PL167052B1

PL167052B1 - Porowata, absorpcyjna makrostruktura polimeryczna i sposób wytwarzania porowatej absorpcyjnej makrostruktury polimerycznej PL PL PL PL

Info

Publication number: PL167052B1
Application number: PL91296244A
Authority: PL
Inventors: Donald C Roe; Frank H Lahrman; Charles J Berg
Original assignee: Procter & Gamble
Priority date: 1990-04-02
Filing date: 1991-03-25
Publication date: 1995-07-31
Also published as: CA2078560C; DE69132930T2; JP3345001B2; JPH05506681A; CZ289217B6; US5102597A; SG55037A1; TW213860B; NZ237617A; HUT63953A; EP0595803B1; FI924423A; CA2078560A1; SK281455B6; IE911051A1; US5124188A; CS9100895A2; DE69132930D1; KR930700289A; ES2172503T3

Abstract

1. Porow ata, absorpcyjna m akrostruktura polimeryczna zawierajaca usieciowane skupie- nia miedzyczasteczkowe bedace wielokrotnoscia czastek prekursorów praktycznie nierozpu- szczalnego w wodzie, tworzacego hydrozel materialu polimerycznego, znamienna tym, ze usie- ciowane miedzyczasteczkowe skupienia sa utworzone przez przereagowanie srodka sieciujacego miedzyczasteczkowo w ilosci od 0,01 do 30 czesci wagowych na 100 czesci wagowych z m ateria- lem polimerycznym czastek-prekursorów z wytworzeniem kowalencyjnych wiazan sieciujacych miedzy czastkam i-prekursoram i, przy czym usieciowane skupienia miedzyczasteczkowe m aja pory miedzy sasiadujacym i czastkam i-prekursoram i, które to pary sa wzajemnie polaczone kanalikam i laczacymi, dzieki czemu tworzona m akrostruktura jest przepuszczalna dla cieczy, natom iast objetosc suchej m akrostruktury jest wieksza niz 10,0 mm3. PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest absorpcyjna makrostruktura polimeryczna, która jest porowata. Porowata, absorpcyjna makrostruktura polimeryczna stanowi skupienie wzajemnie usieciowanych cząstek o opisanej objętości na sucho przekraczającej około 10,0 mm³. Skupienie wzajemnie usieciowanych cząstek zawiera szereg cząstek-prekursorów zasadniczo nierozpuszczalnego w wodzie, absorpcyjnego materiału polimerycznego tworzącego hydrożel oraz od 0,01 do 30 części wagowych na 100 części wagowych cząstek-prekursorów środka sieciującego międzycząstkowo, reagującego z materiałem polimerycznym cząstek prekursorów z wytworzeniem wiązań sieciujących między różnymi cząstkami-prekursorami. Z uwagi na cząstkowy charakter cząstekprekursorów makrostruktura ma pory między sąsiednimi cząstkami-prekursorami. Pory są wzajemnie połączone kanałami łączącymi, tak że makrostruktura jest przepuszczalna dla cieczy (to znaczy zawiera kapilarne kanały transportowe).

Z uwagi na międzycząstkowe wiązania sieciujące utworzone między cząstkami-prekursorami, tworzące skupienie wzajemnie usieciowanych cząstek, uzyskana makrostruktura wykazuje zwiększoną integralność strukturalną, zwiększone szybkości przejmowania i rozprowadzania cieczy oraz minimalną skłonność do blokowania żelowego. Stwierdzono, że gdy makrostruktura styka się z cieczami, to ulega ona zasadniczo izotropowemu spęcznianiu, nawet pod umiarkowanymi wywieranymi ciśnieniami, wchłania takie ciecze w cząstki-prekursory oraz absorbuje takie ciecze w porach. Izotropowe spęcznianie makrostruktury powoduje, że cząstki-prekursory i pory zachowują względne zależności geometryczne i przestrzenne, nawet po spęcznieniu. W związku z tym makrostruktury są względnie „odporne na działanie płynu“, gdyż cząstki-prekursory nie odrywają się jedna od drugiej, co zmniejsza do minimum ewentualne blokowanie żelowe i zapewnia utrzymanie i zwiększanie kanałów kapilarnych w czasie spęczniania, tak że makrostruktura może przejmować i transportować znaczne ilości cieczy, nawet nadmiar cieczy.

Przedmiotem wynalazku jest również sposób wytwarzania takiej porowatej, absorpcyjnej makrostruktury polimerycznej. Makrostrukturę wytwarza się nanosząc środek sieciujący międzycząstkowo na cząstki-prekursory, fizycznie łącząc cząstki-prekursory w skupieniu oraz poddając reakcji środek sieciujący międzycząstkowo z materiałem polimerycznym cząstek-prekursorów, z wytworzeniem wiązań sieciujących między różnymi cząstkami-prekursorami. W korzystnym wykonaniu makrostrukturę wytwarza się formując skupienie zasocjowanych cząstek-prekursorów, tak że uzyskuje się makrostrukturę o pożądanym kształcie, wielkości i/lub gęstości. Cząstkiprekursory stanowiące składowe makrostruktury mogą być również usieciowane powierzchniowo.

Wynalazek stanie się bardziej zrozumiały na podstawie poniższego opisu w połączeniu z załączonymi rysunkami, z których fig. 1 przedstawia fotomikrografię w powiększeniu około 40 razy, przedstawiającą rzut perspektywiczny, pod kątem 15° do poziomu, krawędzi porowatej, absorpcyjnej makrostruktury polimerycznej według wynalazku, fig. 2 przedstawia fotomikrografię w powiększeniu około 120 razy widoku z góry makrostruktury przedstawionej na fig. 1, fig. 3 przedstawia fotomikrografię w powiększeniu około 30 razy przedstawiającą rzut perspektywiczny (pod kątem 45°) rogu makrostruktury przedstawionej na fig. 1, fig. 4 przedstawia fotomikrografię w powiększeniu około 20 razy, przedstawiającą widok z góry części alternatywnego wykonania porowatej, absorpcyjnej makrostruktury polimerycznej, zgodnie z którym do wytwarzania makrostruktury zastosowano superabsorpcyjne włókno, fig. 5 przedstawia fotomikrografię w powiększeniu około 50 razy widoku z góry części makrostruktury z fig. 4, fig. 6 przedstawia fotomikrografię w

167 052 powiększeniu około 75 razy widoku z góry części makrostruktury z fig. 4, fig. 7 przedstawia fotomikrografię w powiększeniu około 100 razy, przedstawiającą rzut perspektywiczny (pod kątem 45° do poziomu) części alternatywnego wykonania porowatej, absorpcyjnej makrostruktury polimerycznej, zawierającej włókna poliestrowe osadzone w tej makrostrukturze, fig. 8 przedstawia rzut perspektywiczny wykonania pieluszki jednorazowego użytku, na którym części arkusza wierzchniego zostały odcięte, aby dokładniej przedstawić leżący pod spodem rdzeń absorpcyjny pieluszki, w którym element absorpcyjny zawiera porowatą, absorpcyjną makrostrukturę polimeryczną, fig. 9 przedstawia przekrój rdzenia absorpcyjnego pieluszki przedstawionej na fig. 8, wykonany wzdłuż linii 9-9 na fig. 8, a fig. 10 przedstawia rzut perspektywiczny wykonania pieluszki jednorazowego użytku, na którym części arkusza wierzchniego zostały odcięte, aby dokładniej przedstawić alternatywne wykonanie rdzenia absorpcyjnego.

Porowate, absorpcyjne makrostruktury polimeryczne według wynalazku są strukturami zdolnymi do wchłaniania dużych ilości cieczy, takich jak woda i/lub wydzieliny ustrojowe (np. mocz lub ciecz miesiączkowa, które są ponadto zdolne do zatrzymywania takich płynów pod umiarkowanymi ciśnieniami. Zazwyczaj porowate, absorpcyjne polimeryczne makrostruktury według wynalazku będą ulegać spęcznianiu praktycznie izotropowo i szybko chłonąć ciecze.

W użytym znaczeniu określenie „makrostruktura“ oznacza produkt o opisanej objętości w stanie zasadniczo suchym (czyli opisanej objętości na sucho) wynoszącej co najmniej około 10,0 mm³, korzystnie co najmniej około 100 mm³, a jeszcze korzystniej co najmniej około 500 mm³. Zazwyczaj makrostruktury według wynalazku będą wykazywać opisaną objętość na sucho znacznie większą niż około 500 mm³. W korzystnych wykonaniach według wynalazku makrostruktury wykazują opisaną objętość na sucho od około 1000 mm3 do około 100 000 mm3.

Jakkolwiek makrostruktury według wynalazku mogą mieć różne kształty i wymiary, to makrostruktury są zazwyczaj w postaci arkuszy, folii, cylindrów, bloków, kulek, włókien, monowłókien lub elementów o innych kształtach. Grubość lub średnica makrostruktur będzie zazwyczaj wynosić od około 0,25 mm do około 10,0 mm. Korzystne do stosowania w produktach absorpcyjnych są makrostruktury w postaci arkusza. W użytym znaczeniu określenie „arkusz oznacza makrostruktury o grubości ponad około 250μ. Grubość arkuszy będzie zazwyczaj wynosić od około 0,5 do około 3 mm, często około 1 mm.

Makrostruktury według wynalazku wytwarza się z polimerów zdolnych do absorbowania dużych ilości cieczy. (Takie materiały polimeryczne określa się zazwyczaj jako hydrożele, hydrokoloidy lub materiały superabsorpcyjne). Makrostruktury korzystnie zawierają praktycznie nierozpuszczalny w wodzie, absorpcyjny materiał polimeryczny tworzący hydrożel. Konkretne materiały polimeryczne zostaną przedstawione poniżej w aspekcie materiałów polimerycznych tworzących cząstki-prekursory.

Jak to przedstawiono na fig. 1 i 3, porowate, absorpcyjne polimeryczne makrostruktury według wynalazku stanowią skupienie wzajemnie usieciowanych cząstek. Skupienie wzajemnie usieciowanych cząstek stanowi porowatą strukturę utworzoną w wyniku połączenia ze sobą dwóch lub więcej, zazwyczaj około 10 lub więcej, uprzednio niezależnych cząstek-prekursorów. Cząstkiprekursory łączy się ze sobą za pomocą naniesionych na nie środków sieciujących międzycząstkowo i zastosowanie obróbki, przy zachowaniu fizycznego połączenia cząstek-prekursorów, w warunkach zapewniających przereagowanie środka sieciującego międzycząstkowo z materiałem polimerycznym cząstek-prekursorów, z wytworzeniem wiązań sieciujących między cząstkamiprekursorami, i utworzeniem skupień.

Jak to przedstawiono na fig. 1, skupienie wzajemnie usieciowanych cząstek powstaje z szeregu cząstek-prekursorów. Z uwagi na korzystną wielkość cząstek-prekursorów stosowanych zgodnie z wynalazkiem, skupienie wzajemnie usieciowanych cząstek zazwyczaj powstaje z 10 lub więcej, korzystnie około 50 lub więcej cząstek-prekursorów. Cząstki-prekursory są w postaci odrębnych elementów. Cząstki mogą być w postaci granulek, proszków, kulek, płatków, włókien, agregatów lub aglomeratów. I tak cząstki-prekursory mogą mieć dowolny, odpowiedni kształt i mogą być sześcienne, pałeczkowate, wielościenne, kuliste, zaokrąglone, kanciaste, nieregularne, nieregularne o przypadkowej wielkości (np. produkty proszkowe powstałe w etapie rozdrabniania lub mielenia), albo też w postaci elementów o znacznym stosunku największego wymiaru do najmniejszego wymiaru, takich jak elementy igłowate, płatkowate lub włókniste itp. Korzystnie, jak to przedsta6

167 052 wiono na fig. 1-3, cząstki-prekursory stanowią silnie rozdrobniony proszek o przypadkowej wielkości, w postaci sproszkowanych granulek lub płatków.

Jakkolwiek wielkość cząstek-prekursorów i cząstek-prekursorów może mieścić się w szerokim zakresie, określone wielkości i rozrzuty wielkości cząstek są korzystne. Z punktu widzenia wynalazku wielkość cząstki określa się dla cząstek-prekursorów, które nie wykazują znacznego stosunku największego wymiaru do najmniejszego wymiaru, takiego jak w przypadku włókien (to znaczy w przypadku granulek, płatków lub proszków) jako wymiar cząstki lub cząstki-prekursora, który ustala się na podstawie analizy sitowej. Tak np. cząstka-prekursor zatrzymywania na znormalizowanym sicie nr 30 o oczkach 600 μ m uważana jest za cząstkę charakteryzującą się wielkością cząstki ponad 600μm, cząstka-prekursor, która przechodzi przez sito nr 30 o oczkach 600μ m, ale zatrzymywana jest na znormalizowanym sicie nr 35 o oczkach 500μ m uważana jest za cząstkę charakteryzującą się wielkością cząstki od 500 do 600 μ m, a cząstka-prekursor przechodząca przez sito nr 35 o oczkach 500μ m uważana jest za cząstkę charakteryzującą się wielkością cząstki poniżej 500 μ m. Zgodnie z korzystnym wykonaniem wielkość cząstek-prekursorów w odniesieniu do średnicy lub przekroju będzie zazwyczaj wynosić od około 1μ m do około 2000μm, a jeszcze korzystniej od około 20μm do około 100 μm.

Z punktu widzenia wynalazku istotna jest również średnia masowa wielkość cząstek, odnosząca się do cząstek-prekursorów, pozwalająca określić charakterystykę i właściwości uzyskiwanych makrostruktur. Średnia masowa wielkość cząstek danej próbki cząstek-prekursorów określana jest jako średnia wielkość cząstki w próbce o danej masie. Sposób wyznaczania średniej masowej wielkości cząstek w próbce opisana jest poniżej w części dotyczącej metod badań. Średnia masowa wielkość cząstki w odniesieniu do cząstek-prekursorów będzie zazwyczaj wynosić od około 20μm do około 1^(^0μm, a jeszcze korzystniej od około 50μm do około 1000μηι. W korzystnych wykonaniach średnia masowa wielkość cząstek w odniesieniu do cząstek-prekursorów będzie mniejsza od około 1000 μm, jeszcze korzystniej mniejsza od około 600 pm, a najkorzystniej mniejsza od około 500μ m. W szczególnie korzystnych wykonaniach średnia masowa wielkość cząstek-prekursorów jest względnie niewielka. (To znaczy cząstki-prekursory są drobne). W wykonaniach tych średnia masowa wielkość cząstek w odniesieniu do cząstek-prekursorów jest mniejsza od około 300 μm, a jeszcze korzystniej mniejsza od około 180μm. W przykładowym wykonaniu co najmniej około 95% cząstek-prekursorów wykazuje średnią masową wielkość cząstek od około 150μm do około 300 μ m. W jeszcze innym wykonaniu co najmniej około 95% cząstek-prekursorów wykazuje średnią masową wielkość cząstek od około 90μm do około 150μm. Wąskie rozrzuty wielkości cząstek-prekursorów są korzystne, gdyż uzyskuje się wówczas makrostrukturę o większej porowatości, z uwagi na duży udział wolnych przestrzeni po zagęszczeniu w porówaniu z szerszym rozkładem wielkości cząstek-prekursorów, o równoważnej średniej masowej wielkości cząstek.

Wielkość cząstek materiałów o wysokim stosunku największego wymiaru do najmniejszego wymiaru, takich jak włókna, określa się zazwyczaj podając ich największy wymiar. Tak np. jeśli absorpcyjne, polimeryczne włókna (takie jak włókna superabsorpcyjne) stosuje się w makrostrukturach według wynalazku, do określenia „wielkości cząstki“ wykorzystuje się długość włókna. (Można również określać denier i/lub średnicę włókna). W przykładowych wykonaniach według wynalazku długość włókien wynosi ponad około 5 mm, korzystnie od około 10 mm do około 100 mm, a jeszcze korzystniej od około 10 mm do około 50 mm.

Cząstki-prekursory zawierają praktycznie nierozpuszczalny w wodzie, absorpcyjny materiał polimeryczny tworzący hydrożel. Do przykładowych materiałów polimerycznych nadających się do stosowania jako cząstki-prekursory należą materiały wytwarzane z polimeryzujących, nienasyconych monomerów zawierających grupy kwasowe. I tak do monomerów tych należą olefinowo nienasycone kwasy i bezwodniki, zawierające co najmniej jedno olefinowe wiązanie podwójne węgiel-węgiel. W szczególności monomery te można wybrać spośród olefinowo nienasyconych kwasów karboksylowych i ich bezwodników, olefinowo nienasyconych kwasów sulfonowych oraz ich mieszanin.

Pewne monomery nie zawierające grup kwasowych można również zastosować do wytwarzania cząstek-prekursorów według wynalazku. Do takich monomerów nie zawierających grup kwasowych mogą należeć np. rozpuszczalne w wodzie lub dające się dyspergować w wodzie estry monomerów z grupami kwasowymi, a także monomery nie zawierające wcale karboksylowych lub

167 052 sulfonowych grup kwasowych. Do ewentualnych monomerów bez grup kwasowych należą w związku z tym monomery zawierające następujące rodzaje grup funkcyjnych: grupy estrów kwasów karboksylowych lub kwasów sulfonowych, grupy hydroksylowe, grupy amidowe, grupy aminowe, grupy nitrylowe oraz grupy czwartorzędowych soli amoniowych. Takie monomery nie zawierające grup kwasowych są dobrze znanymi materiałami, opisanymi dokładnie np. w opisie patentowym St. Zjedn. Ameryki nr 4076663 oraz w opisie patentowym St. Zjedn. Ameryki nr 4062817.

Do monomerów typu olefinowo nienasyconych kwasów karboksylowych i bezwodników kwasów karboksylowych należą kwasy akrylowe typu samego kwasu akrylowego, kwasu metakrylowego, kwasu etakrylowego, kwasu α-chloroakrylowego, kwasu α-cyjanoakrylowego, kwasu β-metyloakrylowego (kwasu krotonowego), kwasu α-fenyloakrylowego, kwasu β-akryloksypropionowego, kwasu sorbinowego, kwasu α-chlorosorbinowego, kwasu angelikowego, kwasu cynamonowego, kwasu p-chlorocynamonowego, kwasu β-stearyloakrylowego, kwasu itakonowego, kwasu cytrtrakonowego, kwasu mezakonowego, kwasu glutakonowego, kwasu akonitynowego, kwasu maleinowego, kwasu fumarowego, trikarboksyetylenu i bezwodnika maleinowego.

Do monomerów typu olefinowo nienasyconych kwasów sulfonowych należą alifatyczne lub aromatyczne kwasy winylosulfonowe, takie jak kwas winylosulfonowy, kwas allilosulfonowy, kwas winylotoluenosulfonowy i kwas styrenosulfonowy; kwasy akrylo- i metakrylosulfonowe, takie jak akrylan sulfoetylu, metakrylan sulfoetylu, akrylan sulfopropylu, metakrylan sulfopropylu, kwas 2-hydroksy-3-akryloksypropylosulfonowy, kwas 2-hydroksy-3-metakryloksypropylosulfonowy oraz kwas 2-akryloamido-2-metylo-propanosulfonowy.

Korzystne materiały polimeryczne do stosowania zgodnie z wynalazkiem zawierają grupy karboksylowe. Do polimerów takich należy hydrolizowany kopolimer szczepiony akrylonitrylu na skrobii, częściowo zobojętniony kopolimer szczepiony kwasu akrylonitrylu na skrobi, kopolimer szczepiony kwasu akrylowego na skrobi, częściowo zobojętniony kopolimer szczepiony kwasu akrylowego na skrobi, zmydlone kopolimery octan winylu/ester akrylowy, hydrolizowane kopolimery akrylonitrylu lub akrylamidu, umiarkowanie usieciowane produkty z powyższych kopolimerów, częściowo zobojętniony kwas poliakrylowy oraz umiarkowanie usieciowane produkty częściowo zobojętnionego kwasu poliakrylowego. Polimery te stosuje się niezależnie lub w postaci mieszaniny dwóch lub więcej monomerów, związków itp. Przykładowe materiały polimeryczne tego typu ujawniono w opisach patentowych St. Zjedn. Ameryki nr nr 3661875, 4076663, 4 093 776, 4 666 983 i 4 734 498.

Najkorzystniejsze materiały polimeryczne do stosowania jako cząstki-prekursory stanowią umiarkowanie usieciowane produkty częściowo zobojętnionych kwasów poliakrylowych oraz ich pochodnych skrobiowych. Najkorzystniej cząstki stanowi umiarkowanie usieciowany kwas poliakrylowy zobojętniony w około 50-95%, korzystnie w około 75% (to znaczy poli/akrylan sodowy- kwas akrylowy/).

Jak to zaznaczono powyżej, cząstki-prekursory stanowią korzystnie materiały polimeryczne nieznacznie usieciowane. Usieciowanie służy do nadania cząstkom-prekursorom praktycznej nierozpuszczalności w wodzie, a częściowo do nadania cząstkom-prekursorom, a więc również i uzyskiwanej makrostrukturze, odpowiedniej pojemności absorpcyjnej i zawartości ekstrahowalnego polimeru. Proces sieciowania polimerów oraz typowe środki sieciujące opisane są bardziej szczegółowo w wyżej wspomnianym przywołanym opisie patentowym St. Zjedn. Ameryki nr 4076663.

Odrębne cząstki-prekursory wytwarzać można zwykłym sposobem. Typowe i korzystne procesy wytwarzania odrębnych cząstek-prekursorów opisane są w opisach patentowych St. Zjedn. Ameryki nr nr Re. 32 649, 4 666 983 i 4 625 001.

Korzystnymi sposobami wytwarzania cząstek-prekursorów są te, które obejmują metody polimeryzacji w roztworze wodnym lub w innym roztworze. Jak to opisano w wyżej przywołanym opisie patentowym St. Zjedn. Ameryki nr Re. 32 649, polimeryzacja w roztworze wodnym obejmuje zastosowanie wodnej mieszaniny reakcyjnej w celu przeprowadzenia polimeryzacji, w której uzyskuje się cząstki-prekursory. Wodną mieszaninę reakcyjną poddaje się następnie polimeryzacji w warunkach zapewniających uzyskanie w mieszaninie praktycznie nierozpuszczalnego w wodzie, umiarkowanie usieciowanego materiału polimerycznego. Uzyskaną w ten sposób masę materiału polimerycznego miele się następnie lub sieka uzyskując odrębne cząstki-prekursory.

167 052

W szczególności sposób wytwarzania odrębnych cząstek-prekursorów na drodze polimeryzacji w roztworze wodnym obejmuje wytworzenie wodnej mieszaniny reakcyjnej, w której w wyniku polimeryzacji mają postać pożądane cząstki-prekursory. Jednym ze składników takiej mieszaniny reakcyjnej jest materiał stanowiący monomer zawierający grupę kwasową, który będzie tworzyć „szkielet wytwarzanych cząstek-prekursorów. Wodna mieszanina reakcyjna będzie zawierać zazwyczaj około 100 części wg. materiału monomerycznego. Innym składnikiem wodnej mieszaniny reakcyjnej jest środek sieciujący. Środki sieciujące przydatne do wytwarzania cząstekprekursorów są dokładniej opisane w wyżej przywołanych publikacjach: patentach St. Zjedn. Ameryki nr 32 649, 4 666983, 4 625 001. Zawartość środka sieciującego w wodnej mieszaninie reakcyjnej będzie zazwyczaj wynosić od około 0,001% molowego do około 5% molowych w stosunku do całkowitej ilości moli monomeru występującego w mieszaninie wodnej (od około 0,01 do około 30 części wag. na 100 części wag. materiału monomerycznego). Dodatkowym składnikiem wodnej mieszaniny reakcyjnej są inicjatory wolnorodnikowe, obejmujące np. związki nadtlenowe, takie jak nadsiarczany sodu, potasu i amonu, nadtlenek kaprylilu, nadtlenek benzoilu, nadtlenek wodoru, wodoronadtlenki kumenu, dinaftalan tert-butylu, nadbenzoesan tert-butylu, nadoctan sodowy, nadwęglan sodowy itp. Do innych ewentualnych składników wodnej mieszaniny reakcyjnej należą różne komonomery nie zawierające grup kwasowych, takie jak estry zasadniczo nienasyconych monomerów zawierających funkcyjne grupy kwasowe lub inne komonomery nie zawierające wcale karboksylowych lub sulfonowych grup funkcyjnych.

Wodną mieszaninę reakcyjną poddaje się polimeryzacji w warunkach zapewniających wytworzenie mieszaniny praktycznie nierozpuszczalnych w wodzie, absorpcyjnych, nieznacznie usieciowanych materiałów polimerycznych tworzących hydrożele. Warunki polimeryzacji są również dokładniej przedstawione w wyżej przywołanych trzech opisach patentów. Polimeryzacja taka obejmuje zazwyczaj ogrzewanie (techniki aktywowania termicznego) do temperatury polimeryzacji od około 0°C do około 100°C, a jeszcze korzystniej od około 5°C do około 40°C. Do warunków, w jakich utrzymuje się wodną mieszaninę reakcyjną w czasie polimeryzacji, może należeć np. poddanie mieszaniny reakcyjnej lub jej części działaniu dowolnej formy promieniowania aktywującego polimeryzację. Jako alternatywne dla zwykłych technik polimeryzacji wymienić można techniki obejmujące zastosowanie promieniowania radioaktywnego, elektronowego, nadfioletowego lub elektromagnetycznego.

Funkcyjne grupy kwasowe w materiałach polimerycznych wytworzonych w wodnej mieszaninie reakcyjnej są również korzystnie zobojętnione. Zobojętnianie można przeprowadzić w dowolny odpowiedni sposób, w efekcie uzyskując co najmniej około 25% molowych, a jeszcze korzystniej co najmniej około 50% molowych całości monomerów stosowanych do wytwarzania materiału polimerycznego w postaci monomerów zawierających grupy kwasowe zobojętnione kationem tworzącym sól. Do takich kationów tworzących sól należą np. kationy metali alkalicznych, kation amonowy, podstawiony kation amoniowy oraz kationy pochodzące od amin, dokładniej przedstawione na wyżej przywołanym opisie patentowym St. Zjedn. Ameryki nr Re. 32 649.

Jakkolwiek korzystne jest wytwarzanie cząstek-prekursorów w procesie polimeryzacji w roztworze wodnym, to można również prowadzić proces polimeryzacji z wykorzystaniem technik polimeryzacji wielofazowej, takich jak techniki odwrotnej polimeryzacji emulsyjnej lub odwrotnej polimeryzacji zawiesinowej. W technikach odwrotnej polimeryzacji emulsyjnej lub odwrotnej polimeryzacji zawiesinowej opisaną powyżej wodną mieszaninę reakcyjną zawiesza się w postaci drobnych kropelek w matrycy nie mieszającego się z wodą, obojętnego rozpuszczalnika organicznego, takiego jak cykloheksan. Uzyskane cząstki-prekursory mają zazwyczaj kształt kulisty. Techniki odwrotnej polimeryzacji zawiesinowej opisane są dokładniej w opisach patentowych St. Zjedn. Ameryki nr nr 4 340 706, 4 506 052 i 4 735 987.

Zgodnie z korzystnym wykonaniem według wynalazku cząstki-prekursory stosowane do wytwarzania skupień wzajemnie usieciowanych cząstek są zasadniczo suche. Użyte w opisie określenie „zasadniczo suchy“ oznacza, że zawartość cieczy, zazwyczaj wody lub innego roztworu, wynosi poniżej około 50%, korzystnie poniżej około 25%, a jeszcze korzystniej poniżej około 10% wag. cząstek-prekursorów. Zazwyczaj zawartość cieczy w cząstkach-prekursorach wynosi od około 0,01 do około 5% wag. w stosunku do cząstek-prekursorów. Odrębne cząstki-prekursory suszyć można dowolnym odpowiednim sposobem, takim jak wykorzystanie ogrzewania. Alternatywnie, w przy167 052 padku wytwarzania cząstek-prekursorów w wodnej mieszaninie reakcyjnej, wodę z mieszaniny reakcyjnej usuwać można na drodze destylacji azeotropowej. Wodną mieszaninę reakcyjną zawierającą polimer można także poddawać obróbce rozpuszczalnikiem odwadniającym, takim jak metanol. Można również stosować kombinacje takich metod suszenia. Odwodnioną masę materiału polimerycznego można następnie siekać lub rozdrabniać uzyskując zasadniczo suche cząstkiprekursory w zasadzie nierozpuszczalnego w wodzie, absorpcyjnego materiału polimerycznego tworzącego hydrożel.

Korzystnymi cząstkami-prekursorami według wynalazku są te, które wykazują wysoką pojemność absorpcyjną, dzięki czemu uzyskana w efekcie makrostruktura wytworzona z takich cząstek-prekursorów będzie również wykazywać wysoką pojemność absorpcyjną. Pojemność absorpcyjna odnosi się do zdolności danego materiału polimerycznego do absorbowania cieczy, z którymi się on styka. Pojemność absorpcyjna może znacznie zmieniać się w zależności od charakteru absorbowanej cieczy oraz od sposobu kontaktowania się cieczy z materiałem polimerycznym. Dla celów wynalazku pojemność absorpcyjną określa się jako ilość syntetycznego moczu (określonego poniżej) zaabsorbowaną przez dany materiał polimeryczny, wyrażoną w g syntetycznego moczu na 1 g materiału polimerycznego, zgodnie z metodyką opisaną poniżej w części dotyczącej metod badań. Korzystnymi cząstkami-prekursorami według wynalazku są te cząstki, które wykazują pojemność absorpcyjną co najmniej około 20 g, a jeszcze korzystniej co najmniej około 25 g syntetycznego moczu na g materiału polimerycznego. Zazwyczaj stosowane materiały polimeryczne wykazują pojemność absorpcyjną od około 40 do około 70 g syntetycznego moczu na g materiału polimerycznego. Cząstki-prekursory charakteryzujące się taką względnie wysoką pojemnością absorpcyjną są szczególnie przydatne w produktach absorpcyjnych, elementach absorpcyjnych oraz w wyrobach absorpcyjnych, gdyż uzyskane w efekcie makrostruktury wytworzone z takich cząstek-prekursorów będą z zasady zatrzymywać duże ilości wydzielin ustrojowych takich jak mocz.

Odrębne cząstki-prekursory można ewentualnie poddawać obróbce powierzchniowej. Tak np. w opisie patentowym St. Zjedn. Ameryki nr 4 824 901 ujawniono obróbkę powierzchniową cząstek polimerycznych czwartorzędowym związkiem poliaminowym. W przypadku stosowania obróbki powierzchniowej cząstki-prekursory korzystnie sieciuje się powierzchniowo w sposób ujawniony w opisach patentowych St. Zjedn. Ameryki nr nr 4 666 983 i 4 734 478. Jak to ujawniono w opisie patentowym nr 4666983, poszczególne cząstki-prekursory można sieciować powierzchniowo nanosząc na cząstki-prekursory środek powierzchniowo sieciujący oraz poddając reakcji środek powierzchniowo sieciujący z materiałem polimerycznym na powierzchni cząstekprekursorów.

Jakkolwiek wszystkie cząstki-prekursory w danym skupieniu wzajemnie usieciowanych cząstek lub w uzyskanej w efekcie kompozycji polimerycznej są korzystnie wytworzone z tego samego materiału polimerycznego, o takich samych właściwościach, nie jest to warunek konieczny. Tak np. część cząstek-prekursorów może zawierać materiał polimeryczny typu szczepionego kopolimeru kwasu akrylowego na skrobi, a inne cząstki-prekursory mogą zawierać materiał polimeryczny typu nieznacznie usieciowanych produktów częściowo zobojętnionego kwasu poliakrylowego. Ponadto cząstki-prekursory w skupieniach wzajemnie usieciowanych cząstek mogą mieć różny kształt, pojemność absorpcyjną oraz inną właściwość charakterystyczną dla cząstek-prekursorów. Zgodnie z korzystnym wykonaniem cząstki-prekursory zawierają materiał polimeryczny stanowiący praktycznie nieznacznie usieciowane produkty częściowo zobojętnionego kwasu poliakrylowego; każda cząstka-prekursor wykazuje podobne właściwości.

Do środków sieciujących międzycząsteczkowo, przydatnych zgodnie z wynalazkiem, należą te, które reagują z materiałem polimerycznym cząstek-prekursorów stosowanych do wytwarzania skupień wzajemnie usieciowanych cząstek. Do odpowiednich środków sieciujących międzycząsteczkowo należeć może szereg różnych związków, takich jak np. związki zawierające co najmniej dwa wiązania podwójne zdolne do polimeryzacji; związki zawierające co najmniej jedno wiązanie podwójne zdolne do polimeryzacji oraz co najmniej jedną grupę funkcyjną reagującą z materiałem polimerycznym; związki zawierające co najmniej dwie grupy funkcyjne reagujące z materiałem polimerycznym; lub związki wielowartościowych metali. Konkretne środki sieciujące przydatne w niniejszym wynalazku opisane są w wyżej przywołanym opisie patentowym USA 4076633 oraz w

167 052 opisie patentowym USA Re. 32 649. Środki sieciujące międzycząstkowo mogą również stanowić monomery (takie jak wymienione uprzednio) reagujące z materiałem polimerycznym cząstekprekursorów z wytworzeniem polimerycznych wiązań sieciujących.

Jeśli grupy karboksylowe znajdują się na lub w materiałach polimerycznych (to znaczy w łańcuchach polimerów) cząstek-prekursorów, to korzystne środki sieciujące międzycząsteczkowo zawierają co najmniej dwie grupy funkcyjne w cząsteczce, zdolne do przereagowania z grupą karboksylową. Do korzystnych środków sieciujących międzycząstkowo należą alkohole wielowodorotlenowe takie jak glikol etylenowy, glikol dietylenowy, glikol trietylenowy, glikol tetraetylenowy, glikol polietylenowy, gliceryna (1,2,3-propanotriol), poligliceryna, glikol propylenowy,

1,2-pronodiol, 1,3-propanodiol, trimetylolopropan, dietanoloamina, trietanoloamina, blokowy kopolimer polioksypropylenowo-oksyetylenowo-oksypropylenowy, estry sorbitu z kwasami tłuszczowymi, polioksyetylenowane estry sorbitu z kwasami tłuszczowymi, pentaerytryt i sorbit; związki typu eterów poliglicydylowych, takie jak eter diglicydylowy glikolu etylenowego, eter diglicydylowy glikolu polietylenowego, eter poliglicydylowy gliceryny, eter poliglicydylowy digliceryny, eter poliglicydylowy poligliceryny, eter poliglicydylowy sorbitu, eter poliglicydylowy pentaerytrytu, eter diglicydylowy glikolu propylenowego oraz eter diglicydylowy glikolu propylenowego; związki poliazyrydynowe, takie jak tris[3-(izo-azyrydyno)propionian]2,2-bishydroksymetylobutanolu, 1,6-heksametylotoluileno-dietylenomocznik i difenylometano-bis-4,4'-N,N'-dietylenomocznik; związki chlorowcoepoksydowe, takie jak epichlorohydryna i α-metylofluorohydryna; związki polialdehydowe, takie jak aldehyd glutarowy i glioksazol; związki poliamidowe, takie jak etylenodiamina, dietylenotriamina, trietylenotetramina, tetraetylenopentamina, pentaetylenoheksamina i polietylenoimina; oraz związki poliizocyjanianowe, takie jak 2,4-toluilenodiizocyjanian i heksametylenodiizocyjanian.

Stosować można jeden środek sieciujący międzycząstkowo albo dwa lub więcej zasadniczo nie reagujących ze sobą środków sieciujących międzycząstkowo, wybranych ze wspomnianej powyżej grupy. Do szczególnie korzystnych środków sieciujących międzycząstkowo do stosowania zgodnie z wynalazkiem wraz z łańcuchami polimerycznymi zawierającymi grupy karboksylowe należy glikol etylenowy, gliceryna, trimetylopropan, 1,2-propanodiol i 1,3-propanodiol.

Środek sieciujący międzycząstkowo stosuje się według niniejszego wynalazku w ilości w zakresie od około 0,01 części do około 30 części wag., korzystnie od około 0,5 części do około 10 część wag., a najkorzystniej od około 1 części do około 5 części wag. na 100 części wag. cząstek-prekursorów.

Zgodnie z niniejszym wynalazkiem wraz z jednym lub więcej środkami sieciującymi międzycząstkowo stosować można inne materiały lub środki jako dodatki ułatwiające powstanie skupień wzajemnie usieciowanych cząstek, albo jako środki inicjujące lub uczestniczące w reakcji środka sieciującego międzycząstkowo z materiałem polimerycznym cząstek-prekursorów, bądź też jako materiały powodujące asocjację.

Tak np. w połączeniu ze środkiem sieciującym międzycząsteczkowo stosować można wodę. Woda służy do ułatwienia równomiernego rozprowadzenia środka sieciującego międzycząstkowo na powierzchni cząstek-prekursorów oraz wnikania środka sieciującego międzycząstkowo do obszarów powierzchniowych cząstek-prekursorów. Woda zapewnia ponadto silniejsze połączenie fizyczne między cząstkami-prekursorami we wstępnie uformowanych skupieniach oraz jednolitość, w stanie spęcznionym i na sucho, uzyskanych skupień wzajemnie usieciowanych cząstek. Zgodnie z niniejszym wynalazkiem wodę stosuje się w ilości poniżej około 20 części wag. (od 0 do około 20 części wag.), korzystnie w zakresie od około 0,01 części do około 20 części wag., a jeszcze korzystniej w zakresie od około 0,1 części do około 10 części wag. na 100 części wag. cząstekprekursorów. Konkretna ilość wody, która ma być zastosowana, będzie zmieniać się w zależności od rodzaju materiału polimerycznego oraz od wielkości cząstek-prekursorów.

Wraz ze środkiem sieciującym międzycząstkowo stosować można również rozpuszczalniki organiczne. Rozpuszczalniki organiczne stosuje się w celu ułatwienia rozprowadzenia środka sieciującego międzycząstkowo na powierzchni cząstek prekursora. Rozpuszczalnikami organicznymi są korzystnie hydrofilowe rozpuszczalniki organiczne. Do hydrofitowych rozpuszczalników organicznych przydatnych zgodnie z niniejszym wynalazkiem należą niższe alkohole, takie jak metanol, etanol, n-propanol, izopropanol, n-butanol, izobutanol, sec-butanol i tert-butanol;

167 052 ketony, takie jak aceton, metyloetyloketon i metyloizobutyloketon; etery, takie jak dioksan, tetrahydrofuran i eter dietylowy; amidy, takie jak N,N-dimetyloformamid i N,N-dietyloformamid; oraz sulfotlenki, takie jak dimetylosulfotlenek. Hydrofilowy rozpuszczalnik organiczny stosuje się zgodnie z niniejszym wynalazkiem w ilości poniżej około 60 części wag. (od 0 do około 60 części wagowych), korzystnie w zakresie od około 0,01 części do około 60 części wag., a jeszcze korzystniej w zakresie od około 1 części do około 20 części wag. na 100 części wag. cząstek-prekursorów. Konkretna ilość hydrofilowego rozpuszczalnika organicznego, która ma być zastosowana, będzie zmieniać się w zależności od rodzaju materiału polimerycznego oraz od wielkości cząstekprekursorów.

Środek sieciujący międzycząstkowo można również stosować w mieszaninie wody i jednego lub więcej hydrofilowych rozpuszczalników organicznych. Stwierdzono, że zastosowanie wodnego roztworu środka sieciującego międzycząstkowo zapewnia lepszą penetrację środka sieciującego do powierzchniowego regionu cząstek-prekursorów, podczas gdy roztwór środka sieciującego międzycząstkowo w hydrofilowym rozpuszczalniku organicznym zapewnia minimalną penetrację środka sieciującego. Jednakże mieszanina wszystkich trzech środków jest korzystna, gdyż umożliwia regulację stopnia penetracji środka sieciującego międzycząstkowo w region powierzchniowy cząstek-prekursorów. W szczególności stwierdzono, że im wyższy jest stosunek wody do rozpuszczalnika organicznego, tym głębsza jest penetracja środka sieciującego, większa odporność makrostruktur ma działanie płynu pod napięciem oraz znaczniejsze zmniejszenie uzyskanej pojemności absorpcyjnej makrostruktur. Zazwyczaj stosunek wody do hydrofilowego rozpuszczalnika organicznego w roztworze będzie wynosić od około 10:1 do około 1:10. Roztwór środka sieciującego międzycząstkowo w hydrofilowym rozpuszczalniku organicznym i wodzie stosuje się w ilości poniżej około 60 części wag. (od 0 do około 60 części wag.), korzystnie w zakresie od około 0,01 części do około 60 części wag., a jeszcze korzystniej w zakresie od około 1 części do około 20 części wag. na 100 części wag. cząstek-prekursorów.

Z roztworem zawierającym środek sieciujący międzycząstkowo wymieszać można również inne dodatkowe składniki. Tak np. dodać można inicjator, katalizator lub komonomery nie będące kwasami. Przykłady takich materiałów nadające się do stosowania zgodnie z wynalazkiem opisane są w wyżej przywołanym opisie patentowym USA Re. 32 649.

Sposób wytwarzania porowatej, absorpcyjnej, polimerycznej makrostruktury zawierającej skupienia wzajemnie usieciowanych cząstek obejmuje etapy: przygotowanie cząstek-prekursorów typu opisanego powyżej; naniesienie środka sieciującego międzycząsteczkowo na część cząstekprekursorów; fizyczne połączenie cząstek prekursorów z wytworzeniem skupień; ukształtowanie skupień; oraz przeprowadzenie reakcji środka sieciującego międzycząstkowo z materiałem polimerycznym cząstek-prekursorów w skupieniach, przy zachowaniu fizycznego połączenia cząstekprekursorów, z wytworzeniem skupień wzajemnie usieciowanych cząstek.

Środek sieciujący międzycząstkowo nanosi się na cząstki-prekursory. Środek sieciujący międzycząstkowo nanosić można dowolnym z wielu sposobów z wykorzystaniem urządzenia stosowanego do nanoszenia roztworów na materiały, przy czym sposoby te obejmują powlekanie, obrzucanie, polewanie, nakraplanie, spryskiwanie, rozpylanie, skraplanie lub zanurzanie. W użytym znaczeniu określenie „nanoszenie na“ oznacza, że co najmniej część powierzchni co najmniej jednej z cząstek-prekursorów, które mają zostać połączone, zawiera powłokę ze środka sieciującego międzycząstkowo. Tak więc środek sieciujący międzycząstkowo może zostać naniesiony jedynie na pewne cząstki-prekursory, na wszystkie cząstki-prekursory, tylko na część powierzchni pewnych lub wszystkich cząstek-prekursorów lub na całą powierzchnię pewnych lub wszystkich cząstekprekursorów lub na całą powierzchnię pewnych lub wszystkich cząstek-prekursorów. Korzystnie środek sieciujący międzycząstkowo powleka całą powierzchnię większości, a korzystnie wszystkich cząstek-prekursorów, tak aby zwiększyć skuteczność, wytrzymałość i gęstość międzycząstkowych wiązań sieciujących występujących między cząstkami-prekursorami.

W korzystnych wykonaniach według niniejszego wynalazku po naniesieniu środka sieciującego międzycząstkowo na cząstki-prekursory środek sieciujący międzycząstkowo miesza się z cząstkami-prekursorami z wykorzystaniem dowolnej z szeregu technik mieszania w celu zapewnienia dokładnego powleczenia cząstek-prekursorów środkiem sieciującym międzycząstkowo. Dzięki temu, że cząstki-prekursory zostają dokładnie powleczone środkiem sieciującym międzycząst12

167 052 kowo, zwiększa się skuteczność, wytrzymałość i gęstość wiązań sieciujących między cząstkamiprekursorami. Mieszanie można przeprowadzić z wykorzystaniem różnych technik i urządzeń, takich jak rozmaite znane mieszarki i ugniatarki.

Przed, w czasie lub po naniesieniu środka sieciującego międzycząstkowo na cząstkiprekursory, cząstki te łączy się fizycznie ze sobą uzyskując szereg skupień. Użyte określenie „fizycznie połączone“ oznacza, że doprowadza się do zetknięcia cząstek-prekursorów ze sobą i pozostawia w takim stanie jako części składowe połączone w dowolny z wielu sposobów i w różnych zależnościach przestrzennych, tak że tworzą one pojedyncze elementy skupień.

Cząstki-prekursory korzystnie łączy się fizycznie ze sobą nanosząc środek łączący na cząstkiprekursory i fizycznie kontaktując ze sobą cząstki-prekursory w takich warunkach, że na co najmniej część powierzchni cząstek-prekursorów został naniesiony środek łączący. Korzystne środki łączące powodują, że materiał polimeryczny cząstek-prekursorów po zetknięciu się ich skleja się na skutek działania sił napięcia powierzchniowego płynu i/lub splątania łańcuchów polimerów pod wpływem zewnętrznego spęczniania. Do środków łączących przydatnych w związku z niniejszym wynalazkiem należą hydrofilowe rozpuszczalniki organiczne, zazwyczaj alkohole o niskim ciężarze cząsteczkowym, takie jak metanol, etanol lub izopropanol; woda; mieszanina hydrofilowego rozpuszczalnika organicznego z wodą; pewne środki sieciujące międzycząstkowo wymienione powyżej; lotne hydrofobowe związki organiczne, takie jak heksan, oktan, benzen lub toluen; lub ich mieszaniny. Do korzystnych środków łączący należy woda, metanol, izopropanol, etanol, środki sieciujące międzycząstkowo, takie jak gliceryna, albo ich mieszaniny. Zazwyczaj środek łączący stanowi mieszanina zawierająca środek sieciujący międzycząstkowo, tak że etap nanoszenia środka sieciującego międzycząstkowo przeprowadza się równocześnie z etapem nanoszenia środka łączącego.

Środki łączące nanosić można dowolnym z wielu sposobów z wykorzystaniem urządzenia stosowanego do nanoszenia roztworów na materiały, przy czym sposoby te obejmują powlekanie, obrzucanie, polewanie, nakraplanie, spryskiwanie, rozpylanie, skraplanie lub zanurzanie. Środek łączący nanosi się co najmniej na część powierzchni co najmniej jednej z cząstek-prekursorów, które mają połączyć się w skupienia. Korzystnie środkiem łączącym powleka się całą powierzchnię większości, a jeszcze korzystniej wszystkich cząstek-prekursorów. Środek łączący miesza się zazwyczaj z cząstkami-prekursorami z wykorzystaniem dowolnej z wielu technik mieszania w urządzeniu zapewniającym dokładne powleczenie cząstek-prekursorów środkiem łączącym.

Po naniesieniu środka łączącego na cząstki-prekursory, cząstki te można fizycznie kontaktować ze sobą w szereg różnych sposobów. Tak np. sam środek łączący może utrzymywać cząstki razem. Można również wykorzystać siły ciężkości do zapewnienia kontaktu między cząstkamiprekursorami. Można ponadto cząstki umieścić w pojemniku o ustalonej objętości, tak aby zapewnić kontakt między cząstkami-prekursorami.

Cząstki-prekursory można również połączyć fizycznie ze sobą wywierając na te cząstki fizyczny nacisk, na skutek czego znajdą się one ze sobą w kontakcie. Tak np. cząstki-prekursory można ściśle upakować w pojemniku o ustalonej objętości, tak że cząstki te będą fizycznie stykać się ze sobą. Alternatywnie, lub w kombinacji z powyższą procedurą wykorzystać można siły ciężkości do zapewnienia kontaktu fizycznego między cząstkami-prekursorami. Cząstki-prekursory można również związać ze sobą w wyniku przyciągania elektrostatycznego lub poprzez wprowadzenie środka klejącego (np. materiału klejącego takiego jak klej rozpuszczalny w wodzie) sklejającego je ze sobą. Można także cząstki połączyć z trzecim składnikiem (podłożem), tak że cząstki-prekursory będą się łączyć ze sobą poprzez podłoże.

Zgodnie z alternatywnym i korzystnym etapem wytwarzania makrostruktur według niniejszego wynalazku skupienia cząstek-prekursorów kształtuje się w różnych zależnościach geometrycznych i przestrzennych, a także gęstościach, uzyskując skupienia o określonym kształcie, wielkości i/lub gęstości. Skupienia kształtować można dowolną ze znanych technik kształtowania. Korzystne sposoby kształtowania skupień obejmują operacje wylewania, prasowania lub formowania. Techniki odlewania i formowania obejmują zazwyczaj wprowadzenie cząstek-prekursorów do przygotowanego gniazda formy i przyłożenie ciśnienia (sprasowanie) skupień w celu dopasowania go do kszałtu gniazda formy. Do przykładowych konkretnych technik formowania nadających się do wykorzystania należy prasowanie tłoczne, wtrysk, wytłaczanie lub laminowanie. Tak np.

167 052 szereg cząstek-prekursorów można wprowadzić do pojemnika, gniazda formy o ustalonej objętości, a następnie sprasować skupienia tak, aby dopasować do kształtu gniazda formy, dzięki czemu uzyskuje się makrostrukturę o kształcie określonym przez kształt gniazda formy. Techniki formowania obejmują przeprowadzenie różnych operacji na skupieniach, aby zmodyfikować jego kształt i/lub wielkość i/lub gęstość. Do przykładowych konkretnych technik formowania nadających się do wykorzystania należy walcowanie, kucie, wytłaczanie, przędzenie; powlekanie lub ciągnięcie. Tak np. mieszaninę skupień cząstek-prekursorów oraz co najmniej środka sieciującego międzycząstkowo można przepuścić przez parę walców zgniatających uzyskując skupienie arkuszowe. Mieszaninę skupień można również wytłoczyć przez ustnik uzyskując skupienie o kształcie odpowiadającym kształtowi ustnika. Mieszaninę skupień można także wylewać na powierzchnię uzyskując skupienie o pożądanym kształcie lub morfologii powierzchniowej. W celu uzyskania uformowanych skupień wykorzystać można także kombinacje dowolnych lub wszystkich z wymienionych technik. Do przeprowadzenia takich operacji wykorzystać można dowolne odpowiednie znane urządzenie, a operacje te można przeprowadzić wykorzystując materiał lub części urządzenia na gorąco i/lub na zimno.

W korzystnym wykonaniu według niniejszego wynalazku mieszaninę skupień cząstekprekursorów, środka sieciującego międzycząstkowo, wody oraz hydrofilowego rozpuszczalnika organicznego wprowadza się do zasobnika zwykłej wytłaczarki. Przykład wytłaczarki przedstawiony jest na fig. 12-14, nastr. 331 Principles ofPolymer Materials. Second Edition (McGraw-Hill Book Company, 1982).

Równocześnie z nanoszeniem środka sieciującego międzycząstkowo lub potem cząstkiprekursory łączy się ze sobą fizycznie uzyskując skupienia i po uformowaniu skupień przeprowadza się reakcję środka sieciującego międzycząstkowo z materiałem polimerycznym cząstekprekursorów w skupieniach, przy zachowaniu fizycznego połączenia cząstek-prekursorów, tak aby wytworzyć wiązania sieciujące między cząstkami-prekursorami i uzyskać skupienia wzajemnie usieciowanych cząstek w postaci makrostruktury.

Reakcja między środkiem sieciującym międzycząstkowo i materiałem polimerycznym musi zostać uaktywniona i doprowadzona do końca, tak aby wytworzyć wiązania sieciujące między cząstkami-prekursorami i uzyskać skupienia wzajemne usieciowanych cząstek. Jakkolwiek reakcję sieciowania uaktywniać można promieniowaniem (np. promieniowaniem nadfioletowym, y lub rentgenowskim) lub katalitycznie, stosując inicjator i aktywator, to korzystnie reakcję sieciowania uaktywnia się termicznie (stosując ogrzewanie). Ogrzewanie uaktywnia i napędza reakcję, a ponadto powoduje usuwanie jakichkolwiek składników lotnych występujących w mieszaninie. Takie warunki reakcji będą zazwyczaj obejmować ogrzewanie połączonych cząstek-prekursorów i środka sieciującego międzycząstkowo przez pewien okres czasu w pewnych temperaturach. Etap ogrzewania przeprowadzić można z wykorzystaniem szeregu różnych znanych urządzeń, takich jak różne znane piece i suszarki.

Zazwyczaj reakcję przeprowadza się prowadząc ogrzewanie do temperatury powyżej około 90°C przez okres czasu niezbędny do doprowadzenia reakcji sieciowania do końca. W przypadku każdego zestawu składającego się z jednego lub więcej środków sieciujących międzycząstkowo oraz materiałów polimerycznych cząstek-prekursorów, jeśli temperatura jest zbyt niska lub czas jest za krótki, reakcja nie zajdzie w stopniu wystarczającym, czego wynikiem będzie mniejsza ilość wiązań sieciujących między cząstkami i będą one na tyle słabe, że spowoduje to pewien spadek przepuszczalności makrostruktury w stosunku do cieczy po spęcznieniu. Jeśli temperatura będzie zbyt wysoka, pogorszeniu może ulec zdolność absorpcyjna cząstek-prekursorów lub nastąpić w takim stopniu degradacja usieciowanych materiałów lub cząstek-prekursorów, zależnie od stosowanych konkretnych materiałów polimerycznych, że uzyskane skupienia nie będą mogły wchłaniać dużych ilości cieczy. Na dodatek, jeśli czas i temperatura nie są odpowiednie, może zwiększyć się ilość składników ulegających ekstrahowaniu w uzyskiwanych skupieniach, co z kolei powoduje wzrost prawdopodobieństwa wystąpienia blokowania żelowego. Z tego względu reakcję prowadzi się zazwyczaj w temperaturze w zakresie od około 120°C do około 300°C, a jeszcze korzystniej od około 150°C do około 250°C. Czas niezbędny do przeprowadzenia reakcji do końca będzie zazwyczaj wynosić od około 5 minut do około 6 godzin, a jeszcze korzystnie od około 10 minut do około 4 godzin.

167 052

W przypadku korzystnego materiału polimerycznego cząstek-prekursorów, produktów nieznacznego usieciowania częściowo zobojętnionego kwasu poliakrylowego oraz korzystnych środków sieciujących międzycząstkowo, takich jak gliceryna lub trimetylopropan, takie warunki reakcji będą zazwyczaj obejmować ogrzewanie w temperaturze od około 170°C do około 220°C przez okres czasu odpowiednio od około 3 godzin do około 30 minut. Jeszcze korzystniej reakcję prowadzi się w temperaturze od około 190°C do około 210°C, odpowiednio przez okres czasu od około 75 minut do około 45 minut. Aktualne parametry czasu i temperatury będą zmieniać się w zależności od konkretnych materiałów polimerycznych stosowanych do wytwarzania cząstekprekursorów, konkretnych stosowanych środków sieciujących międzycząstkowo oraz od obecności lub nieobecności katalizatora przyspieszającego reakcję, a także grubości lub średnicy makrostruktury.

Reakcję sieciowania można przyspieszyć dodając inicjator i/lub katalizator do środka sieciującego międzycząstkowo w celu skrócenia czasu i/lub obniżenia temperatury i/lub zmniejszenia ilości środka sieciującego międzycząstkowo niezbędnej do połączenia ze sobą cząstek-prekursorów. Zazwyczaj jednak reakcję przeprowadza się bez udziału katalizatora.

W czasie reakcji powinno być utrzymywane fizyczne połączenie cząstek-prekursorów, tak aby powstały odpowiednie wiązania sieciujące między cząstkami. Jeśli w czasie reakcji występują siły lub naprężenia powodujące rozpad połączeń cząstek-prekursorów, nie mogą powstać wiązania sieciujące między cząstkami-prekursorami (międzycząstkowe wiązania sieciujące). Fizyczne połączenie cząstek-prekursorów utrzymuje się zazwyczaj nadal, aby w czasie reakcji występujące siły lub naprężenia powodujące rozpad były minimalne.

Jako dodatkowy i korzystny etap w procesie wytwarzania porowatej, absorpcyjnej makrostruktury polimerycznej, cząstki-prekursory wchodzące w skład makrostruktury poddaje się obróbce powierzchniowej. Tak np. w opisie patentowym USA 4 824 901 wydanym dla Alexandra i innych 25 kwietnia 1989 ujawniono obróbkę powierzchniową cząstek polimerycznych czwartorzędową pochodną poliaminy. Zgodnie z przykładowym sposobem materiał polimeryczny znajdujący się co najmniej w sąsiedztwie powierzchni cząstek-prekursorów sieciuje się powierzchniowo, jak to ujawniono w opisie patentowym USA 4 666983, zatytułowanym „Absorbent Article“, wydanym dla Tsubakimoto i innych 19 maja 1987 oraz w opisie patentowym USA 4 734 478, zatytułowanym „Water Absorbing Agent, wydanym dla Tsubakimoto i innych 29 marca 1989. Stosując zgodnie z niniejszym wynalazkiem etap sieciowania powierzchniowego zwiększa się odporność na odkształcenia uzyskiwanej makrostruktury w stanie spęcznionym. Korzystnie środek sieciujący międzycząstkowo naniesiony na cząstki-prekursory służy również jako środek sieciujący powierzchniowo, tak że tworzenie się makrostruktury następuje korzystnie równocześnie.

Jak to przedstawiono uprzednio, etapy w procesie wytwarzania makrostruktury nie muszą być prowadzone w jakiejkolwiek ustalonej kolejności. Na dodatek etapy te można przeprowadzać równocześnie.

W korzystnym wykonaniu środek sieciujący międzycząstkowo nanosi się przy równoczesnym utrzymywaniu cząstek-prekursorów w fizycznym połączeniu, mieszaninę formuje się w ' celu nadania jej korzystnego kształtu i zazwyczaj pożądanej gęstości, a następnie przeprowadza się reakcję środka sieciującego międzycząstkowo z materiałem polimerycznym cząstek-prekursorów, bezpośrednio po przeprowadzeniu powyższych etapów lub po odstawieniu skupień na pewien okres czasu, tak aby równocześnie wytworzyć i usieciować powierzchniowo makrostrukturę. Zazwyczaj cząstki-prekursory wprowadza się do zbiornika i miesza się z roztworem środka sieciującego międzycząstkowo, wody i hydrofilowego rozpuszczalnika organicznego, rozpylanym na cząstkiprekursory, uzyskując skupienia. Środek sieciujący międzycząstkowo, woda i hydrofitowy rozpuszczalnik organiczny służą również jako środek łączący cząstki-prekursory. Środek sieciujący międzycząstkowo służy także jako środek sieciujący powierzchniowo. Połączone cząstki-prekursory i mieszaninę wodną kształtuje się potem w celu uzyskania zagęszczonego arkusza z wykorzystaniem kombinacji wytłaczania i walcowania, opisanej powyżej. Z kolei przeprowadza się reakcję środka sieciującego międzycząstkowo na drodze ogrzewania materiału polimerycznego z wytworzeniem wiązań sieciujących między cząstkami-prekursorami, tak że uzyskuje się międzycząsteczkowo usieciowaną skupioną makrostrukturę, z równoczesnym sieciowaniem powierzchniowym cząstek-prekursorów uzyskanej makrostruktury.

167 052

W pewnych warunkach uzyskane makrostruktury mogą być nieco nieelastyczne i kruche. Bardziej elastyczne makrostruktury uzyskuje się różnymi sposobami. Tak np. można dodać zmiękczacz do makrostruktury po zakończeniu reakcji sieciowania międzycząstkowego. Do odpowiednich zmiękczaczy należy woda, hydrofilowe rozpuszczalniki organiczne o wyższym ciężarze cząsteczkowym (np. gliceryna; 1,3-propanodiol; lub glikol etylenowy) lub rozpuszczalniki polimeryczne (np. polialkohol winylowy lub glikol polietylenowy), albo ich mieszaniny. Zmiękczacz można zastosować na makrostruktury w wiele różnych sposobów obejmujących natryskiwanie, powlekanie, rozpylanie, zanurzanie, lub spryskiwaniem makrostruktury roztworem. Można także, w przypadku wody, zmiękczacz wprowadzać umieszczając makrostrukturę w środowisku o dużej wilgotności (np. powyżej wilgotności względnej 70%). Zmiękczacz można również wprowadzać do mieszaniny przedreakcyjnej zawierającej polimeryzujący monomer, który to monomer przereagowuje następnie z wytworzeniem polimerycznych wiązań sieciujących między cząstkami. W takim przypadku zmiękczacz zostaje uwięziony w strukturach wiązań między cząstkami w czasie reakcji sieciowania. Ilość zmiękczacza obecnego w roztworze dobiera się w zależności od konkretnego stosowanego zmiękczacza. Zazwyczaj stosuje się zmiękczacz w ilości od około 0,01 do około 100 części wag. na 100 części wag. cząstek-prekursorów.

Jak to pokazano na fig. 1-3, uzyskana makrostruktura zawiera pory (ciemne obszary na mikrofotografii) między sąsiadującymi cząstkami-prekursorami. Pory stanowią niewielkie wolne przestrzenie między sąsiadującymi cząstkami-prekursorami, umożliwiające przechodzenie cieczy do wnętrza makrostruktury. Pory tworzą się w makrostrukturze, gdyż cząstki-prekursory nie „pasują do siebie“ lub nie są ściśle upakowane, nawet po sprasowaniu, tak aby pory zostały wyeliminowane. (Skuteczność upakowania cząstek-prekursorów jest mniejsza od 1). Pory są zazwyczaj mniejsze niż składowe cząstki-prekursory i stanowią kapilary między cząstkamiprekursorami, zapewniające transport ciecz do wnętrza makrostruktury.

Pory połączone są ze sobą łączącymi je kanalikami. Kanaliki umożliwiają transport cieczy stykających się z makrostrukturą pod wpływem sił kapilarnych (co oznacza, że tworzą się kanaliki kapilarne) do innych części makrostruktury, tak że cała objętość makrostruktury jest wykorzystywana do absorpcji tych cieczy. Ponadto po spęcznieniu pory i łączące je kanaliki umożliwiają przepływ cieczy przez makrostrukturę, do warstw cząstek-prekursorów oddalonych do punktu początkowego kontaktu cieczy, lub do innych struktur stykających się z makrostrukturą. Uważa się w związku z tym, że makrostruktura jest przepuszczalna dla cieczy na skutek obecności porów i kanalików łączących.

Porowatość (to znaczy całkowita objętość porów i kanalików w makrostrukturze) wykazuje wielkość minimalną dla danego rozrzutu wielkości cząstek-prekursorów. Zasadniczo im węższy jest rozrzut wielkości cząstek-prekursorów, tym większa jest porowatość. W związku z tym w celu uzyskania wyższej porowatości w stanie zagęszczonym korzystne jest, aby cząstki-prekursory wykazywały względnie wąski rozrzut wielkości cząstek.

Inną cechą makrostruktur według niniejszego wynalazku jest to, że makrostruktury pęcznieją zasadniczo izotropowo, nawet pod umiarkowanymi ciśnieniami, gdy ciecze wprowadzane są do makrostruktur lub stykają się z nimi. W użytym znaczeniu pęcznienie izotropowe oznacza, że makrostruktury pęcznieją zasadniczo tak samo we wszystkich kierunkach przy zwilżaniu. Izotropowe pęcznienie jest istotną właściwością makrostruktury, gdyż cząstki-prekursory oraz pory mogą zachowywać swoje zależności geometryczne i przestrzenne nawet po spęcznieniu, tak że istniejące kapilary w czasie użytkowania zostają zachowane, a nawet powiększają się. (Pory i cząstki-prekursory powiększają się w czasie spęczniania). W związku z tym makrostruktura może wchłonąć i/lub zapewnić transport dodatkowych obciążeń cieczowych bez zjawiska blokowania żelowego.

Oznaką tego, że wiązania sieciujące powstały w makrostrukturze między uprzednio niezależnymi cząstkami-prekursorami jest to, że uzyskane skupienia wzajemnie usieciowanych cząstek są zasadniczo odporne na działanie płynów (to znaczy cieczy). Użyte określenie „odporny na działanie cieczy“ oznacza makrostrukturę zawierającą skupienia wzajemnie usieciowanych cząstek, która w wyniku kontaku z płynem opartym na wodzie lub po spęcznieniu (z udziałem i/lub bez naprężeń) pozostaje zasadniczo nienaruszona (co oznacza, że co najmniej dwie uprzednio niezależne cząstkiprekursory wchodzące w jej skład pozostają połączone ze sobą). Jakkolwiek z definicji odporności

167 052 na działanie płynu wynika, że co najmniej dwie cząstki-prekursory pozostają połączone ze sobą, to korzystnie wszystkie cząstki-prekursory wykorzystane do wytwarzania konkretnego skupienia wzajemnie usieciowanych cząstek pozostają połączone ze sobą. Należy jednał zdawać sobie sprawę, że pewne cząstki-prekursory mogą odpaść od makrostruktury jeśli np. cząstki te przyczepiły się do makrostruktury pod wpływem wody.

Odporność na działanie płynu jest istotną cechą makrostruktur według niniejszego wynalazku, gdyż umożliwia ona zachowanie struktury zarówno w stanie suchym jak i po spęcznieniu oraz unieruchamia wchodzące w jego skład cząstki-prekursory. W przypadku końcowego produktu takiego jak element absorpcyjny lub wyrób absorpcyjny, odporność na działanie płynu korzystnie wpływa na zmniejszenie blokowania żelowego, gdyż cząstki-prekursory pozostają w skupieniach nawet po zetknięciu się z nadmiarem cieczy, umożliwia zastosowanie uprzednio niezależnych drobnych cząstek w postaci skupień, a ponadto powoduje zwiększenie szybkości wchłaniania płynu przez uzyskaną kompozycję polimeryczną przy zminimalizowaniu zjawiska blokowania żelowego.

W czasie użytkowania ciecze wprowadzane na makrostruktury lub stykające się z nimi są wchłaniane przez cząstki-prekursory lub wchodzą do porów i przenikają do innych części makrostruktury, gdzie wchłaniane są przez inne cząstki-prekursory lub przenikają przez makrostrukturę do innych sąsiadujących z nią elementów absorpcyjnych.

Na figurze 4-6 pokazano inne wykonanie makrostruktury według nieniejszego wynalazku, w którym cząstki-prekursory mają różne kształty i budowę chemiczną. Cząstki-prekursory stanowią mieszaninę granulek o nieregularnym kształcie oraz włókien (tak zwanych włókien superabsorpcyjnych). W wykonaniu pokazanym na fig. 4-6 zastosowano włókna dostępne z Arco Chemical Company, Wilmington, DE. Na fig. 4 pokazano ogólny kształt takiej makrostruktury. Jak to wynika z fig. 4, włókna stanowią matrycę, w której tworzą się względnie małe pory między granulkami oraz względnie duże pory wokół włókien. Na fig. 5 pokazano dokładniej kształt i wielkość porów oraz to, że granulki są wzajemnie usieciowane z włóknami. Na fig. 6 pokazano dokładniej duże pory i kanały utworzone w makrostrukturze w wyniku dodania włókien oraz wiązanie cząstek z włóknami.

Względna zawartość włókien superabsorpcyjnych wymieszanych z granulkami może zamieniać się w szerokim zakresie. Tak np. makrostruktura może być utworzona przez same włókna superabsorpcyjne; uzyskana makrostruktura ma wówczas wygląd taśmy włóknistej. W wykonaniach pokazanych na fig. 4-6 zawartość włókien superabsorpcyjnych stanowi od około 0,1% do około 50%, a jeszcze korzystniej od około 0,5% do około 10% wag. całkowitej ilości cząstekprekursorów.

Gdy włókna superabsorpcyjne stanowią część cząstek-prekursorów, to włókna te są korzystnie dokładnie wymieszane z innymi cząstkami-prekursorami, tak że włókna są przeplecione między wielu różnymi cząstkami-prekursorami.

Na figurze 7 przedstawiono jeszcze inne wykonanie makrostruktury według niniejszego wynalazku, w której elementy wzmacniające takie jak włókna (włókna lub materiał włóknisty) są osadzone w makrostrukturze. Elementy wzmacniające zapewniają wytrzymałość (to znaczy integralność strukturalną) spęcznionej makrostruktury. W pewnych wykonaniach włókna wzmacniające stanowią również elementy, które szybko zasysają ciecze na zasadzie knota do innych części makrostruktury i/lub do dodatkowego materiału absorpcyjnego. Elementy wzmacniające mogą stanowić włókna (określane również jako włókna wzmacniające), choć znanych jest wiele innych materiałów, takich jak monowłókna, kłębki, skrawki, skrawki włókniowe, skrawki tkaninowe lub ścinki, których właściwości wzmacniające można wykorzystać. Na fig. 1 pokazano wykonanie, w którym włókna poliestrowe są przeplecione przez makrostrukturę. W szczególności włókna poliestrowe znajdują się w kanalikach łączących, zapewniając zwiększoną integralność strukturalną makrostruktury w stanie spęcznionym.

W makrostrukturach według niniejszego wynalazku stosować można różne materiały włókniste jako elementy wzmacniające. Materiał włóknisty dowolnego typu, nadający się do stosowania w zwykłych produktach absorpcyjnych nadaje się również do stosowania w makrostrukturach według wynalazku. Do konkretnych przykładowych takich materiałów włóknistych należą włókna celulozowe, włókna z modyfikowanej celulozy, włókna z jedwabiu sztucznego, polipropylenowe i poliestrowe, takie jak z politereftalanu etylenu (DACRON), hydrofilowego poliamidu (HYDRO167 052

FIL) itp. Do przykładowych innych materiałów włóknistych do stosowania zgodnie z niniejszym wynalazkiem oprócz pewnych wymienionych powyżej należą hydrofilizowane włókna hydrofobowe, takie jak włókna termoplastyczne poddane obróbce środkami powierzchniowo czynnymi lub krzemionką, np. włókna z poliolefin, takich jak polietylen lub polipropylen, włókna poliakrylowe, poliamidowe, polistyrenowe, poliuretanowe, itp. W rzeczywistości hydrofilizowane włókna hydrofobowe, które nie są z natury wystarczająco chłonne i z tego względu nie można z nich uzyskać taśm o wystarczającej pojemności absorpcyjnej umożliwiającej ich zastosowanie w zwykłych produktach absorpcyjnych, nadają się do stosowania w makrostrukturach według niniejszego wynalazku z uwagi na ich dobre właściwości zasysające. Jest to spowodowane tym, że w makrostrukturach zdolność ssąca włókna jest równie istotna, a nawet ważniejsza niż pojemność absorpcyjna samego materiału włóknistego, ze względu na wysoką szybkość chłonięcia płynu i brak skłonności do blokowania żelowego wykazywaną przez makrostruktury według niniejszego wynalazku. Jako składnik włóknisty makrostruktury korzystnie stosuje się zazwyczaj włókna syntetyczne. Najkorzystniejsze są włókna poliolefinowe, korzystnie włókna poliestrowe.

Do innych celulozowych materiałów włóknistych, które można zastosować w pewnych makrostrukturach według niniejszego wynalazku, należą chemicznie usztywniane włókna celulozowe. Do korzystnych chemicznie usztywnianych włókien celulozowych należą usztywniane, skręcane, kędzierzawione włókna celulozowe, które można wytwarzać w wyniku wewnętrznego sieciowania włókien celulozowych środkiem sieciującym. Rodzaje usztywnionych, skręcanych, kędzierzawionych włókien celulozowych przydatnych jako hydrofilowy materiał włóknisty według niniejszego wynalazku, opisane są dokładniej w opisie patentowym USA 4 822453, zatytułowanym „Absorbent Structure Containing Individualized Crosslinked Fibers“, wydanym dla Dean'a i innych 18 kwietnia 1989; w opisie patentowym USA nr 4 888 093, zatytułowanym „Individualized, Crosslinked Fibers And Process For Making Said Fibers“, wydanym dla Dean'a i innych 19 grudnia 1989; w opisie patentowym USA 4 889 595, zatytułowanym „Process For Making Individualized Crosslinked Fibers Having Reduced Residuals And Fibers Thereof“, wydanym dla Herrona i innych 26 grudnia 1989; w opisie patentowym USA 4 889 596, zatytułowanym „Process For Making Individualized Crosslinked Fibers And Fibers Thereof, wydanym dla Schoggena i innych 26 grudnia 1989; w opisie patentowym USA 4 889 597, zatytułowanym „Process For Making Wet-Laid Structures Containing Individualized Stiffened Fibers“, wydanym dla Bourbona i innych 26 grudnia 1989; oraz w opisie patentowym USA 4 898 642, zatytułowanym „Twisted, Chemically Stiffened Cellulosic Fibers And Absorbent Structures Made Therefrom“, wydanym dla Moore'a i innych 6 lutego 1990.

W użytym znaczeniu określenie „hydrofilowy“ odnosi się do włókien lub powierzchni włókien, które zwilżane są przez ciecze osadzone na włóknach (co następuje wówczas, gdy woda lub płyny ustrojowe oparte na wodzie łatwo rozprzestrzeniają się na powierzchni włókna, bez względu na to, czy włókno w rzeczywistości wchłania płyn lub tworzy żel). Stan wiedzy w dziedzinie zwilżania materiałów umożliwia określanie hydrofilowości (oraz zwilżania) na podstawie kątów zwilżania i napięcia powierzchniowego odpowiednich cieczy i materiałów stałych. Jest to omówione szczegółowo w publikacji American Chemical Society, zatytułowanej „Contact Angle, Wettahility, and Adhesion“, sygnowanej przez Roberta F. Goulda i opublikowanej w 1964 roku. Włókno lub powierzchnię włókna uważa się za zwilżalną przez ciecz, gdy kąt zwilżania między cieczą i włóknem lub powierzchnią jest mniejszy od 90°, albo wtedy, gdy ciecz wykazuje skłonność do samorzutnego rozprzestrzeniania się na powierzchni włókna; obydwa warunki są zazwyczaj spełniane równocześnie.

Materiał włóknisty dodawać można do makrostruktur wprowadzając włókna do roztworu ze środkiem sieciującym międzycząstkowo, mieszając z cząstkami-prekursorami przed zastosowaniem środka sieciującego międzycząstkowo, lub dodając materiał włóknisty do mieszaniny środka sieciującego międzycząstkowo z cząstkami-prekursorami. Materiał włóknisty korzystnie dokładnie miesza się z roztworami, dzięki czemu materiał włóknisty jest dokładnie rozproszony w makrostrukturze. Równie korzystnie włókna dodaje się przed reakcją środka sieciującego międzycząstkowo z materiałem polimerycznym cząstek-prekursorów.

Względne ilości materiału włóknistego, który miesza się z cząstkami-prekursorami, mogą zmieniać się w szerokim zakresie. Materiał włóknisty korzystnie dodaje się w ilości w zakresie od

167 052 około 0,01 części do około 5 części, a jeszcze korzystniej w zakresie od około 0,5 części do około 2 części na 100 części wag. cząstek-prekursorów.

Porowate, absorpcyjne makrostruktury polimeryczne wykorzystywać można w różnych celach w wielu dziedzinach. Tak np. makrostruktury stosować można w pojemnikach stanowiących opakowania; w elementach uwalniających leki; w elementach do czyszczenia ran; w elementach do leczenia oparzeń; jako materiały w kolumnach jonowymiennych; jako materiały konstrukcyjne; jako materiały stosowane w rolnictwie lub ogrodnictwie, takie jak arkusze do wysiewu nasion lub materiały zatrzymujące wodę; oraz w zastosowaniach przemysłowych, np. jako środki do odwadniania ścieków lub oleju, materiały zapobiegające osadzaniu się rosy, środki osuszające i materiały regulujące wilgotność.

Porowate, absorpcyjne makrostruktury polimeryczne według niniejszego wynalazku są przydatne w połączeniu z nośnikiem. Do nośników przydatnych zgodnie z niniejszym wynalazkiem należą materiały absorpcyjne, takie jak włókna celulozowe. Nośnikami mogą być również dowolne inne znane nośniki, takie jak arkusze włókninowe, arkusze bibuły, pianki, włókna poliakrylanowe, perforowane arkusze polimeryczne, włókna syntetyczne, folie metalowe, elastomery itp. Makrostruktury mogą być połączone bezpośrednio lub pośrednio z nośnikami i mogą być z nimi związane poprzez połączenie chemiczne lub fizyczne, np. w wyniku zastosowania znanych klejów lub chemikaliów, które reagując zapewniają przyczepność makrostruktur do nośników.

Z uwagi na wyjątkowe właściwości absorpcyjne porowatych, absorpcyjnych makrostruktur polimerycznych według niniejszego wynalazku, makrostruktury są szczególnie przydatne do stosowania jako rdzenie absorpcyjne w wyrobach absorpcyjnych, zwłaszcza w wyrobach absorpcyjnych jednorazowego użytku. W użytym znaczeniu określenie „wyrób absorpcyjny¹' dotyczy wyrobów, które chłoną i przetrzymują wydzieliny ustrojowe, a w szczególności dotyczy wyrobów, które umieszcza się przy ciele użytkownika lub w jego sąsiedztwie, tak aby wchłaniał on i zatrzymywał różne wydzieliny z organizmu. Na dodatek wyrobami absorpcyjnymi „jednorazowego użytku' są te wyroby, które wyrzuca się po jednorazowym użyciu (co znacza, że nie przewiduje się prania, regeneracji lub ponownego użycia wyrobu absorpcyjnego jako całości, choć pewne materiały lub cały wyrób absorpcyjny można przerabiać, użyć pewnie lub kompostować). Korzystne wykonanie wyrobu absorpcyjnego, pieluszkę 20, przedstawiono na fig. 8. W użytym znaczeniu określenie „pieluszka' dotyczy ubioru noszonego zazwyczaj przez dzieci lub osoby nie mogące utrzymać moczu, zakładanego wokół dolnej części tułowia użytkownika. Należy jednak zdawać sobie sprawę, że wynalazek niniejszy odnosi się również do innych wyrobów absorpcyjnych, takich jak majteczki dla osób nie mogących utrzymać moczu, wkładki dla osób nie mogących utrzymać moczu, spodenki treningowe, wkładki pieluszkowe, podpaski higieniczne, chusteczki jednorazowe, ręczniki papierowe itp.

Na figurze 8 przedstawiono rzut perspektywiczny pieluszki 20 w stanie nie skurczonym (to znaczy z usuniętymi wszystkimi elementami elastycznymi powodującymi kurczenie), z odciętą częścią struktury w celu wyraźniejszego pokazania budowy pieluszki 20 oraz z widoczną tą częścią pieluszki 20, którą dotyka ona użytkownika. Pieluszka 20 przedstwiona na fig. 8 zawiera korzystnie arkusz wierzchni 38 przepuszczający ciecz; arkusz spodni 40 nie przepuszczający cieczy, połączony z arkuszem wierzchnim 38; rdzeń absorpcyjny 42 umieszczony między arkuszem wierzchnim 38 i arkuszem spodnim 40; elementy sprężyste 44; oraz uszka tasiemek mocujących 46. Jakkolwiek arkusz wierzchni 38, arkusz spodni 40, rdzeń absorpcyjny 41 oraz elementy sprężyste 44 mogą być zestawione w wielu różnych, znanych postaciach, korzystna postać pieluszki jest opisana ogólnie w opisie patentowym USA 3 860 003, zatytułowanym „Contractable Side Potrions For Disposable Diaper“, wydanym dla Kennetha B. Buell'a 14 stycznia 1975. Inne korzystne postaci pieluszek jednorazowego użytku ujawniono w opisie patentowym USA 4 808 178, zatytułowanym „Disposable Absorbent Artice Having Elasticized Flaps Provided With Leakage Resistant Portions“, wydanym dla Mohammeda I. Aziza i Teda L. Blaney'a 28 lutego 1989; w opisie patentowym USA 4 695 278, zatytułowanym „Absorbent Article Having Dual Cuffs“, wydanym dla Michaela I. Lawsona 22 września 1987; oraz w opisie patentowym USA 4 816 025, zatytułowanym „Absorbent Article Having A Containment Pocket“, wydanym dla Johna H. Foremana 28 marca 1989.

Na figurze 8 przedstawiono korzystne wykonanie pieluszki 20, w której arkusz wierzchni 38 i arkusz spodni 40 wspólnie wystają, tak że ich długość i szerokość jest większa od odpowiednich

167 052 wymiarów rdzenia absorpcyjnego 41. Arkusz wierzchni 38 jest połączony z arkuszem spodnim 40 i zachodzi na niego, tak że tworzy obrzeże 28 pieluszki 20. Obrzeże określa obwód zewnętrzny lub krawędzie pieluszki 20. Na obrzeże składają się krawędzie końcowe 32 i krawędzie wzdłużne 30.

Arkusz wierzchni 38 jest spężysty, o miękkim odczuciu i nie drażni skóry użytkownika. Arkusz wierzchni 38 jest ponadto przepuszczalny dla cieczy i umożliwia łatwe przechodzenie cieczy przez całą grubość. Odpowiedni arkusz wierzchni może być wytwarzany z szeregu różnych materiałów, takich jak porowate pianki, pianki siatkowe, folie z tworzyw sztucznych zawierające otworki, włókna naturalne (np. włókna drzewne lub bawełniane), włókna syntetyczne (np. włókna poliestrowe lub polipropylenowe) lub kombinacje włókien naturalnych i syntetycznych. Korzystnie arkusz wierzchni 38 wykonany jest z materiału hydrofobowego, tak aby izolować skórę użytkownika od cieczy w rdzeniu absorpcyjnym 42.

Szczególnie korzystny arkusz wierzchni 38 stanowią cięte włókna polipropylenowe o średnicy około 1,5 denier, takie jak polipropylen Hercules typ 151, wytwarzany przez Hercules Inc. z Wilmington, Delaware. W użytym znaczeniu określenie „cięte włókna dotyczy włókien o długości co najmniej około 15,9 mm (0,62 cala).

Istnieje wiele technik produk cyjnych, które można wykorzystać do wytwarzania wierzchniego arkusza 38. Tak np. arkusz wierzchni 38 może być tkany, włókninowy, przędziony, gręplowany itp. Korzystny arkusz wierzchni jest gręplowany i spajany termicznie w sposób dobrze znany specjalistom w dziedzinie włókiennictwa. Korzystnie gramatura arkusza wierzchniego 38 wynosi od około 18 do około 25 g/m², minimalna wytrzymałość na rozciąganie na sucho co najmniej około 400g/cm w kierunku maszyny, a wytrzymałość na rozciąganie na mokro co najmniej około 55g/cm w kierunku poprzecznym do kierunku maszyny.

Arkusz spodni 40 jest nieprzepuszczalny dla cieczy i jest korzystnie wytwarzany z cienkiej folii z tworzywa sztucznego, choć można również stosować inne elastyczne materiały nie przepuszczające cieczy. Arkusz spodni 40 zapobiega zamoczeniu wyrobów stykających się z pieluszką 20, takich jak prześcieradło oraz bielizna, przez wydzieliny zaabsorbowane i zatrzymane przez absorpcyjny rdzeń 41. Korzystnie arkusz spodni 40 stanowi folia polietylenowa o grubości od około 0,012 mm (0,5 mil) do około 0,051 cm (2,01 mil), choć można stosować również inne elastyczne materiały nie przepuszczające cieczy. W użytym znaczeniu określenie „elastyczny dotyczy materiałów, które są podatne i łatwo przyjmują ogólny kształt i zarysy ciała użytkownika.

Odpowiednia folia polietylenowa wytwarzana jest przez Monsanto Chemical Corporation i sprzedawana pod nazwą handlową Film No. 8020. Arkusz spodni 40 jest korzystnie tłoczony i/lub wykończony na matowo, tak aby wyglądem bardziej przypominał tkaninę. Arkusz spodni 40 może także przepuszczać pary z rdzenia absorpcyjnego 41, w dalszym ciągu zapobiegając jednak przenikanie przezeń wydzielin.

Wielkość arkusza spodniego 40 uwarunkowana jest wielkością rdzenia absorpcyjnego 41 oraz dokładnym wybranym kształtem pieluszki. W korzystnym wykonaniu arkusz spodni 40 ma kształt klepsydry i wystaje poza rdzeń absorpcyjny 41 co najmniej na około 1,3 - około 2,5 cm (około 0,5 około 1,0 cala) wokół całego obrzeża 28 pieluszki.

Arkusz wierzchni 38 i arkusz spodni 40 połączone są ze sobą w dowolny odpowiedni sposób. W użytym znaczeniu „połączone obejmuje takie rozwiązania, zgodnie z którymi arkusz wierzchni 40 jest bezpośrednio połączony z arkuszem spodnim 40 w wyniku bezpośredniego przymocowania arkusza wierzchniego 38 do arkusza spodniego 40, a także rozwiązania, zgodnie z którymi arkusz wierzchni 38 i arkusz spodni 40 nie są połączone bezpośrednio, tak że arkusz wierzchni 38 jest przymocowany do elementów pośrednich, które z kolei przymocowane są do arkusza spodniego 40. W korzystnym wykonaniu arkusz wierzchni 38 i arkusz spodni 40 są ze sobą połączone bezpośrednio na obrzeżu pieluszki z wykorzystaniem środków łączących (nie pokazanych), takich jak klej lub dowolny inny znany środek łączący. Tak np. ciągłą warstwę kleju, warstwę kleju naniesionego w odpowiedni wzór, albo też zestaw odrębnych kresek lub punktów kleju zastosować można do połączenia arkusza wierzchniego 38 z arkuszem spodnim 40.

Uszka do mocowania tasiemek 46 zazwyczaj przymocowane są do tylnej części opasującej pieluszki 20 i stanowią elementy mocujące utrzymujące pieluszkę na użytkowniku. Uszka do mocowania tasiemek 46 mogą być dowolnego znanego typu, takie jak uszka mocujące ujawnione w opisie patentowym USA 3 848 594, wydanym dla Kennetha B. Buella 19 listopada 1974. Takie

167 052 uszka mocujące tasiemki 46 lub inne elementy mocujące pieluszkę usytuowane są zazwyczaj w sąsiedztwie rogów pieluszki 20.

Elementy sprężyste 44 usytuowane są w sąsiedztwie obrzeża pieluszki 20, korzystnie wzdłuż każdej z jej podłużnych krawędzi 30, tak że elementy sprężyste 44 wykazują tendencję do rozciągania pieluszki 20 i utrzymywania jej przy nogach użytkownika. Elementy sprężyste mogą być również usytuowane w sąsiedztwie jednego lub obydwu krawędzi końcowych 32 pieluszki 20, dzięki czemu uzyskuje się w ten sposób raczej opaskę wokół pasa niż opaski przy nogach, choć oczywiście obydwa rozwiązania mogą występować równocześnie. Tak np. odpowiednia opaska wokół pasa ujawniona jest w opisie patentowym USA 4515 595, zatytułowanym “Disposable Diapers With Elastically Contractible Waistbands wydanym dla Davida J. Kievita i Thomasa F. Osterhage'go 7 maja 1985. Dodatkowo, sposób i urządzenie nadające się do wytwarzania pieluszki jednorazowego użytku z elastycznie ściągającymi elementami sprężystymi opisane są w opisie patentowym USA 4 081 301, zatytułowanym „Method and Apparatus for Continuously Attaching Discrete, Stretched Elastic Strands to Predetermined Isolated Portions of Disposabe Absorbent Products, wydanym dla Kennetha B. Buella 28 marca 1978.

Elementy sprężyste 44 przymocowane są do pieluszki 20 w stanie umożliwiającym sprężysty skurcz, tak że w zwykłym, nie obciążonym stanie elementy sprężyste 44 skutecznie powodują skurcz lub schodzenie się pieluszki 20. Elementy sprężyste 44 mogą być przymocowane w stanie umożliwiającym sprężysty skurcz na co najmniej dwa sposoby. Tak np. elementy sprężyste 44 można rozciągnąć i przymocować wtedy, gdy pieluszka 20 jest w stanie bez obciążeń. Alternatywnie wywołać można skurcz pieluszki 20, np. poprzez jej złożenie i elementy sprężyste 44 można przytwierdzić i połączyć z pieluszką, przy czym elementy sprężyste 44 znajdować się powinny wówczas w stanie poluzowanym, nie rozciągniętym.

W wykonaniu przedstawionym na fig. 8 elementy sprężyste 44 rozciągają się zasadniczo na całej długości pieluszki 20. Alternatywnie elementy elastyczne 44 mogą rozciągać się na całej długości pieluszki 20, albo mieć inną długość, wystarczającą do zapewnienia elastycznie kurczącej się linii. Długość elementów sprężystych 44 uwarunkowana jest kształtem pieluszki.

Elementy sprężyste 44 mogą przyjmować wiele różnych kształtów. Tak np. szerokość elementów sprężystych 44 może wynosić od około 0,25 mm (0,01 cala) do około 25 mm (1,0 cala) lub więcej; elementy sprężyste 44 mogą zawierać pojedyncze pasmo sprężystego materiału, albo też mogą zawierać szereg równoległych lub nierównoległych pasm sprężystego materiału; elementy sprężyste mogą być ponadto prostokątne lub krzywoliniowe. Elementy sprężyste 44 mogą być także przymocowane do pieluszki na wiele różnych znanych sposobów. Tak np. elementy sprężyste 44 mogą być przymocowane za pomocą ultradźwięków, przytwierdzone na ciepło pod ciśnieniem do pieluszki 20, z umocowaniami tworzącymi różne wzory, albo też elementy sprężyste 44 mogą być po prostu przyklejone do pieluszki 20.

Rdzeń absorpcyjny 42 pieluszki 20 znajduje się między arkuszem wierzchnim 38 i arkuszem spodnim 40. Rdzeń absorpcyjny 42 może być wytwarzany w wielu różnych rozmiarach i kształtach (np. w kształcie prostokąta, klepsydry, asymetrycznym itp.) i może być wykonany z wielu różnych materiałów. Całkowita pojemność absorpcyjna rdzenia absorpcyjnego 41 powinna jednak odpowiadać projektowanemu obciążeniu cieczą dla przewidywanego stosowania rdzenia absorpcyjnego lub pieluszki. Ponadto wielkość i pojemność absorpcyjna rdzenia absorpcyjnego 41 może zmieniać się, tak aby dopasować ją do użytkownika, od dziecka do osoby dorosłej. Rdzeń absorpcyjny 42 zawiera porowate, absorpcyjne makrostruktury polimeryczne według niniejszego wynalazku.

W korzystnym wykonaniu pieluszka 20 zawiera rdzeń absorpcyjny w kształcie prostokąta. Jak to pokazano na fig. 9, rdzeń absorpcyjny 42 korzystnie obejmuje element absorpcyjny 48 zawierający arkusz kopertowy 50 oraz porowatą, absorpcyjną makrostrukturą polimeryczną 52 umieszczoną w arkuszu kopertowym 50. Makrostruktura 52 została zamknięta w arkuszu kopertowym 50, aby zmniejszyć do minimum ewentualną migrację cząstek-prekursorów poprzez arkusz wierzchni i zapewnić dodatkową warstwę transportującą ciecz między arkuszem wierzchnim 38 i makrostrukturą 52 w celu zwiększenia przejmowania cieczy i zminimalizowania wstecznego moczenia. Jak to pokazano na fig. 9, pojedynczy arkusz kopertowy 50 jest owinięty wokół makrostruktury 52 w ten sposób, że został zagięty tworząc pierwszą warstwę 54 i drugą warstwę 56. Krawędzie 58 arkusza kopertowego 50 zostały połączone wokół obrzeża w dowolny odpowiedni

167 052 sposób, np. za pomocą kleju 59 (nie pokazanego), poprzez wiązanie ultradźwiękowe lub wiązanie na ciepło pod ciśnieniem, tworząc poduszeczkę. Arkusz kopertowy 50 może być wykonany z szeregu materiałów takich jak warstwy włókninowe, warstwy papierowe lub warstwy materiałów absorpcyjnych takich jak bibuła. Arkusz kopertowy 50 korzystnie stanowi warstwa włókninowa podobna do warstwy stosowanej jako arkusz wierzchni 38. Warstwa włókninowa jest korzystnie hydrofilowa, aby umożliwić szybkie przechodzenie cieczy przez arkusz kopertowy 50. Podobne warstwowe elementy absorpcyjne (laminaty) opisane są dokładniej w opisie patentowym USA 4 578 068, zatytułowanym „Absorbent Laminate Structure“, wydanym dla Timothy'ego A. Kramera, Geralda A. Younga i Ronalda W. Kocka 25 marca 1986.

Alternatywnie rdzenie absorpcyjne 42 mogą zawierać wyłącznie jedną lub więcej (szereg) porowatych, absorpcyjnych makrostruktur polimerycznych według niniejszego wynalazku; mogą zawierać kombinację warstw obejmujących makrostruktury według niniejszego wynalazku; albo stanowią dowolne inne konfiguracje rdzeni absorpcyjnych zawierające jedną lub więcej makrostruktur według niniejszego wynalazku.

Na figurze 10 pokazano inne wykonanie pieluszki 20 zawierającej dwuwarstwowy rdzeń absorpcyjny 142 obejmujący element absorpcyjny 60 w kształcie klepsydry oraz arkusz 62 porowatej, absorpcyjnej makrostruktury polimerycznej umieszczony w sąsiedztwie elementu absorpcyjnego 60 (to znaczy między elementem absorpcyjnym 60 i arkuszem spodnim 40).

Element absorpcyjny służy do szybkiego zebrania i chwilowego zatrzymania wydalanych cieczy oraz do przesłania tych cieczy na zasadzie zasysania z punktu początkowego kontaktu do innych części elementu absorpcyjnego 60 oraz do arkusza makrostruktury 62. Element absorpcyjny 60 stanowi korzystnie arkusz lub wkładka z materiału włóknistgo. W elemencie absorpcyjnym 60 stosować można różnego rodzaju materiały włókniste takie jak materiały włókniste opisane uprzednio. Korzystnie stosuje się w tym przypadku włókna celulozowe, a szczególnie korzystnie włókna ścieru drzewnego. Element absorpcyjny 60 może również zawierać określone ilości rozdrobnionej, absorpcyjnej kompozycji polimerycznej. Element absorpcyjny 60 może np. zawierać do około 50% jego wagi kompozycji polimerycznej. W najkorzystniejszych wykonaniach element absorpcyjny 60 zawiera od 0% do około 8% wag. rozdrobnionej, absorpcyjnej kompozycji polimerycznej. W innych korzystnych wykonaniach element absorpcyjny 60 zawiera chemicznie usztywnione włókna celulozowe, opisane uprzednio. Przykładowe wykonania elementu absorpcyjnego 60 do stosowania zgodnie z niniejszym wynalazkiem opisane są w opisie patentowym USA 4 673 402, zatytułowanym „Absorbent Article With Dual-Layered Cores“, wydanym dla Paula T. Weismana, Dawna I. Houghtona, i Dale'go A. Gellerta 16 czerwca 1987; oraz w opisie patentowym USA 4 834 735, zatytułowanym „High Density Absorbent Members Having Lower Density and Lower Basis Weight Acąuisition Zones“, wydanym dla Miguela Alemany'ego i Charlesa J. Berga 30 maja 1989. Szczególnie korzystnie stosuje się elementy absorpcyjne zawierające strefę zatrzymywania oraz strefę przejmowania o mniejszej średniej gęstości i mniejszym średnim ciężarze jednostkowym niż w strefie zatrzymywania, dzięki czemu strefa przejmowania może skutecznie i wystarczająco szybko przejmować wydalaną ciecz.

Akrusz makrostruktury 62 nie musi mieć takiego samego kształtu jak element absorpcyjny 60, tak że jego górna powierzchnia może być zasadniczo mniejsza lub większa od górnej powierzchni elementu absorpcyjnego 60. Jak to pokazano na fig. 10, arkusz makrostruktury 62 jest mniejszy niż element absorpcyjny 60, przy czym stosunek jego górnej powierzchni do górnej powierzchni elementu absorpcyjnego 60 wynosi od około 0,10 do około 1,0. Jeszcze korzystniej stosunek górnej powierzchni arkusza makrostruktury 62 do powierzchni elementu absorpcyjnego 60 wynosi jedynie od około 0,10 do około 0,75, a najkorzystniej od około 0,10 do około 0,5. W alternatywnym wykonaniu element absorpcyjny 60 jest mniejszy niż arkusz makrostruktury 62, tak że stosunek jego górnej powierzchi do górnej powierzchni arkusza makrostruktury 62 wynosi od około 0,25 do około 1,0, a jeszcze korzystniej od około 0,3 do około 0,95. W takim alternatywnym wykonaniu element absorpcyjny stanowią korzystnie chemicznie usztywnione włókna celulozowe.

Arkusz makrostruktury 62 jest korzystnie umieszczony w określonej relacji względem arkusza spodniego 40 i/lub elementu absorpcyjnego 60 w pieluszce. W szczególności arkusz makrostruktury 62 umieszczony jest zazwyczaj przy wierzchu pieluszki, tak aby arkusz makrostruktury 62 znajdował się w miejscu zapewniającym skuteczne przejmowanie i zatrzymywanie wydalonych cieczy.

167 052

W alternatywnie korzystnych wykonaniach szereg makrostruktur, w postaci korzystnie od około 2 do około 6 pasków lub arkuszy makrostruktury zastosować można zamiast pojedynczego arkusza makrostruktury 62, pokazanego na fig. 10. Tak np. dodatkowy element absorpcyjny umieścić można między arkuszem makrostruktury 62 i arkuszem spodnim 40, aby zapewnić rezerwową pojemność rdzenia absorpcyjnego 142 i/lub warstwę rozprowadzającą ciecze przechodzące przez arkusz makrostruktury 62 do innych części rdzenia absorpcyjnego 142, lub do arkusza makrostruktury 62. Arkusz makrostruktury 62 może być również umieszczony ponad elementem absorpcyjnym 60, tak że znajdować się będzie między arkuszem wierzchnim 38 i elementem absorpcyjnym 60.

Przy stosowaniu pieluszkę 20 zakłada się użytkownikowi umieszczając tylny region opasujący w pasie pod plecami i przeciągając resztę pieluszki 20 między nogami tak, że przedni region opasujący znajdzie się z przodu użytkownika. Następnie przymocowuje się uszka tasiemek mocujących 46 do wystających na boki obszarów pieluszki 20. Przy użytkowniku pieluszki jednorazowego użytku lub inne wyroby absorpcyjne zawierające prowate, absorpcyjne makrostruktury polimeryczne według niniejszego wynalazku, wykazują skłonność do szybszego i skuteczniejszego rozprowadzania i zatrzymywania cieczy oraz pozostają suche dzięki wysokiej pojemności absorpcyjnej makrostruktur.

Syntetyczny mocz

Konkretny syntetyczny mocz stosowany w metodach badawczych według niniejszego wynalazku określa się w opisie jako „syntetyczny mocz. Syntetyczny mocz znany pod nazwą Jayco SynUrine dostępny jest z Jayco Pharmaceuticals Company z Camp Hill, Pensylvania. Skład syntetycznego moczu jest następujący: 2,0 g/litr KCl; 2,0 g/litr Na2SO4; 0,85 g/litr (NH4)H2PO4; 0,15 g/litr (NH4)2HPO4; 0,19 g/litr CaCU; oraz 0,23 g/litr MgCl2. Wszystkie chemikalia są odczynnikowe. pH syntetycznego moczu wynosi od 6,0 do 6,4.

Metody badań

A. Pojemność absorpcyjna cząstek-prekursorów.

Kompozycję polimeryczną umieszcza się w „torebeczce na herbatę, zanurza się w nadmiarze syntetycznego moczu na określony przeciąg czasu i odwirowuje się przez określony przeciąg czasu. Pojemność absorpcyjną stanowi stosunek ostatecznej wagi kompozycji polimerycznej po odwirowaniu, pomniejszonej o wagę wyjściową (przyrost netto płynu) do wagi początkowej.

Postępuje się zgodnie z następującą procedurą, w standardowych warunkach laboratoryjnych w 23°C (73°F), przy wilgotności względnej 50%. Za pomocą sztancy 6 cm X 12 cm wycina się materiał na torebeczki do herbaty, składa się w połowie długości i zgrzewa się z dwóch boków za pomocą zgrzewarki z prętem w kształcie litery T, uzyskując kwadratową torebeczkę do herbaty o wymiarach 6 cm X 6 cm. Jako materiał na torebeczki do herbaty zastosowano termozgrzewalny materiał gatunek 1234, dostępny z C. H. Dexter, Division of Dexter Corp., Windsor Locks, Connectitut, USA, albo jego odpowiednik. Należy stosować materiał na torebeczki do herbaty o mniejszej porowatości jeśli pragnie się zatrzymać drobne cząstki. 0,200±0,005 g kompozycji polimerycznej odważa się na papierze do ważenia, po czym przenosi się do torebeczki do herbaty i wierzch (otwarty koniec) torebeczki zgrzewa się. Pustą torebeczkę do herbaty zgrzewa się również na szczycie i stosuje jako ślepą próbę. Do 1000 ml zlewki nalewa się około 300 ml syntetycznego moczu. Torebeczkę do herbaty zawierającą kompozycję polimeryczną (torebeczkę do herbaty z próbką) trzyma się poziomo, aby równomiernie rozprowadzić w niej materiał. Torebeczkę do herbaty umieszcza się na powierzchni syntetycznego moczu. Torebeczkę do herbaty pozostawia się do zwilżenia na okres nie przekraczający 1 minuty, po czym zanurza się ją całkowicie i moczy przez 60 minut. Około 2 minuty po zanurzeniu pierwszej próbki, drugi zestaw torebeczek do herbaty, przygotowany w taki sam sposób jak pierwszy zestaw złożony ze ślepej próby i torebeczki z próbką, zanurza się i moczy przez 60 minut, ataki sam sposób jak pierwszy zestaw. Po upływie określonego czasu moczenia dla każdego zestawu torebeczek do herbaty z próbkami torebeczki natychmiast wyjmuje się (za pomocą szczypiec) z syntetycznego moczu. Próbki odwirowuje się w sposób opisany poniżej. Jako wirówkę stosuje się urządzenie Delux Dynie II Centrifuge, Fischer Model No. 05-100-26, dostępne z Fisher Scientific Co, z Pittsburgh, PA, lub wirówkę równoważną. Wirówka powinna być wyposażona w szybkościomierz z bezpośrednim odczytem oraz elektryczny hamulec. Wirówka jest ponadto wyposażona w cylindryczny wstawiany koszyk z zewnętrzną

167 052 ścianką o wysokości około 2,5 cala (6,35 cm), o średnicy zewnętrznej 8,435 cala (21,425 cm), średnicy wewnętrznej 7,935 cala (20,155 cm), zawierający 9 rzędów okrągłych otworków, każdy o średnicy około 106 3/32 cala (0,238 cm), równomiernie rozmieszczonych na całym obwodzie ścianki zewnętrznej, przy czym w dnie koszyka znajduje się sześć okrągłych otworków odciekowych o średnicy 1/4 cala (0,635 cm), równomiernie rozmieszczonych wokół obwodu dna koszyka w odległości 1/2 cala (1,27 cm) od wewnętrznej powierzchni ścianki zewnętrznej do środka otworów odciekowych, albo też koszyk równoważny. Koszyk montuje się w wirówce, tak aby wirował on, podobnie jak hamulec, razem z wirówką. Torebki do herbaty z próbkami umieszcza się w koszyku wirówki, zaginając jej koniec w kierunku odpowiadającym obrotowi wirówki, tak aby zamortyzować początkową siłę. Torebeczki do herbaty stanowiące ślepe próby umieszcza się po każdej stronie odpowiedniej torebeczki z próbką. Torebeczka do herbaty z próbką z drugiego zestawu musi być umieszczona naprzeciw torebeczki do herbaty z próbką z pierwszego zestawu, dla zrównoważenia wirówki. Wirówkę uruchamia się i szybko rozpędza do uzyskania stabilnej szybkości 1500 obrotów/minutę (rpm). Po ustabilizowaniu się szybkości obrotów wirówki na poziomie 1500 rpm, uruchamia się wyłącznik czasowy na 3 minuty. Po 3 minutach wirówkę wyłącza się i uruchamia hamulec. Pierwszą torebeczkę do herbaty z próbką i pierwszą torebeczkę stanowiącą ślepą próbę wyjmuje się i osobno waży. Prcedurę tę powtarza się dla drugiej torebeczki do herbaty z próbką i drugiej torebeczki stanowiącej ślepą próbę. Pojemność absorpcyjną (ac) dla każdej z próbek wylicza się w sposób następujący: ac = (waga torebeczki do herbaty z próbką po wirowaniu minus waga torebeczki do herbaty stanowiącej ślepą próbę po wirowaniu minus waga suchej kompozycji polimerycznej) podzielona przez (wagę suchej kompozyji polimerycznej). Wartość pojemności absorpcyjnej stanowi średnia pojemności absorpcyjnych dwóch próbek.

B. Odporność na działanie płynów.

Celem tej metody jest określenie stabilności skupienia wystawionego na działanie syntetycznego moczu.

Próbkę makrostruktury umieszcza się na płytkiej szalce. Do makrostruktury dodaje się nadmiar syntetycznego moczu. Obserwuje się pęcznienie makrostruktury aż do osiągnięcia stanu równowagi. Obserwując spęcznianie makrostruktury zwraca się uwagę na małe cząstki odrywające się od głównego agregatu, na cząstki typu płytek odpływające od głównego agregatu, na rozszerzanie się cząstki jedynie w dwóch wymiarach w płaszczyźnie x-y z odrywaniem się lub odpływaniem cząstek do głównego skupienia. Makrostrukturę uważa się za nietrwałą, jeśli skupienie rozpada się na większą ilość cząstek składowych. Powinno się również obserwować izotropowość pęcznienia makrostruktury. Jeśli skupienie pozostaje względnie stabilne i zachowane zostaną względne zależności geometryczne i przestrzenne w cząstkach-prekursorach i porach po przeprowadzeniu badania, makrostrukturę uważa się za odporną. Korzystnie odporne makrostruktury są zdolne do chłonięcia płynów w stanie spęcznionym bez rozpadania się.

C. Wielkość cząstek i średnia masowa wielkość cząstek.

Rozrzut wielkości cząstek w procentach wagowych: w surowej próbce 10 g kompozycji polimerycznej wyznacza się przesiewając próbkę przez zestaw 19 sit w zakresie od standardowego sita nr 20 (850pm) do standardowego sita nr 400 (38pm). Zastosowano sita standardowe dostępne z Gilson Company, Inc. Worthington, Ohio. Analizę wykonywano przy użyciu 3 zestawów sit, gdyż stosowane urządzenie nie mogło utrzymać równocześnie wszystkich 19 sit. Pierwszy zestaw zawierał sita nr 20,25,30,35,40,45 i 50 oraz misę sita“; drugi zestaw zawierał sita nr 60,70,80,100,120 i 140 oraz misę sita; trzeci zestaw zawierał sita nr 170, 200, 230, 270, 325 i 400 oraz misę sita. Cząstki-prekursory pozostające na każdym z sit ważono następnie w celu ustalenia rozrzutu wielkości cząstek w procentach wagowych.

Pierwszy zestaw sit montuje się w wytrząsarce i na sicie nr 20 umieszcza się 10,0±0,00 g próbki. Jako wytrząsarkę zastosowano Sieve Shaker Model SS-5, dostępny z Gilson Company, Inc., Worthington, Ohio. Zestaw wytrząsa się przez 3 minuty z częstotliwością około 2100 drgań/minutę („6“ na tarczy przyrządu). Miskę sita zdejmuje się następnie, a zestaw sit odstawia się w celu późniejszego ważenia. Za pomocą miękkiego pędzelka próbkę pozostającą na misce przenosi się na papier do ważenia. W wytrząsarce montuje się drugi zestaw sit i próbkę z papieru do ważenia przenosi się na sito nr 60. Drugi zestaw wytrząsa się przez około 3 minuty z częstotliwością około 2100drgań/minutę, próbkę pozostającą na misce przenosi się na papier do ważenia, a zestaw sit

167 052 odstawia się w celu późniejszego ważenia. Trzeci zestaw sit montuje się w wytrząsarce i próbkę z papieru do ważenia przenosi się na sito nr 170. Trzeci zestaw wytrząsa się przez około 3 minuty z częstotliwością około 2100drgań/minutę. Za pomocą miękkiego pędzelka zawartość z każdego sita przenosi się na wytarowany papier do ważenia. Próbkę waży się na zwykłej wadze z dokładnością do trzeciego miejsca po przecinku i zapisuje się wagę próbki na określonym sicie. Etap ten powtarza się używając dla każdej próbki świeży papier do ważenia, dla każdego sita oraz dla próbki pozostającej na misie sita po wytrząsaniu trzeciego zestawu sit. Procedurę powtarza się dla dwóch dodatkowych próbek po 10 g. Średnie wagi z trzech próbek dla każdego sita wyznaczają rozrzut średniej wielkości cząstek w procentach wagowych dla każdej wielkości sita.

Średnią masową wielkość cząstek surowej próbki 10 g wylicza się w sposób następujący:

Σ (Dj XMJ maps

Σ M, gdzie maps oznacza średnią masową wielkość cząstek; Mj oznacza wagę cząstek na odpowiednim sicie; a Dj oznacza „parametr wielkości¹¹ danego sita. Parametr wielkości Dj sita określa się jako średnią wielkość w mikrometrach następnego wyższego sita. Tak np. parametr wielkości standardowego sita nr 50 wynosi 35(^m, co odpowiada wielkości oczek w standardowym sicie nr 45 (następnym wyższym sicie). Użyta w opisie średnia masowa wielkość cząstek oznacza średnią średniej masowej wielkości cząstek dla trzech próbek.

Przykład wytwarzania cząstek. 10-litrową dwuramieniową ugniatarkę ze stali nierdzewnej, wyposażoną w płaszcz, o wymiarach otworu 220 X 240 mm i głębokości 240 mm z dwoma łopatkami typu sigma o średnicy zewnętrznej 120 mm zamyka się pokrywą. Przygotowuje sę wodny roztwór monomeru zawierający 37% wag. monomeru. Monomer zawiera 75% mol. akrylanu sodowego i 25% mol. kwasu akrylowego. 5500 g wodnego roztworu monomeru załadowuje się do zbiornika ugniatarki, który następnie przedmuchuje się azotem w celu usunięcia reszty znajdującego się w nim powietrza. Następnie nastawia się obroty dwóch łopatek typu sigma na 46rpm i płaszcz ogrzewa się przepuszczając przez niego wodę o temperaturze 35°C. Jako inicjatory polimeryzacji dodaje się 2,8g nadsiarczanu sodowego i 0,14g kwasu L-askorbinowego. Polimeryzacja rozpoczyna się około 4 minuty po dodaniu inicjatorów. W 15 minut po dodaniu inicjatorów uzyskuje się w układzie reakcyjnym szczytową temperaturę 82°C. Uwodniony żel polimeru dzieli się na cząstki o wielkości około 5 mm w miarę kontynuowania mieszania. Pokrywę zdejmuje się z ugniatarki po 60 minutach od rozpoczęcia polimeryzacji i materiał wyładowuje się z ugniatarki.

Uzyskany w ten sposób uwodniony żel polimeru rozprowadza się na° standardowej siatce metalowej nr 50 i suszy się gorącym powietrzem w 150°C przez 90 minut. Wysuszone cząstki rozdrabnia się w kruszarce młotkowej i przesiewa przez standardowe sito nr 20 (850μm) w celu uzyskania cząstek przechodzących przez standardowe sito nr 20. Średnia masowa wielkość tych cząstek wynosi 405 μm.

Przykład I. 350g cząstek-prekursorów wytworzonych w przykładzie otrzymywania cząstek-prekursorów umieszcza się w około 5 litrowym stacjonarnym mikserze kuchennym. Wielkość cząstek-prekursorów była tak, że cząstki-prekursory przechodziły przez standardowe sito nr 60 (250μm), a zatrzymywały się na standardowym sicie nr 100 (150μm). Przygotowuje się roztwór zawierający 7,0g gliceryny, 35,0 g metanolu i 7,0g wody. Roztwór ten nanosi się na cząstki-prekursory natryskując cząstki-prekursory roztworem za pomocą opryskiwacza Preval Sprayer, dostępnego z The Precision Valve Corporation, Yonkers, NY. Roztwór natryskuje się na cząstki-prekursory przy uruchomionym mikserze. Przez pierwsze 15s natryskiwania mikser pracuje przy nastawianiu na najmniejszą prędkość. Po pierwszych 15s mikser nastawia się na największą prędkość. Cała operacja spryskiwania, obejmująca natryskiwanie całej objętości roztworu na cząstki-prekursory trwa 3 minuty. Mieszaninę miesza się jeszcze dodatkowo przez 2 minuty przy nastawie miksera na najwyższe obroty, tak aby cząstki-prekursory zostały dokładnie zwilżone roztworem. Uzyskaną mieszaninę przenosi się następnie do zasobnika urządzenia do wytłacrania/zagęszczania, opisanego uprzednio. Ślimak wytłaczarni o długości 8 cali (20,3 cm) zawiera 5 stref przelotowych, każda o długości 1,5 cala (3,8 cm). Zewnętrzna średnica ślimaka wytłaczarki wynosi 1,75 cala (4,45 cm), a prześwit między ślimakiem i obudową wynosi 0,20 cala (0,51 cm). Urządzenie uruchamia się tak, że ślimak wytłaczarki obraca się z szybkością 47 obrotów/minutę (rpm).

167 052

Mieszaninę wytłacza się między dwa powleczone stalowe walce zagęszczające (walce chwytne) o ustalonej (ale nastawnej) szczelinie. Walce zagęszczające o średnicy 8,975 cala (22,8 cm) obracają się z szybkością 5,4 rpm. Szczelina między walcami zagęszczającymi wynosi 0,015 cala (0,38 mm). Uformowane arkusze skupień dzieli się następnie na odcinki o długości około 12-15 cali (30-40 cm). Uzyskane arkusze agregatowe ogrzewa się w suszarce konwekcyjnej z wymuszonym obiegiem powietrza w 210°C przez 45 minut, aby gliceryna przereagowała z materiałem polimerycznym cząstek-prekursorów. Uzyskuje się arkusze o grubości (znamionowej) około 0,031 cala (0,8 mm) oraz o szerokości około 1,95 cala (4,95 cm).

Przykład II. Przygotowuje się roztwór zawierający 0,5g gliceryny, 0,5g wody i 3,0g izopropanolu. Roztwór ten nanosi się na 25 g cząstek-prekursorów wytworzonych w przykładzie otrzymywania cząstek-prekursorów. Wielkość cząstek-prekursorów była taka, że przechodzą one przez sito standardowe na 40 (425 μιη), a zatrzymują się na sicie standardowym nr 50 (300pm). Mieszaninę dokładnie miesza się za pomocą łopatki aż do pokrycia cząstek-prekursorów powyższym roztworem. Mieszaninę dzieli się na dwie w przybliżeniu równe części. Jedną połowę mieszaniny rozprowadza się równomiernie na blacie do wypalania SUPERSTONE, dostępnym z Sassafras Enterprises Inc., Evaston, IL. Mieszaninę łagodnie ubija się na blacie. Na uzyskaną mieszaninę posypuje się równomiernie 0,16 g włókien poliestrowych KODEL. Włókna poliestrowe stanowią cięte, karbikowane włókna o długości 1,25 cala (3,2 cm) i denierze 15,0. Drugą połowę wyjściowej mieszaniny nanosi się równomiernie na wierzch włókien i łagodnie ubija się. Całą strukturę rozwałkowuje się wałkiem drewnianym na grubość około 1,5 mm. Na wierzch placka przed wałkowaniem nakłada się arkusz folii z politereftalanu etylenu (Mylar), aby zapobiec przyklejaniu się mieszaniny do wałka. Krawędzie placka zawija się do środka i wałkowanie powtarza się. Operacje składania i wałkowania (ugniatania) powtarza się dwukrotnie. Placek ogrzewa się następnie w suszarce konwekcyjnej z wymuszonym obiegiem powietrza w 200°C przez 45 minut, aby gliceryna przereagowała z materiałem polimerycznym cząstek-prekursorów. Uzyskuje się makrostrukturę o grubości (znamionowej) około 1,5 mm.

Przykład III. Przygotowuje się roztwór zawierający 1,6 gliceryny, 3,2g wody i 12,8g izopropanolu. Roztwór ten nanosi się na 80 g cząstek-prekursorów wytworzonych w przykładzie otrzymywania cząstek-prekursorów. Wielkość cząstek-prekursorów była taka, że 8% wagowych przechodzi przez standardowe sito nr 20 (850^m), ale zatrzymuje się na standardowym sicie nr 30 (600pm); 15% wagowych przechodzi przez standardowe sito nr 30 (600pm), ale zatrzymuje się na standardowym sicie nr 40 (425 ^m); 22% wagowych przechodzi przez standardowe sito nr 40 (425pm), ale zatrzymuje się na standardowym sicie nr 50 (300pm), 36% wagowych przechodzi przez standardowe sito nr 50 (300pm), ale zatrzymuje się na standardowym sicie nr 100 (150^m); a 19% wagowych zatrzymują się na sicie standardowym nr 100 (150^m). Mieszaninę dokładnie miesza się za pomocą łopatki aż do pokrycia cząstek-prekursorów powyższym roztworem. Mieszaninę rozprowadza się równomiernie na blacie do wypalania SUPERSTONE i rozwałkowuje się wałkiem drewnianym na grubość około 0,06 mm. Na wierzch placka przed wałkowaniem nakłada się arkusz folii z politereftalanu etylenu, aby zapobiec przyklejaniu się mieszaniny do wałka. Placek ogrzewa się następnie w suszarce konwekcyjnej z wymuszonym obiegiem powietrza w 200°C.przez 45 minut, aby gliceryna przereagowała z materiałem polimerycznym cząstek-prekursorów. Uzyskuje się makrostrukturę o grubości (znamionowej) około 1,5 mm.

Przykład IV. Przygotowuje się roztwór zawierający 0,342 g gliceryny, 0,123 g wody i 1,713 g metanolu. Oddzielnie miesza się razem 0,512 g włókien (tworzące żel włókna polimeryczne Fibersorb) dostępnych z Arco Chemical Company i 13,364 g cząstek-prekursorów wytworzonych w przykładzie otrzymywania cząstek-prekursorów, o takie wielkości cząstek, że wszystkie cząstki przechodzą przez standardowe sito nr 100 (150^m), uzyskując mieszaninę cząstek-prekursorów. Włókna tnie się ze szpuli, tak że ich długość wynosi od około 1,25 cm do około 6,35 cm. Do mieszaniny cząstek-prekursorów dodaje się powyższy roztwór i całość dokładnie miesza się za pomocą łopatki uzyskując mieszaninę skupień. Uzyskaną mieszaninę rozprowadza się na 15 cm szalce ze szkła PYREX i ubija się małą łopatką na grubość około 3,8 mm. Arkusz ogrzewa się następnie w 200°C przez 40 minut w suszarce konwekcyjnej z wymuszonym obiegiem powietrza, aby przeprowadzić reakcję gliceryny z materiałem polimerycznym cząstek-prekursorów (zarówno polimerów z określonego wyżej włókna Fibersorb jak i cząstek wytworzonych w przykładzie otrzymywania cząstek). Uzyskana makrostruktura wykazuje rozdrobnioną strukturę stanowiącą kombinację względnie małych granulek o nieregularnych kształtach oraz włókien wymieszanych z granulka, mi.

Przykład V. Przygotowuje się roztwór 0,023g gliceryny, 0,014g wody i 0,580g metanolu. Roztwór ten dodaje się do 0,880 g cząstek-prekursorów stanowiących określone wyżej włókna Fibersorb, dostępne z Arco Chemical Company. Wókna tnie się ze szpuli tak, że ich długość wynosi od około 1,25 cm do około 6,35 cm. Roztwór i cząstki-prekursory dokładnie miesza się za pomocą łopatki uzyskując mieszaninę skupień. Uzyskaną mieszaninę rozprowadza się na 15 cm szalce ze szkła PYREX i ubija się małą łopatką na grubość około 0,178 mm. Arkusz ogrzewa się następnie w 200°C przez 40 minut w suszarce konwekcyjnej z wymuszonym obiegiem powietrza, aby przeprowadzić reakcję gliceryny z materiałem polimerycznym cząstek-prekursorów. Uzyskana makrostruktura stanowi skupień wzajemnie usieciowanych włókien o strukturze zbliżonej do włókniny.

FIG 4

167 052

FIG 7

FIG 2

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 1,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Porowata, absorpcyjna makrostruktura polimeryczna zawierająca usieciowane skupienia międzycząsteczkowe będące wielokrotnością cząstek prekursorów praktycznie nierozpuszczalnego w wodzie, tworzącego hydrożel materiału polimerycznego, znamienna tym, że usieciowane międzycząsteczkowe skupienia są utworzone przez przereagowanie środka sieciującego międzycząsteczkowo w ilości od 0,01 do 30 części wagowych na 100 części wagowych z materiałem polimerycznym cząstek-prekursorów z wytworzeniem kowalencyjnych wiązań sieciujących między cząstkamiprekursorami, przy czym usieciowane skupienia międzycząsteczkowe mają pory między sąsiadującymi cząstkami-prekursorami, które to pary są wzajemnie połączone kanalikami łączącymi, dzięki czemu tworzona makrostruktura jest przepuszczalna dla cieczy, natomiast objętość suchej makrostruktury jest większa niż 10,0 mm³.
2. Makrostruktura, według zastrz. 1, znamienna tym, że ma średnią masową wielkość cząstek prekursorów poniżej 600 /Jm, a korzystnie poniżej 300pm.
3. Makrostruktura, według zastrz. 1 albo 2, znamienna tym, że jako cząstki prekursory zawiera włókna.
4. Makrostruktura, według zastrz. 1 albo 2, znamienna tym, że oprócz usieciowanych międzycząstkowo cząstek-prekursorów zawiera również cząstki-prekursory usieciowane powierzchniowo.
5. Makrostruktura, według zastrz. 1 albo 2, znamienna tym, że zawiera praktycznie nierozpuszczalny w wodzie, absorbentowy materiał polimeryczny tworzący hydrożel zawierający grupy karboksylowe, a środek sieciujący międzycząsteczkowo ma w cząsteczce najmniej 2 grupy funkcyjne zdolne do przereagowania z grupami karboksylowymi materiału polimerycznego cząstek-prekursorów-.
6. Makrostruktura, według zastrz. 1 albo 2, znamienna tym, że zawiera praktycznie nierozpuszczalny w wodzie, absorbentowy materiał polimeryczny z tworzących hydrożel cząstek-prekursorów wybrany z grupy obejmującej hydrolizowany kopolimer szczepiony akrylonitrylu na skrobi, częściowo zobojętniony kopolimer szczepiony akrylonitrylu na skrobi, kopolimer szczepiony kwasu akrylowego na skrobi, częściowo zobojętniony kopolimer szczepiony kwasu akrylowego na skrobi, zmydlone kopolimery octanu winylu z estrem akrylowym, hydrolizowane kopolimery akrylonitrylu lub akryloamidu, hydrolizowane produkty nieznacznego usieciowania powyższych kopolimerów, częściowo zobojętniony kwas poliakrylowy oraz produkty nieznacznego usieciowania częściowo zobojętnionego kwasu poliakrylowego.
7. Makrostruktura, według zastrz. 1 albo 2, znamienna tym, że jako środek sieciujący międzycząsteczkowo zawiera środek wybrany z grupy obejmującej wielowodorotlenowe alkohole, etery poliglicydylowe, wielofunkcyjne związki azyrydynowe, wielofunkcyjne związki aminowe oraz wielofunkcyjne związki izocyjanianowe.
8. Makrostruktura, według zastrz. 1 albo 2, znamienna tym, że ma postać arkusza o grubości ponad 250pm, korzystnie od 0,5 do 3,0 mm.
9. Sposób wytwarzania porowatej, absorpcyjnej makrostruktury polimerycznej zawierającej usieciowane skupienia międzycząsteczkowe będące wielokrotnością cząstek prekursorów praktycznie nierozpuszczalnego w wodzie, tworzącego hydrożel materiału polimerycznego, znamienny tym, że na szereg cząstek-prekursorów praktycznie nierozpuszczalnego w wodzie, absorpcyjnego materiału polimerycznego tworzącego hydrożel, nanosi się środek sieciujący międzycząstkowo w ilości od 0,01 do 30 części wagowych na 100 części wagowych, zdolny do reagowania z materiałem polimerycznym cząstek-prekursorów, łączy się fizycznie cząstki-prekursory z wytworzeniem skupień zawierających pory połączone wzajemnie łączącymi się kanalikami, a następnie poddaje się reakcji sieciowania z materiałem polimerycznym cząstek-prekursorów przy zachowaniu fizycznego połączenia cząstek-prekursorów, z wytworzeniem wiązań sieciujących między cząstkamiprekursorami.

* * *

167 052

Wynalazek dotyczy porowatej, absorpcyjnej makrostruktury polimerycznej i sposobu wytwarzania porowatej, absorpcyjnej makrostruktury polimerycznej, która stykając się z cieczami, takimi jak woda lub wydzieliny ustrojowe ulega spęcznieniu i wchłania te płyny. W szczególności wynalazek dotyczy takich makrostruktur, jak arkusz, folia lub pasek. Takie abosorpcyjne makrostruktury polimeryczne są porowate i w związku z tym są przepuszczalne dla cieczy. Porowate, absorpcyjne makrostruktury polimeryczne są przydatne same lub w wyrobach absorpcyjnych, takich jak pieluszki, wkładki dla osób z niemożliwością utrzymania moczu, podpaski higieniczne itp.

Rozdrobnione, absorpcyjne kompozycje polimeryczne są zdolne do absorbowania znacznych ilości płynów, takich jak woda oraz wydzieliny ustrojowe, a ponadto są zdolne do zatrzymywania takich zaabsorbowanych cieczy pod umiarkowanymi ciśnieniami. Charakterystyka absorpcyjna tych kompozycji polimerycznych sprawia, że nadają się one szczególnie do wprowadzania do wyrobów absorpcyjnych, takich jak pieluszki. Tak np. w opisie patentowym St. Zjedn. Ameryki nr 3 669 103 oraz w opisie patentowym St. Zjedn. Ameryki nr 3 670731 ujawniono zastosowanie rozdrobnionych, absorpcyjnych kompozycji polimerycznych (określanych również jako hydrożele, materiały superabsorpcyjne lub hydrokoloidy) w wyrobach absorpcyjnych.

Zwykłe rozdrobnione, absorpcyjne kompozycje polimeryczne wykazują jednak pewne ograniczenie związane z tym, cząstki nie są unieruchomione i mogą swobodnie migrować w czasie procesów przetwórczych i/lub stosowania. Migracja cząstek w czasie przetwórstwa może doprowadzić do strat stosowanego materiału w czasie operacji produkcyjnych, a także nierównomierne wprowadzenie cząstek do struktur, w których cząstki te mają być zastosowane. Poważniejszy problem występuje jednak wówczas, gdy rozdrobnione materiały migrują w czasie lub po spęcznieniu. Ruchliwość taka prowadzi do znacznych oporów w przepływie cieczy przez materiał na skutek braku stabilnych kapilar między cząstkami lub kanałów do transportu cieczy. Zjawisko to jest jedną z form zjawiska powszechnie określanego jako „blokowanie żelowe“.

Jedną z prób obejścia ograniczeń w zastosowaniu, związanych z ruchliwością cząstek, w aspekcie ich wykorzystania w wyrobach absorpcyjnych, było wprowadzenie rozdrobnionych, absorpcyjnych kompozycji polimerycznych do laminatów bibułkowych (warstwowych elementów absorpcyjnych). W wyniku zamknięcia cząstek między warstwami bibułki ogólna ruchliwość cząstek w elemencie absorpcyjnym ulega zmniejszeniu. Jednakże w wyniku zetknięcia z cieczą cząstki w laminacie mają pewną swobodę, tak że mogą przemieszczać się między sobą, co powoduje zniszczenie jakichkolwiek istniejących uprzednio kapilarnych kanałów między cząstkami.

Inna próba rozwiązania obejmowała unieruchomienie rozdrobnionych, absorpcyjnych kompozycji polimerycznych w wyniku dodania dużych ilości ciekłych związków wielowodorotlenowych, które działają jako klej utrzymujący cząstki ze sobą lub z podłożem. Przykład takiej technologii ujawniony jest w opisie patentowym St. Zjedn. Ameryki nr 4410571. Jakkolwiek podejście to ogranicza migrację przed oraz, w pewnym stopniu, w czasie spęczniania, to cząstki na koniec odrywają się od siebie w wyniku działania nadmiaru cieczy na takie kompozycje polimeryczne, czego skutkiem jest również zniszczenie jakichkolwiek istniejących uprzednio kapilarnych kanałów między cząstkami.

Kolejną próbą obejścia problemu było wytworzenie superabsorpcyjnej folii w wyniku wytłaczania roztworu liniowego polimeru, a następnie sieciowania tego polimeru. Przykład takiej technologii ujawniony jest w opisie patentowym St. Zjedn. Ameryki nr 4 861539. Jakkolwiek superabsorpcyjne folie mogą absorbować znaczne ilości cieczy, wykazują one ograniczoną zdolność do transportu cieczy i są podatne na blokowanie żelowe na skutek braku wewnętrznych kanałów kapilarnych.

Wynalazek rozwiązuje te problemy poprzez dostarczenie porowatej, absorpcyjnej makrostruktury polimerycznej, przy czym różnica między strukturą polimeryczną według wynalazku i ujawnioną w opisie patentowym Stanów Zjedn. Ameryki nr 4861 539 i innymi strukturami znanymi ze stanu techniki polega na tym, że struktura według wynalazku ma wiązania sieciujące pomiędzy drobnymi cząstkami materiału absorbującego, natomiast we wszystkich wcześniejszych rozwiązaniach wiązania sieciujące tworzono wewnątrz arkusza lub włókna. A więc wynalazek

167 052 polega na zupełnie innym pomyśle niż znane rozwiązania. Polega on na łączeniu cząstek razem w celu otrzymania makrostruktury absorpcyjnej a nie jak to było zgodnie ze znanym stanem techniki wytwarzanie cząstek lub arkuszy absorpcyjnych bez takich zawierających usieciowanie wewnętrzne makrostruktur.

Celem wynalazku jest więc dostarczenie absorpcyjnej makrostruktury polimerycznej, która jest porowata, pozostaje nienaruszona i transportuje ciecz nawet po nasyceniu nadmiarem cieczy, czyli taka, w której składowe cząstki-prekursory oraz pory zachowują swoje względne stosunki geometryczne i przestrzenne nawet po nasyceniu nadmiarem cieczy, przy czym posiada zwiększoną przepuszczalność cieczy w wyniku spęczniania. Celem wynalazku jest również sposób wytwarzania absorpcyjnej makrostruktury polimerycznej.