DE112004000785T5

DE112004000785T5 - Hochleistungsfähige absorbierende Struktur mit einem superabsorbierenden Mittel, das einem Substrat mittel in-situ-Polymerisierung hinzugefügt ist

Info

Publication number: DE112004000785T5
Application number: DE112004000785T
Authority: DE
Inventors: Young C. Neenah Ko; Stanley R. Appleton Kellenberger
Original assignee: Kimberly Clark Worldwide Inc; Kimberly Clark Corp
Current assignee: Kimberly Clark Worldwide Inc; Kimberly Clark Corp
Priority date: 2003-05-22
Filing date: 2004-03-30
Publication date: 2008-03-06
Also published as: WO2004105823A2; JP4701180B2; JP2007511245A; AR044031A1; US20030211248A1

Abstract

Absorbierende Struktur mit:
einem Substrat; und
mehreren superabsorbierenden Polymerbereichen, die in-situ auf oder in dem Substrat gebildet und an das Substrat gebunden sind;
wobei die superabsorbierenden Polymerbereiche einen mittleren Bereichdurchmesser im nicht aufgequollenen Zustand D_unswollen und eine Standardabweichung für den Bereichsdurchmesser im nicht aufgequollenen Zustand von 10% oder weniger aufweisen;
wobei die superabsorbierenden Polymerbereiche einen mittleren Abstand im nicht aufgequollenen Zustand S aufweisen, der durch die folgende Gleichung definiert ist:

wobei K mindestens 1,05 ist,
A_S die maximale Absorptionsfähigkeit des superabsorbierenden Materials ist ausgedrückt als Gramm einer wässrigen Flüssigkeit, die pro Gramm des superabsorbierenden Materials absorbiert wird,
ρ_S die Dichte des superabsorbierenden Materials in dem trocknen, nicht aufgequollenen Zustand ist; und
ρ_L die Dichte der absorbierten wässrigen Flüssigkeit ist.

Description

Diese Patentanmeldung ist eine Weiterführung der US-Patentanmeldung 10/017,681 , die am 14. Dezember 2001 eingereicht wurde und deren Inhalt hiermit durch Bezugnahme mit eingeschlossen ist.
GEBIET DER ERFINDUNG
Diese Erfindung betrifft stabile absorbierende Strukturen, die in absorbierenden Artikeln für die persönliche Hygiene, medizinischen absorbierenden Artikeln und dergleichen verwendbar sind, in denen eine superabsorbierende Polymerkomponente des absorbierenden Materials hergestellt wird, indem ein oder mehrere Polymervorstufenmaterialströme mit einem Monomer, einem Katalysator oder dergleichen zu einem vorgeformten Substart hinzugefügt werden, und indem das superabsorbierende Polymer in-situ gebildet wird, nachdem der Vorstufenmaterialstrom bzw. die Ströme das Substrat kontaktieren.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Prozesse zum Herstellen absorbierender Verbundmaterialien mit einer superabsorbierenden Polymerkomponente sind bekannt. In diversen Prozessen werden vorgeformte superabsorbierende Polymerteilchen oder Fasern mit Zellulosefasern, thermoplastischen Fasern und dergleichen in einem Gewebeherstellungsprozess kombiniert, um eine Verbundgewebestruktur herzustellen. Anschauliche Prozesse sind im US-Patent 4,818,464 , Lau, US-Patent 4,100,324 , Anderson et al., US-Patent 5,350,624 , Geqorger et al., und im US-Patent 4,902,559 , Eschwey et al. offenbart. Diese Prozesse werden üblicherweise als „Coformungs"-Prozesse bezeichnet.
Des weiteren ist ein Prozess bekannt, in welchem ein superabsorbierendes Polymer lediglich teilweise aus einem Vorstufenmonomer hergestellt wird, bevor dieses einem fasrigen Substrat hinzugefügt wird, und die Polymerisierung wird abgeschlossen, nachdem das teilweise polymerisierte Monomer das Substrat kontaktiert. Das US-Patent 5,962,068 , Tsuchiya et al. offenbart einen wasserabsorbierenden Verbundstoff mit einem fasrigen Substrat und faserabsorbierenden Polymerteilchen. Das wasserabsorbierende Polymer wird teilweise mittels eines Redox-Initiators polymerisiert, bevor es dem fasrigen Substrat hinzugefügt wird. Das teilweise polymerisierte Material wird tröpfchenweise dem Substrat hinzugefügt, und die Polymerisierungsreaktion wird sodann abgeschlossen.
Ein Merkmal, das die bekannten Prozesse gemeinsam besitzen, besteht darin, dass diese zumindest einige separate Prozessschritte für die Polymerisierung oder die teilweise Polymerisierung des superabsorbierenden Materials erfordern, bevor dieses dem fasrigen Substrat hinzugefügt werden kann. Anders ausgedrückt, keiner der Prozesse bildet das superabsorbierende Polymer vollständig in dem fasrigen Substrat.
DEFINITIONEN
Der Begriff „Zellulosefasern" bezeichnet Fasern aus natürlichen Quellen, etwa holzigen oder nicht holzigen Pflanzen, regenerierte Zellulose und die Abkömmlinge dieser Fasern mittels chemischer, mechanischer oder thermischer Behandlung oder einer beliebigen Kombination davon. Zu holzigen Pflanzen gehören beispielsweise Laub- und Nadelbäume. Zu nicht holzigen Pflanzen gehören beispielsweise Baumwolle, Flachs, Espartogras, Seidenpflanze, Stroh, Jutehanf und ausgepresstes Zuckerrohr. Regenerierte Zellulose umfasst beispielsweise Viskose und Rayon. Zu den Zelluloseabkömmlingen gehören beispielsweise mikrokristalline Zellulose, chemisch vernetzte Fasern und chemisch unvernetzte verdrillte Fasern.
Der Begriff "durchschnittliche Zellstofffaserlänge" bezeichnet eine gewichtete Durchschnittslänge von Zellstoff, die bestimmt wird unter Verwendung eines Kajaani Faseranalysators, Modell Nr. FS-100, das von Kajaani Oy-Electronics in Kajaani, Finnland, beziehbar ist. Während der Testprozedur wird eine Faserprobe mit einer auslaugenden Flüssigkeit behandelt, um sicherzustellen, dass keine Faserbündel oder Pflanzenreste vorhanden sind. Jede Faserprobe wird in heißem Wasser aufgelöst und auf ungefähr 0,001 % Konzentration verdünnt. Es werden einzelne Testproben aus der verdünnten Lösung auf ungefähr 50 bis 500 ml Portionen gezogen und unter Anwendung der Standard-Kajaani-Faseranalyseprozedur getestet. Die gewichteten Durchschnittsfaserlängen können durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden:
wobei

k: = maximale Faserlänge,
x_i: = individuelle Faserlänge
n_i: = Anzahl der Fasern mit der Länge X und
n: = die Gesamtzahl der gemessenen Faser ist.

Der Begriff „schmelzgeblasene Fasern" bezeichnet Fasern, die durch Ziehen eines geschmolzenen thermoplastischen Materials durch mehrere feine, für gewöhnlich kreisförmige Spritzdüsenkapillargefäße als geschmolzene Fäden oder Filamente in konvergierende heiße Gas-(beispielsweise Luft)Ströme mit hoher Geschwindigkeit gezogen werden, die die Filamente aus geschmolzenen thermoplastischen Material abschwächen, um ihren Durchmesser zu verringern, was bis zu einem Mikrofaserdurchmesser ausgeführt werden kann. Danach werden die schmelzgeblasenen Fasern durch den Hochgeschwindigkeitsgasstrom getragen und werden auf einer Sammeloberfläche abgeschieden, um ein Gewebe aus zufällig verteilten schmelzgeblasenen Fasern zu bilden. Ein derartiger Prozess ist beispielsweise im US-Patent 3,849,241 , Butin et al. offenbart. Schmelzgeblasene Fasem sind Mikrofasern, die kontinuierlich oder diskontinuierlich sein können, und die im Allgemeinen kleiner als 10 Mikrometer im Durchmesser sind und die im Wesentlichen selbst haften, wenn diese auf eine Sammeloberfläche abgeschieden werden.
Der Begriff „Spinnvliesfasern" bezeichnet Fasern mit kleinem Durchmesser, die durch Ziehen geschmolzenen thermoplastischen Materials als Fäden aus einer Vielzahl feiner Kapillargefäße einer Spinndüse mit einer kreisförmigen oder einer anderen Gestaltung gebildet werden, wobei der Durchmesser der gezogenen Fäden danach rasch reduziert wird gemäß beispielsweise dem US-Patent 4,340,563 , Appel et al., US-Patent 3,692,618 , Dorschner et al., US-Patent 3,802,817 Matsuki et al., US-Patent-Nr. 3,338,992 und 3,341,394 , Kinney, US-Patent 3,502,763 Harturan, US-Patent 3,502,538 , Petersen und US-Patent 3,542,615 , Dobo et al. Spinnvliesfasem werden gequetscht und kleben im Allgemeinen nicht an der Oberfläche, wenn diese in die Extrudereinrichtung eintreten, oder wenn diese auf einer Sammeloberfläche abgeschieden werden. Spinnvliesfasern sind im Allgemeinen zusammenhängend und besitzen einen Durchschnittsdurchmesser von größer als 7 Mikrometer und häufig zwischen ungefähr 10 und 30 Mikrometer.
Der Begriff "Stapelfäden oder Stapelfasern bzw. Spinnfasern" bezeichnet Fäden oder Fasern, die natürlich sind oder die aus einer hergestellten Faser vor der Gewebebildung geschnitten werden, und die eine Länge im Bereich von ungefähr 0,1–15 cm und häufig ungefähr 0,2–7 cm aufweisen.
Der Begriff „im Wesentlichen kontinuierliche bzw. zusammenhängende Fäden oder Fasern" bezeichnet Fäden oder Fasern, die durch Ziehen aus einer Spinndüse hergestellt werden, wozu, ohne einschränkend zu sein, Spinnvliesfasern und schmelzgeblasene Fasern gehören, die nicht von ihrer ursprünglichen Länge ausgehend abgeschnitten werden, bevor diese in ein fasriges Gewebe geformt werden. Im Wesentlichen zusammenhängende Fäden oder Fasern können eine Länge im Bereich von mehr als ungefähr 15 cm bis mehr als 1 m oder bis zu der Länge des fasrigen Gewebes, das gebildet wird, aufweisen. Die Definition „im Wesentlichen zusammenhängende Fäden oder Fasern" umschließt auch Fasern, die nicht vor dem Formen zu einem fasrigen Gewebe geschnitten werden, die jedoch später geschnitten werden, wenn das fasrige Gewebe geschnitten wird.
Der Begriff „Substrat bzw. Träger" umfasst Vliesstoffsubstrate, die nass hergestellt werden können, wozu gehören: Zellulosegewebe (z. B. Feingewebe, Papiertücher, andere Papiergegenstände, Bretter, andere Holzgegenstände und dergleichen) oder trockengebildete Substrate (beispielsweise gebondete kardierte Gewebe, Sinnvliesgebwebe, Schmelzblasgewebe, kreuzgeschichteter Mull, luftgeschichtete Gewebe und dergleichen), gewebte Substrate (Kleidung oder Mull und dergleichen), Schichtsubstrate, Schaumsubstrate und dergleichen. Die Substrate können nicht dehnbar, dehnbar, inelastisch, elastisch, hydrophob, hydrophil oder dergleichen sein.
Der Begriff „nicht gewebtes Gewebe bzw. Vliesstoffgewebe" bezeichnet ein Gewebe mit einer Struktur aus Fasern oder Filamenten, die vermischt sind, jedoch nicht in einer identifizierbaren Weise wie in einem gewebten Stoff.
Zu „fasrigen" Gewebe gehören Vliesstoffgewebe sowie fasrige Gewebe, in denen die Fasern in identifizierbarer (beispielsweise regulärer) Weise vernetzt sind. Die Begriffe „Faser" und „Faden bzw. Filament" werden hierin gleichbedeutend verwendet. Vliesstoffgewebe werden durch viele Prozesse hergestellt, etwa beispielsweise Schmelzblasprozesse, Spinnbond- bzw. Spinnvliesprozesse, Luftschichtungsprozesse und Prozesse für gebondetes kardiertes Gewebe. Der Begriff umfasst ferner Schichten, die perforiert oder anderweitig behandelt sind, um luftdurchlässig zu sein. Das Grundgewicht von Vliesstoffen wird typischerweise in Unzen an Material pro Quadratyard (osy) oder Gramm pro Quadratmeter (gsm) ausgedrückt und die Faserdurchmesser werden für gewöhnlich in Mikrometer angegeben. (Zu beachten ist, dass für eine Umwandlung von osy in gsm der Wert von osy mit 33,91 zu multiplizieren ist.)
Der Begriff „Polymer" enthält im Allgemeinen, ohne einschränkend zu sein, Homopolymere, Copolymere, einschließlich von Block-, Stärke-, zufälligen und alternierenden Copolymeren, Terpolymeren, etc. und Mischungen und Modifizierungen davon. Sofern dies nicht anderweitig speziell eingeschränkt ist, soll der Begriff „Polymer" alle möglichen geometrischen Konfigurationen des Materials mit einschließen. Zu diesen Konfigurationen gehören, ohne einschränkend zu sein, isotaktische, syndiotaktische und ataktische Symmetrien.
Der Begriff „benetzbar" und/oder „hydrophil" soll eine Faser bezeichnen, die eine Flüssigkeit, etwa Wasser, synthetischer Urin, oder eine 0,9 gewichtsprozentige wässrige Kochsalzlösung in Luft mit einem Kontaktwinkel von weniger als 90° aufweist. Der Kontaktwinkel kann beispielsweise gemäß dem ASTM D724-89 Standard bestimmt werden.
Der Begriff „thermoplastisch" beschreibt ein Material, das weich wird und fließt, wenn es erwärmt wird, und das im Wesentlichen in seinen ursprünglichen gehärteten Zustand zurückkehrt, wenn es auf Raumtemperatur abgekühlt wird.
Der Begriff „superabsorbierender Polymervorstufenmischung" bezeichnet alle beliebigen Lösungen, die, wenn sie gemischt werden, chemisch reagieren, um ein superabsorbierendes Polymer zu bilden. Jede Lösung kann aus einer beliebigen Kombination von einem oder mehreren Oligomeren, einem oder mehreren Monomeren, einem oder mehreren vernetzten Reagenzien, einem Neutralisierungsmittel oder einem oder mehreren Initiatoren aufgebaut sein. In Fällen, in denen lediglich eine einzelne Lösung verwendet wird, müssen alle gewünschten Komponenten in dieser Lösung vorhanden sein und der bzw. die Initiatoren) muss einen späteren Aktivierungsschritt erfordern (z. B. Erwärmen oder Bestrahlen). In Fällen, in denen zwei oder mehrere Lösungen verwendet werden, ist bzw. sind der bzw. die Initiator(en) zumeist, ohne einschränkend zu sein, ein chemisches Redox-Paar. Wenn ein Redox-Paar, das aus einem oxidierenden Radikalgenerator und einen Reduzierungsmittel aufgebaut ist, als der Initiator verwendet wird, müssen der oxidierende Radikalgenerator und das Reduzierungsmittel in separaten Lösungen vorhanden sein. Die Lösung des oxidierenden Radikalgenerators oder des Reduzierungsmittels kann ferner eine Kombination aus Oligomer(en), Monomer(en), vernetzten Reagenzien oder ein Neutralisierungsmittel enthalten.
Der Begriff „superabsorbierendes Material" bezeichnet ein in Wasser anschwellendes, wasserunlösliches organisches oder anorganisches Material, das unter den günstigsten Bedingungen zumindest ungefähr 15 mal sein eigenes Gewicht, vorzugsweise mindestens ungefähr 20 × sein eigenes Gewicht in einer wässrigen Lösung mit 0,9 Gewichtsprozent Natriumchlorid absorbieren kann. Der Begriff „absorbierendes Material" bezeichnet ein beliebiges Material, das ungefähr 5 bis weniger als ungefähr 15 mal sein eigenes Gewicht der gleichen Lösung absorbieren kann.
Der Begriff „absorbierender Artikel für die persönliche Hygiene" umfasst Windel, Übungshöschen, Badesachen, absorbierende Unterwäsche, Erwachseneninkontinenzprodukte, Frauenhygieneprodukte und dergleichen.
Der Begriff „medizinischer absorbierender Artikel" umfasst medizinische absorbierende Wäsche, Tücher, Kleidung, Bandagen, Wischtücher und dergleichen.
Der Begriff „absorbierender Sportartikel" umfasst absorbierende Sportsocken, Unterhosen, Stützen, Büstenhalter, kurze Hosen, Hemden, Schweißbänder, Helmbeschichtungen und dergleichen.
Der Begriff „absorbierender Arbeitskleidungsartikel" umfasst Laborkleidung, Schutzanzüge, Helmbeschichtungen und dergleichen.
Der Begriff „Gewebe- und Tuchartikel" umfasst Gesichts- und Badetücher, Papiertücher, Feuchttücher und dergleichen.
ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung richtet sich an einen Prozess zur Herstellung einer absorbierenden Struktur, in welcher ein Substrat, etwa ein fasriges Gewebe, ein Schaumgelege oder ein anderes geeignetes Material, anfänglich zumindest teilweise gebildet wird. Anschließend wird ein superabsorbierendes Polymer in-situ auf oder in dem Substrat vollständig gebildet, indem ein oder mehrere superabsorbierende Polymervorstufenmischungen zu den fasrigen Gewebe hinzugefügt werden und indem die Polymerisationsreaktion(en) vollständig auf und/oder in dem fasrigen Gewebe ausgeführt werden.
Die superabsorbierende Polymervorstufenmischung(en) werden dem Substrat zugeführt und es wird eine Reaktion von vorbestimmten gesteuerten Stellen bzw. Positionen mit gesteuerter Größe und Abstand zwischen diesen Stellen hervorgerufen. Die chemische Reaktion bewirkt, dass sich das superabsorbierende Polymer aus der bzw. den Vorstufenmischungen(en) an den vorbestimmten gesteuerten Stellen bildet und an dem Substart anhaftet. Es sind Kapillarkanäle in dem Substrat zwischen den gesteuerten Stellen mit superabsorbierendem Polymer vorgesehen. Die Größe und der Abstand der Stellen wird so eingestellt, dass wenn das superabsorbierende Polymer vollständig aufgequollen ist, keine zwei Bereiche an superabsorbierenden Polymer die Kapillarkanäle bzw. den Kapillarkanal dazwischen blockiert. Anders gesagt, keine zwei Bereiche mit superabsorbierendem Polymer stören einander.
Das Substrat kann ein Schaummullsubstrat mit darin ausgebildeten Kapillargefäßen sein, oder ein fasriges Gewebe mit absorbierenden und/oder anderen hydrophilen Fasern und optional thermoplastischen Fasern und anderen Inhaltsstoffen, oder ein anderes geeignetes Material. Es werden mindestens eine und vorzugsweise zwei superabsorbierende Polymervorstufenmischungen vorgesehen. Wenn lediglich eine superabsorbierende Polymervorstufenmischung bereitgestellt wird, dann muss diese alle die Bestandteile (Monomer, Katalysator und dergleichen) aufweisen, die zum Ausführen der chemischen Reaktion erforderlich sind. Wenn zwei superabsorbierende Polymervorstufenmischungen vorgesehen werden, kann eine davon ein Monomer und das andere einen Polymerisierungsinitiator enthalten. Alternativ kann jede Vorstufenmischung eine entsprechende Komponente eines chemischen Redox-Paares (ein oxidierender Radikalgenerator und ein Reduzierungsmittel) aufweisen, und zudem können beide Vorstufenmischungen auch eine beliebige Kombination aus Oligomer(en), Monomer(en), vernetzten Mittel(n) und/oder Neutralisierungsmittel(n) enthalten. Zumindest in dem zuletzt genannten läuft die Polymerisierungsreaktion spontan ab und beginnt, wenn die beiden Vorstufenmischungen zusammengeführt werden.
Die superabsorbierenden Polymervorstufenmischung(en) werden dem Substrat an den vorbestimmten gesteuerten Stellen unter Anwendung eines präzisen berührungslosen Prozesses hinzugefügt. Zu geeigneten berührungslosen Prozessen gehören berührungslose Präzisionsdruckprozesse, beispielsweise ein Tintenstrahldruckprozess. Ein berührungsloser „Präzisions-" Prozess ist einer, in welchem die superabsorbierende Polymervorstufenmischung(en) auf diskrete Mikrobereichsstellen mit äußerst kontrollierter Größe und Abstand aufgebracht werden können, ohne dass ein mechanischer Kontakt zwischen der Druckvorrichtung und dem Substrat stattfindet. Wenn zwei superabsorbierende Polymervorstufenmischungen verwendet werden, können diese separat hinzugefügt werden, so dass sie einander erst auf oder in dem Substrat berühren. Es wird zumindest eine und vorzugsweise beide Vorstufenmischungen unter Anwendung eines berührungslosen Präzisionsprozesses aufgebracht. Die Vorstufenmischung(en) und die Prozessbedingungen werden so gewählt, dass die Polymerisierungsreaktion zur Herstellung des superabsorbierenden Polymers vollständig auf oder in dem Substrat abläuft.
Als Folge davon werden das bzw. die superabsorbierende(n) Polymer(e) direkt auf den Oberflächen des Substrats oder Substratkomponenten, etwa Fasern, gebildet, Die resultierende absorbierende Struktur besitzt eine gesteuerte und stabile Zusammensetzung, in welcher das superabsorbierende Polymer an dem Substrat haftet und nicht innerhalb des Substrats wandert oder sich von diesem entfernt. Auf Grund der gesteuerten Größe und des Abstands der superabsorbierenden Polymerbereiche wird die Kapillarwirkung zwischen den Bereichen beibehalten, selbst wenn das Superabsorptionsmittel auf Grund der Absorption aufgequollen ist, und eine Blockierung durch Gel wird vermieden.
Es kann auch eine weitere Oberflächenvernetzung auf den superabsorbierenden Polymerbereichen ausgeführt werden, sobald die anfängliche Polymerisierung stattgefunden hat. Die Oberflächenvernetzung kann die absorbierende Eigenschaften der absorbierenden Struktur verbessern.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 bis 3 sind perspektivische Ansichten einer absorbierenden Struktur der Erfindung, wobei die superabsorbierenden Polymerbereiche in nicht aufgequollenen, in einem Zwischenzustand und in dem maximal aufgequollenen Zustand auf oder in einem Substrat dargestellt sind.
4 und 5 sind Aufrissansichten von superabsorbierenden Strukturen der Erfindung mit mehreren Abschnitten.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER GEGENWÄRTIG BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Erfindungsgemäß wird ein vorgeformtes Substrat bereitgestellt. Das Substrat kann ein fasriges Gewebe, ein Schaumbaumwollstoff, oder ein anderes geeignetes Material sein. Das Substrat kann beispielsweise ein Vliesstoffgewebe sein, das ungefähr 25 bis 100 Gewichtsprozent absorbierende und/oder andere hydrophile Fasern und ungefähr 0 bis 75 Gewichtsprozent thermoplastische Fasern aufweist, vorteilhafterweise ungefähr 50 bis 100 Gewichtsprozent absorbierende und/oder andere hydrophile Fasern und ungefähr 0 bis 50 Gewichtsprozent thermoplastische Fasern, vorteilhafterweise ungefähr 60 bis 90 Gewichtsprozent absorbierende und/oder andere hydrophile Fasern und ungefähr 10 bis 40 Gewichtsprozent thermoplastische Fasern aufweist. Das Substrat (beispielsweise das fasrige Gewebe) kann unter Anwendung einer konventionellen Technik hergestellt sein.
Geeigneter Weise enthalten die hydrophilen Fasern Zellulosefasern. Zu Beispiele von Zellulosefasern gehören ohne Einschränkung holzhaltige Fasern, holzhaltige Zellstoffe, gekräuselte holzhaltige Fasern, mikrokristalline Zellulose, mikrofibrillare Zellulose, Baumwolle und dergleichen. Es können andere hydrophile Fasern ebenso verwendet werden, sowie absorbierende Stapelfasern. Vorgeformte superabsorbierende Teilchen oder Fasern können ebenso enthalten sein. Für die Zwecke der Erfindung wird das superabsorbierende Polymer in-situ hergestellt, wie dies nachfolgend beschrieben ist.
Wenn thermoplastische Fasern verwendet werden, können diese schmelzgeblasene Fasern enthalten. Die schmelzgeblasenen Fasern können aus thermoplastischen Polymeren hergestellt werden, zu denen ohne Einschränkung gehören: Polyolefine, Polyamide, Polyester, Polyurethan, Polyvinylalkohol, Polykaprolakton, Styrenbutadienblockcopolymere und dergleichen. Zu geeigneten Polyolefinen gehören ohne Einschränkung: Polyethylen, Polypropylen, Polybutylen, Copolymere von Ethylen mit anderen Alphaolefinen, Copolymere von Propylen mit anderen Alphaolefinen, Copolymere von Butylen mit anderen Alphaolefinen und Mischungen davon. Verfahren zur Herstellung absorbierender Vliesstoffgewebe mit hydrophilen Fasern, schmelzgeblasenen Fasern und anderen optionalen Inhaltsstoffen sind offenbart im US-Patent 5,350,624 , Georger et al., US-Patent 4,818,464 , Lau und US-Patent 4,100,324 Andersen et al., deren Offenbarungen hiermit durch Bezugnahme mit aufgenommen sind.
Wenn thermoplastische Polymere verwendet werden, so können diese Spinnvliesfasern enthalten, die aus einem beliebigen Material der thermoplastischen Polymere hergestellt sind, die zuvor als geeignet für schmelzgeblasene Fasern aufgeführt sind. Ein Prozess zur Herstellung absorbierender Vliesstoffgewebe mit hydrophilen Fasern, Spinnvliesfasern und anderen optionalen Inhaltsstoffen ist im US-Patent 4,902,449 , Eschwey et al. offenbart, deren Offenbarung hiermit durch Bezugnahme mit eingeschlossen ist.
Erfindungsgemäß werden ein oder mehrere superabsorbierende Polymervorstufenmischungen auf das Substrat aufgebracht und chemisch nach dem Hinzufügen zu dem Substrat zur Reaktion (Polymerisierung) gebracht, um die absorbierende Gewebestruktur herzustellen. Die superabsorbierende Polymervorstufenmischung(en) werden unter Anwendung eines berührungslosen Präzisionsprozesses, etwa dem Tintenstrahldrucken, hinzugefügt, wobei kein Kontakt zwischen dem Substrat und der Anlage, die die Vorstufenmischung(en) aufbringt, besteht. Der berührungslose (beispielsweise Tintenstrahldruckprozess) Vorgang kann die superabsorbierenden Polymermischung(en) in einer Vielzahl regulärer Druckmuster aufbringen, zu denen Diamantmuster, Quadrate, Kreise, Dreiecke, Polygone und andere spezielle reguläre oder irrreguläre geometrische Konfigurationen gehören. Die endgültige Form kann von den obigen Formen mit lediglich geringer Dicke bis zu vollständig definierten dreidimensionalen Formen, etwa Polyheder, Kugeln, Ellipsoide, und dergleichen reichen. Ein geeigneter Tintenstrahldruckprozess ist beschrieben in: US-Patent 6,024,438 , Koike et al., US-Patent 6,019,457 , Silverbrook, und US-Patent 5,875,969 , Ruth III, deren Offenbarungen hiermit durch Bezugnahme mit eingeschlossen sind.
Die superabsorbierende Polymervorstufenmischung(en) werden aufgebracht, um Bereiche eines superabsorbierenden Polymers an vorbestimmten gesteuerten Stellen oder Positio nen auf oder in dem Substrat zu bilden. Die Bereiche aus superabsorbierenden Polymer besitzen eine regelmäßige Größe und einen regelmäßigen Abstand, so dass keine zwei Bereiche an superabsorbierendem Polymer die Kapillargefäße zwischen den Bereichen blockieren, selbst wenn die superabsorbierenden Polymerbereiche auf Grund der maximalen Flüssigkeitsabsorption vollständig aufgequollen sind. Anders ausgedrückt, die benachbarten superabsorbierenden Polymerbereiche berühren einander nicht, selbst wenn sie aufgequollen sind.
Die vorhergehenden Prinzipien sind in den Zeichnungen dargestellt. 1 zeigt eine absorbierende Struktur 10 mit einem fasrigen Gewebesubstrat 12 und superabsorbierenden Polymerbereichen 14. Die superabsorbierenden Polymerbereiche 14 liegen in einem trocknen, nicht aufgequollenen Zustand vor. Kapillargefäße 16, durch die eine wässrige Flüssigkeit hindurchtreten kann, sind zwischen jeweils benachbarten Paaren von superabsorbierenden Polymerbereichen 14 ausgebildet.
2 zeigt die gleiche absorbierende Struktur 10 mit Ausnahme, dass die superabsorbierenden Polymerbereiche 14 einen Zwischenzustand des Aufquellens auf Grund einer gewissen Absorption einer wässrigen Flüssigkeit aufweisen. 3 zeigt die gleiche superabsorbierende Struktur 10 mit der Ausnahme, dass die superabsorbierenden Polymerbereiche 14 maximal aufgequollen sind auf Grund der maximalen Absorption einer wässrigen Flüssigkeit. In dem Maße, wie die superabsorbierenden Polymerbereiche 14 auf Grund der Flüssigkeitsabsorption aufquellen, werden die Kapillargefäße 16 dazwischen entsprechend kleiner. Jedoch berühren selbst bei maximaler Aufquellung, wie dies in 3 gezeigt ist, die benachbarten superabsorbierenden Polymerbereiche 14 einander nicht, und die Kapillargefäße 16 sind nicht geschlossen oder blockiert. Somit wird die Kapillarwirkung selbst bei maximaler Flüssigkeitsabsorption aufrecht erhalten und eine Gel-Blockierung wird vermieden.
Um die vorhergehenden Funktionen zu erfüllen, sollten die superabsorbierenden Polymerbereiche einen regulären Bereichsdurchmesser aufweisen, wenn sie in dem aufgequollenen Zustand vorliegen. Der Begriff „Bereichs- bzw. Domänendurchmesser" bezeichnet die größte Länge einer geraden Linie, die durch einen superabsorbierenden Polymerbereich von einer Seite zur einer gegenüberliegenden Seite gezogen werden kann. Der Begriff „regulärer Bereichsdurchmesser" bedeutet, dass die Standardabweichung der Bereichsdurchmesser von in-situ gebildeten superabsorbierenden Polymerbereichen 14 innerhalb der absorbierenden Struktur 10 ungefähr 10% oder weniger, geeigneter Weise ungefähr 5% oder weniger, vorteilhafterweise ungefähr 3% oder weniger des mittleren Bereichsdurchmessers der superabsorbierenden Polymerbereiche beträgt, wenn die superabsorbierenden Polymerbereiche 14 im vollständig aufgequollenen Zustand vorliegen. Unter der Voraussetzung, dass die superabsorbierenden Polymerbereiche 14 eine gleichförmige Zusammensetzung und Geometrie aufweisen, sollten die Standardabweichungen (ausgedrückt als prozentuale Abweichungen von einem mittleren Teilchendurchmesser) in dem trocknen unaufgequollenen Zustand gleich sein, obwohl der mittlere Durchmesser geringer ist. Die Standardabweichung ist durch gut bekannte statistische Techniken festgelegt und repräsentiert Schwankungen in Bezug auf einen mittleren Teilchendurchmesser in einer Normalverteilungskurve.
Auf der Grundlage einer Normalverteilungskurve ist der wahrscheinlichste Durchmesser eines superabsorbierenden Polymerbereichs in dem vollständig aufgequollenen Zustand (entspricht der maximalen Flüssigkeitsabsorption) der mittlere (durchschnittliche) Bereichsdurchmesser für alle superabsorbierenden Bereiche 14 in der absorbierenden Struktur 10. Statistisch besitzen ungefähr 67% der superabsorbierenden Polymerbereiche einen Durchmesser im vollständig aufgequollenen Zustand innerhalb einer Standardabweichung vom Mittelwert, ungefähr 95% liegen innerhalb zweier Standardabweichungen vom Mittelwert und ungefähr 99% liegen innerhalb dreier Standardabweichungen von dem Mittelwert. Beispielsweise kann eine absorbierende Struktur 10 einen mittleren Bereichsdurchmesser des superabsorbierenden Bereichs von 1000 Mikrometer in dem vollständig aufgequollenen Zustand und eine Standardabweichung von 5% aufweisen. In diesem Beispiel hätten dann ungefähr 67% der superabsorbierenden Polymerbereiche einen Durchmesser im vollständig aufgequollenen Zustand zwischen 950 bis 1050 Mikrometer, ungefähr 96% hätten einen Durchmesser im vollständig aufgequollenen Zustand zwischen 900 bis 1100 Mikrometer und ungefähr 99% hätten einen Durchmesser im vollständig aufgequollenen Zustand zwischen 850 bis 1150 Mikrometer.
Die superabsorbierenden Polymerbereiche 14 besitzen typischerweise einen mittleren trocknen (nicht aufgequollenen) Durchmesser, der näherungsweise durch die folgende Gleichung bestimmt ist:
wobei

D_unswollen: = Durchmesser des nicht aufgequollenen Bereichs
D_swollen: = Durchmesser des vollständig aufgequollenen Bereichs
A_S: = maximale Absorptionsfähigkeit dese superabsorbierenden Polymers in Gramm wässriger Flüssigkeit pro Gramm superabsorbierendem Polymer
ρ_S: = die Dichte des superabsorbierenden Polymers im trockenen nicht aufgequollenen Zustand und
ρ_L: = die Dichte der wässrigen Flüssigkeit ist.

Wenn z. B. A_S 25g/g und das Verhältnis ρ_S/ρ_L = 1,5 beträgt, hätte ein superabsorbierender Bereich (oder mehrere Bereiche) mit einem mittleren Durchmesser im aufgequollenen Zustand von 1000 Mikrometer einen mittleren Durchmesser im nicht aufgequollenen Zustand von 296 Mikrometer. Die Abhängigkeit zwischen aufgequollenen und nicht aufgequollenen Durchmessern ist wichtig, da die superabsorbierende Polymervorstufenmischung(en) auf das Substrat in kontrollierten Bereichsgrößen auf der Grundlage der nicht aufgequollenen Durchmesser aufgebracht werden, wobei jedoch der Abstand zwischen den Bereichen auf der Grundlage der vollständig aufgequollenen Durchmesser gesteuert werden muss.
Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung können die superabsorbierenden Polymerbereiche 14 einen mittleren nicht aufgequollenen (trocknen) Durchmesser von ungefähr 50 bis ungefähr 1000 Mikrometer aufweisen. Die superabsorbierenden Polymervorstufenmischung(en) kann bzw. können auf das Substrat in Bereichen aufgebracht werden, die ungefähr den nicht aufgequollenen (trocknen) Durchmesser aufweisen. Jedoch ist die Erfindung nicht auf diesen Bereich nicht aufgequollener Bereichsdurchmesser eingeschränkt. Vielmehr richtet sich die vorliegende Erfindung an absorbierende Strukturen, die die Beziehung zwischen den vollständig aufgequollenen Bereichsdurchmessern, den mittleren Abstand und der Regelmäßigkeit aufweisen, wie dies nachfolgend erläutert ist.
Damit die absorbierende Struktur eine vollständige ungestörte Kapillarwirkung entfalten kann, selbst wenn die superabsorbierenden Polymerbereiche vollständig aufgequollen sind, sollte der Abstand zwischen den superabsorbierenden Polymerbereichen a) regelmäßig und b) größer als der mittlere Bereichsdurchmesser im vollständig aufgequollenen Zustand des superabsorbierenden Bereichs sein. Der Begriff „Abstand" ist für jeden superabsorbierenden Polymerbereich als der Abstand vom Mittelpunkt zu Mittelpunkt zwischen dem superabsorbierenden Polymerbereich und dem nächstliegenden superabsorbierenden Polymerbereich definiert, wenn beide in dem trocknen nicht aufgequollenen Zustand vorliegen. Der mittlere Abstand ist der Durchschnitt der Abstände für superabsorbierende Polymerbereiche 14 der absorbierenden Struktur 10. Der Begriff "regelmäßiger Abstand" bedeutet, dass die Standardabweichung der Abstände von in-situ gebildeten superabsorbierenden Polymerbereichen 14 in der absorbierenden Struktur 10 ungefähr 10% oder weniger, geeigneter Weise ungefähr 5% oder weniger, vorteilhafterweise ungefähr 3% oder weniger des mittleren Durchmessers der superabsorbierenden Polymerbereiche beträgt, wenn die Bereiche in dem trocknen unaufgequollenen Zustand vorliegen. Da der Begriff „Abstand" als ein Abstand von Mittelpunkt zu Mittelpunkt definiert ist, können die Standardabweichungen (ausgedrückt als prozentuale Abweichungen von dem mittleren Abstand) ungefähr gleich bleiben, wenn die absorbierende Struktur 10 Flüssigkeit absorbiert und die superabsorbierenden Polymerbereiche 14 anschwellen, obwohl der mittlere Abstand auf Grund der Ausdehnung der absorbierenden Struktur größer werden kann.
Beispielsweise kann der mittlere Abstand für die superabsorbierenden Polymerbereiche 14 in der absorbierenden Struktur 10 ungefähr 150 bis ungefähr 3000 Mikrometer betragen. Jedoch ist die Erfindung nicht auf diesen Bereich der mittleren Abstände eingeschränkt. Um eine Kapillarströmung zwischen den aufgequollenen superabsorbierenden Polymerbereiche" sicherzustellen, wie dies in 2 gezeigt ist, sollte der mittlere Abstand zumindest ungefähr 5% größer sein als der mittlere Abstand des superabsorbierenden Polymerbereiches, wenn diese vollständig aufgequollen sind. Der mittlere Abstand kann mindestens ungefähr 10% größer sein oder mindestens ungefähr 15% größer sein, als der mittlere Bereichsdurchmesser der vollständig aufgequollenen superabsorbierenden Polymerbereiche.
Anders ausgedrückt, der mittlere Abstand S zwischen superabsorbierenden Polymerbereiche" 14 ist um mindestens ungefähr 5%, geeigneter Weise um mindestens ungefähr 10% und vorteilhafterweise um mindestens 15% größer als der mittlere Durchmesser D_swollen im vollständig aufgequollenen Zustand. Durch Vereinigung der vorhergehenden Prinzipien ergibt sich eine Gleichung, die eine Gestaltung einer absorbierenden Struktur 10 erlaubt, wo bei in-situ ausgebildete superabsorbierende Polymerbereiche mit einer bekannten Dichte und einer maximalen Absorptionskapazität A_S verwendet werden:
wobei K ungefähr 1,05 (für eine 5%ige Kapillarsicherheitsgrenze), oder
mindestens 1,10 (für eine 10%ige Kapillarsicherheitsgrenze), oder
mindestens 1,15 (für eine 15%ige Kapillarsicherheitsgrenze) ist.
Wenn beispielsweise ein superabsorbierender Polymerbereich einen mittleren Durchmesser im trocknen nicht aufgequollenen Zustand von 300 Mikrometer, eine maximale Absorptionskapazität von 30 Gramm/Gramm und eine Dichte, die 1,5 mal der Dichte der zu absorbierenden Flüssigkeit ist, aufweist, so sollte der mittlere Abstand S zwischen den superabsorbierenden Polymerbereichen 14 mindestens betragen: S = K Dswollen = 1,05 (300) ∛(30·1,5)+1 = 1129 Mikrometer
Das Beibehalten der Kapillarwirkung und das Vermeiden der Gelblockierung, selbst wenn die superabsorbierende Polymerbereiche vollständig aufgequollen sind, ist damit von drei Faktoren abhängig: a) der regelmäßigen Größe der superabsorbierenden Polymerbereiche, die in-situ gebildet werden und mit dem Substrat verbunden sind, um eine Verschiebung zu vermeiden, b) dem regulären Abstand zwischen superabsorbierenden Polymerbereichen und c) einem mittleren Abstand, der durch die obige Gleichung gegeben ist, wobei K mindestens 1,05, geeigneter Weise mindestens 1,10 und vorteilhafterweise mindestens 1,15 beträgt. Das Aufbringen der superabsorbierenden Polymervorstufenmischung(en) in einer derartigen regelmäßigen und gesteuerten Weise zur Herstellung der superabsorbierenden Polymerbereiche mit dem gewünschten regulären Durchmesser und Abstand wird erreicht, indem der berührungslose Präzisionsprozess angewendet wird, geeigneter Weise der zuvor beschriebene Tintenstrahldruckprozess.
4 und 5 zeigen Aufrissansichten von absorbierenden Strukturen 20 mit mehreren Abschnitten, wobei "N" Abschnitte vorgesehen sind. Unterschiedliche Abschnitte können eine unterschiedliche Konzentration an superabsorbierenden Polymerbereichen 14 aufweisen, d. h. einen unterschiedlichen mittleren Abstand zwischen superabsorbierenden Polymerbereichen. Der Begriff „Abschnitt" ist hierin so definiert, um sowohl a) eine einzelne Schicht in einer absorbierenden Mehrschichtstruktur zum umschließen, deren Schichten voneinander separiert und dann kombiniert werden, als auch b) ein einzelnes ebenes Gebiet oder einen Abschnitt in einer absorbierenden Einschichtstruktur zu umschließen, die einen Konzentrationsgradienten an superabsorbierenden Polymerbereichen zwischen einer ersten Hauptfläche 22 und einer zweiten Hauptfläche 24 aufweist. Anders ausgedrückt, jeder Abschnitt kann eine separat hergestellte Schicht repräsentieren, oder kann ein separates Gebiet in Z-Richtung oder einen Bereich in dieser Richtung einer absorbierenden Einschichtstruktur 20 repräsentieren. Jeder Abschnitt repräsentiert typischerweise eine individuelle Schicht, wobei die Schichten separat hergestellt und dann kombiniert werden. Die Konzentrationen der superabsorbierenden Polymerbereiche 14 kann auch in der X- und Y-Richtung innerhalb jedes Abschnitts variieren, vorausgesetzt, dass die Anforderungen hinsichtlich des minimalen Abstands, wie sie zuvor dargelegt sind, erfüllt sind.
Die absorbierende Struktur 20 mit mehreren Abständen besitzt „N" Abschnitte in der Z-Richtung, die die Richtung senkrecht zu der ersten Hauptfläche 22 und der zweiten Hauptfläche 24 repräsentiert. Für eine absorbierende Struktur mit drei Abschnitten 20, wie sie in den 4 und 5 gezeigt ist, sind die Abschnitte der Reihe nach als N (oder 3), N – 1 (oder 2) und N – 2 (oder 1) bezeichnet. Für eine absorbierende Struktur mit seriellen Abschnitten, die zumindest zwei bis zu einer beliebigen höheren Anzahl an absorbierenden Abschnitten in der Z-Richtung aufweist, sind die Abschnitte der Reihe nach als N (oder N – 0), N – 1, ..., 1 bezeichnet. Anders ausgedrückt, die Abschnitte können als (N – i) bezeichnet werden, wobei i im Bereich von 0 bis N – 1 liegt. Beispielsweise ist in einer absorbierenden Struktur mit 10 Abschnitten 20 N = 10 und die Abschnitte sind mit N, N – 1, N – 2, N – 3, N – 4, N – 5, N – 6, N – 7, N – 8 und N – 9 bezeichnet. In einer absorbierenden Struktur mit mehreren Abschnitten 20 kann die Anzahl der Abschnitte N in der Z-Richtung geeigneter Weise von ungefähr 2 bis unge fähr 20, vorteilhafterweise von 3 bis ungefähr 15 und vorzugsweise von 4 bis ungefähr 10 reichen.
Die einzelnen Abschnitte in der absorbierenden Struktur mit mehreren Abschnitten 20 sollten die folgenden Gleichungen für den Abstand zwischen superabsorbierenden Polymerbereichen 14, in-situ auf oder in den einzelnen Abschnitten ausgebildet sind, erfüllen:
wobei K mindestens 1,05 (für eine 5%ige Kapillarsicherheitsgrenze), oder
mindestens 1,10 (für eine 10%ige Kapillarsicherheitsgrenze), oder
mindestens 1,15 (für eine 15%ige Kapillarsicherheitsgrenze), und
K unterschiedlich für mindestens zwei unterschiedliche Abschnitte der absorbierenden Struktur mit mehreren Abschnitten ist.
In einer Ausführungsform der Erfindung, die in 4 gezeigt ist, weist die absorbierende Struktur mit mehreren Abschnitten 20 einen Konzentrationsgradienten von in-situ gebildeten Polymerbereichen zwischen einer ersten Hauptfläche 22 und einer zweiten Hauptfläche 24 auf, wobei die erste Hauptfläche 22 dem Träger eines absorbierenden Artikels, der die absorbierende Struktur 20 aufweist, am nächsten liegt. Wie zuvor ausgeführt ist, können die Abschnitte in Z-Richtung für eine absorbierende Struktur mit mehreren Abschnitten mit N-Abschnitten der Reihe nach als N – 0, N – 1, ... 1, oder als N – i, wobei i = 0,1, ... (N – 1) ist, bezeichnet werden. Um den gewünschten Konzentrationsgradienten zu erzeugen, kann der Abstandskoeffizient K in jedem Abschnitt definiert sein, wie: K ≥ 1,05 + id
Wobei d eine Abstandsdifferenz von einem Abschnitt zur dem nächsten benachbarten Abschnitt repräsentiert, und
i eine Ganzzahl im Bereich von 0 bis N – 1 in geordneter Folge ist.
Die Abstandsdifferenz d kann variieren in Abhängigkeit von a) der Anzahl der Abschnitte N, und b) dem gewünschten Konzentrationsgradienten zwischen dem Abschnitt N, der von dem Träger am weitesten entfernt ist (wobei i = 0), und dem Abschnitt N – (N – 1), der dem Träger am nächsten angeordnet ist (wo i = N – 1) ist. Die Abstandsdifferenz d zwischen jedem Paar benachbarter Abschnitte kann von ungefähr 0,01 bis ungefähr 3,0, geeigneter Weise von ungefähr 0,03 bis ungefähr 2,0, vorzugsweise von ungefähr 0,05 bis ungefähr 1,0 und vorteilhafterweise von ungefähr 0,1 bis ungefähr 0,5 reichen. Wenn die Anzahl der Abschnitte N relativ groß ist, kann die Abstandsdifferenz d zwischen benachbarten Abschnitten kleiner sein, um einen geeigneten Konzentrationsgradienten von einer Hauptfläche zu der anderen der absorbierenden Struktur 20 zu erzeugen.
Alternativ kann der Abstandskoeffizient K für die in 4 gezeigte Ausführungsform der Reihe nach für jeden Abschnitt zum nächsten Abschnitt gemäß der folgenden Gleichung variieren: K = K0 + idwobei K₀ ≥ 1,05,
d eine Abstandsdifferenz von einem Abschnitt zu dem nächsten, und
i sequenziell im Bereich von 0 bis N – 1 ist.
5 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, die für absorbierende Tücher und dergleichen geeignet ist, in der die absorbierende Struktur 20 mit mehreren Abschnitten einen Konzentrationsgradienten von in-situ hergestellten Polymerbereichen aufweist, die durch eine minimale Konzentration (maximaler Abstand Zwischenbereichen) in der Nähe beider Hauptflächen 22 und 24 und einer maximalen Konzentration (minimaler Abstand zwischen Bereichen) in einem zentralen Zwischenabschnitt ausgezeichnet sind. Um den gewünschten Konzentrationsgradienten zu erreichen, kann der Wert K in jedem Abschnitt wie folgt definiert sein:
wobei d eine Abstandsdifferenz von einem Abschnitt zu dem nächsten repräsentiert,
n die Anzahl der Abschnitte in Z-Richtung ist, die der Reihe nach als N – i bezeichnet werden, wobei i = 0,1, ... N – 1 ist,
In der obigen Ausführungsform tritt die maximale Konzentration (minimaler Abstand) von in-situ gebildeten superabsorbierenden Polymerbereichen in dem Zwischenabschnitt (oder benachbarten Zwischenabschnitten) auf, in denen i gleich oder annäherungsweise gleich (N – 1)/2 und der Wert von
Null ist (wenn N ungerade ist) oder 0,5 ist (wenn N gerade ist). Die minimale Konzentration (maximaler Abstand) von den in-situ gebildeten superabsorbierenden Polymerbereichen tritt in den äußersten Abschnitten auf, in denen i gleich Null oder N – 1 ist und der Wert von
maximal ist. Wiederum können die Werte für die Konzentrationsdifferenz d in der oben gezeigten Form variieren, abhängig von dem gewünschten Betrag des Gradienten und der Anzahl der Abschnitte N in der absorbierenden Struktur 20.
Alternativ kann der Abstandskoeffizient K für die in 5 gezeigte Ausführungsform der Reihe nach von jedem Abschnitt zum nächsten variieren, wobei ein minimaler Wert in einem mittleren Abschnitt oder Abschnitten und maximale Werte in beiden äußersten Abschnitten gemäß der vorliegenden Gleichung erreicht werden:
wobei K₀ ≥ 1,05 ist,
d die Abstandsdifferenz von einem Abschnitt zum nächsten ist, und
N die Anzahl der Abschnitte in Z-Richtung ist, die der Reihe nach als N – i bezeichnet sind, wobei i = 0, 1, ... N – 1 ist.
Wenn lediglich eine einzelne superabsorbierende Polymervorstufenmischung verwendet wird, so muss diese alle Reaktionsstoffe (Monomer, Katalysator, etc.) beinhalten, die zur Herstellung eines superabsorbierenden Polymers verwendet werden. Somit ist für die Zwecke der Erfindung die Verwendung lediglich einer einzelnen Vorstufenmischung auf Situationen beschränkt, in denen die chemische Reaktion verzögert werden kann, bis die Vorstufenmischung das fasrige Gewebe berührt, wobei Fälle mit eingeschlossen sind, in denen ein positiver Aktivierungsschritt (beispielsweise mittels Wärme, Strahlung oder dergleichen) erforderlich ist, um die chemische Reaktion in Gang zu setzen. Die Verwendung zumindest zweier superabsorbierender Polymervorstufenmischungen, die spontan nur dann reagieren, wenn diese miteinander in Kontakt kommen, ist für die Zwecke der Erfindung vorteilhaft. Dies ist darin begründet, dass die beiden superabsorbierenden Polymervorstufenmischungen separat gehalten werden können und separat unter Anwendung unterschiedlicher Tintenstrahlsprüh- oder Tauchdüsen oder dergleichen aufgebracht werden können, so dass sie dann zum ersten Mal miteinander in Kontakt kommen, wenn sie beide auf in dem fasrigen Gewebe vorhanden sind.
In einer geeigneten Ausführungsform umfasst eine erste superabsorbierende Polymervorstufenmischung ein Monomer, ein Vernetzungsmittel und ein Reduktionsmittel. Eine zweite superabsorbierende Polymervorstufenmischung umfasst ein Monomer, ein Vernetzungsmittel und ein Oxidationsmittel. Das Monomer in der zweiten superabsorbierenden Polymervorstufenmischung kann das gleiche Monomer wie in der ersten superabsorbierenden Polymervorstufenmischung sein, oder es kann ein unterschiedliches Monomer sein, das mit dem Monomer in der ersten superabsorbierenden Polymervorstufenmischung kopolimerisierbar ist. Wenn die erste und die zweite Vorstufenmischung auf oder in dem Substrat vereinigt werden, dann reagieren diese spontan, um die superabsorbierenden Polymerbereiche zu bilden.
Es kann eine Bandbreite von superabsorbierenden Polymervorstufenmischungen in dem erfindungsgemäßen Prozess verwendet werden. Mindestens eine Polymermischung enthält dabei ein Monomer. Zu geeigneten Monomeren, die superabsorptionsmittelbildend sind, gehören die folgenden Monomere und Mischungen davon:

1. Karboxylgruppen enthaltende Monomere: Hinsichtlich Monoethylen ungesättigte Mono- oder Poly-Karboxylsäuren, etwa (Meth) Acrylsäure (d. h. Arcylsäure oder Methaacrylsäure. Im Weiteren werden ebenso ähnliche Begriffsbildungen verwenden), Maleinsäure, Fumarsäure, Krotonsäure, Sorbinsäure, Itakoninsäure und Zinnaminsäure;
2. Monomere mit einer Karboxylsäure Anhydridgruppe: Hinsichtlich Monoethylen ungesättigte Poly-Karboxylsäureanhydride (etwa Maleinanhydrid);
3. Karboxylsäuresalzenthaltende Monomere: wasserlösliche Salze (Alkalimetallsalze, Ammoniumsalze, Aminsalze, etc.) von hinsichtlich Monoethylen ungesättigten Mono- oder Poly-Karboxylsäuren (etwa Natrium (Meth) Acrylat, Trimethylamin (Meth) Acrylat, Triethanolamin (Meth) Acrylat, Natriummaleat, Metylaminmaleat);
4. Schwefelsäuregruppen enthaltende Monomere: aliphatische oder aromatische Vinylschwefelsäuren (etwa Vinylschwefelsäure, Allylschwefelsäure, Vinyltoluenschwefelsäure, Styrenschwefelsäure), (Meth) Acryl-Schwefelsäuren [etwa Sulfopropy (Meth) Acrylat, 2-Hydroxy-3-(Meth)Acryloxypropyl-Schwefelsäure];
5. Schwefelsäuresaltzgruppen enthaltende Monomere: Alkalimetallsalze, Ammoniumsalze, Aminsalze von schwefelsäuregruppenenthaltenden Monomeren, wie sie zuvor erwähnt sind;
6. Hydroxylgruppen enthaltende Monomere: hinsichtlich von Monoethylen ungesättigte Alkohole [etwa (Meth) Allylalkohol], hinsichtlich von Monoethylen ungesättigte Ether oder Ester von Polyonen (Alkylenglykole, Polyoxyalkylenpolyole), etwa Hydroxethylen (Meth) Acrylat, Hydroxypropyl (Meth) Acrylat, Triethylenglykol (Meth) Acrylat, Poly (Oxyethylen Oxypropylen) Glykolmono (Meth) Allyl-Ether (wobei Hydroyl-Gruppen zu Ether oder Ester umgewandelt sind);
7. Amidgruppen enthaltende Monomere: Vinylformamid, (Meth) Acrylamid, Balkyl (Meth) Acrylamide (etwa N-Methylacrylamid, Bihexylacrylamid), N-N-Dialkyl (Meth) Acrylamide (etwa N,N-Dimethylacrylamid, N,N-di-n-Propylacrylamid), N-Hydroxylalkyl (Meth) Acrylamide [etwa N-Methylol (Meth) Acrylamid], N-Hydroxyethyl (Meth) Acrylamid, N-N-Dihydroxylalkyl (Meth) Acrylamide [N,N-Dihydroxyethyl (Meth) Acrylamid], Vinyllaktame, etwa N-Vinylpyrrolidone);
8. Aminogruppen enthaltende Monomere: Aminogruppen enthaltende Ester (beispielsweise Dialkylaminoalkylester, Dihydroxylalkylaminoalkylester, Morpholinoalkylester, etc.) von hin sichtlich Monoethylen ungesättigten Mono- oder Di-Karboxylsäure (etwa Dimethylaminoethyl (Meth) Acrylat, Diethylaminoethyl (Meth) Acrylat, Morpholinoehtyl (Meth) Acrylat, Dimethylaminoethylfumarat], Heterozyklische Vinylverbindungen, etwa Vinylpyridine (beispielsweise 2-Vinyl-Pyridin) 4-Vinyl-Pyridin, N-Vinyl-Piridin), N-Vinyl-Imidazol; und
9. Vierfachammoniumsalzgruppen enthaltende Monomere: N,N,N-Trialkyl-N-(Meth)Acryloyloxyalkylammoniumsalze [etwa N,N,N-Trimethyl-N-(Meth)Acrylooyloxyethylammoniumchlorid, N,N,N-Triethyl-N-(Meth)Acrylooyloxyethylammoniumchlorid, 2-Hydroxy-3-(Meth)-Acryloyloxypropyltrimethylammoniumchlorid].
10. Ethergruppen enthaltende Monomere: Methoxypolyethylenglykol (Meth) Acrylat; Polyethylenglykoldimethacylat.

Zu speziellen Monomeren, die Superabsorptionsstoffe bilden, und die für den Prozess der vorliegenden Erfindung geeignet sind, gehören ohne Einschränkung aliphatisch ungesättigte Monokarboxylsäuren oder Salze davon; speziell ungesättigte Monokarboxylsäuren oder Salze davon, etwa Acrylsäure oder Salze davon, Methaacrylsäure oder Salze davon, oder ungesättigte Dikarboxylsäuren oder Salze davon, etwa wie Maleinsäure oder Salze davon, Itaconsäure oder Salze davon, die alleine oder in Verbindung verwendet werden können.
Unter diesen Komponenten sind Arcylsäure oder Salze davon und Methaacrylsäure und Salze davon verwendbar insbesondere Acrylsäure oder Salze davon.
Polymerisierbare Monomere, die ein wasserabsorbierendes Polymer in der vorliegenden Erfindung ergeben, sind vorzugsweise aliphatische ungesättigte Karboxylsäuren oder Salze davon, wie sie zuvor beschrieben sind, daher sind wässrige Lösungen dieser polymerisierbaren Monomere vorzugsweise wässrige Lösungen, die im Wesentlichen eine aliphatische ungesättigte Karboxylsäure oder ein Salz davon enthalten. Im hierin verwendeten Sinne bezeichnet der Begriff „im Wesentlichen eine aliphatische ungesättigte Karboxylsäure oder ein Salz davon enthaltend", dass die aliphatische ungesättigte Karboxylsäure oder ein Salz davon mit ungefähr 50 mol% oder mehr, geeigneter Weise ungefähr 80 mol% oder mehr hinsichtlich der Gesamtmenge des polymerisierbaren Monomers enthalten ist.
Zu geeigneten Salzen von aliphatischen ungesättigten Karboxylsäuren gehören normalerweise wasserlösliche Salze, etwa Alkalimetallsalze, Erdalkalimetallsalze, Ammoniumsalze oder dergleichen. Die Neutralität wird geeignet abhängig vom Verwendungszweck ausgewählt, aber 20 bis 90 mol% an Karboxylgruppe wird vorzugsweise neutralisiert mit einem Alkalimetallsalz oder einem Ammoniumsalz im Falle einer Acrylsäure. Wenn die partielle Neutralität eines Acrylmonomers weniger als 20 mol% beträgt, neigt das resultierende wasserabsorbierende Polymer dazu, dass es eine geringe Wasserabsorptionskapazität aufweist.
Acrylmonomere können mit Alkalimetalloxyden oder Bikarbonaten oder Ammoniumhydroxyd oder dergleichen, vorzugsweise Alkalimetallhydroxyden, etwa Natriumhydroxyd oder Kalziumhydroxid neutralisiert werden.
Monomere, die Superabsorptionsstoffe bilden, können auch Comonomere enthalten, die zusammen mit einem der zuvor aufgeführten Monomeren polymerisierbar sind. Die Comonomere können einen Teil der gleichen superabsorbierenden Polymervorstufenmischung wie das primäre Monomer bilden, oder können ein Teil einer anderen Superabsorptionspolymervorstufenmischung sein oder können der fasrigen Mischung unter Ausnutzung des gleichen oder eines unterschiedlichen Stromes hinzugefügt werden. Wenn das primäre Monomer eine aliphatische ungesättigte Karboxylsäure ist, gehören zu geeigneten Comonomeren, ohne einschränkend zu sein, sekundäre Monomere, etwa (Meth) Acrylamid, (Poly) Ethylenglykol (Meth) Acrylat, 2-Hydroxyethyl (Meth) Acrylat oder selbst geringfügig wasserlösliche Monomere mit Acrylat bedeckten Urethanen, Acrylester, etwa Methylacrylat oder Ethylacrylat kann ebenso in einer Menge innerhalb eines Bereiches Co-polymerisiert werden, der das Leistungsverhalten der resultierenden wasserabsorbierenden Polymere in der vorliegenden Erfindung nicht beeinflusst. Im hierin verwendeten Sinne bezeichnet der Begriff „(Meth) Acryl" sowohl „Acryl" als auch „Methaacryl".
Wenn zwei superabsorbierende Polymervorstufenmischungen in ein Redox-System kombiniert werden, wie dies zuvor beschrieben ist, ist auch ein Vernetzungsmittel („Vernetzer”) in der ersten Superabsorptionspolymervorstufenmischung und in der zweiten Superabsorptionspolymerstufenmischung vorhanden. Das Vernetzungsmittel verbessert im Allgemeinen das Wasserabsorptionsverhalten des resultierenden superabsorbierenden Polymers. Das Vernetzungsmittel, das in der ersten superabsorbierenden Polymervorstufenmischung verwendet ist, kann das gleiche oder unterschiedlich sein zu wendet ist, kann das gleiche oder unterschiedlich sein zu dem Vernetzungsmittel, das in der zweiten Superabsorptionspolymervorstufenmischung verwendet ist. Das bzw. die Vernetzungsmittel können in der ersten und der zweiten superabsorbierenden Polymervorstufenmischung mit ungefähr 0,001 bis ungefähr 1 Gewichtsprozent und insbesondere mit ungefähr 0,01 bis 0,5 Gewichtsprozent bezogen auf das Gewicht des bzw. der Monomer(e) vorhanden sein.
Zu geeigneten Vernetzungsmitteln gehören Divinylverbindungen, die mit den Monomer(en) Co-polymerisierbar sind, etwa N,N'-Methylenbis(meth)acrylamid, (Poly)ethylenglykoldi(meth)acrylat und wasserlösliche Verbindungen mit zwei oder mehreren funktionalen Gruppen, die mit einer Karboxylsäure mit Polyglycidylethern, etwa Ethylenglykoldiglycidylether und Polyethylenglykoldiglycidilether reagieren können. Unter diesen sind N,N'-Methylenbis(meth)acrylamid besonders geeignet.
Die erste superabsorbierende Polymervorstufenmischung umfasst ferner ein Reduziermittel. Das Reduziermittel sollte in der Lage sein, ein Redox-System mit dem Oxidationsmittel in der zweiten superabsorbierenden Polymervorstufenmischung zu bilden. Das Reduziermittel kann mit ungefähr 0,001 bis ungefähr 10 Gewichtsprozent, geeigneter Weise von ungefähr 0,01 bis ungefähr 2 Gewichtsprozent bezogen auf das Gewicht des Monomers, das das superabsorbierende Mittel bildet, in der ersten Vorstufenmischung vorhanden sein. Zu geeigneten Reduziermittel gehören Sulfite, etwa Natriumsulfit oder Natriumhydrogensulfit, Natriumthiosulfat, Kobaltazethat, Kupfersulfat, Eisensulfate, Eisenammoniumsulfate, Natriummethabisulfid, tertiäre Amine oder Diamine, L-Ascorbinsäure oder L-Ascorbinsäurealkalimetallsalze, etc. U. a. sind L-Ascorbinsäure oder L-Ascorbinsäurealkalimetallsalze besonders geeignet.
Die zweite Superabsorptionspolymervorstufenmischung enthält ferner ein Oxidationsmittel. Das Oxidationsmittel sollte in der Lage sein, mit dem Reduziermittel in der ersten Superabsorptionspolymervorstufenmischung ein Redox-System zu bilden. Das Oxidationsmittel kann mit ungefähr 0,001 bis ungefähr 10 Gewichtsprozent, geeigneter Weise mit ungefähr 0,001 bis ungefähr 2 Gewichtsprozent bezogen auf das Gewicht des Monomers, das das superabsorbierende Mittel bildet, in der zweiten Vorstufenmischung vorhanden sein. Zu geeigneten Oxidationsmitteln gehören ein Wasserstoffradikalerzeuger und ein Reduziermittel. Derartige Oxidationsmittel beinhalten Wasserstoffperoxid, Kaliumbromat, N- Bromsuccinimid, Persulfate, etwa Annomiumpersulfat, Natriumpersulfat oder Kaliumpersulfat, Peroxide einschließlich Hydroperoxide, etwa 1-Butyl-Hydroperoxid oder Cumenhydroperoxid, sekundäre Cersalze, Permanganate, Chloride, Hypochloride, etc., wovon Wasserstoffperoxid besonders geeignet ist.
Die erste und die zweite superabsorbierende Polymervorstufenmischung können in einem organischen oder anorganischen Lösungsmittel, geeigneter Weise Wasser, bereitgestellt werden. Die Konzentration eines polymerisierbaren Monomers oder Monomere in einer wässrigen polymerisierbaren Monomerlösung, die im Wesentlichen eine aliphatische ungesättigte Karboxylsäure oder ein Salz davon enthält, wie dies zuvor beschrieben ist, beträgt ungefähr 20% oder mehr und insbesondere ungefähr 25% oder mehr. Konzentrationen kleiner als ungefähr 20 Gewichtsprozent sind weniger wünschenswert, da eine übermäßige Verdünnung bewirken kann, dass das resultierende wasserabsorbierende Polymer so dünn aufgetragen wird, woraus eine nicht ausreichende Wasserabsorptionsfähigkeit resultieren kann. Die Monomerkonzentration kann bis zu ungefähr 80 Gewichtsprozent hinsichtlich der Handhabung der Lösung für die Polymerisierungsreaktion reichen. Ein Viskositätsmodifizierer und/oder ein Oberflächenmittel können der Lösung ebenso zugesetzt sein.
Die erste und die zweite superabsorbierende Polymervorstufenmischung können auf das Substrat unter Anwendung eines berührungslosen Präzisionsprozesses aufgebracht werden, der in der Lage ist, die erste und die zweite Vorstufenmischung an den gleichen Stellen aufzubringen, ohne dass die erste und die zweite Vorstufenmischung vereinigt werden, bevor diese das Substrat kontaktieren. Wenn die erste und die zweite Vorstufenmischung an unterschiedlichen Stellen auf das Substrat aufgebracht werden, können diese unter Umständen nicht mit einander vereinigt werden und reagieren, um Bereiche mit superabsorbierenden Polymer zu bilden. Wenn die erste und die zweite Vorstufenmischung miteinander vor der Kontaktierung des Substrats kombiniert werden, können die Vorteile der in-situ-Herstellung des superabsorbierenden Polymers in soweit verloren gehen, dass ein superabsorbierendes Polymer beabstandet zu dem Substrat gebildet wird. Die Vorteile einer in-situ-Superabsorptionsstoffpolymerisierung (insbesondere die Haftung an festgelegten Stellen auf dem Substrat) werden am besten erreicht, wenn a) die erste und die zweite superabsorbierende Polymervorstufenmischung zunächst miteinander in Kontakt gebracht werden zur selben Zeit, wenn diese erstmalig das Substrat berühren, oder b) eine der superab sorbierenden Polymervorstufenmischungen wird zuerst auf das Substrat aufgebracht und anschließend wird die andere an den gleichen Stellen aufgebracht.
Wenn zwei superabsorbierende Polymervorstufenmischungen verwendet werden, wie in dem zuvor beschriebenen Redox-System, so können diese beide den gleichen gesteuerten beabstandeten Stellen unter Anwendung eines berührungslosen Präzisionsprozesses, etwa ein Tintenstrahldruckprozess, zugesetzt werden. Alternativ kann lediglich eine der superabsorbierenden Polymervorstufenmischungen den gesteuerten beabstandeten Stellen unter Anwendung dessen berührungslosen Präzisionsprozesses hinzugefügt werden. In diesem Falle kann die andere superabsorbierende Polymervorstufenmischung durch Beschichten, Eintauchen, Sprühen oder einen weiteren gleichförmigen berührungslosen Beschichtungsprozess zugesetzt werden. In dem zuletzt genannten Falle reagieren die erste und die zweite superabsorbierende Polymervorstufenmischung chemisch miteinander, um Bereiche lediglich in den gesteuerten beabstandeten Stellen zu bilden, in denen beide superabsorbierende Polymervorstufenmischungen gleichzeitig vorhanden sind.
Die erste und die zweite superabsorbierende Polymervorstufenmischung werden separat hinzugefügt, was bedeutet, dass diese nicht miteinander gemischt oder anderweitig miteinander in Kontakt gebracht werden, bevor diese dem Substrat hinzugefügt werden. Das bzw. die Monomer(e), Vernetzungsmittel, Oxidations- und Reduzierungsmittel werden so gewählt, dass die Polymerisierungsreaktion zur Herstellung des Superabsorbierenden Polymers spontan auf oder in dem Substrat abläuft, wenn die Vorstufenmischungen miteinander in Kontakt sind.
Die erste und die zweite Vorstufenmischung reagieren chemisch miteinander an den gesteuerten beabstandeten Stellen, um diskrete, beabstandete Bereiche aus superabsorbierenden Polymer zu bilden, die an dem Substrat haften. Wenn das Substrat ein fasriges Gewebe ist, können die Bereiche aus superabsorbierendem Material auf oder um die Fasern in dem Substart herum gebildet werden, und das Material haftet an den Fasern. Die superabsorbierende Mikrobereiche können einen mittleren Durchmesser von ungefähr 50 bis ungefähr 1000 Mikrometer aufweisen, wenn diese trocken und nicht aufgequollen sind. Wie zuvor erläutert ist, ist die absorbierende Struktur 10 der Erfindung nicht auf diesen Größenbereich beschränkt. Einzelne superabsorbierende Polymerbereiche können von Mittelpunkt zu Mittelpunkt von den nächsten benachbarten Bereichen im Mittel um ungefähr 150 bis 3000 Mikrometer beabstandet sein, wenn sie trocken und nicht aufgequollen sind.
Wie zuvor erläutert ist, ist die erfindungsgemäße absorbierende Struktur nicht auf diesen speziellen Abstand beschränkt. Der Abstand zwischen den Mikrobereichen und der vollständig aufgequollenen Größe der superabsorbierenden Polymerbereiche sind so koordiniert, dass die absorbierende Struktur eine ungehinderte Flüssigkeitsaufnahme und Verteilung zeigt, selbst wenn die superabsorbierenden Polymerbereiche auf ihre maximale Kapazität aufgequollen sind. Das Muster, die Größe, die Eindringtiefe und der Abstand der Mikrobereiche kann in Abhängigkeit von der Gestaltung und den Betriebsbedingungen der Einrichtung für den berührungslosen Druckprozess variieren. Auf Grund der in-situ-Polymerisierung sind die Stellen bzw. Positionen der Bereiche festgelegt und die Bereiche mit superabsorbierendem Polymer haften fest an dem Substrat an den fixierten Positionen.

Prozessbedingungen, Beschickungsraten und dergleichen sollten speziell festgelegt werden, um die gewünschte Mischung für die absorbierende Struktur zu erzeugen. Wenn z. B. das Substrat ein fasriges Gewebe ist, können die Prozessbedingungen und Beschickungsraten festgelegt sein, um eine absorbierende Struktur mit den folgenden Mischungen bzw. Zusammensetzungen zu bilden:

Zusammensetzung in Gewichtsprozent
	hydrophile Fasern	in-situ-gebildetes superabsorbierendes Polymer	thermoplastische Fasern
breit	25–99	1–75	0–74
Zwischengröße	35–80	15–65	0–45
schmal	40–70	20–50	10–30

Beispiele von superabsorbierenden Polymeren, die in-situ gebildet werden können, enthalten, ohne einschränkend zu sein, das Alkalimetall und Ammoniumsalze von Poly(acrylsäure) und Poly(methacrylsäure), Poly(acrylamid), Poly(vinylether), Maleinanhydridcopolymere mit Vinylether und Alphaolefine, Poly(vinylpyrrolidon), Poly(vinylmorpholion) und Mischungen und Copolymere davon.
Die erfindungsgemäße absorbierende Struktur ist in einer Fülle von absorbierenden Artikel geeignet verwendbar, insbesondere als ein absorbierendes Kernmaterial in absorbierenden Artikeln für die persönliche Hygiene, medizinischen absorbierenden Artikeln, Gewebe- und Tuchartikeln. Zu absorbierenden Artikeln der persönlichen Hygiene gehören Windeln, Übungshöschen, Schwimmkleidung, absorbierende Unterwäsche, Säuglingswischtücher, Erwachseneninkontinenzprodukte, Frauenhygieneprodukte und dergleichen. Zu medizinischen absorbierenden Artikel gehören medizinische absorbierende Wäsche, Tücher, Gewänder, Bandagen, Wundauflagen, Auflagen, Wischtücher und dergleichen. Zu absorbierenden Gewebe- und Tuchartikeln gehören Gesichts- und Toilettengewebe, Papierhandtücher, etwa Küchentücher, Reisetücher, nasse Wischtücher, und dergleichen.
TESTVERFAHREN ZUM BESTIMMEN DER ABSORPTIONSKAPAZITÄT
Der folgende Test kann angewendet werden, um die maximale Absorptionsfähigkeit A_S eines superabsorbierenden Polymers zur Anwendung in den obigen Gleichungen zu bestimmen. Im hierin verwendeten Sinne ist die Zentrifugenverweilkapazität (CRC) ein Maß der Absorptionskapazität des superabsorbierenden Materials, das nach dem Schleudern unter gesteuerten Bedingungen verbleibt. Die CRC kann gemessen werden, indem eine Probe des zu prüfenden Materials in einen wasserdurchlässigen Beutel gelegt wird, die eine Probe enthält, während die Testlösung (0,9%ige NaCl-Lösung) von der Probe ohne Einschränkungen absorbiert werden kann. Ein wärmeverschließbares Teebeutelmaterial (von Dexter Nonwovens, Windsor Locks, Connecticut, USA, als Artikel 1235T erhältlich) ist für die meisten Anwendungen geeignet. Der Beutel wird gebildet, indem eine 5 inch × 3 inch Probe des Beutelmaterials zur Hälfte gefaltet wird und zwei der offenen Ränder durch Wärme versiegelt werden, um eine 2,5 inch × 3 inch rechteckige Tasche zu bilden. Die Wärmedichtungen sollten ungefähr 0,5 inch innerhalb des Randes des Materials angeordnet sein. Nachdem die Probe in der Tasche angeordnet ist, wird auch der verbleibende offene Rand der Tasche durch Wärme abgedichtet. Es werden auch leere Taschen hergestellt, die mit den Probenbeuteln als Kontrolle geprüft werden. Eine Probengröße wird so gewählt, dass der Teebeutel das Aufquellen des Materials nicht einschränkt, wobei im Allgemeinen die Abmessungen kleiner als der versiegelte Beutelbereich ist (ungefähr 2 inch × 2,5 inch). Eine Probengröße von ungefähr 0,2 g an trocknem superabsorbierenden Polymer ist geeignet. Es werden drei Probenbeutel für jedes Material geprüft.
Die versiegelten Beutel werden in einem Behälter aus 0,9%iger NaCl-Lösung untergetaucht. Nach dem Benetzen bleiben die Proben für 30 Minuten in der Lösung, woraufhin sie dann aus der Lösung entfernt und zeitweilig auf einer nicht absorbierenden flachen Oberfläche ausgelegt werden.
Die nassen Beutel werden dann in die Trommel einer geeigneten Zentrifuge eingeführt, die in der Lage ist, die Proben einer g-Kraft von 350 auszusetzen (eine geeignete Zentrifuge ist die Heraeus Labofuge 400, Heraeus Instruments, Artikel-Nr. 75008157, erhältlich von Heraeus Infosystems GmbH, Hanau, Deutschland). Die Beutel werden bei 1600 rpm (upm) 3 Minuten lang (Soll-g-Kraft 350) geschleudert. Die Beutel werden entfernt und gewogen. Die Menge des von dem Material absorbierten und zurückgehaltenen Fluids ist die Zentrifugenverweilkapazität des Materials ausgedrückt als Gramm Fluid pro Gramm-Material, wobei das Fluid, das von dem Beutelmaterial alleine zurückgehalten wird, zu berücksichtigen ist.
Obwohl die hierin offenbarten Ausführungsformen der Erfindung als die gegenwärtig bevorzugt erachtet werden, können diverse Modifizierungen und Verbesserungen durchgeführt werden, ohne von dem Grundgedanken und Schutzbereich der Erfindung abzuweichen. Der Schutzbereich der Erfindung ist durch die angefügten Patentansprüche gekennzeichnet und alle Änderungen, die innerhalb der Bedeutung und des Äquivalenzbereichs liegen, sollen somit mit eingeschlossen sein.
Zusammenfassung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine absorbierende Struktur mit einem Substrat, und mehreren superabsorbierenden Polymerbereichen, die in-situ auf oder in dem Substrat gebildet und an das Substrat gebunden sind, wobei die superabsorbierenden Polymerbereiche einen mittleren Bereichdurchmesser im nicht aufgequollenen Zustand D_unswollen und eine Standardabweichung für den Bereichsdurchmesser im nicht aufgequollenen Zustand von 10% oder weniger aufweisen.

Claims

Absorbierende Struktur mit: einem Substrat; und mehreren superabsorbierenden Polymerbereichen, die in-situ auf oder in dem Substrat gebildet und an das Substrat gebunden sind; wobei die superabsorbierenden Polymerbereiche einen mittleren Bereichdurchmesser im nicht aufgequollenen Zustand D_unswollen und eine Standardabweichung für den Bereichsdurchmesser im nicht aufgequollenen Zustand von 10% oder weniger aufweisen; wobei die superabsorbierenden Polymerbereiche einen mittleren Abstand im nicht aufgequollenen Zustand S aufweisen, der durch die folgende Gleichung definiert ist:
wobei K mindestens 1,05 ist, A_S die maximale Absorptionsfähigkeit des superabsorbierenden Materials ist ausgedrückt als Gramm einer wässrigen Flüssigkeit, die pro Gramm des superabsorbierenden Materials absorbiert wird, ρ_S die Dichte des superabsorbierenden Materials in dem trocknen, nicht aufgequollenen Zustand ist; und ρ_L die Dichte der absorbierten wässrigen Flüssigkeit ist.
Absorbierende Struktur nach Anspruch 1, wobei die superabsorbierenden Polymerbereiche einen mittleren Durchmesser D_swollen im vollständig aufgequollenen Zustand, eine Standardabweichung für den aufgequollenen Durchmesser von 10% oder weniger und eine Standardabweichung für den nicht aufgequollenen Abstand von 10% oder weniger aufweisen und wobei der mittlere Durchmesser im nicht aufgequollenen Zustand ferner die folgende Gleichung erfüllt: S = K Dswollen
Absorbierende Struktur nach Anspruch 1 oder 2, wobei der mittlere Durchmesser im nicht aufgequollenen Zustand 50 bis 1000 Mikrometer beträgt.
Absorbierende Struktur nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der mittlere Durchmesser im aufgequollenen Zustand 150 bis 3000 Mikrometer beträgt.
Absorbierende Struktur nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei K mindestens 1,10 beträgt.
Absorbierende Struktur nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei K mindestens 1,15 beträgt.
Absorbierende Struktur nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Standardabweichung für den Durchmesser im nicht aufgequollenen Zustand 5% oder weniger beträgt.
Absorbierende Struktur nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die superabsorbierende Polymerbereiche eine Standardabweichung für den Abstand im nicht aufgequollenen Zustand von 5% oder weniger aufweisen.
Absorbierende Struktur mit mehreren Abschnitten, die eine Vielzahl N von Abschnitten zwischen einer ersten Hauptfläche und einer zweiten Hauptfläche der Struktur umfasst, wobei jeder der Abschnitte eine absorbierende Struktur nach Anspruch 1 aufweist, wobei K mindestens 1,05 für jeden der Abschnitte und für mindestens zwei der Abschnitte unterschiedlich ist.
Absorbierende Struktur mit mehreren Abschnitten nach Anspruch 9, wobei die Vielzahl der Abschnitte sequenziell als N – i bezeichnet ist, wobei i = 0, 1, ..., N – 1 ist, und wobei der Wert K in dem Abschnitt entsprechend zu i = (N – 1) im Vergleich zum Abschnitt, der i = 0 entspricht, größer ist.
Absorbierende Struktur mit mehreren Abschnitten nach Anspruch 10, wobei der Wert K in jedem Abschnitt definiert ist als: K ≥ 1,05 + idwobei d eine Abstandsdifferenz von 0,01 bis 3,0 repräsentiert und i eine Ganzzahl im Bereich von 0 bis N – 1 ist, die sequenziell durchlaufen wird.
Absorbierende Struktur mit mehreren Abschnitten nach Anspruch 10, wobei der Wert K in jedem Abschnitt definiert ist als: K = K0 + idwobei K₀ ≥ 1,05 ist, d eine Abstandsdifferenz von 0,01 bis 3,0 repräsentiert und i eine Ganzzahl im Bereich von 0 bis N – 1 ist, die sequenziell durchlaufen wird.
Absorbierende Struktur mit mehreren Abschnitten nach Anspruch 9, wobei die Vielzahl der Abschnitte der Reihe nach als N – i bezeichnet ist, wobei i = 0,1, ..., (N – 1) ist, und wobei der Wert K in den äußersten Abschnitten, die i = 0 und i = (N – 1) entsprechen, höher ist als in einem Zwischenabschnitt oder Zwischenabschnitten.
Absorbierende Struktur mit mehreren Abschnitten nach Anspruch 13, wobei der Wert K in jedem Abschnitt definiert ist als:
wobei d eine Abstandsdifferenz von 0,01 bis 3,0 repräsentiert, und i im Bereich von 0 bis N – 1 liegt, der sequenziell durchlaufen wird.
Absorbierende Struktur mit mehreren Abschnitten nach Anspruch 13, wobei der Wert K in jedem Abschnitt definiert ist als:
wobei K₀ ≥ 1,05, d eine Abstandsdifferenz von 0,1 bis 3,0 repräsentiert und i eine Ganzzahl im Bereich von 0 bis N – 1 ist, der sequenziell durchlaufen wird.
Absorbierende Struktur mit mehreren Abschnitten nach einem der Ansprüche 11, 12, 14 oder 15, wobei d im Bereich von 0,03 bis 2,0 liegt.
Absorbierende Struktur nach einem der Ansprüche 11, 12, 14 oder 15, wobei d im Bereich von 0,05 bis 1,0 liegt.
Verfahren zur Herstellung einer absorbierenden Struktur nach einem der Ansprüche 1 bis 17 mit den Schritten: Bereitstellen einer ersten superabsorbierenden Polymervorstufenmischung mit einem Monomer, das ein superabsorbierendes Material bildet, einem Vernetzungsmittel und einem Reduzierungsmittel; Bereitstellen einer zweiten superabsorbierenden Polymervorstufenmischung mit einem Monomer, das ein Superabsorptionsmaterial bildet, einem Vernetzungsmittel und einem Oxidationsmittel; Bereitstellen eines vorgeformten Substrats; Hinzufügen der ersten und/oder der zweiten superabsorbierenden Polymervorstufenmischung zu dem Substratgewebe an mehreren beabstandeten Positionen unter Anwendung eines berührungslosen Präzisionsprozesses; Hinzufügen der anderen ersten oder zweiten superabsorbierenden Polymervorstufenmischung zu dem Substrat unter Anwendung eines berührungslosen Prozesses; und chemisches Reagieren der ersten und der zweiten superabsorbierenden Polymervorstufenmischung an den mehreren beabstandeten Positionen, um mehrere diskrete, beabstandete Bereiche eines superabsorbierenden Polymers zu bilden, das an dem Substrat haftet.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei die andere der ersten oder zweiten superabsorbierenden Polymervorstufenmischung dem Substrat an den mehreren beabstandeten Positionen hinzugefügt wird.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei die erste und/oder die zweite superabsorbierende Polymervorstufenmischung unter Anwendung eines Tintenstrahldruckprozesses hinzugefügt wird.