie sei beschrieben sind in der oben genannten
Chemical Encyclopedia. Vorzugsweise wird ein Pentan (z. B. n-pentan,
2-methylbutan, und/oder 2,2-dimethylpropan) oder ein 1,1,2-trichlortriefluorethan
verwendet. Obwohl die Menge des Treibmittels, die verwendet wird, über einen
breiten Bereich variieren kann, in welchem ein Schaum mit einer
gewünschten
Morphologie erhalten werden kann, wird das Treibmittel im Allgemeinen
in einem Anteil von etwa 5 bis etwa 50 Teilen pro 100 Teile (gewichtsabhängig) des
Monomers hinzu gegeben. Typischerweise werden etwa 20 bis etwa 30
Teile des Treibmittels pro 100 Teilen (gewichtsabhängig) des
Monomers verwendet.
-
Das Treibmittel kann durch Aufbringen
von Scherspannungen (z. B. durch ein Mischen mit starker Scherung)
auf das Reaktionsgemisch dispergiert, werden und, falls notwendig,
durch Steuern des Viskositätsverhältnisses
der Treibmittelphase zur Reaktionsgemischphase (wie hier verwendet,
bezieht sich das Viskositätsverhältnis auf
die Viskosität
der Treibmittelphase, geteilt durch die Viskosität der Reaktionsgemischphase) und/oder
durch Verwenden eines grenzflächenaktiven
Stoffes. Der Dispersionsprozeß wird
gesteuert, so daß eine
gewünschte
Treibmittel-Teilchengröße erhalten
wird. Die Teilchengröße des dispergierten
Treibmittels beeinflußt
die Zellengröße (einschließlich die
Zellgrößenverteilung),
die Interkommunikation der Schaumkanäle und das Verhältnis von
Oberflächenbereich
zur Masse des resultierenden superabsorbierenden polymeren Schaums.
Die Teilchengröße beeinflußt Merkmale,
einschließlich
die Schergeschwindigkeit, den grenzflächenaktiven Stofftyp, das Viskositätsverhältnis und
die Isotropie des Reaktionsgemisches. Vorzugsweise werden diese
Faktoren so gesteuert, daß die
Treibmittel-Teilchengröße minimiert
wird. Das Treibmittel ist typischerweise in einer Teilchengröße von weniger
als etwa 10 Micron, vorzugsweise weniger als etwa 5 Micron, ganz
bevorzugt weniger als etwa 2 Micron; dispergiert. Die minimale.
Teilchengröße beträgt typischerweise
0,1 Micron.
-
Zum Erhalt einer relativ kleinen
Treibmittel-Teilchengröße wird
vorgezogen, eine relativ hohe Scherspannung zum Dispergieren des
Treibmittels zu verwenden. Im Allgemeinen gilt, je höher die
Geschwindigkeit der Scherung, desto kleiner die mittlere Teilchengröße des Treibmittels.
Wenn Teilchen von im Wesentlichen gleicher Größe erwünscht sind, wird typischerweise
vorgezogen, eine gleichförmige
Scherung im ganzen Gemisch zu haben.
-
Für
ein gegebenes Reaktionsgemisch, Treibmittel, Temperatur und Scherspannung,
nimmt die Teilchengröße des Treibmittels
typischerweise ab, wenn das Viskositätsverhältnis der dispergierten Treibmittelphase
zu der kontinuierlichen Reaktionsgemischphase vermindert wird. Wenn
sich das Viskositätsverhältnis vermindert,
wird die Treibmittel-Teilchengröße einfacher
hin zu einer kleineren Teilchengröße ge steuert. Deshalb wird
allgemein vorgezogen, das Viskositätsverhältnis zu minimie ren. Typischerweise
ist die Dispersion derart, daß das
Viskositätsverhältnis geringer
ist als etwa 0,5, ganz bevorzugt geringer als etwa 0,25.
-
Das Viskositätsverhältnis wird vorzugsweise durch
Verwenden eines Viskositäts-Steuermittels in
der kontinuierlichen Reaktionsgemischphase und/oder eines gering
viskosen Treibmittels vermindert. Das Viskositätsverhältnis kann auch variiert werden,
indem die Reaktionsbedingungen variiert werden, z. B. die Temperatur
oder Reaktantenkonzentration des Reaktionsgemisches ("Reaktant"
bezieht sich auf die superabsorbierenden, Polymer bildenden Materialien,
einschließlich
dem Monomer und dem internen Vernetzungsmittel). Im Allgemeinen
wird, wenn die Temperatur abnimmt oder die Reaktantenkonzentration
zunimmt, das Viskositätsverhältnis abnehmen.
Das Viskositätsverhältnis wird
auch mit der Reaktivität
der spezifischen superabsorbierenden, Polymer bildenden Materialien
variieren, die in dem Reaktionsgemisch vorhanden sind. Die Reaktionsbindungen
und die Reaktantentypen können
variiert werden, um die Reaktionsgeschwindigkeit in der Lösung zu
steuern und somit die Lösungsviskosität. Im Allgemeinen
wird, wenn die Reaktion zur Formation des im Wesentlichen wasserunlöslichen
Polymermaterials fortschreitet (z. B. wenn ein lineares Polymer
des Monomers gebildet wird) die Lösungsviskosität zunehmen
und das Viskositätsverhältnis abnehmen.
Zudem kann das Viskositätsverhältnis durch
ein anfängliches
Verwenden eines im Wesentlichen wasserlöslichen Polymers des Monomers
als superabsorbierendes, Polymer bildendes Material in dem Reaktionsgemisch
vermindert werden. Wenn eine relativ-gleichförmige Teilchengröße erwünscht ist,
wird vorgezogen, daß das
Reaktionsgemisch im Wesentlichen isotrop ist, das heißt, die
Komponenten des Reaktionsgemisches werden derart vermengt, daß sie in
dem ganzen Gemisch im Wesentlichen gleichförmig verteilt sind.
-
Die Dispersion mit der gewünschten
Treibmittel-Teilchengröße wird
vorzugsweise vor dem Expansions- und Reaktionsschritten stabilisiert,
um den im Wesentlichen wasserunlöslichen
Polymerschaum zu bilden. Vorzugsweise tritt die Stabilisierung zusammen
mit der Dispersion auf. Mit "stabil", "stabilisiert" etc. ist gemeint,
daß die
gewünschte
Teilchengröße des dispergierten
Treibmittels für
eine Zeit beibehalten wird, die ausreicht, um eine Reaktion des
Monomers und des internen Vernetzungsmittel zu erlauben, so daß der im
Wesentlichen wasserunlösliche
Polymerschaum mit einer gewünschten
Morphologie, z. B. im Wesentlichen kontinuierlichen miteinander
kommunizierenden Kanälen
im Wesentlichen im ganzen Schaum und mit relativ kleiner Zellengröße, geringer
Dichte und hohem Verhältnis
von Oberflächenbereich
zur Masse, gebildet wird.
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Irgendein Verfahren zum Stabilisieren
der Dispersion kann verwendet werden Vorzugsweise wird ein grenzflächenaktiver
Stoff verwendet, um die Dispersion zu stabilisieren. Im Allgemeinen
gilt, je kleiner und je gleichförmiger
die Treibmittelteilchen sind, desto stabiler ist die Dispersion.
Deshalb kann die Stabilisierung auch durch ein Steuern des Viskositätsverhältnisses
unterstützt
werden. Im Allgemeinen gilt, je geringer das Viskositätsverhältnis bei
einer gegebenen Scherung ist, desto kleiner ist die Teilchengröße des Treibmittels und
desto stabiler die Dispersion.
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Expansion und
Reaktion
-
Nach dem Bilden der stabilen Dispersion
des Treibmittels mit der gewünschten
Teilchengröße wird
das Treibmittel expandiert, um eine expandierte Struktur zu bilden,
und werden das Monomer oder das Monomer und das interne Vernetzungsmittel
in Reaktion gebracht, um ein im Wesentlichen in einem Lösungsmittel
unlösliches
Polymer zu bilden (das heißt,
es wird eine expandierte, im Wesentlichen in einem Lösungsmittel
unlösliche
Polymerstruktur gebildet. In der bevorzugten Aus führungsform,
in welcher das Lösungsmittel
Wasser ist, ist das Polymer im Wesentlichen wasserunlöslich.
-
Die Expansion und die Reaktion werden
derart gesteuert, daß mit
der Zeit das im Wesentlichen wasserunlösliche Polymer gebildet wird,
wobei die expandierte Struktur eine Morphologie hat, im Wesentlichen
so, wie dies in dem superabsorbierenden Polymerschaum erwünscht ist,
(das Polymer muß durch
die Voraussetzung der Unlösbarkeit
nicht superabsorbierend sein). Vorzugsweise wird die Expansion des
Treibmittels zusammen mit der Reaktion des Monomers oder des Monomers
und des internen Vernetzungmittels gesteuert, um so einen superabsorbierenden
Polymerschaum mit im Wesentlichen kontinuierlichen, miteinander
kommunizie- renden Kanälen
im Wesentlichen im ganzen Schaum, mit einer mittleren Zellengröße von weniger
als etwa 100 Micron, einem Verhältnis
von Oberflächenbereich
zur Masse von wenigstens etwa 0,2 m2/g und
mit einer Dichte von weniger als etwa 0,5 g/cm3 zu
schaffen.
-
Im Allgemeinen werden die Treibmittelteüchen der
stabilisierten Dispersion so expandiert, daß eine übermäßige Koaleszenz des Treibmittels
vermieden wird; wenn dieses expandiert, das heißt, die Treibmittelteilchen
expandieren in relativer Proportion zu ihrer anfänglichen stabilisierten Teilchengröße und Form
in der, Dispersion. Typischerweise werden die Treibmittelteilchen
auf das etwa 10-fache ihrer Ursprungsgröße expandiert. Während oder
nach der Expansion (vorzugsweise danach) werden das Monomer und/oder
das Monomer und das interne Vernetzungmittel in Reaktion gebracht,
um das im Wesentlichen wasserunlösliche Polymer
zu bilden, um so die expandierte Struktur zu stabilisieren (ein
im Wesentlichen wasserunlöslicher
Polymerschaum wird gebildet).
-
Im Allgemeinen werden die Geschwindigkeit
der Expansion des Treibmittels und die viskoelastischen Eigenschaften
des Reaktionsgemisches, wenn sich das im Wesentlichen wasserunlösliche Polymer
bildet, gleichzeitig gesteuert, um so einen offenzelligen Schaum
mit einer gewünschten
Morphologie zu schaffen. Falls die Ex pansion zu schnell oder zu
langsam in Bezug zu der Formation des im Wesentlichen wasserunlöslichen
Polymers folgt, kann der Schaum eine nicht gewünschte Morphologie erhalten;
insbesondere nicht eingewünschtes
Verhältnis
von Oberflächen-bereich zur Masse.
Die Elastizität
des Reaktionsgemisches und/oder eines Formungspolymers sollte in
der Lage sein, die Formation des im Wesentlichen wasserunlöslichen
Polymermaterials in einem Größen- und
Formverhältnis
zu den expandierten Treibmittelteilchen unterstützen. Im Allgemeinen sollte
die Elastizität
des Reaktionsgemisches und/oder des Formungspolymers in der Lage
sein, dem Dampfdruck des expandierenden Treibmittels zu widerstehen.
-
Für
ein gegebenes Reaktionsgemisch gibt es eine kritische Viskosität, bei welcher
ein Schaum mit einer gewünschten
Morphologie schwer zu erhalten ist. Die kritische Viskosität entspricht
einer kritischen Temperatur, wie unten beschrieben wird. Die kritische
Viskosität
wird typischerweise erreicht, wenn das Monomer oder das Monomer
und das interne Vernetzungsmittel derart polymerisiert sind, daß die viskoelastischen
Eigenschaften des resultierenden Polymers es schwierig machen, einen
offenzelligen Schaum zu bilden. Deshalb werden hier beim Zubereiten
der Schäume
die Treibmittelteilchen vorzugsweise so expandiert, daß sie eine
expandierte Struktur bilden, bevor die kritische Viskosität des Reaktionsgemisches
erreicht ist. Ganz bevorzugt hat die expandierte Struktur zum Zeitpunkt,
an welchem die kritische Viskosität erreicht wird, im Wesentlichen
die endgültige
gewünschte
superabsorbierende Polymerschaum-Morphologie. Vorzugsweise werden
wenigstens etwa 90%, insbesondere wenigstens etwa 95% der abschließenden gewünschten
offenen Zellen vor dem Punkt der kritischen Viskosität gebildet.
-
Am Punkt der kritischen Viskosität ist das
Polymer typischerweise im Wesentlicher wasserunlöslich. Das im Wesentlichen
wasserunlösliche
Polymer kann durch Polymerisierung des Monomers alleine gebildet werden.
Diese Reaktion kann durch Wärme-
und/oder Lichtstrahlung initiiert werden. Das resultierende Polymer
kann ferner in Reaktion gebracht werden, um ein superabsorbierendes
Polymermaterial zu bilden, z. B. durch in Reaktion Bringen des Polymers
mit einem Vernetzungs mittel (und neutralisierenden Carboxylgruppen des
Polymers, wie dies notwendig sein kann). In der bevorzugten Ausführungsform,
in welcher ein internes Vernetzungsmittel in dem Reaktionsgemisch
vorhanden ist, wird das Polymer durch Erwärmen der expandierten; im Wesentlichen
wasserunlöslichen
Polymerstruktur auf eine Temperatur von höher als der kritischen Temperatur,
im Wesentlichen auf wenigstens die Aktivierungstemperatur, vernetzt.
Alternativ oder zusätzlich zu
dem internen Vernetzungsmittel kann die Polymerstruktur mit einem
externen Vernetzungmittel in Reaktion gebracht werden.
-
Das im Wesentlichen wasserunlösliche Polymer
kann auch durch Reaktion des Monomers (oder eines im Wesentlichen
wasserlöslichen
Polymers davon) und des internen Vernetzungsmittels gebildet werden.
Diese Reaktion wird typischerweise durch Wärme initiiert, entweder direkt
aufgebracht auf die Reaktanten oder erzeugt durch eine Monomer-Polymerisierungsreaktion,
die durch Lichtstrahlung induziert , wird. Das resultierende Polymer
kann ferner, falls dies notwendig ist, in Reaktion gebracht werden,
um ein superabsorbierendes Polymermaterial zu bilden; z. B. durch
Aussetzen der expandierten Polymerstruktur unter höheren Temperaturen
oder durch in Reaktion Bringen des Polymers der Struktur mit einem
zusätzlichen
Vernetzungsmittel (und neutralisierenden Carboxylgruppen des Polymers,
wenn dies notwendig ist).
-
Wenn die Reaktion, ein im Wesentlichen
wasserunlösliches
Polymer zu bilden, durch Wärme
initiiert wird, gibt es eine kritische Temperatur, bei welcher die
Reaktion typischerweise auftritt. Die kritische Temperatur entspricht
der kritischen Viskosität
und somit typischerweise der Formation eines im Wesentlichen wasserunlöslichen
Polymers. Die kritische Temperatur und die kritische Viskosität variieren
mit der speziellen Zusammensetzung des Reaktionsgemisches, z. B.
dem Monomer, dem internen Vernetzungsmittel und dem optionalen Initiator.
-
Die kritische Temperatur kann für ein gegebenes
Reaktionsgemisch bestimmt werden, indem die maximale Geschwindigkeit
einer Änderung
in der Viskosität
des Reaktionsgemisches als Funktion der Temperatur bestimmt wird.
Die Viskosität
des Reaktionsgemisches bei verschiedenen Temperaturen kann durch
bekannte Rheometrieverfahren bestimmt werden. Wie hier verwendet,
bezieht sich die Viskosität
auf die offensichtliche Viskosität,
das heißt,
mit Viskosität
ist gemeint, das ganze Spektrum von Fluiden oder Dispersionen zu
kennzeichnen. Dieses volle Spektrum umfaßt einfache Newtonsche Flüssigkeiten,
für welche
die Viskosität
die Proportionalitätskonstante
ist, welche die Schwerkraft pro Einheitsfläche in Bezug zu dem Negativen
des örtlichen Geschwindigkeitsgradienten
bringt, und andere Fluide, die nicht typischerweise von diesem einfachen
Gesetz eingeschlossen sind (z. B. Pasten, Breie, Polymere mit hohem
Molekulargewicht und Dispersionen und unlöslichen Materialien, die mit
löslichen
Materialien gemischt sind). Diese Konzepte sind in ößerem Detail
beschrieben in Transport Phenomennon, Bird, et al., John Wiley & Sons, Inc. (1966),
Kapitel 1.
-
Da die kritische Temperatur mit der
Reaktionsgeschwindigkeit eines gegebenen Reaktionsgemisches und
deshalb mit der Zeit, für
welche das Reaktionsgemisch bei einer gegebenen Temperatur gehalten
wird, variieren kann, werden die Viskositäten für ein Reaktionsgemisch gemessen,
welches bei verschiedenen Temperaturen für eine konstante Zeitspanne
bei jeder Temperatur gehalten wurde. Dies wird am einfachsten getan, indem
ein Rheometer verwendet wird, das in der Lage ist, die Erwärmung einer
Reaktionsgemisch-Probe mit einer kontrollierten Geschwindigkeit
zu erwärmen.
Geeignete Rheometer enthalten eine viskoelastische Analyseeinrichtung
von Sangamo und einen Brabender-Mischer und ein Rheometer. Das Prinzip
der Betriebsweise eines Mischers und Rheometers, wie das Brabender-System,
ist beschrieben in dem Handbook of Polymer Science and Technology,
Band 3: Apllications and Processing Operation, Cheremisinoff, Marcel
Dekker Inc. (1989), Seiten 373–419.
Alternativ kann die Viskosität
der Separaten Proben eines gegebenen Reaktionsgemisches mit der
Viskosität
der einzelnen Proben bestimmt werden, die gemessen wird, nachdem
sie für
eine konstante Zeitspanne bei einer gegebenen Temperatur für eine gegebene
Probe gehalten wurden.
-
Die Viskosität wird als eine Funktion der
Temperatur geplottet, wobei die sich ergebende Kurve typischerweise
so verläuft,
wie sie in 5 gezeigt
ist. Wie in 5 gezeigt,
hat die resultierende Kurve einen anfänglich im Wesentlichen linearen,
leicht steigenden Teil 5a, der einer kleinen Änderung
der Viskosität
pro Einheitsänderung
in der Temperatur entspricht, und einen zweiten Teil 5b einer
schnell zunehmenden Steigung, der einer schnellen Zunahme der Viskosität pro Einheit-sänderung in der Temperatur entspricht.
Wenigstens der erste Teil 5c dieses zweiten Teils 5b kann
als eine Parabel beschrieben werden, entsprechend einer exponentiellen
Zunahme der Viskosität
pro Einheitsänderung
in der Temperatur. Diesem parabelförmigen Teil 5c folgt
eine im Wesentlichen linearer, steil steigender Teil 5d.
-
Wie in 5 gezeigt ist, werden die kritische
Temperatur (TC) und die kritische Viskosität (VC) vom Schnittpunkt der Tangente mit dem
im Wesentlichen linearen, leicht steigenden Teil 5a und
der Tangente des im Wesentlichen linearen, steil steigenden Teils 5d bestimmt.
Die kritische Temperatur und die kritische Viskosität werden
durch Exrapolieren des Schnittpunktes auf die X-Achse (TC) und auf die Y-Achse (VC) bestimmt.
-
In einigen Fällen kann es sein, das dem
Parabolteil 5c kein im Wesentlichen linearer Teil folgt,
sondern die Kurve kann z. B. parabolisch bleiben. Zudem kann es
bei einigen Systemen schwierig sein, die Viskosität für alle Punkte
auf der Parabolkurve zu messen (das heißt, oberhalb einer bestimmten
Temperatur). In solchen Fällen
kann die kritische Temperatur durch Berechnungsverfahren bestimmt
werden. Die erste Ableitung der Kurve (die Viskosität als Funktion
der Temperatur) wird für
verschiedene Temperaturen bestimmt und wird als eine Funktion solcher
Temperaturen geplottet. Die resultierende Kurve ist typischerweise
gekennzeichnet durch einen Maximum-Wendepunkt, welcher der maximalen
Geschwindigkeit einer Änderung
in der Viskosität des
Reaktionsgemisches als Funktion der Temperatur entspricht. Die Temperatur,
welche dieser maximalen Geschwindigkeit einer Änderung entspricht, kann graphisch
bestimmt werden und ist die kritische Temperatur.
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Um den Expansionsschritt durchzuführen, bevor
die kritische Viskosität
erreicht ist, werden die Treibmittelteilchen der stabilen Dispersion
typischerweise durch Erwärmen
der stabilen Dispersion auf eine Temperatur, welche größer als
oder gleich der Verdampfungstemperatur des Treibmittels und kleiner
als oder gleich der kritischen Temperatur, vorzugsweise kleiner
als die kritische Temperatur, äußerst bevorzugt
etwa 5°C
bis etwa 10°C
weniger als die kritische Temperatur beträgt, erwärmt wird. Deshalb wird das
Treibmittel vorzugsweise derart ausgewählt; daß sich dieses bei einer solchen
Temperatur verflüchtigt
(verdampft). In einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung wird die Expansion durch Senken des Druckes auf die stabile
Dispersion veranlagt. Zudem können
verschiedene Kombinationen von Drucken und Temperaturen ausgewählt werden,
um die Dispersion zu expandieren.
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Wenn alleine eine Druckabnahme verwendet
wird, um das Treibmittel zu expandieren, wird die kritische Viskosität im Allgemeinen
im Expansionsschritt erhalten. In einem solchen Fall ist es wichtig,
das im Wesentlichen wasserunlösliche
Polymer an etwa dem Punkt zu bilden, an welchem die expandierte
Struktur im Wesentlichen die gleiche Morphologie hat, wie diejenige,
die in dem endgültigen
Schaum erwünscht
ist. Dies wird typischerweise erreicht indem die Temperatur und
die expandierte Struktur auf wenigstens die kritische Temperatur
erhöht
wird, um die Reaktion des Monomers oder des Monomers und des internen
Vernetzungsmittels zu veranlassen, das im Wesentlichen wasserunlösliche Polymer
zu bilden.
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Es wird im Allgemeinen vorgezogen,
das Treibmittel so langsam wie möglich
zu expandieren. Typischerweise wird das Treibmittel durch Erwärmen der
stabilen Dispersion auf die Verdampfungstemperatur des Treibmittels
mit einer Geschwindigkeit von weniger als etwa 1°C/Minute, ganz bevorzugt weniger
als etwa 0,5°C/Minute, äußerst bevorzugt
weniger als etwa 0,1 bis 0,2°C/Minute,
erwärmt
wird. Die Geschwindigkeit der Erwärmung kann erhöht werden,
falls auf die Dispersion ein Gegendruck ausgeübt wird, um im Wesentlichen die
gleiche Expansionsgeschwindigkeit zu erreichen, als wenn nur die
Temperatur mit den bevorzugten Geschwindigkeiten erhöht würde. Alternativ
kann, wenn eine Druckabnahme verwendet wird, um das Treibmittel zu
expandieren, eine entsprechende (bei einer gegebenen Temperatur)
gesteuerte Geschwindigkeit des abnehmenden Druckes verwendet werden,
um die expandierte Struktur zu bilden.
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Wie vorher ausgeführt wurde, werden das Monomer
oder das Monomer und das interne Vernetzungsmittel der expandierten
Struktur in Reaktion gebracht, um eine expandierte Struktur mit
einem im Wesentlichen wasserunlöslichen
Polymer zu biden (das heißt,
es wird ein im Wesentlichen wasserunlöslicher Schaum gebildet). Die
Reaktion kann veranlaßt
werden, indem die expandierte Struktur auf wenigstens die kritische
Temperatur erwärmt
wird. Vorzugsweise wird die expandierte Struktur auf die kritische
Temperatur erwärmt.
Das Monomer und das interne Vernetzungsmittel werden dann in Reaktion
gebracht, um ein vernetztes, typischerweise superabsorbierendes
Polymer zu bilden. Eine solche Reaktion wird veranlaßt, indem:
die Struktur auf wenigstens die Aktivierungstemperatur erwärmt wird.
Die Aktivierungstemperatur kann gleich oder größer als die kritische Temperatur
sein. Vorzugsweise ist das Reaktionsgemisch so ausgebildet (ist
das interne Vernetzungsmittel und/oder der Initiator so ausgewählt), daß die Aktivierungstemperatur
größer ist
als die kritische Temperatur, ganz bevorzugt wenigstens etwa 10°C bis etwa
20°C über der
kritischen Temperatur liegt. Der Vernetzungsvorgang wird unten in
größerem Detail
beschrieben.
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Die Geschwindigkeit der Erwärmung, um
das Reaktionsgemisch des Monomers (oder des Polymers davon) und
des internen Vernetzungsmittels zur Bildung des vernetzten Polymers
zu veranlassen, ist vorzugsweise langsam, um die schnelle Verflüchtigung
des restlichen Treibmittels zu vermeiden und ein Zerreißen der expandierten
Struktur zu verhindern oder zu minimieren. Wenn die Aktivierungstemperatur
größer ist
als die kritische Temperatur, muß die Geschwindigkeit der Erwärmung, um
die Reaktion zu veranlassen, nicht so langsam sein, wie die Erwärmungsgeschwindigkeit,
um die Expansion zu veranlassen. Vorzugsweise beträgt die Erwärmungsgeschwindigkeit,
um die Reaktion zu veranlassen, weniger als etwa 10°C/Minute,
ganz bevorzugt weniger als etwa 5°C
bis etwa 10°C/Minute, äußerst bevorzugt
von etwa 8°C
bis etwa 10°C/Minute.
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Obwohl die verschiedenen Komponenten
der stabilen Dispersion derart ausgewählt sein können, daß die Treibmittel-Verdampfungstemperatur,
die kritische Temperatur und die Aktivierungstemperatur für die hier bevorzugten
Schäume
gleich sind; sind solche Komponenten derart ausgewählt, daß die Treibmittel-Verdampfungstemperatur
geringer ist als die kritische Temperatur, welche selbst geringer
ist als die Aktivierungstemperatur. Äußerst bevorzugt sind die Komponenten
derart ausgelegt, daß die
Treibmittel-Verdampfungstemperatur von etwa 5°C bis etwa 10°C geringer
ist als die kritische Temperatur, welche selbst von etwa 10°C bis etwa 20°C geringer
als die Aktivierungstemperatur.
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Die Expansions- und Reaktionsbedingungen
sind vorzugsweise in der ganzen Dispersion und/oder der ganzen expandierten
Struktur gleichförmig.
Die Gleichförmigkeit
wird im Allgemeinen erhalten, indem eine relativ isotropisches Reaktionsgemisch
und eine gleichförmige
Temperatur und/oder ein gleichförmiger
Druck in der ganzen Dispersion und/oder der ganzen expandierten
Struktur gewährleistet
wird. Die Gleichförmigkeit der
Temperatur und des Drucks werden durch die Heizmittel, durch das
Volumen und/oder die Tiefe der in Reaktion gebrachten Dispersion,
durch den Wärmefluß (das heißt, die
Heizgeschwindigkeit) und durch das Maß der exothermischen Wärmeentwicklung
durch die reagierende Dispersion beeinflußt. Vorzugsweise werden diese
Faktoren so gesteuert, daß eine
gleichförmige
Wärmeübertragung
(das heißt,
Temperaturgradienten über
dem expandierenden Material werden minimiert) in der ganzen Dispersion
und/oder der ganzen expandierten Struktur gewährleistet ist. Zum Bilden eines
fülligen
Schaummaterials ist ein besonders geeigneter Reaktor zum Gewährleisten
eines gleichförmigen
Wärmeübergangs
eine Reaktanzröhre
mit Rühreinrichtung. Beim
Bilden dünner
Filme (z. B. mit einer Dicke von etwa 25 μm bis etwa 12.700 μm (etwa 1
mil bis etwa 500 mil) des Schaums wird es im Allgemeinen geeignet
sein, eine UV-, Infrarot-, Mikrowellen- und/oder Elektronenstrahl-Strahlung
zu verwenden, um die Expansion und/oder Reaktion zu veranlassen.
Zum Erreichen einer schnellen Reaktionsgeschwindigkeit in solchen
dünnen
Filmen wird im Allgemeinen vorgezogen, eine ultraviolette Strahlung
zu verwenden. Wenn jedoch die Dicke des zu bildenden Schaumes über etwa
12.700 μm
(500 mil) zunimmt, wird vorgezogen, eine Infrarotund/oder Elektronenstrahl-Strahlung
zu verwenden, um eine nicht gleichförmige Zellenstruktur zu verhindern
oder zu minimieren.
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Der Expansions- und/oder Reaktionsschritt
kann in einer geschlossenen oder offenen Umgebung erfolgen. Zum
Beispiel kann die Expansion in einer geschlossenen Form stattfinden.
Der Expansions und/oder Reaktionsschritt kann auch in einem offenen
System erfolgen, wie auf einer Bahn, auf welcher die stabile Dispersion
aufgebracht wurde, z. B. durch Extrusion oder Drucken. Die Dispersion
kann vor ihrer Expansion und Reaktion zur Bildung des polymeren
Schaums auf ein temporäres
oder permanentes Substrat aufgebracht werden.
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Wie vorher ausgeführt, wird das im Wesentlichen
wasserunlösliche
Polymer in Reaktion gebracht, um ein im Wesentlichen wasserunlösliches,
quer vernetztes Polymer zu bilden. Die Reaktion wird typischerweise durch
Erwärmen
der expandierten, im Wesentlichen wasserunlöslichen Polymerstruktur auf
die Aktivierungstemperatur veranlaßt. Wie oben angemerkt, kann
die Aktivierungstemperatur gleich der kri tischen Temperatur sein,
wobei in einem solchen Fall die Vernetzung mit der Formation des
unlöslichen
Polymers zusammen fällt. In
einem solchen Fall wird im Allgemeinen keine zusätzliche Reaktion benötigt (obwohl
eine weiter gehende Vernetzung genutzt werden kann, um die Absorptionseigenschaften
zu modifizieren).
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Die Bedingungen zum in Reaktion Bringen
des im Wesentlichen wasserunlöslichen
Polymers, um ein quer vernetztes Polymer zu bilden, können übereinstimmend
mit den obigen Lehren zu den Polymerisierungsbedingungen gewählt werden,
wie sie allgemein beschrieben indem oben genannten US Patent Re
32,649 und in US Patent 4,666,983, veröffentlicht für Tsubakimoto
et al. und US Patent 4,625,001, veröffentlicht für Tsubakimoto
et al. Solche Reaktonsbedingungen umfassen im All gemeinen ein Erwärmen (das
heißt,
thermische Aktivierungstechniken) des Polymers auf eine Temperatur
von etwa 0°C
bis etwa 100°C,
ganz bevorzugt von etwa 20°C
bis etwa 80°C, äußerst bevorzugt
von etwa 50°C
bis etwa 80°C:
Die Temperatur von weniger als etwa 80°C werden bevorzugt, um Schäume mit
einem wenig extrahierbaren Polymergehalt zu erhalten. Die Bedingungen,
unter welchen das Polymer erhalten wird, können auch z. B. das Aussetzen,
des Polymers unter einer herkömmlichen
Form einer eine Polymerisierung aktivierende Strahlung umfassen.
Eine radioaktive, elektronische, ultraviolette oder elektromagnetische
Strahlung sind geeignete alternative, herkömmliche Polymerisierungstechniken.
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"Quer"-Vernetzung bezieht sich auf
die Reaktion reaktiver Stellen des Monomers oder des Polymere davon
mit reaktiven Stellen des internen Vernetzungsmittels, um ein dreidimensionales
Polymernetzwerk zu bilden, in welchem Vernetzungsbindungen zwischen
unterschiedlichen Polymerketten vorliegen, wobei die Polymerketten
im Wesentlichen zur Polymerisierung des Monomers beitragen können. Eine
ausreichende Quer-Vernetzung liefert ein im wesentlichen wasserunlösliches
Polymer. Eine ausreichende Quer-Vernetzung, welche die gleiche sein,
die erforderlich ist, um eine im Wesentlichen vorliegende Unlösbarkeit
zu schaffen, oder aber auch nicht, macht das Polymer auch superabsorbierend
(wenn eine ausreichende Anzahl von neutralisierten Carboxylgruppen
in dem Polymer vorhanden sind). So kann eine zusätzliche Vernetzung des unlöslichen
Polymermaterials erforderlich sein, um dieses superabsorbierend
zu machen. Der Grad der Vernetzung des unlöslichen Polymermaterials wird
im Allgemeinen bestimmt durch den Reaktanztyp (insbesondere das
Vernetzungmittel) und durch die Konzentration und die Reaktionsbedingungen.
Deshalb ist es notwendig, daß das
im Wesentlichen wasserunlösliche
Polymermaterial superabsorbierend gemacht werden kann, indem es
extremeren Reaktionsbedingungen und/oder einem zusätzlichen
Vernetzungsmittel ausgesetzt wird. (Da die Superabsorptionsfähigkeit
auch durch den Anteil von Salzgruppen in dem Polymer beeinflußt wird,
können auch
verschiedene Grade an Superabsorptionsfähigkeit verliehen werden, indem
wenigstens ein Teil der Salz bildenden Gruppen (z. B. Car boxylgruppen)
des Polymers neutralisiert werden, wie dies vorher beschrieben wurde.)
Der Grad der Quer-Vernetzung, das heißt, die Vernetzungsdichte,
kann so variiert werden, wie dies im Stand der Technik bekannt ist,
um verschiedene Gelfestigkeiten und Gelvolumen zu schaffen, wie
dies gewünscht
sein kann. Im Allgemeinen gilt, daß die Vernetzungsdichte zunimmt
auch die Gelfestigkeit zunimmt; das Gelvolumen aber abnimmt und
bei einem konstanten Verhältnis
von Oberflächenbereich
zur Masse, die Absorptionsgeschwindigkeit abnimmt. So dient der
Grad der Quer-Vernetzung teilweise dazu, die Absorptionskapazität und die
Absorptionsgeschwindigkeit des superabsorbierenden Polymermaterials
und somit des superabsorbierenden Polymerschaums zu bestimmen. Der
Grad der Quer-Vernetzung beeinflußt auch das Restmonomer und
den extrahierbaren Polymergehalt des Schaums. In einer bevorzugten
Ausführungsform
werden das interne Vernetzungsmittel und das Monomer in Reaktion
gebracht, um so ein im Wesentlichen wasserunlösliches, superabsorbierendes
Polymermaterial zu bilden, welches teilweise quer vernetzt ist,
um so eine gewünschte
Gelfestigkeit des Gelvolumens zu erhalten. In einer bevorzugten
Ausführungsform,
in welcher das Lösungsmittel
Wasser ist und die Expansion und die Reaktion bei einer Temperatur
von weniger als dem Siedepunkt des Wassers (das heißt, 100° bei 1000
kPa) (1 atm)) aufgetreten ist, umfaßt der resultierenden Schaum
typischerweise Wasser, das aus dem Reaktionsgemisch durch das superabsorbierende
Polymermaterial des Schaums absorbiert wurde. Ein gewisser Anteil
von Wasser ist im Allgemeinen in den Schäumen erwünscht; um die Flexibilität und die
Absorptionsgeschwindigkeit des Schaums zu verbessern. Vorzugsweise enthält der Schaum
weniger als etwa 20 Gew.%, ganz bevorzugt weniger als etwa 10 Gew.%, äußerst bevorzugt
weniger als etwa 5 Gew.% Wasser pro 100 Gewichtsteile des superabsorbierenden
Polymermaterials des Schaums. (Diese bevorzugten Prozentanteile
enthalten Wasser, welches aus der Umgebung absorbiert worden sein
kann.) Der Anteil von Wasser kann gesteuert werden, indem die in
dem Reaktionsgemisch verwendete Wassermenge variiert wird. Zudem
kann das Wasser dem superabsorbierenden Polymerschaum hinzu gegeben
werden (z. B. als externer Weichmacher). Obwohl es gewöhnlich nicht
notwendig sein wird, kann der Wassergehalt z. B. durch Verschieben
des Wasser mit einem niederen Alkohol, wie solchen die hier beschrieben
wurden, und/oder durch Erwärmen
des Schaums, um das Wasser zu verdampfen, z. B. durch Mikrowellenstrahlung,
vermindert werden.
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Wenn das Lösungsmittel ein anderes als
Wasser ist, kann das verbleibende Lösungsmittel im Ganzen oder
teilweise aus dem resultierenden Schaum entfernt werden. Dies wird
ohne Weiteres durch Erwärmen
des Schaummaterials auf eine Temperatur, die ausreicht, um das Lösungsmittel
innerhalb einer vernünftigen
Zeit zu verdampfen, z. B. nahe oder über dem Siedepunkt des Lösungsmittels,
durchgeführt.
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Typischerweise werden die Komponenten
des Reaktionsgemisches und das Treibmittel in einen Behälter eingeführt, der
für eine
starke Schermischung ausgerüstet
ist, und die stabile Dispersion, die oben beschrieben wurde, wird
in dem Behälter
gebildet. Das Treibmittel wird dann expandiert und das Monomer und das
interne Vernetzungsmittel werden in Reaktion gebracht, um den Schaum
zu bilden. Der Schaum wird typischerweise während und/oder nach seiner
Formation geformt. Das Formgeben kann durch irgendeine herkömmliche
Formgebungstechnik, wie sie im Stand der Technik bekannt ist, erreicht
werden, um den Schaum so zu formen, daß dieser eine definierte Form
und Größe hat.
Bevorzugte Verfahen zum Formgeben des Schaumes umfassen ein Gießen, Formen
oder Formungsvorgänge.
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Gieß- und Formungstechniken umfassen
im Allgemeinen das Einführen
der stabilen Dispersion in einen präparierten Form-Hohlraum (eine
offene oder geschlossene Form) und das Veranlassen der Expansion und
Reaktion derart, daß der
Schaum die Gestalt des Form-Holhraumes annimmt. Beispiele spezifischer
Gießformtechniken
für die
hier vorliegende Verwendung umfassen eine Kompressionsformung, eine
Injektionsformung, eine Extrusion oder eine Laminierung. Formungstechniken
umfassen die Durchführung
verschiedener Vorgänge
an der stabilen Dispersion bzw: an dem Schaum, um dessen Form und/oder
Größe zu modifizieren. Beispiele
spezi fischer Formungstechniken für
die hier vorliegende Verwendung umfassen Schleif-, Shopp-, Schneide-,
Beschichtungs- und Extrusionsvorgänge. Zum Beispiel kann die
stabile Dispersion durch eine Öffnung
hindurch extrudiert werden, um eine Schaum mit einer Gestalt zu
bilden, welche der Gestalt der Öffnung entspricht.
Weiter kann die stabile Dispersion auf eine Oberfläche gegossen
werden, um einen Schaum zu bilden, der eine gewünschte Form- oder Oberflächenmorphologie
aufweist. Einige oder alle dieser Techniken können auch in Kombination verwendet
werden, um den geformten Schaum zu bilden. Irgendeine geeignete Vorrichtung,
wie sie im Stand der Technik bekannt ist, kann verwendet werden,
um solche Vorgänge
auszuführen:
Die superabsorbierenden Polymerschäume der vorliegenden Erfindung
sind in freier Form nützlich, einschließlich teilchenförmigen (einschließlich Körnchen,
Klumpen und dergleichen), flächigen
oder anderen dreidimensionalen Formen. Ein teilchenförmiges Schaummaterial
kann aus einer fülligen
Probe eines Schaummaterials durch irgendein geeignetes Verfahren
erhalten werden, z. B. durch Schoppen oder Mahlen. In einem solchen
Verfahren wird es jedoch wünschenswert
sein, Anstrengungen zu unternehmen, im Wesentlichen die Morphologie
des Schaummaterials, so wie dieses ursprünglich geformt worden ist,
zu bewahren (z. B. das Verhältnis
von Oberflächenbereich
zur Masse). Um ein freies (das heißt, nicht unterstütztes) Schaum-Flächengebilde
zu formen, wird die stabile Dispersion auf ein temporäres Substrat
aufgebracht, gefolgt von einer Expansion des Treibmittels und einer
Reaktion des internen Vernetzungsmittels mit dem Monomer, um den
im Wesentlichen wasserunlöslichen
Polymerschaum zu erhalten. Der Schaum wird dann ohne Weiteres von
dem temporären
Substrat entfernt. Temporäre
Substrate umfassen irgendwelche Materialien, die für solche
Zwecke bekannt sind, z. B. TEFLON®-Lagen,
MYLAR®-Lagen
und mit Abziehmaterial beschichtete Metallbleche. Die stabile Dispersion
kann auf das Substrat durch irgendein herkömmliches Verfahren zum Präparieren
von Folien oder Drucken aufgebracht werden, z. B. durch Messerbeschichtung,
Sprühbeschichtung, Reversierwalzenbeschichtung,
Tiefdruckbeschichtung, Kaltextrusionsbeschichtung oder -guß und dergleichen.
Die stabile Dispersion kann auf das Substrat aufgebracht werden,
um ein Schaumprodukt in einer ge wünschten Gestalt zu erhalten.
Alternativ kann das Schaumprodukt in eine gewünschte Form geschnitten werden.
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Die superabsorbierenden Polymerschäume der
vorliegenden Erfindung sind auch nützlich, wenn sie mit einem
Träger
verbunden sind, um ein absorbierendes Element zu bilden. Die Träger können irgendwelche Träger sein,
wie sie im Stand der Technik bekannt sind, wie beispielsweise Vliesstoffbahnen,
Tissuebahnen, herkömmliche
Schäume,
Polyacrylatfasern, mit Öffnungen
versehene Polymerbahnen, synthetische Fasern, metallische Folien,
Elastomere und dergleichen. Der Träger kann irgendein Material
sein, das im Allgemeinen für
die Verwendung in absorbierenden Artikel verwendet wird, einschließlich saugenden
und nicht saugende Materialien. Beispiele von saugenden Trägern umfassen
Tissuepapier (welches Papierhandtücher umfaßt). Beispiele von nicht saugenden
Trägern
umfassen Polymerfilme, wie Polypropylen. Für die Verwendung in absorbierenden
Artikeln ist ein besonders geeigneter Träger ein Papiertissue. Zum Beispiel
ist ein geeignetes Papiertissue offenbart in US Patent 4,191,609,
veröffentlicht
für Trokhan
am 04. März
1980; US Patent 4,529,480, veröffentlicht
für Trokhan
am 16. Juli 1985 und US Patent 4,637,859, veröffentlicht für Trokhan
am 20. Januar 1987. Geeignete Träger
umfassen auch irgendwelche Unterschichtmaterialien, die hier für die Verwendung
in absorbierenden Artikeln beschrieben werden. Der Träger kann
irgendeine gewünschte
Form haben und kann geformt werden, vor, während oder nach der Verbindung
mit dem Schaum.
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Der Schaum kann mit dem Träger über chemische
oder physikalische Bindeverfahren verbunden werden, wie dies bekannt
ist, einschließlich
durch Haftmittel oder Chemikalien, die reagieren, um den Schaum
an den Trägern
anzuhaften. Mit Verbinder sollen auch allgemein nichtgebundene Kombinationen
des Schaums mit anderen Materialien gemeint sein, z. B. das Einschließen oder
sandwichartige Aufnehmen des Schaums in oder zwischen anderen Materialien.
Alternativ kann der Schaum mit dem Träger verbunden werden, indem die
stabile Dispersion auf den Träger
aufgebracht wird und eine Expansion und Reaktion veranlaßt wird,
um so den Schaum auf dem Träger
zu formen (das heißt,
der Träger
ist ein dauerhaftes Substrat), um eine superabsorbierende Schaum
tragende Struktur zu schaffen. Die Schäume können, wenn sie mit dem Träger durch eines
dieser Verfahren verbunden sind, in einer kontinuierlichen oder
diskontinuierlichen Form oder einem Muster vorliegen.
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Wenn der Schaum auf dem Träger geformt
wird (das heißt,
der Träger
ein dauerhaftes Substrat ist), werden der Träger und das Schaummaterial
vorzugsweise derart ausgewählt,
daß es
eine ausreichende Bindung (physikalische und/oder chemische} des
Schaums an dem Träger
gibt; wie dies für
die geplante Anwendung erforderlich ist. Die stabile Disperion kann
an der gesamten Oberfläche
des Trägers
oder einem Teil davon und in einem kontinuierlichen oder diskontinuierlichen
Muster aufgebracht sein. Geeignete Muster können ausgewählt werden, um die Absorptionseigenschaften
der Schaum tragenden Struktur bedarfsweise einzustellen. Zum Beispiel
können
für die
Verwendung in Einwegwindeln spezielle Muster geformt werden, um
definierte Absorptionseigenschaften in Windeln für die Verwendung von Mädchen oder
Jungen zu schaffen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird die stabile Dispersion an eine herkömmliche
Extrudervorrichtung übertragen
und durch diese extrudiert. Ein Beispiel einer Extrudervorrichtung
ist gezeigt in den 12–14 der Principles of Polymer Materials,
zweite Ausgabe (McGraw-Hill Book Co., 1982) auf Seite 331. Die stabile
Dispersion wird durch die Öffnung
der Extrudervorrichtung hindurch auf ein temporäres oder dauerhaftes Bahnsubstrat
extrudiert, gefolgt von den Expansions- und Reaktionsschritten, um
das freie Schaum-Flächengebilde
oder eine Schaum tragende Struktur zu formen. Die Temperatur und
der Druck können
in dem Extruder so gesteuert werden, daß der Expansions- und Reaktionsprozeß gesteuert
ist. Zum Beispiel kann die Polymerisierung des Monomers, um ein
im Wesentlichen lineares Polymer zu formen; veranlaßt werden,
während
sich das Gemisch in dem Extruder befindet. Die Expansion und die
Reaktion des linearen Polymers, eines restlichen Monomers und des
internen Vernetzungs mittels, erfolgt derart, daß ein im Wesentlichen wasserunlöslicher
Schaum gebildet wird, können
dann veranlagt werden, wenn die Dispersion sich an oder bereits
jenseits der Öffnung
befindet.
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In einer anderen bevorzugten Ausführungsform
wird die stabile Dispersion auf ein dauerhaftes Substrat gedruckt,
gefolgt von der Expansion und der Reaktion, um ein Schaum tragendes
Substrat zu bilden. Beispielhafte Druckvorrichtunten und – techniken
umfassen Rotationsdruck- und Flexodruck-Anlagen und -Verfahren,
wie sie offenbart sind in Flexography Principles and Practices,
4. Ausgabe, Flexographic Technical Association, Inc., 1991. Das
dauerhafte Substrat kann irgendeines von denjenigen sein, die hier
diskutiert werden, vorzugsweise ein saugendes Material, ganz bevorzugt
mit Zellulosefasern, äußerst bevorzugt
mit Holzzellstoff-Fasern.
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Wenn ein saugendes Substrat verwendet
wird, ist es besonders wünschenswert,
die stabile Dispersion in einem diskontinuierlichen Muster auf das
saugende Substrat zu drucken, um ein absorbierendes Element zu bilden,
das sowohl die kapillaren Absorptionseigenschaften des saugenden
Materials als auch die osmotischen Absorptionseigenschaften des
resultierenden, diskontinuierlichen Musters des superabsorbierenden Schaums
besitzt. Um das diskontinuierliche Muster zu bilden, ist es im Allgemeinen
wünschenswert,
eine stabile Dispersion mit einer ausreichend hohen Viskosität zu verwenden,
derart, daß das
Saugen der Dispersion in das Substrat nicht in einem erheblichen
Maße auftritt.
Auf diese Weise werden die saugenden Eigenschaften des Substrats
im Wesentlichen beibehalten. Zudem kann die höhere Viskosität eine Trennung
des Lösungsmittels
und der Reaktanten verhindern oder minimieren. Die Viskosität kann durch
irgendeines der hier mit Bezug auf das Formen der stabilen Dispersion
beschriebenen Verfahren gesteuert werden, z. B. durch die Verwendung
eines Viskositäts-Steuermittels
und/oder eines Mehrstufen-Reaktionsverfahrens.
Zudem ist es im Allgemeinen wünschenswert,
die Expansion und die Reaktion so zu initiieren, daß der Schaum
innerhalb einer kurzen Zeit, vorzugsweise sofort, nach dem Drucken
der stabilen Dispersion auf das Substrat gebil det wird. Zum Beispiel
kann die Polymerisierung des Monomers zur Bildung eines linearen
Polymers initiiert werden, indem z. B. die gedruckte Dispersion
einer ultravioletten Strahlung ausgesetzt wird. Die Expansion und
die Reaktion des linearen Monomers, eines restlichen Monomers und
des internen Vernetzungsmittels in der, gedruckten Dispersion wird
dann verlaßt,
z. B. durch Aussetzen der gedruckten Dispersion Wärme. Die
ultraviolette Strahlung, die verwendet wird, um die Polymerisierung
des Monomers zu initiieren, kann ausreichend sein, wenn das Treibmittel
einen ausreichend niedrigen Siedepunkt hat und das Vernetzungsmittel
eine ausreichend niedrige Aktivierungstemperatur hat. Bedarfsweise
können
zusätzliche
Wärmequellen
verwendet werden, z. B. Infrarotstrahlung.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform
wird der superabsorbierende Polymerschaum der vorliegenden Erfindung
flexibel gemacht. Eine Flexibilisierung kann erreicht werden, indem
die geeigneten "internen" Weichmacherin dem Reaktionsgemisch aufgenommen
werden, wobei die Weichmacher mit wenigstens einem der ein superabsorbierendes
Polymer bildenden Materialien reaktiv ist. Bestimmte interne Weichmacher
können
als eine Monomerkomponente des Reaktionsgemisches verwendet werden,
entweder alleine oder als Beimischung zu anderen oben beschriebenen
Monomeren, vorausgesetzt, daß sie
die Beschreibung dieser Monomere erfüllen. Solche Monomere können ausgewählt werden
durch den Fachmann des Standes der Technik bei Betrachtung dieser
Offenbarung. Die internen Weichmacher umfassen ungesättigte Materialien,
die in der Lage sind, unter den oben beschriebenen Polymerisierungsbedingungen
zu reagieren, um ein Additions-Polymermaterial oder das Additionspolymer
selbst zu bilden. Die Additionspolymere haben eine relativ geringe
Einfriertemperatur (das heißt,
Tg), z. B. von weniger als etwa 25°C. Die Weichmacher können hydrophile
Gruppe besitzen; wie Säure
oder andere funktionale Gruppen. Geeignete interne Weichmacher umfassen
Olefine, aromatische ethylenisch ungesättigte Monomere und C1-C24
Alkylester ungesättigter
Carboxylsäuren.
Vorzugsweise ist der interne Weichmacher ein Isobutylen oder 2-ethylhexylacrylat.
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Der Typ und der Grad des internen
Weichmachers können
durch den Fachmann des Standes der Technik ausgewählt werden,
um einen superabsorbierenden Polymer-schaum mit verschiedenen Graden an Flexibilität zu erhalten.
Vorzugsweise ist der Schaum so ausgebildet, daß ein absorbierender Artikel,
wie eine Windel oder ein Frauen-Hygieneprodukt, ausreichend nachgiebig
ist, um sich so ohne Weiteres an die allgemeine Form und Kontur
des menschlichen Körpers
anzupassen.
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Anstelle des oder zusätzlich zu
dem internen Weichmacher kann eine "externe" weich machende Verbindung
verwendet werden, um in dem resultierenden superabsorbierenden Polymerschaum
eine Flexibilität zu
schaffen. Externe Weichmacher umfassen im Allgemeinen andere weich
machende Verbindungen als die obigen Additionpolymere und Additionpolymer
bildenden Materialien. Solche Weichmacher umfassen hydrophile Verbindungen
und hygroskopische Verbindungen. Beispielhafte hydrophile Verbindungen
sind Wasser und Polyole mit relativ höherem Molekulargewicht, wie
Polyethyleglycol und Polypropylenglycol mit einem mittleren Molekulargewicht
von etwa 600 g/mol. Vorzugsweise wird eine hygroskopische Verbindung
verwendet. Beispielhafte hygroskopische Verbindungen sind Glycerol
und Polyole mit relativ geringem Molekulargewicht, wie Polyethylenglycol
und Polypropylenglycol mit einem mittleren Molekulargewicht von
etwa 200 g/mol Ganz bevorzugt ist der externe Weichmacher Glycerol.
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Die externen Weichmacher können mit
den benötigen,
ein superabsorbierendes Polymer bildenden Materialien reaktiv sein
oder in Reaktion gebracht werden oder nicht. Die Weichmacher können in
dem oben beschriebenen Reaktionsgemisch enthalten sein. Alternativ
kann der superabsorbierende Polymerschaum mit dem externen Weichmacher
nach der Formation des Schaums z. B. durch Sprühen oder Eintauchen behandelt werden.
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Die spezifischen Mengen des externen
Weichmachers können
durch den Fachmann des Standes der Technik ausgewählt werden,
um den superabsorbierenden Polymer schaum auf das gewünschte Maß flexibel zu
machen. Zum Beispiel kann der Weichmacher, wenn der Weichmacher
in dem Reaktionsgemisch enthalten ist und mit ein oder mehreren
der das superabsorbierende Polymer bildenden Materialien reaktiv
ist, in einer stöchiometrisch überschüssigen Menge
verwendet werden, um die gewünschte
Flexibilität
zu erhalten. Alternativ kann der externe Weichmacher dem Reaktionsgemisch
hinzu gegeben werden, welcher dann unter Bedingungen in Reaktion
gebracht wird, die nicht ausreichen, um die volle Reaktion des Weichmachers
mit den benötigten,
ein superabsorbierendes Polymer bildenden Materialien zu veranlassen.
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Wenn das im Wesentlichen wasserunlösliche Polymermaterial
des Polymerschaums nicht vernetzt ist oder nur teilweise vernetzt
ist, kann der Schaum weiter in Reaktion gebracht werden, um so Polymermaterial zu
vernetzen oder weiter zu vernetzten. Wie oben angemerkt wurde; ist
ein gewisser Grad an Vernetzung notwendig, um das Polymermaterial
superabsorbierend zu machen. Zudem kann eine weitere Vernetzung
auch erwünscht
sein, um eine Polymerschaum, welcher bereits superabsorbierend ist,
bestimmte Absorptionseigenschaften zu verleihen.
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Ein nicht vernetzter Schaum kann
sich ergeben, wenn das im Wesentlichen wasserunlösliche Polymermaterial nur
das Monomer in polymerisierter Form aufweist, z. B., wenn das Reaktionsgemisch
kein internes Vernetzungsmittel enthält oder kein latentes Vernetzungssmittel
enthält:
Latente Vernetzungsmittel können
auch zu teilweisen Vernetzung führen.
Mit "latentes Vernetzungsmittel" ist gemeint, daß das Vernetzungmittel nicht
unter den speziellen Bedingungen reagieren wird, die für die Reaktions
dem Monomers und des internen Vernetzungsmittels zur Bildung des
wasserunlöslichen
Polymers des Polymerschaum verwendet wird. So können die vorher beschriebenen
internen Vernetzungmittel als latente Vernetzungsmittel verwendet werden,
solange die Reaktionsbedingungen so ausgewählt sind, daß eine latente
Reaktion sicher gestellt ist. Das Reaktionsgemisch wird jedoch vorzugsweise
wenigstens ein internes Vernetzungsmittel umfassen, welches in Reaktion
gebracht wird, um das im Wesentlichen wasserunlösliche Polymermaterial zu bilden.
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Wenn ein latentes Vernetzungsmittel
verwendet worden ist, kann der Schaum solchen Bedingungen von Zeit
und Temperatur ausgesetzt werden, daß das latente Vernetzungsmittel
in dem polymeren Netzwerk des im Wesentlichen wasserunlöslichen
Polymermaterials des Schaums reagiert: Obwohl die benötigten Reaktionsbedingungen
variieren werden, z. B. mit der vorhandenen speziellen Chemie, umfaßt die Reaktion
im Allgemeinen ein Erwärmen
des Schaumes auf Temperaturen von etwa 100°C bis etwa 250°C für eine Zeit
von einer 1 Minute bis etwa 30 Minuten. Eine solche Reaktion veranlaßt typischerweise
eine Quer-Vernetzung in im Wesentlichen dem gesamten Polymermaterial
des Schaums. Als Ergebnis wird typischerweise die Gelfestigkeit
von im Wesentlichen dem gesamten Polymermaterial des Schaums erhöht (und
das Gelvolumen vermindert).
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Eine teilweise Vernetzung kann auch
von der Reaktion nur eines Teils der monomeren Reaktionsstellen
mit dem internen Vernetzungsmittel herrühren, und zwar aufgrund z.
B. einer stöchiometrischen
Unzulänglichkeit
des internen Verrnetzungsmittels bei der Bildung des im Wesentlichen
wasserunlöslichen
polymeren Schaums. Das Polymermaterial eines solchen Schaums (welcher
bereits superabsorbierend sein kann) kann nach der Formation des
Schaumes durch Reaktion des Polymermaterials mit dem geeigneten
externen Vernetzungsmittel weiter vernetzt werden. Eine externe
Vernetzung ergibt sich bei der Vernetzung des Polymermaterials der
Schaumoberflächen
bei Berührung
mit dem Vernetzungsmittel und, in Abhängigkeit von den Reaktionsbedingungen,
mit dem Polymermaterial an der Suboberfläche. Im Allgemeinen gilt, je
extremer die Bedingungen oder die Reaktivität der Reaktanten ist, desto
mehr polymeres Oberflächen-
oder Suboberflächenmaterial
wird vernetzt. Die Vernetzung kann in verschiedenen Tiefen des Polymermaterials
des polymeren Schaums veranlaßt
werden, ausgehend von den polymeren Oberflächen; die in Kontakt mit dem
externen Vernetzungsmittel stehen, in das Innere des Polymermaterials
hinein. Zudem können
Zonen unterschiedlicher Vernetzungsdichten präpariert werden, z. B. dadurch;
daß eine
Vernetzung in einer schrittweisen Form veranlaßt wird. Ein solcher Vernetzungsgradient
kann gebildet werden, wobei die höchste Vernetzungsdichte an
den Polymeroberflächen
liegt (einschließlich
derjenigen der interkommunizierenden Kanäle). In einer bevorzugten Ausführungsform
werden nur die Oberflächen
eines aus superabsorbierendem Polymermaterial geformten Schaums
weiter vernetzt, derart, daß die
Schaumoberflächen,
einschließlich
der Oberflächen
der miteinander kommunizierenden Kanäle, eine relativ hohe Gelfestigkeit
haben, während
die Gelfestigkeit und das Gelvolumen des Suboberflächen-Polymermaterials
im Allgemeinen unverändert
ist. Ohne durch Theorie gebunden sein zu wollen, wird angenommen,
daß eine
solche Vernetzung eine Gelfestigkeit liefern kann, die ausreichen, eine
Oberflächentrockenheit
des Schaumes zu schaffen, wenn diese benäßt wurde (und deshalb eine
Hauttrockenheit bei der Benutzung), ohne einen signifikanten nachteiligen
Einfluß auf
die osmotische Absorptionskapazität und -geschwindigkeit. Zudem
kann eine solche Oberflächenvernetzung
die kapillare Absorptionsgeschwindigkeit verbessern.
-
Geeignete externe Vernetzungsmittel
umfassen solche, die hier mit Bezug auf das interne Vernetzungmittel
beschrieben wurden. Vorzugsweise ist das externe Vernetzungsmittel
in der Lage, covalente Vernetzungsbindungen mit dem Polymermaterial
des Schaumes zu bilden, das heißt,
das externe Vernetzungsmittel enthält ein oder mehrere funktionale
Gruppen- oder ungesättigte
Gruppen, die mit dem Polymermaterial des Schaumes reaktiv sind.
Wenn das im Wesentlichen wasserunlösliche Polymermaterial Carboxylsäuregruppen enthält, tritt
die bevorzugte Ausfüh-rungsform
einer covalenten Vernetzung im Allgemeinen als Ergebnis der Formation,
von Ester-, Amid-, Imid- oder Urethangruppen auf, und zwar durch
Reaktion der Carboxylsäuregruppen
mit den entsprechenden funktionalen Gruppen des Vernetzungsmittels.
Demgemäß umfassen
bevorzugte Vernetzungsmittel Polyhydroxyverbindungen, Polyamine,
Polyisozyanate, Polyamide, Polyepoxide und und Polyhydroxyepoxidverbindungen.
Vorzugsweise ist das externe Vernetzungsmittel eine Polyhydroxyverbindung,
z. B. ein Polyethylenglycol, Polypropylenglycol und Glycerol. Äußerst bevorzugt
wird Glycerol verwendet.
-
Der Polymerschaum kann mit dem externen
Vernetzungsmittel in Reaktion gebracht werden, indem der Schaum
zuerst dem externen Vernetzungsmittel ausgesetzt wird, z. B. durch
Aufsprühen,
Eintauchen oder Dampfabscheidung. Das Polymermaterial des Schaums
wird dann mit dem externen Vernetzungsmittel unter solchen Bedingungen
von Zeit und Temperatur in Reaktion gebracht, die ausreichen, die
Reaktion in dem gewünschten
Maße zu
veranlassen, abhängig
von dem speziellen Polymermaterial und dem externen Vernetzungsmittel.
Solche Bedingungen können
von dem Fachmann des Standes der Technik ohne Weiteres bestimmt
werden. In Abhängigkeit
von der Reaktionschemie kann eine Vernetzungsreaktion spontan bei
Berühren
des Polymerschaums mit dem Vernetzungsmittel auftreten, muß aber im
Allgemeinen z. B. durch Strahlung oder Erwärmung induziert werden: Deshalb
wird das externe Vernetzungmittel unter Berücksichtgung des Induktionsverfahrens
gewählt.
-
Einige der externen Vernetzungsmittel,
wie die Polyhydroxiverbindungen, können auch als externe Weichmacher
dienen. Im Allgemeinen wird ein externes Vernetzungsmittel dieses
Typs, welches nicht vollständig
mit dem superabsorbierenden Polymermaterial in Reaktion gebracht
worden ist, als externer Weichmacher dienen, Dies kann erreicht
werden, indem ein stöchiometrisches Übermaß an externem
Vernetzungsmittel gegenüber
dem Polymermaterial verwendet wird oder indem die externen Vernetzungsreaktionsbedingungen
so gesteuert werden, daß eine
vollständige
Reaktion des Vernetzungsmittels mit dem Polymermaterial vermieden wird.
Zudem kann das Wasser, welches durch ein hygroskopisches Vernetzungsmittel,
z. B. Glycerol, angezogen wird, dahin gehend wirken, den superabsorbierenden
Polymerschaum weich zu machen.
-
Die resultierenden superabsorbierenden
Polymerschäume
der Erfindung können
gekennzeichnet sein durch eine verschiedene Absorptionsfähigkeit,
durch verschiedene strukturelle und mechanische und andere Eigenschaften,
wie folgt:
-
ABSORPTIONSEIGENSCHAFTEN
-
Die Absorptionseigenschaft bezieht
sich auf die Kapazität
des superabsorbierenden Polymerschaums, Fluide zu absorbieren und
zurück
zu halten, mit welchen dieser in Kontakt kommt. Die Absorptionskapazität der hier
vorliegenden Schäume
hat zwei Komponenten: eine osmotische Absorptionskapazität (das heißt, Gelvolumen)
und eine kapillare Absorptionskapazität. Die osmotische Absorptionskapazität bezieht
sich auf die Fähigkeit
des Polymermaterials des Schaums, Fluide zu absorbieren; während die
kapillare Absorptionskapazität
sich auf die Fähigkeit
der Schaumkanäle
bezieht, Fluide zu absorbieren (z. B. durch Ansaugen). Ebenso haben
die hier vorliegenden Schäume
eine osmotische Absorptionsgeschwindigkeit (die Geschwindigkeit,
mit welcher das Polymermaterial Fluide absorbiert), und eine kapillare
Absorptionsgeschwindigkeit (die Geschwindigkeit, mit welcher die
Kanäle
Fluide absorbieren. Sofern nicht anders ausgefuhrt, beziehen sich
die Absorptionskapazität
und -geschwindigkeit, so wie sie hier verwendet werden, auf die
Gesamtheit (das heißt, die
kombinierte osmotische und kapillare) Absorptionskapazität und -geschwindigkeit.
-
Die Absorptionskapazität kann sehr
signifikant sein hinsichtlich der Natur des absorbierten Fluids
und hinsichtlich der Art und Weise, in welcher das Fluid den Schaum
berührt.
Für Zwecke
dieser Erfindung ist die Absorptionskapazität durch die Menge von synthetischem
Urin definiert, das durch eingegebenes superabsorbierendes Polymerschaummaterial
absorbiert wird, und, zwar in Gramm synthetisches Urin pro Gramm Schaum,
und zwar in einem nachfolgend definierten Verfahren (da die spezifische
Schwerkraft des synthetischen Urins etwa 1,0 beträgt, kann
die Absorptionskapazität
auch in ml synthetisches Urin pro Gramm Schaum festgehalten werden).
-
Die superabsorbierenden Polymerschäume der
vorliegenden Erfindung sind solche, welche eine Absorptionskapazität von wenigstens
etwa 10 Gramm, ganz bevorzugt wenigstens etwa 15 Gramm, äußerst bevorzugt
wenigstens etwa 50 Gramm synthetisches Urin pro Gramm Schaum haben.
Superabsorbierende Polymerschäume
mit dieser relativ hohen Absorptionskapazität-Eigenschaft sind besonders
nützlich
in absorbierenden Strukturen und Artikeln, da die Schäume definitionsgemäß wünschenswert
hohe Mengen ausgeschiedener Körperfluide,
wie Urin, halten können.
-
Die Absorptionsgeschwindigkeit ist
die Absorptionskapazität,
gemessen als Funktion der Zeit. Die Absorptionsgeschwindigkeit in
Gramm (g) synthetisches Urin pro Gramm superabsorbierender Polymerschaum pro
Sekunde (sec) beträgt
vorzugsweise wenigstens etwa 0,5 g/g/sec, ganz bevorzugt wenigstens
etwa 1 g/g/sec, äußerst bevorzugt
wenigstens etwa 2 g/g/sec.
-
Die Absorptionskapazität und -geschwindigkeit
kann für
irgendeine gegebene Schaumprobe unter Verwendung des in dem Abschnitt
Testverfahren beschriebenen Vorgangs bestimmt werden.
-
Zusätzlich zu der relativ hohen
Absorptionskapazität
und Absorptionsgeschwindigkeit besitzen die superabsorbierenden
Polymerschäume
vorzugsweise auch be- stimmte Gelfestigkeitseigenschaften. Die Gelfestigkeit
bezieht sich auf die Neigung des Schaumes, sich unter der Spannung,
wenn der Schaum ein Fluid absorbiert; zu verformen oder zu spreizen.
Ohne durch Theorie gebunden sein zu wollen, wird angenommen, daß für eingegebenes
superabsorbierendes Polymermaterial eine solche Gelfestigkeit die
kapillare Absorptionskapazität
und, die kapillare und osmotishe Absorptionsgeschwindigkeit gesteigert
werden kann, indem das Verhältnis
von Oberflächenbereich
zur Masse des Schaums erhöht
wird. Deshalb ist es wünschenswert,
in absorbierenden Strukturen und Artikeln solche superabsorbierenden
Polymerschäume
mit einer adäquaten
Gelfestigkeit und dem größtmöglich erreichbaren
Verhältnis
von Oberflächenbereich
zur Masse zu verwenden.
-
Es hat sich auch heraus gestellt;
daß die
Gelfestigkeit (das heißt,
die Gelverförmungsneigung)
direkt mit dem Schermodul des superabsorbierenden Polymerschaums
korreliert. Demgemäß können superabsorbierende
Polymerschäume
mit einer ausreichenden Gelfestigkeit, um in absorbierenden Strukturen
und Artikeln der vorliegenden Erfindung nützlich zu sein, richtig charakterisiert
werden, indem die Gelfestigkeit durch das Schermodul des Schaums
spezifiziert wird.
-
Das Schermodul kann z. B. bequem
gemessen werden durch ein Verfahren, welches, die Verwendung eines
Spannungs-Rheometers umfaßt,
um das Verhältnis
von (a) einer auf eine gegebene Schaumprobe aufgebrachten Spannung
zu (b) der durch die Probe gezeigten resultierenden Dehnung zu bestimmen.
Die auf diese Weise getestete Schaumprobe ist mit synthetischem
Urin bis auf ihre Absorptionskapazität gequollen. Das Verhältnis von
Spannung zu Dehnung wird bestimmt und das Schermodul der resultierenden
Schaumprobe in Dyne/cm2 wird dann nachfolgend
aus diesem Verhältnis
berechnet. Ein geeignetes Verfahren für die Verwendung ist beschrieben
in US Patent Re 32,649, veröffentlicht
für Brandt
et al. am 19. April 1988.
-
Die superabsorbierenden Polymerschäume der
vorliegenden Erfindung haben vorzugsweise Gelfestigkeiten, derart,
daß diese
Schäume
ein Schermodul von wenigstens etwa 1 Dyne/cm2,
ganz bevorzugt innerhalb eines Bereichs von etwa 1 Dyne/cm2 bis 5 Dyne/cm2 zeigen.
Ohne durch eine bestimmte Theorie gebunden zu sein, wird angenommen,
daß Schäume mit
solchen Gelfestigkeiten einer Verformung bei einer Fluidabsorption
widerstehen und eine verringerte Neigung haben, zu fließen (das
heißt,
die Schäume
sind "fluidstabil"). Auf diese Weise können die be- vorzugten Gelfestigkeiten
den miteinander kommunizierenden Kanälen der Schäume der vorliegenden Erfindung
erlauben, bestehen zu bleiben und vergrößert zu werden, wenn sie durch
Fluide gequollen sind, so daß der
Schaum nachfolgende Fluidladungen annehmen und transportieren kann.
Die bevorzugten Gelfestigkeiten können auch dazu dienen, die
Hauttrockenheit zu verbessern.
-
Ein weiteres Merkmal der Schäume der
vorliegenden Erfindung ist, daß die
Schäume
im Allgemeinen isotropisch quellen, selbst unter moderaten Grenzdrucken,
wenn Fluide auf den Schäumen
abgelagert werden oder in Kontakt mit diesen gelangen. Ein isotropisches
Quellen wird hier verwendet, um anzugeben, daß der Schaum im Allgemeinen
in allen Richtungen gleich quillt, wenn er benäßt wird. Ein isotropisches
Quellen ist eine wichtige Eigenschaft des Schaums, weil das superabsorbierende
Polymermaterial des Schaums, die Zellen und die miteinander kommunizierenden
Kanäle
in der Lage sind, ihre relative Geometrie und ihre räumlichen
Beziehungen beizubehalten, selbst in gequollenem Zustand, derart,
daß die
vorhandenen Kapillarkanäle während der
Benutzung beibehalten werden, wenn nicht sogar vergrößert werden
(das Polymermaterial, die Zellen und die Kanäle werden während des Quellvorganges größer). Auf
diese Weise kann der Schaum zusätzliche
Fluidladungen einsaugen oder durch sich selbst hindurch transportieren.
-
STRUKTURELLE
MERKMALE
-
Spezifische, in gewissem Maße miteinander
zusammen hängende
und voneinander abhängige
strukturelle Eigenschaften der superabsorbierenden Polymerschäume wurden
in Anwendungen, welche die Absorption von wäßrigen Körperfluiden umfassen, als in
höchstem
Maße wünschenswert
erkannt. Die verschiedenen struktu- rellen Eigenschaften der bevorzugten
superabsorbierenden Polymerschäume
können
wie folgt zusammen gefaßt
werden:
-
A) VERHÄLTNIS VON OBERFLÄCHENBEREICH
ZUR EINHEITSMASSE
-
Das Verhältnis des Oberflächenbereichs
zur Einheitsmasse ist der Gesamtbereich. der superabsorbierenden
Polymermaterial-Oberflächen
des Schaums, einschließlich
der Oberflächen
der Zellen und der miteinander kommunizierenden Kanäle zu der
Gesamtmasse des superabsorbierenden Polymermaterials. Das Verhältnis des
Oberflächenbereichs
zur Masse ist Indikativ für
die Geschwindigkeit der Fluidaufnahme, insbesondere der osmotischen
Absorptionsgeschwindigkeit des Schaums. Je größer das Verhältnis von
Oberflächenbereich
zur Masse des Schaums ist, desto mehr Fläche gibt es für die Diffusion
des zu absorbierenden Fluids. So werden als Schäume mit einer gegebenen Gelfestigkeit-Eigenschaft
Schäume
mit einem höheren Verhältnis von
Oberflächenbereich
zur Masse bevorzugt.
-
Es wird auch angenommen, daß das Verhältnis von
Oberflächenbereich
zur Masse wichtig ist bei der Minimierung der Deaktivierung des
superabsorbierenden Materials des Schaums durch Körperfluide,
welche Komponenten mit hohem Molekulargewicht enthalten, z. B. Blut
und Menstruationsfluide. Falls das Verhältnis von Oberflächenbereich
zur Masse zu klein ist, wird davon ausgegangen, daß solche
Komponenten aufgrund ihrer molekularen Größe den Schaum öder Bereiche
desselben physikalisch deaktivieren.
-
Aufgrund der obigen Gründe ist
es wünschenswert,
das Verhältnis
von Oberflächenbereich
zur Masse der superabsorbierenden Polymerschäume der vorliegenden Erfindung
zu maximieren. Im Allgemeinen wird jedes Merkmal, welches die Schaumkapillarität steigert,
auch das Verhältnis
von Oberflächenbereich
zur Masse steigern. Zum Beispiel nimmt das Verhältnis von Oberflächenbereich
zur Masse zu, wenn die Zellgröße abnimmt
und/oder wenn die Anzahl von Zellen, die prozentual offenen Zellen
und/oder die prozentual miteinander kommunizierenden Kanäle zur nimmt.
Auf diese Weise kann das Verhältnis
von Oberflächenbereich
zur Masse durch irgendeine der Schaumzusammensetzungs- oder Behandlungsparameter
erhöht
werden, welche diese Parameter auf diese Weise beeinflussen.
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Die superabsorbierenden Polymerschäume haben
typischerweise ein Verhältnis
von Oberflächenbereich
zur Masse von wenigstens etwa 0,2 m2/g,
ganz bevorzugt we- nigstens etwa 1,6 m2/g
und äußerst bevorzugt
wenigstens 3 m2/g. Ein geeignetes Verfahren
zum Bestimmen des Verhältnisses
von Oberflächenbereich
zur Masse (unter Verwendung des Gasadsorptionsverfahrens nach Brunauer-Emmet-Teller
(BET)) wird in größerem Detail
im Abschnitt Testverfahren ausgeführt.
-
B) PROZENTUAL OFFENE ZELLEN
-
Polymere Schäume können in ihrem Charakter relativ
geschlossen-zellig oder relativ offen-zellig sein, und zwar in Abhängigkeit
davon, ob und/oder in welchem Ausmaß die Zellwände oder Grenzen (das heißt, die Zellfenster)
mit Polymermaterial gefüllt
sind oder dieses aufnehmen. Die superabsorbierenden Polymerschäume der
vorliegenden Erfindung sind relativ offen-zellig dahing gehend,
daß die
einzelnen Zellen des Schaums zum größten Teil nicht vollständig durch
Polymermaterial der Zellwände
voneinander isoliert sind. So haben die Zellen in solchen im Wesentlichen
offenzelligen Schaumstrukturen interzellulare Öffnungen oder "Fenster", die
groß genug
sind, um einen Fluidtransfer von einer Zelle zu der anderen innerhalb
der Schaumstruktur ohne Weiteres zu erlauben. Eine offenzellige
Struktur ist wichtig sowohl für
die kapillare Absorptionsgeschwindigkeit als auch für die Kapazität, des Schaums.
Ein verbesserter kapillarer Transport verbessert auch die osmotische Absorptionsgeschwindigkeit,
da ein größerer Bereich
des superabsorbierenden Polymermaterials des Schaums dem Fluid ausgesetzt
ist.
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In im Wesentlichen offenzelligen
Strukturen des hier nützlichen
Typs hat der Schaum im Allgemeinen einen retikulierten Charakter,
wobei die einzelnen Zellen durch eine Mehrzahl von miteinander verbundenen, dreidimensional
verzweigten Bahnen definiert sind. Die Stränge des Polymermaterials, welches
die verzweigten Bahnen der offenzelligen Schaumstruktur aufbaut,
können
als "Streben" bezeichnet werden. Für Zwecke der vorliegenden Erfindung
ist ein superabsorbierender Schaum "offenzellig", wenn wenigstens
etwa 25%, vorzugsweise wenigstens etwa 50% und äußerst bevorzugt wenigstens
etwa 75% der Zellen in der Schaumstruktur in Fluidkommunikation
mit wenigstens einer benachbarten Zelle stehen. Alternativ kann
der Schaum als im Wesentlichen offenzellig angesehen werden, wenn
dieser ein verfügbares
Porenvolumen hat, welches einen minimalen Wert übersteigt, wie dies nachfolgend
ausgeführt
wird.
-
Zudem sind die interzellularen Öffnungen
der hier vorliegenden Schäume
derart, daß der
Schaum im Wesentlichen kontinuierliche, miteinander kommunizierende
Kanäle
im Wesentlichen im gesamten Schaumnetzwerk hat, das heißt, die
interzellularen Öffnungen
bilden ein miteinander verbundenes Netzwerk von Kanälen, welche
frei von Polymermaterial sind, derart, daß der Schaum flüssigkeitsdurchlässig ist.
Die Kanäle erlauben
den Fluiden, welche den Schaum berühren, über Kapillarkräfte (das
heißt,
es sind kapillare Transportkanäle
gebildet) zu anderen Bereichen des Schaumes transportiert werden;
so daß das
Gesamtvolumen des Schaums beim Absorbieren der Fluide genutzt wird.
Ferner erlauben die Zellen und die miteinander kommunizierenden
Kanäle,
wenn der Schaum gequollen ist, Fluiden durch den Schaum entweder
zu einem von der anfänglichen
Fluidkontaktstelle entfernten, superabsorbierenden Polymermaterial
oder zu anderen Strukturen, die in Kontakt mit dem Schaum stehen,
zu gelangen. So wird der Schaum als fluiddurchlässig angesehen, und zwar aufgrund
der Zellen und der miteinander kommunizierenden Kanäle. Die
miteinander kommunizierenden Kanäle
sollen die kapillare Absorptionsge- schwindigkeit und -kapazität verbessern.
Da die Kanäle eine
Verteilung der Fluide in dem Schaum erlauben, liefern sie auch eine
erhöhte
Nutzung der fluidhaltenden Eigenschaften des superabsorbierenden
Polymers des Schaums; wodurch die osmotische Absorptionsgeschwindigkeit
des Schaums verbessert wird.
-
Vorzugsweise sind die interzellularen Öffnungen
so, daß ein
interzellularer Kapil-larstrom
der Fluide (das heißt,
die interzelluläre
Fluidkommunikation) bei wenigstens etwa 25%, ganz bevorzugt wenigstens
etwa 50%, äußerst bevorzugt
wenigstens etwa 75% der Zellen erlauben. Das Verhältnis von
Oberflächenbereich
zur Masse und das verfügbare
Porenvolumen kann für
den Anteil der Zellen mit einer interzellularen Kommunikation indikativ
sein.
-
Merkmale, welche die Formation miteinander
kommunizierender Kanäle
beeinflussen, umfassen den Anteil, die Teilchengröße und die
Teilchengrößenverteilung
des Treibmittels und die Steuerung der Expansions- und Reaktionsschritte,
um so das Treibmittel vor der kritischen Viskosität zu expanideren.
-
C) MITTLERE ZELLENGRÖSSE UND
ZELLENGRÖSSENVERTEILUNG
-
Ein weiteres strukturelles Merkmal
der superabsorbierenden Polymerschäume. Ist die Zellengröße. Schaumzellen
werden häufig
im Wesentlichen sphärisch
in ihrer Gestalt sein. So ist die Größe oder "Durchmesser" von solchen
im Wesentlichen sphärischen
Zellen ein allgemein verwendeter Parameter zum Charakterisieren,
von Schäumen
im Allgemeinen sowie zum Charakterisieren der bevorzugten superabsorbierenden Polymerschäume der
vorliegenden Erfindung. Da Zellen in einer gegebenen Probe von Polymerschaum
nicht notwendigerweise etwa die gleiche Größe haben, wird häufig eine
mittlere Zellengröße, das
heißt,
ein mittlerer Zellendurchmesser spezifiziert. Ebenso kann die Zellengrößenverteilung,
welche den Bereich der Zellengrößen wiedergibt,
spezifiziert werden.
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Die Zellengröße eine Faktor ist, welcher
die Kapillarität
des Schaums bestimmt, ist die Zellengröße ein Parameter, der sowohl
die osmotische als auch die kapillare Absorptionsgeschwindigkeit
der hier vorliegenden superabsorbierenden Schäume direkt beeinflussen kann.
Die Zellengröße in Verbindung
mit der Anzahl von Zellen (welche sich auf die Dichte bezieht) kann
auch mechanische Eigenschaften, einschließlich die Flexibilität, der hier
vorliegenden Schäume
beeinflussen. Im Allgemeinen kann für eine gegebene Schaumdichte
die gesamte Flexibilität
des fülligen
Schaumes zunehmen, wenn die mittlere Zellengröße abnimmt.
-
Eine Anzahl von Techniken ist zum
Bestimmen der mittleren Zellengröße in Schäumen verfügbar. Diese
Techniken umfassen Mercury-Porosimetrieverfahren, welche im Stand
der Technik allgemein bekannt sind. Die nützlichste Technik je- doch
zum Bestimmen der Zellengröße in Schäumen umfaßt die einfache
photographische Messung einer Schaumprobe. 1 der Zeichnungen z. B. ist eine Mikrophotographie
einer Kante eines typischen superabsorbierenden Schaums der vorliegenden
Erfindung. Auf den mit 1a markierten Bereich der Mikrophotographie
(die um das 50-fache vergrößerte Kante)
ist ein Maßstab
gelegt, welcher eine Abmessung von 50 mm darstellt; auf den mit 1b markierten
Bereich (ein rechtwinkliger Bereich von 1a, um etwa 250-fach
vergrößert) ist
ein Maßstab
gelegt, der eine Abmessung von 100 Micron darstellt (ebenso liegen
in 2 einer Mikrophotographie
einer Kante des Schaums aus 1 von
einer senkrechten Ebene zu der Ebene der Kante in 1 ähnliche
Maßstäbe auf den
mit 2a (50×)
und 2b (250×) markierten
Bereichen). Solche Maßstäbe können verwendet
werden, um die mittlere Zellengröße über ein
Bildanalyseverfahren zu bestimmen. Die Bildanalyse von Mikrophotographien
von Schaumproben ist ein allgemein verwendetes analytisches Werkzeug,
welches verwendet werden kann, um die mittlere Zellengröße der hier
vorliegenden Schaumstrukturen zu bestimmen. Eine solche Technik
ist in größerem Detail
beschrieben in US Patent 4,788,225, veröffentlicht für Edwards
et al. am 29. November 1988. Von den verschiedenen Zellmessungen,
welche beim Bestimmen der mittleren Zellengröße genommen werden, kann die
Zellgrößenverteilung
leicht bestimmt werden, einschließlich eines Bereichs und der
prozentualen Größen innerhalb
eines solchen Bereichs.
-
Es ist im Allgemeinen wünschenswert,
Schäume
mit der minimalen möglichen
Zellengröße zu schaffen,
bei der die interzellulare Fluidkommunikation fortlaufend erhalten
wird, und mit dem vorher beschriebenen Verhältnis von Oberflächenberich
zur Masse zu schaffen. Wie durch die direkte photographische Messung
bestimmt wird, werden die superabsorbierenden Polymerschäume der
vorliegenden Erfindung typischerweise eine mittlere Zellengröße von weniger
als etwa 100 μm,
ganz bevorzugt weniger als etwa 50 μm, äußerst bevorzugt weniger als
etwa 20 μm
haben. Im Allgemeinen wird die minimale Zellengröße im Bereich von etwa 1 bis
etwa 10 μm
liegen. Vorzugsweise werden wenigstens etwa 50%, ganz bevorzugt
wenigstens etwa 75%, äußerst bevorzugt
wenigstens etwa 90% der Zellen innerhalb der obigen Zellgrößenbereiche
liegen.
-
Die Zellgrößenverteilung kann sowohl die
osmotischen als auch die kapillaren Absorptionsgeschwindigkeiten
beeinflussen. Zum Maximieren der kapillaren Absorptionsgeschwindigkeit
wird angenommen, vorzugsweise eine engere Zellgrößenverteilung bereit zu stellen,
vorzugsweise derart, daß der
Schaum einen Zellgrößen-Verteilungswert von
5, ganz bevorzugt höchstens
3, noch bevorzugter höchstens
2 hat. Für
die schnellste kapillare Absorptionsgeschwindigkeit beträgt der Zellverteilungswert 1 (das
heißt,
alle Zellen haben die gleiche Größe). Die
Zellgrößenverteilungen
entsprechend dieser Werte sind in Tabelle I summiert. Es wird ferner
ange nommen, daß die
osmotische Absorptionsgeschwindigkeit mit einer Schaummorphologie
mit einer Kombination aus kleinen Zelten und einer breiteren Zellgrößenverteilung
maximiert wird, daß es
eine "Packung" kleinerer Zellen unter größeren Zellen gibt. Deshalb
wird für
eine geeignete Ausgewogenheit sowohl der osmotischen als auch der
kapillaren Absorption durch die hier vorliegenden Schäume vorgezogen,
daß der Zellverteilungswert
größer als
1 und kleiner als 3, äußerst bevorzugt
kleiner als 2, ist.
-
Die Größe der Zellen in den superabsorbierenden
Polymerschäumen
können
durch eine Variation bestimmter Schaumzusammensetzung- und Behandlungsmerkmale
beeinflußt
und gesteuert werden, wie dies hier beschrieben wird, insbesondere
solchen, welche die Teilchengröße des Treibmittels
in der stabilen Dispersion beeinflussen. Zum Beispiel wird die Zellengröße durch
das Viskositätsverhältnis, die
Scherspannung beim Bilden der Dispersion und durch die in den Expansions-
und Reaktionsschritten verwendete Temperatur und Druck beeinflußt. Für ausreichend
flexible Schäume
kann die Zellengröße auch
verändert
werden, indem einfach die festen Schaumstrukturen komprimiert werden;
nachdem sie präpariert
wurden.
-
-
Eine engere Zellgrößenverteilung
kann durch die richtige Auswahl eines grenzflächenaktiven Stoffes für ein gegebenes
Treibmittel und Reaktionsgemisch unterstützt werden, um so die Coaleszenz
der dispergierten Treibmittelteilchen vor und/oder während der
Expansion zu minimieren. Zum Beispiel ist ein grenzflächenaktiver
Stoff mit hydrophilen und hydrophoben Gruppen im Allgemeinen zum
Stabilisieren eines wasserunlöslichen
Treibmittels in einem Reaktionsgemisch wirksam, in wel- chem das
Lösungsmittel
Wasser ist. Das Verhältnis
von hydrophilen und hydrophoben Gruppen in den grenzflächenaktiven
Stoff kann variiert werden, um die Coaleszenz der Treibmittelteilchen
zu minimieren, vorzugsweise indem die HLB-Werte des grenzflächenaktiven
Stoffes und des Treibmittels angepaßt werden, wodurch eine gleichförmige Zellengrößenverteilung
unterstützt
wird: Eine engere Zellengrößenverteilung
kann auch durch Verminderung des Viskositätsverhälnisses unterstützt werden.
-
-
D) SCHAUMDICHTE
-
Die Dichte der superabsorbierenden
Polymerschäume
kann eine Anzahl von Leistungs- und Mechanikeigenschaften dieser
Schäume
beeinflussen. Solche Eigenschaften umfassen sowohl die osmotische
als auch die kapillare Absorptionskapazität und -geschwindigkeit und
die Schaumflexibilität.
Im Allgemeinen wird für
ein, gegebenes Verhältnis
von Oberflächenbereich
zur Masse und für
eine gegebene Zellengröße bei Abnahme
der Schaumdichte die osmotische Absorptionsgeschwindigkeit und die
kapillare Absorptionsgeschwindigkeit zunehmen. Es ist wichtig, daß die Dichte
der superabsorbierenden Polymerschäume auch die Kosteneffektivität der hier
vorliegenden absorbierenden Artikel bestimmen kann.
-
Die Schaumdichte (in Gramm Schaummaterial
pro Kubikzentimeter Schaumvolumen in Luft) wird hier auf Trockenbasis
spezifiziert. So kann die Menge einer absorbierenden wäßrigen Flüssigkeit,
z. B. einer Restflüssigkeit,
welche in dem Schaum zurück
geblieben sein kann, z. B. nach seiner Formation, wird beim Berechnen
und Ausdrücken
der Schaumdichte nicht berücksichtigt.
Die Schaumdichte, wie sie hier spezifiziert wird, umfaßt jedoch
jedes restliche Feststoffmaterial, wie einen grenzflächenaktiven
Stoff, einen externen Weichmacher etc., welcher in dem superabsorbierenden
Polymerschaum vorhanden sein kann. Ein solches Restmaterial kann
tatsächlich
eine signifikante Masse zu dem Schaummaterial beitragen.
-
Jedes geeignete gravimetrische Verfahren,
welches eine Bestimmung der Masse des festen Schaummaterials pro
Einheitvolumen der Schaumstruktur liefert, kann verwendet, um die
Schaumdichte zu messen. Zum Beispiel wird ein gravimetrisches Verfahren,
das hier für
die Verwendung geeignet ist, vollständiger beschrieben in US Patent
5,147,345, veröffentlicht
für Young
et al. am 15. September 1992. Für
solche Situationen, in welchen die Schaumproben-Präparierungsverfahren
(Trocknen, Altern, Vorbiegen, etc.,) die erhaltenen Dichtemessungen
nachteilig verändern
könnten,
können
dann auch andere Tests zur Dichtebestimmung verwendet werden.
-
Solche alternativen Verfahren könnten z.
B. gravmetrische Dichtemessungen unter Verwendung einer in das Schaummaterial
absorbierten Testflüssigkeit
umfassen. Dieser Typ eines Dichtebestimmungsverfahrens kann zum
Charakterisieren von Schäumen
mit sehr geringer Dichte als hier vorliegende Schäume sehr nützlich sein,
in welchen die trockene Dichte etwa dem Umgekehrten des Porenvolumens
des Schaumes entspricht. Siehe Chatterjee, "Absorbency", Textile
Science and Technology, Band 7 , 1985, Seite 41, hier durch Bezugnahme
mit aufgenommen. Die Bereiche für
die Schaumdichte, die nachfolgend angegeben werden, sind dazu gedacht,
inklusive zu sein, das heißt,
sie sind dazu gedacht, Dichtewerte zu umfassen, die durch irgendein
vernünftiges
experimentelles Testverfahren bestimmt werden können.
-
Es wird im Allgemeinen bevorzugt,
die Dichte der superabsorbierenden Polymerschäume zum Erhalt eines Schaumes
konsistent zu minimieren, welcher eine gewünschte Struktur von miteinander
kommunizierenden Kanälen,
von Zellengröße und von
Verhältnis
von Oberflächenbereich
zur Masse hat. Die Schaumdichte kann eingestellt werden, indem bestimmte
Schaumzusammensetzung und Behandlungsparameter gesteuert werden,
z. B. die Zugabemenge des Treibmittels. Die superabsorbierenden
Polymerschäume
der vorliegenden Erfindung haben typischerweise Trockenbasis-Dichtewerte,
welche im Bereich von etwa 0,1 bis etwa 0,5 g/cm3 liegen.
Die Dichte der superabsorbierenden Polymerschäume muß hier nicht in der ganzen
Struktur gleichförmig
sein; das heißt,
einige Bereiche oder Zonen des Schaumes können relativ höhere oder
geringere Dichten als andere Bereich oder Zonen desselben haben.
Wenn der Schaum jedoch im Wesentlichen kontinuierliche, miteinander
kommunizierende Kanäle
im Wesentlichen überall
und einen relativ kleinen Zellverteilungswert hat, wird die Dichte
im Wesentlichen überall
gleichförmig
sein.
-
E) PORENVOLUMEN
-
Wie oben für Schäume mit sehr geringer Dichte
aufgeführt,
entspricht die trockene Dichte etwa dem Umgekehrten des Porenvolumens.
Deshalb kann das Porenvolumen dazu dienen, Dichtemessungen für die hier
vorliegenden Schäume
bereit zu stellen. Zudem kann das Porenvolumen mit der Anzahl von
Zellen, dem Prozentanteil offener Zellen und dem Prozentanteil miteinander
kommunizierender Kanäle
in der Schaumstruktur korreliert werden. Im Allgemeinen nimmt, wenn
das Porenvolumen zunimmt, die Anzahl von Zellen, die Anzahl von
offenen Zellen und der Grad der Fluid-Interkommunikation der Schaumkanäle auch
zu.
-
Das Porenvolumen ist ein Maß des Volumens
der Öffnungen
oder der Zellen in einer porösen
Schaumstruktur pro Einheitsmasse des Festmaterials (das heißt, der
Polymerstruktur plus irgendwelcher restlicher Feststoffe), welches
die Schaumstruktur bildet. Das Porenvolumen kann bei der Beeinflussung
eine Anzahl von Leistungs- und Mechanikmerkmalen der superabsorbierenden
Schäume
wichtig sein, wie dies, mit Bezug auf die Schaumdichte beschrieben
wurde.
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Das Porenvolumen kann durch irgendein
geeignetes experimentelles Verfahren bestimmt werden, welches eine
genaue Angabe des tatsächlichen
Porenvolumens der Struktur ergibt. Solche experimentellen Verfahren
werden im Allgemeinen die Messung des Volumens und/oder der Masse
einer Testflüssigkeit
umfassen, welche in die Schaumstruktur eingegeben werden kann und
welche deshalb repräsentativ
ist für
das durch die offenen Zellen des Schaums eingenommene Volumen ist.
Aus diesem Grund kann der Porenvolumen-Parameter der Schäume auch
als "verfügbares
Porenvolumen" bezeichnet werden.
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Ein herkömmlichen Weg zum experimentellen
Bestimmen des verfügbaren
Porenvolumens umfaßt die
Einführung
einer Flüssigkeit
mit geringer Oberflächenspannung,
wie Isopropanol in die Schaumstruktur von außerhalb der Schaumstruktur.
Ein Verfahren zum Bestimmen des verfügbaren Porenvolumens unter
Verwendung von Isopropanol ist in dem oben angegebenen US Patent
5,147,345 ausgeführt.
Es sei jedoch so verstanden, daß alternative
Testflüssigkeiten
und Verfahren auch verwendet werden können, um das verfügbare Porenvolumen
zu bestimmen.
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Es ist im Allgemeinen wünschenswert,
das Porenvolumen der hier vorliegenden Schäume zu maximieren. Das Porenvolumen
der superabsorbierenden Polymerschäume kann durch Einstellen vieler
der gleichen Schaumzusammensetzung- und Behandlungsparameter, wie
bei der Dichteeinstellung, beeinflußt und gesteuert werden. Zum
Beispiel können
das Porenvolumen beeinflussende Merkmale die Zugabemenge des Treibmittels
und die Teilchengröße des Treibmittels
umfassen.
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Die superabsorbierenden Polymerschäume der
vorliegenden Erfindung haben im Allgemeinen ein Porenvolumen von
wenigstens etwa 5 ml/g, ganz bevorzugt von wenigstens etwa 10 ml/g
und äußerst bevorzugt wenigstens
etwa 30 ml/g. Typischerweise liegt das Porenvolumen im Bereich von
etwa 5 bis etwa 40 ml/g. Solche Bereiche für das Porenvolumen sollen eine
"inklusive" Definition des theoretischen Porenvolumens für Schäume sein,
die durch diese Erfindung umfaßt
werden. Falls somit ein experimentelles Verfahren, von welchem vernünftigerweise
angenommen, daß es
Messungen ergibt, die in etwa dem theoretischen Porenvolumen entsprechen,
Werte innerhalb der vorstehenden Bereiche liefert, dann liegen die
durch eine solches Verfahren getesteten Schaummaterialien im Schutzbereich
dieser Erfindung:
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F) SPEZIFISCHER OBERFLÄCHENBEREICH
FÜR DIE
KAPILLARE ANSAUGUNG
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Ein weiteres strukturelles Merkmal
für die
bevorzugten superabsorbierenden Polymerschäume ist hier ein bestimmter
spezifischer Oberflächenbereich
für die
kapillare Ansaugung. Der spezifische Oberflächenbereich für die kapillare
Ansaugung ist im Allgemeinen ein Maß des für die Testflüssigkeit
verfügbaren
Oberflächenbereichs
des polymeren Netzwerks, welcher spezielles Verhältnis von Schaumpro Einheitsmasse
des fülligen
Schaummaterials bildet (das heißt,
das polymere strukturelle Material plus dem restlichen Feststoffmaterial).
Der spezifische Oberflächen bereich
für die
kapillare Ansaugung wird bestimmt sowohl durch die Abmessung das
heißt,
den Durchmesser) der zellularen Einheiten in dem Schaum als auch
durch die Größe (das heißt, die
Länge,
Breite und Dicke) der Streben, welche die Zellkern Einheiten bilden.
Der spezifische Oberflächenbereich
für die
kapillare Ansaugung ist somit ein Weg der Quantifizierung der Gesamtmenge
der festen Oberfläche,
die durch das Schaumnetzwerk geliefert wird, auf das Maß, in welchem
eine Oberfläche
an der Absorptionsfähigkeit
teilnimmt.
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Der spezifische Oberflächenbereich
für die
kapillare Ansaugung einer offenzelligen Schaumstruktur, wie den
superabsorbierenden Polymerschäumen
der vorliegenden Erfindung, ist ein Merkmal des Schaums, welches
die Kapillarität
(oder die kapillare Ansaugung), die von dem Schaum gezeigt wird,
beeinflußt.
Obwohl das Verhältnis
des Schaumoberflächenbereichs
zur Masse besonders wichtig ist für die Bestimmung der osmotischen
Absorptionsgeschwindigkeit des Schaums, kann die Schaumkapillarität derart
ausgewählt
und gesteuert werden, daß die
superabsorbierenden Polymerschäume
einen Grad an Kapillarität
haben, welcher den Transport, z. B. die Ansaugung, von Fluiden innerhalb
der Schaumstruktur erlaubt. Die Einstellung des spezifischen Oberflächenbereichs
für die
kapillare Ansaugung ist somit ein geeignetes Mittel zum Bereitstellen
eines Grades an Kapillarität
für die
superabsorbierenden Polymerschäume,
wie dies bedarfsweise ausgewählt
werden kann. Schäume
mit einem relativ hohen spezifischen Oberflächenbereich für die kapillare
Ansaugung können
eine sehr wünschenswerte
Kombination von einer höheren
kapillaren Absorptionskapazität
und höheren kapillaren
und osmotischen Absorptionsgeschwindigkeiten liefern. Ein hoher
spezifischer Oberflächenbereich ist
eine Folge der Feinheit der Streben, welche die Schaumstruktur aufbauen.
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Der spezifische Oberflächenbereich
für die
kapillare Ansaugung der superabsorbierenden Schäume wird durch Einstellen vieler
der gleichen Zusammensetzung- und Behandlungsparameter beeinflußt und gesteuert,
die auch die Schaumdichte und das Porenvolumen beeinflussen.
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Für
Zwecke dieser Erfindung kann, und wird gewöhnlich, der spezifische Oberflächenbereich
irgendeines gegebenen superabsorbierenden polymeren Schaummaterials
durch ein Verfahren bestimmt werden, welches die Grundzüge einer
kapillaren Ansaugung beinhaltet. In einem solchen Verfahren wird
der spezifische Oberflächenbereich
für die
kapillare Ansaugung bestimmt, indem die Menge der kapillaren Aufnahme
einer Flüssigkeit
mit geringer Oberflächenspannung
(z. B. Ethanol) gemessen wird, welche in einer Schaumprobe einer
bekannten Masse und Abmessung auftritt. Eine detaillierte Beschreibung
eines solchen, Verfahrens zum Bestimmen des spezifischen Oberflächenbereichs
des Schaums mit Hilfe des kapillaren Saugverfahrens, welches hier
für die
Verwendung geeignet ist, wird ausgeführt in dem oben genannten US
Patent 5,147,345. Irgendein vernünftiges
alternatives Verfahren zum Bestimmen des spezifischen Oberflächenbereichs
für die
kapillare Ansaugung kann auch verwendet werden.
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Die superabsorbierenden Polymerschäume haben
hier vorzugsweise einen spezifischen Oberflächenbereich für die kapillare
Ansaugung von wenigstens etwa 0,1 m2/g,
ganz bevorzugt wenigstens etwa 0,5 m2/g, äußerst
bevorzugt wenigstens etwa 1 m2/g. Typischerweise
wird der spezifische Oberflächenbereich
für kapillare
Ansaugung im Bereich von etwa 0,1 bis etwa 5 m2/g
liegen. Die superabsorbierenden Schäume mit Werten für einen
spezifischen Oberflächenbereich
für die
kapillare Ansaugung können
einen besonders wünschenswerten
Ausgleich von kapillaren und osmotischen Absorptionskapazitäten und
-geschwindigkeiten für wäßrige Körperfluide,
wie Urin, besitzen.
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MECHANISCHE
MERKMALE
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Die superabsorbierenden polymeren
Schäume
besitzen vorzugsweise mechanische Eigenschaften, z. B. Flexibilität, Integrität, Weichheit
etc., welche solche Schäume
besonders geeignet machen für
die Verwendung in absorbierenden Artikeln, wie Einwegwindeln.
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Die superabsorbierenden Schäume der
vorliegenden Erfindung sind vorzugsweise flexibel, wenn sie für die Verwendung
in absorbierenden Artikeln gedacht sind. Mit "flexibel" ist gemeint,
daß das
Schaummaterial in einem oder als ein absorbierendes Element verwendet
werden kann, welches sich an die allgemeine Form und Kontur des
menschlichen Körpers
anpaßt.
Im Allgemeinen können
flexible Schäume
in dem notwendigen Ausmaß für die Verwendung
in solchen absorbierenden Artikeln verformt oder gebogen werden,
ohne ihre strukturelle Integrität
signifikant zu beschädigen
oder ihre Absorptionseigenschaften signifikant zu verlieren.
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Die superabsorbierenden Polymerschäume sind
hier vorzugsweise auch ausreichend flexibel, um Kompressions- und
Verformungskräften
zu widerstehen, welchen sie während
der Präparierung,
der Behandlung, der Verpackung, dem Versand und der Lagerung von
absorbierenden Artikeln, welche solche Schaummaterialien enthalten,
ausgesetzt sind. Einwegwindeln sind z. B. im Allgemeinen in einem
gefalteten Zustand verpackt und werden so vermarktet, wobei der
Windelkern sowohl in der Längs-
als auch in der Querrichtung gefaltet ist. Einwegwindeln werden
auch im Allgemeinen in Form von Stapeln gefalteter Windeln vermarktet, wobei
die Stapel durch ihre umgebende Verpackung gehalten und komprimiert
werden. Demgemäß können die
Kompressions- und Verformungskräfte,
welchen das superabsorbierende Polymer während der Behandlung und der
Vermarktung ausgesetzt sein kann, noch größer sein als solche, welche
auf die Schaummaterialien bei der Benutzung aufgebracht werden.
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Aufgrund der Natur der Behandlung,
welcher die hier vorliegenden superabsorbierenden polymeren Schäume allgemein
widerstehen müssen,
besitzen bevorzugte Schaummaterialien dieser Erfindung Flexibilitätseigenschaften,
welche quantifiziert werden können,
indem ihre Fähigkeit
bewertet wird, einem Biegevorgang zu widerstehen, ohne einen signifikanten
Schaden an ihrer strukturellen Integrität zu erleiden. In dem Abschnitt
Testverfahren ist ein Verfahren zum Bestimmen der Flexibilität der Schäume beschrieben,
indem bestimmt wird, ob und wie oft eine Schaum probe einer gegebenen
spezifizierten Größe um einen
zylindrischen Dorn mit einer spezifischen Geschwindigkeit ohne Bruch
herum gebogen werden kann. Besonders bevorzugte Schäume der
Erfindung sind solche, welche flexibel genug sind, daß sie bei
ihrem Einsatz als absorbierendes Mittel für Körperfluide, das (mit synthetischem
Urin) gesättigte
Schaummaterial bei 37°C
diesem Biegetest unterzogen werden kann, ohne zu brechen (das heißt, die
Schäume
zeigen einen Biegewert von wenigstens einem Zyklus). Ganz bevorzugt
können
die Schäume
wenigstens zweimal, äußerst bevorzugt
wenigstens fünfmal
gebogen werden, ohne zu brechen, wenn sie einen solchen Testverfahren
ausgesetzt werden.
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Die superabsorbierenden polymeren
Schäume
der vorliegenden Erfindung besitzen vorzugsweise die zusätzlichen
mechanischen Attribute der strukturellen Integrität bei der
Benutzung und Weichheit (das heißt, keine Irritation) gegenüber Berührung. Zum
Beispiel werden superabsorbierende Polymerschäume, die in solchen absorbierenden
Artikeln, wie Kinderwindeln, verwendet werden, häufig sowohl dynamischen als
auch statischen Kräften
ausgesetzt, wenn der Träger
geht, läuft,
krabbelt oder springt. Solche Kräfte
können
dazu neigen, Fragmente der Schaumstruktur abzuribbeln oder zu zerreißen. So
wäre es
vorteilhaft für
Schäume (insbesondere
für Schaumlagen),
welche in dieser Weise verwendet werden sollen, eine ausreichende
strukturelle Integrität
zu haben, um das Auftreten eines Zerreißen oder Fragmentierens des
Schaumes bei der Verwendung zu minimieren.
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Die superabsorbierenden Schäume können auch
in absorbierenden Artikeln in Konfigurationen verwendet werden,
in welchen die Oberfläche
des Schaummaterials in enge Nähe
mit der Haut des Trägers
kommen kann. Demgemäß wäre es sehr
wünschenswert
für die
Oberfläche
der hier vorliegenden superabsorbierenden Schäume, akzeptabel weich und berührungsfreundlich
zu sein.
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VERSCHIEDENE EIGENSCHAFTEN
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Für
die Verwendung als Fluid-Absorptionsmittel in absorbierenden Artikeln
besitzen die superabsorbierenden polymeren Schäume hier vorzugsweise relativ
geringe Anteile eines extrahierbaren polymeren Materials. Es wird
angenommen, daß das
polymere Material, das durch das Körperfluid extrahiert worden
ist, sobald das superabsorbierende polymere Material des Schaumes
ein Hydrogel bildet, sowohl die chemischen als auch die physikalischen
Eigenschaften des Körperfluids
in dem Maße
verändern
kann, daß das
Fluid langsamer absorbiert wird und durch den superabsorbierenden
polymeren Schaum, den der absorbierende Artikel enthält, schwächer gehalten
wird. Solche Effekte sind beschrieben in dem oben US Patent Re.
32, 649. Als Ergebnis kann ein Auslaugen des Polymers in das zu
absorbierende Körperfluid
zu einer weniger effizienten Nutzung des superabsorbierenden polymeren
Schaums in dem absorbierenden Artikeln und zu einem größeren Vorfall
einer unerwünschten
Leckage des Körperfluids
aus dem Artikel führen.
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Die extrahierbaren Polymeranteile
der superabsorbierenden Polymerschäume können hier bestimmt werden,
indem eine Probe des Schaums mit einer Lösung aus synthetischem Urin
für die
wesentlichen Zeitspanne (z. B. wenigstens 16 Stunden), welche benötigt wird,
um ein Extraktionsgleichgewicht zu erreichen, bestimmt werden, indem
dann das gequollene Schaummaterial von der oben stehenden Flüssigkeit
abgefiltert wird und indem schließlich dann der Polymergehalt
des Filtrats bestimmt wird. Ein solches Verfahren zum Bestimmen
des extrahierbaren Polymergehalts für auf Carboxyl- und Sulfonsäure basierenden,
superabsorbierenden Polymermaterialien, welche hier für die Verwendung
geeignet sind, ist beschrieben in dem oben genannten US Patent Re
32,649.
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Bevorzugte superabsorbierende Polymerschäume der
vorliegenden Erfindung besitzen zwei Typen von extrahierbaren Polymergehalt-Eigenschaften.
Es wird angenommen, daß sowohl
die gesamte Menge des extrahierbaren Polymers im Schaum als auch
die Geschwindigkeit, mit welcher ein solches extrahierbares Material
ausgelaugt wird, wichtig ist im Hinblick auf die Absorptionsleistung
des superabsorbierenden Polymerschaums. Demgemäß haben die hier vorliegenden
superabsorbie renden Polymerschäume
vorzugsweise einen anfänglichen
extrahierbaren Polymergehalt, das heißt, den Gehalt des extrahierbaren
Polymers, welcher nach einer Stunde in Berührung mit dem synthetischen
Urin entfernt wird, von nicht mehr als etwa 7,5 Gew.%, ganz bevorzugt
nicht mehr als etwa 5 Gew.% des Schaums. Zudem haben die Schäume vorzugsweise
auch einen extrahierbaren Gleichgewichts-Polymergehalt, das heißt, den
Gleichgewichtsanteil des extrahierbaren Polymers, der z. B. nach
16 Stunden in Berührung
mit synthetischem Urin entfernt wird, von nicht mehr als etwa 17
Gew.%, ganz bevorzugt nicht mehr als etwa 10 Gew.% der Schaumprobe.
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Zudem zeigen bevorzugte superabsorbierende
Polymerschäume
der vorliegenden Erfindung eine besondere Beziehung zwischen der
Absorptionskapazität
und dem extrahierbaren Gleichgewichts-Polymergehalt, wie dies beschrieben
ist in dem oben genannten US Patent Re. 32,649. Solche bevorzugten
Schäume können in Überein-stimmung mit allgemeinen
Lehren aus US Patent Re. 32,649 präpariert werden, welche für solche
polymeren Materialien pertinent sind. Zum Beispiel kann der extrahierbare
Polymergehalt durch eine gesteuerte, minimale Verwendung eines Initiators
(wenn dieser verwendet wird) und/oder die Verwendung von relativ
niedrigen Temperaturen für
die Reaktion des Monomers und/oder des internen Vernetzungsmittels
(z. B. von etwa 20°C
bis etwa 80°C)
gesteuert werden.
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ANWENDUNGEN
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Die superabsorbierenden Polymerschäume können viele
Zwecke in vielen Anwendungsgebieten verwendet werden, wie dies in
der Schaumtechnik bekannt ist. Die Schäume sind besonders geeignet
für die
Verwendung bei Anwendungen, bei welchen es wünschenswert ist, Fluide zu
absorbieren und/oder zurück
zu halten, z. B. in absorbierenden Artikeln; Papiertissue (einschließlich Handtücher); Verpackungsbehälter; Tablettenausgabeeinrichtungen;
wundreinigende Einrichtungen; Behandlungseinrichtungen für Verbrennungen;
Innenaustausch-Säulenmaterialien;
Konstruktionsmaterialien; landwirtschaftliche und gärtnerische
Materialien, wie Saat bahnen oder wasserrückhaltende Materialien; und
industrielle Verwendungen, wie Schlamm- oder Ölentwässerungsmittel, Materialien
für die
Verhinderung von Taubildung, Trocknungsmittel und Feuchtigkeits-Regulierungsmaterialien.
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Wegen der einzigartigen Absorptionseigenschaften
des Schaums ist der superabsorbierende Polymerschaum besonders geeignet
für die
Verwendung als absorbierendes Kernmaterial in absorbierenden Artikeln,
insbesondere absorbierenden Einwegartikeln. Wie hier verwendet,
bezieht sich der Ausdruck "absorbierende Artikel" auf Vorrichtungen,
welche Körperausscheidungen
absorbieren und aufnehmen, und bezieht sich insbesondere auf Vorrichtungen,
welche an oder in der Nähe
des Körpers
des Trägers
angeordnet sind, um die verschiedenen Ausscheidungen, die vom Körper abgegeben
werden, zu absorbieren und aufzunehmen.
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Der Ausdruck "Einweg" wird hier verwendet,
um absorbierende Artikel zu beschreiben, welche nicht dazu gedacht
sind, gewaschen oder in anderer Weise wieder hergestellt oder als
absorbierende Artikel wieder verwendet zu werden (das heißt, sie
sind dazu gedacht, nach einer einmaligen Verwendung weg geworfen
zu werden und vorzugsweise wieder aufbereitet, kompostiert oder
in anderer, umweltverträglichen
Art deponiert zu werden). Ein "einheitlicher" absorbierender Artikel
bezieht sich auf absorbierende Artikel, welche aus separaten Teilen
gebildet werden, die miteinander zu einer Einheit verbunden sind,
um eine koordinierte Gesamtheit zu bilden, so daß sie keine separat zu manipulierenden
Teile, wie separate Halter und Einlagen, erfordern. Eine bevorzugte
Ausführungsform
eines absorbierenden Artikels der vorliegenden Erfindung ist der
einheitliche absorbierende Einwegartikel, die Windel 20,
die in 3 gezeigt ist.
Wie hier verwendet, bezieht sich der Ausdruck "Windel" auf einen
im Wesentlichen von Kindern und inkontinenten Personen getragenen
absorbierenden Artikel, der um den unteren Rumpf des Trägers herum
getragen wird. Es sei jedoch so verstanden, daß die vorliegende Erfindung
auch anwendbar ist auf andere absorbierende Artikel, wie Inkontinenzeinlagen,
Inkontinenzunterwäsche,
Windelhalter und -einlagen, Frauen-Hygienewäsche, Damenbinden, Höscheneinlagen und
dergleichen.
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3 ist
eine Draufsicht der Windel 20 der vorliegenden Erfindung in ihrem
flach ausgelegten, nicht zusammen gezogenen Zustand (mit entfernter,
elastisch induzierter Kontraktion), wobei Bereiche der Struktur weg
geschnitten sind, um den Aufbau der Windel 20 deutlicher zu zeigen,
und wobei der Bereich der Windel 20, welcher dem Träger zugewandt
ist, die äußere Oberfläche 52,
zum Betrachter hin ausgerichtet ist. Wie in 3 gezeigt ist, umfaßt die Windel 20 vorzugsweise
eine flüssigkeitsdurchlässige Oberschicht 24;
eine flüssigkeitsundurchlässige Unterschicht 26,
die mit der Oberschicht 24 verbunden ist; einen absorbierenden
Kern 28 (mit einer wäscheseitigen
Oberfläche 100,
einer körperseitigen
Oberfläche 102,
Seitenrändern 82 und
Taillenrändern 83),
der zwischen der Oberschicht 24 und der Unterschicht 26 positioniert
ist; elastisch gemachte Seitenfelder 30; elastisch gemachte
Beinaufschläge
32; elastische Taillenmerkmale 34; und ein Befestigungssystem 36.
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Die Windel 20 ist in 3 so gezeigt, daß sie eine äußere Oberfläche 52, eine innere
Oberfläche 54 gegenüber der äußeren Oberfläche 52,
eine erste Taillenregion 56, eine zweite Taillenregion 58,
gegenüber der
ersten Taillenregion 56, und einen Umfang 60 aufweist,
welcher durch die äußeren Ränder der
Windel 20 begrenzt ist, in welchem die Längsränder mit 62 bezeichnet sind
und die Stirnränder
mit 64 bezeichnet sind. (Obwohl der Fachmann erkennen wird, daß eine Windel
gewöhnlich
im Hinblick auf ein Paar Taillenregionen und eine Schrittregion
zwischen den Taillenregionen beschrieben wird, wird in dieser Anmeldung
aus Gründen der
Vereinfachung der Terminologie die Windel 20 so beschrieben,
daß sie
nur Taillenregionen aufweist, wobei jede der Taillenregionen einen
Bereich der Windel umfaßt,
welcher typischerweise als Teil der Schrittregion bezeichnet wird).
Die innere Oberfläche 54 der
Windel 20 umfaßt
den Bereich der Windel 20, welcher während der Benutzung angrenzend
an den Körper
des Trägers
positioniert ist (das heißt,
die innere Oberfläche 54 wird im
Allgemeinen durch wenigstens einen Bereich der Oberschicht 24 und
weiteren Komponenten gebildet, die mit der Oberschicht 24 verbunden
sind). Die äußere Oberfläche 52 umfaßt den Bereich
der Windel 20, wel cher von dem Körper des Trägers weg positioniert ist (das
heißt,
die äußere Oberfläche 52 wird
durch wenigstens einen Bereich der Unterschicht 26 und
weitere Komponenten gebildet, die mit der Unterschicht 26 verbunden sind).
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3 zeigt
eine bevorzugte Ausführungsform
der Windel 20, in welcher die Oberschicht 24 und die Unterschicht 26 Längen- und
Breitenabmessungen haben, die im Wesentlichen größer sind als diejenigen des absorbierenden
Kerns 28. Die Oberschicht 24 und die Unterschicht 26 erstrecken
sich über
die Ränder
des absorbierenden Kerns hinaus, um dadurch den Umfang 60 der
Windel 20 zu bilden. Obwohl die Oberschicht 24, die Unterschicht 26 und
der absorbierende Kern 28 in einer Vielfalt von allgemein
bekannten Konfigurationen zusammen gebaut sein können, sind bevorzugte Windelkonfigurationen
allgemein beschrieben in US Patent 3,860, 003 unter der Bezeichnung
"Contractable Side Portions for Disposable Diaper", veröffentlicht
für Kenneth
B. Buell am 14. Januar 1975; und US Patent 5,151,092 "Absorbent
Article With Dynamic Elastic Waiste Feature Having A Predisposed
Resilient Flexural Hinge", veröffentlicht
für Kenneth
B. Buell et al. am 29. September 1992. Alternativ sind bevorzugte
Konfigurationen für
Einwegwindeln hier auch offenbart in US Patent 4,808,178 unter der
Bezeichnung "Disposable Absorbent Article Having Elasticized Flaps
Provided With Leckage Resistant Portions", veröffentlicht für Mohammed
I. Aziz und Ted L. Blaney am 28. Februar 1989; US Patent 4,695,278
unter der Bezeichnung "Absorbent Article Having Dual Cuffs", veröffentlicht
für Michael
I. Lawson am 22. September 1987; und US Patent 4,816,025 unter der
Bezeichnung "Absorbent Article Having A Containment Pocket", veröffentlicht
für John
H. Forman am 28. März
1989.
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Die Oberschicht 24 ist angrenzend
an die körperseitige
Oberfläche 102 des
absorbierenden Kerns 28 positioniert. Die Oberschicht 24 ist
nachgiebig, weichfühlig
und nicht störend
für die
Haut des Trägers.
Ferner ist die Oberschicht flüssigkeitsdurchlässig und
erlaubt Flüssigkeiten
(z. B. Urin) ohne Weiteres durch Ihre Dicke hindurch zu dringen.
Eine geeignete Oberschicht kann hergestellt werden aus einem breiten
Bereich von Materialien, wie porösen
Schäumen;
retikulierten Schäumen; mit Öffnungen
versehenen Kunststofffilmen; oder Gewebe- oder Vliesstoffbahnen
aus natürlichen
Fasern (z. B. Holz- oder Baumwollfasern), synthetischen Fasern (z.
B. Polyester- oder Polypropylenfasern) oder eine Kombination aus
natürlichen
und synthetischen Fasern. Es gibt eine Anzahl von Herstellungstechniken,
welche verwendet werden können,
um die Oberschicht 24 herzustellen. Zum Beispiel kann die
Oberschicht 24 eine Vliesstoffbahn aus Fasern sein, wobei
die Bahn spunbonded, kardiert, naß gelegt, schmelzgeblasen,
hydroverheddert, in Kombinationen des Vorstehenden oder dergleichen
vorliegen kann. Eine bevorzugte Oberschicht ist kardiert und thermisch
gebunden mit Mitteln, die den Fachleuten der Textiltechnik bekannt
sind. Eine bevorzugte Oberschicht umfaßt eine Bahn aus stapellangen
Polypropylenfasern, ie sie hergestellt werden von Veratec, Inc.,
einer Division der International Paper Company aus Walpole, Massachussetts,
unter der Bezeichnung P-8.
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Die Oberschicht 24 kann
mit dem absorbierenden Kern 28 und mit der Unterschicht 26 durch
Anbringungsmittel (nichtgezeigt) verbunden sein, wie sie den Fachleuten
bekannt sind. Geeignete Anbringungsmittel werden hier mit Bezug
auf das Verbinden der Unterschicht 26 mit dem absorbierenden
Kern 28 beschrieben. Wie hier verwendet, umfaßt der Ausdruck
"verbunden" Konfigurationen, durch welche ein Element direkt an dem
anderen Element befestigt ist, indem das Element direkt an dem anderen
Element festgelegt wird, und Konfigurationen, durch welche das Element
indirekt an dem Element befestigt ist, indem das Element an ein oder
mehrere Zwischenelement festgelegt ist, welche wiederum an dem anderen
Element festgelegt sind. In einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung sind die Oberschicht 24 und
die Unterschicht 26 direkt miteinander im Windelumfang 60 verbunden
und sind indirekt miteinander durch ein direktes Verbinden derselben
mit dem absorbierenden Kern 28 verbunden. Die Oberschicht 24 oder
die Unterschicht 26 können
mit dem absorbierenden Kern direkt verbunden sein, welcher den superabsorbierenden
Schaum aufweist, indem der Schaum auf dem Oberschichtmaterial oder
dem Unterschichtmaterial ausgebildet wird. Alternativ können, wenn
z. B. der absorbierende Kern 28 ein freies superabsorbierendes
Schaumblatt oder eine Schaum tragende Struktur ist (z. B. ein Papiertissue
mit dem superabsorbierenden Schaum), die Oberschicht und die Unterschicht
mit dem Kern durch ein Anbringungsmittel verbunden sein, wie dies
im Stand der Technik bekannt ist.
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Die Unterschicht 26 ist
angrenzend an die wäscheseitige
Oberfläche 100 des
absorbierenden Kerns 28 positioniert. Die Unterschicht 26 kann
mit dem absorbierenden Kern 28 durch Ausbilden des Schaums
auf dem Unterschichtmaterial verbunden sein, oder z. B., wenn ein
freies superabsorbierendes Polymerschaumblatt oder eine andere Schaum
tragende Struktur als absorbierender Kern 28 verwendet
wird, durch Anbringungsmittel (nicht gezeigt), wie sie im Stand
der Technik allgemein bekannt ist. Zum Beispiel kann die Unterschicht 26 mit
dem absorbierenden Kern 28 durch eine gleichförmige kontinuierliche
Schicht eines Haftmittels, eine gemusterte Schicht eines Haftmittels
oder eine Anordnung von separaten Linien, Spiralen oder Punkten eines
Haftmittels verbunden sein. Haftmittel, welche sich als zufriedenstellend
heraus gestellt haben, werden hergestellt durch H. B. Fuller Company
aus St. Paul, Minnesota, und vermarktet als HL-1258 oder H-2031.
Das Anbringungsmittel umfaßt
vorzugsweise eine offenes Musternetzwerk aus Filamenten eines Haftmittels,
wie dies offenbart ist in US Patent 4,573,986 unter der Bezeichnung
"Disposable Waiste-Containment Garment", veröffentlicht für Minetola
et al. am 04. März
1986, ganz bevorzugt in mehreren Linien von Haftmittelfilamenten, die
in einem Spiralmuster verwirbelt sind, wie dies dargestellt ist
durch die Vorrichtung und die Verfahren, die gezeigt sind in US
Patent 3,911,173, veröffentlicht
für Sprague,
r. am 07. Oktober 1975; US Patent 4,785,996, veröffentlicht für Ziecker
et al. am 22. November 1978 und US Patent 4,842,666, veröffentlicht
für Werenicz am
27. Juni 1989. Alternativ können
Abringungsmittel Wärmebindungen,
Druckbindungen, Ultraschallbindungen, dynamisch mechanische Bindungen
oder irgendein anderes Anbringungsmittel oder Kombinationen dieser
Anbringungsmittel umfassen, wie dies im Stand der Technik bekannt
ist.
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Die Unterschicht ist undurchlässig für Flüssigkeiten
(z. B. Urin) und wird vorzugsweise hergestellt aus einem dünnen Kunststofffilm,
obwohl andere flexible, flüssig keitsundurchlässige Materialien
auch verwendet werden können.
Wie hier verwendet, bezieht sieh der Ausdruck "flexibel" auf Materialien,
welche nachgiebig sind und sich ohne weiteres an die allgemeine
Form und Kontur des menschlichen Körpers anpassen. Die Unterschicht 26 verhindert,
daß Ausscheidungen,
die in den absorbierenden Kern 28 absorbiert und aufgenommen
sind, Artikel benässen,
welche die Windel 20 berühren,
wie Bettlaken und Unterwäsche.
Die Unterschicht 26 kann somit ein Gewebe- oder Vliesmaterial,
polymere Filme, wie thermoplastische Filme aus Polyethylen oder
Polypropylen, oder Verbundmaterialien, wie ein filmbeschichtetes
Vliesstoffmaterial umfassen. Vorzugsweise ist die Unterschicht ein
thermoplastischer Film mit einer Dicke von etwa 0,012 mm (0,5 mil)
bis etwa 0,051 mm (2,0 mil) besonders bevorzugte Materialien für die Unterschicht
umfassen, RR8220 geblasene Filme und RR5475 gegossene Filme, wie
sie hergestellt werden von Tredegar Industries, Inc. aus Terre Haute,
IN. Die Unterschicht 26 ist vorzugsweise geprägt und/oder
mattiert, um ein mehr kleidungsähnliches
Erscheinungsbild zu schaffen. Ferner kann die Unterschicht 26 Dämpfen erlauben,
aus dem absorbierenden Kern 28 zu entweichen (das heißt, atmungsfähig sein),
obwohl die nach wie vor verhindert, daß Ausscheidungen durch die
Unterschicht 26 hindurch gelangen.
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Der absorbierende Kern 28 ist
zwischen der Oberschicht 24 und der Unterschicht 26 positioniert.
Der absorbierende Kern 28 ist im allgemeinen komprimierbar,
verformbar, nicht störend
für die
Haut des Trägers und
in der Lage, Flüssigkeiten,
wie Urin und andere bestimmte Körperausscheidungen,
zu absorbieren und zurück
zu halten. Wie in 3 gezeigt
ist, hat der absorbierende Kern 28 eine wäscheseitige
Oberfläche 100, eine
körperseitige
Oberfläche 102,
Seitenränder 82 und
Taillenränder 83.
Der absorbierende Kern 28 kann in einer breiten Vielfalt
von Größen und
Formen hergestellt sein (z. B. rechtwinklig, sanduhrförmig, "T"-förmig, asymmetrisch
etc.). Wie in 3 gezeigt
ist, hat der absorbierende Kern vorzugsweise eine modifizierte T-Form.
Der absorbierende Kern kann ein oder mehrere Schichten von absorbierenden
Materialien und eine breite Vielfalt von flüssigkeitsabsorbierenden Materialien
umfassen, die allgemein in Einwegwindeln und anderen absorbierenden
Artikeln verwendet werden. Die gesamten Absorptionskapazität des ab sorbierenden Kerns 28 sollte
jedoch mit der geplanten Fracht und der gedachten Verwendung der
Windel 20 kompatibel sein. Ferner kann die Größe und die Absorptionskapazität des absorbierenden
Kerns 28 variiert werden, um Träger im Bereich von Kindern
bis Erwachsenen aufzunehmen.
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Der absorbierende Kern 28 umfaßt den superabsorbierenden
Polymerschaum der vorliegenden Erfindung. Der superabsorbierende
Polymerschaum kann in den absorbierenden Kern 28 in einer
der hier beschriebenen Formen eingebaut sein (z. B. teilchenförmig, blattförmig, oder
verbunden mit einem Substrat), und zwar entsprechend irgendeines
herkömmlichen
Verfahrens. Für
den superabsorbierenden Schaum in Teilchenform kann der Schaum in
der Windel in der gleichen Weise eingebaut sein, wie herkömmliche,
teilchenförmige
superabsorbierende oder absorbierende Geliermaterialien. Alternativ
kann eine freie Schaumlage, auf eine gewünschte Größe geschnitten oder geformt,
als absorbierender Kern 28 oder als ein oder mehrere Schichten des
absorbierenden Kerns eingebaut sein. In noch einer weiteren Ausführungsform
ist der superabsorbierende Schaum so eingebaut, daß er auf
ein oder mehreren der Windelkomponenten ausgebildet ist (das heißt, der Oberschicht 24,
einem weiteren absorbierenden Kernmaterial, wie einer Schicht aus
Tis- suepapier, oder der Unterschicht 26), wobei die Windelkomponente
als ein dauerhaftes Substrat (Träger)
dient. In einer bevorzugten Ausführungsform
ist der superabsorbierende Polymerschaum auf einem absorbierenden
Träger
ausgebildet, ganz bevorzugt auf einem Träger, der schnelle Saugeigenschaften
bereit stellt, wie ein Tissuepapier, derart, daß das zusammen gesetzte absorbierende
Material als absorbierender Kern wirkt.
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Die absorbierenden Kerne der vorliegenden
Erfindung können
nur aus einer oder mehreren (einer Vielzahl von) Schichten des superabsorbierenden
Polyschaums oder Schaum tragenden Trägers der vorliegenden Erfindung
bestehen; können
eine Kombination von Schichten umfassen, welche die Schäume oder Schaum
tragenden Träger
enthalten; oder aus irgendeiner anderen absorbierenden Kernkonfiguration,
einschließlich
ein oder mehrere der Schäume
oder Schaum tragenden Träger.
So kann der absorbierende Kern auch herkömmliche absorbierende Kernmaterialien
umfassen. Beispiele weiterer geeigneter absorbierender Materialien
sind gekreppte Zellulosewatte; schmelzgeblasene Polymere, einschließlich Coform;
chemisch versteifte, modifizierte oder vernetzte Zellulosefasern;
Tissue, einschließlich
Tissuehüllen
und Tissuelaminate; herkömmliche
absorbierende Schäume;
absorbierende Schwämme;
herkömmliche
superabsorbierende Polymere und absorbierende Geliermaterialien
(z. B. teilchenförmige,
einschließlich
faserige Polymere oder Materialien); oder irgendein äquivalentes
Material oder Kombinationen von Materialien.
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Der absorbierende Kern umfaßt vorzugsweise
eine Trägerbahn
aus Fasermaterial und dem superabsorbierenden Polymerschaum der
vorliegenden Erfindung. Solche Kerne können durch irgendein Verfahren oder
irgendeine Technik präpariert
werden, welche eine faserige Trägerbahn
und den Schaum liefert. In einer bevorzugten Ausführungsform
wird der absorbierende Kern durch Luftlegung eines im Wesentlichen
trockenen Gemisches von Fasern, eine Verdichtung der resultierten
Bahn, falls dies erwünscht
oder notwendig ist, und einer dann folgenden Ausbildung des superabsorbierenden
Schaums auf der Bahn bildet. Die luftgelegte Bahn wird vorzugsweise
im Wesentlichen ungebundene Fasern umfassen und wird vorzugsweise
einen Feuchtigkeitsgehalt von 10% oder weniger haben. Der Schaum
kann durch Drucken der stabilisierten Dispersion auf die Bahn, wie
dies gewünscht
ist, und dann durch Expandieren und in Reaktion Bringen der Dispersion
geformt werden, um so den superabsorbierenden Schaum auf der Bahn
auszubilden. Der Schaum kann auf der Bahn in speziellen Bereichen
der Bahn und/oder in einem Muster vorhanden sein, um so Absorptionseigenschaften zu
verleihen, die für
die gedachte Verwendung der Windel 20 ausgelegt sind. Zum
Beispiel kann die Bahn mit dem darauf ausgebildeten Schaum entsprechend
der Absorptionsanforderungen für
männliche
und weibliche Träger
ausgebildet sein. Die Bahn mit dem darauf ausgebildeten superabsorbierenden
Schaum kann dann in die Windel 20 durch irgendein herkömmliches
Verfahren eingebaut werden.
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Verschiedene Typen von Fasermaterialien
können
in der Trägerbahn
verwendet werden. Irgendein Typ von Fasermaterial, welches für die Verwendung
in herkömmlichen
absorbierenden Produkten geeignet ist, ist auch für die Verwendung
in der Trägerbahn
geeignet. Spezifische Beispiele für solche Fasermaterialien umfassen
Zellulosefasern, modifizierte Zellulosefasern, Rayon, Polypropylen-
und Polyesterfasern, wie Polyethylenterephthalat (DACRONTM), hydrophiles Nylon (HYDROFILTM)
und dergleichen. Weitere Fasermaterialien umfassen Zelluloseacetat,
Polyvinylacetat, Polyamide (wie Nylon), Bikomponentfasern, Trikomponentfasern, Mischungen
davon und dergleichen. Hydrophile Fasermaterialien werden bevorzugt.
Beispiele geeigneter hydrophiler Fasermaterialien zusätzlich zu
einigen bereits erwähnten
sind hydrophylisierte hydrophobe Fasern, wie mit einem grenzflächenaktiven
Stoff behandelte oder mit Silica behandelte thermoplastische Fasern,
z. B. abgeleitet von Polyolefinen, Polyethylen oder Polypropylen,
Polyacryle, Polyamide, Polystyrole, Polyurethane und dergleichen.
Tatsächlich
sind hydrophylisierte hydrophobe Fasern, welche an und für sich nicht
sehr absorbierend sind und welche deshalb keine Bahnen mit ausreichender
Absorptionskapazität
liefern, um in herkömmlichen
Absorptionsprodukten nützlich
zu sein, geeignet für
die Verwendung in den absorbierenden Elementen der vorliegenden
Erfindung, und zwar aufgrund ihrer guten Saugeigenschaften. Dies
ist deshalb der Fall, weil in den hier vorliegenden Strukturen die
Saugfähigkeit
der, Fasern genauso wichtig, falls nicht wichtiger ist als die Absorptionskapazität des Fasermaterials
selbst, aufgrund der hohen Fluidaufnahmegeschwindigkeit der superabsorbierenden
Polymerschäume
der vorliegenden Erfindung, welche in dem Kern enthalten sind. Hydrophobe
synthetische Fasern können
auch verwendet werden, sind aber weniger bevorzugt.
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Aus Gründen der Verfügbarkeit
und Kosten werden Zellulosefasern im Allgemeinen für die Verwendung
hier als das hydrophile Fasermaterial des absorbierenden Kerns bevorzugt.
Am meisten bevorzugt sind Holzzellstofffasern, welche auch als Luftfilz
bezeichnet werden.
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Weitere Zellulosefasermaterialien,
welche in bestimmten absorbierenden Kernen nützlich sein können; sind
chemisch versteifte Zellulosefasern. Bevorzugte chemisch versteifte
Zellulosefasern sind versteifte, verdrehte, gekräuselte Zellulosefasern, welche
durch intern vernetzende Zellulosefasern mit einem Vernetzungsmittel
hergestellt werden können.
Typen von versteiften, verdrehten, gekräuselten Zellulosefasern, die als
das hydrophile Fasermaterial der hier vorliegenden absorbierenden
Kerne nützlich
sind, sind in größerem Detail
beschrieben in US Patent 4,822,453 unter der Bezeichnung "Absorbent
Structure Containing Individualized, Crosslinked Fibers Having Reduced
Residuals And Fibers Thereof", veröffentlicht für Herron
et al. am 26. Dezember 1989; US Patent 4,889,597 unter der Bezeichnung
"Process For Making Wet-Laid Structures Containing Individualized
Stiffened Fibers", veröffentlicht
für Bourbon
et al. am 26. Dezember 1989 und US Patent 4,898,642 unter der Bezeichnung
"Twisted, Chemically Stiffened Cellulosic Fibers And Absorbent Structures
Made Therefrom", veröffentlicht
für Moore
et al. am 06. Februar 1990.
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Die relative Menge von Fasermaterial
und superabsorbierendem Polymerschaum in der resultierenden Bahn
kann am bequemsten mit einem prozentualen Gewichtsanteil des absorbierenden
Kerns ausgedrückt
werden. Die absorbierenden Kerne enthalten vorzugsweise von etwa
2 bis etwa 98 Gew.%, ganz bevorzugt von etwa 5 Gew.% bis etwa 75
Gew.% und äußerst bevorzugt
von etwa 10 Gew.% bis etwa 60 Gew.% des absorbierenden Kerns des
superabsorbierenden Polymerschaums. Diese Konzentration des Schaums kann
ausgedrückt
werden in einem Gewichtsverhältnis
von Faser zu Schaum. Dieses Verhältnis
im Bereich 98 : 2 bis etwa 2 : 98 liegen. Für die meisten absorbierenden
Kerne liegt das optimale Faser-zu-Schaum-Gewichtsverhältnis im Bereich von etwa 95
: 5 bis etwa 25 : 75, ganz bevorzugt von etwa 90 : 10 bis etwa 40
: 60.
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In einer alternativen Ausführungsform
umfaßt
die Windel 20 einen zweischichtigen absorbierenden Kern mit einem
absorbierenden Element und einem Blatt des superabsorbierenden Polymerschaums
der vorliegenden Erfindung. Typischerweise ist das Schaumblatt unter
dem absorbierenden Element positioniert (das heißt, zwischen dem absorbierenden
Element und der Unterschicht 26).
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Das absorbierende Element dient dazu,
ausgeschiedene Flüssigkeiten
schnell zu sammeln und zeitweise zu halten und solche Flüssigkeiten
durch Wegsaugen derselben vom Punkt des anfänglichen Kontakts zu anderen
Teilen des absorbierenden Elements und des Schaumblattes zu transportieren.
Das absorbierende Element umfaßt
vorzugsweise eine Bahn oder eine Masse aus Fasermaterialien. Verschiedene
Typen von Fasermaterial können
in dem absorbierenden Element verwendet werden, wie die vorher hier
beschriebenen Fasermaterialien. Zellulosefasern werden allgemein
für die
Verwendung hier bevorzugt, wobei Holzzellstofffasern besonders bevorzugt
sind. Das absorbierende Element kann auch spezifische Mengen einer
teilchenförmigen, absorbierenden,
polymeren Zusammensetzung enthalten. Das absorbierende Element kann
z. B. bis zu etwa 50% seines Gewichts von der polymeren Zusammensetzung
enthalten. In den am meisten bevorzugten Ausführungsformen enthält das absorbierende
Element von 0% bis etwa 8% seines Gewichts von einer teilchenförmigen,
absorbierenden polymeren Zusammensetzung. In alternativen bevorzugten
Ausführungsformen
umfaßt
das absorbierende Element chemisch versteifte Zellulosefasern, wie
dies vorher beschrieben wurde. Beispielhafte Ausführungsformen
des absorbierenden Elements, das in der vorliegenden Erfindung nützlich ist, sind
beschrieben in US Patent 4,673,402 unter der Bezeichnung "Absorbent
Article With Dual-Layered Cores", veröffentlicht für Paul T.
Weisman et al. am 16. Juni 1987; und US Patent 4,834,735 unter der
Bezeichnung "High Density Absorbent Members Having Lower Density
and Lower Basis Weight Acquisition Zones", veröffentlicht für Miguel
Alemany et al. am 30. Mai 1989. Absorbierende Element mit einer
Speicherzone und einer Annahmezone mit einer geringeren mittleren
Dichte und einem geringeren mittleren Basisgewicht pro Einheitsfläche als
die Speicherzone, so daß die
Annahmezone wirksam und effizient schnell ausgeschiedene Flüssigkeiten
annehmen kann, sind hier für
die Verwendung besonders bevorzugt.
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Das absorbierende Element kann von
irgendeiner gewünschten
Form sein, z. B. rechtwinklig, oval, länglich, asymmetrisch oder sanduhrförmig. Die
Form des absorbierenden Elements kann die allgemeine Form der resultierenden
Windel 20 begrenzen.
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Das Schaumblatt der vorliegenden
Erfindung muß nicht
die gleiche Größe haben
wie das absorbierende Element und kann tatsächlich eine oberseitige Oberfläche haben,
welche wesentlich kleiner oder größer ist als der obere Oberflächenbereich
des absorbierenden Elements. Die Schaumlage kann kleiner sein als
das absorbierende Element, z. B. mit einem oberen Oberflächenbereich
von dem etwa 0,10 bis etwa 1,0-fachen des absorbierenden Elements.
Ganz bevorzugt wird der obere Oberflächenbereich der Schaumlage
nur von etwa dem 0,10 bis etwa 0,75-fachen und äußerst bevorzugt wird der obere
Oberflächenbereich
des Schaumblattes nur von etwa dem 0,10 bis etwa 0,5-fachen des
absorbierenden Elements betragen. Al-ternativ ist das absorbierende Element
kleiner als die Schaumlage und hat einen oberen Oberflächenbereich
von etwa dem 0,25 bis etwa 1,0-fachen, ganz bevorzugt von etwa dem
0,3 bis etwa 0,95-fachen der Schaumlage. In dieser alternativen
Ausführungsform
umfaßt
das absorbierende Element vorzugsweise chemisch versteifte Zellulosefasern.
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Die Schaumlage wird vorzugsweise
in einer spezifischen Positionsbeziehung im Hinblick auf die Unterschicht
und/oder das absorbierende Element in der Windel angeordnet. Ganz
bevorzugt wird die Schaumlage im Allgemeinen zu der Vorderseite
der Windel hin positioniert, so daß die Schaumlage am wirksamsten zur
Annahme und zum Halten ausgeschiedener Flüssigkeiten angeordnet ist.
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In alternativen bevorzugten Ausführungsformen
können
eine Vielzahl von Schaumlagen, vorzugsweise von etwa zwei bis etwa
sechs Schaumstreifen oder – lagen
verwendet werden. Ferner können
zusätzliche absorbierende
Schichten, Elemente oder Strukturen in dem absorbierenden Kern angeordnet
sein. Zum Beispiel kann ein zusätzliches
absorbierendes Element zwischen der Schaumlage und der Unterschicht
positioniert sein, um eine Kapazität für den absorbierenden Kern und/oder
eine Schicht zu reservieren, um Flüssigkeiten zu verteilen, die
durch die Schaumlage zu anderen Bereichen des absorbierenden Kerns
oder zu der Schaumlage hindurch gehen. Die Schaumlage kann auch
alternativ so über
dem absorbierenden Element positioniert sein, daß sie zwischen der Oberschicht
und dem absorbierenden Element positioniert ist.
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In einer alternativen Ausführungsform
der absorbierenden Kerne der vorliegenden Erfindung umfaßt der absorbierende
Kern ein Laminat (einen geschichteten absorbierenden Kern), der
wenigstens eine, und optional zwei oder mehr, Schichten von superabsorbierenden
polymeren Schaumteilchen der vorliegenden Erfindung enthält. Die
Laminate umfassen vorzugsweise Schichten oder Bahnen von faserigen
Materialien, wie vorstehend beschrieben wurde, vorzugsweise eine
Lage eines absorbierenden Materials, wie ein Tissuepapier. Solche
geschichteten absorbierenden Strukturen sind vollständiger beschrieben
in US Patent 4,578,068 unter der Bezeichnung "Absorbent Laminate
Structure", veröffentlicht
für Timothy
A. Kramer et al. am 25. März
1985. Zusätzliche
Verfahren und Vorrichtungen zum Herstellen solcher Laminate sind
beschrieben in US Patent 4,551,191 unter der Bezeichnung "Method
for Uniformly Distributing Discrete Particles On A Moving Porous Web",
veröffentlicht
für Ronald
W. Kock et al. am 05. November 1985.
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Die relative Menge von Fasermaterial
und teilchenförmigem
superabsorbierenden Polymerschaum kann die gleiche sein, wie dies
vorstehend im Hinblick auf einer Trägerbahn ausgebildeten Schaum
beschrieben wurde. Zudem können
die Schaumteilchen in verschiedenen Gewichtsverhältnissen in den ganzen unterschiedlichen
Regionen und Dicken des absorbierenden Kerns dispergiert sein. Zum
Beispiel kann das Gemisch aus dem Fasermaterial und den Schaumteilchen
nur in bestimmten Bereichen des absorbierenden Kerns abgeschieden
sein. Vorzugsweise enthält
der absorbierende Kern ein gleichförmig verteiltes Gemisch aus
hydrophilem Fasermaterial und der Schaumteilchen. Die Schaumteilchen
können
im Wesentlichen gleichförmig
dispergiert sein (durch und durch dispergiert), und zwar in dem
gesamten absorbierenden Kern, wie dies offenbart ist in US Patent
4,610,678 unter der Bezeichnung "High-Density Absorbent Structures",
veröffentlicht
für Weisman
et al. am 09. September 1986. Die Schaumteilchen können alternativ
in Regionen oder Zonen verteilt sein, welche höhere Konzentrationen des Schaums
haben als andere Regionen oder Zonen. Zum Beispiel offenbart US
Patent 4,699,823, veröffentlicht
für Kellenberger
et al. am 13. Oktober 1987 ein absorbierendes Element mit einer
teilchenförmigen,
absorbierenden, polymeren Zusammensetzung, die in einem positiven
Gradienten über
wenigstens einen Bereich der Dicke des absorbierenden Elements verteilt
ist. Vorzugsweise hat der Konzentrationsgradient entlang der Dickenabmessung
die geringste Konzentration an oder nahe der Oberfläche des
absor-bierenden
Elements, welches die Flüssigkeiten
empfängt
(das heißt,
an der oberen Oberfläche)
und die höchste
Konzentration an oder nahe der unteren Oberfläche des absorbierenden Elements.
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Eine alternative Ausführungsform
der geschichteten absorbierenden Kerne der vorliegenden Erfindung
ist ein Beutel, das den teilchenförmigen superabsorbierenden
Polymerschaum enthält.
Der Beutel ist ein geschichteter absorbierender Kern; wie dies oben
beschrieben wurde, in welchem die Anzahl faseriger Bahnen gleich
Zwei ist. Die faserigen Bahnen sind miteinander um ihren Umfang
herum verbunden, um so eine große
Tasche in der Mitte des Beutels zu bilden. Die Schaumteilchen sind
zwischen den faserigen Bahnen in der Tasche eingeschlossen. So ist
der Beutel einem Teebeutel dahin gehend ähnlich, daß die Schaumteilen in dem Beutel
frei quellen und absorbiert werden können. Die faserigen Bahnen
des Beutels umfassen vorzugsweise ein Vliesstoffmaterial, wie dies
im Stand der Technik bekannt ist, wobei die Vliesstoffbahnen um
ihren Umfang herum wärmeverbunden
sind, obwohl andere Mittel zum dichten Verbinden der Bahnen, wie
sie im Stand der Technik bekannt sind, wie Haftmittel- oder Ultraschallbindungen,
auch verwendet werden können.
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Die absorbierenden Kerne können hier
eine Vielfalt von optionalen Materialien zusätzlich zu den Fasermaterialien
und dem superabsorbierenden Polymerschaum ent halten. Solche optionalen
Materialien können
z. B. Fluidverteilungshilfen, antimikrobielle Mittel, pH-Regulierungsmittel,
Geruchsregulierungsmittel, Parfüme
etc. umfassen. Falls vorhanden, werden diese optionalen Komponenten
im Allgemeinen nicht mehr als etwa 30 Gew.% der hier vorliegenden
absorbierenden Kerne umfassen.
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Die Windel 20 umfaßt ferner
vorzugsweise elastisch gemachte Beinaufschläge 32 zum Bereitstellen einer
verbesserten Aufnahme von Flüssigkeiten
und anderer Körperausscheidungen.
Jeder elastisch gemachte Beinaufschlag 32 kann mehrere
unterschiedliche Ausführungsformen
zum Verringern der Leckage von Körperausscheidungen
in den Beinregionen umfassen. (Der Beinaufschlag kann, und wird
manchmal auch als Beinbänder,
Seitenklappen, Barrierenaufschläge
oder elastische Aufschläge
bezeichnet.) Das oben genannte US Patent 3,860,003 beschreibt eine
Einwegwindel, welche eine zusammenziehbare Beinöffnung mit einer Seitenklappe
und ein oder mehreren elastischen Elementen bereit stellt, um einen
elastisch gemachten Beinaufschlag (Dichtungsaufschlag) zu liefern.
Das US Patent 4,909,803 unter der Bezeichnung " Disposable Absorbent
Article Having Elasticized Flaps", veröffentlicht für Aziz et
al. am 20. März
1990 beschreibt eine Einwegwindel mit "aufstehenden" elastisch gemachten
Klappen (Barrierenaufschlägen),
um die Aufnahme der Beinregionen zu verbessern. Das US Patent 4,695,278
unter der Bezeichnung "Absorbent Article Having Dual Cuffs", veröffentlicht
für Lawson
am 22. September 1987, beschreibt eine Einwegwindel mit Doppelaufschlägen, die
einen Dichtungsaufschlag und einen Barrierenaufschlag umfassen.
Obwohl jeder elastisch gemachte Beinaufschlag 32 so konfiguriert
sein kann, daß dieser ähnlich einem
der Beinbänder,
Seitenklappen, Barrierenaufschläge
oder elastischen Aufschläge
ist, die oben beschrieben wurden, wird vorgezogen, daß jeder elastisch
gemachte Beinaufschlag 32 wenigstens einen inneren Barrierenaufschlag
mit einer Barrierenklappe und einem elastischen Abstandselement
umfaßt,
wie dies beschrieben ist in dem oben genannten US Patent 4,909,803.
In einer bevorzugten Ausführungsform
umfaßt
jeder elastisch gemachte Beinaufschlag 32 zudem einen elastischen
Dichtungsaufschlag mit ein oder mehreren elastischen Strängen, die
außen seitig
des Barrierenaufschlags positioniert sind, wie dies in dem oben
genannten US Patent 4,695,278 beschrieben ist.
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Die Windel 20 umfaßt ferner
vorzugsweise elastische Taillenmerkmale 34, die einen verbesserten
Sitz und eine verbesserte Aufnahme liefern. Die elastischen Taillenmerkmale 34 erstrecken
sich wenigstens in Längsrichtung
von den Taillenrändern 83 des
absorbierenden Kerns 28 nach außen und bilden im Allgemeinen wenigstens
einen Bereich der Stirnränder 64 der
Windel 20. So umfassen die elastischen Taillenmerkmale 34 den
Bereich der Windel, der sich wenigstens von. den Taillenrändern 83 des
absorbierenden Kerns 28 zu den Stirnrändern 64 der Windel 20 erstreckt
und dazu gedacht ist, angrenzend an die Taille des Trägers angelegt zu
werden. Obwohl Einwegwindeln im Allgemeinen so konstruiert sind,
daß sie
zwei elastische Taillenmerkmale haben, eines in der ersten Taillenregion
positioniert und eines in der zweiten Taillenregion positioniert,
können
Windeln mit einem einzigen elastischen Taillenmerkmal konstruiert
sein, das den Träger
umschließt.
Ferner sind, obwohl die elastischen Taillenmerkmale oder eines ihrer
Bestandteile, ein separates Element umfassen kann, das mit der Windel 20 verbunden
ist, die elastischen Taillenmerkmale 34 vorzugsweise als
eine Erstreckung anderer Elemente der Windel konstruiert, wie beispielsweise
der Unterschicht 26 oder der Oberschicht 24, vorzugsweise
sowohl der Unterschicht 26 als auch der Oberschicht 24.
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Die elastisch gemachten Taillenmerkmale 34 können in
einer Anzahl von unterschiedlichen Konfigurationen konstruiert sein,
einschließlich
solcher, die beschrieben sind, in US Patent 4,515,595, veröffentlicht für Kievit
et al. am 07. Mai 1985 und in dem oben genannten US Patent 5,151,092.
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Die Windel 20 umfaßt auch
ein Befestigungssystem 36, welches einen Seitenverschluß bildet,
welcher die erste Taillenregion 56 und die zweite Taillenregion 58 derart
in einer überlappenden
Konfiguration hält,
daß seitliche
Spannung um den Umfang der Windel herum erhalten werden, um die
Windel am Träger
zu halten. Das Befestigungssystem kann eine Anzahl von Konfigurationen
annehmen, wie Haftbandstreifen, mechanische Verschlußbandstreifen,
fixierte Positionsbefestiger oder irgendein anderes Mittel zum Spannen
des elastisch gemachten Taillenmerkmals, wie dies im Stand der Technik
bekannt ist. Beispielhafte Befestigungssysteme sind offenbart in
US Patent 4,846,815 unter der Bezeichnung "Disposable Diaper Having
An Improved Fastening Device", veröffentlicht für Scripps
am 11. Juli 1989; US Patent 4,894,060 unter der Bezeichnung "Disposable
Diaper With Improved Hook Fastener Portion", veröffentlicht für Nestegard
am 16. Januar 1990; US Patent 4,946,527 unter der Bezeichnung "Pressure-Sensitive
Adhesive Fastener And Method of Making Same", veröffentlicht
für Battrell
am 07. August 1990; US Patent 3,848,594 unter der Bezeichnung "Tape
Fastening System for Disposable Diaper", veröffentlicht für Buell
am 19. November 1974; US Patent B 14,662,875 unter der Bezeichnung
"Absorbent Article", veröffentlicht
für Hirotsu
et al. am 05. Mai 1987 und das oben genannten US Patent 5,151,092;
von denen jedes hier durch Be- zugnahme mit aufgenommen ist. In
einer bevorzugten Ausführungsform
umfaßt
das Befestigungssystem ein Doppelspannungs-Befestigungssystem, wie dies
offenbart ist in dem oben genannten US Patent 5,151,092.
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In einer bevorzugten Ausführungsform
umfaßt
die Windel auch elastisch gemachte Seitenfelder 30, die
in der zweiten Taillenregion 58 angeordnet sind. (Wie hier
verwendet, wird der Ausdruck "angeordnet" verwendet, um anzugeben,
daß ein
oder mehrere Elemente der Windel an einer speziellen Stelle oder
in einer speziellen Position als eine einheitliche Struktur mit
anderen Elementen der Windel oder als ein separates Element, das
mit einem anderen Element der Windel verbunden ist, gebildet (verbunden
und positioniert) sind.) Die elastisch gemachten Seitenfelder 30 liefern
ein elastisches Dehnbarkeitsmerkmal, das einen komfortableren und
anschmiegsameren Sitz liefert, indem die Windel anfänglich passend
am Träger
sitzt und diesen Sitz während
der Tragezeit und über
den Zeitpunkt hinaus, an welchem, die Windel mit Ausscheidungen
beladen wird, hält,
da die elastisch gemachten Seitenfelder den Seiten der Windel erlauben,
sich zu expandieren und zusammen zu ziehen. Die elastisch gemachten
Seitenfelder 30 sorgen ferner für eine effektivere Anlegung
der Windel 20, da selbst dann, wenn der Windelanleger eine
elastisch gemachtes Seitenfeld 30 bei der Anlegung weiter
zieht als das andere (asymmetrisch), wird sich die Windel 20 während des
Tragens "selbst einstellen". Obwohl die Windel 20 der vorliegenden
Erfindung vorzugsweise elastisch gemachte Seitenfelder 30 hat,
die in der zweiten Taillenregion 58 angeordnet sind, kann
die Windel 20 alternativ mit elastisch gemachten Seitenfeldern 30 versehen
sein, die in der ersten Taillenregion 56 oder sowohl in
der ersten Taillenregion als auch in der zweiten Taillenregion 58 angeordnet
sind.
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Obwohl die elastisch gemachten Seitenfelder 30 in
einer Anzahl von Konfigurationen konstruiert sein können, sind
Beispiele von Windeln mit elastisch gemachten Seitenfeldern, die
in den Flügeln
(Flügelklappen) der
Windel positioniert sind, offenbart in US Patent 4,857,067 unter
der Bezeichnung "Disposable Diaper Having Shirred Ears", veröffentlicht
für Wood
et al. am 15. August 1989; US Patent 4,381,781, veröffentlicht
für Sciaraffa
et al. am 03. Mai 1983; US Patent 4,938,753, veröffentlicht für Van Gompel
et al. am 03. Juli 1990 und das hier vorstehend erwähnte US
Patent 5,151,092; von denen jedes hier durch Bezugnahme mit aufgenommen
ist. Vorzugsweise umfaßt
jedes elastisch gemachte Seitenfeld 30 Flügelklappen
und ein elastisches Seitenfeldelement, das diesem operativ zugeordnet
ist, wie dies offenbart ist in dem oben genannten US Patent 5,151,092.
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Die Windel 20 wird vorzugsweise
an einem Träger
angelegt, indem eine der Taillenregionen, vorzugsweise die zweite
Taillenregion 58, unter den Rücken des Trä- gers gelegt wird und der
Rest der Windel zwischen den Beinen des Trägers hindurch gezogen wird,
so daß die
andere Taillenregion, vorzugsweise die erste Taillenregion 56, über der
Vorderseite des Trägers
positioniert ist. Der Windelanleger wickelt dann das elastische
Seitenfeld um den Träger,
im Allgemeinen während
er wenigstens einen Bereich des Befestigungssystems 36 anfaßt. Die
elastisch gemachten Seitenfelder werden während dieses Vorgangs typischerweise
gedehnt und gespannt, um sich so an die Größe und die Form des Trägers anzupassen.
Das Befestigungssystem wird befestigt (im Allgemeinen an oder mit
der äußeren Oberfläche 52 der
Windel), um einen Seitenverschluß zu bewirken.
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Eine weitere bevorzugte Ausführungsform
eines einheitlichen absorbierenden Einwegartikels der vorliegenden
Erfindung ist das Katamnesepad, die Damenbinde 24, die
in 4 gezeigt ist. Wie
hier verwendet, bezieht sich der Ausdruck "Damenbinde" auf einen
absorbierenden Artikel, welcher von Frauen angrenzend an die Schamregion
getragen wird, im Allgemeinen äußerlich
der umgenitalen Region und welcher dazu gedacht ist, menstruale
Fluide und andere vaginale Ausscheidungen vom Körper der Trägerin zu absorbieren und aufzunehmen
(z. B. Blut, Menstruationsfluide und Urin). Interlabiale Vorrichtungen,
welche teilweise innerhalb und teilweise außerhalb des Vestibulums der
Trägerin
sitzen, liegen auch im Schutzbereich dieser Erfindung. Wie hier
verwendet, bezieht sich der Ausdruck "Scham" auf die äußerlich
sichtbaren weiblichen Genitalien.
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4 ist
eine Draufsicht einer Damenbinde 420, welche die vorliegende
Erfindung verkörpert,
bevor sie in der Unterwäsche
der Trägerin
angeordnet wird. Wie in 4 gezeigt
ist, umfaßt
der Aufbau einer bevorzugten Damenbinde eine flüssigkeitsdurchlässige Oberschicht 424,
einen absorbierenden Kern 428, eine flüssigkeitsundurchlässige Unterschicht 426 und
ein Befestigungssystem 436 zum Festlegen der Damenbinde
an der Unterwäsche
der Trägerin.
Obwohl die Oberschicht 424 der absorbierende Kern 428 und
die Unterschicht 426 in einer Vielfalt von allgemein bekannten
Konfigurationen zusammen gebaut werden können, ist eine bevorzugte Damenbindenkonfiguration
allgemein gezeigt und beschrieben in US Patent 4,687,478 unter der
Bezeichnung "Shaped Sanitary Napkin With Flaps", veröffentlicht
für Van
Tilburg am 18. August 1987, wobei die Damenbinde 420 zusätzlich Klappen 432 und 432' hat.
Weitere bevorzugte Konfigurationen von Damenbinden sind allgemein
beschrieben in US Patent 4,950,264 unter der Bezeichnung "Thin,
Flexible Sanitary Napkin", veröffentlicht
für Osborn
am 21. August 1990; US Patent 4,589,876, unter der Bezeichnung "Sanitary
Napkin" veröffentlicht
für Van
Tilburg am 20. Mai 1986; US Patent 4,425,130 unter der Bezeichnung
"Compound Sanitary Napkin", veröffentlicht
für DesMarais
am 10. Januar 1984 und US Patent 4,321,924 unter der Bezeichnung "Bordered
Disposable Absorbent Article", veröffentlicht für Ahr am
30. März
1982.
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Zahlreiche weitere Damenbinden-Ausführungsformen
sind offenbart in der Literatur und könnten Konfigurationen für die hier
vorliegenden Damenbinden liefern. Zum Beispiel sind geeignete Konfigurationen
beschrieben in der internationalen PCT-Veröffentlichung Nrn. WO 93/01785
unter der Bezeichnung "Stretchable Absorbent Articles", Osborn et
al.; und WO 93/01781 unter der Bezeichnung "Corved, Shaped Absorbent
Article", Johnson et al. Beide dieser Druckschriften wurden am 04.
Februar 1993 veröffentlicht.
Weitere Ausführungsformen
von Damenbinden, die hier nützlich
sind, sind offenbart in US Patent 5,009,653, veröffentlicht für Osborn
am 23. April 1991; und US Patent 4,917,697, veröffentlicht für Osborn,
III, et al. am 17. April 1990. In noch weiteren alternativen Ausführungsformen
können
Komponenten oder Regionen der Damenbinde weiter strukturell durch
Falten, Biegen, Riffeln, Stapeln von Schichten und Befestigen von
Schichten aneinander modifiziert werden. Die Modifikationen können hergestellt
werden, indem ein oder mehrere der Strukturen aufgenommen werden,
die beschrieben sind in den europäischen Patentanmeldungen mit
den Veröffentlichungsnummern
0,335,252 und 0,335,253, veröffentlicht
im Namen von Buell am 04. Oktober 1989; und in der internationalen
PCT-Veröffentlichung
Nr. WO 92/07535, veröffentlicht
im Namen von Wischer et al.
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4 zeigt
eine bevorzugte Ausführungsform
der Damenbinde 420, in welcher die Oberschicht 424 und
die Unterschicht 426 gleich erstreckend sind und längenund
Breitenabmessungen haben, die im Allgemeinen größer sind als diejenigen des
absorbierenden Kerns 428, um die Klappen 432 und 432' zu
bilden. Die Oberschicht 424 ist mit der Unterschicht 426 verbunden
und über
dieser angeordnet, um den Umfang der Damenbinde 420 bilden.
Die Damenbinde 420 hat eine innenseitige Oberfläche 454 und
eine außenseitige
Oberfläche 452.
Im Allgemeinen erstreckt sich die außenseitige Oberfläche 452 von
einem Stirnrand 464 zu dem anderen Stirnrand 464 und von
einem Längsrand 462 zu
dem anderen Längsrand 462 und
ist die Oberfläche die
während
der Benutzung der Damenbinde vom Träger am weitesten entfernt liegt.
Wenn eine Unterschicht 426 verwendet wird, bildet diese
typischerweise die außenseitige
Oberfläche 452.
Die innenseitige Oberfläche 454 ist
die Oberfläche,
die der außenseitigen
Oberfläche 452 entgegen
gesetzt ist, und wird in der gezeigten Ausführungsform typischerweise durch
die Oberschicht 424 gebildet. Im Allgemeinen ist die innenseitige
Oberfläche 454 die
Oberfläche,
die mit der außenseitigen
Oberfläche 452 gleich
erstreckend ist, und welche zum größeren Teil in Kontakt mit dem
Träger
ist, wenn die Damenbinde 420 getragen wird.
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In der bevorzugten Ausführungsform
der Damenbinde 420, wie sie in 4 gezeigt ist, umfaßt das Befestigungssystem 436 ein
Anbringungselement 442 mit einem Haftmittel, das auf der
außenseitigen
Oberfläche 452 der
Damenbinde 420 positioniert ist, und einen Abziehstreifen
(nicht gezeigt), wie dies im Stand der Technik bekannt ist, der
an dem Haftmittel des Anbringungselements 442 lösbar angebracht
ist.
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Da eine bevorzugte Ausführungsform
der Damenbinde 420 der vorliegenden Erfindung Klappen 432 und 432' umfaßt, umfaßt das Befestigungssystem 436 Klappen-Anbringungselement 446 und 446' mit
einem Haftmittel auf den Klappen 432 und 432',
um die Klappen 432 und 432' in Position zu halten,
nachdem die Klappen 432 und 432' um den Rand des
Schrittbereichs der Unterwäsche
herum gewickelt wurden. Ein Abziehstreifen (nicht gezeigt) ist auch über jedem
der Klappen-Anbringungselement 446 und 446' positioniert,
um das Haftmittel zu schützen,
bis die Damenbinde 420 verwendet wird, wobei der Abziehstreifen
entfernt wird und die Klappe um den Rand des Schrittbereichs der
Unterwäsche
herum gewickelt wird.
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Die Oberschicht 424 kann
irgendeines der Oberschichtmaterialien umfassen, die vorstehend
mit Bezug auf die Windelausführung
der Erfindung beschrieben wurden. Eine bevorzugte Oberschicht umfaßt einen mit Öffnungen
versehenen, geformten Film. Mit Öffnungen
versehene, geformte Filme werden für die Ober schicht bevorzugt,
weil sie für
Körperausscheidungen
durchlässig
sind und noch nicht absorbierend sind und eine verringerte Neigung
haben, Flüssigkeiten
zu erlauben, durch sie zurück
zu gelangen und die Haut des Trägers
neu zu benässen.
So bleibt die Oberfläche
des geformten Films, welche in Kontakt mit dem Körper ist, trocken, wodurch
eine Körperverschmutzung
verringert wird und ein komfortableres Gefühl für die Trägerin erzeugt wird. Geeignete
geformte Filme sind beschrieben in US Patent 3,929,135 unter der
Bezeichnung " Absorptive Structures Having Tapered Capillaries"
veröffentlicht
für Tompson
am 30. Dezember 1975; US Patent 4,324,246 unter der Bezeichnung
"Disposable Absorbent Article Having A Stain Resistant Topsheet",
veröffentlicht
für Mullane
et al. am 13. April 1982; US Patent 4,342,314 unter der Bezeichnung
"Resilient Plastic Web Exhibiting Fiber-Like Properties", veröffentlicht
für Radel
et al. am 03. August 1982; US Patent 4,463,045 unter der Bezeichnung
" Macroscopically Expanded Three-Dimensional Plastic Web Exhibiting
Non-Glossy Visible Surface and Cloth-Like Tactile Impression", veröffentlicht
für Ahr
et al. am 31. Juli 1984; und US Patent 5,006,394 unter der Bezeichnung
"Multilager Polymeric Film", veröffentlicht
für Baird
am 09. April 1991. Die bevorzugte Oberschicht für die vorliegende Erfindung
ist der geformte Film, der in einer oder mehreren der obigen Patente
beschrieben wurde und auf Damenbinden von The Procter & Gamble Compana
aus Cincinnati Ohio als "DRI-WEAVE"
vermarktet wird.
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Die Oberschicht 424 hat
zwei Seiten (Flächen
oder Oberflächen),
einschließlich
einer körperseitigen Seite
(zum Träger
hin) und einer wäscheseitigen
Seite (kernseitigen Seite). Die körperseitige Seite der Oberschicht 424 bildet
im Allgemeinen wenigstens einen Bereich der innenseitigen Oberfläche 454 der
Damenbinde 420. In einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist die körperseitige Oberfläche der geformten
Filmoberschicht hydrophil, um so dabei einer Flüssigkeit zu helfen, durch die
Oberschicht schneller hindurch geführt zu werden, als wenn die
körperseitige
Oberfläche
nicht hydrophil wäre,
um so die Wahrscheinlichkeit zu vermindern, daß ein menstruales Fluid aus
der Oberschicht ausfließt,
statt hinein zu fließen und
von dem absorbierenden Kern absorbiert zu werden. In einer bevorzugten
Ausführungsform
ist ein grenzflächenaktiver
Stoff in die polymeren Materialien der geformten Filmoberschicht
eingebaut, wie dies beschrieben ist in der PCT-Veröffentlichung
WO 93/09741. Alternativ kann die körperseitige Oberfläche der
Oberschicht hydrophil gemacht werden, indem sie mit einem grenzflächenaktiven
Stoff behandelt wird, wie dies beschrieben ist in dem oben genannten
US Patent 4,950,264, veröffentlicht
für Osborn.
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Die Unterschicht 426 kann irgendeines
der Unterschichtmaterialien umfassen, das vorstehend mit Bezug auf
die Windelausführung
der Erfindung beschrieben wurde. Vorzugsweise ist die Unterschicht
ein Polyethylenfilm mit einer Dicke von etwa 0,012 mm (0,5 mil)
bis etwa 0,051 mm (2,0 mil). Beispielhafte Polyethylenfilme werden
hergestellt durch Clopay Corporation aus Cincinnati, Ohio unter
der Bezeichnung P 18-0401 und durch die Ethyl Corporation, Visqueen
Division, aus Terre Haute, Indiana, unter der Bezeichnung XP-39385. Die
Unterschicht ist vorzugsweise geprägt und/oder mattiert, um ein
mehr kleidungsähnliches
Erscheinungsbild zu schaffen. Ferner kann die Unterschicht 426 Dämpfen erlauben,
aus dem absorbierenden Kern 428 zu entweichen (das heißt, atmungsfähig sein),
während
sie gleichzeitig noch verhindert, daß Ausscheidungen durch die
Unterschicht 426 hindurch gelangen.
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Der absorbierende Kern 428 ist
zwischen der Oberschicht 424 und der Unterschicht 426 positioniert und
umfaßt
die superabsorbierenden Polymerschäume der vorliegenden Erfindung.
Die Schäume
können
in den absorbierenden Kern in der gleichen Weise eingebaut sein,
wie dies vorstehend mit Bezug auf die Windelausführung der vorliegenden Erfindung
beschrieben wurde. In einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt der absorbierende
Kern 428 den auf einem absorbierenden Träger ausgebildeten,
superabsorbierenden Polymerschaum, ganz bevorzugt einen Träger, der
schnell saugende Eigenschaften liefert, wie ein Tissuepapier, derart,
daß das
zusammen gesetzte absorbierende Material als der absorbierende Kern
wirkt. Der absorbierende Kern umfaßt vorzugsweise eine Trägerbahn
aus Fasermaterial. Geeignete Fasermaterialien und Kerne umfassen
solche, die mit Bezug auf die Windel ausführung der vorliegenden Erfindung
beschrieben wurden. In einer bevorzugten Ausführungsform wird der absorbierende
Kern durch Luftlegen eines im Wesentlichen trocknen Gemisches von
Fasern, durch ein Verdichten der resultierenden Bahn, falls dies
erwünscht
oder notwendig ist, und dann durch Ausbilden des superabsorbierenden
Schaums auf der Bahn gebildet.
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In einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung kann eine Annahmeschicht zwischen der
Oberschicht 424 und dem absorbierenden Kern 428 positioniert
sein. Die Annahmeschicht kann mehreren unterschiedlichen Funktionen
dienen, einschließlich
einem verbesserten Ansaugen von Ausscheidungen über und in den absorbierenden
Kern 428 hinein. Es gibt mehrere Gründe, warum die verbesserte
Ansaugung von Ausscheidungen wichtig ist, einschließlich dem
Bereitstellen einer gleichmäßigeren
Verteilung von Ausscheidungen in dem absorbierenden Kern 428 und
der Möglichkeit,
die Damenbinde 420 relativ dünn herzustellen. (Das Ansaugen,
auf das hier Bezug genommen wird, kann den Transport von Flüssigkeiten
in eine, zwei oder alle Richtungen umfassen (das heißt, in der
X-Y-Ebene und/oder in der Z-Richtung)). Die Annahmeschicht kann
aus mehreren unterschiedlichen Materialien zusammen gesetzt sein,
einschließlich
Vliesstoff- oder Gewebebahnen aus synthetischen Fasern, einschließlich Polyester,
Polypropylen oder Polyethylen; natürlichen Fasern, einschließlich Baumwolle
oder Zellulose; Mischungen solcher Fasern; oder irgendwelchen äquivalenten
Materialien oder Kombinationen von Materialien.
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Bei der Verwendung wird die Damenbinde 420 auf
der Innenseite des Schrittbereichs einer Unterwäsche festgelegt, wobei das
druckempfindliche Haftmittel der Befestigerseite der Damenbinde 420 dem
Schrittbereich der Unterwäsche
zugewandt ist. So dient die Unterwäsche als Anlageelement für das Befestigungssystem 436.
Der Abziehstreifen wird von dem Anbringungselement 442 entfernt,
und die Damenbinde 420 wird in ihrer Position festgelegt,
indem der frei gelegte druckempfindliche Haftbefestiger 442 fest
gegen das Material des Schrittbereichs der Unterwäsche gepreßt wird.
Der Abziehstreifen wird von den Klappen- Anbringungselementen 446 und 446' entfernt,
um das Haftmittel frei zu legen. Die Klappen 432 und 432' werden
dann unter das Schrittmaterial der Unterwäsche gefaltet und in ihrer
Position festgelegt, indem der frei gelegte Haftbefestiger 446 und
446' fest gegen das Schrittmaterial der Unterwäsche gepreßt wird, um eine doppelwandige
Barriere zu bilden.
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TESTVERFAHREN
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Beim Beschreiben der vorliegenden
Erfindung werden eine Anzahl von fluidhandhabenden, strukturellen
und mechanischen Eigenschaften des superabsorbierenden Schaum angegeben.
In einigen Fällen
sind Verfahren zum Bestimmen und Messen bestimmter dieser Eigenschaften
oben beschrieben oder aus anderen Patenten oder Veröffentlichungen
Bezug nehmend übernommen.
In den restlichen Fällen
können
solche Eigenschaften unter Verwendung der folgenden Testfluide und
Testverfahren bestimmt und gemessen werden.
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In jedem der Testverfahren ist es
wichtig, daß die
zu testende Schaumprobe im Wesentlichen die gleiche Morphologie
der ursprünglich
geformten Schaumprobe hat. So sollten die Schaummaterialien ohne
irgendeine voraus gehende mechanische Behandlung getestet werden,
welche die Morphologie wahrscheinlich zerstören würde, z. B. Sieben oder Mahlen.
Wenn es notwendig ist oder erwünscht
ist, ein geschnittenes Schaumstück
zu verwenden, sollten Anstrengungen unternommen werden, eine Kantenverdichtung,
wie sie mit Bezug auf den Flexibilitätstest beschrieben wird, vermieden
werden.
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1) TESTFLUIDE – SYNTETISCHES
URIN
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Das in den folgenden Tests verwendete
synthetische Urin ist eine Salzlösung
in destilliertem Wasser, wobei die Oberflächenspannung der Lösung auf
45 dyne/cm mit etwa 0,0025% eines grenzflächenaktiven Stoffes aus Octylphenoxypolyethoxyethanol
(TritonTM X-100 von Rohm und Haas Co.) eingestellt
wird. Eine solche synthe tische Urinlösung umfaßt 15 Teile von 1% TritonTM X-100, 60 Teilen NaCl, 1,8 Teilen CaCl2·2H2O, 3,6 Teilen MgCl2·6H2O und 6000 Teilen destilliertes Wasser.
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2) BESTIMMUNG VON ABSORPTIONSEIGENSCHAFTEN
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A) ABSORPTIONSKAPAZITÄT UND – GESCHWINDIGKEIT/"TEEBEUTEL"-TEST
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Die Absorptionskapazität und -geschwindigkeit
kann durch eine Gravimetrie-Analysetechnik
unter Verwendung von synthetischem Urin als Fluid bestimmt werden,
für welches
die Absorptionskapazität
und -geschwindigkeit des Schaums zu berechnen ist. Eine Probe eines
superabsorbierenden Polymerschaums wird in einen Teebeutel gelegt,
für eine
spezifizierte Zeitspanne in einen Überschuß von synthetischem Urin eingetaucht
und dann für
eine spezifische Zeitspanne zentrifugiert. Das Verhältnis des
am Ende vorhandenen Gewichts des superabsorbierenden Polymerschaums
nach dem Zentrifugieren minus dem Anfangsgewicht (Netto Fluidgehalt)
zu dem Anfangsgewicht bestimmt die Absorptionskapazität. Die Geschwindigkeit
kann aus der Absorptionsgeschwindigkeit als Funktion der Zeit berechnet
werden.
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Das folgende Verfahren wird unter
Standard-Laborbedingungen bei 23°C
(73°F) und
50% relativer Feuchtigkeit durchgeführt. Unter Verwendung einer
6 cm × 23
cm Schneidestanze wird das Teebeutelmaterial geschnitten, auf halber
Länge gefaltet
und entlang zwei Seiten mit einem T-Tangen-Verschweißer verschweißt, um ein
6 cm × 6
cm Teebeutelquadrat herzustellen. Das verwendete Teebeutelmaterial
ist ein wärmeverschweißbares Material
der Qualitätsstufe
1234, erhältlich
von C. H. Dexter, Division der Dexter Corp., Windsor Locks, Connecticut,
USA, oder ein Äquivalent.
Ein Teebeutelmaterial mit geringerer Porosität sollte verwendet werden,
wenn es erforderlich ist, feine Teilchen von Schaummaterial zurück zu halten.
0,200 Gram plus oder minus 0,005 Gramm des superabsorbierenden Polymerschaummaterials
wird auf einem Wiegepapier eingewogen und in den Teebeutel überführt, und
die Oberseite (das offene Ende) des Teebeutels wird verschweißt. Ein
leerer Teebeutel wird an der Oberseite verschweißt und als eine Leerprobe ver wendet.
Etwa 300 Milliliter synthetisches Urin werden in einen 1000 Milliliter
Becher gegossen. Der leere Teebeutel wird in das synthetische Urin
eingetaucht. Der das superabsorbierende Polymerschaummaterial enthaltende
Teebeutel (der Probenteebeutel) wird horizontal gehalten, um das
Material gleichmäßig in dem
Teebeutel zu verteilen. Der Teebeutel wird auf die Oberfläche des
synthetischen Urins gelegt. Dem Teebeutel wird für eine Zeitspanne von nicht
mehr als einer Minute erlaubt, naß zu werden und wird dann für 60 Minuten
vollständig
eingetaucht und voll gesaugt. Etwa 2 Minuten nachdem die erste Probe
eingetaucht wurde, wird ein zweiter Satz von Teebeuteln, der identisch
zum ersten Satz von Leerprobe und Probenteebeutel präpariert
wurde, für
60 Minuten in der gleichen Weise wie der erste Satz eingetaucht
und voll gesaugt. Nachdem die vorbeschriebene Saugzeit für jeden
Satz der Teebeutelproben abgelaufen ist, werden die Teebeutel sofort
aus dem synthetischen Urin entfernt (unter Verwendung von Pinzettenhaltern).
Die Proben werden dann zentrifugiert, wie dies unten beschrieben
ist. Die verwendete Zentrifuge ist eine Delux Dynac II Zentrifuge,
Fisher Modell Nr. 05-1900-26, erhältlich von der Fisher Scientific
Co. aus Pittsburgh, PA oder ein Äquivalent.
Die Zentrifuge sollte mit einem direkt abzulesenden Tachometer und
einer elektrischen Bremse ausgestattet sein. Die Zentrifuge ist
ferner mit einem zylindrischen Einsatzkorb ausgestattet, die eine
etwa 2,5 Inch (6,35 cm) hohe Außenwand
mit einem 8,535 Inch (21,425 cm) Außendurchmesser, einen 7,935
Inch (20,155 cm) Innendurchmesser und 9 Reihen runder Löcher mit
jeweils einem Durchmesser von etwa 106 3/32 Inch (0,238 cm) aufweist
und einen Korbboden mit sechs runden Drainagelöchern von 1/4 Inch (0,635 cm)
Durchmesser aufweist, die um den Umfang des Korbbodens in einem
Abstand von 1/2 Inch (1,27 cm) von der inneren Oberfläche der äußeren Wand
zum Zentrum der Drainagelöcher
gleichmäßig angeordnet
sind, oder ein Äquivalent.
Der Korb wird in der Zentrifuge so angebracht, daß dieser
mit der Zentrifuge unisono dreht und auch bremst. Die Probenteebeutel
werden in dem Zentrifugenkorb mit einem gefalteten Ende des Teebeutels
in Richtung des Zentrifugenspins positioniert, um die Anfangskraft
zu absorbieren. Die leeren Teebeutel werden zu beiden Seiten der
entsprechenden Probenteebeutel angeordnet. Der Probenteebeutel des
zweiten Satzes muß gegenüber dem
Probenteebeutel des ersten Satzes angeordnet werden; und der leere
Teebeutel des zweiten Satzes gegenüber dem leeren Teebeutel des
ersten Satzes, um die Zentrifuge gleichmäßig zu besetzen. Die Zentrifuge
wird gestartet und darf schnell auf eine stabile Geschwindigkeit
von 1.500 rpm hoch laufen, wobei ein Zeitgeber auf 3 Minuten eingestellt
wird. Nach 3 Minuten wird die Zentrifuge ausgeschaltet
und die Bremse angelegt. Der erste Probenteebeutel und der erste
leere Teebeutel werden entfernt und separat gewogen. Das Verfahren
wird für
den zweiten Probenteebeutel und den zweiten leeren Teebeutel wiederholt.
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Die Absorptionskapazität (AC) für jede der
Proben wird wie folgt berechnet:
AC = (Probenteebeutelgewicht
nach Zentrifuge minus leerem Teebeutelgewicht nach Zentrifuge minus
Gewicht des superabsorbierenden Polymerschaum)/(Gewicht des trockenen
superabsorbierenden Polymerschaums).
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Der Wert der Absorptionskapazität ist für die hier
vorliegende Verwendung die mittlere Absorptionskapazität von zwei
Proben.
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Die Absorptionsgeschwindigkeit (AR)
kann wie folgt berechnet werden:
AR = (AC für eine gegebene Probe)/(Zeit
des Probeneintauchens).
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Zum Beispiel werden 10 Sätze von
Proben und Leerproben präpariert
und wie bei dem Test zur Absorptionskapazität vollgesaugt/eingetaucht,
mit Ausnahme dessen, daß ein
Satz aus Probe und Leerprobe in Ein-Minuten-Intervallen entfernt
wird und dann wie beim Test zur Absorptionskapazität geschleudert
wird. Die Absorptionskapazität
und die Absorptionsgeschwindigkeit werden dann bedarfsweise für verschiedene
Zeitintervalle berechnet, wie dies oben beschrieben wurde.
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B) ABSORPTIONSKAPAZITÄT UND -GESCHWINDIGKEIT/TEST
MIT BLAUEN DEXTRIN
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Die Absorptionskapazität in Gramm
absorbiertes synthetisches Urin pro Gramm superabsorbierender Polymerschaum
wird bestimmt, indem die Schaumproben in mehreren Aliquots von synthetischem
Urin gequollen werden lassen. Die Menge eines solchen, tatsächlich von
dem Schaum absorbierten synthetischen Urins wird durch ein Verfahren
bestimmt, welches die Verwendung einer synthetischen Urinlösung beinhaltet, welche
blaues Dextrin enthält,
so daß optische
Absorptionsmessungen verwendet werden können, um die Menge des synthetischen
Urins berechnet werden kann, das von dem Schaum nicht aufgenommen
wurde.
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(a) Präparierung der blauen Dextrinlösung
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Eine 0,03% Lösung von blauem Dextrin (BD)
wird durch Auflösen
von 0,3 Teilen blauen Dextrins (Sigman D-5751) in 1000 Teilen synthetischer
Urin (SU)-Lösung
präpariert.
Die sich ergebene Lösung
hat ein Absorptionsvermögen
von etwa 0,25 bei ihrem Absorptionsmaximum von 617 nm.
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(b) Schaumkalibrierung
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Aliquots des zu testenden superabsorbierenden
Polymerschaums werden quellen gelassen in: (i) 20 Teilen synthetischer
Urin (SU)-Lösung
und (ii) 20 Teilen blauer Dextrin (BD)-Lösung. Die Suspension in der blauben
Dextrin (BD)-Lösung
wird doppelt hergestellt. In den meisten sind 0,1 bis 0,2 Teile
des trockenen Schaummaterials (bis 20 Teile SU oder BD) erforderlich,
um eine ausreichend hohe Spectrophotometerablesung in Bezug auf
die Referenzlösung
von blauem Dextrin zu erhalten. Eine Stunde Kalibrierung bei Umgebungstemperatur
unter leichtem Rühren
mit einem Rührstab
reicht aus, um ein Quellgleichgewicht zu erhalten. Nach Erreichen
des Gleichgewichtszustands wird ein > 3 ml Aliquot eines Schwimmstoffes von
jeder Suspension durch Dekantierung, gefolgt von einer Zentrifugierung,
getrennt.
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(c) Bestimmung der Absorptionskapazität
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Das optische Absorptionsvermögen (ABS)
jedes Schwimmstoffes wird spectrophotometrisch mit einer Genauigkeit
von 0,001 Absorptions-Einheiten bestimmt. Die Lösung aus synthetischem Urin
wird als ein ABS = 0,0 Bezugswert verwendet. Das Absorptionsvermögen des
Schwimmstoffes aus der Lösungs
von synthetischem Urin ohne blauem Dextrin sollte nicht 0,01 Absorptionseinheit übersteigen;
höhere
Werte geben einen Hinweis auf ein zerstreutes Vorhandensein restlicher
Schaumteilchen oder restlicher Additive und eine weitere Zentrifugierung
ist notwendig. Das Absorptionsvermögen der Schwimmstoffe von blauem
Dextrin sollte das Absorptionsvermögen der Referenzlösung von
blauem Dextrin um wenigstens 0,1 Absorptionseinheiten übersteigen.
Die Werte für
das Absorptionsvermögen
unterhalb dieses Bereichs geben einen Hinweis auf das Erfordernis;
die Menge des superabsorbierenden Polymerschaums einzustellen, die
zum Präparieren
der Suspension verwendet wird.
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(d) Berechnen der Absorptionskapazität
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Die Absorptionskapazität des superabsorbierenden
Polymerschaums in g/g wird berechnet aus (i) der Gewichtsfraktion
des Schaums in der Suspension und (ii) dem Verhältnis des ausgeschlossenen
Volumens zu dem Gesamtvolumen der Suspension. Da blaues Dextrin
aus dem Schaum aufgrund seines hohen Molekulargewichts ausgeschlossen
wird, hat dieses Verhältnis
einen Bezug zu dem gemessenen Absorptionsvermögen. Die folgende Gleichung
wird verwendet, um die Absorptionskapazität zu berechnen:
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Die Absorptionsgeschwindigkeit (AR)
kann aus der Absorptionskapazität
als Funktion der Zeit in der gleichen Weise bestimmt werden, wie
für den
obigen Teebeuteltest, das heißt,
AR-AC/Zeit. Zum Beispiel kann die Absorptionskapazität bestimmt
werden, indem eine Anzahl von Proben getestet wird, welche in synthetischem
Urin für
mehrere Zeitspannen quellen gelassen wurden, z. B. für 1, 3,
5 und 10 Minuten, woraus die Absorptionsgeschwindigkeit bestimmt
werden kann. Alternativ kann eine kontinuierliche Absorptionskurve
der Absorptionskapazität
gegenüber
der Ausgleichszeit erhalten werden, indem ein Phototroden-Detektor
für die SU-
und BD-Lösungen
verwendet wird, woraus die Absorptionsgeschwindigkeit bestimmt werden
kann.
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3) BET-OBERFLÄCHENBEREICH
ZUREINHEITSMASSE
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Der spezifische Oberflächenbereich
gegenüber
der Einheitsmasse (m2/g) des superabsorbierenden Polymerschaums
wird unter Verwendung des Gasadsorptionsverfahrens nach Brunauer-Emmet-Teller
(BET) bestimmt. Dieses Verfahren beinhaltet das Adsorbieren einer
Monoschicht eines Gases (Stickstoff (N2))
auf eine bekannte Masse einer Probe des superabsorbierenden Polymerschaums
bei Temperaturen, bei denen Stickstoff flüssig ist. Das adsorbierte N2 wird dann durch Anheben der Temperatur
der Probe desorbiert (thermische Desorption) und durch einen thermischen
Leitfähigkeitsdetektor
(TCD) erfaßt,
dessen Ausgang mit einem integrierenden Recorder verbunden ist.
Der Spitzenbereich des desorbierten N2 ist
somit bekannt. Nachfolgende Desorptionsspitzen werden für jede Probe
aufgezeichnet, deren Mittelwert die Signalfläche (A) ist. Nach der Probenanalyse
wird die Instrumentenantwort (Acal) bestimmt,
indem bekannte Mengen (Vc) des Stickstoffgases
(99,99%) in das System eingespritzt werden und die Instrumentenantwort über den
integrierenden Recorder aufgezeichnet wird. Acal ist
der Mittelwert mehrerer Instrumentenantworten, die bei Einspritzen
der bekannten Mengen N2 erhalten werden.
Die A-, Acal-, und Vc-Werte
werden dann verwendet, um den spezifischen Oberflächenbereich
der Probe unter Verwendung der Mehrpunkt-BET-Bereichnung zu bestimmen.
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Die spezifische Anlage, die für diese
Anlalysen verwendet wird, ist erhältlich von der Quantachrome Corporation,
(Syosset, NY) und besteht aus der Quantector Autgassing Station,
dem Strömungsregler
und der Quantasorb Jr. Proben-Analyseeinheit.
Diese Instrumente werden verwendet, wie dies in den Betriebshandbüchern für das Quantasorb
Jr.® Sorbtion
System 2/1985 beschrieben ist, die hier durch Bezugnahme aufgenommen
sind. Verschiedene spezifische N2-Helium-Gemische, die durch
Mischen von reinem N2 und reinem Helium über den
Strömungsregler
erhalten werden, als das Adsorbatgas verwendet.
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0,75 Gramm ± 0,05 Gramm der Schaumprobe
werden in die gläserne
Probenzelle (etwa 2,5 ml) der Vorrichtung eingewogen. Die Glaszelle
mit der Probe wird dann in die Gasströmung des Instruments gelegt. Die
Proben werden mit einer 30 ml/min Heliumströmung unter Verwendung des Quantector über eine
Zeit ausgegast, die ausreicht, alle Gase außer Helium aus der Probe zu
entfernen, typischerweise mindestens 4 Stunden. Nach dem Ausgasen
wird der Gasstrom zu einem spezifischen N2-Helium-Gasgemisch
geändert.
Die gläserne
Probenzelle wird in flüssigen
Stickstoff eingetaucht und darf dort ein Gleichgewicht erreichen.
Eine Adsorptionskurve wird erzeugt. Das adsorbierte N2 wird
dann desorbiert, indem der flüssige
Stickstoff entfernt wird und der Glaskolben in warmes Leitungswasser
eingetaucht wird. Das adsorbierte N2 erzeugt
eine Desorptionskurve und einen Spitzenwert (verwendet, um die Signalfläche (A)
zu berechnen). Die Adsorption/Desorption-Messungen werden an jeder
Probe unter Verwendung unterschiedlicher N2-Heliumgasmischungen
durchgeführt.
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Der spezifische Oberflächenbereich
Sg wird wie folgt berechnet:
Sg = St/W;
in welcher W das Gewicht der
Probe und St gleich Xm (6,02 × 1023)Acs ist; in welcher
Acs die Adsorbat-Querschnittsfläche ist.
Für N2, St wird Xm (3,483 × 103)m2; in welcher Xm gleich
1/(S + 1) ist. S ist die Steigung und I ist die Y-Schnittstelle des
Plots von 1/X[P0/P) – 1] gegenüber P/P0.
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Beim Berechnender X- und Y-Werte
für den
obigen Plot ist X gleich (A)Xc/(A)cal. A ist die Signalfläche; Acal ist die Kalibierungsfläche; und
Xc ist gleich Pa- MaVc/6,235 X 104 T.
Pa ist der Umgebungsdruck; Ma ist
das Molekulargewicht des Adsorbats, welches für N2 28,0134
wird; Vc ist das Kalibrierungsvolumen; und
T ist die Umgebungstemperatur in °K.
P ist der Partialdruck des Adsorbats; und P0 ist
der gesättigte
Dampfdruck und ist gleich Pg + Pa; wobei Pg der Dampfdruck
(über Umgebungsdruck)
und Pa der Umgebungsdruck ist.
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4) BESTIMMUNG DER FLEXIBILITÄT
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Die Schaumflexibilität kann quantifiziert
werden, indem Bezug genommen wird auf ein Testverfahren, welches
eine Modifikation des ASTM D 3574-86 Test ist, der verwendet wird,
um die Flexibilität
von zellularen organischen Polymerschaumprodukten zu bestimmen.
Ein solcher modifizierter Test verwendet eine Schaumprobe, welche
7 cm × 0,8
cm × 0,8
cm mißt
und welche bis zu ihrer Absorptionskapazität gesättigt wurde (das heißt, in synthetischen
Urin für
etwa 15 Minuten vollsaugen gelassen wurde), wobei das synthetische
Urin bei 37°C
war. Der mit synthetischem Urin gesättigte Schaumstreifen wird
um einen zylindrischen Dorn von 0,8 cm Durchmesser gebogen, und
zwar mit einer gleichförmigen
Geschwindigkeit von eine Umwicklung in 5 Sekunden, bis sich die
Enden des Streifens treffen. Der Schaum wird als flexibel angesehen,
wenn dieser während dieses
Tests nicht reißt
oder bricht, das heißt,
wenn er einen Biegezyklus durchsteht.
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Es ist wichtig, daß das Schneideverfahren,
das verwendet wird, um die Schaumproben herzustellen, keine Kantendefekte
in dem Schaumstreifen einführt.
Die Schaumstreifen der erforderlichen Größe sollten aus größeren Blöcken des
gleichen Materials unter Verwendung einer scharfen hin und her gehenden
Messersäge ge schnitten
werden. Die Verwendung dieser oder einer äquivalenten scharfen Schneideeinrichtung
dient dazu, im Wesentlichen Probenrand-Risse und Kanten-Verdichtungseffekte
zu beseitigen, welche einen nachteiligen Einfluß auf die Genauigkeit bestimmter
Messungen haben könnten,
die bei Ausführung
des Testverfahrens durchgeführt
werden. Zudem sollten die Stärken-
oder Dickenmessungen durchgeführt
werden, wenn die absorbierende Strukturprobe unter einem Grenzdruck
von 0,05 psi (350 Pa) steht.
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5) BESTIMMUNG DER EXTRAHIERBAREN
ANTEILE (DAS HEISST; GEHALT UNLÖSLICHER
STOFFE)
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Die Löslichkeit/Unlöslichkeit
einer speziellen Komponente, eines solchen Materials etc. (nachfolgend "Probe")
indem Lösungsmittel
wird bestimmt, indem die Extraktionsfähigkeit der Komponente oder
des Materials in dem Lösungsmittel
bei Umgebungstemperatur (etwa 22°C)
bestimmt wird. Die Extraktionsfähigkeit
wird bestimmt durch ein gravimetrisches Verfahren, in welchem die
zu testende Probe mit dem Lösungsmittel
gemischt wird, wobei das Gemisch gefiltert wird und das Gewicht
des resultierenden Restes bestimmt wird.
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In einem 500 ml Erlenmeyerkolben
werden genau (bis ± 0,1
mg) etwa 0,25 Gramm der zu testenden Probe (Ws) eingewogen. 250
ml des Lösungsmittels
werden hinzu gegeben und das Gemisch wird langsam über eine
Stunde gerührt.
Nach Ablauf dieser Stunde wird der Rührvorgang gestoppt und wird
das Gemisch unter Verwendung eines Erlenmeyerkolbens gefiltert,
der mit einem vorgewogenen 0,45 Micron Filterpapier versehen ist.
Das Taragewicht des Filter ist (Wp). Nach der Filtration wird das
Filterpapier mit dem Rest von dem Kolben entfernt und in einem Ofen
bei 120°C
für eine
Stunde getrocknet. Das Filterpapier wird abgekühlt und rückgewogen, um (Wr) zu erhalten.
(Wr) – (Wp)
ist das Gewicht des Restes (r).
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Zusammen mit der Probe wird ein zweiter
Kolben mit 250 ml des Lösungsmitels
gerührt
und gefiltert und wird das Filterpapier wie bei der Probe getrocknet,
um ein Leergewicht (Wb) zu erhalten. Das blanke Filterpapier wird
vorgewogen (Wbf). Wb – Wbf
ist der blanke Rest (br). Der eingestellte Probenrest (ar) ist gleich ® – (br).
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Der Anteil der extraktionsfähigen Stoffe
ist gleich [(ar)/(Ws)] × 100.
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BEISPIEL I
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Ein superabsorbierender Polymerschaum
kann wie folgt gebildet werden: etwa 250 Gramm einer wäßrigen (50
Gew.%) Acrylsäure
werden zu 75% zu Natriumacrylat unter Verwendung von 0,1 N NaOH
neutralisiert. Um die Formation von Polyacrylsäure zu vermeiden, wird die
Neutralisation durchgeführt,
indem allmählich
das MaOH zu der Acrylsäurelösung bei
leichtem Mischen und Abkühlen
(mit Trockeneis) hinzu gegeben wird.
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Ein Reaktionsgemisch wird wie folgt
präpariert:
200
Gramm der oben präparierten
wäßrigen Natriumacrylatlösung; 0,05
Gramm N,N'-methylbisacrylamid; 1,3 Gramm V-50 (2,2'-azobis(2-amidinopropan)dihydrochlorid,
erhältlich
von Wako Chemicals USA, Inc.); und 20 Gramm PEG-600 (Polyethylenglycol
mit einem mittleren Molekulargewicht von etwa 600, erhältlich von
der Union Carbide Co. aus Danbury, Connecticut) werden in einen
1 Liter Glasreaktor hinzu gegeben, der mit einer Temperatur- und
Druckkonstrolle und mit einer Scher-Mischvorrichtung (z. B. einem
"Ultra Turray"-Mixer, erhältlich
von der Tekmar Company aus Cincinnati, Ohio) ausgestattet ist. Der
Reaktor befindet sich auf Umgebungstemperatur (etwa 22°C) und Umgebungsdruck
(etwa 1 atm). Ein Gemisch von 60 Gramm Freon 1,1,2(1,1,2-trichlortrifluorethan,
erhältlich
von Aldrich Chemical aus Milwaukee, Wisconsin); 3,5 Gramm SPAN®20 (Sorbitanmonolaurat,
erhältlich
von Aldrich Chemical); und 6,5 Gramm TWEEN®20 (ethoxyliertes Sorbitanmonolaurat,
erhältlich
von Aldrich Chemical) wird dann dem Reaktor hinzu gegeben. Dieses
letztere Gemisch wird vorher präpa riert,
indem die Komponenten einem Reaktor ähnlich demjenigen hinzu gegeben werden,
der oben beschrieben wurde, und gemischt werden.
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Das Reaktionsgemisch wird bei etwa
850 rpm für
etwa 10 Minuten gemischt, um das Freon 1,1,2 stabil zu dispergieren.
Die Mischvorrichtung wird dann aus der Dispersion entfernt. Ein
Schaumprodukt wird gebildet, indem die Reaktortemperatur auf 60°C erhöht wird
und die Temperatur bei 60°C
für etwa
1 Stunde gehalten wird; Nachfolgend wird die Temperatur auf 80°C erhöht und diese
bei 80°C
für etwa
30 Minuten gehalten; nachfolgend wird die Temperatur auf 120°C erhöht und diese
bei 120°C
für etwa
30 Minuten gehalten. Der Reaktor wird dann abgekühlt auf Umgebungstemperatur
(etwa 22°C).
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Ein Gemisch von 5 Gramm Glycerol
und 25 Gramm Isopropylalkohol wird dem Schaum in dem Reaktor hinzu
gegeben, um den Schaum mit dem Gemisch zu imprägnieren. Die Temperatur des
Reaktors wird dann erhöht
auf 180°C
und für
etwa eine Stunde so gehalten. Der Reaktor wird auf Umgebungstemperatur
(etwa 22°C)
abgekühlt,
wonach der Schaum aus dem Reaktor entfernt und in einem befeuchteten
Raum (80% relative Luftfeuchtigkeit) für 6 Stunden offen abgelegt
wird.
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Eine so gebildeter offenzelliger
superabsorbierender Polymerschaum würde die fol-genden Eigenschaften haben: ein Gelvolumen
(das heißt,
Absorptionskapazität)
von 50 g/g; eine Quellerate (das heißt, Absorptionsgeschwindigkeit)
von 2,8 g/g/sec; eine mittlere Zellengröße von 30 Micron mit einer
Standardabweichung von ± 16
Micron; und ein Verhältnis
von Oberflächenbereich
zur Masse von 0,48 m2/g.