DE69815670T2

DE69815670T2 - Verwendung von hydrogelformende polymere in absorbierende materialen zur aufnahme von körperflüssigkeiten

Info

Publication number: DE69815670T2
Application number: DE69815670T
Authority: DE
Inventors: Collins John DYER; Allen Stephen GOLDMAN; Louis Herbert RETZSCH
Original assignee: Procter and Gamble Co
Current assignee: Procter and Gamble Co
Priority date: 1997-04-18
Filing date: 1998-04-09
Publication date: 2004-04-22
Anticipated expiration: 2018-04-10
Also published as: DE69815670D1; ATE243012T1; MXPA99009542A; JP3330959B2; EP0975297B1; WO1998047454A1; KR20010006512A; CA2284974A1; US6441266B1; AU6514398A; EP0975297A1; JP2000510518A

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft absorbierende Elemente, die mindestens eine Region mit einer relativ hohen Konzentration eines Hydrogel ausbildenden absorbierenden Polymers, das spezielle Gelbildungsraten und eine spezielle Absorptionsleistung unter Druck aufweist, haben.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Entwicklung stark absorbierender Elemente für die Verwendung als Einwegwindeln, Inkontinenzkissen und Einlagen für Erwachsene und Menstruationsprodukte, wie Damenbinden, ist eine Aufgabe wesentlichen kommerziellen Interesses. Eine stark erwünschte Eigenschaft solcher Produkte ist ihre Dünnheit. Dünnere Produkte sind weniger voluminös beim Tragen, passen besser unter die Kleidung und sind weniger leicht erkennbar. Sie sind bei der Verpackung auch kompakter, was es für den Konsumenten leichter macht, die Produkte zu tragen und zu lagern. Kleinere Produkte ermöglichen reduzierte Verteilungskosten für den Hersteller und den Verteiler, sie erfordern weniger Regalplatz, um die Windeleinheit zu lagern, und sie erfordern weniger Verpackungsmaterial.
Die Fähigkeit, dünnere absorbierende Artikel, wie Windeln, zu liefern, ist abhängig von der Fähigkeit relativ dünne absorbierende Kerne oder Strukturen zu entwickeln, die große Mengen abgegebener Körperfluide, wie Urin oder Men ses, annehmen und speichern können. In dieser Hinsicht wurde die Verwendung gewisser absorbierender Polymere, die oft als Hydrogele, Superabsorptionsmittel oder Hydrocolloide bezeichnet werden, sehr interessant. Siehe beispielsweise das US-Patent 3,699,103 (Harper et al.), das am 13. Juni 1972 erteilt wurde, und das US-Patent 3,770,731 (Harmon), das am 20. Juni 1972 erteilt wurde, die die Verwendung solcher absorbierender Polymere (nachfolgend als "Hydrogel ausbildende absorbierende Polymere" oder HFAPs bezeichnet) in absorbierenden Artikeln beschreiben. Tatsächlich ist die Entwicklung dünnerer Produkte die direkte Konsequenz dünnerer absorbierender Kerne gewesen, die direkt den Vorteil dieser Hydrogel ausbildenden absorbierenden Polymere, große Mengen abgegebener Körperfluide zu absorbierenden, typischerweise wenn sie in Kombination mit einer Fasermatrix verwendet werden, statt dass eine Fasermatrix allein verwendet wird, verwenden. Siehe beispielsweise das US-Patent 4,673,402 (Weisman et al.), das am 16. Juni 1987 erteilt wurde, und das US-Patent 4,935,022 (Lash et al.), das am 19. Juni 1990 erteilt wurde, die doppellagige Kernstrukturen beschreiben, die eine Fasermatrix und Hydrogel ausbildende absorbierende Polymere umfassen, die bei der Ausbildung dünner, kompakter Produkte nützlich sind.
Der signifikante Stand der Technik beschreibt absorbierende Strukturen, die relativ geringe Mengen (beispielsweise weniger als ungefähr 50 Gewichtsprozent) dieser Hydrogel ausbildenden absorbierenden Polymere aufweisen. Siehe beispielsweise das US-Patent 4,834,735 (Alemany et al.), das am 30. Mai 1989 erteilt wurde (vorzugsweise von ungefähr 9 bis ungefähr 50% Hydrogel ausbil dendes absorbierendes Polymer in der Fasermatrix). Es gibt dafür mehrerer Gründe. Die Hydrogel ausbildenden absorbierenden Polymere, die in den absorbierenden Strukturen des Stands der Technik verwendet werden, weisen im allgemeinen keine Absorptionsrate auf, die es ihnen ermöglichen würde, Körperfluide insbesondere in Schwallsituationen schnell zu absorbieren. Dies hat den Einschluss von Fasern, typischerweise Holzzellstofffasern, die als temporäre Reservoire dienen, notwendig gemacht, um die abgegebenen Fluide zu halten, bis diese durch das Hydrogel ausbildende absorbierende Polymer absorbiert werden. Dieses Fluid wird in den Speicherkernen nicht eng gehalten und es kann durch einen Druck oder einen kapillaren Kontakt zurück auf die Haut des Trägers ausgepresst werden, was zu einer unerwünschten Nassheit der Haut führt. Um die Haut trocken zu halten, muss ein solches Fluid schnell und voll-ständig gelieren. Auch Kerne, die mit relativ niedrigen Konzentrationen von HFAP hergestellt werden, sind inhärent relativ dick und voluminös.
In der EP-A-0.640.330 sind mehrlagige absorbierende Strukturen beschrieben, wobei der absorbierende Kern so konstruiert ist, dass er eine Anzahl von jeweiligen Unterschichten enthält, wobei alle gewisse Anforderungen erfüllen müssen, so dass eine solche Struktur, während sie eine akzeptable Gebrauchsleistung ermöglicht, bei ihrer Herstellung sehr komplex ist. Die EP-A-0.700.672 beschreibt absorbierende Strukturen, worin superabsorbierende Teilchen (die aus Hydrogel ausbildendem absorbierendem Polymer hergestellt sind) an einem Träger befestigt werden, um eine Schicht solcher Teilchen auszubilden. Eine solche Schicht kann dann in absorbierende Kerne eingeschlossen werden, wie die mehrlagigen Strukturen, wie sie in der EP-A-0.640.330 beschrieben sind.
HFAPs werden oft durch die Polymerisation nicht gesättigter Carboxylsäuren oder ihrer Ableger, wie Acrylsäure oder ihrer Salze, mit geringen Mengen vernetzter Monomere, typischerweise di- oder polyfunktionalem Monomermateri alien, wie N,N'-Methylenbisacrylamid, Trimethylolpropantriacrylat oder Trial-lylamin, hergestellt. Das Vorhandensein sich vernetzender Monomere macht diese Polymere wasserunlöslich, aber in Wasser quellbar. Höhere Pegel der Vernetzung erhöhen die Gelfestigkeit während sie die Gelvolumen reduzieren. Die Gelfestigkeit bezieht sich auf die Tendenz des Hydrogels, das aus diesen Polymeren geformt ist, sich unter einer aufgebrachten Belastung zu verformen oder "zu fließen". Die Gelfestigkeit muss so sein, dass das ausgebildete Hydrogel sich nicht verformt und die kapillaren Hohlräume in der absorbierenden Struktur oder dem Artikel in einem nicht akzeptablen Grad füllt, ein Phänomen, das als "Gelblockierung" bezeichnet wird. Dies würde ansonsten die Absorptionsrate und die Fluidverteilung in der Struktur/dem Artikel reduzieren. Es wurden verschiedene Ausgestaltungen für das Reduzieren oder Verhindern der Gelblockierung erdacht, wobei einige die Verwendung zusätzlichen Fasermaterials erfordern, was dazu neigt, die Dicke des Produkts in unerwünschter Weise zu erhöhen. Siehe beispielsweise das US-Patent 4,654,039 (Brandt et al.), das am 31. März 1987 erteilt wurde (reissued am 19. April 1988 als US-Reissue-Patent 32,649), das US-Patent 4,834,735 (Alemany et al.), das am 30. Mai 1989 erteilt wurde. Das US-Patent 5,652,646 (Goldman et al.), das am B. Oktober 1996 erteilt wurde, beschreibt die Verwendung von HFAPs, die sowohl eine hohe Porosität als auch eine hohe Festigkeit in Kernen mit hoher Konzentration aufweisen. Dieses Patent spricht somit das Problem der Gelblockierung in Regionen mit höherer Konzentration von HFAP an, indem HFAPs verwendet werden, die die Porosität halten, so dass zusätzliche Fasern nicht notwendig sind.
Die wirksame Rate, mit der diese Hydrogel ausbildenden Polymere beim Vorhandensein von Körperfluiden (beispielsweise Urin) das Gel ausbilden, ist auch wichtig. Ein typisches aktuelles Hydrogel ausbildendes Polymer wird vollständig gelieren, wenn es im Übermaß wässrigen Fluiden, wie Urin, über eine Zeitdauer von ungefähr 5 bis 20 Minuten ausgesetzt ist.
Die Rate der Gelbildung von HFAPs in wässrigen Fluiden wurde durch mehrere Techniken gemessen. Das Wirbelverfahren (vortex method), das im US-Patent 5,601,542 beschrieben ist, umfasst das Hinzufügen des HFAP in eine umgerührte wässrige Lösung und das Messen der Zeit, die die Lösung benötigt, um anzuhaften und das Umrühren zu stoppen. Dieses Patent beschreibt absorbierende Kerne, die Konzentrationen des HFAP von 30 bis 100% aufweisen, wobei sie auch einen Druckabsorptionsindex (Pressure Absorbency Indes (PAI)) aufweisen (ein Wert, der sich auf die Unempfindlichkeit gegenüber Druck bezieht) von mindestens 120 und extrahierbare Mengen von weniger als ungefähr 13 Gewichtsprozent aufweisen. Der Anspruch 29 dieses Patents beschreibt Kerne mit einer ähnlich hohen Konzentration, die mit HFAPs hergestellt werden, die einen PAI von mindestens 120 und eine Wirbelzeit von weniger als ungefähr 45 Sekunden aufweisen.
Das Verfahren der freien Quellrate (FSR), das im US-Patent 5,149,335 (Kellenberger et al.), das am 22. September 1992 erteilt wurde, beschrieben ist, umfasst die Bestimmung der Zeit, die 1,0 g HFAP benötigt, 20 Milliliter eines Testfluids aufzusaugen.
Ein nochmals anderes Verfahren umfasst die mikroskopische Untersuchung des HFAP in der Gel bildenden Lösung und das Messen der Abmessungen in spezifischen Zeitintervallen (Tanaka, T., Fillmore, D. J., J. Chem. Phys., 1979, 70, 1214).
Ein nochmals anderes Verfahren umfasst die spektrophotometrische Überwachung eines Farbstoffs, der vom Gel ausgeschlossen wird, in einer übermäßig vorhandenen wässrigen Lösung, die konzentriert wird, wenn sich das Gel expandiert, wie das in der Diplomarbeit von Herbert Heitmann, Universität Dortmund, Lehrstuhl für Thermische Verfahrenstechnik, August 1989 beschrieben ist.
Jedes dieser Verfahren leidet an gewissen Nachteilen. Das Wirbelverfahren weist einen subjektiven Endpunkt auf. Dieser Endpunkt kann auch durch das Vorhandensein von extrahierbaren Komponenten mit hohem Molekulargewicht, die die Lösung vorzeitig verdicken, unzulässig beeinflusst werden. Das FSR-Verfahren und das Wirbelverfahren unterscheiden nicht zwischen Fluid, das wirklich zu Gel geworden ist, und Fluid, das lose in den Zwischenräumen gehalten wird, und das somit leicht durch Druck oder einen kapillaren Kontakt zurück auf die Haut des Trägers ausgepresst wird. Es wird angenommen, dass ein wesentlicher Teil des Fluids (beispielsweise in der Größenordnung von 50%o oder mehr) am FSR-Endpunkt in den Zwischenhohlräumen gehalten wird. Es wird ferner angenommen, dass der Bruchteil des Fluids, der in den Zwischenräumen am FSR-Endpunkt gehalten wird, in Abhängigkeit von der Teilchenmorphologie variiert. Auch ist das FSR-Verfahren für HFAPs, die das Fluid sehr schnell absorbieren, nicht verwendbar, da die scheinbare Fluidaufnahme erzielt wird, bevor das ganze HFAP, das im Test verwendet wird, benetzt ist. Das FSR-Verfahren hat wie das Wirbelverfahren einen unpräzisen Endpunkt, was insbesondere bei sehr schnellen HFAPs kritisch ist. Das spektrophotometrische Verfahren, wie es oben beschrieben ist, reagiert nicht schnell auf Änderungen im Gelvolumen. Eine solche schnelle Reaktion erfor dert eine minimale Zeitverzögerung zwischen dem Abtasten und dem Messen der optischen Absorptionsfähigkeit. Dies wird offensichtlich insbesondere für sehr schnelle HFAPs wichtig. Dieses Verfahren filtert auch nicht die schwimmenden Stücke kleinen Materials, die während des Umrührens erzeugt werden, die dazu neigen mit dem Lichtpfad zu interferieren, aus.
Die Anmelder haben das Spektrophotometrieverfahren modifiziert, um Daten der tatsächlichen Rate der Gelbildung, die für die Leistung eines absorbierenden Produkts kritisch sind, zu liefern. Dies wurde durch das Verkürzen der Abtastpfadlänge, um die Zeit zwischen der tatsächlichen Änderung der optischen Absorptionsfähigkeit und der spektrometrische Antwort auf diese Änderung zu verkürzen, erreicht. Weiterhin wurde ein selbstreinigender Filteraufbau hinzugefügt, um teilchenförmige Materialien, die mit dem Lichtpfad interferieren können, auszuschließen. Im Gegensatz zum Wirbelverfahren ist die Lösung der Anmelder gegenüber extrahierbaren Materialien, die die Lösung verdicken können (die aber nicht die optische Absorptionsfähigkeit der Lösung ändern), nicht empfindlich. Im Gegensatz zum Wirbelverfahren und dem freien Quellverfahren weist dieses modifizierte Verfahren einen spezifischen Endpunkt auf, der unabhängig von der Einschätzung der Bedienperson ist. Im Gegensatz zum freien Quellverfahren und dem Wirbelverfahren misst dieses Verfahren nicht die interstitiell eingefangene Flüssigkeit. Im Gegensatz zum freien Quellverfahren ist dieses Verfahren auch für sehr schnelle HFAPS, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, verwendbar.
Die anfangs erhaltenen Daten zeigen die optischen Absorptionsfähigkeit, die einfach in das Gelvolumen als eine Funktion der vergangenen Zeit umgewandelt wird. Die Datenkurven, die das Gelvolumen über der vergangenen Zeit zeigen, können unter Verwendung eines logarithmischen Ausdrucks, der später definiert wird, passend gemacht werden. Dies ermöglicht den unzweideutigen Ausdruck der Gelbildungskurve unter Verwendung eines einzigen Wertes, der hier als die dynamische Gelbildungsrate oder DGR in Einheiten von g/g/sec ausgedrückt wird. HFAPS, die schnellere Raten zeigen, ohne andere Eigenschaften in nicht akzeptabler Weise zu beeinträchtigen, haben sich in spezifischen Typen bei der Gestaltung von absorbierenden Kernen, die hier später beschrieben werden, vorteilhaft erwiesen.
Es hat sich allgemein als wünschenswert herausgestellt, dass das ausgedrückte Fluid so schnell als möglich in den Gelzustand überführt wird. Beispielsweise beschreibt das US-Patent 5,439,458 (Noel et al.), das am B. August 1995 erteilt wurde, absorbierende Artikel mit einem "mehrlagigen Kern mit einer schnellen Annahme" unter Verwendung eines absorbierenden "Hochgeschwindigkeitsmaterials", das mindestens 40% seiner Absorptionskapazität in weniger oder gleich ungefähr 10 Sekunden erreichen kann. Das US-Patent 5,300,054 (Feist et al.), das am 5. April 1994 erteilt wurde, beschreibt absorbierende Kerne, die Speicherschichten aufweisen, die zumindest teilweise absorbierendes Hochgeschwindigkeitsgelmaterialumfassen. Hochgeschwindigkeits-HFAPs wurden allgemein beschrieben. Beispielsweise beschreibt das US-Patent 5,563,218 (Rebre et al.), das am B. Oktober 1996 erteilt wurde, ein Verfahren für das Erzeugen von "Akrylpolymeren mit hoher Gelfestigkeit/kurzer Gelausbildungszeit". Das US-Patent 5,601,542 (Melius et al.), das am 11. Februar 1997 erteilt wurde, beschreibt absorbierende Verbundstoffe, die spezifische Wirbelzeiten und geforderten Gelvolumen unter Druck aufweisen. Das US-Patent 5,149,335 (Kellenberger et al.), das am 22. September 1992 erteilt wurde, beschreibt die Verwendung eines superabsorbierenden Materials mit mindestens 15 g/g Ab sorptionsfähigkeit unter Last (AUL) nach 5 Minuten und einer freien Quellrate von weniger als ungefähr 60 Sekunden.
Das US-Patent 5,354,290 (Gross), das am 11. Oktober 1994 erteilt wurde, und das US-Patent 5,403,870 (Gross), das am 4. April 1995 erteilt wurde, beschreiben ein Verfahren für das Erzeugen poröser HFAPs mit hohen Absorptionsraten. Die US-Patente 5,154,713 (Lind), das am 13. Oktober 1992 erteilt wurde, US-4,649,164 (Scott et al.), das am 10. März 1987 erteilt wurde, US-4,529,739 (Scott et al.), das am 16. Juli 1985 erteilt wurde, US-5,154,714 und 5,399,591 beschreiben den Einschluss von Karbonatblähungsmitteln in das HFAP-Herstellungsverfahren, um das innere und äußere Oberflächengebiet und die Absorptionsraten zu erhöhen. Das Weltpatent 95/17,455 beschreibt poröse Superabsorptionsmittel mit hohen Absorptionsraten, die durch die Verwendung von Stickstoff bildenden Initiatoren während der Polymerisation erzeugt werden. Die PCT-Patentveröffentlichung WO 96/17,884, die im Juni 1996 veröffentlicht wurde, beschreibt die Verteilung eines festen Blasmittels in der wässrigen Lösung eines Monomers und eines Vernetzungsmittels, gefolgt von der Erwärmung, um eine Polymerisation in eine poröse Struktur mit einer hohen Rate einer Wasserabsorption zu erreichen. Die Offenbarung dieser Veröffentlichung wird hiermit durch Bezugnahme eingeschlossen.
In einigen Fällen kann die Verwendung hoher Konzentrationen schneller HFAPs, insbesondere in der Beladungszone des absorbierenden Kerns, tatsächliche die Fluidaufsaugraten beeinträchtigen. Es wird angenommen, dass dies von der schnellen Gelausbildung des HFAP mit den dazu gehörigen Tendenzen, die Porosität und/oder die Permeabilität zu reduzieren und sogar eine Gelblockierung zu verursachen, henührt, und somit die Fähigkeit des absorbie renden Kerns, wiederholt Schwalle des Körperfluids aufzunehmen, reduziert. In solchen Fällen kann es wünschenswert sein, HFAPs mit speziell hohen Porositäten und/oder Permeabilitäten zu verwenden, um dieses Problem zu vermeiden. Alternativ kann eine Mischung aus HFAP-Typen verwendet werden, wobei mindestens ein Teil der HFAP-Mischung eine sehr hohe Rate einer Flüssigkeitsaufnahme und Porosität und/oder Permeabilität aufweist.
Andere physikalische und chemische Eigenschaften dieser Hydrogel ausbildenden absorbierenden Polymere sind für die Leistung in absorbierenden Strukturen wichtig. Eine Eigenschaft besteht in der Partikelgröße und insbesondere in der Verteilung der Partikelgröße des Hydrogel ausbildenden absorbierenden Polymers, das in der Fasermatrix verwendet wird. Beispielsweise wurden Partikel des Hydrogel ausbildenden absorbierenden Polymers, die eine Partikelgrößenverteilung aufweisen, so dass die Partikel eine Massen-gemittelte Partikelgröße von mehr oder gleich ungefähr 400 μm aufweisen, mit hydrophilen Fasermaterialien gemischt, um die Gelblockierung zu minimieren, und um das Halten einer offenen Kapillarstruktur innerhalb der absorbierenden Struktur zu unterstützen, um somit den planaren Transport der Fluide weg vom Gebiet der anfänglichen Abgabe zum Rest der absorbierenden Struktur zu verbessern. Solche große Teilchen neigen dazu, wässrige Fluide relativ langsam aufzusaugen. Während kleinere Partikel des HFAP im allgemeinen schnellere Raten der Gelbildung zeigen werden, kann diese auch zum unterdrückten Gelvolumen (bei einer Vernetzung der Oberfläche) und/oder einer Gelblockierung als Ergebnis solcher kleiner Partikel führen. Kleine Partikel im trockenen Zustand können durch Probleme mit Staub, der eingeatmet werden kann, auch bei der Herstellung schwierig zu handhaben sein. Kleine Partikel in dieser Diskussion beziehen sich im allgemeinen auf (kompakte) sphärische (das heißt nicht zylindrisch, wie es eine Faser ist) Materialien, die eine maximale Querschnittsabmessung von ungefähr 100 μm aufweisen. Kleine Partikel, die auch Feinpartikel genannt werden, können auch in Aggregate oder Agglomerate durch eine zusätzliche Verarbeitung (oder durch Verfahren der Herstellung, beispielsweise durch eine Suspensionspolymerisation) verwandelt werden. Dies kann einige der Probleme, die mit der Verwendung feiner Teilchen verbunden sind, minimieren. Der zusätzliche Verarbeitungsschritt kann jedoch problematisch und teuer sein. Auch neigen die agglomerierten Partikel dazu, während der Verarbeitung und des Gebrauchs nicht stabil zu sein, und sie geben oft beträchtliche Mengen von feinen Teilchen zurück in das absorbierenden Produkt. Somit ist es vorteilhaft, wenn die hier verwendbaren HFAPs nicht in Form agglomerierter Partikel vorliegen. Das heißt es werden hier nicht agglomerierte HFAPs bevorzugt. (5 zeigt nicht agglomierte HFAP-Partikel, die hier verwendet werden können). Hydrogel ausbildende absorbierende Polymere, die hier nützlich sind, können aus feinen Teilchen durch eine Imprägnierung mit einem zusätzlichen Monomer, um ihre Größe aufzubauen, gewonnen werden, wie das im US-Patent 5,514,574 (Henderson et al.), das am 7. Mai 1996 erteilt wurde, beschrieben ist. Das US-Patent 5,122,544 (Bailey et al.), das am 16. Juni 1992 erteilt wurde, beschreibt ein Verfahren für das Agglomerieren von feinen Gelteichen unter Verwendung difunktionaler Epoxide. Das US-Patent 4,950,692 (Lewis et al.), das am 21. August 1990 erteilt wurde, und das US-Patent 4,970,267 (Bailey et al.), das am 13. November 1990 erteilt wurde, beschreiben in ähnlicher Weise die Agglomeration feiner Gelteilchen. Das US-Patent 5,384,343 beschreibt ein Verfahren für die Agglomeration feiner Teilchen (< 50 μm in größere Teilchen von 50 bis 500 μm). Das US-Patent 5,369,148 (Takahasi et al.), das am 29. November 1994 erteilt wurde, beschreibt ein Verfahren der Agglomeration absorbierenden Harzpuders. Das US- Patent 5,455,288 (Dahmen et al.), das am 3. Oktober 1995 erteilt wurde, beschreibt das Recyceln feiner Teilchen in mehr Monomer, aus dem ein neues HFAP über eine Polymerisation geformt werden kann. Das US-Patent 5,248,709 (Brehm), das am 28. September 1993 erteilt wurde, beschreibt ein Verfahren für die Sintergranulation von feinen Teilchen. Das US-Patent 5,350,799 (Woodrom et al.), das am 27. September 1994 erteilt wurde, beschreibt ein nochmals anderes Verfahren für das Umwandeln feiner Teilchen in große Partikel. Das französische Patent 2,732,973, das im Oktober 1996 erteilt wurde, beschreibt ein Verfahren, um eine gute Ausbeute aggregierter Partikel ohne feine Teilchen zu liefern.
Eine andere wichtige Eigenschaft ist die Partikelgrößenverteilung des Hydrogel ausbildenden absorbierenden Polymers. Diese kann gesteuert werden, um die Absorptionskapazität und die Effizienz der in der absorbierenden Struktur verwendeten Partikel zu verbessern. Siehe das US-Patent 5,047,023 (Berg), das am 10. September 1991 erteilt wurde, und das US-Patent 5,397,845 (Rebre et al.), das am 14. März 1995 erteilt wurde, und das US-Patent 5,412,037 (Rebre et al.), das am 2. Mai 1995 erteilt wurde, die HFAPs mit einer kleinen Partikelgrößenverteilung zwischen 100 und 500 μm, die im wesentlichen frei von feinen Teilchen sind, beschreiben. Sogar das Einstellen der Partikelgrößenverteilung führt jedoch selbst nicht zu absorbierenden Strukturen, die eine relativ hohe Konzentration dieser Hydrogel ausbildenden absorbierenden Polymere aufweisen. Siehe das US-Patent 5,047,023 (das optimale Verhältnis von Fasern zu Partikeln im Hinblick auf die Kosten und die Leistung liegt bei ungefähr 75 : 25 bis ungefähr 90 : 10).
Eine andere Eigenschaft dieser Hydrogel ausbildenden absorbierenden Polymere, die man hier betrachtet, ist die Menge der extrahierbaren Stoffe, die im Polymer selbst vorhanden sind. Siehe das US-Patent 4,654,039 (Brandt et al.), das am 31. März 1987 erteilt wurde (reissue am 19. April 1988 als US-Reissue-Patent 32,649). Viele dieser Hydrogel ausbildenden absorbierenden Polymere enthalten beträchtliche Mengen extrahierbaren Polymermaterials. Dieses extrahierbare Polymermaterial kann aus dem sich ergebenden Hydrogel durch Körperfluide (beispielsweise Urin) während der Zeitdauer, in der solche sich solche Körperfluide in Kontakt mit dem Hydrogel ausbildenden absorbierenden Polymer befinden, ausgelaugt werden. Solches Polymermaterial, das durch das Körperfluid in dieser Weise extrahiert wird, kann die Eigenschaften, das heißt, die Viskosität und auch die Elektrolytkonzentration des Körperfluids so ändern, dass das Fluid langsamer absorbiert und schlechter durch das Hydrogel im absorbierenden Artikel gehalten wird.
Eine andere wichtige Eigenschaft ist die Fähigkeit des kapillaren Saugens dieser Hydrogel ausbildenden absorbierenden Polymere. Insbesondere wurde vorgeschlagen, dass Partikel dieser Hydrogel ausbildenden absorbierenden Polymere zu Aggregatmakrostrukturen mit einer Vernetzung zwischen den Partikeln typischerweise in Form von Schichten oder Streifen ausgeformt werden. Siehe das US-Patent 5,102,597 (Roe et al.), das am 7. April 1992 erteilt wurde, das US-Patent 5,124,188 (Roe et al.), das am 23. Juni 1992 erteilt wurde, und das US-Patent 5,149,344 (Lahrman et al.), das am 22. September 1992 erteilt wurde. Da die teilchenförmige Natur des absorbierenden Polymers gehalten wird, liefern diese Makrostrukturen Poren zwischen benachbarten Partikeln, die miteinander verbunden sind, so dass die Makrostruktur fluiddurchlässig ist (das heißt sie hat kapillare Transportkanäle).
Eine andere wichtige Eigenschaft ist die Gelblockierung, wie sie in einem geforderten Benetzbarkeitstest oder gravimetrischen Absorptionsfähigkeitstest gemessen wird. Siehe beispielsweise das US-Patent 5,147,343 (Kellenberger et al.), das am 22. September 1992 erteilt wurde, wo diese Hydrogel ausbildenden absorbierenden Polymere als "superabsorbierende Materialien" bezeichnet werden, und wo die geforderte Benetzbarkeit/gravimetrische Absorptionsfähigkeit als Absorptionsvermögen unter Last (AUL) bezeichnet wird. Das "AUL" wird in diesen Patenten als die Fähigkeit des Hydrogel ausbildenden absorbierenden Polymers, gegen eine aufgebrachte Beschränkungskraft zu quellen, definiert (siehe das US-Patent 5,147,343 in der Spalte 2, Zeilen 43 bis 46). Der "AUL-Wert" ist als die Menge (in ml/g oder g/g) einer 0,9% Salzlösung, die durch die Hydrogel ausbildenden absorbierenden Polymere absorbiert wird, während diese einer Belastung von ungefähr 21000 Dyne/cm² (ungefähr 0,3 psi oder 2,1 kPa) unterworfen werden, definiert. Der AUL-Wert kann nach einer Stunde aufgezeichnet werden (siehe das US-Patent 5,147,343) oder nach 5 Minuten (siehe das US-Patent 5,149,335). Es wird angenommen, dass Hydrogel ausbildende absorbierende Polymere die gewünschten AUL-Eigenschaften aufweisen, wenn sie mindestens ungefähr 24 mUg (vorzugsweise mindestens ungefähr 27 mUg) der Salzlösung nach 1 Stunde absorbieren (siehe das US-Patent 5,147,343), oder wenn sie mindestens ungefähr 15 g/g (vorzugsweise mindestens ungefähr 18 g/g) der Salzlösung nach 5 Minuten absorbieren.
Das AUL, wie es in den US-Patenten 5,147,343 und 5,149,335 definiert ist, kann eine Anzeige darüber liefern, welche Hydrogel ausbildenden absorbierenden Polymere in gewissen Fällen eine Gelblockierung verhindern. Das AUL spezifiziert jedoch nicht die Rate der Gelbildung und unterscheidet nicht zwi schen mäßig schnellen und sehr schnellen absorbierenden HFAPs. Weiterhin ist das AUL nicht ausgelegt, um zu bestimmen, welche Hydrogel ausbildenden absorbierenden Polymere die Absorptionseigenschaften liefern werden, die für die absorbierenden Kerne hoher Konzentration notwendig sind, wie das in der US-5,599,335 beschrieben ist. Insbesondere ist das Verwenden von AUL-Werten, die gemäß den US-Patenten 5,147,343 und 5,149,335 gemessen werden, nicht passend, das sie nicht alle möglichen Druckereignisse reflektieren, die auf das Hydrogel ausbildende Polymer in der absorbierenden Struktur wirken können. Wie oben angegeben wurde, wird das AUL in diesen Patenten bei einem Druck von ungefähr 0,3 psi oder ungefähr 2,1 kPa gemessen. Es wird angenommen, dass ein weit höherer Grenzdruck von ungefähr 0,7 psi (4,8 kPa) den vollen Bereich der lokalisierten mechanischen Druckwerte (beispielsweise beim Sitzen, Schlafen, Niederhocken, beim Befestigen der Bandstreifen, von Gummis, der Beinbewegung und anderer Zug- und Torsionsbewegungen) auf eine absorbierende Struktur besser widerspiegelt. Siehe das US-Patent 5,147,345 (Young et al.), das am 15. September 1992 erteilt wurde. Zusätzlich können viele der absorbierenden Strukturen, die diese Hydrogel ausbildenden absorbierenden Polymere einschließen, andere Komponenten, wie eine Annahmeschicht, die die anfängliche Abgabe von Körperfluiden empfängt, ein schließen. Siehe beispielsweise das US-Patent 4,673,402 (Weisman et al.), das am 16. Juni 1987 erteilt wurde, und das US-Patent 4,935,022 (Lash et al.), das am 19. Juni 1990 erteilt wurde. Diese Annahmeschicht kann Fasern, wie gewisse chemisch versteifte Fasern, die eine relativ hohe Kapillarsaugwirkung aufweisen, umfassen. Siehe beispielsweise das US-Patent 5,217,445 (Young et al.), das am B. Juni 1993 erteilt wurde. Um diese zusätzlichen Kapillardruckwerte, die die Fluidannahme dieser Hydrogel ausbildenden absorbierenden Polymere beeinträchtigen könnten, zu berücksichtigen, ist es realistischer, die geforderte Absorptionsleistung unter einem hohen Druck, beispielsweise von ungefähr 0,7 psi (4,8 kPa) zu messen. Dies berücksichtigt besser nicht nur die lokalisierten mechanischen Druckbelastungen, die während des Gebrauchs ausgeübt werden, sondern auch die zusätzlichen Kapillardruckwerte, die durch andere Komponenten (beispielsweise der Annahmeschicht), die in der absorbierenden Struktur vorhanden sind, ausgeübt werden. Siehe das US-Patent 5,599,335 (Goldmau et al.), das ein Mittel für das Messen der geforderten Absorptionsfähigkeit unter solch hohen Druckwerten beschreibt.
Der Druckabsorptionsindex (PAI) ist im US-Patent 5,601,542 (das am 11. Februar 1997 an Melius et al. erteilt wurde) als die Summe der AUL-Werte, die bei vier Druckwerten (0,01 psi, 0,29 psi, 0,57 psi und 0,90 psi; 0,07 kPa, 2,0 kPa, 3,93 kPa und 6,20 kPa) bestimmt wurden, definiert. Dies stellt eine andere Art dar, AUL-Daten als ein Aggregat darzustellen, um die Wirkungen des Drucks auf das AUL einzuschließen.
Nochmals andere Eigenschaften für absorbierende Strukturen, die relativ hohe Konzentrationen dieser Hydrogel ausbildenden absorbierenden Polymere aufweisen, wurden ausgewertet. Siehe beispielsweise die europäische Patentanmeldung 532,002 (Byerly et al.), die am 17. März 1993 erteilt wurde, die eine Eigenschaft, die als Verformung unter Last (DUL) bezeichnet wird, als wichtig für absorbierende Verbundstoffe, die hohe Konzentrationen von Hydrogel ausbildenden absorbierenden Polymeren aufweisen, darstellt. Die "DUL" wird in der europäischen Patentanmeldung 532,002 verwendet, um die Fähigkeit des Hydrogel ausbildenden absorbierenden Polymers, Ansaugkanäle aufrecht zu halten, nachdem das absorbierende Polymer gequollen ist, auszuwerten. Siehe Seite 3, Zeilen 9 bis 10. Eine weitere Diskussion des DUL-Verfahrens kann man in der US-5,562,646 finden. Das US-Patent 5,562,646 beschreibt Hydrogel ausbildende absorbierenden Polymere, die höhere Porositäten aufweisen, die insbesondere für absorbierende Strukturen, die hohe Konzentrationen dieser absorbierenden Polymere besitzen, geeignet sind. Die Offenheit oder Porosität einer Hydrogelschicht, die aus einem Hydrogel ausbildenden absorbierenden Polymer ausgebildet ist, kann in Ausdrücken der Porosität der Hydrogelschicht (PHL) definiert werden. Ein gutes Beispiel eines Materials, das einen sehr hohen Grad eine Offenheit aufweist, ist ein im Luftstrom gelegter Stoff aus Holzzellstofffasern. Beispielsweise wird der Bruchteil der Offenheit eines im Luftstrom gelegten Stoffs von Holzzellstofffasern (die beispielsweise eine Dichte von 0,15 g/cm³ aufweisen) auf 0,8 bis 0,9 geschätzt, wenn dieser mit Körperfluiden unter einem Grenzdruck von 0,3 psi (2,1 kPa) benässt ist. Im Gegensatz dazu zeigen typische Hydrogel ausbildende Polymere, wie Nalco 1180 (das von der Nalco Chemical Co. hergestellt wird) und L-761f (das von Nippon Shokubai Co., LTD hergestellt wird) PHL-Werte von ungefähr 0,1 oder weniger.
Das US-Patent 5,562,646 lehrt, dass höhere PHL-Werte für das Hydrogel ausbildende absorbierende Polymer Vorteile bei Kernen hoher Konzentration lie fern können, wobei diese (1) ein erhöhtes Leerstellenvolumen in der sich ergebenden Hydrogelschicht für das Annehmen und Verteilen des Fluids; (2) eine erhöhte Gesamtmenge des Fluids, die vom absorbierenden Polymer unter den geforderten Bedingungen der Benetzbarkeit/gravimetrischen Absorption (beispielsweise für die Speicherung eines Fluids) gefordert werden; (3) eine erhöhte Permeabilität der sich ergebenden Hydrogelschicht für das Annehmen und Verteilen des Fluids; (4) verbesserte Ansaugeigenschaften für die sich ergebenden Hydrogelschicht, wie ein Ansaugen von Fluid nach oben gegen Gra vitationsdruckwerte oder das Trennen des Fluids weg von einer Annahmeschicht; und (5) eine verbesserte Quellungsrate für die sich ergebende Hydrogelschicht, um ein schnelleres Speichern des Fluids zu erlauben, einschließen.
Das US-Patent 5,599,335 lehrt dass bei Kernen, die höhere Konzentrationen dieser Hydrogel ausbildenden absorbierenden Polymere aufweisen, ihre Permeabilität/Flussleitfähigkeit wichtig ist. Die Permeabilität/Flussleitfähigkeit kann in Ausdrücken von Salz-Durchlässigkeits-Werten (SFC-Werten) definiert werden. Die SFC misst die Fähigkeit eines Materials, Salzfluide zu transportieren, wie die Fähigkeit der Hydrogelschicht, die aus dem gequollenen Hydrogel ausbildenden absorbierenden Polymer geformt ist, Körperfluide zu transportieren. Typischerweise wird ein im Luftstrom gelegter Stoff von Zellstofffasern (der beispielsweise eine Dichte von 0,15 g/cm³ aufweist) einen SFC-Wert von ungefähr 200 × 10^–7 cm³sec/g aufweisen. Im Gegensatz dazu zeigen typische Hydrogel ausbildende absorbierende Polymere, wie Aqualic L-74 (das von Nippon Shokubai Co., LTD hergestellt wird) und Nalco-1180 (das von der Nalco Chemical Co. hergestellt wird) SFC-Werte von im allgemeinen weniger als 1 × 10^–1 cm³ sec/g. Somit würde es sehr wünschenswert sein, Hydrogel ausbildende absorbierende Polymere zu verwenden, die sich im Hinblick der SFC dichter an eine Bahn aus Holzzellstofffasern anlehnen. HFAPs, die relativ hohe SFC-Werte aufweisen, sind insbesondere dort wichtig, wo die relativ schnellen HFAPs der vorliegenden Erfindung in der Beladungszone in hohen Konzentrationen verwendet werden.
Es ist aus dieser Diskussion offensichtlich, das kein einzige Parameter, der mit HFAPs verbunden ist, definiert oder gemessen werden kann, um die Geeignetheit eines gegebenen HFAP für eine gegebene Kerngestaltung hoher Konzent ration zu beschreiben. Bisher wurde die Wichtigkeit der Rate der Gelbildung des HFAP im Zusammenspiel mit seiner Fähigkeit, Fluide gegen einen Grenzdruck zu absorbieren, nicht erkannt.
Somit würde es wünschenswert sein, einen absorbierenden Kern mit einem absorbierenden Element zu liefern, der folgendes umfasst: (1) eine Region oder Regionen, die eine relativ hohe Konzentration des Hydrogel ausbildenden absorbierenden Polymers aufweisen; (2) die Verwendung von HFAPs mit sehr schnellen Raten der Gelbildung; (3) mit relativ großen Partikelgrößen oder Fasergrößen; (4) die leicht Fluide unter typischen Gebrauchsdruckwerten (beispielsweise 0,7 psi) annehmen; vorzugsweise (5) mit relativ hohen Porositäten, insbesondere wenn sie in der Beladungszone verwendet werden, und vorzugsweise (6) mit Permeabilitäts/Flussleitfähigkeits-Eigenschaften, die ähnlicher einer im Luftstrom gelegten Faserbahn sind.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen absorbierenden Kern mit absorbierenden Elementen, der bei der Aufnahme von Körperfluiden, wie Urin und Blut, verwendet werden kann. Die absorbierenden Elemente umfassen mindestens eine Region, die Fasern und ein Hydrogel ausbildendes absorbierenden Polymer in einer Konzentration von ungefähr 50 bis 100 Gewichtsprozent aufweist.
Dieses Hydrogel ausbildende absorbierenden Polymer besitzt:

(a) einen Leistung-unter-Druck-(PUP-) Kapazitätswert von mindestens ungefähr 25 g/g unter einem Grenzdruck von 0,7 psi (5 kPa);
(b) eine dynamische Gelbildungsratenwert (DGR-Wert) von mindestens ungefähr 0,18 g/g/sec; und
(c) eine Massen-gemittelte Partikelgröße von mindestens ungefähr 100 μm, wenn das absorbierende Polymer in Form von Partikeln vorliegt.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Ansicht einer Vorrichtung für das Messen der dynamischen Gelbildungsrate (DGR) von Hydrogel ausbildenden absorbierenden Polymeren.
2a ist eine schematische Ansicht einer selbstreinigenden Filtervorrichtung der DGR-Vorrichtung, die in 1 gezeigt ist.
2b ist eine schematische Ansicht der in 2a dargestellten Filtervorrichtung, wobei aber das Sieb und der Flügel entfernt sind.
3 ist eine Aufsicht auf eine halbkugelförmige Mischkammer der in 1 gezeigten DGR-Vonichtung.
4a ist eine Detailansicht des Abtastadapters der in 1 gezeigten DGR-Vonichtung.
4b ist eine Detailansicht des Probenhalters der in 1 gezeigten DGR-Vonichtung.
4c ist eine Detailansicht des faseroptischen Messfühlers der in 1 gezeigten DGR-Vorrichtung.
5 ist eine Mikrophotographie eines Rasterelektronenmikroskops (SEM 30x) von HFAP-Teilchen, die in absorbierenden Elementen der vorliegenden Erfindung verwendbar sind.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Kerne mit absorbierenden Elementen, die beim Aufnehmen von Körperfluiden, wie Urin und Blut, verwendet werden können. Diese absorbierende Elemente umfassen mindestens eine Region, die ein Hydrogel ausbildendes absorbierendes Polymer in einer Konzentration von ungefähr 50 bis 100 Gewichtsprozent aufweist, die vorzugsweise eine kontinuierliche Gel-Fluid-Transportzone liefert, wenn es in einem gequollenen Zustand vorliegt.
Dieses Hydrogel ausbildende absorbierende Polymer weist folgendes auf:

(a) einen Leistungs-unter-Druck-(PUP-) Kapazitätwert von mindestens ungefähr 25 g/g unter einem Grenzdruck von 0,7 psi (5 kPa);
(b) eine dynamische Gelbildungsrate (DGR) von mindestens ungefähr 0,18 g/g/sec;
(c) wenn das Hydrogel ausbildende absorbierende Polymer in Form von Partikeln vorliegt, eine Massen-gemittelte Partikelgröße von mindestens 100 μm; und
(d) vorzugsweise einen Salzdurchlässigkeitswert (SFC-Wert) von mindestens ungefähr 30 × 10^–7 cm³ sec/g.

A. Definitionen
Die folgenden hier verwendeten Ausdrücke werden nachfolgend definiert: "Körperfluide" umfassen Urin, Menses, Blut, Schweiß, Speichel, Nasenschleim und vaginale Ausscheidungen.
"Z-Abmessung" bezieht sich auf eine Abmessung rechtwinklig zur Länge und Breite des Elements, Kerns oder Artikels. Die Z-Abmessung entspricht gewöhnlicherweise der Dicke des Elements, Kerns oder Artikels.
"X-Y-Abmessung" bezieht sich auf die Ebene rechtwinklig zur Dicke des Elements, Kerns oder Artikels. Die X-Y-Abmessung entspricht gewöhnlicherweise der Länge und Breite des Elements, Kerns oder Artikels.
Der "absorbierende Kern" bezieht sich auf die Komponente des absorbierenden Artikels, die primär für die Fluidhandhabungseigenschaften des Artikels, die das Annehmen, das Transportieren, das Verteilen und das Speichern von Körperfluiden einschließt, verantwortlich ist. Der absorbierende Kern als solcher umfasst typischerweise nicht die Oberschicht oder die Unterschicht des absorbierenden Artikels.
Das "absorbierende Element" bezieht sich auf die Komponenten des absorbierenden Kerns, die typischerweise eine oder mehrere Fluidhandhabungseigenschaften, beispielsweise die Fluidannahme, die Fluidverteilung, den Fluidtransport, die Fluidspeicherung etc., liefern. Das absorbierende Element kann den gesamten absorbierenden Kern oder nur einen Teil des absorbierenden Kerns umfassen, das heißt der absorbierende Kern kann ein oder mehrere absorbierende Elemente umfassen.
Die "Region(en)" oder "Zone(n)" beziehen sich auf Teile oder Abschnitte des absorbierenden Elements.
Die "Beladungszone" bedeutet die Region innerhalb des absorbierenden Kerns, die anfänglich durch das Entleeren des Körperfluids betroffen ist.
Die "Speicherzone" bezeichnet ein Gebiet, das entfernt von der Beladungszone angeordnet ist, in dem das Fluid permanent gehalten wird. Die "Entfernung" kann entweder in der X-Y-Abmessung oder der Z-Abmessung vorliegen.
Die "Porosität" bedeutet das Bruchteilvolumen (dimensionslos), das nicht durch feste Material und/oder Gel belegt wird.
Die "Schicht" bezeichnet ein absorbierendes Element, dessen primäre Abmessung in der X-Y-Ebene, das heißt entlang seiner Länge und Breite, verläuft. Es sollte verständlich sein, dass der Ausdruck "Schicht" nicht notwendigerweise auf einzelne Schichten oder Lagen von Material begrenzt ist. Somit kann die Schicht Laminate oder Kombinationen mehrerer Lagen oder Bahnen des erforderlichen Typ des Materials umfassen. Somit umfasst der Ausdruck "Schicht" die Ausdrücke "Schichten" und "geschichtet".
"Umfassen" bedeutet, dass verschiedene Komponenten, Elemente, Schritte und dergleichen gemeinsam gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden können. Somit umfast der Ausdruck "umfassen" die eingeschränkteren Ausdrücke "bestehend im wesentlichen aus" und "bestehend aus", wobei diese letzteren, eingeschränkteren Ausdrücke ihre normale Bedeutung, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist, aufweisen.
Für die Zwecke dieser Erfindung sollte auch verständlich sein, dass sich der Ausdruck "oberer" auf absorbierende Elemente, wie Schichten, bezieht, die am nächsten dem Träger des absorbierenden Artikels liegen, und typischerweise zur Oberschicht eines absorbierenden Artikels zeigen, wobei umgekehrt sich der Ausdruck "unterer" auf absorbierende Elemente bezieht, die weiter weg vom Träger des absorbierenden Artikels liegen und typischerweise zur Unterschicht zeigen.
Alle Prozentangaben, Verhältnisse und Eigenschaften beziehen sich hier, wenn nichts anderes gesagt ist, auf das Gewicht.
B. Material und Komponenten des absorbierenden Elements
1. Hydrogel ausbildende absorbierende Polymere
a. Chemische Zusammensetzung
Die Hydrogel ausbildenden absorbierenden Polymere, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, umfassen eine Vielzahl von in Wasser unlöslichen aber in Wasser quellbaren Polymeren, die große Mengen von Fluiden absorbieren können. Solche Polymermaterialien werden gemeinhin auch als "Hydrocolloide" oder "superabsorbierende" Materialien bezeichnet und können Polysaccharide, wie Carboxmethylstärke, Carboxymethylzellulose und Hydroxypropylzellulose; nichtionogene Typen wie Polyvinylalkohol und Polyvinylether; kationische Typen, wie Polyvinylpyridin und N,N-Dimethylaminoethyl- oder N,N-Diethylaminopropylacrylate und Methacrylate und deren jeweilige quartäre Salze, einschließen. Typischerweise haben die Hydrogel ausbildenden absorbierenden Polymere, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, eine Vielzahl von anionischen funktionellen Gruppen, wie Metallsulfonat- und Carboxylat-Gruppen. Beispiele von Polymere, die für eine Verwendung hier geeignet sind, umfassen solche, die aus polymerisierbaren, nicht gesättigten, Säure enthaltenden Monomeren hergestellt werden. Diese Monomere können aus olefinisch nicht gesättigten Carboxyl- und Schwefelsäuren und Säureanhydriden und Mischungen daraus ausgewählt werden.
Einige nicht saure Monomere können, gewöhnlicherweise in geringen Mengen, bei der Herstellung der Hydrogel ausbildenden absorbierenden Polymere hier auch eingeschlossen werden. Solche nicht sauren Monomere können beispielsweise die wasserlöslichen oder in Wasser dispergierbaren Ester und Amide der Säure enthaltenden Monomere, als auch Monomere, die überhaupt keine Carboxyl- oder Schwefelsäuregruppen enthalten, einschließen. Wahlweise nicht saure Monomere können somit Monomere einschließen, die die folgenden Typen funktioneller Gruppen enthalten: Carboxylsäure- oder Schwefelsäureester und Amide, Hydroxylgruppen, Aminogruppen, Nitrilgruppen, quartäre Ammoniumsalzgruppen, Ethergruppen, Arylgruppen (beispielsweise Phenylgruppen, wie sie aus Styrenmonomer hergestellt werden). Diese nicht sauren Monomere sind wohl bekannte Materialien und detaillierter beispielsweise im US-Patent 4,076,663 (Masuda et al.), das am 28. Februar 1978 erteilt wurde, und im US-Patent 4,062,817 (Westerman), das am 13. Dezember 1977 erteilt wurde, beschrieben.
Olefinisch nicht gesättigte Carboxylsäure und Carboxylsäureanhydridmonomere umfassen die Acrylsäuren, die durch die Acrylsäure selbst, die Methyac rylsäure, Ethacrylsäure, α-Chloracrylsäure, α-Cyanoacrylsäure, β-Methylacrylsäure (Krotonsäure), α-Phenylacrylsäure, β-Acrylosypropionsäure, Sorbinsäure, α-Chlorsorbinsäure, Angelicasäure, Cinnaminsäure, p-Chlorcinaminsäure, β-Sterylacrylsäure, Itaconsäure, Citraconsäure, Mesaconsäure, Glutaconsäure, Aconitinsäure, Maleinsäure, Fumarinsäure, Tricarboxyethylen- und Mal-einsäure Anhydride typisiert sind.
Olefinisch nicht gesättigte Schwefelsäuremonomere umfassen aliphatische oder aromatische Vinylschwefelsäuren, wie Vinylschwefelsäure, Allylschwefelsäure, Vinyltoluenschwefelsäure und Styrenschwefelsäure, Acryl- und Methacrylschwefelsäure, wie Sulfoethylacrylat, Sulfoethylmethacrylat, Sulfopropylacrylat, Sulfopropylmethacrylat, 2-Hydroxy-3-Methycryloxypropylschwefelsäure und 2-Acrylamid-2-Methylpropanschwefelsäure.
Bevorzugte Hydrogel ausbildende absorbierende Polymere, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, enthalten Carboxygruppen. Diese Polymere umfassen hydrolisierte Stärke-Acrylonitryl-Kraft-Copolymere, teilweise neutralisierte hydrolisierte Stärke-Acrylaonitril-Kraft-Copolymere, Stärke-Acrylsäure-Kraft-Copolymere, teilweise neutralisierte Stärke-Acrylsäure-Kraft-Copolymere, verseifte Vinylacetatacryl-Ester-Copolymere, hydrolisierte Acrylonitril- oder Acrylamid-Copolymere, leicht vernetzte Netzpolymere irgend welcher der vorangehenden Copolymere, teilweise neutralisierte Polyacrylsäure und leicht vernetzte Polymere teilweise neutralisierte Polyacrylsäure. Diese Polymere können entweder allein oder in Form einer Mischung aus zwei oder mehr verschiedenen Polymeren verwendet werden. Beispiele diese Polymermaterialien sind im US-Patent 3,661,875, im US-Patent 4,076,663, im US-Patent 4,093,776, im US-Patent 4,666,983 und im US-Patent 4,734,478 beschrieben.
Die am meisten bevorzugten Polymermaterialien für eine Verwendung bei der Herstellung von Hydrogel ausbildenden absorbierenden Polymeren sind leicht vernetzte Netzwerkpolymere aus teilweise neutralisierten Polyacrylsäuren und Stärkederivaten davon. Am besten umfassen die Hydrogel ausbildenden absorbierenden Polymere ungefähr 50 bis ungefähr 95%, vorzugsweise ungefähr 75% neutralisierte leicht vernetzte Polyacrylsäure (Das ist Poly(Natriumacrylat/Acrylsäure). Eine Netzwerkvernetzung macht das Polymer im wesentlichen wasserunlöslich und bestimmt zum Teil die Absorptionskapazität und den extrahierbaren Polymergehalt der Hydrogel ausbildenden absorbierenden Polymere. Verfahren für die Netzwerkvernetzung dieser Polymere und typische Netzwerkvernetzungsmittel sind detaillierter im US-Patent 4,076,663 beschrieben.
Es können in der vorliegenden Erfindung auch Mischungen von Polymeren verwendet werden. Beispielsweise können Mischungen von Stärke-Acryl-Säure-Kraft-Copolymeren und leicht vernetzten Netzwerk-Polymeren aus teilweise neutralisierter Polyacrylsäure in der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Mischungen oder Kombinationen der verschiedenen relativ kleinen Größenfraktionen der HFAPs können in der vorliegenden Erfindung verwendet werden, beispielsweise kleine Partikel in einer Zone und große Partikel in einer anderen Zone. Mischungen und Kombinationen der HFAPs mit verschiedenen Morphologien können auch verwendet werden, beispielsweise Fasern in einer Zone und Teilchen in einer anderen Zone. Kleine Partikel weisen einen mittle ren Durchmesser von weniger als ungefähr 100 μm auf, und große Partikel weisen einen mittleren Durchmesser von mehr als ungefähr 300 μm auf.
Die "schnellen" HFAPs, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, weisen typischerweise ein relativ hohes Verhältnis des Oberflächengebiets zum Volumen auf. Dies kann durch das Variieren der Größe, der Form und/oder der Morphologie über einen breiten Bereich, beispielsweise in Form von Körnchen, Pulverteilchen, Zwischenpartikelaggregaten, vernetzten Zwischenpartikelaggregaten und dergleichen, erreicht werden. Diese können in Form von Fasern, Schichten, Filmen, Schäumen, Flocken und dergleichen vorliegen. Die Hydrogel ausbildenden absorbierenden Polymere können auch Mischungen mit niedrigen Niveaus von einem oder mehr Zusatzstoffen, wie beispielsweise Silica in Pulverform, grenzflächenaktive Stoffe, Kleber, Bindemittel und dergleichen, wie im US-Patent 5,489,469 enthalten. Die Komponenten in diesen Mischungen können physikalisch und/oder chemisch in einer Form verbunden sein, so dass die Hydrogel ausbildende Polymerkomponente und der nicht ein Hydrogel ausbildende Polymerzusatzstoff physikalisch nur schwer trennbar sind. Die HFAPs der vorliegenden Erfindung können auch einer Oberflächenbehandlung mit einem Polyamin, wie einem Polyethylenimin oder Polyallylamin, unterworfen werden, um ihnen eine "Klebrigkeit" zu verleihen, wenn sie nass sind, wie das im US-Patent 5,382,610 (Harada et al.), das am 17. Januar 1995 erteilt wurde, beschrieben ist. Dies stellt ein Mittel für das Bereitstellen der Integrität eines nassen Kerns dar.
Ein bevorzugtes Mittel für das Schaffen eines relativ hohen Verhältnisses des Oberflächengebiets zum Volumen in den HFAPs besteht darin, Polymere auszuformen, die eine beträchtliche interne Porosität aufweisen. Die Porosität kann durch mehrere Mittel, die das Einschließen von Gas erzeugenden Zusatzstoffen (beispielsweise Ammoniumcarbonat, Toluen, Alkanen, Chlorfluorkohlenstoffen und dergleichen) im Polymer vor der Polymerisation, erzeugt werden. Beispiele sind im US-Patent 5,399,591, im US-Patent 5,154,713, im US-Patent 5,146,714, im US-Patent 5,403,870, im US-Patent 5,338,766 und im US-Patent 4,522,938 beschrieben. Ein zweites bevorzugtes Mittel für das Schaffen eines relativ hohen Verhältnisses der Oberfläche zum Volumen besteht darin, Polymere in der Form von Fasern auszubilden, wie das beispielsweise im US-Patent 5,280,097 und im US-Patent 5,026,784 beschrieben ist. Tatsächlich weisen Fasern eine Kombination von hier nützlichen Eigenschaften auf, wobei die Geschwindigkeit des Ansaugens des Fluids und die relative Leichtigkeit des Einschlusses und des Einfügens in bestimmte Regionen in der Kernstruktur genannt werden sollen. Ein nochmals anderes Mittel besteht darin, nicht sphärische Formen, die komplex sind und ein beträchtliches Oberflächengebiet aufweisen (während sie nicht speziell porös sind, wie das im PCT-Patent 93/19,099 und PCT-Patent 92/16,565 (Stanley et al.), die am 1. Oktober 1992 veröffentlicht wurden, beschrieben ist), zu verwenden. Ein nochmals anderer Weg besteht darin, sehr kleine Partikel, die beispielsweise einen Durchmesser von weniger als ungefähr 100 μm aufweisen, auszuwählen (obwohl dies oft unerwünschte Eigenschaften, die mit solch kleinen Größen verbunden sind, ergibt). Die Partikelgröße ist als die Abmessung definiert, die durch die Siebgrößenanalyse bestimmt wird. Die Massen-gemittelte Partikelgröße einer vorgegebenen Probe absorbierender Hydrogel ausbildender Polymerpartikel ist als die Partikelgröße definiert, die die Probe auf einer Massenbasis zur Hälfte aufteilt, das heißt eine gewichtsmäßige Hälfte der Probe wird eine Partikelgröße von weniger als der Massen-gemittelten Größe aufweisen, und eine Hälfte der Probe wird eine Partikelgröße von mehr als der Massen gemittelten Größe aufweisen. Ein Standard-Partikelgrößen-Aufzeichnungsverfahren (bei dem der kumulative Gewichtsprozentsatz der Partikelprobe, der auf einem vorgegebenen Sieb mit vorgegebenen Sieblochgröße gehalten oder durchgelassen wird, wird über der Sieböffnungsgröße auf Wahrscheinlichkeitspapier aufgezeichnet) wird typischerweise verwendet, um die Massen-gemittelte Partikelgröße zu bestimmen, wenn der 50% Massenwert nicht der Öffnungsgröße eines USA-Standard-Testsiebs entspricht. Diese Verfahren für das Bestimmen der Partikelgrößen der absorbierenden Hydrogel ausbildenden Polymerpartikel sind weiter im US-Patent 5,061,259 (Goldman et al.), das am 29. Oktober 1991 erteilt wurde, beschrieben. Bei HFAPs, die in Form von Fasern verwendet werden, sind die Schlüsseldimensionen der Querschnittsdurchmesser und die Faserlänge.
Für Partikel der absorbierenden Hydrogel ausbildenden Polymere, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, werden die Partikel im all-gemeinen eine Größe von mindestens 100 μm, und vorzugsweise eine Größe im Bereich von ungefähr 100 bis ungefähr 2000 μm und noch besser im Bereich von ungefähr 200 bis ungefähr 1000 μm aufweisen. Die Massen-gemittelte Partikelgröße wird mindestens ungefähr 100 μm betragen, und sie wird vorzugsweise im Bereich von ungefähr 250 bis ungefähr 1000 μm, und noch besser im Bereich von ungefähr 300 bis ungefähr 800 μm und am besten im Bereich von ungefähr 350 bis ungefähr 750 μm liegen. Für HFAPs in der Form von Fasern wird der Querschnitt im allgemeinen im Bereich von ungefähr 5 μm bis ungefähr 75 μm, vorzugsweise im Bereich von ungefähr 10 μm bis ungefähr 35 μm liegen. Die Faserlängen können unbestimmt sein, obwohl die all-gemeinen Faserlängen die Querschnittsfläche um mindestens ungefähr den Faktor 10, vorzugsweise um mindestens ungefähr einen Faktor von 100 über steigen müssen, um als eine Faser und nicht nur als ausgedehnten Teilchen angesehen zu werden. Im allgemeinen werden die Faserlängen zwischen ungefähr 2 mm und ungefähr 20 mm betragen.
So kann es beispielsweise nützlich sein, einen Größenschnitt zu verwenden, der eine Massen-gemittelte Größe im Bereich von ungefähr 350 bis ungefähr 750 μm aufweist, wobei nur minimale Massenbruchteile der Partikel Größen entweder von mehr als ungefähr 750 μm oder weniger als ungefähr 350 μm aufweisen. Alternativ kann ein breiterer Größenschnitt, bei dem die Partikel im allgemeinen eine Größe im Bereich von ungefähr 250 μm bis 1000 μm aufweisen, verwendet werden.
b. Physikalische Eigenschaften
Das Folgende beschreibt im Detail die Bereiche jeder der wichtigen physikalischen Eigenschaften, die in der vorliegenden Erfindung benötigt werden. Es wird erkennbar, dass während die vorliegende Anmeldung absorbierende Elemente beschreibt, die eine oder mehrere Regionen mit mindestens ungefähr 50 Gewichtsprozent HFAPs aufweisen, wobei die HFAPs gewisse Gelbildungsraten (DGR) und Absorptions-unter-Druck-(PUP-) Werte aufweisen, es möglich ist, HFAPs in die Regionen) einzuschließen, die diese DGR und PUP Kapazitätswerte nicht zeigen, wobei diese Praxis dennoch innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung liegt. Beispielsweise ist es möglich, in die Regionen) mit der hohen Konzentration eine Mischung aus einem oder mehreren HFAPs einzuschließen, worin mindestens eine HFAP keinen DGR-Wert von mindestens ungefähr 0,18 g/g/sec und/oder eine PUP-Kapazität von mindestens ungefähr 25 g/g zeigt, zusammen mit einem oder mehreren anderen HFAPs, die diese Eigenschaften zeigen. Ein spezifisches Beispiel umfasst nur zu Illustration die Verwendung einer Region, die 50% des Gesamtgewichts HFAP aufweist, wobei 20% des HFAP (in Bezug auf das gesamte HFAP-Gewicht) außerhalb der vorliegenden Erfindung liegen, und 80% des HFAP (in Bezug auf das gesamte HFAP-Gewicht) innerhalb der vorliegenden Erfindung. In dieser Darstellung würde, obwohl nur ungefähr 40% der Regionen) des absorbierenden Elements HFAPs umfassen, die die beschriebenen DGR- und PUP-Werte erfüllen, das Element innerhalb des Umfangs der vorliegenden Endung liegen, so lange die DGR- und PUP-Werte (und für Partikel die Massen-gemittelte Partikelgröße) für eine Mischung innerhalb mindestens einer Region innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung liegen, wie das unten beschrieben wird. In dieser Hinsicht ist es vorteilhaft, dass die Regionen) hoher Konzentration des absorbierenden Elements mindestens ungefähr 30% HFAPs in Bezug auf das Gesamtgewicht der HFAPs in einer Region aufweisen, die die unten beschriebenen DGR- und PUP-Werte aufweisen. Noch besser ist es, wenn das absorbierende Element mindestens ungefähr 35% HFAPs, noch besser mindestens ungefähr 40% HFAPS in Bezug auf das Gesamtgewicht der HFAPS in einer Region aufweisen, die die unten beschriebenen DGR- und PUP-Werte aufweisen. In solchen Fällen kann der Rest des verwendeten HFAP Eigenschaften außerhalb der vorliegenden Erfindung aufweisen, und in einer Menge verwendet werden, die notwendig ist, um die gesamte HFAP-Konzentration in der Region auf bis zu mindestens ungefähr 50% zu bringen. Solche Mischungen aus HFAPs verschiedener Typen können homogen im Kern oder getrennt innerhalb spezifischer Regionen, wie ein Typ in der Beladungszone und ein anderer Typ in der Speicherzone, verwendet werden.
(1) Rate der Gelbildung
Eine Eigenschaft der Hydrogel ausbildenden absorbierenden Polymere, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, ist die Rate der Gelbildung. Die Rate der Gelbildung wird hier in Ausdrücken der dynamischen Gelbildungsrate (DGR) unter Verwendung des nachfolgend beschriebenen Verfahrens ausgedrückt. Die HFAPs der vorliegenden Erfindung weisen DGR-Werte von mindestens ungefähr 0,18 g/g/sec, vorzugsweise von mindestens ungefähr 0,25 g/g/sec und am besten von mindestens ungefähr 0,28 g/g/sec und am besten von mindestens ungefähr 0,32 g/g/sec auf.
(2) Leistung unter Druck (PUP)
Eine andere Eigenschaft der Hydrogel ausbildenden absorbierenden Polymere, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, ist ihre geforderte Absorptionskapazität unter einem hohen Grenzdruck. Diese geforderte Absorptionskapazität wird in Ausdrücken der Kapazität der Leistung unter Druck (PUP) des Polymers definiert. Die PUP-Kapazität der Hydrogel ausbildenden absorbierenden Polymere, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, beträgt im allgemeinen mindestens ungefähr 25 g/g, vorzugsweise mindestens ungefähr 29 g/g und am besten ungefähr 32 g/g. Typischerweise liegen diese PUP-Kapazitätswerte im Bereich von ungefähr 25 bis ungefähr 45 g/g, noch typischer von ungefähr 29 bis ungefähr 40 g/g und am typischsten im Bereich von ungefähr 32 bis ungefähr 38 g/g. Ein Verfahren für dass Bestimmen des PUP-Kapazitätswertes der Hydrogel ausbildenden absorbierenden Polymere ist im US-Patent 5,599,335 angegeben.
(3) Größe
Eine nochmals andere Eigenschaft der Hydrogel ausbildenden absorbierenden Polymere, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, wenn diese in Form von Partikeln vorliegen, ist ihre Partikelgröße. Die Größe wird in Ausdrücken von Gewichtsbruchteilen, die durch Siebe mit verschiedenen Größen gehalten oder durchgelassen werden, wie das hier oben definiert wurde, angegeben. Sehr kleine Partikel, kleiner als ungefähr 100 μm, werden durch ihre Neigung zu einer Gelblockierung, ihren geringeren Gelvolumen, wenn sie an der Oberfläche vernetzt sind, und Hygienegesichtspunkten in der Herstellungsumgebung nicht bevorzugt. Während größere Teilchen auch dazu neigen, geringere Raten der Absorption aufzuweisen, besitzen die HFAPs, die in der vorliegenden Erfindung bevorzugt werden, eine nützliche Kombination der Rate von kleineren und größeren Partikeln, von mindestens ungefähr 100 μm und vorzugsweise von mindestens ungefähr 300 μm. Bevorzugte Bereiche für die Massen-gemittelten Teilchen sind oben im Detail diskutiert.
(4) Porosität der Hydrogelzone oder Schicht
Eine Eigenschaft, die für die Hydrogel ausbildenden absorbierenden Polymere, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, wichtig sein kann, ist ihre Offenheit oder Porosität der Hydrogelzone (PHL-Zone) oder der Schicht, die ausgeformt wird, wenn das Polymer in Körperfluiden unter einem Grenzdruck quillt. Die PHL misst die Fähigkeit der ausgeformten Hydrogelzone oder Schicht, offen zu bleiben, um so fähig zu sein, Körperfluide unter Gebrauchsdruckwerten zu verteilen. Die Porosität der Hydrogelzone oder Schicht kann auch die geforderte Benetzbarkeit oder die gravimetrische Absorptionskapazität (das ist die PUP-Kapazität) und die Ansaugeigenschaften beeinträchtigen, wie das im US-Patent 5,562,646 beschrieben ist. Die Porosität der Hydrogelzone oder Schicht ist auch durch ihren Einfluss auf die Permeabiltität (das heißt SFC-Werte) der Hydrogelzone/Hydrogelschicht wichtig. Eine höhere Porosität stellt einen wichtigen Beitrag zu einer höheren Permeabilität insbesondere für die schnellen HFAPs der vorliegenden Erfindung, die in relativ hohen Konzentrationen in der Beladungszone des absorbierenden Kerns verwendet werden, dar.
Hydrogel ausbildende absorbierende Polymere, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, weisen PHL-Werte von mindestens ungefähr 0,15, vorzugsweise von mindestens ungefähr 0,18 und noch besser von mindestens ungefähr 0,18 und am besten von mindestens ungefähr 0,25 auf. Typischerweise liegen diese PHL-Werte im Bereich von ungefähr 0,15 bis ungefähr 0,40 und noch typischer im Bereich von ungefähr 0,18 bis ungefähr 0,25. Ein Verfahren für das Bestimmen des PHL-Werts dieser Hydrogel ausbildenden absorbierenden Polymere ist im US-Patent 5,562,646 beschrieben.
(5) Salzflussleitfähigkeit (SFC)
Eine andere Eigenschaft, die für die Hydrogel ausbildenden absorbierenden Poylmere, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden, wichtig sein kann, ist ihre Permeabilität oder Flussleitfähigkeit, wenn sie mit Körperfluiden gequollen sind, um so eine Hydrogelzone oder Schicht auszubilden. Diese Permeabilität oder Flussleitfähigkeit wird hier in Ausdrücken des Salzflussleitfähigkeitswerts (SFC-Werts) des Hydrogel ausbildenden absorbierenden Polymers, wie das in der US-5,599,335 beschrieben ist, angegeben. Der SFC-Wert der Hydrogel ausbildenden absorbierenden Polymere, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, beträgt mindestens ungefähr 30 × 10^–1 cm³ sec/g, vorzugsweise mindestens ungefähr 50 × 10^–1 cm³ sec/g, und am besten mindestens ungefähr 75 × 10^–1 cm³ sec/g. Typischerweise liegen diese SFC-Werte im Bereich von ungefähr 30 bis ungefähr 1000 × 10^–1 cm³ sec/g. Ein Verfahren für das Bestimmen des SFC-Wertes dieser Hydrogel ausbildenden absorbierenden Polymere ist im US-Patent 5,599,335 angegeben.
(6) Extrahierbares Polymer
Eine andere Eigenschaft, die wichtig für die Hydrogel ausbildenden absorbierenden Polymere, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, sein kann, ist die Menge des sich darin befindlichen extrahierbaren Polymermaterials. Siehe das US-Patent 4,654,039 (Brandt et al.), das am 31. März 1987 erteilt wurde (Reissue am 19. April 1988 als Re 32,649). Das extrahierte Polymermaterial kann sowohl die chemischen Eigenschaften (beispielsweise die Osmolarität) als auch die physikalischen Eigenschaften (beispielsweise die Viskosität) des Körperfluids in einem solchen Grad ändern, dass das Fluid durch das Hydrogel langsamer absorbiert und schlechter gehalten wird. Die PUP-Kapazität kann auch über der Zeit abnehmen, wenn die extrahierbaren Mengen zu hoch sind. Dies ist insbesondere in den absorbierenden Kernen hoher Konzentration der vorliegenden Erfindung problematisch.
Die bevorzugten Mengen extrahierbaren Polymers für die Hydrogel ausbildenden absorbierenden Polymere, die in der vorliegenden Erfindung verwendbar sind, betragen ungefähr 15% oder weniger, besser ungefähr 10% oder weniger und am besten ungefähr 7% oder weniger des gesamten Polymers. Verfahren für das Bestimmen der Pegel des extrahierbaren Polymers in diesen Hydrogel ausbildenden absorbierenden Polymeren der Erfindung sind im US-Patent 5,599,335 angegeben.
(7) Gelvolumen
Eine nochmals andere Eigenschaft, die für die Hydrogel ausbildenden absorbierende Polymere, die in der vorliegenden Erfindung verwendbar sind, wichtig sein kann, ist ihr Gelvolumen. Der Ausdruck "Gelvolumen", so wie er hier verwendet wird, eines Hydrogel ausbildenden absorbierenden Polymers ist als seine frei quellbare Absorptionskapazität definiert, wenn es in einem Übermaß von synthetischen Jaco-Urin gequollen wird, wenn die Lösung nicht anders spezifiziert ist. Es liefert ein Maß der maximalen Absorptionskapazität des Polymers unter den Gebrauchsbedingungen, wenn die Druckbelastungen auf das Polymer relativ gering sind. Verfahren für das Bestimmen der Gelvolumen dieser Hydrogel ausbildenden Polymere sind im US-Patent 5,599,335 angegeben. Die bevorzugten Gelvolumen der Hydrogel ausbildenden absorbierenden Polymere der vorliegenden Erfindung betragen mindestens ungefähr 25 g/g, noch besser mindestens ungefähr 35 g/g, und am besten mindestens ungefähr 45 g/g. Typischerweise liegen diese Gelvolumen im Bereich von ungefähr 25 bis ungefähr 100 g/g, noch typischer im Bereich von ungefähr 30 bis ungefähr 80 g/g, und am typischten im Bereich von ungefähr 35 bis ungefähr 70 g/g.
(8) Gelfestigkeit
Eine nochmals andere Eigenschaft, die für die Hydrogel ausbildenden absorbierenden Polymere, die in der vorliegenden Erfindung verwendbar sind, wichtig sein kann, ist die Gelfestigkeit. Der Ausdruck "Gelfestigkeit", wie er hier verwendet wird, bezieht sich auf die Neigung des Hydrogels, das aus dem absorbierenden Polymers ausgeformt wurde, sich unter Nutzungsbelastungen zu verformen oder zu "fließen". Die Gelfestigkeit muss so sein, dass sich das Hydrogel nicht verformt und die Leerräume zwischen dem Hydrogel und den anderen Komponenten im absorbierenden Element nicht in nicht akzeptablem Grad füllt. Im allgemeinen wird eine zunehmende Gelfestigkeit zu einer Zunahme der Permeabilität und der Porosität einer Hydrogelzone oder Schicht, die aus dem Hydrogel ausbildenden absorbierenden Polymer geformt ist, führen. Ein Verfahren für das Bestimmen der Gelfestigkeit der Hydrogel ausbildenden absorbierenden Polymere der vorliegenden Erfindung ist im US-Patent 5,599,335 angegeben. Es ist vorteilhaft, wenn die Gelfestigkeit der Hydrogel ausbildenden absorbierenden Polymere der vorliegenden Erfindung mindestens ungefähr 10000 dyne/cm² (1 kPa), noch besser mindestens ungefähr 20000 dyne/cm² (2 kPa) und am besten mindestens ungefähr 40000 dyne/cm² (4 kPa) beträgt.
c. Verfahren zur Herstellung
Das Hydrogel ausbildende absorbierende Basispolymer kann auf jede konventionelle Art hergestellt werden. Typische und bevorzugte Verfahren für das Herstellen dieser Polymere sind im US-Reissue-Patent 32,649 (Brandt et al.), das am 19. April 1988 erteilt wurde, im US-Patent 4,666,983 (Tsubakimoto et al.), das am 19. Mai 1987 erteilt wurde, und im US-Patent 4,625,001 (Tsubakimoto et al.), das am 25. November 1986 erteilt wurde, beschrieben. Andere bevorzugte Verfahren und Variationen sind detaillierter im US-Patent 5,599,335 beschrieben.
d. Oberflächenvernetzung
An der Oberfläche vernetzte Hydrogel ausbildende Polymere weisen eine größere Menge der Vernetzung in der Nähe der Oberfläche als im Inneren auf. Der Ausdruck "Oberfläche", wie er hier verwendet wird, beschreibt die nach außen weisenden Grenzen des Partikels, der Faser etc. Für poröse Hydrogel ausbildende absorbierende Polymere (beispielsweise poröse Partikel etc.) können die freigelegten inneren Grenzen auch eingeschlossen werden. Durch ein größeres Maß der Vernetzung an der Oberfläche soll ausgedrückt werden, dass das Maß der funktionalen Vernetzungen beim Hydrogel ausbildenden absorbierenden Polymer in der Nähe der Oberfläche im allgemeinen höher als das Maß der funktionalen Vernetzungen des Polymers im Inneren ist.
Die Abstufung der Vernetzung von der Oberfläche zum Inneren kann sowohl in der Tiefe als auch im Profil variieren. Somit kann beispielsweise die Tiefe der Oberflächenvernetzung flach sein mit einem relativ scharfen Übergang zu einem geringeren Maß der Vernetzung. Alternativ kann beispielsweise die Tiefe der Oberflächenvernetzung einen beträchtlichen Bruchteil der Dimensionen des Hydrogel ausbildenden absorbierenden Polymers mit einem breiteren Übergang darstellen.
In Abhängigkeit von der Größe, der Form, der Porosität als auch funktionellen Betrachtungen kann der Grad und der Gradient der Oberflächenvernetzung innerhalb eines gegebenen Hydrogel ausbildenden absorbierenden Polymers variieren. Bei partikelfönnigen Hydrogel ausbildenden Polymeren kann die Oberflächenvernetzung mit der Partikelgröße, der Porosität etc. varieren. In Abhängigkeit von Variationen im Verhältnis der Oberfläche zum Volumen innerhalb des Hydrogel ausbildenden absorbierenden Polymers (beispielsweise zwischen kleinen und großen Partikeln) ist es für das gesamte Maß der Vernetzung nicht ungewöhnlich, innerhalb des Materials zu variieren (so dass es beispielsweise bei kleineren Partikeln größer ist).
Die Oberflächenvernetzung wird im allgemeinen erreicht, nachdem die endgültigen Grenzen des Hydrogel ausbildenden absorbierenden Polymers im wesentlichen errichtet sind (durch ein Schleifen, Extrudieren, Schäumen etc.). Es ist jedoch auch möglich, eine Oberflächenvernetzung zusammen mit der Schaffung endgültiger Grenzen zu erzielen. Weiterhin können einige zusätzliche Änderungen in den Grenzen auftreten, sogar nachdem die Oberflächenvernetzungen eingeführt wurden. Die Oberflächenvernetzung ist insbesondere bei den schnellen HFAPs der vorliegenden Erfindung wichtig. In dem Maß, mit dem die Geschwindigkeit durch das Erhöhen des Verhältnisses des Oberflächengebiets zum Volumen des HFAP erhalten wird, legt dies auch mehr Oberflächen gebiet für die Oberflächenvernetzung mit dem Potential für eine damit zusammenhängende Reduktion im Gelvolumen frei. Somit ist es insbesondere vorteilhaft, dass die Oberflächenvernetzungstechnik eine ist, bei der die Tiefe der Oberfläche relativ dünn ist. Dies wird typischerweise durch die Verwendung stärker reagierender Oberflächenvernetzungsmittel, wie das im US-Patent 5,599,335 beschrieben ist, erreicht.
Geeignete allgemeine Verfahren für das Ausführen der Oberflächenvernetzung von Hydrogel ausbildenden absorbierenden Polymeren gemäß der vorliegenden Erfindung sind im US-Patent 5,597,873 (Chamber et a1.), das am 28. Januar 1997 erteilt wurde, im US-Patent 4,541,871 (Obayashi), das am 17. September 1985 erteilt wurde, im US-Patent 5,447,727 (Graham), das am 5. September 1995 erteilt wurde, im US-Patent 5,385,983 (Graham), das am 31. Januar 1995 erteilt wurde, im US-Patent 5,475,062 (Izhizaki et a1.), das am 12. Dezember 1995 erteilt wurde, in der veröffentlichten PCT-Anmeldung WO 92/16565 (Stanley), die am 1. Oktober 1992 veröffentlicht wurde, in der veröffentlichten PCT-Anmeldung WO 90/08789 (Tai), die am 9. August 1990 veröffentlicht wurde, in der veröffentlichten PCT-Anmeldung WO 93/05080 (Stanley), die am 18. März 1993 veröffentlicht wurde, im US-Patent 4,824,901 (Alexander), das am 25. April 1989 erteilt wurde, im US-Patent 4,789,861 (Johnson), das am 17. Januar 1989 erteilt wurde, im US-Patent 4,587,308 (Makita), das am 6. Mai 1986 erteilt wurde, im US-Patent 4,734,478 (Tsubakimoto), das am 29. März 1988 erteilt wurde, im US-Patent 5,164,459 (Kimura et a1.), das am 17. November 1992 erteilt wurde, in der veröffentlichten deutschen Patentanmeldung 4,020,780 (Dahmen), die am 29. August 1991 veröffentlicht wurde, und in der veröffentlichten europäischen Patentanmeldung 509,708 (Garner), die am 21. Oktober 1992 veröffentlicht wurde, beschrieben.
Die Hydrogel ausbildenden absorbierenden Polymerpartikel, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden, sind typischerweise im wesentlichen trocken. Der Ausdruck "im wesentlichen trocken" wird hier verwendet, um auszudrücken, dass die Partikel einen Fluidgehalt, typischerweise Wasser oder einen anderen Lösungsgehalt, von weniger als ungefähr 50%, vorzugsweise von weniger als ungefähr 20%, noch besser von weniger als ungefähr 10% des Gewichts der Partikel aufweisen, wenn sie verwendet werden, um absorbierende Kerne oder Testmessungen zu machen.
e. Spezifische Beispiele
Das Folgende liefert einige spezifische Beispiele von Hydrogel ausbildenden absorbierenden Polymeren, die für eine Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeignet sind.
Beispiel 1
Eigenschaften von Hydrogel ausbildenden absorbierenden Polymeren aus kommerziellen Quellen
Die Eigenschaften gewisser teilchenförmiger teilweise neutralisierter Natrium-Polyacrylat-Hydrogel ausbildender Polymere, die aus kommerziellen Quellen erhältlich sind, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, sind in Tabelle 1 gezeigt.
Tabelle 1
Die Gelvolumen, die in Tabelle 1 aufgelistet sind, werden gemäß dem Verfahren, das im Abschnitt "Testverfahren" beschrieben ist, gemessen, mit der Ausnahme, dass eine 0,9% Salzlösung als Testlösung verwendet wird.
Die Proben mit den Nummern 5 bis 9 zeigen HFAPs der vorliegenden Erfindung. Die Proben mit den Nummern 1 bis 4 weisen schnelle Raten aber ungenügende PUP-Werte auf. Die Proben 10 bis 12 weisen Raten auf, die langsamer als die hier verwendbaren HFAPs sind.
Beispiel 2
Absorbierender Kern der vorliegenden Erfindung
Ein absorbierender Kern wird durch das Legen eines Kerns im Luftstrom, der 15% Fluffzellstofffasern, 25% gekräuselte Fasern und 60% M8161 vom Beispiel 1 enthält, geschaffen. Dieser Kern absorbiert ein Fluid schnell und effizient ohne eine Gelblockierung.
2. Fasermaterialien
Die absorbierenden Elemente der vorliegenden Erfindung umfassen Fasermaterialien, um Faserbahnen oder Fasermatrizen auszubilden. Fasern, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, umfassen solche, bei denen es sich um natürlich auftretende Fasern (modifiziert oder nicht modifiziert) als auch um synthetisch hergestellte Fasern handelt. Ein detailliertes Kompendium der Fasertypen und ihre Verwendung in absorbierenden Kernen ist im US-Patent 5,599,335 angegeben.
3. Thermoplastische Materialien
Im Falle von thermisch verbundenen absorbierenden Elementen gemäß der vorliegenden Erfindung kann das Element thermoplastisches Material zusätzlich zu den Fasern umfassen. Beim Schmelzen wandert typischerweise durch die Kapillargradienten zwischen den Fasern mindestens ein Teil dieses thermoplastischen Materials zu den Schnittpunkten der Fasern. Diese Schnittpunkte werden zu Verbindungsorten für das thermoplastische Material. Bei Abkühlung werden die thermoplastischen Materialien an diesen Schnittpunkten fest, um die Bindungsorte zu bilden, die die Matrix der Bahn oder der Fasern in jeder der jeweiligen Schichten halten. Die variierende Verwendung der thermoplastischen Materialien in absorbierenden Kernen ist detailliert im US-Patent 5,599,335 und im US-Patent 5,607,414 beschrieben.
4. Andere Komponenten und Materialien
Absorbierende Elemente gemäß der vorliegenden Erfindung können andere optionale Komponenten, die in absorbierenden Bahnen vorhanden sein können, einschließen. Beispielsweise kann ein Verstärkungsmull innerhalb des absorbierenden Elements oder zwischen den jeweiligen absorbierenden Elementen des absorbierenden Kerns positioniert sein. Solche Verstärkungsmulle sollten eine solche Konfiguration aufweisen, dass sie keine Zwischenschichtbarrieren für den Fluidtransport bilden, insbesondere wenn sie zwischen den jeweiligen absorbierenden Elementen des absorbierenden Kerns angeordnet sind. Auch wenn Hydrogel ausbildende absorbierende Polymere in einem oder mehreren absorbierenden Elementen des absorbierenden Kerns vorhanden sind, so kann das jeweilige absorbierende Element oder der gesamte absorbierende Kern in eine fluiddurchlässige Schicht, wie eine Tissuepapierschicht eingehüllt werden, um die Besorgnis des Nutzers im Hinblick auf ein Verlieren des partikelförmigen absorbierenden Polymers zu zerstreuen. Andere optionale Komponenten, die eingeschlossen werden können, sind Materialien zur Geruchsbekämpfung, Haftmittel, eingeschlossene Fäkalmaterial etc.
Absorbierende Elemente gemäß der vorliegenden Erfindung können auch Absorptionsmittel auf Schaumbasis einschließen. Geeignete Schaumabsorptionsmittelumfassen solche die im US-Patent 5,260,345 (DesMarais et al.), das am 9. November 1993 erteilt wurde, im US-Patent 5,147,345 (Young et al.), das am 15. September 1992 erteilt wurde, und im US-Patent 5,387,207 (Dyer et a1.), das am 7. Februar 1995 erteilt wurde, beschrieben sind.
C. Absorbierende Elemente, die Hydrogel ausbildende absorbierende Polymere enthalten
1. Konzentration, Basisgewicht und Fluidhandhabungseigenschaften
Die absorbierenden Elemente gemäß der vorliegenden Erfindung werden die vorher beschriebenen Hydrogel ausbildenden absorbierenden Polymere und Fasern (mit oder ohne andere optionale Komponenten, wie thermoplastischem Material etc.) umfassen. Diese absorbierenden Elemente, die diese absorbie renden Polymere umfassen, können als Fluidspeicherelemente im absorbierenden Kern funktionieren. Die prinzipielle Funktion solcher Fluidspeicherelemente besteht darin, das abgegebene Körperfluid entweder direkt oder von anderen absorbierenden Elementen (beispielsweise Fluidannahmeelementen/ Fluidverteilungselementen) zu absorbieren und dann solches Fluid zu halten, sogar dann, wenn sie Druckbelastungen unterworfen werden, auf die man normalerweise als Ergebnis der Bewegungen des Trägers stößt. Es sollte jedoch verständlich sein, dass solche Polymer enthaltenden absorbierenden Elemente andere Funktionen als der Fluidspeicherung dienen können.
Ein wichtiger Aspekt dieser absorbierenden Elemente gemäß der vorliegenden Erfindung ist, dass sie eine oder mehrere Regionen enthalten, die eine hohe Konzentration dieser Hydrogel ausbildenden absorbierenden Polymere aufweisen. Um relativ dünne absorbierende Artikel zu liefern, die große Mengen der Körperfluide absorbieren und halten können, ist es wünschenswert, die Menge dieser Hydrogel ausbildenden absorbierenden Polymere zu erhöhen und die Menge der anderen Komponenten, insbesondere der Faserkomponenten, zu erniedrigen.
Um diese Hydrogel ausbildenden absorbierenden Polymere bei relativ hohen Konzentrationen für eine Fluidspeicherung zu verwenden, sollten diese Polymere eine relativ hohe Gelbildungsrate (das heißt einen solchen DGR-Wert) als auch eine relativ hohe geforderte Absorptionskapazität unter einem relativ hohen Grenzdruck (das ist der PUP-Kapazitätswert) und vorzugsweise eine relativ hohe Permeabilität unter Druck (das ist der SFC-Wert) und eine relativ hohe Porosität (PHL-Wert) aufweisen. Das dient dazu, dass das Polymer beim Vor handensein von Körperfluiden diese abgegebenen Körperfluide schnell annimmt.
Ein wichtiger Aspekt der vorliegenden Erfindung ist, dass HFAPs mit Raten, die in der Speicherzone des Kerns verwendet werden, auch sehr hohe SFC-Werte aufweisen. Es wird angenommen, dass dies der Fall ist, da die sehr schnelle Gelbildung des HFAP dazu neigen kann, das verfügbare Zwischengittervolumen, das für das schnelle Aufsaugen von Schwallen kritisch ist, zu vermindern. Beispielsweise können bei Babywindeln Schwalle von 75 ml Urin in 15 Sekunden (15 ml/Sekunde für 5 Sekunden) auftreten. Ein typischer Windelkern kann ungefähr 10 g HFAP enthalten. Wenn alle 10 g für die Gelbildung bei diesem Schwall verfügbar sind (was im allgemeinen nicht der Fall ist), so würde die Rate der Annahme 15 ml Urin/10 g HFAP/Sekunde oder ungefähr 1,5 g/g/sec betragen. Diese hohe relative Permeabilität (SFC-Wert) reduziert die Wahrscheinlichkeit einer Gelblockierung in solchen Fällen wesentlich.
Die Konzentration der Hydrogel ausbildenden absorbierenden Polymere in einer vorgegebenen Region eines absorbierenden Elements gemäß der vorliegenden Erfindung kann im Bereich von ungefähr 50 bis 100%, vorzugsweise von ungefähr 60 bis 100%, noch besser von ungefähr 70 bis 100%, noch besser von ungefähr 80 bis 100% und am besten von ungefähr 90 bis 100% liegen, wobei dies so gemessen wird, wie das im US-Patent 5,599,335 angegeben ist. Die HFAPs, die in der vorliegenden Erfindung verwendbar sind, können mit HFAPs mit Eigenschaften außerhalb derer, die in der vorliegenden Erfindung spezifiziert sind, kombiniert werden. In Fällen, bei denen HFAPs unterschiedlicher Arten im absorbierenden Kern kombiniert werden, sind die kombinierten Eigenschaften der HFAP in den Größen und spezifizierten Verhältnissen relevant. Ein anderer wichtiger Aspekt ist das Basisgewicht des Hydrogel ausbildenden absorbierenden Polymers in einer vorgegebenen Region des absorbierenden Elements, das auch so gemessen wird, wie das im US-Patent 5,607,414 definiert ist. Das Basisgewicht eines Hydrogel ausbildenden absorbierenden Polymers in einer vorgegebenen Region eines absorbierenden Elements gemäß der vorliegenden Erfindung beträgt mindestens ungefähr 10 gsm, vorzugsweise mindestens ungefähr 20 gsm, noch besser mindestens ungefähr 50 gsm und am besten mindestens ungefähr 100 gsm. Typischerweise liegen diese Basisgewichtswerte im Bereich von ungefähr 10 bis ungefähr 1000 gsm, noch typischer im Bereich von ungefähr 50 bis ungefähr 800 gsm und am typischten im Bereich von ungefähr 100 bis ungefähr 600 gsm.
2. Nassintegrität des absorbierenden Elements und/oder des absorbierenden Kerns
Während der anfänglichen Fluidannahme tritt die Verwendung des absorbierenden Kerns in der direkten Umgebung des Schwalls auf. Es besteht eine Notwendigkeit, so viel wie möglich Fluidbewegung in seitlicher Richtung (das ist die X-Y-Dimension) in den Speichenegionen des Kerns zu erzielen, insbesondere wenn die absorbierenden Kerne dünner und dünner werden.
Die Hydrogel enthaltenden Regionen halten vorzugsweise eine gewisse Menge der physikalischen Kontinuität für eine passende Fluidbewegung zwischen den kontinuierlichen Zwischengitterhohlräumen und Kapillaren aufrecht. Die Verwirklichung der Vorteile der Hydrogel ausbildenden absorbierenden Polymere wird durch absorbierende Elemente und absorbierende Kerne, die eine gute Nassintegrität aufweisen, erleichtert. Mit "guter Nassintegrität" ist gemeint, dass die Region oder die Regionen im absorbierenden Element, die die hohe Konzentration des Hydrogel ausbildenden absorbierenden Polymers aufweisen, eine ausreichende Integrität in einem trockenen, teilweise nassen und/oder benässten Zustand aufweisen, so dass die physikalische Kontinuität (und somit die Fähigkeit der Annahme und des Transports von Fluid durch kontinuierliche Zwischengitterhohlräume/Kapillaren) der kontinuierlichen Gel-Flüssigkeits-Transportzone oder Schicht, die beim Quellen des Hydrogel ausbildenden absorbierenden Polymers bei Vorhandensein von Körperfluiden ausgeformt wird, nicht wesentlich zerrissen oder geändert wird, sogar dann wenn sie normalen Nutzungsbedingungen unterworfen wird. Solche Nutzungsbedingungen und verschiedene Maßnahmen, die vorgenommen werden können, um die Nassintegrität zu erhöhen, sind detaillierter bei absorbierenden Kernen im US-Patent 5,599,335 beschrieben.
D. Absorbierende Kerne
Absorbierende Elemente gemäß der vorliegenden Erfindung, die hohe Konzentrationen der Hydrogel ausbildenden absorbierenden Polymere umfassen, sind alleine in einer Varietät von absorbierenden Kernen verwendbar. Eine breite Vartetät absorbierender Kerne und ihrer Komponenten sind im US-Patent 5,599,335 beschrieben.
E. Absorbierende Artikel
Durch die einzigartigen absorbierenden Eigenschaften der absorbierenden Kerne der vorliegende Erfindung, sind diese insbesondere für eine Verwendung in absorbierenden Artikeln, insbesondere in absorbierenden Einwegartikeln, geeignet. Bevorzugte Ausführungsformen eines absorbierenden Einwegartikels gemäß der vorliegenden Erfindung sind eine Windel und Menstruationskissen. Es sollte jedoch verständlich sein, dass die vorliegende Erfindung auch auf andere absorbierende Artikel, wie Inkontinenzeinlagen, Inkontinenzkissen, Trainingshosen, Windeleinlagen, Damenbinden, Gesichtstücher, Papierhandtücher, Bandagen, Kabelumhüllungen, wasserdichte Schichten und dergleichen anwendbar ist.
Eine allgemeine Beschreibung einer Vielzahl absorbierender Artikel, die hergestellt werden können, ist im US-Patent 5,599,335 angegeben. Diese umfassen allgemein eine fluidundurchlässige Unterschicht, eine Oberschicht, einen absorbierenden Kern und verschiedenen Befestigungsmittel (wie Bänder, Haftmittel, Gummis etc.). Die absorbierenden Kerne, die HFAPs der vorliegenden Erfindung enthalten, können bei jedem der hier beschriebenen Gestaltungen verwendet werden.
F. Testverfahren
1. Dynamische Gelbildungsrate (DGR)
Dieser Test bestimmt die dynamische Gelbildungsrate (DGR) des Hydrogel bildenden absorbierenden Polymers, das in einem Übermaß einer Lösung aus 0,03% blauem Dextran/0,9% Natriumchlorid (Salzlösung) eingerührt wird.
Diese Lösung wird durch das Lösen von 9,0 g Natriumchlorid und 0,300 g blauem Dextran (das von der Sigma Chemical Co. als Katalognummer D-5751 erhältlich ist) in einem Liter destilliertem Wasser hergestellt. Wie in 1 gezeigt ist, so umfast die DGR-Testvorrichtung, die allgemein als 10 dargestellt ist, eine peristaltische Pumpe 11, eine selbstreinigende Filtervorrichtung 12, die einen Motor 12a umfasst, eine halbkugelförmige Mischkammer 13, ein Überkopfrührsystem 14, das aus einem Motor und einem Rührstab, der einen zweiflügligen Propeller aufweist, besteht, einem Probenaufbau, der allgemein als 15 gezeigt ist, einem Kolorimeter 16 und einer Datensammelvorrichtung 17. Die DGR-Vorrichtung 10 umfasst ferner eine Rohrleistung 18, die die Filtervorrichtung 12, die Pumpe 11 und den Probenaufbau 15 verbindet, und eine Rohrleitung 19, die den Probenaufbau 15 und die Filtervorrichtung 12 verbindet.
Die selbstreinigende Filtervorrichtung 12 ist im Detail in 2a dargestellt. Die Filtervorrichtung 12 umfasst eine rotierenden Flügelaufbau 21, der sich wiederum in einer Richtung 21a dreht, ein zylindrisches Gehäuse 22 mit einem Dwchmesser von 2 Inch (5,1 cm), das seitlich dicht mit der halbkugelförmigen Mischkammer 13 verbunden ist, ein Maschensieb 23, das an dem rotierenden Flügelaufbau 21 befestigt ist, einen Einlassanschluss 24 und einen Auslassanschluss 25. Die Anschlüsse 24 und 25 treten in das zylindrische Gehäuse 22 ein und enden direkt hinter dem Sieb 23. Wie in 2b gezeigt ist, ist der Einlassanschluss 24 direkt hinter dem Sieb 23 eine Öffnung mit einem Durchmesser von 0,975 cm (0,375 Inch), die vertieft in einer Öffnung mit einer Tiefe von 0,635 cm (0,25 Inch) und einem Durchmesser von 1,27 cm (0,5 Inch) angeordnet ist. Der Auslassanschluss ist eine Öffnung mit einem Durchmesser von 0,975 cm (0,375 Inch) mit einer abgerundeten viertelmondartigen Öffnung, die eine Tiefe von 0,635 cm (0,25 Inch) und eine Breite von 1,12 cm (0,44 Inch) aufweist, und nahezu die gesamte untere Hälfte des zylindrischen Gehäuses 22 umfasst.
Die Mischkammer 13 ist im Detail in 3 gezeigt und umfasst ein bearbeitetes Plexiglas®, das so gekrümmt ist, dass es einen symmetrischen ()-förmigen Kessel bildet, um das Mischen zu fördern. [Die Anmelder haben insbesondere einen zylindrischen Kessel (mit einem inneren Durchmesser von 10 cm und einer Tiefe von 7 cm), der in 3 als 29 gezeigt ist, durch das Hinzufügen einer gekrümmten Wand 28 aus Plexiglas® modifiziert, so dass der symmetrische Kessel 13, der ausgebildet wurde, eine um 9,0 cm größere innere Abmessung, eine um 5,3 cm kleinere innere Abmessung und eine Tiefe von 7 cm aufweist. Das Umrühren wird mit einem Glaspaddelrührer (mit einem Durchmesser von 4 cm und einer Flügeldicke von 1,5 cm, die in einem 45° Winkel abgekantet ist) mit einem Überkopflaborrührmotor erzielt, wobei das System in 1 als 14 dargestellt ist.
Verschiedene Aspekte des Probenaufbaus 15, der in 1 dargestellt ist, sind detaillierter in den 4a, 4b und 4c gezeigt. Aus diesen Figuren kann man sehen, dass der Probenaufbau einen Gewindeadapter (31 in 4a), einen faseroptischen Messfühler (51 in 4c) und einen faseroptischen Messfühlerhalter (41 in 4b) umfasst. Der Adapter 31 funktioniert, um den faseroptischen Messfühler so zu positionieren, dass er die Absorptionseigenschaften des Fluids, das vom Einlass 32 zum Auslass 33 des Adapters 31 fließt, messen kann. Insbesondere ist der faseroptische Probenhalter 41, der in 4b bezeigt ist, aus Tefon® hergestellt und so mit einem Gewinde versehen, dass er in den Glasadapter 31 geschraubt werden kann. Wenn der Messfühler 51 in den Halter 41 durch das Loch 42 eingeschoben wird, und der Halter 41 in den Adapter 31 eingeschraubt wird, so wird der Messfühler 51 sicher an seinem Platz im Pfad des Fluids, das durch den Gewindeadapter 31 fließt, gehalten. Anschlüsse 52 des Messfühlers senden Absorptionsdaten an das Kolorimeter 16. Der Adapter 31 ist eine kundenspezifische Glaszelle, die einen 2 mm Glaseinlass 32 und einen 2 mm Glasauslass 33 aufweist und auch einen Gummi-O-Ring 34 umfasst, um einen wasserdichten Sitz zu gewährleisten. Der Adapter 31 umfasst auch einen mit einem Gewinde versehenen Aufnahmekörper, der allgemein als 35 bezeichnet ist, für das sichere Aufnehmen des Messfühlerhalter 41.
Unter Bezug auf alle Figuren stellt sich das DGR-Verfahren allgemein wie folgt dar. Das Pumpen des Testfluids von der Mischkammer 13 in den Probenaufbau 15 wird über die Pumpe 11 (beispielsweise ein peristaltische Masterflex Pumpeneinheit für leichte Last, Modell 7518-10) mit dem Rohr 18 (beispielsweise ein flexibles Rohr aus Tygon® mit einem Innendruchmesser von 0,317 cm (1/8 Inch), einem Aussendruchmesser von 0,635 cm (1/4 Inch) und einer Wand von 0,1 cm (1/16 Inch) und der Formel R-3603 von VWR Scientific # 63010-020) durchgeführt. Das Rohr 18 wird nach 90 Minuten der Verwendung oder jeden Tag ersetzt, je nachdem was eher eintritt. Die Probennahme erfolgt durch die selbstreinigende Filtervonichtung 12, die ein Sieb 23 umfasst (beispielsweise ein Nr. 400 Maschensieb), das an einem rotierenden Flügel befestigt ist. Die selbstreinigende Filtervonichtung 12 dreht sich mit 45 U/min. Um zu verhindern, dass das HFAP das Sieb blockiert, wird ein sehr viel kleinerer Probenrückführungsanschluss (oder Einlassanschluss) 24 relativ zum Probenanschluss oder (Auslassanschluss) 25 hinter dem befestigten Sieb verwendet, um jegliches Gel mit jeder Drehung zu entfernen. Die Druckdifferenz hält ein sauberes Sieb aufrecht. Die HFAP enthaltende Lösung wird mit einem Rührer 14 (beispielsweise einem T-Linien-Labonührer (Modell 134-2) mit einer Rührgeschwindigkeit von 640 U/min gemischt. Die Pumpenraten für die Pumpe 11 werden auf ungefähr 6 festgelegt (ungefähr 250 ml/min mit dem beschriebenen Rohr). Dies verursacht eine Verzögerung von 5 bis 7 Sekunden zwischen dem Mischkessel und dem Spektrophotometer. Obwohl dieser Fluss leicht erhöht werden kann, hat die Erfahrung gezeigt, dass eine Kavitation bei höheren Flüssen sehr viel wahrscheinlicher ist. Zwei Zentimeter des Rohrs 19 verbinden den Auslassanschluss 28 der Filtervorrichtung 12 mit einer kundenspezifischen Glaszelle 31 (die in den 4a–c gezeigt ist), in die der faseroptische Messfühler 51 des Kolorimeters exakt passt. Die Länge des Rohrs wird verwendet, um die Verbindung zu sichern und beeinflusst nicht die Distanz. Die tatsächliche Distanz vom Auslassanschluss der Filtervorrichtung 12 zum Messfühler 51 bleibt bei 4 cm. Das Rohrsegment 18, das von der Probenvomchtung 15 durch die Pumpe 11 und zum Rückführanschluss 24 der Mischkammer geht, weist eine Länge von 41 cm auf.
Die optischen Absorptionswerte werden unter Verwendung eines Brinkmann Kolorimeters Modell PC-900 mit einem 620 nm Bandpassfilter oder einem äquivalenten Kolorimeter gemessen. Das Kolorimeter 16 verwendet einen faseroptischen Messfühler 51 mit einer (gesamten) Pfadlänge von 2 cm. Luftblasen werden aus dem Probenaufbau 15 entfernt, bevor die Daten gesammelt werden, um ein Rauschen zu reduzieren.
Die Lösung wird nicht mit einem Thermostaten gesteuert. Die Temperatur während dieses Experiments sollte bei 22° ± 2°C liegen. Das Kolorimeter sendet Daten alle 1,26 Sekunden. Die Daten werden für mindestens 90 Sekunden über eine RS-232 Schnittstelle unter Verwendung eines Computers Toshiba 3100e unter Verwendung eines passenden Schnittstellensoftwareprogramms gesammelt (Symphony 2.2 mit passend eingestellten Kommunikationseinstellungen wird verwendet). (Für HFAPs außerhalb der vorliegenden Erfindung kann die Rate der Gelbildung so langsam sein, dass 90 Sekunden nicht genügen. Mindestens 30% der vollen Gelbildungskurve sollten in solchen Fällen, bis hinauf zu 5 Minuten aufgenommen werden). Die Daten werden dann durch eine Regressionsanalyse passend gemacht, um die DGR zu liefern. Das Folgende ist das schrittweise Verfahren.
Schritt 1: Vorbereitung der Vorrichtung
Zur Mischkammer 13 werden mehr als 200 ml Wasser zugegeben. Dann wird das Rückfühnohr (das obere Rohr) 18 gelöst. Unter Verwendung einer großen Vollpipette wird Wasser in das Rohr 18 gezogen, um die eingeschlossene Luft hinter der selbstreinigenden Filtervorrichtung 12 zu ersetzen. (Die Ersetzung nahezu aller eingeschlossenen Luft ist für diesen Test kritisch. Sehr kleine Luftblasen in der Pfadlänge führen zu hohen und/oder falschen Absorptionsmesswerten). Unter Verwendung der Vollpipette und ungefähr 7 mm des Tygon® Rohres wird Wasser aus der Mischkammer 13 abgesaugt. Das verbleibende Wasser wird aufgesaugt (beispielsweise mit Kimwips). Zweihundert Gramm des 0,03% blauen Dextrans in Salzlösung wird in ein Becherglas abgewogen und in die Mischkammer 13 überführt. Das Volumen des Fluids, das im Rohr 18 und 19 gehalten wird, beträgt ungefähr 3,4 ml. Dieses Volumen hat eine minimale Wirkung auf den Absorptionswert der blauen Dextranlösung. Wenn Luft hinter dem Sieb 23 der Filtervorrichtung 12 eingeschlossen ist, so muss das obere Rohr 18 entfernt und das obige Verfahren wiederholt werden. Die Komponenten der Vorrichtung werden aktiviert (Rührer, peristaltische Pumpe 11 und die selbstreinigende Filtervorrichtung 12), um zu verifizieren, dass die Luft nicht durch den Lichtpfad des Messfühlers PC 900 gepumpt wird.
Schritt 2: Beginn des Experiments
Der Computer mit der passenden Software bleibt die ganze Zeit angeschaltet. Die Komponenten, die das Kolorimeter einschließen, sind deaktiviert. Das HFAP wird auf ungefähr 1,0 g (das Gewicht wird auf zehntel Milligramm genau aufgezeichnet) auf Wiegepapier gewogen. Die Komponenten werden aktiviert. Das Kolorimeter wird zuletzt aktiviert. Wenn das Kolorimeter 16 angeschaltet wird, so durchläuft es seine Hochlaufprozedur. Die Datensammelvorrtchtung 17 beginnt mit dem Empfangen von Daten (optisches Absorptionsvermögen (0,000) im Lichtpfad alle 1,26 Sekunden. Das Kolorimeter stellt das optische Absorptionsvermögen (typischerweise 0,000 bis 0,005) auf null, obwohl die Lösung blaues Dextran enthält. Das HFAP wird gleichzeitig dem umgerührten Fluid in der Mischkammer 13 zusammen mit der fünften Messung (t = 0) zugegeben. (Die vorhergehenden Nullmessungen werden in der Analyse gelöscht). Nach der gewünschten Zeitdauer der Datensammlung wird das Kolorimeter 16 zusammen mit der selbstreinigenden Filtervorrichtung 12/12a und der peristaltischen Pumpe 11 ausgeschaltet. Die letzte Komponente, die ausgeschaltet wird, ist der Rührer 14. Die Salzlösung und das hydrierte HFAP wird aus der Mischkammer 13 in ein Becherglas abgesaugt. Die Kammer wird mit ungefähr 200 ml deionisiertem Wasser wieder aufgefüllt. Der Rührer wird wieder aktiviert und Wasser wird schnell aus der Kammer gesaugt. Diese wird ein drittes Mal wiederholt. Ein Papierhandtuch wird verwendet, um die Kammer zu trocknen und alle verbleibende HFAP zu entfernen.
Schritt 3: Nachfolgende Experimente
Die nachfolgenden Experimente werden durch das Plazieren eines frischen Vorrats einer Lösung aus blauem Dextran/Salzlösung (200,0 g) in der Mischkammer 13, dem Entfernen aller eingeschlossener Luft aus dem System, wie das oben beschrieben wurde, und dem Wiederholen des Verfahrens, beginnend damit dass alle Komponenten eingeschaltet werden, um zu verifizieren, dass alle Luft entfernt wurde, initiiert. Die selbstreinigende Filtervonichtung 12 wird mit 45 U/min in Rotation versetzt.
Schritt 4: Datenanalyse
Die Umwandlung der Werte des optischen Absorptionsvermögens in das Gelvolumen wird unter Verwendung der folgenden Gleichung ausgeführt: GV(g/g,t) = [1 – (A0(At + Ao corr.)] × [ml BD Lösung / g HFAP (Trockengewicht)] wobei A_o der Messwert der optischen Absorptionsfähigkeit des Vorrates der Lösung aus blauem Dextran/Salzlösung ist. Dieser Messewert wird getrennt erhalten und liegt typischerweise bei ungefähr 0,483 für eine 0,03%o Lösung aus blauem Dextran (BD). Dies kann von einem Vorrat zu einem anderen Vorrat des blauen Dextran variieren. A_t bezieht sich auf den Messwert der optischen Absorptionsfähigkeit nach einer vorgegebenen vergangenen Zeit t, wie er durch die Software aufgezeichnet wird. A_{o corr.} ist der Messwert der optischen Absorptionsfähigkeit des Vorrats der Lösung aus blauem Dextran/Salzlösung, der anhand des Messwerts der Absorptionsfähigkeit für t = 0 korrigiert wurde. Wie erwähnt wurde, kann dieser variieren (beispielsweise zwischen 0,000 und 0,005). Diese Korrektur liefert die absolute Änderung der Absorptionsfähigkeit. Beispielsweise ist A_{o corr.} 0,481, wenn der Messwert für t = 0 0,002 ist. Eine korrigierte Tabelle mit der vergangenen Zeit in einer Spalte und dem Gelvolumen (g/g) in der benachbarten Spalte wird vorbereitet. Eine dritte Spalte (Y) wird unter Verwendung der folgenden Gleichung erzeugt: Y = ln(GVo/(GVo – GVt)) wobei GV_o das endgültige Gelvolumen im Gleichgewicht ist, und GV_t das Gelvolumen bei einer spezifischen Leit für diese Zeile ist. GV_o kann aus dem Plateauwert am Ende des DGR-Experiments oder in einem getrennten Gelvolumenverfahren, das das blaue Dextran in der Salzlösung verwendet, wie das oben beschrieben wurde, bestimmt werden. Die Y-Daten werden über der vergangenen Zeit aufgetragen, und die Neigung der Linie (die durch eine lineare Regression bestimmt wird) gibt die Ratenkonstante für die Reaktion, k. Der Wert k wird mit GV_o multipliziert, um die anfängliche Rate oder die DGR in Einheiten von g/g/sec zu ergeben. Der Regressionskoeffizient r² sollte mindestens 0,95 betragen. Ansonsten sollte der Wert für GV_o erneut geprüft werden, um zu gewährleisten, dass das blaue Dextran nicht mit dem HFAP interagiert hat.
Schritt 5: Alternative Verfahren
Das eine Größe ausschließende Polymer, das für dieses Verfahren verwendet wird, sollte vom HFAP oder dem sich ergebenden Hydrogel nicht erkennbar absorbiert werden. Für anionische HFAPs ist das blaue Dextran speziell für die Verwendung als ein die Größe ausschließendes Polymer geeignet, da es nicht in wahrnehmbarer Menge absorbiert wird. Für HFAPs, die blaues Dextran absorbieren (beispielsweise kationische HFAPs), kann es nötig sein, ein alternatives die Größe ausschließendes Polymer (beispielsweise ein Dextran mit hohem Molekulargewicht mit einem geeignet kovalent verbundenen kationischen Chromophor) oder ein alternatives Detektionsverfahren (beispielsweise Re fraktionsindex, Scintillation) für das Bestimmen der relativen Lösungskonzentrationen des die Größe ausschließenden Polymers zu verwenden. Bei HFAPs, die blaues Dextran erkennbar absorbieren, kann es notwendig sein, diese alternativen die Größe ausschließenden Polymere und/oder Verfahren der Detektion für die Messung des Gelvolumens und des PHL zu verwenden.

Claims

Absorbierender Kern zum Erfassen, Verteilen und Speichern von Körperflüssigkeiten, dadurch gekennzeichnet, dass dieser mindestens ein absorbierendes Teil zur Aufnahme wasserhaltiger Körperflüssigkeiten umfasst, welches mindestens einen Bereich mit Fasern und einem Hydrogel-bildenden absorbierenden Polymer in einer Konzentration von 50 bis 100 Gew.-% aufweist, wobei das Hydrogel-bildende absorbierende Polymer umfasst: (a) einen Leistung-unter-Druck-(PUP-)Kapazitätswert von mindestens 25 g/g unter einem Grenzdruck von 0,7 psi (5 kPa); (b) einen dynamischen Gelbildungs-(DGR-)Wert von mindestens 0,18 g/g/s; und (c) eine Massen-gemittelte Partikelgröße von mindestens 100 μm, wenn das Hydrogel-bildende absorbierende Polymer in Form von Partikeln vorliegt.
Absorbierender Kern nach Anspruch 1, wobei das Hydrogel-bildende absorbierende Polymer einen DGR-Wert von mindestens 0,25 g/g/s, vorzugsweise von mindestens 0,28 g/g/s, bevorzugter von mindestens 0,32 g/g/s aufweist.
Absorbierender Kern nach Anspruch 1, wobei das Hydrogel-bildende absorbierende Polymer einen PUP-Kapazitätswert von mindestens 29 g/g unter einem Grenzdruck von 0,7 psi (5 kPa), vorzugsweise von mindestens 32 g/g unter einem Grenzdruck von 0,7 psi (5 kPa) aufweist.
Absorbierender Kern nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Hydrogel-bildende absorbierende Polymer in Form von Partikeln vorliegt, und dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel eine Massengemittelte Partikelgröße von 250 bis 1000 μm, vorzugsweise von 300 bis 800 μm aufweisen.
Absorbierender Kern nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Hydrogel-bildende absorbierende Polymer in Form nichtagglomerierter Partikel vorliegt.
Absorbierender Kern nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Hydrogel-bildende absorbierende Polymer einen Salz-Durchlässigkeits-Wert von mindestens 30 × 10^–7 cm³s/g aufweist.
Absorbierender Kern nach einem der vorherigen Ansprüche, mit einer absorbierenden Flüssigkeits-Speicher-Lage umfassend eine Faser-Matrix mit mindestens einem Bereich, der Partikel eines Oberflächenvernetzten, Hydrogel-bildenden absorbierenden Polymers enthält, das funktionelle Carboxy-Gruppen umfasst, wobei das Hydrogel-bildende absorbierende Polymer in dem Bereich in einer Konzentration von 50 bis 100 Gew.-% vorliegt, wobei das Hydrogel-bildende absorbierende Polymer eine kontinuierliche Gel-Flüssigkeits-Überführungszone bildet, wenn dieses in einem gequollenen Zustand vorliegt, und aufweist: (a) einen Leistung-unter-Druck-(PUP-)Kapazitätswert von mindestens 25 g/g unter einem Grenzdruck von 0,7 psi (5 kPa); (b) einen dynamischen Gelbildungs-(DGR)Wert von mindestens 0,18 g/g/s; (c) eine Massen-gemittelte Partikelgröße von mindestens 100 μm, wenn das Hydrogel-bildende absorbierende Polymer in Form von Partikeln vorliegt; (d) einen Salz-Durchlässigkeits-Wert (SFC-Wert) von 30 bis 1000 × 10^–7 cm³s/g; (e) 15% oder weniger extrahierbares Polymer; und (f) ein Gel-Volumen von 25 bis 100 g/g.
Absorbierender Kern nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Hydrogel-bildende absorbierende Polymer gewählt ist aus der Gruppe umfassend hydrolisierte Stärke-Acrylnitril-Propf-Copolymere, teilweise neutralisierte hydrolisierte Stärke-Acrylnitril-Propf-Copolymere, Stärke-Acrylsäwe-Propf-Copolymere, teilweise neutralisierte Stärke-Acrylsäure-Propf-Copolymere, verseifte Vinyl-Acetat-Acrylester-Copolymere, hydrolisierte Acrylnitril-Copolymere, hydrolisierte Acrylamid-Copolymere, schwach-vernetzte Netz-Produkte von jedem der vorherigen Copolymere, teilweise neutralisierte Polyacrylsäure, schwach-vernetzte Netz-Produkte aus teilweise neutralisierter Polyacrylsäure, und Gemische davon.
Absorbierender Artikel umfassend eine flüssigkeitsdurchlässige Decklage, eine Außenlage und den absorbierenden Kern nach einem der vorherigen Ansprüche, der zwischen der Decklage und der Außenlage angeordnet ist.