Настоящее изобретение относится к абсорбирующей структуре в абсорбирующем изделии, таком как подгузник, подгузник в виде трусов, защитное приспособление, используемое при недержании, гигиеническая прокладка или т.п., причем указанная структура содержит комбинацию пористого материала, такого как волокна и/или вспененный материал, и материала со сверхвысокой абсорбционной способностью (суперабсорбента). Изобретение также относится к абсорбирующему изделию, содержащему такую абсорбирующую структуру.
Предшествующий уровень техники
Для абсорбирующих изделий вышеуказанного типа исключительно важно, чтобы они обладали способностью быстро принимать и абсорбировать большие количества жидкости. Кроме того, важно, чтобы жидкость могла распределяться из зоны смачивания в другие части абсорбирующей структуры с тем, чтобы можно было использовать общую абсорбционную способность изделия.
Кроме того, важно, чтобы абсорбирующая структура обладала способностью удерживать жидкость также и в случае подвергания указанной структуры воздействию внешних нагрузок, например, когда пользователь движется, сидит или лежит.
Одна проблема, которая в особенности характерна для подгузников и защитных приспособлений, используемых при недержании, которые предназначены для приема и абсорбирования сравнительно больших количеств жидкости, заключается в том, что существует опасность утечек жидкости до того, как будет полностью использована вся абсорбционная способность этих изделий. Причиной такой утечки является то, что абсорбирующая структура, особенно при неоднократных смачиваниях, обладает пониженной способностью быстро принимать и абсорбировать большие количества жидкости.
Абсорбирующие изделия этого типа содержат проницаемый для жидкости верхний лист, не проницаемый для жидкости задний лист и абсорбирующую структуру, расположенную между ними, причем указанная абсорбирующая структура содержит принимающий жидкость слой, расположенный рядом с проницаемым для жидкости верхним листом, и один и более слоев для удерживания и распределения жидкости.
Для того чтобы обеспечить высокую абсорбционную способность и высокую способность к удерживанию жидкости при подвергании изделия воздействию внешних нагрузок, изделие содержит так называемые суперабсорбенты. Суперабсорбенты представляют собой сетчатые полимеры, обладающие способностью абсорбировать жидкость в количестве, которое в несколько раз, 10 раз и более, превышает их собственную массу. Кроме того, они обладают способностью удерживать абсорбированную жидкость также и в случае подвергания воздействию внешнего давления. Они получили широкое распространение в абсорбирующих изделиях, в которых они обычно используются в виде частиц, таких как зерна, гранулы, хлопья или волокна, и они смешиваются с другими абсорбирующими материалами, обычно целлюлозными волокнами, или образуют слои между другими абсорбирующими материалами.
Эффективность суперабсорбента зависит от многих факторов, например от того, где и как суперабсорбент вмешан в абсорбирующую структуру, какую физическую форму имеют частицы суперабсорбента, и от свойств суперабсорбента, таких как скорость абсорбции, прочность геля и способность к удерживанию жидкости.
Важной причиной того, что абсорбирующая структура функционирует неудовлетворительно при неоднократных смачиваниях, например при втором и третьем случаях смачивания, является то, что после набухания частиц суперабсорбента суперабсорбенту трудно сохранять свою структуру и форму. Например, при внешних нагрузках прочность частиц суперабсорбента может уменьшиться, а их форма измениться. Вследствие того, что суперабсорбенту при внешних нагрузках и после первого и второго смачивания трудно сохранять свою структуру и форму, возникает широко распространенное явление, называемое блокированием гелем. Блокирование гелем означает, что суперабсорбент при смачивании его образует гель, который блокирует поры в пористой волокнистой структуре, и это приводит к ухудшению перемещения жидкости из зоны смачивания в другие части абсорбирующей структуры. Следствием этого является неоптимальное использование общей абсорбционной способности абсорбирующей структуры, а также повышенный риск утечек.
Проблема блокирования гелем становится более острой в том случае, когда количество материала суперабсорбента в абсорбирующей структуре велико. Чтобы получить изделие, которое будет обособленным и удобным при ношении, желательно, однако, чтобы изделие было тонким. Для того чтобы такие тонкие изделия сохраняли большую способность к абсорбированию жидкости, они часто изготавливаются со сравнительно большим количеством суперабсорбента.
Для того чтобы повысить способность суперабсорбента сохранять свою структуру даже при внешних нагрузках и после множества смачиваний, суперабсорбирующий материал часто сшивают в два этапа. Первое сшивание представляет собой так называемое внутреннее сшивание и выполняется путем совместной полимеризации акриловой кислоты и, по меньшей мере, одного бифункционального вещества при образовании сетчатой пространственной структуры [полимерной сетки].
Обладающие способностью к сополимеризации сшивающие агенты, используемые в полимерах со сверхвысокой абсорбционной способностью, обычно состоят из бифункциональных веществ, таких как эфиры диакриловой кислоты (диакрилаты) и аллилметакрилаты трифункциональных веществ, таких как 1,1,1-триметилолпропантриакрилат и триаллиламин, или из четырехфункциональных веществ, таких как тетрааллилоксиэтан.
Второе сшивание представляет собой так называемое поверхностное сшивание и предусматривает то, что суперабсорбент будет легче сохранять свою исходную форму также при подвергании его воздействию внешних нагрузок и после нескольких смачиваний. Поверхностное сшивание суперабсорбента обычно выполняют путем этерификации карбоксильных групп. Одним примером агентов для поверхностного сшивания являются полигидроксильные вещества. Другим примером являются карбонаты органических веществ, предпочтительно этиленкарбонат в водном растворе.
Третьим примером является использование диглицидильных соединений, в особенности этиленгликольдиглицидиловый эфир [ethylene glycoldiglycidilether - EDGE].
Например, из патента США 4043952 также известно поверхностное сшивание суперабсорбента на основе анионоактивного полиэлектролита с ионом поливалентного металла, например алюминия. Поверхностное сшивание возникает с образованием ионных связей. Утверждается, что рассматриваемый суперабсорбент обладает улучшенной способностью к диспергированию в водной среде. Отсутствует упоминание о влиянии на абсорбционную способность в абсорбирующем изделии.
Из ЕР-В-0 248 963 известно поверхностное сшивание суперабсорбента анионоактивного типа с поличетвертичным амином для повышения абсорбционной способности суперабсорбента. Также и в данном случае сшивание осуществляется с помощью образования ионных связей.
Задача и наиболее важные признаки изобретения
Задачей настоящего изобретения является разработка абсорбирующей структуры в абсорбирующем изделии вышеуказанного вида, которая содержит большое количество материала со сверхвысокой абсорбционной способностью (суперабсорбента), причем указанная абсорбирующая структура имеет улучшенные свойства с точки зрения способности приема жидкости и способности к распределению жидкости при неоднократных смачиваниях. В соответствии с изобретением это достигается за счет того, что абсорбирующая структура содержит суперабсорбент в количестве, соответствующем его массовой доле по меньшей мере 50 процентов от общей массы структуры в сухом состоянии, по меньшей мере, в одной зоне структуры, в которой распределен суперабсорбент, причем указанный суперабсорбент подвергнут сшиванию с помощью ионных связей.
Суперабсорбент также может быть подвергнут сшиванию с образованием ковалентных связей с помощью другого сшивающего агента.
Суперабсорбент предпочтительно содержит полимер с анионными функциональными группами, например сетчатый полимер из полиакрилата, имеющего функциональные карбоксильные группы.
Суперабсорбент предпочтительно подвергнут сшиванию катионами, которые посредством ионных связей образуют связи с анионными функциональными группами суперабсорбента. В соответствии с одним вариантом осуществления катионный сшивающий агент содержит ион поливалентного металла, например алюминия, циркония, хрома, титана или цинка. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления ионное сшивание осуществляется ионами алюмината [Аl(ОН)4] -.
Суперабсорбент может быть подвергнут или поверхностному сшиванию ионным сшивающим агентом, или по существу равномерному сшиванию с помощью этого агента.
В соответствии с одним вариантом осуществления абсорбирующая структура имеет массовую долю суперабсорбента не менее 70 процентов от общей массы структуры в сухом состоянии, по меньшей мере, в одной зоне, в которой распределен суперабсорбент.
Кроме того, изобретение относится к абсорбирующему изделию, такому как подгузник, подгузник в виде трусов, защитное приспособление, используемое при недержании, гигиеническая прокладка или т.п., содержащему проницаемый для жидкости верхний лист, не проницаемый для жидкости задний лист и абсорбирующую структуру, расположенную между ними, в котором абсорбирующая структура представляет собой структуру указанного выше типа.
Описание чертежей
В дальнейшем изобретение будет более подробно описано со ссылкой на сопровождающие чертежи.
Фиг. 1а и b показывают в виде графиков сравнение степени использования абсорбционной способности абсорбирующего изделия на различных расстояниях от зоны смачивания, при этом показаны графики для абсорбирующего изделия, имеющего массовую долю различных суперабсорбентов соответственно в количестве 50 и 70%.
Фиг. 2а и b показывают в виде столбиковых диаграмм время приема при первом, втором и третьем случаях смачивания абсорбирующих изделий, имеющих массовую долю различных суперабсорбентов соответственно в количестве 50 и 70%.
Фиг. 3а и b показывают в виде графиков повторное увлажнение после первого, второго и третьего случаев смачивания абсорбирующих изделий, имеющих массовую долю различных суперабсорбентов соответственно в количестве 50 и 70%.
Фиг.4а и b показывают в виде столбиковых диаграмм время мгновенного приема под определенной нагрузкой при первом, втором, третьем и четвертом случаях смачивания абсорбирующих изделий, имеющих массовую долю различных суперабсорбентов соответственно в количестве 50 и 70%.
Описание вариантов осуществления
Под суперабсорбентами понимают такие материалы, которые при образовании геля могут абсорбировать выделяемые организмом жидкости и жидкости для испытаний, сравнимые с ними, такие как синтетическая моча или 0,9%-ный солевой раствор, в количестве, во много раз, в 10 раз или более, превышающем их собственную массу. Такие материалы могут, например, представлять собой образующие гидрогель полимеры в виде солей щелочных металлов полиакриловой кислоты (полиакрилатов щелочных металлов), полиметакриловой кислоты (полиметакрилатов щелочных металлов), сополимеров акриловой и метакриловой кислоты с другими мономерами, крахмала с привитой акриловой кислотой, полисахаридов, таких как карбоксиметилированный крахмал, карбоксиметилцеллюлозы, ксантана, альгината, хитозана, пектина, гуаровой камеди и пептидов и протеинов и т.д. Образующие гидрогель полимеры обычно сшивают для того, чтобы сделать их не растворимыми в воде. Широко используемыми сшивающими агентами являются этиленгликольдиметакрилат, диэтиленгликольдиакрилат, аллилметакрилат, 1,1,1-триметилол-пропантриакрилат, триаллиламин и тетрааллилоксиэтан, которые соединяются с полимерной структурой посредством ковалентных связей.
В соответствии с изобретением суперабсорбент подвергнут поверхностному сшиванию или равномерному (однородному, гомогенному) сшиванию с помощью поливалентного сшивающего агента посредством ионных связей. Кроме того, он предпочтительно также подвергнут сшиванию с образованием ковалентных связей с помощью другого сшивающего агента. Суперабсорбент предпочтительно содержит полимер с анионными функциональными группами, такими как карбоксильные группы, сульфонатные группы, сульфатные группы, фосфатные группы, амидные группы или нитрильные группы, однако предпочтительны карбоксильные группы. Ионный сшивающий агент состоит из катиона, который посредством ионных связей соединяется с анионными функциональными группами суперабсорбента. Катион предпочтительно представляет собой ион поливалентного металла, такого как алюминий, цирконий, хром, титан или цинк.
Предпочтительно сшивающий агент представляет собой ион алюмината [Аl(ОН)4] - согласно тому, что раскрыто в заявке 198-18852.8 на патент ФРГ, поданной в тот же день. При получении такого суперабсорбента ионы алюмината добавляют в содержащий воду гель полимера, содержащего карбоксильную группу, например полиакрилата, который предпочтительно сшит посредством ковалентных связей обычным образом. Гель сшит ионами алюмината перед высушиванием его до порошка или гранул, при котором получают структуру гидрогеля, равномерно (гомогенно) сшитого посредством ионных связей.
Когда суперабсорбент абсорбирует жидкость и набухает, ковалентные связи со сшивающим агентом последовательно разрушаются, что приводит к тому, что суперабсорбент теряет свою стабильность как гель в связи с набуханием. Однако суперабсорбент, который подвергнут поверхностному сшиванию или равномерному сшиванию с помощью ионного сшивающего агента, после набухания лучше сохраняет свою стабильность как гель, вследствие чего ионные связи могут быть перегруппированы и восстановлены в процессе набухания полимера, что неспособна сделать ковалентная связь.
Таким образом, суперабсорбент согласно настоящему изобретению может быть подвергнут сшиванию как с образованием ковалентных связей, так и ионных связей, или подвергнут сшиванию только с образованием ионных связей. Сшивание с образованием ионных связей может быть выполнено или на поверхности частиц суперабсорбента, или равномерно по всей структуре суперабсорбента.
Пористая структура, в которой содержится суперабсорбент, может представлять собой структуру какого-либо возможного вида, такую как волокнистая структура из вспушенной целлюлозы, синтетических волокон различного вида, гидратцеллюлозных волокон или их смесей. Пористая структура также может состоять из абсорбирующего вспененного материала.
Суперабсорбент может быть или смешан с пористой структурой, или нанесен в виде слоя в ней. Также можно разместить слой суперабсорбента между двумя слоями пористого материала.
Количество суперабсорбента в абсорбирующей структуре должно соответствовать массовой доле по меньшей мере 50 процентов от общей массы структуры в сухом состоянии, по меньшей мере, в одной зоне, в которой распределен суперабсорбент. Это означает, что, например, в двухслойной или многослойной структуре с различными количествами суперабсорбента в различных слоях массовая доля суперабсорбента должна составлять по меньшей мере 50 процентов, по меньшей мере, в одном из слоев. Однако общее количество суперабсорбента во всей абсорбирующей структуре может соответствовать его массовой доле менее чем 50 процентов.
В соответствии с одним вариантом осуществления массовая доля суперабсорбента в абсорбирующей структуре должна составлять по меньшей мере 70 процентов от общей массы структуры в сухом состоянии, по меньшей мере, в одной зоне, в которой распределен суперабсорбент.
Физическая форма суперабсорбента имеет важное значение для выполнения им своих функций в абсорбирующей структуре, и предпочтительно суперабсорбент имеет форму порошка, зерен или гранул.
Ниже описан ряд испытаний, которые были проведены для определения степени использования, времени приема и повторного увлажнения для абсорбирующих структур, содержащих комбинацию целлюлозных волокон и суперабсорбента четырех различных видов с массовой долей соответственно 50 и 70 процентов. Подвергаемые испытаниям абсорбирующие тела имели размеры 28•10 см с поверхностной плотностью 300 г/м2 и объемом 3 см3/г. Частицы суперабсорбента были в основном равномерно смешаны с целлюлозными волокнами.
Использованные суперабсорбенты представляли собой промышленно изготавливаемый суперабсорбент, поставляемый на рынок фирмой Clariant GmbH под названием Sanwet IM 7100, и три различных тестируемых вещества из полиакрилата, гомогенно сшитого с помощью ионов алюмината в соответствии с вышеприведенным описанием, который, помимо этого, был подвергнут сшиванию с образованием ковалентных связей. Тестируемые вещества имели названия Е271/97, Е214/97 и Е222/97 и были поставлены фирмами Clariant GmbH и Clariant Corp.
Степень использования
Абсорбирующие тела размещали с наклоном 30o, чтобы имитировать расположение подгузника во время использования. Нижний конец находился в контакте с ванной с жидкой синтетической мочой (с приведенным ниже составом), и обеспечивалась возможность впитывания им жидкости в течение 60 минут. Длина смоченной зоны была измерена. Испытываемые тела были разрезаны на куски меньшего размера, соответствующие различным длинам, и были взвешены. Степень использования рассчитывали в соответствии с формулой:
Степень использования = Масса абсорбированной мочи (г) / Теоретическая абсорбционная способность (г), при этом
Масса абсорбированной мочи = Масса образца после абсорбирования - Масса в сухом состоянии;
Теоретическая абсорбционная способность = Масса суперабсорбента (г) в образце • Способность к набуханию в свободном состоянии в синтетической моче + Масса целлюлозных волокон (г) • Абсорбционная способность целлюлозы.
Абсорбционную способность целлюлозных волокон измеряли после 60 минут абсорбции в свободном состоянии в синтетической моче, и она составила 8 г мочи/г целлюлозы.
Способность суперабсорбента к набуханию в свободном состоянии измеряли описанным ниже способом.
Результат показан на графиках на фиг.1а и b, из которых можно видеть, что степень использования на участках, расположенных дальше всего от зоны смачивания, была явно выше для испытываемых веществ по сравнению с контрольным веществом.
Состав химической мочи
0,66 г/л сульфата магния, 4,47 г/л хлорида калия, 7,60 г/л хлорида натрия, 18,00 г/л мочевины, 3,54 г/л дигидрофосфата калия, 0,745 г/л гидрофосфата натрия, 1,00 г/л 0,1-процентного тритона, 0,4 г/л Nycockin (красящее вещество), остальное - деионизированная вода.
Способность к набуханию в свободном состоянии
Были подготовлены мешочки из полиэфирной сетки размером 7•12 см. Были отвешены дозы суперабсорбента по 0,2 г и помещены в мешочки, которые были закрыты с помощью сварного шва и взвешены. Мешочки погружали в синтетическую мочу на 60 минут, после чего их извлекали, давали возможность им стечь и взвешивали. Разница в массе после и перед абсорбцией представляла собой способность к набуханию в свободном состоянии.
Время приема
Синтетическую мочу добавляли три раза дозами по 80 мл каждая через плексигласовую трубку (с внутренним диаметром 23 мм), установленную на испытываемых телах. Интервал времени между добавлениями составлял 10 минут. Измеряли время, которое требовалось для того, чтобы вся жидкость была абсорбирована (путем визуального наблюдения). Результат измерения показан на фиг. 2а и b. Видно, что время приема при втором и особенно при третьем добавлении было меньше для абсорбирующих тел, содержащих испытываемые вещества, по сравнению с контрольным веществом.
Повторное увлажнение
Повторное увлажнение измеряли через 10 минут после каждого добавления путем помещения фильтровальной бумаги на зону смачивания и установки на нее нагрузки массой 2550 г в течение 15 секунд. Фильтровальную бумагу взвешивали до и после нагружения, и определяли повторное увлажнение.
Результат показан на фиг.3а и b, на которых можно видеть, что повторное увлажнение после первого случая смачивания было по существу таким же и очень низким соответственно как для абсорбирующих тел, содержащих испытываемые вещества, так и для абсорбирующего тела, содержащего контрольное вещество. Для абсорбирующих тел, имеющих массовую долю суперабсорбента 50 процентов (фиг. 1а), уже после второго добавления видна разница в повторном увлажнении между контрольным телом и испытываемыми телами, разница, которая сохранялась также после третьего добавления. Для абсорбирующих тел, имеющих массовую долю суперабсорбента 70 процентов (фиг.3b), повторное увлажнение было таким же также после второго добавления, но после третьего добавления разница между испытываемыми телами и контрольным телом была существенной, так что видно, что испытываемые тела имели значительно меньшее повторное увлажнение по сравнению с контрольным телом.
Время мгновенного приема под определенной нагрузкой
Испытываемые абсорбирующие тела зажимали под плексигласовым диском, который имел круглое отверстие. Через круглое отверстие с помощью воронки и чашки Петри четыре раза добавляли по 80 мл синтетической мочи. Интервал времени между добавлениями составлял 10 минут. Измеряли время, которое требовалось для того, чтобы вся жидкость подверглась абсорбции путем визуального наблюдения. Результат показан на фиг.4а и b. Время приема для испытываемого вещества (Е-222/97) было меньше при всех добавлениях по сравнению с временем приема у контрольного вещества (IM7100). Разница была наибольшей при третьем и четвертом добавлении. Аналогичные результаты были получены при содержании суперабсорбента, соответствующем его массовой доле 50 процентов и 70 процентов.
Помимо показанных преимуществ с точки зрения улучшенных абсорбционных свойств абсорбирующих структур, содержащих суперабсорбенты, подвергнутые сшиванию с образованием ионных связей, эти суперабсорбенты имеют важное дополнительное преимущество, заключающееся в том, что они обладают более высокой стойкостью к механическим напряжениям, которые могут возникнуть при манипулировании частицами суперабсорбента, например, в машине для изготовления подгузников. Частица суперабсорбента, которая была подвергнута поверхностному сшиванию только с образованием ковалентных связей и в которой поверхностный слой поврежден вследствие механических напряжений, потеряет большую часть своей стабильности (устойчивости) как геля. Частица суперабсорбента, которая была подвергнута сшиванию с образованием ионных связей или равномерно по всей структуре, или только на поверхности, в основном сохранит свою устойчивость как гель даже после механических повреждений частей поверхностного слоя. В частице суперабсорбента, которая была подвергнута поверхностному сшиванию с образованием ионных связей, ионные связи, образованные при сшивании, могут быть перераспределены по поверхности частицы, и таким образом могут быть устранены возможные разрушения в поверхностном слое.
Изобретение относится к абсорбирующей структуре в абсорбирующем изделии, таком как подгузник, подгузник в виде трусов, защитное приспособление, используемое при недержании, гигиеническая прокладка или подобное, содержащей комбинацию пористого материала, такого как волокна и/или вспененный материал, и суперабсорбент, представляющий собой сетчатый полимер из полиакрилата, имеющего функциональные карбоксильные группы, в количестве, соответствующем по меньшей мере 50% его массовой доли от общей массы структуры в сухом состоянии по меньшей мере в одной зоне структуры, в которой распределен суперабсорбент. Указанный суперабсорбент подвергнут сшиванию с помощью ионных связей и находится в виде порошка, зерен или гранул. Изобретение обладает улучшенными свойствами с точки зрения способности приема и распределения жидкости при неоднократных смачиваниях. 2 с. и 9 з.п. ф-лы, 4 ил.
WO 9325735, A1, 23.12.1993 | |||
WO 9425519, A1, 10.11.1994 | |||
RU 95122614, А, 27.11.1997 | |||
Устройство для загрузки спичечно-гО МАгАзиНА КОРОбКОНАбиВОчНОй МАши-Ны КАССЕТАМи | 1979 |
|
SU793971A1 |
ЕР 0443627, А2, 28.08.1991. |
Авторы
Даты
2003-11-20—Публикация
1999-04-20—Подача