Целлюлозная масса и суперабсорбирующий композит для улучшения впитывания

 

Описан способный к расширению абсорбирующий композит, содержащий целлюлозную массу в количестве от приблизительно 28 до приблизительно 90 вес.%, суперабсорбирующий материал в количестве от приблизительно 8 до приблизительно 70 вес. % и связующее волокно в количестве от приблизительно 2 до приблизительно 20 вес.%, где композит имеет плотность от приблизительно 0,1 г/см³ до приблизительно 0,3 г/см³. Такой композит может быть использован в изделиях личной гигиены наподобие пеленок, тренировочных штанов, абсорбирующих подштанников, предметов, используемых при недержании у взрослых, и тому подобного. Композит обеспечивает комфорт для потребителя. 4 с. и 8 з.п. ф-лы, 3 ил., 2 табл.

Изобретение относится к абсорбирующим изделиям, особенно к абсорбирующим структурам, которые используют в предметах личной гигиены, таких как одноразовые гигиенические салфетки, пеленки или приспособления для защиты от недержания.

Желаемые цели при эксплуатации абсорбирующих изделий для личной гигиены включают малое просачивание или его отсутствие из изделия, ощущение сухости для потребителя и тонкость как средство обеспечить комфорт для потребителя. Современные абсорбирующие изделия, однако, часто не способны отвечать этим целям по множеству причин.

Просачивание может иметь место, например, вследствие недостаточной скорости поглощения слоями, предназначенными обеспечить удержание или способность рассредоточения в зоне впитывания или назначения. Попытки уменьшить просачивание, имеющее место по этому механизму, заключаются в создании абсорбирующих изделий, которые включают структуры обратимо изменяющего объем материала, расположенного выше (т.е. по направлению к потребителю) удерживающих или рассредоточивающих материалов. Патент США US 5364382 Латимер (Latimer) раскрывает нетканые материалы, такие как выдутые из расплава, клееные сетки с начесом и соформы из целлюлозной массы, которые принимают, а затем освобождают жидкость в средства удержания. Структуры материалов Латимер используют эластичные волокна большого денье, смешанные со смачиваемыми волокнами малого денье, чтобы достичь быстрого поглощения жидкости и быстрого освобождения жидкости в лежащий под ними удерживающий накапливающий материал. Дополнительно к этому, патент США US 5490846 Эллис (Ellis) раскрывает слоистые структуры для улучшения скорости впитывания обратимо изменяющих объем материалов.

Несмотря на такую разработку обратимо изменяющих объем материалов, которая пытается достичь быстрого поглощения и быстрого освобождения в удерживающий материал, остается цель удовлетворительно достигнуть тонкости. Указанные обратимо изменяющие объем материалы достаточно толстые, и когда их помещают в зону впитывания абсорбирующего изделия, они могут вызывать неприятное ощущение в области промежности от абсорбирующего изделия при первом одевании и могут приводить к нескольким проблемам при эксплуатации. Во-первых, изделие может протекать вследствие неплотного соприкосновения, которое образуется толстым обратимо изменяющим объем материалом. Во-вторых, изделие неудобно для потребителя, когда используют толстый материал, чтобы обеспечить необходимый свободный объем для поглощения. Следовательно, остается необходимость в материалах, которые будут быстро поглощать выделение в целевую область и либо накапливать выделение либо освобождать его для последующего накопления и которые, таким образом, остаются относительно тонкими перед выделением.

Задачей настоящего изобретения является создать материал для изделий личной гигиены, который быстро поглощает выделение, который может накапливать его или переносить его в соседний материал для рассредоточения или накопления и который остается относительно тонким перед таким выделением. Другой задачей настоящего изобретения является создать изделие личной гигиены, которое до выделения является тонким и удобным для потребителя.

Задачи настоящего изобретения достигаются посредством материалов и изделий, которые сконструированы так, чтобы быть очень тонкими перед выделением и быстро расширяться при выделении.

Настоящее изобретение представляет собой способный расширяться абсорбирующий композит, изготовленный из целлюлозной массы в количестве от приблизительно 30 до приблизительно 90 вес.%, суперабсорбирующего материала в количестве от приблизительно 10 до приблизительно 70 вес.% и связующего в достаточном количестве, например, от приблизительно 1 до приблизительно 20 вес. %, где композит имеет плотность от приблизительно 0,1 г/см³ до приблизительно 0,3 г/см³.

Такой композит может быть использован в изделиях личной гигиены наподобие пеленок, тренировочных штанов, абсорбирующих подштанников, предметов женской гигиены, предметов, используемых при недержании у взрослых, и тому подобного.

Фиг. 1, 2 и 3 являются графиками генерирования свободного объема в различных композитах настоящего изобретения при насыщении.

"Гидрофильный" описывает волокна или поверхности волокон, которые смачиваются водными жидкостями при контакте с волокнами. Степень смачивания материалов может, в свою очередь, быть описана на основе контактных углов и поверхностных натяжений рассматриваемых жидкостей и материалов. Подходящие оборудование и методики для измерения смачиваемости конкретных волокнистых материалов или смесей волокнистых материалов могут быть предоставлены Системой Анализа Поверхностных Сил (Surface Force Analyzer System) Cahn SFA-222 или эквивалентной ей, по существу, системой. При измерении по этой системе волокна, имеющие контактные углы менее 90^o, обозначают как "смачиваемые" или гидрофильные, тогда как волокна, имеющие контактные углы, равные или большие, чем 90^o, обозначают как "несмачиваемые" или гидрофобные.

"Слой", когда его используют в единственном числе, может иметь двойное значение единичного элемента или множества элементов.

"Жидкость" означает негазообразное, не разделенное на части вещество и/или материал, который течет и может принимать внутреннюю форму сосуда, в который он налит или помещен.

Термин "нетканый материал или сетка" означает сетку, имеющую структуру из индивидуальных волокон или нитей, которые переплетены, но которая не может быть идентифицирована как трикотажный материал. Нетканые материалы или сетки получены многими способами, такими как, например, процессы выдувания из расплава, процессы склеивания во время прядения и процессы получения клееной сетки с начесом. Вес основы нетканых материалов обычно выражают в унциях материала на квадратный ярд (у/я²) или граммах на квадратный метр (г/м²), а диаметр используемого волокна обычно выражают в микронах. (Примечание: чтобы превратить у/я² в г/м² надо у/я² умножить на 33,91.) Термин "микроволокна" означает волокна малого диаметра, имеющие средний диаметр не больше приблизительно 75 микрон, например, имеющие средний диаметр от приблизительно 0,5 микрон до приблизительно 50 микрон, или, более точно, микроволокна могут иметь средний диаметр от приблизительно 2 микрон до приблизительно 40 микрон. Другим часто используемым выражением диаметра волокна является денье, которое определяется как число граммов на 9000 метров волокна и может быть рассчитано как квадрат диаметра волокна в микронах, умноженный на плотность в граммах/см² и умноженный на 0,00707. Более низкое денье указывает на более тонкое волокно, а более высокое денье указывает на более толстое или более тяжелое волокно. Например, диаметр волокна из полипропилена, данный как 15 микрон, может быть превращен в денье возведением в квадрат, умножением результата на 0,89 г/см² и умножением на 0,00707. Таким образом, 15-микронное полипропиленовое волокно имеет денье около 1,42(15²•0,89•0,00707= 1,415). За пределами США более широко распространена единица измерения "текс", который определяют как число граммов на километр волокна. Текс может быть рассчитан как денье/9.

Термин "волокна, полученные склеиванием во время прядения" относится к волокнам малого диаметра, которые получают экструдированием расплавленного термопластичного материала в виде элементарных нитей из множества тонких, обычно круглых капилляров фильеры с диаметром экструдируемых элементарных нитей, который затем быстро понижают, как, например, в патенте США US 4340563 Аппель (Appel) и другие и патенте США US 3692618 Доршнер (Dorschner) и другие, патенте США US 3802817 Матсуки (Matsuki) и другие, патентах США US 3338992 и 3341394 Кинни (Kinney), патенте США US 3502763 Хартман (Hartman) и патенте США US 3542615 Добо (Dobo) и другие. Волокна, полученные склеиванием во время прядения, обычно не липкие, когда их осаждают на собирающую поверхность. Волокна, полученные склеиванием во время прядения, обычно сплошные и имеют средние диаметры (из пробы, по меньшей мере, в 10 штук) более 7 микрон, более точно, междуприблизительно 10 и 20 микронами.

Термин "волокна, выдутые из расплава" означает волокна, полученные экструдированием расплавленного термопластичного материала через множество тонких, обычно круглых, штампованных капилляров в виде расплавленных нитей или элементарных нитей в сходящиеся с высокой скоростью, обычно горячие газовые (например, воздушные) потоки, которые утоньшают элементарные нити расплавленного термопластичного материала, чтобы понизить их диаметр, который может быть доведен до диаметра микроволокна. После этого волокна, выдутые из расплава, переносят высокоскоростным газовым потоком и осаждают на собирающую поверхность с образованием сетки статистически размещенных выдутых из расплава волокон. Такой процесс раскрыт, например, в патенте США US 3849241. Выдутые из расплава волокна являются микроволокнами, которые могут быть сплошными или прерывистыми, обычно среднего диаметра меньше 10 микрон и обычно липкие, когда их осаждают на собирающую поверхность.

Термин "соформование" означает способ, в котором, по меньшей мере, одна головка фильеры для выдувания расплава расположена вблизи спускной трубы для транспортировки волокна, через которую добавляют другие материалы в сетку во время ее формования. Такими другими материалами могут быть, например, древесная пульпа, частицы суперабсорбента, волокна целлюлозы или штапеля. Процессы соформования показаны в широко известных патентах США US 4818464 Лэу (Lau) и 4100324 Андерсон (Anderson) и другие. Сетки, полученные процессом соформования, обычно называют соформованными материалами.

Термин "сопряженные волокна" относится к волокнам, которые получены из, по меньшей мере, двух источников полимеров, экструдированных из отдельных экструдеров, но спряденных вместе с образованием одного волокна. Сопряженные волокна также иногда называют многокомпонентными или бикомпонентными волокнами. Полимеры обычно отличаются друг от друга, хотя сопряженные волокна могут быть и монокомпонентными волокнами. Полимеры располагают, в основном, в постоянно расположенных различных зонах поперек сечения сопряженных волокон и вытягивают непрерывно вдоль длины сопряженных волокон. Конфигурация такого сопряженного волокна может быть, например, расположением оболочка/ядро, где один полимер окружен другим, или может быть смежным расположением, расположением пирога или расположением "острова в море". Сопряженным волокнам посвящен, например, патент США US 5382400 Пайк (Pike) и другие, и они могут быть использованы, чтобы получать гофрирование в волокнах с использованием различных скоростей расширения и усадки двух (или больше) полимеров. Такие волокна могут также быть расщепляемыми. Гофрированные волокна могут быть также получены механическими средствами и способом по немецкой заявке на патент DE 2513251 А1. Для двухкомпонентных волокон полимеры могут присутствовать в отношениях 75/25, 50/50, 25/75 или любых других желаемых отношениях. Волокна могут также иметь формы, какие описаны в патенте США US 5277976 Хогл (Hogle) и другие, который описывает волокна с необычными формами.

Способы получения сопряженных волокон хорошо известны и не требуют здесь детального описания. Чтобы получить сопряженное волокно, обычно два полимера экструдируют отдельно и подают в распределяющую полимеры систему, где полимеры вводят в сегментированную тарелку фильеры. Полимеры следуют раздельными путями в фильеру для волокон, и их соединяют в отверстии фильеры, которое содержит два или больше концентрических круглых отверстия, получая, таким образом, волокна типа оболочка/ядро, или круглое отверстие фильеры разделяют вдоль диаметра на две части, чтобы получить волокна смежного типа. Объединенную полимерную элементарную нить затем охлаждают, отверждают и вытягивают обычно на системе механических вальцов до промежуточного диаметра элементарной нити и собирают. Затем элементарную нить подвергают "холодной вытяжке" при температуре ниже ее температуры размягчения до желаемого конечного диаметра волокна, гофрируют/текстурируют и разрезают на волокна желаемой длины. Сопряженные волокна могут быть разрезаны на относительно короткие, такие как штапельные волокна, которые обычно имеют длину в интервале от 25 до 51 миллиметров (мм), и коротко разрезанные волокна, которые даже короче и обычно имеют длину менее 18 миллиметров. Смотри, например, патент США US 4789592 Танигучи (Taniguchi) и другие и патент США US 5336552 Стрек (Strack) и другие, которые оба включены здесь при ссылках во всей их полноте.

Термин "клееная сетка с начесом" относится к сеткам, что изготовлены из штапельных волокон, которые пропустили через гребнечесальный или кардочесальный агрегат, который разрывает на части и располагает штапельные волокна в направлении машины, чтобы получить обычно ориентированную в направлении машины волокнистую нетканую сетку. Такие волокна обычно перемещают в прессованных кипах, которые помещают в трепальную машину, которая разделяет волокна перед чесальным агрегатом. После того как сетка сформована, затем ее склеивают одним или несколькими из известным способов склеивания. Одним из таких способов склеивания является порошковое склеивание, где порошкообразный адгезив распределяют по сетке и затем активируют, обычно нагреванием сетки и адгезива горячим воздухом. Другим подходящим способом склеивания является склеивание выкройки, где используют нагретые вальцы каландра или ультразвуковое склеивающее оборудование, чтобы склеить волокна вместе обычно в локализованную склеенную выкройку, хотя сетка может быть склеена поперек ее цельной поверхности, если желательно так. Другим подходящим и хорошо известным способом склеивания, особенно при использовании сопряженных штапельных волокон, является склеивание на воздухе.

"Воздушное наложение" является хорошо известным способом, которым может быть сформован волокнистый нетканый слой. В процессе воздушного наложения пучки маленьких волокон, имеющих обычно длины в интервале от приблизительно 2 до приблизительно 19 миллиметров (мм) разделяют и помещают в подаваемый воздух, а затем осаждают на формующий экран обычно с помощью вакуумной подачи. Статистически осажденные волокна затем склеивают друг с другом с использованием, например, горячего воздуха или распыления адгезива.

"Изделие личной гигиены" означает пеленки, тренировочные штаны, абсорбирующие подштанники, предметы женской гигиены и предметы, используемые при недержании у взрослых.

Методы испытаний Калибр материала (толщина): Калибр материала, который представляет собой меру толщины, измеряют при 0,00352 кг/м² тестером толщины типа Старрет (Starret) в сантиметрах.

Плотность: Плотность материала рассчитывают делением веса на единицу площади образца в граммах на квадратный метр (г/м²) при калибре образца в миллиметрах (мм) при 0,00352 кг/м² (68,9 паскалей) и умножают результат на 0,001, чтобы превратить величину в количество граммов на кубический сантиметр (г/см²). Обычно вычисляли сумму из трех образцов и усредняли для получения величины плотности.

Индекс времени поглощения (ВПИ): В этом тесте определяют абсорбционную емкость суперабсорбирующего материала относительно времени до 200 минут при небольшом давлении, например, около 0,007 кг/м².

Используют цилиндр внутренним диаметром один дюйм (25,4 мм) с цельным экраном из нержавеющей стали 100 меш на одном конце, чтобы удерживать 0,16 ± 0,005 граммов сухого суперабсорбента. Этот суперабсорбент следует осторожно поместить в цилиндр так, чтобы суперабсорбент не прилипал к стенкам цилиндра. Цилиндр следует осторожно постукивать, чтобы более равномерно распределить суперабсорбент на экране. Затем в цилиндр помещают пластиковый поршень весом 4,4 грамма, диаметром 0,995, и цилиндр, поршень и суперабсорбент в комплекте взвешивают. Комплект помещают в резервуар для жидкости размером 3 дюйма на 3 дюйма (76,4 мм на 76,4 мм), содержащий раствор NaСl концентрацией 0,875 вес.%, на глубину 1 см. Осторожно постукивают цилиндр, чтобы удалить весь воздух, захваченный под ним, и поддерживают глубину солевого раствора 1 см на протяжении всего теста.

Используют таймер, способный считать 200 минут с интервалами в одну секунду. Запускают таймер и через 5 минут пребывания в растворе удаляют комплект и отпечатывают на абсорбирующую бумагу. Предпочтительной бумагой является бумага столовых салфеток Kleenex® Premium от Kimberly-Clark Corp., хотя можно использовать любую другую пригодную бумагу. При отпечатывании плотно прижимают бумагу к цилиндру, чтобы обеспечить хороший контакт. Прикасаются цилиндром три раза к сухой бумаге, и в третий раз должно удаляться очень мало жидкости. Взвешивают комплект и возвращают комплект в резервуар с жидкостью. Отпечатывание и взвешивание следует производить около 5 с и таймер должен работать на протяжении всего теста. Снимают показания в 5, 10, 15, 30, 45, 60, 75, 90, 120, 160 и 200 минут. Используют свежие сухие салфетки для каждого показания.

После последнего показания подсчитывают число граммов жидкости, абсорбированное на грамм суперабсорбента. Количество жидкости, адсорбированной в определенное время, деленное на количество, абсорбированное за 200 минут, может быть отложено относительно времени для графического представления скорости абсорбции.

ВПИ рассчитывают следующим образом: ВПИ=(t₁₀+t₂₀+t₃₀+t₄₀+t₅₀+t₆₀+t₇₀+t₈₀+t₉₀)/9, где t_n - время в минутах, за которое используется n процентов от абсорбционной емкости при 200 минутах, например, t₃₀ представляет собой время, при котором используется 30 процентов полной емкости.

Гравиметрический абсорбционный тест (ГАТ): Этот тест измеряет время, которое абсорбирующий композит затрачивает на поглощение выделения. Измеряют также свободный объем и массу образца. Помещают круг из испытуемого материала диаметром 6,8 см на платформу для образца агрегата тестера ГАТ с точкой установки в центре образца. Пригоден тестер ГАТ от М/К Systems, Inc. Danvers, MA 01923, модель номер М/К 241, номер серии G1048. После обнуления инструмента устанавливают давление 4 см положительного гидростатического давления. Помещают вес на образец, чтобы обеспечить давление на образец 0,0352 кг/м² (68,9 паскалей). Подают жидкость на образец, поддерживая постоянное гидростатическое давление и регистрируя время, необходимое для поглощения 10 граммов раствора NaСl концентрацией 0,875 вес.%. Позволяют образцу прийти в равновесие за 30 минут и повторяют до достижения желаемого числа выделений. После последнего выделения удаляют образец и измеряют массу и толщину при давлении 0,0352 кг/м².

Структуры материалов настоящего изобретения разработаны так, чтобы быть очень тонкими материалами, которые быстро расширяются при выделении. Следовательно, когда потребитель использует абсорбирующее изделие, оно очень тонкое и удобное и хорошо подходит. Когда структура материала расширяется во время использования, она создает необходимый свободный объем, чтобы принимать поступающую жидкость, шансы которой на просачивание, в свою очередь, снижаются.

Имеется несколько вариантов осуществления этого изобретения, описанных ниже. Все сконструированы так, чтобы начинать с очень тонкой структуры, которая затем расширяется при контакте с выделяемой жидкостью.

Структура материала состоит из модифицированного волокна из целлюлозной массы, модифицированного суперабсорбента и небольшого количества связующего, предпочтительно термически активированного связующего волокна. Материал первоначально производят и стабилизируют при низкой плотности. Затем материал сжимают и фиксируют при более высокой плотности в качестве части абсорбирующей системы, которая отвечает требованиям тонкости. При выделении сжатая структура восстанавливает значительную часть своего произведенного калибра, достигая плотности, промежуточной между произведенным и сжатым состояниями. Способный к расширению композит обеспечивает максимальную выгоду, когда его используют как часть абсорбирующей системы, которая перемещает жидкость за пределы зоны назначения.

Отдельные примеры включают структуры, содержащие волокно из целлюлозной массы, суперабсорбирующий материал и термопластичное связующее волокно, и их производили на системе с воздушным наложением Dan Web. Композиты в сфере настоящего изобретения содержали 75% или 55% по весу волокна из сшитой целлюлозной массы NHB-416 Weyerhauser Company и 5% по весу сопряженных волокон Hoechst-Celanese Company, называемых Celbond T105. Суперабсорбирующими материалами были 20% или 40% по весу AFA-130-53C Dow Chemical, W77553 Stockhausen или FAV880A Stockhausen. Материалы производили при низкой плотности (0,05 г/см³) и средней плотности (0,1 г/см³) и термически стабилизировали в онлайновом режиме. W77553 Stockhausen представляет собой полученный полимеризацией в массе полиакрилат с гидрофобной обработкой поверхности. FAV880A Stockhausen является промышленно доступным NC 27406 от Stockhausen Company of Greensboro и представляет собой суперабсорбент с высоко сшитой поверхностью. AFA-130-53C представляет собой частицы полученного суспензионной полимеризацией полиакрилата размером от 850 до 1400 микрон от Dow Chemical Company из Мидленда, Мичиган. Композиты уплотняли до целевой плотности абсорбирующего продукта 0,20 г/см³ горячим прессованием в клинообразно вырубающем прессе (1 минута при 80-100^oС). Эта процедура прессования приводила к материалам, которые сохраняли плотность 0,20 г/см³ на протяжении всего времени расширения. Хотя, чтобы получить желаемые структуры, могут быть также использованы другие процедуры прессования и другие промышленно доступные процедуры сжатия, включая непрерывное онлайновое каландрирование, более низкая температура прессования (<50С) с добавлением влаги или без нее приводила к материалам, которые быстро повторно набухали при обычных условиях и не поддерживали долго желаемую малую толщину, чтобы попадать в сферу настоящего изобретения.

Более высокая температура склеивания (150^oС) приводила к образцам, которые избыточно склеены и которые не расширялись быстро при увлажнении и, следовательно, не приводили к требуемому свободному объему, необходимому, чтобы попадать в сферу настоящего изобретения. Это контрастирует с образцом, который был склеен при более хороших условиях (80-100^oС) и быстро расширяется при увлажнении до степени выше 80% его толщины в несжатом состоянии и выше 90% его толщины при насыщении, если начинать с несжатого состояния.

Предпочтительная структура материала, следовательно, представляет собой влажное эластичное, но очень гидрофильное химически сшитое волокно из целлюлозной массы, такое как NHB416 Weyerhauser (от 28 до 90 вес.%), суперабсорбент с низкой скоростью поглощения, такой как AFA-130-53C Dow или W77553 Stockhausen (от 8 до 70 вес.%) и связующее волокно, такое как сопряженные волокна типа ядро-оболочка, произведенные Chisso, Hercules, Danaklon или Hoechst-Celanese, такие как волокна Celbond T105/T255.

Под суперабсорбентом "с низкой скоростью поглощения" понимают суперабсорбент, имеющий индекс времени поглощения (ВПИ), по меньшей мере, 5 минут, более предпочтительно более 10 минут. Заметим, что, хотя предпочтительны суперабсорбенты с низкой скоростью поглощения, суперабсорбенты с высокой скоростью поглощения или традиционные также будут работать, как обсуждается ниже. Суперабсорбенты с высокой скоростью поглощения действуют так, что связывают жидкость быстро, ограничивая рассредоточение и тампонирование и понижая общее рассредоточение жидкости в абсорбирующем изделии, но все же обеспечивая очень хорошее выполнение впитывания.

Связующее должно присутствовать в достаточном количестве, чтобы удерживать структуру вместе. Однако могут быть возможны более низкие количества, достаточным считается количество связующего между приблизительно 1 и приблизительно 20 вес.%. Сопряженные связующие волокна предпочтительны, хотя может быть использовано любое связующее, известное как эффективное. Связующее должно осуществлять свою функцию, когда композит сжимают, и удерживать композит в состоянии более высокой плотности перед жидким выделением. При выделении связующее должно позволять композиту расширяться до, по существу, его калибра перед сжатием. Если связующее находится в форме волокна, предпочтительно, чтобы это волокно было как можно более тонким.

Связующие, чувствительные к влаге, пригодны в форме порошка, жидкости или волокон, чтобы их можно было активировать с использованием нагревания и/или небольших количеств влаги. Связующими системами могут быть адгезивы, порошки или волокна из поливинилового спирта, которые растворяются в жидкостях. Некоторые конкретные примеры поливиниловых спиртов имеют легкообратимые сшивки, которые позволяют изменять адгезивные свойства при контакте с выделением, позволяя расширяться эластичной структуре. Также могут быть использованы чувствительные к воде адгезивы, полученные из горячего расплава, которые имеют временные инициаторы на основе контролируемой гидрофильности, или могут быть использованы инициируемые водой полимеры, такие как чувствительные к основаниям акрилаты. Связующие также включают полиакриламиды, полиакриловую кислоту и ее сополимеры, связующие из крахмала, целлюлозные связующие и связующие на основе протеинов.

Сопряженные связующие волокна, которые могут быть использованы в практике настоящего изобретения, могут быть гофрированными. Одна сторона сопряженного волокна может иметь инициируемый водой первый компонент, такой как полиэтиленоксид, тогда как другая сторона волокна может иметь в качестве второго компонента эластичное волокно, такое как полиэтилентерефталат (ПЭТФ). Многие полимеры являются деструктурируемыми в обыкновенной простой воде, такой как водопроводная вода, которая обычно имеет рН в интервале от приблизительно 6,5 до приблизительно 8,5, и могут служить в качестве деструктурируемой водой части сопряженного волокна. Могут также быть выбраны для первого компонента полимеры, которые чувствительны к изменению рН или становятся деструктурируемыми в результате изменения рН, растворимые в водном окружении при изменении ионной концентрации и/или изменении температуры.

Другим механизмом, который может быть использован для инициирования способности к деструкции водой, является чувствительность к ионам, где термин "ион" дается в его обычном значении атома или связанной в молекулу группы атомов, которые имеют приобретенные или потерянные один или несколько электронов и, следовательно, имеют отрицательный или положительный электрический заряд. Определенные полимеры содержат компоненты на основе кислот (R-COO-), которые удерживаются вместе водородными связями. В сухом состоянии эти полимеры остаются твердыми. Смотри, например, патент США US 4419403 Вароне (Varona), который включен здесь при ссылке в полном объеме.

Примерами полимеров, способных к деструкции в водных смесях или в туалетной воде, являются привитые сополимеры поливинилового спирта, поставляемые Nippon Synthetic Chemical Co., Ltd., Осака, Япония, обозначаемые как Ecomaty AX2000, AX 10000 и AX-300G. Полимеры Nippon растворимы в холодной воде, но несколько медленнее по скорости растворения, чем полимеры Fuller. Еще одним первым полимерным компонентом может быть блок-сополимер простого полиэфира и амида, обозначаемый Pebax MX 1074, поставляемый Atochem (США), расположенной в Филадельфии, Пенсильвания. Полимер Pebax MX 1074 получают из мономеров эпсилон-капролактама (найлон 12) и тетраметиленгликоля. Эти мономеры полимеризуют с получением серии блок-сополимеров простого полиэфира и амида. Полимер Pebax нерастворим в воде, но способен набухать в воде и, следовательно, может быть использован также в более высоком объеме окружающей воды. Полимеры Fuller могут быть подобраны ко второму полимерному компоненту (ядру) с температурой размягчения или плавления, по меньшей мереприблизительно на 10^oС выше, как это имеет место в случае с полипропиленом. Полимеры Nippon или Atochem могут быть подобраны со вторым полимерным компонентом с более высоким интервалом температуры плавления, таким как полипропилен или полибутилентерефталат.

Более точно, способный к расширению адсорбирующий композит настоящего изобретения может содержать целлюлозную массу в количестве от приблизительно 30 до приблизительно 80 вес.%, суперабсорбент в количестве от приблизительно 10 до приблизительно 60 вес.% и связующее в количестве от приблизительно 1 до приблизительно 10 вес.%. Еще более точно, способный к расширению адсорбирующий композит может содержать целлюлозную массу в количестве от приблизительно 55 до приблизительно 75 вес.%, суперабсорбент в количестве от приблизительно 20 до приблизительно 40 вес.% и связующее в количестве от приблизительно 3 до приблизительно 8 вес.%. Такие композиты должны иметь плотность после сжатия и до смачивания между приблизительно 0,1 г/см³ и 0,30 г/см³ и предпочтительно около 0,20 г/см³.

Приложенные фигуры показывают генерирование свободного объема как функцию насыщения для трех структур материалов, которые попадают в сферу настоящего изобретения. На фигурах свободный объем показан по осям Y в единицах см³/г, а насыщение показано по осям Х в единицах г/г.

Пример 1 Фиг.1 представляет собой график генерирования свободного объема при насыщении в композите, содержащем суперабсорбирующий материал с высокой скоростью поглощения FAV880 Stockhausen в количестве 20 вес.%, химически сшитую целлюлозную массу NHB416 от Weyerhauser в количестве 75 вес.% и Celbond Т105 от Hoechst-Celanese в количестве 5 вес.%. Произведенная плотность составляла 0,04 г/см³, и образец состоял из 2 слоев с общим весом спряденной основы 400 г. Образец прессовали 1 минуту при 80^oС до конечной плотности 0,2 г/см³. График представляет собой кривую генерирования свободного объема как функцию насыщения. Эта схема иллюстрирует, что образец начинает с емкости свободного объема 6 см³/г и удваивает эту емкость до приблизительно 12 см³/г, когда образец достигает насыщения 7 г/г.

Пример 2 Фиг.2 показывает сравнимые данные для слоистого композита, который использует суперабсорбирующий материал с низкой скоростью поглощения Dow AFA-130-53C вместо суперабсорбента FAV880 Stockhausen из фиг.1, материал произвели с плотностью 0,055 г/см³. Все другие материалы и условия прессования идентичны таковым в примере 1. Как можно видеть в фиг.2, эта композиция генерирует очень сходную емкость свободного объема как функцию повышаемого насыщения.

Пример 3 Еще один вариант осуществления изобретения представляет собой композит с тем же самым составом и условиями прессования, как в примере 2, но композит имел произведенную плотность 0,11 г/см³. При этой начальной плотности генерирование свободного объема составляет только 10 см³/г при насыщении 7 г/г, но все еще попадает в сферу настоящего изобретения. Свойства генерирования свободного объема этого композита иллюстрируются в фиг.3.

Пример 4 Этот вариант осуществления изобретения представляет собой композит с теми же самыми материалами и условиями прессования, как в примере 1, за исключением того, что использовали 55 вес.% целлюлозной массы и 40 вес.% суперабсорбента. Этот композит имел произведенную плотность 0,05 г/см³ и конечную плотность 0,2 г/см³. Нет фигуры, представляющей генерирование свободного объема в этом примере.

Пример 5 Этот вариант осуществления изобретения представляет собой композит с теми же самыми материалами и условиями прессования, как в примере 2, за исключением того, что использовали 55 вес.% целлюлозной массы и 40 вес.% суперабсорбента. Этот композит имел произведенную плотность 0,053 г/см³ и конечную плотность 0,2 г/см³. Нет фигуры, представляющей генерирование свободного объема в этом примере.

Таблицы 1 и 2 показывают данные гравиметрического абсорбционного теста (ГАТ) для пяти примеров, а также для используемого в промышленности материала пеленок Hugges®. Материал пеленок Hugges® был взят из удерживающего материала под обратимо изменяющим объем материалом в передней зоне назначения Hugges® для пеленок Him Ultratrim®, размер 3. Эти пеленки промышленно доступны от Kimberly-Clark Corporation, Даллас, Техас. Эти образцы имели плотность около 0,02 г/см³ и содержали промышленно доступные суперабсорбенты, либо FAV880 Stockhausen, либо 2035 Dow в количестве около 38 вес.%, и целлюлозную массу 1654 Coosa, получаемую от Coosa Mills, Coosa, Алабама, в количестве около 62 вес.%.

Таблица 1 показывает результаты пеленки Hugges® для двух установок образцов, а также результаты для каждого из примеров с двумя слоями, как показано. Образцы пеленок Hugges® имели вес основы около 800 г, а примеры с двумя слоями имели вес основы около 400 г. Результаты таблицы 2 показывают примеры с весом основы около 800 г.

Как можно видеть из таблицы 1, все материалы примеров поглощали 10 мл выделений значительно быстрее, чем пеленка Hugges® в первом и втором выделениях, хотя даже испытывали только половину массы материала. Материалы примеров имели около половины толщины (калибра) материала пеленки Hugges®. Материалы примеров использовали имеющийся свободный объем более эффективно, чем промышленно доступный материал, как можно видеть из данных по свободному объему на правой стороне таблицы 1. Примеры поддерживали высокую скорость впитывания даже после достижения 70% насыщения.

Таблица 2 показывает сходные с таблицей 1 данные, но здесь используют вес основы и начальную толщину для материалов примеров, которые приблизительно такие же, как у материала пеленки Hugges®. Как можно видеть из данных таблицы 2, материал примеров весь поглощают все три выделения объемом 10 мл значительно быстрее, чем материал пеленки Hugges®. Использование свободного объема также значительно улучшалось.

Материал примеров, хотя он внешне несколько сходен с материалом пеленки Hugges® по составу, обеспечивал отчетливо лучшую эксплуатацию. Предполагают, что это имеет место вследствие генерирования свободного объема, которое происходит, когда материалы примеров расширяются при контакте с жидкостью. Это расширение направляется не только нормальным расширением суперабсорбента, как это происходит, например, в пеленке Hugges®, но также расширением волокнистой матрицы, в которой содержится суперабсорбент. В композитах, согласно настоящему изобретению, следовательно, устраняется или снижается блокирование геля суперабсорбента и следующее за ним ограничение впитывания жидкости. Композиты настоящего изобретения, следовательно, могут быть использованы в качестве обратимо изменяющих объем материалов, как задерживающие материалы с обратимым изменением объема выше, чем в обычных пеленках Hugges®, или могут быть использованы как удерживающие материалы без обратимого изменения объема вследствие их превосходных абсорбирующих свойств.

Хотя только несколько типичных вариантов осуществления настоящего изобретения описаны выше детально, специалисты легко оценят, что возможны многие модификации в типичных вариантах осуществления изобретения, фактически, без отделения от новых уроков и преимуществ настоящего изобретения. В соответствии с этим имеется в виду, что все такие модификации включаются в сферу настоящего изобретения, которая определена в следующей формуле изобретения. Имеется в виду, что в пунктах этой формулы изобретения способы плюс функциональные пункты формулы изобретения покрывают описанные здесь структуры как осуществляющие указанную функцию, и не только структурные эквиваленты, но также и эквивалентные структуры. Таким образом, хотя гвоздь и болт могут не быть структурными эквивалентами в том, что гвоздь обладает цилиндрической поверхностью для того, чтобы прикреплять деревянные части друг к другу, тогда как болт обладает спиральной поверхностью в окружении скрепленных деревянных частей, гвоздь и болт могут быть эквивалентными структурами.

Формула изобретения

1. Способ получения способного к расширению абсорбирующего стабилизированного композита, содержащий следующие этапы: смешивание целлюлозной массы в количестве от 28 до 90 вес.%, суперабсорбирующего материала в количестве от 8 до 70 вес.% и связующего волокна в количестве от 1 до 20 вес.% для формирования стабилизированной сетки, сжатие стабилизированной сетки между двумя поверхностями при температуре и в течение времени, достаточных для получения способного к расширению абсорбирующего стабилизированного композита, имеющего плотность между 0,1 и 0,3 г/см³.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что сетку нагревают при температуре между 80 и 100^oС.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при осуществлении указанного этапа смешивания используют от 1 до 10 вес.% связующего волокна.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при осуществлении указанного этапа смешивания используют от 3 до 8 вес.% связующего волокна.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при осуществлении указанного этапа смешивания используют от 30 до 90 вес.% целлюлозной массы и от 10 до 70 вес.% суперабсорбирующего материала.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что указанный этап сжатия осуществляют с применением пресса.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при осуществлении указанного этапа смешивания используют от 30 до 80 вес.% целлюлозной массы, от 10 до 60 вес.% суперабсорбирующего материала и от 1 до 10 вес.% связующего волокна.

8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при осуществлении указанного этапа смешивания используют от 55 до 75 вес.% целлюлозной массы, от 20 до 40 вес.% суперабсорбирующего материала и от 3 до 8 вес.% связующего волокна.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что в результате осуществления указанного этапа смешивания получают стабилизированную сетку, имеющую плотность между 0,05 и 0,1 г/см³ перед указанным этапом сжатия.

10. Способный к расширению абсорбирующий стабилизированный композит, полученный в соответствии со способом по п.1, отличающийся тем, что обладает возможностью быстро расширяться при намокании на величину, превышающую 80% от его толщины в несжатом состоянии, и на величину, превышающую 90% от его толщины в несжатом состоянии, при достижении состояния насыщенности.

11. Способ получения способного к расширению абсорбирующего стабилизированного композита, содержащий следующие этапы: смешивание целлюлозной массы в количестве от 28 до 90 вес.%, суперабсорбирующего материала в количестве от 8 до 70 вес.% и связующего волокна в количестве от 1 до 20 вес.% для формирования стабилизированной сетки, сжатие этой стабилизированной сетки между двумя поверхностями при температуре и в течение времени, достаточных для получения способного к расширению поглощающего стабилизированного композита, имеющего плотность между 0,1 и 0,3 г/см³ при котором в результате осуществления указанного этапа смешивания получают стабилизированную сетку, имеющую плотность между 0,05 и 0,1 г/см³ перед указанным этапом сжатия, и при котором указанную сетку нагревают при температуре между 80 и 100^oС в ходе этапа сжатия.

12. Способный к расширению абсорбирующий стабилизированный композит, полученный в соответствии со способом по п.11, отличающийся тем, что обладает возможностью быстро расширяться при намокании на величину, превышающую 80% от его толщины в несжатом состоянии, и на величину, превышающую 90% от его толщины в несжатом состоянии, при достижении состояния насыщенности.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6