CN1649635A - 增塑的超强吸收性聚合物片材及其在卫生制品中的应用 - Google Patents

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Abstract

公开了一种含有酸性吸水性树脂、碱性吸水性树脂和增塑剂的柔韧性吸收性片材及其制造方法。该片材含有约60－100重量％的酸性和碱性吸水性树脂及增塑剂。该吸收性片材具有出人意料的柔韧性和结构完整性，同时呈现优异的吸水和保水性能。

Description

增塑的超强吸收性聚合物片材及其在卫生制品中的应用
技术领域
本发明涉及一种包含约60-100重量％的超强吸收性聚合物和增塑剂的吸收性片材、其制造方法及包含该吸收性片材的吸收性制品。该吸收性片材包含至少一种未中和的酸性吸水性树脂、至少一种未中和的碱性吸水性树脂和增塑剂组分。该吸收性片材对吸收性制品的简单制造而言具有优异的柔韧性和结构完整性。吸收性片材以及包含该片材的制品对大量含水介质呈现快速吸收且对吸收的介质呈现优异的保留性能。
发明背景和现有技术
吸水性树脂广泛用于卫生物品、清洁物品、擦拭布、保水剂、脱水剂、淤渣促凝剂、一次性毛巾和浴垫、一次性门垫、增稠剂、一次性宠物垃圾垫、防冷凝剂和用于各种化学品的释放控制剂中。吸水性树脂可以以各种化学形式得到，包括取代的和未取代的天然和合成聚合物，如淀粉/丙烯腈接枝聚合物的水解产物、羧甲基纤维素、交联的聚丙烯酸酯、磺化的聚苯乙烯、水解的聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、聚氧化乙烯、聚乙烯基吡咯烷酮和聚丙烯腈。
该类吸水性树脂被称为“超强吸收性聚合物”，或SAP，且通常为轻度交联的亲水性聚合物。SAP一般性地在Goldman等人的美国专利5,669,894和5,559,335中进行了讨论，上述专利各自引入本文供参考。SAP可以在其化学组成上不同，但所有SAP甚至在温和压力下均能吸收并保留多倍于其自身重量的含水流体。例如SAP可以吸收一百倍或更多倍于其自身重量的蒸馏水。在有限压力下吸收含水流体的能力对用于卫生制品，如尿布中的SAP而言是一个重要要求。
这里及下面所用的术语“SAP颗粒”是指呈干态的超强吸收性聚合物颗粒，即不含水到含水量低于颗粒重量的颗粒。术语“SAP凝胶”或“SAP水凝胶”是指呈水合态的超强吸收性聚合物，即已经吸收至少其重量的水且通常几倍于其重量的水的颗粒。
用作一次性尿布、成人失禁垫和三角裤以及月经产品如卫生巾的高吸收性含SAP的制品的开发在商业上非常令人感兴趣。该类吸收性制品的高度需要的特征是薄。例如，薄尿布穿起来不太笨重，在衣服下贴合得更好且不太明显。制品包装也更紧凑，这使得尿布更易被消费者携带和存放。包装紧凑性也导致制造商和分销商的分销成本降低，包括每个尿布单元需要更少的存放空间。
许多参数影响SAP颗粒和吸收芯快速吸收大量含水流体并随后在各种应力下保留所吸收的流体的能力。这些参数的优化允许降低尿布芯中纤维素纤维或绒毛的存在量，进而降低尿布的总体积。因此，对SAP颗粒和芯进行设计以试图优化吸收容量、吸收率、吸取时间、凝胶强度和渗透性并降低芯厚度。
本发明涉及如下惊人和出人意料的发现，即由酸性吸水性树脂、碱性吸水性树脂和增塑剂制备的吸收性片材在热压后提供了具有优异结构完整性的柔韧性片材。该片材显示出优异的流体吸收和保留性能并允许在吸收性片材中消除绒毛或降低绒毛量。
因几个方面的原因，吸收性制品芯通常含有较少量(例如低于约50重量％)的SAP颗粒。首先，用于目前的吸收性制品中的SAP缺乏允许SAP颗粒快速吸收体液的吸收速率，尤其在“喷涌”情形下。这要求在该制品的吸收芯中引入与SAP混合的纤维，通常是木浆纤维，作为暂时的储库来收纳排出的流体，直到被形成水凝胶的吸收性聚合物吸收。
为了制造用于基本或完全不含纤维素纤维的尿布芯的片材，要求存在SAP颗粒的连续区。然而，由于SAP颗粒的性质，不可能在SAP中将诸如高吸收容量和高凝胶强度的特征相结合，因为改进一种特征会不利地影响另一特征。
具体而言，SAP通常显示出凝胶阻塞。“凝胶阻塞”在SAP颗粒被润湿时发生，且SAP颗粒溶胀而延缓流体向吸收性结构体的其它区域传递。吸收性部件的这些其它区域的润湿经由缓慢的扩散过程发生。凝胶阻塞可能在SAP颗粒不具有足够的凝胶强度且在颗粒因被吸收的流体而溶胀之后在应力下变形或扩展时产生特别严重的问题。在实践中，流体被吸收性制品吸取比流体排放的速率要慢得多，尤其是在喷涌情况下。从吸收性制品中渗漏和/或吸收性制品的变形可能在该吸收性制品中的SAP颗粒完全饱和之前或流体能够通过“阻塞性”颗粒扩散或芯吸到吸收芯的剩余部分之前就会发生。
凝胶阻塞现象使得必须使用纤维状基体来分散SAP颗粒并将SAP颗粒相互分开。纤维状基体还提供允许流体到达位于芯的远离初始流体排放点的区域中的SAP的毛细结构。然而，将较少量的SAP分散在纤维状基体中以使凝胶阻塞降至最小或得以避免降低了吸收芯的总流体储存容量。总之，使用较少量的SAP限制了SAP的优点，即每给定体积吸收和保留大量体液的能力。
对于含有较大量SAP颗粒的吸收性片材而言，其它SAP性能也是重要的。已经发现SAP在体液存在下溶胀时形成的水凝胶层的敞开度或孔隙率有助于确定SAP吸取并输送流体的能力，尤其在SAP大量存在于吸收芯中时。孔隙率是指未被固体材料占据的颗粒的体积分数。对于完全由SAP形成的水凝胶层而言，孔隙率是未被水凝胶占据的层的体积分数。对于除了其它组分外还含有该水凝胶的吸收性结构体而言，孔隙率是未被水凝胶或其它固体组分(例如纤维素纤维)占据的体积分数(也称空隙体积)。
美国专利4,076,673和4,861,539公开了的吸收性制品含有超强吸收性膜，该膜通过将线性吸收性聚合物的溶液挤出并随后交联该聚合物而制备。所得SAP膜可以吸收显著量的液体，但具有有限的液体输送性能，因为该膜基本是无孔的，即缺乏内部毛细通道。因此，该SAP膜尤其容易发生凝胶阻塞。此外，由于交联剂如甘油的羟基和SAP的羧基之间的交联反应较慢，即甘油处理的线性聚合物通常在200℃下固化50分钟，因此得到键合吸收性颗粒的较脆片材。这些脆性片材难以处理，尤其在最终所需吸收性制品的制造中。
本发明的吸收性片材克服了含有具有高百分比的SAP的吸收性片材的尿布芯所具有的问题。本发明的片材柔韧且具有高结构完整性，因而易于制造片材、易于处理且易于制造尿布芯。本发明的片材由未中和的酸性吸水性树脂、未中和的碱性吸水性树脂和增塑剂的混合物制备，在热压后提供用于吸收性制品的改进吸收性片材。酸性和碱性吸水性树脂可以以物理共混物存在，即酸性树脂颗粒和碱性树脂颗粒的混合床，或酸性和碱性树脂可以存在于单一多组分超强吸收性树脂颗粒中。
除了提供具有优异的流体吸收和保留性能的吸收性片材外，该片材还具有足够的柔韧性且具有足够的结构完整性而能够制造和成型为卷以便于经济地运输和储存。片材卷有利于吸收性制品，尤其是不含绒毛的吸收性制品的制造。
其它研究试图制造含有高百分比的颗粒状SAP，如聚丙烯酸钠的片材的连续卷。用超强吸收性聚合物浸渍的纤维状基材的实例在美国专利5,614,269、5,980,996和5,756,159中找到，其中纤维状基材用单体浸渍，然后通过UV光就地聚合而形成与纤维状基材接触的SAP。
包括美国专利5,607,550和5,997,690在内的其它专利公开了通过湿造纸方法连续制造含有约50-60％SAP颗粒的纤维状基材。按照该湿方法，将纤维和超强吸收性颗粒与大量水或其它能够溶胀SAP颗粒的液体介质混合，并沉积到可透过水的载体部件(通常为Fourdinier丝网)上，在那里除去大部分水，留下纤维和SAP颗粒的湿块。将该湿块从透过性载体部件转移并在热和压力下固结，形成SAP颗粒在其中完全分布的纤维状基材。
在连续制造含有较高百分比SAP颗粒的吸收性片材中所遇到的难题包括要在制造过程中和之后获得片材的结构完整性并克服超强吸收性颗粒从片材中显著损失(抖出)。另一显著问题是吸收性片材的柔韧性不足，其中“硬”的脆性片材难以不断裂地进行处理且不可能成型为卷以供储存、运输和吸收芯的简易制造。
按照本发明，已经出人意料地发现可以制造由未中和的酸性吸水性树脂和未中和的碱性吸水性树脂颗粒(即各自中和0％-约50％)以及增塑剂形成的连续片材，以提供含有约60-100重量％酸性和碱性吸水性树脂以及增塑剂的吸水性片材。用于形成本发明片材的SAP可以是分开的酸性树脂颗粒和碱性树脂颗粒，或者可以是在单一颗粒中含有酸性和碱性树脂的多组分颗粒。除了优异的流体吸收和保留性能外，片材在制造过程中和之后具有新的且未曾预料的柔韧性和结构完整性。
发明概述
简言之，本发明涉及一种由含有未中和的酸性吸水性树脂、未中和的碱性吸水性树脂和增塑剂的混合物制造的吸收性片材。该吸收性片材可以，优选连续制造而提供含有约60-100重量％酸性和碱性吸水性树脂和增塑剂的片材。未中和的酸性和碱性吸水性树脂可以作为分开的酸性和碱性树脂颗粒存在于本发明的片材中，或作为在单一颗粒中含有酸性和碱性树脂的多组分颗粒存在于本发明的片材中。
本发明的吸收性片材具有新的且未曾预料的柔韧性和结构完整性，在制造过程中或之后SAP颗粒很少抖出或不抖出，或很少损失或不损失。片材足够柔韧而能够成型为卷并掺入任何所需形状的吸收芯中。
本发明的片材尤其对含有电解质的含水液体显示出优异的吸水性能和保水性能，并且因此克服了盐中毒效应。盐中毒效应和如何通过含有未中和的酸性吸水性树脂和未中和的碱性吸水性树脂的SAP克服该效应在美国专利6,072,101、6,159,591、6,222,091、6,235,965和6,342,298中进行过讨论，这些专利各自引入本文供参考。此外，吸收性片材具有快速吸收大量水介质的能力，显示出进入和通过该片材或含有该片材的吸收芯的良好流体渗透性和传导性并且抵抗凝胶阻塞。该片材还具有高凝胶强度，因而由该片材在水合时形成的水凝胶抵抗在所施加应力或压力下的变形。
本发明的片材可以用于许多实际应用，尤其用于吸收性制品的吸收芯。按照本发明的重要特征，该吸收性片材的柔韧性、结构完整性以及吸收和保留性能，包括吸收动力学和凝胶强度，允许生产不含纤维素纤维的吸收芯。
因此，本发明涉及一种由如下组分制备的吸收性片材：(a)包含至少一种未中和的酸性吸水性树脂，如聚(丙烯酸)，和至少一种未中和的碱性吸水性树脂，如聚(乙烯基胺)或聚乙烯亚胺的SAP组分，以及(b)增塑剂组分，如丙二醇或甘油。该SAP组分可以是(a)多组分超强吸收性颗粒，如美国专利6,072,101、6,159,591、6,222,091、6,235,965和6,342,298所公开的那些，这些专利各自引入本文供参考，(b)(i)多组分超强吸收性颗粒和(ii)未中和的酸性吸水性树脂、未中和的碱性吸水性树脂或二者的颗粒的混合物，或(c)(i)未中和的酸性吸水性树脂的颗粒和(ii)未中和的碱性吸水性树脂的颗粒的混合物。该吸收性片材按如下制备：将SAP组分颗粒、增塑剂组分和任何任选的成分掺混，然后将所得混合物在足够的热和压力下保持足以形成柔韧片材的时间。在高压下没有必要进行额外的加热。
热压或在高压下压制的热和压力足以形成具有足够的结构完整性而能够在吸收性制品的制造中处理和使用的片材。热和压力或仅压力以及处理时间应足够温和以使得在酸性和碱性树脂的官能团和增塑剂上存在的任何官能团之间基本没有表面交联反应发生，即增塑剂在热压步骤中不消耗。
因此，本发明的吸收性片材具有足够的柔韧性和结构完整性，因而能连续制造和成型为卷。吸收性能和物理性能的结合允许由本发明的吸收芯制造无绒尿布芯。
因此，本发明的一个方面提供了一种包含SAP颗粒的吸收性片材，该颗粒具有高吸收速率、良好的渗透性和凝胶强度、克服了盐中毒效应并显示出吸收和保留含电解质的液体，如盐水、血液、尿和月经的改进能力。
本发明的另一方面提供了一种吸收性片材，其包含(i)包含多组分SAP颗粒的SAP组分，该多组分SAP颗粒含有至少一种酸性吸水性树脂的至少一个离散微区，该离散微区与至少一种碱性吸水性树脂的至少一个微区接触或与其紧邻，和(ii)增塑剂组分。
本发明的再一方面提供了一种吸收性片材，其中SAP组分包含含有(i)多组分SAP颗粒和(ii)第二吸水性树脂颗粒的混合物，所述第二吸水性树脂选自未中和的酸性吸水性树脂、未中和的碱性吸水性树脂及其混合物。该实施方案的SAP组分含有约10-约90重量％多组分SAP颗粒和约10-约90重量％第二吸水性树脂颗粒。
本发明的另一方面提供了一种吸收性片材，其中SAP材料包含含有(i)未中和的酸性吸水性树脂颗粒和(ii)未中和的碱性吸水性树脂颗粒的混合物。该混合物含有约10-约90重量％酸性树脂颗粒和约10-约90重量％碱性树脂颗粒。
本发明的又一方面提供了吸收性制品，如尿布和月经用品，所述制品具有包含一层或多层本发明吸收性片材的吸收芯。该吸收性制品包含芯，其中该芯含有大于50直至100重量％的吸收性片材。
本发明的这些和其它方面及优点在阅读完优选实施方案的下列详细说明后将变得清楚明了。
附图简述
图1为含有分散在第二树脂连续相中的第一树脂的微区的吸水性颗粒的示意图；
图2为含有完全分散在吸水性颗粒中的第一树脂微区和第二树脂微区的颗粒的示意图；
图3和4为具有含有100重量本发明吸收性片材作为SAP的芯的吸收性制品的横截面图；
图5和6为对本发明片材进行第二次、第三次和第四次浸渗后再润湿值(g)和吸取速率(ml/s)分别对凝胶床渗透性(GBP)的曲线图；和
图7为芯密度(g/cc)和劲度(mNm)对丙二醇浓度的曲线图。
优选实施方案详述
按照本发明，由含有(a)SAP组分和(b)增塑剂组分以及任何所需任选组分的混合物制造吸收性片材，优选连续制造。该SAP组分包含未中和的酸性吸水性树脂和未中和的碱性吸水性树脂。酸性和碱性树脂可以作为各树脂的分开颗粒掺入片材中，或作为多组分SAP颗粒掺入片材中，在多组分SAP颗粒中各颗粒含有至少一个酸性吸水性树脂微区和至少一个碱性吸水性树脂微区。该增塑剂组分为能够增塑酸性和碱性吸水性树脂中的一种或两种的物质。优选该增塑剂组分在用于制造该吸收性片材的热压条件下为非挥发性的。
本发明的吸收性片材对含有约60-100重量％SAP和增塑剂组分以及0％-约40重量％任选的非吸收性纤维或填料、常规SAP和其它任选成分的片材显示出出人意料的柔韧性和结构完整性。吸收性片材还显示出很少的SAP颗粒从该片材中抖出或根本不显示抖出。因此，吸收性片材可以掺入不含绒毛的吸收性制品的芯中。吸收性片材例如可以用作尿布芯，用于月经用品和其它卫生用品、吸收性垫、抹布和其它个人或工业用吸收性制品中。
SAP组分
本发明涉及一种具有包含未中和的酸性吸水性树脂和未中和的碱性吸水性树脂的SAP组分的吸收性片材。本文所用的术语“未中和”被定义为吸水性树脂被中和0-50％。按照本发明的重要特征，SAP组分的SAP颗粒具有的粒度为约10-810μm且中值粒度低于约400μm。
在一个实施方案中，SAP组分包含多组分SAP颗粒，所述颗粒含有至少一个紧邻至少一个碱性吸水性树脂微区且优选与其接触的酸性吸水性树脂微区。各颗粒含有一个或多个酸性树脂微区和一个或多个碱性树脂微区。所述微区可以非均相或均相分布在各颗粒中。多组分SAP颗粒具有的粒度分布为约10-810μm且质量中值粒度低于约400μm。
各多组分SAP颗粒含有至少一种酸性吸水性树脂和至少一种碱性吸水性树脂。在一个实施方案中，SAP颗粒基本由酸性树脂和碱性树脂组成，且含有酸性和/或碱性树脂微区。在另一个实施方案中，酸性和碱性树脂微区分散在吸收性基质树脂中，如美国专利6,159,591所定义。
多组分SAP颗粒不限于特定的结构或形状。然而，重要的是基本上各多组分SAP颗粒含有相互紧邻的至少一个酸性吸水性树脂微区和至少一个碱性吸水性树脂微区。只要酸性树脂微区和碱性树脂微区在颗粒内紧邻，就可观察到改进的吸水性和保水性以及改进的流体通过多组分SAP颗粒和在多组分SAP颗粒之间的渗透性。在优选实施方案中，酸性和碱性树脂的微区相互接触。
在一个实施方案中，本发明的多组分SAP颗粒可以设计成一个或多个酸性树脂微区分散在碱性树脂的连续相中或一个或多个碱性树脂微区分散在连续的酸性树脂中。这些理想化的多组分SAP颗粒示于图1中，该图说明了SAP颗粒10具有分散树脂在第二树脂12的连续相中的离散微区14。若微区14包含酸性树脂，则连续相12包含碱性树脂。相反，若微区14包含碱性树脂，则连续相12为酸性树脂。
在另一个实施方案中，SAP颗粒设计成酸性树脂微区和碱性树脂微区分散在各颗粒中，其中没有连续相。该实施方案示意在图2中，该图说明理想化的多组分SAP颗粒20具有分散在颗粒20中的许多酸性树脂微区22和许多碱性树脂微区24。
在再一个实施方案中，酸性和碱性树脂微区分散在包含基质树脂的连续相中。该实施方案也示意在图1中，其中多组分SAP颗粒10含有一个或多个分散在基质树脂的连续相12中的微区14，各自为酸性树脂或碱性树脂。多组分SAP颗粒的其它实施方案公开在美国专利6,159,591和6,342,298中。
多组分SAP颗粒包含重量比为约90∶10-约10∶90，优选约20∶80-约80∶20的酸性树脂和碱性树脂。为了获得本发明的全部优点，多组分SAP颗粒中酸性树脂与碱性树脂的重量比为约30∶70-约70∶30。酸性和碱性树脂可以均相或非均相分布在整个SAP颗粒中。
多组分SAP颗粒含有至少约50重量％，优选至少约70重量％酸性树脂和碱性树脂。为了获得本发明的全部优点，多组分SAP颗粒含有约80-100重量％酸性树脂和碱性树脂。本发明SAP颗粒中酸性和碱性树脂以外的组分通常为基质树脂或其它少量任选成分。
多组分SAP颗粒和其它SAP材料的颗粒可以呈任何形式，或者规则或者不规则，例如颗粒、纤维、珠粒、粉末或薄片，或呈任何所需形状。在其中多组分SAP使用挤出步骤制备的实施方案中，SAP的形状由挤出口模决定。SAP颗粒的形状还可由其它物理操作如研磨决定或由制备颗粒的方法如附聚决定。
按照本发明的重要特征，SAP组分的颗粒具有的粒度分布为约10-约810μm，优选约10-约600μm。在更优选的实施方案中，SAP颗粒具有的粒度分布为约20-约500μm。为了获得本发明的全部优点，SAP颗粒具有的粒度分布为约30-约375μm。SAP组分的颗粒还具有低于约400μm，优选低于约350μm的质量中值粒度。为了获得本发明的全部优点，SAP颗粒具有的质量中值粒度低于约300μm。在优选的实施方案中，SAP组分的SAP颗粒呈颗粒、珠粒或纤维形式。
对于上述SAP颗粒，粒度定义为由筛分尺寸分析测定的尺寸。因此，例如保留在具有250μm开孔的美国标准测试筛(例如No.60 U.S.SeriesAlternate Sieve Designation)上的颗粒被认为具有大于250μm的尺寸；通过具有250μm开孔的筛并保留在具有125μm开孔的筛(例如No.120 U.S.Series Alternate Sieve Designation)上的颗粒被认为具有的粒度为125-250μm；而通过具有125μm开孔的颗粒被认为具有低于125μm的尺寸。
给定SAP样品的质量中值粒度定义为基于质量将样品对半分的粒度，即一半样品具有的粒度大于质量中值粒度。通常将标准的粒度绘图法(其中在概率坐标纸上将保留在给定筛尺寸的开孔上或通过该开孔的颗粒样品的累计重量百分数对筛尺寸开孔作图)用于确定50％质量值不对应于美国标准测试筛的尺寸开孔时的中值粒度。确定SAP颗粒的粒度的方法进一步描述于引作参考的美国专利5,061,259中。
微区定义为多组分SAP颗粒中酸性树脂或碱性树脂的存在体积。由于各多组分SAP颗粒含有至少一个酸性树脂微区和至少一个碱性树脂微区，因此微区所具有的体积低于多组分SAP颗粒的体积。因此，微区可以大到为多组分SAP颗粒体积的约90％。
通常而言，微区具有的直径为约100μm或更小。为了获得本发明的全部优点，微区具有的直径为约20μm或更小。多组分SAP颗粒还含有亚微米直径的微区，例如微区直径小于1μm，优选小于0.1μm，至约0.01μm。
在另一个实施方案中，多组分SAP颗粒呈纤维形状，即细长的针状SAP颗粒。该纤维呈圆柱形，例如具有小尺寸(即直径)和大尺寸(即长度)。圆柱形多组分SAP纤维具有的小尺寸(即纤维直径)小于约250μm，且低-约20μm。圆柱形SAP纤维具有较短的大尺寸，例如约100-约500μm。
存在于多组分SAP颗粒中的酸性吸水性树脂可以是强或弱酸性吸水性树脂。酸性吸水性树脂可以是单一树脂或树脂混合物。酸性树脂可以是均聚物或共聚物。酸性吸水性树脂的同一性无限制，只要该树脂当呈中和形式时能够溶胀并吸收至少10倍于其重量的水即可。酸性树脂以其酸性或未中和形式存在，即50-100％的酸性结构部分以游离酸形式存在。如下文所述，尽管酸性吸水性树脂的游离酸形式通常是不良吸水剂，但酸性树脂和碱性树脂在多组分SAP颗粒或混合床体系中的结合提供了优异的吸水和保水性能。
酸性吸水性树脂通常为轻度交联的丙烯酸系树脂，如轻度交联的聚丙烯酸。轻度交联的酸性树脂通常通过在交联剂，即多官能有机化合物存在下聚合含酰基结构部分的酸性单体如丙烯酸或含有能够提供酸基团的结构部分的酸性单体如丙烯腈而制备。酸性树脂可以含有其它可共聚单元，即本领域众所周知的其它单烯属不饱和共聚单体，只要该聚合物显著，即至少10％，优选至少25％为酸性单体单元即可。为了获得本发明的全部优点，酸性树脂含有至少50％，更优选至少75％，且至多100％的酸性单体单元。其它可共聚单元例如可以帮助改进该聚合物的亲水性。
可以用于酸性吸水性树脂中的烯属不饱和羧酸和羧酸酐单体包括丙烯酸、甲基丙烯酸、乙基丙烯酸、α-氯代丙烯酸、α-氰基丙烯酸、β-甲基丙烯酸(巴豆酸)、α-苯基丙烯酸、β-丙烯酰氧基丙酸、山梨酸、α-氯代山梨酸、当归酸、肉桂酸、对氯肉桂酸、β-硬脂基丙烯酸、衣康酸、柠康酸、中康酸、戊烯二酸、阿康酸、马来酸、富马酸、三羧酸基乙烯和马来酸酐。
烯属不饱和磺酸单体包括脂族或芳族乙烯基磺酸，如乙烯基磺酸，烯丙基磺酸，乙烯基甲苯磺酸，苯乙烯磺酸，丙烯酸系和甲基丙烯酸系磺酸，如丙烯酸磺基乙基酯、甲基丙烯酸磺基乙基酯、丙烯酸磺基丙基酯、甲基丙烯酸磺基丙基酯，2-羟基-3-甲基丙烯酰氧基丙基磺酸和2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸。
如上所述，酸性单体以及若存在的话，可共聚单体的聚合最常见的是通过自由基方法在多官能有机化合物存在下进行。交联赋予酸性树脂以显著水不溶性，并部分用于确定树脂的吸收容量。为了用于吸收应用中，将酸性树脂轻度交联，即交联密度低于约20％，优选低于约10％，最优选约0.01-约7％。
交联剂最优选基于单体总重量以低于约7重量％，通常约0.1-约5重量％的量使用。交联单体的实例公开于美国专利6,159,591中。
酸性树脂-无论是强酸性还是弱酸性-可以是任何以其中和形式用作SAP的树脂。酸性树脂通常含有许多羧酸、磺酸、膦酸、磷酸和/或硫酸结构部分。酸性树脂的实例包括但不限于聚丙烯酸、水解的淀粉/丙烯腈接枝共聚物、淀粉/丙烯酸接枝共聚物、皂化的乙酸乙烯酯/丙烯酸酯共聚物、水解的丙烯腈聚合物、水解的丙烯酰胺共聚物、乙烯/马来酸酐共聚物、异丁烯/马来酸酐共聚物、聚(乙烯基磺酸)、聚(乙烯基膦酸)、聚(乙烯基磷酸)、聚(乙烯基硫酸)、磺化聚苯乙烯、聚(天冬氨酸)、聚(乳酸)及其混合物。优选的酸性树脂是聚丙烯酸。
多组分SAP可以含有单个微区，所述微区(a)含有单一酸性树脂或(b)含有不止一种酸性树脂，即含有酸性树脂的混合物。多组分SAP还可以含有这样的微区，其中对于酸性组分，一部分酸性微区包含第一酸性树脂或酸性树脂混合物，而剩余部分包含第二酸性树脂或酸性树脂混合物。
类似于酸性树脂，碱性吸水性树脂可以是强或弱碱性吸水性树脂。该碱性吸水性树脂可以是单一树脂或树脂混合物。碱性树脂可以是均聚物或共聚物。碱性树脂的同一性无限制，只要该碱性树脂当呈其带电形式时能够溶胀并吸收至少10倍于其重量的水即可。弱碱性树脂通常以其游离碱或未中和形式存在，即50％-约100％的碱性结构部分如氨基以中性的不带电形式存在。强碱性树脂通常以氢氧化物(OH)或碳酸氢盐(HCO3)形式存在。
碱性吸水性树脂通常为轻度交联的丙烯酸型树脂，如聚(乙烯基胺)或聚(二烷基氨基烷基(甲基)丙烯酰胺)。该碱性树脂还可以是聚合物如轻度交联的聚乙烯亚胺、聚(烯丙基胺)、聚(烯丙基胍)、聚(二甲基二烯丙基氢氧化铵)、季铵化聚苯乙烯衍生物、胍改性的聚苯乙烯、季铵化聚((甲基)丙烯酰胺)或酯类似物，或聚(乙烯基胍)。轻度交联的碱性吸水性树脂可以含有其它可共聚单元并使用上面对酸性吸水性树脂所述的多官能有机化合物交联。
用于多组分SAP颗粒中的碱性吸水性树脂通常含有氨基或胍基。因此，水溶性碱性树脂也可以通过将未交联的碱性树脂悬浮于或溶于水性介质或醇性介质中，然后加入能够通过与该碱性树脂的氨基反应而交联该碱性树脂的二-或多官能化合物而在溶液中交联。该类交联剂的实例公开于美国专利6,235,965中。
因此，呈强碱性或弱碱性的碱性树脂可以是任何以其带电形式用作SAP的树脂。碱性树脂通常含有氨基或胍基结构部分。碱性树脂的实例包括(乙烯基胺)、聚乙烯亚胺、聚(乙烯基胍)、聚(烯丙基胺)、聚(烯丙基胍)或通过聚合并轻度交联具有如下结构的单体而制备的聚(二烷基氨基烷基(甲基)丙烯酰胺)：
Figure A0380973500171
或其酯类似物：
Figure A0380973500172
其中R1和R2独立地选自氢和甲基，Y为具有1-8个碳原子的二价直链或支化有机基团，以及R3和R4独立地为具有1-4个碳原子的烷基。优选的碱性树脂包括聚(乙烯基胺)、聚乙烯亚胺、聚(乙烯基胍)、聚(二甲基氨基乙基丙烯酰胺)(聚(DAEA))和聚(二甲基氨基丙基甲基丙烯酰胺)(聚(DMAPMA))。类似于酸性树脂的微区，多组分SAP可以含有单一碱性树脂微区，含有碱性树脂混合物的微区或不同碱性树脂的微区。
多组分SAP可以通过各种方法制备。应理解的是制备多组分SAP的准确方法并不受限制。任何提供具有至少一个与至少一个碱性树脂微区相接触或与其紧邻的酸性树脂微区的颗粒的方法都是合适的。制备多组分SAP的方法实例公开于美国专利6,159,591和6,342,298。
酸性树脂、碱性树脂和/或多组分SAP颗粒任选可以在热压之前进行表面处理和/或退火。SAP颗粒的表面处理和/或退火例如在美国专利6,159,591中已知。说明多组分SAP颗粒及该制备方法的非限制性实例可以在美国专利6,159,591和6,342,298中找到。
按照本发明的重要特征，强酸性树脂可以与强碱性树脂或弱碱性树脂或其混合物一起使用。弱酸性树脂可以与强碱性树脂或弱碱性树脂或其混合物一起使用。在更优选的实施方案中，将弱酸性树脂、弱碱性树脂和/或多组分SAP颗粒进行表面交联和/或退火。
在另一个实施方案中，SAP组分包含与第二吸水性树脂的颗粒混合的多组分SAP颗粒。该第二吸水性树脂可以是未中和的酸性吸水性树脂、未中和的碱性吸水性树脂或其混合物。象多组分SAP颗粒一样，该第二吸水性树脂颗粒具有的粒度分布为约10-约810μm，且质量中值粒度低于约400μm。该第二吸水性树脂被中和0-50％。
该实施方案的SAP组分包含约10-约90重量％，优选约25-约85重量％多组分SAP颗粒和约10-约90％，优选约25-约85重量％第二吸水性树脂的颗粒。更优选SAP组分的该实施方案含有约30-约75重量％多组分SAP颗粒。为了获得本发明的全部优点，SAP组分含有约35-约75重量％多组分SAP颗粒。多组分SAP颗粒和第二吸水性树脂的颗粒可以呈任何形状，例如颗粒、纤维、粉末或小片。
第二吸水性树脂可以是前面讨论的用于制备多组分SAP的酸性树脂中的任一种。优选用作第二树脂的酸性吸水性树脂为未中和的聚丙烯酸(PAA)，例如DN不超过50％。第二吸水性树脂还可以是前面讨论的用于制备多组分SAP中的任一种。优选用作第二树脂的碱性吸水性树脂是未中和的聚(乙烯基胺)(PVAm)或未中和的聚乙烯亚胺(PEI)。酸性树脂的共混物或碱性树脂的共混物可以用作第二吸水性树脂。酸性树脂和碱性树脂的共混物也可以用作第二吸水性树脂。将第二吸水性树脂任选在热压步骤之前进行表面交联或退火。
该实施方案的SAP组分的实例是多组分SAP颗粒和未中和的(DN＝0)聚丙烯酸(PAA)颗粒的混合物。这里和整个说明书中使用的PAA(DN＝0)指100％未中和的PAA。多组分SAP颗粒含有分散在PAA(DN＝0)中的PVAm微区。多组分SAP颗粒的PVAm/PAA重量比为55/45。
SAP组分的另一实施方案包含未中和的碱性吸水性树脂如PVAm的颗粒与未中和的酸性吸水性树脂如PAA的颗粒的混合物，其中酸性和碱性吸水性树脂均具有约10-约810μm的粒度和低于约400μm的中值粒度。酸性和碱性吸水性树脂均被中和0-50％。酸性和碱性吸水性树脂可以是前面讨论的用于制备多组分SAP的酸性和碱性树脂中的任一种，且其中之一或这两种任选被表面交联或退火。
该实施方案的SAP组分包含约10-约90重量％，优选约25-约85重量％酸性吸水性树脂颗粒和约10-约90重量％，优选约25-约85重量％碱性吸水性树脂颗粒。更优选SAP组分的该实施方案含有约30-约75重量％酸性树脂颗粒。为了获得本发明的全部优点，SAP组分的该实施方案含有约35-约75重量％酸性树脂颗粒。
优选的酸性吸水性树脂为PAA(DN＝0)。所用的优选碱性吸水性树脂是未中和的PVAm或未中和的PEI。酸性树脂的共混物和/或碱性树脂的共混物可以用于该SAP组分中。
该实施方案的SAP组分的实例是未中和的(DN＝0)PAA颗粒和未中和的PVAm颗粒的混合物。PVAm/PAA的重量比为45/55或30/70。
因此，本发明吸收性片材的超强吸收性组分可以是分开的酸性和碱性树脂颗粒，或各自含有至少一个酸性吸水性树脂微区和至少一个碱性吸水性树脂微区的多组分SAP颗粒。酸性和碱性吸水性树脂无论是以单一组分颗粒存在还是以多组分颗粒存在均为轻度交联的未中和聚合物，从而使酸性和碱性树脂在润湿时在两种树脂之间获得离子交换而用于颗粒中和。
用于本发明吸收性片材中的超强吸收性组分包括两种明显不同的树脂，一种为酸性，而另一种为碱性，它们在同时包括在片材中并通过含电解质的溶液接触时能够用作吸收性材料。在与水接触时，这两种树脂的未带电形式本身均不能用作SAP。当与含水流体如尿接触时，这两种未带电的树脂至少部分中和，形成超强吸收性材料。
增塑剂组分
本发明的吸收性片材还包含增塑剂组分。增塑剂组分以约0.1-约200重量份/100重量份SAP组分的量存在于片材中。在优选的实施方案中，该片材含有约1-约100重量份，更优选约2-约50重量份增塑剂组分/100重量份SAP组分。为了获得本发明的全部优点，该片材含有约3-约50重量份，更优选约5-约25重量份增塑剂组分/100重量份SAP组分。已经发现若增塑剂组分以大于200重量份/100重量份SAP组分的量存在，则难以控制该吸收性片材的厚度且该片材对在吸收性制品中的有效应用而言可能太厚。
增塑剂组分降低片材的劲度、脆性和/或刚性并允许吸收性片材发生变形时而片材不发生显著开裂、撕裂、割裂、断裂或其它破坏。此外，劲度、脆性和/或刚性的降低是永久性的。
增塑剂组分的同一性并无限制，只要该增塑剂能够增塑SAP组分的酸性和/或碱性树脂即可。典型的是，该增塑剂组分影响碱性树脂，且仅对碱性树脂增塑就足以赋予吸收性片材以优异的柔韧性。
优选增塑剂组分在用于热压吸收性片材的条件下具有足够低的挥发性以在热压之后保留在该吸收性片材中。在优选的实施方案中，该增塑剂组分含有沸点为约80℃或更高，例如约80-250℃的化合物。
然而，较高挥发性化合物也可用于增塑剂组分中以促进本发明吸收性片材的制造。此时至少一部分高挥发性化合物在片材热压过程中挥发。高挥发性化合物通常用作增塑剂组分中所存在的其它化合物的稀释剂，以促进增塑剂组分向SAP组分的颗粒的施加，并帮助确保增塑剂组分在SAP组分上的均匀分布。用于增塑剂组分中的高挥发性化合物的沸点在标准温度和压力下为至少20℃。
可以用于增塑剂组分中的化合物类别包括但不限于醇、二醇、三醇、多羟基化合物、胺醇、酰胺、亚砜、二醇醚、二醇酯、非质子溶剂以及类似的化合物类别。醇如甲醇和乙醇通常是在吸收性片材的热压或储存过程中挥发的高挥发性化合物，并用于促进片材制造。
可以用于增塑组分中的具体化合物的非限制性实例包括甘油；丙二醇；乙二醇；己二醇；1，3-丁二醇；二甘醇；三甘醇；1，3-丙二醇；季戊四醇；1，4-丁二醇；双丙酮醇；水；三羟甲基丙烷；三羟甲基乙烷；新戊二醇；环己烷二甲醇；异亚丙基双(对苯氧基丙-2-醇)；聚乙二醇(分子量为500或更低)；聚丙二醇(分子量为500或更低)；聚丁二醇(分子量为500或更低)；甲醇；乙醇；丁醇；甘油单乙酸酯、甘油二乙酸酯和甘油三乙酸酯；乙二醇、二甘醇、丙二醇、二丙二醇和三丙二醇的单甲基、乙基、丁基和苯基醚，例如丙二醇单甲基醚或乙二醇单乙基醚；二甲基甲酰胺；二乙基甲酰胺；N-甲基吡咯烷酮；二甲亚砜；三乙醇胺；二乙醇胺；四氢呋喃；碳酸亚乙酯；异佛尔酮；二噁烷；六甲基磷酰胺；山梨醇；脱水山梨醇脂肪酸酯；蔗糖水溶液及其混合物。
增塑剂组分还可以包含具有下式的柠檬酸酯：
Figure A0380973500211
其中R1、R2和R3独立地为C1-4烷基且R4选自氢、C1-4烷基和C(O)R5，其中R5为烷基。柠檬酸酯的实例包括但不限于柠檬酸三甲酯、柠檬酸乙酰基三甲酯、柠檬酸三乙酯、柠檬酸三正丁基酯、柠檬酸乙酰基三乙酯、柠檬酸乙酰基三正丁基酯、柠檬酸乙酰基三正己基酯、柠檬酸正丁酰基三正己基酯、柠檬酸乙酰基三正(己基/辛基/癸基)酯、柠檬酸乙酰基三正(辛基/癸基)酯及其混合物。
非离子表面活性剂也可用作增塑剂组分的组分。有用的表面活性剂具有疏水性基质，如长链烷基或烷基化芳基，以及亲水性链，该亲水性链包含足够数目(即6-约20个)的乙氧基和/或丙氧基结构部分。这类非离子表面活性剂的实例包括乙氧基化烷基酚、乙氧基化和丙氧基化脂肪(C6-22)醇、甲基葡萄糖的聚乙二醇醚、山梨醇的聚乙二醇醚、氧化乙烯/氧化丙烯嵌段共聚物、脂肪(C6-22)酸的乙氧基化酯、氧化乙烯与长链胺或酰胺的缩合产物及其混合物。
可以用于该增塑剂组分中的示例性非离子表面活性剂包括但不限于甲基葡糖聚氧乙烯(10)醚、聚氧乙烯(20)乙基葡萄糖二硬脂酸酯、聚氧乙烯(20)甲基葡糖醚倍半硬脂酸酯、C11-15烷基聚氧乙烯(20)醚、十六烷基聚氧乙烯(8)醚、十六烷基聚氧乙烯(12)醚、十二烷基酚聚氧乙烯(12)醚、月桂基聚氧乙烯(15)醚、聚氧乙烯(20)蓖麻油、失水山梨醇聚氧乙烯(20)醚月桂酸酯、硬脂基聚氧乙烯(20)醚、聚氧乙烯(10)十六烷基醚、聚氧乙烯(10)硬脂基醚、聚氧乙烯(20)十六烷基醚、聚氧乙烯(10)油基醚、聚氧乙烯(20)油基醚、乙氧基化壬基酚、乙氧基化辛基酚、乙氧基化十二烷基酚、包含6-20个氧化乙烯结构部分的乙氧基化脂肪(C6-22)醇、聚氧乙烯(20)异十六烷基醚、聚氧乙烯(23)甘油月桂酸酯、聚氧乙烯(20)甘油硬脂酸酯、聚氧乙烯(20)脱水山梨醇单酯、聚氧乙烯(15)十三烷基醚及其混合物。
在其它实施方案中，酸性树脂和/或碱性树脂在热压步骤之前被内部增塑。在内部增塑中，使酸性或碱性树脂与具有能够与SAP的羧基或氨基反应的结构部分(如缩水甘油基)和能够用作增塑剂化合物的残基(即羟基)的化合物反应。例如，酸性或碱性树脂可以通过与乙二醇的单缩水甘油醚或类似化合物反应而被内部增塑。
任选成分
本发明的吸收性片材还可以总共含有0％-约40重量％，优选0％-约30重量％的任选成分。为了获得本发明的全部优点，该片材总共含有0％-约20重量％的任选成分。各任选的成分被设计成基于片材重量以0％-约25重量％的量存在。
任何SAP领域熟练技术人员已知的任选成分都可以包括在该吸收性片材中，只要该任选的成分不会不利地影响该片材的物理性能(例如柔韧性或结构完整性)或该片材的SAP组分的吸收性能即可。任选成分的实例包括但不限于常规SAP、非吸收性填料、渗透助剂、非织造纤维和类似成分。
例如，该吸收性片材可以含有至多约20重量％的常规SAP，特别是DN大于50且通常具有65-80的DN的PAA。常规SAP通过标准碱如氢氧化钠、氢氧化钾或三乙醇胺中和。在一个实施方案中，用三乙醇胺中和的PAA提供增塑的常规SAP，其不会对吸收性片材的柔韧性产生不利影响且可能有助于其柔韧性。
其它常规SAP包括中和的水溶胀性聚合物或共聚物，其含有如下单体单元：(甲基)丙烯酸、马来酸、衣康酸、富马酸、(甲基)丙烯酰胺、(甲基)丙烯腈、水解产物、乙酸乙烯酯及其水解产物、乙烯基吡咯烷酮、乙烯基吡啶、乙烯基磺酸及其酯和酰胺以及(甲基)丙烯酸的N-烷基和N，N-二烷基取代酯和/或酰胺，或这些单体的酸酐和季铵化合物。此外，可以在本发明吸收性片材中用作常规SAP的天然水溶胀性聚合物包括但不限于羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、甲基纤维素、瓜尔胶种子粉、黄原胶、藻酸盐、淀粉及其衍生物以及这些天然聚合物和上述单体的中和的接枝聚合物。
常规SAP的实例包括但不限于淀粉/丙烯腈接枝聚合物的水解产物、羧甲基纤维素、交联的聚丙烯酸酯、磺化聚苯乙烯、水解的聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、淀粉/丙烯酸接枝共聚物、皂化的乙酸乙烯酯/丙烯酸酯共聚物、水解的丙烯腈共聚物、水解的丙烯酰胺共聚物、乙烯/马来酸酐共聚物、异丁烯/马来酸酐共聚物、聚(乙烯基磺酸)、聚(乙烯基膦酸)、聚(乙烯基磷酸)、聚(乙烯基硫酸)、磺化聚苯乙烯、聚(天冬氨酸)、聚(乳酸)及其混合物。其它轻度交联的亲水性聚合物公开在Goldman等人的美国专利5,669,894和5,559,335中，这些专利各自引入本文供参考。优选的酸性树脂是中和的PAA。
填料和渗透助剂的实例包括但不限于硅酸钠、硅石、吸收性粘土(如膨润土)、高岭土、白垩、硅胶、硅酸、活性炭和颜料如二氧化钛。
任选的非织造纤维可以是例如聚丙烯、聚乙烯、聚酯(如聚对苯二甲酸乙二醇酯)、粘胶丝、人造丝及其混合物。可以利用的非织造物的类型是梳理的热点结合、树脂结合、梳理的透空气结合、纺丝结合、熔体吹胀、纺丝-熔体吹胀-纺丝(SMS)、水合缠结(纺丝束带)、干砌热结合。非织造纤维在以约10-约100g/m2(gsm)片材的量使用时赋予本发明的吸收性片材以额外的湿强度。应注意的是优选的非织造纤维是成卷的材料，如上述非织造物，它们还可以是与SAP组分掺合的不溶解纤维。
合适的纤维可以由如下聚合物制备：聚氯乙烯、聚氟乙烯、聚四氟乙烯、聚偏二氯乙烯、丙烯酸系聚合物如ORLON、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(例如PULPEX)和聚丙烯、聚酰胺(例如尼龙)、聚酯(例如DACRON或KODEL)、聚氨酯、聚苯乙烯等。
优选亲水性纤维，其包括人造丝、聚酯纤维如聚对苯二甲酸乙二醇酯(如DACRON)、亲水性尼龙(HYDROFIL)等。合适的亲水性纤维还可以通过对疏水性纤维进行亲水化而得到，如衍生于例如聚烯烃如聚乙烯或聚丙烯、丙烯酸系聚合物、聚酰胺、聚苯乙烯、聚氨酯等的表面活性剂处理的或硅石处理的热塑性纤维。
本发明的优选片材是“无绒的”，即不含纤维素纤维或其它“绒毛”材料。然而，需要的话本发明的片材可以含有至多约25重量％的本文所定义的绒毛材料。
对于含有“绒毛”的片材而言，“绒毛”包含纤维状材料。纤维包括天然纤维(改性或未改性的)。合适的未改性/改性天然纤维的实例包括棉花、Esparto草、蔗渣、抢麻(kemp)、亚麻、丝、羊毛、木浆、化学改性的木浆和黄麻。参见各自引入本文供参考的WO 98/37149和美国专利5,859,074中对于用于吸收性片材中的“亲水性”和“绒毛”组分的详细讨论。
本发明的吸收性片材通过如下方式制备：将SAP组分、增塑剂组分和任何任选成分掺混，然后将所得混合物在足够的温度和压力下热压足够长的时间以形成吸收性片材，而SAP组分和增塑剂组分之间不发生任何显著的表面交联反应。本文所用的术语“基本没有表面交联反应”被定义为指在热压之后至少90％的增塑剂组分以其游离形式或未反应形式存在于吸收性片材中，这与反应的残基形式，例如表面交联的形式相反。
通常而言，颗粒形式的SAP组分首先以薄层沉积在基材如型板或塑料片上。然后将增塑剂组分喷雾或以其它方式施用(如滴加)于SAP组分颗粒的表面上，随后进行热压。另外，若SAP组分被内部增塑，则可以省略在热压之前将增塑剂组分施用于SAP组分上的步骤。
按照本发明的重要特征，将足够量的SAP组分以层状铺展在基材上，以最终提供厚度为约0.05-约1.5mm，优选约0.1-约1mm的吸收性片材。为了获得本发明的全部优点，该吸收性片材具有的厚度为约0.2-0.5mm，最优选约0.3-0.4mm。
更具体而言，本发明的吸收性片材通过在约30-约80℃，优选约35-约70℃的温度下热压SAP和增塑剂组分而制备。为了获得本发明的全部优点，在约40-约60℃下压制SAP-增塑剂组分混合物。
热压在约100-约1000psi(磅/平方英寸)，优选约150-约600psi的压力下进行。为了获得本发明的全部优点，热压在200psi-约400psi，更优选250psi-约400psi下进行。在热压步骤过程中施加的压力可以大于1000psi，因为没有观察到不利影响，但也没有观察到进一步的优点。例如，片材密度没有进一步增加。
热压进行约10秒-约10分钟，优选约1-约8分钟。为了获得本发明的全部优点，热压进行约2-约7分钟，最优选约3-约6分钟。
按照本发明的重要特征并如下所显示，密实的吸收性片材赋予结构完整性并出人意料地显示出改进的尿布芯再润湿值和吸取速率。本发明的片材因此具有约0.35-约0.9g/cc，优选约0.45-约0.85g/cc的密度。为了获得本发明的全部优点，吸收性片材具有约0.65-约0.85g/cc的密度。作为附加的优点，密实的吸收性片材导致尿布芯变薄。
在上述热压条件下，增塑剂组分并不与SAP组分的官能团显著反应。因此，热压步骤不同于表面交联反应步骤。本发明的重要特征是避免在SAP组分-增塑剂组分混合物的热压过程中发生显著的表面交联。这通过利用不足以完成表面交联的时间、温度和压力而完成。
因此，足够量的呈游离、未反应形式的增塑剂组分存在于吸收性片材中，从而赋予该片材以柔韧性并维持该柔韧性。当增塑剂组分在加热过程中在表面交联反应中显著消耗时，吸收性片材的柔韧性和结构完整性受到不利影响。
对于特定的SAP组分和增塑剂组分，本领域熟练技术人员能够合适地选择热压温度、压力和时间以避免显著的表面交联。具体而言，本领域熟练技术人员清楚各种可以用作本发明吸收性片材的增塑剂的化合物也可用作SAP的表面交联剂。本领域熟练技术人员还清楚影响进行表面交联所需的条件并可以设计热压条件以避免SAP组分因增塑剂组分而发生显著表面交联。
另外，代替热压，还可以在室温下施加压力而不额外加热。典型的温度为15-25℃。待施加的典型压力范围为300-2000巴，优选500-1000巴。这些压力可以由现有技术状态的压延机获得。
此外，如下文更全面讨论的，可将本发明的吸收性片材进行压花步骤。压花步骤改进了吸收性片材的柔韧性并出人意料地改进了吸收性片材的吸取速率。
下列实施例说明本发明吸收性片材的制备。
实施例1
将含有0.3g丙二醇和0.03g去离子水的溶液喷雾到3g多组分超强吸收性颗粒上。所述颗粒称为SAF颗粒并含有55重量％PAA(DN＝0)和45重量％PVAm(100％未中和)。该SAF颗粒具有的粒度分布为约38-约355μm。使用Carver 12英寸×12英寸加热的型板将喷雾的SAP颗粒在15,000磅(约385psi)和50℃下压制5分钟。然后将所得片材在60℃下加热1小时。在冷却之后，片材仍然柔韧且能够在不破坏该片材下切割。在这些条件下，多组分超强吸收性颗粒不被丙二醇表面交联。
实施例2
制备三种本发明的柔韧性吸收性片材。
(a)将多组分超强吸收性聚合物的颗粒以层状分布于12cm×21cm的聚乙烯片上。多组分超强吸收性聚合物含有约70重量％PAA(DN＝0)和约30重量％PVAm(100％未中和)并称为LAF。该LAF颗粒具有的粒度分布为约38-约355μm。将丙二醇(0.3g)喷雾于该LAF颗粒上，然后将第二聚乙烯片置于喷雾的LAF颗粒上。然后使用Carver 12英寸×12英寸加热的型板将该喷雾的LAF颗粒在聚乙烯片之间于45℃和15,000psi(约385psi)下压制5分钟。热压并冷却之后，移走聚乙烯片，得到具有优异结构完整性的柔韧性吸收性片材。
(b)重复(a)的程序，不同的是将LAF颗粒用含有0.03g DENACOLEX-810(乙二醇二缩水甘油醚)和0.27g丙二醇的溶液喷雾。除了热压外，将该吸收性片材在60℃下加热1小时。所得柔韧性吸收性片材基本与(a)的片材相同。
(c)重复(b)的程序，不同的是将聚乙烯片用树脂结合的聚丙烯片代替，以用作敞开的纤维垫。因此，树脂结合的聚丙烯纤维保留在柔韧性吸收性片材中。树脂结合的纤维不会不利地影响该片材的柔韧性，并且改进该片材的强度和再润湿性能。
在下述试验结果中，测试本发明的吸收性片材在没有负荷下的吸收(AUNL)以及在负荷为0.28psi和0.7psi下的吸收(AUL(0.28psi)和AUL(0.7psi))。在负荷下的吸收(AUL)为对SAP在施加的压力下吸收流体的能力的度量。AUL通过在美国专利5,149,335和6,159,591中所公开的方法测定，这两篇专利引入本文供参考。
除了吸收和保留较大量液体的能力外，SAP显示出良好的渗透性并因此快速吸收液体也是重要的。因此，除了吸收容量或凝胶体积外，有用的SAP材料还具有高凝胶强度，即颗粒在吸收液体后不会变形。此外，当SAP颗粒在液体存在下溶胀或已经溶胀时形成的水凝胶的渗透性或流动传导性对SAP颗粒的实际应用而言是极其重要的性能。该吸收性聚合物在渗透性或流动传导性上的差异可能直接影响吸收性制品吸取和分布体液的能力。
许多类型的SAP颗粒表现出凝胶阻塞。“凝胶阻塞”在SAP颗粒被润湿和溶胀时发生，这抑制了流体向SAP颗粒内部传递以及流体在吸收性SAP颗粒之间的传递。凝胶阻塞在SAP颗粒缺乏足够的凝胶强度且在SAP颗粒因吸收的流体而溶胀之后在应力下变形或扩展时可能产生特别严重的问题。
因此，SAP片材可能具有令人满意的AUL值，但将具有不足的渗透性或流动传导性，因而不能在高浓度下用于吸收性结构体中。为了具有高AUL值，仅需要的是由SAP材料形成的水凝胶具有最小的渗透性，以使得在0.3psi的限制性压力下凝胶阻塞不会显著发生。简单避免凝胶阻塞所需的渗透性程度远低于提供良好的流体输送性能所需的渗透性。因此，避免凝胶阻塞且具有令人满意的AUL值的SAP材料在这些其它流体处理性能方面可能仍然大为缺乏。
本发明吸收性片材的一个重要性能是因液体而溶胀形成水凝胶区或层时的渗透性，其由SAP颗粒的凝胶床渗透性(GBP)限定。GBP衡量SAP输送盐水流体的能力，如由溶胀的SAP形成的水凝胶层输送体液的能力。具体而言，凝胶渗透性是许多SAP颗粒作为整体的性能且与粒度分布、颗粒形状、开孔的连通性和溶胀凝胶的压缩性有关。
当SAP以高浓度存在于吸收性结构体中并因此在使用压力下溶胀形成水凝胶时，水凝胶的边界开始接触，并且该高SAP浓度区中的空隙通常被水凝胶结合。当发生这种情况时，该区中的渗透性或盐水流动传导性通常显示仅由SAP形成的水凝胶区的渗透性或盐水流动传导性。增加这些溶胀的高浓度区的渗透性至接近或超过常规吸取/分布材料如木浆绒毛的程度可以对吸收性结构体提供优异的流体处理性能，因而降低渗漏的发生，尤其是在高流体负荷下。
因此，高度希望提供具有高GBP值而又不会不利地影响再润湿值的吸收性片材。当要在吸收性制品中有效使用高局部浓度的SAP时尤其如此。高GBP值还说明所得水凝胶在正常使用条件下吸收和保留体液的能力。测定SAP颗粒的GBP值的方法描述在美国专利6,376,011中，该专利引入本文供参考。其中公开的GBP值通过美国专利6,376,011中所述的程序测量，不同的是在测量流速之前使用60分钟的水合时间。
本发明的吸收性片材在0.7psi下显示优异的AUL。本发明包含粒度分布为约38-约355μm的SAP组分的吸收性片材还具有约1000-约6000，优选约1500-约5000的GBP值。为了获得本发明的全部优点，GBP值为约2000-约4000。
如下面所讨论的，试验表明热压以形成吸收性片材不会不利地影响吸收性片材的SAP组分的吸收和保留性能。此外，吸收性片材还具有优异的结构完整性和柔韧性，这使得片材可以用于许多实际应用中。
具体而言，现有技术中含有高负载量的SAP的超强吸收性片材和芯不柔韧且呈脆性。这使得必需在片材中引入高百分比(如至少50％)的绒毛材料，如纤维素或亲水性纤维，以降低脆性并赋予柔韧性。本发明的吸收性片材或吸收芯可以含有100％的SAP组分和增塑剂组分(即0％绒毛)且对于实际应用而言仍然具有足够的柔韧性和结构完整性。因此，本发明优选的吸收性片材和芯包含低于25重量％，优选低于20重量％，更优选低于15重量％至0％的绒毛。
现有技术的超强吸收性片材所遇到的另一问题是凝胶阻塞。本发明的吸收性片材含有足够的空隙体积，使得在流体吸收之后避免了凝胶阻塞。此外，在吸收过程中，用于本发明吸收性片材中的各SAP小颗粒的尺寸增加，从而增加了颗粒之间的空隙体积。这归因于增塑剂组分赋予该片材以柔韧性。因此，本发明的吸收性片材是最早的含有高百分比SAP而不发生凝胶阻塞并因此能优异地用于制造吸收性制品的片材。
因此，本发明的吸收性片材含有上述SAP组分，所述SAP组分具有诸如高的凝胶强度、颗粒间粘附和凝胶床渗透性的性能，这使得这类SAP组分增塑和热结合成稳定的柔韧性片材，所述片材没有凝胶阻塞且维持良好程度的流体芯吸。本发明的吸收性片材能优异地用于形成更薄、更轻且与常规尿布芯相比在吸取速率和再润湿性能方面更好的层合体。
按照本发明的重要特征，卫生产品或其它吸收性制品具有的芯含有约60-100重量％，优选约70-100重量％，更优选约75-100重量％，最优选约80-100重量％的吸收性片材的超强吸收性组分和增塑剂组分，即为无绒芯。
多组分SAP颗粒和树脂颗粒的混合床已经大量用于尿布芯中，且显示出优异的吸取速率，但再润湿值可能非常高。该观察结果归因于该芯在第一次水合或浸渗之后的敞开性质，这引起芯中毛细管作用的损失。该芯在第一次水合之后的敞开性质由芯中颗粒/颗粒和颗粒/绒毛粘附引起。随着颗粒溶胀，这些粘附力引起大空隙的形成，而这些大空隙不能进行毛细流体输送。
本发明优选在片材的SAP组分中利用较小粒度的SAP颗粒以在低绒毛芯和无绒毛芯中维持(a)避免凝胶阻塞的空隙和(b)毛细管芯吸作用。因此，本发明的吸收性片材具有固有的毛细管芯吸作用。通常而言，由于水合SAP发生凝胶阻塞，因此常规SAP以较大粒度(例如＞400μm)使用。然而，由于离子交换性SAP甚至在非常小的粒度下也能具有优异的凝胶床渗透性(即高GBP)，因此优选在低绒毛芯中粒度范围较小。使用足够小的SAP粒度，芯吸作用足以允许完全消除纤维素纤维。在吸收性片材中的小粒度SAP能够完成芯的芯吸和储存功能。
包含本发明吸收性片材的吸收芯可以为重负荷芯(例如60-95重量％SAP-增塑剂)至无绒芯(即100％SAP-增塑剂)。无绒芯通常由(a)芯吸层，如薄棉纸，和(b)吸收性片材的交替层构造而成。另外，可以任选使用常规超强吸收性聚合物的顶层或吸取层来提供更快的吸取速率。
芯吸层优选为纤维素薄棉纸，但还可以是任何提供液体芯吸作用的材料层，如亲水性聚丙烯纤维、聚合物泡沫(如HIPE，常规超强吸收剂、胶乳、间苯二酚/甲醛聚合物或粘胶丝)以及更高基重的纤维素(例如纸巾和更重的薄棉纸)。
尽管某些实施方案排除芯吸层并且优选的实施方案排除吸取层，但在某些实施方案中可能需要或要求甚至更大的吸取速率，例如在成人失禁中的喷涌情形下。吸取层包括如美国专利5,382,400所公开的高蓬松度非织造物，如美国专利4,822,453所公开的卷绕纤维素纤维，如美国专利5,260,345所公开的HIPE泡沫体，如美国专利5,338,766和6,136,873所公开的超强吸收剂以及如WO 01/56625所公开的亲水性非织造物，所有这些文献引入本文供参考。
目前的尿布通常由与穿戴者皮肤接触的由非织造材料制成的顶片、在该顶片之下的吸取层(即穿戴者皮肤对侧)、在该吸取层之下的芯和在该芯之下的背片组成。该结构在工业上是众所周知的。在优选的实施方案中，本发明的尿布基本由顶片、芯和背片，即不存在吸取层组成。如下所示，本发明吸收性片材所提供的改进允许从一次性尿布中省去吸取层。该结果在本领域是重要的，因为可以省去昂贵的吸取层，该尿布更轻更薄，并且吸收性能未受不利影响。
本发明的单一吸收性片材可以用作吸收芯的吸收性组分。优选在吸收芯中使用多层吸收性片材，更优选将其与位于吸收性片材之间的芯吸层(例如薄棉纸层)一起使用以提供流体在吸收性片材之间和透过吸收性片材的改进芯吸。在更优选的实施方案中，吸收芯中的至少一层吸收性片材含有非织造纤维以改进吸收芯的湿强度并帮助芯吸。
如下文所讨论的，优选的芯含有2-5层本发明的吸收性片材。通过利用薄吸收性片材的层合体，与单一的较厚吸收性片材相比，芯的水平膨胀降低，而垂直膨胀被促进。该特征提供了通过芯的良好流体输送，在首次浸渗之后提供了贴合得更好的尿布并在该尿布随后因第二次和额外的浸渗而再润湿时避免了渗漏。在更优选的实施方案中，芯含有两层或更多层吸收性片材的层合体，其中芯吸层位于各吸收性片材层之间且位于该层合体的顶部和底部。
本发明的吸收性片材或包含本发明片材的层合体存在于吸收芯中以提供所需的基重(即SAP在芯中的重量)，该基重为约50-约800gsm(g/m2)，优选约150-约600gsm。为了获得本发明的全部优点，该基重为约300-约550gsm。该芯的所需基重与芯的最终用途有关。例如，用于新生儿的尿布具有的基重较低，与婴孩的中等基重相比，夜用尿布具有较高基重。
本发明的无绒芯示于图3中。图3说明吸收性制品30的横截面，该制品具有顶片32、背片36以及位于顶片32和背片36之间的吸收芯40。如图3所示，芯40包含多个层42。层42包含本发明的吸收性片材且由薄棉纸层44相互分开。
顶片32的实例是旦数为1.5的纤维长度的聚丙烯纤维，如由Hercules，Inc.，Wilmington，DE销售的Hercules型151丙纶。本文所用的术语“纤维长度的纤维”是指长度为至少约15.9mm(0.62英寸)的纤维。背片36不渗透液体且通常由薄塑料膜制造，但也可使用其它柔韧性的不渗透液体的材料。背片防止被吸收并包含在吸收芯40中的渗出液润湿制品，如接触尿布30的床单和内衣。
图3中的无绒芯可以包括位于顶片32和层42之间的额外层(未示出)。该任选的额外层用作吸取/分布层并含有常规SAP，如PAA(DN＝70)。图3所示的无绒芯可以含有1-5层42，优选2-4层42，即1-5层本发明的吸收性片材。
在优选实施方案中，本发明的尿布芯基本由顶片、芯和背片组成，即不存在吸取层。由本发明吸收性片材所提供的改进允许从一次性尿布中省去吸取层。该结果在本领域是新的且出人意料的，因为可以省去昂贵的吸取层，这样尿布更轻更薄且吸收性能未受不利影响。
测试含有一层或多层本发明吸收性片材的芯在0.7psi负荷下的再润湿值、液体吸取时间和液体吸取速率。下面描述用于测定在卫生制品如尿布的负荷下吸取和再润湿值的程序。这些试验给出了卫生制品在0.7psi的负荷下在3-5次单独的流体浸渗中对0.9重量％盐水溶液的吸收速率和流体保留。
设备：
100ml分液漏斗，设置成输送流速为7ml/s或与其相当；
3.642kg环形砝码(0.7psi)10cm直径，穿过该砝码中心装有2.38cm ID的有机玻璃投料管；
VWR Scientific，9cm滤纸或等价物；
2.5kg环形砝码(0.7psi)--8cm直径；
数字计时器；
电子天平(精度为0.01g)；
秒表。
程序：
1.准备
(a)记录待试验卫生制品如尿布的重量(g)；
(b)将卫生制品平放在台面上，例如通过除去任何松紧带和/或将该制品的末端系于台面上；
(c)将3.64kg的环形砝码放于卫生制品上，使有机玻璃投料管的开孔位于浸渗点(即距中心前侧5cm)。
2.首次浸渗和再润湿试验
(a)将100ml 0.9％NaCl溶液(即氯化钠在去离子或蒸馏水中的0.9重量％溶液)称入分液漏斗中。将该NaCl溶液以7ml/s的流速分配到该砝码的有机玻璃管中并立即启动计时器。当所有NaCl溶液完全从卫生制品在该有机玻璃管基部的表面消失时停止计时器。记录该时间作为首次吸取时间(s)。
(b)在10分钟后移走砝码并进行再润湿试验程序：
(i)称重一叠10张滤纸，记录该值(干重)。
(ii)将滤纸放在卫生制品上的浸渗点上面。设定2分钟的计时器。将2.5kg的砝码放于滤纸上并立即启动计时器。
(iii)在2分钟后除区砝码并再次称重滤纸(湿重)。从湿重中减去滤纸的干重，得到再润湿值。记录该值作为首次再润湿值(g)。
3.第二次浸渗和再润湿试验
(a)将3.64kg的砝码在与前面相同的位置放回到卫生制品上。使用50mlNaCl溶液重复步骤2a(记录吸收时间作为第二次吸取时间)并使用20张滤纸重复步骤2b(i)-(iii)(记录再润湿值作为第二次再润湿值)。
4.第三次和额外的浸渗以及再润湿试验
(a)将负荷在与前面相同的位置放回到尿布上。使用50ml NaCl溶液重复步骤2a(记录吸收时间作为第三次吸取时间)并使用30张滤纸重复步骤2b(i)-(iii)(记录再润湿值作为第三次或随后的再润湿值)。
进行下列试验以说明由本发明的吸收性片材所提供的新的且未曾预料到的益处。
在一个试验中，改变增塑组分的量并测量对吸收性片材的各种吸收参数的影响。具体而言，改变施用于SAP组分(即含有55重量％PAA和45重量％PVAm的多组分SAP颗粒)的增塑组分(即丙二醇)的量。数据总结在下表中。所有数据在0.7psi的负荷下产生。在这些试验中，将吸收性片材用100ml 0.9％盐水进行第一次浸渗，然后用50ml 0.9％盐水进行随后的第二次、第三次和第四次浸渗。
    平均吸取时间(s)
  重量％PG     第一次(100ml)   第二次(50ml)     第三次(50ml)     第四次(50ml)
    0     197.0   82.7     60.0     68.0
    10     124.7   81.0     61.0     51.0
    25     69.0   15.3     24.7     44.3
    50     82.3   20.0     16.5     34.0
    100     85.0   14.3     16.3     19.0
    平均吸取速率(ml/s)
    重量％PG     第一次(100ml)   第二次(50ml)     第三次(50ml)     第四次(50ml)
    0     0.51   0.60     0.83     0.74
    10     0.80   0.62     0.82     0.98
    25     1.45   3.26     2.03     1.13
    50     1.21   2.50     3.03     1.47
    100     1.18   3.49     3.06     2.63
    平均再润湿值(g/g)
重量％PG     第一次(100ml) 第二次(50ml)   第三次(50ml)   第四次(50ml)
    0     0.03     0.37     2.59     5.49
    10     0.04     0.13     2.59     5.49
    25     0.04     0.03     0.05     3.25
  50     0.03     0.03     0.09     3.18
  100     0.03     0.02     0.27     1.13
  重量％PG     芯重量     芯厚度
  0     11.42     0.83
  10     12.22     0.82
  25     13.49     0.89
  50     15.36     1.00
  100     19.06     1.36
总结在上表中的结果显示对于吸取速率(即在第一次(首次)浸渗中的1.45ml/s)而言增塑剂的最佳量为25重量份丙二醇/100重量份SAP组分。该数据表明在本发明片材中增塑剂组分的优选量为约3-约50，优选约5-约25重量份增塑剂组分/100重量份SAP组分。
在该试验中对25、50和100重量份丙二醇芯的再润湿值是不确定的，因为这些芯的渗透性足够高，使得一部分首次浸渗从芯的边缘渗漏。0和10重量份丙二醇芯的SAP利用值是优异的，例如为约27.6g/g。为了对比，市售LUVS Leak Guard芯具有的SAP利用值为约22.7g/g。此外，在芯中使用10-25重量份丙二醇没有观察到芯厚度显著增加。SAP利用值按如下计算：
SAP利用值的计算：
进行再润湿值的测量，直到得到大于3g的再润湿值。结合在无负荷下的吸取时间(击穿)试验测量再润湿值。然后将加入的总质量(g1)减去恢复到最后的再润湿值上超过3g的量(g2-3)后除以试验芯中的SAP总质量(g3)。忽略因薄棉纸和非织造纤维产生的吸收。
SAP利用值＝(g1-(g2-3))/g3
对上面的片材2的举例计算：
加入的总质量(g)＝加入的总体积(ml)＝g1＝210
最终的再润湿值(g)＝g2＝4
芯中的SAP克数＝g3＝9
SAP利用值＝(210-(4-3))/9＝23.2g/g
按照本发明的重要特征，芯显示出快速吸取速率而不牺牲再润湿性能。例如，在各种尿布芯中的SAP利用值表明本发明具有吸取/分配(AD)层的增塑的无绒芯超过了市售芯的性能(即23.2g/g对19.2-22.6g/g)。此外，甚至在没有AD层的情况下，本发明无绒芯中的SAP利用值也与市售产品相当(即20.0g/g对19.2-22.6g/g)。
用于下列研究中的本发明增塑的无绒芯按如下制备：
将21cm×12cm的矩形放在贴有15gsm树脂结合的非织造物的21cm×12cm片的21cm×12cm薄棉纸片上。使用盐振荡器将3g多组分超强吸收性聚合物颗粒(50重量％PVAm/50重量％PAA，均DN＝0且粒度范围为38-355μm)均匀分配于薄棉纸和非织造纤维上。然后将0.3g丙二醇(基于SAP颗粒的重量为10重量份)喷雾于SAP颗粒上。在不存在非织造纤维下重复该方法，然后用非织造纤维片再重复一次。将最后的薄棉纸层放于SAP组分-增塑剂组分混合物的顶层上。然后将该层合体在设定为15,000磅(约385psi，在12cm×12cm层合体上)的压力和50℃下在Carver压机中压制5分钟。各片材是柔韧的且各片材的性能总结于下表中。
这些增塑的无绒芯的结构示于图4中，该图说明三层层合的无绒吸收芯50的横截面，该芯具有顶部的薄棉纸52和底部的薄棉纸54以及位于薄棉纸52和54之间的多个层。如图4所示，芯50包含两层含SAP、增塑剂和非织造纤维的片材58。芯50还含有一层含有SAP和增塑剂的片材60。层58和60由薄棉纸56相互分开。层58和60中的SAP组分喷有丙二醇(10重量份/100重量份SAP组分)。
芯中的SAP利用值
 SAP利用值(g/g)
Huggies UltraTrim  20.3
Luvs  21.2
Pampers Baby Dry  22.6
Pampers Premium  19.2
带AD层的片材  23.21)
不带AD层的片材  20.01)
1)四种片材的平均值
下表含有现有技术的市售尿布的吸取速率以及由前述方法制备的本发明三层层合体芯的吸取速率，本发明的层合体芯包含9g含有50重量％PAA和50重量％PVAm且粒度分布为38-355μm的多组分SAP颗粒，其用20重量份丙二醇/100重量份SAP组分增塑，且本发明的层合体芯还含有两层非织造纤维和四层薄棉纸。通过上述吸取速率程序对芯进行测试，其中仅使用非织造顶片且没有AD层。
吸取速率(ml/s)
第一次  第二次  第三次 第四次
Huggies Ultra Trim 0.96  0.6  0.49
压紧研究2) 1.11  0.79  0.47 0.45
压花研究3) 1.27  0.96  0.49 0.42
2)其中将吸收性片材压紧以形成平片材的实施方案；和
3)其中对吸收性片材压花的实施方案。
该数据清楚地表明本发明芯的首次和第二次吸取速率远远优于具有AD层的市售尿布。
进行另一试验以说明在本发明吸收性片材中存在非织造纤维所提供的湿强度改进。对图4所示的芯进行试验并将结果总结于表1中。
                         表1  再润湿性能
芯中的非织造物片材数 在芯中的位置     再润湿值(g/g)
  第一次   第二次     第三次     第四次
    0   无   0.10   1.2     9.3     16.4
    1   顶层   0.07   0.46     6.5     15.6
    1   中间层   0.10   0.27     3.4     8.0
    1   底层   0.07   0.13     0.77     7.0
    2   顶层和底层   0.08   0.12     0.87     3.2
    3   在各层中   0.10   0.13     2.1     7.2
这些结果说明在芯中的非织造纤维层改进了再润湿性能，从理论上讲，但在本文中并不依赖该理论，非织造纤维帮助将在芯中破坏流体流动的波纹和裂缝的形成降至最小。优选在芯中存在至少两层含有SAP和增塑剂组分的非织造纤维片材，以改善湿强度完整性。
在另一试验中，将本发明的芯与市售芯比较，后者即购自Kimberly-Clark，Menasha，WI的UltraTrim尿布芯。在0.7psi负荷下进行直接比较。总结于表3中的结果表明甚至在没有AD层存在下，首次(第一次)和第二次浸渗的吸取速率优于在工业中被认为是优等制品的市售产品。另外，在本发明的增塑的无绒芯中SAP利用值得到改善。
                                     表3
 吸取速率(ml/s)
芯 SAP利用值(g/g)  第一次  第二次  第三次  第四次
UltraTrim 24.1  0.96  0.60  0.97  --
10-20重量％丙二醇，2层非织造物 27.8  1.00  1.19  0.63  0.67
在另一试验中，图5和6说明了再润湿值(图5)和吸取速率(图6)对GBP的关系。在图5和6中的GBP测试在粒度分布为约300-约600μm的SAP组分上进行。然后将这些颗粒研磨至粒度分布为约38-约355μm的SAP颗粒，将其掺入增塑的无绒芯中。
图5和6说明吸取速率随GBP增加而增加，这是所希望的，而且再润湿值在GBP为4500以上时增加，而这是不希望的。该现象归因于在非常高的渗透性下芯吸能力降低。因此，本发明利用尺寸为约38-约355μm的SAP颗粒的吸收性片材优选具有的GBP为约1000-约5000，优选约2000-约4500。
通常而言，GBP和再润湿值因SAP粒度分布和质量中值粒度而异。本领域熟练技术人员能够选择在GBP和再润湿值之间产生可接受的平衡并提供有用吸收性片材的SAP粒度分布和质量中值粒度。
在另一研究中，测试本发明吸收性片材的柔韧性。在该试验中，通过将3g含有50重量％PVAm/50重量％PAA的多组分SAP颗粒均匀铺展在12cm×21cm的薄棉纸片材上而制备单一吸收性片材。改变喷雾到SAP颗粒上的丙二醇的重量百分比。将最后的薄棉纸放于喷雾的SAP颗粒上并在384psi和50℃下热压5分钟。将所得芯切割成2.5cm×15.25cm的条以在标准Lorentzen & Wettre(AB Lorentzen & Wettre，Kista，瑞典)CODESE 017型共振劲度测试仪上根据操作指示测试。
结果总结于下表中：
重量份丙二醇3) 基重(gsm) 芯密度4)(g/cc)  SAP组分5)(g/cc)  劲度6)(mNm)
 0  152  0.544  0.757  6.26
 10  164  0.589  0.842  5.59
 25  182  0.604  0.837  5.20
 50  211  0.610  0.805  4.22
 100  271  0.583  0.665  5.15
3)每100份SAP组分；
4)SAP、丙二醇和薄棉纸的密度；
5)仅SAP和丙二醇的密度；和
6)mNm为毫牛顿米。
这些试验结果表明在加入丙二醇时劲度立即降低(即柔韧性增加)。因此，本发明的吸收性片材具有的劲度低于约6.3mNm，优选低于约6mNm，最优选低于约5.5mNm。本发明的吸收性片材可以具有低-约2.5mNm的劲度。
通常预计随着芯的基重增加，芯的劲度也将增加，正如在增加本发明吸收性片材的质量的情况一样。该关系示于下表中：
SAP7) 基重(gsm)  劲度(mNm)
0  33  0.43
1  77  2.45
3  164  5.59
5  251  12.07
10  469  28.01
7)10份丙二醇/100份SAP组分(50％PAA(DN＝0)和50％PVAm的100％未中和的多组分SAP颗粒)。
然而，劲度数据作为丙二醇的重量份的函数表明丙二醇出人意料地降低片材劲度，尽管基重增加。
进行另一套试验以评价SAP组分的密度(g/cc)对芯性能的影响。试验的芯具有图4所示的结构。下表总结了密度/压力和再润湿/吸取速率之间的关系。在这些试验中，使用下列值和计算。
平均薄棉纸质量＝0.415g/12×21cm片材
平均薄棉纸厚度＝0.09mm
平均树脂结合的非织造物片材质量＝0.363g/12×21cm片材
平均树脂结合的非织造物片材厚度＝0.21mm
芯密度(SAP/增塑剂/薄棉纸)的计算：
芯密度＝质量(12cm×21cm×(厚度/10)
SAP密度(SAP/增塑剂)的计算：
SAP密度＝(质量-薄棉纸质量-非织造物的质量/(12cm×21cm×(厚度-薄棉纸的厚度)/10))
忽略非织造物的厚度。芯含有含多组分SAP颗粒(即50重量％PAA(DN＝0)和50重量％PVAm(100％未中和)，38-355μm粒度分布)和10重量份丙二醇/100重量份SAP的吸收性片材层。所有芯具有两层非织造物片材(0.726g)和四层薄棉纸(1.66g，0.36mm)。
样品计算：
在26psi下，芯质量＝12.315g，厚度＝1.275mm，则
芯密度＝12.315/(12×21×(1.275/10))＝0.383g/cc
SAP密度＝(12.315-0.726-1.66)/(12×21×(1.275-0.36)/10))＝0.431g/cc。
压力(psi) 质量(g) 厚度(mm) 芯密度(g/cc) 吸取时间(s)
 第一次(100ml)  第二次(50ml)  第三次(50ml)  第四次(50ml)
 26  12.315  1.275  0.383  260  158  183  246
 128  12.485  1.045  0.474  180  112.5  177.5  198
 258  12.345  0.925  0.530  118  56.5  77.5  146.5
 384  12.12  0.825  0.583  90  63  107.5  110
 512  12.095  0.815  0.589  113.5  54  84  167
 614  12.29  0.835  0.584  102.5  42  65  115
吸取速率(ml/s) 再润湿值(g) SAP的密度
 第一次(100ml)  第二次(50ml)  第三次(50ml)  第四次(50ml)  第一次(100ml)  第二次(50ml)  第三次(50ml)  第四次(50ml)
 0.38  0.32  0.27  0.20  0.085  0.585  2.935  4.59  0.431
 0.56  0.44  0.28  0.25  0.085  0.125  1.63  3.64  0.585
 0.85  0.88  0.65  0.34  0.17  0.075  0.345  2.48  0.699
 1.11  0.79  0.47  0.45  0.075  0.09  0.28  1.11  0.831
 0.88  0.93  0.60  0.30  0.07  0.075  0.285  3.04  0.847
 0.98  1.19  0.77  0.43  0.035  0.06  0.2  1.165  0.827
首先使用于热压步骤中的压力与压缩的SAP-增塑剂组分的密度(g/cc)相关。上表表明片材的密度在26-512psi范围内增加，然后开始下降。
此外，将吸收性片材的密度与该片材的柔韧性(即劲度)进行比较。结果总结于图7中，该图表明密度与劲度成相反关系。具体而言，图7表明了柔韧性随芯密度增加而增加(劲度降低)这一出人意料的结果。图7还表明当经受约384psi的压力时，芯密度在0-约50重量份丙二醇/100重量份SAP组分内增加，然后下降。
上表中的数据还表明使用0.9％盐水的第一次到第四次浸渗的吸取速率随吸收性片材的密度增加而增加。此外，上表中的数据表明第二次到第四次浸渗的再润湿值随吸收性片材的密度增加而剧烈下降。
因此，在吸收性片材的密度和吸取速率、再润湿值以及劲度(即柔韧性)之间存在强相互关系。例如，再润湿值随密度增加而下降，这是所需的性能且归因于毛细管作用增加。毛细管作用增加也导致芯的利用更好。
令人吃惊的是，芯的吸取速率也随密度增加而增加，这是出人意料的。从理论上讲，但并不依赖该理论，该出人意料的结果是由于芯吸增加而使浸渗更好地由浸渗点移动，这降低了浸渗区的凝胶阻塞。
总之，试验表明本发明的吸收性片材在该片材具有的密度为约0.30-约0.9g/cc，优选约0.45-约0.85g/cc，最优选约0.65-约0.85g/cc时能非常好地操作。密度测量通过测量12cm×21cm芯的厚度和质量，然后减去薄棉纸层的质量和厚度而进行。
在再一试验中，对本发明的吸收性片材压花。本领域中已知的是，压花或衔缝增加了片材的柔韧性(即机械软化形式)。然而，还发现对本发明的无绒尿布芯压花增加了吸取速率。也可以利用针刺来机械软化本发明的片材。
下表总结了对具有图4所示结构的三层层合芯进行的试验结果，所述芯随后用各种网眼的筛子以压花方法压制。用于压花步骤的压力为384psi，使用12英寸×12英寸Carver压机在50℃下压制5分钟。
筛子类型 开孔尺寸(mm2) 网眼直径(mm)
细 2  0.48
中 16  0.80
粗 495  3.5
吸取速率(ml/s)
筛子类型 第一次  第二次  第三次  第四次
细 1.00  1.56  1.03  0.42
中 1.79  1.45  0.71  0.43
粗 3.51  0.93  0.76  0.78
无压花 1.27  0.96  0.49  0.42
再润湿值(g)
筛子类型 第一次  第二次  第三次  第四次
细 0.11  0.11  0.37  4.23
中 0.08  0.10  0.40  4.13
粗 0.04  0.07  1.28  7.54
无压花 0.00  0.08  0.91  4.24
使用标准非织造顶片并在无AD层存在下对芯进行测试。上表表明中等网眼和粗网盐提供了极其快速的首次、第二次和第三次吸取速率。细网眼对第二次和第三次浸渗给出优异的吸取速率。
总之，上述试验表明本发明含有一层或多层本发明吸收性片材的尿布芯在四次浸渗中保持了基本恒定的或降低的吸取时间。该性能的实际结果是芯具有防止在喷涌情形和再润湿情形下渗漏的改进能力，甚至在没有吸取层存在下也如此。
本发明芯所显示的改进结果还允许降低该芯的厚度。通常而言，芯含有50％或更多的绒毛或纸浆以获得快速液体吸收，同时避免诸如凝胶阻塞的问题。本发明含有至少一种本发明吸收性片材的芯足够快地吸取液体而降低了诸如凝胶阻塞的问题并因此可以降低芯中的绒毛或纸浆量或消除绒毛或纸浆。低密度绒毛的量降低导致芯更薄并因此导致尿布更薄。
具体而言，本发明的吸收性芯的厚度为约0.5-约2mm，与此相比现有市售芯的厚度为4mm。此外，尿布因消除了绒毛而变得更轻，即10g芯对目前市售的20g芯。
本发明的增塑的无绒芯通常比具有相同SAP浓度的市售芯在质量上轻50％以上。该特征降低了运输成本和需掩埋的材料质量。此外，这些增塑的无绒芯的厚度通常比市售尿布芯小约80％。该特征有助于降低包装成本并提供更易使用和穿戴的制品。
除了尿布芯更薄之外，吸取层可以从尿布中省去。尿布中的吸取层通常为非织造材料或纤维状材料，它们通常具有辅助首次吸收液体的高空隙度。本发明的芯以足够的速率吸取液体，因而不含吸取层的尿布在实践上可行。具体而言，吸取层可以被省去，因为本发明的尿布芯具有的吸取速率为约1ml/s，而目前的市售尿布为0.3ml/s。因此可以制造更简单和更便宜的吸收性制品。
总而言之，本发明的片材对仅包含SAP组分和增塑剂组分的非织造织物具有优异的结构完整性。具体而言，该片材具有足够的柔韧性和结构完整性而能够被卷绕以供运输、储存和随后使用。
本发明的吸收性片材可以用于卫生产品，如尿布、成人失禁制品、卫生巾、通用目的的擦拭布和衣服以及含水废液凝固。其它用途包括包装容器、药物输送装置、伤口清洁装置、烧伤处理装置、离子交换柱材料、建筑材料、农业或园艺材料，如种子用片材或保水材料，以及工业用途，如淤渣或油脱水剂，防止结露的材料，干燥剂和湿度控制材料。
在不背离本发明的实质和范围的前提下可以对前述发明进行许多改性和变化，因此，所有这些限制如后附权利要求书所显示。

Claims (27)

1.一种柔韧性吸收性片材，包含：
(a)超强吸收性聚合物组分，包含：
(i)至少一种未中和的酸性吸水性树脂，和
(ii)至少一种未中和的碱性吸水性树脂；以及
(b)增塑组分，其量为约0.1-约200重量份/100重量份超强吸收性聚合物组分，其中该片材含有约60-100重量％的(a)和(b)。
2.权利要求1的片材，其中超强吸收性聚合物组分包含酸性树脂的离散颗粒和碱性树脂的离散颗粒。
3.权利要求1或2的片材，其中超强吸收性聚合物组分包含多组分超强吸收性聚合物颗粒，其中各颗粒具有至少一个与碱性树脂的至少一个微区接触或与其紧邻的酸性树脂微区。
4.权利要求1-3中任一项的片材，其中超强吸收性聚合物组分包含粒度分布为约10-约810μm的颗粒。
5.权利要求1-4中任一项的片材，其中超强吸收性聚合物组分包含粒度分布为约30-约375μm的颗粒。
6.权利要求1-5中任一项的片材，其中超强吸收性聚合物组分包含质量中值粒度低于约400μm的颗粒。
7.权利要求1-6中任一项的片材，其中酸性吸水性树脂选自聚丙烯酸、水解的淀粉/丙烯腈接枝共聚物、淀粉/丙烯酸接枝共聚物、皂化的乙酸乙烯酯/丙烯酸酯共聚物、水解的丙烯腈聚合物、水解的丙烯酰胺共聚物、乙烯/马来酸酐共聚物、异丁烯/马来酸酐共聚物、聚(乙烯基膦酸)、聚(乙烯基磺酸)、聚(乙烯基磷酸)、聚(乙烯基硫酸)、磺化聚苯乙烯、聚(天冬氨酸)、聚(乳酸)及其混合物。
8.权利要求1-7中任一项的片材，其中碱性吸水性树脂选自聚(乙烯基胺)、聚(二烷基氨基烷基(甲基)丙烯酰胺)、由N-(二烷基氨基(甲基)丙烯酰胺)的酯类似物制备的聚合物、聚乙烯亚胺、聚(乙烯基胍)、聚(烯丙基胍)、聚(烯丙基胺)、聚(二甲基二烷基氢氧化铵)、胍改性的聚苯乙烯、季铵化聚苯乙烯、季铵化聚(甲基)丙烯酰胺或其酯类似物、聚(乙烯醇/乙烯基胺)共聚物及其混合物。
9.权利要求1-8中任一项的片材，其中增塑剂组分选自醇、二醇、三醇、多羟基化合物、胺醇、酰胺、亚砜、二醇醚、二醇酯、非质子溶剂及其混合物。
10.权利要求1-9中任一项的片材，其中增塑剂组分选自甘油；丙二醇；乙二醇；己二醇；1，3-丁二醇；二甘醇；三甘醇；1，3-丙二醇；季戊四醇；1，4-丁二醇；双丙酮醇；水；三羟甲基丙烷；三羟甲基乙烷；新戊二醇；环己烷二甲醇；异亚丙基双(对苯氧基丙-2-醇)；聚乙二醇(分子量为500或更低)；聚丙二醇(分子量为500或更低)；聚丁二醇(分子量为500或更低)；甲醇；乙醇；丁醇；甘油单乙酸酯、甘油二乙酸酯和甘油三乙酸酯；乙二醇、二甘醇、丙二醇、二丙二醇和三丙二醇的单甲基、乙基、丁基和苯基醚，例如丙二醇单甲基醚或乙二醇单乙基醚；二甲基甲酰胺；二乙基甲酰胺；N-甲基吡咯烷酮；二甲亚砜；三乙醇胺；二乙醇胺；四氢呋喃；碳酸亚乙酯；异佛尔酮；二噁烷；六甲基磷酰胺；山梨醇；脱水山梨醇脂肪酸酯；蔗糖水溶液；具有下式的柠檬酸酯：
其中R1、R2和R3独立地为C1-4烷基且R4选自氢、C1-4烷基和C(O)R5，其中R5为烷基；乙氧基化烷基酚；丙氧基化脂肪(C6-22)醇；甲基葡萄糖的聚乙二醇醚；山梨醇的聚乙二醇醚；氧化乙烯/氧化丙烯嵌段共聚物；脂肪(C6-22)酸的乙氧基化酯；氧化乙烯与长链胺或酰胺的缩合产物及其混合物。
11.权利要求1-10中任一项的片材，其中SAP组分被内部增塑。
12.权利要求1-11中任一项的片材，其中酸性吸水性树脂包括聚(丙烯酸)；碱性吸水性树脂包括聚(乙烯基胺)、聚乙烯亚胺或其混合物；以及增塑剂包括丙二醇、甘油、水及其混合物。
13.权利要求1-12中任一项的片材，进一步包含总共至多40重量％的一种或多种任选成分。
14.权利要求1-13中任一项的片材，其中任选成分选自常规超强吸收性聚合物、非吸收性填料、非织造纤维、渗透助剂、颜料及其混合物。
15.权利要求1-14中任一项的片材，具有的劲度低于约6mNm。
16.权利要求1-15中任一项的片材，具有的密度为约0.3-约0.9g/cc。
17.权利要求1-16中任一项的片材，其中该片材被压花或针刺。
18.一种吸收性制品，包含根据权利要求1-17中任一项的片材。
19.权利要求18的制品，其中该制品为尿布或月经用品。
20.一种具有芯的尿布，所述芯包含至少一种根据权利要求1-17中任一项的吸收性片材。
21.权利要求20的尿布，其中该芯包含2-5层根据权利要求1-17中任一项的吸收性片材。
22.权利要求21的尿布，其中至少一层相邻片材具有设置于片材之间的芯吸层。
23.权利要求20-22中任一项的尿布，进一步包含与该芯的第一表面接触的顶片以及与该芯的第二表面接触的背片，所述第二芯表面与所述第一芯表面相对。
24.权利要求20-23中任一项的尿布，进一步包含设置于顶片和芯之间的吸取层。
25.权利要求20-23中任一项的尿布，其中该尿布不含吸取层。
26.权利要求20-25中任一项的尿布，其中该片材不含纤维素纤维。
27.权利要求20-26中任一项的尿布，其中至少一层片材进一步包含至多25重量％的非织造纤维。
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