PL189565B1 - Sposób wytwarzania struktury chłonnej zawierającej silnie chłonny materiał - Google Patents

Abstract

1. Sposób wytwarzania struktury chlonnej zawierajacej silnie chlonny material, zna- mienny tym, ze sieciuje sie ciekly roztwór zawierajacy material wyjsciowy w postaci zdolnego do sieciowania polimeru na bazie wielocukru wybranego sposród karboksymety- locelulozy (CMC), hydroksyetylocelulozy (HEC), skrobi karboksymetylowej, utlenionej skrobi, utlenionej celulozy, pektyny, etylohydroksyetylocelulozy (EHEC), hydroksypropy- locelulozy (HPC) i skrobi hydroksypropylowej (EPS) i uzyskuje sie napecznialy ciecza zel, po czym napecznialy ciecza zel suszy sie poprzez ekstrakcje za pomoca rozpuszczalnika polarnego i uzyskuje sie silnie chlonny material, dostarcza sie strukture chlonna i umiesz- cza sie silnie chlonny material w strukturze chlonnej. PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania struktury chłonnej zawierającej silnie chłonny materiał. Wynalazek dotyczy struktury chłonnej zawierającej silnie chłonny materiał na bazie wielocukru.

W wielu zastosowaniach, takich jak wyroby chłonne przeznaczone do wyłaniania płynów ustrojowych, stało się powszechne stosowanie materiałów znanych jako materiały superchłonne. Za materiały superchłonne uważa się, polimery zdolne do wchłaniania cieczy w ilościach odpowiadających ich kilkakrotnej wadze, i które po wchłonięciu tworzą żel zawierający wodę.

Główną zaletą używania materiałów superchłonnych w wyrobach chłonnych jest możliwość znacznego zmniejszenia objętości wyrobów chłonnych w porównaniu z objętością takich wyrobów złoconych głównie z chłonnych materiałów włóknistych, takich jak spulchniona pulpa celulozowa lub podobne. Inną zaletą jest większa zdolność takich superabsorbentów do zatrzymywania cieczy pod ciśnieniem, w porównaniu z absorbentami włóknistymi, takimi jak, na przykład, spulchniona pulpa celulozowa. Taka właściwość jest korzystna na przykład wtedy, kiedy materiał chłonny jest używany w pieluchach, pieluchomajtkach dla dorosłych lub podpaskach higienicznych, ponieważ wchłonięty płyn ustrojowy jest zatrzymywany w wyrobie chłonnym i nie jest wyciskany z niego, na przykład podczas siadania użytkownika.

189 565

Natomiast wadą wielu materiałów superchłonnych stosowanych obecnie w wyrobach chłonnych, takich jak pieluchy, pieluchomajtki dla dorosłych lub podpaski higieniczne jest to, że nie wytwarza się ich z surowców odnawialnych. U celu rozwiązania tego problemu zaproponowano stosowanie superabsorbentów na bazie różnych typów odnawialnych materiałów wyjściowych, takich jak wielocukry, a zwłaszcza skrobia. Niestety, wytwarzane dotychczas superabsorbenty na bazie wielocukru mają znacznie mniejszą zdolność chłonną niż powszechnie stosowane superabsorbenty na bazie poliakrylanów. Ponadto zdolność superabsorbentów na bazie wielocukru do zatrzymywania wchłoniętej cieczy, kiedy działa na nie obciążenie, jest mniej sza w porównaniu z superabsorbentami na bazie poliakrylanów.

W opisie WO 95/31500 ujawniono sposób wytwarzania chłonnych, korzystnie superchłonnych, materiałów piankowych techniką separacji faz i sieciowania roztworu polimeru. Uzyskiwane materiały chłonne istnieją w postaci usieciowanej pianki polimerowej o strukturze otwarto komórkowej, co umożliwia przepływ płynów pomiędzy komórkami. Podano również, że ujawnionym sposobem można także uzyskiwać podatne na biodegradację chłonne materiały piankowe. Zalecanymi polimerami do wytwarzania materiałów chłonnych, ujawnionymi w WD 95/31500, są hydroksyetylocelluloza (HEC) i hydroksypropyloceluloza (HPC), które sieciuje się, korzystnie, za pomocą diwinylosulfonu (DVS).

Znane chłonne materiały piankowe są stosunkowo drogie w produkcji i są przeznaczone głównie do zastosowań medycznych, takich jak systemy kontrolowanego uwalniania albo jako sztuczna skóra i naczynia krwionośne. Uważa się jednak, że istnieje również możliwość zastosowania opisanych materiałów piankowych w pieluchach wielokrotnego użytku lub podobnych wyrobach. Natomiast wysokie koszty produkcji oznaczają, że znane materiały piankowe nie mogą być w praktyce rozważane jako materiały chłonne do wyrobów chłonnych przeznaczonych tylko do jednorazowego użytku.

Z tych powodów istnieje zapotrzebowanie na ulepszone materiały superchłonne oparte na surowcach odnawialnych. W związku z tym konieczne jest poprawienie pojemności chłonnej superabsorbentów na bazie wielocukru w taki sposób, żeby stanowiły równorzędną alternatywę pod względem chłonności oraz w porównaniu ze stosowanymi dotychczas superabsorbentami. Ponadto, potrzebny jest wyrób chłonny jednorazowego użytku z materiałem superchłonnym, który można wytwarzać stosując tanie, łatwo dostępne i odnawialne materiały wyjściowe.

Sposób wytwarzania struktury chłonnej zawierającej silnie chłonny materiał, według wynalazku charakteryzuje się tym, że sieciuje się ciekły roztwór zawierający materiał wyjściowy w postaci zdolnego do sieciowania polimeru na bazie wielocukru wybranego spośród karboksymetylocelulozy (CMC), hydroksyetylocelulozy (HEC), skrobi karboksymetylowej, utlenionej skrobi, utlenionej celulozy, pektyny, etylohydroksyetylocelulozy (EHEC), hydroksypropylocelulozy (HPC) i skrobi hydroksypropylowej (HPS) i uzyskuje się napęczniały cieczą żel, po czym napęczniały cieczą żel suszy się poprzez ekstrakcję za pomocą rozpuszczalnika polarnego i uzyskuje się silnie chłonny materiał, dostarcza się strukturę chłonną i umieszcza się silnie chłonny materiał w strukturze chłonnej.

Korzystnie żel suszy się przy użyciu etanolu, acetonu lub izopropanolu.

Korzystnie materiał silnie chłonny wytwarza się z mieszanki polimerów zawierającej naładowany elektrycznie polimer na bazie wielocukru wybrany spośród skrobi karboksymetylowej, utlenionej skrobi, utlenionej celulozy i pektyny oraz nienaładowany elektrycznie polimer na bazie wielocukru wybrany spośród etylohydroksyetylocelulozy (EHEC), hydroksypropylocelulozy (HPC) i skrobi hydroksypropylowej (HPS).

Korzystnie stosunek polimeru naładowanego do polimeru nienaładowanego wynosi pomiędzy około 2:1 a około 4:1, a korzystnie około 3:1.

Korzystnie materiał wyjściowy jest mieszanką karboksymetylocelulozy (CMC) z hydroksyetylocelulozą (HEC).

Korzystnie materiał wyjściowy zawiera pektynę.

Korzystnie silnie chłonny materiał rozmieszcza się w przybliżeniu równomiernie w trójwymiarowej włóknistej sieci struktury chłonnej.

Korzystnie silnie chłonny materiał umieszcza się w warstwie w strukturze chłonnej.

189 565

Wynalazek zapewnia sposób wytwarzania struktury chłonnej mającej lepszą pojemność Chłonną w porównaniu z dotychczas znanymi strukturami chłonnymi.

Struktura chłonna otrzymana sposobem według wynalazku wyróżnia się głównie silnie chłonnym materiałem wytwarzanym techniką sieciowania i wysuszania płynnego roztworu zawierającego materiał wyjściowy w postaci zdolnego do sieciowania polimeru na bazie wielocukru, w którym materiał wyjściowym, po reakcji sieciowania, istnieje w formie napęczniałego cieczą hydrożelu i w którym usieciowany, napęczniały cieczą hydrożel jest wysuszany poprzez ekstrakcję za pomocą rozpuszczalnika polarnego.

Jako roztwór wstępny zawierający polimerowy materiał wyjściowy na bazie wielocukru można stosować szeroki asortyment rozpuszczalników. Zaleca się jednak, żeby roztworem zawierającym materiał wyjściowy był roztwór wodny.

Niespodziewanie stwierdzono, ze susząc i sieciując wielocukier za pomocą rozpuszczalnika polarnego, takiego jak etanol, aceton lub izopropanol, można uzyskać materiał o znakomitej chłonności w porównaniu z materiałem o takim samym składzie, ale wysuszonym innym sposobem. Lepsza chłonność jest widoczna, zarówno z punktu widzenia wyższej pojemności chłonnej, jak i większej zdolności do zatrzymywania wchłoniętej cieczy, nawet kiedy materiał chłonny jest poddawany ciśnieniu. Chłonność materiału superchłonnego wysuszonego za pomocą rozpuszczalnika polarnego jest znacznie wyższa niż chłonność odpowiedniego materiału; superchłonnego wysuszonego innym sposobem, bez względu na to, czy wchłoniętą cieczą jest woda czy roztwór zawierający sól, taki jak mocz.

Z porównania za pomocą mikrofotografii dokonanej za pomocą, skaningowego mikroskopu elektronowego sieciowanych żeli superchłonnych o takim samym składzie, ale wysuszonych innymi sposobami, wyraźnie wynika, że mikrostruktura wysuszonych żeli, albo kserożeli, jest znacząco różna w zależności od sposobu wysuszania. W związku z tym, wysuszony za pomocą powietrza żel ma gęstą zwartą strukturę, natomiast żel wysuszony techniką ekstrakcji rozpuszczalnikowej ma strukturę o wysokim stopniu mikroporowatości. Rezultatem suszenia próżniowego jest struktura wykazująca pewien stopień mikroporowatości i można powiedzieć, że stanowi postać pośrednią pomiędzy strukturą uzyskaną techniką suszenia za pomocą powietrza, a strukturą uzyskaną techniką suszenia rozpuszczalnikowego według wynalazku.

Prawdopodobnym wyjaśnieniem korzystnego efektu suszenia rozpuszczalnikowego jest eliminacja powszechnie występującego zjawiska, w wyniku którego powstaje gęsta, rogowata struktura niechłonna. Zjawisko to jest dobrze znane w tej dziedzinie techniki, pomimo, że jego mechanizm nie został jeszcze całkowicie wyjaśniony. Natomiast skutkiem tego jest wykazywanie przez usieciowany żel zmniejszonej zdolności do pęcznienia, a zatem zmniejszonej pojemności chłonnej. W związku z tym, w porównaniu z żelami suszonymi konwencjonalnie, żel wysuszony za pomocą rozpuszczalnika polarnego ma bardziej otwartą i giętką strukturę, co pozytywnie działa na proces wchłaniania.

Wysuszony rozpuszczalnikowo polimer superchłonny istnieje w postaci mikroporowatego żelu. Sądzi się, ze znakomite właściwości chłonne wykazywane przez ten żel są skutkiem częściowego wiązania cieczy w żelu w sposób konwencjonalny i częściowego jej wchłaniania w mikroprzestrzenie w żelu. Podczas wchłaniania cieczy żel pęcznieje, co powoduje zwiększenie mikroprzestrzeni, a tym samym zwiększenie jego pojemności chłonnej.

W skład materiału wyjściowego może wchodzić mieszanka polimerowa zawierająca naładowany elektrycznie polimer na bazie wielocukru oraz nienaładowany elektrycznie polimer na bazie wielocukru. Proporcje pomiędzy polimerem naładowanym elektrycznie a polimerem nienaładowanym elektrycznie wynoszą, korzystnie, od około 2:1 do około 4:1, a najbardziej korzystnie około 3:1.

Główną zaletą wynalazku jest możliwość zastosowania karboksymetylocelulozy (CMC) jako materiału wyjściowego do produkcji materiału superchłonnego o wysokiej pojemności chłonnej i dobrym zatrzymywaniu cieczy. Dzięki temu, że CMC jest wytwarzana z drewna, które jest surowcem odnawialnym, a ponadto jest łatwo dostępne i stosunkowo tanie, CMC szczególnie dobrze nadaje się do stosowania w wyrobach chłonnych jednorazowego użytku. Ponadto CMC ma szczególnie doskonałe charakterystyki pod względem podatności na biodegradacje i możliwości kompostowania.

189 565

Stwierdzono jednak, że mniej korzystne jest stosowanie CMC jako jedynego materiału wyjściowego do produkcji materiału super chłonnego, ponieważ CMC ma skłonność do sieciowania wewnątrzmolekulamego, a nie do sieciowania międzymolekulamego. Zatem istnieje możliwość uzyskania materiału chłonnego o szczególnie dobrych właściwościach za pomocą materiału wyjściowego, w którego skład wchodzi mieszanka CMC w formie jej soli sodowej (CMCNa) i hydroksyetylocelulozy (SEC). W wyniku tego stwierdzono, ze odpowiednie proporcje pomiędzy ilością CMCNa a HEC wynoszą pomiędzy około 2:1 a około 4:1, a korzystnie około 3:1. Przy nizszym stężeniu HEC powstający na końcu usieciowany żel nie ma wystarczającej odporności na ścinanie. Należy unikać wysokich stężeń HEC ponieważ rezultatem za wysokiego stężenia HEC jest niewystarczająca zdolność do pęcznienia, i w związku z tym pojemność chłonna.

Alternatywnie, istnieje możliwość zastosowania kombinacji innych naładowanych i nienaładowanych wielocukrów. Jeszcze innymi przykładami odpowiednich naładowanych wielocukrów są skrobia karboksymetylowa, utleniona skrobia i utleniona celuloza. Do odpowiednich do tego celu wielocukrów nienaładowanych należą, ale nie wyłącznie, etylohydroksyetyloceluloza (EHEC), hydroksypropyloceluloza (HPC) i skrobia hydroksypropylowa (HPS).

Istnieje ponadto możliwość użycia pektyny jako materiału wyjściowego.

Korzystnie roztwór polimerowy sieciuje się środkiem sieciującym wytwarzającym wiązania kowalencyjne. Kilkoma przykładami środków sieciujących tego typu są diwinylosulfon (DVS), aldehyd octowy/ formaldehyd, aldehyd glutarowy, dwuglicydoeter, dwuizocyjaniany, dwumetylomocznik, epichlorohydryna, kwas szczawiowy, chlorek fosforylowy, trójmetafosforan, trójmetylomelamina, poliakroleina. Naturalnie, istnieje również możliwość zastosowania sieciowania jonowego albo sieciowania fizycznego takiego jak interakcje hydrofobowe, hydrofilowe lub tym podobne.

Materiał superchłonny opisanego powyżej typu można łatwo łączyć z włóknami i w związku z tym można go mieszać z włóknami chłonnymi, takimi jak spulchniona pulpa celulozowa, sztuczny jedwab, mech torfowy, bawełna, konopie, len lub podobne, stosując dowolny konwencjonalny sposób. Ponadto materiał o dużej chłonności można mieszać z włóknami niechłonnymi, takimi jak polietylen, polipropylen, poliester, poliamid, włókna dwuelementowe lub podobne. Oczywiście istnieje możliwość mieszania różnych typów włókien we włóknistą strukturę chłonną w celu uzyskania optymalnej kombinacji właściwości takich jak chłonność, zatrzymywanie cieczy, stabilność kształtu i sprężystość. Strukturę włóknistą można spajać, na przykład topiąc znajdujące się w niej włókna termoplastyczne albo dodając środek wiążący. Ponadto strukturę włóknistą można poddać dalszej obróbce, takiej jak prasowanie, igłowanie, zmiękczanie lub podobne.

Oczywiście, silnie chłonny materiał można, alternatywnie, umieszczać w warstwie we wkładzie chłonnym zawierającym dalsze warstwy z włókien, płatów włókninowych, papieru bibułowego lub podobne. Silnie chłonny materiał może być warstwą samopodtrzymującą albo można go nakładać na lub w podłoże. Kilkoma przykładami materiałów, które mogą służyć jako podłoża są płaty bibuły, materiały piankowe, płaty włókninowe, wstęgi włókniste, struktury posiadające kieszenie, w których umieszcza się silnie chłonny materiał, lub podobne.

Przedmiot wynalazku w przykładach wykonania, uwidoczniono na rysunku, na którym Diagram 1 przedstawia zdolność wchłaniania wody przez suszone za pomocą powietrza żele wytwarzane przy użyciu różnych ilości DVS, Diagram 2 - zdolność wchłaniania wody przez zele suszone różnymi sposobami i z różnymi ilościami DVS, Diagram 3 - zdolność wchłaniania wody przez suszone za pomocą powietrza żele o różnych stężeniach HEC, Diagram 4 - zdolność wchłaniania wody przez żele suszone różnymi sposobami i przy użyciu różnych stężeń HEC, Diagram 5 - zdolność wchłaniania wody w syntetycznym moczu (SUR) przez żele suszone różnymi sposobami i przy różnych stężeniach DVS, Diagram 6 -zdolność wchłaniania wody w syntetycznym moczu przez żele suszone różnymi sposobami i przy różnych proporcjach w mieszance CMCNa/ HEC, Diagram 7 zatrzymywanie syntetycznego moczu przez żele suszone różnymi sposobami, Diagram 8 - procentową ilość cieczy uwalnianej podczas wirowania hydrożeli suszonych różnymi sposobami, Diagram 9 - zdolność do pęcznienia dla materiału chłonnego na bazie pektyny po suszeniu przy użyciu różnych rozpuszczalników, zaś fig. 1

189 565 przedstawia pieluchę z wkładem chłonnym zawierającym suszony za pomocą rozpuszczalnika silnie chłonny materiał, a fig. 2 - przekrój wzdłuż linii II-II przez pieluchę z fig. 1.

Opis sposobów

Sporządzanie żelu

Hydrożele użyte w poniższych przykładach uzyskano poprzez sieciowanie mieszanek CMCNa i HEC za pomocą środka sieciującego DVS. Powodem wyboru DVS jako środka sieciującego jest niezawodność i powtarzalność wyników sieciowania za jego pomocą. Zatem DVS jest dobrze dostosowany do wytwarzania materiałów sieciowanych przeznaczonych do używania w pracach porównawczych. Nie należy jednak wynalazku traktować jako ograniczonego do stosowania wyłącznie DVS jako środka sieciującego. W związku z tym, jak juz wspomniano wcześniej, można stosować dowolny, nadający się do tego środek sieciujący lub sposób sieciowania.

Reakcję sieciowania prowadzono w alkalicznym roztworze wodnym o składzie 0,02 M wodorotlenku potasowego (KOH) w temperaturze 20°C. Rozpuszczono CMCNa i HEC w wodzie destylowanej zawierającej wymaganą ilość DVS. Po starannym mieszaniu przez 24 godziny dodano wodorotlenek potasowy, rozpoczynając w ten sposób reakcję sieciowania. Wszystkie reakcje przeprowadzano za pomocą roztworu reakcyjnego zawierającego łącznie polimer o stężeniu wagowym 2%.

Po 24 godzinach usieciowany hydrożel namoczono w wodzie destylowanej w celu osiągnięcia równowagowej sorpcji wody. Wodę otaczającą hydrożel odnawiano co najmniej trzy razy. Za każdym razem używano wodę w ilości odpowiadającej 5 krotnej wadze hydrożelu, mierzonej bezpośrednio po reakcji sieciowania. Procedurę nasiąkania wodą przerywano po 36-48 godzinach. Następnie napęczniały hydrożel usuwano z wody i suszono.

Sposoby suszenia

Stosowano trzy różne sposoby suszenia:

i) suszenie za pomocą powietrza przy ciśnieniu atmosferycznym;

ii) suszenie próżniowe;

iii) suszenie ekstrakcyjne za pomocą polarnego rozpuszczalnika.

Suszenie za pomocą powietrza polegało po prostu na zostawieniu napęczniałego hydrożelu w warunkach pokojowych (25°C i 50% wilgotności względnej) aż do całkowitego wysuszenia.

Suszenie próżniowe przeprowadzano umieszczając napęczniałe hydrożele w pojemniku połączonym z pompą próżniową i trzymano w ciśnieniu równym 0,01 Tora.

Suszenie ekstrakcyjne za pomocą rozpuszczalnika polegało na umieszczaniu napęczniałych wodą hydrożeli w rozpuszczalniku w temperaturze pokojowej i delikatnym mieszaniu. Rozpuszczalnik wymieniano dwa razy, a używana za każdym razem jego ilość wynosiła około dwa razy więcej niż napęczniałego hydrożelu. Powodem używania acetonu we wszystkich przykładach, w których żele sieciowano za pomocą DVS jest to, że, w odróżnieniu od alkoholi, aceton nie reaguje z DVS. Jeżeli natomiast sieciowanie przeprowadza się alternatywnym sposobem, na przykład enzymatycznie lub radiacyjnie, to można stosować taki rozpuszczalnik polarny jak etanol lub izopropanol.

Po osuszeniu, wysuszone żele wytworzone techniką suszenia za pomocą powietrza i suszone następnie próżniowo mielono w młynku laboratoryjnym. W procesie suszenia rozpuszczalnikowego, mieszanie powodowało pękanie żelu na mniejsze kawałki, które stosowano bezpośrednio w przykładach 1-3. Wszystkie następne pomiary przeprowadzano na wysuszonym żelu, który zmielono albo rozdrobniono na mniejsze kawałki.

Zdolność do wchłaniania cieczy

Zdolność struktur włóknistych zawierających materiał superchłonny do wchłaniania cieczy określano pozwalając badanym obiektom wykonanym ze spulchnionej pulpy celulozowej zawierającej 20% wagowych usieciowanego, wysuszonego i zmielonego żelu na wchłanianie cieczy według zasady powszechnie znanej pod określeniem „zwilżalność swobodna”. Pomiary przeprowadzano za pomocą aparatury podobnej do GATS. Badanym obiektom pozwalano na wchłanianie cieczy z podłączonego zbiornika. Ilość cieczy w tym zbiorniku mierzono w sposób ciągły za pomocą wag. Badanie trwało 2 godziny, po czym rejestrowano ilość cieczy

189 565 wchłoniętej przez badany obiekt. Znając ilość wody wchłoniętej przez spulchnioną pulpę celulozową można było następnie obliczyć ilość cieczy wchłoniętej przez usieciowany żel.

Każdy pomiar był wartością średnią z dwóch zarejestrowanych wyników dla identycznych obiektów badawczych.

Jako ciecz testową stosowano syntetyczny mocz, SUR. Skład SUR wynosił 60 mmol/l KCl, 130 mmol/1 NaCl, 3,5 mmol/1 MgSO4, 2,0 mmol/1 CaSO4*2H2O, 300 mmol/1 mocznika, 1g/l 0,1% roztworu Triton X-100, będącego środkiem powierzchniowo czynnym sprzedawanym przez firmę Aldrich.

Zdolność swobodnego pęcznienia

Swobodne pęcznienie wyznaczano dwoma różnymi sposobami. A mianowicie, w przykładach 1-3, zdolność zelu do wchłaniania cieczy mierzono pierwszym sposobem, zanurzając kawałek żelu w cieczy testowej i pozwalając mu na wchłanianie cieczy do nasycenia. Następnie żel wyjmowano z cieczy i ważono.

W przykładzie 4, zdolność do swobodnego pęcznienia podczas wchłaniania mierzono drugim sposobem polegającym na wprowadzaniu 0,100g +/-0,002 g usieciowanego, wysuszonego zelu do rurki testowej o wymiarach 150 x 16 mm. Rurka testowa była zaopatrzona w nakręcany kapturek i miała objętość 20 ml. Wysokość suchej, nie napęczniałej próbki mierzono miarką milimetrową i rejestrowano. Następnie dodawano automatyczną pipetą 15 ml syntetycznego moczu (SUR).

Próbkę zostawiano do pęcznienia na 2 godziny do uzyskania równowagi, po czym ponownie mierzono i rejestrowano wysokość próbki w rurce testowej.

Na podstawie tak uzyskanych wyników pomiarów obliczano zmianę objętości/wagi zgodnie z następującymi wzorami:

A(T) = (h(s) - h(t)) * Π * r² gdzie

A(T) = pojemność chłonna w g/cm³ h(s) = wysokość w milimetrach napęczniałej próbki h(t) = wysokość w milimetrach dla próbki suchej m(t) = waga sucha suchej próbki w gramach r = promień rurki testowej w milimetrach (0,72 mm).

Opis przykładów

Przykład 1

Mierzono zdolność do wchłaniania wody sposobem wchłaniania swobodnego dla różnych żeli uzyskanych techniką sieciowania roztworu wodnego zawierającego 2 procent wagowych mieszanki CMCNa i HEC, przy stosunku CMCNa : HEC - 3:1, i za pomocą różnych ilości środka sieciującego, diwinylosulfonu (DVS).

Jak można zobaczyć na Diagramie 1, zdolność do pęcznienia żelu suszonego w warunkach pokojowych (25°C, ciśnienie atmosferyczne i wilgotność względn5 50%) zmniejsza się wraz ze wzrostem ilości DVS. Powodem tego jest zwiększanie się opora żżlu na pęcznienie ze wzrostem stopnia sieciowania. Przy zawartości DVS poniżej najniższej wartości 0,04 mola/l, podanej na Diagramie 1, odporność na ścinanie uzyskanego zelu nie wystarcza do jego praktycznego zastosowania.

Na Diagramie 2 przedstawiono sposób, w jaki różne sposoby suszenia wpływają na zdolność do wchłaniania wody dla kserożeli przedstawionych na Diagramie 1. Jak wyraźnie wynika z Diagramu 2, żel, który osuszono ekstrakcyjnie za pomocą acetonu ma wyższą zdolność do wchłaniania wody niż odpowiednie żele suszone za pomocą powietrza i żele suszone próżniowo. Nie zalezy to od zawartości DVS.

Przykład 2

Mierzono zdolność do wchłaniania wody dla różnych żeli uzyskanych techniką sieciowania i suszenia z mieszanki CMCNa/HEC w wodnym roztworze zawierającym 2 procent wagowych mieszanki CMCNa/HEC i 0,04 mol/l DVS jako środka sieciującego oraz ponadto dla różnych stosunków mieszania dla CMCNa : HEC.

189 565

Na Diagramie 3 przedstawiono sposób zmniejszania się zdolności do wchłaniania wody przez kserożele suszone za pomocą powietrza w miarę wzrostu zawartości HEC. Zmniejszanie się zdolności do wchłaniania wody wynika częściowo z tego, że przy wyższym stopniu sieciowania żelu zwiększa się jego opór na spęczanie. Mieszając CMCNa z HEC można zwiększyć odporność na ścinanie usieciowanego żelu, ponieważ HEC ma dodatni wpływ na powstawanie powiązań międzymolekulamych. Kiedy zawartość HEC jest poniżej 0,25, odporność na ścinanie usieciowanego żelu jest za mała dla większości zastosowań praktycznych.

Następnym wyjaśnieniem zmniejszania się zdolności do wchłaniania cieczy w miarę wzrostu zawartości HEC może być spadek ilości związanych ładunków jonowych znajdujących się w łańcuchach makromolekularnych w miarę zwiększania się zawartości HEC.

Krzywe widoczne na Diagramie 4 wskazują, że suszenie ekstrakcyjne za pomocą acetonu powoduje znacznie lepszą zdolność do wchłaniania cieczy pod warunkiem, że zawartość HEC nie przekracza około 50% w mieszance polimerowej.

Przykład 3

Porównano zdolność wchłaniania cieczy przez hydrożele suszone różnymi sposobami kiedy wchłanianą cieczą był roztwór NaCl w wodzie. Moc jonowa tego roztworu wynosiła 0,15 mola/l.

Z Diagramu 5 wyraźnie wynika, że hydrożel suszony acetonem ma znacznie wyższą zdolność wchłaniania lub pojemność pęcznienia niż hydrożel suszony próżniowo lub za pomocą powietrza. Lepsza zdolność wchłaniania cieczy hydrożelu suszonego acetonem pozostaje jak widać na Diagramie 5, nawet wtedy gdy zmienia się stężenie DVS.

Z Diagramu 6 można wydedukować, że hydrożel suszony acetonem ma znacznie wyższą zdolność do wchłaniania cieczy w syntetycznym moczu w porównaniu z hydrożelem suszonym za pomocą powietrza lub próżniowo, bez względu na stosunek ilości CMCNa do ilości HEC.

W wynikach testu przedstawionych na Diagramach 7 i 8, zamiast roztworu NaCl stosowanego w badaniach, których wyniki przedstawiono na Diagramach 5 i 6, zastosowano syntetyczny mocz (SUR).

Z Diagramu 7 wynika, że zdolność hydrożelu suszonego acetonem do zatrzymywania cieczy jest wyższa niż żeli suszonych innymi sposobami. W związku z tym, zdolność do zatrzymywania cieczy po odwirowaniu hydrożeli jest wyższa dla żelu suszonego acetonem niż dla hydrożeli, które osuszono za pomocą powietrza albo próżniowo, zarówno w liczbach bezwzględnych, jak i w stosunku do zdolności do wchłaniania cieczy przez żele w warunkach swobodnego pęcznienia.

Na Diagramie 8 przedstawiono, że część syntetycznego moczu, którą odwirowano z żelu, któremu pozwolono swobodnie pęcznieć w syntetycznym moczu, jest najmniejsza dla żelu suszonego acetonem i prawie trzy razy większa dla zelu suszonego za pomocą powietrza.

Przykład 4

Na Diagramie 9 pokazano sposób, w jaki suszenie różnymi rozpuszczalnikami wpływa na zdolność do swobodnego pęcznienia usieciowanego żelu na bazie pektyny, oraz sposób, w jaki proporcje żelu do rozpuszczalnika w mieszaninie wpływają na zdolność suchego żelu do pęcznienia. Żel sieciowano za pomocą środka, który nie może reagować z alkoholami, co oznacza, że w przypadku używania takich rozpuszczalników jak etanol i izopropanol nie wystąpi żadna reakcja pomiędzy alkoholami a środkiem sieciującym.

Zdolność do pęcznienia suszonego powietrzem żelu na bazie pektyny przedstawiono jako parametr odniesienia. Przeprowadzono pomiary zostawiając próbki do swobodnego pęcznienia w rurce testowej, jak opisano w drugim ze sposobów swobodnego pęcznienia.

Jak wynika z Diagramu 9, zdolność do pęcznienia żelu suszonego izopropanolem jest lepsza niż dla żelu suszonego etanolem lub acetonem. Wszystkie żele suszone rozpuszczalnikowe mają wyższą zdolność do pęcznienia niż żel suszony powietrzem.

Z Diagramu 9 można ponadto wyciągnąć wniosek, że istotny wpływ na zdolność zelu do pęcznienia ma stosunek ilości żelu do ilości rozpuszczalnika używanego w procesie suszenia. Stąd zdolność do pęcznienia jest wyższa dla tych żeli, w których zastosowano większą ilość rozpuszczalnika, ponieważ używając większej ilości rozpuszczalnika w procesie suszenia można w większym stopniu wyekstrahować z żelu wodę.

189 565

Przykład 5

Mierzono zdolność chłonną dwóch próbek oznaczonych „Próbka A” i „Próbka B” metodą „zdolność do wchłaniania cieczy”. Zastosowane w obu próbkach kserożele wykonano w taki sam sposób, a mianowicie przy proporcji CMCNa/HEC wynoszącej 3:1 i stężeniu DVS 0,04 mola/l. Żele te suszono za pomocą acetonu.

Dla porównania mierzono tą samą metodą pojemność chłonną dla dwóch powszechnie używanych superabsorbentów na bazie poliakrylanu. Absorbentami tymi były SANWET IM5000 i IM7100 firmy Hoechst AG z Frankfurtu, Niemcy.

W tabeli 1 przedstawiono ilość cieczy wchłoniętej przez różne materiały superchłonne, mierzoną w gramach/gram materiału superchłonnego (sAM).

SAM	Pojemność chłonna [g/g]
Próbka A	18,09
Próbka B	22,18
IM5000	30.58
IM7100	28,35

TABELA 1

Z uzyskanych rezultatów wynika, że suszony acetonem materiał superchłonny według wynalazku ma parametry na poziomie prawie pokrywającym się z parametrami materiałów superchłonnych na bazie poliakrylanów.

Opis figur

W skład pokazanej na fig. 1 i 2 pieluchy wchodzi przepuszczalny dla cieczy płat pokryciowy 2 i nieprzepuszczalny dla cieczy płat pokryciowy 3, które razem zamykają wkład chłonny 4. Na fig. 1 widać pieluchę 1 z tej strony, która podczas użycia ma być zwrócona ku ciału użytkownika, tj. z przepuszczalnym dla cieczy płatem pokryciowym 2 zwróconym ku osobie patrzącej na fig. 1.

Pielucha 1 ma zasadniczo wydłużony kształt z szerszymi częściami, przednią i tylną 5, 6 oraz zwężoną częścią krokową 7. Część przednia 5 jest tą częścią pieluchy, która ma być nakładana na przód użytkownika podczas używania pieluchy, a część tylna 6 jest tą częścią pieluchy, którą nakłada się na tył użytkownika. Ponadto pielucha 1 ma dwie podłużnie biegnące, zakrzywione do wewnątrz krawędzie boczne 8, 9, przednią krawędź 10 i tylną krawędź 11.

Pielucha 1 jest takiego typu, który, podczas używania, jest łączony ze sobą, w wyniku czego otacza dolną część ciała użytkownika w sposób podobny do majtek. W tym celu na każdej krawędzi bocznej 8, 9 znajduje się i wystaje w sąsiedztwie tylnej krawędzi 11 pieluchy języczek paskowy 12, 13. Języczki paskowe 12, 13 są wykonane w taki sposób, żeby współpracowały z obszarem osadzania 1 znajdującym się na nieprzepuszczalnym dla cieczy płacie pokryciowym 3 na przedniej części 5 pieluchy. Korzystnie, obszar osadzania 14 jest w pewien sposób wzmocniony, na przykład za pomocą dodatkowego płata z tworzywa sztucznego lub powłoki naniesionej na nieprzepuszczalny dla cieczy płat pokryciowy 3. Naturalnie, można stosować alternatywne typy elementów mocujących pieluchy, takie jak guziki i dziurki do guzików, haczyki i oczka, zatrzaski, zamknięcia haczykowo-pętelkowe lub podobne.

Ponadto pielucha 1 jest zaopatrzona w biegnące podłużnie elastyczne elementy 15, 16 umieszczone z pewnym naprężeniem wzdłuż krawędzi bocznych 8, 9. Elastyczne elementy 15, 16 nadają pielusze 1 kształt i służą podczas używania jako elastyczne mankiety na nogi. Oznacza to, że elastyczne elementy 15, 16 trzymają krawędzie boczne 8, 9 pieluchy podczas jej używania w styczności z nogami użytkownika i zapobiegają powstawaniu szczelin pomiędzy pieluchą a ciałem użytkownika, które to szczeliny mogłyby w przeciwnym wypadku być przyczyną wyciekania cieczy z pieluchy.

Wzdłuż, odpowiednio, przedniej krawędzi 10 i tylnej krawędzi 11 znajdują się rozmieszczone w odpowiedni sposób elastyczne elementy 17, 18 mające tworzyć elastyczne uszczelnienie wokół talii użytkownika.

189 565

W skład wkładu chłonnego 4 pieluchy wchodzi w pokazanym przykładzie wykonania, i co najlepiej widać na fig. 2, porowata warstwa odbierająca ciecz 20, usytuowana bezpośrednio wewnątrz przepuszczalnego dla cieczy płata pokryciowego 2, warstwa chłonna 22, oraz warstwa przesiąkliwa 24.

Korzystnie, warstwa odbierająca ciecz 20 zawiera włóknistą wstęgę lub porównywalnie gruby, duży objętościowo materiał włókninowy o wysokiej sprężystości zarówno w stanie mokrym, jak i suchym. W ten sposób zapewnia się szybki odbiór cieczy do warstwy chłonnej 22 po wewnętrznej stronie warstwy odbierającej 20, a równocześnie warstwa odbierająca 20 służy jako element dystansowy i trzyma płyny ustrojowe, które zostały już wchłonięte, z dala od skóry użytkownika. Do materiałów zalecanych na warstwę odbierającą płyny należą włókna, które nie zapadają się po zwilżeniu. Niektórymi przykładami takich włókien są usztywnione włókna celulozowe i włókna syntetyczne, takie jak włókna polietylenowe, włókna polipropylenowe, włókna poliestrowe.

W skład warstwy chłonnej 22 wchodzi struktura chłonna według wynalazku. W związku z tym, w skład warstwy chłonnej 22 wchodzi silnie chłonny materiał wytwarzany techniką suszenia usieciowanego żelu na bazie wielocukru za pomocą rozpuszczalnika polarnego, na przykład izopropanolu, etanolu lub acetonu. Silnie chłonny materiał istnieje w postaci cząstek zmieszanych z włóknami. Zalecanym materiałem włóknistym jest spulchniona pulpa celulozowa wytwarzana w procesie chemicznym lub chemo-termo-mechanicznym. W celu intensyfikacji spójności warstwy chłonnej 22, w jej skład mogą dodatkowo wchodzić włókna z, na przykład, sztucznego jedwabiu, polipropylenu, lnu lub podobnego materiału, oraz/lub włókna lub ziarna spajane termoplastycznie. Struktura chłonna w warstwie chłonnej 22 może ponadto być spojona za pomocą rozpuszczalnikowego środka wiążącego, techniką igłowania, kalandrowania albo w dowolny inny sposób.

Pomiędzy nieprzepuszczalnym dla cieczy płatem pokryciowym 3 a warstwą chłonną 22 znajduje się warstwa przesiąkliwa 24. Korzystnie, warstwa przesiąkliwa 24 jest warstwą z silnie sprasowanych włókien hydrofitowych z cienkimi kapilarami. Za materiał najlepszy do tego celu uznaje się materiał ujawniony w WO 94/10953 i WO 94/10956. Materiał tego typu istnieje w postaci suchych rozwłóknionych warstw włóknistych o dużej gęstości.

Warstwy włókniste stosuje się bezpośrednio w wyrobie chłonnym bez uprzedniego rozwłókniania. Materiał włóknisty tego typu cechuje się bardzo dobrą pojemnością chłonną i przesiąkliwością.

Wynalazek nie ogranicza się do opisanego tu przykładu wykonania. Stąd nie jest konieczne, żeby w skład wkładu chłonnego w wyrobie chłonnym według wynalazku wchodziły wszystkie opisane powyżej warstwy. Na przykład można wziąć pod uwagę wyroby chłonne, w których cały wkład chłonny składa się ze struktury chłonnej według wynalazku. Istnieje ponadto możliwość użycia wkładów chłonnych zawierających dodatkowe lub zupełnie inne elementy składowe. Niektórymi przykładami takich elementów składowych są elementy formujące kształt, warstwy włókniste, warstwy bibułowe, pianka w formie warstwowej lub w postaci elementów trójwymiarowych, środki przeciwzapachowe i przeciwbakteryjne lub podobne.

Silnie chłonny materiał można, jak w opisanym przykładzie, mieszać ze spulchnioną pulpą celulozową, albo z innymi włóknami, albo mieszankami włókien. Alternatywnie, albo łącznie z taką opisaną strukturą chłonną, w wyrobie chłonnym może znajdować się silnie chłonny materiał w postaci warstwy. Następnie materiał chłonny można albo mocować do podłoża albo w podłożu, takim jak materiał włókninowy, warstwa bibułowa, albo też można go luźno umieszczać pomiędzy dwiema innymi warstwami w strukturze chłonnej, albo w specjalnych kieszeniach lub pojemnikach w strukturze.

Ponadto struktura chłonna może zawierać laminat złożony z dwóch lub więcej warstw włókninowych albo warstw bibułowych z silnie chłonnym materiałem umieszczonym pomiędzy nimi. Jednym ze sposobów zapewnienia, ze silnie chłonny materiał pozostanie w takim laminacie jest związanie tych warstw ze sobą w postaci pewnego wzoru spajania. Istnieje również możliwość mechanicznego odkształcania warstw, na przykład techniką gofrowania, tak, ze materiał silnie chłonny jest zakleszczony pomiędzy warstwami.

189 565

Inną zaletą struktury chłonnej według wynalazku jest jej niespodziewanie silna chłonność pod obciążeniem AUL (absorbency under load). W związku z tym, AUL dla struktury chłonnej zawierającej materiał superchłonny na bazie wielocukru, który wysuszono za pomocą rozpuszczalnika polarnego, można porównać do AUL materiału IM5000 i innych konwencjonalnych superabsorbentów na bazie poliakrylanów. Znane dotychczas materiały superchłonne na bazie wielocukru wykazywały znacznie mniejszą wartość AUL, rzędu około połowy ilości cieczy, jaką wchłania IM500 lub superabsorbent według wynalazku.

Wynalazku nie należy traktować jako ograniczonego do opisanych tu przykładów wykonania. Przeciwnie, w zakresie ujętym w załączonych zastrzeżeniach można sobie wyobrazić wiele innych przykładów wykonania.

120

100

SO iO 20

0,12 0,14

0,02 Οβί 0,06 0,08 0,1

Stefanie DVS [aol/1]

Stilonie DVS [bo 1/1]

DIAGRAM 2

189 565

120

100

1--.1...1.. .1-4-..,..1

0.2 0.6 0,6 0,8 1

Ig HEC/ g HEC + g CMC] ta

DIAGRAM 3

Kómorago»o wchłanianie rody fgf&O/ g polimeru]

DIAGRAM 4

189 565

rocfy (g rody/ g suchego polimeru) »ο<ίχ (g sody/ g suchego

DIAGRAM 5

189 565 ioo.o ciecay Ig UW / g po

% Procent uwolnionego nocru po wirowaniu

30.0 r

BETOM BOSZENIA

DIAGRAM 8

189 565

Zdolność do arobodnegp pęcznienia

N

HU i

Τ' a

DIAGRAM 9

189 565

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz.

Cena 4,00 zł

Claims (8)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób wytwarzania struktury chłonnej zawierającej silnie chłonny materiał, znamienny tym, ze sieciuje się ciekły roztwór zawierający materiał wyjściowy w postaci zdolnego do sieciowania polimeru na bazie wielocukru wybranego spośród karboksymetylocelulozy (CMC), hydroksyetylocelulozy (HEC), skrobi karboksymetylowej, utlenionej skrobi, utlenionej celulozy, pektyny, etylohydroksyetylocelulozy (EHEC), hydroksypropylocelulozy (HPC) i skrobi hydroksypropylowej (EPS) i uzyskuje się napęczniały cieczą żel, po czym napęczniały cieczą żel suszy się poprzez ekstrakcje za pomocą rozpuszczalnika polarnego i uzyskuje się silnie chłonny materiał, dostarcza się strukturę chłonną i umieszcza się silnie chłonny materiał w strukturze chłonnej.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, ze żel suszy się przy użyciu etanolu, acetonu lub izopropanolu.
3. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że materiał silnie chłonny wytwarza się z mieszanki polimerów zawierającej naładowany elektrycznie polimer na bazie wielocukru wybrany spośród skrobi karboksymetylowej, utlenionej skrobi utlenionej celulozy i pektyny oraz nienaładowany elektrycznie polimer na bazie wielocukru wybrany spośród etylohydroksyetylocelulozy (EHEC), hydroksypropylocelulozy (HPC) i skrobii hydroksypropylowej (HPS).
4. 4. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że stosunek polimeru naładowanego do polimeru nienaładowanego wynosi pomiędzy około 2:1 a około 4:1, a korzystnie około 3:1.
5. 5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że materiał wyjściowy jest mieszanką karboksymetylocelulozy (MC) z hydroksyetyloceluloza (HEC).
6. 6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że materiał wyjściowy zawiera pektynę.
7. 7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że silnie chłonny materiał rozmieszcza się w przybliżeniu równomiernie w trójwymiarowej włóknistej sieci struktury chłonnej.
8. 8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że silnie chłonny materiał umieszcza się w warstwie w strukturze chłonnej.