SE514713C2 - Absorberande struktur i ett absorberande alster, innefattande ett öppencelligt polymerskum innehållande hydrofila fibrer - Google Patents

Description

l0 15 20 25 30 35 5 ”l 4 7 'l 3 2 möjligt för polyrneren att med hjälp av osmotiska krafter absorbera vattenhaltiga vätskor. Det superabsorberande materialet är oftast i form av små partiklar, vilka är placerade och inneslutna i ett ñbernätverk. Fibernätverket utgörs vanligen av cellulosafluffinassa av termomekanisk, kemisk eller kemiterrnomekanisk typ, men det är även förekommande med en viss andel syntetfibrer. Ett problem som är förknippat med absorberande strukturer som innehåller superabsorberande material, är att det är svårt att fördela och kvarhâlla superabsorbenten pä önskad plats i den absorberande strukturen, dels under lagring och dels under användningen av alstret. Ett annat problem som är förknippat med absorberande strukturer som innehåller superabsorberande material, är s k gelblockering. Detta problem uppstår genom att de vätskeinnehållande superabsorbentpartiklarna sväller och bildar en gel. Gelen blockerar vätsketransporten och ger upphov till en ansamling av vätska i vissa partier av den absorberande strukturen medan andra partier av strukturen blir mer eller mindre outnyttj ad.

Ett problem som är förknippat med absorberande strukturer som innehåller flera olika skikt, är att absorptionskämans sarnmanhållande förmåga under användning kan vara otillräcklig. Det kan medföra att strukturen brister eller klumpar ihop sig. Ytterligare ett problem med absorberande strukturer som innehåller flera olika skikt, är att det kan vara svårt att erhålla en god vätsketransport mellan de olika skikten. Sarnrnanfogningen är även kostsam och material- och/eller energikrävande.

En annan känd vätskeabsorberande struktur är polymera skum med öppna celler.

Polymera skinn med superabsorberande egenskaper för användning i absorberande alster beskrivs bl a i EP 0,044,624 och i US 4,394,930. Ett problem med polymera skum med superabsorberande egenskaper är emellertid att de är relativt svaga, d v s sådana skurnmaterial tenderar att brista vid mekanisk belastning.

I EP O,598,833 beskrivs ett skummaterial tör användning som en absorberande struktur ibland annat blöjor. Skummaterialet uppvisar en specificerad porvolym, specifik ytarea samt förmåga att återta sin volym efter komprimering. Skummet utgörs av ett s k HIPE -skum (high internal phase emulsion), vilket innebär att skurnmet framställs genom polymerisering av en vatten-i-olja-emulsion.

I US 3,5 98,742 beskrivs ett öppencelligt skum som för att öka skurnmets styrka innehåller mellan 30 och 90 víktsprocent fibrer, baserat på skurnmets torra vikt.

Strukturen tillverkas genom att blanda fibrer, ytaktivt ämne, vatten och förtj ockare med en dispersion innehållande ett filrnbildande vattenolösligt ämne. Det vattenolösliga ämnet är exempelvis polyvinylacetat och sampolymerer därav. 10 15 20 25 30 35 514 713 .3 Vidare beskrivs i SE9801694-2 en absorberande struktur som utgörs av ett bärarmaterial av ett öppencelligt skum varvid skummet i sin porstruktur innehåller hydrofila fibrer. Bärarmaterialets funktion är att skapa en struktur som uppvisar hög återfiädring både i torrt och vått tillstånd.

BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN Problemet med att åstadkomma en integrerad absorberande struktur för användning i ett absorberande alster som uppvisar tillräckligt god spridning såväl som god vätskemottagande förmåga och vätskelagrande förmåga, har väsentligen undanröjts med föreliggande uppfinning.

En absorberande porös struktur enligt uppfinningen utgörs av en polymer öppencellig skumstruktur där skumstrukturens porväggar utgörs av ett vätskelagrande material, varvid det vätskelagrande materialet i skumstrukturens porväggar har förmåga att lagra mer än 7% syntetisk urin, definierat enligt CRC-metoden. Den absorberande porösa strukturen utrnärks främst av att skumstrukturens porer innehåller hydrofila fibrer, varvid åtminstone flertalet av de hydrofila ñbrema uppvisar en fast förankring med skumstrukturens porvägg, samt att fibrema åtminstone utgör 10 viktsprocent av det polymera öppencelliga skummets totala vikt i torrt tillstånd.

Med definitionen vätskelagrande material menas i uppfinningen alltså ett material som har förmåga att lagra mer än 7% syntetisk urin, definierat enligt CRC-metoden. Den vätskelagrande förmågan mäts genom att materialet får absorbera fritt till mättnad varvid viktmämad) erhålls. Därefter centrifugeras provet under 10 minuter vid 1500 rpm, vilket ungefär motsvarar en belastning på 300g. Provet vägs eñer centrifiigeringen, varvid vikt (Ccnmfugering) erhålls. Genom att sedan beräkna kvoten mellan viktmnmmgeñng) och viktünämad) och multiplicera med 100 erhålls provets lagringsförrnåga i procent.

Fördelen med den absorberande strukturen enligt uppfinningen är att den uppvisar god vätskelagring samtidigt som den uppvisar god spridning. Genom att skurnmet innehåller en relativt hög andel fibrer förbättras dessutom skurnmets mekaniska egenskaper, vilket medför att strukturen tål större mekaniska påfrestningar än ett skinn av ett superabsorberande material utan fibrer eller altemativt med en liten mängd fibrer.

Skurnmets förmåga att motstå brott vid både drag- och skjuvbelastningar torde förbättras. Dessutom torde det bli mera komprimerbart, d v s det kan komprimeras till höga densiteter och ändå expandera vid vätning. Det senare förbättrar skummets 10 15 20 25 30 35 514 713 År förmåga att kapillärt absorbera vätska efter komprimering och då man ofta eftersträvar turmhet hos absorptionsprodukter kan fibertillsats ge speciella fördelar. Vidare förbättrar ñbertillsats skurnmets vätskespridande förmåga. En annan fördel som är förknippad med en skumformad absorberande struktur enligt uppfinningen, är att den är mer flexibel och följsarn än en struktur som huvudsakligen är ñberbaserad. Genom att det superabsorberande materialet är i form av en skumstruktur, elimineras dessutom problemet med höga damrnhalter vid tillverkningen av absorberande strukturer innehållande superabsorberande material i fonn av små partiklar.

Exempel på hydrofila fibrer är olika typer av hydrofila naturliga eller syntetiska fibrer.

Några exempel på fibrer är massafibrer av CTMP (kemi-terrnomekanisk massa), HTCTMP (högtemperatur kemi-terrnomekariisk massa), CP (kemisk massa) och ñbrös CMC (karboxi-metyl-cellulosa). Andra användbara hydrofila fibrer är exempelvis bomullsfibrer, viskosfibrer och fibrer av superabsorberande material som exempelvis polyakrylat. Det är vidare möjligt att använda tvärbundna cellulosafibrer, s k curly fibers . För att styra det färdiga skummets egenskaper såsom styvhet och vätskespridning, är det även möjligt att variera fibremas längd och grovlek.

Enligt en föredragen utföringsform utgör de hydrofila fibrerna 20-80 viktsprocent av det polymera öppencelliga skurnmets totala vikt i torrt tillstånd.

En sådan struktur uppvisar en bättre vätskespridande förmåga än strukturer med en lägre andel hydrofila fibrer. Då den absorberande strukturen innehåller mer än 80 viktsprocent fibrer, baserat på strukturens totala vikt i torrt tillstånd, förlorar den absorberande strukturen mjukhet och flexibilitet och riskerar att upplevas som styv och obekväm vid användningen i ett alster. Enligt en ännu mer föredragen utföringsforrn utgör fibrerna 20-60 viktsprocent av det polymera öppencelliga skurnmets totala vikt i torrt tillstånd.

Enligt en utföringsform uppvisar strukturen i z-led ett vätskemottagande parti och ett vätskelagrande parti, varvid det vätskemottagande partiet innehåller en högre andel hydrofila fibrer än det vätskelagrande partiet. En fördel med en sådan struktur, är att den övre delen av den absorberande strukturen som är närmast användaren erhåller en högre vätskespridande förmåga än den nedre vätskelagrande delen av den absorberande strukturen. För att erhålla en sådan fibergradient tillverkas olika skikt, vilka läggs på varandra. Genom att de olika skikten placeras på varandra innan de är torra erhålls en integrerad struktur, där skikten delvis går in i varandra. En fördel med en sådan integrerad absorberande struktur i jämförelse med en absorberande struktur som utgörs av sinsemellan olika skikt, är att ett separat sarnmanfogningssteg elimineras. En sådan struktur är således billigare att tillverka eftersom behovet av adhesiv och/eller 10 15 20 25 30 35 5.14 713 5 energitillförsel för att sammanfoga skikten elimineras. En annan fördel med en integrerad struktur, är att strukturens funktion förbättras på så sätt att vätsketransporten inte riskerar att försämras vid övergången från ett första skikt till ett andra skikt på grund av att skikten inte uppvisar tillräcklig kontakt.

Enligt en utföringsform är skumstrukturens porvägg i det vätskemottagande partiet hårdare tvärbunden än skumstrukturens porvägg i det vätskelagrande partiet. Ett mycket hårt tvärbundet superabsorberande material kan inte ta emot lika mycket vätska som ett superabsorberande material som uppvisar en lägre tvärbindningsgrad. Ett hårt tvärbundet superabsorberande material uppvisar en lägre risk för gelblockering. En absorberande struktur enligt denna utföringsforrn tillverkas genom att två eller flera skumskikt tillverkas, varvid en högre mängd tvärbindare tillsätts i polymerlösningen till det vätskemottagande skiktet och en mindre mängd tvärbindare tillsätts i polyrnerlösningen till det vätskelagrande partiet. Efter skumformníngen och tvärbindningen men före torkningen läggs de olika skikten ovanpå varandra, varvid skikten delvis integrerar in i varandra och en kontinuerlig struktur erhålls.

Genom att tillverka ett skum med olika partier enligt ovan är det möjligt att styra absorptionsegenskapema så att en integrerad struktur med både snabbt insläpp, god spridning och hög lagringsförrnåga erhålls.

Skurnmet uppvisar såväl i okomprimerat torrt tillstånd som i komprimerat torrt tillstånd, samt efter svällning i syntetisk urin en medelporstorleksdiameter som är under 1000 mikrometer, samt företrädesvis under S00 mikrometer.

Enligt en utföringsforrn är det vätskelagrande materialet en skumstruktur av polysackarid. Exempel på sådana är karboximetylcellulosa, andra cellulosaderivat, stärkelse, andra stärkelsederivat, chitosan, alginat och pektin. Ett sådant skum kan tillverkas genom att man löser en polymer i ett lösningsmedel. Till lösningen tillsätts de hydrofila fibrema och en tensid, varvid skurnbildning framkallas, exempelvis genom kraftig omrörning. Den uppskummade blandningen tvärbinds med en tvärbindare, varefter man sänker temperaturen på det bildade skummet till en temperatur under lösningsmedlets fryspunkt varvid tvärbindningsreaktionen får fortgå under frysningssteget. Därefter avlägsnas huvuddelen av lösningsmedlet från det bildade skummaterialet. Vidare kan eventuellt två eller flera olika tensider tillsättas för att styra det färdiga skurnmets egenskaper såsom porositet och stabilitet.

Enligt en arman utföringsforrn är det vätskelagrande materialet polyakrylatbaserat. 10 l5 20 25 30 35 514» 713 6 Ett sådant skum kan exempelvis tillverkas genom att man tillsätter akrylsyra, vatten, natriurnhydroxid, tensid, hydrofila fibrer (exempelvis cellulosafibrer) och tvärbindare till en bägare. Denna lösningen skurnmas sedan mekaniskt med en elvisp i upp till en halvtimme. Däreñer tillsätts initiator och lösningen utsätts för ytterligare mekanisk bearbetning i några tå minuter. Slutligen överförs den skummade lösningen till en form och polyrnerisation initieras genom tillförsel av värme vilket resulterar i ett fast skurnmaterial. Tillverkning av polyakrylatskum utan innehåll av ñbrer finns utförligt beskrivet i DE 19540951 Al.

Naturligtvis innefattar uppfinningen även skum av andra material som i sig uppvisar en hög vätskelagrande fönnåga, samt skum tillverkade på andra sätt än de beskrivna.

Uppfinningen avser även ett absorberande alster såsom ett inkontinensskydd, blöja, blöjbyxa, binda, eller liknande och av de slag som innefattar ett vätskegenomsläppligt ytskikt, ett vätsketätt bottenskikt och en däremellan anbragd absorberande struktur, vilken absorberande struktur innehåller en absorberande struktur enligt något av de ovan beskrivna utföringsfonnerna.

Den absorberande strukturen enligt uppfinningen är i det absorberande alstret företrädesvis anordnad över hela det absorberande alstrets absorptionskropp, samt är företrädesvis det enda skiktet i absorptionskroppen och uppvisar således snabbt vätskeinsläpp, god vätskespridning och god vätskelagring. Det är emellertid även möjligt att den absorberande skumstrukturen enligt uppfinningen enbart utgör en del av den totala ytan av det absorberande alstrets absorptionskropp, t ex vid det tilltänkta vätområdet där den utsöndrande kroppsvätskan kommer att upptas och vilket vanligen är förskjutet något framåt i alstret. De utanför det tilltänkta vätområdet belägna delarna av absorptionskroppen kan då vara av valfritt annat absorberande material. Det är även tänkbart att det vätskemottagande partiet enbart är över den yta som är tänkt som vätzon, medan det vätskelagrande partiet är över hela den absorberande strukturens yta. En sådan utföringsfonn är speciellt töredragen vid användning som absorberande struktur i en darnbinda. Det vätskemottagande partiet sväller vid utsöndring av kroppsvätska i z-led och bildar en hump.

Kort beskrivning av ñgger Fig 1 visar en mätapparat för bestämning av vätskespridningsförrnågan.

Fig 2 visar ett diagrarn över vätskespridningslängden vid olika tidpunkter för prover med olika fiberhalt. 10 15 20 25 30 35 514 713 7 Fig 3 visar ett diagram över absorptionskapaciteten vid olika tidpunkter för prover med olika fiberhalt.

Fig 4 visar en tabell över vätskespridningslängden för prover med olika bulk.

Fig 5 visar en tabell över lagringstörrnågan vid olika tidpunkter för prover med olika ñberhalt.

Fig 6 visar en elekronmikroskopbild (ESEM) på ett polyakrylatbaserat skum utan fibrer.

F ig 7 visar en elektronmikroskopbild (ESEM) på ett polyalcrylatbaserat skum innehållande 10 viktsprocent cellulosafibrer av kemmassa.

Fig 8 visar en elektronmikroskopbild (ESEM) på ett polyakrylatbaserat skum innehållande 25 viktsprocent cellulosafibrer av kemmassa.

Utföringsexempel Nedan följer mätningar på vätskespridnings-, vätskelagrings- och vätskeabsorptionskapaciteten.

Mätning av vätskespridningsfönnåvgan Vid metoden mäts hur lång bit av proverna som är blöt, efter att provemas ena ändparti har hafi kontakt med en vätskebehållare med syntetisk urin i 30 sekunder, 1, 2, 3, 4, 5, 10, 20, 30, 40, 50 och 60 minuter. Dessutom mäts den mängd vätska som provet under samma tid absorberar. Provet är placerat på en plexiglasskiva som uppvisar en 30-gradig vinkel relativt horisontalplanet. En mätapparatur som schematiskt visas i Fig 1 användes vid testet. Mätapparaturen innefattar en våg 10, en plexiglasskiva 11 och en vätskebehållare 12, i vilken vätskeytan indikeras med 13. Vätskebehållaren 12 placeras intill vågen 10, varvid det är viktigt att båda intar ett horisontellt läge.

Plexiglasskivan 11 placeras på vågen i 30 graders lutning relativt horisontalplanet utan att den vidrör vätskebehållaren 12. Testvätska hälls i vätskebehällaren 12 så att 2 cm av plexiglasskivan är under vätskeytan 13. Provbiten vägs med en mätnoggrannhet på 0,1 g och placeras på plexiglasskivan 11 utan att provbiten vidrör vätskan. Provbitens bredd är 2 cm och provbitens längd är 28 cm. Vågen tareras därefter och provbiten förflyttas längs plexiglasskivan 11 så att provbitens ände precis harnnar under vätskeytan 13 och fixeras i det läget med en klämma. Efier exakt 60 minuter avbryts mätningen och provbitens slutliga vikt noteras. Dessutom mäts hur lång bit av provet som är blött, dels på undersidan och dels på ovansidan. Medelvärdet av spridningslängden på provets ovansida och undersida redovisas som spridningslängd. Absorptionskapaciteten anges som: mZ/ml (gl g) där m2 är det blöta provets vikt efter mätningen och m1 är det torra provets vikt före mätningen. 10 25 30 35 514 713 Mätning av vätskelaggngstörrnågan Provernas vätskelagringsförrnåga mäts med metoden CRC (centrifuge retention capacity). Först får provet absorbera fritt till mättnad varvid viktünämad) erhålls.

Därefter centrifugeras provet under 10 minuter vid 1500 rpm vilket ungefar motsvarar en belastning på 300g. Provet vägs efier centrifiigeringen, varvid vikt (Ccmn-filgefing) erhålls. Genom att sedan beräkna kvoten mellan viktmnmfugemg) och viknmätmad) och multiplicera med 100 erhålls provets lagringsföirnåga i procent. mys: Prov 1 Karboximetylcellulosaskum utan fibrer. Skummets bulk är 1,2 cm3/g.

Prov 2 Karboximetylcellulosaskum innehållande 10 viktsprocent cellulosañbrer av kemmassa baserat på provets totala vikt i torrt tillstånd. Skummets bulk är 1,3 cm3/g.

Prov 3 Karboximetylcellulosaskum innehållande 50 viktsprocent cellulosañbrer av kemmassa baserat på provets totala vikt i torrt tillstånd. Skummets bulk är 1,5 cm3/ g.

Prov 4 Kommersiellt tillgängligt viskosskum (Vileda) tillverkat av Freudenberg Household Products AB.

Prov 5 Karboximetylcellulosaskum innehållande 50 viktsprocent cellulosafibrer av kemmassa baserat på provets totala vikt i torrt tillstånd. Skummets bulk är 15,3 cm3/g.

Prov 6 Karboxirnetylcellulosaskum innehållande 50 viktsprocent cellulosafibrer av kemmassa baserat på provets totala vikt i tont tillstånd. Skummets bulk är 5,4 cm3/ g.

Prov 7 Karboxirnetylcellulosaskum utan fibrer.

Prov 8 Karboximetylcellulosaskum innehållande 10 viktsprocent cellulosafibrer av kemmassa baserat på provets totala vikt i tont tillstånd.

Prov 9 Karboximetylcellulosaskum innehållande 30 viktsprocent cellulosafibrer av kemmassa baserat på provets totala vikt i torrt tillstånd.

Prov 10 Karboximetylcellulosaskum innehållande 50 viktsprocent cellulosafibrer av kemmassa baserat på provets totala vikt i torrt tillstånd.

Tillverkning av prover Prov 1 och 7 tillverkades enligt följande: Två flytande skum tillverkades genom krañfull mixning av följande blandningar: - 110 grarn av en 3%-ig lösning av Celpol RX i vatten, 40 gram vatten, 0,057 gram NaOH, 0,5 gram Berocell 451 och 0,5 gram Berol 048. - 110 gram av en 3%-ig lösning av Cekol 50000 i vatten, 40 grain vatten, 0,091 gram NaOH, 0,5 gram Berocell 451 och 0,5 gram Berol 048.

De båda slcummen kyldes till en temperatur av ca 2°C varefter 0,264 gram cyanurklorid löst i 10 gram metyletylketon tillsattes till den iörsmärrmda skurnblandningen. Efter kraftfull omrörning under ca 3 minuter blandades skummen och mixades noga under ca 10 15 20 25 '514 713 7 2 minuter. Därefter ströks skummet ut till ett skikt med en area av ca l6O0cm2 på en plan plastyta (PVC) och frystes vid ca -18 °C. Efier ca 20 timmar lösgjordes det frysta skummet från plastytan och fick tina i vattenbad. Ett vattensvällt men olösli gt skum erhölls. Detta tvättades och avsvälldes genom lakníng i etanol och torkades vid rumstemperatur.

Prov 2, 3, 5, 6, 8, 9 och 10 framställdes på samma sätt som prov l och 7 men med skillnaden att blekt barrsulfatrnassa tillsattes till polymerlösningen innan skumningen.

Prov 3 och 6 är samma utgångsmaterial som prov 5, men med den skillnaden att prov 3 och 6 kalandrerats (d v s passerat mellan två varma valsar) 2 respektive 4 gånger. Prov 5 har inte kalandrerats. Det medför att dessa prover uppvisar olika bulk.

Testvätska Som testvätska användes syntetisk urin enligt följande recept: 0,66 g/l MgSO4, 4,47 g/l KCl, 7,60 g/l NaCl, 18,00 g/l NHZCONH; (urea), 3,54 g/l KH2PO4, 0,745 g/l Na2HPO4, 1 ml/l av en 0,l% lösning av Triton X-lOO, vilket är en tensid såld av Aldrich. Substansema löstes i avjoniserat vatten.

Resultat I figur 2 visas ett diagram över vätskespridningslängden for prov l,2,3 och 4 vid olika tidpunkter.

I figur 3 visas absorptionskapaciteten för prov l,2,3 och 4 vid olika tidpunkter.

I figur 4 visas vätskespridningslängden för prov 3,5 och 6 vid olika tidpunkter.

I figur 5 visas lagringsfcirrnågan for prov 7,8,9,10 och 4.

Uppfinningen är naturligtvis inte begränsad till ovannämnda utfóringsforrner, utan är givetvis tillämpbar för andra uttöringsfonner inom ramen för patentkraven.

Claims (9)

10 15 20 25 30 35 514 713 /O PATENTKRAV

1. Absorberande struktur i ett absorberande alster såsom blöja, blöjbyxa, inkontinensskydd, binda eller liknande, den absorberande strukturen utgörs av en polymer öppencelli g skumstruktur, varvid skumstrukturens porväggar utgörs av ett vätskelagrande material som har förmåga att lagra mer än 7% syntetisk urin, definierat enligt CRC-metoden, k ä n n e t e c k n a d a v skumstrukturens porer innehåller hydroñla fibrer, varvid åtminstone flertalet av de hydrofila fibrerna uppvisar en fast förankring med skumstrukturens porvägg, samt att fibrerna åtminstone utgör 10 viktsprocent av det polymera öppencelliga skurnmets totala vikt i torrt tillstånd.

2. Absorberande struktur enligt krav l, k ä n n e t e c k n a d a v att de hydrofila fibrerna utgör 20-80 viktsprocent av det polymera öppencelliga skummets totala vikt i torrt tillstånd.

3. Absorberande struktur enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d a v att de hydrotila fibrema utgör 20-60 viktsprocent av det polymera öppencelliga skurnmets totala vikt i torrt tillstånd.

4. Absorberande struktur enligt något av krav 1-3, k ä n n e t e c k n a d a v att strukturen i z-led uppvisar ett vätskemottagande parti och ett vätskelagrande parti varvid det vätskemottagande partiet innehåller en högre andel hydroñla fibrer än det vätskelagrande partiet.

5. Absorberande struktur enligt något av krav 1-3, k ä n n e t e c k n a d a v att skummet utgörs av en tvärbunden polymer, varvid skumstrukturens porvägg i det vätskemottagande partiet är hårdare tvärbunden än skumstrtikturens porvägg i det vätskelagrande partiet.

6. Absorberande struktur enligt något av krav 1-5, k ä n n e t e c k n a d a v att det vätskelagrande materialet är cellulosa- eller stärkelsebaserat.

7. Absorberande struktur enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d a v att det vätskelagrande materialet är polyakrylatbaserat. 10 '514 715 ll

8. Absorberande struktur enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d a v att medelporstorlekens diameter i den öppencelliga skumstrukturen är under 1000 mikrometer.

9. Absorberande alster såsom ett inkontinensskydd, blöja, blöjbyxa, binda, eller liknande och av de slag som innefattar ett vätskegenomsläppli gt ytskikt, ett vätsketätt bottenskikt och en däremellan anbragd absorberande struktur, k ä n n e t e c k n a d a v att den innehåller en absorberande struktur enligt något eller några av patentkraven l-8.