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TECHNISCHER BEREICH
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das technische Gebiet der organischen Polymerverbindung, insbesondere auf ein biologisch abbaubares Absorptionsmaterial, das ein abbaubares wasserabsorbierendes Harz enthält, sowie auf sein Herstellungsverfahren und seine Verwendung.
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HINTERGRUND
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Die typischen Beispiele für ein wasserabsorbierendes Harz umfassen eine vernetzte, teilweise neutralisierte Polyacrylsäure, ein hydrolysiertes Stärke-Acrylnitril-Pfropfpolymer, ein vernetztes Acrylamidpolymer und ein verseiftes Vinylacetat-Acrylat-Copolymer.
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Derzeit besteht ein herkömmliches Absorptionsmaterial in der Regel aus einem oberflächenschichtigen Vliesstoff, einem Kernschicht-Absorptionsmaterial und einer wasserdichten Unterschicht und hat eine komplizierte Struktur, ein langwieriges Herstellungsverfahren und hohe Kosten. Mit dem zunehmenden Einsatz der Absorptionsmaterialien wurden die abfallabsorbierenden Materialien immer mehr. Die abfallabsorbierenden Materialien sind sehr anfällig für das Brüten von Keimen, und es ist schwierig, die abfallabsorbierenden Materialien zu entsorgen. Im Allgemeinen dürfen die abfallabsorbierenden Materialien nur verbrannt und vergraben werden, was zu schweren Umweltschäden führt. Daher ist das Problem der Abfallabsorptionsmaterialien immer gravierender geworden, so dass der Markt biologisch abbaubare Absorptionsmaterialien benötigt.
CN202426733U hat ein natürlich vollständig biologisch abbaubares Absorptionsmaterial offenbart, aber dieses Material verwendet nur ein PBAT und ein PLA als Absorptionsharze, hat eine relativ geringere Festigkeit und kann nach Zerkratzen leicht beschädigt werden, wodurch es die Gebrauchseigenschaften des Absorptionsmaterials verliert.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Angesichts der vorstehend beschriebenen Probleme des Standes der Technik ist die vorliegende Erfindung darauf ausgerichtet, ein Verfahren zur Herstellung eines biologisch abbaubaren Absorptionsmaterials und ein biologisch abbaubares Absorptionsmaterials bereitzustellen, das durch Verwendung des Verfahrens hergestellt wird. Das biologisch abbaubare Absorptionsmaterial kann in einer 1 m tiefen Unterschicht innerhalb kurzer Zeit ausreichend abgebaut werden, wobei eine gute wasserabsorbierende Wirkung erhalten bleibt.
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Das Verfahren zur Herstellung des biologisch abbaubaren Absorptionsmaterials weist die folgenden Schritte auf:
- (1) Herstellung eines Oberflächenschichtmaterials: Einbringen eines oberflächenschichtigen Rohmaterials in Wasser, gleichmäßiges Rühren, Einlegen in eine Bahn mit einer Dicke von 1,5 - 3 mm und Verfestigen der Bahn mittels Wasserstrahlen (Spunlace-Verfahren), um einen oberflächenschichtigen hydrophilen Vliesstoff zu erhalten;
- (2) Herstellung eines biobasierten wasserabsorbierenden Harzes: Einbringen eines Hanfrohmaterials in eine Natriumhydroxidlösung, Rühren in einem Wasserbad bei 75 - 90 °C und Wasserwaschen bis zur Neutralität, Einbringen des Resultierenden in eine Mischlösung aus Natriumhydroxid/Natriumsilikat/Natriumpolyphosphat, Rühren in einem Wasserbad bei 75 - 90 °C, Neutralisieren mit verdünnter Schwefelsäure und Wasserwäsche bis zur Neutralität und Backen des Resultierenden, um einen entschleimten Hanfzellstoff zu erhalten; und
Lösen des erhaltenen entschleimten Hanfzellstoffes in einer gemischten Lösung aus Natriumhydroxid/Harnstoff, Rühren in einer Stickstoffatmosphäre bei 50 - 65 °C, Hinzufügen eines Persulfats zur Reaktion, aufeinander folgendes Hinzufügen von N,N'-Methylenbisacrylamid, Acrylamid und teilweise neutralisierter Acrylsäure, um eine Reaktion in einem Wasserbad zu ermöglichen, um ein Reaktionsprodukt zu erhalten, Wasserwaschen des Reaktionsprodukts bis zur Neutralität, Entwässern und Trocknen, um das biobasierte wasserabsorbierende Harz zu erhalten;
- (3) Herstellung eines Kernschichtmaterials:
- Zugabe von Glycerinstearat in das erhaltene biobasierte wasserabsorbierende Harz, Mischen und Rühren unter Steuerung einer Temperatur bei 70 - 90 °C, Halten für 20 Minuten - 1 Stunde, Erwärmen, um ein vollständiges Schmelzen zu ermöglichen, Halten für 20 - 40 Minuten, um ein modifiziertes wasserabsorbierendes Harz zu erhalten, Platzieren des erhaltenen modifizierten wasserabsorbierenden Harzes in einem Extruder und Extrusionsformen, um das Kernschichtmaterial zu erhalten; und (4) Herstellung eines biologisch abbaubaren Absorptionsmaterials: Bedecken der Oberfläche des Kernschichtmaterials mit dem oberflächenschichtigen hydrophilen Vliesstoff und Heißpressen zur Verschmelzung, um das biologisch abbaubare Absorptionsmaterial zu erhalten.
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Die Erfindung sieht auch ein biologisch abbaubares Absorptionsmaterial vor, das nach dem vorstehenden Verfahren hergestellt wird, und dessen Verwendung.
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Das gemäß dem Verfahren der Erfindung hergestellte biologisch abbaubare Absorptionsmaterial kann in verschiedenen Anwendungen weit verbreitet sein. Typischerweise kann es in medizinischen Absorptionsmaterialien, Sexualgesundheitsartikeln, Körperpflegeprodukten und Babyartikeln verwendet werden. Optional kann das biobasierte wasserabsorbierende Harz, das als Kernschichtmaterial verwendet wird, auch für die landwirtschaftliche Setzlingszucht verwendet werden, zum Beispiel als wasserrückhaltendes Material für die Setzlingszucht.
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Das gemäß dem Verfahren der Erfindung hergestellte biologisch abbaubare Absorptionsmaterial kann sich in der natürlichen Umgebung schnell abbauen und gleichzeitig eine gute wasserabsorbierende Leistung erbringen, um Umweltbelastungen zu vermeiden. Das Oberflächenschichtmaterial, das unter Verwendung des Oberflächenschichtrohmaterials der vorliegenden Erfindung und des Verfahrens gemäß der Erfindung hergestellt wird, weist eine gute Gasdurchlässigkeit, antiallergische Eigenschaften, Wasserdurchlässigkeit und antibakterielle Eigenschaften auf.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Das bei dem Verfahren zur Herstellung des biologisch abbaubaren Absorptionsmaterials verwendete oberflächenschichtige Rohmaterial umfasst typischerweise Gewichtsteile: wasserabsorbierende Harz-Verbundfaser 70 - 80, Chitosanfaser 3 - 5, Baumwollfaser 25 - 35 und nano-antibakterielle Bioproteinfaser 15 - 20.
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Die wasserabsorbierende Harz-Verbundfaser wird durch die folgenden Schritte hergestellt: Zugabe von feinporigem Kieselgel zu einem wasserabsorbierenden Harz, Erwärmen zum Schmelzen, Zugabe von Carboxymethylcellulose, die 10 % oder weniger des wasserabsorbierenden Harzes in Gewicht beträgt, gleichmäßiges Rühren unter Wärmeeinwirkung und Extrudieren des Resultierenden, um die wasserabsorbierende Harz-Verbundfaser zu erhalten.
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Beispiele
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Die vorliegende Erfindung wird durch die folgenden exemplarischen Ausführungsformen näher erläutert, wobei sich die vorliegende Erfindung jedoch nicht auf die nachfolgend beschriebenen spezifischen Ausführungsformen beschränkt.
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Herstellungsbeispiel 1
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Herstellung eines biobasierten wasserabsorbierenden Harzes A
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- 1) Die Jutegarne wurden zerkleinert, in eine Natriumhydroxidlösung (10 g/l) bei einem Massenverhältnis von Jutegarn/Natriumhydroxidlösung von 1:20 eingebracht, in einem Wasserbad bei 60 °C für 1,4 h gerührt und mit Wasser bis zur Neutralität gewaschen. Es wurde eine Mischlösung aus Natriumhydroxid/Natriumsilikat/Natriumpolyphosphat (das Massenverhältnis von Natriumhydroxid: Natriumsilikat: Natriumpolyphosphat ist 10:1,5:4) hergestellt. Die oben behandelten Jutegarne wurden der Mischlösung im Massenverhältnis von 1:25 zugegeben, in einem Wasserbad bei 80 °C für 1 h gerührt, mit verdünnter Schwefelsäure neutralisiert und mit Wasser bis zur Neutralität gewaschen und zu einem entschleimten Jutezellstoff gebacken.
- 2) 3 g des erhaltenen entschleimten trockenen Jutezellstoffes wurden in einer 80 ml Natriumhydroxid/Harnstoff-Mischlösung gelöst (das Massenverhältnis von Natriumhydroxid: Harnstoff: deionisiertes Wasser beträgt 7:16:90) und gleichmäßig in einer Stickstoffatmosphäre bei 63 °C gerührt; 0,4 g Kaliumpersulfat wurde zugesetzt, um 20 min. lang zu reagieren, und 0,12 g N,N'-Methylenbisacrylamid, 3,5 g Acrylamid und 8 g teilweise neutralisierte Acrylsäure (mit einem Neutralisationsgrad von 55 %) wurden nacheinander zugegeben, um in einem Wasserbad 20 min. lang zu reagieren, um ein Produkt zu erhalten; und das Produkt wurde mit Wasser bis zur Neutralität gewaschen, dehydriert und in einem Ofen bei 65 °C getrocknet, um das biobasierte wasserabsorbierende Harz A zu erhalten.
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Herstellungsbeispiel 2
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Herstellung eines biobasierten wasserabsorbierenden Harzes B
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- 1) Die Abacagarne wurden zerkleinert, in eine Natriumhydroxidlösung (10 g/l) bei einem Massenverhältnis von Abacagarn/Natriumhydroxidlösung von 1:20 eingebracht, in einem Wasserbad bei 60 °C für 1,4 h gerührt und mit Wasser bis zur Neutralität gewaschen. Es wurde eine Mischlösung aus Natriumhydroxid/Natriumsilikat/Natriumpolyphosphat (das Massenverhältnis von Natriumhydroxid zu Natriumsilikat: Natriumpolyphosphat ist 10:1,5:4) hergestellt. Die oben behandelten Abacagarne wurden der Mischlösung in einem Massenverhältnis von 1:25 zugegeben, in einem Wasserbad bei 80 °C für 45 min. gerührt, mit verdünnter Schwefelsäure neutralisiert und mit Wasser bis zur Neutralität gewaschen und gebacken, um einen entschleimteb Abacazellstoff zu erhalten.
- 2) 2 g des erhaltenen entschleimten trockenen Abacazellstoffes wurden in einer 60 ml Natriumhydroxid/Harnstoff-Mischlösung gelöst (das Massenverhältnis von Natriumhydroxid: Harnstoff: deionisiertes Wasser beträgt 7:16:90) und gleichmäßig in einer Stickstoffatmosphäre unter 63 °C gerührt; 0,3 g Ammoniumpersulfat wurden zugegeben, um 15 min. lang zu reagieren, und 0,08 g N,N'-Methylenbisacrylamid, 3,0 g Acrylamid und 6,5 g teilweise neutralisierte Acrylsäure (mit einem Neutralisationsgrad von 55 %) wurden nacheinander zugegeben, um in einem Wasserbad für 15 Min. zu reagieren, um ein Produkt zu erhalten; und das Produkt wurde mit Wasser bis zur Neutralität gewaschen, dehydriert und in einem Ofen bei 65 °C getrocknet, um ein biobasiertes wasserabsorbierendes Harz B zu erhalten.
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Beispiel 1:
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Herstellung eines Absorptionsmaterials 1
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Zu 60 Gewichtsteilen handelsüblichen wasserabsorbierenden Harzes auf Acrylamidbasis wurden 10 Gewichtsteile feinporiges Kieselgel zugegeben, unter Vakuum erwärmt, um ein vollständiges Schmelzen zu ermöglichen, und für 20 min. gehalten; und Carboxymethylcellulose, die 7 Gew.-% des wasserabsorbierenden Harzes ausmachte, wurde zugegeben, um eine Mischung zu erhalten, die Mischung wurde unter Wärmeeinwirkung für 40 min. gerührt und extrudiert, um eine wasserabsorbierende Harz-Verbundfaser 1 zu erhalten. Die erhaltene wasserabsorbierende Harz-Verbundfaser 1, 4 Gewichtsteile Chitosanfaser, 30 Gewichtsteile Baumwollfaser und 15 Gewichtsteile antibakterielle Bioproteinfaser wurden in Wasser eingebracht, gleichmäßig gerührt, in eine Bahn mit einer Dicke von 1,5 mm gelegt und mittels Wasserstrahlen (Spunlace) verfestigt, um einen oberflächenschichtigen hydrophilen Vliesstoff 1 zu erhalten.
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Dem in dem obigen Herstellungsbeispiel 1 hergestellten biobasierten wasserabsorbierenden Harz A wurden 4 Gewichtsteile Glyceryltristearat zugegeben, unter Rühren unter Kontrolle der Temperatur bei 85 °C für 1 h gemischt, um eine Mischung zu erhalten, die Mischung wurde erwärmt, um ein vollständiges Schmelzen zu ermöglichen, und für 40 min. gehalten, um ein modifiziertes wasserabsorbierendes Harz 1 zu erhalten. Das erhaltene modifizierte wasserabsorbierende Harz wurde in einem Extruder platziert und extrusionsgeformt, um ein Kernschichtmaterial 1 zu erhalten.
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Der oben genannte oberflächenschichtige hydrophile Vliesstoff 1 wurde auf jede der beiden Oberflächen des Kernschichtmaterials 1 aufgebracht und zum Schmelzen mittels Ultraschall heißgepresst, um ein biologisch abbaubares Absorptionsmaterial 1 zu erhalten.
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Beispiel 2:
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Herstellung eines Absorptionsmaterials 2
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Zu 55 Gewichtsteilen handelsüblichen wasserabsorbierenden Harzes auf Acrylamidbasis wurden 13 Gewichtsteile feinporiges Kieselgel zugegeben, unter Vakuum erwärmt, um ein vollständiges Schmelzen zu ermöglichen, und für 20 min. gehalten; und Carboxymethylcellulose, die 7 Gew.-% des wasserabsorbierenden Harzes ausmachte, wurde zugegeben, um eine Mischung zu erhalten, die Mischung wurde unter Wärmeeinwirkung für 40 min. gerührt und extrudiert, um eine wasserabsorbierende Harz-Verbundfaser 2 zu erhalten. Die erhaltene wasserabsorbierende Harzverbundfaser 2, 5 Gewichtsteile Chitosanfaser, 34 Gewichtsteile Baumwollfaser und 18 Gewichtsteile antibakterielle Bioproteinfaser wurden in Wasser gelegt, gleichmäßig gerührt, in eine Bahn mit einer Dicke von 2,5 mm gelegt und mittels Wasserstrahlen (Spunlace) verfestigt, um einen oberflächenschichtigen hydrophilen Vliesstoff 2 zu erhalten.
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Dem in dem vorstehenden Herstellungsbeispiel 2 hergestellten biobasierten wasserabsorbierenden Harz B wurden 4,5 Gewichtsteile Glyceryltristearat zugegeben, unter Rühren unter Kontrolle der Temperatur bei 85 °C für 1 h gemischt, um eine Mischung zu erhalten, die Mischung wurde erwärmt, um ein vollständiges Schmelzen zu ermöglichen, und für 40 min. gehalten, um ein modifiziertes wasserabsorbierendes Harz 2 zu erhalten. Das erhaltene modifizierte wasserabsorbierende Harz wurde in einem Extruder platziert und extrusionsgeformt, um ein Kernschichtmaterial 2 zu erhalten.
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Der oben genannte oberflächenschichtige hydrophile Vliesstoff 2 wurde auf jede der beiden Oberflächen des Kernschichtmaterials 2 aufgebracht und zum Schmelzen mittels Ultraschall heißgepresst, um ein biologisch abbaubares Absorptionsmaterial 2 zu erhalten.
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Vergleichsbeispiel 1
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Ein Absorptionsmaterial wurde nach dem gleichen Verfahren wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass ein handelsüblicher Vliesstoff als Oberflächenschichtmaterial zur Herstellung eines Absorptionsmaterials 3 verwendet wurde.
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Vergleichsbeispiel 2
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Ein Absorptionsmaterial wurde nach dem gleichen Verfahren wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass ein vernetztes wasserabsorbierendes Harz auf Polyacrylamidbasis anstelle des wasserabsorbierenden Harzes auf Biobasis aus dem Herstellungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung als wasserabsorbierendes Harz für das Kernschichtmaterial verwendet wurde, um ein Absorptionsmaterial 4 herzustellen.
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Vergleichsbeispiel 3
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Ein Absorptionsmaterial wurde nach dem gleichen Verfahren wie in Beispiel 2 hergestellt, mit der Ausnahme, dass ein wasserabsorbierendes Harz auf Polymilchsäurebasis anstelle des wasserabsorbierenden Harzes auf Biobasis aus dem Herstellungsbeispiel 2 als wasserabsorbierendes Harz für das Kernschichtmaterial zu einem Absorptionsmaterial 5 verwendet wurde.
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Leistungsbewertung:
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Wasserabsorbierende Eigenschaften
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Die oben genannten Absorptionsmaterialien 1 - 5 mit einer Größe von 8 cm x 5 cm wurden jeweils genommen, und die wasserabsorbierende Leistung jedes Absorptionsmaterials wurde mit Hilfe eines wasserabsorbierenden Verhältnisprüfers WSJ-XS05 unter Bezugnahme auf GBT8939 gemessen.
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Die Berechnungsmethode für das Wasseraufnahmeverhältnis war wie folgt: Wasseraufnahmeverhältnis = (W2-W1)/W1
wobei W2 die Masse des Absorptionsmaterials nach der Wasseraufnahme ist und W1 die Masse des Absorptionsmaterials vor der Wasseraufnahme ist.
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Degradationszyklus
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Degradationszyklus-Test: Ein Flüssigkeitsfilmtrockenpulver, das jeweils aus Beispiel 1 und Vergleichsbeispielen 1 - 2 hergestellt wurde, wurde mit destilliertem Wasser zur Herstellung einer 10 Gew.-% Sol-Lösung hinzugefügt, und die Sol-Lösung wurde in einer Menge von 1 L/m2 auf die Bodenoberfläche gesprüht, um den Degradationszyklus unter simuliertem Sonnenlicht bei 25 °C zu testen.
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Die Absorptionsmaterialien 1 - 5 wurden jeweils auf eine Größe von 3 - 5 cm pulverisiert, in einer Tiefe von 1 m natürlich in den Untergrund eingegraben und dann wurde der Boden wieder aufgefüllt, um einen Abbauzyklus von 90 % der Abbaurate zu erkennen, und die Abbaubarkeit wurde nach den folgenden Kriterien bewertet.
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Ausgezeichnet: mit einem Abbauzyklus von 50 - 70 Tagen.
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Gut: mit einem Abbauzyklus von mehr als 70 Tagen bis 180 Tagen.
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Schlecht: mit einem Abbauzyklus von mehr als 180 Tagen.
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Die Bewertungsergebnisse wurden in Tabelle 1 unten dargestellt.
Tabelle 1: Bewertungsergebnisse
| | Wasseraufnahmeverhältnis | Abbaubarkeit |
| Absorptionsmaterial 1 | 55,2 | Ausgezeichnet |
| Absorptionsmaterial 2 | 53,1 | Ausgezeichnet |
| Absorptionsmaterial 3 | 47,6 | Gut |
| Absorptionsmaterial 4 | 51,3 | Schlecht |
| Absorptionsmaterial 5 | 52,1 | Ausgezeichnet |
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Die Ergebnisse in Tabelle 1 zeigten, dass jedes der gemäß dem Verfahren der Erfindung hergestellten Absorptionsmaterialien innerhalb von 70 Tagen den Effekt einer ausreichenden Degradation in einer 1 m unterirdischen Umgebung bei gleichbleibend guter wasserabsorbierender Leistung erzielte. Wohingegen jedes der Absorptionsmaterialien 3 (Vergleichsbeispiel 1) und 4 (Vergleichsbeispiel 2) eine bemerkenswert unzureichende Abbaubarkeit aufweist und das Absorptionsmaterial 4 innerhalb von 180 Tagen keinen effektiven Abbau erreichen konnte.
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Hinzu kommt, obwohl das Absorptionsmaterial 5, das unter Verwendung des wasserabsorbierenden Harzes auf Polymilchsäurebasis hergestellt wurde, einen guten Abbau bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung einer relativ guten wasserabsorbierenden Leistung erreichte, hatte dieses Material nach der Wasseraufnahme eine bemerkenswert unzureichende Festigkeit und war anfällig für Beschädigungen, wodurch die wasserabsorbierende Leistung verloren ging.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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