CN110248631A - 流体吸收制品 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及具有改进的性能、尤其是再润湿性能和液体收集的流体吸收制品、流体吸收芯和流体吸收混合物。该流体吸收制品包含(A)上层渗液层,(B)下层不渗液层,(C)流体吸收芯,其包含60至20重量%的纤维材料以及40至80重量%的至少第一类吸水性聚合物颗粒(G)和至少第二类吸水性聚合物颗粒(H),基于吸水性聚合物颗粒和纤维材料的总和计;(D)任选的(A)和(C)之间的收集‑分布层(D),(F)其他任选的组件,其中流体吸收芯(C)的第一类吸水性聚合物颗粒(G)的SFC为至少20×10‑7cm3·s/g,并且其中流体吸收芯的至少第二类吸水性聚合物颗粒(H)的球形度为至少0.80。
Description
本发明涉及具有改进的性能、尤其是再润湿性能和液体收集的流体吸收制品、流体吸收芯和流体吸收混合物。
本发明的流体吸收制品,其包含
(A)上层渗液(liquid-pervious)层,
(B)下层不渗液层,
(C)流体吸收芯,其包含60至20重量%的纤维材料以及40至80重量%的至少第一类吸水性聚合物颗粒(G)和至少第二类吸水性聚合物颗粒(H),基于吸水性聚合物颗粒(G,H)和纤维材料的总和计;
(D)任选的(A)和(C)之间的收集-分布层(D),
(F)其他任选的组件,其中流体吸收芯(C)的第一类吸水性聚合物颗粒(G)的SFC为至少20×10-7cm3·s/g,并且其中流体吸收芯的至少第二类吸水性聚合物颗粒(H)的球形度(sphericity)为至少0.80。
流体吸收制品的制备记载在专著“Modern Superabsorbent PolymerTechnology”,F.L.Buchholz和A.T.Graham,Wiley-VCH,1998,第252至258页中。
吸水性聚合物颗粒的制备同样记载在专著“Modern Superabsorbent PolymerTechnology”,F.L.Buchholz和A.T.Graham,Wiley-VCH,1998,第71至103页中。吸水性聚合物颗粒也称为“流体吸收聚合物颗粒”、“超吸收性聚合物”或“超吸收剂”。例如,通过聚合单体溶液的液滴来制备吸水性聚合物颗粒记载在例如EP 0 348 180 A1、WO 96/40427 A1、US5,269,980、WO 2008/009580 A1、WO 2008/052971 A1、WO2011/026876 A1、WO 2011/117263A1、WO 2014/079694、WO2015/028327和WO 2015/028158中。
目前市售的一次性尿布通常由渗液顶层(A)、不渗液底层(B)、层(A)和(B)之间的吸水储存层或吸收芯(C),以及层(A)和(C)之间的收集分布层(D)组成。
通常,几层流体吸收制品满足明确的功能,如上层渗液层的干燥性,下层不渗液层的蒸汽渗透性且不会湿透,柔韧的、蒸汽可渗透的和流体吸收性的芯,其显示出快速吸收速率并能够保持体液量,并且上层和芯之间的收集-分布层(ADL)作为排出的体液的输送和分布层。
通常,收集分布层(ADL)应确保体液快速通过吸收制品的结构内部并且均匀地分布在下面的存储层或芯的厚度中,而不是仅局部地吸收于位于液体到达点之下的区域中,或主要吸收于这些区域中。但通常由于存在减小流体吸收制品厚度的趋势,ADL的厚度也减小,这导致整个芯的液体分布减少,因此也导致流体吸收制品减少的液体收集和高的再润湿性。
因此,本发明的一个目的是提供具有改进的液体收集的流体吸收制品,以避免渗漏。
本发明的另一个目的是提供具有改善的再润湿性能的流体吸收制品,以确保穿用者的干燥。
本发明的又一个目的是提供流体吸收混合物,其确保在液体吸收制品中改善的液体收集和再润湿性。
本发明的再一个目的是提供流体吸收芯,其确保在流体吸收制品中改善的再润湿性能和液体收集。
所述目的通过一种流体吸收制品实现,所述流体吸收制品包含
(A)上层渗液层,
(B)下层不渗液层,
(C)流体吸收芯,其包含60至20重量%的纤维材料以及40至80重量%的至少第一类吸水性聚合物颗粒(G)和至少第二类吸水性聚合物颗粒(H),基于吸水性聚合物颗粒(G,H)和纤维材料的总和计;
(D)任选的(A)和(C)之间的收集-分布层(D),
(F)其他任选的组件,
其中流体吸收芯(C)的第一类吸水性聚合物颗粒(G)的SFC为至少20×10-7cm3·s/g,并且其中流体吸收芯的至少第二类吸水性聚合物颗粒(H)的球形度为至少0.80。
所述目的还通过一种流体吸收芯实现,所述流体吸收芯包含60至20重量%的纤维材料以及40至80重量%的至少第一类吸水性聚合物颗粒(G)和至少第二类吸水性聚合物颗粒(H),基于吸水性聚合物颗粒(G,H)和纤维材料的总和计;其中流体吸收芯(C)的第一类吸水性聚合物颗粒(G)的SFC为至少20×10-7cm3·s/g,并且其中流体吸收芯的至少第二类吸水性聚合物颗粒(H)的球形度为至少0.80。
本发明的该实施方案的流体吸收芯(C)包括至少两层(K,L),其中一层(K)包含60至20重量%的纤维材料和40至80重量%的第一类吸水性聚合物颗粒(G),基于吸水性聚合物颗粒和纤维材料的总和计,并且第二层(L)包含60至20重量%的纤维材料和40至80重量%的至少第二类吸水性聚合物颗粒(H),基于吸水性聚合物颗粒和纤维材料的总和计。
根据本发明的一个优选实施方案,在流体吸收芯(C)中,包含第一类吸水性聚合物颗粒(G)的层在包含至少第二类吸水性聚合物颗粒(H)的层的上方沿z方向布设。
所述目的还通过一种流体吸收制品实现,所述流体吸收制品包含
(A)上层渗液层,
(B)下层不渗液层,
(C)流体吸收芯,其包含60至20重量%的纤维材料以及40至80重量%的至少第一类吸水性聚合物颗粒(G)和至少第二类吸水性聚合物颗粒(H)的混合物,基于吸水性聚合物颗粒(G,H)和纤维材料的总和计;
(D)任选的(A)和(C)之间的收集-分布层(D),
(F)其他任选的组件,其中流体吸收芯(C)的第一类吸水性聚合物颗粒(G)的SFC为至少20×10-7cm3·s/g,并且其中流体吸收芯的至少第二类吸水性聚合物颗粒(H)的球形度为至少0.80。
所述目的还通过一种流体吸收芯实现,所述流体吸收芯包含60至20重量%的纤维材料以及40至80重量%的至少第一类吸水性聚合物颗粒(G)和至少第二类吸水性聚合物颗粒(H)的混合物,基于吸水性聚合物颗粒(G,H)和纤维材料的总和计;
其中流体吸收芯(C)的第一类吸水性聚合物颗粒(G)的SFC为至少20×10-7cm3·s/g,并且其中流体吸收芯的至少第二类吸水性聚合物颗粒(H)的球形度为至少0.80。
所述目的还通过至少第一类吸水性聚合物颗粒(G)和至少第二类吸水性聚合物颗粒(H)的混合物来实现,基于吸水性聚合物颗粒(G,H)和纤维材料的总和计;
其中流体吸收芯(C)的第一类吸水性聚合物颗粒(G)的SFC为至少20×10-7cm3·s/g,并且其中流体吸收芯的至少第二类吸水性聚合物颗粒(H)的球形度为至少0.80。
根据本发明的另一个实施方案,第一类流体吸收聚合物颗粒(G)的SFC为至少20×10-7cm3·s/g,优选至少25×10-7cm3·s/g,特别优选至少30×10-7cm3·s/g,优选至少40×10-7cm3·s/g,更优选至少60×10-7cm3·s/g,最优选至少80×10-7cm3·s/g,进一步最优选至少100×10-7cm3·s/g,但不高于200×10-7cm3·s/g。
根据本发明的另一个实施方案,第二类吸水性聚合物颗粒(H)的SFC为最大15×10-7cm3·s/g,优选为最大10×10-7cm3·s/g,特别优选为最大5×10-7cm3·s/g,更优选为3×10-7cm3·s/g,最优选为0×10-7cm3·s/g。
根据另一个实施方案,本发明流体吸收制品、吸收芯或吸收混合物的第二类吸水性聚合物颗粒(H)的球形度分别为至少0.80,优选至少0.85,特别优选至少0.90。
根据本发明的另一个实施方案,第二类吸水性聚合物颗粒(H)的球形度为至少0.80,并且SFC为最大5×10-7cm3·s/g。
分别根据本发明的流体吸收制品、吸收芯或吸收混合物的另一个实施方案,流体吸收芯(C)的第一类吸水性聚合物颗粒(G)的制备方法包括以下步骤:聚合单体溶液,形成和粉碎聚合物凝胶,干燥和研磨聚合物。
根据本发明的另一个实施方案,流体吸收芯(C)的第二类吸水性聚合物颗粒(H)的制备方法是通过在周围的加热气相中使单体溶液的液滴聚合来制备的。
分别根据本发明的一个实施方案,流体吸收制品、吸收芯或吸收混合物的吸水性聚合物颗粒(G,H)是表面后交联的。
根据本发明的一个实施方案,与各自仅含有相同重量的第一类吸水性聚合物(G)或第二类吸水性聚合物(H)的芯和/或吸收制品相比,包含本发明相同重量的作为混合物的吸水性聚合物(G)和(H)的混合物的流体吸收芯或流体吸收制品还可提供4次连续污损较短的收集时间总和。
与相同量的两种单独组分相比,所述混合物具有4次污损较短的液体收集时间(这意味着更快地吸收液体)。根据该实施方案,所述混合物提供关于液体收集时间的协同作用。
合适的吸水性聚合物是通过包括以下步骤的方法制备的:通过聚合单体溶液来形成吸水性聚合物颗粒,任选地使用至少一种表面后交联剂涂覆吸水性聚合物颗粒,和使涂覆的吸水性聚合物颗粒进行热表面后交联;所述单体溶液包含
a)至少一种带有酸基团且可被至少部分中和的烯属不饱和单体,
b)任选地一种或多种交联剂,
c)至少一种引发剂,
d)任选地一种或多种可与a)中提及的单体共聚的烯属不饱和单体,
e)任选地一种或多种水溶性聚合物,和
f)水。
根据本发明的一个实施方案,在用表面后交联剂涂覆之前,吸水性聚合物颗粒中残余单体的含量优选为0.03至15重量%,并且热表面后交联期间的温度为100至180℃。
本发明的详细描述
A.定义
如本文所用,术语“流体吸收制品”是指能够收集并储存从身体排出的流体的任何三维固体材料。优选的流体吸收制品是设计为与使用者的身体相接触的穿戴用一次性流体吸收制品,如一次性流体吸收卫生护垫、卫生巾、月经制品、失禁插条/垫(incontinenceinserts/pads)、尿布、训练短裤尿布、胸垫、阴唇间插条/垫(interlabial inserts/pads)或其他对于吸收体液有用的制品。
如本文所用,术语“流体吸收组合物”是指流体吸收制品的组件,所述组件主要负责流体吸收制品的流体处理,包括体液的收集、输送、分布和储存。
如本文所用,术语“流体吸收芯或”或“吸收芯”是指流体吸收组合物,其包含吸水性聚合物颗粒和任选地纤维材料、非织造材料、纸巾材料和任选地粘合剂。所述流体吸收芯主要是负责流体吸收制品的流体处理/管理,包括体液的收集、输送、分布、储存和保留。
如本文所用,术语“层”是指其主要维度在于其长度和宽度的流体吸收组合物。应知晓的是,术语“层”不一定限于流体吸收组合物的单一的层或片。因此,层可包括层压材料、复合材料、不同材料的几个片或网的组合。
如本文所用,术语“x-维度”是指流体吸收组合物、层、芯或制品的长度,术语“y-维度”是指其宽度。通常,术语“x-y-维度”是指与流体吸收组合物、层、芯或制品的高或厚相垂直的平面。
如本文所用,术语“z-维度”是指与流体吸收组合物、层、芯或制品的长和宽相垂直的维度。通常,术语“z-维度”是指流体吸收组合物、层、芯或制品的高。
如本文所用,术语“基重(basis weight)”分别表示每平方米的流体吸收芯的重量或每平方米的收集-分布层的重量。基重分别是在流体吸收芯或收集分布层的不连续区域测定的。
此外,应理解,术语“上层”是指更接近流体吸收制品的穿用者的流体吸收组合物。通常,上层为与流体吸收制品的穿用者最接近的组合物,下文描述为“上层渗液层”。相反,术语“下层”是指远离流体吸收制品的穿用者的流体吸收组合物。通常,底层为最远离流体吸收制品的穿用者的组件,下文描述为“下层不渗液层”。
如本文所用,术语“渗液”是指基材、层或层压材料允许液体(即体液,如尿液、月经和/或阴道流体)容易地渗透其厚度。
如本文所用,术语“不渗液”是指基材、层或层压材料在正常使用条件下不允许体液在液体接触点处在大致垂直于层平面的方向上通过。
如本文所用,术语“底架(chassis)”是指包含上层渗液层和下层不渗液层、用于吸收制品的弹性和封合系统的流体吸收材料。
如本文所用,术语“亲水性”是指水沉积在这些纤维上时该纤维的润湿性。术语“亲水性”是通过体液的接触角和表面张力定义的。根据Robert F.Gould在1964年AmericanChemical Society出版物“Contact angle,wettability and adhesion”中的定义,当液体和纤维(尤其是纤维表面)之间的接触角小于90°,或当液体在该表面上趋于自发地铺展时,所述纤维被称为亲水性的。
相反地,术语“疏水性”是指纤维显示出大于90°的接触角,或液体没有自发地沿着纤维表面铺展。
如本文所用,术语“体液”是指由人体或动物体产生并排出的任何流体,如尿液、月经液、粪便、阴道分泌物等。
如本文所用,术语“透气性”是指允许蒸气从流体吸收制品中排出同时仍防止流体渗漏的基材、层、膜或层压材料。透气性基材、层、膜或层压材料可为多孔聚合物膜、来自纺粘和熔喷层的非织造层压材料、来自多孔聚合物膜和非织造物的层压材料。
如本文所用,术语“纵向”是指从腰部边缘垂直穿过至流体吸收制品的相对腰部边缘的方向。
B.吸水性聚合物颗粒
吸水性聚合物颗粒是通过包括以下步骤的方法制备的:通过聚合单体溶液来形成吸水性聚合物颗粒,任选地使用至少一种表面后交联剂涂覆吸水性聚合物颗粒,和使涂覆的吸水性聚合物颗粒进行热表面后交联;所述单体溶液包含
g)至少一种带有酸基团且可被至少部分中和的烯属不饱和单体,
h)任选地一种或多种交联剂,
i)至少一种引发剂,
j)任选地一种或多种可与a)中提及的单体共聚的烯属不饱和单体,
k)任选地一种或多种水溶性聚合物,和
l)水。
优选地,在用表面后交联剂涂覆之前,吸水性聚合物颗粒中残余单体的含量为0.03至15重量%,优选的表面后交联剂为碳酸亚烷基酯,并且热表面后交联期间的温度为100至180℃。
吸水性聚合物颗粒通常在水中不可溶但可溶胀。
单体a)优选是水溶性的,即在23℃下在水中的溶解度通常为至少1g/100g水,优选至少5g/100g水,更优选至少25g/100g水,最优选至少35g/100g水。
合适的单体a)为,例如烯属不饱和羧酸,如丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸和衣康酸。特别优选的单体为丙烯酸和甲基丙烯酸。非常特别优选丙烯酸。
其他合适的单体a)为,例如烯属不饱和磺酸,如乙烯基磺酸、苯乙烯磺酸和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸(AMPS)。
杂质可对聚合有强烈影响。优选特别纯的单体a)。有用的纯化方法公开于WO2002/055469 A1、WO 2003/078378 A1和WO 2004/035514 A1中。根据WO 2004/035514 A1,合适的单体a)为纯化的丙烯酸,其具有99.8460重量%的丙烯酸、0.0950重量%的乙酸、0.0332重量%的水、0.0203重量%的丙酸、0.0001重量%的糠醛、0.0001重量%的马来酸酐、0.0003重量%的二丙烯酸和0.0050重量%的氢醌单甲基醚。
聚合的二丙烯酸由于热分解而为残余单体来源。如果工艺过程中温度低,则二丙烯酸浓度不再关键且具有更高二丙烯酸浓度(即500-10,000ppm)的丙烯酸类可用于本发明方法。
丙烯酸和/或其盐在全部量单体a)中的含量优选为至少50摩尔%,更优选至少90摩尔%,最优选至少95摩尔%。
单体a)的酸基团通常0至100摩尔%,优选至25至85摩尔%,优选至50至80摩尔%,更优选60至75摩尔%部分地被中和,为此,可使用常规中和剂,优选碱金属氢氧化物、碱金属氧化物、碱金属碳酸盐或碱金属碳酸氢盐,及其混合物。代替碱金属盐,也可使用氨或有机胺,例如三乙醇胺。还可使用粉末、浆液或溶液形式的镁、钙、锶、锌或铝的氧化物、碳酸盐、碳酸氢盐和氢氧化物,以及任何上述中和剂的混合物。混合物的实例为铝酸钠溶液。钠和钾特别优选作为碱金属,但非常特别优选氢氧化钠、碳酸钠或碳酸氢钠,及其混合物。通常,中和作用是通过将中和剂混合为水溶液、熔体或还优选为固体来实现的。例如,水含量显著低于50重量%的氢氧化钠可作为熔点高于23℃的蜡质材料存在。在这种情况下,可在高温下计量加入片状材料或熔体。
任选地,可向单体溶液或其原料中加入一种或多种用于掩蔽金属离子(例如铁)的螯合剂,以用于稳定。合适的螯合剂为,例如碱金属柠檬酸盐、柠檬酸、碱金属酒石酸盐、碱金属乳酸盐和甘醇酸盐、三磷酸五钠、乙二胺四乙酸盐、次氮基三乙酸(nitrilotriaceticacid)和以名称(如C(二亚乙基三胺五乙酸五钠)、D((羟乙基)-乙二胺三乙酸三钠)、M(甲基甘氨酸二乙酸))和已知的所有螯合剂。
单体a)通常包含阻聚剂,优选氢醌单醚作为储存用抑制剂。
单体溶液优选包含至多250重量ppm,更优选不大于130重量ppm,最优选不大于70重量ppm,优选不小于10重量ppm,更优选不小于30重量ppm且尤其约50重量ppm的氢醌单醚,基于每种情况下的丙烯酸计,其中丙烯酸盐作为丙烯酸计算。例如,该单体溶液可使用具有合适氢醌单醚含量的丙烯酸制备。然而,氢醌单醚也可通过例如在活性炭上吸收而从单体溶液中除去。
优选的氢醌单醚是氢醌单甲基醚(MEHQ)和/或α-生育酚(维生素E)。
合适的交联剂b)为具有至少两个适用于交联的基团的化合物。该类基团为,例如可通过自由基机理聚合进入聚合物链中的烯属不饱和基团和可与单体a)的酸基形成共价键的官能团。此外,可与单体a)的至少两个酸基形成配位键的多价金属离子也为合适的交联剂b)。
交联剂b)优选为具有至少两个可通过自由基机理聚合进入聚合物网络中的可自由基聚合基团的化合物。合适的交联剂b)为例如,如EP 0 530438 A1中所述的乙二醇二甲基丙烯酸酯、二乙二醇二丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、甲基丙烯酸烯丙基酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、三烯丙基胺、三烯丙基氯化铵、四烯丙氧基乙烷,如EP 0 547 847 A1、EP0 559476 A1、EP 0 632 068 A1、WO 93/21237 A1、WO 2003/104299 A1、WO2003/104300A1、WO 2003/104301 A1和DE 103 31 450 A1中所述的二-和三丙烯酸酯,如DE 103 314 56A1和DE 103 55 401 A1中所述的除丙烯酸酯基团外还包含其他烯属不饱和基团的混合丙烯酸酯,或例如在DE195 43 368 A1、DE 196 46 484 A1、WO 90/15830 A1和WO 2002/32962A2中所述的交联剂混合物。
合适的交联剂b)特别为季戊四醇三烯丙基醚、四烯丙氧基乙烷、聚乙二醇二烯丙基醚(基于分子量为400至20000g/mol的聚乙二醇)、N,N’-亚甲基二丙烯酰胺、15-重乙氧基化三羟甲基丙烷、聚乙二醇二丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯和三烯丙基胺。
非常特别优选的交联剂b)为例如如WO 2003/104301 A1中所述的已使用丙烯酸或甲基丙烯酸酯化而产生二-或三丙烯酸酯的多乙氧基化和/或多丙氧基化丙三醇。特别有利的是3-至18-重乙氧基化丙三醇的二-和/或三丙烯酸酯。非常特别优选1-至5-重乙氧基化和/或丙氧基化丙三醇的二-或三丙烯酸酯。最优选3-至5-重乙氧基化和/或丙氧基化丙三醇的三丙烯酸酯,且尤其是3-重乙氧基化丙三醇的三丙烯酸酯。
交联剂b)的量优选为0.0001至0.6重量%,更优选0.001至0.2重量%,最优选0.01至0.06重量%,基于每种情况下的单体a)计。随着交联剂b)的量提高,离心保留容量(CRC)降低且21.0g/cm2压力下的吸收(AUL)达到最大值。
出乎意料地,在聚合步骤中,本发明的表面后交联的聚合物颗粒需要非常少的交联剂或甚至不需要交联剂。因此,在本发明的一个特别优选的实施方案中,不使用交联剂b)。
所使用的引发剂c)可为在聚合条件下分解成自由基的所有化合物,例如过氧化物、氢过氧化物、过氧化氢、过硫酸盐、偶氮化合物和氧化还原引发剂。优选使用水溶性引发剂。在某些情况下,有利的是使用各种引发剂的混合物,例如过氧化氢与过二硫酸钠或过二硫酸钾的混合物。过氧化氢与过二硫酸钠的混合物可以任何比例使用。
特别优选的引发剂c)为偶氮引发剂,如2,2’-偶氮二[2-(2-咪唑啉-2-基)丙烷]二盐酸盐和2,2’-偶氮二[2-(5-甲基-2-咪唑啉-2-基)丙烷]二盐酸盐、2,2'-偶氮二(2-脒基丙烷)二盐酸盐、4,4'-偶氮二(4-氰基戊酸)、4,4'-偶氮二(4-氰基戊酸)钠盐、2,2'-偶氮二[2-甲基-N-(2-羟乙基)丙酰胺],以及光敏引发剂如2-羟基-2-甲基苯丙酮和1-[4-(2-羟基乙氧基)苯基]-2-羟基-2-甲基-1-丙-1-酮,氧化还原引发剂如过硫酸钠/羟基甲基亚磺酸、过二硫酸铵/羟基甲基亚磺酸、过氧化氢/羟基甲基亚磺酸、过硫酸钠/抗坏血酸、过二硫酸铵/抗坏血酸和过氧化氢/抗坏血酸,光敏引发剂如1-[4-(2-羟基乙氧基)苯基]-2-羟基-2-甲基-1-丙-1-酮,及其混合物。然而,所使用的还原组分优选为2-羟基-2-亚磺酸基乙酸(sulfinatoacetic acid)的钠盐、2-羟基-2-磺酸基乙酸的二钠盐和亚硫酸氢钠的混合物。该类混合物可以FF6和FF7(Brüggemann Chemicals;Heilbronn;德国)获得。当然,也可在本发明的范围内使用2-羟基-2-亚磺酸基乙酸和2-羟基-2-磺酸基乙酸的纯化的盐或酸——2-羟基-2-磺酸基乙酸可以商品名(Brüggemann Chemicals;Heilbronn;德国)以钠盐形式获得。
引发剂以常规量使用,例如以0.001至5重量%,优选0.01至2重量%,更优选0.05至0.5重量%的量使用,基于单体a)计。
可与烯属不饱和单体a)共聚的烯属不饱和单体d)的实例为丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、丙烯酸羟基乙基酯、甲基丙烯酸羟基乙基酯、丙烯酸二甲基氨基乙基酯、甲基丙烯酸二甲基氨基乙基酯、丙烯酸二甲基氨基丙基酯和甲基丙烯酸二乙基氨基丙基酯。
有用的水溶性聚合物e)包括聚乙烯醇、包含酸侧基的改性聚乙烯醇例如K(Kuraray Europe GmbH;Frankfurt;德国)、聚乙烯吡咯烷酮、淀粉、淀粉衍生物、改性纤维素(如甲基纤维素、羧甲基纤维素或羟乙基纤维素)、明胶、聚乙二醇或聚丙烯酸、聚酯和聚酰胺、聚乳酸、聚乙醇酸、聚乳酸-聚乙醇酸共聚物、聚乙烯胺、聚烯丙胺、可作为(BASF SE;Ludwigshafen;德国)获得的丙烯酸和马来酸的水溶性共聚物,优选淀粉、淀粉衍生物和改性纤维素。
为最佳作用,优选的阻聚剂要求溶解的氧气。因此,可在聚合之前通过惰性化,即用惰性气体,优选氮气流过而从单体溶液中除去溶解的氧气。还可通过添加还原剂来降低溶解的氧气的浓度。单体溶液的氧气含量在聚合之前优选降至小于1重量ppm,更优选小于0.5重量ppm。
单体溶液的水含量优选小于65重量%,优选小于62重量%,更优选小于60重量%,最优选小于58重量%。
单体溶液在20℃下的动态粘度优选为0.002至0.02Pa.s,更优选0.004至0.015Pa.s,最优选0.005至0.01Pa.s。液滴产生的平均液滴直径随着动态粘度的增加而增加。
单体溶液在20℃下的密度优选为1至1.3g/cm3,更优选1.05至1.25g/cm3,最优选1.1至1.2g/cm3。
单体溶液在20℃下的表面张力为0.02至0.06N/m,更优选0.03至0.05N/m,最优选0.035至0.045N/m。液滴产生的平均液滴直径随着表面张力的增加而增加。
聚合
单体溶液进行聚合。合适的反应器为,例如捏合反应器或带式反应器。在捏合机中,将在单体水溶液或悬浮液聚合中形成的聚合物凝胶例如通过WO 2001/038402 A1中所述的逆向旋转搅拌轴连续粉碎。在带上的聚合例如记载于DE 38 25 366 A1和US 6,241,928中。带式反应器中的聚合形成聚合物凝胶,其必须在另一加工步骤中,例如在挤出机或捏合机中粉碎。
为制备尤其是圆度(roundness)为至少0.80的吸水性聚合物颗粒,在周围的加热气相中使单体液滴聚合,例如使用WO 2008/040715A2、WO 2008/052971 A1、WO 2008/069639 A1和WO 2008/086976 A1、WO2014/079694、WO 2015/028327、WO 2015/028158中记载的体系进行。
优选根据本发明的流体吸收混合物和流体吸收制品分别包含通过在周围的加热气相中使单体液滴聚合而制备的吸水性聚合物颗粒。
液滴优选通过液滴板产生。液滴板为具有多个孔的板,液体从顶部进入孔。液滴板或液体可振荡,这在液滴板底部的每个孔处产生理想的单分散液滴链。在一个优选的实施方案中,不摇动液滴板。
在本发明的范围内,还可使用两个或更多个具有不同孔直径的液滴板,从而可制备一系列所需的粒度。优选地,每个液滴板仅具有一个孔直径,但是在每个液滴板中具有多个孔直径也是可能的。
根据所需的容量和液滴尺寸选择孔的数量和尺寸。液滴直径通常为孔直径的1.9倍。此处重要的是,待液滴化的液体不会过快地通过孔并且孔上的压降不会太大。否则,液体不会液滴化,而是由于高动能液体射流被破坏(喷射)。在本发明的一个优选实施方案中,压降为4至5巴。基于每孔的通过量以及孔直径的雷诺数优选小于2000,优选小于1600,更优选小于1400,且最优选小于1200。
液滴板的底部相对于水至少部分接触角为优选至少60°,更优选至少75°,且最优选至少90°。接触角为液体、特别是水相对于表面的润湿行为的量度,并且可使用常规方法,例如根据ASTM D 5725来测定。低接触角表示润湿性良好,而高接触角表示润湿性差。
液滴板也可由相对于水具有较低接触角的材料(例如德国建筑材料编码(Germanconstruction material code number)为1.4571的钢)构成,并且涂覆有相对于水具有较大接触角的材料。有用的涂料包括例如含氟聚合物,如全氟烷氧基乙烯、聚四氟乙烯、乙烯-氯三氟乙烯共聚物、乙烯-四氟乙烯共聚物和氟化聚乙烯。
涂料可以分散体的形式施加到基材上,在这种情况下,随后蒸发掉溶剂并对涂层进行热处理。对于聚四氟乙烯,这记载于例如US-3,243,321中。
进一步的涂覆方法可在电子版“Ullmann's Encyclopedia of IndustrialChemistry”(更新的第六版,2000Electronic Release)的标题“Thin Films”下找到。
涂料可在化学镍化(nickelization)过程中进一步掺入镍层。液滴板的润湿性差导致产生窄液滴尺寸分布的单分散液滴。
液滴板优选具有至少5,更优选至少25,最优选至少50并且优选至多2000,更优选至多1500个孔,最优选至多1000个。孔的数量主要由几何和制备限制条件确定,并且可调整到实际使用状态,即使超出上述给定范围。
将孔的直径调节至所需的液滴尺寸。
孔的间距通常为2至50mm,优选3至40mm,更优选4至30mm,最优选5至25mm。孔的较小间距可导致聚合液滴的聚集。
孔尺寸区域的直径为1900至22300μm2,更优选7800至20100μm2,最优选11300至17700μm2。圆孔的孔尺寸优选为50至170μm,更优选100至160μm,最优选120至150μm。
为优化平均粒径,可使用具有不同孔直径的液滴板。孔直径的变化可通过一个板上的不同孔或通过使用不同的板——其中每个板具有不同的孔直径——来完成。平均粒度分布可以是单峰的、双峰的或多峰的。最优选其为单峰的或双峰的。
单体溶液通过孔时的温度优选为5至80℃,更优选10至70℃,最优选30至60℃。
载气流过反应区。载气可与单体溶液的自由下落的液滴并流流过反应区,即从顶部向下。一次通过后,优选将气体至少部分地、优选至少50%、更优选至少75%的程度作为循环气体再循环至反应区中。通常,一部分载气在每次通过后排出,优选至多10%,更优选至多3%,且最优选至多1%。
载气的氧含量优选为0.1至25体积%,更优选为1至10体积%,最优选为2至7重量%。在本发明的范围内,还可使用不含氧气的载气。除氧气外,载气优选包含氮气。气体的氮气含量优选为至少80体积%,更优选至少90体积%,最优选至少95体积%。其他可能的载气可选自二氧化碳、氩气、氙气、氪气、氖气、氦气、六氟化硫。可使用任何载气混合物。也可使用空气作为载气。载气也可载有水和/或丙烯酸蒸气。
优选调节气体速度(gas velocity),使得反应区(5)中的流动被引导,例如不存在与总体流动方向相反的对流,并且优选为0.1至2.5m/s,更优选0.3至1.5m/s,甚至更优选0.5至1.2m/s,最优选0.7至0.9m/s。
气体入口温度,即气体进入反应区的温度优选为160至200℃,更优选165至195℃,甚至更优选170至190℃,最优选175至185℃。
进入反应区的气体的蒸汽含量优选为0.01至0.15kg/kg干燥气体,更优选0.02至0.12kg/kg干燥气体,最优选0.03至0.10kg/kg干燥气体。
以这样的方式控制气体入口温度,使得气体出口温度,即气体离开反应区的温度低于150℃,优选90至140℃,更优选100至130℃,甚至更优选105至125℃,最优选110至120℃。
吸水性聚合物颗粒可分为三类:1型吸水性聚合物颗粒为具有一个空腔的颗粒,2型吸水性聚合物颗粒为具有多于一个空腔的颗粒,以及3型吸水性聚合物颗粒为没有可见空腔的固体颗粒。
吸水性聚合物颗粒的形态可通过聚合期间的反应条件来控制。大量的具有一个空腔的颗粒的吸水性聚合物颗粒(1型)可通过使用低气体速度和高气体出口温度来制备。大量的具有多于一个空腔的颗粒的吸水性聚合物颗粒(2型)可通过使用高气体速度和低气体出口温度来制备。
具有多于一个空腔的颗粒的吸水性聚合物颗粒(2型)显示出改善的机械稳定性。
反应可在高压或低压下进行,优选低于环境压力1至100毫巴,更优选低于环境压力1.5至50毫巴,最优选低于环境压力2至10毫巴。
反应废气,即离开反应区的气体可在热交换器中冷却。这使水和未转化的单体a)冷凝。然后,可将反应废气至少部分地再加热并作为循环气体再循环至反应区中。一部分反应废气可排出并用新鲜气体代替,在这种情况下,反应废气中存在的水和未转化的单体a)可被除去并回收。
特别优选热集成系统(thermally integrated system),即废气冷却中的一部分废热用于加热循环气体。
反应器可进行跟踪加热(trace-heated)。在这种情况下,调节跟踪加热使得壁温高于内表面温度至少5℃并且可靠地防止表面上的冷凝。
热后处理
通过液滴化获得的吸水性聚合物颗粒可进行热后处理,以将残余单体的含量调节至所需值。
通常,残余单体的含量可以受到工艺参数设置的影响,例如吸水性颗粒的后处理温度。残余的单体可在相对高的温度和相对长的停留时间下更好地除去。此处重要的是,吸水性聚合物颗粒不会太干。在颗粒过分干燥的情况下,残余单体仅略微降低。水含量太高会增加吸水性聚合物颗粒的结块趋势。
热后处理可在流化床中进行。在本发明的一个优选实施方案中,使用内部流化床(internal fluidized bed)。内部流化床意指液滴化聚合的产物在反应区下方的流化床中积聚。
残余单体可在热后处理过程中除去。此处重要的是,吸水性聚合物颗粒不会太干。在颗粒过分干燥的情况下,残余单体仅略微降低。水含量太高会增加吸水性聚合物颗粒的结块趋势。
在流化状态下,聚合物颗粒的动能大于聚合物颗粒之间的内聚力或粘附力。
流化状态可通过流化床实现。在该床中,存在向吸水性聚合物颗粒的向上流动,使得颗粒形成流化床。流化床的高度通过气体速率(gas rate)和气体速度,即通过流化床的压降(气体的动能)来调节。
流化床中气流的速度优选为0.3至2.5m/s,更优选0.4至2.0m/s,最优选0.5至1.5m/s。
内部流化床底部的压降优选为1至100毫巴,更优选3至50毫巴,最优选5至25毫巴。
在热后处理结束时吸水性聚合物颗粒的水含量优选为1至20重量%,更优选为2至15重量%,甚至更优选为3至12重量%,最优选为5至8重量%。
在热后处理期间吸水性聚合物颗粒的温度为20至140℃,优选40至110℃,更优选50至105℃,最优选60至100℃。
内部流化床中的平均停留时间为10至300分钟,优选60至270分钟,更优选40至250分钟,最优选120至240分钟。
可调节流化床的条件,以降低离开流化床的吸水性聚合物的残余单体的量。通过使用另外的蒸汽的热后处理,残余单体的量可降低至低于0.1重量%的含量。
气体的蒸汽含量优选为0.005至0.25kg/kg干燥气体,更优选0.01至0.2kg/kg干燥气体,最优选0.02至0.15kg/kg干燥气体。
可通过使用另外的蒸汽调节流化床的条件,使得离开流化床的吸水性聚合物的残余单体的量为0.03至15重量%,优选0.05至12重量%,更优选为0.1至10重量%,甚至更优选0.15至7.5重量%,最优选0.2至5重量%,甚至最优选0.25至2.5重量%。
吸水性聚合物中残余单体的含量对后来形成的表面后交联的吸水性聚合物颗粒的性质具有重要影响。这意味着必须避免非常低含量的残余单体。
优选热后处理完全或至少部分地在外部流化床(external fluidized bed)中进行。外部流化床的操作条件在如上所述的内部流化床的范围内。
或者,优选热后处理在例如在WO 2011/117215 A1中所述的具有移动混合工具的外部混合器中进行,优选卧式混合器,如螺杆混合器、盘式混合器、螺旋带式混合器和桨式混合器。合适的混合器为,例如Becker铲式混合器(Gebr.Maschinenbau GmbH;Paderborn;德国)、Nara桨式混合器(NARA Machinery Europe;Frechen;德国)、犁铧混合器(Gebr.Lodige Maschinenbau GmbH;Paderborn;德国)、Vrieco-Nauta连续混合器(Hosokawa Micron BV;Doetinchem;荷兰)、Processall Mixmill混合器(Processall Incorporated;Cincinnati;USA)和Ruberg连续流动混合器(GebrüderRuberg GmbH&Co KG,Nieheim,德国)。优选Ruberg连续流动混合器、Becker铲式混合器和犁铧混合器。
热后处理可在不连续外部混合器或连续外部混合器中进行。
在不连续外部混合器中使用的气体量优选为0.01至5Nm3/h,更优选0.05至2Nm3/h,最优选0.1至0.5Nm3/h,各自基于以kg计的吸水性聚合物颗粒。
在连续外部混合器中使用的气体量优选为0.01至5Nm3/h,更优选0.05至2Nm3/h,最优选0.1至0.5Nm3/h,各自基于以kg/h计的吸水性聚合物颗粒的产量。
气体的其他成分优选为氮气、二氧化碳、氩气、氙气、氪气、氖气、氦气、空气或空气/氮气混合物,更优选氮气或包含小于10体积%氧气的空气/氮气混合物。氧气可能会导致变色。
吸水性聚合物颗粒的形态也可通过热后处理期间的反应条件来控制。大量的具有一个空腔的颗粒的吸水性聚合物颗粒(1型)可以通过使用高生产温度和短停留时间来制备。大量的具有多于一个空腔的颗粒的吸水性聚合物颗粒(2型)可以通过使用低生产温度和长停留时间来制备。
表面后交联
聚合物颗粒可进行表面后交联以进一步改善性能。
表面后交联剂为包含可与聚合物颗粒的羧酸酯基团形成至少两个共价键的基团的化合物。合适的化合物为,例如如EP 0 083 022 A2、EP 0 543303 A1和EP 0 937 736 A2中所述的多官能胺、多官能酰氨基胺、多官能环氧化物,如DE 33 14 019 A1、DE 35 23 617A1和EP 0 450 922 A2中所述的二官能醇或多官能醇,或如DE 102 04 938 A1和US 6,239,230中所述的β-羟基烷基酰胺。还可使用环氧乙烷、氮丙啶、缩水甘油、氧杂环丁烷及其衍生物。
聚乙烯胺、聚酰氨基胺和聚乙烯醇为多官能聚合的表面后交联剂的实例。
此外,作为合适的表面后交联剂,DE 40 20 780 C1记载了碳酸亚烷基酯,DE 19807 502 A1记载了1,3-噁唑烷-2-酮及其衍生物如2-羟乙基-1,3-噁唑烷-2-酮,DE 198 07992 C1记载了双-1,3-噁唑烷-2-酮和聚-1,3-噁唑烷-2-酮,EP 0 999 238 A1记载了双-1,3-噁唑烷和聚-1,3-噁唑烷,DE198 54 573 A1记载了2-氧代四氢-1,3-噁嗪及其衍生物,DE198 54 574A1记载了N-酰基-1,3-噁唑烷-2-酮,DE 102 04 937 A1记载了环脲,DE 10334584 A1记载了双环酰胺缩醛,EP 1 199 327 A2记载了氧杂环丁烷和环脲,并且WO 2003/31482 A1记载了吗啉-2,3-二酮及其衍生物。
此外,还可使用包含另外的如DE 37 13 601 A1中所述的可聚合的烯属不饱和基团的表面后交联剂。
所述至少一种表面后交联剂选自碳酸亚烷基酯、1,3-噁唑烷-2-酮、双-1,3-噁唑烷-2-酮和聚-1,3-噁唑烷-2-酮、双-1,3-噁唑烷和聚-1,3-噁唑烷、2-氧代四氢-1,3-噁嗪、N-酰基-1,3-噁唑烷-2-酮、环脲、双环酰胺缩醛、氧杂环丁烷和吗啉-2,3-二酮。合适的表面后交联剂为碳酸亚乙酯、3-甲基-1,3-噁唑烷-2-酮、3-甲基-3-氧杂环丁烷甲醇(3-methyl-3-oxethanmethanol)、1,3-噁唑烷-2-酮、3-(2-羟乙基)-1,3-噁唑烷-2-酮、1,3-二噁烷-2-酮或其混合物。
也可使用任何合适的表面后交联剂的混合物。特别有利的是使用1,3-二氧戊环-2-酮(碳酸亚乙酯)和1,3-噁唑烷-2-酮的混合物。这种混合物可通过1,3-二氧戊环-2-酮(碳酸亚乙酯)与相应的2-氨基-醇(例如2-氨基乙醇)的混合和部分反应而获得,并可包含来自反应的乙二醇。
优选使用至少一种碳酸亚烷基酯作为表面后交联剂。合适的碳酸亚烷基酯为1,3-二氧戊环-2-酮(碳酸亚乙酯)、4-甲基-1,3-二氧戊环-2-酮(碳酸亚丙酯)、4,5-二甲基-1,3-二氧戊环-2-酮、4,4-二甲基-1,3-二氧戊环-2-酮、4-乙基-1,3-二氧戊环-2-酮、4-羟甲基-1,3-二氧戊环-2-酮(碳酸甘油酯)、1,3-二噁烷-2-酮(碳酸三亚甲基酯)、4-甲基-1,3-二噁烷-2-酮、4,6-二甲基-1,3-二噁烷-2-酮和1,3-二氧杂环庚烷-2-酮,优选1,3-二氧戊环-2-酮(碳酸亚乙酯)和1,3-二噁烷-2-酮(碳酸三亚甲基酯),最优选1,3-二氧戊环-2-酮(碳酸亚乙酯)。
表面后交联剂的量优选为0.1至10重量%,更优选0.5至7.5重量%,最优选1至5重量%,各自基于聚合物计。
在用表面后交联剂涂覆之前,吸水性聚合物颗粒中残余单体的含量为0.03至15重量%,优选0.05至12重量%,更优选0.1至10重量%,甚至更优选0.15至7.5重量%,最优选0.2至5重量%,甚至最优选0.25至2.5重量%。
在热表面后交联之前,吸水性聚合物颗粒的水含量优选为1至20重量%,更优选为2至15重量%,最优选为3至10重量%。
在热表面后交联之前、期间或之后,除了表面后交联剂之外,还可将多价阳离子施加至颗粒表面。
可用于本发明方法的多价阳离子为,例如二价阳离子如锌、镁、钙、铁和锶的阳离子;三价阳离子如铝、铁、铬、稀土金属和锰的阳离子;四价阳离子如钛和锆的阳离子,以及它们的混合物。可能的抗衡离子为氯离子、溴离子、硫酸根、硫酸氢根、甲烷硫酸根、碳酸根、碳酸氢根、硝酸根、氢氧根、磷酸根、磷酸氢根、磷酸二氢根、甘磷酸根,以及羧酸根,如乙酸根、乙醇酸根、酒石酸根、甲酸根、丙酸根、3-羟基丙酸根、乳酰胺根和乳酸根,及其混合物。优选硫酸铝、乙酸铝和乳酸铝。更优选乳酸铝。使用本发明的方法并使用乳酸铝,可制备在较低离心保留容量(CRC)下具有极高总液体吸收的吸水性聚合物颗粒。
除金属盐外,还可使用多胺和/或聚合的胺作为多价阳离子。可使用单一金属盐以及上述金属盐和/或多胺的任何混合物。
优选的多价阳离子和相应的阴离子公开于WO 2012/045705 A1中,并且通过引用明确地并入本文。优选的聚乙烯胺公开于WO 2004/024816A1中,并且通过引用明确地并入本文。
所使用的多价阳离子的量为,例如0.001至1.5重量%,优选0.005至1重量%,更优选0.02至0.8重量%,各自基于聚合物计。
多价金属阳离子的加入可在表面后交联之前、之后或并行进行。取决于所采用的制剂和操作条件,可获得多价阳离子的均匀的表面涂层和分布或不均匀的典型斑点涂层。两种类型的涂料和它们之间的任何混合都可用于本发明的范围内。
表面后交联通常以这样的方式进行,即将表面后交联剂的溶液喷雾到水凝胶或干燥的聚合物颗粒上。在喷雾之后,将涂覆有表面后交联剂的聚合物颗粒热干燥并冷却。
表面后交联剂溶液的喷雾优选在具有移动混合工具的混合器如螺杆混合器、盘式混合器和桨式混合器中进行。合适的混合器为,例如立式Schugi 混合器(Hosokawa Micron BV;Doetinchem;荷兰)、混合器(Hosokawa Micron BV;Doetinchem;荷兰)、卧式犁铧混合器(Gebr.Maschinenbau GmbH;Paderborn;德国)、Vrieco-Nauta连续混合器(Hosokawa Micron BV;Doetinchem;荷兰)、Processall Mixmill混合器(Processall Incorporated;Cincinnati;US)和Ruberg连续流动混合器(Gebrüder Ruberg GmbH&Co KG,Nieheim,德国)。优选Ruberg连续流动混合器和卧式犁铧混合器。表面后交联剂溶液也可喷入流化床中。
在热后处理期间,表面后交联剂的溶液也可喷雾在吸水性聚合物颗粒上。在这种情况下,表面后交联剂可以一个部分或几个部分沿热后处理混合器的轴加入。在一个实施方案中,优选在热后处理步骤结束时加入表面后交联剂。作为在热后处理步骤期间加入表面后交联剂溶液的特别优点,可消除或减少单独的表面后交联剂添加混合器的技术活动。
表面后交联剂通常以水溶液形式使用。添加非水溶剂可用于改善表面润湿性并调节表面后交联剂进入聚合物颗粒的渗透深度。
热表面后交联优选在接触式干燥器中进行,更优选桨式干燥器,最优选盘式干燥器。合适的干燥器为例如Hosokawa卧式桨式干燥器(Hosokawa Micron GmbH;Leingarten;德国)、Hosokawa盘式干燥器(Hosokawa Micron GmbH;Leingarten;德国)、Holo-干燥器(Metso Miner-als Industries Inc;Danville;美国)和Nara桨式干燥器(NARA Machinery Europe;Frechen;德国)。此外,还可使用流化床干燥器。与其他实施方案相比,在使用流化床干燥器的情况下,反应时间可更短。
当使用卧式干燥器时,通常有利的是将干燥器设置成相对于地面具有几度的倾斜角度,以使适当的产物流通过干燥器。该角度可为固定的或可调节的,并且通常为0至10度,优选1至6度,最优选2至4度。
可使用一个设备中具有两个不同加热区的接触式干燥器。例如,可使用仅具有一个加热区或具有两个加热区的Nara桨式干燥器。使用两个或更多个加热区干燥器的优点在于热后处理和/或后表面交联的不同阶段可组合。
可使用在同一干燥器中具有热第一加热区、然后是温度保持区的接触式干燥器。这种设置允许第一加热区中产物温度的快速升高和剩余液体的蒸发,而干燥器的其余部分仅保持产物温度稳定以完成反应。
也可使用具有温热第一加热区、然后是热加热区的接触式干燥器。在第一温热区,热后处理受到影响或完成,而表面后交联则发生在后续热区。
通常采用仅具有一个温度区的桨式加热器。
本领域技术人员将根据所需的最终产物性质和来自聚合步骤的可用基础聚合物质量来选择这些设置中的任何一种。
热表面后交联可在混合器本身中通过加热夹套、吹入热空气或蒸汽进行。同样合适的是下游干燥器,例如架式干燥器、旋转管式炉或可加热螺杆。特别有利的是在流化床干燥器中混合和干燥。
优选的热表面后交联温度通常为100-195℃,最优选100至180℃,优选120至170℃,更优选130至165℃,最优选140至160℃。在该温度下在反应混合器或干燥器中的优选停留时间优选为至少5分钟,更优选至少20分钟,最优选至少40分钟,并且通常至多120分钟。
优选在热表面后交联后冷却聚合物颗粒。冷却优选在接触式冷却器中,更优选在桨式冷却器中,最优选在盘式冷却器中进行。合适的冷却器为,例如Hosokawa卧式桨式冷却器(Ho-sokawa Micron GmbH;Leingarten;德国)、Hosokawa盘式冷却器(Hosokawa Micron GmbH;Leingarten;德国)、冷却器(Metso MineralsIndustries Inc,Danville;美国)和Nara桨式冷却器(NARA Machinery Europe;Frechen;德国)。此外,还可使用流化床冷却器。
在冷却器中,将聚合物颗粒冷却至20至150℃,优选40至120℃,更优选60至100℃,最优选70至90℃的温度。尤其是当使用接触式冷却器时,优选使用温水冷却。
涂覆
为改善性能,可将吸水性聚合物颗粒涂覆和/或任选地润湿。内部流化床、外部流化床和/或用于热后处理的外部混合器和/或单独的涂布器(混合器)可用于涂覆吸水性聚合物颗粒。此外,冷却器和/或单独的涂布器(混合器)可用于涂覆/润湿表面后交联的吸水性聚合物颗粒。用于控制收集性能和改善渗透性(SFC或GBP)的合适涂料为,例如无机惰性物质,如水不溶性金属盐、有机聚合物、阳离子聚合物、阴离子聚合物和多价金属阳离子。用于改善颜色稳定性的合适涂料为,例如还原剂、螯合剂和抗氧化剂。用于粘附粉尘的涂料为例如多元醇。防止聚合物颗粒的不希望的结块趋势的合适涂料为,例如煅制二氧化硅如200,以及表面活性剂如20和818UP。优选的涂料为二羟基单乙酸铝、硫酸铝、乳酸铝、3-羟基丙酸铝、乙酸锆、柠檬酸或其水溶性盐、二磷酸和单磷酸或它们的水溶性盐、FF7、20和818UP。
如果使用上述酸的盐代替游离酸,则优选的盐为碱金属盐、碱土金属盐、铝盐、锆盐、钛盐、锌盐和铵盐。
可获得商品名为(Zschimmer&Schwarz Mohsdorf GmbH&Co KG;德国)的以下酸和/或其碱金属盐(优选Na和K盐),并且可在本发明的范围内使用,例如以赋予最终产物颜色稳定性:
1-羟基乙烷-1,1-二膦酸、氨基三(亚甲基膦酸)、乙二胺-四(亚甲基膦酸)、二亚乙基三胺-五(亚甲基膦酸)、六亚甲基二胺-四(亚甲基膦酸)、羟乙基-氨基-二(亚甲基膦酸)、2-膦酰基丁烷-1,2,4-三羧酸、双(六亚甲基三胺戊(亚甲基膦酸)。
最优选使用1-羟基乙烷-1,1-二膦酸或其与钠、钾或铵的盐。可使用上述的任何混合物。
或者,上文描述的用于聚合的任何螯合剂可涂覆到最终产物上。
合适的无机惰性物质为硅酸盐,如蒙脱石、高岭石和滑石、沸石、活性炭、聚硅酸、碳酸镁、碳酸钙、磷酸钙、磷酸铝、硫酸钡、氧化铝、二氧化钛和氧化铁(II)。优选使用聚硅酸,根据其制备方式分为沉淀二氧化硅和煅制二氧化硅。这两种变体分别以Silica FK、(沉淀二氧化硅)和(气相二氧化硅)的名称商购可得。无机惰性物质可在水性分散剂或水混溶性分散剂中的分散体形式使用,或以物质本身的形式使用。
当吸水性聚合物颗粒涂覆有无机惰性物质时,基于吸水性聚合物颗粒计,所使用的无机惰性物质的量优选为0.05至5重量%,更优选0.1至1.5重量%,最优选0.3至1重量%。
合适的有机聚合物为聚甲基丙烯酸烷基酯或热塑性塑料如聚氯乙烯,基于聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺或聚四氟乙烯的蜡。其他实例为苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物或苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物。另一个实例为带有硅烷醇基团的聚乙烯醇,可以商品名R(Kuraray Europe GmbH;Frankfurt;德国)获得。
合适的阳离子聚合物为聚亚烷基聚胺,聚丙烯酰胺、聚乙烯亚胺和聚季胺的阳离子衍生物。
聚季胺为,例如六亚甲基二胺、二甲胺和表氯醇的缩合产物,二甲胺和表氯醇的缩合产物,羟乙基纤维素和二烯丙基二甲基氯化铵的共聚物,丙烯酰胺和α-甲基丙烯酰氧基乙基三甲基氯化铵的共聚物,羟乙基纤维素、表氯醇和三甲胺的缩合产物,二烯丙基二甲基氯化铵的均聚物,以及表氯醇加成至酰胺基胺的加成产物。此外,聚季胺可通过使硫酸二甲酯与以下物质进行反应而获得:聚合物如聚乙烯亚胺、乙烯基吡咯烷酮和甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯的共聚物或甲基丙烯酸乙酯与甲基丙烯酸二乙基氨基乙酯的共聚物。聚季胺可在宽的分子量范围内获得。
然而,也可通过可自身形成网络的试剂(如表氯醇与聚酰胺基胺的加成产物)或通过施用可与添加的交联剂反应的阳离子聚合物(如聚胺或聚亚胺与聚环氧化物、多官能酯、多官能酸或多官能(甲基)丙烯酸酯的组合)而在颗粒表面上生成阳离子聚合物。
可使用具有伯氨基或仲氨基的所有多官能胺,如聚乙烯亚胺、聚烯丙胺和聚赖氨酸。通过本发明的方法喷雾的液体优选包含至少一种聚胺,如聚乙烯胺或部分水解的聚乙烯基甲酰胺。
阳离子聚合物可在水性溶剂或水混溶性溶剂中,以水性分散剂或水混溶性分散剂中的分散体形式使用,或以物质本身的形式使用。
当吸水性聚合物颗粒涂覆有阳离子聚合物时,基于吸水性聚合物颗粒计,阳离子聚合物的用量通常不小于0.001重量%,通常不小于0.01重量%,优选0.1至15重量%,更优选0.5至10重量%,最优选1至5重量%。
合适的阴离子聚合物为聚丙烯酸盐(酸性形式或部分中和为盐)、丙烯酸和马来酸的共聚物,其可以商品名(BASF SE;Ludwigshafen;德国)获得,以及具有内置离子电荷的聚乙烯醇,其可商品名K(Kuraray Europe GmbH;Frankfurt;德国)获得。
合适的多价金属阳离子为Mg2+、Ca2+、Al3+、Sc3+、Ti4+、Mn2+、Fe2+/3+、Co2+、Ni2+、Cu+/2+、Zn2+、Y3+、Zr4+、Ag+、La3+、Ce4+、Hf4+和Au+/3+;优选的金属阳离子为Mg2+、Ca2+、Al3+、Ti4+、Zr4+和La3+;特别优选的金属阳离子为Al3+、Ti4+和Zr4+。金属阳离子可单独使用或彼此混合使用。所提及的合适的金属阳离子的金属盐均为在待用溶剂中具有足够溶解度的所有金属盐。特别合适的金属盐含有络合作用较弱的阴离子,如氯离子、氢氧根、碳酸根、乙酸根、甲酸根、丙酸根、硝酸根、硫酸根和甲烷硫酸根。金属盐优选以溶液或稳定胶体水分散体的形式使用。用于金属盐的溶剂可为水、醇、碳酸亚乙酯、碳酸丙烯酯、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜及其混合物。特别优选水以及水/醇混合物(如水/甲醇、水/异丙醇、水/1,3-丙二醇、水/1,2-丙二醇/1,4-丁二醇或水/丙二醇)。
当吸水性聚合物颗粒涂覆有多价金属阳离子时,基于吸水性聚合物颗粒计,所用的多价金属阳离子的量优选为0.05至5重量%,更优选0.1至1.5重量%,最优选为0.3至1重量%。
合适的还原剂为,例如亚硫酸钠、亚硫酸氢钠(亚硫酸氢钠)、连二亚硫酸钠、亚磺酸及其盐、抗坏血酸、次磷酸钠、亚磷酸钠和次膦酸及其盐。然而,优选次磷酸的盐例如次磷酸钠,亚磺酸的盐例如2-羟基-2-亚磺酸基乙酸的二钠盐,和醛的加成产物,例如2-羟基-2-磺酸基乙酸二钠盐。然而,所用的还原剂可为2-羟基-2-亚磺酸基乙酸的钠盐、2-羟基-2-磺酸基乙酸的二钠盐和亚硫酸氢钠的混合物。该混合物可以FF6和FF7(Brüggemann Chemicals;Heilbronn;德国)获得。还有用的是纯化的2-羟基-2-磺酸基乙酸及其钠盐,其可以商品名从该公司获得。
还原剂通常以在合适溶剂(优选水)中的溶液形式使用。还原剂可以纯物质形式使用,或可使用上述还原剂的任何混合物。
当吸水性聚合物颗粒涂覆有还原剂时,基于吸水性聚合物颗粒计,所用还原剂的量优选为0.01至5重量%,更优选0.05至2重量%,最优选0.1至1重量%。
合适的多元醇为聚乙二醇(分子量为400至20000g/mol)、聚丙三醇、3-至100-重乙氧基化多元醇(如三羟甲基丙烷、丙三醇、山梨糖醇、甘露醇、肌醇、季戊四醇和新戊二醇)。特别合适的多元醇为7-至20-重乙氧基化丙三醇或三羟甲基丙烷,例如Polyol TP(Perstorp AB,Perstorp,瑞典)。特别合适的多元醇具有的优点特别在于,其仅略微地降低了吸水性聚合物颗粒的水提取物的表面张力。多元醇优选以在水溶剂或水混溶性溶剂中的溶液形式使用。
多元醇可在表面交联之前、期间或之后加入。优选在表面交联后加入。可使用上面列出的多元醇的任何混合物。
当吸水性聚合物颗粒涂覆有多元醇时,基于吸水性聚合物颗粒计,多元醇的用量优选为0.005至2重量%,更优选0.01至1重量%,最优选0.05至0.5重量%。
涂覆优选在具有移动混合工具的混合器如螺杆混合器、盘式混合器、桨式混合器和鼓式涂布器中进行。合适的混合器为,例如卧式犁铧混合器(Gebr.Maschinenbau GmbH;Paderborn;德国)、Vrieco-Nauta连续混合器(HosokawaMicron BV;Doetinchem;荷兰)、Processall Mixmill混合器(Processall Incorporated;Cincinnati;US)和Ruberg连续流动混合器(Gebrüder Ruberg GmbH&Co KG,Nieheim,德国)。此外,还可使用流化床进行混合。
附聚(agglomeration)
吸水性聚合物颗粒可进一步选择性地附聚。附聚可在聚合、热后处理、热表面后交联或涂覆之后进行。
有用的附聚助剂包括水溶剂和水混溶性有机溶剂(如醇、四氢呋喃和丙酮);此外,可使用水溶性聚合物。
为附聚,将包含附聚助剂的溶液喷雾到吸水性聚合物颗粒上。用溶液喷雾可例如在具有移动混合工具的混合器如螺杆混合器、桨式混合器、盘式混合器、犁铧混合器和铲式混合器中进行。有用的混合器包括,例如混合器、混合器、混合器、混合器和混合器。优选立式混合器。特别优选流化床装置。
热后处理、表面后交联和任选地涂覆的组合
优选,热后处理和热表面后交联的步骤组合至一个工艺步骤中。这种组合允许使用低成本设备,而且该方法可在低温下进行,这是经济合算的并且避免了由于热降解导致的最终产物的变色和性能损失。
混合器可选自热后处理部分中引用的任何设备选项。优选Ruberg连续流动混合器、Becker铲式混合器和犁铧混合器。
特别优选在搅拌下将表面后交联溶液喷雾到吸水性聚合物颗粒上。
在热后处理/表面后交联之后,将吸水性聚合物颗粒干燥至所需的水含量,并且对于该步骤,可选择表面后交联部分中引用的任何干燥器。然而,由于该特定优选的实施方案中仅需要进行干燥,因此可使用简单且低成本的加热接触式干燥器,例如加热螺杆干燥器,例如Holo-干燥器(Metso Minerals Industries Inc.;Danville;USA)。或者,可使用流化床。在需要以预定和窄的停留时间干燥产物的情况下,可使用圆环盘式干燥器或桨式干燥器,例如Nara桨式干燥器(NARA Machinery Europe;Frechen;德国)。
在本发明的一个优选实施方案中,表面后交联部分中引用的多价阳离子在添加表面后交联剂之前、期间或之后,通过使用沿着卧式混合器的轴的不同的添加点施加到颗粒表面。
非常特别优选的是,热后处理、表面后交联和涂覆的步骤组合至一个工艺步骤中。合适的涂料为涂覆部分中引用的阳离子聚合物、表面活性剂和无机惰性物质。涂覆剂可在添加表面后交联剂之前、期间或之后,通过使用沿着卧式混合器的轴的不同的添加点施加到颗粒表面。
多价阳离子和/或阳离子聚合物可作为残余的表面后交联剂的额外清除剂。优选在多价阳离子和/或阳离子聚合物之前加入表面后交联剂,以使表面后交联剂首先反应。
表面活性剂和/或无机惰性物质可用于在潮湿的大气条件下在该工艺步骤中避免粘附或结块。优选的表面活性剂为非离子表面活性剂和两性表面活性剂。优选的无机惰性物质为粉末或分散体形式的沉淀二氧化硅和煅制二氧化硅。
用于制备溶液/分散体的总液体量通常为0.01重量%至25重量%,优选0.5重量%至12重量%,更优选2重量%至7重量%,最优选3重量%至6重量%,相对于待处理的吸水性聚合物颗粒的重量计。
优选的实施方案描述于图1至15中。
图1:工艺方案
图2:使用干燥空气的工艺方案
图3:T_outlet测量的布设
图4:具有3个液滴板的液滴化器单元的布设
图5:具有9个液滴板的液滴化器单元的布设
图6:具有9个液滴板的液滴化器单元的布设
图7:液滴化器单元(纵向切面)
图8:液滴化器单元(横截面视图)
图9:内部流化床的底部(俯视图)
图10:内部流化床底部的开口
图11:内部流化床的耙式搅拌器(俯视图)
图12:内部流化床的耙式搅拌器(横截面视图)
图13:工艺方案(表面后交联)
图14:工艺方案(表面后交联和涂覆)
图15:用于表面后交联的接触式干燥器
附图标记具有以下含义:
1 干燥气体入口管
2 干燥气体量测量
3 气体分配器
4 液滴化器单元
4a 液滴化器单元
4b 液滴化器单元
4c 液滴化器单元
5 反应区(喷雾干燥器的圆柱形部分)
6 锥
7 T_outlet测量
8 塔废气管(Tower offgas pipe)
9 粉尘分离单元
10 通风机
11 淬灭喷嘴
12 冷凝器柱,逆流冷却
13 换热器
14 泵
15 泵
16 出水口
17 通风机
18 废气出口
19 氮气入口
20 换热器
21 通风机
22 换热器
24 水负荷测量(Water loading measurement)
25 经调节的内部流化床气体
26 内部流化床产物温度测量
27 内部流化床
28 旋转阀
29 筛
30 最终产物
31 静态混合器
32 静态混合器
33 引发剂进料
34 引发剂进料
35 单体进料
36 待返工的细颗粒级分出口
37 气体干燥单元
38 单体分离器单元
39 进气管
40 出气管
41 从气体干燥单元到冷凝器柱的出水口
42 废水出口
43 T_outlet测量(塔周周围3次测量中的平均温度)
45 与引发剂预混合的单体进料
46 喷雾干燥器塔壁
47 液滴化器单元外管
48 液滴化器单元内管
49 液滴化器盒
50 聚四氟乙烯块(Teflon block)
51 阀
52 与引发剂预混合的单体的进料管连接器
53 液滴板
54 对面板(Counter plate)
55 用于温度控制水的流动通道
56 单体溶液的死体积自由流动通道
57 液滴化器盒不锈钢块
58 具有四个区段的内部流化床底部
59 各区段的开口
60 耙式搅拌器
61 耙式搅拌器的叉齿
62 混合器
63 任选的涂料进料
64 后交联剂进料
65 热干燥器(表面后交联)
66 冷却器
67 任选的涂料/水进料
68 涂布器
69 涂料/水进料
70 基础聚合物进料
71 排放区
72 堰开口
73 堰板
74 堰高100%
75 堰高50%
76 轴
77 排出锥
78 倾角α
79 温度传感器(T1至T6)
80 桨(轴偏移90°)
干燥气体通过喷雾干燥器顶部的气体分配器(3)进料,如图1所示。干燥气体通过袋式过滤器或旋风单元(9)和冷凝器柱(12)部分再循环(干燥气体环路)。喷雾干燥器内的压力低于环境压力。
喷雾干燥器出口温度优选地在圆柱形部分末端的圆周周围的三个点处测量,如图3所示。单次测量(43)用于计算平均圆柱形喷雾干燥器出口温度。
在一个优选的实施方案中,单体分离器单元(38)用于将单体从冷凝器柱(12)再循环至单体进料(35)中。该单体分离器单元为例如尤其是微滤膜、超滤膜、纳滤膜和渗透膜单元的组合,以将单体与水和聚合物颗粒分离。合适的膜分离器系统记载在例如专著“Membranen:Grundlagen,Verfahren und Industrielle Anwendungen”,K.Olrogrog和K.Ebert,Wiley-VCH,2012(ISBN:978-3-527-66033-9)中。
产物积聚在内部流化床(27)中。经调节的内部流化床气体经管线(25)进给到内部流化床(27)中。内部流化床气体的相对湿度优选由冷凝器柱(12)中的温度并使用Mollier图控制。
喷雾干燥器废气在粉尘分离单元(9)中过滤并送至冷凝器柱(12)进行淬灭/冷却。在粉尘分离(9)之后,可使用在冷凝器柱(12)之后用于预热气体的回热式热交换器系统(recuperation heat exchanger system)。粉尘分离单元(9)可在优选80至180℃,更优选90至150℃,最优选100至140℃的温度下进行跟踪加热。
粉尘分离单元的实例为袋式过滤器、膜、旋风分离器、粉尘压实机,并且例如记载于专著“Staubabscheiden”,F.Georg Thieme Verlag,Stuttgart,1988(ISBN978-3137122012)以及“Staubabscheidung mit Schlauchfiltern und Taschenfiltern”,F.H.Dietrich和W.Flatt,Vieweg,Braunschweig,1991(ISBN 978-3540670629)中。
最优选旋风分离器,例如来自LTG Aktiengesellschaft的ZSA/ZSB/ZSC型的旋风分离器/离心分离器,以及来自Ventilatorenfabrik Oelde GmbH、Camfil FarrInternational和MikroPul GmbH的旋风分离器。
过量的水通过控制冷凝器柱(12)中的(恒定)填充水平而泵出冷凝器柱(12)。冷凝器柱(12)中的水通过淬灭喷嘴(11)逆流泵送到气体中并通过热交换器(13)冷却,使得冷凝器柱(12)中的温度优选为40至71℃,更优选46至69℃,最优选49至65℃,且甚至更优选51至60℃。冷凝器柱(12)中的水通过计量加入中和剂设定为碱性pH,以洗除单体a)的蒸气。来自冷凝器柱(12)的水溶液可送回以制备单体溶液。
冷凝器柱废气可分流至气体干燥单元(37)和经调节的内部流化床气体(27)中。
气体干燥装置的原理记载于专著“Leitfadenfür Lüftungs-und Klimaanlagen-Grundlagen der Thermodynamik Komponenten einer Vollklimaanlage Normen undVorschriften”,L.Keller,Oldenbourg Industrieverlag,2009(ISBN 978-3835631656)中。
可使用气体干燥单元,例如空气冷却系统与气体除雾器或液滴分离器(除雾器)(例如用于水平流动(例如来自Munters AB,瑞典的DH 5000型)或垂直流动(例如来自Munters AB,瑞典的DV 270型)的液滴叶片型分离器)的组合。叶片型除雾器通过惯性冲击从连续气流中除去液滴。当携带夹带的液滴的气体移动通过叶片的正弦路径时,较高密度的液滴不能跟随,因此,在叶片的每一个转弯处,这些液滴撞击叶片表面。大多数液滴粘附在叶片壁上。当液滴在相同位置撞击叶片时,会发生聚结(coalescence)。然后聚结的液滴由于重力而向下排出。
对于空气冷却系统,可使用任何气/气或气/液热交换器。优选密封板式热交换器。
在一个实施方案中,干燥空气可用作气体分配器(3)的进料。如果空气用作气体,则空气可通过空气入口管(39)输送,并且可在气体干燥单元(37)中干燥,如前文所述。在冷凝器柱(12)之后,未用于内部流化床的空气通过设备的出口管(40)输送,如图2所示。
在气体干燥单元(37)中冷凝的水可部分地用作冷凝器柱(12)的洗涤水或者被处理。
通过热交换器(20)和(22)控制气体温度。热干燥气体通过气体分配器(3)进给到并流喷雾干燥器中。气体分配器(3)优选由一组板组成,所述板提供的压降优选为1至100毫巴,更优选为2至30毫巴,最优选为4至20毫巴,这取决于干燥气体量。如果需要,也可通过使用气体喷嘴或挡板将湍流和/或离心速度引入干燥气体中。
将经调节的内部流化床气体经管线(25)进给到内部流化床(27)中。流化床气体的蒸汽含量可通过冷凝器柱(12)中的温度来控制。内部流化床(27)中的产物滞留量可通过旋转阀(28)的旋转速度来控制。
选择内部流化床(27)中的气体量,使得颗粒在内部流化床(27)中自由移动和湍流。含有气体比不含气体的内部流化床(27)中的产物高度优选至少高10%,更优选至少20%,更优选至少30%,甚至更优选至少40%。
产物通过旋转阀(28)从内部流化床(27)排出。内部流化床(27)中的产物滞留量可通过旋转阀(28)的旋转速度来控制。筛(29)用于筛分筛渣/块状物。
单体溶液优选通过将第一单体a)首先与中和剂混合,然后与交联剂b)混合来制备。通过使用热交换器并在环路中泵送,将中和期间的温度控制为优选5至60℃,更优选8至40℃,最优选10至30℃。优选在泵之后的环路中使用过滤器单元。通过静态混合器(31)和(32)经由管线(33)和(34)将引发剂计量加入到液滴化器的上游单体溶液中,如图1和图2所示。优选将温度为优选5至60℃、更优选10至50℃、最优选15至40℃的过氧化物溶液经由管线(33)加入,并且优选将温度为2至30℃、更优选3至15℃、最优选4至8℃的偶氮引发剂溶液经由管线(34)加入。优选将每种引发剂泵送至环路中并通过控制阀计量加入到每个液滴化器单元中。优选在静态混合器(32)之后使用第二过滤器单元。在液滴化之前,与全部引发剂包(full initiator package)混合的单体溶液在管道中的平均停留时间优选小于60s,更优选小于30s,最优选小于10s。
为将单体溶液加入喷雾干燥器的顶部,优选使用三个液滴化器单元,如图4所示。然而,可使用优化所述工艺产量和产物质量所需要的任何数量的液滴化器。因此,在本发明中,使用至少一个液滴化器,并且可使用几何上允许的数量的液滴化器。
液滴化器单元包括具有液滴化器盒(49)开口的外管(47),如图7所示。液滴化器盒(49)与内管(48)连接。在工艺操作期间,为维护目的,在端部具有用于密封的PTFE块(50)的内管(48)可被推入和拉出外管(51)。
液滴化器盒(57)的温度通过流动通道(55)中的水控制为优选5至80℃,更优选10至70℃,最优选30至60℃,如图8所示。
液滴化器盒优选具有10至2000个孔,更优选50至1500个孔,最优选100至1000个孔。孔尺寸直径的面积为1900至22300μm2,更优选为7800至20100μm2,最优选为11300至17700μm2。孔可为圆形的、矩形的、三角形的或任何其他形状。圆形孔的孔尺寸优选为50至170μm,更优选100至160μm,最优选120至150μm。孔长度与孔直径之比优选为0.5至10,更优选0.8至5,最优选1至3。当使用入口孔通道时,液滴板(53)的厚度可大于孔长度。液滴板(53)优选地长而窄,如WO2008/086976A1中所公开的。可使用每个液滴板多排孔,优选1至20排,更优选2至5排。
液滴化器盒(57)由一个具有基本无滞留体积的流动通道(56)和两个液滴板(53)构成,流动通道(56)用于均匀分布预混合的单体和引发剂溶液。液滴板(53)具有成角度的设置,其角度优选为1至90°,更优选3至45°,最优选5至20°。每个液滴板(53)优选地由耐热和/或耐化学材料制成,所述材料为例如不锈钢、聚醚醚酮、聚碳酸酯、聚芳基砜(如聚砜或聚苯砜),或氟聚合物(如全氟烷氧基乙烯、聚四氟乙烯、聚乙烯基氟化物、乙烯-氯三氟乙烯共聚物、乙烯-四氟乙烯共聚物和氟化聚乙烯)。也可使用WO 2007/031441 A1中公开的涂覆的液滴板。除液滴形成必须起作用外,液滴板的材料选择不受限制,并且优选使用不催化其表面上的聚合开始的材料。
液滴化器盒的布设优选地在喷雾干燥器中旋转对称或均匀地分布(例如参见图3至5)。
在一个优选的实施方案中,液滴板(53)的角度设置(angle configuration)在中间较低于外部,例如:4a=3°,4b=5°和4c=8°(图5)。
每个液滴化器单元包含引发剂的单体溶液的通过量优选为10至4000kg/h,更优选100至1000kg/h,最优选200至600kg/h。每个孔的通过量优选为0.1至10kg/h,更优选0.5至5kg/h,最优选0.7至2kg/h。
并流喷雾干燥器(5)的启动可按以下顺序进行:
·启动冷凝器柱(12),
·启动通风机(10)和(17),
·启动换热器(20),
·将干燥气体环路加热至95℃,
·通过氮气入口(19)开始氮气进料,
·等待直至残余氧气低于4重量%,
·加热干燥气体环路,
·在105℃的温度下开始供水(未显示),和
·在目标温度下停止供水并通过液滴化器单元(4)开始单体进料
并流喷雾干燥器(5)的关闭可按以下顺序进行:
·停止单体进料并开始进水(未显示),
·关闭热交换器(20),
·通过热交换器(13)冷却干燥气体环路,
·在105℃的温度下停止供水,
·在60℃的温度下停止通过氮气入口(19)的氮气进料,和
·将空气供给至干燥气体环路(未显示)
为防止损坏,并流喷雾干燥器(5)必须非常小心地加热和冷却。必须避免任何快速的温度变化。
内部流化床底部的开口可以这样的方式布设,即吸水性聚合物颗粒循环流动,如图9所示。图9中所示的底部包括四个区段(58)。区段(58)中的开口(59)呈狭缝形状,其引导通过的气流进入下一区段(58)的方向。图10示出开口(59)的放大视图。
开口可具有孔或狭缝的形状。孔的直径优选为0.1至10mm,更优选0.2至5mm,最优选0.5至2mm。狭缝的长度优选为1至100mm,更优选2至20mm,最优选5至10mm,且宽度优选为0.5至20mm,更优选1至10mm,最优选2至5mm。
图11和图12示出了可用于内部流化床的耙式搅拌器(60)。耙式搅拌器的叉齿(61)交错布设。耙式搅拌器的速度优选为0.5至20rpm,更优选1至10rpm,最优选2至5rpm。
为启动,内部流化床可填充一层吸水性聚合物颗粒,优选5至50cm,更优选10至40cm,最优选15至30cm。
通过液滴聚合获得的表面后交联的吸水性聚合物颗粒的平均球形度或圆度优选为0.80至0.95,优选0.82至0.93,更优选0.84至0.91,最优选0.85至0.90。球形度(SPHT)定义为
其中A为横截面积,并且U为聚合物颗粒的横截面周长。平均球形度为体积平均球形度。
平均球形度可例如用图像分析系统(Retsch Technolgy GmbH;Haan;德国)来测定:
为测量,产物通过漏斗引入并通过计量通道输送至下降轴。当颗粒下落通过光墙(light wall)时,其被相机选择性地记录。记录的图像通过软件根据所选参数进行评估。
为表征圆度,使用在程序中指定为球形度的参数。记录的参数为平均体积加权球形度,颗粒的体积通过等效直径xcmin测定。为测定等效直径xcmin,在每种情况下测量总共32个不同空间方向的最长弦直径。等效直径xcmin为这32个弦直径中最短的。为记录颗粒,使用所谓的CCD变焦相机(CAM-Z)。为控制计量通道,预设定相机(透射)的检测窗口中的表面覆盖率为0.5%。
在本发明的上下文中,“球形度”意指“平均球形度”或特别是“平均体积加权球形度”。
可用于本发明的第一类流体吸收颗粒(G)的合适的流体吸收颗粒的离心保留容量优选为至少25g/g,优选至少30g/g,且SFC为至少20×10-7cm3·s/g,优选至少30×10-7cm3·s/g。
由于离心保留容量(CRC)为表面后交联的吸水性聚合物颗粒的最大液体保留容量,因此使该参数最大化是有意义的。然而,在高负荷下的吸收(AUHL)是重要的,其使卫生制品中的纤维基质在溶胀期间打开孔以使得其他液体容易地通过制品结构,以能够快速吸收该液体。
SFC是渗透性的量度。增加的渗透性通常导致流体吸收聚合物的吸收能力受损。
适用于本发明的第二类流体吸收颗粒(H)的合适的流体吸收颗粒的离心保留容量优选为至少30g/g,优选35g/g,更优选40g/g。
适用于第二类吸水性聚合物颗粒(H)的流体吸收颗粒的球形度为至少0.80,优选至少0.85,特别优选至少0.90。
第一类吸水性聚合物颗粒(G)的SFC为至少20×10-7cm3·s/g,更优选至少25×10- 7cm3·s/g,特别优选至少30×10-7cm3·s/g,优选至少40×10-7cm3·s/g,更优选至少60×10-7cm3·s/g,最优选至少80×10-7cm3·s/g,进一步最优选至少100×10-7cm3·s/g,但不超过200×10-7cm3·s/g。
第二类流体吸收聚合物颗粒(H)的SFC为最大15×10-7cm3·s/g,优选最大10×10- 7cm3·s/g,特别优选最大5×10-7cm3·s/g,更优选3×10-7cm3·s/g,最优选0×10-7cm3·s/g。
对于第一类流体吸收聚合物颗粒(G),所述流体吸收聚合物颗粒的体积密度优选为0.6至0.75g/cm3,优选0.62至0.68g/cm3,
对于第二类流体吸收聚合物颗粒(H),体积密度优选为0.62至1g/cm3,更优选0.7至0.9g/cm3。
通常,适合的吸水性聚合物颗粒在高负荷下的吸收(AUHL)为至少10g/g,优选至少15g/g。
对于第二类吸水性聚合物颗粒(H),优选AUHL为至少15g/g。
此外,吸水性聚合物颗粒的可提取组分含量小于10重量%,优选小于9重量%,更优选小于8重量%,最优选小于6重量%。
可用于本发明的吸水性颗粒的平均粒径优选为200至550μm,更优选250至500μm,最优选350至450μm。
根据本发明的一个实施方案,混合至少两种类型的吸水性聚合物颗粒。
根据本发明,吸水性聚合物颗粒的混合物包含至少第一类吸水性聚合物颗粒(G)和至少第二类吸水性聚合物颗粒(H);
其中流体吸收芯(C)的第一类吸水性聚合物颗粒(G)的SFC为至少20×10-7cm3·s/g,并且其中流体吸收芯的至少第二类吸水性聚合物颗粒(H)的球形度至少为0.80。
本发明混合物的一个实施方案,其中所述至少第一类吸水性聚合物颗粒(G)在流体吸收芯(C)中的存在量为至少30重量%,优选至少33重量%,基于吸水性聚合物颗粒(G,H)的总和计。
本发明混合物的另一个实施方案,其中至少第一类吸水性聚合物颗粒(G)在流体吸收芯(C)中的存在量为至少50重量%,基于吸水性聚合物颗粒(G,H)的总和计。
本发明混合物的一个实施方案,其中至少第一类吸水性聚合物颗粒(G)在流体吸收芯(C)中的存在量为最多66重量%,优选最多为70重量%,基于吸水性聚合物颗粒(G,H)的总和计。
根据本发明,至少第一类吸水性聚合物颗粒(G)和至少第二类吸水性聚合物颗粒(H)的混合物包含至少30重量%、优选至少33重量%的第一类吸水性聚合物颗粒(G)和最多为66重量%、优选最多70重量%的第二类吸水性聚合物颗粒(H),基于吸水性聚合物颗粒(G,H)的总和计。
根据本发明,至少第一类吸水性聚合物颗粒(G)和至少第二类吸水性聚合物颗粒(H)的混合物包含至少50重量%的第一类吸水性聚合物颗粒(G)和最多50重量%的第二类吸水性聚合物颗粒(H),基于吸水性聚合物颗粒(G,H)的总和计。
根据本发明,至少第一类吸水性聚合物颗粒(G)和至少第二类吸水性聚合物颗粒(H)的混合物包含最多66重量%、优选最多70重量%的第一类吸水性聚合物颗粒(G)和至少30重量%、优选至少33重量%的第二类吸水性聚合物颗粒(H),基于吸水性聚合物颗粒(G,H)的总和计。
根据本发明的混合物,其中第一类吸水性聚合物颗粒(G)的SFC优选为至少20×10-7cm3·s/g,优选至少25×10-7cm3·s/g。更优选至少30×10-7cm3·s/g,优选至少40×10- 7cm3·s/g,更优选至少60×10-7cm3·s/g,最优选至少80×10-7cm3·s/g,进一步最优选至少100×10-7cm3·s/g,但不高于200×10-7cm3·s/g。
根据本发明,第二类吸水性聚合物颗粒(H)的球形度为至少0.80,优选至少0.85,特别优选至少0.90。
还优选第二类吸水性聚合物颗粒(H)的SFC为最大15×10-7cm3·s/g,优选最大10×10-7cm3·s/g,特别优选最大5×10-7cm3·s/g,更优选3×10-7cm3·s/g,最优选0×10- 7cm3·s/g。
优选地,本发明混合物的第一类吸水性聚合物颗粒(G)的SFC为至少20×10-7cm3·s/g,并且第二类吸水性聚合物颗粒(H)的球形度为至少0.80且SFC为最大5×10-7cm3·s/g。
本发明的流体吸收混合物的第一类吸水性聚合物颗粒(G)的制备方法包括以下步骤:聚合单体溶液,形成和粉碎聚合物凝胶,干燥和研磨聚合物。
根据一个实施方案,本发明的吸水性聚合物颗粒的混合物包含SFC为至少20×10- 7cm3·s/g的至少第一类吸水性聚合物颗粒(G),和球形度为至少0.80且SFC为最大15×10- 7cm3·s/g的至少第二类吸水性聚合物颗粒(H),而等量的至少第一类吸水性聚合物颗粒(G)和至少第二类吸水性聚合物颗粒(H)的混合物的SFC为最大25×10-7cm3·s/g,优选SFC为最大23×10-7cm3·s/g,更优选SFC为最大20×10-7cm3·s/g。
与相同量的第一类吸水性聚合物颗粒(G)和/或至少第二类吸水性聚合物颗粒(H)的至少一种相比,存在于吸收制品的吸收芯中的本发明的SFC为至少20×10-7cm3·s/g的至少第一类吸水性聚合物颗粒(G)和球形度为至少0.80且SFC为最大15×10-7cm3·s/g的至少第二类吸水性聚合物颗粒(H)的混合物,确保芯和/或吸收制品特别是在负荷下的再润湿和/或液体收集时间方面的改善的性能。
C.流体吸收制品
一种流体吸收制品,其包含
(A)上层渗液层,
(B)下层不渗液层,
(C)流体吸收芯,其包含60至20重量%的纤维材料和40至80重量%的吸水性聚合物颗粒(G,H),基于吸水性聚合物颗粒和纤维材料的总和计;
优选50至30重量%的纤维材料和50至70重量%的吸水性聚合物颗粒(G,H),
更优选40至35重量%的纤维材料和60至65重量%的吸水性聚合物颗粒(G,H),
(D)任选的(A)和(C)之间的收集-分布层(D),
(F)其他任选的组件。
根据本发明流体吸收制品的一个实施方案,其还包含
(A)上层渗液层,
(B)下层不渗液层,
(C)流体吸收芯,其包含60至20重量%的纤维材料以及40至80重量%的至少第一类吸水性聚合物颗粒(G)和至少第二类吸水性聚合物颗粒(H),基于吸水性聚合物颗粒和纤维材料的总和计;
(D)任选的(A)和(C)之间的收集-分布层(D),
(F)其他任选的组件,
其中流体吸收芯(C)的第一类吸水性聚合物颗粒(G)的SFC为至少20×10-7cm3·s/g,并且其中流体吸收芯的至少第二类吸水性聚合物颗粒(H)的球形度为至少0.80。
根据本发明流体吸收制品的另一个实施方案,其还包含
(A)上层渗液层,
(B)下层不渗液层,
(C)流体吸收芯,其包含60至20重量%的纤维材料以及40至80重量%的至少第一类吸水性聚合物颗粒(G)和至少第二类吸水性聚合物颗粒(H)的混合物,基于吸水性聚合物颗粒(G,H)和纤维材料的总和计;
(D)任选的(A)和(C)之间的收集-分布层(D),
(F)其他任选的组件,
其中流体吸收芯(C)的第一类吸水性聚合物颗粒(G)的SFC为至少20×10-7cm3·s/g,并且其中流体吸收芯的至少第二类吸水性聚合物颗粒(H)的球形度为至少0.80。
本发明的流体吸收制品显示出改善的再润湿和流体收集性能。
流体吸收制品应理解为意指例如成人用失禁垫和失禁短内裤,或婴儿用尿布和训练短裤。合适的流体吸收制品包括流体吸收组合物,该组合物包含纤维材料和任选地吸水性聚合物颗粒以形成基材、层、片的纤维网或基体和/或流体吸收芯。
合适的流体吸收制品由几层组成,层的单个元件必须优选显示出确定的功能参数,如上层渗液层(A)的干燥性;下层不渗液层(B)的蒸汽渗透性且不会湿透;柔韧的、蒸汽可渗透的和薄的流体吸收芯(C),显示出快速的吸收速率并能够保留最高的体液量;以及上层(A)和芯(C)之间任选的收集-分布层(D),作为排出的体液的输送和分布层。这些单个元件相结合,使得所得的流体吸收制品满足整体标准,例如使用者一侧的柔韧性、水蒸气透气性、干燥性、穿戴舒适性和保护性,以及衣服一侧涉及的液体保留率、再润湿和防止湿透。这些层的特定组合为消费者提供了高级别保护以及高舒适性的流体吸收制品。
对于流体吸收制品,特别是在流体分布方面,具有收集-分布层是有利的。收集-分布层(D)用作排出的体液的输送和分布层,并且通常被优化以影响下面的流体吸收芯的有效液体分布。因此,为快速暂时保留液体,它提供了必要的空隙空间,而其下面的流体吸收芯的面积覆盖必须影响必要的液体分布,并采用流体吸收芯使收集-分布层快速地脱水的能力。
制备流体吸收制品的方法记载于例如以下出版物及其中引用的文献中,并明确地并入本发明中:EP 2 301 499 A1、EP 2 314 264 A1、EP 2 387981 A1、EP 2 486 901 A1、EP 2 524 679 A1、EP 2 524 679 A1、EP 2 524680 A1、EP 2 565 031 A1、US 6,972,011、US 2011/0162989、US 2011/0270204、WO 2010/004894 A1、WO 2010/004895 A1、WO 2010/076857 A1、WO 2010/082373 A1、WO 2010/118409 A1、WO 2010/133529 A2、WO 2010/143635 A1、WO 2011/084981 A1、WO 2011/086841 A1、WO 2011/086842 A1、WO 2011/086843 A1、WO 2011/086844 A1、WO 2011/117997 A1、WO 2011/136087 A1、WO 2012/048879 A1、WO 2012/052173 A1和WO 2012/052172 A1。
通常,本发明的流体吸收制品包含,
(A)上层渗液层,
(B)下层不渗液层,
(C)流体吸收芯,其包含60至20重量%的纤维材料以及40至80重量%的至少第一类吸水性聚合物颗粒(G)和至少第二类吸水性聚合物颗粒(H),基于吸水性聚合物颗粒和纤维材料的总和计;
(D)任选的(A)和(C)之间的收集-分布层(D),
(F)其他任选的组件,
其中流体吸收芯(C)的第一类吸水性聚合物颗粒(G)的SFC为至少20×10-7cm3·s/g,并且其中流体吸收芯的至少第二类吸水性聚合物颗粒(H)的球形度为至少0.80。
根据本发明,第二类吸水性聚合物颗粒的SFC为最大15×10-7cm3·s/g。
根据本发明的另一个实施方案,第二类吸水性聚合物颗粒的SFC更优选为最大5×10-7cm3·s/g。
根据本发明,流体吸收芯(C)的第一类吸水性聚合物颗粒(G)的制备方法包括以下步骤:聚合单体溶液,形成和粉碎聚合物凝胶,干燥和研磨聚合物。
本发明的流体吸收制品的流体吸收芯(C)可包括至少两层(K,L),其中一层(K)包含60至20重量%的纤维材料和40至80重量%的至少第一类吸水性聚合物颗粒(G),基于吸水性聚合物颗粒和纤维材料的总和计,并且第二层(L)包含60至20重量%的纤维材料和40至80重量%的至少第二类吸水性聚合物颗粒(H),基于吸水性聚合物颗粒和纤维材料的总和计。
根据一个优选的实施方案,在流体吸收制品的流体吸收芯(C)中,包含第一类吸水性聚合物颗粒(G)的层在包含至少第二类吸水性聚合物颗粒(H)的层的上方沿z方向布设。
而优选至少第一类吸水性聚合物颗粒(G)和至少第二类吸水性聚合物颗粒(H)以相同的重量存在于流体吸收芯(C)中。
进一步优选至少第一类吸水性聚合物颗粒(G)在流体吸收芯(C)中的存在量为至少30重量%,优选至少33重量%,并且第二类吸水性聚合物颗粒(H)的存在量为最多66重量%,优选最多70重量%,基于吸水性聚合物颗粒(G,H)的总和计。
根据本发明的另一个实施方案,在流体吸收制品中,至少第一类吸水性聚合物颗粒(G)在流体吸收芯(C)中的存在量为至少50重量%,并且第二类吸水性聚合物颗粒(H)的存在量为最多50重量%,基于吸水性聚合物颗粒(G,H)的总和计。
优选至少第一类吸水性聚合物颗粒(G)在流体吸收芯(C)的存在量为最多66重量%,优选为最大70重量%,并且第二类吸水性聚合物颗粒(H)中的存在量为至少30重量%,优选至少33重量%,基于吸水性聚合物颗粒(G,H)的总和计。
根据本发明的另一个实施方案,在流体吸收芯(C)中,包含第一类吸水性聚合物颗粒(G)的层在包含至少第二类吸水性聚合物颗粒(H)的层的上方沿z方向布设。
根据本发明,与其中流体吸收芯(C)中的吸水性聚合物颗粒(G和H)的总量被相同重量的第一类吸水性聚合物颗粒(G)代替的流体吸收制品相比,该实施方案的第4次污损的在负荷下的再润湿(RUL)和/或4次连续污损的在负荷下的再润湿的总和减少至少20%,优选至少50%。
此外,与其中流体吸收芯(C)中的吸水性聚合物颗粒(G和H)的总量被相同重量的第二类吸水性聚合物颗粒(H)代替的流体吸收制品相比,该实施方案优选第4次污损的收集时间和/或4次连续污损的收集时间的总和减少至少5%,优选至少10%,最多达20%。
与其中流体吸收芯(C)中的吸水性聚合物颗粒(G和H)的总量被相同重量的第一类吸水性聚合物颗粒(G)代替的流体吸收制品相比,对于在流体吸收芯的各层(K,L)中提供等量的相应吸水性聚合物颗粒(G,H)并且其中在流体吸收芯(C)中,包含第一类吸水性聚合物颗粒(G)的层在包含至少第二类吸水性聚合物颗粒(H)的层的上方沿z方向布设的实施方案,优选其第4次污损的在负荷下的再润湿(RUL)和/或4次连续污损在负荷下的再润湿的总和减少至少20%,优选至少50%,最多达80%。
与其中流体吸收芯(C)中的吸水性聚合物颗粒(G和H)的总量被相同重量的第二类吸水性聚合物颗粒(H)代替的流体吸收制品相比,对于在流体吸收芯的各层(K,L)中提供等量的相应吸水性聚合物颗粒(G,H)并且其中在流体吸收芯(C)中,包含第一类吸水性聚合物颗粒(G)的层在包含至少第二类吸水性聚合物颗粒(H)的层的上方沿z方向布设的实施方案,优选其第4次污损的收集时间和/或4次连续污损的收集时间的总和减少至少5%,优选至少10%,最多达20%。
图16为本发明的流体吸收制品的示意图
本发明的吸收制品优选地包含如图16所示的上层渗液层(A)、下层不渗液层(B)、至少一个在(A)和(B)之间的液体吸收芯(C),其包含一层(图16A)或两层(K,L)(图16B)的吸水性聚合物颗粒(G,H),所述吸水性聚合物颗粒(G,H)与纤维材料(M)混合;以及(A)和(C)之间的收集-分布层(D)、任选的薄纸层(tissue layer),其在(C)的正上方和/或下方设置或完全或部分地包裹在(C)周围。这些层可任选地通过粘合剂(N)(例如胶粘剂)、超声波粘合或任何其他合适的方法彼此连接。
根据本发明,两层吸水性聚合物颗粒(K,L)彼此相邻地直接连接或通过粘合剂(N)连接定位。根据本发明,吸水性聚合物颗粒(G,H)的各层(K,L)可用任选的薄纸层包裹。层(K,L)之间不存在通孔粘合层。
根据另一个实施方案,本发明的流体吸收制品包含,
(A)上层渗液层,
(B)下层不渗液层,
(C)流体吸收芯,其包含60至20重量%的纤维材料以及40至80重量%的至少第一类吸水性聚合物颗粒(G)和至少第二类吸水性聚合物颗粒(H)的混合物,基于吸水性聚合物颗粒和纤维材料的总和计;
(D)任选的(A)和(C)之间的收集-分布层(D),
(F)其他任选的组件,
其中流体吸收芯(C)的第一类吸水性聚合物颗粒(G)的SFC为至少20×10-7cm3·s/g,并且其中流体吸收芯的至少第二类吸水性聚合物颗粒(H)的球形度为至少0.80。
根据本发明,第二类吸水性聚合物颗粒的SFC为最大15×10-7cm3·s/g。
根据本发明的另一个实施方案,第二类吸水性聚合物颗粒的SFC更优选为最大5×10-7cm3·s/g。
根据本发明,流体吸收芯(C)的第一类吸水性聚合物颗粒(G)的制备方法包括以下步骤:聚合单体溶液,形成和粉碎聚合物凝胶,干燥和研磨聚合物。
根据本发明的流体吸收制品,该混合物包含至少第一类吸水性聚合物颗粒(G)和至少第二类吸水性聚合物颗粒(H),基于吸水性聚合物颗粒(G,H)和纤维材料的总和计;
其中流体吸收芯(C)的第一类吸水性聚合物颗粒(G)的SFC为至少20×10-7cm3·s/g,并且其中流体吸收芯的至少第二类吸水性聚合物颗粒(H)的球形度为至少0.80。
根据本发明流体吸收制品的一个实施方案,至少第一类吸水性聚合物颗粒(G)在流体吸收芯(C)中的存在量为至少30重量%,优选至少33重量%,基于吸水性聚合物颗粒(G,H)的总和计。
根据本发明流体吸收制品的一个实施方案,至少第一类吸水性聚合物颗粒(G)在流体吸收芯(C)中的存在量为至少50重量%,基于吸水性聚合物颗粒(G,H)的总和计。
根据本发明流体吸收制品的另一个实施方案,至少第一类吸水性聚合物颗粒(G)在流体吸收芯(C)中的存在量为最多66重量%,优选最多70重量%,基于吸水性聚合物颗粒(G,H)的总和计。
根据本发明流体吸收制品的另一个实施方案,吸收芯内的至少第一类吸水性聚合物颗粒(G)和至少第二类吸水性聚合物颗粒(H)的混合物包含至少30重量%、优选至少33重量%的至少第一类吸水性聚合物颗粒(G),和最多66重量%、优选最多70重量%的第二类吸水性聚合物颗粒(H),基于吸水性聚合物颗粒(G,H)的总和计。
根据本发明,吸收芯内的至少第一类吸水性聚合物颗粒(G)和至少第二类吸水性聚合物颗粒(H)的混合物包含至少50重量%的第一类吸水性聚合物颗粒(G)和最多50重量%的第二类吸水性聚合物颗粒(H),基于吸水性聚合物颗粒(G,H)的总和计。
根据本发明,吸收芯内的至少第一类吸水性聚合物颗粒(G)和至少第二类吸水性聚合物颗粒(H)的混合物包含最多66重量%、优选最多70重量%的第一类吸水性聚合物颗粒(G)和至少30重量%、优选至少33重量%的第二类吸水性聚合物颗粒(H),基于吸水性聚合物颗粒(G,H)的总和计。
与其中流体吸收芯(C)中的吸水性聚合物颗粒(G和H)的总量被相同重量的第一类吸水性聚合物颗粒(G)代替的流体吸收制品相比,对于本发明流体吸收制品的一个实施方案,其第4次污损的在负荷下的再润湿(RUL)和/或4次连续污损的在负荷下的再润湿的总和减少至少20%,优选至少50%。
此外,与其中流体吸收芯(C)中的吸水性聚合物颗粒(G和H)的总量被相同重量的第二类吸水性聚合物颗粒(H)代替的流体吸收制品相比,优选本发明的吸收制品第4次污损的收集时间和/或4次连续污损的收集时间的总和减少至少5%,优选至少10%,最多达20%。
优选地,与其中流体吸收芯(C)中的吸水性聚合物颗粒(G和H)的总量被相同重量的第一类吸水性聚合物颗粒(G)代替的流体吸收制品相比,在流体吸收芯(C)中提供等量的第一类吸水性聚合物颗粒(G)和至少第二类吸水性聚合物颗粒(H)的本发明的流体吸收制品的实施方案,优选流体吸收芯(C)第4次污损的在负荷下的再润湿(RUL)和/或4次连续污损的在负荷下的再润湿的总和减少至少20%,优选至少50%,最多达80%。
与其中流体吸收芯(C)中的吸水性聚合物颗粒(G和H)的总量被相同重量的第二类吸水性聚合物颗粒(H)代替的流体吸收制品相比,在流体吸收芯(C)中提供等量的第一类吸水性聚合物颗粒(G)和至少第二类吸水性聚合物颗粒(H)的该实施方案,优选流体吸收芯(C)的第4次污损的收集时间和/或4次连续污损的收集时间的总和减少至少5%,优选至少10%,最多达20%。
根据本发明,流体吸收芯(C)的第一类吸水性聚合物颗粒(G)的制备方法包括以下步骤:聚合单体溶液,形成和粉碎聚合物凝胶,干燥和研磨聚合物。因此,所得的吸水性聚合物颗粒是不规则形状的。
根据本发明,至少第一类吸水性聚合物颗粒(G)和至少第二类吸水性聚合物颗粒(H)以相同的重量存在于流体吸收制品的流体吸收芯(C)中。
渗液层(sheet)或渗液层(layer) (A)
渗液层(A)为与皮肤直接接触的层。因此,渗液层优选柔性、柔软手感的并且对使用者的皮肤无刺激。通常,因此术语“渗液”应理解为允许液体即体液如尿液、月经和/或阴道液体容易地穿透其厚度。渗液层的主要功能为从穿用者向流体吸收芯收集和输送体液。通常,渗液层由本领域已知的任何材料如非织造材料、膜或其组合形成。合适的渗液层(A)由常规的合成或半合成纤维或双组分纤维或聚酯膜、聚烯烃、人造纤维或天然纤维或其任何组合构成。在非织造材料的情况下,纤维通常应通过粘合剂如聚丙烯酸酯进行粘合。此外,渗液层可含有弹性组合物,因此显示出允许在一个或两个方向上拉伸的弹性特性。
合适的合成纤维由聚氯乙烯、聚氟乙烯、聚四氟乙烯、聚偏二氯乙烯、聚丙烯酸、聚乙酸乙烯酯、聚乙酸乙基乙烯酯、不溶性或可溶性聚乙烯醇、聚烯烃(如聚乙烯、聚丙烯)、聚酰胺、聚酯、聚氨酯、聚苯乙烯等制备。
膜的实例为多孔成形的热塑性膜、多孔塑料膜、水成形热塑性膜、网状热塑性膜、多孔泡沫、网状泡沫和热塑性网格布。
合适的改性或未改性天然纤维的实例包括棉、甘蔗渣、粗毛(kemp)、亚麻、丝、羊毛、木浆、化学改性木浆、黄麻、人造纤维、乙基纤维素和乙酸纤维素。
纤维材料可仅包含天然纤维或合成纤维或其任何组合。优选的材料为聚酯、人造纤维及其共混物、聚乙烯和聚丙烯。作为流体吸收组合物的组分的纤维材料可为亲水性的、疏水性的或可为亲水性纤维和疏水性纤维的组合。亲水性的定义在上一章的“定义”部分给出。亲水性/疏水性之比的选择以及因此流体吸收组合物中亲水性纤维和疏水性纤维的量的选择将取决于流体处理性能和所得的流体吸收组合物的吸水性聚合物颗粒的量。这样,如果流体吸收组合物与流体吸收制品的穿用者相邻,则优选使用疏水性纤维,其用于部分或完全代替上层渗液层,优选由疏水性非织造材料形成。疏水性纤维也可为较低透气性但不渗液的层,其作为不渗液的屏障。
亲水性纤维的实例为纤维素纤维、改性纤维素纤维、人造纤维、聚酯纤维如聚对苯二甲酸乙二醇酯、亲水性尼龙等。亲水性纤维也可由疏水性纤维获得,所述疏水性纤维通过例如表面活性剂处理或二氧化硅处理进行亲水化。因此,亲水性热塑性纤维通过表面活性剂处理或二氧化硅处理衍生自聚烯烃如聚丙烯、聚酰胺、聚苯乙烯等。
为增加上层的强度和完整性,纤维通常应显示出作为层内纤维之间的交联的结合位点。
用于在纤维网中固结纤维的技术为机械粘合法、热粘合法和化学粘合法。在机械粘合法的工艺中,将纤维例如通过水射流法(水刺法)进行机械缠结,以使纤维网完整。热粘合法通过在低熔点聚合物的存在下升高温度来进行。热粘合工艺的实例为纺粘法、热风粘合法(through-air bonding)和树脂粘合法。
增加完整性的优选方法为热粘合法、纺粘法、树脂粘合法、热风粘合法和/或水刺法。
在热粘合法的情况下,将热塑性材料添加到纤维中。在热处理时,该热塑性材料的至少一部分熔融并迁移到由毛细管效应引起的纤维交叉点。这些交叉点在冷却后固化成结合位点并增加纤维基体的完整性。此外,在化学硬化的纤维素纤维的情况下,热塑性材料的熔融和迁移具有增加所得纤维层的孔尺寸的作用,同时保持其密度和基重。在润湿时,层的结构和完整性保持稳定。总之,添加热塑性材料可改善排出的体液的流体渗透性,从而改善收集性能。
合适的热塑性材料包括聚烯烃如聚乙烯和聚丙烯、聚酯、共聚酯、聚乙酸乙烯酯、聚乙酸乙基乙烯酯、聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚丙烯酸类、聚酰胺、共聚酰胺、聚苯乙烯、聚氨酯以及任何上述聚合物的共聚物。
合适的热塑性纤维可由单一聚合物制备,其为单组分纤维。或者,它们可由多于一种聚合物制备,例如双组分或多组分纤维。术语“双组分纤维”是指包含由与壳不同的纤维材料制成的芯纤维的热塑性纤维。通常,这两种纤维材料具有不同的熔点,其中通常壳在更低的温度下熔融。双组分纤维可为同心的或偏心的,这取决于壳在通过双组分纤维的横截面上是否具有的均匀或不均匀的厚度。有利的是偏心双组分纤维,其在较低的纤维厚度下显示出了更高的压缩强度。其他双组分纤维可显示出“未卷曲”(不弯曲)或“卷曲”(弯曲)的特征,其他双组分纤维可表现出不同的表面润滑性。
双组分纤维的实例包括以下聚合物组合:聚乙烯/聚丙烯、聚乙酸乙基乙烯酯/聚丙烯、聚乙烯/聚酯、聚丙烯/聚酯、共聚酯/聚酯等。
合适的热塑性材料具有低于会损坏层的纤维的温度的熔点;但不低于流体吸收制品通常被储存的温度。优选熔点为约75℃至175℃。热塑性纤维的典型长度为约0.4至6cm,优选约0.5至1cm。热塑性纤维的直径定义为旦尼尔(denier)(克/9000米)或dtex(克/10000米)。典型的热塑性纤维的dtex为约1.2至20,优选约1.4至10。
增加流体吸收组合物完整性的另一个方法为纺粘技术。通过纺粘法制备纤维层的性质是基于将聚合物颗粒纺丝成连续长丝的方向并随后制备纤维层。
纺粘织物是通过将挤出的纺成的纤维均匀随机地沉积到移动的带上,随后热粘合这些纤维而制备的。在成网过程中,纤维通过空气射流而分离。通过施加加热的辊或热针以部分熔融聚合物并将纤维融合在一起来产生纤维粘合。由于分子取向增加了熔点,未高度拉伸的纤维可用作热粘合纤维。聚乙烯或无规乙烯/丙烯共聚物用作低熔点结合位点。
除了纺粘法,树脂粘合技术也属于热粘合主题。使用这种技术产生结合位点,将特定的基于例如环氧树脂、聚氨酯和丙烯酸树脂的粘合剂加入纤维材料中,并且将所得的基体进行热处理。因此,纤维网通过分散在纤维材料中的树脂和/或热塑性树脂而结合。
作为另一种热粘合技术,热风粘合法涉及施加热空气至纤维织物的表面。热空气在纤维织物的正上方流通,但不穿过纤维织物。结合位点通过加入粘合剂而产生。在热风热粘合中使用的合适的粘合剂包括结晶性粘合剂纤维、双组分粘合剂纤维和粉末。当使用结晶性粘合剂纤维或粉末时,粘合剂完全熔融且在整个非织造物的横截面上形成熔融液滴。冷却后,在这些点上发生粘合。在壳/芯粘合剂纤维的情况下,壳为粘合剂且芯为载体纤维。使用热风炉制备的产物倾向于是体积大的、敞开的、柔软的、坚固的、可延展的、透气性的和吸收性的。热风粘合后随即进行冷压延得到介于热辊压延产物和通过热风粘合而未压缩的产物之间的厚度。即使在冷压延之后,该产物比局部粘合的热压延材料更柔软、更柔韧且更可延展。
水刺法(“水压交络成布法(hydroentanglement)”)为增加纤维网的整体性的另一种方法。首先将所形成的松散纤维的纤维网(通常为气流成网或湿成网)压实和预湿润以消除气泡。水刺法技术使用多排的水的细高速射流,以撞击在多孔带或移动的穿孔的或图案化的屏上的纤维网,使纤维相互打结。水压通常从最初的喷射器到最后的喷射器增加。使用高达150巴的压力将水射流引导到纤维网上。这种压力对于大多数的非织造纤维是足够的,但是在特殊的应用中使用更高的压力。
水刺法是一种非织造物制备体系,该体系采用水射流使纤维缠结,从而提供织物整体性。柔软性、悬垂性、柔顺性以及相对高的强度是水刺非织造物的主要特点。
在最新的研究中,在所得的渗液层的某些结构特征中发现了优点。例如,该层的厚度非常重要,且与其x-y维度一起影响该层的收集-分布性能。如果存在其他一些整合的异形结构,则可根据该层的三维结构来引导收集-分布性能。因此,在渗液层的功能中优选3D-聚乙烯。
因此,合适的渗液层(A)为由上述纤维通过热粘合法、纺粘法、树脂粘合法或热风粘合法形成的非织造物层。其他合适的渗液层为3D-聚乙烯层和水刺布。
优选地,3D-聚乙烯层和水刺布显示出12至22gsm的基重。
通常渗液层(A)部分或全部地延伸过流体吸收结构,并可延伸到和/或形成所有优选的侧翼、侧包裹元件、翼和耳状物的部分。
不渗液层(sheet)或不渗液层(layer) (B)
不渗液层(B)防止流体吸收芯所吸收及保留的分泌液润湿与流体吸收制品接触的制品,例如床单、裤子、睡衣和内衣。因此,不渗液层(B)可包括织造或非织造材料、聚合物膜(如聚乙烯或聚丙烯的热塑性膜),或复合材料(如覆膜的非织造材料)。
合适的不渗液层包括非织造物、塑料和/或塑料和非织造物的层压材料。塑料和/或塑料和非织造物的层压材料均适当地可为透气性的,即,不渗液层(B)可允许蒸汽从流体吸收材料中排出。因此,不渗液层必须具有一定的水蒸汽透过率并且同时具有一定水平的不可渗透性。为结合这些特征,合适的不渗液层包括至少两层,例如具有特定的基重和孔尺寸的纤维非织造物的层压材料,和作为具有特定厚度和任选地具有孔结构的第二层的例如聚乙烯醇的连续三维膜。这种层压材料作为阻挡层,并且显示出无液体透过或湿透。因此,合适的不渗液层包含多孔纤维网的至少第一透气性层和弹性三维纤维网的至少第二层,其中所述多孔纤维网为一种纤维非织造物,例如由合成纤维制成的熔喷法非织造物层或纺粘法非织造物层的复合纤维网,所述弹性三维纤维网由不渗液聚合物膜、例如任选地具有起毛细管作用的孔的塑料构成,其中所述孔优选不垂直于膜平面,而是相对于膜平面成小于90°的角度设置。
合适的不渗液层是蒸汽可渗透性的。优选地,不渗液层由蒸汽可渗透材料构成,该材料显示出至少约100gsm/24小时的水蒸汽透过率(WVTR),优选至少约250gsm/24小时,且最优选至少约500gsm/24小时。
优选地,不渗液层(B)由非织造物制备,所述非织造物包含疏水性材料(例如合成纤维)或包含塑料(如聚乙烯)的不渗液的聚合物膜。不渗液层的厚度优选为15至30μm。
此外,不渗液层(B)优选由非织造物和塑料的层压材料制备,所述层压材料包含密度为12至15gsm的非织造物和厚度为约10至20μm的聚乙烯层。
典型的不渗液层(B)部分或全部地延伸过流体吸收结构,并可延伸到和/或形成所有优选的侧翼、侧包裹元件、翼和耳状物的部分。
流体吸收芯(C)
流体吸收芯(C)设置于上层渗液层(A)和下层不渗液层(B)之间。
根据本发明,流体吸收芯可包括以下组件:
1.任选的芯面层
2.流体储存层
3.任选的防尘层
1.任选的芯面层
为提高流体吸收芯的完整性,所述芯设置有面层。该面层可在流体吸收芯的顶部和/或底部,其中通过热熔法、超声波粘合法、热粘合法或本领域技术人员已知的粘合技术的组合,在侧向接合处结合和/或在远端接合处结合。此外,该面层可包括具有单片材料的完整流体吸收芯,从而可用作包装。包装材料可为完全包装、部分包装或C-包装。
芯面层材料可包含任何已知类型的基材,包括非织造物、网状物、服装、纺织品、膜、薄纸和两种或更多种基材或网状物的层压材料。芯面层材料可包含天然纤维,如纤维素、棉、亚麻、亚麻布、大麻、羊毛、丝、皮毛、毛发和天然存在的矿物纤维。芯面层材料还可包含合成纤维,如人造纤维和溶解性纤维(lyocell)(衍生自纤维素)、多糖(淀粉)、聚烯烃纤维(聚丙烯、聚乙烯)、聚酰胺、聚酯、丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、聚氨酯及其组合。优选地,芯面层包含合成纤维或薄纱。
纤维可为单组分或多组分纤维。多组分纤维可包含其均聚物、共聚物或共混物。
2.流体储存层
根据本发明,流体吸收芯包含60至20重量%的纤维材料以及40至80重量%的至少第一类吸水性聚合物颗粒(G)和至少第二类吸水性聚合物颗粒(H),基于吸水性聚合物颗粒(G,H)和纤维材料的总和计;
其中流体吸收芯(C)的第一类吸水性聚合物颗粒(G)的SFC为至少20×10-7cm3·s/g,并且其中流体吸收芯的至少第二类吸水性聚合物颗粒(H)的球形度为至少0.80。
根据本发明,第二类吸水性聚合物颗粒的SFC为最大15×10-7cm3·s/g,优选最大10×10-7cm3·s/g,特别优选最大5×10-7cm3·s/g,更优选3×10-7cm3·s/g,最优选0×10- 7cm3·s/g。
根据本发明,流体吸收芯(C)的第一类吸水性聚合物颗粒(G)的制备方法包括以下步骤:聚合单体溶液,形成和粉碎聚合物凝胶,干燥和研磨聚合物。
存在的吸水性聚合物颗粒(G,H)优选是表面后交联的。
本发明的流体吸收芯(C)的一个实施方案包括至少两层(K,L),如图16B所示。一层(K)包含60至20重量%的纤维材料和40至80重量%的第一类吸水性聚合物颗粒(G),基于吸水性聚合物颗粒和纤维材料的总和计,并且第二层(L)包含60至20重量%的纤维材料和40至80重量%的至少第二类吸水性聚合物颗粒(H),基于吸水性聚合物颗粒和纤维材料的总和计。
为确保低的再润湿性和快速液体收集,优选在本发明的流体吸收芯中,将包含第一类吸水性聚合物颗粒(G)的层在包含至少第二类吸水性聚合物颗粒(H)的层的上方沿z方向布设。
优选一层中的至少第一类吸水性聚合物颗粒(G)的量和第二层中的至少第二类吸水性聚合物颗粒(H)的量是重量相等的。
根据本发明流体吸收芯的一个实施方案,至少第一类吸水性聚合物颗粒(G)在流体吸收芯(C)中的存在量为至少30重量%,优选至少33重量%,基于吸水性聚合物颗粒(G,H)的总和计。
根据本发明流体吸收芯的一个实施方案,至少第一类吸水性聚合物颗粒(G)在流体吸收芯(C)中的存在量为至少50重量%,基于吸水性聚合物颗粒(G,H)的总和计。
根据本发明流体吸收芯的另一个实施方案,至少第一类吸水性聚合物颗粒(G)在流体吸收芯(C)中的存在量为最多66重量%,优选最多70重量%,基于吸水性聚合物颗粒(G,H)的总和计。
还优选至少第一类吸水性聚合物颗粒(G)在流体吸收芯(C)中的存在量为至少30重量%,优选至少33重量%,并且第二类吸水性聚合物颗粒(H)的存在量为最多66重量%,优选最多70重量%,基于吸水性聚合物颗粒(G,H)的总和计。
根据本发明的另一个实施方案,至少第一类吸水性聚合物颗粒(G)在流体吸收芯(C)中的存在量为至少50重量%,并且第二类吸水性聚合物颗粒(H)的存在量为最多50重量%,基于吸水性聚合物颗粒(G,H)的总和计。
还优选至少第一类吸水性聚合物颗粒(G)在流体吸收芯(C)中的存在量为最多66重量%,优选最多70重量%,并且第二类吸水性聚合物颗粒(H)的存在量为至少30重量%,优选至少33重量%,基于吸水性聚合物颗粒(G,H)的总和计。
对于本发明的实施方案,在流体吸收芯(C)中,包含第一类吸水性聚合物颗粒(G)的层在包含至少第二类吸水性聚合物颗粒(H)的层的上方沿z方向布设。对于该实施方案,与其中流体吸收芯(C)中的吸水性聚合物颗粒(G和H)的总量被相同重量的第一类吸水性聚合物颗粒(G)代替的流体吸收制品相比,优选其第4次污损的在负荷下的再润湿(RUL)减少至少20%,优选至少50%。
此外,与其中流体吸收芯(C)中的吸水性聚合物颗粒(G和H)的总量被相同重量的第二类吸水性聚合物颗粒(H)代替的流体吸收制品相比,优选本发明的吸收芯第4次污损的收集时间和/或4次连续污损的收集时间的总和减少至少5%,优选地至少10%,最多达20%。
与其中流体吸收芯(C)中的吸水性聚合物颗粒(G和H)的总量被相同重量的第一类吸水性聚合物颗粒(G)代替的流体吸收制品和/或流体吸收芯相比,在流体吸收芯(C)的各层(K,L)中提供等量的相应吸水性聚合物颗粒(G,H)并且其中在流体吸收芯(C)中,包含第一类吸水性聚合物颗粒(G)的层在包含至少第二类吸水性聚合物颗粒(H)的层的上方沿z方向布设的实施方案,优选其第4次污损的在负荷下的再润湿(RUL)和/或4次连续污损在负荷下的再润湿的总和减少至少20%,优选至少50%,最多达80%。对于该实施方案,优选在流体吸收芯的各层(K,L)中提供等量的相应吸水性聚合物颗粒(G,H)。
与其中流体吸收芯(C)中的吸水性聚合物颗粒(G和H)的总量被相同重量的第二类吸水性聚合物颗粒(H)代替的流体吸收制品和/或流体吸收芯相比,在流体吸收芯(C)的各层(K,L)中提供等量的相应吸水性聚合物颗粒(G,H)并且其中包含第一类吸水性聚合物颗粒(G)的层在包含至少第二类吸水性聚合物颗粒(H)的层的上方沿z方向布设的实施方案,优选其第4次污损的收集时间和/或4次连续污损的收集时间的总和减少至少5%,优选至少10%,最多达20%。
尤其是包含相同重量的两种吸水性聚合物颗粒的层状芯,令人惊讶地在流体吸收制品中显示出协同效应。
但优选第一类流体吸收聚合物颗粒(G)和第二类流体吸收聚合物颗粒(H)的直接混合物。
根据本发明的另一个实施方案,所述流体吸收芯包含60至20重量%的纤维材料以及40至80重量%的至少第一类吸水性聚合物颗粒(G)和至少第二类吸水性聚合物颗粒(H)的混合物,基于吸水性聚合物颗粒(G,H)和纤维材料的总和计;
其中流体吸收芯(C)的第一类吸水性聚合物颗粒(G)的SFC为至少20×10-7cm3·s/g,并且其中流体吸收芯的至少第二类吸水性聚合物颗粒(H)的球形度为至少0.80。
根据本发明流体吸收芯的一个实施方案,至少第一类吸水性聚合物颗粒(G)在流体吸收芯(C)中的存在量为至少30重量%,优选至少33重量%,基于吸水性聚合物颗粒(G,H)的总和计。
根据本发明流体吸收芯的一个实施方案,至少第一类吸水性聚合物颗粒(G)在流体吸收芯(C)中的存在量为至少50重量%,基于吸水性聚合物颗粒(G,H)的总和计。
根据本发明流体吸收芯的另一个实施方案,至少第一类吸水性聚合物颗粒(G)在流体吸收芯(C)中的存在量为最多66重量%,优选最多70重量%,基于吸水性聚合物颗粒(G,H)的总和计。
根据本发明,在流体吸收芯中的至少第一类吸水性聚合物颗粒(G)和至少第二类吸水性聚合物颗粒(H)的混合物包含至少30重量%、优选至少33重量%的第一类吸水性聚合物颗粒(G)和最多66重量%、优选最多70重量%第二类吸水性聚合物颗粒(H),基于吸水性聚合物颗粒(G,H)的总和计。
根据本发明,吸收芯中的至少第一类吸水性聚合物颗粒(G)和至少第二类吸水性聚合物颗粒(H)的混合物包含至少50重量%的第一类吸水性聚合物颗粒(G)和最多50重量%的第二类吸水性聚合物颗粒(H),基于吸水性聚合物颗粒(G,H)的总和计。
根据本发明,吸收芯中的至少第一类吸水性聚合物颗粒(G)和至少第二类吸水性聚合物颗粒(H)的混合物包含最多66重量%、优选最多70重量%的第一类吸水性聚合物颗粒(G)和至少30重量%、优选至少33重量%第二类吸水性聚合物颗粒(H),基于吸水性聚合物颗粒(G,H)的总和计。
根据本发明吸收芯,所述第一类流体吸收聚合物颗粒(G)的SFC为至少20×10- 7cm3·s/g,优选至少为25×10-7cm3·s/g,特别是优选至少30×10-7cm3·s/g,优选至少40×10-7cm3·s/g,更优选至少60×10-7cm3·s/g,最优选至少80×10-7cm3·s/g,进一步最优选至少100×10-7cm3·s/g,但不超过200×10-7cm3·s/g。
根据本发明吸收芯的另一个实施方案,第二类吸水性聚合物颗粒(H)的SFC为最大15×10-7cm3·s/g,优选最大10×10-7cm3·s/g,特别优选最大5×10-7cm3·s/g,更优选3×10-7cm3·s/g,最优选0×10-7cm3·s/g。
根据另一个实施方案,本发明吸收芯的第二类吸水性聚合物颗粒(H)的球形度为至少0.80,优选至少0.85,特别优选至少0.90。
根据本发明吸收芯,所述第二类吸水性聚合物颗粒(H)的球形度至少为0.80且SFC为最大5×10-7cm3·s/g。
根据本发明的吸收芯,流体吸收芯(C)的第一类吸水性聚合物颗粒(G)的制备方法包括以下步骤:聚合单体溶液,形成和粉碎聚合物凝胶,干燥和研磨聚合物。
根据本发明,流体吸收芯(C)的第二类吸水性聚合物颗粒(H)是通过在周围加热的气相中使单体溶液的液滴聚合来制备的。
根据本发明的一个实施方案,流体吸收制品或吸收芯的吸水性聚合物颗粒(G,H)分别为表面后交联的。
与其中流体吸收芯(C)中的吸水性聚合物颗粒(G和H)的总量被相同重量的第一类吸水性聚合物颗粒(G)代替的流体吸收制品相比,对于根据本发明的一个实施方案,优选其第4次污损的在负荷下的再润湿(RUL)减少至少20%,优选至少50%。
此外,根据本发明,与其中流体吸收芯(C)中的吸水性聚合物颗粒(G和H)的总量被相同重量的第二类吸水性聚合物颗粒(H)代替的流体吸收芯相比,本发明的吸收芯第4次污损的收集时间和/或4次连续污损的收集时间的总和减少至少5%,优选至少10%,最多达20%。
与其中流体吸收芯(C)中的吸水性聚合物颗粒(G和H)的总量被相同重量的第一类吸水性聚合物颗粒(G)代替的流体吸收芯相比,对于在流体吸收芯(C)中提供相同重量的第一类吸水性聚合物颗粒(G)和至少第二类吸水性聚合物颗粒(H)的混合物的实施方案,优选流体吸收芯(C)第4次污损的在负荷下的再润湿(RUL)和/或4次连续污损在负荷下再润湿的总和减少至少20%,优选至少50%,最多达80%。
与其中流体吸收芯(C)中的吸水性聚合物颗粒(G和H)的总量被相同重量的第二类吸水性聚合物颗粒(H)代替的流体吸收芯相比,对于在流体吸收芯(C)中包含相同重量的第一类吸水性聚合物颗粒(G)和至少第二类吸水性聚合物颗粒(H)的混合物的吸收芯,优选流体吸收芯(C)第4次污损的收集时间和/或4次连续污损的收集时间的总和减少至少5%,优选至少10%,最多达20%。
与仅含有相同量的一种相应的流体吸收聚合物颗粒的吸收芯相比,在吸收芯中优选相等重量的第一类和第二类流体吸收聚合物颗粒的直接混合物,优选均匀混合物,导致负载下的再润湿和液体收集时间测量值减少。令人惊讶地,该混合物确保在负载下的再润湿和液体收集时间的更好的值。该混合物在负载下的再润湿和液体收集时间方面是协同的。
可用于本发明的吸收芯的纤维包括天然纤维和合成纤维。合适的改性或未改性天然纤维的实例在上文的“渗液层(A)”章节中给出。由此,优选木浆纤维。
合适的合成纤维的实例在上文的“渗液层(A)”章节中给出。纤维材料可仅包含天然纤维或合成纤维或其任何组合。
作为流体吸收组合物的组分的纤维材料可为亲水性的、疏水性的或可为亲水性纤维和疏水性纤维的组合。
通常,优选将亲水性纤维用于嵌入上层(A)和下层(B)之间的流体吸收芯中。对于要求将排出的体液快速收集、输送和分布至流体吸收组合物或流体吸收芯的其他区域的流体吸收组合物尤其如此。亲水性纤维尤其优选用于包含流体吸收聚合物颗粒的流体吸收组合物。
亲水性纤维的实例在上文的“液体可渗透层(A)”章节中给出。优选地,流体吸收芯由粘胶乙酸酯、聚酯和/或聚丙烯制成。
可均匀混合流体吸收芯的纤维材料以产生均匀或不均匀的流体吸收芯。或者,可将纤维材料富集或织在任选包含吸水性聚合物材料的单独的层中。流体吸收芯的合适的储存层包括含有吸水性聚合物材料的纤维材料的均匀混合物。含有层状芯体系的流体吸收芯的合适的储存层包含纤维材料的均匀混合物并且包含吸水性聚合物材料,其中每一所述层可通过本领域已知的方法由任何纤维材料构建。可控制所述层的顺序,从而根据嵌入的流体吸收材料(如吸水性聚合物颗粒)的数量和分布得到想要的流体收集、分布和输送结果。优选地,在流体吸收芯的储存层内存在具有最高吸收速率或保留值的不连续区域,其由纤维材料的层或不均匀混合物形成,作为掺入吸水性聚合物颗粒的基体。所述区域可在全部范围内延展或仅形成流体吸收芯的一部分。
合适的流体吸收芯包含纤维材料和流体吸收材料。合适的为能够吸收和保留体液或身体分泌液的任何流体吸收材料,如纤维素填料、改性或未改性纤维素、交联的纤维素、层压材料、复合材料、流体吸收泡沫、在上文的“渗液层(A)”章节中描述的材料、吸水性聚合物颗粒及其组合。
将吸水性聚合物材料施加到吸收芯中的技术是本领域技术人员已知的,并且可通过测定体积、重量损失或比重进行。已知的技术包括应用振动系统、单螺旋系统和多螺旋系统、剂量辊、称重带、流化床体积测定系统以及重力喷洒和/或喷雾系统。其他嵌入技术有降剂量系统正反气动应用(consensus and contradictory pneumatic application)或应用流体吸收聚合物材料的真空印刷法。
合适的流体吸收芯还可包括通过制备流体吸收制品的方法而形成的层。层结构可通过随后在z方向上产生不同的层而形成。
或者,芯结构可由两层或更多层预先形成的层形成,以获得层状的流体吸收芯。
或者,可添加其他材料的层,例如开孔泡沫或闭孔泡沫或穿孔膜的层。还包括至少两层含有所述吸水性聚合物材料的的层压材料。
根据本发明,优选流体吸收芯(C)包含不超过20重量%的粘合剂。流体吸收芯内的吸水性聚合物颗粒的量为3至20g,优选4至18,更优选6至16g,且在最大尿布(maxi-diaper)的情况下为8至13g,并且在失禁产品的情况下为最高达约50g。
流体吸收芯(C)通常具有均匀的尺寸或轮廓。合适的流体吸收芯还可具有异型结构,涉及芯的形状和/或吸水性聚合物颗粒的含量和/或吸水性聚合物颗粒的分布和/或不同层的尺寸——如果层状流体吸收芯存在的话。
从上方看芯的形状(x-y尺寸)可为矩形的、具有较窄裆部的解剖学形状或任何其他形状。
流体吸收芯(C)的俯视图面积优选为至少200cm2,更优选至少250cm2,最优选至少300cm2。俯视图面积为与上层渗液层(A)面对面的芯的部分。
流体吸收芯可包含通常存在于本领域已知的流体吸收制品中的其他添加剂。示例性添加剂为用于增强和稳定流体吸收芯的纤维。优选使用聚乙烯来增强流体吸收芯。
用于增强流体吸收芯的其他合适的稳定剂为用作粘合剂的材料。
在改变在流体吸收芯的不同区域中使用的粘合剂材料的种类或粘合剂的量时,可获得异形稳定(profiled stabilization)。例如,具有不同熔融温度的不同粘合剂材料可用于流体吸收芯的各区域,例如芯的中心区域的粘合剂材料熔融温度更低,且远端区域的粘合剂材料熔融温度更高。合适的粘合剂材料可为粘合纤维或非粘合纤维、连续或不连续挤出的纤维、双组分短纤维、非弹性纤维和喷涂液体粘合剂或这些粘合剂材料的任何组合。
此外,通常加入热塑性组合物以增加芯层的完整性。热塑性组合物可包含单一类型的热塑性聚合物或热塑性聚合物的共混物。或者,热塑性组合物可包含热熔性粘合剂,所述热熔性粘合剂包含至少一种热塑性聚合物以及热塑性稀释剂(如增粘剂、增塑剂或其他添加剂,如抗氧化剂)。热塑性组合物可进一步包含压敏热熔性粘合剂,所述压敏热熔性粘合剂包含例如结晶聚丙烯和无定形的聚α-烯烃或苯乙烯嵌段共聚物以及蜡的混合物。
合适的热塑性聚合物为包括A-B-A三嵌段链段、A-B二嵌段链段和(A-B)n径向嵌段共聚物链段的苯乙烯嵌段共聚物。字母A指代非弹性聚合物链段,例如聚苯乙烯,且B代表不饱和共轭二烯或其(部分)氢化形式。优选B包含异戊二烯、丁二烯、乙烯/丁烯(氢化丁二烯)、乙烯/丙烯(氢化异戊二烯)及其混合物。
其他合适的热塑性聚合物为无定形聚烯烃、无定形聚α-烯烃和茂金属聚烯烃。
关于气味控制,任选地添加香料和/或气味控制添加剂。合适的气味控制添加剂是在本领域已知的在携带流体吸收制品时减少随时间所产生的气味的所有物质。因此,合适的气味控制添加剂为无机材料,例如沸石、活性炭、膨润土、二氧化硅、气溶胶、硅藻土、粘土;螯合剂,如乙二胺四乙酸(EDTA)、环糊精、氨基多甲酸、乙二胺四亚甲基膦酸、氨基磷酸盐、多官能芳香族化合物、N,N-二琥珀酸。合适的气味控制添加剂还有抗微生物剂,例如季铵、苯酚、酰胺和硝基化合物及其混合物;杀细菌剂,如银盐、锌盐、氯化十六烷基吡啶盐和/或三氯生,以及HLB值小于12的表面活性剂。
合适的气味控制添加剂还有具有酸酐基团的化合物,如马来酸酐、衣康酸酐、聚马来酸酐或聚衣康酸酐、马来酸与C2-C8烯烃或苯乙烯的共聚物、聚马来酸酐,或马来酸酐与异丁烯、二异丁烯或苯乙烯的共聚物;具有酸基团的化合物,如抗坏血酸、苯甲酸、柠檬酸、水杨酸或山梨酸;以及具有酸基团的单体的流体可溶性聚合物;C3-C5单不饱和羧酸的均聚物或共聚物。
合适的气味控制添加剂还有香料,如己酸烯丙酯、环己烷乙酸烯丙酯、环己烷丙酸烯丙酯、庚酸烯丙酯、乙酸戊酯、丙酸戊酯、茴香脑、茴香醛(anixic aldehyde)、苯甲醚、苯甲醛、乙酸苄酯、苄基丙酮、苯甲醇、丁酸苄酯、甲酸苄酯、莰烯(camphene)、樟脑胶、左旋香芹醇(laevo-carveol)、甲酸肉桂酯、顺式茉莉酮、柠檬醛、香茅醇及其衍生物、枯茗醇及其衍生物、女贞醛(cyclal C)、二甲基苄基甲醇及其衍生物、二甲基辛醇及其衍生物、桉油精(eucalyptol)、香叶基衍生物、乙酸熏衣草酯(lavandulyl acetete)、女贞醛(ligustral)、d-柠檬烯、芳樟醇、芳樟基衍生物、薄荷酮(menthone)及其衍生物、月桂烯及其衍生物、橙花醛(neral)、橙花醇(nerol)、对甲酚、对甲基异丙基苯(p-cymene)、甜橙萜、α-萜烯、4-萜品醇、麝香草酚(thymol)等。
任选的防尘层
包含在吸收芯中的任选组件为与其相邻的防尘层。防尘层为纤维层,并且可置于吸收芯的顶部和/或底部。通常防尘层为储存层的打底层。该打底层称作防尘层,因为其在流体吸收芯的制备过程中充当沉积的吸水性聚合物颗粒的载体。如果吸水性聚合物材料为宏观结构、膜或絮片(flake)形式,则不必须嵌入防尘层。对于源自液滴聚合的吸水性聚合物颗粒而言,所述颗粒具有无边缘的光滑表面。在这种情况下,也不必须向流体吸收芯中加入防尘层。另一方面,一个明显优势是防尘层提供一些另外的流体处理性质,如芯吸性能,并且可降低不渗液层(B)的针孔和/或麻点的发生率。
优选地,防尘层为包含绒毛(纤维素纤维)的纤维层。
收集-分布层(D)
任选的收集-分布层(D)位于上层(A)和流体吸收芯(C)之间,并且优选地构造成有效地收集排出的体液并将其转移和分布到流体吸收性组合物的其他区域或其他层,体液在所述流体吸收性组合物的其他区域或在其他层被固定和储存。因此,上层将排出的液体转移到收集-分布层(D),以将其分布到流体吸收芯。
收集-分布层(D)包含纤维材料。
优选的收集-分布层可为亲水性的、疏水性的或可为亲水性纤维和疏水性纤维的组合。它可衍生自天然纤维、合成纤维或两者的组合。
合适的收集-分布层由纤维素纤维和/或改性纤维素纤维和/或合成纤维或其组合形成。因此,合适的收集-分布层可含有纤维素纤维,特别是绒毛浆(pulp fluff)。其他合适的亲水性、疏水性纤维以及改性或未改性天然纤维的实例在上文的“渗液层(A)”章节中给出。
特别是为提供流体收集和分布两种性质,优选使用改性纤维素纤维。改性纤维素纤维的实例为化学处理的纤维素纤维,尤其是化学硬化的纤维素纤维。术语“化学硬化的纤维素纤维”意指通过化学方法硬化以增加纤维硬度的纤维素纤维。这些方法包括以表面涂料、表面交联和浸渍的形式添加化学硬化剂。合适的聚合物硬化剂可包括:具有含氮基团的阳离子改性淀粉、乳液、湿强树脂如聚酰胺-表氯醇树脂、聚丙烯酰胺、脲甲醛以及三聚氰胺甲醛树脂和聚乙烯亚胺树脂。
硬化还可包括例如通过交联聚合物链来改变化学结构。由此可将交联剂施用于纤维上,使其化学地形成纤维间的交联键。其他纤维素纤维可以个体化的形式通过交联键硬化。合适的化学硬化剂通常为单体交联剂,其包括C2-C8二醛、具有酸官能团的C2-C8单醛,特别是C2-C9多羧酸。
优选地,改性纤维素纤维为化学处理的纤维素纤维。特别优选的为卷曲纤维,其可通过用柠檬酸处理纤维素纤维而获得。优选地,纤维素纤维和改性纤维素纤维的基重为50至200gsm。
合适的收集-分布层还包括合成纤维。合成纤维的已知实例见于上文的“渗液层(A)”章节中。另一种可用的为具有渗液层(A)和收集-分布层的双重功能的3D-聚乙烯膜。
此外,与纤维素纤维的情况一样,优选亲水性合成纤维。亲水性合成纤维可通过疏水性纤维的化学改性而获得。优选地,亲水性是通过疏水性纤维的表面活性剂处理而进行的。因此,疏水性纤维的表面可通过用非离子或离子表面活性剂处理而变得亲水,例如通过用表面活性剂喷雾纤维或通过将纤维浸入表面活性剂中。进一步优选的是永久亲水性合成纤维。
可将收集-分布层的纤维材料固定以增加层的强度和完整性。用于在纤维网中固结纤维的技术为机械粘合法、热粘合法和化学粘合法。增加纤维网的完整性的不同方法的详细描述在上文的“渗液层(A)”章节中给出。
因此,合适的收集-分布层包含80至100重量%的纤维材料和0至20重量%的吸水性聚合物颗粒;
优选的收集-分布层显示出20至200gsm、最优选40至60gsm的基重。
或者,不渗液层(D)包含在(A)和(C)之间的合成树脂膜,其用作分布层并将供应的尿液沿表面快速输送到流体吸收芯(C)的上侧部分。优选地,上层渗液层(D)小于下层的流体吸收芯(C)(80)。不渗液层(D)的材料没有特别限制。可使用由诸如聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚氨酯或交联的聚乙烯醇的树脂制成的这种膜,以及透气但不渗液的、由上述树脂制成的所谓的“透气”膜。
优选地,上层不渗液层(D)包含多孔聚乙烯膜,用于快速收集和分布流体。
或者,可使用一束松散地分布在流体吸收芯的顶部的合成纤维作为收集-分布层。合适的合成纤维为共聚酯、聚酰胺、共聚酰胺、聚乳酸、聚丙烯或聚乙烯、粘胶或其混合物。可使用其他双组分纤维。合成纤维组分可由具有圆形横截面的单纤维类型或具有不同横截面形状的两种纤维类型的混合物组成。以这种方式排列的合成纤维确保非常快速的液体运输和通道形成。优选使用成束的聚乙烯纤维。
任选的薄纸层设置在(C)的正上方和/或正下方。
薄纸层的材料可包括任何已知类型的基材,包括纤维网、服装、纺织品和膜。薄纸层可包括天然纤维,如纤维素、棉、亚麻、亚麻布、大麻、羊毛、丝、皮毛、毛发和天然存在的矿物纤维。薄纸层还可包括合成纤维,如人造纤维和溶解性纤维(衍生自纤维素)、多糖(淀粉)、聚烯烃纤维(聚丙烯、聚乙烯)、聚酰胺、聚酯、丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、聚氨酯及其组合。优选地,薄纸层包含纤维素纤维。
其他任选的组件(F)
1.腿部开口(leg Cuff)
典型的腿部开口包括非织造材料,所述非织造材料可通过直接挤出法形成,在挤出期间纤维和非织造材料同时形成,或通过预先形成的纤维的铺设法形成,所述预先形成的纤维可在以后的时间点处铺设成非织造材料。直接挤出法的实例包括纺粘法、熔喷法、溶剂纺丝法、静电纺丝法及其组合。铺设法的实例包括湿法成网和干法成网(例如气流成网、梳理)。上述方法的组合包括纺粘-熔喷-纺粘(sms)、纺粘-熔喷-熔喷-纺粘(smms)、纺粘-梳理(sc)、纺粘-气流成网(sa)、熔喷-气流成网(ma)及其组合。包括直接挤出的组合可在相同的时间点或在随后的时间点组合。在上文的实例中,每种方法可产生一个或多个单独的层。因此,“sms”意指三层非织造材料,“smsms”或“ssmms”意指五层非织造材料。通常,小写字母(sms)是指单独的层,而大写字母(SMS)是指相似的相邻层的编译。
此外,合适的腿部开口设置有弹性股线(elastic strand)。
优选的是层组合为sms、smms或smsms的合成纤维的腿部开口。优选的是密度为13至17gsm的非织造物。优选地,腿部开口设置有两根弹性股线。
2.松紧带
松紧带用于牢固地保持和柔韧地闭合穿用者身体(例如腰部和腿部)周围的流体吸收制品,以改善密封度和配合性。腿部松紧带置于外层和内层或流体吸收制品之间,或在面向外衣的层和面向使用者的体侧衬里之间。合适的松紧带包括片状、带状或线状的热塑性聚氨酯、弹性体材料、聚(醚-酰胺)嵌段共聚物、热塑性橡胶、苯乙烯-丁二烯共聚物、硅橡胶、天然橡胶、合成橡胶、苯乙烯异戊二烯共聚物、苯乙烯乙烯丁烯共聚物、尼龙共聚物、包含分段的聚氨酯的氨纶纤维(spandex fiber)和/或乙烯-乙酸乙烯酯共聚物。松紧带可在拉伸后固定到基材上,或固定到拉伸的基材上。或者,松紧带可固定到基材上,然后使其具有弹性或使其收缩,例如通过加热。
3.封合系统
封合系统可包括带翼(tape tab)、接合区(landing zone)、弹性体、提拉件和带系统或其组合。
至少一部分第一腰部区域通过封合系统连接到第二腰部区域的一部分,以将流体吸收制品固定在其位置并形成流体吸收制品的腿部缺口和腰部。优选地,流体吸收制品设置有可再封合的封合系统。
封合系统为可再密封的或固定的,包括任何适用于这种用途的材料,例如塑料、弹性体、膜、泡沫、非织造基材、织造基材、纸、薄纸、层压材料、纤维增强塑料等,或其组合。优选地,封合系统包括柔性材料且平滑、柔和地作用而不刺激穿用者的皮肤。
封合元件的一个部分为粘合带,或包括置于第一腰部区域的侧边上的一对侧向延伸的翼。带翼通常连接到前体面并从第一腰带的每个角侧向延伸。这些带翼包括胶粘的朝向内部的表面,该表面在使用前通常通过薄的、可移除的覆盖层保护。
合适的带翼可由热塑性聚合物如聚乙烯、聚氨酯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚酯、乙烯乙酸乙烯酯、乙烯乙烯基醇、乙烯乙酸乙烯酯、丙烯酸酯或乙烯丙烯酸共聚物形成。
合适的封合系统还包括粘扣带的粘合部分(hook portion),且目标装置包括粘扣带的扣合部分(loop portion)。
合适的机械封合系统包括接合区。机械封合系统可直接紧固至外面层中。接合区可作为流体吸收制品的一个区域,期望将带翼接合到其中。接合区可包括基础材料和多个带翼。带翼可嵌入接合区的基础材料中。基础材料可包括扣合材料。扣合材料可包括背衬材料和连接至背衬材料的非织造纺粘网的层。
因此,合适的接合区可由纺粘法制备。纺粘的非织造物由通过挤出熔融热塑性材料而形成的熔纺纤维制备。优选的是双取向的聚丙烯(BOPP),或在主要机械封合系统的情况下优选拉绒扣/封合扣。
此外,合适的机械封合系统包括用作柔韧的前部和/或后部不连续腰带、位于流体吸收制品(如短裤或拉拉裤)的远边的柔韧的前部和/或后部区域的弹性单元。弹性单元可使得流体吸收制品作为例如训练短裤被穿用者拉下。
合适的短裤形的流体吸收制品具有前部、后部、裆部、用于连接前部和后部的侧向方向上的侧部、髋部、弹性腰部区域和液体密封外层。髋部设置在使用者的腰部周围。一次性短裤形状的流体吸收制品(拉拉裤)具有良好的柔韧性、拉伸性、防渗漏性能和配合性,因此赋予穿用者极佳的舒适性并提供更好的移动性和灵活性。
合适的拉拉裤包括具有低的模量、良好的撕裂强度和高的弹性恢复性的热塑性膜、片和层压材料。
合适的封合系统还可包括用于制备流体吸收制品的紧固装置内的弹性区域的弹性体。弹性体给穿用者提供了流体吸收制品在腰部和腿部缺口的舒适配合性,同时保持足够的防渗漏性能。
合适的弹性体为显示出蒸汽渗透性和液体阻挡性能的弹性体聚合物或弹性胶粘材料。优选的弹性体在伸长至等于其初始长度的长度后是可收缩的。
合适的封合系统还包括带系统,其包含用于灵活地将流体吸收制品固定在穿用者身体上并提供给穿用者改进的配合性的腰带和腿带。合适的腰带包括两个弹性带,左弹性带和右弹性带。左弹性带与每个左侧角边缘相连。右弹性带与每个右侧角边缘相连。当吸收性服装平放时,左侧带和右侧带弹性伸展。每条带连接到流体吸收制品的前部和后部并在其之间伸展,以形成腰部开口和腿部开口。
优选地,带系统由弹性材料制备,从而提供流体吸收制品的舒适配合性,并保持足够的防渗漏性能。
优选的封合系统是所谓的“弹性耳状物”,其中耳状物的一侧连接到位于流体吸收制品的底架的后背纵向边缘处的纵向侧边缘。可商购获得的流体吸收制品包括可拉伸的耳状物或侧板,所述耳状物或侧板由可拉伸的层压材料制备,所述可拉伸的层压材料为例如由单组分纤维或双组分纤维制备的非织造纤维网。特别优选的封合系统为可拉伸的层压材料,其包含几个层的芯和弹性材料网作为顶表面和底表面以形成所述层压材料;所述芯的层的每个层由含有多组分纤维的不同的纤维材料(例如熔喷纤维、纺粘纤维)制成,所述多组分纤维具有包含具有第一熔融温度的第一聚合物的芯和包含具有第二熔融温度的第二聚合物的壳。
D.流体吸收制品的结构
本发明还涉及将上文提及的各组件和层、膜、片、薄纸或基材接合,以提供流体吸收制品。至少两个、优选所有的层、膜、片、薄纸或基材被接合。
为固定吸水性聚合物颗粒,相邻层通过热塑性材料固定,从而在整个表面上或在不连续的结合区域中建立连接。对于在不连续的结合区域中建立连接的情况,构造带有吸水性颗粒的空腔或袋。接合区域可具有规则或不规则的图案,例如与流体吸收芯的纵向轴线对齐或以多边形图案(例如五边形或六边形)。接合区域本身可为矩形的、圆形的或方形的,其直径为约0.5mm至2mm。包含结合区域的流体吸收制品显示出更好的湿强。
产品底架的结构及其中包含的组件通过本领域技术人员已知的热熔粘合剂的不连续施用来制备和控制。实例为例如Dispomelt 505B、Dispomelt Cool 1101,以及Bostik、Henkel或Fuller生产的其他特定功能粘合剂。
为确保施加的体液的芯吸,优选的流体吸收制品显示出更好的运输通道。通道由例如顶层对抗流体吸收芯的压缩力形成。可例如通过两个加热的压延辊之间的热处理来施加压缩力。由于压缩,顶层和流体吸收芯均变形,从而产生通道。体液沿着该通道流动到它们被吸收的位置并防止渗漏。此外,压缩导致更高的密度;这是通道导流(canalize)污损流体的第二个作用。另外,尿布结构上的压缩力改善了流体吸收制品的结构完整性。
通常,本发明的流体吸收制品包含,
(A)上层渗液层,
(B)下层不渗液层,
(C)流体吸收芯,其包含60至20重量%的纤维材料以及40至80重量%的至少第一类吸水性聚合物颗粒(G)和至少第二类吸水性聚合物颗粒(H),基于吸水性聚合物颗粒和纤维材料的总和计;
(D)任选的(A)和(C)之间的收集-分布层(D),
(F)其他任选的组件,
其中流体吸收芯(C)的第一类吸水性聚合物颗粒(G)的SFC为至少20×10-7cm3·s/g,并且其中流体吸收芯的至少第二类吸水性聚合物颗粒(H)的球形度为至少0.80。
根据本发明,第二类吸水性聚合物颗粒的SFC为最大15×10-7cm3·s/g。
本发明的流体吸收芯(C)可包括至少两层(K,L),其中一层(K)包含60至20重量%的纤维材料和40至80重量%的第一类吸水性聚合物颗粒(G),基于吸水性聚合物颗粒和纤维材料的总和计,并且第二层(L)包含60至20重量%的纤维材料和40至80重量%的至少第二类吸水性聚合物颗粒(H),基于吸水性聚合物颗粒和纤维材料的总和计。
根据一个优选的实施方案,在流体吸收芯(C)中,包含第一类吸水性聚合物颗粒(G)的层在包含至少第二类吸水性聚合物颗粒(H)的层的上方沿z方向布设。
根据另一个实施方案,本发明的流体吸收制品包含,
(A)上层渗液层,
(B)下层不渗液层,
(C)流体吸收芯,其包含60至20重量%的纤维材料以及40至80重量%的至少第一类吸水性聚合物颗粒(G)和至少第二类吸水性聚合物颗粒(H)的混合物,基于吸水性聚合物颗粒和纤维材料的总和计;
(D)任选的(A)和(C)之间的收集-分布层(D),
(F)其他任选的组件,
其中流体吸收芯(C)的第一类吸水性聚合物颗粒(G)的SFC为至少20×10-7cm3·s/g,并且其中流体吸收芯的至少第二类吸水性聚合物颗粒(H)的球形度为至少0.80。
根据本发明,第二类吸水性聚合物颗粒的SFC为最大15×10-7cm3·s/g。
本发明的流体吸收制品显示出改善的再润湿和流体收集性能。
根据本发明,流体吸收芯(C)的第一类吸水性聚合物颗粒(G)的制备方法包括以下步骤:聚合单体溶液,形成和粉碎聚合物凝胶,干燥和研磨聚合物。因此,所得的吸水性聚合物颗粒是不规则形状的。
根据本发明的一个优选的实施方案,至少第一类吸水性聚合物颗粒(G)和至少第二类吸水性聚合物颗粒(H)以相同的重量存在于流体吸收芯(C)中。
方法:
除非另有说明,否则测量应在23±2℃的环境温度和50±10%的大气湿度下进行。在测量之前将吸水性聚合物充分混合。
“WSP”标准测试方法记载在:由“Worldwide Strategic Partners”EDANA(European Disposables and Nonwovens Association,Avenue Eugene Plasky,157,1030布鲁塞尔,比利时,www.edana.org)和INDA(Association of the Nonwoven FabricsIndustry,1100Crescent Green,Suite 115,Cary,NC 27518,U.S.A.,www.inda.org)联合发布的“Standard Test Methods for the Nonwovens Industry”中。该出版物可从EDANA和INDA获得。
加速老化测试
测量1(初始颜色):用超吸收性聚合物颗粒过量填充内径为9cm的塑料盘。借助于刀在培养皿边缘的高度处使表面变平,并测定CIE颜色值和HC 60值。
测量2(老化后):用超吸收性聚合物颗粒过量填充内径为9cm的塑料盘。借助于刀在培养皿边缘的高度处使表面变平。然后将塑料盘(无盖)置于60℃和86%相对湿度的湿度室中。7天和14天后将塑料盘从湿度室中取出,冷却至室温并测定CIE颜色值。
无负荷下的吸收(AUNL)
吸水性聚合物颗粒在无负荷下的吸收,除使用0.0g/cm2的重量而不是21.0g/cm2的重量外,以类似于EDANA推荐的测试方法No.WSP242.3(11)“Gravimetric Determinationof Absorption Under Pressure”测定。
负荷下的吸收(AUL)
吸水性聚合物颗粒在负荷下的吸收通过EDANA推荐的测试方法No.WSP 242.3(11)“Gravimetric Determination of Absorption Under Pressure”测定。
高负荷下的吸收(AUHL)
吸水性聚合物颗粒在高负荷下的吸收,除使用49.2g/cm2的重量而不是21.0g/cm2的重量外,以类似于EDANA推荐的测试方法No.WSP242.3(11)“Gravimetric Determinationof Absorption Under Pressure”测定。
体积密度
吸水性聚合物颗粒的体积密度通过EDANA推荐的测试方法No.WSP 250.3(11)“Gravimetric Determination of Density”测定。
离心保留容量(CRC)
吸水性聚合物颗粒的离心保留容量通过EDANA推荐的测试方法No.WSP 241.3(11)“Fluid Retention Capacity in Saline,After Centrifugation”测定,其中对于更高的离心保留容量值,须使用更大的茶包。
颜色值(CIE颜色编号[L,a,b])
颜色值的测量根据CIELAB程序(Hunterlab,第8卷,1996,第7期,第1至4页),通过比色计模型“LabScan XE S/N LX17309”(HunterLab;Reston;USA)进行。颜色由三维系统的坐标L、a和b来描述。L表征亮度,其中L=0为黑色,L=100为白色。a和b的值描述在颜色轴上的颜色的位置,颜色轴为分别为红/绿、黄/蓝,其中正值a表示红色,负值a表示绿色值,正值b表示黄色且负值b表示蓝色。
颜色值的测量与根据DIN 5033-6的三色激励法(tristimulus method)一致。
可提取物
吸水性聚合物颗粒中可提取组分的含量通过EDANA推荐的测试方法No.WSP 270.3(11)“Extractables”测定。
自由溶胀容量(FSC)
吸水性聚合物颗粒的自由溶胀能力通过EDANA推荐的测试方法No.WSP 240.3(11)“Free Swell Capacity in Saline,Gravimetric Determination”测定,其中对于更高的自由溶胀能力值,须使用更大的茶包。
自由溶胀速率(FSR)
将1.00g(=W1)干燥的吸水性聚合物颗粒称入25ml玻璃烧杯中,并均匀地分布在玻璃烧杯的底部。然后将20ml 0.9重量%氯化钠溶液分配到第二个玻璃烧杯中,将该烧杯的内容物快速加入第一个烧杯中并开启秒表。一旦最后一滴盐溶液被吸收——通过液体表面反射的消失来证实,停止秒表。从第二个烧杯中倒出并被第一个烧杯中的聚合物吸收的精确液体量通过称重第二个烧杯(=W2)精确地确定。用秒表测量的吸收所需的时间用t表示。表面上最后一滴液体的消失定义为时间t。
自由溶胀速率(FSR)计算如下:
FSR[g/gs]=W2/(W1×t)
但是,当形成水凝胶的聚合物的水含量大于3重量%时,重量W1必须根据该水含量进行校正。
凝胶床渗透性
如在US 2005/0256757(第[0061]和[0075]段)中所述,测定在0.3psi(2070Pa)的压力下溶胀凝胶层的凝胶床渗透性(GBP)作为吸水性聚合物颗粒的溶胀凝胶层的凝胶床渗透性。
球形度或圆度
圆度用3001L颗粒分析仪(Microtrac Europe GmbH;Meerbusch;德国)测定
或用图像分析系统(Retsch Technolgy GmbH;Haan;德国)测定:
为测量,产物通过漏斗引入并通过计量通道输送至下降轴。当颗粒下落通过光墙时,其被相机选择性地记录。所记录的图像通过软件根据所选参数进行评估。
所记录的参数为平均体积加权球形度。
水含量
吸水性聚合物颗粒的水含量通过EDANA推荐的测试方法No.WSP430.2-05“Moisture Content”测定。
粒度分布
吸水性聚合物颗粒的粒度分布通过EDANA推荐的测试方法No.WSP 220.3(11)“Particle Size Distribution”测定。
本文中,平均粒径(d50)为产生累计50重量%的筛孔尺寸的值。
颗粒尺寸的多分散性α通过以下公式计算
α=(d84,13–d15,87)/(2×d50)
其中d15,87和d84.13为筛孔尺寸的值,其分别产生累计15.87重量%和84.13重量%。
负荷下的再润湿(RUL)和收集时间
该测试测定了流体吸收制品在多次单独的污损后在0.7psi(49.2g/cm2)的压力下保持5min后将释放的流体量。负荷下的再润湿通过流体吸收制品在压力下释放的流体量来测量。负荷下的再润湿在每次污损之后测量。
将流体吸收制品非织造物一侧朝上夹至检查台上。根据待测试的尿布的类型和性别,相应地标记污损点(小便点)(即在女孩用的芯的中心,男女通用的芯向前2.5cm,男孩用的芯向前5cm)。将具有带有有机玻璃管的中心开口(直径2.3cm)的3.64kg圆形重物(10cm直径)置于先前标记的污损点处。
为测量顶部有ADL的吸收垫的RUL,将垫ADL一侧朝上夹至检查台上。根据待测尿布的类型和性别,相应地标记污损点(小便点)(即即在女孩用的芯的中心,男女通用的芯向前2.5cm,男孩用的芯向前5cm)。
对于初次污损,将75g盐水溶液(0.9重量%)一次倒入有机玻璃管中。记录流体吸收制品完全吸收流体所需的时间——其记录为收集时间,以秒为单位。5分钟后,除去负荷,将直径为9cm并已知干重(W1)的10张滤纸层叠分别置于流体吸收制品或具有ADL的吸收垫的污损点上。在滤纸的顶部,加入直径为8cm的2.5kg重物。2分钟后,除去重物并重新称重滤纸,得到湿重值(W2)。
负荷下的再润湿计算如下:
RUL[g]=W2-W1
对于第二次和随后的污损在负荷下的再润湿,重复初次污损的步骤。对于每次后续的污损2"、3"和4",分别使用75g盐水溶液(0.9重量%)和20、30、40张滤纸。
残余单体
吸水性聚合物颗粒中残余单体的含量通过EDANA推荐的测试方法No.WSP 210.3-(11)“Residual Monomers”测定。
盐水导流率(SFC)
如在EP 0 640 330 A1所述,测定在0.3psi(2070Pa)的压力下溶胀凝胶层的盐水导流率(SFC)作为吸水性聚合物颗粒的溶胀凝胶层的凝胶层渗透性,但是已对所引用的专利申请第19页和图8中所描述的装置已如以下改进:不再使用玻璃料(40),并且活塞(39)由与圆柱体(37)相同的聚合物材料构成,并且现在包括21个在整个接触区域上均匀分布的尺寸相同的孔。所述测量步骤以及测量值评价与EP 0 640 330 A1保持一致。自动记录流速。
盐水导流率(SFC)计算如下:
SFC[cm3·s/g]=(Fg(t=0)×L0)/(d×A×WP)
其中Fg(t=0)为NaCl溶液的流速(g/s),其借助流速测量值Fg(t)数据的线性回归分析通过外推至t=0而获得,L0为凝胶层的厚度(cm),d为NaCl溶液的密度(g/cm3),A为凝胶层的面积(cm2)并且WP为在凝胶层上的静水压力(dyn/cm2)。
涡流(Vortex)
将50.0±1.0ml的0.9%NaCl溶液加入100ml烧杯中。加入圆柱形搅拌棒(30×6mm),并将盐水溶液在搅拌板上以60rpm搅拌。将2.000±0.010g吸水性聚合物颗粒尽快加入烧杯中,开始添加时开启秒表。当混合物的表面变得“静止”——这意味着表面没有湍流——时,停止秒表,并且当混合物仍然可转动时,颗粒的整个表面作为一个整体转动。秒表的显示时间记录为涡流时间。
EDANA测试方法可例如从EDANA,Avenue Eugène Plasky 157,B-1030Brussels,比利时中获得。
实施例
流体吸收聚合物颗粒的制备
使用以下聚合物颗粒:
-如实施例4中所述制备的吸水性聚合物颗粒
-如实施例5中所述制备的吸水性聚合物颗粒
-如实施例6中所述制备的吸水性聚合物颗粒
-如实施例7中所述的吸水性聚合物颗粒
-B7085,可从BASF Antwerpen N.V.,比利时获得
-B7160S,可从BASF Antwerpen N.V.,比利时获得
所有聚合物颗粒的特征和吸收特性总结于表9中。
实施例1-基础聚合物
该方法在具有集成流化床(27)的并行喷雾干燥设备中进行,如图1所示。反应区(5)的高度为22m,直径为3.4m。内部流化床(IFB)的直径为3m,堰高为0.25m。
干燥气体通过喷雾干燥器顶部的气体分配器(3)进料。干燥气体通过作为粉尘分离单元(9)的旋风分离器和冷凝器柱(12)部分地再循环(干燥气体环路)。干燥气体为氮气,其包含1体积%至4体积%的残余氧气。在聚合开始之前,向干燥气体环路中充入氮气直到残余氧气低于4体积%。反应区(5)中的干燥气体的气体速度为0.79m/s。喷雾干燥器内的压力比环境压力低4毫巴。
离开反应区(5)的气体的温度在喷雾干燥器圆柱形部分末端圆周周围的三个点处测量,如图3所示。使用三次单独测量值(43)来计算平均温度(喷雾干燥器出口温度)。加热干燥气体环路并开始加入单体溶液。从此时起,通过热交换器(20)调节气体入口温度,将喷雾干燥器出口温度控制在122℃。气体入口温度为167℃,并且干燥气体的蒸汽含量如表1所示。
产物积聚在内部流化床(27)中至达到堰高。将温度为112℃的经调节的内部流化床气体经由管线(25)进给至内部流化床(27)中。内部流化床(27)中内部流化床气体的气体速度为0.65m/s。产物的停留时间为150min。内部流化床(27)中吸水性聚合物颗粒的温度为80℃。
将喷雾干燥器废气在作为粉尘分离单元(9)的旋风分离器中过滤,并送至冷凝器柱(12)进行淬灭/冷却。过量的水通过控制冷凝器柱(12)内的(恒定)填充水平而泵出冷凝器柱(12)。冷凝器柱(12)内的水通过热交换器(13)冷却,并逆流泵送到气体中。离开冷凝器柱(12)的气体的温度和蒸汽含量示于表1中。冷凝器柱(12)内的水通过计量加入氢氧化钠溶液而设定为碱性pH,以洗除丙烯酸蒸气。
离开冷凝器柱(12)的气体被分流至干燥气体入口管(37)和经调节的内部流化床气体(25)。气体温度通过热交换器(20)和(22)控制。将热干燥气体通过气体分配器(3)进给至并行喷雾干燥器中。气体分配器(3)由一组板组成,所述一组板根据干燥气体量提供2至4毫巴的压降。
产物通过旋转阀(28)从内部流化床(27)排出到筛(29)中。筛(29)用于筛分粒径大于800μm的筛渣/块状物。筛渣/块状物的重量总结于表3中。
单体溶液通过将丙烯酸首先与3-重乙氧基化三丙烯酸丙三醇酯(内交联剂)混合,然后与37.3重量%丙烯酸钠溶液混合而制备。通过使用热交换器并在环路中泵送,将所得单体溶液的温度控制为10℃。在泵之后的环路中使用筛孔尺寸为250μm的过滤器单元。引发剂通过静态混合器(31)和(32)经由管线(33)和(34)计量加入至液滴化器上游单体溶液中,如图1所示。温度为20℃的过硫酸钠溶液经由管线(33)加入,并且温度为10℃的[2,2'-偶氮二[2-(2-咪唑啉-2-基)丙烷]二盐酸盐溶液与FF7和HP一起经由管线(34)加入。将每种引发剂泵送进环路,并通过控制阀计量加入到每个液滴化器单元中。在静态混合器(32)之后,使用筛孔尺寸为140μm的第二过滤单元。使用三个液滴化器单元以将单体溶液计量加入喷雾干燥器的顶部,如图4所示。
液滴化器单元由外管(47)组成,外管(47)具有用于液滴化器盒(49)的开口,如图7所示。液滴化器盒(49)与内管(48)连接。在工艺操作期间,为维护目的,在端部具有用于密封的PTFE块(50)的内管(48)可被推入和拉出外管(47)。
通过流动通道(55)中的水,将液滴化器盒(49)的温度控制为8℃,如图8所示。液滴化器盒(49)具有256个孔,所述孔的直径为170μm,并且孔间距为15mm。液滴化器盒(49)由一个具有基本无滞留体积的流动通道(56)和一个液滴板(53)构成,流动通道(56)用于均匀分布预混合的单体和引发剂溶液。液滴板(53)具有成角度的设置,其角度为3°。液滴板(53)由不锈钢制成,并且长度为630mm,宽度为128mm且厚度为1mm。
喷雾干燥器的进料由以下组分组成:9.56重量%丙烯酸、33.73重量%丙烯酸钠、0.011重量%的3-重乙氧基化三丙烯酸丙三醇酯(纯度约85重量%)、0.071重量%[2,2'-偶氮二[2-(2-咪唑啉-2-基)丙烷]二盐酸盐、0.0028%重量的FF7(BrüggemannChemistry;Heilbronn;德国)、0.071重量%的HP(Brüggemann Chemicals;Heilbronn;德国)、0.054重量%过硫酸钠和水。中和度为73%。每孔进料量为1.4kg/h。
分析所得的吸水性聚合物颗粒。条件和结果总结于表1至3中。
实施例2基础聚合物
该方法在具有集成流化床(27)的并行喷雾干燥设备中进行,如图1所示。反应区(5)的高度为22m,直径为3.4m。内部流化床(IFB)的直径为3m,堰高为0.25m。
干燥气体通过喷雾干燥器顶部的气体分配器(3)进料。干燥气体通过作为粉尘分离单元(9)的旋风分离器和冷凝器柱(12)部分地再循环(干燥气体环路)。干燥气体为氮气,其包含1体积%至4体积%的残余氧气。在聚合开始之前,向干燥气体环路中充入氮气直到残余氧气低于4体积%。反应区(5)中的干燥气体的气体速度为0.79m/s。喷雾干燥器内的压力比环境压力低4毫巴。
离开反应区(5)的气体的温度在喷雾干燥器圆柱形部分末端圆周周围的三个点处测量,如图3所示。使用三次单独测量值(43)来计算平均温度(喷雾干燥器出口温度)。加热干燥气体环路并开始加入单体溶液。从此时起,通过热交换器(20)调节气体入口温度,将喷雾干燥器出口温度控制为112℃。气体入口温度为167℃,并且干燥气体的蒸汽含量如表1所示。
产物积聚在内部流化床(27)中至达到堰高。将温度为107℃的经调节的内部流化床气体经由管线(25)进给至内部流化床(27)中。内部流化床(27)中内部流化床气体的气体速度为0.65m/s。产物的停留时间为150min。内部流化床(27)中吸水性聚合物颗粒的温度为77℃。
将喷雾干燥器废气在作为粉尘分离单元(9)的旋风分离器中过滤,并送至冷凝器柱(12)进行淬灭/冷却。过量的水通过控制冷凝器柱(12)内的(恒定)填充水平而泵出冷凝器柱(12)。冷凝器柱(12)内的水通过热交换器(13)冷却,并逆流泵送到气体中。离开冷凝器柱(12)的气体的温度和蒸汽含量示于表1中。冷凝器柱(12)内的水通过计量加入氢氧化钠溶液而设定为碱性pH,以洗除丙烯酸蒸气。
离开冷凝器柱(12)的气体被分流至气体干燥单元(37)和经调节的内部流化床气体(25)。气体干燥单元(37)包括气体冷却器和除雾器。在气体干燥单元(37)中,气体被冷却至40℃,并在干燥气体入口管(1)之前加热。气体温度通过热交换器(20)和(22)控制。将热干燥气体经由气体分配器(3)进给至并行喷雾干燥器中。气体分配器(3)由一组板组成,所述一组板根据干燥气体量提供2至4毫巴的压降。
产物通过旋转阀(28)从内部流化床(27)排出到筛(29)中。筛(29)用于筛分粒径大于800μm的筛渣/块状物。筛渣/块状物的重量总结于表3中。
单体溶液通过将丙烯酸首先与3-重乙氧基化三丙烯酸丙三醇酯(内交联剂)混合,然后与37.3重量%丙烯酸钠溶液混合而制备。通过使用热交换器并在环路中泵送,将所得单体溶液的温度控制为10℃。在泵之后的环路中使用筛孔尺寸为250μm的过滤器单元。引发剂通过静态混合器(31)和(32)经由管线(33)和(34)计量加入至液滴化器上游单体溶液中,如图1所示。温度为20℃的过硫酸钠溶液通过管线(33)加入,并且温度为5℃的[2,2'-偶氮二[2-(2-咪唑啉-2-基)丙烷]二盐酸盐溶液与FF7一起通过管线(34)加入。将每种引发剂泵送进环路,并通过控制阀计量加入到每个液滴化器单元中。在静态混合器(32)之后,使用筛孔尺寸为140μm的第二过滤单元。使用三个液滴化器单元以将单体溶液加入喷雾干燥器的顶部,如图4所示。
液滴化器单元由外管(47)组成,外管(47)具有用于液滴化器盒(49)的开口,如图7所示。液滴化器盒(49)与内管(48)连接。在工艺操作期间,为维护目的,在端部具有用于密封的PTFE块(50)的内管(48)可被推入和拉出外管(47)。
液滴化器盒(49)的温度不通过水流动通道(55)来控制,如图8所示。液滴化器盒(49)具有256个孔,所述孔的直径为170μm且孔间距为15mm。液滴化器盒(49)由一个具有基本无滞留体积的流动通道(56)和一个液滴板(53)构成,流动通道(56)用于均匀分布预混合的单体和引发剂溶液。液滴板(53)具有成角度的设置,其角度为3°。液滴板(53)由不锈钢制成,并且长度为630mm,宽度为128mm,厚度为1mm。
喷雾干燥器的进料由以下组分组成:9.3重量%丙烯酸,33.4重量%丙烯酸钠、0.013重量%3-重乙氧基化三丙烯酸丙三醇酯、0.054重量%的[2,2'-偶氮二[2-(2-咪唑啉-2-基)丙烷]二盐酸盐、0.0018%重量的Brüggolite FF7、0.072重量%过硫酸钠、0.072重量%的1-羟基乙烷二膦酸钠盐和水。中和度为73%。每孔进料量为1.4kg/h。
分析所得的吸水性聚合物颗粒。试验条件和结果总结于表1至3中。
实施例3基础聚合物
除使用0.108重量%的1-羟基乙烷二膦酸钠盐代替0.072重量%的1-羟基乙烷二膦酸钠盐之外,该实施例类似于实施例2进行。分析所得的吸水性聚合物颗粒。试验条件和结果总结于表1至3中。
表1:实施例1-3的聚合的工艺条件
蒸汽含量CC:离开冷凝器柱(12)的气体的蒸汽含量
蒸汽含量GD:气体分配器(3)前的气体蒸汽含量
T 气体入口:气体分配器(3)前的气体温度
T 气体出口:离开反应区(5)的气体温度
T 气体IFB:经由管线(25)进入内部流化床(27)的气体温度
T IFB:流化床(27)中吸水性聚合物颗粒的温度
T CC:离开冷凝器柱(12)的气体温度
T GDU:离开气体干燥单元(37)的气体温度
实施例4
表面交联的概括说明
在速度为2000rpm的Schugi(型号Flexomix 160,由Hosokawa MicronBV,Doetinchem,荷兰制造)中,吸水性基础聚合物通过使用3个圆形喷嘴系统(型号重力进料喷涂装置,外部混合型SU4,Fluid Cap 60100和Air Cap SS-120,由Spraying SystemsCo,Wheaton,Illinois,USA制造)涂覆表面后交联剂溶液,然后通过基础聚合物进料(70)填充并在轴(76)的速度为6rpm的热干燥器(65)(型号NPD5W-18,由GMF Gouda,Waddinxveen,荷兰制造)中干燥。热干燥器(65)具有两个轴偏移为90°的的桨(80)和两个具有柔韧的堰板(73)的固定排出区域(71)。每个堰都有一个堰开口,其最小堰高(75)为50%,最大堰开口(74)为100%,如图15所示。
底板和热干燥器之间的倾斜角α(78)为约3°。热干燥器的堰高为50%至100%,对应于约40至150min的停留时间,约700至750kg/m3的产物密度。热干燥器中的产物温度为120至165℃。干燥后,将表面后交联的聚合物通在过冷却器(型号NPD 5W-18,由GMF Gouda,Waddinxveen,荷兰制造)中的排出锥(77)上输送,以将表面后交联的聚合物冷却至约60℃,所述冷却器的转速为11rpm,堰高为145mm。
实施例1中制备的基础聚合物的表面交联
将碳酸亚乙酯、水、20(Croda,Nettetal,德国)、乳酸铝水溶液(22重量%)预混合并用作表面后交联剂溶液,如表5中所总结。Al 220(由Dr.PaulLohmann GmbH,Emmerthal,德国制造)用作乳酸铝。
使用冷却器的前三分之一中的两个喷嘴将4.3重量%的0.05%818UP水溶液(干燥,由BASF SE制造)和4.3重量%的0.025%818UP水溶液另外添加到冷却器中。两种溶液的温度均为约25℃。该喷嘴置于产物床下方。
冷却后,将材料筛分为最小切割尺寸为150μm且最大切割尺寸为850μm。
分析所得的吸水性聚合物颗粒。试验条件和结果总结于表4至8中。
实施例5和6
实施例2和3中制备的基础聚合物的表面交联
将碳酸亚乙酯、水和硫酸铝水溶液(26.8重量%)预混合并喷涂,如表5b中所总结。
使用冷却器的前三分之一中的两个喷嘴将2.324重量%的0.0538%20水溶液和2.325重量%水另外添加到冷却器中。两种溶液的温度均为约25℃。喷嘴置于产物床下方。
计量进入Schugi的涂料的量和条件、条件、制剂以及干燥和冷却步骤的值总结于表4。
冷却后,将材料筛分为最小切割尺寸为150μm且最大切割尺寸为710μm。
所得聚合物的所有物理性质总结于表6至8中:
实施例7
根据WO 2013/007819 A1的实施例25制备的吸水性聚合物颗粒。
表9用于吸收芯制备的聚合物颗粒的物理性质。
实施例4、5和6的流体吸收颗粒的圆度或球形度为至少0.8。
制备流体吸收垫
实施例8流体吸收垫-双芯
流体吸收垫包括具有两个SAP层的单芯体系。芯的矩形尺寸为41cm×10cm。流体吸收垫包括作为上层(A)的多层纺粘覆盖层体系、分层的高蓬松度收集分布层(D)和由绒毛/SAP混合物制成的流体吸收芯(C)。
流体吸收芯具有层结构,所述层结构包括在绒毛纤维内均匀分布的2种不同的SAP类型。吸收芯的底层保持有6.5g均匀分布的实施例6的流体吸收聚合物颗粒,而上层保持有市售的7085。
芯中绒毛浆(纤维素纤维)的总重量为7g。流体吸收芯的密度为平均0.25-0.30g/cm3。芯的基重为488g/m2。流体吸收芯保持有65重量%的分布在2层内的流体吸收聚合物颗粒,流体吸收芯内流体吸收聚合物颗粒的总量为13g。
使用基重为60g/m2的Multifunctional Acquitex(Texsus,意大利)作为收集分布层。收集-分布层(D)是尺寸为16cm×9cm的矩形形状,并且以这样的方式置于吸收芯上,即使得ADL的中点覆盖小便点。小便点从吸收芯的中心向前标记2.5cm。
实施例9
重复实施例8的流体吸收垫,不同之处在于用实施例4中所述的流体吸收聚合物颗粒代替流体吸收芯的底层中的流体吸收聚合物颗粒。
实施例10-流体吸收垫-具有混合的SAP芯
在制备流体吸收芯之前,将两种类型的流体吸收聚合物以给定的比例在混合器,型号T2F(Willy A.Bachofen AG Maschinenfabrik Switzerland)中以49转/分钟的速度混合5min。测量如此制备的流体吸附剂聚合物混合物的物理性质,并总结于表10中。流体吸收聚合物混合物在混合后直接用于制备流体吸收垫。
表10用于吸收芯制备的流体吸收聚合物混合物的物理性质。
流体吸收垫包括具有41cm×10cm的矩形尺寸的单芯体系。流体吸收垫包括作为上层(A)的多层纺粘覆盖层体系、分层的高蓬松度收集分布层(D)和由绒毛/SAP混合物制成的流体吸收芯(C)。
绒毛浆(纤维素纤维)的总重量为7g。流体吸收芯的密度为平均0.25-0.30g/cm3。芯的基重为488g/m2。流体吸收芯保持有65重量%的包含实施例6颗粒和B7085颗粒(以1:1的比例混合)的流体吸收聚合物颗粒。流体吸收芯内流体吸收聚合物颗粒的总量为13g。
使用基重为60g/m2的Multifunctional Acquitex(Texsus,意大利)作为收集分布层。收集-分布层是尺寸为16cm×9cm的矩形形状,并且以这样的方式置于吸收芯上,即使得ADL的中点覆盖小便点。小便点从吸收芯的中心向前标记2.5cm。
实施例11
重复实施例10的流体吸收垫,不同之处在于用于流体吸收芯制备的流体吸收聚合物混合物含有如实施例7和实施例6中所述制备的颗粒(以1:1的比例混合)。
实施例12
重复实施例10的流体吸收垫,不同之处在于用于流体吸收芯制备的流体吸收聚合物混合物含有如实施例6中所述制备的颗粒和B7160S颗粒。
将实施例6和B7160S的流体吸收聚合物按以下比例混合:
实施例12a)B7160S:实施例6,以1:2混合
实施例12b)B7160S:实施例6,以1:1混合
实施例12c)B7160S:实施例6,以2:1混合
实施例13
重复实施例10的流体吸收垫,不同之处在于用于流体吸收芯制备的流体吸收聚合物混合物含有如实施例4和实施例5中所述制备的颗粒。
将实施例4和实施例5的流体吸收聚合物按以下比例混合:
实施例13a)实施例4:实施例5,以1:2混合
实施例13b)实施例4:实施例5,以1:1混合
实施例13c)实施例4:实施例5,以2:1混合
实施例14
重复实施例10的流体吸收垫,不同之处在于用于流体吸收芯制备的流体吸收聚合物混合物含有B7085颗粒和如实施例4中所述制备的颗粒(以1:1的比例混合)。
实施例15-对比-流体吸收垫-具有单一SAP的芯
流体吸收垫包括具有41cm×10cm的矩形尺寸的单芯体系。流体吸收垫包括作为上层(A)的多层纺粘覆盖层体系、分层的高蓬松度收集分布层(D)和由绒毛/SAP混合物制成的流体吸收芯(C)。
绒毛浆(纤维素纤维)的总重量为7g。流体吸收芯的密度为平均0.25-0.30g/cm3。芯的基重为488g/m2。流体吸收芯保持有65重量%均匀分布的B7085的流体吸收聚合物颗粒;流体吸收芯内流体吸收聚合物颗粒的量为13g。
使用基重为60g/m2的Multifunctional Acquitex(Texsus,意大利)作为收集-分布层。收集-分布层是尺寸为16cm×9cm的矩形形状,并且以这样的方式置于吸收芯上,即使得ADL的中点覆盖小便点。小便点从吸收芯的中心向前标记2.5cm。
实施例16-对比,具有单一SAP的芯
重复实施例15的流体吸收垫,不同之处在于用实施例6中所述的流体吸收聚合物颗粒代替B7085的流体吸收聚合物颗粒。
实施例17-对比,具有单一SAP的芯
重复实施例15的流体吸收垫,不同之处在于用实施例4中所述的流体吸收聚合物颗粒代替B7085的流体吸收聚合物颗粒。
实施例18-对比,具有单一SAP的芯
重复实施例15的流体吸收垫,不同之处在于用实施例7中所述的流体吸收聚合物颗粒代替B7085的流体吸收聚合物颗粒。
实施例19-对比,具有单一SAP的芯
重复实施例15的流体吸收垫,不同之处在于用B7160S的流体吸收聚合物颗粒代替B7085的流体吸收聚合物颗粒。
实施例20-对比,具有单一SAP的芯
重复实施例15的流体吸收垫,不同之处在于用实施例5的流体吸收聚合物颗粒代替HySorb B7085的流体吸收聚合物颗粒。
测定来自实施例8-20的流体吸收垫的负荷下的收集时间和再润湿值,并且结果总结于表11,12和13中。
表11.每次液体污损双芯的垫的负荷下的再润湿、收集时间
表12.每次液体污损包含混合SAPs芯的垫的负荷下的再润湿、收集时间
表13.每次液体污损包含单一SAP类型芯的垫的负荷下的再润湿、收集时间
上述实施例清楚地表明,顶层具有可渗透流体吸收颗粒且底层具有高容量SAP的双芯,以及具有混合的流体吸收聚合物颗粒的芯在垫的性能方面表现出积极的协同作用,在流体吸收制品的性能方面也表现出积极的协同作用。与具有相应的流体吸收聚合物颗粒的单一SAP负载的垫相比出,它们表现在负荷下的快速收集时间和更好的干燥性。此外,实施例表明,不管所述SAP的选择,与具有相应的流体吸收聚合物颗粒的单一SAP负载的垫相比,它们的混合比有助于垫的更好的性能。
Claims (20)
1.一种流体吸收制品,其包含
(A)上层渗液层,
(B)下层不渗液层,
(C)流体吸收芯,其包含60至20重量%的纤维材料以及40至80重量%的至少第一类吸水性聚合物颗粒(G)和至少第二类吸水性聚合物颗粒(H),基于吸水性聚合物颗粒和纤维材料的总和计;
(D)任选的(A)和(C)之间的收集-分布层(D),
(F)其他任选的组件,
其中流体吸收芯(C)的第一类吸水性聚合物颗粒(G)的SFC为至少20×10-7cm3·s/g,并且其中流体吸收芯的至少第二类吸水性聚合物颗粒(H)的球形度为至少0.80。
2.根据权利要求1的流体吸收制品,其中流体吸收芯(C)包括至少两层(K,L),其中一层(K)包含60至20重量%的纤维材料和40至80重量%的第一类吸水性聚合物颗粒(G),基于吸水性聚合物颗粒和纤维材料的总和计,并且第二层(L)包含60至20重量%的纤维材料和40至80重量%的至少第二类吸水性聚合物颗粒(H),基于吸水性聚合物颗粒和纤维材料的总和计。
3.根据权利要求2的流体吸收制品,其中在流体吸收芯(C)中,包含第一类吸水性聚合物颗粒(G)的层在包含至少第二类吸水性聚合物颗粒(H)的层的上方沿z方向布设。
4.根据权利要求1的流体吸收制品,其中所述流体吸收芯包含60至20重量%的纤维材料以及40至80重量%的至少第一类吸水性聚合物颗粒(G)和至少第二类吸水性聚合物颗粒(H)的混合物,基于吸水性聚合物颗粒和纤维材料的总和计。
5.根据权利要求1至4中任一项的流体吸收制品,其中所述流体吸收芯的第二类吸水性聚合物颗粒(H)的SFC为最大15×10-7cm3·s/g。
6.根据权利要求1至4中任一项的流体吸收制品,其中所述流体吸收芯的第二类吸水性聚合物颗粒(H)的SFC为最大5×10-7cm3·s/g。
7.根据权利要求1至6中任一项的流体吸收制品,其中流体吸收芯(C)的第一类吸水性聚合物颗粒(G)的制备方法包括以下步骤:聚合单体溶液,形成和粉碎聚合物凝胶,干燥和研磨聚合物。
8.根据权利要求1至7中任一项的流体吸收制品,其中吸水性聚合物颗粒(G,H)是表面后交联的。
9.根据权利要求1至8中任一项的流体吸收制品,其中至少第一类吸水性聚合物颗粒(G)在流体吸收芯(C)中的存在量为至少30重量%,优选至少33重量%,基于吸水性聚合物颗粒(G,H)的总和计。
10.根据权利要求1至9中任一项的流体吸收制品,其中至少第一类吸水性聚合物颗粒(G)在流体吸收芯(C)中的存在量为至少50重量%,基于吸水性聚合物颗粒(G,H)的总和计。
11.根据权利要求1至10中任一项的流体吸收制品,其中至少第一类吸水性聚合物颗粒(G)在流体吸收芯(C)中的存在量为最多66重量%,优选最多70重量%,基于吸水性聚合物颗粒(G,H)的总和计。
12.根据权利要求1至11中任一项的流体吸收制品,其中第一类吸水性聚合物颗粒(G)和至少第二类吸水性聚合物颗粒(H)以相同的重量存在于流体吸收芯(C)中。
13.根据权利要求1至12中任一项的流体吸收制品,
其中,与其中流体吸收芯(C)中的吸水性聚合物颗粒(G和H)的总量被相同重量的第一类吸水性聚合物颗粒(G)代替的流体吸收制品的流体吸收芯相比,流体吸收芯第4次污损在负荷下的再润湿(RUL)减少至少20%,优选至少50%。
14.根据权利要求1至13中任一项的流体吸收制品,
其中,与其中流体吸收芯(C)中的吸水性聚合物颗粒(G和H)的总量被相同重量的第二类吸水性聚合物颗粒(H)代替的流体吸收制品的流体吸收芯相比,流体吸收芯第4次污损的液体收集时间减少至少5%。
15.根据权利要求1至14中任一项的流体吸收制品,其中第二类吸水性聚合物颗粒(H)的AUHL为至少15g/g。
16.一种流体吸收芯(C),其包含60至20重量%的纤维材料以及40至80重量%的至少第一类吸水性聚合物颗粒(G)和至少第二类吸水性聚合物颗粒(H),基于吸水性聚合物颗粒和纤维材料的总和计,其中流体吸收性芯(C)的第一类吸水性聚合物颗粒(G)的SFC至少为20×10-7cm3·s/g,并且其中流体吸收芯的至少第二类吸水性聚合物颗粒(H)的球形度为至少0.80。
17.根据权利要求16的流体吸收芯(C),其中流体吸收芯(C)的第二类吸水性聚合物颗粒(H)的SFC为最大15×10-7cm3·s/g。
18.根据权利要求16至17中任一项的流体吸收芯,其中流体吸收芯(C)的第一类吸水性聚合物颗粒(G)的制备方法包括以下步骤:聚合单体溶液,形成和粉碎聚合物凝胶,干燥和研磨聚合物。
19.一种流体吸收混合物,其包含SFC为至少20×10-7cm3·s/g的第一类吸水性聚合物颗粒(G),和球形度为至少0.80的第二类吸水性聚合物颗粒(H),
并且其中第二类吸水性聚合物颗粒(H)的SFC为最大15×10-7cm3·s/g。
20.根据权利要求19的流体吸收混合物,其中第一类吸水性聚合物颗粒(G)的制备方法包括以下步骤:聚合单体溶液,形成和粉碎聚合物凝胶,干燥和研磨聚合物。
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