DE69921458T2

DE69921458T2 - Absorbierende elemente aus einem material mit grosser oberfläche zur aufnahme von körperflüssigkeiten

Info

Publication number: DE69921458T2
Application number: DE69921458T
Authority: DE
Inventors: Alfred Gerald YOUNG; Allen Thomas DESMARAIS; Gianfranco Palumbo; Mattias Schmidt; Allen Stephen GOLDMAN; Arman Ashraf; Cameron James HORNEY
Original assignee: Procter and Gamble Co
Current assignee: Procter and Gamble Co
Priority date: 1998-03-13
Filing date: 1999-03-12
Publication date: 2006-02-02
Anticipated expiration: 2019-03-13
Also published as: MX223714B; ATE280595T1; EP1061966A1; EP1061966B1; MXPA00008953A; WO1999047184A1; CN1300225A; JP2002506689A; TW427917B; DE69921458D1; AR015244A1; BR9908687A; JP4898000B2; HUP0102345A2; TR200002638T2; IL138256A0; CO5090874A1; PE20000525A1; CA2322499A1; ZA991991B

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Anmeldung bezieht sich auf absorbierende Elemente für Körperflüssigkeiten, wie Urin und Menstruationsfluide. Diese Anmeldung bezieht sich insbesondere auf absorbierende Elemente mit hohen kapillaren Saugeigenschaften, wobei die Elemente ein osmotisches Absorptionsmittel umfassen, zum Beispiel ein Hydrogel bildendes absorbierendes Polymer.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Entwicklung von hoch absorbierenden Elementen für die Verwendung als Einwegwindeln, Erwachsenen-Inkontinenzpads und -einlagen und als Katamneseprodukte, wie Damenbinden, sind Gegenstand erheblichen wirtschaftlichen Interesses. Eine höchst erwünschte Eigenschaft für solche Produkte ist ihre Dünnheit. Zum Beispiel sind dünnere Windeln weniger voluminös zu tragen, sitzen besser unter der Bekleidung und sind weniger wahrnehmbar. Sie sind auch kompakter in der Verpackung und machen die Windeln leichter für den Verbraucher zu transportieren zu lagern. Die Kompaktheit beim Verpacken führt auch zu reduzierten Vertriebskosten für den Hersteller und den Distributor, einschließlich eines geringeren Lagerraumes, der im Laden pro Windeleinheit benötigt wird.
Die Fähigkeit, dünnere absorbierende Artikel, wie Windeln, zu schaffen, war abhängig von der Fähigkeit, relativ dünne absorbierende Kerne oder Strukturen zu entwickeln, die große Mengen ausgeschiedener Körperflüssigkeiten, insbesondere Urin, annehmen und speichern können. In dieser Hinsicht war die Verwendung von bestimmten absorbierenden Polymeren, die häufig als "Hydrogele", "Superabsorbenzien", oder "hydrokolloides" Material bezeichnet werden, besonders wichtig. Siehe z.B. US Patent 3,699,103 (Harper et al.), veröffentlicht am 13. Juni 1972, und US Patent 3,770,731, (Harmon), veröffentlicht am 20. Juni 1972, welche die Ver wendung solcher absorbierender Polymere (nachfolgend als "Hydrogel bildende absorbierende Polymere" bezeichnet) in absorbierenden Artikeln offenbaren. Tatsächlich war die Entwicklung dünnerer Windeln die direkte Folge dünnerer absorbierender Kerne, welche den Vorteil der Fähigkeit dieser Hydrogel bildenden absorbierenden Polymere aufgreifen, große Mengen ausgeschiedener Körperflüssigkeiten zu absorbieren, typischerweise dann, wenn sie in Kombination mit einer faserigen Matrix verwendet werden. Siehe z.B. US Patent 4,673,402 (Weisman et al.), veröffentlicht am 16. Juni 1987, und US Patent 4,935,022 (Lash et al.), veröffentlicht am 19. Juni 1990, welche doppelschichtige Kernstrukturen offenbaren, die eine faserige Matrix und Hydrogel bildende absorbierende Polymere aufweisen, die nützlich sind beim Zuschneiden dünner, kompakter, nicht voluminöser Windeln. Siehe auch US Patent 5,562,646 (Goldman et al.), veröffentlicht am 08. Oktober 1996 und US Patent 5,599,335 (Goldman et al.), veröffentlicht am 04. Februar 1997, die sich beide auf absorbierende Kerne mit Regionen hoher Konzentrationen von Hydrogel bildendem Polymer beziehen, wobei das Polymer eine durch das Gel kontinuierliche Flüssigkeitstransportzone beim Quellen bildet.
Zusätzlich zu der Benutzung von Hydrogel bildenden absorbierenden Polymeren als die primäre Komponente in Speicherstrukturen eines absorbierenden Artikels wurde die Verwendung polymerer Schaummaterialien, die aus Wasser-in-Öl-Emulsionen hoher innerer Phase abgeleitet werden ("HIPE's"), identifiziert. Siehe z.B. US Patent Nr. 5,260,345 (DesMarais et al.), veröffentlicht am 09. November 1993, US Patent Nr. 5,387,207 (Dyer et al.), veröffentlicht am 07. Februar 1995 und US Patent Nr. 5,560,222 (DesMarais et al.), veröffentlicht am 22. Juli 1997. Die Schaummaterialien, insbesondere diejenigen, die so ausgebildet sind, dass sie als Flüssigkeitsspeicher/Rückverteilungs-Komponenten funktionieren, liefern mehrere Vorteile gegenüber Speicherstrukturen, mit Hydrogel bildenden absorbierenden Polymeren in einer faserigen Matrix, die gute Saug- und Flüssigkeitsverteilungseigenschaften, eine hohe Speicherkapazität unter Druck, Flexibilität, etc., aufweist.
Das primäre Ziel der früheren Arbeit sowohl auf dem Gebiet der Hydrogel bildenden absorbierenden Polymere als auch der HIPE-Schäume war die Maximierung der Flüssigkeitsspeicherkapazität in einem relativ dünnen Material. Hydrogel bildende absorbierende Polymermaterialien absorbieren eine Flüssigkeit und sorgen für einen Leckageschutz und Trockenheit in absorbierenden Produkten. Einmal absorbiert, wird die Flüssigkeit in absorbierenden Polymeren durch osmotische Kräfte festgehalten, was dabei hilft eine Rückbenässung der Decklage durch vorher absorbiertes Urin zu verhindern. Das Hydrogel bildende Polymer selbst hat jedoch nur eine geringe Fähigkeit, eine Flüssigkeit zu absorbieren, falls die Flüssigkeit nicht auf seine Oberfläche abgegeben wird. Dies ist besonders kritisch bei hohen Kapillarhöhen, bei welchen die Flüssigkeit nur in kleinen Kapillaren vorhanden ist. Zum Beispiel zeigt herkömmlicher Weichholz-Zellstoff meistens keine Aufnahme bei kapillaren Saughöhen von 100 cm. Es ist nicht überraschend, dass dann ein Gemisch aus Zellstoff und einem Hydrogel bildenden Polymer fast keine Aufnahme bei 100 cm zeigt. So gibt es trotz der Fortschritte, die gemacht wurden, um das Ziel der hohen Flüssigkeitsspeicherkapazität in dünnen Materialien zu erreichen, ein fortbestehendes Bedürfnis, Materialien mit hoher Speicherkapazität zu schaffen, die auch hohe kapillare Saugfähigkeiten zeigen. Die Speichermaterialien, welche eine hohe kapillare Saugkapazität zeigen, werden die Entwässerung anderer absorbierender Kernmaterialien, wie Annahme- und Verteilungsmaterialien, von denen eines oder beide typischerweise in absorbierenden Kernen von absorbierenden Artikeln enthalten sind, zulassen. Durch eine durchgehende Entwässerung dieser weiteren absorbierenden Kernkomponenten werden diese Materialien besser in die Lage versetzt, zusätzliche Einträge von Flüssigkeit durch den Träger zu handhaben. Zusätzlich zu den hohen kapillaren Saugkapazitäten im Allgemeinen ist eine besonders wünschenswerte Eigenschaft die Fähigkeit, solche Kapazitäten bei relativ hohen kapillaren Saughöhen bereit zu stellen. Eine Bewegung der Flüssigkeit von der Ausscheidungsregion (das heißt, der Schrittregion des Artikels) zu der Vorderseite und der Rückseite des Artikels, kann einen verbesserten Trägerkomfort bereit stellen, wenn der Artikel mit Flüssigkeit benäßt wird. Es ist klar, dass die Fähigkeit eines Speichermaterials, weitere Kernkomponenten zu entwässern, insbesondere das Verteilungsmaterial, welches die Flüssigkeit in hohe kapillare Höhen zieht, besonders relevant ist für das Funktionieren als absorbierende Materialien in absorbierenden Artikeln.
Demgemäß wäre es wünschenswert, in der Lage zu sein, ein absorbierendes Speicherelement mit einer hohen kapillaren Saugkapazität zu schaffen, in welchem das absorbierende Speicherelement ein Hydrogel bildendes absorbierendes Polymer oder ein anderes Material umfasst, welches Flüssigkeiten primär als Ergebnis osmotischer Kräfte absorbiert.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht auf absorbierende Elemente, die bei der Aufnahme (z.B. die Speicherung) von Körperflüssigkeiten, wie Urin, nützlich sind. Diese absorbierenden Speicherelement umfassen wenigstens ein osmotisch absorbierendes Material (z.B. ein Hydrogel bildendes absorbierendes Polymer) und haben eine hohe Saugkapazität. Für die Zwecke der vorliegenden Offenbarung wird die kapillare Saugkapazität gemessen als die Fähigkeit des Elements, Flüssigkeit bei relativ hohen Kapillardrucken aufzunehmen, welchen es im Allgemeinen ausgesetzt wird, wenn das Element in einem absorbierenden Artikel positioniert ist. Insbesondere wird die kapillare Saugkapazität gemessen als eine kapillare Sorptions-Absorptionskapazität eines Elements, welche in Übereinstimmung mit dem unten im Abschnitt Testverfahren beschriebenen Kapillarsorptionsverfahren gemessen wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 der Zeichnungen ist eine Explosionsdarstellung einer Windel mit einem absorbierenden Kern, welcher ein absorbierendes Speicherelement mit hoher kapillarer Saugkapazität der vorliegenden Erfindung umfasst.
2a der Zeichnungen ist eine Explosionsdarstellung eines repräsentativen mehrschichtigen Kerns zum Einbau in eine Windel, wie derjenigen, die in 1 gezeigt ist.
2b der Zeichnungen ist eine Explosionsdarstellung eines weiteren repräsentativen mehrschichtigen Kerns zum Einbau in eine Windel, wie derjenigen, die in 1 gezeigt ist.
3 ist eine Mikrophotographie (550X-Vergrößerung) eines repräsentativen polymeren Schaums mit großem Oberflächenbereich, der in den absorbierenden Speicherelementen der vorliegenden Erfindung nützlich ist.
4 ist eine Mikrophotographie des polymeren Schaums mit großem Oberflächenbereich, der in 3 dargestellt ist, mit Ausnahme, dass dies eine 1000X-Vergrößerung ist.
5 ist eine Mikrophotographie eines absorbierenden Speicherelements der vorliegenden Erfindung mit einem teilchenförmigen Hydrogel bildenden absorbierenden Polymer und einem teilchenförmigen polymeren absorbierenden Schaum.
6 ist eine Mikrophotographie eines absorbierenden Speicherelements der vorliegenden Erfindung mit einem teilchenförmigen Hydrogel bildenden absorbierenden Polymer und Zelluloseacetatfasern mit großem Oberflächenbereich.
7 ist eine Mikrophotographie eines absorbierenden Speicherelements der vorliegenden Erfindung mit einem teilchenförmigen Hydrogel bildenden absorbierenden Polymer und mit Glas-Mikrofasern mit großem Oberflächenbereich.
8A zeigt eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zum Messen der kapillaren Sorptions-Absorptionskapazität eines absorbierenden Elements.
8B zeigt eine Nahansicht der Glasfritte im Schnitt, die in 8A allgemein gezeigt ist.
8C zeigt eine Nahansicht der Zylinder/Kolben-Einheit der in 8B gezeigten Glasfritte im Schnitt.
8D zeigt eine Nahansicht des Kolbenbereichs der in 8C gezeigten Zylinder/Kolben-Einheit im Schnitt.
9 ist eine graphische Darstellung, welche Isothermen verschiedener absorbierender Speicherelemente der vorliegenden Erfindung sowie die eines Elements des Standes der Technik (als Vergleichselement A bezeichnet) mit Zellulosefasern (Flocken) und einem Hydrogel bildenden absorbierenden Polymer zeigt.
10 ist eine schematische Ansicht einer weiteren Vorrichtung zum Bilden eines repräsentativen absorbierenden Speicherelements der vorliegenden Erfindung.
11 ist eine perspektivische Ansicht eines absorbierenden Speicherelements, das unter Verwendung der in 1 gezeigten Vorrichtung hergestellt wurde.
12 ist eine perspektivische Ansicht eines absorbierenden Speicherelements, das unter Verwendung der in 11 gezeigten Vorrichtung hergestellt wurde.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
I. Definitionen
Wie hier verwendet, umfasst der Ausdruck "Körperflüssigkeiten", aber nicht beschränkt darauf, Urin, Menstruationsfluide, vaginale Ausscheidungen, Schweiß und Stuhlgang.
Wie hier verwendet, bezieht sich der Ausdruck "absorbierender Kern" auf die Komponente des absorbierenden Artikels, die primär verantwortlich ist für die Flüssigkeitshandhabungseigenschaften des Artikels, einschließlich der Annahme, des Transports und der Verteilung und Speicherung von Körperflüssigkeiten. Als Solches umfasst der absorbierende Kern typischerweise nicht die Decklage oder die Außenlage des absorbierenden Artikels.
Wie hier verwendet, bezieht sich der Ausdruck "absorbierendes Element" auf die Komponenten des absorbierenden Kerns, die typischerweise ein oder mehrere Flüssigkeitshandhabungseigenschaften schaffen, z.B. die Flüssigkeitsannahme, Flüssigkeitsverteilung, den Flüssigkeitstransport, die Flüssigkeitsspeicherung etc. Das absorbierende Element kann den gesamten absorbierenden Kern oder nur einen Bereich des absorbierenden Kerns umfassen, das heißt, der absorbierende Kern kann ein oder mehrere absorbierende Elemente umfassen. Das "absorbierende Speicherelement" ist das eine oder mehreren absorbierenden Elementkomponenten des absorbierenden Kerns, die primär dahin gehend funktionieren, absorbierte Flüssigkeiten zu speichern. Wie oben diskutiert, kann das absorbierende Speicherelement auch dahin gehend funktionieren, eine Flüssigkeit als Ergebnis seiner vertikalen Saugfähigkeit zu verteilen.
Wie hier verwendet, bezieht sich der Ausdruck "Schicht" auf eine absorbierendes Element, dessen primäre Abmessung X-Y ist, das heißt, sich in seiner Länge und Breite erstreckt. Es sei jedoch so verstanden, dass der Ausdruck "Schicht" nicht notwendigerweise beschränkt ist auf einzelne Schichten oder Lagen eines Materials. So kann die Schicht Laminate oder Kombinationen von mehreren Lagen oder Bahnen der benötigten Materialtypen umfassen. Demgemäß umfasst der Ausdruck "Schicht" die Ausdrücke "Schichten" und "geschichtet".
Wie hier verwendet, bezieht sich der Ausdruck "osmotisch absorbierend" auf ein Material oder auf eine Struktur, die eine Lösung in Antwort auf eine chemische Potentialdifferenz zwischen absorbierten und nicht absorbierten Lösungen absorbiert.
Im Allgemeinen ergibt sich die chemische Potentialdifferenz von einer höheren Lösungskonzentration für die absorbierte Lösung. Um einen Ausgleich der Lösungskonzentration auf dem Wege der Diffusion von gelöster Spezies zu trennen, hat ein osmotisches Absorptionsmittel typischerweise eine Diffusionsbarriere, die die Diffusion von wenigstens einer gelösten Spezies selektiv hemmt. Beispiele geeigneter Diffusionsbarrieren sind (i) eine halb durchlässige Umkehrosmose-Membrane, in welcher die Membrane eine Diffusionsbarriere für lösliche Salze (z.B. NaCl) liefert, und (ii) ein vernetztes Polyelektrolytnetzwerk (z.B. verwendet in Hydrogelen), in welchem das Polyelektrolytnetzwerk dissoziierte Gegenionen innerhalb des Gels als Ergebnis von Elektroneutralitätsgesichtspunkten zurück hält. Beispiele von osmotischen Paket- oder Kammerabsorbenzmitteln, sind beschrieben in US Patent Nr. 5,108,383, veröffentlicht am 28. April 1992 für White und US Patent Nr. 5,082,723, veröffentlicht am 21. Januar 1992 für Gross et al. Ein speziell bevorzugtes osmotisches Absorptionsmittel für die Verwendung in den absorbierenden Speicherelementen der vorliegenden Erfindung sind Hydrogel bildende absorbierende Polymere, welche unten im Detail beschrieben werden.
Wie hier verwendet, bezieht sich der Ausdruck "X-Y-Abmessung" auf die Ebene senkrecht zur Dicke des Elements, Kerns oder Artikels. Die X-Y-Abmessung entspricht gewöhnlich der Länge bzw. der Breite des Elements, Kerns oder Artikels.
Wie hier verwendet, beziehen sich die Ausdrücke "Region(en)" oder "Zone(n)2 auf Bereiche oder Abschnitte des absorbierenden Elements.
Wie hier verwendet bezieht sich der Ausdruck "Z-Abmessung" auf die Abmessung senkrecht zur Länge und Breite des Elements, Kerns oder Artikels. Die Z-Abmessung entspricht gewöhnlich der Dicke des Elements, Kerns oder Artikels.
Für die Zwecke dieser Erfindung sollte auch klar sein, dass der Ausdruck "obere" sich auf absorbierende Elemente bezieht, wie Schichten, die am nächsten Zum Träger des absorbierenden Artikels liegen und typischerweise relativ nahe der Deckla ge eines absorbierenden Artikels sind; umgekehrt bezieht sich der Ausdruck "untere" auf absorbierende Elemente, die am weitesten weg vom Träger des absorbierenden Artikels liegen und typischerweise nahe der Außenlage sind.
Wie hier verwendet, bedeutet der Ausdruck "umfassend", dass verschiedene Komponenten, Elemente, Schritte und dergleichen gemäß der vorliegenden Erfindung zusammen verwendet werden können. Demgemäß umfasst der Ausdruck "umfassend" die beschränkenderen Ausdrücke "bestehend im Wesentlichen aus" und "bestehend aus", wobei die letzteren, beschränkenderen Ausdrücke ihre Standardbedeutung haben, wie dies im Stand der Technik üblich ist.
Alle Prozentangaben, Verhältnisse und Proportionen, die hier verwendet werden, erfolgen gewichtsabhängig, sofern dies nicht anders angegeben ist.
II. Kapillare Saugeigenschaften des absorbierenden Speicherelements
Die absorbierenden Speicherelemente der vorliegenden Erfindung zeigen starke kapillare Saugkapazitäten. Für die Zwecke der vorliegenden Offenbarung wird diese große Saugkapazität gemessen durch die Fähigkeit eines Elements, eine Flüssigkeit an hohen Kapillarhöhen aufzunehmen, welche im Allgemeinen auftreten, wenn das Element in einem absorbierenden Artikel positioniert ist. Der Kapillarsorption-Absorptionskapazitätstest (auch hier als Kapillar-Sorptionstest bezeichnet) misst die Menge einer Testflüssigkeit pro Gramm absorbierendes Speicherelement, die aufgenommen wird, wenn das Speicherelement an verschiedenen Höhen auf einer Kapillar-Sorptionsvorrichtung angeordnet ist. Der Kapillarsorptions-Absorptionskapazitätstest ist in größerem Detail unten im Abschnitt Testverfahren beschrieben. Kapillarabsorptions-Isothermen für repräsentative absorbierende Speicherelemente sind graphisch in 9 dargestellt. Insbesondere werden Kapillarsorptions-Absorptionskapazitätsdaten bereit gestellt für: (i) ein absorbierendes Speicherelement bestehend aus Glas-Mikrofasern mit großem Oberflächenbereich und Teilchen eines Hydrogel bildenden absorbierenden Polymers (hergestellt gemäß Beispiel 1 unten); (ii) ein absorbierendes Speicherelement bestehend aus einem polymeren Schaum mit großem Oberflächenbereich und Teilchen aus Hydrogel bildendenden absorbierendem Polymer (hergestellt gemäß Beispiel 5 unten); (iii) ein absorbierendes Speicherelement bestehend aus Zelluloseacetatfasern mit großem Oberflächenbereich und Teilchen eines Hydrogel bildenden absorbierenden Polymers (hergestellt gemäß Beispiel 6 unten); und (iv) ein absorbierendes Speicherelement bestehend aus Teilchen eines polymeren Schaums mit großem Oberflächenbereich und Teilchen eines Hydrogel bildenden absorbierenden Polymers (hergestellt gemäß Beispiel 7 unten). Die Kapillarsorptions-Isotherme für ein Material, das für den Stand der Technik repräsentativ ist (als Vergleich A bezeichnet) ist in 9 auch gezeigt. Die Probe des Standes der Technik war eine 5,4 cm kreisförmige Struktur, die aus einem Elemente (siehe Besprechung unten) mit einem Gemisch aus Zelluloseflocken (Flint River Pulp aus Weyerhauser Co., Washington), etwa 42 Gew.%, und einem Hydrogel bildenden absorbierenden Polymer (erhältlich von Clariant GmbH, Frankfurt, Deutschland als IM 7300), etwa 58 Gew.%, ausgestanzt wurde.
In einem Aspekt umfasst das absorbierende Speicherelement mit hoher kapillarer Saugkapazität der vorliegenden Erfindung ein osmotisches Absorptionsmittel (vorzugsweise ein Hydrogel bildendes Absorptionsmaterial) und hat eine kapillare Sorptions-Absorptionskapazität bei einer Höhe von 35 cm von wenigstens etwa 12 g/g, vorzugsweise wenigstens etwa 14 g/g, ganz bevorzugt wenigstens etwa 16 g/g, noch bevorzugter wenigstens etwa 20 g/g, noch bevorzugter wenigstens etwa 22 g/g, noch bevorzugter wenigstens etwa 35 g/g. Typischerweise werden diese absorbierenden Speicherelement eine kapillare Sorptions-Absorptionskapazität bei einer Höhe von 35 cm von etwa 12 g/g bis etwa 60 g/g oder bis zu etwa 70 g/g, noch typischer von etwa 14 g/g bis etwa 50 g/g oder noch typischer bis etwa 60 g/g, noch typischer von etwa 16 g/g bis etwa 40 g/g oder sogar bis etwa 55 g/g, noch typischer von etwa 20 g/g bis etwa 50 g/g, noch typischer von etwa 22 g/g bis etwa 45 g/g haben.
In einem weiteren Aspekt hoher kapillarer Saugkapazität umfasst ein osmotisches Absorptionsmittel (vorzugsweise ein Hydrogel bildendes absorbierendes Material) und hat eine kapillare Sorptions-Absorptionskapazität bei einer Höhe von 50 cm von wenigstens etwa 7 g/g, vorzugsweise wenigstens etwa 9 g/g, ganz bevorzugt wenigstens etwa 12 g/g, noch bevorzugter wenigstens etwa 16 g/g, noch bevorzugter wenigstens etwa 21 g/g und ganz bevorzugt wenigstens etwa 30 g/g. Typischerweise werden diese absorbierenden Speicherelemente eine kapillare Sorptions-Absorptionskapazität bei einer Höhe von 50 cm von etwa 7 g/g bis etwa 40 g/g oder bis etwa 60 g/g, noch typischer von etwa 9 g/g bis etwa 35 g/g oder noch bis etwa 50 g/g, noch typischer von etwa 12 g/g bis etwa 30 g/g, oder bis etwa 45 g/g, noch typischer von etwa 16 g/g bis etwa 40 g/g und noch typischer von etwa 21 g/g bis etwa 35 g/g haben.
In noch einem weiteren Aspekt umfasst das absorbierende Speichermaterial mit hoher kapillarer Saugkapazität ein osmotisches Absorptionsmittel (vorzugsweise ein Hydrogel bildendes absorbierendes Material) und hat eine kapillare Sorptions-Absorptionskapazität bei einer Höhe von 100 cm von wenigstens etwa 4 g/g, vorzugsweise wenigstens etwa 6 g/g, ganz bevorzugt wenigstens etwa 8 g/g, noch bevorzugter wenigstens etwa 12 g/g, noch bevorzugter vorzugsweise wenigstens etwa 17 g/g und noch bevorzugter wenigstens etwa 25 g/g. Typischerweise werden diese absorbierenden Speicherelemente eine kapillare Sorptions-Absorptionskapazität bei Höhe von 100 cm von etwa 4 g/g bis etwa 30 oder bis zu etwa 50 g/g haben, ganz typisch von etwa 6 g/g bis etwa 25 g/g oder bis zu etwa 45 g/g, noch typischer von etwa 8 g/g bis etwa 20 g/g oder sogar bis etwa 40 g/g, noch typischer von etwa 12 g/g bis etwa 35 g/g und noch typischer von etwa 17 g/g bis etwa 30 g/g.
In noch einem weiteren Aspekt umfasst das absorbierende Speichermaterial mit hoher kapillarer Saugkapazität ein osmotisches Absorptionsmittel (vorzugsweise ein Hydrogel bildendes absorbierendes Material) und hat eine kapillare Sorptions-Absorptionskapazität bei einer Höhe von 140 cm von wenigstens etwa 4 g/g, vorzugsweise wenigstens etwa 5 g/g, ganz bevorzugt wenigstens etwa 7 g/g, noch be vorzugter wenigstens etwa 10 g/g, noch bevorzugter vorzugsweise wenigstens etwa 14 g/g und noch bevorzugter wenigstens etwa 23 g/g. Typischerweise werden diese absorbierenden Speicherelemente eine kapillare Sorptions-Absorptionskapazität bei Höhe von 140 cm von etwa 4 g/g bis etwa 28 oder bis zu etwa 45 g/g haben, ganz typisch von etwa 5 g/g bis etwa 23 g/g oder bis zu etwa 40 g/g, noch typischer von etwa 7 g/g bis etwa 18 g/g oder sogar bis etwa 35 g/g, noch typischer von etwa 10 g/g bis etwa 30 g/g und noch typischer von etwa 14 g/g bis etwa 25 g/g.
In noch einem weiteren Aspekt umfasst das absorbierende Speichermaterial mit hoher kapillarer Saugkapazität ein osmotisches Absorptionsmittel (vorzugsweise ein Hydrogel bildendes absorbierendes Material) und hat eine kapillare Sorptions-Absorptionskapazität bei einer Höhe von 200 cm von wenigstens etwa 3 g/g, vorzugsweise wenigstens etwa 4 g/g, ganz bevorzugt wenigstens etwa 6 g/g, noch bevorzugter wenigstens etwa 8 g/g, noch bevorzugter vorzugsweise wenigstens etwa 11 g/g und noch bevorzugter wenigstens etwa 20 g/g. Typischerweise werden diese absorbierenden Speicherelemente eine kapillare Sorptions-Absorptionskapazität bei Höhe von 200 cm von etwa 3 g/g bis etwa 25 g/g oder bis zu etwa 40 g/g haben, ganz typisch von etwa 4 g/g bis etwa 20 g/g oder bis zu etwa 35 g/g, noch typischer von etwa 6 g/g bis etwa 15 g/g oder sogar bis etwa 30 g/g, noch typischer von etwa 8 g/g bis etwa 25 g/g und noch typischer von etwa 11 g/g bis etwa 23 g/g.
Zusätzlich oder alternativ können besonders bevorzugte Elemente, zum Beispiel solche, bei denen das Material in großem Oberflächenbereich ein Polymerschaum ist, zur Definition der hohen kapillaren Saugfähigkeiten der vorliegenden Elemente hinsichtlich der kapillaren Sorptions-Absorptionskapazität gekennzeichnet werden durch die Fähigkeit der Elemente, eine Flüssigkeit in relativ schnellen Raten auf hohe Höhen aufzunehmen. Elemente mit hoher kapillarer Saugkraft, welche sowohl eine hohe Aufnahme bei hoher Saugkraft und hohen anfänglichen effektiven Aufnahmeraten zeigen, sollten eine bessere Trockenheit für den Benutzer bereit stellen, da das Maß der Partitionierung von anderen absorbierenden Kernelementen (z.B. von Annahme- oder Verteilungsmaterialien) und dessen Rate durch das Material mit hoher kapillarer Saugkraft günstig verbessert wird. Für die Zwecke der vorliegenden Offenbarung wird die letztere Eigenschaft hier als die "anfängliche effektive Aufnahmerate bei 200 cm kapillarer Saughöhe" bezeichnet (hier bezeichnet als "anfängliche effektive Aufnahmerate bei 200 cm", welche in Einheiten von g/g/Stunde festgehalten wird. Die anfängliche effektive Aufnahmerate eines absorbierenden Speicherelements wird berechnet durch Teilen der kapillaren absorbierenden Saugkapazität bei 200 cm durch die Zeit, die bei 200 cm verbraucht ist. Die kapillare absorbierende Saugkapazität und -zeit werden ohne weiteres unter Verwendung des kapillaren Sorptionsverfahrens bestimmt, das im Detail unten im Abschnitt Testverfahren besprochen wird. Obwohl nicht erforderlich, werden besonders bevorzugte absorbierende Speicherelemente eine anfängliche effektive Aufnahmerate bei 200 cm von wenigstens etwa 3 g/g/h haben, ganz bevorzugt wenigstens etwa 4 g/g/h und äußerst bevorzugt wenigstens etwa 8 g/g/h. Typischerweise wird die effektive Aufnahmerate bei 200 cm von etwa 3 bis etwa 15 g/g/h, ganz typisch von etwa 4 bis etwa 12 g/g/h, noch typischer von etwa 8 bis etwa 12 g/g/h betragen.
Obwohl die obigen minimalen kapillaren Sorptions-Absorptionskapazitäten für die absorbierenden Elemente der vorliegenden Erfindung wichtig sind, können Elemente auch vorzuziehen sein, obwohl dies nicht notwendig ist, die eine kapillare Sorptions-Absorptionskapazität bei einer Null-Druckhöhe (das heißt, bei 0 cm in dem Kapillar-Sorptionstest) von wenigstens etwa 15 g/g haben. In einem weiteren bevorzugten Aspekt werden die absorbierenden Elemente konkurrierend die erforderliche g/g-Aufnahme bei wenigstens zwei oben besprochenen Saughöhen zeigen. Das heißt zum Beispiel, dass bevorzugte absorbierende Speicherelemente zwei oder mehr der folgenden Eigenschaften haben werden: (i) eine kapillare Sorptions-Absorptionskapazität bei einer Höhe von 35 cm von wenigstens etwa 12 g/g, vorzugsweise wenigstens etwa 14 g/g, ganz bevorzugt wenigstens etwa 16 g/g, noch bevorzugter wenigstens etwa 20 g/g, noch bevorzugter wenigstens etwa 22 g/g und noch bevorzugter wenigstens etwa 35 g/g; (ii) eine kapillare Sorptions-Absorptionskapazität bei einer Höhe von 50 cm von wenigstens etwa 7 g/g, vorzugsweise wenigstens etwa 9 g/g, ganz bevorzugt wenigstens etwa 12 g/g, noch be vorzugter wenigstens etwa 16 g/g, noch bevorzugter wenigstens etwa 21 g/g und noch bevorzugter wenigstens etwa 30 g/g; (iii) eine kapillare Sorptions-Absorptionskapazität bei einer Höhe von 100 cm von wenigstens etwa 4 g/g, vorzugsweise wenigstens etwa 6 g/g, ganz bevorzugt wenigstens etwa 8 g/g, noch bevorzugter wenigstens 12 g/g, noch bevorzugter wenigstens etwa 17 g/g und noch bevorzugter wenigstens etwa 25 g/g; (iv) eine kapillare Sorptions-Absorptionskapazität bei einer Höhe von 140 cm von wenigstens etwa 4 g/g, vorzugsweise wenigstens etwa 5 g/g, noch bevorzugter etwa 7 g/g, noch bevorzugter wenigstens etwa 10 g/g, noch bevorzugter wenigstens etwa 14 g/g und noch bevorzugter wenigstens etwa 23 g/g; (v) eine kapillare Sorptions-Absorptionskapazität bei einer Höhe von 200 cm von wenigstens etwa 3 g/g, vorzugsweise wenigstens etwa 4 g/g, ganz bevorzugt wenigstens etwa 6 g/g, noch bevorzugter wenigstens etwa 8 g/g, noch bevorzugter wenigstens etwa 11 g/g und ganz bevorzugt wenigstens etwa 20 g/g.
In noch einem weiteren Aspekt können die absorbierenden Speicherelemente der vorliegenden Erfindung gekennzeichnet werden hinsichtlich dessen, dass sie eine relativ hohe Absorptionseffizienz zeigen (hier nachfolgend als "kapillare Absorptionseffizienz" bezeichnet) an verschiedenen Höhen, und zwar in Bezug zu der Kapazität des Materials bei einer Null-Druckhöhe. Die kapillare Absorptionseffizienz bei einer gegebenen Saughöhe wird bestimmt durch Teilen der kapillaren absorbierenden Saugkapazität des Materials bei der gegebenen Höhe durch die kapillare absorbierende Saugkapazität des Materials an der Null-Druckhöhe. In dieser Hinsicht wird in einem anderen Aspekt das absorbierende Element eine kapillare Sorptions-Absorptionskapazität bei der Nullhöhe von wenigstens etwa 15 g/g, vorzugsweise wenigstens etwa 20 g/g, ganz bevorzugt wenigstens etwa 40 g/g und äußerst bevorzugt etwa 60 g/g haben, und eine kapillare Absorptionseffizienz bei einer Höhe von 100 cm von wenigstens etwa 25%, vorzugsweise wenigstens etwa 40%, noch bevorzugter wenigstens etwa 60% und noch bevorzugter wenigstens etwa 70% haben. In einem weiteren Aspekt wird das absorbierende Element eine kapillare Sorptions-Absorptionskapazität bei der Nullhöhe von wenigstens etwa 15 g/g, vorzugsweise wenigstens etwa 20 g/g, ganz bevorzugt wenigstens etwa 40 g/g und äußerst bevorzugt wenigstens etwa 60 g/g haben, und eine kapillare Absorptionseffizienz bei einer Höhe von 50 cm von wenigstens etwa 30%, vorzugsweise wenigstens etwa 50%, noch bevorzugter wenigstens etwa 70% und noch bevorzugter wenigstens etwa 80% haben. In noch einem weiteren Aspekt wird das absorbierende Element eine kapillare Sorptions-Absorptionskapazität bei einer Nullhöhe von wenigstens etwa 15 g/g, vorzugsweise etwa 20 g/g, ganz bevorzugt etwa 40 g/g und äußerst bevorzugt etwa 60 g/g haben, und eine kapillare Absorptionseffizienz bei einer Höhe von 35 cm wenigstens etwa 50%, vorzugsweise wenigstens etwa 70%, noch bevorzugter wenigstens etwa 85% und noch bevorzugter wenigstens etwa 90% haben.
In einem weiteren Aspekt werden das bevorzugten absorbierenden Speicherelemente der vorliegenden Erfindung eine relativ hohe mittlere Absorptionshöhe haben, welche als die Höhe definiert ist, bei welcher das Element eine kapillare Sorptions-Absorptionskapazität hat, die 50% der kapillaren Sorptions-Absorptionskapazität bei 0 cm Höhe beträgt. In dieser Hinsicht werden die bevorzugten absorbierenden Speicherelemente eine kapillare Sorptions-Absorptionskapazität bei der Nullhöhe von wenigstens etwa 15 g/g, vorzugsweise wenigstens etwa 20 g/g, ganz bevorzugt wenigstens etwa 40 g/g und äußerst bevorzugt etwa 60 g/g haben, und eine mittlere Absorptionshöhe von wenigstens etwa 35 cm, ganz bevorzugt wenigstens etwa 40 cm, noch bevorzugter wenigstens etwa 50 cm, noch bevorzugter wenigstens etwa 60 cm, noch bevorzugter wenigstens etwa 100 cm, noch bevorzugter wenigstens etwa 130 cm und äußerst bevorzugt wenigstens etwa 200 cm haben.
III. Komponenten der absorbierenden Speicherelement mit hoher Saugkraft
Wie oben angegeben, umfassen die absorbierenden Speicherelemente der vorliegenden Erfindung ein osmotisches Absorptionsmittel, zum Beispiel ein Hydrogel bildendes absorbierendes Polymer, und ein Material mit hohem Oberflächenbereich, welches den Transport von Körperfluiden zu dem osmotischen Absorptionsmittel erleichtert. Repräsentative Materialien, die beim Präparieren der absorbierenden Speicherelemente der vorliegenden Erfindung nützlich sind, sind unten im Detail beschrieben. Obwohl weitere osmotische Absorptionsmittel in den Speicherelementen verwendet werden können, werden Hydrogel bildende absorbierende Polymere bevorzugt. Als Solches werden diese Materialien im Detail beschrieben.
A. Hydrogel bildende absorbierende Polymere
1. Chemische Zusammensetzung
Die absorbierenden Speicherelemente der vorliegenden Erfindung umfassen vorzugsweise wenigstens ein Hydrogel bildendes absorbierendes Polymer (auch als Hydrogel bildendes Polymer bezeichnet). Hydrogel bildende Polymere, die in der vorliegenden Erfindung nützlich sind, umfassen eine Vielfalt von wasserunlöslichen, aber in Wasser quellfähigen Polymeren, die in der Lage sind, große Mengen von Flüssigkeiten zu absorbieren. Solche Hydrogel bildenden Polymere sind im Stand der Technik allgemein bekannt und alle diese Materialien sind in den absorbierenden Elementen mit hoher kapillarer Saugkraft der vorliegenden Erfindung nützlich.
Hydrogel bildende absorbierende Polymermaterialien werden im Allgemeinen auch als "Hydrokolloide" oder "superabsorbierende" Materialien bezeichnet und können Polysaccharide umfassen, wie beispielsweise Carboxymethylstärke, Carboxymethylzellulose und Hydroxypropylzellulose; nicht ionische Typen, wie Polyvinylalkohol und Polyvinylether; kationische Typen, wie Polyvinylpyridin, Polyvinylmorpholinion und N,N-Dimethylaminoethyl- oder N,N,-Dimethylaminopropylacrylate und Methacrylate, und die jeweiligen quaternären Salze davon. Typischerweise haben Hydrogel bildende absorbierende Polymere, die in der vorliegenden Erfindung nützlich sind, eine Vielzahl von anionischen funktionalen Gruppen, wie Sulfonsäure, und noch typischer Carboxygruppen. Beispiele von Polymeren, die hier für die Verwendung geeignet sind, umfassen solche, welche aus polymerisierbaren, ungesättigten, Säure enthaltenden Monomeren präpariert werden. So umfassen solche Monomere die olefinisch ungesättigten Säuren und Anhydride, welche wenigstens eine Kohlenstoff-an-Kohlenstoff olefinische Doppelbindung enthalten. Insbesondere können diese Monomere ausgewählt sein aus olefinisch ungesättigten Carboxylsäuren und Säureanhydriden, olefinisch ungesättigten Sulfonsäuren und Mischungen davon. Wie oben angegeben, ist die Natur des Hydrogel bildenden absorbierenden Polymers nicht kritisch für die Elemente der vorliegenden Erfindung. Dennoch kann die Auswahl des optimalen Polymermaterials die Leistungseigenschaften der vorliegenden Elemente verbessern. Die Offenbarung, welche folgt, beschreibt bevorzugte Eigenschaften der hier nützlichen absorbierenden Polymere. Diese Eigenschaften sollten nicht als Beschränkungen interpretiert werden; statt dessen zeigen sie lediglich den Fortschritt an, der in der Technik der absorbierenden Polymere über die vergangenen Jahre aufgetreten ist.
Einige Nicht-Säure-Monomere können auch gewöhnlich in geringeren Mengen bei der Präparierung von hier vorliegenden absorbierenden Polymeren enthalten sein. Solche Nicht-Säure-Monomere können z.B. Monomere umfassen, die die folgenden Typen von funktionalen Gruppen enthalten: Carboxylat- oder Sulfonatester, Hydroxylgruppen, Amidgruppen, Aminogruppen, Nitrilgruppen, quaternäre Ammoniumsalzgruppen und Arylgruppen (z.B. Phenylgruppen, wie solche, die von einem Styrolmonomer abgeleitet werden). Weitere optionale Nicht-Säure-Monomere enthalten ungesättigte Kohlenwasserstoffe, wie Ethylen, Propylen, einschließlich Buten, Butadien und Isopren. Solche Nicht-Säure-Monomere sind allgemein bekannte Materialien und werden in größerem Detail z.B. beschrieben in US Patent 4,076,663 (Masuda et al.), veröffentlicht am 28. Februar 1978 und in US Patent 4,062,817 (Westerman), veröffentlicht am 13. Dezember 1977.
Olefinisch ungesättigte Carboxylsäure- und Anhydrid-Monomere enthalten die Acrylsäuren, die durch Acrylsäure selbst typifiziert werden, durch Methacrylsäure, α-Chloracrylsäure, α-Cyanoacrylsäure, β-Methylacrylsäure (Krotonsäure), α-Phenylacrylsäure, β-Acryloxypropionsäure, Sorbinsäure, α-Chlorsorbinsäure, Angelicasäure, Zimtsäure, p-Chlorzimtsäure, β-Stearylacrylsäure, Itaconsäure, Citro consäure, Mesaconsäure, Glutaconsäure, Aconitinsäure, Maleinsäure, Fumarinsäure, Tricarboxyethylen und Maleinanhydrid.
Olefinisch ungesättigte Sulfonsäuremonomere umfassen aliphatische oder aromatische Vinylsulfonsäuren, wie Vinylsulfonsäure, Allylsulfonsäure, Vinyltoluolsulfonsäure und Styrolsulfonsäure; acrylische und methacrylische Sulfonsäure, wie Sulfoethylacrylat, Sulfoethylmethacrylat, Sulfopropylacrylat, Sulfopropylmethacrylat, 2-hydroxy-3-methacryloxypropylsulfonsäure und 2-acrylamid-2-methylpropansulfonsäure.
Bevorzugte Hydrogel bildende absorbierende Polymere für die Verwendung in der vorliegenden Erfindung enthalten Carboxygruppen. Diese Polymere enthalten hydrolysierte, mit Stärke Acrylonitril gepfropfte Copolymere, partiell neutralisierte, hydrolysierte, mit Stärkeacrylonitril gepfropfte Copolymere, mit Stärkeacrylsäure gepfropfte Copolymere, teilweise neutralisierte, mit Stärkeacrylsäure gepfropfte Copolymere, hydrolysierte Vinylacetat-Acrylester-Copolymere, hydrolysierte Acrylonitril- oder Acrylamid-Copolymere, leicht vernetzte Polymere eines der vorstehenden Copolymere, Polyacrylsäure und leicht vernetzte Polymere der Polyacrylsäure. Diese Polymere können entweder alleine oder in Form eines Gemisches aus zwei oder mehreren unterschiedlichen Polymeren verwendet werden. Beispiele dieser Polymermaterialien sind offenbart in US Patent 3,661,875, US Patent 4,076,663, US Patent 4,093,776, US Patent 4,666,983 und US Patent 4,734,478.
Am meisten bevorzugte Polymermaterialien für die Verwendung bei der Herstellung von Hydrogel bildenden absorbierenden Polymeren sind leicht vernetzte Polymere aus Polyacrylsäuren und Stärkederivaten davon. Ganz bevorzugt umfassen die Hydrogel bildendenden absorbierenden Polymere von etwa 50 bis etwa 95 %, vorzugsweise etwa 75 %, neutralisierte, leicht vernetzte Polyacrylsäure (d.h., Poly(Natriumacrylat/Acrylsäure). Eine Vernetzung macht das Polymer im Wesentlichen wasserunlöslich und bestimmt zum Teil die Absorptionskapazität und die extrahierbaren Polymergehalt-Charakteristika der Hydrogel bildendenden absorbie renden Polymere. Verfahren zur Vernetzung dieser Polymere und typische Vernetzungsmittel sind in größerem Detail beschrieben in US Patent 4,076,663.
Obwohl das Hydrogel bildendende absorbierende Polymer vorzugsweise von einem Typ ist (das heißt, homogen ist), können Mischungen von Polymeren auch in der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Zum Beispiel können Mischungen aus mit Stärkeacrylsäure gepfropften Copolymeren und leicht vernetzten Polymeren der Polyacrylsäure in der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
Die Hydrogel bildendende absorbierende Polymerkomponente kann auch in Form einer Mischbett-Ionenaustausch-Zusammensetzung verwendet werden, mit einem Hydrogel bildendenden Kationenaustausch-Polymer und einem Hydrogel bildendenden Anionenaustausch-Polymer. Solche Mischbett-Ionenaustauschzusammensetzungen sind beschrieben in zum Beispiel WO 99/34843; WO 99/34841; US Patent Nr. 6,121,509 von Ashraf et al. und US Patent Nr. 6,232,520 von Hird et al.
Die Hydrogel bildenden absorbierenden Polymere, die in der vorliegenden Erfindung nützlich sind, können eine Größe, Form und/oder Morphologie haben, die über einen weiten Bereich variiert. Diese Polymere können in Form von Teilen vorliegenden, die kein großes Verhältnis von größter Abmessung zu kleinster Abmessung haben (z.B. Körnchen, Pulverstoffe, interpartikuläre Aggregate, interpartikulär vernetzte Aggregate und dergleichen) und können in Form von Fasern, Flächengebilden, Folien, Schäumen, Flocken und dergleichen vorliegen. Die Hydrogel bildenden absorbierenden Polymere können auch Mischungen mit geringen Anteilen von ein oder mehreren Additiven umfassen, wie beispielsweise pulverförmiges Silica, grenzflächenaktive Stoffe, Kleber, Binder und dergleichen. Die Komponenten in diesem Gemisch können physikalisch und/oder chemisch in einer Form miteinander verbunden sein, derart, dass die Hydrogel bildende Polymerkomponente und das nicht Hydrogel bildende Polymeradditiv nicht ohne weiteres physikalisch trennbar sind.
Die Hydrogel bildenden absorbierenden Polymere können im Wesentlichen nicht porös (das heißt, ohne innere Porosität) sein oder eine wesentlichen innere Porosität haben.
Für Teilchen, wie oben beschrieben wurden, ist die Teilchengröße definiert als die Abmessung, die durch eine Siebgrößenanalyse bestimmt wird. So wird zum Beispiel ein Teilchen, das auf einem USA Standard Testsieb mit 710 Micron Öffnungen (z.B. Nr. 25 US Series Alternate Sieve Designation) zurückgehalten wird, als ein solches angesehen, das eine Größe von größer als 710 Micron hat; ein Teilchen, das durch ein Sieb mit 710 Micron Öffnungen hindurch gelangt und auf einem Sieb mit 500 Micron Öffnungen zurückgehalten wird (z.B. Nr. 35 US Series Alternate Sieve Designation) wird als ein solches angesehen, das eine Teilchengröße zwischen 500 und 710 μm hat; und ein Teilchen, das durch ein Sieb mit 500 Micron Öffnungen hindurch passt, wird als ein solches angesehen, das eine Größe von weniger als 500 μm hat. Die mittlere Massenteilchengröße einer gegebenen Probe von Hydrogel bildenden absorbierenden Polymerteilchen ist definiert als die Teilchengröße, welche die Probe in eine Hälfte auf Massenbasis teilt, das heißt, eine gewichtabhängige Hälfte der Probe mit einer Teilchengröße von weniger als der mittleren Massengröße haben, und eine Hälfte der Probe wird eine Teilchengröße von größer als der mittleren Massengröße haben. Ein Standard-Teilchengrößenplotterverfahren (in welchem das prozentuale Gesamtgewicht der auf einer gegebenen Siebgrößenöffnung zurückgehaltene oder durch dieses hindurch gegangene Teilchengröße zur Siebgrößenöffnung auf ein Millimeterpapier aufgeplottet wird) wird typischerweise verwendet, um die mittlere Massenteilchengröße zu bestimmen, wenn der 50% Massenwert nicht mit der Größenöffnung eines USA Standard Testsiebes korrespondiert. Diese Verfahren zum Bestimmen der Teilchengrößen von Hydrogel bildenden absorbierenden Polymerteilchen sind ferner beschrieben in US Patent 5,061,259 (Goldman et al.), veröffentlicht am 29. Oktober 1991.
Für Teilchen von Hydrogel bildenden absorbierenden Polymeren, die in der vorliegenden Erfindung nützlich sind, werden die Teilchen im Wesentlichen in einem Größenbereich von etwa 1 bis etwa 2000 μm, ganz bevorzugt von etwa 20 bis 1000 μm liegen. Die mittlere Massenteilchengröße wird im allgemeinen von etwa 20 bis etwa 1500 μm, ganz bevorzugt von etwa 50 μm bis etwa 1000 μm und noch bevorzugter von etwa 100 bis etwa 800 μm liegen.
Wenn relativ hohe Konzentrationen (z.B. 40-60 Gew.% oder größter) eines Hydrogel bildenden absorbierenden Polymers in absorbierenden Elementen der vorliegenden Erfindung verwendet werden, können noch andere Eigenschaften des absorbierenden Polymers relevant sein. In solchen Ausführungsformen können die Materialien ein oder mehrere der Eigenschaften haben, die beschrieben sind durch US Patent Nr. 5,562,646, veröffentlicht am 08. Oktober 1996 für Goldman et al. und US Patent Nr. 5,599,335, veröffentlicht am 04. Februar 1997 für Goldman et al.
2. Verfahren zum Herstellen
Das grundlegende Hydrogel bildende absorbierende Polymer kann in einer beliebigen herkömmlichen Art und Weise hergestellt werden. Typische und bevorzugte Verfahren zum Herstellen dieser Polymere sind beschrieben in US Reissue Patent 32,649 (Brandt et al.), veröffentlicht am 19. April 1988, US Patent 4,666,983 (Tsubakimoto et al.), veröffentlicht am 19. Mai 1987 und US Patent 4,625,001 (Tsubakimoto et al.), veröffentlicht am 25. November 1986.
Bevorzugte Verfahren zum Bilden des grundlegenden Hydrogel bildenden absorbierenden Polymers sind solche, die Polymerisationsverfahren in wässriger Lösung oder in einer anderen Lösung umfassen. Wie in dem oben genannten US Patent Reissue 32,649 beschrieben, umfasst die Polymerisation in wässriger Lösung die Verwendung eines wässrigen Reaktionsgemisches, um die Polymerisation auszuführen. Das wässrige Reaktionsgemisch wird dann den Polymerisationsbedingungen ausgesetzt, welche ausreichen, um in dem Gemisch ein im Wesentlichen was serunlösliches, leicht vernetztes Polymer zu erzeugen. Die Masse des gebildeten Polymers kann dann pulverisiert oder gehäckselt werden, um einzelne Teilchen zu bilden.
Insbesondere umfasst das Polymerisationsverfahren in wässriger Lösung zum Herstellen des Hydrogel bildenden absorbierenden Polymers die Präparierung eines wässrigen Reaktionsgemisches, in welchem die Polymerisation ausgeführt wird. Ein Element eines solchen Reaktionsgemisches ist das Säuregruppe enthaltende Monomer, welches das "Rückgrad" des Hydrogel bildenden absorbierenden Polymers bilden wird, das erzeugt werden soll. Das Reaktionsgemisch wird im Allgemeinen etwa 100 Gewichtsteile des Monomers umfassen. Eine weitere Komponente des wässrigen Reaktionsgemisches umfasst ein Vernetzungsmittel. Vernetzungsmittel, die zum Bilden des Hydrogel bildenden absorbierenden Polymers gemäß der vorliegenden Erfindung geeignet sind, sind in größerem Detail beschrieben in dem oben genannten US Reissue Patent 32,649, US Patent 4,666,983 und US Patent 4,625,001. Das Vernetzungsmittel wird im Allgemeinen in dem wässrigen Reaktionsgemisch in einer Menge von etwa 0,001 Mol Prozent bis etwa 5 Mol Prozent basierend auf der Gesamtmolzahl des in dem wässrigen Gemisch vorhandenen Monomers (etwa 0,01 bis etwa 20 Gewichtsteile, basierend auf 100 Gewichtsteile des Monomers) vorhanden sein. Eine optionale Komponente des wässrigen Reaktionsgemisches umfasst einen Indikator für ein freies Radikal, einschließlich zum Beispiel Peroxygen-Verbindungen, wie Natrium-, Kalium- und Ammoniumpersulfate, Caprylylperoxid, Benzoylperoxid, Wasserstoffperoxid, Cumenhydroperoxide, tertiäres Butyldiperphthalat, tertiäres Butylperbenzoat, Natriumperacetat, Natriaumpercarbonat und dergleichen. Weitere optionale Komponenten des wässrigen Reaktionsgemisches umfassen die verschiedenen nicht sauren Co-Monomere, einschließlich Ester der essentiellen, ungesättigten, funktionale Säuregruppen enthaltenden Monomere oder andere Co-Monomere, die überhaupt keine Carboxyl- oder Sulfonsäurefunktionalitäten enthalten.
Das wässrige Reaktionsgemisch wird den Polymerisationsbedingungen ausgesetzt, welche ausreichen, um in dem Gemisch im Wesentlichen wasserunlösliche, aber in Wasser quellbare, Hydrogel bildende absorbierende, leicht vernetzte Polymere herzustellen. Die Polymerisationsbedingungen werden in größerem Detail auch in den drei oben genannten Patenten besprochen. Solche Polymerisationsbedingungen umfassen im Allgemeinen das Erwärmen (thermische Aktivierungstechniken) auf eine Polymerisationstemperatur von etwa 0° bis etwa 100°C, ganz bevorzugt von etwa 5° bis etwa 40°C. Polymerisationsbedingungen, unter welchen das wässrige Reaktionsgemisch gehalten werden, können auch zum Beispiel das Aussetzen des Reaktionsgemisches oder Teilen desselben unter einer beliebigen herkömmlichen Form einer Polymerisations-Aktivierungsstrahlung. Eine radioaktive, elektronische, ultraviolette oder elektromagnetische Strahlung sind alternative herkömmliche Polymerisationstechniken.
Die Säure-funktionalen Gruppen des Hydrogel bildenden absorbierenden Polymers, die in dem wässrigen Reaktionsgemisch gebildet werden, sind vorzugsweise auch neutralisiert. Die Neutralisierung kann in irgendeiner herkömmlichen Art und Weise ausgeführt werden, die zu wenigstens etwa 25 Mol Prozent und ganz bevorzugt wenigstens etwa 50 Mol Prozent des gesamten Monomers führt, das dazu benutzt wird, das Polymer in Säuregruppen enthaltende Monomere zu formen, die mit einem Salz bildenden Kation neutralisiert sind. Solche Salz bildenden Kationen umfassen zum Beispiel Alkalimetalle, Ammonium, substituiertes Ammonium und Amine, wie sie in weiterem Detail in dem oben genannten Reissue Patent 32,649 besprochen werden.
Obwohl vorgezogen wird, dass die speziellen Versionen des Hydrogel bildenden absorbierenden Polymers unter Verwendung eines Polymerisationsprozesses in wässriger Lösung hergestellt werden, ist es auch möglich, den Polymerisationsprozess unter Verwendung von mehrphasigen Polymerisations-Verfahrenstechniken durch zu führen, wie beispielsweise eine inverse Emulsions-Polymerisation- oder inverse Suspensions-Polymerisationsverfahrensweise. In inversen Emulsions- Polymerisations- oder inversen Suspensions-Polymerisations-Verfahrensweisen wird das wässrige Reaktionsgemisch, so wie es vorher beschrieben wurde, in Form von kleinsten Tröpfchen in einer Matrix aus mit Wasser unvermischbarem, inertem organischem Lösungsmittel, wie Cyclohexan, in Suspension gebracht. Die resultierenden Teilchen des Hydrogel bildenden absorbierenden Polymers haben im Allgemeinen eine sphärische Form. Die inversen Suspensions-Polymerisationsverfahren sind in größerem Detail beschrieben in US Patent 4,340,706 (Obaysashi et al.), veröffentlicht am 20. Juli 1982, US Patent 4,506,052 (Flesher et al.), veröffentlicht am 19. März 1985 und US Patent 4,735,987 Morita et al.), veröffentlicht am 05. April 1988.
Eine Oberflächenvernetzung der anfänglich geformten Polymere ist ein bevorzugtes Verfahren zum Erhalten Hydrogel bildender absorbierender Polymere mit einer relativ hoch porösen Hydrogelschicht ("PHL"), Leistungsfähigkeit unter Druck ("PUP") Kapazität und Salzlösungs-Fließleitfähigkeit ("SFC") Werte, welche im Kontext der vorliegenden Erfindung günstig sein können. Geeignete allgemeine Verfahren zum Ausführen einer Oberflächenvernetzung Hydrogel bildender absorbierender Polymere gemäß der vorliegenden Erfindung sind offenbart in US Patent 4,541,871 (Obayashi), veröffentlicht am 17. September 1985; veröffentlichte PCT-Anmeldung WO 92/16565 (Stanley), veröffentlicht am 01. Oktober 1992, veröffentlichte PCT-Anmeldung WO 90/08789 (Tai), veröffentlicht am 09. August 1990; veröffentlichte PCT-Anmeldung WO 93/05080 (Stanley), veröffentlicht am 18. März 1993; US Patent 4,842,901 (Alexander), veröffentlicht am 25. April 1989; US Patent 4,789,861 (Johnson), veröffentlicht am 17. Januar 1989; US Patent 4,587,308 (Makita), veröffentlicht am 06. Mai 1986; US Patent 4,734,478 (Tsubakimoto), veröffentlicht am 29. März 1988; US Patent 5,164,459 (Kimura et al.), veröffentlicht am 17. November 1992; veröffentlichte deutsche Patentanmeldung 40 020 780 (Dahmen), veröffentlicht am 29. August 1991 und veröffentlichte europäische Patentanmeldung 509,708 (Gartner), veröffentlicht am 21. Oktober 1992; die alle hier durch Bezugnahme mit aufgenommen sind. Siehe auch US Patent 5,562,646 (Goldman et al.), veröffentlicht am 08. Oktober 1996 und US patent 5,599,335 (Goldman et al.), veröffentlicht am 04. Februar 1997.
Die Hydrogel bildenden absorbierenden Polymerteilchen, die gemäß der vorliegenden Erfindung präpariert werden, sind typischerweise im Wesentlichen trocken. Der Ausdruck "im Wesentlichen trocken" wird hier verwendet, um anzugeben, dass die Teilchen einen Flüssigkeitsgehalt haben, typischerweise Wasser oder einen anderen Lösungsmittelgehalt, der geringer als etwa 50 Gew.%, vorzugsweise geringer als etwa 20 Gew.%, noch bevorzugter weniger als etwa 10 Gew.% der Teilchen. Im Allgemeinen liegt der Flüssigkeitsgehalt der Hydrogel bildenden absorbierenden Polymerteilchen im Bereich von etwa 0,01 Gew.% bis etwa 5 Gew.% der Teilchen. Die einzelnen Teilchen können getrocknet werden durch irgendein herkömmliches Verfahren, wie durch Erhitzen. Alternativ kann, wenn die Teilchen unter Verwendung eines wässerigen Reaktionsgemisches gebildet werden, Wasser aus dem Reaktionsgemisch durch eine azeotrope Destillation entfernt werden. Das Polymer enthaltende wässrige Reaktionsgemisch kann auch mit einem entwässernden Lösungsmittel, wie Methanol, behandelt werden. Kombinationen dieser Trocknungsvorgängen können auch verwendet werden. Die entwässerte Masse des Polymers kann dann zerhackt oder pulverisiert werden, um im Wesentlichen trockne Teilchen des Hydrogel bildenden absorbierenden Polymers zu bilden.
B. Materialien mit großem Oberflächenbereich
Zusätzlich zu den osmotischen Absorptionsmitteln (z. B. Hydrogel bildende absorbierende Polymere), umfassen die absorbierenden Speicherelemente der vorliegenden Erfindung ein Material mit großem Oberflächenbereich. Es ist dieses Material mit großem Oberflächenbereich, welches entweder selbst oder in Kombination mit dem Hydrogel bildenden absorbierenden Polymer die Elemente mit hoher kapillarer Sorptions-Absorptionskapazität liefert. Wie hier diskutiert, sind Materialien mit großem Oberflächenbereich wenigstens im Hinblick auf ihre kapillare Sorptions-Absorptionskapazität beschrieben (gemessen ohne Hydrogel bildendes Polymer oder irgendein anderes optionales Material, das in dem tatsächlichen absorbierenden Speicherelement enthalten ist, wie Haftmittel, Bindungsmittel etc.). Es ist klar, dass Materialien mit großen Oberflächenbereichen Aufnahmekapazitäten an sehr hohen Saughöhen (z.B. 100 cm oder höher) haben können. Dies erlaubt den Materialien mit großem Oberflächenbereich, eine oder beide der folgenden Funktionen bereit zu stellen: i) einen kapillaren Durchgang einer Flüssigkeit durch die osmotischen Absorptionsmittel und/oder ii) eine zusätzliche Absorptionskapazität. So verwenden, obwohl die Materialien mit großem Oberflächenbereich hinsichtlich ihres Oberflächenbereichs pro Gewicht oder Volumen beschrieben werden können, die Anmelder hier alternativ die kapillare Sorptions-Absorptionskapazität, um das Material mit großem Oberflächenbereich zu beschreiben, weil die kapillare Sorptions-Absorptionskapazität ein Leistungsparameter ist, der im Allgemeinen die absorbierenden Elemente der vorliegenden Erfindung mit den notwendigen Saugfähigkeiten versehen wird, um verbesserte absorbierende Artikel zu schaffen. Es wird erkannt, dass bestimmte Materialien mit großem Oberflächenbereich, z.B. Glas-Mikrofasern, selbst keine besonders hohe kapillare Sorptions-Absorptionskapazität an allen Höhen, insbesondere an sehr hohen Höhen (z.B. 100 cm und höher) zeigen werden. Dennoch können solche Materialien den gewünschten kapillaren Durchgang für eine Flüssigkeit zu dem Hydrogel bildenden absorbierenden Polymer oder einem anderen osmotischen Absorptionsmittel bereitstellen, um die nötigen kapillaren Sorptions-Absorptionskapazitäten zu schaffen, selbst an relativ hohen Höhen, wenn sie mit dem Hydrogel bildenden Polymer oder den anderen osmotischen Absorptionsmitteln kombiniert werden.
Irgendein Material mit einer ausreichenden kapillaren Sorptions-Absorptionskapazität, wenn es in Kombination mit dem Hydrogel bildenden absorbierenden Polymer oder dem anderen osmotischen Absorptionsmittel verwendet wird, wird in den absorbierenden Speicherelemente der vorliegenden Erfindung nützlich sein. In dieser Hinsicht bezieht sich der Ausdruck "Material mit großem Oberflächenbereich" auf ein Material, das selbst (das heißt, gemessen ohne das osmotische Absorptionsmittel oder ein anderes optionales Material, welches das ab sorbierende Speicherelement aufnimmt) ein oder mehrere der folgenden kapillaren Sorptions-Absorptionskapazitäten zeigt: (I) Eine kapillare Sorptions-Absorptionskapazität von etwa 2 g/g bei einer Saughöhe von 100 cm, vorzugsweise wenigstens etwa 3 g/g, noch bevorzugter wenigstens etwa 4 g/g und noch bevorzugter wenigstens etwa 6 g/g bei einer Höhe von 100 cm; (II) eine kapillare Sorptions-Absorptionskapazität an einer Höhe von 35 cm von wenigstens etwa 5 g/g, vorzugsweise wenigstens etwa 8 g/g, noch bevorzugter wenigstens etwa 12 g/g; (III) eine kapillare Sorptions-Absorptionskapazität bei einer Höhe von 50 cm von wenigstens etwa 4 g/g, vorzugsweise wenigstens etwa 7 g/g, noch bevorzugter wenigstens etwa 9 g/g; (IV) eine kapillare Sorptions-Absorptionskapazität bei einer Höhe von 140 cm von wenigstens etwa 1 g/g, vorzugsweise wenigstens etwa 2 g/g, noch bevorzugter wenigstens etwa 3 g/g, noch bevorzugter wenigstens etwa 5 g/g; oder (V) eine kapillare Sorptions-Absorptionskapazität bei einer Höhe von 200 cm von wenigstens etwa 1 g/g, vorzugsweise wenigstens etwa 2 g/g, noch bevorzugter wenigstens etwa 3 g/g, noch bevorzugter wenigstens etwa 5 g/g.
In einer Ausführungsform wird das Material mit großem Oberflächenbereich in seinem Charakter faserig sein (nachfolgend als "Fasern mit großem Oberflächenbereich" bezeichnet), um so eine faserige Bahn oder faserige Matrix zu schaffen, wenn es mit dem Hydrogel bildenden absorbierenden Polymer oder einem anderen osmotischen Absorptionsmittel kombiniert wird. Diese Materialien sind unten im Detail beschrieben. Alternativ und in einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird das Material mit großem Oberflächenbereich ein offenzelliger, hydrophiler polymerer Schaum sein (hier nachfolgend als "polymere Schäume mit großem Oberflächenbereich" bezeichnet oder allgemein als "polymere Schäume"). Diese Materialien sind oben im Detail beschrieben.
1. Fasern mit großem Oberflächenbereich
Fasern mit großem Oberflächenbereich, die in der vorliegenden Erfindung nützlich sind, umfassen solche, die natürlicherweise auftreten (modifiziert oder unmodifi ziert) sowie synthetisch hergestellte Fasern. Die Fasern mit großem Oberflächenbereich haben Oberflächenbereiche, die viel größer sind als bei Fasern, die typischerweise in absorbierenden Artikeln verwendet werden, wie Holz-Zellstofffasern. Die Fasern mit großem Oberflächenbereich, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden, werden in wünschenswerter Weise hydrophil sein. Wie hier verwendet, beschreibt der Ausdruck "hydrophil" Fasern oder Oberflächen von Fasern, die durch wässerige Flüssigkeiten benetzbar sind (z.B. wässerige Körperflüssigkeiten), die auf diesen Fasern abgelagert werden. Die Hydrophilizität und Benetzbarkeit werden typischerweise hinsichtlich des Kontaktwinkels und der Oberflächenspannung der Flüssigkeiten und betreffenden Feststoffe definiert. Dies wird im Detail diskutiert in der Veröffentlichung der American Chemical Society unter der Bezeichnung Contact Angle. Wettability and Adhesion, heraus gegeben durch Robert F. Gould (Copyright 1964). Eine Faser oder Oberfläche einer Faser gilt als durch eine Flüssigkeit benetzt (das heißt, hydrophil), wenn entweder der Kontaktwinkel zwischen der Flüssigkeit und der Faser oder seiner Oberflächen weniger als 90° beträgt oder wenn sich die Flüssigkeit dazu neigt, spontan über der Oberfläche der Faser zu verteilen, wobei beide Bedingungen normalerweise nebeneinander bestehen. Umgekehrt wird eine Faser oder Oberfläche als hydrophob angesehen, wenn der Kontaktwinkel größer als 90° ist und die Flüssigkeit sich nicht spontan oder der Oberfläche der Faser verteilt. Der hydrophile Charakter der Fasern, die hier nützlich sind, kann in den Fasern inhärent vorhanden sein, oder die Fasern können natürlicherweise hydrophobe Fasern sein, die so behandelt wurden, dass sie hydrophil gemacht sind. Materialien und Verfahren zum Bereitstellen eines hydrophilen Charakters bei natürlicherweise hydrophoben Fasern sind allgemein bekannt.
Fasern mit großem Oberflächenbereich, die hier nützlich sind, werden spezifische Oberflächenbereich für die kapillare Saugwirkung im gleichen Bereich wie die oben beschriebenen polymeren Schäume haben. Typischerweise sind jedoch Fasern mit großem Oberflächenbereich charakterisiert hinsichtlich ihres BET-Oberflächenbereiches.
Hier nützliche Fasern mit großem Oberflächenbereich umfassen Glas-Mikrofasern, wie z.B. Glaswolle, die erhältlich von Evanite Fiber Corp. (Corvallis, OR). Glas-Mikrofasern, die hier nützlich sind, werden typischerweise Faserdurchmesser von nicht mehr als etwa 0,8 μm, typischer von etwa 0,1 μm bis etwa 0,7 μm haben. Diese Mikrofasern werden Oberflächenbereiche von wenigstens etwa 2 m²/g, vorzugsweise wenigstens etwa 3 m²/g haben. Typischerweise wird der Oberflächenbereich von Glas-Mikrofasern von etwa 2 m²/g bis etwa 15 m²/g betragen. Repräsentative Glas-Mikrofasern für die hier vorliegende Verwendung sind solche, die hergestellt sind von Evanite Fiber Corp. als Glasfasern des Typs 104 sein, welche einen nominalen Faserdurchmesser von etwa 0,5 μm haben. Die Glas-Mikrofasern haben einen berechneten Oberflächenbereich von etwa 3,1 m²/g.
Ein hier nützlicher weiterer Typ von Fasern mit großem Oberflächenbereich sind fibrillierte Zelluloseacetatfasern. Diese Fasern (hier als "Fibretten" bezeichnet) haben hohe Oberflächenbereiche im Verhältnis zu von Zellulose abgeleiteten Fasern, die üblicherweise auf dem Gebiet der absorbierenden Artikel verwendet werden. Solche Fibretten haben Regionen von sehr kleinen Durchmessern, derart, dass ihre Teilchengrößenbreite typischerweise von etwa 0,5 bis etwa 5 μm beträgt. Die Fibretten haben typischerweise einen Oberflächenbereich von etwa 20 m²/g. Repräsentative Fibretten, die als Materialien mit großem Oberflächenbereich hier nützlich sind, sind verfügbar von Hoechst Celanese Corp. (Charlotte, NC) als Fibrets^® aus Zelluloseacetat. Für eine detaillierte Diskussion der Fibretten, einschließlich ihrer physikalischen Eigenschaften und Verfahren für ihre Präparierung siehe "Cellulose Acetate Fibrets: A Fibrillated Pulp With High Surface Area", Smith. J. E., Tappi Journal, Dezember 1988, Seite 237 und US Patent Nr. 5,486,410 (Groeger et al.), veröffentlicht am 23. Januar 1996.
Zusätzlich zu diesen Fasern wird der Fachmann erkennen, dass weitere Fasern, die auf dem Gebiet der Absorptionsfähigkeit allgemein bekannt sind, modifiziert werden können, um Fasern mit hohem Oberflächenbereich für die hier vorliegende Verwendung bereit zu stellen. Repräsentative Fasern, die modifiziert werden kön nen, um große Oberflächenbereiche zu erhalten, die für die vorliegende Erfindung benötigt werden, sind offenbart in US Patent Nr. 5,599,335, supra (siehe besonders Spalten 21-24).
Ungeachtet der Natur der verwendeten Fasern mit großem Oberflächenbereich werden die Fasern und das osmotische Absorptionsmittel vor der Kombination diskrete Materialien sein. Wie hier verwendet, bedeutet der Ausdruck "diskret", dass die Fasern mit großem Oberflächenbereich und die osmotischen Absorptionsmittel jeweils geformt werden, bevor sie kombiniert werden, um ein absorbierendes Speicherelement zu bilden. Mit anderen Worten, werden die Fasern mit großem Oberflächenbereich nicht nachfolgend auf den Mischvorgang mit dem osmotischen Absorptionsmittel (z.B. einem Hydrogel bildenden absorbierenden Polymer) gebildet, noch wird das osmotische Absorptionsmittel nach der Kombination mit den Fasern mit großem Oberflächenbereich gebildet. Ein Kombinieren der diskreten jeweiligen Komponenten gewährleistet, dass die Fasern mit großem Oberflächenbereich die gewünschte Morphologie haben und, noch wichtiger, den gewünschten Oberflächenbereich.
C. Optionale Komponenten und Materialien
Absorbierende Speicherelemente gemäß der vorliegenden Erfindung können weitere optionale Komponenten enthalten, die in absorbierenden Bahnen vorhanden sein können. Zum Beispiel kann ein verstärkendes Scrim innerhalb des absorbierenden Speicherelementes positioniert werden, oder zwischen den jeweiligen absorbierenden Elementen des absorbierenden Kerns. Solche verstärkenden Scrims sollten eine solche Konfiguration haben, dass sie keine Grenzflächenbarrieren für den Flüssigkeitstransfer bilden, insbesondere dann, wenn sie zwischen den jeweiligen absorbierenden Elementen des absorbierenden Kerns positioniert sind. Zudem können mehrere Binder verwendet werden, um eine trockene und nasse Integrität des absorbierenden Kerns und/oder des absorbierenden Speicherelements selbst zu schaffen. Insbesondere können hydrophile Kleberfasern verwendet werden, um Bindungen zwischen den Materialien mit großem Oberflächenbereich und dem osmotischen absorbierenden Material zu schaffen. Dies ist besonders kritisch für teilchenförmige Materialien mit großem Oberflächenbereich. Es wird vorgezogen, dass die Menge des verwendeten Binders so gering wie möglich ist, um so nicht die kapillaren Sorptionseigenschaften des absorbierenden Elements zu beeinträchtigen. Der Fachmann wird jedoch erkennen, dass es auch Binder gibt, welche die kapillaren Sorptionseigenschaften des absorbierenden Elements verbessern können, wie ein gefaserter hydrophiler Kleber mit ausreichend großem Oberflächenbereich. In diesem Falle kann der hydrophile Kleber mit großem Oberflächenbereich sowohl die Flüssigkeitshandhabungsfunktion als auch die Integritätsfunktion in einem Material bereit stellen. Auch kann das jeweilige absorbierende Element oder der gesamte absorbierende Kern in einer flüssigkeitsdurchlässigen Lage eingehüllt sein, wie in einer Tissuepapierlage, um Beanstandungen des Benutzers hinsichtlich eines losen teilchenförmigen absorbierenden Polymers zu vermeiden, solange die kapillare Kontinuität nicht gestört ist.
Weitere optionale Komponenten, die enthalten sein können, sind Materialien, um den Geruch zu regulieren, Stuhlgangmaterial aufzunehmen, etc. Auch kann irgendein absorbierendes Element mit einem teilchenförmigen osmotischen Absorptionsmittel oder einem Material mit großem Oberflächenbereich oder der gesamte absorbierende Kern in einer flüssigkeitsdurchlässigen Lage eingewickelt sein, wie einer Tissuepapierlage, um Beanstandungen des Benutzers hinsichtlich eines losen teilchenförmigen absorbierenden Polymers zu vermeiden.
IV. Weitere absorbierende Speicherelementmaterialien und -eigenschaften
Die absorbierenden Speicherelemente mit großer kapillarer Saugkraft und Absorptionskapazität der vorliegenden Erfindung umfassen das osmotische Absorptionsmittel (zum Beispiel die vorher beschriebenen Hydrogel bildenden absorbierenden Polymere) und Materialien mit großem Oberflächenbereich, mit oder ohne weitere optionale Komponenten, wie ein thermoplastisches Material, etc. (Eine nicht abschließende Liste optionaler Materialien, die in den Elementen nützlich sind, wird unten besprochen.) Die absorbierenden Speicherelemente mit großer kapillarer Saugkraft und Absorptionskapazität der vorliegenden Erfindung funktionieren als Flüssigkeitsspeicherelemente in dem absorbierenden Kern. Die Hauptfunktion solcher Flüssigkeitsspeicherelemente besteht darin, die ausgeschiedene Körperflüssigkeit erhält direkt oder von anderen absorbierenden Elementen (z.B. Flüssigkeitsannahme/Verteilungs-Elementen) zu absorbieren und dann eine solche Flüssigkeit zurück zu halten, selbst dann, wenn sie Drucken ausgesetzt werden, denen sie normalerweise als Ergebnis der Bewegungen eines Trägers ausgesetzt sind. Es sollte jedoch so verstanden sein, dass solche absorbierenden Elemente anderen Funktionen als der Flüssigkeitsspeicherung dienen können.
Die Menge des Hydrogel bildenden absorbierenden Polymers oder des in dem absorbierenden Speicherelement enthaltenden weiteren osmotischen Absorptionsmittels können signifikant variieren. Ferner kann die Konzentration des osmotischen Absorptionsmittel in einem gegebenen Element variieren. Mit anderen Worten, kann ein Element Regionen relativ hoher und relativ geringer Konzentrationen des osmotischen Absorptionsmittels aufweisen. Ohne durch Theorie gebunden sein zu wollen, wird angenommen, dass die minimale Menge eines Materials mit großem Oberflächenbereich, das mit dem Hydrogel bildenden Polymer oder einem anderen osmotischen Absorptionsmaterial vermischt ist, ausreichend sein muss, um die Zwischenräume zwischen den Teilchen des Hydrogel bildenden absorbierenden Polymers und des weiteren osmotischen Absorptionsmittels in einem signifikanten Grad im trocknen und im nassen Zustand zu füllen, um so eine kapillare Kontinuität und ausreichenden Flüssigkeitsfluss zu dem Hydrogel bildenden absorbierenden Polymer bereit zu stellen.
In solchen bevorzugten Ausführungsformen, in welchen das osmotische Absorptionsmittel in Form eines Hydrogel bildenden absorbierenden Polymers vorliegt, wird der prozentuale Gewichtsanteil des Hydrogel bildenden absorbierenden Polymers im Verhältnis zu dem kombinierten Gewicht des Hydrogel bildenden absorbieren den Polymers und beliebiger anderer Komponenten (z.B. Fasern, polymeren Schäumen, etc.), die in der Region mit dem Hydrogel bildenden Polymer vorhanden sind, verwendet. Unter Berücksichtigung dieser Tatsache kann die Konzentration der Hydrogel bildenden absorbierenden Polymere in einer gegebenen Region eines absorbierenden Elements der vorliegenden Erfindung wenigstens etwa 50%, wenigstens etwa 60%, wenigstens etwa 70%, wenigstens etwa 80% oder wenigstens etwa 90% zum Gesamtgewicht des absorbierenden Elements betragen. (Ähnliche Bereiche werden dort angewendet, wo ein weiteres osmotisches Absorptionsmittel verwendet wird.)
Trotz der Tatsache, dass Regionen eines absorbierenden Speicherelements relativ hohe Konzentrationen eines Hydrogel bildenden absorbierenden Polymers und eines anderen osmotischen Absorptionsmittels aufweisen können, wird dort, wo das Material mit großem Oberflächenbereich eine faserige Natur hat, das Element auf Aggregatbasis (das heißt, das Gesamtgewicht der Fasern mit großem Oberflächenbereich, das in dem Element verwendet wird, geteilt durch das Gesamtgewicht des absorbierenden Elements X 100%) wenigstens etwa 25 Gew.% der Fasern mit großem Oberflächenbereich umfassen. Eine untere Grenze von etwa 25% Fasern wird als notwendig angesehen, um dem absorbierenden Element die notwendige benötigte kapillare Saugkraft zu verleihen. Vorzugsweise werden die absorbierenden Speicherelemente wenigstens etwa 30 Gew.%, ganz bevorzugt wenigstens etwa 35 Gew.% der Fasern mit großem Oberflächenbereich umfassen. Typischerweise wird ein absorbierendes Element der vorliegenden Erfindung auf Aggregatbasis von etwa 25 bis etwa 90 Gew.%, noch typischer von etwa 30 bis etwa 85 Gew.%, noch typischer von etwa 35 bis etwa 80 Gew.% Fasern mit großem Oberflächenbereich umfassen.
In solchen Ausführungsformen, in welchen das mit dem osmotischen Absorptionsmittel verwendete Material mit großem Oberflächenbereich ein polymerer Schaum ist, werden die absorbierenden Elemente vorzugsweise wenigstens etwa 1 Gew.% (auf Aggregatbasis) polymeren Schaum umfassen. Die Fähigkeit, sehr geringer An teile des polymeren Schaums zu verwenden, relativ zu der Menge der oben diskutierten mit großem Oberflächenbereich, ergibt sich aufgrund verschiedener Faktoren, einschließlich der sehr geringen Dichte dieser Schäume, der Tatsache, dass die Schäume offenzellig sind, dass die Schäume selbst zu der gesamten Absorptionskapazität beitragen und dergleichen. Das absorbierende Speicherelement wird vorzugsweise wenigstens etwa 10 Gew.%, ganz bevorzugt wenigstens etwa 15 Gew.%, noch bevorzugter wenigstens etwa 20 Gew.% polymeren Schaum umfassen. Typischerweise werden solche absorbierenden Speicherelemente von etwa 1 bis etwa 98 Gew.%, noch typischer von etwa 10 bis etwa 90 Gew.%, noch typischer von etwa 15 bis 85 Gew.% und noch typischer von etwa 20 bis etwa 80 Gew.% und noch typischer von 20 bis etwa 50 Gew.% des polymeren Schaummaterials umfassen. Wie oben diskutiert, basieren diese Gewichtsprozentbereiche auf den Aggregatgewichten der jeweiligen Materialien in dem absorbierenden Speicherelement; es ist klar, dass Regionen des absorbierenden Speicherelements größere oder geringere Mengen der Materialien enthalten können.
Natürlich werden die relativen Anteile des osmotischen Absorptionsmittels (z.B. des Hydrogel bildenden absorbierenden Polymers) und des Materials mit großem Oberflächenbereich diktiert durch zum Beispiel die Absorptionskapazität des osmotischen Absorptionsmittels, des spezifisch verwendeten Materials mit großem Oberflächenbereich, der Natur des Materials mit großem Oberflächenbereich (z.B. Lagen- oder Teilchenschaum, Teilchengröße), etc. In dieser Hinsicht liefern hohe Anteile eines osmotischen Absorptionsmittels absorbierende Elemente zum Herstellen dünner absorbierender Artikel, um den benötigten Anteil der oben diskutierten kapillaren Saugkraft zu erhalten, muss es ein ausreichendes Material mit großem Oberflächenmaterial geben, um eine solche Saugkapazität zu schaffen. Ohne durch Theorie gebunden sein zu wollen, wird angenommen, dass drei primäre Eigenschaften der oben beschriebenen, bevorzugten kollabierbaren polymeren Schaummaterialien diesen Schäumen erlauben, besonders effektiv in absorbierenden Speicherelementen mit hoher Saugkraft zu funktionieren. Diese drei Eigenschaften sind: (i) relativ geringe Dichte, (ii) die Fähigkeit, eine Flüssigkeit in sich selbst leicht zu ver teilen, und (iii) die Fähigkeit, kollabiert zu bleiben, sich dann aber bei Absorption einer ausreichenden Flüssigkeitsmenge zusammen mit den bevorzugten, Hydrogel bildenden absorbierenden Polymeren zu expandieren, wenn sie bei Einsaugung von Flüssigkeit quellen. Diese letztere Eigenschaft hält den Kontakt zwischen dem Schaummaterial und den Hydrogel bildenden Teilchen, wenn das Element ein Fluid absorbiert.
Repräsentative absorbierende Speicherelemente der vorliegenden Erfindung sind in den Mikrophotographien in den 5, 6 und 7 gezeigt. Mit Bezug auf 5 befindet sich ein Gemisch aus teilchenförmigen, hydrophilen, polymeren Schaummaterialien, als 102 dargestellt, und einen teilchenförmigen Hydrogel bildenden absorbierenden Polymer, als 106 dargestellt, in Kontakt miteinander. Auch dargestellt sind Kleberfilamente, mit 110 bezeichnet, welche der Struktur eine Integrität verleihen und den Kontakt der Schaumteilchen 102 und der Hydrogel bildenden Polymerteilchen 106 aufrecht erhalten. Mit Bezug auf 6 wird ein einzelnes Teilchen eines Hydrogel bildenden Polymers 116 durch zahlreichen Fibretten umgeben, welche allgemein als 114 gezeigt sind. Schließlich wird, in 7, ein Querschnitt ein einzelnen Hydrogel bildenden Teilchen 126 von einer Mehrzahl von Glasfasern, allgemein als 125 gezeigt, umgeben.
Zusätzlich zu dem Material mit großem Oberflächenbereich und dem Hydrogel bildenden absorbierenden Polymer können die absorbierenden Speicherelemente der vorliegenden Erfindung weitere optionale Materialien umfassen. Zum Beispiel können, um die Integrität des Gemisches der benötigten Materialien zu schaffen, die absorbierenden Speicherelemente ein Haft- oder Bindermaterial umfassen. Solche Materialien können besonders erwünscht sein, wenn das Material mit großem Oberflächenbereich in seiner Natur teilchenförmig ist.
Wenn über ein Bindermaterial eine Integrität geschaffen wird, sind geeignete Binder schmelzgeblasene Haftmittel, wie solche, die beschrieben sind in US Patent Nr. 5,560,878, veröffentlicht am 01. Oktober 1996 für Dragoo et al. Verfahren zum Kombinieren von schmelzgeblasenen Haftmitteln mit dem benötigten Hydrogel bildenden Polymer und dem Material mit großem Oberflächenbereich sind auch beschrieben im Detail in dem '878-Patent.
Als weiteres Beispiel eines Materials, das dem Gemisch in absorbierenden Elementen mit einem Gemenge aus Hydrogel bildenden Polymer und Fasern mit großem Oberflächenbereich und teilchenförmigem polymeren Schaum Integrität verleihen wird, umfasst das Element ein thermoplastisches Material. Beim Schmelzen migriert wenigstens ein Teil dieses thermoplastischen Materials zu den Schnittstellen der jeweiligen Elementkomponenten, und zwar typischerweise aufgrund interpartikulärer oder zwischenfaserigen Kapillargradienten. Diese Schnittstellen werden zu Bindungsstellen für das thermoplastische Material. Nach der Abkühlung verfestigen sich die thermoplastischen Materialien an diesen Schnittstellen, um Bindungsstellen zu bilden, welche die Matrix der Materialien zusammen halten.
Optionale thermoplastische Materialien, die hier nützlich sind, können in einer Vielfalt von Formen vorliegen, einschließlich in Teilchenformen, Fasern oder in Kombinationen aus Teilchen und Fasern. Thermoplastische Fasern sind eine besonders bevorzugte Form, wegen ihrer Fähigkeit, zahlreiche Bindungsstellen zu bilden. Geeignete thermoplastische Materialien können aus einem beliebigen thermoplastischen Polymer hergestellt werden, das bei Temperaturen geschmolzen werden kann, welche die Materialien nicht übermäßig schädigen, welche das absorbierende Element aufweist. Der Schmelzpunkt dieses thermoplastischen Materials wird geringer sein als etwa 190°C und vorzugsweise zwischen etwa 75°C und etwa 175°C liegen. In jedem Fall sollte der Schmelzpunkt dieses thermoplastischen Materials nicht niedriger sein als die Temperatur, bei welcher die thermisch gebundenen absorbierenden Strukturen, wenn sie in absorbierenden Artikeln verwendet werden, wahrscheinlich gelagert werden. Der Schmelzpunkt des thermoplastischen Materials ist typischerweise nicht geringer als etwa 50°C.
Die thermoplastischen Materialien, und insbesondere die thermoplastischen Fasern, können aus einer Vielfalt von thermoplastischen Polymeren hergestellt werden, einschließlich Polyolefinen, wie Polyethylen (z.B. PULPEX^®) und Polypropylen, Polyestern, Copolyestern, Polyvinylacetat, Polyethylvinylacetat, Polyvinylchlorid, Polyvinylidenchlorid, Polyacryle, Polyamide, Copolyamide, Polystyrole, Polyurethane und Copolymere eines der vorstehenden, wie Vinylchlorid/Vinylacetat und dergleichen. Eine bevorzugte thermoplastische Binderfaser ist PLEXAFIL^®, Polyethylenmikrofasern (hergestellt von DuPont), die auch erhältlich sind als ein ca. 20% Gemisch mit 80% Zellulosefasern, verkauft unter dem Markennamen KITTY-HAWK (hergestellt durch Weyerhaeuser Co.). In Abhängigkeit von den gewünschten Eigenschaften für das sich daraus ergebene thermisch gebundene absorbierende Element umfassen geeignete thermoplastische Materialien, hydrophobe Fasern, die hydrophil gemacht wurden, wie mit einem grenzflächenaktiven Stoff behandelte oder mit Silica behandelte thermoplastische Fasern, wie z.B. von Polyolefinen, wie Polyethylen oder Polypropylen, Polyacrylen, Polyamiden, Polystyrolen, Polyurethanen und dergleichen abgeleitet werden. Die Oberfläche der hydrophoben thermoplastischen Fasern kann durch eine Behandlung mit einem grenzflächenaktiven Stoff, die mit einem nicht ionisierenden oder anionischen grenzflächenaktiven Stoff hydrophil gemacht werden, z.B. durch Besprühen der Faser mit einem grenzflächenaktiven Stoff, durch Eintauchen der Faser in einen grenzflächenaktiven Stoff oder durch Hinzufügen des grenzflächenaktiven Stoffes als Teil der Polymerschmelze beim Herstellen der thermoplastischen Faser. Beim Schmelzen und bei der Wiederverfestigung wird der grenzflächenaktive Stoff dazu neigen, an den Oberflächen auf der thermoplastischen Faser zu verbleiben. Geeignete grenzflächenaktive Stoffe umfassen nicht ionisierende grenzflächenaktive Stoffe, wie Brij^® 76, hergestellt durch ICI Americas, Inc. aus Wilmington, Delaware und verschiedene grenzflächenaktive Stoffe, die verkauft werden unter der Marke Pegosperse^® durch Glyco Chemical, Inc. aus Greenwich, Connecticut. Neben nicht ionisierenden grenzflächenaktiven Stoffen können anionische grenzflächenaktive Stoffe auch verwendet werden. Diese grenzflächenaktiven Stoffe können den thermoplastischen Fasern in Anteilen von z.B. von etwa 0,2 bis etwa 1 g pro sq. Zentimeter einer thermoplastischen Faser hinzu gefügt werden.
Geeignete thermoplastische Fasern können hergestellt werden aus einem einzelnen Polymer (Monokomponentfasern) oder können hergestellt werden aus mehr als einem Polymer (z.B. Bikomponentfasern). Wie hier verwendet, bezieht sich "Bikomponentfasern" auf thermoplastische Fasern, die eine Kernfaser aufweisen, die aus einem Polymer hergestellt ist, welche innerhalb eines thermoplastischen Mantels eingeschlossen ist, der aus einem anderen Polymer hergestellt ist. Das Polymer mit dem Mantel schmilzt häufig bei einer anderen, typischerweise geringeren Temperatur als das Polymer des Kernes. Als Ergebnis liefern die Bikomponentfasern eine thermische Bindung aufgrund des Schmelzens des Mantelpolymers, während die erwünschten Festigkeitseigenschaften des Kernpolymers erhalten bleiben.
Geeignete Bikomponentfasern für die Verwendung mit der vorliegenden Erfindung können Mantel/Kern-Fasern mit den folgenden Polymerkombinationen enthalten: Polyethylen/Polypropylen, Polyethylvinylacetat/Polypropylen, Polyethylen/Polyester, Polypropylen/Polyester, Copolyester/Polyester und dergleichen. Besonders geeignete thermoplastische Bikomponentfasern für die Verwendung hier sind solche mit einem Polypropylen- oder Polyesterkern und einem tiefer schmelzenden Copolyester-, Polyethylvinylacetat- oder Polyethylenmantel (z.B. DANA-KLON^®, CELBOND^® oder CHISSO^® Bikomponentfasern). Diese Bikomponentfasern können konzentrisch oder exzentrisch sein. Wie hier verwendet, beziehen sie die Ausdrücke "konzentrisch" und "exzentrisch" darauf, ob der Mantel eine Dicke hat, die gleich oder ungleich in der Querschnittfläche der Bikomponentfaser ist. Exzentrische Bikomponentfasern können beim Bereitstellen einer größeren kompressiven Festigkeit bei geringeren Faserdicken wünschenswert sein. Geeignete Bikomponentfasern für die hier vorliegende Verwendung können entweder ungecrimpt (das heißt, ungebogen) oder gecrimpt (das heißt, gebogen) sein. Bikomponentfasern können gecrimpt werden durch typische Textilmittel, wie z.B. ein Stopfbüchsenver fahren oder das Zahnrad-Crimpverfahren, um eine überwiegend zweidimensionale oder "flache" Crimpung zu erhalten.
Im Falle thermoplastischer Fasern kann ihre Länge in Abhängigkeit von dem speziellen Schmelzpunkt und anderen für diese Fasern erwünschten Eigenschaften variieren. Typischerweise haben diese thermoplastischen Fasern eine Länge von etwa 0,3 bis etwa 7,5 cm Länge, vorzugsweise von etwa 0,4 bis etwa 3,0 cm Länge und äußerst bevorzugt von etwa 0,6 bis etwa 1,2 cm Länge. Die Eigenschaften, einschließlich dem Schmelzpunkt, dieser thermoplastischen Fasern können auch durch Variieren des Durchmessers (der Stärke) der Fasern eingestellt werden. Der Durchmesser dieser thermoplastischen Fasern wird typischerweise definiert hinsichtlich entweder eines Denier (Gramm pro 9.000 Meter) oder Decitex (Gramm pro 10.000 Meter). Geeignete thermoplastische Bikomponentfasern können ein Decitex im Bereich von etwa 1,0 bis etwa 20 haben, vorzugsweise von etwa 1,4 bis etwa 10 und äußerst bevorzugt von etwa 1,7 bis etwa 3,3.
Das Kompressionsmodul dieser thermoplastischen Materialien und insbesondere das der thermoplastischen Fasern kann auch wichtig sein. Das Kompressionsmodul der thermoplastischen Fasern wird nicht nur durch ihre Länge und durch den Durchmesser beeinflusst, sondern auch durch die Zusammensetzung und die Eigenschaften des Polymers oder der Polymere, aus welchem sie hergestellt sind, durch die Form und durch die Konfiguration der Fasern (z.B. konzentrisch oder exzentrisch, gecrimpt oder ungecrimpt) und ähnlicher Faktoren. Unterschiede des Kompressionsmoduls dieser thermoplastischen Fasern können verwendet werden, um die Eigenschaften, und insbesondere die Dichteeigenschaften, der jeweiligen absorbierenden Elemente während der Präparierung des absorbierenden Kerns zu variieren.
Weitere Materialien, die im Stand der Technik allgemein bekannt sind, können in den absorbierenden Speicherelementen enthalten sein, vorausgesetzt, sie sind in Anteilen enthalten, die ausreichend gering sind, so dass die notwendigen kapillaren Saugeigenschaften erhalten werden. Optionale Materialien, die auch in den Spei cherelementen der vorliegenden Erfindung enthalten sein können, umfassen faserige Materialien, die im Allgemeinen mit Hydrogel bildenden absorbierenden Polymeren kombiniert werden. Zum Beispiel können auf Holz basierende Fasern enthalten sein, wie auch synthetische Fasern. Wobei solche Materialien jedoch dazu neigen, die kapillare Saugkapazität der Speicherelemente mit dem Material mit großem Oberflächenbereich und dem Hydrogel bildenden Polymer zu reduzieren, werden sie in relativ geringen Anteilen enthalten sein, derart, dass die Elemente noch die gewünschte kapillare Saug-Absorptionskapazität liefern. Tatsächlich kann es vorgezogen werden, die Verwendung solcher Fasern auszuschließen, sofern sie auf Gewichtsbasis ein Volumen hinzu fügen und die kapillare Sorptionskapazität reduzieren.
Zahlreiche im Stand der Technik bekannte Verfahren können verwendet werden, um das Hydrogel bildende Polymer (oder ein anderes osmotisches Absorptionsmittel) mit dem Material mit großem Oberflächenbereich zu kombinieren. Natürlich wird die physikalische Form (z.B. faserig, teilchenförmig, etc.) des Materials mit großem Oberflächenbereich und des Hydrogel bildenden absorbierenden Polymers (oder des anderen osmotischen Absorptionsmittels) wenigstens in gewissem Maße diktieren, welche Verfahren zum Bilden spezifischer Ausführungsformen des absorbierenden Speicherelements verwendet werden können.
In einer Ausführungsform können Hydrogel bildende absorbierende Polymerteilchen an einem faserigen Material befestigt werden, um eine unerwünschte Migration der Teilchen während der Herstellung, Lagerung und/oder während des Tragens zu verhindern. Das Anbringen absorbierende Teilchen an einem geschmolzenen Polymermaterial ist offenbart in der europäischen Patentveröffentlichung EP 156,160 , in welchem geschmolzenes Polymermaterial extrudiert wird, um so einen Strom von schmelzgeblasenen polymeren Mikrofasern zu produzieren, und, während sie noch klebrig sind, absorbierende Teilchen in diese geleitet werden, so dass sie an den Fasern anhaften.
Die Technik des Einfangens von teilchenförmigen absorbierenden Materialien in einer schmelzgeblasenen Bahn ist offenbart in US Patent Nr. 4,923,454, in welchem Mikrofasern enthaltende absorbierende Strukturen und absorbierende Artikel, in welchem benässbare hydrophile schmelzgeblasene Nylon-Mikrofasern und Hydrogel bildende Polymerteilchen offenbart sind, und in US Patent Nr. 4,773,903, in welchem schmelzgeblasene Mikrofaser- und Hydrogel bildende Polymerteilchen und gecrimpte Stapelfasern und ein hydrophilisierendes Mittel offenbart sind.
Das Festlegen von Materialien mit großem Oberflächenbereich und des Hydrogel bildenden absorbierenden Polymers durch die Technik, die beschrieben ist in 4,764,325, ist auch möglich.
Obwohl die Flächenmasse der absorbierenden Speicherelemente der vorliegenden Erfindung nicht kritisch ist und in Abhängigkeit von der Endnutzung des Elements variieren kann (z.B. durch den Einbau in z.B. ein Frauenhygieneprodukt, eine Kinderwindel, ein Erwachsenen-Inkontinenzprodukt, einen Verband), werden die Elemente typischerweise eine Flächenmasse von etwa 5 bis etwa 3000 g/m² oder von etwa 40 bis etwa 2500 g/m² oder von etwa 100 bis etwa 2000 g/m² oder von etwa 150 bis etwa 1500 g/m² oder von etwa 250 bis etwa 1000 g/m² haben.
Wie angegeben, sind besonders bevorzugte absorbierende Speicherelemente, welche ein osmotisches Absorptionsmittel aufweisen, solche, bei welchen ein polymerer Schaum mit großer kapillarer Saugkraft als das Material mit großem Oberflächenbereich verwendet wird. Der polymere Schaum liegt in Form von Teilchen vor und wird mit dem teilchenförmigen Hydrogel bildenden absorbierenden Polymer vermischt, um ein homogenes Gemenge zu bilden. 10 ist eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 320 zum Herstellen eines solchen homogenen Gemisches. Mit Bezug auf 10 wird ein absorbierendes Element präpariert, indem ein teilchenförmiger polymerer Schaum von einer ersten Vorschubeinrichtung 301 zu einer ersten Dosiereinrichtung 302 geführt wird (optional ist die Einrichtung 302 ein Fluidbett-Gewichtsverlustsystem, welches die Menge eines teilchenförmigen Schaumes, die dosiert auf die Linie abgegeben wird, basierend auf der Gewichtsdifferenz von der Einrichtung über eine spezifizierte Zeit regelt) und indem das teilchenförmige Hydrogel bildende Polymer von einer zweiten Vorschubeinrichtung 303 zu einer zweiten Dosiereinrichtung 304 geliefert wird (Optional ist die Einrichtung 304 ein Gewichts- und Verlustdosiersystem, das üblicherweise bei der wirtschaftlichen Herstellung von Windeln und Frauenhygieneprodukten verwendet wird: z.B. ein Gewichts- und Verlustsystem, erhältlich von Acrison, Inc., Moonachi, NY. Dieser Schritt stellt die Flächenmasse des Hydrogel bildenden absorbierenden Polymers im Produkt fest.) Die polymeren Schaumteilchen und die Hydrogel bildenden Polymerteilchen werden in eine einzelne Mischkammer 305 eingeführt. Innerhalb der Mischkammer 305 wird ein homogenes Gemenge von zwei Komponenten erzeugt. Dieses Gemisch wird dann mit einem Luftstrom 306 transportiert (unter Verwendung z.B. einer Venturi-Düse, um die kinetische Energie der Teilchen zu erhöhen), und zwar durch einen faserigen Haftmittelstrom, der aus 307 entspringt. Alternativ können die Schaumstücke und das Hydrogel bildende Polymer auch durch irgendeine Technik "agglomeriert" werden, die in der Lage ist, ein relativ homogenes Gemisch zu erzeugen, durch Binden oder miteinander Verbinden des Materials, so dass ein frei strömendes Gemisch erhalten wird, das in den Luftstrom 306 eingeführt wird. Der faserige Haftmittelstrom kann auf dem Wege eines schmelzgeblasenen Haftmittelsystems eingeführt werden, wie demjenigen, das erhältlich ist von J&M Laboratories, Inc., Dawsonville, GA. Dieser faserige Haftmittelstrom verheddert die Teilchen des polymeren Schaums und des Hydrogel bildenden Polymers, um ein im Allgemeinen als 308 gezeigten Verbundstoff zu bilden. (Es wird angenommen, dass ein homogenes Vermischen machbar ist in der Einlasskammer von z.B. einer Venturi-Düse von Fox (Dover, NJ). Falls ein homogenes Vermischen in der Kammer 305 nicht machbar ist, können zwei separate Transportströme benötigt werden, um den teilchenförmigen Schaum und das teilchenförmige Hydrogel bildende absorbierende Polymer mit dem faserigen Haftmittel, das aus 307 geliefert wird, zu kombinieren.) Der Verbundstoff 308 wird dann optional zwischen einer ersten Bahn, die über eine Einrichtung 309 eingeführt wird, und einer zweiten Bahn, die über eine Einrichtung 310 eingeführt wird, positioniert, um ein absorbierendes Speicherelement 311 zu bilden. Das gesamte absorbierende Speicherelement 311 kann dann komprimiert werden (z.B. unter Verwendung eines Drehspaltes), um die Zieldichte und -dicke des Elements zu erhalten. In einer spezifischen Ausführungsform ist eine der Bahnen vorzugsweise ein oben beschriebenen Flüssigkeits-Verteilungsmaterial und ist die andere Bahn ein Kern-Abdeckmaterial, wie ein Vliesstoff oder ein High-Loft, welches am nächsten an einer Außenlage eines absorbierenden Artikels angeordnet werden würde.
Ein ähnliches Verfahren zu demjenigen, das in dem vorstehenden Abschnitt beschrieben wurde, kann verwendet werden, um Fibretten mit großem Oberflächenbereich mit einem osmotischen Absorptionsmittel zu kombinieren (das heißt, einem teilchenförmigen Hydrogel bildenden absorbierenden Polymer). Das heißt, die Fibretten können über eine Einrichtung ähnlich der ersten Vorschubeinrichtung 301, die in 10 gezeigt ist, eingeführt werden. Weitere allgemein bekannte Verfahren zum Kombinieren von Fasern und Hydrogel bildenden Polymeren können verwendet werden. Ein repräsentatives Mittel zum Präparieren eines solchen Verbundstoffs ist beschrieben unten im Beispiel I.
Ein anderes Verfahren zum Mischen und Beschleunigen des teilchenförmigen polymeren Schaums und des Hydrogel bildenden Polymers verwendet elektrostatische Kräfte. In dieser Ausführungsform werden zwei Typen von Materialien "geladen", um zwischen sich Anziehungskräfte zu erzeugen. Diese Kraft wird verwendet, um das homogene Gemisch aus den zwei Bestandteilen zu erzeugen und wird potentiell die Bewegungskraft erzeugen, um das Gemisch durch den Haftmittelstrom zu beschleunigen und somit einen der Verfahrensluftströme zu beseitigen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird das teilchenförmige Hydrogel bildende absorbierende Polymer zwischen zwei Lagen eines polymeren Schaummaterials positioniert. Diese geschichtete Kombination wird dann manipuliert (das heißt, in ihrer Dicke durchgeschnitten), und zwar in der Maschinen- und/oder der Quermaschinenrichtung, um die Lagen in Streifen oder Stücke zu separieren, um ein absorbierendes Speicherelement zu schaffen, das aus kleinen Abschnitten der geschichteten Kombination zusammen gesetzt ist. (Es sei angemerkt, dass die geschichtete Struktur, die vor dem Schneiden geformt wurde, auch nützlich ist als absorbierendes Speicherelement und Vorteile hinsichtlich der Herstellung in wirtschaftlichem Maßstab liefern kann. Die Anmelder haben jedoch herausgefunden, dass eine weitere Verarbeitung ein absorbierendes Speicherelement mit einer besonders hohen kapillaren Sorptions-Absorptionskapazität an hohen Saughöhen schafft.) 11 zeigt eine Vorrichtung 420 zum Herstellen einer solchen geschichteten Kombination und 12 zeigt die geschichtete, sektionierte Kombination, die als absorbierendes Speicherelement der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. Mit Bezug auf die Vorrichtung 420, die in 11 gezeigt ist, wird ein erstes gespanntes Flächengebilde des polymeren Schaummaterials 402 über Mittel, die im Stand der Technik allgemein bekannt sind, dosiert. Separat davon wird ein Strom eines teilchenförmigen, Hydrogel bildenden absorbierenden Polymers von der Dosiereinrichtung 403 dosiert abgegeben (Optional ist die Einrichtung 403 ein Gewichts- und Verlust-Dosiersystem, das gewöhnlich bei der wirtschaftlichen Herstellung von Windeln und Frauenhygieneprodukten verwendet wird; z.B. ein Dosiersystem, erhältlich von Acrison, Inc. Das Hydrogel bildende Polymer wird in einen Beschleuniger 404 dosiert abgegeben (z.B. eine Venturi-Düse oder ein Fluidbett, wie das System Flexispray^TM, erhältlich von Nordson, Inc., Atlanta, GA), wo es in einem Luftstrom in Richtung eines faserigen (vorzugsweise hydrophilen) Haftmittel 406 transportiert wird (z.B. Cycloflex^TM 34-5652 von National Starch, Bridgewater, NJ), das von 405 geliefert wird. Das faserige Haftmittel verheddert die Teilchen des Hydrogel bildenden Polymers und immobilisiert diese und bildet ein Gemisch 407. Ein wenig stromabwärts von der Stelle, an welcher das faserige Haftmittel und das Hydrogel bildende Polymer kombiniert werden, wird ein zweites gespanntes Flächengebilde des polymeren Schaum 408 dosiert abgegeben. Das Moment des Teilchen/Haftmittel-Gemisches 407 trägt das Gemisch an eine Spaltstelle 409, wo die Flächengebilde 402 und 408 kombiniert werden. Dies führt zu einem geschichteten Verbundstoff 410 mit einer Schicht aus einem Hydrogel bildenden Polymer und einem Haftmittel, das zwischen zwei Lagen des polymeren Schaummaterials eingebettet ist. Der Verbundstoff 410 wird dann mit einem Vliesstoffmaterial 411 kombiniert, und die Kombination wird zu einem Faltbrett 412 geführt, welches den Vliesstoff 411 um den Verbundstoff 410 herum faltet (vorzugsweise ein einer "e"-Falte). (Das Vliesstoffmaterial liefert eine Verbund-Einheit während nachfolgender Umformvorgängen und liefert auch eine zusätzliche Integrität der Endstruktur.) Der eingewickelte Verbundstoff wird dann zu einer ersten Umformeinrichtung 413 und einer zweiten Umformeinrichtung 414 geführt. In den Umformeinrichtungen 413 und 414 wird der eingewickelte Verbundstoff wahlweise durch Aufbringen von Scherebenen in mehreren Richtungen geschlitzt. Die Scherebenen brechen den eingewickelten Verbundstoff in Säulen des Polymerschaums und der Hydrogel bildenden Polymer/Faser-Haftmittelschichten. Der Umformvorgang verringert auch die Flächenmasse des Verbundstoffes, einschließlich des Vliesstoffes um die Scherebenen herum.
Um die physikalische Natur eines bevorzugten Verbundstoffes, der in dem obigen Vorgang gebildet wurde, voll zu verstehen, zeigt 12 den Verbundstoff 410 im Detail (ohne die Vliesstoffhülle zu zeigen), nachdem dieser einer Umformung in den Einrichtungen 413 und 414 ausgesetzt worden ist. In dieser Ausführungsform hat eine der Umformeinrichtungen den Verbundstoff in Querrichtung durch seine gesamte Dicke hindurch in mehrere Streifen geschnitten, während die andere Umformeinrichtung den Verbundstoff durch seine gesamte Dicke in Maschinenrichtung geschnitten hat. Das Ergebnis ist ein Verbundstoff, der aus zahlreichen diskreten geschichteten Säulen zusammen gesetzt, wie als 451 gezeigt ist. Ein dieser Säulen 451 ist in einer vergrößerten Ansicht gezeigt, welche deutlicher zeigt, dass jede Säule 451 Hydrogel bildende Polymerteilchen umfasst, die als 452 gezeigt sind, und eine faseriges Haftmittel, das als 453 gezeigt ist, zwischen "Würfeln" 454 und 455 aus polymerem Schaummaterial sandwichartig aufgenommen ist. Um die Grenzfläche zwischen dem Hydrogel bildenden absorbierenden Polymer und dem polymeren Schaummaterial zu verbessern, kann ein sanftes Mischen (z.B. Aufbringung von Scherkräften) auf den Verbundstoff 410 während und/oder nach der Umformung in den Einrichtungen 413 und 414 aufgebracht werden.
V. Absorbierende Artikel
Die absorbierenden Speicherelemente mit großer Saugkraft der vorliegenden Erfindung sind besonders nützlich als Speicherbereich der absorbierenden Strukturen (z.B. absorbierenden Kernen oder Kernelementen) für verschiedene absorbierende Artikel. Mit "absorbierendem Artikel" ist hier ein Verbraucherprodukt gemeint, das in der Lage ist, signifikante Mengen von Urin, Menstruationsfluiden oder anderen Fluiden (z.B. Flüssigkeiten), wie wässerigem Stuhlgangmaterial (Durchfall), die von einem inkontinenten Träger oder Benutzer des Artikels abgegeben werden, zu absorbieren. Beispiele solcher absorbierenden Artikel umfassen Einwegwindeln, Inkontinenzwäsche, Katamneseprodukte, wie Tampons und Damenbinden, wegwerfbare Übungshöschen, Bettlaken, Verbände und dergleichen. Die absorbierenden Speicherelement sind hier besonders geeignet für die Verwendung in Artikeln, wie Windeln, Inkontinenzpads- oder -Kleidungsstücken, Kleidungsschutzeinrichtungen, Verbänden und dergleichen.
In seiner einfachsten Form muss ein absorbierender Artikel der vorliegenden Erfindung nur das absorbierende Speicherelement der vorliegenden Erfindung umfassen, wird aber typischerweise eine Unterlage enthalten, die typischerweise relativ flüssigkeitsundurchlässig ist, und das Speicherelement mit großer Saugkraft. In einer weiteren einfachen Form muss der absorbierende Artikel nur eine Unterlage, ein Annahmematerial und das Speicherelement mit großer Saugkraft enthalten. Die Komponenten werden derart miteinander verbunden, dass das Annahmematerial so positioniert ist, dass dieses die flüssige Ausscheidung des Trägers des absorbierenden Artikels annehmen kann. Das hier beschriebene Element mit großer Saugkraft liegt so, dass dieses in einer Flüssigkeitskommunikation mit dem Annahmeelement oder einem optionalen Flüssigkeits-Verteilungselement steht, das sich in einer Flüssigkeits- oder Kapillarkommunikation mit dem Annahmeelement befindet. Die flüssigkeitsundurchlässigen Unterlagen können irgendein Material umfassen, z.B. ein Polyethylen oder Polypropylen, mit einer Dicke von etwa 1,5 mil (0,038 mm), wel ches dabei hilft, eine Flüssigkeit innerhalb des absorbierenden Artikels zurück zu halten.
Üblicher werden diese absorbierenden Artikel auch ein flüssigkeitsdurchlässiges Decklagenelement enthalten, welches die Seite des absorbierenden Artikels abdeckt, welche die Haut des Trägers berührt. In dieser Konfiguration umfasst der Artikel einen absorbierenden Kern mit ein oder mehreren absorbierenden Speicherelementen der vorliegenden Erfindung, die zwischen der Unterlage und der Decklage positioniert sind. Flüssigkeitsdurchlässige Decklagen können irgendein Material umfassen, wie ein Polyester, Polyolefin, Rayon und dergleichen, das im Wesentlichen porös ist und einer Körperflüssigkeit erlaubt, ohne Weiteres durch sie hindurch und in den unterlagernden absorbierenden Kern zu gelangen. Das Decklagenmaterial wird vorzugsweise eine Neigung dahin gehend haben, wässerige Flüssigkeiten im Kontaktbereich zwischen der Decklage und der Haut des Trägers zu halten.
Zusätzlich zu dem absorbierenden Speicherelement der vorliegenden Erfindung kann der absorbierende Kern der hier vorliegenden absorbierenden Artikel auch weitere, z.B. herkömmliche Elemente oder Materialien umfassen. In einer Ausführungsform, die eine Kombination des hier vorliegenden absorbierenden Elements mit weiteren absorbierenden Materialien umfasst, können die absorbierenden Artikel eine mehrschichtige absorbierende Kernkonfiguration verwenden, bei welcher eine Kernschicht mit ein oder mehreren absorbierenden Speicherelementen der vorliegenden Erfindung in Kombination mit ein oder mehreren zusätzlichen separaten Kernschichten mit weiteren absorbierenden Strukturen oder Materialien verwendet werden können. Diese weiteren absorbierenden Strukturen oder Materialien können z.B. luftgelegte oder nass gelegte Bahnen aus Holzzellstoff oder anderen Zellulosefasern enthalten. Diese weiteren absorbierenden Strukturen können auch Schäume umfassen, z.B. absorbierende Schäume oder sogar Schwämme, die als Flüssigkeitsannahme/Verteilungs-Komponenten nützlich sind, wie solche, die offenbart sind in US Patent Nr. 5,563,179 (Stone et al.), veröffentlicht am 08. Oktober 1996.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform bringt eine weitere Trennung der verschiedenen absorbierenden Kernelemente mit sich. Dieser bevorzugte absorbierende Kern umfasst eine Annahmeschicht nur um die Schrittregion des Trägers herum, um den anfänglichen schnellen Flüssigkeitsschwall zu handhaben. Eine Verteilungsschicht ist vertikal vorne und hinten an der Annahmeschicht positioniert, um so die Flüssigkeit aus der Schrittregion weg zu saugen. Die Speicherschicht ist in einer Position nahe der vorderen und hinteren Taillenregionen positioniert und befindet sich in Kontakt nur mit dem Verteilungsmaterial. Die eine oder mehreren absorbierenden Speicherelemente müssen dann in der Lage sein, die Flüssigkeit aus der Verteilungsschicht zu absorbieren, sowohl die Kraft aufgrund der Schwerkraft als auch diejenige aufgrund der Desorptionsdrucke in dem Verteilungsmaterial überwinden. Das so dargestellte Produkt entfernt eine Flüssigkeit aus der Schrittregion innerhalb der Zeit, die zwischen Einträgen gegeben ist und belässt die Annahmeregion relativ trocken und bereit für eine weitere Aufnahme von Flüssigkeit. Dies hält ferner die Form der Wäsche bei und hält den Schrittbereich relativ trocken, was zu einer besseren Hautgesundheit führt. Siehe z.B. das US Patent Nr. 6,083,210 von G. Young et al. und das US Patent Nr. 5,827,253 von Young et al..
1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer Windel 60, in welcher die Decklage 61 und die Außenlage 62 gleich erstreckend sind und eine Längen- und Breitenabmessung haben, die im Wesentlichen größer ist als diejenige des absorbierenden Kerns 28. Die Decklage 61 ist mit der Außenlage 62 verbunden und über dieser angeordnet, wodurch ein Umfang der Windel 60 gebildet wird. Der Umfang begrenzt die äußere Kontur oder die Ränder der Windel 60.
Die Decklage 61 ist nachgiebig, weichfühlig und nicht störend für die Haut des Träges. Ferner ist die Decklage 61 flüssigkeitsdurchlässig und erlaubt Flüssigkeiten, ohne Weiteres durch ihre Dicke hindurch zu dringen. Eine geeignete Decklage 61 kann aus einem breiten Bereich von Materialien hergestellt werden, wie porösen Schäumen, retikulierten Schäumen, mit Öffnungen versehenen Kunststofffilmen, natürlichen Fasern (z.B. Holz- oder Baumwollfasern), synthetischen Fasern (z.B.
Polyester- oder Polypropylenfasern) oder aus einer Kombination aus natürlichen und synthetischen Fasern. Typischerweise ist die Decklage 61 hergestellt aus einem hydrophoben Material, das so behandelt wurde, dass es anfänglich hydrophil ist, um die Haut des Trägers gegenüber Flüssigkeiten in dem absorbierenden Speicherelement 10 zu isolieren. Die hydrophile Behandlung verursacht eine anfängliche Benetzbarkeit der Decklage, so dass flüssige Ausscheidungen in die Decklage eindringen können. Eine besonders bevorzugte Decklage 61 umfasst stapellange Polypropylenfasern mit einem Denier von etwa 1,5, wie ein Polypropylen Hercules Typ 151, vermarktet durch Hercules, Inc. aus Wilmington, Delaware. Wie hier verwendet, bezieht sich der Ausdruck "stapellange Fasern" auf solche Fasern mit einer Länge von wenigstens etwa 15,9 mm (0,62 Inch).
Es gibt eine Anzahl von Herstellungstechniken, welche verwendet werden können, um die Decklage 61 herzustellen. Zum Beispiel kann die Decklage 61 gewebt, vliesstoffartig, spunbonded, kardiert oder dergleichen sein. Eine bevorzugte Decklage ist kardiert und durch Mittel, die den Fachleuten in der Textilstofftechnik allgemein bekannt sind, thermisch gebunden. Vorzugsweise hat die Decklage 61 ein Gewicht von etwa 18 bis etwa 25 Gramm pro Quadratmeter, eine minimale trockene Zugfestigkeit von wenigstens etwa 400 Gramm pro Zentimeter in der Maschinenrichtung und eine Nasszugfestigkeit von wenigstens etwa 55 Gramm pro Zentimeter in der Quermaschinenrichtung.
Obwohl vorgezogen wird, dass eine Decklage als das Material am nächsten zur Haut des Trägers vorgesehen ist, ist dies nicht notwendig. Es kommt in Betracht, dass eine geeignete absorbierende Kernkonfiguration ohne eine Decklage verwendet werden könnte und noch wünschenswerte Ergebnisse hinsichtlich Komfort und Absorptionsfähigkeit sowie Vereinfachung bei der Herstellung und Einsparung bei Materialkosten liefern würde. Zum Beispiel könnte die körperseitige Oberfläche des absorbierenden Kerns selbst aus flüssigkeitsdurchlässigen, weichen, nachgiebigen, nicht störenden Materialien hergestellt werden, welche eine separate Decklage ersetzen. Ein solcher absorbierende Kern würde nur in Kombination mit einer Außen lage verwendet werden müssen, um den Komfort und die Absorptionsfähigkeit in einem absorbierenden Artikel bereit zu stellen.
Die Außenlage 62 ist undurchlässig für Flüssigkeiten und wird vorzugsweise hergestellt aus einem dünnen Kunststofffilm, obwohl andere flexible flüssigkeitsundurchlässige Materialien auch verwendet werden können. Die Außenlage 62 verhindert, dass in das absorbierende Speicherelement 10 absorbierte und aufgenommene Ausscheidungen Artikel benässen, welche die Windel 60 berühren, wie Bettlaken und Unterwäsche. Vorzugsweise ist die Außenlage 62 ein Polyethylenfilm mit einer Dicke von etwa 0,012 mm (0,5 mil) bis etwa 0,051 Zentimeter (2,0 mil), obwohl andere flexible, flüssigkeitsundurchlässige Materialien verwendet werden können. Wie hier verwendet, bezieht sich der Ausdruck "flexibel" auf Materialien, welche nachgiebig sind und sich ohne Weiteres an die allgemeine Form und Kontur des Körpers des Trägers anpassen werden.
Ein geeigneter Polyethylenfilm wird hergestellt durch Monsanto Chemical Corporation und vermarktet im Handel als Film Nr. 8020. Die Außenlage 62 wird vorzugsweise geprägt und oder mattiert, um ein mehr kleidungsähnliches Erscheinungsbild zu schaffen. Ferner kann die Außenlage 62 "atmungsfähig" sein und Dämpfen erlauben, aus dem absorbierenden Kern 28 zu entweichen, während sie noch verhindern, dass Ausscheidungen durch die Außenlage 62 hindurch gelangen. Es kommt in Betracht, dass eine Außenlage, die höchst atmungsfähig ist, aber im Wesentlichen undurchlässig für Flüssigkeiten ist, für bestimmte absorbierende Artikel wünschenswert sein kann.
Die Größe der Außenlage 62 wird diktiert durch die Größe des absorbierenden Kerns 28 und die gewählte exakte Windelausbildung. In einer bevorzugten Ausführungsform hat die Außenlage 62 eine modifizierte Sanduhrform, die sich über den absorbierenden Kern 28 um eine minimale Strecke von wenigstens etwa 1,3 Zentimeter bis wenigstens etwa 2,5 Zentimeter (etwa 0,5 bis etwa 1,0 in.) um den gesamten Windelumfang hinaus erstreckt.
Die Decklage 61 und die Außenlage 62 sind in irgendeiner geeigneten Weise miteinander verbunden. Wie hier verwendet, umfasst der Ausdruck "verbunden" Konfigurationen, durch welche die Decklage 61 direkt mit der Außenlage 62 verbunden ist, indem die Decklage 61 direkt an der Außenlage 62 befestigt ist, und Konfigurationen, durch welche die Decklage 61 indirekt mit der Außenlage 62 verbunden ist, indem die Decklage 61 an Zwischenelementen befestigt ist, welche wiederum an der Außenlage 62 befestigt sind. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Decklage 61 und die Außenlage 62 direkt im Windelumfang durch Anbringungsmittel (nicht gezeigt), wie einem Haftmittel oder einem anderen Anbringungsmittel, der im Stand der Technik bekannt ist, aneinander befestigt. Zum Beispiel kann eine gleichförmige kontinuierliche Schicht eines Haftmittels, eine gemusterte Schicht eines Haftmittels oder eine Anordnung von separaten Linien oder Punkten eines Haftmittels verwendet werden, um die Decklage 61 an der Außenlage 62 zu befestigen.
Bandstreifenbefestiger 65 werden typischerweise an die Taillenbandregion 63 der Windel 60 aufgebracht, um ein Befestigungsmittel zum Halten der Windel am Träger zu schaffen. Die gezeigten Bandstreifenbefestiger 65 sind nur repräsentativer Art. Die Bandstreifenbefestiger können irgendwelche sein, die im Stand der Technik bekannt sind, wie das Befestigungsband, das offenbart ist in US Patent 3,848,594 (Buell), veröffentlicht am 19. November 1974. Diese Bandstreifenbefestiger oder anderen Windel-Befestigungsmittel werden typischerweise nahe den Ecken der Windel 60 angebracht.
Elastische Elemente 69 sind angrenzend an den Umfang der Windel 60 angeordnet, vorzugsweise entlang jedes Längsrandes 64, so dass die elastischen Elemente dazu neigen, die Windel 60 an die Beine des Trägers zu ziehen und dort zu halten. Zudem können elastische Elemente 67 angrenzend an einen oder an beide der Taillenbandregionen 63 der Windel 60 angeordnet sein, um ein Taillenband zu schaffen, zusätzlich oder anstatt der Beinaufschläge. Zum Beispiel ist ein geeignetes Taillen band offenbart in US Patent 4,515,595 (Kievit et al.), veröffentlicht am 07. Mai 1985. Zudem ist ein Verfahren und eine Vorrichtung, die zum Herstellen einer Einwegwindel mit elastisch zusammenziehbaren elastischen Elementen geeignet ist, beschrieben in US Patent 4,081,301 (Buell), veröffentlicht am 28. März 1978.
Die elastischen Elemente werden an der Windel 60 in einen elastisch zusammenziehbaren Zustand angebracht, so dass die elastischen Elemente in einer normalerweise ungespannten Konfiguration die Windel 60 wirksam zusammenziehen oder raffen. Die elastischen Elemente können in einem elastisch zusammenziehbaren Zustand auf wenigstens zwei Wegen befestigt werden. Zum Beispiel können die elastischen Elemente gestreckt und festgelegt werden, während sich die Windel 60 in einem nicht zusammen gezogenen Zustand befindet. Alternativ kann die Windel 60 zusammen gezogen sein, z.B. durch Fältelung, und die elastischen Element an der Windel 60 festgelegt und mit dieser verbunden werden, während sich die elastischen Elemente in ihrem nicht entspannten bzw. ungestreckten Zustand befinden. Die elastischen Elemente können sich entlang eines Bereichs der Länge der Windel 60 dehnen. Alternativ können sich die elastischen Elemente über die gesamte Länge der Windel 60 oder über eine andere geeignete Länge, um eine elastisch kontrahierbare Linie zu schaffen, dehnen. Die Länge der elastischen Elemente wird diktiert durch die Windelausbildung.
Bei der Benutzung wird die Windel 60 an einem Träger angelegt, indem eine Taillenbandregion unter dem Rücken des Trägers positioniert wird und der Rest der Windel 60 zwischen den Beinen des Trägers hindurch gezogen wird, so dass die andere Taillenbandregion über der Vorderseite des Trägers positioniert ist. Der Bandstreifen 65 oder die anderen Befestiger werden dann vorzugsweise an außenseitigen Flächen der Windel 60 festgelegt. Bei der Benutzung neigen Einwegwindeln oder andere absorbierende Artikel, welche die absorbierenden Speicherelemente der vorliegenden Erfindung aufweisen, dazu, Flüssigkeiten effizienter zu speichern und trocken zu bleiben, und zwar aufgrund der hohen Absorptionskapazität und der hohen Saugkapazität der absorbierenden Elemente.
Bei Benutzung als absorbierender Kern in einer Einwegwindel 60, wird eine bevorzugte Ausführungsform des Kerns 28 gemäß der vorliegenden Erfindung derart positioniert, dass ein Annahmestreifen 52 in einer Flüssigkeitskommunikation mit der Decklage 61 steht und dazu dient, Körperausscheidungen vom Körper des Trägers schnell anzunehmen und zu einem Absorptions-Verteilungsstreifen 51 weg zu bringen. Eine Haftbindung des Annahmestreifens 52 einer Decklage 61 kann die Flüssigkeitskommunikation verbessern, indem eine Grenzflächenbindung bereit gestellt wird und eine Separierung der Decklage vom auftreffenden Flüssigkeitsfluss verhindert wird. Das Verteilungsmaterial 51 bewegt die Flüssigkeit in der X- und Y-Abmessung des Kerns 28 und wird nachfolgend durch die Flüssigkeitsspeicherkomponente desorbiert, die als 10 allgemein gezeigt ist, welche ein absorbierendes Speicherelement der vorliegenden Erfindung ist. Obwohl die Komponenten 52 und 51 allgemein als geradlinig und von gleicher Größe gezeigt sind, können andere Formen und Größenbeziehungen verwendet werden. Wie dargestellt ist, haben die im Allgemeinen geradlinigen Komponenten eine Breite 53 entsprechend einer geeigneten Breite für den Schrittbereich 66 einer Einwegwindel. Ebenso kann die Länge der jeweiligen Kernkomponenten variiert werden, um einen geeigneten Sitz für verschiedene Trägergrößen bereit zu stellen.
Wie in 1 gezeigt ist, kann ein absorbierendes Speicherelement 10 zwei separate absorbierende Speicherelemente 20 und 30 umfassen, derart, dass kein absorbierendes Speicherelement in der Flüssigkeits-Ausscheidungsregion der Windel angeordnet ist. Weil ein solches absorbierendes Speicherelement 10 nur wenig oder gar kein Flüssigkeitsspeichermaterial aufweist (Es sollte klar sein, dass das Verteilungsmaterial 51 eine signifikante Speicherkapazität haben kann und Flüssigkeit wenigstens so lange halten kann, bis diese durch das Speichermaterial mit höherer Saugkraft desorbiert worden ist.) im Zentrum des Kerns (entsprechend der Schritt- oder Flüssigkeitsausscheidungsregion des Kerns), können Artikel mit solchen Kernen einen verbesserten Sitz und Trägerkomfort bereit stellen, sowohl wenn der Artikel trocken ist als auch nachdem dieser mehrere Ladungen von Körperflüssigkeit aufgenommen hat. Siehe z.B. US Patent Nr. 6,083,210 von G. Young et al. und US Patent 5,827,253 von Young et al.. 2a zeigt eine Explosionsdarstellung eines absorbierenden Kerns 28 mit zwei getrennten Elementen 20 und 30, die jeweils aus einem absorbierenden Speicherelement der vorliegenden Erfindung bestehen. Das Vorderfeld 20 entspricht im Allgemeinen dem Bereich der Einwegwindel, der an der Vorderseite des Trägers getragen wird. Ebenso entspricht das Hinterfeld 30 dem Bereich der Einwegwindel, der an der Rückseite des Trägers getragen wird.
Alternativ kann das absorbierende Speicherelement 10 aus einer oder mehreren einheitlichen Schichten bestehen (das heißt, wo die gestrichelten Linien 70 in 1 angeben, dass das absorbierende Speicherelement 10 in der Flüssigkeits-Ausscheidungsregion des Artikels enthalten ist) aus absorbierendem Speichermaterial der vorliegenden Erfindung bestehen. Eine solche Ausführungsform eines absorbierenden Kerns 28 ist in 2b gezeigt.
In einer Ausführungsform wird der Annahmestreifen 52 eine Flüssigkeitshandhabungsschicht sein, die in der Flüssigkeits-Ausscheidungsregion des Trägers des Artikels positioniert ist, und zwar in Form eines Vliesstoffes mit großem Loft, die aber vorzugsweise in Form einer Flüssigkeits-Annahmeschicht mit einer Schicht aus modifizierten Zellulosefasern besteht, z.B. versteiften, gekräuselten Zellulosefasern, und optional bis zu etwa 10 Gew.% dieser Flüssigkeitsannahme/Verteilungs-Schicht aus polymerem Geliermittel. In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Annahmestreifen 52 eine Vliesstoffschicht aus einem chemisch gebundenen Polyethylenterephthalat (PET) mit großem Loft umfassen (z.B. mit einer Flächenmasse von etwa 42 g/m²), welche eine Schicht aus versteiften und gekräuselten Zellulosefasern überlagert (z.B. erhältlich von Weyerhaeuser Co., WA als CMC^®; auch erhältlich von The Procter & Gamble Co., Paper Technology Division, Cincinnati, OH), derart, dass die PET-Vliesstoffschicht zwischen den versteiften gekräuselten Zellulosefasern und der Decklage positioniert ist. Die in der Flüssigkeitsannahmeschicht 52 eines solchen bevorzugten absorbierenden Artikels verwendeten modifizierten Zellulosefasern sind vorzugsweise Holzzellstofffasern, die mit Hilfe einer chemischen und/oder thermischen Behandlung versteift und gekräuselt wurden. Solche modifizierten Zellulosefasern sind von der gleichen Art, wie sie in dem absorbierenden Artikel verwendet werden, der beschrieben ist in US Patent Nr. 4,935,022 (Lash et al.), veröffentlicht am 19. Juni 1990. Eine bevorzugte Ausführungsform ist eine solche, bei welcher die Flüssigkeitsverteilungsschicht 51 so ist, wie sie beschrieben ist in US Patent Nr. 6,013,589 von T. A. DesMarais et al. oder US Patent 5,800,416 (Seger et al.). [In einer bevorzugten Ausführungsform, welche die faserigen Verteilungsmaterialien verwendet, die beschrieben ist in US Patent 5,800,416, wird das Verteilungsmaterial durch wenigstens zwei Walzen hindurch bewegt, die jeweils Umfangsrippen- und Rillen aufweisen, welche in einer solchen engen Toleranz laufen, dass sich die Bahn einer dauerhaften Verformung unterzieht. Ähnliche Verfahren wurden verwendet, um Laminatmaterialien zu Strecken, und sind beschrieben in US Patent Nr. 5,167,897 (Weber) mit Bezug auf Stretchmaterialien. Dieser Prozess liefert im Wesentlichen eine mechanische Behandlung der Bahn.] Diese optionale Flüssigkeitsverteilungsschicht ist typischerweise zwischen der (oberen) Flüssigkeitshandhabungs- (z.B. Flüssigkeitsannahmematerial) und der (unteren) absorbierenden Speicherschicht mit großer Saugkraft positioniert und steht in einer Flüssigkeitskommunikation mit diesen. Absorbierende Artikel, die absorbierende Speicherelemente der vorliegenden Erfindung in einer unteren Flüssigkeitsspeicherschicht aufweisen können, welche eine obere Flüssigkeitsannahme/Verteilungs-Schicht mit versteiften gekräuselten Zellulosefasern unterlagert, sind beschrieben in größerem Detail in dem US Patent Nr. 5,147,345 (Young et al.), veröffentlicht am 15. September 1992.
Wie hier angegeben, sind "wegwerfbare" absorbierende Artikel solche, welche dazu gedacht sind, nach einer einmaligen Benutzung weg geworfen zu werden (das heißt, der ursprüngliche absorbierende Artikel im Ganzen ist nicht dazu gedacht, gewaschen oder in anderer Weise wieder hergestellt oder als ein absorbierender Artikel wieder verwendet zu werden, obwohl bestimmte Materialien oder die Gesamtheit des absorbierenden Artikels wieder aufbereitet, wieder verwendet oder kompostiert werden kann). Wie hier verwendet, bezieht sich der Ausdruck "Windel" auf einen im Allgemeinen von Kindern und inkontinenten Personen getragenen Wäscheartikel, der um den unteren Rumpf des Trägers herum getragen wird. Es sei jedoch so verstanden, dass die vorliegende Erfindung auch anwendbar ist auf andere absorbierende Artikel, wie Inkontinenzeinlagen, Inkontinenzpads, Übungshöschen, Windeleinsätze, Katamnesepads, Damenbinden, Tampons, Verbänden, Gesichtstissues, Papiertücher und dergleichen.
VI. Testverfahren
A. Kapillare Sorption
Zweck
Der Zweck dieses Tests besteht darin, die kapillare Sorptions-Absorptionskapazität als eine Funktion der Höhe von absorbierenden Speicherelementen der vorliegenden Erfindung zu messen. (Der Test wird auch dazu verwendet, die kapillare Sorptions-Absorptionskapazität als eine Funktion der Höhe der Materialien mit großem Oberflächenbereich zu messen – das heißt, ohne das osmotische Absorptionsmittel, wie dem Hydrogel bildenden absorbierenden Polymer (falls eines vorhanden ist) oder anderer optionaler Materialien, die in dem absorbierenden Element verwendet werden. Dennoch erörtert die folgende Diskussion das Kapillarsorptions-Verfahren, wie es abläuft, um ein gesamtes absorbierendes Speicherelement zu messen.) Die Kapillarsorption ist eine fundamentale Eigenschaft eines Absorptionsmittels, die bestimmt, wie eine Flüssigkeit in die absorbierende Struktur absorbiert wird. In dem Kapillarsorptions-Experiment wird die kapillare Sorptions-Absorptionskapazität als Funktion des Fluiddruckes aufgrund der Höhe der Probe relativ zu dem Testfluidreservoir gemessen.
Das Verfahren zum Bestimmen der Kapillarsorption ist allgemein bekannt. Siehe Bureni, A.A. und Kapur. C., "Capillary Sorption Equilibria in Fiber Masses", Textile Research Journal, 37 (1967), 356-366; Chatterjee. P.K., Absorbency, Textile Science and Technology 7, Kapitel II, Seiten 29-84, Elsevier Science Publishers B.V. 1985; und US Patent Nr. 4,610,678, veröffentlicht am 09. September 1986 für Weisman et al. für eine Diskussion des Verfahrens zum Messen der Kapillarsorption von absorbierenden Strukturen.
Prinzip
Eine poröse Glasfritte wird über eine ununterbrochene Fluidsäule zu einem Fluidreservoir auf einer Waage verbunden. Die Probe wird unter einem konstanten Grenzgewicht während des Experiments gehalten. Wenn die poröse Struktur ein Fluid auf Anforderung absorbiert, wird der Gewichtsverlust auf der Waage des Fluidreservoirs als Fluidaufnahme aufgezeichnet, so eingestellt für die Aufnahme der Fähigkeit der Glasfritte als Funktion der Höhe und Verdunstung. Die Aufnahme bzw. die Kapazität verschiedener kapillarer Saugvorgänge (hydrostatische Spannungen oder Höhen) wird gemessen. Eine inkrementale Absorption tritt auf aufgrund der inkrementalen Absenkung der Fritte (das heißt, Verminderung der kapillaren Saugkraft).
Während des Experiments wird auch die Zeit überwacht, um eine Berechnung der anfänglichen effektiven Aufnahmerate (g/g/h) bei 200 cm Höhe zu ermöglichen.
Reagenzmittel
Testflüssigkeit: Synthetisches Urin wird präpariert, indem die folgenden Materialien in destilliertem Wasser vollständig aufgelöst werden.
Allgemeine Beschreibung des Apparateaufbaues
Die kapillare Sorptionsanlage, die in 8A allgemein mit 220 bezeichnet ist und für diesen Test verwendet wird, wird unter TAPPI-Bedingungen betrieben (50% relative Feuchtigkeit, 25°C). Eine Testprobe wird auf einer Glasfritte angeordnet, die in 8A als 202 bezeichnet wird, welche über eine kontinuierliche Säule einer Testflüssigkeit (synthetisches Urin) mit einer Waage für das Flüssigkeitsreservoir (als 206 gezeigt, welches die Testflüssigkeit enthält, verbunden ist. Dieses Reservoir 206 wird auf einer Waage 207 angeordnet, die über eine Schnittstelle mit einem Computer (nicht gezeigt) verbunden ist. Die Waage sollte auf 0,001 g ablesbar sein; eine solche Waage ist verfügbar von Mettler Toledo als PR1203 (Hightstown, NJ). Die Glasfritte 202 wird auf einem Vertikelschieber, in 8A als 201 allgemein angezeigt, angeordnet, um eine vertikale Bewegung der Testprobe zu erlauben, so dass die Testprobe variierenden Saughöhen ausgesetzt sein kann. Der vertikale Schieber kann ein stabloses Stellglied sein, welches an einem Computer angebracht ist, um Saughöhen und entsprechende Zeiten zum Messen der Flüssigkeitsaufnahme durch die Testprobe aufzuzeichnen. Ein bevorzugtes stabloses Stellglied ist erhältlich von Industrial Devices (Novato, CA) als Artikel 202X4X34N-1D4B-84-P-C-S-E, welches angetrieben wird von einem Motorantrieb ZETA 6104-83-135, erhältlich von CompuMotor (Rohnert, CA). Wenn Daten gemessen und von dem Stellglied 201 und von der Waage 207 versendet werden, können die kapillaren Sorptions-Absorptionskapazitätsdaten ohne Weiteres für jede Testprobe erzeugt werden. Die Computerschnittstelle zum Stellglied 201 kann auch eine geregelte Vertikalbewegung der Glasfritte 202 erlauben. Zum Beispiel kann das Stellglied so gelenkt werden, dass es die Glasfritte 202 nur vertikal bewegt, nachdem ein "Gleichgewicht" (wie unten definiert) bei jeder Saughöhe erreicht worden ist.
Der Boden der Glastfritte 202 ist verbunden mit einer Tygon^® Verrohrung 203, welche die Fritte 202 zu einem Dreiwege-Ablaufsperrventil 209 verbindet. Das Ablaufabsperrventil 209 ist mit dem Flüssigkeitsreservoir 205 über ein Glasrohr 204 und über das Abstützventil 210 verbunden. (Das Absperrventil 209 ist für den Ablauf nur während des Reinigens der Vorrichtung und der Luftbläschenentfernung offen.) Das Glasrohr 211 verbindet das Fluidreservoir 205 mit der Fluidreservoirwaage 206 über das Absperrventil 210. Die Flüssigkeitsreservoirwaage 206 besteht aus einer leichten Glasschale 206A von 12 cm Durchmesser und einer Abdeckung 206B. Die Abdeckung 206B hat ein Loch, durch welche das Glasrohr 211 hindurch die Flüssigkeit in dem Reservoir 206 berührt. Das Glasrohr 211 muss die Abdeckung 206B nicht berühren, da sich sonst eine instabile Waagenablesung ergeben würde und die Testprobenmessung nicht verwendet werden kann.
Der Durchmesser der Glasfritte muss ausreichend sein, um die Kolben/Zylinder-Vorrichtung zum Halten der Testprobe (unten diskutiert) aufzunehmen. Die Glasfritte 202 ist ummantelt, um eine konstante Temperatursteuerung von einem Heizbad zuzulassen. Die Fritte ist ein gefritteter Tellertrichter von 350 ml, der so spezifiziert ist, dass er 4 bis 5,5 μm Poren aufweist, erhältlich von Corning Glass Co. (Corning, NY) als #36060-350F. Die Poren sind fein genug, um die gefrittete Oberfläche bei spezifizierten kapillaren Saughöhen nass zu halten (die Glasfritte erlaubt nicht, dass Luft in die kontinuierliche Säule der Testflüssigkeit unter der Glasfritte eindringt).
Wie angegeben, ist die Fritte 202 über eine Verrohrung mit dem Fluidreservoir 205 oder mit der Flüssigkeitsreservoirwaage 206 in Abhängigkeit von der Position des Dreiwege-Absperrventils 210 verbunden.
Die Glasfritte 202 ist doppelwandig ausbildet, so dass Wasser aus einem Bad mit konstanter Temperatur aufgenommen werden kann. Dies wird gewährleisten, dass die Temperatur der Glasfritte auf einer konstanten Temperatur von 88°F (31°C) während des Testvorganges gehalten wird. Wie in 8A angegeben ist, ist die Glasfritte 202 mit einem Einlassanschluss 202A und einem Auslassanschluss 202B ausgestattet, welcher eine geschlossene Schleife mit einem zirkulierenden Wärmebad bilden, die allgemein mit 208 bezeichnet ist. (Die Glas-Doppelwandung ist in 8A nicht gezeigt. Das Wasser, das in die doppelwandige Glasfritte 202 aus dem Bad 208 eingeführt wird, berührt jedoch nicht die Testflüssigkeit, und die Testflüssigkeit wird nicht durch das Bad mit konstanter Temperatur hindurch zirkuliert. Das Wasser in dem Bad mit konstanter Temperatur zirkuliert durch die Doppelwandung der Glasfritte 202.)
Das Reservoir 206 und die Waage 207 sind in einem Kasten eingeschlossen, um eine Verdunstung der Testflüssigkeit von dem Waagenreservoir zu minimieren und um die Waagenstabilität während der Durchführung des Experiments zu verbessern. Dieser Kasten, als 202 allgemein gezeigt, hat eine Oberseite und Wände, wobei die Oberseite ein Loch aufweist, durch welches das Rohr 211 eingeführt ist.
Die Glasfritte 202 ist in 8B im Detail gezeigt. 8B ist eine Schnittansicht der Glasfritte, gezeigt ohne den Einlassanschluss 202A und den Auslassanschluss 202B. Wie angegeben, ist die Glasfritte ein gefritteter Tellertrichter von 250 ml mit spezifizierten 4 bis 5,5 μm Poren. Mit Bezug auf 8B umfasst die Glasfritte 202 einen zylindrischen doppelwandigen Trichter, der mit 250 bezeichnet ist und eine Glasfrittenscheibe, die mit 260 bezeichnet ist. Die Glasfritte 202 umfasst ferner eine Zylinder/Kolben-Einheit, die allgemein als 265 gezeigt ist (welche einen Zylinder 266 und einen Kolben 268 umfasst), welche die Testprobe begrenzt, als 270 gezeigt, und einen kleinen Grenzdruck der Testprobe verleiht. Um eine übermäßige Verdunstung der Testflüssigkeit von der Glasfrittenscheibe 260 zu verhindern, ist ein als 262 dargestellter Teflonring auf der Oberseite der Glasfrittenscheibe 260 platziert. Der Teflon^®-Ring 262 ist 0,0127 cm dick (erhältlich als Sheet-Vorrat vom McMasterCarr als # 8569K16 und auf Größe geschnitten) und wird verwendet, um die Frittenscheibenoberfläche außerhalb des Zylinders 266 zu überdecken und somit eine Verdunstung von der Glasfritte zu minimieren. Der Ring-Außendurchmesser und -Innendurchmesser beträgt 7,6 bzw. 6,3 cm. Der Innendurchmesser des Tef lon^®-Ringes 262 beträgt etwa 2 mm weniger als der Außendurchmesser des Zylinders 266. Ein Viton^® O-Ring (erhältlich von McMaserCarr als # AS568A-150 und AS568A-151) 264 ist auf der Oberseite des Teflon^®-Ringes 262 angeordnet, um den Raum zwischen der Innenwand des zylindrischen doppelwandigen Trichters 250 und des Teflon^®-Ringes 262 abzudichten, um ferner die Verhinderung einer Verdunstung zu unterstützen. Falls der Außendurchmesser des O-Ringes den Innendurchmesser des zylindrischen doppelwandigen Trichters 250 übersteigt, wird der Durchmesser des O-Ringes reduziert, um in den Trichter zu passen, und zwar wie folgt: Der O-Ring wird aufgeschnitten, der notwendige Betrag des O-Ringmaterials wird abgeschnitten, und der O-Ring wird wieder zusammen geklebt, derart, dass der O-Ring die Innenwand des zylindrischen doppelwandigen Trichters 250 um ihren gesamten Umfang herum berührt.
Wie angegeben, begrenzt eine in 8B als 265 allgemein dargestellte Zylinder/Kolben-Einheit die Testprobe und sorgt für einen kleinen Grenzdruck die Testprobe 270. Mit Bezug auf 8C besteht die Einheit 265 aus einem Zylinder 266, einem schalenartigen Teflon^®-Kolben, der mit 268 angegeben ist, und, wenn notwendig, einem Gewicht oder Gewichten (nicht gezeigt), das in dem Kolben 268 sitzt. (Ein optionales Gewicht wird verwendet, wenn es notwendig ist, das kombinierte Gewicht des Kolbens und das optionale Gewicht so einzustellen, dass ein Grenzdruck von 0,2 psi in Abhängigkeit vom Trockendurchmesser der Testprobe erhalten wird. Dies wird unten diskutiert.) Der Zylinder 266 ist ein Lexan-Stangenmaterial und hat die folgenden Abmessungen: einen Außendurchmesser von 7,0 cm, einen Innendurchmesser von 6,0 cm und eine Höhe von 6,0 cm. Der Teflon^®-Kolben 268 hat die folgenden Abmessungen: einen Außendurchmesser, der um 0,02 cm kleiner ist als der Innendurchmesser des Zylinders 266. Wie in 8D gezeigt ist, ist das Ende des Kolbens 268, das die Testprobe nicht berührt, angebohrt, so dass dieses eine etwa 1,8 cm tiefe Kammer 290 mit 5,0 cm Durchmesser bereit stellt, um optionale Gewichte (diktiert durch den tatsächlichen Trockendurchmesser der Testprobe) aufzunehmen, die benötigt werden, um einen Testproben-Grenzdruck von 0,2 psi (1,4 kPa) zu erhalten. Mit anderen Worten, sollte das Gesamtgewicht des Kolbens 268 und der optionalen Gewichte (in den Figuren nicht gezeigt) geteilt durch den tatsächlichen Durchmesser der Testprobe (wenn sie trocken ist) derart sein, dass ein Grenzdruck von 0,2 psi erhalten wird. Der Zylinder 266 und der Kolben 268 (und optionale Gewichte) werden bei 31°C für wenigstens 30 Minuten konditioniert, bevor die kapillare Sorptions-Absorptionskapazitätsmessung durchgeführt wird.
Ein nicht mit einem grenzflächenaktiven Stoff behandelter oder eingebauter, mit Öffnungen versehener Film (14 cm × 14 cm) (nicht gezeigt) wird verwendet, um die Glasfritte 202 während der Kapillarsorptions-Experimente abzudecken, um eine Luftdestabilisierung um die Proben herum zu minimieren. Die Öffnungen sind groß genug, um eine Kondensation von einer Formierung auf der Unterseite des Filmes während des Experiments zu verhindern.
Testprobenpräparierung
Die Testprobe kann erhalten werden, indem eine kreisförmige Struktur mit 5,4 cm Durchmesser aus einem absorbierenden Speicherelement unter Verwendung einer Bogenstanze ausgestanzt wird. Wenn das Element eine Komponente eines absorbierenden Artikels ist, müssen andere Komponenten des Artikels vor dem Test entfernt werden. In solchen Situationen, in welchem das Element von anderen Komponenten des Artikels nicht isoliert werden kann, ohne seine Struktur signifikant zu verändern (z.B. Dichte, relative Anordnung der Komponentematerialien, physikalische Eigenschaften der Bestandteilsmaterialien, etc.) oder in welchen das Element keine Komponente eines absorbierenden Artikels ist, wird die Testprobe durch Kombinieren aller Materialien, welche das Element bilden, derart präpariert, dass die Kombination repräsentativ ist für das in Frage stehende Element.
Das Trockengewicht der Testprobe (unten dazu verwendet, die kapillare Sorptions-Absorptionskapazität zu berechnen) ist das Gewicht der Testprobe, die wie oben unter Umgebungsbedingungen präpariert wurde.
Experimentaufbau

1. Lege eine saubere, trockene Glasfritte 202 in einen Trichterhalter, der an einem vertikalen Schieber 201 angebracht ist. Bewege den Trichterhalter des vertikalen Schiebers derart, dass die Glasfritte sich auf der 0 cm Höhe befindet.
2. Stelle die Vorrichtungskomponenten ein, wie in 8A gezeigt und wie oben diskutiert wurde.
3. Stelle ein Flüssigkeitsreservoir 206 mit 12 cm Durchmesser auf die Waage 207. Lege einen Plastikdeckel 206B über dieses Flüssigkeitsreservoir 206 und einen Plastikdeckel über den Waagenbehälter 212, beide mit kleinen Löchern, um das Glasrohr 211 paßgenau hindurch zu führen. Erlaube dem Glasrohr nicht, den Deckel 206B des Flüssigkeitsreservoirs zu berühren oder es ergibt sich eine instabile Waagenablesung, und die Messung kann nicht verwendet werden.
4. Das Absperrventil 210 ist zum Rohr 204 geschlossen und zum Rohr 211 geöffnet. Das Fluidreservoir 205, das vorher mit dem Testfluid gefüllt wurde, wird geöffnet, so dass das Testfluid in das Rohr 211 eintreten kann und das Waagen-Fluidreservoir 206 Pillen kann.
5. Die Glasfritte 202 wird nivelliert und an Ort und Stelle festgelegt. Stelle auch sicher, dass die Glasfritte trocken ist.
6. Bringe das Tygon^®-Rohr 203 an dem Absperrventil 209 an. (Das Rohr sollte lang genug sein, um die Glasfritte 202 an ihrer höchsten Stelle 200 cm ohne Knickstellen zu erreichen.) Fülle dieses Tygon^®-Rohr mit der Testflüssigkeit aus dem Flüssigkeitsreservoir 205.
7. Bringe das Tygon^®-Rohr 203 an der nivellierten Glasfritte 202 an und öffne dann das Absperrventil 209 und das Absperrventil 210, das von dem Fluidreservoir 205 zu der Glasfritte 202 führt. (Das Absperrventil 210 sollte zum Glasrohr 211 geschlossen sein.) Die Testflüssigkeit füllt die Glasfritte 202 und entfernt die gesamte eingefangene Luft während des Füllvorganges der nivellierten Glasfritte. Setze den Füllvorgang fort, bis das Fluidniveau die Oberseite der Glasfrittenscheibe 260 übersteigt. Leere den Trichter und entferne alle Luftbläschen in dem Rohr und innerhalb des Trichters. Die Luftbläschen können entfernt werden, indem die Glasfritte 202 gekippt wird und die Luftbläschen aufsteigen und durch den Abfluss des Absperrventils 209 entweichen können. (Die Luftbläschen sammeln sich typischerweise auf dem Boden der Glasfrittenscheibe 260.) Nivelliere die Glasfritte neu unter Verwendung eines Niveaus, das klein genug ist, das sie in den doppelwandigen Trichter 250 und auf die Oberfläche der Glasfrittenscheibe 260 passt.
8. Stelle die Glasfritte mit dem Waagen-Flüssigkeitsreservoir 206 auf Null. Um dies durchzuführen, nimm ein Stück des Tygon^®-Rohres von ausreichender Länge und fülle dieses mit der Testflüssigkeit. Lege ein Ende in das Waagen-Flüssigkeitsreservoir 206 und verwende das andere dafür, die Glasfritte 202 zu positionieren. Der Testflüssigkeitsspiegel, der durch das Rohr angegeben wird (welcher äquivalent ist zu dem Waagen-Flüssigkeitsreservoirspiegel) liegt 10 mm unterhalb der Oberseite der Glasfrittenscheibe 260. Falls dies nicht der Fall ist, stelle entweder die Flüssigkeitsmenge im Reservoir ein oder stelle die Null-Position auf dem Vertikalschieber 201 neu ein.
9. Bringe den Auslass- und Einlassanschluss vom Temperaturbad 208 über das Rohr an dem Einlass- und Auslassanschluss 202A bzw. 202B der Glasfritte an. Lasse zu, dass die Temperatur der Glasfrittenscheibe 260 auf 31°C kommt. Dies kann gemessen werden, indem die Glasfritte teilweise mit Testflüssigkeit gefüllt wird und ihre Temperatur gemessen wird, nachdem eine Gleichgewichtstemperatur erreicht wurde. Das Bad wird ein wenig höher eingestellt werden müssen als 31°C, um den Wärmeübergang während der Wasserbewegung vom Bad zur Glasfritte zu erlauben.
10. Die Glasfritte wird für 30 Minuten konditioniert.

Kapillarsorptions-Parameter
Das Folgende beschreibt ein Computerprogramm, welches festlegen wird, wie lange die Glasfritte auf jeder Höhe verbleibt.
In dem Kapillarsorption-Softwareprogramm befindet sich eine Testprobe auf einer spezifisch angegebenen Höhe von Reservoir des Fluids. Wie oben angegeben, befindet sich das Fluidreservoir auf einer Waage, derart, dass ein Computer die Waage am Ende einer bekannten Zeitspanne ablesen und die Strömungsgeschwindigkeit (Delta Ablesung/Zeitintervall) zwischen der Testprobe und dem Reservoir berechnen kann. Für die Zwecke dieses Verfahrens wird die Testprobe als im "Gleichgewicht" angesehen, wenn die Strömungsgeschwindigkeit geringer ist als eine für eine spezifizierte Anzahl von aufeinander folgenden Zeitintervallen spezifizierte Strömungsgeschwindigkeit. Es ist klar, dass für ein bestimmtes Material ein tatsächliches Gleichgewicht nicht erreicht werden kann, wenn das spezifizierte "EQUILIBRIUM CONSTANT" erreicht wird. Das Zeitintervall zwischen den Ablesungen beträgt 5 Sekunden.
Die Anzahl der Ablesungen in der Delta-Tabelle ist in dem Kapillarsorptions-Menü spezifiziert als "EQUILIBRIUM SAMPLES". Die Maximalzahl von Deltas beträgt 500. Die konstante Strömungsgeschwindigkeit ist in dem Kapillarsorptions-Menü als "EQUILIBRIUM CONSTANT" spezifiziert.
Das Equilibrium Constant wird in Einheiten von Gramm/sec im Bereich von 0,0001 bis 100.000 eingegeben.
Das Folgende ist ein vereinfachtes Beispiel der Logik. Die Tabelle zeigt die Waagenablesung und den Delta-Fluss, berechnet für jedes Zeitintervall. Equilibrium Samples = 3; Equilibrium Constant = 0,0015

Delta Tabelle:
Lastbeschreibung (Grenzdruck): 0,2 psi Last
Gleichgewichtsproben (n): 50
Gleichgewichtskonstante: 0,005 g/sec
Einstellhöhe Wert: 100 cm
Endhöhe Wert: 0 cm
Hydrostatische Spitze-Parameter: 200, 180, 160, 120, 100, 90, 80, 70, 60, 50, 45, 40, 35, 30, 25, 20, 15, 10, 5 und 0 cm.
Das Kapillarsorptions-Verfahren wird unter Verwendung all der oben spezifizierten Höhen, in der angegebenen Reihenfolge für die Messung der Kapillarsorptions-Absorptionskapazität durchgeführt. Selbst wenn es erwünscht ist, die Kapillarsorptions-Absorptionskapazität an einer bestimmten Höhe (z.B. 35 cm) zu bestimmen, müssen die gesamten Reihen der hydrostatischen Spitze-Parameter in der spezifizierten Reihenfolge abgeschlossen werden. Obwohl alle diese Höhen bei der Durchführung des Kapillarsorptions-Tests verwendet werden, um Kapillarsorptions-Isotherme für eine Testprobe zu erzeugen, beschreibt die vorliegende Offenbarung die absorbierenden Speicherelemente hinsichtlich ihrer Absorptionseigenschaften an spezifizierten Höhen von 200, 140, 100, 50, 35 und 0 cm.
Kapillarsorptions-Verfahren

1) Folge dem experimentellen Einstellenverfahren.
2) Stelle sicher, dass das temperierte Bad 208 eingeschaltet ist und das Wasser durch die Glasfritte 202 hindurch zirkuliert und dass die Glasfrittenscheibe 260 eine Temperatur von 31°C hat.
3) Positioniere die Glasfritte 202 auf einer Saughöhe von 200 cm. Öffne die Absperrventile 209 und 210, um die Glasfritte 202 mit dem Waage- Flüssigkeitsreservoir 206 zu verbinden. (Das Absperrventil 210 wird zum Flüssigkeitsreservoir 205 geschlossen.). Die Glasfritte 202 wird für 30 Minuten konditioniert.
4) Gebe die obigen Kapillarsorptions-Parameter in den Computer ein.
5) Schließe die Absperrventile 209 und 210.
6) Bewege die Glasfritte 202 zu der Einstellhöhe 100 cm.
7) Lege den Teflon^®-Ring 262 auf die Oberfläche der Glasfrittenscheibe 260. Lege den O-Ring 264 auf den Teflon^®-Ring. Setze den vorerhitzten Zylinder 266 konzentrisch auf den Teflon^®-Ring. Lege die Testprobe 270 konzentrisch in den Zylinder 266 auf die Glasfrittenscheibe 260. Lege den Kolben 268 in den Zylinder 266. Zusätzliche Grenzgewichte werden in die Kolbenkammer 290 bedarfsweise eingefügt.
8) Überdecke die Glasfritte 202 mit dem mit Öffnungen versehenen Film.
9) Die Waagenablesung an dieser Stelle führt zu der Null- oder Tara-Ablesung.
10) Bewege die Glasfritte 202 auf 200 cm.
11) Öffne die Absperrventile 209 und 210 (Das Absperrventil 210 ist zum Fluidreservoir 205 geschlossen) und beginne die Waage- und Zeitablesungen.

Glasfritte-Korrektur (Rohling-Korrekturaufnahme)
Da die Glasfrittenscheibe 260 eine poröse Struktur ist, muss die Glasfritte 202 eine Kapillarsorptions-Absorptionsaufnahme (Rohlings-Korrekturaufnahme) bestimmt werden und subtrahiert werden, um die wahre Testproben-Kapillarsorptions-Absorptionsaufnahme zu erhalten. Die Glasfrittenkorrektur wird für jede neu verwendete Glasfritte durchgeführt. Lasse das Kapillarsorptions-Verfahren wie oben beschrieben durchlaufen, nur ohne die Testprobe, um die Rohlingsaufnahme (g) zu erhalten. Die abgelaufene Zeit an jeder spezifizierten Höhe entspricht der Rohlingszeit(s).
Verdunstungsverlust-Korrektur

1) Bewege die Glasfritte 202 auf 2 cm über Null und lasse sie bei dieser Höhe für 30 Minuten mit offenen Absperrventilen 209 und 210 (geschlossen zum Reservoir 205) konditionieren.
2) Schließe die Absperrventile 209 und 210.
3) Lege den Teflon^®-Ring 262 auf die Oberfläche der Glasfrittenscheibe 260. Lege den O-Ring 264 auf den Teflon^®-Ring. Setze den vorerhitzten Zylinder 266 konzentrisch auf den Teflon^®-Ring. Lege den Kolben 268 in den Zylinder 266. Lege den mit Öffnungen versehenen Film auf die Glasfritte 202.
4) Öffne die Absperrventile 209 und 210 (geschlossen zum Reservoir 205) und zeichne die Waagenablesung und die Zeit über 3,5 Stunden auf. Berechne die Probenverdunstung (g/h) wie folgt: [Waagenablesung bei 1 h – Waagenablesung bei 2,5 h]/2,5 h

Selbst nach all den obigen Vorkehrungen wird ein gewisser Verdunstungsverlust auftreten, typischerweise um 0,10 g/h sowohl für die Testproben- als auch die Frittenkorrektur. Idealerweise wird die Probenverdunstung für jede neu installierte Glasfritte 202 gemessen.
Reinigen der Anlage
Ein neues Tygon^®-Rohr 203 wird verwendet, wenn eine Glasfritte 202 neu installiert wird. Das Glasrohr 204 und 211, das Fluidreservoir 205 und das Waage-Flüssigkeitsreservoir 206 werden mit 50% Clorox Bleach^® in destilliertem Wasser gereinigt, gefolgt durch eine Spülung mit destilliertem Wasser, falls eine mikrobielle Verunreinigung sichtbar ist.
a. Reinigen nach jedem Experiment
An dem Ende jedes Experiments (nachdem die Testprobe entfernt worden ist) wird die Glasfritte kopfüber gespült (das heißt, die Testflüssigkeit wird in den Boden der Glasfritte eingebracht) und zwar mit 250 ml Testflüssigkeit aus dem Flüssigkeitsreservoir 205, um die restliche Testprobe aus den Glasfrittenscheibenporen zu entfernen. Mit zum Flüssigkeitsreservoir 205 geöffneten und zum Waage-Flüssigkeitsreservoir 206 geschlossenen Absperrventilen 209 und 210 wird die Glasfritte aus ihrem Halter entnommen, umgedreht und zuerst mit Testflüssigkeit ausgespült, gefolgt durch Spülungen mit Azeton und Testflüssigkeit. Während des Ausspülens muss die Glasfritte umgedreht sein und wird das Spülfluid auf die die Testprobe berührende Oberfläche der Glasfrittenscheibe gespritzt. Nach dem Spülen wird die Glasfritte kopfüber ein zweites Mal mit 250 ml synthetischem Urin gespült. Schließlich wird die Glasfritte in ihrem Halter wieder eingebaut und wird die Frittenoberfläche nivelliert.
b. Uberwachen der Glasfritten-Leistung
Die Glasfritten-Leistung muss nach jedem Reinigungsvorgang und für jede neu installierte Glasfritte überwacht werden, und zwar bei einer Glasfritten-Einstellung bei einer 0 cm Position. 50 ml Testflüssigkeit werden auf die nivellierte Glasfritten-Scheibenoberfläche gegossen (ohne Teflon^®-Ring, O-Ring und Zylinder/Kolbenkomponenten). Die Zeit, die vergeht, bis der Testfluidpegel auf 5 mm über die Glasfrittenscheibenoberfläche abfällt, wird aufgezeichnet. Eine periodische Reinigung muss durchgeführt werden, falls diese Zeit 4,5 Minuten übersteigt.
c. Periodische Reinigung
Die Glasfritten werden intensiv periodisch gereinigt (siehe oben Überwachung der Frittenleistung), um ein Verstopfen zu verhindern. Spülfluide sind destilliertes Wasser, Azeton, 50% Clorox Bleach^® in destilliertem Wasser (um bakteriellen Wachstum zu beseitigen) und Testflüssigkeit. Das Reinigen umfasst das Entfernen der Glasfritte aus dem Halter und das Lösen der Rohre. Die Glasfritte wird kopfüber gespült (das heißt, das Spülfluid wird in den Boden der Glasfritte eingeführt), mit umgekehrter Fritte und mit den geeigneten Fluiden und Mengen in der folgenden Größenordnung:

1. 250 m. destilliertes Wasser.
2. 200 ml Azeton.
3. 250 ml destilliertes Wasser.
4. 100 ml 50:50 Clorox^®/destilliertes Wasser-Lösung.
5. 250 ml destilliertes Wasser.
6. 250 ml Testfluid.

Das Reinigungsverfahren ist zufriedenstellend, wenn die Glasfrittenleistung innerhalb der eingestellten Kriterien des Fluidflusses (siehe oben) liegt und wenn kein Rest auf der Glasfrittenscheibenoberfläche zu beobachten ist. Falls eine Reinigung nicht erfolgreich durchgeführt werden kann, muss die Fritte ersetzt werden.
Berechnungen
Der Computer wird so eingestellt, dass ein Report bereit gestellt wird, bestehend aus der kapillaren Saughöhe in cm, der Zeit und der Aufnahme in Gramm an jeder spezifizierten Höhe. Aus diesen Daten kann die kapillare absorbierende Saugkapa zität, welche sowohl für die Frittenaufnahme als auch für den Verdunstungsverlust korrigiert ist, berechnet werden. Auch kann basierend auf der kapillaren absorbierenden Saugkapazität bei 0 cm die kapillare Absorptionseffizienz an spezifizierten Höhen berechnet werden. Zudem wird die anfängliche effektive Aufnahmerate bei 200 cm berechnet.
Rohkorrektur-Aufnahme
Kapillare Saug-Absorptionskapazität ("CSAC")
Anfängliche effektive Aufnahmerate bei 200 cm ("IEUR")
Report
Ein Minimum von 2 Messungen sollte durchgeführt werden für jede Testprobe und die Aufnahme bei jeder Höhe gemittelt werden, um die kapillare Sorptions-Absorptionskapazität für ein gegebenes absorbierendes Speicherelement oder ein gegebenes Material mit großem Oberflächenbereich zu berechnen.
B. Vertikal-Hänge-Sorptionshöhe (VHSH)
Der Vertikal-Hänge-Sorptionshöhe-Test ("VHSH") wird ausgeführt, indem ein Streifen eines Schaumes von geeigneter Länge (typischerweise wenigstens 60 cm) mit einer Breite von typischerweise von etwa 1 cm ausgewählt wird. Der Streifen wird in einer wärmegesteuerten Kammer bei 31°C unter Verwendung von Klammern, um den Streifen aufzuhängen, aufgehängt. Der Boden des Streifens wird in das Testfluid eingetaucht, das sich ebenfalls bei 31°C befindet. Das Testfluid ist vorzugsweise ein synthetisches Urin, wie dies beschrieben ist in US Patent Nr. 5,599,335 (Goldman et al.), veröffentlicht am 04. Februar 1997. Mit der Zeit wird das Testfluid von dem Streifen aufgesaugt und wird einen Gleichgewichtspunkt erreichen, an welchem keine weitere Saugung auftritt. Das Testfluid kann eingefärbt werden, um eine Bestimmung des Gleichgewichtspunktes zu erleichtern. Es muss Sorge dafür getragen werden, eine Verdunstung aus der Probe zu verhindern, z.B. durch Einschließen derselben in einem Glasrohr, wobei das Glas die Probe nicht berührt, und indem das Probenrohr in geeigneter Weise verschlossen wird. Die benötige Zeit zum Erreichen des Gleichgewichts kann für die Materialien dieser Erfindung variieren, und der Bereich liegt zwischen 24 bis 96 Stunden und mehr. Wenn keine wahrnehmbare Veränderung in der Höhe des angesaugten Fluids über eine Zeitspanne von einer Stunde beobachtet wird, wird davon ausgegangen, dass ein Gleichgewicht erreicht worden ist.
Der Teststreifen wird aus der Testkammer entfernt, wobei Sorge dafür getragen wird, ein Ausdrücken des darin gehaltenen Fluids zu vermeiden. Der Streifen wird 2,5 cm lange Abschnitte geschnitten, und jeder Abschnitt wird gewogen. Aus Bequemlichkeit können die anfänglichen Abschnitte unterhalb etwa 50% der voll gedehnten Höhe in Abschnitte geschnitten werden, die 2 Inch (5,1 cm) Länge haben. Diese Gewichte werden durch das Ofen-Trockengewicht des Schaumes geteilt, um die Kapazität (g/g) an verschiedenen Höhen des Schaumes zu berechnen. Eine graphische Darstellung, wie sie in 5 gezeigt ist, kann entwickelt werden, um die Kapazitäten gegen die Höhen aufzutragen, an welchen die Abschnitten entnommen wurden. Die VHSH-Höhe bei X% ist die Höhe in cm, an welcher X% der 0 cm Kapazität (oder FAC) in dem Schaum zurück gehalten wird. Ein typischer Wert von Bedeutung ist die VHSH bei 90%. Im Prinzip kann X irgendein Wert sein. Das am besten reproduzierbare Maß für VHSH wird erreicht bei X = 90%, und zwar aus Erfahrung der Erfinder. Es ist für den Fachmann des Standes der Technik offensichtlich, dass dieser einzelne Punktwert nicht vollständig die Form der Kurve ausdrückt, die in einem Plot der Kapazität gegen die Höhe erhalten wird. Der Einzelpunkt dient jedoch als ein praktischer Punkt für den Vergleich von Schäumen der vorliegenden Erfindung.
VII. Repräsentative Beispiele
Beispiel 1:
Absorbierendes Speicherelement mit Glas-Mikrofasern
Dieses Beispiel beschreibt ein absorbierendes Element mit großer kapillarer Saugkraft, das ein Hydrogel bildendes absorbierendes Polymer und Glas-Mikrofasern mit großem Oberflächenbereich umfasst, die unter Verwendung eines nassseitigen Formungsprozesses zu Zwecken einer erhöhten Dichte und einer besseren strukturellen Organisation gegenüber herkömmlichen Luftabscheidungsprozessen gebildet werden. Um ein solches Hydrogel bildendes absorbierendes Polymer zu konstruieren, welches ein Element enthält, welches sich eine homogene Verteilung des absorbierenden Polymers in der Glas-Mikrofasermatrix nähert, wird der folgenden Vorgehensweise gefolgt.
Ein Gemisch aus 4,0 g von ASAP 2300 (erhältlich von Chemdal LTD., einer Tochter der American Colloid Co., Arlington Heights, IL; auch erhältlich von The Procter & Gamble Co., Paper Technology Division, Cincinnati, OH) und 4,0 g Glas-Mikrofaser (erhältlich als "Q-FIBERS, Code 108, 110" von Manville Sales Corp., Denver, Co.) werden in einem explosionsbeständigen Warner-Mischgerät mit 3-Gallon und in handelsüblicher Ausführung mit etwa 500 ml eines 3A Alkohols (95% Ethanol, 5% Methanol) oder Isopropanol oder ähnliche Flüssigkeiten, welche die Struktur oder die Zusammensetzung der betreffenden Polymere nicht abbaut noch sich in dieser absorbiert, mischt. Das Gemisch wird bei geringer Geschwindigkeit für etwa 5 Minuten gerührt. Das Gemisch wird in eine 6 in. × 6 in. "Papierformationsbox" gegossen, mit einem Nylon-Formungssieb von 80 Maschen (erhältlich von Appleton Mit freundlichen Grüßen. Div., Productive Solutions, Inc., Neenah, WI) am Boden des oberen Bereichs der Formationsbox. Der Flüssigkeitspegel wird auf etwa 8 in. über das Sieb gebracht, indem 3A Alkohol oder eine geeignete Lösung hinzu gegeben wird. Ein Rührschaufel wird verwendet, um die Lösung im oberen Teil der Formationsbox vor der Flüssigkeitsevakuation inniglich zu vermischen. Ein Ventil wird unterhalb des Formungssiebes geöffnet und die Flüssigkeit wird schnell abgezogen, um eine gleichförmige Abscheidung auf dem Formungssieb sicher zu stellen. Das Sieb wird aus der "Formationsbox" entfernt, über eine Vakuumquelle gezogen, um die lose gehaltene Flüssigkeit zu entfernen, und darf dann über Nacht in einem Exsikator, der ein Trocknungsmittel enthält, luftzutrocken (wie DRIERITE, Sigme Chem. Co., St. Louis, MO 63178), um einen gleichmäßigen Feuchtigkeitsgehalt zu gewährleisten. Sobald es trocken ist, wird das absorbierende Element von dem Formungssieb entfernt.
Eine 5,4 cm zylinderförmige Struktur wird aus dem Element zur Messung der kapillaren Solutions-Absorptionskapazität bogenförmig ausgestanzt. Die Kapillarsorptions-Absorptionskapazitätsdaten für das absorbierende Speicherelement werden unten in Tabelle I zusammen gefasst.
Beispiel 2:
Präparierung eines Schaumes mit großem Oberflächenbereich aus einer HIPE
A) HIPE-Präparierung
Wasserfreies Kalziumchlorid (36,32 kg) und Kaliumpersulfat (189 g) werden in 378 Liter Wasser gelöst. Dies führt zu einem Wasserphasenstrom, der in einem kontinuierlichen Prozess zum Bilden einer HIPE-Emulsion verwendet werden soll.
Zu einer Monomer-Kombination aus destilliertem Divinylbenzol (42,4% Divinylbenzol und 57,6% Ethylstyrol) (2640 g), 2-ethylhexylacrylat (440 g) und Hexandioldiacrylat (960 g) wird ein Diglycerol-Monooleatemulgator (480 g), ein Ditallowdimethylammoniummethylsulfat (80 g) und Tinuvin 765 (20 g) hinzu gegeben. Der Diglycerol-Monooleatemulgator (Grindsted Products: Brabrand, Dänemark) umfasst etwa 81 % Diglycerolmonooleat, 1% weitere Diglycerolmonoester, 3% Polyole und 15% weitere Polyglycerolester, bringt es auf einen minimalen Öl/Wasser-Grenzflächenspannungswert von etwa 2,7 dyne/cm und hat eine kritische Öl/Wasser-Aggregatkonzentration von etwa 2,8 Gew.%. Nach dem Mischen darf sich diese Materialkombination über Nacht absetzen. Kein sichtbarer Rest wird gebildet und das Gesamtgemisch wird abgezogen und als die Ölphase in einem kontinuierlichen Prozess zum Bilden einer HIPE-Emulsion verwendet.
Separate Ströme der Ölphase (25°C) und der Wasserphase (53°-55°C) werden einem dynamischen Mischgerät zugeführt. Ein innigliches Mischen der kombinierten Ströme in dem dynamischen Mischgerät wird mit Hilfe von Stabrührern erreicht. Der Stabrührer umfasst einen zylindrischen Schaft von etwa 36,5 cm Länge mit einem Durchmesser von etwa 2,9 cm. Der Schaft hält 6 Reihen von Stiften, 3 Reihen mit 33 Stiften und 3 Reihen mit 34 Stiften, wobei jeweils 3 Stifte an jedem Niveau in einem Winkel von 120° zueinander angeordnet sind, wobei sie am nächsten Niveau darunter unter 60° zu ihrem Nachbarniveau angeordnet sind, wobei jedes Niveau um 0,03 mm voneinander getrennt ist, wobei jeder einen Durchmesser von 0,5 cm hat und sich von der zentralen Achse der Welle um eine Länge von 2,3 cm nach außen erstreckt. Der Stabrührer wird in einer zylindrischen Hülse angebracht, welche die dynamische Mischvorrichtung bildet, und die Stifte haben einen Abstand von 1,5 nun von den Wänden der zylindrischen Hülse.
Ein kleinerer Teil des Ausflusses, der die dynamische Mischvorrichtung verlässt, wird zurück gezogen und tritt in eine Rezirkulationszone ein, wie dies in der Figur von US Patent 5,827,909 von DesMarais gezeigt ist. Die Waukesha-Pumpe in der Rezirkulationszone bringt den kleineren Anteil zum Eingangspunkt der Öl- und Wasserphasenströme in die dynamische Mischzone zurück.
Der statische Mischer (TAH Industries Modell 100-812) hat 12 Elemente mit 1 in. (2,5 cm) Außendurchmessern. Ein Schlauch ist stromabwärts von dem statischen Mischer angebracht, um die Abgabe der Emulsion zu der zum Aushärten verwendeten Einrichtung zu erleichtern. Optional wird ein zusätzlicher statischer Mischer verwendet, um einen zusätzlichen Rückdruck zu schaffen, um den Schlauch gefüllt zu halten. Der optionale statische Mischer kann ein 1 in. (2,5 cm) Rohr, 12 Element-Mischer sein (McMaster-Carr, Aurora, OH, Modell 3529K53).
Der Aufbau der kombinierten Misch- und Rezirkulationsvorrichtung wird mit der Ölphase und der Wasserphase in einem Verhältnis von 4 Teilen Wasser zu 1 Teil Öl gefüllt. Die dynamische Mischvorrichtung wird belüftet, um der Luft zu erlauben, zu entweichen, während die Vorrichtung vollständig gefüllt wird. Die Strömungsraten während des Füllvorganges betragen 7,57 g/sec Ölphase und 30,3 cc/sec Wasserphase.
Wenn der Geräteaufbau gefüllt ist, beginnt eine Bewegung im dynamischen Mischer, wobei der Rührer sich mit 1750 rpm dreht, und die Rezirkulation wird mit einer Rate von 30 cc/sec begonnen. Die Strömungsrate der Wasserphase wird dann stetig auf eine Rate von 151,3 cc/sec über eine Zeitspanne von etwa 1 min. erhöht, und die Ölphasen-Strömungsrate wird auf 3,03 g/sec über eine Zeitspanne von etwa 3 min reduziert. Die Rezirkulationsrate wird stetig auf etwa 150 cc/sec während der letzteren Zeitspanne erhöht. Der durch die dynamische Zone und die statischen Mischer an dieser Stelle erzeugte Rückdruck beträgt etwa 19,9 psi (137 kPa), was den gesamten Druckabfall des Systems repräsentiert. Die Geschwindigkeit der Waukesha-Pumpe (Modell 30) wird dann ständig vermindert, um eine Rezirkulationsrate von etwa 75 cc/sec zu erhalten.
B) Polymerisation von HIPE
Das HIPE, das vom statischen Mischer an dieser Stelle weg strömt, wird in einer runden Polyethylenschale, 40 in (102 cm) im Durchmesser und 12,5 in (31,8 cm) hoch, mit entfernbaren Seiten, ähnlich einer Springform, die beim Kuchenbacken verwendet wird, gesammelt. Ein rohrähnlicher Polyethyleneinsatz von 12,5 in (31,8 cm) im Durchmesser an seiner Basis wird fest am Zentrum der Basis befestigt und ist 12,5 in (31,8 cm) hoch. Die HIPE enthaltenden Schalen werden in einem Raum aufbewahrt, der auf 65°C für 18 Stunden gehalten wird, um eine Polymerisation zu bewirken und den Schaum zu bilden.
C) Schaumwaschen und Entwässern
Der ausgehärtete HIPE-Schaum wird aus den Härtungsschalen entfernt. Der Schaum hat an dieser eine Restwasserphase (enthaltend gelöste Emulgatoren, Elektrolyt, Initiatorreste und den Initiator) von etwa dem 48-52-fachen (48-52X) des Gewichtes der polymerisierten Monomere. Der Schaum wird mit einem scharfen, sich hin und her bewegenden Sägeblatt in Scheiben geschnitten, welche 0,185 Inch (4,7 mm) dick sind. Diese Lagen werden dann einer Kompression in einer Reihe von 2 porösen Spaltwalzen ausgesetzt, die mit einem Vakuum versehen sind, welche den Restwasserphasengehalt des Schaumes auf etwa das 6-fache (6X) des Gewichtes des polymerisierten Materials allmählich verringert. An dieser Stelle werden die Lagen dann wieder mit einer 1,5% CaCl₂-Lösung bei 60°C gesättigt, werden in einer Reihe von 3 porösen Spaltwalzen, die mit einem Vakuum versehen sind, auf einen Wasserphasengehalt von etwa 4X ausgedrückt. Der CaCl₂-Gehalt des Schaumes liegt zwischen 8 und 10%.
Der Schaum bleibt nach dem letzten Spalt bei einer Dicke von etwa 0,021 in (0,053 cm) komprimiert. Der Schaum wird dann für etwa 16 Stunden in Luft getrocknet. Eine solche Trocknung verringert den Feuchtigkeitsgehalt auf etwa 9-17 Gew.% des polymerisierten Materials. An dieser Stelle werden die Schaumlagen sehr faltfähig und "dünn-nach-Trocknung".
Beispiel 3:
Präparierung eines Schaumes mit großem Oberflächenbereich aus einer HIPE
A) HIPE-Präparierung
Die in einem kontinuierlichen Prozess zum Bilden einer HIPE-Emulsion verwendeten Wasser- und Ölphasenströme werden gemäß Beispiel 1 präpariert. Separate Ströme der Ölphase (25°C) und Wasserphase (53°-55°C) werden einer im Detail in Beispiel 1 angegebenen dynamischen Mischvorrichtung zugeführt.
Sobald der Geräteaufbau gefüllt ist, beginnt eine Bewegung im dynamischen Mischer, wobei der Rührer sich mit 1700 rpm dreht, und die Rezirkulation wird mit einer Rate von 30 cc/sec begonnen. Die Strömungsrate der Wasserphase wird dann stetig auf eine Rate von 151,3 cc/sec über eine Zeitspanne von etwa 1 min. erhöht, und die Ölphasen-Strömungsrate wird auf 3,36 g/sec über eine Zeitspanne von etwa 3 min reduziert. Die Rezirkulationsrate wird stetig auf etwa 150 cc/sec während der letzteren Zeitspanne erhöht. Der durch die dynamische Zone und die statischen Mischer an dieser Stelle erzeugte Rückdruck beträgt etwa 19,7 psi (136 kPa), was den gesamten Druckabfall des Systems repräsentiert. Die Geschwindigkeit der Waukesha-Pumpe (Modell 30) wird dann ständig vermindert, um eine Rezirkulationsrate von etwa 75 cc/sec zu erhalten.
B) Polymerisation von HIPE
Das aus dem statischen Mischer an dieser Stelle heraus fließende HIPE wird gesammelt und zu einem polymeren Schaum gehärtet, wie dies im Detail in Beispiel 1 angegeben ist.
C) Schaumwaschen und Entwässern
Der ausgehärtete HIPE-Schaum wird aus den Härtungsschalen entfernt. Der Schaum hat an dieser eine Restwasserphase (enthaltend gelöste Emulgatoren, Elektrolyt, Initiatorreste und den Initiator) von etwa dem 43-47-fachen (43-47X) des Gewichtes der polymerisierten Monomere. Der Schaum wird mit einem scharfen, sich hin und her bewegenden Sägeblatt in Scheiben geschnitten, welche 0,185 Inch (4,7 mm) dick sind. Diese Lagen werden dann einer Kompression in einer Reihe von 2 porösen Spaltwalzen ausgesetzt, die mit einem Vakuum versehen sind, welche den Restwasserphasengehalt des Schaumes auf etwa das 6-fache (6X) des Gewichtes des polymerisierten Materials allmählich verringert. An dieser Stelle werden die Lagen dann wieder mit einer 1,5% CaCl₂-Lösung bei 60°C gesättigt, werden in einer Reihe von 3 porösen Spaltwalzen, die mit einem Vakuum versehen sind, auf einen Wasserphasengehalt von etwa 4X ausgedrückt. Der CaCl₂-Gehalt des Schaumes liegt zwischen 8 und 10%.
Der Schaum bleibt nach dem letzten Spalt bei einer Dicke von etwa 0,028 in (0,071 cm) komprimiert. Der Schaum wird dann für etwa 16 Stunden in Luft getrocknet. Eine solche Trocknung verringert den Feuchtigkeitsgehalt auf etwa 9-17 Gew.% des polymerisierten Materials. An dieser Stelle werden die Schaumlagen sehr faltfähig und "dünn-nach-Trocknung".
Beispiel 4:
Präparierung eines Schaumes mit großem Oberflächenbereich aus einer HIPE
A) HIPE-Präparierung
Die in einem kontinuierlichen Prozess zum Bilden einer HIPE-Emulsion verwendeten Wasser- und Ölphasenströme werden gemäß Beispiel 1 präpariert. Separate Ströme der Ölphase (25°C) und Wasserphase (53°-55°C) werden einer im Detail in Beispiel 1 angegebenen dynamischen Mischvorrichtung zugeführt.
Sobald der Geräteaufbau gefüllt ist, beginnt eine Bewegung im dynamischen Mischer, wobei der Rührer sich mit 1750 rpm dreht, und die Rezirkulation wird mit einer Rate von 30 cc/sec begonnen. Die Strömungsrate der Wasserphase wird dann stetig auf eine Rate von 151,3 cc/sec über eine Zeitspanne von etwa 1 min. erhöht, und die Ölphasen-Strömungsrate wird auf 3,78 g/sec über eine Zeitspanne von etwa 3 min reduziert. Die Rezirkulationsrate wird stetig auf etwa 150 cc/sec während der letzteren Zeitspanne erhöht. Der durch die dynamische Zone und die statischen Mischer an dieser Stelle erzeugte Rückdruck beträgt etwa 18,7 psi (129 kPa), was den gesamten Druckabfall des Systems repräsentiert. Die Geschwindigkeit der Waukesha-Pumpe (Modell 30) wird dann ständig vermindert, um eine Rezirkulationsrate von etwa 75 cc/sec zu erhalten.
B) Polymerisation von HIPE
Das aus dem statischen Mischer an dieser Stelle heraus fließende HIPE wird gesammelt und zu einem polymeren Schaum gehärtet, wie dies im Detail in Beispiel 1 angegeben ist.
C) Schaumwaschen und Entwässern
Der ausgehärtete HIPE-Schaum wird aus den Härtungsschalen entfernt. Der Schaum hat an dieser eine Restwasserphase (enthaltend gelöste Emulgatoren, Elektrolyt, Initiatorreste und den Initiator) von etwa dem 38-42-fachen (38-42X) des Gewichtes der polymerisierten Monomere. Der Schaum wird mit einem scharfen, sich hin und her bewegenden Sägeblatt in Scheiben geschnitten, welche 0,185 Inch (4,7 mm) dick sind. Diese Lagen werden dann einer Kompression in einer Reihe von 2 porösen Spaltwalzen ausgesetzt, die mit einem Vakuum versehen sind, welche den Restwasserphasengehalt des Schaumes auf etwa das 6-fache (6X) des Ge wichtes des polymerisierten Materials allmählich verringert. An dieser Stelle werden die Lagen dann wieder mit einer 1,5% CaCl₂-Lösung bei 60°C gesättigt, werden in einer Reihe von 3 porösen Spaltwalzen, die mit einem Vakuum versehen sind, auf einen Wasserphasengehalt von etwa 4X ausgedrückt. Der CaCl₂-Gehalt des Schaumes liegt zwischen 8 und 10%.
Der Schaum bleibt nach dem letzten Spalt bei einer Dicke von etwa 0,028 in (0,071 cm) komprimiert. Der Schaum wird dann für etwa 16 Stunden in Luft getrocknet. Eine solche Trocknung verringert den Feuchtigkeitsgehalt auf etwa 9-17 Gew.% des polymerisierten Materials. An dieser Stelle werden die Schaumlagen sehr faltfähig und "dünn-nach-Trocknung".
Beispiel 5: (Referenz)
Absorbierendes Speicherelement mit polymerem Schaummaterial mit großem Oberflächenbereich
Dieses Beispiel beschreibt ein absorbierendes Element mit großer kapillarer Saugkraft, das ein Hydrogel bildendes absorbierendes Polymer und ein polymeres Schaummaterial mit großer Saugkraft, präpariert gemäß Beispiel 3, umfasst. Um ein Element mit einem Hydrogel bildenden absorbierenden Polymer zu konstruieren, welches eine relativ homogene Verteilung des absorbierenden Polymers und des polymeren Schaumes erreicht, wird folgender Vorgehensweise gefolgt.
10 g luftgetrockneten polymeren Schaumes (präpariert gemäß obigem Beispiel 3) wird in einem Mischgerät angeordnet (Osterizer Modell 848-36L), ausgestattet mit einem 1,25 Liter Gefäß, in welches 1 Liter einer 2% Kalziumchloridlösung gefüllt wurde. Nachdem sicher gestellt worden ist, dass das gesamte Schaummaterial eingetaucht ist, wird das Mischgerät unter "Liquify" (hohe Einstellung) für 10 Sekunden gerührt und dann zusätzlich auf der "Grate"-Einstellung für 5 Sekunden gerührt. Der resultierende Brei wird dann zu einem Buchner-Trichter (Soors USA Modell 60283) überführt, der mit einem Papiertuch ausgekleidet ist. Etwa 50 ml des Fluids wird frei aus der Probe abgeführt. Die Probe wird dann mit einer Gummimembrane überdeckt und es wird ein Vakuum angelegt (etwa 500 mm Hg), um die Probe auf ein Gewicht von 50 bis 60 Gramm zu entwässern.
Die Probe wird zu einem Trocken-Mischgefäß zurück gebracht und mit der Rühreinstellung "Liquify" dispergiert, während das Gefäß und die Basis mehrere Male umgedreht und wieder nach oben zurück gedreht werden, um die Probe in etwa einzelne Teilchen zu dispergieren. Die dispergierte Probe wird dann unter Umgebungsbedingungen luftgetrocknet, und dann werden die Schaumteilchen mit dem Hydrogel bildenden absorbierenden Polymer kombiniert (ASAP 2300, erhältlich von Chemdal Corporation aus Palantine, IL; auch erhältlich von The Procter & Gamble Co., Paper Technology Division, Cincinnati, OH), um ein absorbierendes Speicherelement bestehend aus einem homogenen Gemisch aus 50 Gew.% Hydrogel bildendem Polymer und 50 Gew.% polymerem Schaum mit großem Oberflächenbereich herzustellen.
Die Kapillarsorptions-Isotherme für das absorbierende Speicherelement ist 9 graphisch dargestellt.
Beispiel 6:
Absorbierendes Speicherelement mit Fibretten mit großem Oberflächenbereich
Dieses Beispiel beschreibt ein absorbierendes Element mit hoher kapillarer Saugfähigkeit, das ein Hydrogel bildendes absorbierendes Polymer und Fibretten mit großem Oberflächenbereich umfasst. Die Fibretten mit großem Oberflächenbereich, erhältlich von Hoechst Celanese Corp. (Charlotte, NC) als Zelluloseacetatfibretten^® werden mit dem Hydrogel bildenden absorbierenden Polymer (ASAP 2300, erhältlich von Chemdal Corporation aus Palantine, IL; auch erhältlich von The Procter & Gamble Co., Paper Technology Division, Cincinnati, OH), um ein absorbierendes Speicherelement zu schaffen, das aus einem homogenen Gemisch aus 50 Gew.% Hydrogel bildendem Polymer und 50 Gew.% Fibretten besteht.
Die Kapillarsorptions-Isotherme für das absorbierende Speicherelement ist in 9 graphisch dargestellt.
Beispiel 7 (Referenz):
Absorbierendes Speicherelement mit polymerem Schaummaterial mit großem Oberflächenbereich
Dieses Beispiel beschreibt ein absorbierendes Element mit großer kapillarer Saugkraft, das ein Hydrogel bildendes absorbierendes Polymer und das polymere Schaummaterial mit großer Saugkraft, das gemäß Beispiel 3 präpariert wurde, umfasst. Um ein Element mit einem Hydrogel bildenden absorbierenden Polymer zu konstruieren, welches eine relativ homogene Verteilung des absorbierenden Polymers und des polymeren Schaums erreicht, wird der Vorgehensweise unten gefolgt.
10 g luftgetrockneten polymeren Schaumes (präpariert gemäß obigem Beispiel 3) wird in einem Mischgerät angeordnet (Osterizer Modell 848-36L), ausgestattet mit einem 1,25 Liter Gefäß, in welches 1 Liter einer 2% Kalziumchloridlösung gefüllt wurde. Nachdem sicher gestellt worden ist, dass das gesamte Schaummaterial eingetaucht ist, wird das Mischgerät unter "Liquify" (hohe Einstellung) für 10 Sekunden gerührt und dann zusätzlich auf der "Grate"-Einstellung für 5 Sekunden gerührt. Der resultierende Brei wird dann zu einem Buchner-Trichter (Soors USA Modell 60283) überführt, der mit einem Papiertuch ausgekleidet ist. Etwa 50 ml des Fluids wird frei aus der Probe abgeführt. Die Probe wird dann mit einer Gummimembrane überdeckt und es wird ein Vakuum angelegt (etwa 500 mm Hg), um die Probe auf ein Gewicht von 50 bis 60 Gramm zu entwässern.
Die Probe wird zu einem Trocken-Mischgefäß zurück gebracht und mit der Rühreinstellung "Liquify" dispergiert, während das Gefäß und die Basis mehrere Male umgedreht und wieder nach oben zurück gedreht werden, um die Probe in etwa einzelne Teilchen zu dispergieren. Die dispergierte Probe wird dann unter Umgebungsbedingungen luftgetrocknet, und dann werden die Schaumteilchen mit einem Mischbett-Ionenaustausch- Hydrogel bildenden absorbierenden Polymer kombiniert (unten beschrieben), um ein absorbierendes Speicherelement bestehend aus einem homogenen Gemisch aus 60 Gew.% Hydrogel bildendem Polymer und 40 Gew.% polymerem Schaum mit großem Oberflächenbereich herzustellen.
A) Präparierung des Mischbett-Ionenaustausch-Absorptionspolymers
(i) Kationenaustausch-Absorptionspolymer – Präparierung vernetzter Polyacrylsäure
Eine homogen vernetzte Polyacrylsäure wird synthetisiert, indem 450 Gramm Acrylsäuremonomer (Aldrich Chemical Co. Katalog Nummer 14,723-0; Chargen-Nummer 15930CS) in einen sauberen 400 ml Kunststoffkessel gefüllt wird. 7,2 Gramm von N,N'-Methylenbisacrylamid (Aldrich Chemical Co., Katalog Nummer 14,607-2; Chargen-Nummer 04511DR) und 0,85 Gramm von 2,2'-Azobis(2-amidinpropan)dihydrochlorid (Wako, Chargen-Nummer P2197) werden in 2050 Gramm Wasser gelöst und dem Acrylsäuremonomer in dem Kunststoffkessel hinzu gegeben. Die Lösung wird für 15 Minuten mit Stickstoff besprengt, um gelösten Sauerstoff zu entfernen. Der Kunststoffkessel wird dann dicht verschlossen und die Lösung wird auf 40°C für 16 Stunden erhitzt.
Das resultierende Gel darf sich abkühlen und wird dann in Teile von etwa 1 cm Durchmesser zerbrochen und in einem Vakuumofen bei 55°C für 60 Stunden getrocknet. Die Probe wird gemahlen und durch ein USA 20 Maschensieb gesiebt, indem eine Wiley-Mühle verwendet wird, so dass eine homogen vernetze Polyacrylsäure erhalten wird.
(ii) Anionenaustausch-Absorptionspolymer – Präparierung von vernetztem Polyallylamin
Polyallylamin, 1250 Gramm einer 20% Lösung (Nitto Boseki Co. LTD, Tokio, Japan, Chargen-Nummer 80728) werden in ein 2000 ml Glasbecher eingewogen. Ethylenglycoldiglycidylether, 19 Gramm einer 50% Lösung (Aldrich Chemical Co., Katalog Nummer E2,720-3) werden mit 20 Gramm destilliertem Wasser verdünnt und der Polyallylaminlösung hinzu gegeben. Das Gemisch wird bei Raumtemperatur für etwa 2 Minuten gerührt, bevor es in einen belüfteten Ofen bei etwa 60°C über Nacht angeordnet wird.
Das resultierende Gel wird in Teile von etwa 5 mm Durchmesser zerbrochen und unter einem großen Vakuum für etwa 96 Stunden getrocknet, um ein leicht vernetztes Polyallylamin-Anionenaustausch-Absorptionspolymer zu erhalten, welches unter trockener Atmosphäre gelagert wird.
(iii) Mischbett-Ionenaustausch-Absorptionspolymer
Das vernetzte Polyallylamin-Anionenaustausch-Absorptionspolymer wird gemahlen und gesiebt. Ein Teilchengrößenfraktion wird gesammelt, welche durch ein USA-Reihen-Standardsieb mit Maschenweite 25 hindurch passt, aber nicht durch ein USA-Reihen-Standardsieb mit Maschengröße 70 (das heißt, eine Fraktion mit Teilchen im Bereich von etwa 200 bis 700 Micron im Durchmesser).
Etwa 125 Gramm des gesiebten Kationenaustausch-Absorptionspolymer aus vernetzter Polyacrylsäure (200 bis 700 Micron Durchmesser) und 125 Gramm des gesiebten Anionenaustausch-Absorptionspolymer aus vernetztem Polyallylamin werden miteinander vermischt, so dass sich die Teilchen jedes Polymertyps gleichmäßig in dem Gemisch verteilen. Dieses Gemisch umfasst eine Zusammensetzung aus einem Mischbett-Ionenaustausch-Absorptionspolymer, das in dem absorbierenden Speicherelement des vorliegenden Beispiels verwendet wird. Eine zusätzliche In formation zu solchen Zusammensetzungen ist offenbart in US Patent Nr. 6,232,520 von Hird, et al.
Die kapillare Sorptionsisotherme für diese absorbierende Speicherelement ist graphisch in 9 dargestellt.
Figurenbeschreibung
9

example

= Beispiel

reference example

= Bezugsbeispiel

comparative

= Vergleich

CSAC

= Kohäsions-Sorptions-Absorptions-Kapazität

suction height

= Saughöhe

Claims

Hochkapillares Saug-Speicher-Absorptions-Element mit (i) diskreten osmotischen Absorptionsmitteln, vorzugsweise Partikeln eines Hydrogel-bildenden absorbierenden Polymers, und (ii) diskreten hydrophilen Fasern mit hoher Oberfläche; dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern mit hoher Oberfläche gewählt sind aus Glas-Mikrofasern, fibrillierten Zellulose-Acetat-Fasern und Gemischen davon und dass das Speicher-Absorptions-Element mindestens 25 Gew.-% bezogen auf das Element an Fasern mit hoher Oberfläche umfasst.
Speicher-Absorptions-Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Element mindestens 30 Gew.-% bezogen auf das Element an Fasern mit hoher Oberfläche umfasst.
Speicher-Absorptions-Element nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern mit hoher Oberfläche ein oder mehreres von Folgendem aufweisen: a) ein Kapillar-Sorptions-Absorptions-Vermögen bei einer Höhe von 35 cm von mindestens 5 g/g; b) ein Kapillar-Sorptions-Absorptions-Vermögen bei einer Höhe von 50 cm von mindestens 4 g/g; c) ein Kapillar-Sorptions-Absorptions-Vermögen bei einer Höhe von 100 cm von mindestens 2 g/g; d) ein Kapillar-Sorptions-Absorptions-Vermögen bei einer Höhe von 140 cm von mindestens 1 g/g; oder e) ein Kapillar-Sorptions-Absorptions-Vermögen bei einer Höhe von 200 cm von mindestens 1 g/g.
Hochkapillares Saug-Speicher-Absorptions-Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Speicher-Absorptions-Element ein Kapillar-Sorptions-Absorptions-Vermögen bei einer Höhe von 100 cm von mindestens 4 g/g aufweist.
Hochkapillares Saug-Speicher-Absorptions-Element nach Anspruch 1, wobei das Element ein Kapillar-Sorptions-Absorptions-Vermögen bei einer Höhe von 0 cm von mindestens 15 g/g aufweist und mindestens eine der folgenden aufweist: a) eine Kapillar-Absorptions-Effizienz bei einer Höhe von 50 cm von mindestens 30 %, b) eine Kapillar-Absorptions-Effizienz bei einer Höhe von 35 cm von mindestens 50 %.
Absorptions-Artikel mit dem Speicher-Absorptions-Element nach einem der Ansprüche 1 bis 5.
Verfahren zum Bilden eines Absorptions-Elements mit den Schritten: a) Bereitstellen eines osmotischen Absorptionsmittels, vorzugsweise eines Hydrogel-bildenden absorbierenden Polymers; b) Bereitstellen von Fasern mit hoher Oberfläche, die gewählt sind aus Glas-Mikrofasern und fibrillierten Zellulose-Acetat-Fasern und Gemischen davon; c) Bilden einer Suspension aus dem osmotischen Absorptionsmittel und den Fasern mit hoher Oberfläche in einer Flüssigkeit, wobei die Flüssigkeit nicht imstande ist, in einem signifikanten Ausmaß durch das osmotische Absorptionsmittel absorbiert zu werden, vorzugsweise in einer Menge von nicht mehr als 5 g/g, oder wobei die Flüssigkeit gewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Alkohol und Isopropanol; d) Vereinen des osmotischen Absorptionsmittels und der Fasern mit hoher Oberfläche in der Suspension, vorzugsweise durch Mischen; e) Entfernen der Flüssigkeit aus der Suspension, um dadurch eine trockene Struktur mit einem gleichmäßigen Feuchtigkeitsgehalt umfassend das osmotische Absorptionsmittel und die Fasern mit hoher Oberfläche zu bilden.