DE10297266T5

DE10297266T5 - Artikel mit superabsorbierenden Materialien, die eine bimodale Partikelgrößenverteilung aufweisen

Info

Publication number: DE10297266T5
Application number: DE10297266T
Authority: DE
Inventors: Michael John Appleton Niemeyer; Richard Norris Appleton Dodge II; Sridhar Ranganathan
Original assignee: Kimberly Clark Worldwide Inc; Kimberly Clark Corp
Current assignee: Kimberly Clark Worldwide Inc; Kimberly Clark Corp
Priority date: 2001-10-09
Filing date: 2002-06-03
Publication date: 2004-10-28
Also published as: MXPA04002556A; CN1558781A; KR20040104449A; WO2003030954A1; US20030135175A1

Abstract

Absorbierendes Produkt mit einem absorbierenden Verbundstoff, wobei der absorbierende Verbundstoff ein superabsorbierendes Material aufweist, und wobei das superabsorbierende Material superabsorbierende Partikel mit einer bimodalen Partikelgrößenverteilung aufweist mit großen Partikeln mit einer Massenmittelwertpartikelgröße von ungefähr 850 bis ungefähr 1800 μm und mit kleinen Partikeln mit einer Massenmittelwertpartikelgröße von ungefähr 50 bis ungefähr 200 μm.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft Verbundstoffe mit superabsorbierenden Materialien und betrifft insbesondere Verbundstoffe mit superabsorbierenden Materialien, die eine bimodale Partikelgrößenverteilung aufweisen und die verbesserte Fluidaufnahme- und Verteilungseigenschaften zeigen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Anwendung von im Wasser aufschwellenden, im Wesentlichen wasserunlöslichen absorbierenden Materialien, die generell als superabsorbierende Materialien bekannt sind, in absorbierenden Wegwerfartikeln für die persönliche Hygiene sind gut bekannt. Derartige absorbierende Materialien werden im Allgemeinen in absorbierenden Produkten, etwa Windeln, Übungshöschen, Erwachseneninkontinenzprodukten und Frauenhygieneprodukten eingesetzt, um das Absorptionsvermögen derartiger Produkte zu erhöhen, während die Gesamtgröße reduziert wird. Derartige absorbierende Materialien liegen im Wesentlichen als ein Verbundstoff aus superabsorbierenden Partikeln (SAP) vor, die in einer faserartigen Matrix, etwa einer Matrix aus Holzzellstoffflusen verteilt sind. Eine Matrix aus Holzzellstoffflusen besitzt im Wesentlichen ein Absorptionsvermögen von ungefähr 6g Flüssigkeit pro Gramm Flusen. Dies superabsorbierenden Materialien (SAM) weisen im Allgemeinen ein Absorptionsvermögen von mindestens ungefähr 10g Flüssigkeit pro Gramm SAM, besser von mindestens ungefähr 20g Flüssigkeit pro Gramm SAM und häufig bis zu ungefähr 40g Flüssigkeit pro Gramm SAM auf. Offensichtlich kann daher der Einbau derartiger absorbierender Materialien in persönliche Pflegeprodukte die Gesamtgröße verringern, während das Absorptionsvermögen derartiger Produkte erhöht wird.
Durch Kapillarwirkung in Gang gesetzte Fluidverteilung in dem absorbierenden Material wird typischerweise auf Grund der Anwesenheit des superabsorbierenden Materials verhindert. Die Fluidverteilung kann verbessert werden, indem diverse physikalische und funktionelle Eigenschaften der superabsorbierenden Materialien optimiert werden. Derartige Modi fizierungen haben üblicherweise jedoch das durch Druck bewirkte Fluidaufnahmeverhalten (Zwangsströmung) des absorbierenden Kerns verringert.
Es wurden unterschiedliche Partikelgrößen des absorbierenden Stoffes angewendet, um unterschiedliche Eigenschaften des Verbundstoffverhaltens zu verbessern, etwa die Aufnahme und Verteilung in dem Verbundstoff. Es wurden große Partikel verwendet, um größere Hohlräume beim Aufschwellen zu schaffen, um die Fluidaufnahmerate zu verbessern; diese Partikel beeinflussen jedoch die Fluidverteilung negativ. Es wurden kleinere Partikel verwendet, um beim Aufschwellen kleinere Hohlräume zu schaffen, um damit die Kapillarwirkung und die Rate der Fluidverteilung zu verbessern. Jedoch konnte kein Ansatz die Eigenschaften der Aufnahme oder der Verteilung verbessern, ohne sich negativ auf die andere Eigenschaft auszuwirken.
Es besteht daher ein Bedarf für ein Verbundmaterial mit superabsorbierendem Material, wobei das Verbundmaterial sowohl eine verbesserte Aufnahme als auch eine verbesserte Verteilung zeigt.
ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung richtet sich an einen superabsorbierenden Verbundstoff mit einem superabsorbierenden Material (SAM), wobei das superabsorbierende Material (SAM) superabsorbierende Partikel mit einer bimodalen Partikelgrößenverteilung enthalten. Die bimodale Partikelgrößenverteilung umfasst große Partikel mit einer Massenmittelwertpartikelgröße von ungefähr 850 bis ungefähr 1800 μm und kleine Partikel mit einer Massenmittelwertpartikelgröße von ungefähr 50 bis ungefähr 200 μm. Die bimodale Partikelgrößenverteilung der superabsorbierenden Partikel in der absorbierenden Struktur der vorliegenden Erfindung ermöglicht eine verbesserte durch Kapillarwirkung hervorgerufene Fluidverteilung sowie eine verbesserte Fluidaufnahme des absorbierenden Kerns.
Insbesondere enthält der absorbierende Verbundstoff der vorliegenden Erfindung superabsorbierende Partikel mit einer Gesamtmassenmittelwertpartikelgröße von ungefähr 60 bis 1750 μm. Das Massenverhältnis von großen Partikel zu kleinen Partikel reicht von ungefähr 90:10 bis ungefähr 50:50, und der absorbierende Verbundstoff kann ungefähr von 20 Gewichtsprozent bis ungefähr 100 Gewichtsprozent superabsorbierendes Material aufweisen.
Die vorliegende Erfindung richtet sich ferner an einen absorbierenden Verbundstoff mit einem superabsorbierenden Material mit einer bimodalen Partikelgrößenverteilung, wobei der Verbundstoff eine Aufnahmezeit für die dritte Benetzung mit einer Flüssigkeit von weniger als ungefähr 85 Sekunden aufweist.
Der absorbierende Verbundstoff ist insbesondere in Wegwerfprodukten für die persönliche Pflege verwendbar, etwa in Windeln, Übungshöschen, Damenbinden, Slipeinlagen, Inkontinenzprodukten sowie in medizinischen Produkten, etwa Wundauflagen, und Versorgungssystemen.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
1 ist ein Graph, der die Abhängigkeit des Massenanteils gegenüber der Partikelgröße für superabsorbierende Materialien zeigt, die in der vorliegenden Erfindung verwendet sind.
2 ist eine perspektivische Ansicht einer Flüssigkeitszugabevorrichtung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Bei den Anteilen an SAM, die gegenwärtig im absorbierenden Kern von Windeln verwendet werden (ungefähr 40%), beträgt das von dem superabsorbierenden Material (SAM) beim Anschwellen eingenommene Volumen einen deutlich größeren Anteil als jener, der von dem faserartigen Material eingenommen wird. Obwohl die Fasern weiterhin eine wichtige Rolle in der durch Kapillarwirkung angetriebenen Fluidbewegung bei nachfolgenden Fluidbenetzungen spielen, kann das Einstellen des Packungsanteils der angeschwollenen superabsorbierenden Partikel zur Maximierung der Kapillarwirkung zu einer deutlich verbesserten Fluidansaugung führen. Im hierin verwendeten Sinne bezeichnet der Begriff "Packungsanteil" das Verhältnis von festen Volumen zu Gesamtvolumen des Verbundstoffs.
Die vorliegende Erfindung löst die oben beschriebene Aufgabe, indem ein absorbierender Verbundstoff mit einer verbesserten Fluidaufnahme des absorbierenden Kerns und einer verbesserten, durch Kapillarwirkung in Gang gesetzten Fluidverteilung bereitgestellt wird. Eine gleichförmige Verteilung des superabsorbierenden Materials in dem absorbierenden Verbundstoff ist vorteilhaft. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung rühren die verbesserten Eigenschaften der erfindungsgemäßen absorbierenden Verbundstoffe von der Anwendung eines SAM her, das eine bimodale Verteilung superabsorbierender Partikelgrößen in dem absorbierenden Kern aufweist.
Es werden die folgenden Begriffe verwendet, um die absorbierenden Verbundstoffe der vorliegenden Erfindung zu beschreiben. Eine allgemeine Definition jedes Begriffes wird im Folgenden gegeben.
Im hierin verwendeten Sinne bezeichnet der Begriff "bimodal" ein superabsorbierendes Material mit zwei unterscheidbaren Spitzenwerten der Kurve für den Massenanteil gegenüber der Partikelgröße für das superabsorbierende Material. Ein Graph, der die Kurven des Massenanteils gegenüber der Partikelgröße für diverse SAM's enthält, ist in 1 gezeigt.
Im hierin verwendeten Sinne bedeutet der Begriff "gleichförmige Verteilung" in Bezug auf das superabsorbierende Material, dass der absorbierende Verbundstoff die gleiche Menge an superabsorbierendem Material, das in allen drei Richtungen des Verbundstoffes angeordnet ist, aufweist.
Im hierin verwendeten Sinne bezeichnet der Begriff "superabsorbierendes Material" ein durch Wassereinwirkung anschwellendes, wasserunlösliches organisches oder anorganisches Material, das unter den günstigsten Bedingungen mehr als das 15-fache eines Gewichtes in einer wässrigen Lösung, die 0.9 Gewichtsprozent Natriumchlorid enthält, absorbieren kann.
Vorzugsweise weisen die absorbierenden Verbundstoffe der vorliegenden Erfindung ein superabsorbierendes Material in Kombination mit einer fasrigen Matrix, die eine oder mehrere Arten fasrigen Materials enthält, auf. Eine Erläuterung der absorbierenden Verbundstoffkomponenten wird im Folgenden gegeben.
Superabsorbierende Materialien
Materialien, die zur Verwendung als superabsorbierende Materialien der vorliegenden Erfindung geeignet sind, können natürliche Materialien, etwa Agar, Pektin, Guargummi und dergleichen; sowie synthetische Materialien, etwa synthetische Hydrogel-Polymere enthalten. Zu derartigen Hydrogel-Polymeren gehören, ohne einschränkend zu sein, Alkalimetallsalze von Polyacrylsäuren, Polyacrylamide, Polyvinylalkohol, Ethylenmaleinanhydridcopolymere, Polyvinylether, Hydroxypropylzellulose, Polyvinylmorpholione; und Polymere und Copolymer der Vinylschwefelsäure, Polyacrylate, Polyacrylamide, Polyvinylpyrridine und der gleichen. Zu anderen geeigneten Polymeren gehören, hydrolysierte Acrylnitrilpropfenstärke, Arcylsäurepropfenstärke und Isobutylenmaleinanhydridcopolymere und Mischungen davon. Die Hydrogel-Polymere sind vorzugsweise leicht kreuzverbunden, um das Material im Wesentlichen wasserunlöslich zu machen. Die Kreuzverbindung kann beispielsweise durch Bestrahlung hervorgerufen werden oder durch kovalente, ionische, van der Waals oder Wasserstoffverbindungen bewirkt werden. Die superabsorbierenden Materialien können in einer beliebigen Form vorliegen, die zur Verwendung in absorbierenden Verbundstoffen geeignet sind, und können beispielsweise in Form von Partikel, Flocken, Kügelchen und dergleichen vorliegen.
Obwohl eine breite Bandbreite an superabsorbierenden Materialien bekannt ist, betrifft die vorliegende Erfindung in einem Aspekt die geeignete Auswahl superabsorbierender Materialien, um die Herstellung verbesserter absorbierender Verbundstoffe und absorbierender Wegwerfwäscheelemente zu ermöglichen. Die vorliegende Erfindung richtet sich an ein Verfahren, um ein optimales Verhalten in einem absorbierenden Verbundstoff zu erreichen, und gründet sich auf die Entdeckung, dass superabsorbierende Materialien mit einer speziellen bimodalen Partikelgrößenverteilung unerwartete Verbesserungen hinsichtlich der kombinierten Eigenschaften der durch Kapillarwirkung hervorgerufenen Fluidverteilung und des Aufnahmeverhaltens zeigen. Genauer gesagt, die absorbierenden Verbundstoffe der vorliegenden Erfindung enthalten vorteilhafterweise ein superabsorbierendes Material mit einer bimodalen Partikelgrößenverteilung, wobei das superabsorbierende Material große Partikel mit einer Massenmittelwertpartikelgröße von ungefähr 850 bis ungefähr 1800 μm und kleine Partikel mit einer Massenmittelwertpartikelgröße von ungefähr 50 bis ungefähr 200 μm aufweist. Vorzugsweise enthält das superabsorbierende Material große Partikel mit einer Massenmittelwertpartikelgröße von ungefähr 1000 bis 16000 μm und kleine Partikel mit einer Massenmittelwertpartikelgröße von ungefähr 65 bis ungefähr 150 μm.
Eine weitere vorteilhafte Eigenschaft der vorliegenden Erfindung ist der Unterschied zwischen der Massenmittelwertpartikelgröße der großen Partikel und der Massenmittelwertpar tikelgröße der kleinen Partikel innerhalb der absorbierenden Verbundstoffe der vorliegenden Erfindung. Vorzugsweise reicht das Verhältnis der Massenmittelwertpartikelgröße der großen Partikel zu der Massenmittelwertpartikelgröße der kleinen Partikel von ungefähr 4:1 bis ungefähr 36:1. Noch bevorzugter reicht das Verhältnis der Massenmittelwertpartikelgröße der großen Partikel zu der Massenmittelwertpartikelgröße der kleinen Partikel von ungefähr 6:1 bis ungefähr 25:1.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält der absorbierende Verbundstoff ein superabsorbierendes Material mit einer bimodalen Partikelgrößenverteilung, wobei das superabsorbierende Material große Partikel mit einer Massenmittelwertpartikelgröße von weniger als ungefähr 1200 μm, und kleine Partikel mit einer Massenmittelwertpartikelgröße von weniger als ungefähr 150 μm aufweist, wobei die Differenz (d_l/s) zwischen der Massenmittelwertpartikelgröße der großen Partikel und der Massenmittelwertpartikelgröße der kleinen Partikel größer als ungefähr 500 μm ist. In einer weiteren Ausführungsform enthält der absorbierende Verbundstoff ein superabsorbierendes Material mit einer bimodalen Partikelgrößenverteilung, wobei das superabsorbierende Material große Partikel mit einer Massenmittelwertpartikelgröße von weniger als ungefähr 1100 μm und kleine Partikel mit einer Massenmittelwertpartikelgröße von weniger als ungefähr 100 μm aufweist, wobei die Differenz (d_l/5) zwischen der Massenwertpartikelgröße der großen Partikel und der Massenmittelwertpartikelgröße der kleinen Partikel größer als ungefähr 900 μm ist.
Ohne sich auf eine spezielle Theorie festlegen zu wollen, wird angenommen, dass die erfindungsgemäßen Verbundstoffe eine verbesserte Fluidverteilung aus den folgenden Gründen aufweisen. In Verbundstoffen mit hohen Anteilen an superabsorbierendem Material (d. h. mehr als 30 Gewichtsprozent) wird das von dem superabsorbierenden Material beim Anschwellen eingenommene Volumen deutlich größer als jenes, das von den Fasern eingenommen wird. Wenn zuviel Platz zwischen den Partikel und den Fasern (Hohlraum) vorhanden ist, wird die Kapillarwirkung des Verbundstoffsystems zu gering, um wirkungsvoll ein Fluid in höhere Bereiche in dem Verbundstoff zu saugen. Wenn jedoch die Packungsgröße der angeschwollenen superabsorbierenden Partikel so eingestellt werden kann, um den Anteil an Hohlraum zwischen den angeschwollenen superabsorbierenden Partikel zu minimieren, bleibt die Kapillarwirkung innerhalb des Systems bewahrt, woraus sich eine verbesserte Fluidansaugung ergibt. Überraschenderweise hat man festgestellt, dass die erfindungsgemäßen Verbundstoffe, die die verbesserte Fluidansaugung zeigen, auch eine verbesserte Fluidaufnahme aufweisen.
Somit ist es vorteilhaft, dass das superabsorbierende Material gleichförmig in dem absorbierenden Verbundstoff verteilt wird. Das superabsorbierende Material kann jedoch über den gesamten absorbierenden Verbundstoff hinweg verteilt sein oder kann innerhalb eines kleinen, lokal begrenzten Bereichs des absorbierenden Verbundstoffes verteilt sein.
Es wurden Zusammenhänge erkannt zwischen dem Anteil an Hohlraum in Mehrkomponentensystemen und dem Verhältnis der kleinsten und der größten Partikel in dem System. Aus diesen Beziehungen kann die maximale Packungsdichte der Partikel in einem Zweikomponentensystem bestimmt werden. Siehe C.C. Furnis, Industrial an Engineering Chemistry, Band 23, Nr. 9, 1052 bis 1058 (1931). Die verwendete Gleichung lautet: Φ = φ1+(l -φ1) φ1 = [(l - ν1) • ρ1 + [(l - ν1) • ρ1 + ν1 • (l - ν2) • ρ2]wobei ν₁ und ν₂ der Hohlraum in einem System aus Partikel 1 (d. h. großen Partikel) und Partikel 2 (d. h. kleinen Partikel) sind; und ρ₁ und ρ₂ sind die tatsächlichen spezifischen Gewichte der Partikel 1 (d. h. der großen Partikel) und der Partikel 2 (d. h. der kleinen Partikel). Der Wert von φ₁ repräsentiert den Grad, mit dem die erste Komponente, die großen Partikel, durch die zweite Komponente, die kleinen Partikel, gesättigt ist. Das Gewicht der großen Partikel für die dichteste Packung beträgt φ₁ und das Gewicht der kleinsten Partikel für die dichteste Packung beträgt (1 - φ₁).
Jede dieser Größen geteilt durch Φ ergibt dann den Gewichtsanteil jeder Komponente für die dichteste Packung. Das optimale Verhältnis großer Partikel zu kleinen Partikeln kann dann auf der Grundlage der maximalen Packungsdichte der Partikel bei vollständiger Sättigung berechnet werden, da bei diesem Sättigungspegel die Packungsdichte in der Struktur hauptsächlich durch das superabsorbierende Material anstatt von den Fasern bestimmt ist.
Mittels der zuvor beschriebenen Berechnung wurde bestimmt, dass die absorbierenden Verbundstoffe der vorliegenden Erfindung vorteilhafterweise ein superabsorbierendes Material enthalten, wobei das Massenverhältnis von "großen" Partikeln (die Probe der Partikel, die die größere Massenmittelwertpartikelgröße aufweisen) zu "kleinen" Partikeln (d. h. die Partikelprobe, die die kleinere Massenmittelwertpartikelgröße aufweist) von ungefähr 90:10 bis ungefähr 50:50 reicht. Vorteilhafterweise enthalten die absorbierenden Verbundstoffe der vorliegenden Erfindung superabsorbierendes Material, wobei das Massenverhältnis von "großen" Partikeln zu "kleinen" Partikeln von ungefähr 90:10 bis ungefähr 80:20 reicht. Noch günstiger enthalten die absorbierenden Verbundstoffe der vorliegenden Erfindung das superabsorbierende Material mit einem Massenverhältnis von "großen" Partikeln zu "kleinen" Partikeln von ungefähr 85:15.
Ferner enthalten die absorbierenden Verbundstoffe der vorliegenden Erfindung vorteilhafterweise die zuvor beschriebene bimodale Partikelgrößenverteilung und eine Gesamtmassenmittelwertpartikelgröße von ungefähr 60 bis ungefähr 1750 μm. Noch vorteilhafterweise enthalten die absorbierenden Verbundstoffe der vorliegenden Erfindung die zuvor beschriebene bimodale Partikelgrößenverteilung und eine Gesamtmassenmittelwertpartikelgröße von ungefähr 800 bis ungefähr 1200 μm. Noch bevorzugter enthalten die absorbierenden Verbundstoffe der vorliegenden Erfindung vorteilhafterweise die zuvor beschriebene bimodale Partikelgrößenverteilung und eine Gesamtmassenmittelwertpartikelgröße von ungefähr 900 bis ungefähr 1100 μm.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das superabsorbierende Material ein Natriumsalz mit einer kreuzverbundenen Polyacrylsäure. Zu geeigneten superabsorbierenden Materialien gehören, ohne einschränkend zu sein, Dow AFA-177-140 und Drytech 2035, die beide von Dow Chemical Company, Midland, MI, erhältlich sind, Favor-SXM-880, das von Stockhausen, Inc., Greensboro, NC, erhältlich ist, Sanwet IM-632, das von Tomen America, New York, NY, erhältlich ist, und Hysorb P-7050, das von BASF, Portsmouth, VA, erhältlich ist.
Fasrige Materialien
Vorzugsweise enthalten die absorbierenden Verbundstoffe der vorliegenden Erfindung die zuvor beschriebenen superabsorbierenden Materialien in Kombination mit einer Fasermat rix, die eine oder mehrere Arten fasrigen Materials enthält. Das fasrige Material, das die absorbierenden Verbundstoffe der vorliegenden Erfindung bildet, kann aus einer Reihe von Materialien ausgewählt werden, zu denen natürliche Fasern, synthetische Fasern und Kombinationen davon gehören. Eine Reihe geeigneter Fasertypen sind im US-Patent 5,601,542 von Kimberly-Clark Worldwide, Inc., offenbart, deren Inhalt hiermit durch Bezugnahme mit eingeschlossen ist.
Die Auswahl der Fasern hängt beispielsweise von der beabsichtigten Endanwendung des fertiggestellten absorbierenden Verbundstoffes ab. Beispielsweise können zu geeigneten fasrigen Materialien gehören, ohne einschränkend zu sein, natürliche Fasern, etwa holzfreie Fasern, mit Baumwollfasern und Baumwollabkömmlingen, Manilahanf, Kenaf, Sabaigras, Flachs, Espartogras, Stroh, Jute, Hanf, Bagasse, Milchgras, Maiskuolbenfasern und Ananasblattfasern; und holzige Fasern, etwa jene, die in Laub- und Nadelbäumen enthalten sind, einschließlich von Weichholzfasern, etwa nördliche und südliche Weichholzkraftfasern; Hartholzfasern, etwa Eucalyptus, Ahorn, Birke, Espe oder dergleichen. Holzfasern können im hoch ergiebige oder wenig ergiebige Formen hergestellt werden und können mittels beliebig bekannter Verfahren aufgeschlossen werden, und enthalten Kraft-, Sulfat-, Holzschliff-, thermomechanische Aufschließung (TMP), chemothermomechanische Aufschließung (CTMP) und gebleichtem chemothermischen Zellstoff (BCTMP). Im Schutzbereich der vorliegenden Erfindung liegen auch wieder aufbereitete Fasern. Es können beliebige zellstoffbildende Verfahren bzw. Aufschließungsverfahren und Gleichungsverfahren verwendet werden.
In gleicher Weise können regenerierte Zellulosefasern, etwa Viskose, Rayon und Kupferammoniumzelluloserayon, modifizierte Zellulosefasern, etwa Zelluloseazetat oder synthetische Fasern, wie sie aus Polyestern, Polyamiden, Polyacrylstoffen, etc. abgeleitet werden, alleine oder in Kombination miteinander verwendet werden. Chemisch behandelte natürliche Zellulosefasern können ebenso verwendet werden, etwa merzerisierte Zellstoffe, chemisch steifgemachte oder kreuzverbundene Fasern, sulphonierte Fasern und dergleichen. Zu geeigneten papiererzeugenden Fasern können auch wieder aufbereitete Fasern, neu gebildete Fasern oder Mischungen davon gehören. Verbindungen von einer oder mehreren der oben genannten Fasern können ebenso angewendet werden, falls dies gewünscht wird.
Absorbierende Verbundstoffe
Wie zuvor beschrieben ist, enthalten die absorbierenden Strukturen gemäß der vorliegenden Erfindung vorteilhafterweise ein superabsorbierendes Material und eine fasrige Matrix zur Aufnahme des superabsorbierenden Materials. Es sollte jedoch beachtet werden, dass eine beliebige Vorrichtung, die das zuvor beschriebene superabsorbierende Material aufnehmen kann, in einigen Fällen in einem absorbierenden Wegwerfwäscheelement angeordnet sein kann, zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeignet ist.
Es sind viele derartige Trägereinrichtungen dem Fachmann bekannt. Beispielsweise kann die Trägereinrichtung eine faserartige Matrix aufweisen, etwa in Form von luftstromgeformten oder nass eingelagerten Gewebe aus Zellulosefasern, einem schmelzgeblasenen Gewebe aus synthetischen Polymerfasern, einem Spinnvliesmaterial aus synthetischen Polymerfasern, einer Co-geformten Matrix mit Zellulosefasern und Fasern, die aus dem synthetischen Polymermaterial hergestellt sind, luftstromgeschichtete wärmeverschweißte Gewebe aus synthetischen Polymermaterialien, Schäume mit offenen Zellen, und dergleichen.
Die Trägereinrichtung ist vorzugsweise eine faserartige Matrix mit einer Form, etwa einem faserartigen Netzwerk, das im Wesentlichen eine Vielzahl zufällig verteilter Fasern darstellt, die optional mit einem Binder miteinander verbunden werden können. Das faserartige Material kann alternativ die Form eines Klumpens gesplitterter Holzzellstoffflusen, einer Gewebeschicht, einer Flusenschicht mit Wasserstoffverbindungen, eine gewebte Schicht, eine Vliesstoffschicht, eines Seils, oder einer mechanisch erweichten Zellstoffschicht annehmen. Beliebige papiererzeugende Fasern, wie sie zuvor definiert sind, oder Mischungen davon können ebenso angewendet werden, um die faserartige Matrix zu bilden.
Die absorbierenden Verbundstoffe der vorliegenden Erfindung können aus einer einzelnen Schicht absorbierenden Materials oder mehreren Schichten absorbierenden Materials hergestellt werden. Im Falle von mehreren Schichten müssen die Schichten nebeneinander oder Oberfläche-an-Oberfläche angeordnet werden und die Schichten können insgesamt oder teilweise mit benachbarten Schichten verbunden sein. Wenn die absorbierenden Verbundstoffe mehrere Schichten aufweisen, kann die gesamte Dicke des absorbierenden Verbundstoffes ein oder mehrere superabsorbierende Materialien aufweisen oder es kann jede einzelne Schicht separat ein oder mehrere oder kein superabsorbierendes Material aufweisen.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält der absorbierende Verbundstoff superabsorbierendes Material und faserartiges Material, wobei der relative Anteil des superabsorbierenden Materials und des faserartigen Materials, die zur Herstellung des absorbierenden Verbundstoffs dienen, unterschiedlich sein kann in Abhängigkeit von den gewünschten Eigenschaften des resultierenden Produkts und der Anwendung des resultierenden Produkts. Vorzugsweise reicht der Anteil des superabsorbierenden Materials in dem absorbierenden Verbundstoff von ungefähr 20 Gewichtsprozent bis ungefähr 100 Gewichtsprozent und der Anteil des faserartigen Materials reicht von ungefähr 80 Gewichtsprozent bis ungefähr Null Gewichtsprozent bezogen auf das Gesamtgewicht des absorbierenden Verbundstoffs. Noch vorteilhafter liegt der Anteil des superabsorbierenden Materials in dem absorbierenden Verbundstoff zwischen ungefähr 30 Gewichtsprozent bis ungefähr 90 Gewichtsprozent und der Anteil des faserartigen Materials zwischen ungefähr 70 Gewichtsprozent bis ungefähr 10 Gewichtsprozent bezogen auf das Gesamtgewicht des absorbierenden Verbundstoffs. Noch vorteilhafterweise reicht der Anteil des superabsorbierenden Materials in dem absorbierenden Verbundstoff von ungefähr 40 Gewichtsprozent bis ungefähr 80 Gewichtsprozent und der Anteil des faserartigen Materials reicht von ungefähr 60 Gewichtsprozent bis ungefähr 20 Gewichtsprozent bezogen auf das Gesamtgewicht des absorbierenden Verbundstoffs.
In einer weiteren Ausführungsform kann das Basisgewicht des zur Herstellung der absorbierenden Verbundstoffe der vorliegenden Erfindung verwendeten superabsorbierenden Materials in Abhängigkeit von den gewünschten Eigenschaften, etwa der gesamten zusammengesetzten Dicke und dem Basisgewicht in dem resultierenden Produkt und der Anwendung des resultierenden Produkts variieren. Beispielsweise können absorbierende Verbundstoffe für die Anwendung in Säuglingswindeln ein geringeres Basisgewicht und eine Dicke im Vergleich zu einem absorbierenden Verbundstoff für ein Inkontinenzprodukt aufweisen. Vorzugsweise ist das Basisgewicht des superabsorbierenden Materials in dem absorbierenden Verbundstoff größer als ungefähr 80g/m² (gsm). Noch vorteilhafterweise ist das Basisgewicht des superabsorbierenden Materials in dem absorbierenden Verbundstoff im Bereich von ungefähr 80 gsm bis ungefähr 800 gsm. Noch bevorzugter liegt das Basisgewicht des superabsorbierenden Materials in dem absorbierenden Verbundstoff zwischen ungefähr 120 gsm bis ungefähr 700 gsm. Noch vorteilhafter reicht das Basisgewicht des superabsorbierenden Materials in dem absorbierenden Verbundstoff von ungefähr 150 gsm bis ungefähr 600 gsm.
Verfahren zur Herstellung des absorbierenden Verbundstoffs
Die absorbierenden Verbundstoffe der vorliegenden Erfindung können durch einen beliebigen dem Fachmann bekannten Prozess hergestellt werden. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Verfahren zur Herstellung des absorbierenden Verbundstoffs das Kombinieren des superabsorbierenden Materials, das superabsorbierende Partikel enthält, mit einem Substrat umfassen. Die superabsorbierenden Partikel mit einer bimodalen Partikelgrößenverteilung mit großen Partikel mit einer Massenmittelwertpartikelgröße von ungefähr 850 bis ungefähr 1800 μm und kleinen Partikel mit einer Massenmittelwertpartikelgröße von ungefähr 50 bis ungefähr 200 μm. Vorzugsweise besitzen die großen Partikel eine Massenmittelwertgröße von ungefähr 1000 bis ungefähr 1600 μm und die kleinen Partikel besitzen eine Massenmittelwertgröße von ungefähr 65 bis ungefähr 150 μm.
Alternativ kann das Verfahren das Kombinieren des superabsorbierenden Materials mit einem Substrat umfassen, wobei der Verbundstoff eine Aufnahmezeit bei einer dritten Benetzung mit einer Flüssigkeit von weniger als ungefähr 100 Sekunden und eine Aufnahmezeit für ein drittes unterbrochenes vertikales Ansaugen von weniger als ungefähr 600 Sekunden aufweist. Das superabsorbierende Material ist gleichförmig in dem Verbundstoff verteilt.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein superabsorbierendes Material mit superabsorbierenden Partikel in einem bestehenden Substrat eingebaut. Vorzugsweise enthält das Substrat fasriges Material. Zu geeigneten fasrigen Substraten gehören, ohne einschränkend zu sein, Vliesstoffe und gewebte Stoffe. In vielen Ausführungsformen, insbesondere in persönlichen Pflegeprodukten, sind bevorzugte Substrate Vliesstoffe. Im hierin verwendeten Sinne bezeichnet der Begriff "Vliesstoff' einen Stoff, der eine Struktur einzelner Fasern oder Filamente besitzt, die zufällig in einer matten-artigen Weise angeordnet sind. Vliesstoffe können durch eine Vielzahl von Prozessen hergestellt werden, zu denen gehören, ohne einschränkend zu sein, Luftstromschichtungsprozesse, Nassschichtungsprozesse, Hydrovermischungsprozesse, Heftfaserkardierungs- und Bondierungsprozesse und Lösungsspinnprozesse. Das superabsorbierende Material kann in das fasrige Substrat als ein festes körniges Material eingebaut werden. Die superabsorbierenden Materialien können in einer beliebigen Form vorliegen, die zur Verwendung in absorbierenden Verbundstoffen geeignet ist, etwa in Form von Partikel, Flocken, Kügelchen und dergleichen.
In einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden das faserartige Material und das superabsorbierende Material mit den superabsorbierenden Partikel gleichzeitig gemischt, um einen absorbierenden Verbundstoff zu bilden. Vorzugsweise werden die Verbundstoffmaterialien mittels eines luftstrombildenden Prozesses, der dem Fachmann bekannt ist, gemischt. Luftstrombildender Prozess zur Mischung der Fasern und des superabsorbierenden Materials soll die Situation kennzeichnen, in der vorgeformte Fasern und das superabsorbierende Material im Luftstrom geschichtet werden, sowie die Situation, in der das superabsorbierende Material mit den Fasern gemischt wird, wenn die Fasern hergestellt werden, etwa durch einen Schmelzblasprozess.
Z. B. soll die folgende Beschreibung in anschaulicher Weise einen Luftstromherstellungsprozess beschreiben, der zur Bildung von Verbundstoffen der vorliegenden Erfindung angewendet werden, wobei dies nicht als Einschränkung gedacht ist. Es können diverse Prozesskomponenten angewendet werden, um die erfindungsgemäßen absorbierenden Verbundstoffe herzustellen. Dazu gehören zunächst ein Verfahren, um Zelluloseschichten in gefaserte Flusen umzuwandeln. Diese gefaserten Flusenfasern werden mittels Luft in eine formgebende Kammer transportiert. Anschließend wird ein Verfahren zum Hinzufügen von superabsorbierenden Partikel angewendet, um superabsorbierende Partikel zu der formgebenden Kammer zu dosieren und zu transportieren. Es hat sich mehr als eine Zufuhrvorrichtung für superabsorbierende Stoffe als geeignet bei der Steuerung der einzelnen Anteile superabsorbierender Partikel unterschiedlicher Arten in der formgebenden Kammer erwiesen. Die formgebende Kammer bewirkt, dass die Flusenfasern und die absorbierenden Partikel miteinander gemischt werden. Ein bewegtes formgebendes Sieb ist an der Unterseite der Formgebungskammer angeordnet. Dieses Sieb ist luftdurchlässig und ist typischerweise mit einer Vakuumquelle verbunden. Durch das Vakuum wird Luft aus der Formgebungskammer abgeführt und führt dazu, dass die Flusenfasern und die absorbierenden Partikel auf dem formgebenden Sieb abgelagert werden, um ein Verbundstoffgewebe zu bilden. Ein Papiertuch kann auf das formgebende Sieb abgewickelt werden, so dass die Fasern und die Partikel auf das Papiertuch geschichtet werden, um damit den Transport zu unterstüt zen. Die Geschwindigkeit der Zellstoffschichten, der Zufuhreinrichtungen für das superabsorbierende Material und des formgebenden Siebes können jeweils unabhängig voneinander eingestellt werden, um die Zusammensetzung und das Basisgewicht des resultierenden Verbundstoffes zu steuern. Im Anschluss an die Herstellung des Verbundstoffgewebes auf dem formgebenden Draht kann eine Walze verwendet werden, um den Verbundstoff auf einen gewünschten Betrag zu komprimieren. Am Ende des formgebenden Siebes wird das Verbundstoffgewebe in eine kontinuierliche Rolle aufgewickelt.
Eigenschaften der absorbierenden Verbundstoffe
Die absorbierenden Verbundstoffe der vorliegenden Erfindung besitzen eine verbesserte durch Kapillarwirkung hervorgerufene Fluidverteilung sowie eine verbesserte Fluidaufnahme während der Lebensdauer des Verbundstoffes im Vergleich zu bekannten absorbierenden Verbundstoffen. Ein Verfahren zum Messen durch Kapillarwirkung hervorgerufener Fluidverteilung eines absorbierenden Verbundstoffes besteht im Test für die unterbrochene vertikale Saugwirkung (IVW). Dieser Test misst die Rate des Ansaugens eines Materials oder eines Verbundstoffes während einer Reihe von Kontakten mit Flüssigkeiten.
Der IVW-Test besteht aus dem in Kontakt bringen eines unteren Randes eines vertikal aufgehängten absorbierenden Verbundstoffes mit einer Lösung und dieser Test wird im Weiteren detailliert beschrieben. Das aus dem IVW-Test erhaltene Fluidverteilungsprofil kann dann hinsichtlich der Flüssigkeitssättigung des Verbundstoffes bei unterschiedlichen Entfernungen von dem unteren Rand des Verbundstoffes analysiert werden. Vorzugsweise zeigen die absorbierenden Verbundstoffe der vorliegenden Erfindung eine Flüssigkeitssättigung bei 3 bis 3.5 inch Abstand von dem unteren Rand des Verbundstoffes, was gleich mindestens 65% der Flüssigkeitssättigung bei 0 bis 0.5 inch von dem unteren Rand des Verbundstoffes entspricht. Noch bevorzugter ist die Flüssigkeitssättigung bei 4 bis 4.5 inch von dem unteren Rand des absorbierenden Verbundstoffes gleich mindestens 50% der Flüssigkeitssättigung bei 0 bis 0.5 Inch Abstand von dem unteren Rand des Verbundstoffes und noch vorteilhafter ist die Flüssigkeitssättigung bei 4.5 bis 5.0 inch Abstand von dem unteren Rand des Verbundstoffes gleich mindestens 35% der Flüssigkeitssättigung bei 0 bis 0.5 inch Abstand von dem unteren Rand des absorbierenden Verbundstoffes.
Ferner ist es vorteilhaft, dass die absorbierenden Verbundstoffe der vorliegenden Erfindung eine dritte Aufnahmezeit beim unterbrochenen vertikalen Ansaugen von weniger als ungefähr 600 Sekunden aufweisen. Noch vorteilhafterweise zeigen die absorbierenden Verbundstoffe eine dritte Aufnahmezeit beim unterbrochenen vertikalen Ansaugen von weniger als ungefähr 300 Sekunden.
Ein Verfahren zum Messen der Fluidaufnahme eines absorbierenden Verbundstoffes ist der Fluidaufnahmebewertungs- (FIE) Test, der nachfolgend detaillierter beschrieben ist. In diesem Test wird das Aufnahmevermögen eines Materials oder eines Verbundstoffes gemessen, wenn mehrere Flüssigkeitsbenetzungen vorliegen.
Vorteilhafterweise besitzt ein absorbierender Verbundstoff der vorliegenden Erfindung eine dritte Aufnahmezeit bei Flüssigkeitsbenetzung von weniger als ungefähr 100 Sekunden und noch vorteilhafter von weniger als ungefähr 85 Sekunden und noch besser von weniger als ungefähr 60 Sekunden.
Eine weitere einzigartige Eigenschaft der absorbierende Verbundstoffe der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die absorbierenden Partikel, die in dem Verbundstoff enthalten sind, unterschiedliche Anschwellzeiten auf Grund der unterschiedlichen Größen der Partikel aufweisen. Die Anschwellzeit ist definiert als die Zeitdauer, die die superabsorbierenden Partikel benötigen, um 60% ihres Flüssigkeitsaufnahmevermögens zu erreichen und dies kann unter Anwendung des Abschmutzungs-FAUZL-Tests, der detailliert nachfolgend beschrieben wird, bestimmt werden. Vorzugsweise liegt die Anschwellzeit der in dem erfindungsgemäßen absorbierenden Verbundstoff angewendeten kleinen Partikel in einem Bereich von ungefähr 15 Sekunden bis ungefähr 35 Sekunden und die Anschwellzeit der großen Partikel liegt im Bereich von ungefähr 300 Sekunden bis ungefähr 700 Sekunden. Noch bevorzugter reicht die Anschwellzeit der kleinen Partikel von ungefähr 20 Sekunden bis ungefähr 30 Sekunden und die Anschwellzeit der großen Partikel reicht von ungefähr 400 Sekunden bis ungefähr 600 Sekunden. Ferner ist es vorteilhaft, dass die Anschwellzeit der kleinen Partikel ungefähr 20 mal kürzer als die Anschwellzeit der großen Partikel ist.
Verfahren zur Anwendung der absorbierenden Strukturen
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein absorbierendes Wegwerfprodukt bereitgestellt, das eine flüssigkeitsdurchlässige Oberschicht, eine an der Oberschicht angebrachte Rückseitenschicht und einen absorbierenden Verbundstoff der vorliegenden Erfindung aufweist, der zwischen der Oberschicht und der Rückseitenschicht angeordnet ist. Der Fachmann kennt Materialien, die zur Verwendung als Oberseitenschicht und Rückseitenschicht geeignet sind. Beispielhafte Materialien, die zur Verwendung als eine Oberseitenschicht geeignet sind, sind flüssigkeitsdurchlässige Materialien, etwa Spinnvliespolypropylen oder Polyethylen mit einem Basisgewicht von ungefähr 15 bis ungefähr 25 g/m². Beispielhafte Materialien, die zur Anwendung als eine Rückseitenschicht geeignet sind, sind flüssigkeitsundurchlässige Materialien, etwa Polyolyfinfilme, sowie dampfdurchlässige Materialien, etwa mikroporöse Polyolyfinfilme.
Absorbierende Wegwerfartikel sind entsprechend allen Aspekten der vorliegenden Erfindung im Wesentlichen während der Anwendung mehreren Benetzungen mit Körperflüssigkeiten ausgesetzt. Folglich sind die absorbierenden Wegwerfprodukte vorteilhaftennreise in der Lage, mehrere Benetzungen mit Körperflüssigkeiten in solchen Mengen zu absorbieren, denen die absorbierenden Produkte und Strukturen während der Anwendung ausgesetzt sind. Die einzelnen Benetzungen sind im Wesentlichen zeitlich voneinander getrennt. Die absorbierenden Produkte der vorliegenden Erfindung sollten in einer Menge vorliegen, die wirksam ist, um eine superabsorbierende Komposition zu bilden, die zur Absorption einer gewünschten Menge an Flüssigkeit in wirksamer Weise führt.
Die absorbierenden Verbundstoffe gemäß der vorliegenden Erfindung sind geeignet, um viele Flüssigkeiten zu absorbieren, etwa Körperflüssigkeiten, wie Urin, Menstruationsflüssigkeit und Blut und sind insbesondere zur Anwendung in absorbierenden Wegwerfprodukten geeignet, etwa in Wegwerfprodukten für die persönliche Pflege mit, ohne einschränkend zu sein, absorbierenden Wäscheelementen, etwa Windeln, Inkontinenzprodukte, Bettauflagen und dergleichen; Einrichtungen, die den weiblichen Zyklus betreffen, etwa Damenbinden, Slipeinlagen, Tampons und dergleichen; Produkte für die persönliche Gesundheit, etwa Wundauflagen und Versorgungssysteme; sowie Wischtücher, Lätzchen, Nahrungsmittelverpackungen und dergleichen. Daher betrifft in einem weiteren Aspekt die vorliegende Erfindung ein absorbierendes Wäscheelement mit einem absorbierenden Verbundstoff, wie er zuvor beschrieben ist. Dem Fachmann sind eine Fülle von absorbierenden Wäscheelementen bekannt. Die absorbierenden Verbundstoffe der vorliegenden Erfindung können in derartige bekannte absorbierende Wäscheelemente integriert werden. Beispielhafte absorbierende Wäscheelemente sind im Allgemeinen beschrieben in dem US-Patent 4,710,187, erteilt am 1. Dezember 1987, Boland et al.; im US-Patent 4,7762,521, erteilt am 9. August 1988 Roessler et al.; im US-Patent 4,770,656, erteilt am 13. September 1988, Proxmire et al., im US-Patent 4,798,603, erteilt am 17. Januar 1989, Meyer et al.; die hiermit durch Bezugnahme mit eingeschlossen sind.
Allgemein gilt, die absorbierenden Wegwerfwäscheelemente gemäß der vorliegenden Erfindung umfassen eine körperseitige Beschichtung, die so ausgebildet ist, um die Haut eines Trägers zu berühren, eine äußere Abdeckung, die der Beschichtung in zugewandter Weise überlagert ist und einen absorbierenden Verbundstoff, etwa wie sie zuvor beschrieben sind, die der äußeren Abdeckung überlagert und zwischen der körperseitigen Beschichtung und der äußeren Abdeckung angeordnet sind.
TESTVERFAHREN
Zum Testen von superabsorbierenden Materialien:
Die Verfahren zum Bestimmen der Partikelgrößenverteilung und der Massenmittelwertpartikelgröße einer gegebenen Probe eines superabsorbierenden Materials werden nunmehr im Weiteren beschrieben. Ferner wird im Folgenden das Verfahren zum Bestimmen der Anschwellzeit und des Geleinbettungshohlraumes von superabsorbierenden Partikel beschrieben.
Testverfahren für die Partikelgrößenverteilung (PSD)
Das PSD-Testverfahren, das in der vorliegenden Erfindung angewendet wird, bestimmt die Partikelgrößenverteilung eines superabsorbierenden Materials mittels einer Siebgrößenanalyse. Ein Stapel von Sieben wird verwendet, um die Partikelgrößenverteilung einer gegebenen Probe zu bestimmen. Somit wird beispielsweise in Prinzip ein Partikel, das auf einem Sieb mit Öffnungen von 710 μm zurückgehalten wird, als ein Partikel mit einer Größe von mehr als 710 μm betrachtet. Ein Partikel, das durch ein Sieb mit Öffnungen von 710 μm hindurchgeht und auf einem Sieb mit Öffnungen von 500 μm zurückgehalten wird, wird als ein Partikel mit einer Größe zwischen 500 und 710 μm betrachtet. Ferner wird ein Partikel, das durch ein Sieb mit Öffnungen von 500 μm hindurchgeht, als ein Partikel mit einer Größe von weniger als 500 μm betrachtet.
Die Siebe werden in der Reihenfolge der Größe der Öffnungen angeordnet, wobei die größten Öffnungen auf der Oberseite des Stapels und die kleinsten Öffnungen an der Unterseite des Stapels vorgesehen sind. Eine 25 g Probe mit superabsorbierenden Partikel wird auf dem Sieb mit den größten Öffnungen angeordnet. Der Siebstapel wird 10 Minuten lang mit einem Ro-Tap-mechanischen Siebschüttler, Model B, der von W. S. Tyler, Mentor, Ohio, erhältlich ist, oder mit einem ähnlichen Schüttelgerät geschüttelt. Nach dem das Schütteln beendet ist, werden die superabsorbierenden Partikel, die auf jedem Sieb zurückgehalten werden, entfernt und deren Gewicht gemessen und aufgezeichnet. Der Anteil an Partikel, die auf jedem Sieb zurückgehalten werden, wird durch Teilen des Gewichts der Partikel, die auf jedem Sieb zurückgehalten werden, durch das anfänglichen Probengewicht berechnet.
Testverfahren für die Massenmittelwertpartikelgröße
Im hierin verwendeten Sinne ist der Begriff "Massenmittelwertpartikelgröße" einer gegebenen Probe aus superabsorbierenden Partikeln als die Partikelgröße definiert, die die Probe in Bezug auf die Masse halbiert, d. h. die Hälfte der Probe in Bezug auf das Gewicht besitzt eine Partikelgröße, die größer als die Massenmittelwertpartikelgröße ist und die Hälfte der Probe in Bezug auf die Masse besitzt eine Partikelgröße, die kleiner als die Massenmittelwertpartikelgröße ist. So ist beispielsweise die Massenmittelwertpartikelgröße einer Probe aus superabsorbierenden Partikeln 500 μm, wenn die Hälfte der Probe in Bezug auf das Gewicht auf einem Sieb mit Öffnungen von 500 μm zurückgehalten wird.
Abschmutzungs-FAUZL (geflutete Absorptionsfähigkeit ohne Belastung) Test Die Masse eines Behälters für das Absorptionsvermögen unter Last (AUL) und eines Kolbens wird gewogen und als "Me" aufgezeichnet. Der AUL-Behälter ist aus einer thermoplastischen Röhre mit einem Innendurchmesser von 1" hergestellt, die so ausgearbeitet ist, um Konzentrizität zu erreichen. Der AUL-Behälter besitzt ein Gitter mit 400 Öffnungen aus rostfreiem Strahl, das an der Unterseite des Behälters mittels eines Klebstoffes angebracht ist. Alternativ kann das Gitter an der Unterseite des Kolbens durch Wärme festgeschweißt sein, indem das Drahtgitter in einer Flamme bis zur Rotglut erhitzt wird, woraufhin der AUL-Behälter auf das Gitter gepresst wird, bis dieses abgekühlt ist. Es kann ein Lötkolben verwendet werden, um eine Dichtigkeit zu erreichen, wenn dies nicht erfolgreich ist, oder wenn es dabei kaputtgeht. Es muss jedoch beachtet werden, eine flache, glatte Unterseite beizubehalten und das Innere des AUL-Behälters nicht zu verformen. Der Kolben ist aus einem festen Material (z. B. Plexiglas) mit einem Durchmesser von 1" hergestellt und ist so bearbeitet, dass er ohne Biegen des AUL-Behälters exakt passt. Vor dem Anordnen des superabsorbierenden Materials auf dem Gitter des AUL-Behälters wird das superabsorbierende Material auf die geeignete Größe für das Testen gesiebt.
Ungefähr 0.160 g superabsorbierender Material werden in dem AUL-Behälter angeordnet, wobei das superabsorbierende Material gleichmäßig über die Unterseite des Behälters verteilt wird. Ein Kolben mit einem Gewicht von 4.0 g wird auf dem trocknen superabsorbierenden Material angeordnet, wodurch ein Druck von ungefähr 0.01 psi ausgeübt wird. Die Masse des AUL-Behälters, des Kolbens und des trocknen superabsorbierenden Materials wird gewogen und als "Mo" aufgezeichnet. Es wird eine Kochsalzlösung mit 0.9 Gewichtsprozent in eine Petrischale (mit mindestens 2 inch Durchmesser) bis zu einer Höhe von ungefähr 0.5 cm eingefüllt. Ein Plastikgitter mit ungefähr 16 Öffnungen pro Quadratinch wird an der Unterseite der Petrischale angeordnet.
Der AUL-Behälter wird in die Kochsalzlösung 15 Sekunden lang eingetaucht, so dass die Kochsalzlösung in dem superabsorbierenden Material aufgenommen werden kann. Die Unterseite des AUL-Behälters wird rasch auf ein Papiertuch aufgebracht, um Flüssigkeit in dem Gitter oder in den Zwischenräumen zwischen den superabsorbierenden Partikel zu entfernen. Die Zeitdauer von dem Entfernen des AUL-Behälters aus der Kochsalzlösung bis zum Aufbringen auf das Papiertuch sollte 3 Sekunden oder weniger betragen. Der Behälter wird auf trockene Bereiche des Papiertuches gebracht, bis keine Flüssigkeit mehr sichtbar von dem Behälter zu dem Tuch übertragen wird. Anschließend werden der AUL-Behälter, der Kolben und das superabsorbierende Material gewogen und die Masse wird als "Mt" aufgezeichnet. Die Gesamtzeit für das Entfernen der Flüssigkeit von den Zwischenräumen, für das Wiegen des AUL-Behälters und das Anordnen des AUL-Behälters wieder in der Kochsalzlösung sollte weniger als ungefähr 30 Sekunden betragen. Der AUL-Behälter wird rasch in der Kochsalzlösung für weitere 15 Sekunden angeordnet, so dass das superab sorbierende Material Kochsalzlösung aufnehmen kann. Wiederum wird die Unterseite des Behälters getrocknet und es wird Mt bestimmt. Mt wird für die folgenden kumulativen Einwirkungszeiten ermittelt, wobei die "Einwirkungszeit" als die Zeit definiert ist, in der das superabsorbierende Material in der Flüssigkeit eingetaucht ist: 0.25, 0.5, 0.75, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5, 3.0, 4.0, 5.0, 10, 20, 40 und 60 Minuten. Der gesamte Test wird drei mal für jedes zu untersuchende superabsorbierende Material ausgeführt und es wird die mittlere Aufnahme für die drei Wiederholungen für jede Einwirkungszeit bestimmt.
Datenanalyse:
Die Menge an Kochsalzlösung, die während jeder Einwirkungszeit aufgenommen wurde, wird durch die folgende Gleichung bestimmt:
g Kochsalzlösung/g superabsorbierendes Material = (Mt – Mo)/(Mo – Me)
Der g/g-Aufnahmewert bei 60 Minuten kumulativer Einwirkungszeit wird bestimmt und als g/g(e) aufgezeichnet. Die charakteristische Zeit für das Erreichen von 60% des 60 Minuten g/g-Aufnahmewertes wird durch die folgende Gleichung bestimmt:
charakteristische Aufnahmewert = 0.6 × g/g(e)
Eine Tabelle, die die Einwirkungszeit und den Aufnahmewert darstellt, wird verwendet, um die charakteristische Zeit zur Aufnahme von 60% des 60 Minuten Aufnahmewertes zu interpolieren.
Experimenteller Ablauf für den Geleinbettungshohlraum
Das Zentrifugenrückhaltevermögen (CRC) der superabsorbierenden Partikel wird gemessen, um die volle Sättigungskapazität der Gelpartikel zu ermitteln. 2.0 g der trocknen superabsorbierenden Partikel werden dann gemessen. Es wird eine Menge gleich (2.0 × CRC) Gramm der Kochsalzlösung mit 0.9 Gewichtsprozent in einem 200 ml Becher abgemessen. Die 2.0 g der trocknen superabsorbierenden Partikel werden der 0.9 %igen Koch salzlösung hinzugefügt und 10 Sekunden lang umgerührt, so dass keine Verklumpung der Partikel auftritt. Der Becher wird dann mit Paraffin oder einer anderen geeigneten Abdeckung abgedeckt und das superabsorbierende Material kann dann ungestört mindestens 2 Stunden lang anschwellen, so dass der Anschwellvorgang seinen Gleichgewichtszustand erreichen kann. Nachdem das Anschwellen das superabsorbierenden Materials den Gleichgewichtszustand erreicht hat, wird die durchschnittliche Anschwellhöhe in dem Becher markiert, indem eine Acrylplatte mit geringem Gewicht (< 0.02 psi) auf der angeschwollenen Gelpackung angeordnet wird und die Höhe der Unterseite der Platte an der Seite des Bechers markiert wird. Der Inhalt des Bechers wird dann ausgeschüttet. Nachdem dann der Becher gewogen wurde, wird dieser mit Wasser bis zu der Marke aufgefüllt, die die Höhe der angeschwollenen Gelpackung bzw. der Geleinbettung kennzeichnet. Der Becher wird gewogen, um das Gesamtvolumen der angeschwollenen Gelpackung zu ermitteln, wobei die folgende Formel verwendet wird: Volumen = Gewicht (Gramm) / 1.0 gm/cc. Die Hohlräume bzw. das Hohlraumvolumen wird dann bestimmt, indem das Volumen, das durch die Kochsalzlösung und das Gel hervorgerufen wird, mittels der Formel subtrahiert wird: Hohlräume = Wasservolumen – [((2.0 × CRC) / (spezifisches Gewicht der Kochsalzlösung mit 0.9 Gewichtsprozent)) + (2.0 gm des superabsorbierenden Materials/1.5 gm/cc)].
Zum Testen der absorbierenden Verbundstoffe:
Die Testverfahren zum Bestimmen der Sättigungskapazität (SC), der unterbrochenen vertikalen Ansagung (IVW) und der Fluidaufnahmebewertung (FIE) eines gegebenen absorbierenden Verbundstoffes werden nachfolgend beschrieben.
Sättigungskapazitäts-(SC) Test
Ein Verbundstoff aus superabsorbierendem Material und Flusen oder Flusen alleine werden durch Luftstrom auf einem Gewebe bis zu einem gewünschten Basisgewicht und Dichte hergestellt. Verbundstoffproben werden in einer gewünschten Größe abgeschnitten, in diesem Falle werden die Verbundstoffproben auf 3.5 inch (8.89 cm) × 10 inch (25.40 cm) Rechtecke geschnitten. Es wird dann das Gewicht jeder Verbundstoffprobe gemessen und aufgezeichnet. Dies ist das Trockengewicht des Verbundstoffes. Die Verbundstoffproben werden dann in einem Bad mit einer NaCI-Lösung mit 0.9 Gewichtsprozent 20 Minuten lang eingetaucht. Nach 20 Minuten des Eintauchens werden die Verbundstoffproben 5 Minuten lang unter 0.5 psi (14 inch H₂O) Vakuumdruck gehalten. Die Verbundstoffproben werden dann erneut gewogen. Dies ist das Verbundstoffnassgewicht. Die Kapazität bzw. das Vermögen jeder Verbundstoffprobe wird berechnet, indem das Verbundstofftrockengewicht von dem Verbundstoffnassgewicht für jede Probe abgezogen wird.
Test für die unterbrochene vertikale Ansaugung (IWI}
Der Test für die unterbrochene vertikale Ansaugung (IVW) misst die Rate des Ansaugens bzw. die Rate der Dochtwirkung und des Fluidverteilungsprofils eines Materials oder eines Verbundstoffes während einer Reihe von Flüssigkeitskontakten. Der Test besteht aus drei separaten Kontakten zwischen einem unteren Rand einer vertikal aufgehängten absorbierenden Verbundstoffprobe und einer Kochsalzlösung. Jeder einzelne Kontakt bzw. Benetzung oder Flüssigkeitseintrag in den Verbundstoff repräsentiert 15% der Sättigungskapazität des absorbierenden Verbundstoffes, wie dies in dem zuvor beschriebenen SC-Test gemessen wird. Jede separate Flüssigkeitsbenetzung in dem IVW-Test ist gleich (0.15) × (m_total), so dass der Verbundstoff ein gewünschtes Maß an Absorptionskapazität während jeder Benetzung aufweist. Die absorbierende Verbundstoffprobe kann Flüssigkeit ansaugen, wie dies im Weiteren beschrieben ist.
Ein Verbundstoff aus superabsorbierendem Material und Flusen wird durch Luftstrom auf einem Gewebe bis zu einem gewünschten Basisgewicht und einer gewünschten Dichte gebildet. Es werden dann Verbundstoffproben auf eine gewünschte Größe geschnitten, in diesem Falle werden die Verbundstoffproben auf 3.5 inch (8.89 cm) × 10 inch (25.40 cm) Rechtecke geschnitten. Die Sättigungskapazität der Probe (m_total) wird in der oben beschriebenen Weise bestimmt. Es wird ein Betrag gleich (0.15) × (m_total) berechnet.
Eine separate Probe wird vertikal so aufgehängt, dass die lange Abmessung der Probe in der vertikalen Richtung orientiert ist. Die aufgehängte Probe wird an einem Dehnungsmessgerät angebracht. Die Probe wird dann in einen Behälter abgesenkt, der eine 0.9%ige NaCI-Lösung enthält. Der Anteil der Probe, der mit der Lösung in Kontakt ist, sollte ¼ inch oder weniger betragen. Der Betrag der Flüssigkeitsaufnahme wird als eine Funktion der Zeit gemessen und hält an bis 15% der Sättigungskapazität des absorbierenden Verbundstoffes [(0.15) × (m_total)] auf dem Dehnungsmessgerät abgelesen werden. Die Probe wird dann aus der NaCI-Lösung entfernt, wird jedoch in einer vertikalen Anordnung gehalten.
Nach einer Dauer von 30 Minuten wird die Probe erneut in die 0.9%ige NaCI-Lösung abgesenkt. Der Betrag der Flüssigkeitsaufnahme wird dann als eine Funktion der Zeit gemessen und dauert an bis 15% der Sättigungskapazität des absorbierenden Verbundstoffes [(0.15) × (m_total)] auf dem Dehnungsmessgerät angezeigt werden. Die Probe wird dann aus der NaCI-Lösung entfernt, wird jedoch in einer vertikalen Anordnung gehalten.
Nach einer Dauer von 30 Minuten wird die Probe ein drittes mal in die 0.9%ige NaCI-Lösung abgesenkt. Der Betrag der Flüssigkeitsaufnahme wird als eine Funktion der Zeit gemessen und wird fortgesetzt, bis 15% der Sättigungskapazität des absorbierenden Verbundstoffes [(0.15) × (m_total)] auf dem Dehnungsinstrument abgelesen werden. Die Probe wird dann aus der NaCI-Lösung entfernt, wird jedoch in einer vertikalen Anordnung gehalten.
Die Probe wird dann Testverfahren unterzogen, um das Fluidverteilungsprofil der Probe zu bestimmen. Es kann ein beliebiges Testverfahren angewendet werden, um das Fluidverteilungsprofil der Probe zu bestimmen. Ein bekanntes Verfahren besteht darin, den absorbierenden Verbundstoff in Streifen mit einer Breite von ½ inch (1.27 cm) zu schneiden und die Streifen zu wiegen, um die Menge an Flüssigkeit innerhalb eines entsprechenden Streifens zu bestimmen. In der obigen Probe werden 20 Streifen mit einer Breite von ½ inch (1.27 cm) und einer Länge von 3.5 inch (8.89 cm) aus jeder Verbundstoffprobe hergestellt. Es wird ein Fluidverteilungsprofil bestimmt, indem jeder Streifen gewogen wird, um die Flüssigkeitsmenge in jedem Streifen zu bestimmen. Die Flüssigkeitsmenge für jeden Streifen wird durch die folgende Gleichung bestimmt: Flüssigkeitsmenge pro Streifen = Nassgewicht des Streifens – (Trockengewicht der gesamten Probe/20).
Die IVW-Prozedur wird mit zwei oder mehreren Verbundstoffproben, die aus dem gleichen Verbundstoffmaterial herausgeschnitten sind, wiederholt. Es wird eine durchschnittliche Aufnahmezeit für die drei ersten Flüssigkeitsaufnahmen, die drei zweiten Flüssigkeitsaufnahmen und die drei dritten Flüssigkeitsaufnahmen bestimmt. Ferner wird die mittlere Menge an Flüssigkeit in jedem 0.5 inch Segment der drei Verbundstoffproben in der oben beschriebenen Weise bestimmt.
Fluidaufnahmebewertungs-(FIE) Test
Der Fluidaufnahmebewertungs-(FIE) Test misst das Aufnahmevermögen eines Materials oder eines Verbundstoffes. Der Test besteht darin, einen absorbierenden Verbundstoff drei Flüssigkeitsbenetzungen zu unterwerfen, wobei jede Flüssigkeitsbenetzung bzw. jeder Flüssigkeitseintrag 30% des Sättigungskapazität des Verbundstoffes repräsentiert, wie sie in dem zuvor beschriebenen SC-Test bestimmt wird. Die drei Flüssigkeitsbenetzungen liegen jeweils 15 Minuten auseinander.
Es wird ein Verbundstoff aus superabsorbierendem Material und Flusen durch Luftstrom auf einem Gewebe bis zu einem gewünschten Basisgewicht und einer gewünschten Dichte gebildet. Es wird eine Verbundstoffprobe auf eine gewünschte Größe geschnitten, in diesem Falle wird die Verbundstoffprobe zu einem 3.5 inch (8.89 cm) × 5 inch (12.70 cm) Rechteck geschnitten. Die Sättigungskapazität der Probe (m_total) wird in der oben beschriebenen Weise bestimmt. Es wird ein Betrag gleich (0.30) × (m_total) berechnet.
Ein Flüssigkeitszugabeinstrument 10, wie es in 2 gezeigt ist, wird auf einer separaten Verbundstoffprobe 12 (die auch zu einem 3.5 inch (8.89 cm) × 5 inch (12.70 cm) Rechteck geschnitten wurde) angeordnet, um einen Druck von 0.13 psi (8966 Dynes/cm²) zu erzeugen. Das Flüssigkeitszugabeinstrument umfasst ein Basiselement 14 und ein zusätzliches Messgewicht 16, so dass die Gesamtmasse des Instruments 10 gleich 1223 g beträgt. Flüssigkeit wird mit der Probe 12 in Kontakt gebracht, indem die Flüssigkeit durch eine Röhre 18, die in dem Flüssigkeitszugabeinstrument 10 angeordnet ist, eingeführt wird. Eine erste Flüssigkeitsbenetzung mit einer 0.9%igen NaCI-Lösung, die gleich 30% der Sättigungskapazität des absorbierenden Verbundstoffes [(0.30) × (m_total)] ist, wird die durch Röhre 18 eingeführt und mit der Verbundstoffprobe 12 in Kontakt gebracht. Es wird die Zeit gemessen, die erforderlich ist, um die gesamte Flüssigkeit bei der ersten Benetzung in die Verbundstoffprobe 12 aufzunehmen. 15 Minuten nach Beginn der ersten Benetzung wird eine zweite Flüssigkeitsbenetzung mit der 0.9%igen NaCI-Lösung durchgeführt, die 30% der Sättigungskapazität des absorbierenden Verbundstoffs [(0.30) × (m_total)] ist, durchgeführt, indem die Flüssigkeit mit der Verbundstoffprobe 12 in Kontakt gebracht wird. Es wird die Zeit gemessen, die erforderlich ist, um die Flüssigkeit der zweiten Benetzung vollständig in die Verbundstoffprobe 12 aufzunehmen. Nach weiteren 15 Minuten nach Beginn der zweiten Benetzung wird eine dritte Benetzung mit Flüssigkeit mit der 0.9%igen NaCI- Lösung, die gleich 30% der Sättigungskapazität des absorbierenden Verbundstoffes [(0.30) × (m_total)] ist, durchgeführt, indem die Lösung mit der Verbundstoffprobe 12 in Kontakt gebracht wird. Es wird die Zeitdauer gemessen, die erforderlich ist, dass die gesamte Flüssigkeit bei der dritten Benetzung in die Verbundstoffprobe 12 aufgenommen wird.
Der Vorgang wird für zwei weitere Verbundstoffproben, die aus dem gleichen Verbundstoffmaterial herausgeschnitten werden, wiederholt. Es wird eine durchschnittliche Aufnahmezeit für die drei ersten, für drei zweiten und für die drei dritten Flüssigkeitsbenetzungen berechnet. Ferner wird eine durchschnittliche Gesamtaufnahmezeit bei Benetzung aus der Summe der ersten, zweiten und der dritten mittleren Aufnahmezeiten für die Benetzung berechnet.
Der Fachmann sieht leicht, dass die superabsorbierenden Materialien und die absorbierenden Verbundstoffe der vorliegenden Erfindung vorteilhaftennreise bei der Herstellung einer Fülle von Produkten verwendbar sind, die einschließen, ohne jedoch einschränkend zu sein, absorbierende Produkte für die persönliche Hygiene, die für den Kontakt mit Körperflüssigkeiten gedacht sind. Derartige Produkte können lediglich eine einzelne Schicht des absorbierenden Verbundstoffes aufweisen oder können eine Kombination aus Elementen umfassen, wie sie zuvor beschrieben sind. Obwohl die superabsorbierenden Materialien und absorbierenden Verbundstoffe der vorliegenden Erfindung besonders geeignet sind für Produkte der persönlichen Hygiene, können die superabsorbierenden Materialien und absorbierenden Verbundstoffe vorteihafterweise für eine breite Fülle von Verbrauchsprodukten eingesetzt werden.
Die vorliegende Erfindung wird durch die folgenden Beispiele weiter dargestellt, die nicht gedacht sind, in irgendeiner Weise Beschränkungen hinsichtlich des Schutzbereichs der Erfindung aufzuerlegen. Im Gegenteil, es ist klar, dass weitere andere Ausführungen, Modifizierungen und Äquivalente davon nach dem Studium dieser Beschreibung für den Fachmann selbstverständlich werden, ohne dass damit vom Grundgedanken der vorliegenden Erfindung und/oder dem Schutzbereich der angefügten Patentansprüche abzuweichen ist.
BEISPIELE
In den folgenden Beispielen wurde absorbierende Verbundstoffe unter Verwendung der folgenden superabsorbierenden Materialien und faserartigen Materialien hergestellt:
Superabsorbierendes Material:

sAFA-177-9A, AFA-177-9B, AFA-177-140 und Drytech 2035, die von Dow Chemical Co, Midland, MI, geliefert wurden.

Faserartiges Material:

flusenartige Zellstofffasern, CR-1654, die von Alliance Forest Products, Coosa Pines, AI, geliefert wurden.

BEISPIEL 1
Bestimmen der Partikelgrößenverteilung von superabsorbierenden Materialproben
Es wurden zwei 100g Proben von AFA-177-9A und AFA-177-9B von Dow Chemical Co., Midland, MI, geliefert. Die Partikelgrößenverteilung jeder Probe wurde gemessen, wobei das zuvor beschriebene PSD-Test-Verfahren angewendet wurde. Siebe mit den folgenden Öffnungsgrößen wurden für die Probe AFA-177-9A benutzt: 1680 μm, 1190 μm, 1000 μm und 850 μm. Siebe mit den folgenden Öffnungsgrößen wurden für die Probe AFA-177-9B benutzt: 150 μm, 105 μm und 63 μm. Die Partikelgrößenverteilungen der Proben AFA-177-9A und AFA-177-9B sind in den Tabellen 1 und 2 aufgeführt.
Tabelle 1: Partikelgrößenverteilungen der Probe AFA-177-9A
Tabelle 2: Partikelgrößenverteilungen der Probe AFA-177-9B
Wie aus den Tabellen 1 und 2 oben ersichtlich ist, beträgt die Massenmittelwertpartikelgröße der Partikel in den Proben AFA-177-9A bzw. AFA-177-9B ungefähr 1100 μm bzw. 100 μm.
BEISPIEL 2
Herstellung absorbierender Verbundstoffe der vorliegenden Erfindung
Es wurden absorbierende Verbundstoffe unter Anwendung des superabsorbierenden Materials AFA-177-140, das von Dow Chemical Co., Midland, MI, geliefert wurde, und Zellulosefasern CR-1654, die von Alliance Forest Products, Coosa Pines, AL, geliefert wurden, hergestellt. Das superabsorbierende Material AFA-177-140 besitzt im Wesentlichen die gleiche chemische Zusammensetzung wie die Proben AFA-177-9A und AFA-177-9B des Beispiels 1. Das superabsorbierende Material AFA-177-140 wurde unter Anwendung bekannter Verfahren gemahlen, um zwei Proben zu erhalten, die Probe 1A und die Probe 1B mit Partikelgrößenverteilungen, die ähnlich zu den Proben AFA-177-9A und AFA-177-9B sind, die im Beispiel 1 beschrieben sind. Die Verbundstoffe wurden mittels einer konventionellen Luftstromformierungseinheit hergestellt. Das Massenverhältnis der Probe 1A (große Partikel) zur Probe 1B (kleine Partikel) in den Verbundstoffen wurde wie folgt variiert: 50:50, 70:30, 80:20 und 90:10. Die Verbundstoffe wiesen ein Gesamtsollbasisgewicht von 500 gsm, eine Solldichte von 0.2 g/cc und eine SAP-Konzentration von 50% in Bezug auf die Masse auf.
Die Massenmittelwertpartikelgröße der Partikel in den Proben 1A und 1B bei einem Sättigungspegel von 30 gm mit 0.9%iger NaCI-Lösung pro gm von SAP wurde dann bestimmt.
Ferner wurde der Hohlraumanteil in den gesättigten Packungen bzw. Einbettungen der superabsorbierenden Partikel und das spezifische Gewicht der Partikel experimentell bestimmt, wobei das experimentelle Verfahren zur Bestimmung des Geleinbettungshohlraums angewendet wurde. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 3 aufgeführt.
Tabelle 3: Parameter für die theoretische Partikelverhältnisberechnung
Unter Anwendung der obigen Gleichungen zusammen mit den Werten für ν₁ (der Hohlraumanteil in einem System mit Partikel der Probe 1A), ν₂ (Hohlraumanteil in einem System aus der Partikel der Probe 1B), ρ₁ ( das tatsächliche spezifische Gewicht der Partikel der Probe A1) und ρ₂ (das tatsächliche spezifische Gewicht der Partikel der Probe 1B), die experimentell bestimmt wurden, wurde das theoretische optimale Verhältnis großer Partikel (Partikel der Probe 1A) zu kleinen Partikel (Partikel der Probe 1B) in der unten gezeigten Weise bestimmt. φ1 = [(1 – ν1) • ρ1)] ÷ [(1 – ν1) . ρ1 + ν1 • (1 – ν2) • ρ2 =[(1 - 0.18) • 1.02] ÷ [(1 - 0.18) • 1.02 + 0.18 • (1 - 0.07) • 1.02] = 0.83 Φ=φ1 + (1 - φ1) = 0.83 + (1 – 0.83) =1
Der theoretische Anteil des Gewichts jeder Komponente sollte sein:
φ₁/Φ = Gewicht in Prozent der Komponente:
Gewichtsprozent der Probe 1A (große Partikel) = (φ₁/Φ) × 100 = 83% Gewichtsprozent der Probe 1B (kleine Partikel) = [(1-φ₁) / Φ] × 100 = 17%
Da von beiden Komponenten angenommen wird, dass sie sich auf dem gleichen Sättigungspegel beim Gleichgewicht befinden, sind die Trockengewichtsanteile gleich den zuvor berechneten gesättigten Gewichtsanteilen.
BEISPIEL 3
Herstellung von absorbierenden Verbundstoffen als Kontrollproben unter Anwendung einer konventionellen Partikelgrößenverteilung
Es wurde ein absorbierender Kontrollverbundstoff hergestellt, in dem die gleichen Materialien wie im Beispiel 2 verwendet wurden, mit der Ausnahme, dass das superabsorbierende Material eine Partikelgrößenverteilung im Bereich von 0 bis 850 Mikrometer aufwies. Diese Kontrollprobe wird im Weiteren als Kontrollprobe 1 bezeichnet. Insbesondere wurde bestimmt, dass in Kontrollprobe 1 eine Partikelgrößeverteilung in der nachfolgend gezeigten Weise vorlag.
Tabelle 4: Massenmittelwertpartikelgrößenverteilung der Kontrollprobe 1
Es wurde ein zweiter Kontrollverbundstoff hergestellt, wobei 50% Drytech 2035, das von Dow Chemical Co., Midland, MI, geliefert wurde und 50% Alliance CR-1654 Flusen, die von Alliance Forest Products, Coosa Pines, Al, geliefert wurden, benutzt wurden. Dieser Verbundstoff wurde hergestellt, um die Verbundstoffe der vorliegenden Erfindung mit einem Verbundstoff mit einem repräsentativen superabsorbierenden Material, das in kommerziel len Produkten eingesetzt wird, zu vergleichen. Der Kontrollverbundstoff mit dem Drytech 2035 wird im Weiteren als Kontrollprobe 2 bezeichnet. Tabelle 5 zeigt die Partikelgrößenverteilung der Kontrollprobe 2.
Tabelle 5: Massenmittelwertpartikelgrößenverteilung der Kontrollprobe 2
BEISPIEL 4
Das Saugverhalten absorbierender Verbundstoffe der vorliegenden Erfindung und der Kontrollverbundstoffe
sDas Saugverhalten der Verbundstoffe der Beispiele 2 und 3 wurde bewertet, indem der Test für die unterbrochene vertikale Saugwirkung (IVW), der zuvor beschrieben ist, angewendet wurde. Es wurde die Fluidverteilung in jedem Verbundstoff nach der dritten Flüssigkeitsbenetzung analysiert, indem die Flüssigkeitsmenge in jedem 0.5 inch-Segment des Verbundstoffes bestimmt wurde. Die Flüssigkeitsmenge in jedem Abschnitt wurde durch die Flüssigkeitsmenge für diese Probe in dem 0 – 0.5 inch-Segment für diese Probe dividiert. Dieser Wert wurde mit 100 multipliziert, um den Prozentsatz zu erhalten, der in Tabelle 6 nachfolgend dargestellt ist.
Tabelle 6: Durchschnittliche Fluidverteilung nach der dritten Benetzung
Wie aus den Daten in Tabelle 6 entnommen werden kann, wurde eine bessere Fluidverteilung und eine bessere Ansaugung bei den Verbundstoffen beobachtet, die eine bimodale Größenverteilung der superabsorbierenden Partikel enthalten. Dies wird durch die größeren Mengen an Fluid, die in den höheren Bereichen der Verbundstoffe (> 5 inch) angeordnet sind, deutlich.
Die Fluidverteilung der absorbierenden Verbundstoffe der vorliegenden Erfindung wurde durch das Vorhandensein einer bimodalen Partikelgrößenverteilung verbessert, wie dies durch die erhöhte Menge an Fluid in den höheren Bereichen der Verbundstoffe verdeutlicht wird. Die Rate der Fluidaufnahme während des IVW-Test wurde ebenso in einigen der bimodalen Systeme als verbessert erkannt, wie dies in den Tabellen 7 und 8 nachfolgend dargestellt ist.
Tabelle 7: Gemittelt Aufnahme bei der dritten Benetzung gegenüber der Zeit
Tabelle 8: gemittelte Aufnahme nach dritter Benetzung
Wie in Tabelle 7 und 8 erkennbar ist, wurden die Ansaugraten durch den Anteil großer und kleiner Partikel, die in dem absorbierenden Verbundstoff vorhanden sind, beeinflusst. Die Bemittelte Fluidaufnahme nach der dritten Benetzung impliziert, dass das Vorhandensein zu vieler kleiner Partikel oder zu vieler großer Partikel sich negativ auf die Ansaugrate des Verbundstoffes auswirkt. Es wird angenommen, dass die Tendenz kleiner Partikel, eine Gel-Blockierung zu bewirken, und die reduzierte Kapillarwirkung, die durch die großen Partikel hervorgerufen wird, die Saugrate des Verbundstoffes negativ beeinflussen.
Es sollte ferner beachtet werden, dass die Saugrate eines absorbierenden Verbundstoffes mit einer bimodalen Partikelverteilung und einem 80:20 Gewichtsverhältnis eine Verbesserung im Vergleich zu den Kontrollverbundstoften mit einer regulären Partikelverteilung zeigten.
Die obigen Daten aus den Tabellen 6 bis 8 deuten darauf hin, dass die Fluidverteilung und die Saugrate in Verbundstoffen verbessert werden kann, die das richtige Verhältnis großer Partikel und kleiner Partikel in einer bimodalen Größenverteilung superabsorbierenden Partikel enthalten.
BEISPIEL 5
Fluidaufnahmeverhalten absorbierender Verbundstoffe der vorliegenden Erfindung und der Kontrollverbundstoffe
Das Aufnahmeverhalten der Verbundstoffe aus Beispiel 2 und den Kontrollverbundstoffen aus Beispiel 3 wurde durch Anwenden der Fluidaufnahmebewertung (FIE), wie es zuvor in dem Abschnitt "Testverfahren" beschrieben ist, bewertet. Die FIE-Ergebnisse sind unten in Tabelle 9 aufgeführt.
Tabelle 9: FIE-Ergebnisse für absorbierende Verbundstoffe
Wie aus den Daten in Tabelle 9 zu erkennen ist, zeigten die Verbundstoffproben mit einem Gewichtsverhältnis des superabsorbierenden Materials von 80 Gewichtsprozent der Probe 1A (große Partikel) zu 20 Gewichtsprozent der Probe 1B (kleine Partikel) die geringste gemittelte Aufnahmezeit bei der gesamten Benetzung sowie die geringste durchschnittliche Aufnahmezeit bei der zweiten und bei der dritten Benetzung.
BEISPIEL 6
Bestimmung der Anschwellzeit superabsorbierender Partikel im erfindungsgemäßen absorbierenden Verbundstoffen
Die Anschwellzeit der großen Partikel der Probe AFA-177-9A und der kleinen Partikel der Probe AFA-177-9B wurde bestimmt, wobei der Abschmutzungs-FAUZL-Test angewendet wurde, wie er zuvor beschrieben ist. Die Ergebnisse des Tests sind in Tabelle 10 unten aufgeführt.
Tabelle 10: Anschwellzeit der superabsorbierenden Partikel
Die zuvor dargestellten Beispiele sind bevorzugte Ausführungsformen und sollen nicht den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung in irgendeiner Weise beschränken. Diverse Modifizierungen und andere Ausführungsformen und Anwendungen der offenbarten superabsorbierenden Polymere, die für den Fachmann nunmehr deutlich werden, sind ebenso im Schutzbereich der vorliegenden Erfindung liegend zu betrachten.
Zusammenfassung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein absorbierendes Produkt mit einem absorbierenden Verbundstoff, der ein superabsorbierendes Material enthält. Das superabsorbierende Material liegt in Form superabsorbierender Partikel vor mit einer bimodalen Partikelgrößenverteilung. Die Anwendung eines superabsorbierenden Materials mit einer bimodalen Partikelgrößenverteilung in der absorbierenden Struktur führt zu einer verbesserten Fluidverteilung, die durch Kapillarwirkung hervorgerufen wird, und zu einer verbesserten Fluidaufnahme in dem absorbierenden Verbundstoff. Das absorbierende Produkt kann in Form eines Wegwerfprodukts für die persönliche Hygiene vorliegen.

Claims

Absorbierendes Produkt mit einem absorbierenden Verbundstoff, wobei der absorbierende Verbundstoff ein superabsorbierendes Material aufweist, und wobei das superabsorbierende Material superabsorbierende Partikel mit einer bimodalen Partikelgrößenverteilung aufweist mit großen Partikeln mit einer Massenmittelwertpartikelgröße von ungefähr 850 bis ungefähr 1800 μm und mit kleinen Partikeln mit einer Massenmittelwertpartikelgröße von ungefähr 50 bis ungefähr 200 μm.
Das absorbierende Produkt nach Anspruch 1, wobei die großen Partikel eine Massenmittelwertpartikelgröße von ungefähr 1000 bis ungefähr 1600 μm aufweisen.
Das absorbierende Produkt nach Anspruch 1, wobei die kleinen Partikel eine Massenmittelwertpartikelgröße von ungefähr 65 bis ungefähr 150 μm aufweisen.
Das absorbierende Produkt nach Anspruch 1, wobei die superabsorbierenden Partikel eine Gesamtmassenmittelwertpartikelgröße von ungefähr 60 bis ungefähr 1750 μm aufweisen.
Das absorbierende Produkt nach Anspruch 1, wobei die superabsorbierenden Partikel eine Gesamtmassenmittelwertpartikelgröße von ungefähr 800 bis ungefähr 1200 μm aufweisen.
Das absorbierende Produkt nach Anspruch 1, wobei die Massenmittelwertpartikelgröße der großen Partikel und die Massenmittelwertpartikelgröße der kleinen Partikel sich um mindestens ungefähr 500 μm unterscheiden.
Das absorbierende Produkt nach Anspruch 6, wobei das Verhältnis der Massenmittelwertpartikelgröße der großen Partikel zu der Massenmittelwertpartikelgröße der kleinen Partikel im Bereich von ungefähr 4:1 bis ungefähr 36:1 liegt.
Das absorbierende Produkt nach Anspruch 7, wobei das Verhältnis der Massenmittelwertpartikelgröße der großen Partikel zu der Massenmittelwertpartikelgröße der kleinen Partikel im Bereich von ungefähr 6:1 bis ungefähr 25:1 liegt.
Das absorbierende Produkt nach Anspruch 6, wobei die Massenmittelwertpartikelgröße der großen Partikel im Bereich von ungefähr 1000 bis ungefähr 1200 μm liegt und wobei die Massenmittelwertpartikelgröße der kleinen Partikel im Bereich von ungefähr 50 bis ungefähr 150 μm liegt.
Das absorbierende Produkt nach Anspruch 6, wobei die Massenmittelwertpartikelgröße der großen Partikel im Bereich von ungefähr 1000 bis ungefähr 1100 μm liegt, und wobei die Massenmittelwertpartikelgröße der kleinen Partikel im Bereich von ungefähr 50 bis ungefähr 100 μm liegt.
Das absorbierende Produkt nach Anspruch 1, wobei das Massenverhältnis großer Partikel zu kleinen Partikeln im Bereich von ungefähr 90:10 bis ungefähr 50:50 liegt.
Das absorbierende Produkt nach Anspruch 1, wobei das Massenverhältnis großer Partikel zu kleinen Partikeln im Bereich von ungefähr 90:10 bis ungefähr 80:20 liegt.
Das absorbierende Produkt nach Anspruch 1, wobei das Massenverhältnis großer Partikel zu kleinen Partikeln ungefähr 85:15 beträgt.
Das absorbierende Produkt nach Anspruch 1, wobei das superabsorbierende Material gleichförmig in dem absorbierenden Verbundstoff verteilt ist.
Das absorbierende Produkt nach Anspruch 1, wobei der absorbierende Verbundstoff ungefähr 20 Gewichtsprozent bis ungefähr 100 Gewichtsprozent superabsorbierendes Material aufweist.
Das absorbierende Produkt nach Anspruch 1, wobei der absorbierende Verbundstoff ungefähr 30 Gewichtsprozent bis ungefähr 90 Gewichtsprozent superabsorbierendes Material aufweist.
Das absorbierende Produkt nach Anspruch 1, das ferner eine Rückhalteeinrichtung aufweist.
Das absorbierende Produkt nach Anspruch 17, wobei die Rückhalteeinrichtung eine fasrige Matrix ist.
Das absorbierende Produkt nach Anspruch 1, wobei der absorbierende Verbundstoff eine Aufnahmezeit bei einer dritten Flüssigkeitsbenetzung von weniger als ungefähr 100 Sekunden aufweist.
Das absorbierende Produkt nach Anspruch 1, wobei der absorbierende Verbundstoff eine Aufnahmezeit bei einer dritten Flüssigkeitsbenetzung von weniger als ungefähr 85 Sekunden aufweist.
Das absorbierende Produkt nach Anspruch 1, wobei der absorbierende Verbundstoff eine Aufnahmezeit bei einer dritten Flüssigkeitsbenetzung von weniger als ungefähr 60 Sekunden aufweist.
Das absorbierende Produkt nach Anspruch 1, wobei der absorbierende Verbundstoff eine Aufnahmezeit bei einer dritten unterbrochenen vertikalen Ansaugung von weniger als ungefähr 600 Sekunden aufweist.
Das absorbierende Produkt nach Anspruch 1, wobei der absorbierende Verbundstoff eine Aufnahmezeit bei einer dritten unterbrochenen vertikalen Ansaugung von weniger als ungefähr 300 Sekunden aufweist.
Das absorbierende Produkt nach Anspruch 1, wobei die kleinen Partikel eine Anschwellzeit von ungefähr 15 bis ungefähr 35 Sekunden und die großen Partikel eine Anschwellzeit von ungefähr 300 bis ungefähr 700 Sekunden aufweisen.
Das absorbierende Produkt nach Anspruch 24, wobei die Anschwellzeit der kleinen Partikel ungefähr 20 mal kürzer als die Anschwellzeit der großen Partikel ist.
Das absorbierende Produkt nach Anspruch 1, wobei das Produkt eine Windel, ein Übungshöschen, ein die weibliche Periode betreffendes Produkt, ein Inkontinenzprodukt, eine Wundauflage, ein Versorgungssystem oder eine Nahrungsmittelverpackung ist.
Das absorbierende Produkt nach Anspruch 26, wobei das Produkt ein Wegwerfprodukt ist.
Absorbierendes Produkt mit einem absorbierenden Verbundstoff, wobei der Verbundstoff ein superabsorbierendes Material aufweist, und wobei das superabsorbierende Material superabsorbierende Partikel mit einer bimodalen Partikelgrößenverteilung aufweist und wobei der absorbierende Verbundstoff eine Aufnahmezeit bei einer dritten Flüssigkeitsbenetzung von weniger als ungefähr 100 Sekunden aufweist.
Das absorbierende Produkt nach Anspruch 28, wobei der absorbierende Verbundstoff eine Aufnahmezeit bei einer dritten Flüssigkeitsbenetzung von weniger als ungefähr 85 Sekunden aufweist.
Das absorbierende Produkt nach Anspruch 28, wobei der absorbierende Verbundstoff eine Aufnahmezeit bei einer dritten Flüssigkeitsbenetzung von weniger als ungefähr 60 Sekunden aufweist.
Das absorbierende Produkt nach Anspruch 28, wobei der absorbierende Verbundstoff eine Aufnahmezeit bei einer dritten unterbrochenen vertikalen Ansaugung von weniger als ungefähr 600 Sekunden aufweist.
Das absorbierende Produkt nach Anspruch 28, wobei der absorbierende Verbundstoff eine Aufnahmezeit bei einer dritten unterbrochenen vertikalen Ansaugung von weniger als ungefähr 300 Sekunden aufweist.
Das absorbierende Produkt nach Anspruch 28, wobei das superabsorbierende Material gleichförmig in dem Verbundstoff verteilt ist.
Das absorbierende Produkt nach Anspruch 28, wobei die superabsorbierenden Partikel kleine Partikel mit einer Anschwellzeit von ungefähr 15 bis ungefähr 35 Sekunden und gro ße Partikel mit einer Anschwellzeit von ungefähr 300 bis ungefähr 700 Sekunden aufweisen.
Das absorbierende Produkt nach Anspruch 34, wobei die Anschwellzeit der kleinen Partikel ungefähr 20 mal kürzer als die Anschwellzeit der großen Partikel ist.
Das absorbierende Produkt nach Anspruch 28, wobei die superabsorbierenden Partikel große Partikel mit einer Massenmittelwertpartikelgröße von ungefähr 850 bis ungefähr 1800 um aufweisen.
Das absorbierende Produkt nach Anspruch 28, wobei die superabsorbierenden Partikel kleine Partikel mit einer Massenmittelwertpartikelgröße von ungefähr 50 bis ungefähr 200 μm aufweisen.
Das absorbierende Produkt nach Anspruch 28, wobei der absorbierende Verbundstoff ungefähr 30 Gewichtsprozent bis ungefähr 90 Gewichtsprozent superabsorbierendes Material aufweist.
Das absorbierende Produkt nach Anspruch 28, wobei das Massenverhältnis großer Partikel zu kleinen Partikeln im Bereich von ungefähr 90:10 bis ungefähr 50:50 liegt.
Absorbierendes Produkt mit einem superabsorbierenden Material, wobei das superabsorbierende Material gleichförmig in einem Verbundstoff verteilt ist, und wobei der Verbundstoff eine Aufnahmezeit bei einer dritten Flüssigkeitsbenetzung von weniger als ungefähr 100 Sekunden und eine Aufnahmezeit bei einer dritten unterbrochenen vertikalen Ansaugung von weniger als ungefähr 600 Sekunden aufweist.
Das absorbierende Produkt nach Anspruch 40, wobei der absorbierende Verbundstoff eine Aufnahmezeit bei einer dritten Flüssigkeitsbenetzung von weniger als ungefähr 85 Sekunden aufweist.
Das absorbierende Produkt nach Anspruch 40, wobei der absorbierende Verbundstoff eine Aufnahmezeit bei einer dritten Flüssigkeitsbenetzung von weniger als 60 Sekunden aufweist.
Das absorbierende Produkt nach Anspruch 40, wobei der absorbierende Verbundstoff eine Aufnahmezeit bei einer dritten unterbrochenen vertikalen Ansaugung von weniger als ungefähr 300 Sekunden aufweist.
Das absorbierende Produkt nach Anspruch 40, wobei der absorbierende Verbundstoff ungefähr 20 Gewichtsprozent bis ungefähr 100 Gewichtsprozent superabsorbierendes Material aufweist.
Das absorbierende Produkt nach Anspruch 40, wobei der absorbierende Verbundstoff ungefähr 30 Gewichtsprozent bis ungefähr 90 Gewichtsprozent superabsorbierendes Material aufweist.
Das absorbierende Produkt nach Anspruch 40, wobei das Produkt eine Windel, ein Übungshöschen, ein den weiblichen Zyklus betreffendes Produkt, ein Inkontinenzprodukt, eine Wundauflage, ein Versorgungssystem oder eine Nahrungsmittelverpackung ist.
Das absorbierende Produkt nach Anspruch 46, wobei das Produkt ein Wegwerfprodukt ist.