CN1027040C - 带胶凝剂的吸收性结构和含有这种结构的吸收性制品 - Google Patents

Abstract

本发明涉及适用于如尿布、便失禁产品和月经制品等一次性的吸收性制品的吸收性结构和吸收性胶凝剂组合物。该吸收性结构包括亲水纤维材料和聚合物胶凝剂的非脆性颗粒选择加入这种结构中的胶凝剂颗粒以具有约400～1680微米的质量中值粒度，最好其所具有的很大和和奶小的颗粒量都保持在一定的最小含量之下。使用有这样粒度特性的胶凝剂颗粒制成的吸敷性结构具有意外高的吸收能力，并且其中的胶凝剂能使用得很有效果和很有效率。

Description

本发明涉及适用于吸收排出的体液的纤维网状结构，也涉及特别适用于这类结构的吸收性胶凝剂组合物。这种结构可引入到一次性使用的吸收性制品，比如卫生巾，婴儿尿布、成人便失禁用垫等。

由缠绕的纤维团即纤维网构成的吸收性结构在先有技术中是公知的。这种结构，即可以通过吸收机理（这时，纤维材料自身吸收了液体）也可以通过芯吸机理（这时，液体被分散并储存在纤维之间的空隙中）来吸收诸如排出的体液之类的液体。改进这种纤维网结构的吸收性能的一种方法是在其中引入所谓的超吸收聚合物，它吸收液体而形成溶胀的水凝胶材料。生成的水凝胶能够在其结构中保持像 排出的体液之类的液体。在1986年9月9日出版的Weisman和Goldman的美国专利4，610，678中公开了在纤维网中引入具有特定形状（包括纤维状）的形成水凝胶材料的这类吸收性结构。

加入到吸收性结构中的粒状的、形成水凝胶的聚合物（即胶凝剂）的粒度和构造形式可在很宽范围内变化。例如，上面引述的美国专利4，610，678指出，加入到这种吸收性结构中的胶凝剂颗粒的粒度可以从约30微米到约4毫米。然而，在实际的商业实践中，在一次性尿布的吸收芯中使用的胶凝剂颗粒，经常是不规则的，但其构造形式不是非常细长的，粒度从约45微米到约850微米，并且其质量中值粒度从约200微米至370微米。出于工业卫生和易于制造的考虑，一般选用这种形状和粒度的颗粒。

把某些可购买到的胶凝剂材料进一步制造成由较小颗粒的聚结体构成的颗粒，因为在胶凝剂合成和包装操作的过程中，较大的聚结体比较容易处置。不过，据认为，在把这种聚结体在工业操作中加入到所制造的一次性吸收制品的过程中和以后使用这种制品的过程中，它会有一定程度的破碎。因此，实际上，像尿布这类产品所含有的颗粒状胶凝剂也许要比原来以原料形式提供用来制造尿布的胶凝剂聚结体稍小一些。

无论用在已知的吸收性结构中的胶凝剂颗粒有什么样的粒度和形状，一般胶凝剂都要比构成结构的基本部分的化纤组分更贵。因此，要经常巧妙地处理与调整用来制造这种吸收性结构的材料、构造形式及方法，为的是使吸收性结构的吸收能力和该结构中使用的胶凝剂材料的有效吸收能力达到最大。用这种方法，可以使用最小量的胶凝剂，而同时又可实现预期的吸收性能目标。这进而可使吸收性结构的生产成本达到最低。

如果事实上不断需要改进吸收性结构的吸收性能，那么，本发明的目标就是提供一类吸收性结构的构造形式，其结构的吸收能力和其中的胶凝剂的有效能力都能得到改进。

本发明的另一个目标是通过简单地调节和控制吸收性结构中使用的胶凝剂材料的粒度分布来提供吸收能力和胶凝剂效率改进了的这类吸收性结构。

本发明的再一个目标是提供一种胶凝剂组合物，该组合物的粒度特性受到控制并且特别适合加入到这类吸收性结构中。

本发明的又一个目标是提供诸如尿布、体育锻炼用裤、便失禁衬垫、卫生巾等的一次性吸收性制品，这些制品使用了这类具有改进了吸收性能的吸收性结构作为其吸收芯材。

在本发明的一个实施例中，规定了适用于一次性吸收性制品的吸收性结构的具体型式。这类结构包括由约40～95%（重量）的吸水纤维结构和约5～60%（重量）的非纤维、非脆性的、能形成水凝胶的聚合物胶凝剂一起构成的网状物。这种聚合物胶凝剂的平衡凝胶量至少等于每克胶凝剂约20克合成尿。而且，这些胶凝剂颗粒具有这样的粒度分布，以使其质量中值粒度为约400～1680微米。最好应该有不多于约16%（重量）的颗粒其粒度小于200微米，以及应该有不多于约16%（重量）的颗粒，其粒度大于1410微米。胶凝剂颗粒自身完全分散在构成网状物的亲水纤维中间。得到的网状物结构具有约0.06～0.3克/厘米³的密度范围。

在本发明的另一个实例中，指出了特别适用于纤维状吸收性网状结构的吸收性胶凝剂组合物。这种组合物包括许多非纤维状的、非脆性的胶凝剂材料颗粒，其中，这许多颗粒具有与加入到前述吸收性结构中的颗粒相同的粒度特性。用来形成这类颗粒的胶凝剂材料包括约50～99.999%（摩尔）的已聚合的、含不饱和的可聚合酸基的单体和约0.001～5%（摩尔）的交联剂。这种被部分中和的胶凝剂材料，其中和度至少约为50%，凝胶量至少为每克胶凝剂材料约20克合成尿。

在本发明的再一个实例中，指出了改进了吸收性能的吸收性制品。这些制品包括有一层不透液体的背衬，一层透液体的面材和位于背衬和面材之间的吸收芯。吸收芯材包括有一种与前述相同类型的吸收性网状结构。

后面提供的附图表示了一次性尿布的剖视图，这是对于吸收性制品的一种择优选用的结构形式。

本发明的吸收性结构是网状物或毡状物，它们包括纤维状的和非纤维状的组分，而本发明的胶凝剂组合物则只含有非纤维状的组分。对于本发明的目的，“纤维”和“纤维状”这两个术语指的是“特定”材料的特殊型式，这种特定材料的长径比约大于10。与此相反，“非纤维状”颗粒是指其长径比近于或小于10的物质。

在其一系列实例的第一个中，本发明涉及包括含有吸收性胶凝剂材料的非纤维状颗粒的纤维网状物的吸收性结构。这些吸收性网状结构的主要组分包括亲水的纤维材料。对于本发明的目的，如果水或者水性的体液很容易分布于纤维的表面上（而不考虑纤维实际上是否吸收液体或是否形成凝胶），则纤维是“亲水的”。所用的亲水纤维一般平均直径为约1～200微米。这些亲水纤维的平均直径最好为约10～100微米。实际上，所有加入到该类结构中的亲水纤维，最好有至少为1毫米的纤维长度。

对于在本发明的这类结构中使用的亲水纤维材料的种类不是至关重要的。在惯用的吸收性产品中所适用的任何种类的亲水纤维也适用于此处的吸收性结构中。亲水纤维材料的实例包括纤维素、改性纤维素、人造丝、聚酯〔如聚对苯二甲酸乙二醇酯（DACRON）〕、亲水尼龙（HYDROFIL）等。

适用的亲水纤维也包括用亲水剂进行过亲水化处理的疏水纤维。这类纤维包括例如由聚烯烃（如聚乙烯或聚丙烯）、聚丙烯酸、聚酰胺、聚苯乙烯、聚氨酯等制得的经表面活性剂处理或白炭黑处理的热塑性纤维。实际上，亲水化处理的疏水纤维，其身身吸水性并不佳，因此在传统的吸收性结构中使用时，不能给网状物提供足够的吸收能力，但由于其芯吸性能良好，而适用于本发明的吸收性结构中。这是因为在此处的结构中，纤维的芯吸性能要比纤维材料自身的吸收能力重要得多。

由于可用性和价格上的理由，一般在这里优先选用纤维素纤维作为网状结构的亲水纤维组分。最好是木浆纤维。

在此处的某些吸收性结构中也许是特别有用的的其它纤维素纤维材料有上浆、加捻及卷曲的纤维素纤维，它可用交联剂使纤维素纤维发生内交联而制得。例如，在1965年12月21日公布的Bernardin的美国专利3，224，926;1966年3月22日公布的Steiger的美国专利3，241，553;1969年4月22日公布的Chung的美国专利3，440，135;1972年4月26日公布的Steiger的美国专利3，658，613;1976年1月13日公布的Chatterjee的美国专利3，932，209和1977年7月12日公布的Sangenis等人的美国专利4，035，147中都公开了这种通用型纤维，所有这些专利在此都引入作为参考。

在此处吸收性网状结构中用作亲水纤维组分的一种特别好类型的上浆、加捻、卷曲的纤维素纤维包括用例如C₂～C₈的二醛进行内交联的纤维素纤维，虽然这类纤维处于相对脱水的状态。可以依据其干纤维和湿纤维的加捻度（每毫米干纤维至少4.5个捻节，当潮湿时至少每毫米要少0.5个捻节，潮湿时最好每毫米至少有约3.0个捻节）和依据其流体滞留特性（平均异丙醇滞留量小于30%;平均水滞留量为28～50%）来确定这类纤维。在1988年1月7日公布的欧洲专利申请251，676和1988年1月13日公布的欧洲专利申请252，650中对这种上浆、加捻、卷曲的纤维素纤维有更详细的叙述。这两份公布的专利申请都是以Prooter Gamble公司的名义申请的，并全都在此引入作为参考。

此处本结构的亲水纤维组分一般占本结构的约40～95%（重量），更好的是约60～95%（重量）。亲水纤维组分最好占本结构重量的约70～90%（重量）。亲水纤维材料的这个比例，包括了亲水化助剂的重量（如果在其中使用的话）。

这里本吸收性结构的第二种主要组分包括分散的、非纤维状的、非脆性的特定种类聚合物胶凝剂的颗粒。这类聚合物胶凝剂是这样一些物质，当它和水或体液之类的流体（即液体）接触时，能吸收这类流体而形成水凝胶。以这种方式，聚合物胶凝剂的颗粒能接收并保持住排入这种吸收性结构的流体，由此就给此结构提供了强化的吸收能力和/或改进的流体滞留性能。

所用的聚合物胶凝剂颗粒一般包括一种基本是不溶于水的、轻度交联的、部分中和的形成水凝胶的聚合材料。这类聚合物材料可以由可聚合的、不饱和的、含有酸基的单体制备。比如，这类单体包括含有至少一个碳-碳烯类双键的烯类不饱和酸和酸酐。更具体地说，这类单体可以选自烯类不饱和羧酸和酸酐、烯类不饱和磺酸及它们的混合物。在聚合时，这类单体单元将占胶凝剂材料的约50～99.999%（摩尔），最好是约75～99.99%（摩尔）。

用来制备本发明所用的聚合物胶凝剂的合适的不饱和酸性单体包括1987年3月31日公布的Brandt/Goldman/Inglin等人的美国专利4，654，039和1987年6月10日申请的其许可再公布申请书060，718中所列的物质，这两篇在此都 引入作为参考。择优选用的单体包括丙烯酸、甲基丙烯酸和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸。丙烯酸本身特别适用于制备聚合物胶凝剂材料。

在形成水凝胶的聚合物胶凝剂中，由不饱和的含酸单体制得的聚合物组分可以接枝到其它种类的聚合物链上，比如淀粉或纤维素上。这种丙烯酸接枝的淀粉材料用于此处也是特别好的。

能够从惯用类型的单体制备的优先选用的聚合物胶凝剂包括水解的丙烯腈接枝淀粉、丙烯酸接枝淀粉，聚丙烯酸酯、马来酸酐共聚物以及它们的组合物。特别好的是聚丙烯酸酯和丙烯酸接枝的淀粉。

无论在这里的吸收性结构中所用的形成水凝胶的聚合物胶凝剂的主要聚合物组分的本质如何，这类材料一般将是轻度交联的。并联使得在本发明中所用的形成水凝胶的聚合物胶凝剂基本上不溶于水，因此，交联就部分地决定了由所用的聚合物胶凝剂生成的水凝胶的凝胶量和可抽提的聚合物特性。适用的交联剂在先有技术中是公知的，它包括例如在1978年2月28日公布的Masuda等人的美国专利4，076，663中所详细公开的物质，该专利在此引入作为参考。优先选用的交联剂是不饱和单羧酸或多羧酸与多元醇的二酯或多酯，双丙烯酰胺和二烯丙基胺或三烯丙基胺。特别好的交联剂是N，N′-亚甲基双丙烯酰胺、三羟甲基丙烷的三丙烯酸酯和三烯丙基胺。一般交联剂可含有所得的形成水凝胶聚合物材料的约0.001～5%（摩尔）。更好的是，交联剂含量为这里所用的形成水凝胶的聚合物胶凝剂的约0.01～3%（摩尔）。

在本发明的这些结构中可以使用的轻度交联的、形成水凝胶的聚合物胶凝剂一般是以部分中和的形式使用的。为本发明的目的，当至少有25%（摩尔），最好至少有50%（摩尔）的用来形成聚合物的单体是用成盐阳离子中和的含酸基单体时，可认为这类材料是部分中和的。适用的成盐阳离子包括碱金属、铵、取代铵和胺。所用的总单体中被中和的含酸基单体的百分数在这里被认为是“中和度”。中和度最好不超过98%。

在此吸收性结构中所用的聚合物胶凝剂材料必须有比较高的吸收在吸收性结构中所遇到的流体的能力。这类材料的吸收能力可以由本发明所选用的聚合物胶凝剂的“凝胶体积”来定量。

为了本发明的目的，可以用由任何给定的聚合物胶凝剂所吸收的合成尿的量来定义凝胶体积，并规格化为每克聚合物胶凝剂吸收的合成尿的克数。由约0.1～0.2份待测的干聚合物胶凝剂和约20份合成尿制成的悬浮液能测定用合成尿表示的凝胶体积。将这种悬浮液在室温下，在缓和的搅拌下保持足够的时间，比如约1小时，使达到溶涨平衡。然后用在后面测试方法一节中更详细叙述的方法根据悬浮液中聚合物胶凝剂的重量分数和由形成的水凝胶中排出的液体体积与悬浮液的总体积之比计算出以每克聚合物胶凝剂吸收的合成尿克数表示的聚合物胶凝剂的凝胶体积。

本发明的这些结构，特别是要用在尿布、成人便失禁衬垫或体育锻炼用裤中的那些结构，一般将使用凝胶体积至少约为20克合成尿/克聚合物胶凝剂的那些聚合物胶凝剂。当由纤维素纤维（如木浆纤维）构成本结构时，可望使用凝胶体积更高一些的聚合物胶凝剂，也就是说，凝胶体积在约25～60克合成尿/克胶凝剂之间。

由某些种类的纤维素纤维材料（比如前面叙述过的上浆、加捻和卷曲的纤维素纤维）构成的结构。如果使用凝胶体积稍低的胶凝剂，那么在吸收流体时，实际上可能是更为有效的。凝胶体积一般较低的胶凝剂倾向于形成凝胶强度一般较高的水凝胶（强度由前面所引用的美国专利4，654，039和美国再公布申请060，718中所叙述的方法、用水凝胶剪切模量来定量化）。因此，在此处的结构中，亲水纤维是上浆、加捻、卷曲的纤维素纤维，最好可使用凝胶体积约20～35克合成尿/克胶凝剂的聚合物胶凝剂。

在此处的吸收性结构中特别有用的聚合胶凝剂的另一特征关系到在这种形成水凝胶的材料中存在的可抽提聚合物含量。可以通过让形成水凝胶的聚合物胶凝剂材料的试样与合成尿溶液接触一段足够长的时间（例如至少16小时）使之达到抽提平衡，然后从上层清液中过滤出形成的水凝胶，最后测定滤液中聚合物的含量来测定可抽提的聚合物含量。在前述的美国专利4，654，039和美国再公布申请060，718中也陈述了测定此处使用的聚合物胶凝剂中可抽提聚合物含量的具体方法。在此处的结构中特别有用的聚合物胶凝剂材料，其在合成尿中的平衡可抽提含量不多于聚合物胶凝剂重量的 17%左右，最好是不多于约10%。

本发明的一个基本特征是在此处的结构中使用具有一定粒度特性的非纤维状、非脆性的上述聚合物胶凝剂颗粒。特别是，已经发现在把聚合物胶凝剂以普遍大于至今所惯用的颗粒的形式加到这类吸收性结构中时，能够实现吸收性结构的能力和吸收性结构中有效胶凝剂的能力有出乎意外的改进。一般说来，供给这种粒度较大的胶凝剂颗粒要求使用一种或几种能消除或减少与亲水纤维同时被引入到此吸收性结构中的较小、较细的胶凝剂颗粒数量的制造或加工技术。对胶凝剂粒度的上限也作了规定，因为太大胶凝剂的粒度从消费者的审美观点看是不希望的。

特别是，本发明要求在本吸收性结构中使用经选择的质量中值粒度，而且最好是与质量中值粒度有一定的粒度偏差的聚合物胶凝剂。为本发明的目的，粒度被定义为由筛分分析测定的胶凝剂颗粒的尺寸。例如，从原则上讲，在筛孔为710微米的筛上留下的颗粒被认为具有大于710微米的粒度，而通过了筛孔为710微米的筛却留在筛孔为500微米的筛上的颗粒被认为具有500～710微米的粒度而通过了筛孔为500筛微米的颗粒被认为其粒度小于500微米。

再有，为本发明的目的，给定试样或大量胶凝剂颗粒的质量中值粒度被定义为把试样或大量的胶凝剂按质量分成相等的两份时的粒度，这就是说，有一半重量的试样或胶凝剂的粒度大于质量中值粒度，而另一半则粒度小于质量中值粒度。例如，若有一半重量的试样留在筛孔为500微米的筛上，则胶凝剂颗粒试样的质量中值粒度是500微米。一般采用一种标准的粒度标定法（在概率纸上将留在或通过给定筛孔的颗粒试样的累积百分数对筛孔尺寸作图）来测定质量中值粒度，这时，50%的质量值并不相当于美国标准试验筛的筛孔尺寸。这类图也常用来测定在质量中值附近的粒度分布。

在本发明的吸收性结构中使用的聚合物胶凝剂颗粒必须具有从约400～1680微米的质量中值粒度。这类颗粒优先选用的质量中值粒度的范围是约400～1190微米，而且同时有不多于约16%（重量）的这类胶凝剂颗粒具有小于200微米的粒度和不多于约16%（重量）的这类颗粒具有大于1410微米的粒度。本发明的胶凝剂颗粒更加优先选用的质量中值粒度范围是约400～700微米，而且同时有不多于约16%（重量）的这类胶凝剂颗粒具有小于200微米的粒度，不多于约16%（重量）的这类颗粒具有大于1200微米的粒度。再好一些的情况是，在本结构中使用的胶凝剂颗粒具有约410～650微米质量中值粒度，同时有不多于约16%（重量）的这类颗粒的粒度小于210微米，不多于约16%（重量）的这类颗粒的粒度大于1000微米。最好的情况是，胶凝剂颗粒的质量中值粒度为约420～600微米，同时有不多于约16%（重量）的颗粒粒度小于220微米，有不多于约16%（重量）的颗粒粒度大于900微米。

在前述的对质量中值粒度和粒度分布的限定中，能够藉助于标准筛分分析进一步确定此处使用的胶凝剂颗粒的择优粒度特性。用典型的筛分分析，将试样或许多胶凝剂颗粒顺序通过一组筛孔尺寸递减的筛，测定留在或/和通过每个筛的试样的重量百分数。例如美国材料测试协会（ASTM）已经确定了进行这种筛分分析的标准方法。一种这样的方法使用了Ro-Tap测试摇筛机（W.S.Tyler公司制造）和套筛（牌号为U.S.Sieve    Series或Tyler    Standard    Sieve    Series）。在Perry′s    Chemical    Engineers′Handbook第6版（McGraw-Hill图书公司1984年出版）的21-13至21-19页对用此技术测定颗粒的粒度分布有很详细的叙述，本书在此引作参考文献。

对本发明择优选用的更择优选用的胶凝剂试样，用典型的5筛ASTM标准分析法测定的粒度分布特性援引如下：（见文后）

通过控制在制造胶凝剂时使用的加工技术，能调节聚合物胶凝剂颗粒使之达到或接近所需的粒度分布。这经常包括改变并监测胶凝剂的聚合、干燥、切割、磨削和/或聚结的条件。无论使用什么方法，一旦制成了胶凝剂的颗粒，就需要进行如过筛这样的进一步处理，以除去可能存在的会使胶凝剂的颗粒组分落在前述要求的粒度分布范围之外的那部分颗粒。要想制造比通常采用的胶凝剂聚合-干燥-切割技术制造的那些颗粒大的颗粒，一个最好的技术是使较小的颗粒聚结成较大的聚结体。因此能够使用聚结技术来提高胶凝剂颗粒的质量中值粒度，这样也就提供了适用于本结构的处于聚结形态的颗粒。在先有技术中，聚结技术是公知的，它 可以包括也可以不包括在较小的胶凝剂颗粒中使用水份添加剂或使用粘结剂或其它类型的聚结介质。

在本吸收结构中使用的胶凝剂颗粒，无论是否呈聚结形态，都应是非脆性的。为本发明的目的，如果一种颗粒，其稳定程度足以抵抗在惯用的吸收性结构制造和/或使用过程中所遇到的力而不破碎并过分地分裂为较小组分的颗粒，那么这种颗粒就是非脆性的。这意味着，本发明的胶凝剂颗粒应该稳定到足以不破碎成更小颗粒的程度，即不会让得到的颗粒聚结体在溶胀之前落到前面所规定的粒度限定范围之外。

加入到本发明吸收性网状物结构中的粒度分布符合要求的聚合物胶凝剂的量相当于本结构重量的约5～60%。若使用的胶凝剂量少于约5%将使此结构保留由结构所吸收的水性体液的能力变小。而胶凝剂含量高于比如约60%（重量）以上，甚至在高于约40%（重量）时，据认为，使用普遍较大的胶凝剂颗粒来改进吸收能力和有效胶凝剂能力的预期作用将会降低。因此，胶凝剂颗粒最好为此吸收性结构的约10～40%（重量）。

除了必要的亲水纤维和聚合物胶凝剂组分外，本吸收性结构还可包含各种任选的材料。例如，这种任选的材料可包括流体分布助剂、抗微生物剂、pH调节剂、香料等。若有这些任选组分存在的话，其含量一般不多于本结构的约30%（重量）。

可以使用任何提供由纤维及非纤维状胶凝剂颗粒的组合物组成网状物的方法或技术来制造含有必要的亲水纤维和聚合物胶凝剂颗粒组份的本吸收性结构。在这样一种纤维/颗粒组合物中，胶凝剂颗粒应完全地分散在形成网状物的亲水纤维之间。为了本发明的目的，如果不存在单个的胶凝剂颗粒仅仅是彼此间相互接触而不与一个或许多亲水纤维相接触这样明显的状况，那么，胶凝剂颗粒就是“完全地分散”在亲水纤维之间。这最好意味着，在本吸收性结构中不应有任何区域或部位（例如1立方厘米或更大的区域或部位）在其中胶凝剂的含量超过前面所规定的60%的限度。

在本网状结构中，聚合物胶凝剂颗粒必须是完全分散的，但其分布可以是均匀的也可以是不均匀的。具体说来，在本网状结构的有些部位或区域，胶凝剂的含量可以高于本结构的另一些部位或区域。在这样的一个实例中，在顺着本结构的厚度尺寸方向可以存在着胶凝剂的浓度梯度，在接受流体的本结构表面或靠近表面处，凝胶剂的浓度最低，而在厚度方向的相反一面或接近该处，胶凝剂的浓度最高。

在决定本结构和使用此结构的吸收性制品的吸收性能方面，本吸收性结构的密度是有一定重要性的。本吸收性结构的密度一般为约0.06～0.3克/厘米³，更好为约0.09～约0.22克/厘米³。本吸收性结构典型的单元重量约为0.02～0.12克/厘米²。

这种结构的密度值可由单元重量和卡尺来进行计算。在0.137磅/平方英寸（0.94千帕）的限定压力下进行卡尺测量。密度和单元重量值包括了形成水凝胶颗粒的重量。在整个结构的范围内，本结构的密度无需是均匀的。在前面所规定的密度范围内，本发明的结构可含有密度相对较高和密度相对较低的部位或区域。

可以通过气流敷铺法将亲水纤维和聚合物胶凝剂颗粒的基本干燥的混合物制成本发明的吸收性结构，若希望或需要，制得的网状物可进行压实。在1986年9月9日公布的Weisman和Goldman的美国专利4，610，678中对此方法有更充分的说明，本专利在此引作参考文献。

正如美国专利4，610，678所指出，由此方法制得的气流敷铺的网状物最好包括基本未粘结的纤维，最好其含水量等于或小于10%。在用气流敷铺或任何其它传统方法制造本发明的网状物时，应该谨慎处置及输送该聚合物胶凝剂颗粒，以避免这些颗粒破碎成较小的颗粒。当胶凝剂颗粒处于聚结状态，聚结体比非聚结的颗粒也许更脆时，更要如此。如果在网状结构的制造之中或制造之后，草率地处置胶凝剂颗粒，例如聚结体，那么，实际上加入此结构中的颗粒（即使这种颗粒是“非脆性的”）也许会不再具有前述规定所要求的粒度分布特性。

在本发明的另一实例中，本发明涉及了本身特别适合加到纤维状吸收性网状结构中作为吸收剂的胶凝剂组合物。这种组合物包括许多非纤维状的非脆性的聚合物胶凝剂材料的颗粒。胶凝剂材料本身与前面详细叙述过的是同一类型。这许多胶凝剂颗粒也具有与在前面提出的对于加入到本发明的吸收性结构实例中的胶凝剂颗粒相同的粒度特性。

在本发明的又一个实例中，它涉及了把在前面 详细叙述过的这种吸收性结构作为主要组分使用的吸收性制品。“吸收性制品”在此处意味着能吸收大量水和其它流体（即液体）如体液的消费产品。吸收性制品的例子包括一次性尿布、卫生巾、便失禁衬垫、纸巾、擦面纸、厕所垫等。本发明的吸收性结构特别适用于像尿布、便失禁用品和卫生巾等制品。

此处的吸收性制品一般包括一层不透液体的背衬、一层透液体的比较疏水的面材和位于背衬与面材之间的含有本发明的吸收性结构的吸收芯材。不透液背衬可包括任何材料，如聚乙烯或聚丙烯，其厚度大约为1.5密尔，它可协助将流体保留在吸收性制品中。比较疏水的透液的面材，可以包括如聚酯、聚烯烃、人造丝等那样的任何材料，它实质上是多孔的并许可流体快速通过该层而到达下面的吸收性结构中。

此处特别好的吸收性制品是一次性尿布。包括有本发明吸收性结构的一次性尿布可以用传统的尿布制造技术制造，但是用本发明的吸收性结构代替或补充传统尿布中通常使用的木浆纤维网（“空气毡”）芯。在1967年1月31日公布的Duncan和Baker的美国专利Re26，151;1971年7月13日公布的Duncan的美国专利3，592，194;1970年1月13日公布的Duncan和Gellert的美国专利3，489，148和1975年1月14日公布的Buell的美国专利3，860，003中对一次性尿布型式的制品有充分的叙述，这些专利在此都引作参考文献。作为本发明的目的，优先选用的一次性尿布包括一层含有本发明吸收性结构的吸收芯材，与芯材的一面重叠或与之共延的面材，和一层与面材所覆盖的芯材面的反面相重叠或共延的不透液背衬。背衬的宽度最好比芯材宽，这样就提供了超出芯材以外的背衬的边缘部分。尿布最好制成砂漏构造。

附图中表示的是按照本发明的一次性尿布制品的一个实例。图中砂漏状的尿布结构包括一层不透液背衬（101）。位于背衬（101）之上的是砂漏状吸收芯（102），它含有本发明的吸收性结构。这层芯材含有亲水纤维材料，如木浆纤维。在吸收芯材（102）中分布的是离散的聚合物胶凝剂颗粒（103），这此颗粒具有前述的合乎要求的粒度分布。位于砂漏状吸收芯材（102）上面的是透液面层（104）。

由于本发明的吸收性结构对经血以及尿有高的吸收能力，尽管这种能力是用合成尿来测定的，这种结构也很适用于卫生巾。和一次性尿布的情况一样，通过简单地用本发明的含胶凝剂的吸收性结构去代替或补充传统卫生巾的吸收芯（一般的是木浆纤维的网状物），就能由传统的卫生巾制得使用本吸收性结构的卫生巾。这种代替可以是等重量的，这会导致体积减小及能力增大，或者也可以比等重量要少的量来代替，这样牺牲一部分吸收能力的增加，而取得了减少体积的好处。卫生巾中使用的吸收性结构其厚度为约0.1～2毫米较好，最好是约0.3～1毫米。

卫生巾的一个例子包括本发明吸收性结构的一个垫、一层疏水面材和一层不透液的底层。面材和背材置于本吸收性结构相对的两侧。也可任意地把本吸收性结构卷在包封的薄纸中。对于面材、底材和包封薄纸的适用材料在先有技术中都是公知的。在1975年3月18日公布的Duncan和Smith的美国专利3，871，378中对卫生巾及其中适用的材料有更详细的叙述，该公开在此处引作参考文献。

在用以下诸实例叙述本发明时，给出了聚合物胶凝剂颗粒和含有这些颗粒的本吸收性结构的某些性能。在报告之处，这些性能可用以下测试方法测定：

胶凝剂的凝胶量

用每克聚合物胶凝剂所吸收的合成尿的克数表示的凝胶量是在几个等分的合成尿中溶胀聚合物试样而测定的。被聚合物胶凝剂实际吸收的这种合成尿的量是由以下方法测定的，这包括使用含有蓝色葡聚糖的合成尿溶液，以便使用光吸收测量来计算未被生成的水凝胶吸收进去的合成尿的量。

a）蓝色葡聚糖溶液的制备

在1000份合成尿（SU）溶液中溶解0.3份蓝色葡聚糖（Sigma D-5751）制成0.03%的蓝色葡聚糖（BD）溶液。合成尿是15.0份1%的TRITONX-100、60.0份NaCl、1.8份CaCl₂·2H₂O和3.6份MgCl₂·6H₂O，再用蒸馏水稀释到6000份。制得的溶液在其617毫微米的最大吸收处的吸收系数约为0.25。

b）水凝胶平衡

用（ⅰ）20份合成尿（SU）溶液和（ⅱ）20份蓝色葡聚糖（BD）溶液对待测的形成水凝胶的聚合物胶凝剂的等分试样进行溶胀。制备双份在蓝色葡聚物 （BD）溶液中的悬浮液。对于大多数水凝胶，需要0.1～0.25份的形成水凝胶干粉以便得到相对于蓝色葡聚糖参比溶液有足够高的分光光度读数。在缓和的搅拌棒搅拌下，于室温平衡1小时，一般足以达到溶胀平衡。在平衡之后，用倾析法从每个凝胶悬浮液中分离3毫升的等量清液，然后离心分离。

c）测定凝胶量

用精度为0.001吸收单位的分光光度计测量每一清液的光吸收率（ABS）。将合成尿溶液用作参照物，其ABS＝0.0。从没有蓝色葡聚糖的合成尿悬浮液分出的清液，其吸收率不应超过0.01A若数值较高表明由于残留的水凝胶颗粒或残留添加剂造成了散射，必须进一步离心分离。蓝色葡聚糖清液的吸收率应至少超过蓝色葡聚糖参照溶液0.1个吸收单位。若吸收值低于此范围，表明需要调整用来制备凝胶悬浮液的聚合物胶凝剂的量。

d）凝胶量计算

由（ⅰ）凝胶悬浮液中聚合物胶凝剂的重量分数和（ⅱ）排出体积与悬浮液总体积之比来计算以每克聚合物胶凝剂中合成尿的克数表示的凝胶量。由于蓝色葡聚糖的分子量较高，它被从水凝胶中排出，所以这个比值与测得的吸收率有关。用下面的式子来计算凝胶量：

$\mathrm{凝胶量=〔}\frac{\mathrm{BD\; 溶液克数}}{\mathrm{聚合物胶凝剂克数＊}}\mathrm{〕\; \times }$

$\mathrm{〔\; 1-}\frac{\mathrm{BD\; 溶液的ABS}}{\mathrm{BD\; 清液的ABS－S\; 清液的ABS}}〕$

＊校正到干重基准

吸收性结构密度

报道的密度测量全是在9.6克/厘米²（0.94千帕）的限定压力下进行的。使用对卡尺测量进行改进的精密科学针入度计进行测量。

结构的吸收能力

可以用平衡需量吸收率测试法来测量吸收结构的吸收能力。在此测试中，把一直径为5.4厘米的本吸收性结构试样置于直径为7.5厘米的烧结玻璃〔Por    E（ASTM4～8微米）Ace    Glass制造〕上，它与装有合成尿容器中的液体保持接触。在这套装置中，该容器放在Mettler    AE160分析天平的盘上。这就保证可连续地读出容器中合成尿的重量，通过差值就得到被本吸收性结构吸收的合成尿的重量。烧结玻璃的高度和容器的高度调节到接近同一水平。将每平方英寸0.2磅的限定重量（1.38千帕）放在本吸收性结构的试样上面。用这个装置就能测出一旦达到平衡时每克结构所吸收的合成尿的克数。

用下述的实例来说明本吸收性结构以及含有此结构的一次性吸收制品。

实例1

用气流敷铺的方法将约80%（重量）的木浆纤维和约20%（重量）的交联的和部分中和的聚丙烯酸钠胶凝剂颗粒的基本均匀的混合物制成单元重量约0.072克/厘米²的吸收性结构。然后把制得的纤维网状物压制成为密度约为0.21克/厘米³的结构。使用的木浆纤维是南方软木加利比松纤维（经Foley疏松）。胶凝剂的平衡凝胶量约为每克胶凝剂24克合成尿，中和度约70%。

胶凝剂的颗粒是这样过筛的，在此吸收性结构中使用NO.25/35筛分。25/35筛分含有的颗粒是能通过710微米筛孔的美国标准测试筛（美国系列替代筛标号NO.25）而留在500微米筛孔的美国标准测试筛（美国专利替代筛标号NO.35）上的颗粒。在用Ro-Tap摇筛机（Tyler公司）过筛30分钟后，在美国标准测试筛（Fisher）之间收集该粒度筛分。

用前面测试方法一节中给出的方法，测定含此筛分的胶凝剂颗粒的本结构的吸收能力，得到其为每克结构11.4克合成尿。因为已知可比较的100%Foley疏松结构在0.2磅/平方英寸下的平衡能力约为6.0克/克，就有可能计算出在上述结构中胶凝剂的有效吸收能力。通过测定含胶凝剂结构与可比的100%Foley疏松结构之间的能力差（以克表示），再将此差值除以以克表示的胶凝剂干重量就可做到这一点。因此，用此方法测定出的本胶凝剂的有效吸收能力表示每单位加入的形成水凝胶的聚合物胶凝剂在本吸收性结构的平衡能力方面的单位增量。为此发明的目的，无胶凝剂的可比结构是一种与含胶凝剂结构的Foley疏松组份具有相同单元重量和相同密度的结构。对此实例1这样一种可比结构的单元重量约0.057克/厘米²，而密度约为0.17克/厘米³。对于实例1的结构用这个方法计算出的在本结构中胶凝剂的有效吸收能力为每克胶凝剂33.0克合成尿。

实例2

用相同种类但筛分不同的胶凝剂颗粒制造具有近似相同的胶凝剂含量的与实例1相似的吸收性结构。也用在测试方法一节中叙述的方法测量这些结构的平衡吸收能力。然后也用与实例1中叙述的相似的方法计算出每个结构中胶凝剂的有效吸收能力。

对被测产品的描述和测得的吸收能力列在表Ⅰ中。（表见文后）

＊两次测量的平均

表Ⅰ的数据表明，本发明的结构1和结构2与使用一般较小的胶凝颗粒的类似结构（结构3～5）相比，既给该结构提供了较高的吸收能力也提供了较高的胶凝剂的有效吸收能力。

实例3

用同样的组份，但改变在本结构中的胶凝剂颗粒的含量和粒度来制造与实例1和实例2相似的吸收性结构。也测定了这种结构的吸收能力和在每一个这种结构中的胶凝剂的有效吸收能力。这类结构和它们的吸收能力列在表Ⅱ中。（表见文后）

1.500～700微米

2.90～125微米

＊重复测量的平均值

表Ⅱ的数据表明，随着结构中总胶凝剂含量的增加，由于使用较大粒度的胶凝剂所引起的胶凝剂有效吸收能力的改进效果逐步减小了。

实例4

用凝胶量约为49克合成尿/克及中和度约为70%的交联的聚丙烯酸钠胶凝剂制备与实例1中所述相似的吸收性结构。这种胶凝剂的粒度筛分是胶凝剂颗粒可以通过710微米筛孔的美国标准测试筛（美国系列替代筛标号NO.25）而留在500微米筛孔的美国标准测试筛（美国系列替代筛标号NO.35）上。把这些胶凝剂颗粒以约15%的含量加到Foley疏松结构中。制得的纤维网状物的单元重量约为0.05克/厘米²。然后将此网状物压制成为密度约0.19克/厘米³的结构

实例5

将实例4中的结构的平衡吸收能力和结构中胶凝剂的有效能力与结构相似、但使用较小粒度筛分的胶凝剂颗粒的情况进行比较。结果如表Ⅲ所示（表见文后）

＊两次测量的平均值

表Ⅲ的数据表明，对于此较高凝胶量的胶凝剂，本发明的结构1和结构2与那些使用一般较小的胶凝剂颗粒的类似结构（结构3～5）相比，既为结构提供了较高的吸收能力也提供了较高的胶凝剂的有效吸收能力。

实例6

用本发明的吸收性结构作为吸收芯层制造一次性尿布。该吸收性结构是一种气流敷铺的砂漏状混合物，它包括26.6克木浆纤维（Foley疏松）和5克凝胶量约为30克合成尿/克及中和度约为70%交联聚丙烯酸钠聚合物胶凝剂颗粒。基本上，全部聚合物胶凝剂的颗粒的粒度在约355～500微米之间。这种颗粒的质量中值粒度约为430微米。

该吸收性结构的胶凝剂分布不均匀，在尿布的前部胶凝剂的重量百分含量为20%，在尿布的分叉部为13%，在尿布的后部为12%。这种结构被压实使其平均密度约为0.15克/厘米³，而平均单元重量约为0.05克/厘米²。

在一般按1975年1月14日公布的Buell的美国专利3，860，003中所叙述的那样而制造的尿布中，使用了这种砂漏状吸收性结构作为吸收芯材。在这样的尿布中，砂漏状的芯用包封薄纸包起来并夹在聚丙烯面材和聚乙烯背衬之间。与使用较小粒度筛分的胶凝剂制得的类似尿布相比，利用本胶凝剂的吸收能力，使这种尿布的结构特别有效。

筛孔尺寸    美国系列    Tyler    择优分布    更择优分布

（微米）    替代筛标号    相当标号    （重量%）    （重量%）

1410    不通过14号    不通过12目    ＜0.1    0～0.05

1190    不通过16号    不通过14目    ＜1.0    0～0.5

841    不通过20号    不通过20目    10-35    15～25

297    不通过50号    不通过48目    ＞50    60～70

149    不通过100号    不通过100目    ＜15    10～14

149    不通过100号    不通过100目    ≤5    1～3

表Ⅰ

聚合物胶凝剂（PGA）的粒度对平衡吸收能力的影响

PGA粒度范围    结构吸收能力    有效PGA吸收能力

结构号    （微米）    （克/克）    （克/克）

1    500-710    11.5＊    33.3＊

2    355-500    11.2    31.3

3    180-250    10.6＊    28.5＊

4    125-180    9.9＊    25.0＊

5    90-125    9.7    23.8

表Ⅱ

聚合物胶凝剂（PGA）含量的影响

结构吸收能力    有效PGA能力

PGA近似含量    （克/克）    （克/克）

（重量%） 大颗粒¹小颗粒²大颗粒¹小颗粒²

0    6.0＊    6.0＊    -    -

10    9.3＊    7.9＊    40＊    26＊

20    11.5＊    9.7    33＊    24

30    12.8＊    11.1＊    29＊    24＊

表Ⅲ

聚合物胶凝剂（PGA）粒度的影响

使用高凝胶量的PGA

PGA含量    PGA粒度范围    结构吸收能力    有效PGA吸收

结构号    （重量%）    （微米）    （克/克）    能力（克/克）

1    15.2＊    500-710    12.2＊    46.6＊

2    14.5    355-500    12.1    48.0

3    14.6    180-250    11.1    41.3

4    13.0    125-180    10.3    39.4

5    14.5    90-125    10.0    33.5

Claims (20)

1、一种适用于一次性的吸收性制品的吸收性结构，所述吸收性结构包括由以下组合而构成的网状物，

A.约为该结构的40-95%(重量)的亲水纤维，以及

B.约为该结构的5-60%(重量)的非纤维状、非脆性、能形成水凝胶的聚合物胶凝剂颗粒，其平衡凝胶量至少约为20克合成尿/克胶凝剂，所述颗粒的重量中值粒度约为400-700微米，其中粒度小于200微米的颗粒不多于约16%(重量)，粒度大于1000微米的颗粒不多于约16%(重量)，在所述网状物中，所述颗粒完全地分散在所述亲水纤维间；

所述网状物的密度约为0.06-0.3克/厘米³。

2、按照权利要求1的一种吸收性结构，其中

A.亲水纤维是占该结构约70-90%（重量）的纤维素纤维;

B.能形成水凝胶的聚合物胶凝剂占该结构的约10-30%（重量），并且这是选自聚丙烯酸酯和丙烯酸接枝的淀粉的一种轻度交联与部分中和的聚合物，所述胶凝剂中含有的在合成尿中平衡可抽提聚合物的含量不超过约17%（重量）;以及

C.该胶凝剂颗粒的质量中值粒度为410-650微米，同时，所述颗粒中有不超过约16%（重量）的粒度小于210微米。

3、按照权利要求2的一种吸收性结构，其中胶凝剂颗粒的质量中值粒度为约420-600微米，同时，所述颗粒中有不超过约16%（重量）的粒度小于220微米，有不超过约16%（重量）的粒度大于900微米。

4、按照权利要求2的一种吸收性结构，其中亲水纤维素纤维是木浆纤维，并且其中聚合物胶凝剂的凝胶量约为25-60克合成尿/克胶凝剂。

5、按照权利要求2的一种吸收性结构，其中亲水纤维素纤维是上浆、加捻和卷曲的纤维素纤维，并且其中聚合物胶凝剂的凝胶量约为20-35克合成尿/克胶凝剂。

6、按照权利要求2的一种吸收性结构，其中当在美国系列筛上用ASTM分析法测定时，胶凝剂颗粒有如下的粒度分布：

美国系列筛替代标号  分布（重量%）

不通过14号  ＜0.1

不通过16号  ＜1.0

不通过20号  10-35

不通过50号  ＞50

不通过100号  ＜15

通过100号  ≤5

7、一种适用于权利要求1的吸收性结构中作为吸收性胶凝剂的组合物，所述组合物包括许多的基本不溶于水、轻度交联、部分中和、能形成水凝胶的聚合物胶凝剂材料的非纤维状、非脆性的颗粒，其中：

（A）所述聚合物胶凝剂材料包括：

（ⅰ）约50-99.999%（摩尔）的已聚合的不饱和、可聚合、含酸基的单体;以及

（ⅱ）约0.001-5%（摩尔）的交联剂;

所述聚合物胶凝剂材料的中和度至少约50%，凝胶量至少约20克合成尿/克胶凝剂材料;以及

（B）所述许多颗粒的质量中值粒度为约400-700微米，其中粒度小于200微米的颗粒不多于约16%（重量），粒度大于1000微米的颗粒不多于约16%（重量）。

8、按照权利要求7的组合物，其中

（A）该聚合物胶凝剂材料选自聚丙烯酸酯和丙烯酸接枝的淀粉，并且其在合成尿中的平衡可抽提聚合物含量不超过约17%（重量），以及

（B）所述许多颗粒的质量中值粒度为约410-650微米，同时，所述颗粒中有不超过约16%（重量）的粒度小于210微米。

9、按照权利要求8组合物，其中所述聚合物胶凝剂材料的凝胶量为约25-60克合成尿/克胶凝剂，并且其中所述许多的胶凝剂颗粒的质量中值粒度为约420-600微米，同时，所述颗粒中有不超过约16%（重量）的粒度小于220微米，有不超过约16%（重量）的粒度大于900微米。

10、按照权利要求8的组合物，其中所述许多胶凝剂颗粒当在美国系列筛上用ASTM分析法测定时具有如下的粒度分布：

美国系列筛替代标号  分布（重量%）

不通过14号  ＜0.1

不通过16号  ＜1.0

不通过20号  10-35

不通过50号  ＞50

不通过100号  ＜15

通过100号  ≤5

11、按照权利要求8的组合物，其中该胶凝剂颗粒呈聚结状态。

12、一种含有权利要求1的吸收性结构的改进了吸收性能的吸收性制品，所述制品包括：

A.一层不透液体的背衬;

B.一层透液体的面材;以及

C.位于所述背衬和所述面材之间的吸收芯材，所述吸收芯材包括由下列组合而构成的网状物;

（ⅰ）约为网的40-95%（重量）的亲水纤维;以及

（ⅱ）约为网的5-60%（重量）的可形成水凝胶的聚合物胶凝剂的非纤维状、非脆性颗粒，其平衡凝胶量至少约为20克合成尿/克胶凝剂，所述颗粒的质量中值粒度约为400-700微米;其中粒度小于200微米的颗粒不多于约16%（重量），粒度大于1000微米的颗粒不多于约16%（重量），在所述网状物中，所述颗粒完全地分散在所述亲水纤维间;

所述网状物的密度约为0.06-0.3克/厘米³。

13、按照权利要求12的吸收性制品，其中

A.在该网状物中，该亲水纤维是纤维素纤维，它占网状物的70-90%（重量）;

B.在该网状物中，形成水凝胶的聚合物胶凝剂占网状物的10-30%（重量），并且这是一种选自聚丙烯酸酯和丙烯酸接枝的淀粉的轻度交联、部分中和的聚合物，所述胶凝剂含有的在合成尿中平衡可抽提聚合物的含量不超过约17%（重量）;以及

C.在该网状物中，胶凝剂颗粒的质量中值粒度约为410-650微米，同时，所述颗粒中有不超过约16%（重量）的粒度小于210微米。

14、按照权利要求13的吸收性制品，其中在该网状物中，聚合物胶凝剂颗粒的质量中值粒度约为420-650微米，同时，所述颗粒中有不超过约16%（重量）的粒度小于220微米，有不超过约16%（重量）的粒度大于900微米。

15、按照权利要求13的吸收性制品，其中在该网状物中，亲水纤维素纤维是木浆纤维，并且其中在网状物中，聚合物胶凝剂的凝胶量约为25-60克合成尿/克胶凝剂。

16、按照权利要求13的吸收性制品，其中在该网状物中，亲水纤维素纤维是上浆、加捻及卷曲的纤维素纤维，并且其中在网状物中，聚合物胶凝剂的凝胶量为约20-35克合成尿/克胶凝剂。

17、按照权利要求13的吸收性制品，其中在该网状物中，胶凝剂颗粒当在美国系列筛上用ASTM分析法测定时具有下列粒度分布：

美国系列筛替代标号  分布（重量%）

不通过14号  ＜0.1

不通过16号  ＜1.0

不通过20号  10-35

不通过50号  ＞50

不通过100号  ＜15

通过100号  ≤5

18、一种按照权利要求13的吸收性制品，其中，

A.所述面材是与所述芯材的一个面共延的;

B.所述背衬在被所述面材覆盖的芯材的面相反面上与所述芯材共延，背衬比芯材要宽，因此提供了延伸在芯材以外的背衬的边缘部分;以及

C.所述吸收芯材是砂漏形状的

19、按照权利要求18的一种吸收性制品，其中，在该吸收芯的网状物中，聚合物胶凝剂颗粒存在着浓度梯度，在最靠近背衬的网状物区域要比最靠近面材的网状物的区域有相对较高的聚合物胶凝剂浓度。

20、一种按照权利要求13的卫生巾形式的吸收性制品，其中该吸收芯层中网状物的密度约为0.09-0.22克/厘米³。

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