DE69839280T2

DE69839280T2 - Wasserabsorbierende polymerzusammensetzungen mit hohem sorptionsvermögen und hoher flüssigkeitsdurchlässigkeit unter angewandtem druck

Info

Publication number: DE69839280T2
Application number: DE69839280T
Authority: DE
Inventors: Arman Cincinnati ASHRAF; Bryn Cincinnati HIRD
Original assignee: Procter and Gamble Co
Current assignee: Procter and Gamble Co
Priority date: 1998-01-07
Filing date: 1998-12-21
Publication date: 2009-04-23
Anticipated expiration: 2018-12-22
Also published as: CN1286636A; EP1045707A1; DE69839280D1; CO5160276A1; AU1501099A; CA2317584A1; KR20010033927A; CA2317584C; AR012772A1; EP1045707B1; HUP0100595A2; PE20000380A1; MXPA00006754A; IL136764A0; TR200001895T2; ATE389421T1; BR9813716A; HUP0100595A3; WO1999034841A1; TW434033B

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Anmeldung betrifft absorbierende Polymerzusammensetzungen, die hohe Sorptionsvermögen und hohe Fluiddurchlässigkeit unter einem aufgebrachten Lastdruck aufweisen. Diese Zusammensetzungen sind zum Absorbieren von Körperfluiden bzw. -flüssigkeiten, wie Urin und Menstruationsflüssigkeiten, besonders geeignet. Die Anmeldung betrifft auch Absorptionselemente, die diese Absorptionspolymere umfassen, und Absorptionsartikel, die diese Absorptionselemente umfassen.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Die Entwicklung von stark absorbierenden Artikeln zum Gebrauch als Einwegwindeln, Inkontinenz-Slipeinlagen und -Schlüpfer für Erwachsene und Produkte für die weibliche Intimhygiene, wie Damenbinden, ist ein Gegenstand starken kommerziellen Interesses. Eine sehr gewünschte Eigenschaft für solche Produkt ist eine geringe Dicke. Zum Beispiel sind dünnere Windeln weniger voluminös beim Tragen, passen besser unter Kleidung und sind weniger wahrnehmbar. Sie sind auch in der Verpackung kompakter und machen dadurch die Windeln für den Verbraucher leichter zu tragen und zu lagern. Kompaktheit in der Verpackung führt auch zu reduzierten Lagerkosten für den Hersteller und den Händler, wodurch im Laden weniger Regalplatz pro Windeleinheit erforderlich ist.
Die Fähigkeit zum Bereitstellen dünnerer Absorptionsartikel, wie Windeln, hing bislang mit der Fähigkeit zum Entwickeln relativ dünner Absorptionskerne oder -elemente, die große Mengen ausgeschiedener Körperflüssigkeiten, insbesondere Urin, aufnehmen und speichern können, ab. In dieser Hinsicht ist die Verwendung bestimmter Absorptionspolymere, die oft als „Hydrogele", „Superabsorber", „Xe rogele" oder „Hydrokolloide" bezeichnet wurden, besonders wichtig. Siehe zum Beispiel US-Patent Nr. 3,699,103 (Harper et al.), erteilt am 13. Juni 1972, und US-Patent Nr. 3,770,731 (Harmon), erteilt am 20. Juni 1972, die die Verwendung solcher Materialien (nachstehend als „Absorptionspolymere" bezeichnet) in Absorptionsartikeln offenbaren. Tatsächlich war die Entwicklung dünnerer Windeln die direkte Konsequenz dünnerer Absorptionskerne, die die Fähigkeit dieser Absorptionspolymere zum Absorbieren großer Mengen ausgeschiedener Körperflüssigkeiten nutzen, in der Regel bei Gebrauch in Kombination mit einer Fasermatrix. Siehe zum Beispiel US-Patent Nr. 4,673,402 (Weisman et al.), erteilt am 16. Juni 1987, und US-Patent Nr. 4,935,022 (Lash et al.), erteilt am 19. Juni 1990, die zweischichtige Kernstrukturen offenbaren, die eine Fasermatrix und Absorptionspolymere umfassen, die für die Gestaltung dünner, kompakter, nichtvoluminöser Windeln geeignet sind.
Diese Absorptionspolymere werden oft durch anfängliche Polymerisation von ungesättigten Carbonsäuren oder von deren Derivaten, wie Acrylsäure, Alkalimetall-(z. B. Natrium- und/oder Kalium-) oder Ammoniumsalzen von Acrylsäure, Alkylacrylaten und dergleichen in Gegenwart relativ kleiner Mengen an di- oder polyfunktionellen Monomeren, wie N,N'-Methylenbisacrylamid, Trimethylolpropantriacrylat, Ethylenglycoldi(meth)acrylat oder Triallylamin, hergestellt. Die di- oder polyfunktionellen Monomermaterialien dienen dazu, die Polymerketten leicht zu vernetzen, wodurch sie wasserunlöslich, aber dennoch wasserquellfähig gemacht werden. Diese leicht vernetzten Absorptionspolymere enthalten eine Vielzahl von Carboxylgruppen, die an die Polymerhauptkette gebunden sind. Diese Carboxylgruppen erzeugen eine osmotische Antriebskraft für die Absorption von Körperflüssigkeiten durch das vernetzte Polymernetzwerk. Absorptionspolymere können auf analoge Weise auch durch Polymerisation von ungesättigten Aminen oder von deren Derivaten in Gegenwart relativ kleiner Mengen an di- oder polyfunktionellen Monomeren hergestellt werden.
Der Vernetzungsgrad dieser Absorptionspolymere ist ein wichtiger Faktor beim Aufbau ihres Absorptionsvermögens und ihrer Gelfestigkeit. Absorptionspolymere, die als Absorptionsmittel in Absorptionselementen und -artikeln, wie Einwegwindeln, geeignet sind, müssen ein adäquat hohes Sorptionsvermögen sowie eine adäquat hohe Gelfestigkeit aufweisen. Das Sorptionsvermögen muss hoch genug sein, um zu ermöglichen, dass das Absorptionspolymer erhebliche Mengen der wässrigen Körperflüssigkeiten, mit denen es während des Gebrauchs des Absorptionsartikels in Kontakt kommt, zu absorbieren. Gelfestigkeit betrifft die Tendenz der gequollenen Polymerteilchen, sich unter einer angelegten Belastung zu verformen, und muss so sein, dass sich die Teilchen nicht dahingehend verformen, dass sie die Kapillar-Hohlräume in dem Absorptionselement oder -artikel bis zu einem inakzeptablen Grad füllen, wodurch sie die Geschwindigkeit der Flüssigkeitsaufnahme oder der Flüssigkeitsverteilung durch das Element oder den Artikel behindern würden. Im Allgemeinen kann die Durchlässigkeit einer Zone oder Schicht, die gequollenes Absorptionspolymer umfasst, erhöht werden, indem die Vernetzenungsdichte des Polymergels erhöht wird, wodurch die Gelfestigkeit erhöht wird. Dies reduziert jedoch in der Regel leider auch das Absorptionsvermögen des Gels. Siehe zum Beispiel US-Patent Nr. 4,654,039 (Brandt et al.), erteilt am 31. März 1987 (erneut erteilt am 19. April 1988 als neuerteiltes US-Patent 32,649 ) und US-Patent Nr. 4,834,735 (Alemany et al.), erteilt am 30. Mai 1989.
PCT-Patentanmeldung WO 96/17681 offenbart ein Superabsorber-Material, das eine Kombination eines anionischen Superabsorbers und eines kationischen Superabsorbers umfasst. In dem anionischen Superabsorber liegen 20 bis 100% der funktionellen Gruppen in freier Säureform vor. In dem kationischen Superabsorber liegen 20 bis 100% der funktionellen Gruppen in basischer Form vor.
Viele Absorptionspolymere können unter bestimmten Bedingungen eine Gelblockierung zeigen. Eine „Gelblockierung" tritt auf, wenn sich Teilchen des Absorptionspolymers so verformen, dass sie die Kapillar-Hohlräume in dem Absorp tionselement oder -artikel zu einem inakzeptablen Grad füllen, wodurch die Geschwindigkeit der Flüssigkeitsaufnahme oder der Verteilung von Flüssigkeit durch das Element/den Artikel behindert wird. Sobald eine Gelblockierung auftritt, findet eine weitere Flüssigkeitsaufnahme oder -verteilung über einen sehr langsamen Diffusionsprozess statt. Praktisch bedeutet dies, dass eine Gelblockierung die Verteilung von Flüssigkeiten zu relativ trockenen Zonen oder Bereichen in dem Absorptionselement oder -artikel behindern kann. Es kann ein Austritt aus dem Absorptionsartikel stattfinden, lange bevor die Teilchen aus Absorptionspolymer in dem Absorptionsartikel vollständig gesättigt sind oder bevor die Flüssigkeit an den „blockierenden" Teilchen vorbei in den Rest des Absorptionsartikels diffundieren oder gesaugt werden kann. Siehe US-Patent Nr. 4,834,735 (Alemany et al), erteilt am 30. Mai 1989.
Dieses Phänomen der Gelblockierung erfordert in der Regel die Verwendung einer Fasermatrix, in der die Absorptionspolymerteilchen dispergiert sind. Diese Fasermatrix hält die Absorptionspolymerteilchen voneinander getrennt und stellt eine Kapillarstruktur bereit, die es ermöglicht, dass Flüssigkeit das Absorptionspolymer erreicht, das sich in Bereichen befindet, die vom anfänglichen Flüssigkeitsausscheidungspunkt entfernten. Siehe US-Patent Nr. 4,834,735 (Alemany et al), erteilt am 30. Mai 1989. Jedoch kann eine Dispergierung des Absorptionspolymers in einer Fasermatrix bei relativ geringen Konzentrationen, um eine Gelblockierung zu minimieren oder zu vermeiden, die Sperrigkeit des Absorptionsartikels erheblich erhöhen oder die gesamte Flüssigkeitsspeicherkapazität von dünneren Absorptionsstrukturen senken. Die Verwendung geringer Konzentrationen von Absorptionspolymeren schränkt den eigentlichen chen Vorteil dieser Materialien, d. h. ihre Fähigkeit zum Absorbieren und Einbehalten großer Mengen an Körperflüssigkeiten pro gegebenem Volumen, etwas ein. Andere verbesserte und dennoch verbesserungsfähige Absorptionspolymere sind in WO 95/26209 , WO 96/14885 , WO 95/22358 , WO 98/37149 und WO 98/06364 beschrieben.
Bei relativ hohen Konzentrationen ist eine wichtige Eigenschaft dieser Absorptionspolymere ihre Durchlässigkeit/Flüssigkeitsleitfähigkeit. Die Durchlässigkeit/Flüssigkeitsleitfähigkeit eines Materials kann hinsichtlich seiner Flüssigkeitsweiterleitung bzw. Saline Flow Conductivity (SFC) definiert werden. SFC ist ein Maß für die Fähigkeit eines Materials, Salzlösungen zu transportieren, beispielsweise die Fähigkeit einer Schicht, die gequollenes Absorptionspolymer umfasst, Körperflüssigkeiten zu transportieren. In der Regel hat eine luftgelegte Bahn aus Zellstofffasern (z. B. mit einer Dichte von 0,15 g/cm³) einen SFC-Wert von ungefähr 200 × 10^-7 cm³s/g.
In der Regel führt die Optimierung von entweder der PUP-Kapazität (PUP = Leistung unter Druck) oder der Durchlässigkeit/Flüssigkeitsleitfähigkeit eines Absorptionspolymers zu einer Anschwächung der jeweils anderen Eigenschaft. Das heißt, die Verbesserung der PUP-Kapazität eines Absorptionspolymers führt im gequollenen Zustand generell zu reduzierter Durchlässigkeit für Flüssigkeiten. Dementsprechend wäre es wünschenswert, eine Absorptionspolymerzusammensetzung bereitzustellen, die in der Lage ist, eine große Menge an synthetischer Urinlösung unter Grenzdrücken von 4,8 kPa (0,7 psi) oder höher zu absorbieren. Es wäre ebenfalls wünschenswert, eine Absorptionspolymerzusammensetzung mit relativ hoher Durchlässigkeit für Flüssigkeit im gequollenen Zustand bereitzustellen. Es wird ferner gewünscht, dass die relativ hohe Kapazität (d. h. PUP-Kapazität) nach einem Zeitraum erreicht wird, der kleiner ist als die Verwendungsdauer (z. B. über Nacht) von Artikeln, die die vorliegenden Absorptionspolymerzusammensetzungen umfassen. In dieser Hinsicht ist es wünschenswert, dass die Absorptionspolymere eine hohe Kapazität nach einem Zeitraum von z. B. 2, 4, 8 oder 16 Stunden erreichen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft Absorptionsmaterialien, die zur Aufnahme von Körperflüssigkeiten, wie Urin, geeignet sind. Insbesondere betrifft die Erfindung Absorptionspolymere mit sehr hohem Absorptionsvermögen unter Grenz drücken von 4,8 kPa (0,7 psi) und/oder 9,7 kPa (1,4 psi) sowie hoher Durchlässigkeit für Flüssigkeit im gequollenen Zustand.
Unter einem Gesichtspunkt betrifft die Erfindung eine Absorptionspolymerzusammensetzung mit (i) einem Leistungsvermögen unter Druck (PUP) von mindestens ungefähr 39 g/g unter einem Grenzdruck von 4,8 kPa (0,7 psi) nach 4 Stunden und (ii) einem SFC-Wert von mindestens ungefähr 50 × 10^–7 cm³s/g. (Die Verfahren zum Messen der PUP-Kapazität und der SFC sind nachstehend beschrieben.) Unter einem anderen Gesichtspunkt betrifft die vorliegende Erfindung eine Absorptionspolymerzusammensetzung mit einer PUP-Kapazität von mindestens ungefähr 40 g/g unter einem Grenzdruck von 4,8 kPa (0,7 psi) nach 8 Stunden und (ii) einem SFC-Wert von mindestens ungefähr 50 × 10^–7 cm³s/g. Unter noch einem anderen Gesichtspunkt betrifft die vorliegende Erfindung eine Absorptionspolymerzusammensetzung mit einer PUP-Kapazität von mindestens ungefähr 42 g/g unter einem Grenzdruck von 4,8 kPa (0,7 psi) nach 16 Stunden und (ii) einem SFC-Wert von mindestens ungefähr 50 × 10^–7 cm³s/g. Wie hier verwendet, bedeutet der Begriff „nach" unmittelbar danach.
Unter einem anderen Gesichtspunkt betrifft die vorliegende Erfindung eine Absorptionspolymerzusammensetzung mit einer PUP-Kapazität von mindestens ungefähr 35 g/g unter einem Grenzdruck von 9,7 kPa (1,4 psi) nach 4 Stunden und (ii) einem SFC-Wert von mindestens ungefähr 50 × 10^–7 cm³s/g. Unter noch einem anderen Gesichtspunkt betrifft die vorliegende Erfindung eine Absorptionspolymerzusammensetzung mit einer PUP-Kapazität von mindestens ungefähr 36 g/g unter einem Grenzdruck von 9,7 kPa (1,4 psi) nach 8 Stunden und (ii) einem SFC-Wert von mindestens ungefähr 50 × 10^–7 cm³s/g. Unter noch einem anderen Gesichtspunkt betrifft die vorliegende Erfindung eine Absorptionspolymerzusammensetzung mit einer PUP-Kapazität von mindestens ungefähr 37 g/g unter einem Grenzdruck von 9,7 kPa (1,4 psi) nach 16 Stunden und (ii) einem SFC-Wert von mindestens ungefähr 50 × 10^–7 cm³s/g.
Unter noch einem anderen Gesichtspunkt betrifft die vorliegende Erfindung eine Absorptionspolymerzusammensetzung mit (i) einem Leistungsvermögen unter Druck (PUP) von mindestens ungefähr 30 g/g unter einem Grenzdruck von 4,8 kPa (0,7 psi) nach 4 Stunden und (ii) einem SFC-Wert von mindestens ungefähr 500 × 10^–7 cm³s/g. Unter noch einem anderen Gesichtspunkt betrifft die vorliegende Erfindung ferner eine Absorptionspolymerzusammensetzung mit einer PUP-Kapazität von mindestens ungefähr 27 g/g unter einem Grenzdruck von 9,7 kPa (1,4 psi) nach 4 Stunden und (ii) einem SFC-Wert von mindestens ungefähr 500 × 10^–7 cm³s/g.
In einer bevorzugten Ausführungsform betrifft die Erfindung eine Zusammensetzung, die kationentauschende Absorptionspolymere, die Säuregruppen in ihrer unneutralisierten Form enthalten, und anionentauschende Absorptionspolymere umfasst, die schwachbasische Gruppen in ihrer unneutralisierten Form enthalten, wobei die Mischung hohes Absorptionsvermögen für eine synthetische Urinlösung unter PUP-Absorptionsbedingungen und relativ hohe Flüssigkeitsleitfähigkeitswerte aufweist. Diese Mischung wird hierin als eine „Mischbettionentauscher-Absorptionspolymerzusammensetzung" bezeichnet. Solche Mischbettionentauscher-Absorptionspolymerzusammensetzungen weisen mindestens eine der vorstehend erörterten PUP-Kapazitäten auf.
Die Erfindung betrifft auch Absorptionselemente, die die vorstehend beschriebene Absorptionspolymerzusammensetzung umfassen, und Absorptionsartikel, die solche Absorptionselemente umfassen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 stellt eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zum Messen des Leistungsvermögens unter Druck (PUP) von Absorptionspolymeren dar.
2 stellt eine vergrößerte Schnittansicht der Kolben/Zylinder-Baugruppe, die in 1 gezeigt ist, dar.
3 bildet graphisch die PUP-Kapazitätsdaten für Absorptionspolymerzusammensetzungen der vorliegenden Erfindung und des Standes der Technik ab, wobei die PUP-Kapazität unter einem Grenzdruck von 4,8 kPa (0,7 psi) gemessen wird.
4 bildet graphisch die PUP-Kapazitätsdaten für Absorptionspolymerzusammensetzungen der vorliegenden Erfindung und des Standes der Technik ab, wobei die PUP-Kapazität unter einem Grenzdruck von 9,7 kPa (1,4 psi) gemessen wird.
5 stellt eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zum Herstellen einer Absorptionspolymerzusammensetzungs-Probe zur Messung der Kugelberstfestigkeit (Ball Burst Strength, BBS) der Zusammensetzung dar.
6 stellt eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zum Messen der Kugelberstfestigkeit (BBS) einer Absorptionspolymerzusammensetzung dar.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
A. Definitionen
Wie hier verwendet, schließt der Begriff „Körperflüssigkeiten" Urin, Blut, Menstruationsflüssigkeiten bzw. -fluide und Vaginalausscheidungen ein.
Wie hier verwendet, bezieht sich der Begriff „synthetische Urinlösung" auf eine wässrige Lösung, die durch Auflösen von 2,0 g KCl, 2,0 g Na₂SO₄, 0,85 g NH₄H₂PO₄, 0,15 g (NH₄)₂HPO₄, 0,25 g CaCl₂·2H₂O und 0,50 g MgCl₂·6H₂O in destilliertem Wasser hergestellt wird, um einen Liter Lösung zu ergeben.
Wie hier verwendet, bezieht sich der Begriff „Ionentauschkapazität" auf die theoretische oder berechnete Ionentauschkapazität des Polymers oder der Polymere in Milliäquivalenten pro Gramm unter der Annahme, dass jede unneutralisierte Säure- oder Basengruppe in dem Ionentauschprozess neutralisiert wird.
Wie hier verwendet, bezieht sich der Begriff „Absorptionspolymer" auf ein Polymer, das in der Lage ist, in dem Polymer in entionisiertem Wasser mindestens das 10-fache seines Gewichts zu absorbieren, wodurch die Einstellung des pH-Werts des Systems möglich ist.
Wie hier verwendet, bezieht sich der Begriff „Absorptionskern" auf den Bestandteil des Absorptionsartikels, der primär für die Flüssigkeitshandhabungseigenschaften des Artikels, einschließlich Aufnahme, Transport, Verteilung und Speicherung von Körperflüssigkeiten, verantwortlich ist. Als solcher schließt der Absorptionskern in der Regel nicht die Oberschicht oder die Unterschicht des Absorptionsartikels ein.
Wie hier verwendet, bezieht sich der Begriff „Absorptionselement" auf die Bestandteile des Absorptionskerns, die in der Regel eine oder mehrere Flüssigkeitshandhabungseigenschaften, z. B. Flüssigkeitsaufnahme, Flüssigkeitsverteilung, Flüssigkeitstransport, Flüssigkeitsspeicherung usw., bereitstellen. Das Absorptionselement kann den gesamten Absorptionskern oder nur einen Abschnitt des Absorptionskerns umfassen, d. h. der Absorptionskern kann ein oder mehrere Absorptionselemente umfassen. Die hierin beschriebenen verbesserten Absorptionspolymerzusammensetzungen sind besonders geeignet in Absorptionselementen, deren primäre Funktion die Speicherung wässriger Körperflüssigkeiten ist. Jedoch können diese Zusammensetzung in anderen Absorptionselementen ebenfalls vorhanden sein.
Wie hier verwendet, beziehen sich die Begriffe „Bereich(e)" oder „Zone(n)" auf Teile oder Abschnitte eines Absorptionselements, und zwar im makroskopischen Sinn.
Wie hier verwendet, bezieht sich der Begriff „Schicht" auf einen Abschnitt eines Absorptionsartikels, dessen primäre Abmessungen seine Länge und Breite sind. Es sie klargestellt, dass sich der Begriff „Schicht" nicht notwendigerweise auf einzelne Materialschichten oder Materiallagen beschränkt. Somit kann die Schicht Laminate oder Kombinationen mehrerer Lagen oder Bahnen des erforderlichen Materialtyps umfassen. Folglich schließt der Begriff „Schicht" die Begriffe „Schichten" und „mehrschichtig" ein.
Wie hier verwendet, bedeutet der Begriff „umfassend", dass verschiedene Bestandteile, Elemente, Schritte und dergleichen gemäß der vorliegenden Erfindung gemeinsam angewendet werden können. Dementsprechend umschließt der Begriff „umfassend" die stärker einschränkenden Begriffe „bestehend im Wesentlichen aus" und „bestehend aus", wobei diese letzteren, stärker einschränkenden Begriffe ihre Standardbedeutung wie in der Technik bekannt haben.
Alle hier verwendeten Prozentangaben, Verhältnisse und Anteile beziehen sich auf das Gewicht, sofern dies nicht anders spezifiziert wird.
B. Absorptionspolymerzusammensetzungen
Die vorliegende Erfindung betrifft zum Teil Absorptionspolymerzusammensetzungen, die im gequollenen Zustand ein sehr hohes Absorptionsvermögen für eine synthetische Urinlösung unter einem aufgebrachten Lastdruck sowie eine hohe Durchlässigkeit für Flüssigkeit haben. Die Absorptionspolymerzusammensetzungen der vorliegenden Erfindung liegen vorzugsweise in der Form einer Mischbettionentauscher-Zusammensetzung, die ein anionentauschendes Absorptionspolymer und ein kationentauschendes Absorptionspolymer umfasst, vor. Diese bevorzugten Mischbettionentauscher-Zusammensetzungen sind nachstehend ausführlich beschrieben.
1. Mischbettionentauscher-Absorptionspolymere
a. Chemische Zusammensetzung
(i) Anionentauschende Absorptionspolymere
Das anionentauschende Absorptionspolymer bzw. die anionentauschenden Absorptionspolymere, die schwachbasische Gruppen enthalten, schließen eine Vielfalt von wasserunlöslichen, aber wasserquellfähigen Polymeren ein. Diese sind in der Regel leicht vernetzte Polymere, die eine Vielzahl von funktionellen Basengruppen enthalten, wie primäre, sekundäre und/oder tertiäre Amine oder Phosphine. Zu Beispielen für Polymere, die zum diesbezüglichen Gebrauch geeignet sind, gehören jene, die aus polymerisierbaren Monomeren hergestellt sind, die Basengruppen oder Gruppen enthalten, die nach der Polymerisation zu Basengruppe umgewandelt werden können. Also gehören zu solchen Monomeren jene, die primäre, sekundäre oder tertiäre Amine oder Phosphine enthalten. Beispiele für Monomere sind, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein, Ethylenimin (Aziridin), Allylamin, Diallylamin, 4-Aminobuten, Alkyloxazoline, Vinylformamid, 5-Aminopenten, Carbodiimide, Formaldazin, Melamin und dergleichen sowie ihre sekundären oder tertiären Aminderivate. Beispiele für funktionelle Gruppen, die nach der Polymerisation aufgenommen werden können, sind unter anderem Alkylamin, Guanidin, Triazol, Triazin, Triaminotriazolotriazin und dergleichen.
Es können auch einige Monomere, die keine Basengruppen enthalten, in der Regel in geringeren Mengen, bei der Herstellung der anionentauschenden Absorptionspolymere hierin einbezogen werden. Die hierin beschriebenen Absorptionspolymere können Homopolymere, Copolymere (einschließlich Terpolymere und höhere Copolymere) oder Mischungen unterschiedlicher Homopolymere oder Copolymere sein. Die Polymere können auch statistische, Pfropf- oder Blockcopolymere sein und können lineare oder verzweigte Gerüste haben.
Die Polymere werden durch einen relativ niedrigen Vernetzungsgrad wasserunlöslich, aber wasserquellfähig gemacht. Dies kann durch Einbeziehung der geeigneten Menge eines geeigneten Vernetzungsmonomers während der Polymerisationsreaktion erreicht werden. Zu Beispielen für Vernetzungsmonomere gehören N,N'-Methylenbisacrylamid, Ethylenglycoldi(meth)acrylat, Trimethylolpropantri(meth)acrylat, Triallylamin, Diaziridinverbindungen und dergleichen. Alternativ können die Polymere nach der Polymerisation vernetzt werden, indem sie mit einem geeigneten Vernetzungsmittel, wie di- oder polyhalogenierten Verbindung und/oder Di- oder Polyepoxy-Verbindungen umgesetzt werden. Zu Beispielen gehören Diiodpropan, Dichlorpropan, Ethylenglycoldiglycidylether und dergleichen. Die Vernetzungen können homogen in dem Gelteilchen verteilt sein oder können vorzugsweise an oder nahe der Oberfläche des Teilchens konzentriert sein.
Obwohl das anionentauschende Absorptionspolymer vorzugsweise von einer Art ist (d. h. homogen), können Mischungen von anionentauschenden Polymeren in der vorliegenden Erfindung ebenfalls verwendet werden. Zum Beispiel können Mischungen von vernetztem Polyethylenimin und vernetztem Polyallylamin in der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
Wenn es als Teil einer Mischbettionentauscher-Zusammensetzung verwendet wird, startet das anionentauschende Absorptionspolymer zu ungefähr 50% bis ungefähr 100%, vorzugsweise ungefähr 80% bis ungefähr 100%, mehr bevorzugt ungefähr 90% bis ungefähr 100% in der unneutralisierten Basenform.
Um die Ionentauschkapazität der Mischbettionentauscher-Absorptionspolymerzusammensetzung zu maximieren, ist es wünschenswert, dass das Absorptionspolymer eine hohe Ionentauschkapazität pro Gramm des trockenen Polymers hat. Es ist deshalb bevorzugt, dass die Ionentauschkapazität des anionentauschenden Absorptionspolymerbestandteils mindestens ungefähr 10 mÄq/g, mehr bevorzugt mindestens ungefähr 15 mÄq/g und am meisten bevorzugt mindestens ungefähr 20 mÄq/g beträgt.
(ii) Kationentauschende Absorptionspolymere
Absorptionspolymere, die als Kationentauscher geeignet sind, haben in der Regel eine Vielzahl von funktionellen Säuregruppen, wie Carbonsäuregruppen. Zu Beispielen für kationentauschende Polymere, die zum diesbezüglichen Gebrauch geeignet sind, gehören jene, die aus polymerisierbaren, säurehaltigen Monomeren oder Monomeren mit funktionellen Gruppen, die nach der Polymerisation zu Säuregruppe umgewandelt werden können, hergestellt sind. So gehören zu solchen Monomeren olefinisch ungesättigte Carbonsäuren und -anhydride und Mischungen davon. Die kationentauschenden Polymere können auch Polymere umfassen, die nicht aus olefinisch ungesättigten Monomeren hergestellt sind. Zu Beispielen solcher Polymere gehören Polymer auf Polysaccharidbasis, wie Carboxymethylstärke und Carboxymethylcellulose, und Polymere auf Poly(aminosäure)-Basis, wie Poly(asparaginsäure). Für eine Beschreibung von Poly(aminosäure)-Absorptionspolymeren siehe zum Beispiel US-Patent Nr. 5,247,068 , erteilt am 21. September 1993 an Donachy et al.
Einige nichtsaure Monomere können auch bei der Herstellung der Absorptionspolymere hierin einbezogen werden, üblicherweise in geringen Mengen. Solche nichtsauren Monomere können zum Beispiel Monomere einschließen, die die folgenden Arten von funktionellen Gruppen enthalten: Carboxylat- oder Sulfonatester, Hydroxylgruppen, Amidgruppen, Aminogruppen, Nitrilgruppen, quartäre Ammoniumsalzgruppen und Arylgruppen (z. B. Phenylgruppen, wie jene, die von Styrolmonomer abgeleitet sind). Zu anderen fakultativen nichtsauren Monomeren gehören ungesättigte Kohlenwasserstoffe, wie Ethylen, Propylen, 1-Buten, Butadien und Isopren. Diese nichtsauren Monomere sind bekannte Materialien und sind beispielsweise im US-Patent 4,076,663 (Masuda et al.), erteilt am 28. Februar 1978, und im US-Patent 4,062,817 (Westerman), erteilt am 13. Dezember 1977, ausführlicher beschrieben.
Zu olefinisch ungesättigten Carbonsäure- und -anhydridmonomeren gehören die Acrylsäuren, die in Acrylsäure selbst, in Methacrylsäure, α-Chloracrylsäure, α-Cyanoacrylsäure, β-Methylacrylsäure (Krotonsäure), α-Phenylacrylsäure, β-Acryloxypropionsäure, Sorbinsäure, α-Chlorsorbinsäure, Angelikasäure, Zimtsäure, p-Chlorzimtsäure, β-Stearylacrylsäure, Itaconsäure, Citraconsäure, Mes aconsäure, Glutaconsäure, Aconitsäure, Maleinsäure, Fumarsäure, Tricarboxyethylen und Maleinsäureanhydrid eingeteilt werden.
Bevorzugte kationentauschende Absorptionspolymere enthalten Carboxylgruppen. Zu diesen Polymeren gehören hydrolysierte Stärke/Acrylnitril-Pfropfcopolymere, teilweise neutralisierte hydrolysierte Stärke/Acrylnitril-Pfropfcopolymere, Stärke 7Acrylsäure-Pfropfcopolymere, teilweise neutralisierte Stärke/Acrylsäure-Pfropfcopolymere, hydrolysierte Vinylacetat/Acrylester-Copolymere, hydrolysierte Acrylnitril- oder Acrylamid-Copolymere, geringfügig vernetzte Polymere der vorstehenden Copolymere, Polyacrylsäure und geringfügig vernetzte Polymere von Polyacrylsäure. Diese Polymere können entweder allein oder in der Form einer Mischung von zwei oder mehr verschiedenen Polymeren verwendet werden. Beispiele für diese Polymermaterialien sind in der US-Patentschrift 3,661,875 , der US-Patentschrift 4,076,663 , der US-Patentschrift 4,093,776 , der US-Patentschrift 4,666,983 und der US-Patentschrift 4,734,478 offenbart.
Am meisten bevorzugte Polymermaterialien zum Gebrauch bei der Herstellung der kationentauschenden Absorptionspolymere sind geringfügig vernetzte Polymere von Polyacrylsäuren und Stärkederivaten davon. Vernetzung macht das Polymer im Wesentlichen wasserunlöslich und bestimmt zum Teil die Eigenschaften Absorptionsvermögen und extrahierbarer Polymergehalt der Absorptionspolymere. Verfahren für die Vernetzung dieser Polymere und typische Vernetzungsmittel sind detaillierter im US-Patent 4,076,663 beschrieben.
Obwohl das kationentauschende Absorptionspolymer vorzugsweise von einer Art ist (d. h. homogen), können Mischungen von kationentauschenden Polymeren in der vorliegenden Erfindung ebenfalls verwendet werden. Zum Beispiel können Mischungen von Stärke/Acrylsäure-Pfropfcopolymeren und leicht vernetzten Polymeren von Polyacrylsäure in der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
Wenn sie als Teil einer Mischbettionentauscher-Zusammensetzung verwendet werden, startet das kationentauschende Absorptionspolymer zu ungefähr 50% bis ungefähr 100%, vorzugsweise ungefähr 80% bis ungefähr 100%, mehr bevorzugt zu ungefähr 90% bis ungefähr 100% in der unneutralisierten Säureform.
Um die Ionentauschkapazität der Mischbettionentauscher-Absorptionspolymerzusammensetzung zu maximieren, ist es wünschenswert, dass das kationentauschende Absorptionspolymer eine hohe Ionentauschkapazität pro Gramm des trockenen Polymers hat. Somit ist es bevorzugt, dass die Ionentauschkapazität des kationentauschenden Absorptionspolymerbestandteils mindestens ungefähr 4 mÄq/g, mehr bevorzugt mindestens ungefähr 8 mÄq/g, noch mehr bevorzugt mindestens ungefähr 10 mÄq/g und am meisten bevorzugt mindestens ungefähr 13 mÄq/g beträgt.
(iii) Zusammensetzung und übliche Materialeigenschaften
Die Äquivalente für Anionen- und Kationentauscherkapazität können in der Mischbettionentauscher-Absorptionspolymerzusammensetzung gleich oder unterschiedlich sein. Zum Beispiel kann es wünschenswert sein, etwas mehr Äquivalente für Anionen- oder Kationentauscher-Absorptionspolymer zu haben, z. B. um Unterschiede im pK auszugleichen, um Unterschiede bei der Neutralisation auszugleichen, um den pH des ionentauschenden Urins zu verändern (zum Beispiel zum Ansäuern) usw.
Mischbettionentauscher-Absorptionspolymerzusammensetzungen in Absorptionskernen mit hoher Konzentration können sich nicht auf Lösungsfluss, Umwälzung usw. verlassen, um den Transport von Ionen zwischen Teilchen zu unterstützen und die Geschwindigkeit des Ionentausches zu erhöhen. So ist es wünschenswert, Morphologien zu haben, die zur Förderung einer schnellen Ionentauschkinetik geeignet sind. Zu wünschenswerten Morphologien gehören (i) Mischbettaggregate mit großer Oberfläche mit (z. B. kleinen und/oder porösen) Teilchen mit einer breiten oder en gen Teilchengrößenverteilung, (ii) Teilchen aus z. B. dem anionentauschenden Absorptionspolymer, die innerhalb kleinerer diskontinuierlicher Bereiche z. B. das kationentauschende Absorptionspolymer enthalten, (iii) Teilchen, die bikontinuierliche Bereiche aus sowohl anionen- als auch kationentauschenden Absorptionspolymeren enthalten, (iv) Zusammensetzungen, in denen entweder die anionen- oder die kationentauschenden Absorptionspolymere in der Form von Fasern vorliegen, (v) Fasern, die diskontinuierliche und/oder bikontinuierliche Bereiche von entweder den anionen- und/oder kationentauschenden Absorptionspolymeren enthalten, und (vi) Mischungen der vorstehenden Teilchen und/oder Fasern. Zu anderen Formen gehören Kugeln, Würfel, Stäbe, Folien oder Flächengebilde, Schäume, Flocken usw.
Die Absorptionspolymere können auch Mischungen mit geringen Konzentrationen von einem oder mehreren Zusatzstoffen, wie z. B. pulverförmigem Silica, Tensiden, Leimen, Bindemitteln und dergleichen, umfassen. Die Bestandteile in dieser Mischung können physikalisch und/oder chemisch in einer solchen Form assoziiert sein, dass der Absorptionspolymerbestandteil und der nichtabsorbierende polymere Zusatzstoff nicht ohne weiteres physikalisch trennbar sind. Die Absorptionspolymere können im Wesentlichen nichtporös (d. h. ohne interne Porosität) sein oder eine erhebliche interne Porosität aufweisen. In der Mischbett-Absorptionspolymerzusammensetzung kann das Absorptionspolymer einer Art eine höhere Vernetzungsdichte als das Absorptionspolymer der anderen Art aufweisen.
Bei Absorptionspolymerteilchen, die in der vorliegenden Erfindung geeignet sind, liegt die Größe der Teilchen generell im Bereich von ungefähr 1 bis ungefähr 2000 Mikrometer, mehr bevorzugt von ungefähr 20 bis ungefähr 1000 Mikrometer. Die massegemittelte Teilchengröße beträgt generell ungefähr 20 bis ungefähr 1500 Mikrometer, mehr bevorzugt ungefähr 50 Mikrometer bis ungefähr 1000 Mikrometer und noch mehr bevorzugt ungefähr 100 bis ungefähr 800 Mikrometer.
Eine wichtige Eigenschaft von Absorptionspolymeren, die in der vorliegenden Erfindung geeignet sind, ist der Gehalt an extrahierbaren Materialien, die in dem Polymer selbst vorhanden sind. Siehe US-Patent Nr. 4,654,039 (Brandt et al.), erteilt am 31. März 1987 (erneut erteilt am 19. April 1988 als neuerteiltes US-Patent 32,649 ). Viele Absorptionspolymere enthalten erhebliche Mengen an extrahierbarem Polymermaterial, das durch Körperflüssigkeiten (z. B. Urin) während des Zeitraums, über den solche Körperflüssigkeiten in Kontakt mit dem Absorptionspolymer bleiben, aus der gequollenen Polymermatrix herausgezogen werden kann. Es wird angenommen, dass ein solches Polymermaterial, das auf diese Weise durch Körperflüssigkeit extrahiert wird, sowohl die chemischen als auch die physikalischen Eigenschaften der Körperflüssigkeit in solchem Ausmaß ändern kann, dass die Flüssigkeit langsamer absorbiert und schlechter von dem Absorptionspolymer in dem Absorptionsartikel gehalten werden kann. Es wird auch angenommen, dass extrahierbares Polymer besonders in Mischbettionentauscher-Absorptionspolymersystemen nachteilig ist, da lösliches Polymer dazu neigt, zu Gelteilchen zu wandern, die entgegengesetzt geladenes Polymer umfassen. Die zwei Polymere neutralisieren sich selbst, wodurch sie die Ionentauschkapazität des Systems reduzieren. Da extrahierbares Polymer effektiv ein mehrwertiges Gegenion für das entgegengesetzt geladene Polymer umfasst, kann es auch ionische Vernetzungen bilden, die die Fähigkeit des Gels zum Aufquellen hemmen.
Dementsprechend ist es für Absorptionspolymere der vorliegenden Erfindung bevorzugt, dass die Konzentration an extrahierbarem Polymer ungefähr 15% oder weniger, mehr bevorzugt ungefähr 10% oder weniger und am meisten bevorzugt ungefähr 7% oder weniger des gesamten Polymers beträgt.
b. Physikalische Eigenschaften
(i) Leistung unter Druck (PUP)
Eine Messung der Soll-Benetzbarkeit oder des gravimetrischen Absorptionsvermögens liefert Informationen über die Fähigkeit einer hochkonzentrierten Zone oder Schicht aus dem Absorptionspolymer zum Absorbieren von Körperflüssigkeiten unter Gebrauchsdrücken. Siehe zum Beispiel US-Patent Nr. 5,562,646 (Goldman et al.), erteilt am 8. Oktober 1996, und US-Patent Nr. 5,599,335 (Goldman et al.), erteilt am 4. Feb. 1997, worin die Soll-Benetzbarkeit oder das gravimetrische Absorptionsvermögen als Leistung unter Druck (PUP) bezeichnet werden. Bei einer PUP-Messung wird eine anfangs trockene Absorptionspolymerzusammensetzung bei 100%-iger Konzentration unter einem mechanischen Grenzdruck in eine Kolben/Zylinder-Vorrichtung (bei der der Boden des Zylinders durchlässig für Lösung, aber undurchlässig für das Absorptionspolymer ist) gegeben und man lasst sie die synthetische Urinlösung unter Soll-Absorptionsvermögensbedingungen ohne hydrostatischen Sog und bei hohem mechanischen Druck absorbieren. Die „PUP"-Kapazität ist als die Absorption von synthetischer Urinlösung in g/g durch eine Schicht des Absorptionspolymers von 0,032 g/cm² definiert, wobei diese unter einem bestimmten angelegten Druck über einen bestimmten Zeitraum einbehalten wird. Eine hohe PUP-Kapazität ist eine entscheidend wichtige Eigenschaft für ein Absorptionspolymer bei dessen Verwendung in hohen Konzentrationen in einem Absorptionselement.
Zu Gebrauchsdrücken, die auf die Absorptionspolymere ausgeübt werden, gehören sowohl mechanische Drücke (die z. B. durch das Gewicht und die Bewegungen des Benutzers, Kräfte von Klebestreifen usw. ausgeübt werden) als auch Kapillardrücke (z. B. der Kapillardesorptionsdruck des/der Aufnahmebestandteil(e) in dem Absorptionskern, die die Flüssigkeit zeitweise halten, bevor sie von dem Absorptionspolymer absorbiert wird.) Es wird angenommen, dass ein Gesamtdruck von ungefähr 4,8 kPa (0,7 psi) die Summe dieser Drücke auf die Absorptionspolymerzusammensetzung widerspiegelt, wenn sie Körperflüs sigkeiten unter Gebrauchsbedingungen absorbiert. Jedoch kann die Absorptionspolymerzusammensetzung unter Gebrauchsbedingungen auch sowohl höhere als auch niedrigere Drücke erfahren. Somit ist es wünschenswert, dass die Absorptionspolymere der vorliegenden Erfindung hohe PUP-Kapazitäten bei Drücken bis zu ungefähr 9,6 kPa (1,4 psi) sowie hohe Flüssigkeitsweiterleitungswerte aufweisen. Es ist bevorzugt, dass die relativ hohen PUP-Kapazitätswerte innerhalb eines Zeitraums erreicht werden, der kürzer ist als die Verwendungsdauer (z. B. über Nacht) von Artikeln, die die vorliegenden absorbierenden Zusammensetzungen umfassen. In dieser Hinsicht zeigen die Absorptionspolymere dieses verbesserte Absorptionsvermögen, wenn die PUP-Kapazität für einen Zeitraum von z. B. 2, 4, 8 und/oder 16 Stunden gemessen werden.
Ein Verfahren zur Bestimmung der PUP-Kapazitäten dieser Absorptionspolymere ist im Abschnitt Testverfahren nachstehend beschrieben. Das Verfahren beruht auf der in US-Patent Nr. 5,562,646 (Goldman et al.), erteilt am 8. Oktober 1996, beschriebenen Vorgehensweise und ist so modifiziert, dass es für längere Zeiträume und unter verschiedenen gewünschten Grenzdrücken läuft, um besondere Gebrauchsbedingungen besser zu simulieren.
(ii) Durchlässigkeit der Zone oder Schicht, die Absorptionspolymer umfasst
Wie vorstehend angegeben, ist eine erforderliche Eigenschaft von Absorptionspolymeren der vorliegenden Erfindung ihre relativ hohe Durchlässigkeit für Flüssigkeit. In einem Absorptionselement oder -artikel betrifft dies direkt die Fähigkeit eines Materials, wie einer Schicht, die gequollenes Absorptionspolymer umfasst, zum Transportieren von Körperflüssigkeiten weg von dem Aufnahmebereich in einer akzeptablen Geschwindigkeit. Durchlässigkeit/Flüssigkeitsleitfähigkeit kann hinsichtlich der Flüssigkeitsweiterleitung („SFC") definiert werden, die ein Maß der Fähigkeit eines Materials zum Transportieren von salzhaltigem Fluid ist. Ein Verfahren zum Messen der Flüssigkeitsweiterleitung ist im US-Patent Nr. 5,562,646 (Goldman et al.), erteilt am 8. Oktober 1996, beschrieben. Dieses Verfahren wird so modifiziert, dass es eine Gelbettentquellung während der Messung von Mischbettionentauscher-Absorptionspolymeren zulässt, wie im Abschnitt Testverfahren nachstehend beschrieben. Ohne an eine Theorie gebunden zu sein, wird angenommen, dass während der SFC-Messung von Mischbettionentauscher-Absorptionspolymeren die Polymerprobe weiterhin Ionen aus der Salzlösung tauscht. Letztlich wird die Ionentauschkapazität des Absorptionspolymers überschritten, und die Ionenstärke der Lösung, die das gequollene Polymer umgibt, steigt an, was zu einer gewissen Entquellung des Gelbetts führt. Die Flüssigkeitsmenge, die infolge der Entquellung aus dem Gel gedrückt wird, ist klein im Vergleich zu der Flüssigkeitsmenge, die während der SFC-Messung durch das Gelbett fließt. Da die endgültige Dicke des Gelbetts erheblich kleiner ist als die anfängliche Dicke, wird die endgültige Dicke des Gelbetts zum Messen der SFC-Werte verwendet. Die Verwendung der endgültigen Dicke des Gelbetts bei der Berechnung stellt die minimale während der Messung erhaltene SFC bereit. Die Verwendung der anfänglichen oder einer zwischenzeitlichen Dicke des Gelbetts liefert noch höhere SFC-Werte.
(iii) Porosität der Zone oder Schicht, die Absorptionspolymer umfasst
Eine andere wichtige Eigenschaft der Absorptionspolymere der vorliegenden Erfindung ist die Offenheit oder Porosität der Zone oder Schicht, die die Absorptionspolymere umfasst, wenn die Polymere in Körperflüssigkeiten unter einem Grenzdruck quellen. Es wird angenommen, dass, wenn die hierin geeigneten Absorptionspolymere in hohen Konzentrationen in einem Absorptionselement oder Absorptionsartikel vorhanden sind und dann unter Gebrauchsdrücken quellen, die Grenzen der Teilchen in Kontakt miteinander kommen und Hohlräume in den Zwischenräumen in diesem hochkonzentrierten Bereich generell von dem gequollenen Polymer begrenzt werden. Wenn dies auftritt, wird angenommen, dass die Offenheits- oder Porositätseigenschaften dieses Bereichs generell die Porosität der Zone oder Schicht, die von dem gequollenen Absorptionspolymer allein gebildet wird, widerspiegeln. Wie hier verwendet, bedeutet der Begriff „Porosität" das Fraktionsvolumen (dimensionslos), das nicht von Feststoffmaterial belegt ist. Siehe J. M. Coulson et al., Chemical Engineering, Bd. 2, 3. Ausgabe, Pergamon Press, 1978, S. 126.
Porosität ist ein effektives Maß der Fähigkeit der Zone oder Schicht, die gequollenes Absorptionspolymer umfasst, offen zu bleiben, um in der Lage zu sein, Körperflüssigkeiten unter Gebrauchsdrücken aufzunehmen und zu verteilen. Es wird angenommen, dass eine Erhöhung der Porosität gequollener, hochkonzentrierter Bereiche überlegene Absorption- und Flüssigkeitshandhabungseigenschaften für den Absorptionskern bereitstellen kann, wodurch das Auftreten von Undichtigkeiten, besonders bei hohen Flüssigkeitsbeladungen, verringert wird. Günstigerweise nähert sich die Porosität der Zone oder Schicht, die gequollenes Absorptionspolymer umfasst, der Porosität herkömmlicher Aufnahme-/Verteilungsmaterialien, wie Holzfaserstoffflaum, an oder übertrifft sie sogar. Siehe US-Patent Nr. 5,562,646 , erteilt am 8. Okt. 1996 an Goldman et al.
(iv) Integrität der Hydrogelzone oder -schicht
Ein anderer wichtiger Faktor, der den Transport von Flüssigkeit in einem Absorptionselement betrifft, ist die Integrität des bzw. der Bereiche, die diese Polymere umfassen. Solch ein Bereich oder solche Bereiche mit der hohen Konzentration an Absorptionspolymer sollten ausreichend Integrität in einem teilweise nassen und/oder benetzten Zustand aufweisen, so dass die physikalische Kontinuität (und somit die Fähigkeit des Aufnehmen und Transportieren von Flüssigkeit in und durch benachbarte Zwischenhohlräume/Kapillaren) des Absorptionselements nicht wesentlich unterbrochen oder verändert wird, wenn es normalen Gebrauchsbedingungen ausgesetzt ist. Bei normalem Gebrauch sind Absorptionskerne in Absorptionsartikeln in der Regel Spann- und Torsionskräften variierender Intensität und Richtung ausgesetzt. Zu diesen Spann- und Torsionkräften gehören eine Zusammenballung im Schrittbereich, Dehn- und Drehkräfte, wenn die Person, die den Absorptionsartikel trägt, läuft, sich setzt, sich bückt und dergleichen. Wenn die Nassinte grität inadäquat ist, können diese Spann- und Torsionskräfte potenziell eine wesentliche Veränderung und/oder Unterbrechung in der physikalischen Kontinuität des Absorptionselements hervorrufen, so dass seine Fähigkeit zum Aufnehmen und Transportieren von Flüssigkeiten in und durch die benachbarten Hohlräume und Kapillaren verschlechtert wird. Die Schicht, die Absorptionspolymer umfasst, kann teilweise geteilt werden, vollständig geteilt werden, eingeführte Lücken aufweisen, erheblich verdünnte Bereiche aufweisen und/oder in mehrere erheblich kleinere Segmente unterteilt werden. Eine solche Veränderung könnte jegliche vorteilhaften Porositäts- und Durchlässigkeits-/Flussleitfähigkeitseigenschaften des Absorptionspolymers minimieren oder komplett ausschalten.
Eine gute Integrität der Zone oder Schicht, die Absorptionspolymer umfasst, kann gemäß der vorliegenden Erfindung durch verschiedene Gestaltungen, Konfigurationen, Zusammensetzungen usw. in dem Absorptionselement mit der hohen Konzentration an Absorptionspolymer, den anderen Bestandteilen in dem Absorptionskern (z. B. Flüssigkeitsaufnahmeelementen), den anderen Bestandteilen in dem Absorptionsartikel (z. B. der Oberschicht und/oder Unterschicht) oder jeglicher Kombination dieser Bestandteile erreicht werden. Siehe US-Patent Nr. 5,562,646 , erteilt am 8. Okt. 1996 an Goldman et al.
In bevorzugten Mischbettionentauschersystemen neigen der kationentauschende Bestandteil und der anionentauschende Bestandteil dazu, aneinander zu haften. Ohne an eine Theorie gebunden zu sein, wird angenommen, dass dies auf die entgegengesetzt geladenen Polyionen und/oder Säure-Rasenarten an den Oberflächen der Polymergelteilchen, die naturgemäß von den entgegengesetzt geladenen Arten in benachbarten Teilchen angezogen werden, zurückzuführen ist. Dies ruft die Erzeugung eines dreidimensionalen Netzwerks haftender Polymerteilchen in der Zone oder Schicht, die Absorptionspolymer umfasst, hervor, wodurch die Integrität dieser Zone oder Schicht stark verbessert wird.
Die Integrität des Bereichs bzw. der Bereiche, die die Polymerzusammensetzungen der vorliegenden Erfindung umfassen, kann mit dem nachstehend beschriebenen Tests der Kugelberstfestigkeit (BBS) gemessen werden. Die Kugelberstfestigkeit ist die Kraft (Pond), die erforderlich ist, um eine Schicht einer Absorptionspolymerzusammensetzung, die in synthetischem Urin gequollen ist, aufzureißen. Die Absorptionspolymerzusammensetzungen der vorliegenden Erfindung haben vorzugsweise, wenn auch nicht unbedingt, einen BBS-Wert von mindestens ungefähr 0,5 N (50 p), mehr bevorzugt mindestens ungefähr 0,98 N (100 p), noch mehr bevorzugt mindestens ungefähr 1,47 N (150 p) und noch mehr bevorzugt mindestens ungefähr 1,96 N (200 p). In der Regel liegen die BBS-Werte im Bereich von ungefähr 0,5 N (50 p) bis ungefähr 9,81 N (1000 p), typischer von ungefähr 0,98 N (100 p) bis ungefähr 7,85 N (800 p), noch typischer von ungefähr 1,47 N (150 p) bis ungefähr 3,92 N (400 p) und am typischsten von ungefähr 1,96 N (200 p) bis ungefähr 2,94 N (300 p).
c. Ausführungsformen von Absorptionspolymeren
Wie vorstehend angegeben, sind erforderliche Eigenschaften von Absorptionspolymeren der vorliegenden Erfindung ihre Fähigkeit zum Absorbieren relativ großer Mengen von Körperflüssigkeiten unter Druck (als PUP-Kapazität definiert) und ihre Fähigkeit, einen Flüssigkeitstransport weg von dem Aufnahmebereich in einer akzeptablen Geschwindigkeit zuzulassen (d. h. Durchlässigkeit, hierin hinsichtlich SFC-Werten definiert). Verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind unter hinsichtlich SFC- und PUP-Werten erörtert. Die PUP-Werte unter Grenzdrücken von 4,8 kPa (0,7 psi) und 9,7 kPa (1,4 psi) sind separat beschrieben. Natürlich versteht es sich, dass bestimmte Absorptionsmaterialien die beschriebenen Absorptionsvermögenseigenschaften bei sowohl 4,8 kPa (0,7 psi) als auch 9,7 kPa (1,4 psi) aufweisen.
(i) SFC-Werte von mindestens ungefähr 50 × 10^–7 cm³s/g
Die vorliegende Erfindung umfasst Absorptionspolymerzusammensetzungen mit SFC-Werten von mindestens ungefähr 50 × 10^–7 cm³s/g. In diesen Ausführungsformen haben die Absorptionspolymere vorzugsweise einen SFC-Wert von mindestens ungefähr 60 × 10^–7 cm³s/g, mehr bevorzugt mindestens ungefähr 70 × 10^–7 cm³s/g. In der Regel haben die Absorptionspolymere einen SFC-Wert von ungefähr 50 bis ungefähr 100 × 10^–7 cm³s/g, typischer von ungefähr 60 bis ungefähr 90 × 10^–7 cm³s/g und noch typischer von ungefähr 70 bis ungefähr 80 × 10^–7 cm³s/g.
Diese Absorptionspolymerzusammensetzungen sind unter einem Gesichtspunkt hinsichtlich ihrer Fähigkeit zum Absorbieren von synthetischem Urin unter einem Grenzdruck von 4,8 kPa (0,7 psi) beschrieben. In dieser Hinsicht betrifft die Erfindung eine Absorptionspolymerzusammensetzung mit einer Kapazität bzw. einem Leistungsvermögen unter Druck (PUP) in synthetischer Urinlösung von mindestens ungefähr 39 g/g unter einem Grenzdruck von 4,8 kPa (0,7 psi) nach 4 Stunden. Vorzugsweise hat die Polymerzusammensetzung eine PUP-Kapazität in synthetischer Urinlösung von mindestens ungefähr 41 g/g, mehr bevorzugt mindestens ungefähr 43 g/g und am meisten bevorzugt mindestens ungefähr 44 g/g nach 4 Stunden unter einem Grenzdruck von 4,8 kPa (0,7 psi). In der Regel hat die Polymerzusammensetzung eine PUP-Kapazität von ungefähr 39 g/g bis ungefähr 58 g/g, typischer von ungefähr 41 g/g bis ungefähr 55 g/g und noch typischer von ungefähr 43 g/g bis ungefähr 50 g/g nach 4 Stunden unter einem Grenzdruck von 4,8 kPa (0,7 psi). Unter einem ähnlichen Gesichtspunkt hat die Absorptionspolymerzusammensetzung eine PUP-Kapazität in synthetischer Urinlösung von mindestens ungefähr 40 g/g unter einem Grenzdruck von 4,8 kPa (0,7 psi) nach 8 Stunden. Vorzugsweise hat die Polymerzusammensetzung eine PUP-Kapazität von mindestens ungefähr 42 g/g, mehr bevorzugt mindestens ungefähr 44 g/g und am meisten bevorzugt mindestens ungefähr 46 g/g nach 8 Stunden unter einem Grenzdruck von 4,8 kPa (0,7 psi). In der Regel hat die Polymerzusammensetzung eine PUP-Kapazität von ungefähr 40 g/g bis ungefähr 59 g/g, typischer von ungefähr 42 g/g bis ungefähr 57 g/g, noch typischer von ungefähr 44 g/g bis ungefähr 55 g/g und noch typischer von ungefähr 46 g/g bis ungefähr 52 g/g nach 8 Stunden unter einem Grenzdruck von 4,8 kPa (0,7 psi). Unter einem anderen ähnlichen Gesichtspunkt hat die Absorptionspolymerzusammensetzung eine PUP-Kapazität von mindestens ungefähr 42 g/g unter einem Grenzdruck von 4,8 kPa (0,7 psi) nach 16 Stunden. Vorzugsweise hat die Polymerzusammensetzung eine PUP-Kapazität von mindestens ungefähr 44 g/g, mehr bevorzugt mindestens ungefähr 46 g/g und am meisten bevorzugt mindestens ungefähr 48 g/g nach 16 Stunden unter einem Grenzdruck von 4,8 kPa (0,7 psi). In der Regel hat die Polymerzusammensetzung eine PUP-Kapazität von ungefähr 42 g/g bis ungefähr 61 g/g, typischer von ungefähr 44 g/g bis ungefähr 59 g/g, noch typischer von ungefähr 46 g/g bis ungefähr 57 g/g und noch typischer von ungefähr 48 g/g bis ungefähr 54 g/g nach 16 Stunden unter einem Grenzdruck von 4,8 kPa (0,7 psi).
Diese Ausführungsformen betreffen auch eine Absorptionspolymerzusammensetzung mit einer PUP-Kapazität nach 4 Stunden von mindestens ungefähr 35 g/g unter einem Grenzdruck von 9,7 kPa (1,4 psi). Vorzugsweise hat die Polymerzusammensetzung eine PUP-Kapazität nach 4 Stunden von mindestens ungefähr 36 g/g und mehr bevorzugt mindestens ungefähr 37 g/g unter einem Grenzdruck von 9,7 kPa (1,4 psi). In der Regel hat die Polymerzusammensetzung eine PUP-Kapazität nach 4 Stunden von ungefähr 35 g/g bis ungefähr 50 g/g, typischer von ungefähr 36 g/g bis ungefähr 45 g/g, noch typischer von ungefähr 37 g/g bis ungefähr 42 g/g unter einem Grenzdruck von 9,7 kPa (1,4 psi). Unter einem ähnlichen Aspekt hat die Absorptionspolymerzusammensetzung eine PUP-Kapazität nach 8 Stunden von mindestens ungefähr 36 g/g unter einem Grenzdruck von 9,7 kPa (1,4 psi). Vorzugsweise hat die Polymerzusammensetzung eine PUP-Kapazität nach 8 Stunden von mindestens ungefähr 38 g/g und mehr bevorzugt mindestens ungefähr 40 g/g unter einem Grenzdruck von 9,7 kPa (1,4 psi). In der Regel hat die Polymerzusammensetzung eine PUP-Kapazität nach 8 Stunden von ungefähr 36 g/g bis ungefähr 54 g/g, typischer von ungefähr 38 g/g bis ungefähr 50 g/g und noch typischer von ungefähr 40 g/g bis ungefähr 46 g/g unter einem Grenzdruck von 9,7 kPa (1,4 psi). Unter einem anderen ähnlichen Aspekt hat die Absorptionspolymerzusammensetzung eine PUP-Kapazität nach 16 Stunden von mindestens ungefähr 37 g/g unter einem Grenzdruck von 9,7 kPa (1,4 psi). Vorzugsweise hat die Polymerzusammensetzung eine PUP-Kapazität nach 16 Stunden von mindestens ungefähr 39 g/g und mehr bevorzugt mindestens ungefähr 41 g/g unter einem Grenzdruck von 9,7 kPa (1,4 psi). In der Regel hat die Polymerzusammensetzung eine PUP-Kapazität nach 16 Stunden von ungefähr 37 g/g bis ungefähr 56 g/g, typischer von ungefähr 39 g/g bis ungefähr 52 g/g und noch typischer von ungefähr 41 g/g bis ungefähr 48 g/g unter einem Grenzdruck von 9,7 kPa (1,4 psi).
(ii) SFC-Werte von mindestens ungefähr 500 × 10^–7 cm³s/g
Die vorliegende Erfindung umfasst auch Absorptionspolymerzusammensetzungen mit SFC-Werten von mindestens ungefähr 500 × 10^–7 cm³s/g. In diesen Ausführungsformen haben die Absorptionspolymere vorzugsweise einen SFC-Wert von mindestens ungefähr 700 × 10^–7 cm³s/g, mehr bevorzugt mindestens ungefähr 800 × 10^–7 cm³s/g. In der Regel haben die Absorptionspolymere einen SFC-Wert von ungefähr 500 bis ungefähr 1100 × 10^–7 cm³s/g, typischer von ungefähr 600 bis ungefähr 1100 × 10^–7 cm³s/g und noch typischer von ungefähr 700 bis ungefähr 1100 × 10^–7 cm³s/g.
Diese Absorptionspolymerzusammensetzungen werden unter einem Aspekt hinsichtlich ihrer Fähigkeit zum Absorbieren von synthetischem Urin unter einem Grenzdruck von 4,8 kPa (0,7 psi) beschrieben. In dieser Hinsicht betrifft die Erfindung eine Absorptionspolymerzusammensetzung mit einem Leistungsvermögen unter Druck (PUP) in synthetischer Urinlösung von mindestens ungefähr 30 g/g unter einem Grenzdruck von 4,8 kPa (0,7 psi) nach 4 Stunden. Vorzugsweise hat die Polymerzusammensetzung eine PUP-Kapazität in synthetischer Urinlösung von mindestens ungefähr 35 g/g und mehr bevorzugt mindestens ungefähr 40 g/g nach 4 Stunden unter einem Grenzdruck von 4,8 kPa (0,7 psi). In der Regel hat die Polymerzusammensetzung eine PUP-Kapazität von ungefähr 30 g/g bis ungefähr 50 g/g und typischer von ungefähr 35 g/g bis ungefähr 45 g/g nach 4 Stunden unter einem Grenzdruck von 4,8 kPa (0,7 psi). Unter einem ähnlichen Gesichtspunkt hat die Absorptionspolymerzusammensetzung eine PUP-Kapazität in synthetischer Urinlösung von mindestens ungefähr 30 g/g unter einem Grenzdruck von 4,8 kPa (0,7 psi) nach 8 Stunden. Vorzugsweise hat die Polymerzusammensetzung eine PUP-Kapazität von mindestens ungefähr 36 g/g und mehr bevorzugt mindestens ungefähr 42 g/g nach 8 Stunden unter einem Grenzdruck von 4,8 kPa (0,7 psi). In der Regel hat die Polymerzusammensetzung eine PUP-Kapazität von ungefähr 30 g/g bis ungefähr 55 g/g und typischer von ungefähr 35 g/g bis ungefähr 50 g/g nach 8 Stunden unter einem Grenzdruck von 4,8 kPa (0,7 psi). Unter einem anderen ähnlichen Gesichtspunkt hat die Absorptionspolymerzusammensetzung eine PUP-Kapazität von mindestens ungefähr 30 g/g unter einem Grenzdruck von 4,8 kPa (0,7 psi) nach 16 Stunden. Vorzugsweise hat die Polymerzusammensetzung eine PUP-Kapazität von mindestens ungefähr 37 g/g und mehr bevorzugt mindestens ungefähr 45 g/g nach 16 Stunden unter einem Grenzdruck von 4,8 kPa (0,7 psi). In der Regel hat die Polymerzusammensetzung eine PUP-Kapazität von ungefähr 30 g/g bis ungefähr 58 g/g und typischer von ungefähr 38 g/g bis ungefähr 53 g/g nach 16 Stunden unter einem Grenzdruck von 4,8 kPa (0,7 psi).
Diese Ausführungsformen betreffen auch eine Absorptionspolymerzusammensetzung mit einer PUP-Kapazität nach 2 Stunden von mindestens ungefähr 25 g/g unter einem Grenzdruck von 9,7 kPa (1,4 psi). Ferner hat die Absorptionspolymerzusammensetzung eine PUP-Kapazität nach 4 Stunden von mindestens ungefähr 27 g/g unter einem Grenzdruck von 9,7 kPa (1,4 psi). Vorzugsweise hat die Polymerzusammensetzung eine PUP-Kapazität nach 4 Stunden von mindestens ungefähr 33 g/g und mehr bevorzugt mindestens ungefähr 37 g/g unter einem Grenzdruck von 9,7 kPa (1,4 psi). In der Regel hat die Polymerzusammensetzung eine PUP-Kapazität nach 4 Stunden von ungefähr 27 g/g bis ungefähr 47 g/g und typischer von ungefähr 33 g/g bis ungefähr 42 g/g unter einem Grenzdruck von 9,7 kPa (1,4 psi). Unter einem ähnlichen Gesichtspunkt hat die Absorptionspolymerzusammensetzung eine PUP-Kapazität nach 8 Stunden von mindestens ungefähr 27 g/g unter einem Grenzdruck von 9,7 kPa (1,4 psi). Vorzugsweise hat die Polymerzusammensetzung eine PUP-Kapazität nach 8 Stunden von mindestens ungefähr 33 g/g und mehr bevorzugt mindestens ungefähr 39 g/g unter einem Grenzdruck von 9,7 kPa (1,4 psi). In der Regel hat die Polymerzusammensetzung eine PUP-Kapazität nach 8 Stunden von ungefähr 27 g/g bis ungefähr 52 g/g und typischer von ungefähr 33 g/g bis ungefähr 47 g/g unter einem Grenzdruck von 9,7 kPa (1,4 psi). Unter einem anderen ähnlichen Gesichtspunkt hat die Absorptionspolymerzusammensetzung eine PUP-Kapazität nach 16 Stunden von mindestens ungefähr 27 g/g unter einem Grenzdruck von 9,7 kPa (1,4 psi). Vorzugsweise hat die Polymerzusammensetzung eine PUP-Kapazität nach 16 Stunden von mindestens ungefähr 34 g/g und mehr bevorzugt mindestens ungefähr 42 g/g unter einem Grenzdruck von 9,7 kPa (1,4 psi). In der Regel hat die Polymerzusammensetzung eine PUP-Kapazität nach 16 Stunden von ungefähr 27 g/g bis ungefähr 55 g/g und typischer von ungefähr 35 g/g bis ungefähr 50 g/g unter einem Grenzdruck von 9,7 kPa (1,4 psi).
d. Verfahren zum Herstellen von Absorptionspolymeren
Die in der vorliegenden Erfindung geeigneten Absorptionspolymere können durch jegliche Polymerisations- und/oder Vernetzungstechniken gebildet werden. Typische Verfahren zur Herstellung dieser Polymere sind in dem erneut erteilten US-Patent Nr. 32,649 (Brandt et al.), erteilt am 19. April 1988, in US-Patent Nr. 4,666,983 (Tsubakimoto et al.), erteilt am 19. Mai 1987, und in US-Patent Nr. 4,625,001 (Tsubakimoto et al.), erteilt am 25. November 1986, beschrieben.
Polymerisationsverfahren zum Herstellen von Ionentauscher-Polymeren, die in der vorliegenden Erfindung geeignet sind, können radikalische, Ringöffnungs-, Kondensations-, anionische, kationische oder Bestrahlungstechniken einschlie ßen. Das Polymer kann in der neutralisierten, teilweise neutralisierten oder unneutralisierten Form hergestellt werden, obwohl das gewünschte Produkt unneutralisiert ist. Das Absorptionspolymer kann mit einem Polymerisationsverfahren mit homogener Lösung oder durch mehrphasige Polymerisationstechniken wie Inversemulsions- oder Suspensionspolymerisationsverfahren hergestellt werden.
Eine Vernetzung kann während der Polymerisation durch Beimischung geeigneter Vernetzungsmonomere erfolgen. Alternativ können die Polymere nach der Polymerisation durch eine Reaktion mit geeigneten reaktiven Vernetzungsmitteln vernetzt werden. Eine Oberflächenvernetzung der anfangs gebildeten Polymere ist ein bevorzugtes Verfahren zum Erhalten von Absorptionspolymeren mit relativ hoher PUP-Kapazität, Porosität und Durchlässigkeit. Ohne an eine Theorie gebunden zu sein, wird angenommen, dass eine Oberflächenvernetzung die Beständigkeit gegen Verformung der Oberflächen gequollener Absorptionspolymerteilchen erhöht, wodurch der Grad des Kontakts zwischen benachbarten Polymerteilchen reduziert wird, wenn die gequollenen Teilchen unter einem externen Druck verformt werden. Oberflächenvernetzte Absorptionspolymere haben einen höheren Vernetzungsgrad in der Nähe der Oberfläche als im Inneren. Wie hier verwendet, beschreibt „Oberfläche" die nach außen gerichteten Grenzflächen des Teilchens. Für poröse Absorptionspolymere (z. B. poröse Teilchen usw.) können auch freiliegende innere Grenzflächen eingeschlossen sein. Mit einem höheren Vernetzungsgrad an der Oberfläche ist gemeint, dass der Grad funktioneller Vernetzungen für das Absorptionspolymer in der Nähe der Oberfläche generell höher ist als der Grad funktioneller Vernetzungen für das Polymer im Inneren. Die Abstufung in der Vernetzung von der Oberfläche zum Inneren kann sowohl in der Tiefe als auch im Profil variieren.
Eine Reihe von Verfahren zum Einbringen von Oberflächenvernetzungen ist in der Technik offenbart. Zu geeigneten Verfahren für eine Oberflächenvernetzung gehören jene, bei denen (i) ein oder mehrere di- oder polyfunktionelle Reagenzien, die in der Lage sind, mit existierenden funktionellen Gruppen innerhalb des Absorptionspolymers zu reagieren, auf die Oberfläche des Absorptionspolymers aufgebracht werden; (ii) ein di- oder polyfunktionelles Reagens, das in der Lage ist, mit anderen hinzugefügten Reagenzien und möglicherweise existierenden funktionellen Gruppen innerhalb des Absorptionspolymers zu reagieren, um den Vernetzungsgrad an der Oberfläche zu erhöhen, auf die Oberfläche aufgetragen wird (z. B. die Zugabe von Monomer plus Vernetzungsmittel und die Initiierung einer zweiten Polymerisationsreaktion); (iii) keine zusätzlichen polyfunktionellen Reagenzien zugegeben werden, sondern ein oder mehrere zusätzliche Reaktionen zwischen die existierenden Bestandteile innerhalb des Absorptionspolymers entweder während oder nach dem primären Polymerisationsverfahren eingebracht werden, um einen höheren Vernetzungsgrad an oder nahe der Oberfläche zu erzeugen (z. B. Suspensionspolymerisationsverfahren, wobei das Vernetzungsmittel naturgemäß in höheren Konzentratinen nahe der Oberfläche vorhanden ist); und (iv) andere Materialien zu der Oberfläche hinzugegeben werden, um einen höheren Vernetzungsgrad zu erzeugen oder anderenfalls die Oberflächenverformbarkeit des resultierenden Hydrogels zu reduzieren. Geeignete allgemeine Verfahren zur Durchführung der Oberflächenvernetzung der erfindungsgemäßen Absorptionspolymere sind in US-Patent Nr. 4,541,871 (Obayashi), erteilt am 17. September 1985; der veröffentlichten PCT-Anmeldung WO92/16565 (Stanley), veröffentlicht am 1. Oktober 1992, der veröffentlichten PCT-Anmeldung WO90/08789 (Tai), veröffentlicht am 9. August 1990; der veröffentlichten PCT-Anmeldung WO93/05080 (Stanley), veröffentlicht am 18. März 1993; US-Patent Nr. 4,824,901 (Alexander), erteilt am 25. April 1989; US-Patent Nr. 4,789,861 (Johnson), erteilt am 17. Januar 1989; US-Patent Nr. 4,587,308 (Makita), erteilt am 6. Mai 1986; US-Patent Nr. 4,734,478 (Tsubakimoto), erteilt am 29. März 1988; US-Patent Nr. 5,164,459 (Kimura et al.), erteilt am 17. November 1992; der deutschen Offenlegungsschrift 4,020,780 (Dahmen), offengelegt am 29. August 1991, und der veröffentlichten europäische Patentanmeldung 509,708 (Gartner), veröffentlicht am 21. Oktober 1992, offenbart. Bei kationischen Absorptionspolymeren gehören zu geeigneten di- oder po lyfunktionellen Vernetzungsreagenzien Di-/Polyhalogenalkane, Di-/Polyepoxide, Di-/Polysäurechloride, Di-/Polytosylalkane, Di-/Polyaldehyde, Di-/Polysäuren und dergleichen.
C. Testmethoden
1. Leistungsvermögen unter Druck (PUP)
Dieser Test beruht auf dem Verfahren, das in US-Patent Nr. 5,599,335 (Goldman et al.), erteilt am 4. Feb. 1997, beschrieben ist. Der Test bestimmt die Menge an synthetischer Urinlösung, die von Absorptionspolymeren (einschließlich Mischbettionentauscher-Absorptionspolymerzusammensetzungen) absorbiert wird, die seitlich in einer Kolben/Zylinder-Baugruppe unter einem Grenzdruck von z. B. 4,8 kPa (0,7 psi) oder 9,7 kPa (1,4 psi) eingegrenzt sind. Das Ziel des Tests ist die Erfassung der Fähigkeit des Absorptionspolymers zum Absorbieren von Körperflüssigkeiten über einen Zeitraum, der mit der Verwendungsdauer (z. B. über Nacht) von Artikeln, die die Absorptionspolymerzusammensetzungen umfassen, vergleichbar ist (z. B. 1, 2, 4, 8 oder 16 Stunden), wenn die Polymere in hohen Konzentrationen in einem Absorptionselement vorhanden und Gebrauchsdrücken ausgesetzt sind. Zu Gebrauchsdrücken, bei denen Absorptionspolymere Flüssigkeit absorbieren müssen, gehören mechanische Drücke, die aus dem Gewicht und/oder Bewegungen des Trägers resultieren, mechanische Drücke, die aus Elastikteilen und Befestigungssystemen resultieren, und die hydrostatischen Desorptionsdrücke von angrenzenden Schichten und/oder Elementen.
Die Testflüssigkeit für den PUP-Kapazitätstest ist synthetische Urinlösung. Diese Flüssigkeit wird von den Absorptionspolymeren unter Soll-Absorptionsbedingungen bei einem hydrostatischen Druck von nahe null absorbiert.
Eine geeignete Vorrichtung für diesen Test ist in 1 dargestellt. An einem Ende dieser Vorrichtung befindet sich ein Flüssigkeitsreservoir 712 (wie eine Petrischale) mit einer Abdeckung 714. Das Reservoir 712 liegt auf einer Analysen waage, die generell als 716 angegeben ist. Das andere Ende der Vorrichtung 710 wird von einem Glasfiltertrichter, der generell als 718 angegeben ist, einer Kolben/Zylinder-Baugruppe, die generell als 720 angegeben ist und die in den Trichter 718 passt, und einer zylindrischen Glasfiltertrichter-Abdeckung aus Kunststoff, die generell als 722 angegeben ist und die über den Trichter 718 passt und unten offen und oben geschlossen ist, wobei die Oberseite ein Nadelloch aufweist, gebildet. Die Vorrichtung 710 hat ein System zum Übertragen von Flüssigkeit in jede Richtung, das aus Abschnitten von Glasröhren, die als 724 und 731a angegeben sind, flexiblen Kunststoffleitungen (z. B. 0,64 cm (1/4 Inch) ID und 0,95 cm (3/8 Inch) AD vom Typ Tygon^®), die als 731b angegeben sind, Absperrhähnen 726 und 738 und Teflon^®-Verbindungen 748, 750 und 752 zum Verbinden der Glasröhren 724 und 731a und der Absperrhähne 726 und 738 besteht. Der Absperrhahn 726 besteht aus einem 3-Wege-Ventil 728, Glaskapillarröhren 730 und 734 im Hauptflüssigkeitssystem und einem Abschnitt aus Glaskapillarröhren 732 zum Wiederauffüllen des Reservoirs 712 und Vorwärtsspülen der Glasfilterplatte im Glasfiltertrichter 718. Der Absperrhahn 738 besteht ähnlich aus einem 3-Wege-Ventil 740, Glaskapillarröhren 742 und 746 im Hauptflüssigkeitsstrom und einem Abschnitt aus Glaskapillarröhren 744, der als Ablauf für das System dient.
Bezugnehmend auf 1, besteht die Baugruppe 720 aus einem Zylinder 754, einem becherartigen Kolben, der als 756 angegeben ist, und einem Gewicht 758, das in den Kolben 756 passt. An das untere Ende des Zylinders 754 ist ein Edelstahl-Siebgewebe 759 mit Maschenweite Nr. 400 angebracht, das vor der Befestigung biaxial bis zur Straffheit gedehnt wird. Eine Absorptionspolymerzusammensetzung, die generell als 760 angegeben ist, liegt auf dem Sieb 759. Der Zylinder 754 ist aus einer durchsichtigen LEXAN^®-Stange (oder äquivalent) gebohrt und hat einen Innendurchmesser von 6,00 cm (Fläche = 28,27 cm²) bei einer Wanddicke von ungefähr 5 mm und einer Höhe von ungefähr 5 cm. Der Kolben 756 hat die Form eines Teflon^®- oder Kel-F^®-Bechers und ist so ausgelegt, dass er eine gleitende Passung in Zylinder 754 mit ei nem ringförmigen Abstand zwischen dem Zylinder und dem Kolben zwischen 0,114 mm und 0,191 mm hat. Das zylindrische Edelstahlgewicht 758 ist so hergestellt, dass es formschlüssig in den Kolben 756 passt, und ist zur einfacheren Entfernung oben mit einem Griff (nicht dargestellt) ausgestattet. Für einen Grenzdruck von 4,8 kPa (0,7 psi) ist das kombinierte Gewicht von Kolben 756 und Gewicht 758 1390 g, was einem Druck von 4,8 kPa (0,7 psi) bei einer Fläche von 28,27 cm² entspricht. Für einen Grenzdruck von 9,7 kPa (1,4 psi) ist das kombinierte Gewicht von Kolben 756 und Gewicht 758 2780 g.
Die Bestandteile von Vorrichtung 710 sind so bemessen, dass die Rate, mit der synthetischer Urin hindurchströmt, unter einer Wassersäule von 10 cm mindestens 36 Gramm pro Stunde pro Quadratzentimeter der Glasfilterplatte in dem Glasfiltertrichter 718 beträgt. Faktoren, die die Strömungsrate besonders beeinflussen, sind die Durchlässigkeit der Glasfilterplatte im Glasfiltertrichter 718 und die Innendurchmesser der Glasröhren 724, 730, 734, 742, 746 und 731a und der Absperrhahnventile 728 und 740.
Das Reservoir 712 wird auf eine Laborwaage 716 gestellt, die zu mindestens 0,01 g genau ist, mit einer Drift von weniger als 0,1 g/h. Die Waage ist vorzugsweise mit einem Computer mit Software verbunden, die (i) eine Änderung des Gewichts auf der Waage in festgelegten Zeitabständen vom Beginn des PUP-Tests an überwachen kann und (ii) so eingestellt werden kann, dass sie die Datenerfassung bei einer Gewichtsänderung von 0,01–0,05 g, je nach Empfindlichkeit der Waage, selbsttätig auslöst (Auto Initialion). Die Leitung 724, die in das Reservoir 712 eintritt, sollte weder dessen Boden noch dessen Abdeckung 714 berühren. Das Flüssigkeitsvolumen (nicht dargestellt) in dem Reservoir 712 sollte ausreichen, so dass während der Messung keine Luft in die Leitung 724 gezogen wird. Der Flüssigkeitsstand in dem Reservoir 712 sollte bei Beginn der Messung ungefähr 2 mm unter der oberen Oberfläche der Glasfilterplatte in dem Glasfiltertrichter 718 sein. Dies kann durch Platzieren eines kleinen Flüssigkeitstropfens auf die Glasfilterplatte und gravimetri sche Überwachung des Flusses dieser Flüssigkeitsmenge zurück in das Reservoir 712 überprüft werden. Dieser Stand sollte sich nicht erheblich ändern, wenn die Kolben/Zylinder-Baugruppe 720 in den Trichter 718 gegeben wird. Das Reservoir sollte einen ausreichend großen Durchmesser haben (z. B. ~14 cm), so dass die Entnahme von ~40-ml-Portionen zu einer Änderung der Flüssigkeitshöhe von weniger als 3 mm führt.
Vor der Messung wird die Baugruppe mit synthetischer Urinlösung gefüllt, und die Glasfilterplatte im Glasfiltertrichter 718 wird gespült, so dass sie mit frischer synthetischer Urinlösung gefüllt wird. Luftblasen werden bestmöglich von der unteren Oberfläche der Glasfilterplatte und dem System, das den Trichter mit dem Reservoir verbindet, entfernt. Die folgenden Vorgehensweisen werden durch aufeinander folgende Betätigung der 3-Wege-Absperrhähne durchgeführt:

1. Überschüssige Flüssigkeit auf der oberen Oberfläche der Glasfilterplatte wird aus dem Glasfiltertrichter 718 entfernt (z. B. gegossen).
2. Höhe/Gewicht der Lösung im Reservoir 712 werden auf den richtigen Stand/Wert gebracht.
3. Der Glasfiltertrichter 718 wird in der richtigen Höhe hinsichtlich des Reservoirs 712 angebracht.
4. Der Glasfiltertrichter 718 wird dann mit der Glasfiltertrichterabdeckung 722 abgedeckt.
5. Das Reservoir 712 und der Glasfiltertrichter 718 werden mit Ventilen 728 und 740 der Absperrhähne 726 und 738 in der offenen Verbindungsposition äquilibriert.
6. Dann werden die Ventile 728 und 740 geschlossen.
7. Das Ventil 740 wird dann gedreht, so dass der Trichter für das Abflussröhrchen 744 offen ist.
8. Das System kann 5 Minuten lang in dieser Stellung sein Gleichgewicht finden.
9. Dann wird das Ventil 740 wieder in die geschlossene Position gebracht.

Die Schritte Nr. 7–9 „trocknen" die Oberfläche des Glasfiltertrichters 718 vorübergehend, indem diese einem kleinen hydrostatischen Sog von ~5 cm ausgesetzt wird. Dieser Sog wird angelegt, wenn sich das offene Ende des Rörchens 744 ~5 cm unter die Ebene der Glasfilterplatte im Glasfiltertrichter 718 erstreckt und mit synthetischem Urin gefüllt wird. Bei dieser Vorgehensweise werden in der Regel ~0,2 g Flüssigkeit aus dem System abgezogen. Diese Vorgehensweise verhindert eine vorzeitige Absorption von synthetischem Urin, wenn die Kolben/Zylinder-Baugruppe 720 in den Glasfiltertrichter 718 gegeben wird. Die Menge an Flüssigkeit, die bei dieser Vorgehensweise aus dem Glasfiltertrichter austritt (das sogenannte Glasfiltertrichter-Korrekturgewicht), wird durch Ausführen des PUP-Tests (siehe unten) für einen Zeitraum von 15 Minuten ohne Kolben/Zylinder-Baugruppe 720 gemessen. Im Wesentlichen die gesamte Flüssigkeit, die bei dieser Vorgehensweise aus dem Glasfiltertrichter abgezogen wird, wird sehr schnell von dem Glasfilter reabsorbiert, wenn der Test initiiert wird. Es ist deshalb notwendig, das Korrekturgewicht vom Gewicht der Flüssigkeiten, die während des PUP-Tests (siehe unten) aus dem Reservoir entfernt werden, zu subtrahieren.
Die Absorptionspolymerzusammensetzung 760 wird durch geeignete Verfahren getrocknet, zum Beispiel durch Trocknung unter hohem Unterdruck bei einer geeigneten Temperatur für einen ausreichenden Zeitraum, um den Gehalt an Feuchtigkeit und/oder anderen Lösungsmitteln in der Probe so sehr wie möglich zu reduzieren. Der letztliche Gehalt an verbleibender Feuchtigkeit, wie mit einem geeigneten Verfahren, wie Karl-Fischer-Titration oder thermogravimetrischer Analyse, be stimmt, sollte weniger als ungefähr 5% und vorzugsweise weniger als ungefähr 3% betragen. Ungefähr 0,9 g (Wap) der getrockneten Absorptionspolymerzusammensetzung 760 (entsprechend einem Flächengewicht von 0,032 g/cm²) werden in den Zylinder 754 gegeben und gleichmäßig auf dem Sieb 759 verteilt. Es wird darauf geachtet, zu verhindern, dass Absorptionspolymer 760 an den Innenwänden des Zylinders 754 haftet. Man lässt den Kolben 756 in den Zylinder 754 gleiten und ordnet ihn über dem Absorptionspolymer 760 an, wobei sichergestellt wird, dass der Kolben innerhalb des Zylinders frei gleiten kann. Der Kolben kann vorsichtig gedreht werden, um die Verteilung des Absorptionspolymers zu unterstützen. Die Kolben/Zylinder-Baugruppe 720 wird auf den Glasfilterabschnitt des Trichters 718 gesetzt, man lässt das Gewicht 758 auf den Kolben 756 gleiten, und die Oberseite des Trichters 718 wird dann mit der Glasfiltertrichterabdeckung 722 abgedeckt. Nachdem die Anzeige der Waage auf Stabilität überprüft wurde, wird der Test durch Öffnen der Ventile 728 und 740, um den Trichter 718 und das Reservoir 712 zu verbinden, initiiert. Bei Selbstauslösung (Auto Initialion) beginnt die Datenerfassung sofort, wenn der Trichter 718 beginnt, Flüssigkeit zu reabsorbieren.
Das Gewicht der Flüssigkeit, die in dem Reservoir 712 verbleibt, wird während der Dauer des Tests in häufigen Intervallen aufgezeichnet. Die PUP-Kapazität zu irgendeiner gegebenen Zeit, t, wird wie folgt berechnet: PUP-Kapazität (gm/gm; t) = [Wr(t = 0) – Wr(t) – Wfc]/Wap worin W_r(t = 0) das Gewicht des Reservoirs 712 in Gramm vor der Initiierung ist, W_r(t) das Gewicht des Reservoirs 712 in Gramm zu der abgelaufenen Zeit t ist (z. B. 1, 2, 4, 8 oder 16 Stunden), W_fc das Glasfiltertrichter-Korrekturgewicht in Gramm ist (separat gemessen) und W_ap das anfängliche Trockengewicht des Absorptionspolymers in Gramm ist.
2. Test der Kugelberstfestigkeit (BBS)
Dieser Test bestimmt die Kugelberstfestigkeit (BBS) einer Absorptionspolymerzusammensetzung. Die BBS ist die Kraft (Spitzenlast, in Pond), die erforderlich ist, um eine Schicht einer Absorptionspolymerzusammensetzung, die in synthetischer Urinlösung gequollen ist, unter in dem Testverfahren angegebenen Vorgehensweisen bersten zu lassen. BBS ist ein Maß der Integrität einer Schicht der Absorptionspolymerzusammensetzung im gequollenen Zustand.
Eine geeignete Vorrichtung für die BBS-Messung ist in 5 dargestellt. Diese Vorrichtung umfasst einen inneren Zylinder 270, der dazu verwendet wird, eine Absorptionspolymerschicht 260 einzubehalten, einen äußeren Zylinder 230, ein Teflon^®-Fach 240 mit flachem Boden, eine Abdeckplatte 220 für den inneren Zylinder und ein Edelstahlgewicht 210. Der innere Zylinder 270 ist aus einer durchsichtigen LEXAN^®-Stange (oder äquivalent) gebohrt und hat einen Innendurchmesser von 6,00 cm (Fläche = 28,27 cm²) bei einer Wanddicke von ungefähr 0,5 cm und einer Höhe von ungefähr 1,50 cm. Der äußere Zylinder 230 ist aus einer LEXAN^®-Stange oder einem Äquivalent gebohrt und hat einen Innendurchmesser, der geringfügig größer ist als der Außendurchmesser des inneren Zylinders 270, so dass der innere Zylinder 270 in den äußeren Zylinder 230 passt und frei gleitet. Der äußere Zylinder 230 hat eine Wanddicke von ungefähr 0,5 cm und eine Höhe von ungefähr 1,00 cm. An den Boden des äußeren Zylinders 230 grenzt ein Edelstahlsieb 250 mit Maschenweite Nr. 400, das vor der Befestigung biaxial bis zur Straffheit gedehnt wird. Die Abdeckplatte 220 des inneren Zylinders besteht aus einer Glasplatte mit einer Dicke von 0,8 cm und einem Gewicht von 500 g. Das Edelstahlgewicht 210 hat ein Gewicht von 1700 g.
Eine Zugprüfmaschine mit einer Bersttest-Lastzelle (erhältlich von Intelect-II-STD Tensile Tester, hergestellt von Thwing-Albert Instrument Co., Pennsylvania, USA) wird für diesen Test benutzt. Bezugnehmend auf 6 umfasst dieses Instrument eine Kraftsensor-Lastzelle 330, die mit einer polierten, kugelförmigen Edelstahlsonde 290 ausgestattet ist, einen beweglichen Kreuzkopf 320, einen stationären Kreuzkopf 310, eine kreisförmige untere Platte 280 und eine obere Spannplatte 300, die zum pneumatischen Einspannen der Probe 260 verwendet wird. Die untere Spannplatte 280 ist an dem stationären Kreuzkopf 310 befestigt. Sowohl die untere Spannplatte 280 als auch die obere Spannplatte 300 haben einen Durchmesser von 115 mm, eine Dicke von 2,9 mm und eine kreisförmige Öffnung mit 18,65 mm Durchmesser. Die polierte, kugelförmige Edelstahlsonde 290 hat einen Durchmesser von 15,84 mm. Während des BBS-Testverfahrens bewegt sich der bewegliche Kreuzkopf 320 nach oben und verursacht, dass die Sonde 290 die Probe 260 berührt und in diese eindringt. Wenn die Sonde 290 in die Probe 260 eindringt, wird der Test als abgeschlossen angesehen, und die entsprechenden Daten werden aufgezeichnet.
Bezugnehmend auf die Probenahmevorrichtung, die in 5 abgebildet ist, wird der innere Zylinder 270 in den äußeren Zylinder 230 eingeführt. Eine Probe von 1,0 g Absorptionspolymerzusammensetzung wird in den inneren Zylinder 270 gegeben und gleichmäßig auf dem Edelstahlsieb 250 der Maschenweite Nr. 400 dispergiert. Die zusammengefügten Zylinder mit Absorptionspolymer werden in das Teflon^®-Fach 240 mit flachem Boden übertragen, und die Abdeckplatte 220 des inneren Zylinders wird auf den inneren Zylinder 270 gegeben. Eine 30,0-ml-Aliquote mit synthetischer Urinlösung wird in das Teflon^®-Fach 240 mit flachem Boden gegossen. Die synthetische Urinlösung läuft durch das Edelstahlsieb und wird von der Absorptionspolymerzusammensetzung 260 absorbiert. Das Edelstahlgewicht 210 wird fünf Minuten nach Zugabe der Flüssigkeit auf die Abdeckplatte 220 des inneren Zylinders gegeben. Nach weiteren 25 Minuten werden das Edelstahlgewicht 210 und die Abdeckplatte 220 des inneren Zylinders entfernt. Für die Gültigkeit des Verfahrens muss die gesamte synthetische Urinlösung zu diesem Zeitpunkt von der Absorptionspolymerzusammensetzung absorbiert worden sein. Der innere Zylinder 270 mit der Schicht aus gequollenem Absorptionspolymer 260 wird zur Messung der BBS sofort an den Berstprüfer übertragen.
Bezugnehmend auf den in 6 abgebildeten Berstprüfer wird der innere Zylinder 270 mit der gequollenen Absorptionspolymerschicht 260 zentral auf der unteren Spannplatte 280 positioniert und wird pneumatisch mit der oberen Spannplatte 300 fixiert. Die Messung wird mit einer Bruchempfindlichkeit von 10,00 g und einer Testgeschwindigkeit von 12,7 cm/min (5,00 Inch/Minute) durchgeführt. Die Messung wird initiiert, und der Kreuzkopf 320 bewegt sich nach oben, bis die polierte, kugelförmige Edelstahlsonde 290 in die Absorptionsmaterialgelschicht 260 eindringt. Nachdem das Bersten einer Probe erkannt wurde, kehrt der bewegte Kreuzkopf 320 in seine Startposition zurück. Die BBS wird als Spitzenlast in Pond ausgedrückt. Der Durchschnitt von drei Bestimmungen wird als die BBS für die Absorptionspolymerzusammenetzung aufgezeichnet.
3. Flüssigkeitsweiterleitung (SFC)
Ein Maß der Durchlässigkeit und ein Anzeichen von Porosität wird von der Flüssigkeitsweiterleitung des Gelbetts, wie in US-Patent Nr. 5,562,646 , (Goldman et al.), erteilt am 8. Okt. 1996, beschrieben, bereitgestellt. Dieses Verfahren wird für Mischbettionentauscher-Absorptionspolymersysteme, wie nachstehend erörtert, modifiziert.
Es wird angenommen, dass die Mischbettionentauscher-Absorptionspolymerprobe während der SFC-Messung weiterhin Ionen aus der Salzlösung tauscht. Letztlich wird die Ionentauschkapazität des Absorptionspolymers überschritten, und die Ionenstärke der Lösung, die das gequollene Polymer umgibt, steigt an, was zu einer gewissen Entquellung des Gelbetts führt. Die Flüssigkeitsmenge, die infolge des Entquellen aus dem Gel gedrückt wird, ist klein im Vergleich zu der Flüssigkeitsmenge, die während der SFC-Messung durch das Gelbett fließt. Da die endgültige Dicke des Gelbetts erheblich kleiner ist als die anfängliche Dicke, wird die endgültige Dicke des Gelbetts zum Messen der SFC-Werte verwendet. Die Verwendung der endgültigen Dicke des Gelbetts bei der Berechnung stellt die minimale während der Messung erhaltene SFC bereit. Die Verwendung der anfänglichen oder einer zwischenzeitlichen Dicke des Gelbetts stellt noch höhere SFC-Werte bereit.
Obwohl die SFC kein direktes Maß der Porosität ist, erfordert eine hohe Durchlässigkeit für Flüssigkeit generell auch einen hohen Porositätsgrad in teilchenförmigen Absorptionspolymersystemen. Somit gibt der relativ hohe SFC-Wert für die Mischbettionentauscher-Absorptionspolymerzusammensetzung auch einen relativ hohen Porositätsgrad an.
D. Absorptionselemente
Absorptionselemente gemäß der vorliegenden Erfindung umfassen die vorstehend beschriebenen Absorptionspolymerzusammensetzungen, mit oder ohne andere fakultative Bestandteile, wie Fasern, thermoplastisches Material usw. Bevorzugte Materialien sind ausführlich in Sp. 23, Zeile 13 bis Sp. 29, Zeile 16 von US-Patent Nr. 5,562,646 (Goldman et al.) beschrieben. Diese Absorptionselemente, die diese Absorptionspolymere umfassen, können als Flüssigkeitsspeicherelemente im Absorptionskern fungieren. Die Hauptfunktion solcher Flüssigkeitsspeicherelemente ist das Absorbieren der ausgeschiedenen Körperflüssigkeit entweder direkt oder von anderen Absorptionselementen (z. B. Flüssigkeitsaufnahme/-verteilungselementen) und das nachfolgende Einbehalten solcher Flüssigkeit, selbst bei Einwirkung von Drücken, die normalerweise infolge der Bewegungen des Trägers vorkommen. Es sollte sich jedoch verstehen, dass solche polymerhaltigen Absorptionselemente anderen Funktionen als der Flüssigkeitsspeicherung dienen können.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthalten die Absorptionselemente gemäß der vorliegenden Erfindung einen oder mehrere Bereiche mit einer relativ hohen Konzentration dieser Absorptionspolymere. Um relativ dünne Absorptionsartikel bereitzustellen, die in der Lage sind, große Mengen von Körperflüssigkeiten zu absorbieren und einzubehalten, ist es wünschenswert, den Gehalt dieser Absorptionspolymere zu maximieren und den Gehalt anderer Bestandteile, insbesondere faseriger Bestandteile, zu minimieren. Um die Absorptionspolymere in relativ hohen Konzentrationen nutzen zu können, ist es jedoch wichtig, dass diese Polymere ein relativ hohes Soll-Absorptionsvermögen unter einem relativ hohen Grenzdruck (d. h. PUP-Kapazität) und vorzugsweise eine relativ hohe Durchlässigkeit unter Druck (d. h. SFC) aufweisen. Dies deshalb, damit das Polymer, wenn es in Gegenwart von Körperflüssigkeiten gequollen ist, eine adäquate Fähigkeit zum Aufnehmen dieser ausgeschiedenen Körperflüssigkeiten und dann zum Transportieren dieser Flüssigkeiten durch die Zone oder Schicht mit relativ hoher Gelkonzentration zu anderen Bereichen des Absorptionselements und/oder Absorptionskerns und/oder dann zum Speichern dieser Körperflüssigkeiten bereitstellt.
Beim Messen der Konzentration einer Absorptionspolymerzusammensetzung in einem gegebenen Bereich eines Absorptionselements wird der Gewichtsprozentsatz des Absorptionspolymers relativ zu dem kombinierten Gewicht von Absorptionspolymer und jeglichen anderen Bestandteilen (z. B. Fasern, thermoplastischem Material usw.), die in dem Bereich, der das Polymer enthält, vorhanden sind, verwendet. Unter Berücksichtigung dessen liegt die Konzentration der Absorptionspolymerzusammensetzung in einem gegebenen Bereich eines Absorptionselements der vorliegenden Erfindung vorzugsweise im Bereich von ungefähr 40 bis 100%, von ungefähr 50 bis 100%, von ungefähr 60 bis 100%, von ungefähr 70 bis 100%, von ungefähr 80 bis 100% oder von ungefähr 90% bis 100%. Natürlich gilt im Allgemeinen, dass das Absorptionselement umso dünner und weniger voluminös ist, je höher die relative Konzentration des Absorptionspolymers ist.
E. Absorptionskerne und Absorptionsartikel
Die Absorptionspolymerzusammensetzungen der vorliegenden Erfindung können genau wie herkömmliche Absorptionspolymere in jedem Absorptionskern und/oder Absorptionsartikel verwendet werden, der für die Absorption von Körperflüssigkeiten verwendet wird, wie in US-Patent Nr. 5,562,646 (Goldman et al.) beschrieben. Das '646-Patent beschreibt Absorptionskerne ausführlich in Sp. 33, Zeile 7 bis Sp. 52, Zeile 24 und beschreibt Absorptionsartikel ausführlich in Sp. 52, Zeile 25 bis Sp. 54, Zeile 9. Zu solchen Artikeln gehören Windeln, Produkte für die weibliche Intimhygiene und/oder Inkontinenzprodukte für Erwachsene. Ein Ersatz der herkömmlichen Absorptionspolymere durch Mischbettionentauscher-Absorptionspolymere des gleichen Gewichts ermöglicht ein erhöhtes Absorptionsvermögen des Artikels. Alternativ können die Absorptionspolymere durch ein geringeres Gewicht ersetzt werden, um das Absorptionsvermögen des Artikels nicht zu erhöhen, sondern einen leichteren, dünneren und/oder weniger voluminösen Artikel zu ermöglichen.
Die Einbeziehung von Absorptionspolymeren der vorliegenden Erfindung in vorstehend offenbarte Absorptionsartikel liegt für den Fachmann nahe. Zu solchen Produkten gehören jene mit Merkmalen wie zum Beispiel atmungsaktiven Unterschichten, Klettverschluss-Befestigungsmitteln, Bikomponentenfasermatrizen und dergleichen.
Absorptionsartikel, die hierin beschriebene Absorptionspolymerzusammensetzungen enthalten können, sind zum Beispiel in US-Patent Nr. 3,224,926 (Bernardin), erteilt am 21. Dezember 1965; US-Patent Nr. 3,440,135 (Chung), erteilt am 22. April 1969; US-Patent Nr. 3,932,209 (Chatterjee), erteilt am 13. Januar 1976; und US-Patent Nr. 4,035,147 (Sangenis et al.), erteilt am 12. Juli 1977, offenbart. Mehr bevorzugte versteifte Fasern sind in US-Patent Nr. 4,822,453 (Dean et al.), erteilt am 18. April 1989; US-Patent Nr. 4,888,093 (Dean et al.), erteilt am 19. Dezember 1989; US-Patent Nr. 4,898,642 (Moore et al.), erteilt am 6. Februar 1990; und US-Patent Nr. 5,137,537 (Herrow et al.), erteilt am 11. August 1992; US-Patent Nr. 4,818,598 (Wong), erteilt am 4. April 1989; US-Patent Nr. 5,562,646 (Goldman et al.), erteilt am 8. Okt. 1996; US-Patent Nr. 5,217,445 (Young et al.), erteilt am 8. Juni 1993; US-Patent Nr. 5,360,420 (Cook et al.), erteilt am 1. November 1994; US-Patent Nr. 4,935,022 (Lash et al.); US-Anmeldungen Eingangsnr. 08/153,739 (Dragon et al.), eingereicht am 16. November 1993; US-Anmeldung Eingangsnr. 08/164,049 (Dragon et al.), eingereicht am 8. Dezember 1993; US-Patent Nr. 4,260,443 (Lindsay et al.); US-Patent Nr. 4,467,012 (Pedersen et al.), erteilt am 21. August 1984; US-Patent Nr. 4,715,918 (Lang), erteilt am 29. Dezember 1987; US-Patent Nr. 4,851,069 (Packard et al.), erteilt am 25. Juli 1989; US-Patent Nr. 4,950,264 (Osborn), erteilt am 21. August 1990; US-Patent Nr. 4,994,037 (Bernardin), erteilt am 19. Februar 1991; US-Patent Nr. 5,009,650 (Bernardin), erteilt am 23. April 1991; US-Patent Nr. 5,009,653 (Osborn), erteilt am 23. April 1991; US-Patent Nr. 5,128,082 (Makoui), 7. Juli 1992; US-Patent Nr. 5,149,335 (Kellenberger et al.), erteilt am 22. September 1992; und US-Patent Nr. 5,176,668 (Bernardin), erteilt am 5. Januar 1993; US-Anmeldung Eingangsnr. 141,156 (Richards et al.), eingereicht am 21. Oktober 1993; US-Patent Nr. 4,429,001 (Kolpin et al.), erteilt am 31. Januar 1984; US-Patentanmeldung Eingangsur. 07/794,745 (Aziz et al.), eingereicht am 19. November 1991, offenbart.
F. Spezielle Beispiele
Ein leicht vernetztes, teilweise neutralisiertes Poly(acrylsäure)-Absorptionspolymer mit einer relativ hohen PUP-Kapazität (~33 g/g bei 4,8 kPa (0,7 psi); 60 Minuten) ist von der Chemdal Corporation, Palantine, Illinois, USA (ASAP-2300; Charge Nr. 426152) erhältlich. (Ähnliche Proben von ASAP-2300 sind von Procter & Gamble Co., Paper Technology Division, Cincinnati, OH, USA, erhältlich.) Dieses Material dient als Vergleichsprobe und wird hierin als „Vergleichsprobe" bezeichnet.
Eine Probe eines Absorptionspolymers, das erhöhte Integrität relativ zu herkömmlichen Polyacrylat-Absorptionspolymeren bereitstellt, ist von Nippon Shokubai (Charge Nr. TN37408) erhältlich. Dies ist ein Polyacrylat, dessen Oberfläche mit Polyethylenimin behandelt ist. Das Polymer ist in US-Patent Nr. 5,382,610 , eingereicht am 17. Jan. 1995, ausführlich beschrieben. Dieses Material wird hierin als „Probe ST" bezeichnet.
Beispiel 1
Herstellung von ionentauschenden Absorptionspolymeren
(i) Kationentauschendes Absorptionspolymer
Zum Herstellen des kationentauschenden Absorptionspolymers wird ein Teil der Vergleichsprobe mit einem US-Standardsieb der Maschenweite Nr. 50 gesiebt, um Teilchen zu entfernen, die größer als ungefähr 300 Mikrometer im Durchmesser sind. Ungefähr 50 Gramm des gesiebten Absorptionspolymers mit einer Teilchengröße unter ungefähr 300 Mikrometer wird in die Säureform umgewandelt, indem das Polymer in einer verdünnten Salzsäurelösung suspendiert wird, die durch Zugabe von ungefähr 46,5 g konzentriertem HCl(Baker; 36,5–38% HCl) zu ungefähr 900 ml destilliertem entionisierten Wasser hergestellt wird. Die Suspension wird vorsichtig ungefähr 1,5 Stunden gerührt, wonach man das Absorptionspolymer sich absetzen lässt und der Flüssigkeitsüberstand durch Dekantierung entfernt wird. Die dekantierte Flüssigkeit wird durch ein gleiches Volumen an destilliertem entionisierten Wasser ersetzt, die Suspension wird vorsichtig für ungefähr eine Stunde geschüttelt, man lässt das Absorptionspolymer sich absetzen, und der Flüssigkeitsüberstand wird wieder durch Dekantierung entfernt. Dieser Tauschprozess wird (ungefähr acht Mal) mit einem gleichen Volumen an destilliertem entionisierten Wasser wiederholt, bis der pH des Flüssigkeitsüberstands 5–6 erreicht. Der Tauschprozess wird dann drei Mal drei Mal mit Isopropanol (analysenrein; VWR, West Chester, PA, USA), drei Mal mit Aceton (analysenrein; VWR), und ein Mal mit wasserfreiem Ether (analysenrein; EM Science, Gibbstown, NJ, USA) wiederholt. Das Produkt wird vorsichtig auf einer Folie aus Polytetrafluorethylen ausgebreitet und über Nacht trocknen gelassen. Nach vorsichtigem manuellem Aufbrechen mit einem Spatel wird das Produkt unter hohem Unterdruck für 96 Stunden bei Raumtemperatur getrocknet, um jegliche verbleibenden Lösungsmittel zu entfernen. Die Probe wird durch ein US-Sieb der Maschenweite 20 gesiebt, um alle großen Teilchen oder Agglomerate zu entfernen. Ungefähr 30 Gramm Ionentauscher-Absorptionspolymer in Form von säureförmiger, vernetzter Poly(acrylsäure) werden erhalten und unter einer trockenen Atmosphäre gelagert (Probe PAA).
(ii) Anionentauschendes Absorptionspolymer
Verzweigtes Polyethylenimin mit einem nominalen Molekulargewicht-Gewichtsmittel von 750.000 g/Mol wird als 50%-ige wässrige Lösung von Aldrich Chemical Co., Milwaukee, Wisconsin, USA (Katalognummer 18, 917-8; Chargennummer 12922PQ) bezogen. Eine 20-Gramm-Probe dieser Lösung wird weiter mit 37 Gramm destilliertem Wasser verdünnt und für 30 Minuten in einem 250-ml-Becher gerührt, um eine vollständige Auflösung zu erreichen. Ethylenglycoldiglycidylether (50%-ige Lösung), 2,14 Gramm (Aldrich Chemical Co., Katalognummer E2, 720-3; Chargennummer 07405DN), wird zu der Polyethylenimin-Lösung gegeben, und die Mischung wird bei Raumtemperatur für ungefähr zwei Minuten gerührt, bevor sie in einen für drei Stunden in einen belüfteten Ofen bei ungefähr 65°C gegeben wird. Das resultierende Gel wird abkühlen gelassen und dann in Stücke von ungefähr 1 bis 5 mm Durchmesser zerbrochen. Die Mischung wird dann in einen 4000-ml-Becher, der zwei Liter destilliertes Wasser enthält, gegeben und über Nacht vorsichtig gerührt. Das überschüssige Wasser wird abdekantiert, und die verbleibende Probe wird unter hohem Unterdruck für ungefähr 96 Stunden getrocknet, um ein leicht vernetztes anionentauschendes Polyethylenimin-Absorptionspolymer zu ergeben, das unter einer trockenen Atmosphäre gelagert wird (Probe BPEI).
(iii) Mischbettionentauscher-Absorptionspolymer
Das vernetzte anionentauschende Polyethylenimin-Absorptionspolymer (Probe BPEI) wird kryogen gemahlen und unter einer Atmosphäre aus trockenem Stickstoff gesiebt. Es wird eine Teilchengrößenfraktion gesammelt, die durch ein US-Standardsieb der Maschenweite 25 passt, aber nicht durch ein US-Standardsieb der Maschenweite 70 (d. h. eine Fraktion mit Teilchen im Bereich von ungefähr 200 bis 700 Mikrometer im Durchmesser).
Ungefähr gleiche Gewichte des gesiebten vernetzten kationentauschenden Poly(acrylsäure)-Absorptionspolymers (Probe PAA) und des gesiebten vernetzten anionentauschenden Polyethylenimin-Absorptionspolymers (Probe BPEI) werden so zusammengemischt, dass die Teilchen jeder Polymerart gleichmäßig über die Mischung verteilt sind. Diese Mischung umfasst eine Mischbettionentauscher-Absorptionspolymerzusammensetzung (Probe MB-1) der vorliegenden Erfindung.
(iv) PUP-Kapazitätsmessungen

Ungefähr 0,9 Gramm der Mischbettionentauscher-Absorptionspolymerzusammensetzung (Probe MB-1) werden in einen PUP-Zylinder (wie im Abschnitt Testverfahren vorstehend beschrieben) übertragen und vorsichtig über die gesamten Fläche des Siebs, das die Unterseite des Zylinders umfasst, verteilt. PUP-Kapazitäten werden auf separaten Proben unter Grenzdrücken von 4,8 kPa (0,7 psi) und 9,7 kPa (1,4 psi) bestimmt, wobei die Menge absorbierter Flüssigkeit für einen Zeitraum von 16 Stunden in häufigen Intervallen gemessen wird. Die gemessenen PUP-Kapazitäten bei 4,8 kPa (0,7 psi) und 9,7 kPa (1,4 psi) werden als Funktion der Zeit in 3 bzw. 4 dargestellt. Ausgewählte PUP-Kapazitätsdaten bei 2, 4, 8 und 16 Stunden sind in Tabelle 1 unten aufgeführt. Tabelle 1: PUP-Kapazitäten für Absorptionspolymerzusammensetzungen

	4,8 kPa	4,8 kPa	4,8 kPa	9,7 kPa	9,7 kPa	9,7 kPa
	(0,7 psi)	(0,7 psi)	(0,7 psi)	(1,4 psi)	(1,4 psi)	(1,4 psi)
	(4 Std.)	(8 Std.)	(16 Std.)	(2 Std.)	(8 Std.)	(16 Std.)
Probe MB-1	44 g/g	48 g/g	50 g/g	32 g/g	40 g/g	42 g/g
Vergleichsprobe	33 g/g	33 g/g	33 g/g	20 g/g	20 g/g	20 g/g

Ein Vergleich der PUP-Kapazitäten zeigt an, dass die Mischbettionentauscher-Absorptionspolymerzusammensetzung (Probe MB-1) einen Anstieg von ungefähr 100% in der PUP-Kapazität bei einem Grenzdruck von 9,7 kPa (1,4 psi) und einen Anstieg von ungefähr 40% in der PUP-Kapazität bei einem Grenzdruck von 4,8 kPa (0,7 psi) nach 8 Stunden relativ zu den Kapazitäten des teilweise neutralisierten Polyacrylat-Absorptionspolymers unter analogen Testbedingungen (Vergleichsprobe).
(v) Durchlässigkeitsmessung
Ein Maß der Durchlässigkeit und ein Anzeichen von Porosität wird von der Flüssigkeitsweiterleitung des Gelbetts, wie in US-Patent Nr. 5,562,646 , (Goldman et al.), erteilt am 8. Okt. 1996, beschrieben, bereitgestellt. Dieses Verfahren wird für Mischbettionentauscher-Absorptionspolymersysteme modifiziert, wie im Abschnitt Testverfahren vorstehend erörtert. Ungefähr 0,9 Gramm der Mischbettionentauscher-Absorptionspolymerzusammensetzung (Probe MB-1) werden in einen Zylinder, der für Salzfluss-Leitfähigkeitsmessung (SFC) ausgelegt ist, übertragen und vorsichtig über die gesamten Fläche des Siebs, das die Unterseite des Zylinders umfasst, verteilt. Die gemessenen Flüssigkeitsweiterleitungswerte sind in Tabelle 2 nachstehend aufgefürt. Tabelle 2: SFC-Werte für Absorptionspolymerzusammensetzungen

SFC-Wert

Probe MB-1 ~68 × 10^–7 cm³s/g

Vergleichsprobe ~10 × 10^–7 cm³s/g
Der Vergleich der Flüssigkeitsweiterleitungswerte demonstriert, dass die Porosität und die Durchlässigkeit der Mischbettionentauscher-Absorptionspolymerzusammensetzung (Probe MB-1) wesentlich größer sind als jene des teilweise neutralisierten Polyacrylat-Absorptionspolymers (Vergleichsprobe) unter analogen Testbedingungen.
(vi) Integrität des Gelbetts
Ein Maß der Integrität einer Schicht der Absorptionspolymerzusammensetzung im gequollenen Zustand wird durch die Kugelberstfestigkeit (BBS), wie vorstehend beschrieben, bereitgestellt. Die gemessenen Kugelberstfestigkeitswerte für Probe MB-1, Probe ST und Vergleichsprobe sind in Tabelle 3 nachstehend aufgeführt: Tabelle 3: BBS-Werte für Mischbettionentauscher-Absorptionspolymerzusammensetzungen

BBS

Probe MB-1 2,21 N (225 p)

Probe ST 1,30 N (133 p)

Vergleichsprobe 0,17 N (17 p)
Ein Vergleich der Kugelberstfestigkeitswerte in Tabelle 3 zeigt an, dass die Mischbettionentauscher-Absorptionspolymerzusammensetzung (Probe MB-1) einen wesentlichen Anstieg in der Integrität der Gelschicht relativ zu dem teilweise neutralisierten Polyacrylat-Absorptionspolymer (Vergleichsprobe) und der Probe ST unter analogen Testbedingungen zeigt.
Beispiel 2
Herstellung von ionentauschenden Absorptionspolymeren
(i) Kationentauschendes Absorptionspolymer
Das kationentauschende Absorptionspolymer wird wie in Beispiel 1, Abschnitt (i) beschrieben hergestellt; (Probe PAA).
(ii) Anionentauschendes Absorptionspolymer
a) Herstellung von vernetztem Polyallylamin
Polyallylaminhydrochlorid mit einem nominalen Molekulargewicht-Gewichtsmittel von 60.000 g/mol wird von Polysciences, Inc. Warrington, Pennsylvania, USA (Katalognummer 18378; Chargennummer 455913) bezogen. Eine Lösung von Polyallylaminhydrochlorid wird durch Auflösen von 16,4 Gramm des Polymers in 165 ml destilliertem Wasser hergestellt. 15,6 Gramm einer 50%-igen wässrigen Natriumhydroxidlösung werden tropfenweise unter Rühren zu dieser Lösung gegeben. Ethylenglycoldiglycidylether (50%-ige Lösung), 2,0 Gramm (Aldrich Chemical Co., Katalognummer E2, 720-3; Chargennummer 07405DN), wird zu der Polyallylamin-Lösung gegeben, und die Mischung wird bei Raumtemperatur für ungefähr zwei Minuten gerührt, bevor sie in einen für drei Stunden in einen belüfteten Ofen bei ungefähr 65°C gegeben wird. Das resultierende Gel wird in Stücke von ungefähr 5 mm Durchmesser gebrochen und in einen 4000-ml-Becher, der einen Liter destilliertes Wasser enthält, übertragen. Die Mischung wird über Nacht vorsichtig gerührt, und das überschüssige Wasser wird abdekantiert. Die verbleibende Probe wird unter hohem Unterdruck für ungefähr 96 Stunden bei Raumtemperatur getrocknet, um ein leicht vernetztes anionentau schendes Polyallylamin-Absorptionspolymer zu ergeben, das unter einer trockenen Atmosphäre gelagert wird (Probe PAAM).
b) Methylierung der Probe PAAM
Methansäure (96%-ige Lösung), 21,02 Gramm (Aldrich Chemical Co., Katalognummer 25, 136-4) und Formaldehyd (37%-ige Lösung), 35,56 Gramm (Aldrich Chemical Co., Katalognummer 25, 254-9; Chargennummer, 04717TZ) werden zu 800 Gramm destilliertem Wasser gegeben. Zehn Gramm vernetztes Polyallylamin (Probe PAAM) werden zu der vorstehenden Lösung gegeben, und die Mischung wird für 24 Stunden in einen Ofen bei 70°C gegeben. Das Gel wird durch Dekantierung zurückgewonnen und über Nacht in 1000 ml Wasser gerührt, um extrahierbare Stoffe zu entfernen. Die Flüssigkeitsüberstandslösung wird abdekantiert und durch 1 Liter 1,7%-ige wässrige Natriumhydroxidlösung ersetzt, um überschüssige Methansäure in dem Gel zu entfernen. Die Mischung wird für ungefähr 24 Stunden stehen gelassen, und das Polymer wird durch Dekantierung des Flüssigkeitsüberstands zurückgewonnen. Dieses Verfahren wird (ungefähr drei Mal) mit 1 Liter 1,7%-iger wässriger Natriumhydroxidlösung wiederholt, bis ein pH von 13 erreicht wird. Das Gel wird durch Vakuumfiltration zurückgewonnen und über Nacht in 3000 ml Wasser getränkt. Das überschüssige Wasser wird abdekantiert, und die verbleibende Probe wird unter hohem Unterdruck bei Raumtemperatur für ungefähr 96 Stunden getrocknet, um ein leicht vernetztes anionentauschendes tert.-Polyallylamin-Absorptionspolymer zu ergeben, das unter einer trockenen Atmosphäre gelagert wird. Spektroskopische NMR-Analyse des Produkts zeigt, dass ungefähr 90 Prozent der Amingruppen in dem Polymer methyliert sind, um tertiäre Amineinheiten zu bilden (Probe t-PAAM).
(iii) Mischbettionentauscher-Absorptionspolymer
Das vernetzte anionentauschende tert.-Polyallylamin-Absorptionspolymer (Probe t-PAAM) wird kryogen gemahlen und unter einer Atmosphäre aus trockenem Stickstoff gesiebt. Es wird eine Teilchengrößenfraktion gesammelt, die durch ein US-Standardsieb der Maschenweite 25 passt, aber nicht durch ein US-Standardsieb der Maschenweite 70 (d. h. eine Fraktion mit Teilchen im Bereich von ungefähr 200 bis 700 Mikrometer im Durchmesser).
Ungefähr 0,29 Gramm des gesiebten vernetzten kationentauschenden Poly(acrylsäure)-Absorptionspolymers (Probe PAA) und 0,71 Gramm des gesiebten vernetzten anionentauschenden tert-Polyallylamin-Absorptionspolymers (Probe t-PAAM) werden so zusammengemischt, dass die Teilchen jeder Polymerart gleichmäßig über die Mischung verteilt sind. Diese Mischung umfasst eine Mischbettionentauscher-Absorptionspolymerzusammensetzung (Probe MB-2) der vorliegenden Erfindung.
(iv) PUP-Kapazitätsmessungen

Ungefähr 0,9 Gramm der Mischbettionentauscher-Absorptionspolymerzusammensetzung (Probe MB-2) werden in einen PUP-Zylinder (wie im Abschnitt Testverfahren vorstehend beschrieben) übertragen und vorsichtig über die gesamten Fläche des Siebs, das die Unterseite des Zylinders umfasst, verteilt. PUP-Kapazitäten werden auf separaten Proben unter Grenzdrücken von 4,8 kPa (0,7 psi) und 9,7 kPa (1,4 psi) bestimmt, wobei die Menge absorbierter Flüssigkeit für einen Zeitraum von 16 Stunden in häufigen Intervallen gemessen wird. Die gemessenen PUP-Kapazitäten bei 4,8 kPa (0,7 psi) und 9,7 kPa (1,4 psi) werden als Funktion der Zeit in 3 bzw. 4 dargestellt. Ausgewählte PUP-Kapazitätsdaten bei 2, 4, 8 und 16 Stunden sind in Tabelle 4 unten aufgeführt. Tabelle 4 PUP-Kapazitäten für Absorptionspolymerzusammensetzungen

	4,8 kPa	4,8 kPa	4,8 kPa	9,7 kPa	9,7 kPa	9,7 kPa
	(0,7 psi)	(0,7 psi)	(0,7 psi)	(1,4 psi)	(1,4 psi)	(1,4 psi)
	(4 Std.)	(8 Std.)	(16 Std.)	(2 Std.)	(8 Std.)	(16 Std.)
Probe MB-2	41 g/g	43 g/g	44 g/g	33 g/g	40 g/g	42 g/g
Vergleichsprobe	33 g/g	33 g/g	33 g/g I	20 g/g	20 g/g	20 g/g

Ein Vergleich der PUP-Kapazitäten zeigt, dass die Mischbettionentauscher-Absorptionspolymerzusammensetzung (Probe MB-2) unter den vorstehend beschriebenen Testbedingungen wesentlich mehr synthetische Urinlösung absorbiert als Dias teilweise neutralisierte Polyacrylat-Absorptionspolymer (Vergleichsprobe).
Beispiel 3
Herstellung von ionentauschenden Absorptionspolymeren
(i) Kationentauschendes Absorptionspolymer
Das kationentauschende Absorptionspolymer wird wie in Beispiel 1, Abschnitt (i) beschrieben hergestellt; (Probe PAA).
(ii) Anionentauschendes Absorptionspolymer
a) Herstellung von linearem Polyethylenimin
Poly(2-ethyl-2-oxazolin) mit einem nominalen Molekulargewicht-Gewichtsmittel von 500.000 g/Mol wird von Aldrich Chemical Co., Milwaukee, Wisconsin, USA (Katalognummer 37, 397-4; Chargennummer 17223HG) bezogen. Eine 100-Gramm-Probe Poly(2-ethyl-2-oxazolin) wird in einer Salzsäurelösung aufgelöst, die durch Mischen von 1000 ml Wasser und 200 ml konzentrierter Salzsäure hergestellt wird.
Die Lösung wird bei 100°C für 72 Stunden unter Rückflusskühlung erwärmt, dann auf Raumtemperatur abkühlen gelassen. Das Produkt wird aus der Reaktionslösung ausgefällt, indem 256 ml einer 50%-igen Lösung von Natriumhydroxid tropfenweise unter Rühren zugegeben werden. Der weiße feste Niederschlag wird durch Vakuumfiltration gewonnen und mit 5000 ml Wasser gewaschen. Das Produkt wird für 48 Stunden gefriergetrocknet, um lineares Polyethylenimin zu ergeben.
b) Herstellung von vernetztem linearen Polyethylenimin
Lineares Polyethylenimin, 5,0 g, wie vorstehend hergestellt, wird in 50 ml Methanol gelöst. Ethylenglycoldiglycidylether (50%-ige Lösung), 0,5 Gramm (Aldrich Chemical Co., Katalognummer E2, 720-3; Chargennummer 07405DN), wird zu der Lösung von linearem Polyethylenimin gegeben, und die Mischung wird bei Raumtemperatur für ungefähr zwei Minuten gerührt, bevor sie in einen für drei Stunden in einen belüfteten Ofen bei ungefähr 65°C gegeben wird. Das resultierende Gel wird zu Teilchen von ungefähr 5 mm Durchmesser zerbrochen und wird über Nacht vorsichtig in 500 ml Methanol gerührt. Die Probe wird durch Dekantierung gewonnen und wird für ungefähr 48 Stunden unter hohem Unterdruck getrocknet, um ein leicht vernetztes anionentauschendes Polyethylenimin-Absorptionspolymer zu ergeben, das unter einer trockenen Atmosphäre gelagert wird (Probe LPEI-1).
c) Partielle Methylierung von vernetztem Polyethylenimin
Lineares Polyethylenimin, 5,37 g, wie vorstehend hergestellt, wird in 45 Gramm Methanol gelöst. Ethylenglycoldiglycidylether (50%-ige Lösung), 1,07 Gramm (Aldrich Chemical Co., Katalognummer E2, 720-3; Chargennummer 07405DN), wird zu der Lösung von linearem Polyethylenimin gegeben, und die Mischung wird bei Raumtemperatur für ungefähr zwei Minuten gerührt, bevor sie in einen für drei Stunden in einen belüfteten Ofen bei ungefähr 65°C gegeben wird. Das resultierende Gel wird zu Teilchen von ungefähr 5 mm Durchmesser zerbrochen und wird über Nacht vorsichtig in 500 ml Methanol gerührt. Die Probe wird durch Dekantierung gewonnen und wird für ungefähr 48 Stunden unter hohem Unterdruck getrocknet, um ein leicht vernetztes anionentauschendes Polyethylenimin-Absorptionspolymer zu ergeben, das unter einer trockenen Atmosphäre gelagert wird (Probe LPEI-2).
Methansäure (96%-ige Lösung), 48,44 Gramm (Aldrich Chemical Co., Katalognummer 25, 136-4), und Formaldehyd (37%-ige Lösung), 81,17 Gramm (Aldrich Chemical Co., Katalognummer 25, 254-9), werden zu 370,39 Gramm destilliertem Wasser gegeben, um 500 Gramm Stammlösung zu ergeben. 46,98 Gramm dieser Stammlösung werden zu 5,37 Gramm vernetztem linearen Polyethylenimin gegeben (Probe LPEI-2). Die Mischung wird mit 450 ml destilliertem Wasser weiter verdünnt und für 24 Stunden in einen Ofen bei 70°C gegeben. Das Gel wird durch Dekantierung zurückgewonnen und über Nacht in 2500 ml Wasser gerührt, um extrahierbare Stoffe zu entfernen. Die Flüssigkeitsüberstandslösung wird abdekantiert und durch 20 ml 50%-ige wässrige Natriumhydroxidlösung ersetzt, um überschüssige Methansäure in dem Gel zu entfernen. Die Mischung wird für ungefähr 3 Stunden stehen gelassen, und das Polymer wird durch Dekantierung des Flüssigkeitsüberstands zurückgewonnen. Dieses Verfahren wird (ungefähr drei Mal) mit 20 ml 50%-iger wässriger Natriumhydroxidlösung wiederholt, bis ein pH von 13 erreicht wird. Das Gel wird durch Vakuumfiltration zurückgewonnen und über Nacht in 1000 ml Wasser getränkt. Der Flüssigkeitsüberstand wird abdekantiert und durch 500 ml Tetrahydrofuran ersetzt. Nach 24 Stunden wird das Tetrahydrofuran abdekantiert und durch 500 ml wasserfreien Ether ersetzt. Nach 24 Stunden wird der Ether abdekantiert, und das Gel wird bei Raumtemperatur für 48 Stunden unter hohem Unterdruck getrocknet. Spektroskopische NMR-Analyse des Produkts zeigt, dass ungefähr 65 Prozent der Amingruppen in dem Polymer methyliert sind, um tertiäre Amineinheiten zu bilden. (Probe NMEI-65)
(iii) Mischbettionentauscher-Absorptionspolymer
Das vernetzte lineare Polyethylenimin und anionentauschende Poly(N-methylethylenimin)-Absorptionspolymere (Proben LPEI-1 und NMEI-65) werden jeweils separat kryogen gemahlen und unter einer Atmosphäre von trockenem Stickstoff gesiebt. Es wird für jedes Material eine Teilchengrößenfraktion gesammelt, die durch ein US-Standardsieb der Maschenweite 25 passt, aber nicht durch ein US-Standardsieb der Maschenweite 70 (d. h. eine Fraktion mit Teilchen im Bereich von ungefähr 200 bis 700 Mikrometer im Durchmesser).
Ungefähr ein Gramm von jedem der gesiebten vernetzten anionentauschenden Absorptionspolymere (Proben LPEI-1 und NMEI-65) wird separat mit Portionen von einem Gramm des gesiebten vernetzten anionentauschenden Po1y(acrylsäure)-Absorptionspolymer (Probe PAA) gemischt, um die Teilchen jeder Polymerart gleichmäßig in den Mischungen zu verteilen. Diese Mischungen umfassen jeweils eine Mischbettionentauscher-Absorptionspolymerzusammensetzung (Proben MB-3a bzw. MB-3b) der vorliegenden Erfindung.
(iv) PUP-Kapazitätsmessungen

Ungefähr 0,9 Gramm der Mischbettionentauscher-Absorptionspolymerzusammensetzungen (Proben MB-3a und MB-3b) werden in separate PUP-Zylinder (wie im Abschnitt Testverfahren vorstehend beschrieben) übertragen und vorsichtig über die gesamten Fläche des Siebs, das die Unterseite des Zylinders umfasst, verteilt. PUP-Kapazitäten werden auf separaten Proben unter Grenzdrücken von 4,8 kPa (0,7 psi) und 9,7 kPa (1,4 psi) bestimmt, wobei die Menge absorbierter Flüssigkeit für einen Zeitraum von 16 Stunden in häufigen Intervallen gemessen wird. Die gemessenen PUP-Kapazitäten bei 4,8 kPa (0,7 psi) und 9,7 kPa (1,4 psi) werden als Funktion der Zeit in 3 bzw. 4 dargestellt. Ausgewählte PUP-Kapazitätsdaten bei 4, 8 und 16 Stunden sind in Tabelle 5 unten aufgeführt. Tabelle 5. PUP-Kapazitäten für Absorptionspolymerzusammensetzungen

	4,8 kPa	4,8 kPa	4,8 kPa	9,7 kPa	9,7 kPa
	(0,7 psi)	(0,7 psi)	(0,7 psi)	(1,4 psi)	(1,4 psi)
	(4 Std.)	(8 Std.)	(16 Std.)	(8 Std.)	(16 Std.)
Probe MB-3a	-	-	-	32	37
Probe MB-3b	39 g/g	42 g/g	43 g/g	-	-
Vergleichsprobe	33 g/g	33 g/g	33 g/g	20 g/g	20 g/g

Ein Vergleich der PUP-Kapazitäten zeigt, dass die Mischbettionentauscher-Absorptionspolymerzusammensetzungen (Probe MB-3a und MB-3b) unter den vorstehend beschriebenen Testbedingungen wesentlich mehr synthetische Urinlösung absorbieren als das teilweise neutralisierte Polyacrylat-Absorptionspolymer (Vergleichsprobe).
Beispiel 4
Herstellung von ionentauschenden Absorptionspolymeren
(i) Kationentauschendes Absorptionspolymer
Eine homogen vernetzte Poly(acrylsäure) wird synthetisch hergestellt, indem 24,03 Gramm Acrylsäuremonomer (Aldrich Chemical Co., Katalognummer 14, 723-0; Chargennummer 10115JC) in einen sauberen 250-ml-Harzkessel gegeben werden. N,N'-Methylenebisacrylamid (Aldrich Chemical Co., Katalognummer 14, 607-2; Chargennummer 07620EQ), 0,77 Gramm, und 2,2'-Azobis(2-amidinopropan)dihydrochlorid (Wako, Chargennummer P2197), 0,093 Gramm, werden in 96 Gramm Wasser gelöst und zu dem Acrylsäuremonomer in dem Harzkessel gegeben. Der Harzkessel wird versiegelt und für 15 Minuten mit Stickstoff gespült, dann für 16 Stunden in einen Ofen bei 65°C gegeben.
Das resultierende Gel wird abkühlen gelassen und dann in Stücke von ungefähr 1 bis 5 mm Durchmesser gebrochen und bei 70°C für 16 Stunden unter Vakuum getrocknet. Die Probe wird mit einer Wiley-Mühle gemahlen und durch ein Sieb der US-Maschenweite 20 gesiebt, um homogen vernetzte Poly(acrylsäure)-Teilchen zu erzeugen. Die Probe wird dann weiter gesiebt, um eine Teilchengrößenfraktion zu erhalten, die durch ein US-Standardsieb der Maschenweite 25 passt, aber nicht durch ein US-Standardsieb der Maschenweite 70 (d. h. eine Fraktion mit Teilchen im Bereich von ungefähr 212 bis 710 Mikrometer im Durchmesser) (Probe PAA-2).
(ii) Anionentauschendes Absorptionspolymer
0,15 Gramm Span 40 (Ruger Chemical Co.; Chargennummer W4250C12) wird zu 200 ml Cyclohexan (Aldrich; Chargennummer LR00246KR) in einem 500-ml-Harzkessel gegeben. Die Mischung wird 30 Minuten bei 60°C gerührt, um eine vollständige Auflösung zu erreichen. Verzweigtes Polyethylenimin mit einem nominalen Molekulargewicht-Gewichtsmittel von 750.000 g/Mol wird als 50%-ige wässrige Lösung von Aldrich Chemical Co., Milwaukee, Wisconsin, USA (Katalognummer 18, 917-8; Chargennummer 12922PQ) bezogen. Eine 20-Gramm-Probe dieser Lösung wird weiter mit 30 Gramm destilliertem Wasser verdünnt und für 30 Minuten in einem 250-ml-Becher gerührt, um vollständige Auflösung zu erreichen. Ethylenglycoldiglycidylether (50%-ige Lösung), 2,14 Gramm (Aldrich Chemical Co., Katalognummer E2, 720-3; Chargennummer 07405DN), wird zu der Polyethylenimin-Lösung gegeben, und die Mischung wird bei Raumtemperatur für ungefähr eine Minute gerührt, bevor sie langsam unter Rühren zu der Cyclohexanlösung gegeben wird. Die Mischung wird für zwei Stunden bei 60°C gerührt. Das überschüssige Cyclohexan wird abdekantiert, und die verbleibenden Kugeln werden mit 200 ml heißem frischen Cyclohexan gewaschen. Die Kugeln werden in 300 ml destilliertem Wasser über Nacht getränkt. Das überschüssige Wasser wird abgefiltert, und die verbleibenden Kugeln werden mit ungefähr 1000 ml destilliertem Wasser gewaschen. Die vernetzten Polyethyleniminkugeln werden in ein 100-ml-Gefäß mit weiter Öffnung übertragen, hydrophobes ausgefälltes Silica (Sipernat D17, CAS-Nummer 68611-44-9), 0,005 Gramm, wird zu den Kugeln gegeben, und die Mischung wird vorsichtig geschüttelt, um das Silica gleichmäßig in der Mischung zu verteilen. Das Material wird für ungefähr 96 Stunden unter hohem Unterdruck getrocknet, um Kugeln aus leicht vernetztem anionentauschenden Polyethylenimin-Absorptionspolymer zu ergeben, die unter einer trockenen Atmosphäre gelagert werden. Das Material wird gesiebt, um eine Teilchengröße zu erhalten, die durch ein US-Standardsieb der Maschenweite 25 passt, aber nicht durch ein US-Standardsieb der Maschenweite 50 (d. h. eine Frak tion mit Teilchen im Bereich von ungefähr 300 bis 710 Mikrometer im Durchmesser) (Probe BPEI-2).
(iii) Mischbettionentauscher-Absorptionspolymer
Ungefähr gleiche Gewichte der gesiebten Teilchen aus vernetztem kationentauschenden Poly(acrylsäure)-Absorptionspolymer (Probe PAA-2) und der gesiebten kugelförmigen Teilchen aus vernetztem anionentauschenden Polyethylenimin-Absorptionspolymer (Probe BPEI-2) werden so zusammengemischt, dass die Teilchen jeder Polymerart gleichmäßig über die Mischung verteilt sind. Diese Mischung umfasst eine Mischbettionentauscher-Absorptionspolymerzusammensetzung (Probe MB-4) der vorliegenden Erfindung.
(iv) PUP-Kapazitätsmessungen

Ungefähr 0,9 Gramm der Mischbettionentauscher-Absorptionspolymerzusammensetzung (Probe MB-4) werden in einen PUP-Zylinder (wie im Abschnitt Testverfahren vorstehend beschrieben) übertragen und vorsichtig über die gesamten Fläche des Siebs, das die Unterseite des Zylinders umfasst, verteilt. PUP-Kapazitäten werden auf separaten Proben unter Grenzdrücken von 4,8 kPa (0,7 psi) und 9,7 kPa (1,4 psi) bestimmt, wobei die Menge absorbierter Flüssigkeit für einen Zeitraum von 16 Stunden in häufigen Intervallen gemessen wird. Die gemessenen PUP-Kapazitäten bei 4,8 kPa (0,7 psi) und 9,7 kPa (1,4 psi) werden als Funktion der Zeit in Fig. xx bzw. yy dargestellt. Ausgewählte PUP-Kapazitätsdaten bei 2, 4, 8 und 16 Stunden sind in Tabelle 6 unten aufgeführt. Tabelle 6: PUP-Kapazitäten für Absorptionspolymerzusammensetzungen

	4,8 kPa	4,8 kPa	4,8 kPa	9,7 kPa	9,7 kPa	9,7 kPa
	(0,7 psi)	(0,7 psi)	(0,7 psi)	(1,4 psi)	(1,4 psi)	(1,4 psi)
	(4 Std.)	(8 Std.)	(16 Std.)	(2 Std.)	(8 Std.)	(16 Std.)
Probe MB-4	30 g/g	33 g/g	36 g/g	25 g/g	30 g/g	32 g/g
Vergleichsprobe	33 g/g	33 g/g	33 g/g	20 g/g	20 g/g	20 g/g

Ein Vergleich der PUP-Kapazitäten zeigt an, dass die Mischbettionentauscher-Absorptionspolymerzusammensetzung (Probe MB-4) einen Anstieg von ungefähr 60% in der PUP-Kapazität bei einem Grenzdruck von 9,7 kPa (1,4 psi) und einen Anstieg von ungefähr 9% in der PUP-Kapazität bei einem Grenzdruck von 4,8 kPa (0,7 psi) nach 16 Stunden relativ zu den Kapazitäten des teilweise neutralisierten Polyacrylat-Absorptionspolymers unter analogen Testbedingungen (Vergleichsprobe) zeigt.
(v) Durchlässigkeitsmessung
Ein Maß der Durchlässigkeit und ein Anzeichen von Porosität wird von der Flüssigkeitsweiterleitung des Gelbetts, wie in US-Patent Nr. 5,562,646 , (Goldman et al.), erteilt am 8. Okt. 1996, beschrieben, bereitgestellt. Dieses Verfahren wird für Mischbettionentauscher-Absorptionspolymersysteme modifiziert, wie im Abschnitt Testverfahren vorstehend erörtert. Ungefähr 0,9 Gramm der Mischbettionentauscher-Absorptionspolymerzusammensetzung (Probe MB-4) werden in einen Zylinder, der für Flüssigkeitsweiterleitungsmessung (SFC) ausgelegt ist, übertragen und vorsichtig über die gesamten Fläche des Siebs, das die Unterseite des Zylinders umfasst, verteilt, Die gemessenen Flüssigkeitsweiterleitungswerte sind in Tabelle 7 nachstehend aufgeführt. Tabelle 7. SFC-Werte für Absorptionspolymerzusammensetzungen

SFC-Wert

Probe MB-4 ~800 × 10^–7 cm³s/g

Vergleichsprobe ~10 × 10^–7 cm³s/g
Der Vergleich der Flüssigkeitsweiterleitungswerte demonstriert, dass die Porosität und die Durchlässigkeit der Mischbettionentauscher-Absorptionspolymerzusammensetzung (Probe MB-4) wesentlich größer sind als jene des teilweise neutralisierten Polyacrylat-Absorptionspolymers (Vergleichsprobe) unter analogen Testbedingungen.

Claims

Absorbierende Polymerzusammensetzung, die ein anionentauschendes absorbierendes Polymer und ein kationentauschendes absorbierendes Polymer umfasst, wobei das anionentauschende absorbierende Polymer schwachbasische Gruppen in ihrer unneutralisierten Form enthält und das kationentauschende absorbierende Polymer Säuregruppen in ihrer unneutralisierten Form enthält, wobei das anionentauschende absorbierende Polymer aus polymerisierbaren Monomeren, die primäre, sekundäre oder tertiäre Amine oder Phosphine enthalten, hergestellt ist, wobei das kationentauschende absorbierende Polymer aus polymerisierbaren Monomeren in der Form von olefinisch ungesättigten Carbonsäuren und Anhydriden und Mischungen davon hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die absorbierende Polymerzusammensetzung Folgendes aufweist: (i) ein Aufnahmevermögen unter Druck (PUP) in synthetischer Urinlösung unter einem aufgebrachten Lastdruck von 0,7 psi (4,8 kPa) von mindestens 39 g/g nach 4 Stunden; und (ii) einen Salzfluss-Leitfähigkeits-Wert (SFC-Wert) von mindestens 50 × 10^–7 cm³s/g; oder (i) ein Aufnahmevermögen unter Druck (PUP) in synthetischer Urinlösung unter einem aufgebrachten Lastdruck von 0,7 psi (4,8 kPa) von mindestens 30 g/g nach 4 Stunden; und (ii) einen Salzfluss-Leitfähigkeits-Wert (SFC-Wert) von mindestens 500 × 10^–70 cm³s/g; oder (i) ein Aufnahmevermögen unter Druck (PUP) in synthetischer Urinlösung unter einem aufgebrachten Lastdruck von 0,7 psi (4,8 kPa) von mindestens 40 g/g nach 8 Stunden; und (ii) einen Salzfluss-Leitfähigkeits-Wert von mindestens 50 × 10^–7 cm³s/g; oder (i) ein Aufnahmevermögen unter Druck (PUP) in synthetischer Urinlösung unter einem aufgebrachten Lastdruck von 0,7 psi (4,8 kPa) von mindestens 42 g/g nach 16 Stunden; und (ii) einen Salzfluss-Leitfähigkeits-Wert von mindestens 50 × 10^–7 cm³s/g; oder (i) ein Aufnahmevermögen unter Druck (PUP) in synthetischer Urinlösung unter einem aufgebrachten Lastdruck von 1,4 psi (9,7 kPa) von mindestens 35 g/g nach 4 Stunden; und (ii) einen Salzfluss-Leitfähigkeits-Wert von mindestens 50 × 10^–7 cm³s/g; oder (i) ein Aufnahmevermögen unter Druck (PUP) in synthetischer Urinlösung unter einem aufgebrachten Lastdruck von 1,4 psi (9,7 kPa) von mindestens 27 g/g nach 4 Stunden; und (ii) einen Salzfluss-Leitfähigkeits-Wert (SFC-Wert) von mindestens 500 × 10^–7 cm³s/g; oder (i) ein Aufnahmevermögen unter Druck (PUP) in synthetischer Urinlösung unter einem aufgebrachten Lastdruck von 1,4 psi (9,7 kPa) von mindestens 36 g/g nach 8 Stunden; und (ii) einen Salzfluss-Leitfähigkeits-Wert von mindestens 50 × 10^–7 cm³s/g; oder (i) ein Aufnahmevermögen unter Druck (PUP) in synthetischer Urinlösung unter einem aufgebrachten Lastdruck von 1,4 psi (9,7 kPa) von mindestens 37 g/g nach 16 Stunden; und (ii) einen Salzfluss-Leitfähigkeits-Wert von mindestens 50 × 10^–7 cm³s/g.
Absorptionselement zur Aufnahme wässriger Körperflüssigkeiten, das mindestens einen Bereich umfasst, der die absorbierende Polymerzusammensetzung nach Anspruch 1 umfasst.
Absorptionsartikel, umfassend eine flüssigkeitsdurchlässige Oberschicht, eine Unterschicht und einen Absorptionskern, der zwischen der Oberschicht und der Unterschicht angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Absorptionskern das Absorptionselement nach Anspruch 1 umfasst.