DE60201601T2

DE60201601T2 - Superabsorbierendes Polymer enthaltende absorbierende Kerne für Windeln mit verringerter Dicke und verbesserter Leistungsfähigkeit bei Flüssigkeitsaufnahme und -rückhalt

Info

Publication number: DE60201601T2
Application number: DE2002601601
Authority: DE
Inventors: Bruno Ehrnsperger; Udo Friedel Schoenborn
Original assignee: Procter and Gamble Co
Current assignee: Procter and Gamble Co
Priority date: 2002-08-26
Filing date: 2002-08-26
Publication date: 2005-11-10
Anticipated expiration: 2022-08-27
Also published as: EP1393757B1; JP4209390B2; US20040039360A1; EP1393757A1; DE60201601D1; CN100374168C; MXPA05001391A; EP1430912A1; US20070134492A1; US7175910B2; WO2004018007A1; US7488535B2; ATE279220T1; JP2005536292A; AU2003262855A1; CN1678358A

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf absorbierende Kerne für absorbierende Artikel, welche dazu gedacht sind, Körperausscheidungen, wie Urin, aufzunehmen und zurückzuhalten. Solche Artikel sind wegwerfbare Hygieneartikel, wie Babywindeln, Übungshöschen, Erwachsenen-Inkontinenzartikel, Frauen-Hygieneartikel und dergleichen. Die Verbesserung basiert im Wesentlichen auf der Erkenntnis, dass ein Ersatz des größten Teils oder der Gesamtheit des dämpfenden, faserigen Absorptionsmaterials in einem absorbierenden Kern durch ein Flüssigkeits-Speichermaterial, das in der Lage ist, eine Flüssigkeit zurückzuhalten, während es gleichzeitig das Annahmeverhalten beibehält oder verbessert, wünschenswert ist, da die Reduktion einer Dämpfung durch den Zuwachs an Komfort mehr als kompensiert wird. Der Komfort jedoch kann nur erhalten werden, falls die mehr fundamentalen Anforderungen an eine Windel im Hinblick auf eine Flüssigkeitshandhabung erfüllt oder verbessert werden. Insbesondere dann, wenn diese Flüssigkeits-Handhabungsfähigkeit über die Leistungsfähigkeit herkömmlicher absorbierender Strukturen hinaus verbessert wird, so dass die Erzeugung dünnerer und trocknerer absorbierender Artikel möglich wird, würden die Benutzer solcher Artikel diese so wahrnehmen, dass sie eine als erwartete Komfortverbesserung in Bezug zum Gewinn an Dünnheit bereit stellen. Um solche absorbierenden Kerne und mit diesen hergestellte Artikel zu schaffen, wurde erst möglich mit der Entwicklung von neuen hoch absorbierenden Gelmaterialien, die in der Lage sind, Flüssigkeiten in bisher unerwarteter Perfektion bei superabsorbierenden Polymerkonzentrationen, welche heute unbekannt sind, anzunehmen, durchzuführen und zu speichern. Der zweite Aspekt, der diese durch bahnbrechende Entwicklung erlaubt, ist die Fähigkeit, den Komfort und die Leistungsfähigkeit solcher Artikel mit hoher superabsorbierender Polymerkonzentration während des vollen Benutzungszyklus des Artikels, vom trockenen Zustand bis zur vollen Beladung, beizubehalten, insbesondere durch die Verbesserung der Fähigkeit der Kerne, den Kräften zu widerstehen, denen solche Artikel während der Benutzung ausgesetzt sind. Diese Fähigkeit, intakt zu bleiben, wird häufig als eine Nass-Integrität des Kernes bezeichnet, und ihre Verbesserung ist eine wichtige Aufgabe der vorliegenden Erfindung.
Hintergrund der Erfindung
Absorbierende Artikel zum Aufnehmen und Zurückhalten von Körperausscheidungen, wie Urin oder Stuhl, wie Einwegwindeln, Übungshöschen, Erwachsenen-Inkontinenzartikel, sind im Stand der Technik allgemein bekannt und es wurde eine signifikante Anstrengung unternommen, um ihre Leistungsfähigkeit zu verbessern. Solche Verbesserungen zielen im Wesentlichen auf die Primärfunktion solcher Artikel, nämlich dem Zurückhalten von Körperfluiden, aber auch ein Minimieren von negativen Gesichtspunkten, die mit dem Tragen solcher Artikel verbunden sind, indem der Komfort des Trägers erhöht wird.
Solche Verbesserungen können meistens so klassifiziert werden, dass sie primär in einer von zwei Kategorien fallen: sich primär beziehend auf eine "Kerntechnologie", das heißt, eine "Absorptionsfähigkeit" im breiten Sinne des Wortes, oder sich primär beziehend auf eine "Chassistechnologie".
Das Erste richtet sich darauf, wie die Körperausscheidung (im Allgemeinen in einem gewissen Zustand der Fluidität) in einer "Absorptions-(oder Kern-)Struktur" aufgenommen und in dieser gehalten werden kann, so dass das Ausscheidungsmaterial durch den Artikel angenommen werden kann (aufgenommen), dann von der Annahmestelle weg geführt (Verteilung) werden kann, und dann gespeichert (zurückgehalten) wird.
Die zweite Kategorie hat – im Allgemeinen – mit den sogenannten "Chassiselementen" zu tun, damit diese eine Körperausscheidung in den Grenzen des Artikels aufnehmen. Dies kann erfolgen durch ein Separieren der absorbierenden (Kern-)Struktur von der Außenseite, zum Beispiel der Wäsche des Trägers oder der Haut, indem eine undurchlässige Außenlage verwendet wird. Zudem sollte das Chassis verhindern, dass Körperausscheidungen durch den Raum zwischen, dem absorbierenden Artikel und dem Körper des Trägers entweichen, was durch elastisch gemachte Raffungen an den Bein- und Taillenöffnungen erreicht werden kann. Weitere Chassis-Aspekte sind ein Ermöglichen der Anlage des Artikels am Träger – zum Beispiel durch Bereitstellen von Verschlussmitteln, wie Streifen, oder ein Beibehalten des Artikels am Träger durch bandartige Anordnungen (einstückig mit dem Artikel in sogenannten "Anziehwindel-Gestaltungen", oder als Teil des Anlegemittels).
Häufig wurde die Terminologie "Komfort" für den Träger vornehmlich durch ein Verbessern der Chassiselemente geprägt, wie beispielsweise durch Anpassen der Chassiselemente der Windel, so dass ein guter "Sitz" des Artikels erhalten wird und dieser weich und dämpfend ist. Es ist auch allgemein anerkannt, dass ein Reduzieren der Dicke des Artikels, durch Reduzieren der primären Dicke, das heißt, der absorbierenden (Kern-)Struktur, dabei hilft, den Komfort zu verbessern. Dies war jedoch immer eine Frage des Ausgleichs zwischen der Flüssigkeits-Handhabungsleistung und der Dicke. Es wurde auch ein wesentlicher Anteil der Dämpfung als notwendig für komfortable Windeln angesehen. Schließlich hat der Fachmann es für unmöglich gehalten, das Fasermaterial so weit zu reduzieren oder sogar zu entfernen, dass die modernen, teilchenförmigen superabsorbierenden Materialien einen Teil oder die Gesamtheit der Flüssigkeitsannahme- und Verteilungsfunktionalitäten übernehmen würden, die vorher durch faserige Matrizes bereit gestellt wurden. Schließlich war es, selbst dann, wenn es Strukturen gab, welche möglicherweise alle günstigen Eigenschaften im trockenen Zustand bereit stellen könnten, es vollständig unvorstellbar, dass diese in eine absorbierende (Kern-)Struktur eingebaut werden könnten, derart, dass die Flüssigkeits-Handhabungs- und Komfort-Fähigkeit beibehalten werden könnte, selbst nachdem die ersten Schwalle einer Flüssigkeit absorbiert worden sind.
Die Entwicklung der absorbierenden (Kern-)Strukturen einer speziellen Dünnheit hat auch weitere günstige Aspekte, die eine solche Entwicklung zum Gegenstand eines wesentlichen wirtschaftlichen Interesses machen. Zum Beispiel sind dünnere Windeln nicht nur weniger füllig zu tragen und sitzen besser unter einer Bekleidung, sondern sie sind auch kompakter bei einer Verpackung und sind für den Verbraucher leichter zu befördern und zu lagern. Die Kompaktheit beim Verpacken führt auch zu verringerten Vertriebskosten für den Hersteller und den Distributor, einschließlich einem geringeren Raumbedarf, der im Laden pro Windeleinheit benötigt wird.
Wie ausgeführt, ging die Fähigkeit, dünnere absorbierende Artikel; wie Windeln, zu schaffen, einher, mit der Fähigkeit, relativ dünne absorbierende (Kern-)Strukturen zu schaffen, die große Mengen ausgeschiedene Körperfluide annehmen und speichern können, insbesondere Urin. In dieser Hinsicht war die Verwendung absorbierender Polymere, die häufig als "Hydrogele", "Superabsorbenzien" oder "hydrokolloide" Materialien bezeichnet werden, besonders wichtig. Siehe zum Beispiel US Patent 3,699,103 (Harper et al.), veröffentlicht am 13. Juni 1972, und US Patent 3,770,731 (Harmon), veröffentlicht am 20. Juli 1972, die die Verwendung solcher absorbierenden Polymere offenbaren (hier nachfolgend bezeichnet in einer der folgenden Formen: Hydrogel bildende absorbierende Polymere, Superabsorbenzien, superabsorbierende Polymere oder SAPs, absorbierende Geliermaterialien oder AGMs). Tatsächlich war die Entwicklung der dünneren Windeln die direkte Folge von dünneren absorbierenden Kernen, die den Vorteil der Fähigkeit dieser SAPs nutzten, große Mengen von ausgeschiedenen Körperfluiden zu absorbieren, typisch dann, wenn sie in Kombination mit einer faserigen Matrix verwendet werden. Siehe zum Beispiel US Patent 4,673,402 (Weisman et al.), veröffentlicht am 16. Juni 1987 und US Patent 4,935,022 (Lash et al.), veröffentlicht am 19. Juli 1990, die Doppelschicht-Kernstrukturen offenbaren, mit einer Fasermatrix und SAPs, die nützlich sind, um dünne, kompakte, nicht füllige Windeln herzustellen.
Vor der Verwendung dieser SAPs war es allgemein Praxis, absorbierende Strukturen, wie solche, die geeignet sind für die Verwendung in Kinderwindeln, vollständig aus Holz-Zellstoffflocken zu bilden. Aufgrund der relativ geringen Menge von durch Holz-Zellstoffflocken absorbierten Fluid auf 1 Gramm absorbiertes Fluid pro Gramm Holz-Zellstoffflocken, war es notwendig, relativ große Mengen von Holz-Zellstoffflocken zu verwenden, wodurch die Verwendung relativ voluminöser, dicker absorbierender Strukturen notwendig war. Die Einführung dieser SAPs in solche Strukturen, erlaubte die Verwendung weniger Holz-Zellstoffflocken. Diese SAPs sind besser als Flocken in ihrer Fähigkeit, große Volumen von wässrigen Körperfluiden, wie Urin, zu absorbieren (das heißt, wenigstens etwa 15 g/g), wodurch kleinere, dünnere absorbierende Strukturen machbar werden: Zusätzlich dazu, können SAP-Teilchen typischerweise sich enger als faserige Strukturen packen lassen, wodurch noch dünnere Kerne mit erhöhten Konzentrationen erhalten werden.
Diese SAPs werden häufig hergestellt durch ein anfängliches Polymerisieren ungesättigter Carboxylsäuren oder Derivate davon, wie Acrylsäure, Alkalimetall-(z. B. Natrium und/oder Kalium) oder Ammoniumsalze der Acrylsäure, Alkylacrylate und dergleichen. Diese Polymere werden wasserunlöslich, aber noch in Wasser quellfähig, gemacht, durch ein leichtes Vernetzen der Carboxylgruppe enthaltenden Polymerketten mit herkömmlichen di- oder polyfunktionalen Monomermaterialien, wie N, N'-Methyl-Bisacryl-Amid, Trimethyl-Propan-Triacrylat oder Triallyl-Amin. Diese leicht vernetzten absorbierenden Polymere umfassen noch eine Vielzahl von anionischen (geladenen) Carboxylgruppen, die an dem polymeren Rückgrat angehängt sind. Es sind diese geladenen Carboxylgruppen, welche das Polymer in die Lage versetzen, Körperfluide zu absorbieren, und zwar als Ergebnis von osmotischen Kräften, und so Hydrogele bilden.
Der Grad der Vernetzung bestimmt nicht nur die Wasserunlöslichkeit dieser SAPs, sondern ist auch ein wichtiger Faktor beim Etablieren von zwei weiteren Eigenschaften dieser Polymere: ihre Absorptionskapazität und ihre Gelstärke. Die Absorptionskapazität oder das "Gelvolumen" ist ein Maß der Menge Wasser oder Kör perfluids, die eine gegebene Menge eines SAPs absorbieren wird. Die Gelstärke bezieht sich auf die Neigung der SAPs, sich unter einer beaufschlagten Spannung zu verformen oder "zu fließen". Die SAPs, die als Absorptionsmittel in absorbierenden Strukturen und Artikeln nützlich sind, wie in Einwegwindeln, müssen ein adäquates hohes Gelvolumen sowie eine adäquat hohe Gelstärke haben. Das Gelvolumen muss ausreichend hoch sein, um die SAPs in die Lage zu versetzen, signifikante Mengen wässriger Körperfluide zu absorbieren, denen sie während der Benutzung des absorbierenden Artikels begegnen. Die Gelstärke muss derart sein, dass sich das geformte SAP nicht verformt und die kapillaren Lückenräume in der absorbierenden Struktur oder des Artikels nicht in einem unakzeptablen Grade füllt, wodurch die Absorptionskapazität der Struktur/des Artikels sowie die Fluidverteilung in der Struktur/des Artikels behindert würde. Siehe zum Beispiel US Patent 4,654,039 (Brandt et al.), veröffentlicht am 31. März 1987 (wieder veröffentlicht am 19. April 1988 als US Reissue Patent 32,649) und US Patent 4,834,735 (Alemany et al.), veröffentlicht am 30. Mai 1989.
Frühere absorbierende Strukturen im Allgemeinen relativ geringe Mengen (z. B. weniger als etwa 50 Gew.-%) dieser SAPs. Siehe zum Beispiel US Patent 4,834,735 (Alemany et al.), veröffentlicht am 30. Mai 1989 (vorzugsweise von etwa 9 bis etwa 50% SAP in der faserigen Matrix). Es gibt mehrere Gründe dafür. Die SAPs, die in früheren absorbierenden Strukturen verwendet wurden, hatten im Allgemeinen nicht eine Absorptionsrate, die diesen erlaubt hätte, Körperfluide schnell zu absorbieren, insbesondere in "Schwall"-Situationen. Dies hat den Einschluss von Fasern, typischerweise Holz-Zellstofffasern, notwendig gemacht, die als temporäre Reservoire gedient haben, um die ausgeschiedenen Fluide fest zu halten, bis sie von dem SAP absorbiert wurden.
Insbesondere zeigen viele der bekannten SAPs eine Gelsperre. Eine "Gelsperre" tritt auf, wenn Teilchen des SAP benetzt werden und die Teilchen quellen, so dass eine Fluidübertragung auf andere Regionen der absorbierenden Struktur behindert wird. Eine Benetzen dieser weiteren Regionen des absorbierenden Elements findet des halb auf dem Wege eines langsamen Diffusionsprozesses statt. In praktischer Hinsicht bedeutet dies, dass die Annahme von Fluiden durch die absorbierende Struktur viel langsamer ist als die Rate, mit welcher Fluide ausgeschieden werden, insbesondere in Schwallsituationen. Eine Leckage aus dem absorbierenden Artikel kann stattfinden, bevor die Teilchen des SAP in dem absorbierenden Element so nahe kommen, dass sie vollständig gesättigt werden, oder bevor das Fluid an den "blockierenden" Teilchen vorbei in den Rest des absorbierenden Elements diffundieren oder gesaugt werden kann. Eine Gelsperre ein besonders akutes Problem sein, wenn die Teilchen des SAP keine adäquate Gelstärke haben und sich unter Spannung verformen oder verteilen, wenn die Teilchen durch absorbiertes Fluid quellen. Siehe US Patent 4,834,735 (Alemany et al.), veröffentlicht am 30. Mai 1989.
Dieses Gelsperren-Phänomen hat typischer Weise die Verwendung einer faserigen Matrix notwendig gemacht, in welcher die Teilchen des SAP dispergiert sind. Diese faserige Matrix hält die Teilchen des SAP getrennt voneinander. Diese faserige Matrix liefert auch eine Kapillarstruktur, die dem Fluid erlaubt, das SAP zu erreichen, das in den Regionen fern von dem anfänglichen Fluid-Abscheidungspunkt liegt. Siehe US Patent 4,834,735 (Alemany et al.), veröffentlicht am 30. Mai 1989. Ein Dispergieren des SAP in einer faserigen Matrix in relativ geringen Konzentrationen, um eine Gelsperre zu minimieren und zu vermeiden, kann jedoch die gesamte Fluid-Speicherkapazität dünnere absorbierende Strukturen verlangsamen. Eine Verwendung geringerer Konzentrationen dieser SAPs begrenzt in gewissem Maße den wirklichen Vorteil dieser Materialien, nämlich ihre Fähigkeit, große Mengen von Körperfluiden pro gegebenem Volumen zu absorbieren und zurückzuhalten. Ein weiterer Grund, warum extrem hohe Konzentrationen SAP nicht möglich waren, beruht auf den Mangel von aus Teilchenmaterial hergestellten Strukturen einer physischen Integrität. Das Erzeugen einer faserigen Matrix hatte deshalb auch den Vorteil, eine faserverstärkte Struktur zu schaffen, ähnlich derjenigen, die in vielen anderen technischen Situationen verwendet wurde, in welchen eine strukturelle Verstärkung durch faserige Elemente, wie bei einer Glasfaser, bereit gestellt wird.
Neben dem Erhöhen der Gelstärke wurden andere physikalische und chemische Eigenschaften dieser SAPs manipuliert, um ihre Leistungsfähigkeit zu verbessern, insbesondere, um eine Gelsperre zu vermindern. Eine Eigenschaft ist die Teilchengröße und insbesondere die Teilchengrößenverteilung. In diesem Kontext sollte erwähnt werden, dass sich die vorliegende Erfindung absorbierende Kerne bezieht, die teilchenförmige SAPs umfassen. Die Verwendung von faserigen SAPs beseitigt viele der mit teilchenförmigen SAPs verbundenen Probleme, erfüllt aber andere Auflagen. Ein Schlüsselproblem, welches bisher typischerweise von der wirtschaftlichen Nutzung von faserigen SAP weg geführt hat (das heißt, ungeachtet der technischen Aspekte), ist der Kostenunterschied zwischen SAP-Teilchen und SAP-Fasern. Gemäß dem US Patent 5,047,023 (Berg), veröffentlicht am 10. September 1991, kann die Teilchengrößenverteilung des SAP reguliert werden, um die Absorptionskapazität und -Wirksamkeit der Teilchen, die in der absorbierenden Struktur verwendet werden, zu verbessern. Jedoch selbst das Einstellen der Ceilchengrößenverteilung führt nicht an sich zu absorbierenden Strukturen, die relativ hohe Konzentrationen dieser SAPs haben können. Eine weitere Eigenschaft dieser SAPs, die betrachtet wurde, ist der Anteil von extrahierbaren Dingen, die in dem Polymer selbst vorhanden sind, siehe zum Beispiel US Reissue Patent 32,649 (Brandt et al.), wieder veröffentlicht am 19. April 1988.
Noch eine weitere Eigenschaft, die der Stand der Technik einmal als Maß der Gelsperre kannte, ist die abrufbare Benetzbarkeit oder gravimetrische Absorptionsfähigkeit dieser SAPs. Siehe zum Beispiel US Patent 5,147,343 (Kellenberger), veröffentlicht am 15. September 1992 und US Patent 5,149,335 (Kellenberger et al.), veröffentlicht am 22. September 1992, wo diese SAPs als "superabsorbierende Materialien" bezeichnet werden und wo die Abruf-Benetzbarkeit/gravimetrische Absorptionsfähigkeit bezeichnet wird als Absorptionsfähigkeit unter Last (AUL). "AUL" wird in diesen Patenten als die Fähigkeit des SAP definiert, gegen eine aufgebrachte Rückhaltekraft zu quellen (siehe US Patent 5,147,343, supra, in Spalte 2, Zeilen 43–46). Der "AUL-Wert" wird definiert als die Menge (in ml/g oder g/g) einer 0,9% Salzlösung, die durch SAPs absorbiert wird, während sie einer Last von 21.000 dyne/cm² (etwa 0,3 psi) ausgesetzt sind. Der AUL-Wert kann nach 1 Stunde (siehe US Patent 5,147,343) oder 5 Minuten (siehe US Patent 5,149,335) bestimmt werden. Von den SAPs wird angenommen, dass sie wünschenswerte AUL-Eigenschaften haben, wenn sie wenigstens etwa 24 ml/g (vorzugsweise wenigstens etwa 27 ml/g) Salzlösung nach einer Stunde (siehe US Patent 5,147,343) oder wenigstens etwa 15 g/g (vorzugsweise wenigstens etwa 18 g/g) der Salzlösung nach 5 Minuten absorbieren.
AUL, wie definiert in den US Patenten 5,147,343 und 5,149,335, kann eine gewisse Anzeige bereit stellen, davon, welche SAPs eine Gelsperre in einigen Fällen vermeiden werden. Der AUL-Wert ist jedoch nicht adäquat zum Bestimmen, welche SAPs die Absorptionseigenschaften liefern werden, die notwendig sind, dass die Konzentration dieser Polymere in absorbierenden Strukturen ohne signifikante Gelsperre oder irgendeinen anderen unerwünschten Effekt erhöht werden kann. Tatsächlich werden einige der SAPs, die offenbart sind in den US Patenten 5,147,343 und 5,149,335 als zufrieden stellenden AUL-Werte aufweisend, eine nicht adäquate Durchlässigkeit haben, um bei hohen Konzentrationen in absorbierenden Elementen nützlich zu sein. Um einen hohen AUL-Wert zu haben, ist es nur notwendig, dass die gebildete Hydrogelschicht wenigstens eine minimale Durchlässigkeit hat, derart, dass unter einem Grenzdruck von 0,3 psi eine Gelsperre nicht in einem signifikanten Grad auftritt. Der Grad an Durchlässigkeit, der benötigt wird, um eine Gelsperre einfach zu vermeiden, ist viel geringer, als derjenige, der benötigt wird, um gute Fluid-Transporteigenschaften zu schaffen. Die SAPs, die eine Gelsperre durch AUL-Auswahl gemäß den US Patenten 5,147,343 und 5,149,33 5 vermeiden, können noch stark unzulänglich sein in anderen Fluid-Handhabungseigenschaften.
Ein weiteres Problem mit der Verwendung von AUL-Werten, die gemessen werden gemäß den US Patenten 5,147,343 und 5,149,335, besteht darin, dass sie nicht alle der potentiellen Drucke reflektieren, die auf das Hydrogel bildende Polymer in der absorbierenden Struktur einwirken können. Wie oben angemerkt, wird der AUL-Wert in diesen Patenten als ein Druck von etwa 0,3 psi gemessen. Es wird ange nommen, dass ein viel höherer Grenzdruck von etwa 0,7 psi den vollen Bereich örtlich vorhandener mechanischer Drucke adäquater wiedergibt (z. B. beim Sitzen, Schlafen, Hocken, Klapsen, durch Gummis, Beinbewegungen, andre Dehnungs- und Torsionsbewegungen) auf eine absorbierende Struktur. Siehe US Patent 5,147,345 (Young et al.), veröffentlicht am 15. September 1992. Zudem können viele der absorbierenden Strukturen, die diese SAPs aufweisen, weitere Komponenten umfassen, wie eine Annahmeschicht, die die anfängliche Ausscheidung von Körperfluiden aufnimmt. Siehe zum Beispiel US Patent 4,673,492 (Weisman et al.), veröffentlicht am 16. Juni 1987 und US Patent 4,935,022 (Lash et al.), veröffentlich am 19. Juni 1990. Diese Annahmeschicht kann Fasern umfassen, wie bestimmte chemisch versteifte Fasern, die eine relativ hohe Kapillarsaugung haben. Siehe zum Beispiel US Patent 5,217,445 (Young et al.), veröffentlicht am 08. Juni 1993. Um diese zusätzlichen Kapillardrucke, die eine Fluidannahme durch diese SAPs beeinflussen könnte, zu berücksichtigen, ist es realistischer, die Abrufbare Absorptionsfähigkeit unter einem höheren Druck, das heißt, etwa 0,7 psi, zu messen. Dies würde nicht nur die örtlich auftretenden mechanischen Drucke, die während der Benutzung ausgeübt werden, sondern auch die zusätzlichen Kapillardrucke, die sich von anderen Komponenten (z. B. einer Annahmeschicht) ergeben, die in der absorbierenden Struktur vorhanden sind, besser in Rechnung ziehen.
Für absorbierende Strukturen mit relativ hohen Konzentrationen dieser SAPs wurden andere Eigenschaften dieser absorbierenden Polymere bewertet. Siehe zum Beispiel europäische Patentanmeldung 532,002 (Byerly et al.), veröffentlicht am 17. März 1993, welche eine Eigenschaft identifiziert, die als Verformung unter Last (DUL) bezeichnet wird, und als wichtig für absorbierende Verbundstoffe mit hohen Konzentrationen von SAPs angesehen wird. Der "DUL"-Wert wird in der europäischen Patentanmeldung 532,002 verwendet, die Fähigkeit des SAP zu bewerten, Saugkanäle beizubehalten, nachdem das absorbierende Polymer gequollen ist. Siehe Seite 3, Zeile 9–10. Die DUL-Werte werden durch ein unvollständiges Sättigen des SAP mit einer festgelegten Menge von synthetischem Urin, einem Komprimieren des absorbierenden Polymers unter einer leichten Last (0,3 psi) und dann durch Messen der Verformung des absorbierenden Polymers unter einer schwereren Last (0,9 psi) erhalten. In dieser Anmeldung sind SAPs mit DUL-Werten von etwa 0,6 mm oder weniger offenbart.
Der DUL-Wert, wie er in der europäischen Patentanmeldung 532,002 definiert wird, kann ein gewisses Anzeichen für die Fähigkeit des SAP sein, Saugkanäle beizubehalten, nachdem das absorbierende Polymer gequollen ist. Es hat jedoch heraus gestellt, dass die Offenheit oder die Porosität der Hydrogelschicht, nachfolgend als "PHL bezeichnet (für eine weitere Definition siehe PCT WO-95-26209, Seite 17 folgende oder EP-B752892, Absatz 64 folgender), gebildet wird, wenn diese absorbierenden Polymere bei Vorhandensein von Körperfluiden quellen, relevanter ist als die DUL-Werte zum Bestimmen der Fähigkeit von diesen absorbierenden Polymeren, um Fluide anzunehmen und zu transportieren, insbesondere dann, wenn das absorbierende Polymer in hohen Konzentrationen in der absorbierenden Struktur vorhanden ist. Die Porosität bezieht sich auf das Fraktionsvolumen, das nicht durch Feststoffmaterial eingenommen wird. Für eine Hydrogelschicht, die insgesamt aus einem SAP gebildet wird, ist die Porosität das Fraktionsvolumen der Schicht, das nicht durch Hydrogel eingenommen wird. Für eine das Hydrogel enthaltende absorbierende Struktur sowie für andere Komponenten, ist die Porosität das Fraktionsvolumen (auch als Lückenvolumen bezeichnet), das nicht durch das Hydrogel oder durch andere feste Komponenten (z. B. Fasern) eingenommen wird.
Es hat sich ganz wichtig heraus gestellt, dass die SAPs mit höheren Porositäten als solchen, die offensichtlich durch die europäische Patentanmeldung 532,002 erwünscht sind, besonders geeignet sind für absorbierende Strukturen mit hohen Konzentrationen dieser absorbierenden Polymere. Es wird angenommen, dass die SAPs mit DUL-Werten unter etwa 0,6 mm, die durch die europäische Patentanmeldung 532,002 erwünscht sind, relativ geringe Porositäten haben.
Eine weitere wichtige Eigenschaft bei höheren Konzentrationen dieser SAPs ist ihre Durchlässigkeit/Fließleitfähigkeit. Die Durchlässigkeit/Fließleitfähigkeit kann hin sichtlich ihrer Salinen-Fließleitfähigkeit (SFC)-Werte bestimmt werden. Die SFC ist im Stand der Technik gut etabliert und wird in größerem Detail zum Beispiel in PCT WO-95-26209, Seite 69 folgende oder in EP-B-752892, Absatz 224 folgende, definiert. Die SFC misst die Fähigkeit eines Materials, salzhaltige Fluide zu transportieren, wie beispielsweise die Fähigkeit der Hydrogelschicht, die aus dem gequollenen SAP gebildet ist, Körperfluide zu transportieren. Typischerweise wird eine luftgelegte Bahn aus Zellstofffasern (z. B. mit einer Dichte von 0,15 g/cc) einen SFC-Wert von etwa 200 × 10^–7 cm³s/g zeigen. Im Gegensatz dazu zeigen typische SAPs, wie Aqualic L-74 (hergestellt durch Nippon Shokubai Co., LD) und Nalco-1180 (hergestellt durch Nalco Chemical Co.) SFC-Werte von höchstens 1 × 10^–7 cm³s/g. Demgemäß wäre es höchst wünschenswert, in der Lage zu sein, SAPs zu verwenden, die hinsichtlich des SFC näher an eine luftgelegte Bahn aus Holz-Zellstofffasern heran reichen.
Ein weiterer Faktor, der berücksichtigt werden muss, um den Vorteil Vorteil der Porositäts- und Durchlässigkeitseigenschaften der aus diesen SAPs geformten Hydrogelschicht auszunutzen, ist die Nass-Integrität der Region oder Regionen in dem absorbierenden Element, die diese Polymere aufweisen. Für SAPs mit relativ hoher Porosität und SFC-Werten ist es extrem wichtig, dass die Region(en), in welcher/in welchen Polymere vorhanden sind, eine gute Nass-Integrität haben. Mit "guter Nass-Integrität" ist gemeint, dass die Region oder die Regionen in dem absorbierenden Element, die eine hohe Konzentration von SAP aufweisen, eine ausreichende Integrität in einem trockenen, teilweise nassen und/oder benetzten Zustand haben, derart, dass die physische Kontinuität (und somit die Fähigkeit zum Annehmen und transportieren eines Fluides durch fortlaufende Zwischenlücken/Kapillaren) des beim Quellen geformten Hydrogels bei Vorhandensein von Körperfluiden nicht wesentlich gestört oder verändert wird, selbst dann, wenn sie normalen Benutzungsbedingungen ausgesetzt werden. Während der normalen Benutzung sind absorbierende Kerne in absorbierenden Artikeln typischerweise Dehnungs- und Torsionskräften von variierender Intensität und Ausrichtung ausgesetzt. Diese Dehnungs- und Zugkräfte umfassen ein Knautschen im Schrittbereich, Streck- und Verdrehungskräfte, wenn die den absorbierenden Artikel tragende Person geht, hockt, sich krümmt und dergleichen. Falls die Nass-Integrität nicht adäquat ist, können diese Dehnungs- und Torsionskräfte potentiell eine wesentliche Veränderung und/oder Zerstörung der physischen Kontinuität des Hydrogel verursachen, derart, dass seine Fähigkeit zum Annehmen und transportieren von Fluiden in und durch die fortlaufenden Lücken und Kapillaren verschlechtert wird, das heißt, die Hydrogelschicht kann teilweise separiert, vollständig separiert werden, eingeführte Lücken haben, Flächen aufweisen, die signifikant ausgedünnt sind und/oder in einer Mehrzahl von signifikant kleinere Segmente gebrochen sind. Neben dem makroskopischen Komfortverlust, erzeugt ein solcher Mangel an Integrität unvermeidlich auch alle vorteilhaften Porositäts- und Durchlässigkeits-/Fließ-Leitfähigkeitseigenschaften des SAP minimieren oder vollständig aufheben. Um das Verhalten einer Hydrogelschicht zu bewerten, kann eine sogenannte Kugel-Berstbewertung durchgeführt werden, die eine Vorhersage und einen Rückschluss über das erwartete Verhalten innerhalb bestimmter Grenzen des absorbierenden Artikels in Benutzung zulässt. Insbesondere erlaubt der Test ein Bewerten der relativen Verschlechterung der Nass-Integrität der absorbierenden Kerne mit einer hohen SAP-Konzentration.
Demgemäß wäre es wünschenswert, in der Lage zu sein, ein absorbierendes Element zu schaffen, mit: (1) einer Region oder Regionen mit relativ hoher Konzentration von SAP-Teilchen; (2) mit relativ hohen Porositäten und vorzugsweise Durchlässigkeits-/Fließ-Leitfähigkeitseigenschaften mehr wie eine luftgelegte Faserbahn; (3) das ohne Weiteres Fluide aus Annahmeschichten mit sogar hoher kapillarer Saugkraft unter typischen Benutzungsdrucken annehmen kann; (4) in einer Matrix, die eine ausreichende Nass-Integrität liefert, derart, dass ihre Fähigkeit zum Annehmen und Transportieren von Fluiden nicht wesentlichen reduziert oder minimiert wird, selbst dann, wenn sie normalen Benutzungskräften ausgesetzt wird. Es wäre auch höchst erwünscht, in der Lage zu sein, SAPs in diesen absorbierenden Elementen zu verwenden, die, wenn sie durch Körperfluide angequollen sind, weiterhin eine gute Nass-Integrität und eine hohe Porosität haben, derart, dass: (a) das Lückenvolumen pro Einheitsgewichts eines absorbierenden Polymers näher an demjenigen einer luftgelegten Faserbahn ist; (b) die abrufbare Benetzungsfähigkeit oder gravimetrische Absorptionsfähigkeit des absorbierenden Polymers unter Benutzungsdrucken erhöht wird; und (c) das absorbierende Polymer vorzugsweise eine erhöhte Durchlässigkeit, verbesserte Saugwirkung und/oder verbesserte Quelleigenschaften hat.
So ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, absorbierende Artikel mit einem verbesserten Sitz zu schaffen, insbesondere durch Reduzieren ihrer Dicke, aber auch dann, wenn sie beladen sind, zusammen mit guter Fluid-Handhabungsleistung, insbesondere durch Verwenden von Materialien mit besonders geeigneten Fluid-Verteilungseigenschaften, im trockenen Zustand und während fortschreitender Sättigung mit Flüssigkeiten.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, dies durch Verwenden von superabsorbierenden Polymeren zu erreichen.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung und ihre Eigenschaften sind vollständig angegeben in den unabhängigen Ansprüchen und bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen spezifiziert. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf absorbierende Kerne, die bei der Bereitstellung von absorbierenden Inkontinenzartikeln, wie Babywindeln oder Erwachsenen-Inkontinenzartikeln, nützlich sind, wobei diese Artikel vorzugsweise eine Decklage umfassen und der absorbierende Kern unmittelbar angrenzend daran positioniert ist, und ferner optional mit einer Außenlage, welche zusammen mit der Decklage den absorbierenden Kern einschließt.
Die absorbierenden Kerne der vorliegenden Erfindung sind besonders nützlich zur Sammelung von Körperflüssigkeiten, wie Urin. Solche Kerne umfassen ein superabsorbierendes Geliermaterial, welches in Form von Teilchen vorliegt. Die Teilchen haben im Gegensatz zu Fasern eine längste und eine kleinste Abmessung, mit einem speziellen Verhältnis von längster zu kleinster Teilchenabmessung im Bereich von 1–5, wobei ein Wert von 1 gleich einem perfekten sphärischen Teilchen wäre und 5 eine gewisse Abweichung von einem sphärischen Teilchen zuließe.
Die Teilchen werden mit einer Oberflächenvernetzung bereit gestellt, um eine individuelle Teilchenstabilität zu schaffen, derart, dass superabsorbierendes Geliermaterial einen gemessenen SFC-Wert von wenigstens 30 Einheiten in Übereinstimmung mit dem SFC-Test hat, der hier definiert wird, vorzugsweise mehr als 60 Einheiten.
Die Teilchen haben ferner einen im Wesentlichen nicht kovalent gebundenen Überflächenüberzug mit einem teilweise hydrolysierbaren kationischen Polymer, derart, dass das superabsorbierende Geliermaterial eine gemessene Kugel-Berstfestigkeit (nachfolgend als BBS bezeichnet) von mehr als 80 Gramm Kraft nach 30 Minuten und einen BBS nach 16 Stunden von wenigstens 50% des BBS nach 30 Minuten aufweist, in Übereinstimmung mit dem hier definierten BBS-Test. Vorzugsweise beträgt der BBS-Wert 100 bis 130 Gramm Kraft nach 30 Minuten und liegt der BBS-Wert nach 16 Stunden im Bereich von 80%–120% des BBS nach 30 Minuten. Um den Kationenaustausch auf dem Polymer fein abzustimmen (durch Stabilisieren oder zu Puffern) sollte dieses ein hydrolysierbares Polymer sein.
Die kovalente Beschichtung ist auf den Teilchen in einer Menge von weniger als 10 Gew.-% der Teilchen, vorzugsweise zwischen 0,05 Gew.-% und 5 Gew.-% und ganz bevorzugt zwischen 0,2 Gew.-% und 1 Gew.-% vorhanden. Die teilweise hydrolysierbare, kationische, nicht kovalent gebundene Oberflächenbeschichtung wird vorzugsweise durch ein tatsächlich teilweise hydrolysiertes kationisches Polymer bereit gestellt, welches vorzugsweise im Bereich von 40%–80% hydrolysiert ist, ganz bevorzugt im Bereich von 40%–60% und äußerst bevorzugt im Bereich von 40%–50%. Ausgezeichnete Beispiele solcher Polymere sind ein Stickstoff enthaltendes Polymer, welches von 5 bis 17 mol Kationgruppen pro Kilogramm des Stickstoff enthaltenden Polymers enthält. In einer speziellen Ausführungsform der vorliegenden Er findung ist die Beschichtung ein teilweise hydrolysiertes Polymer von N-Vinyl-Alkyl-Amid oder N-Vinyl-Alkyl-Imid, ganz bevorzugt ein Polymer von N-Vinyl-Formamid.
Schließlich ist das superabsorbierende Geliermaterial in den absorbierenden Kernen der vorliegenden Erfindung in einer Konzentration von 60 Gew.-% oder mehr, vorzugsweise in einer Konzentration von 80 Gew.-% oder mehr, ganz bevorzugt in einer Konzentration von 96 Gew.-% oder mehr vorhanden.
Für die Auswahl des SAP-Materials für die Verwendung in der vorliegenden Erfindung wird vorgezogen, dass die SAP-Teilchen einen spezifischen Oberflächenbereich von wenigstens 0,05 m² pro Gramm, vorzugsweise 0,1 m² pro Gramm und ganz bevorzugt mehr als 0,25 m² pro Gramm haben, und zwar in Übereinstimmung mit dem spezifischen Oberflächen-Bewertungsverfahren, wie dies definiert ist zum Beispiel in "Modern Super Absorbent Technology" durch F. L. Buchholz und A. T. Graham, veröffentlicht durch Wiley VCH, New York, 1998. Diese relative Oberfläche ist eine Angabe für die mittlere Teilchengröße, da kleinere Teilchen inhärent zu einem größeren Oberflächenbereich führen werden. In diesem Kontext werden besonders bevorzugte Ausführungsformen des absorbierenden Kerns gemäß der vorliegenden Erfindung wenigstens 90 Gew.-%, vorzugsweise wenigstens 95 Gew.-%, ganz bevorzugt 99 Gew.-% der SAP-Teilchen mit einer Siebteilchengröße von weniger als 600, vorzugsweise weniger als 500, ganz bevorzugt weniger als 400 Mikrometer verwenden, und zwar in Übereinstimmung mit dem Siebteilchen-Größentest, wie dieser hier definiert wird.
Es hat sich ferner vorzugsweise heraus gestellt, die in den Kernen verwendeten SAPs gemäß der vorliegenden Erfindung so auszuwählen, dass sie ein Kapillardruck-Percentil haben, gemäß dem Kapillardruck-Bewertungsverfahren, wie es hier definiert wird, von wenigstens 35, vorzugsweise von wenigstens 45 und ganz bevorzugt wenigstens 54.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
A. Definitionen
Wie hier verwendet, bezieht sich der Ausdruck "absorbierender Kern" auf eine Komponente eines absorbierenden Artikels, Der primär verantwortlich ist für Fluidhandhabungseigenschaften des Artikels, einschließlich der Annahme, des Transports und der Verteilung und Speicherung von Körperfluiden. Als solches umfasst der absorbierende Kern typischerweise nicht die Decklage oder die Außenlage des absorbierenden Artikels.
Wie hier verwendet, bezieht sich der Ausdruck "absorbierendes Element" auf Komponenten des absorbierenden Kerns, die typischerweise ein oder mehrere Fluidhandhabungseigenschaften liefern, zum Beispiel eine Fluidannahme, Fluidverteilung, Fluidtransport, eine Fluidspeicherung, etc. Das absorbierende Element kann den gesamten absorbierenden Kern oder nur ein Bereich des absorbierenden Kerns umfassen, das heißt, der absorbierende Kern kann ein oder mehrere absorbierende Elemente aufweisen.
Wie hier verwendet, beziehen sich die Ausdrücke "Region"(en) oder "Zone(n)" eines Elements auf Bereiche oder Abschnitte des Elements.
Wie hier verwendet, bedeutet der Ausdruck "umfassend", dass zum Beispiel verschiedene Komponenten, Elemente, Schritte und dergleichen, gemäß der vorliegenden Erfindung gemeinsam verwendet werden können. Demgemäß umschließt der Ausdruck "umfassend" die mehr einschränkenderen Ausdrücke "hergestellt aus" und "bestehend aus", wobei diese letzteren, einschränkenderen Ausdrücke ihre Standardbedeutung haben, wie sei im Stand der Technik verstanden wird.
Alle Prozentangaben, Verhältnisse und Anteile, die hier verwendet werden, erfolgen gewichtsabhängig, sofern dies nicht anders angegeben ist.
B. Material und Komponenten des absorbierenden Kern
1. Hydrogel bildende absorbierende Polymere
a. Chemische Zusammensetzung
Die SAPs oder superabsorbierenden Polymere (SAPs), die in der vorliegenden Erfindung nützlich sind, umfassen eine Vielfalt von wasserunlösliche, aber in Wasser quellfähigen Polymeren, die in der Lage sind, große Mengen von Fluiden zu absorbieren. Solche Polymeren Materialien sind im Stand der Technik allgemein bekannt und umfassen alle solche allgemein bekannten Polymere, die im Kontext von der Technologie absorbierender Einwegartikel verwendet oder für nützlich gehalten werden. Insbesondere die in EP-A-752 892 offenbarten SAPs oder solche, die offenbart sind in einer Druckschrift unter der Bezeichnung "Modern Super Absorbent Technology" von F. L. Buchholz und A. T. Graham, veröffentlicht durch Wiley VCH, New York, 1998, sind im Kontext der vorliegenden Erfindung nützlich.
Bevorzugte Polymermaterialien für die Verwendung zum Herstellen von SAPs sind leicht vernetzte Polymere, teilweise neutralisierte Polyacrylsäuren und Stärkederivate davon. Vorzugsweise umfassen die SAPs von etwa 50 bis etwa 95%, vorzugsweise etwa 75% neutralisierte, leicht vernetzte Polyacrylsäure (das heißt, Poly(Natriumacrylat/Acrylsäure)). Die Vernetzung macht das Polymer im Wesentlichen wasserunlöslich und bestimmt teilweise die Absorptionskapazität und die extrahierbaren Polymergehaltseigenschaften der Hydrogel bildenden absorbierenden Polymere. Verfahren für die Vernetzung der Polymere und typische Vernetzungsmittel sind in größerem Detail beschrieben in US Patent 4,076,663 oder die darin genannten Druckschriften.
Obwohl das SAP vorzugsweise ein Typ (das heißt, Homogen) ist, können Mischungen von Polymeren auch in der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
Die SAPs, die in der vorliegenden Erfindung nützlich sind, können eine Größe, Form und/oder eine Morphologie haben, die über einen breiten Bereich variiert. Gemäß der vorliegenden Erfindung liegen diese Polymere in Form von Teilchen vor, die kein großes Verhältnis von größter Abmessung zu kleinster Abmessung haben (z. B. Körnchen, Staubteilchen, interpartikuläre Aggregate, interpartikuläre vernetzte Aggregate und dergleichen. Die SAPs können auch Mischungen mit geringen Anteilen eines oder mehrerer Additive aufweisen, wie zum Beispiel puderförmigem Silica, grenzflächenaktive Stoffe, Kleber, Binder und dergleichen.
Für Teilchen, wie sie oben beschrieben wurden, ist die Teilchengröße definiert als die Abmessung, die durch eine Siebgrößenanalyse bestimmt wird. Die Verfahren zum Bestimmen von Teilchengrößen der SAP-Teilchen sind beschrieben in US Patent 5,061,259 (Goldman et al.), veröffentlicht am 29. Oktober 1991.
Gemäß der vorliegenden Erfindung haben die SAP-Teilchen ferner eine im Wesentlichen nicht kovalent gebundene Oberflächenbeschichtung mit einem teilweise hydrolysierbaren kationischen Polymer, das die physikalischen Eigenschaften des SAP-Materials verbessert. Die kovalente Beschichtung ist auf den Teilchen in einer Menge von weniger als 10 Gew.-% der Teilchen, vorzugsweise zwischen 0,05% Gew.-% und 5 Gew.-% und ganz bevorzugt zwischen 0,2 Gew.-% und 1 Gew.-% vorhanden. Die teilweise hydrolysierbare, kationisch nicht kovalent gebundene Oberflächenbeschichtung wird vorzugsweise geliefert durch ein tatsächlich teilweise hydrolysiertes kationisches Polymer, welches vorzugsweise im Bereich von 40%–80%, ganz bevorzugt im Bereich von 40%–60% und äußerst bevorzugt im Bereich von 40%–50% hydrolysiert ist.
Die kationische Beschichtung ist vorzugsweise ein Stickstoff enthaltendes Polymer (N-Polymer) mit 5 bis 17 mol/kg (basierend auf dem Gewicht des Stickstoff enthaltenden Polymers) Stickstoffatomen, welches protoniert sein können. Eine detaillierte Beschreibung teilweise hydrolysierter oder wenigstens hydrolysierbarer Polyvinylamide und wie diese hergestellt werden können, ist in der DE 31 28 478 zu fin den. Besonders bevorzugt sind kationische Beschichtungen, die durch ein Polymer geliefert werden, das aus einer Homo-Polymerisation von N-Vinyl-Formamid hergestellt wird, welches bis auf einen Grad von 30 mol% bis 80 mol% hydrolysiert wird. Lösungen vollständig oder teilweise hydrolysierter Polyvinyl-Formamide sind erhältlich im Handel zum Beispiel von BASF-AG, Ludwigshafen, unter dem Markennamen Basocoll^TM, Luredur^TM oder Catiofast^TM.
Vorzugsweise haben solche kationischen Polymere ein mittleres Molekulargewicht im Bereich von etwa 10.000 bis etwa 500.000. Vorzugsweise beträgt die Menge der Beschichtung mit N-Polymer in Gewichtsprozent der SAP-Teilchen von 0,001% bis 0,5%. Das N-Polymer kann auf die oberflächenvernetzten SAP-Teilchen durch ein einfaches Aufsprühen einer Lösung mit dem N-Polymer auf die Teilchen in einem Mischer hergestellt werden. Alternativ kann das kationische Polymer, vorzugsweise das beschrieben N-Polymer, auf die SAP-Teilchen durch einen Träger aufgebracht werden, ausgewählt aus Zellulose und ihren Derivaten, Rayon, Polypropylen, Polyester, Polyethylen, Polyacryl, Polyamid, Polystyrol, Polyurethan, Polyacrylnitril oder hydrophiles Nylon, vorausgesetzt, dass solche Träger in die SAP-Teilchen während der Polymerisation eingearbeitet werden, oder in physikalischer Form während des Herstellens der SAP-Teilchen. Natürlich muss Sorge dafür getragen werden, die physikalischen Eigenschaften gemäß der vorliegenden Erfindung, wie sie unten angegeben werden, beizubehalten. Eine weitere Alternative des N-Polymers kann auf die Basisteilchen aufgebracht werden, indem ein feines Pulver des N-Polymers mit den Teilchen in einer herkömmlichen Mischeinrichtung gemischt wird. Es ist sogar möglich, das N-Polymer in absorbierende Strukturen einzuführen, die bereits Basisteilchen umfassen. Das N-Polymer wird von Materialien in der Nähe der Teilchen überführt. In absorbierenden Kernen kann das N-Polymer zum Beispiel in den Kern importiert werden durch eine Imprägnation auf Tissues oder einen Fließstoff oder eine polymere Folie oder andere Substrate.
Weiter im Stand der Technik nützliche Verbindungen, wie Salze zur pH-Pufferung oder zur Neutralisation und Staub-reduzierende Verbindungen oder andere Reaktions- und Verfahrenshilfen können in der herkömmlichen Weise verwendet werden.
b. Physikalische Eigenschaften
(1). Porosität einer Hydrogelschicht
Ein wichtiges Kennzeichen von SAPs, welches vorzugsweise durch die SAPs gemäß der vorliegenden Erfindung erreicht wird, ist die Offenheit oder Porosität der Hydrogelzone oder -schicht, die gebildet wird, wenn das Polymer in Körperfluiden unter einem Grenzdruck gequollen ist. Dies wird bezeichnet als PHL, wie dies oben definiert wurde. Bevorzugte SAPs, die in der vorliegenden Erfindung nützlich sind, haben PHS-Werte von wenigstens etwa 0,15, vorzugsweise wenigstens etwa 0,18, ganz bevorzugt wenigstens etwa 0,20 und äußerst bevorzugt wenigstens etwa 0,25. Typischerweise sind diese PHL-Werte im Bereich von etwa 0,15 bis etwa 0,40 und ganz typisch von etwa 0,18 bis 0,25. Ein Verfahren zum Bestimmen des PHL dieser SAPs wird geliefert in EP-A-752 892. Der PHL-Wert wird gemessen in Übereinstimmung mit EP 752 892 bei einem Grenzdruck von 2068 Pa (0,3 psi). Die Porosität bleibt jedoch ein wichtiger Aspekt über den gesamten Nutzungsbereich der Drucke, die von absorbierenden Kernen ausgehalten werden, das heißt, ausgehend von keinem Druck bis zu Drucken von 10.000 Pa.
(2). Leistungsfähigkeit unter Druck (PUP)
Ein weiteres wichtiges Kennzeichen von SAPs, welches auch vorzugsweise von den SAPs gemäß der vorliegenden Erfindung erreicht wird, ist ihre abfragbare Absorptionskapazität unter hohem Grenzdruck. Diese Abfrage-Absorptionskapazität wird definiert in EP-A-752 892 als eine Kapazität bei einem Einsatz unter Druck (PUP-Kapazität). Die PUP-Kapazität bevorzugter SAPs, die in der vorliegenden Erfindung nützlich sind, beträgt im Allgemeinen wenigstens etwa 19 g/g; vorzugsweise wenigstens etwa 21 g/g, ganz bevorzugt wenigstens etwa 23 g/g und äußerst bevorzugt wenigstens etwa 29 g/g.
(3). Saline Fließleitfähigkeit (SFC)
Ein wichtiges Kennzeichen und eine wichtige Norm für die SAPs, die in der vorliegenden Erfindung nützlich sind, ist deren Durchlässigkeit oder Fließleitfähigkeit, wenn sie mit Körperfluiden gequollen sind, so dass sie eine Hydrogelzone oder -schicht bilden. Diese Durchlässigkeit oder Fließleitfähigkeit wird hier durch den Wert der Salinen Fließleitfähigkeit (SFC) des SAP definiert. Die SFC misst die Fähigkeit einer geformten Hydrogelschicht, Körperfluide unter Benutzungsdrucken zu transportieren oder zu verteilen. Das Verfahren zum Bestimmen eines SFC-Wertes wird geliefert in EP-A-752 892. Der SFC-Wert der SAPs, die in der vorliegenden Erfindung nützlich sind, wurde in Einheiten genannt. Wie hier ausgedrückt, beträgt der numerische Wert eine Einheit 10^–7 cm³sec/g (oder cm³s/g/10.000.000). Mit anderen Worten bedeuten 30 SFC-Einheiten einen SFU-Wert von 30 mal 10^–7 cm³s/g.
(4). Extrahierbares Polymer
Ein weiteres wichtiges Kennzeichen für speziell bevorzugte SAPs, die in der vorliegenden Erfindung nützlich sind, ist der Anteil eines darin vorhandenen extrahierbaren Polymermaterials. Eine Bewertung und Erläuterung dazu, welche Anteile eines Extrahierbaren Polymers noch akzeptabel sind, ist im Detail offenbar und erläutert in EP-A-752 892. Als allgemeine Regel sollte die extrahierbare Menge so gering wie möglich sein und je geringer sie ist, desto weniger kann das extrahierbare Material eine unerwünschte Reaktion bewirken.
(5). Gelvolumen
Ein weiteres Kennzeichen, das insbesondere für bevorzugte Ausführungsformen der in der vorliegenden Erfindung nützlichen SAPs wichtig ist, ist das Gelvolumen. Ei ne Bewertung und eine Erläuterung der Qualität und der Quantität des Gelvolumen-Kennzeichens ist im Detail offenbart und erläutert in EP-A-752 982.
Bevorzugte SAPs haben ein relativ hohes Gelvolumen von wenigstens etwa 20 g/g und vorzugsweise von etwa 25 bis etwa 80 g/g.
(6). Gelstärke
Ein weiteres Kennzeichen, das für bevorzugte SAPs, die in der vorliegenden Erfindung nützlich sind, wichtig sein kann, ist die Gelstärke. Wie hier verwendet bezieht sich die "Gelstärke" auf die Neigung der SAP-Teilchen, die aus dem absorbierenden Polymer geformt wurden, sich unter Benutzungsspannungen zu verformen oder zu "fließen". Die Gelstärkemessung der SAPs ist offenbart in EP-A-752 892. Obwohl ein Maximieren der Gelstärke nicht so kritisch wie einige andere Eigenschaften, haben bevorzugte SAPs der vorliegenden Erfindung eine relativ hohe Gelstärke von wenigstens etwa 5 kPa (10.000 dyne/cm²), ganz bevorzugt wenigstens etwa 10 kPa (20.000 dyne/cm²) oder sogar über etwa 20 kPa (40.000 dyne/cm²).
(7) Kugel-Berstfestigkeit (BBS)
Die Kugel-Berstfestigkeit ist eine numerische Messung zur Bewertung der Integrität einer SAP-Teilchenschicht in einem gequollenen Zustand, oder mit anderen Worten, die Fähigkeit, Spannungs- und Torsionskräften zu widerstehen, welche auftreten, wenn die absorbierenden Artikel mit Kern gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Dadurch kann eine Vorhersage des Verhaltens der absorbierenden Kerne, die ein solche SAP in einer hohen Konzentration aufweisen, durchgeführt werden. Insbesondere dann, wenn die BBS über eine Zeit gemessen wird, ist die Verringerung oder die Steigerung des Wertes ein gutes Anzeichen für die Veränderung der Nass-Integrität einer Schicht von SAP-Teilchen, was als eine Simulation einer 100% Konzentration von SAP angesehen werden kann. Die Testmethodik der BBS ist offenbart im Detail in US 6,121,509 . Gemäß der vorliegenden Erfin dung wird der BBS-Wert nach 30 Minuten Quellzeit und nach 16 Stunden Quellzeit genommen. Es hat sich heraus gestellt, dass bei der Verwendung 30 Minuten die optimale Zeitdauer ist, um einen akzeptablen Grad an Kernintegrität zu erhalten.
Der Unterschied zwischen dem 30-Minutenwert und dem 16-Stundenwert kann ausgedrückt werden als eine Percentil-Fraktion des 30-Minutenwertes, wodurch eine Angabe der erwarteten Veränderung (Zunahme oder Abnahme) der Nass-Integrität des absorbierenden Kerns geliefert wird. Es gibt zwei Aspekte, die berücksichtigt werden müssen. Die Integrität des absorbierenden Kerns muss während der Anfangsbenutzung akzeptabel sein. Dies ist eine fundamentale Anforderung. Jedoch selbst nach einer anfänglichen Benässung muss die Integrität (nun Nass-Integrität genannt) akzeptabel bleiben. Dies wird gemessen durch die BBS nach 30 Minuten. Voraus gesetzt, dass diese akzeptabel ist, hat die Integrität des absorbierenden Kerns für die gesamte Benutzungsdauer akzeptabel zu bleiben. Unter Berücksichtigkeit der längsten Zeit, die ein absorbierende Artikel an einem Benutzer bleiben kann, kann die Integrität nach 16 Stunden gemessen werden. Falls der Widerstand gegenüber äußeren Kräften nach einer solch ausgedehnten Zeit akzeptabel bleibt, das hießt, es keine signifikante Verringerung des BBS-Wertes nach 16 Stunden in Bezug zu dem 30-Minuten BBS-Wert gibt, liefert dann das in einem Kern verwendete SAP-Material einen hohen Grad an Nass-Integrität für solche absorbierenden Kerne.
Einige SAPs zeigen eine Zunahme der BBS nach 16 Stunden in Bezug zu dem 30-Minuten BBS-Wert. Dies ist dann ein Anzeichen für eine Zunahme der Nass-Integrität. Jedoch muss sowohl für die 30 Minuten als auch für den 16 Stunden BBS-Wert eine feine Balance gefunden werden, um sicher zu stellen, dass die Integrität anfangs erreicht wird, beibehalten wird und die absolute Integrität weder zu niedrig (Gefahr einer Vereinzelung) oder zu hoch (Gefahr eines makroskopischen Aufbrechens aufgrund der Einwirkung von Benutzungskräften) ist.
(8). Zentrifugen-Retentionskapazität (CRC)
Für die meisten Hydrogel bildenden absorbierenden Polymere wird das Gelvolumen als ein Maß der Absorptionskapazität bestimmt durch das Verfahren, das beschrieben ist in US Reissue Patent 32,649 (Brandt et al.), wieder veröffentlicht am 19. April 1988, aber unter Verwendung von 0,9% Salzlösung statt eines synthetischen Urins. Das Gelvolumen sowie die CRC-Kapazität wird berechnet auf Trockengewichtsbasis. Ein alternatives Verfahren zum Messen des Gelvolumens kann verwendet werden für die SAPs, die Dextran Blau (siehe Gelvolumen-Verfahren in Re 32,649) an die Oberflächen des geformten Hydrogels (z. B. Polymere, die aus kationischen Monomeren präpariert werden) adsorbiert. Für diese Hydrogel bildenden Polymere wird der Absorptionskapazitätstest verwendet, das Trockengewicht des Hydrogel bildenden Polymers wird aber bei der Berechnung verwendet, anstelle des vorliegenden Gewichts. Siehe zum Beispiel US Patent 5,124,188 (Roe et al.), veröffentlicht am 23 Juni 1992, in den Spalten 27–28 zur Beschreibung des Absorptionskapazitätstests.
Für die Bewertung der Zentrifugenretentionskapazität, wurde heraus gefunden, dass die sogenannte Teebeutel-Bewertung oder -Nässung (nachfolgend CRC-Messung) am besten geeignet ist, die Beibehaltung des Kapillardrucks in Situationen zu reflektieren, die sich einer Sättigung der Absorptionsfähigkeit eines SAP-Materials annähern. Für den Test werden Standard-Laborbedingungen (21–23°C, 50% relative Feuchtigkeit) verwendet. Das SAP-Probenmaterial wird in einem dicht verschlossenen Kolben oder einem anderen Behälter trocken gehalten, welcher beim Start der Bewertung nur geöffnet wird. Weiteres Material (Tissues, Einrichtung, etc.) das bei der Bewertung verwendet wird, wird für 24 Stunden vor den Messungen unter obigen Laborbedingungen konditioniert.
Für die CRC-Messung werden 0,2 ± 0,0050 g von SAP-Teilchen in einem Teebeutel gefüllt (Der Teebeutel muss frei flüssigkeitsdurchlässig sein und muss die Teilchen zurück halten, das heißt, die Teebeutelporen dürfen nicht größer sein als die kleinsten Teilchen). Der Teebeutel sollte eine Größe von 60 mm × 85 mm haben und wird durch ein Verschweißen nach dem Befüllen dicht verschlossen. Der Teebeutel wird dann für 30 Minuten in einer 0,9% Salzlösung eingetaucht, derart, dass es wenigstens 0,83 l Lösung pro Gramm SAP gibt; vorzugsweise gibt es ein wesentliches Überschreiten dieses Verhältnisses. Nach der 30-minütigen Eintauchung wird der Teebeutel bei 250 g für 3 Minuten zentrifugiert, um überschüssige Salzlösung zu entfernen. Der Beutel wird auf 0,01 g Genauigkeit gewogen, und die absorbierte Flüssigkeit wird berechnet. Das Ergebnis wird unter Verwendung des Betrages von trockenem SAP festgehalten, welches in den Teebeutel eingefüllt wurde, und zwar in Gramm absorbiert pro Gramm SAP-Teilchen.
(9). Kapillardruck-Percentil
Das Kapillardruck-Percentil (nachfolgend als CPP bezeichnet) ist ein physikalisches Kennzeichen der SAPs, das eine Angabe dazu liefert, wie gut das Material in der Lage ist, die Fähigkeit der Fasermaterial-Zusammensetzungen dahin gehend zu imitieren, eine Flüssigkeit an verschiedenen Stufen der Sättigung durch Kapillarwirkung zu transportieren. Demgemäß liefert der empirisch hergeleitete CPP-Wert eine Angabe für die Materialeigenschaft, die Aufgabe des kapillaren Flüssigkeitstransport selbst unter nassen Bedingungen durchzuführen.
Der CPP-Wert wird berechnet aus sogenannten Absorptionsmessurigen an festen Höhen (nachfolgend bezeichnet als FHA-Messungen). Die FHA-Messungen sind im Wesentlichen die gleichen, wie bei der PUP, werden allerdings gegen eine gravimetrische Druckhöhe durchgeführt, das heißt, die Flüssigkeit wird absorbiert, indem sie gegen die Schwerkraft gezogen wird. Wie die CRC und die PUP wird auch die FHA in Einheiten von g/g (Gramm absorbiert/Gramm Material) angegeben. Für die Berechnung von CPP werden diese FHA-Messungen in Prozent der CRC-Kapazität des SAP-Materials angegeben (dass die CRC-Werte die Absorptionskapazitätsgrenze des SAP darstellen sollen) und bezeichnet als FHA%. FHA sowie diese FHA% müssen durch Bezugnahme auf den jeweiligen hydrostatischen Druck identifiziert werden, welcher überwunden wurde (Das bedeutet, dass FHA/FHA%- Werte immer erfordern, dass der Messdruck angegeben wird.) Der CPP-Wert ist der numerische Mittelwert der FHA%-Messung bei einem Druck von zwei, drei und fünf Kilopascal (gleich 20 cm, 30 cm, 50 cm) und kann ausgedrückt durch die empirisch hergeleitete, unten angegeben Summenformel. CPP = [FHA%(2 kPa) + FHA%(3 kPa) + FHA%(5 kPa)]/3
Das Absorptionsverfahren mit fest gelegten Höhen bewertet den Kapillardruck eines beladenen SAP-Bettes, das heißt, die Fähigkeit eines Bettes aus SAP-Teilchen, ein Fluid gegen einen hydrostatischen Druck zu ziehen. Das SAP absorbiert ein Fluid auf zwei Wegen, erstens durch Einbau des Fluids in seine Struktur (Quellen), angetrieben durch osmotische Kräfte, zweitens bildet das SAP ein Gelbett mit Lückenkapillaren, welche auch gefüllt werden und welche den Transport des Fluides zu SAP-Teilchen bewirken, die sich nicht in direktem Kontakt mit der Fluid-Grenzfläche befinden. Falls ein SAP-Gelbett, das bis nahe seiner theoretischen Kapazität beladen ist, noch einen hohen Kapillardruck ausüben kann, dann wird das SAP in optimalem Ausmaße verwendet, das heißt, es ist kein SAP überzählig. Die Messung misst im Wesentlichen die Menge des durch eine Probe absorbierten Fluids, die gegen die Schwerkraft über eine festgelegte Höhe gezogen wurde.
Die in dem FHA-Verfahren verwendete Anlage besteht aus dem Folgenden
einem Fluidreservoir mit "Mariotte-Rohr", um den Null-Höhenfluidpegel H0 unabhängig von dem Fluidverbrauch während der Messung zu definieren ein Ventil in einem
Verbindungsrohr zwischen dem Fluidreservoir und einem Boden
eines Trichters mit einer Glas-Fritte, wobei die Glas-Fritte eine Porengröße 4 (das heißt, 4–5,5 Micron) hat, in welchem die Glas-Fritte so positioniert ist, dass die obere Frittenoberfläche die Messhöhe Hm definiert,
eine Probenhalter-Anordnung mit einem Zylinder aus Plexiglas mit einem inneren Durchmesser von 6 cm. Einer Scheibe mit 5,9 cm Durchmesser zum Anordnen auf der SAP-Probe, wobei die Scheibe ohne Reibung in dem Zylinder sitzt, und ein Gewicht, welches einen etwas kleineren Durchmesser hat als die Scheibe und zusammen mit der Scheibe einen Druck von 2068 Pa (03, psi) auf die Probe ausübt. In Kombination ist das SAP in der Lage, eine Flüssigkeit von der Fritte anzunehmen und in seiner Höhe gegen einen Grenzdruck von 2068 Pa (0,3 psi) zu quellen. Die Glasmaterialien können in jedem üblichen chemischen Fachgeschäft erhalten werden, zum Beispiel von VWR International GmbH, Vertriebszentrum Frankfurt, Insterburger Straße 9, D-60487 Frankfurt/M, Deutschland. Die Plexiglas-Einrichtung und das Gewicht können durch jeden fachmännischen Handwerksbetrieb hergestellt werden, zum Beispiel Acryl & Modellbau, Peter Lorenz, Ruppertshainer Straße 14, D-65779 Kelkheim/Fischbach, Deutschland. In dem Falle, dass Plexiglas verfügbar ist oder kein Handwerksbetrieb gefunden werden kann, kann eine ähnliche Einrichtung auch aus Glas oder aus Edelstahl hergestellt werden. Alle Einsätze, Dichtungen und notwendigen Hilfsmittel für die Laboreinrichtung müssen aus einem Sortiment ausgewählt werden, das unter guten Laboreinsätzen nützlich ist und die notwendige Genauigkeit für chemische Labor-Untersuchungen geeignet ist.
Es ist ferner notwendig, eine Waage zu haben, die in der Lage ist, bis zu 1/1000 g zu messen, um das SAP und die Menge des angenommenen Fluids zu messen. Zum Durchführen des Tests ist es auch notwendig, eine Schicht von Tissue zwischen die Glasfrittenoberfläche und die tatsächliche SAP-Probe zu legen, um zu verhindern, dass Teilchen in die Lückenräume der Glasfritte eindringen. Das Tissue ist vorzugsweise ein hoch nassfestes Tissue, das in Quadrate von 65 mm geschnitten wird. Das Tissue muss dünn sein und eine Flächenmasse von 22,5 g/m² ist nützlich. Solche Tissues sind erhältlich von Frippa, Miltenberg, Deutschland, als HWS 22,5 g/m² (Gramm pro Quadratmeter) Tissue oder kann erhalten werden von P&G, c/o R&D-STC, bei Mr. Bruno Ehrnsperger.
Für den Test werden Standard-Laborbedingungen (21–23°C, 50% relative Feuchtigkeit) verwendet. Das SAP-Probenmaterial wird in einem dicht verschlossenen Kol-ben oder anderen Behälter trocken gehalten, welcher erst beim Start der Auswer tung geöffnet wird. Weiteres Material, das bei der Bewertung verwendet wird (Tissues, Einrichtung, etc.) wird für 24 Stunden vor den Messungen bei den obigen Laborbedingungen konditioniert. Für die Testmessungen wird 0,9 g SAP auf 1/100 g genau eingewogen, wobei für jede Höhe wenigstens 3 Proben getestet werden sollen. Die Testflüssigkeit ist eine 0,9% Salzlösung. Das Tissue wird zugeschnitten und auf der gefritteten Oberfläche platziert; Kniffe in dem Tissue werden nicht toleriert. Der Probenhalter wird auf dem Tissue angeordnet und das SAP wird gleichmäßig verteilt. Die Fritte wird auf der gewünschten Messhöhe Hm angeordnet, welche 20 cm, 30 cm oder 50 cm über der Höhe des Gießspiegels am Boden des Mariotte-Rohres liegt. Das Ventil wird geöffnet, damit ein Flüssigkeitskontakt möglich wird, und die Dauer der Einwirkzeit auf die Flüssigkeit beträgt 60 Minuten, um eine wesentliche Sättigung zu erlauben. Am Ende dieser Zeit wird die zusätzliche Höhe der nassen Probe als der Betrag der absorbierten Salzlösung gemessen (dies kann erfolgen, indem die gesamte Probenhalteranordnung anfangs gewogen wird und nach dem Test und diese Zahlenwerte subtrahiert werden). Die Gewichtsmessungen werden auf die nächsten 1/100 g abgerundet.
Das Ergebnis wird für jede Höhe als Prozentangabe der absorbierten Salzlösung gemäß dem Vorstehenden und den CRC-Absorptionswerten festgehalten. Eine statistische Analyse wird verwendet, wenn die Ergebnisse gemittelt werden, um zu gewährleisten, dass die Endwerte auf ein 90% (vorzugsweise 95%) Zufallsfehlerbereich genau sind. Die FHA%-Werte werden dann zum Berechnen des CPP basierend auf der oben angegebenen Formel verwendet.
c. Verfahren zum Herstellen von SAP
Das grundlegende SAP kann in jeder herkömmlichen Weise gebildet werden, das im Stand der Technik bekannt ist, wie oben diskutiert. Typische und bevorzugte Verfahren zum Herstellen dieser Polymere sind in einer langen Liste in der Literatur beschrieben, einschließlich in vielen Patentanmeldungsunterlagen und insbesondere in der Druckschrift "Modern Super Absorbent Technology" von F. L. Buchholz und A. T. Graham, siehe oben, US Reissue Patent 32,649, US Patent 4,666,983, US Patent 4,625,001, US Patent 4,625,001, US Patent 4,340,706, US Patent 4,506,052, US Patent 4,735,987, US Patent 4,541,871, PCT-Anmeldung WO 92/16565, PCT-Anmeldung WO 90/08789, PCT-Anmeldung WO 93/050,80; US Patent 4,824,901; US Patent 4,789,861, US Patent 4,587,30, US Patent 4,734,478; US Patent 5,164,459; deutsche Patentanmeldung 40 20 780 (Dahmen) und veröffentlichte europäische Patentanmeldung 509,708.
Bevorzugte Verfahren zum Bilden des grundlegenden SAP sind solche, die Polymerisationsverfahren in wässriger Lösung umfassen. Das wässrige Reaktionsgemisch von Monomeren wird Polymerisationsbedingungen ausgesetzt, welche ausreichend sind, um in dem Gemisch ein im Wesentlichen wasserunlösliches, leicht vernetztes Polymer herzustellen. Die Masse von Polymer, die gebildet wird, kann dann pulverisiert oder gehäckselt werden, um einzelne Teilchen zu bilden.
Nach dem Herstellen der SAP-Teilchen kann eine Oberflächenvernetzung verwendet werden, um SAPs zu erhalten, die relativ hohe PHL-, PUP-Kapazitäts- und SFC-Werte haben. Ohne durch Theorie gebunden zu sein, wird angenommen, dass die Oberflächenvernetzung den Widerstand gegenüber einer Verformung der SAP-Oberflächen erhöht, wodurch der Grad an Kontakt zwischen benachbarten Polymeroberflächen verringert wird, wenn das resultierende Hydrogel unter einem äußeren Druck verformt wird. Beispiele solcher Verfahren sind offenbart in den oben angegebenen Druckschriften.
Schließlich werden SAP-Teilchen mit dem gewünschten Grad an Oberflächenvernetzung (aber nicht kovalent gebunden) mit den kationischen Polymeren gemäß der vorliegenden Erfindung beschichtet. Das kationische Polymer, vorzugsweise ein N-Polymer, kann auf die oberflächenvernetzten SAP-Teilchen durch ein einfaches Aufsprühen einer Lösung mit dem N-Polymer auf die Teilchen in einem Mischer aufgebracht werden. Alternativ kann das kationische Polymer, vorzugsweise das beschriebene N-Polymer, auf den SAP-Teilchen durch einen Träger aufgebracht werden, der ausgewählt ist aus Zellulose und seinen Derivaten, Rayon, Polypropylen, Polyester, Polyethylen, Polyacryl, Polyamid, Polystyrol, Polyurethan, Polyacrylnitril oder hydrophiles Nylon, vorausgesetzt, dass solche Träger in die SAP-Teilchen während der Polymerisation eingebaut sind, oder in physikalischer Form während der Herstellung der SAP-Teilchen. Als weitere Alternative kann insbesondere das N-Polymer auf die Basisteilchen durch ein Mischen eines feinen Pulvers des N-Polymers mit den Teilchen in einer herkömmlichen Mischeinrichtung aufgebracht werden. Es ist sogar möglich, das N-Polymer in die absorbierenden Strukturen bereits mit den Basisteilchen einzuführen. Das N-Polymer wird von Materialien in der Nähe des Teilchens überführt. In absorbierenden Kernen kann das N-Polymer zum Beispiel durch eine Imprägnation auf Tissues oder Fließstoffen oder einem polymeren Film oder andere Substrate in den Kern importiert werden. Natürlich muss Sorge dafür getragen werden, die physikalischen Eigenschaften gemäß der vorliegenden Erfindung beizubehalten, wie sie hier angegeben sind.
Wenn das kationische Polymer (vorzugsweise das N-Polymer) auf die SAP-Teilchen aufgebracht wird, ist es wichtig, das Beschichtungsmaterial nicht kovalent an der Oberfläche der SAP-Teilchen zu binden. Es hat sich überraschend heraus gestellt, dass bei Auftragung der bevorzugten N-Polymere gemäß der vorliegenden Erfindung, es weder notwendig noch vorteilhaft ist, das kationische Polymer an die Basisteilchen zu binden. Um dies zu gewährleisten sind die Temperatur und die Dauer des Mischungsschrittes kritische Merkmale, um eine Beschichtung zu erhalten, ohne eine Bindung, welche ausreichend stark ist einerseits, aber wirksam genug ist, ein Beibehalten der Nassfestigkeit absorbierender Kerne aus diesen SAP zu erlauben.
C. Absorbierende Kerne mit SAPs
Gemäß der vorliegenden Erfindung umfassen absorbierende Kerne für absorbierende Einwegartikel die vorher beschriebenen SAPs, mit oder ohne weitere optionale Komponenten, wie Fasern, thermoplastisches Material, Schäume, Scrims etc. Diese absorbierenden Kerne funktionieren als Fluidspeicherelemente. Die Hauptfunktion solcher Kerne ist, das ausgeschiedene Körperfluid entweder direkt oder von anderen absorbierenden Elementen zu absorbieren (z. B. von Fluidannahme/Verteilungselementen), und dann ein solches Fluid zurückzuhalten, selbst dann, wenn sie Drucken und Spannungen und Torsionen ausgesetzt werden, denen sie normalerweise als Ergebnis von Bewegungen des Trägers absorbierender Artikel, die damit hergestellt sind, begegnet. Es sollte jedoch so verstanden sein, dass solche Polymer enthaltenden absorbierenden Elemente auch anderen Funktionen als der Fluidspeicherung dienen können.
Ein wichtiger Aspekt dieser absorbierenden Elemente gemäß der vorliegenden Erfindung ist, dass sie ein oder mehrere Regionen mit einer hohen Konzentration dieser SAPs enthalten, um relativ dünne absorbierende Artikel zu schaffen, die in der Lage sind, große Mengen von Körperfluiden zu absorbieren und zurückzuhalten. Eine hohe Konzentration von SAPs in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist wünschenswert, um den Anteil anderer Komponenten, insbesondere faseriger Komponenten, zu verringern.
Beim Messen der Konzentrationen von SAP in einer gegebenen Region eines absorbierenden Kerns wird die Gewichtsprozentangabe des SAP relativ zu dem kombinierten Gewicht von SAP und den anderen Komponenten (z. B. Faern, thermoplastischem Material, etc.), das in der gleichen Region, die das Polymer enthält, vorhanden sind, verwendet. Wenn man dies bedenkt, kann die Konzentration der SAPs in einer gegebenen Region eines absorbierenden Element gemäß der vorliegenden Erfindung im Bereich von etwa 60 bis 100%, vorzugsweise von etwa 70 bis 100%, ganz bevorzugt von etwa 80 bis 100% und äußerst bevorzugt von etwa 90% bis 100% liegen.
Absorbierende Kerne gemäß der vorliegenden Erfindung mit hohen Konzentrationen von SAPs sind nützlich alleine oder in Kombination mit anderen absorbierenden Elementen als Teil der absorbierenden Artikel gemäß der vorliegenden Erfin dung. In Abhängigkeit von der vorgesehenen Verwendung umfassen die bevorzugten Kerne gemäß der vorliegenden Erfindung die SAPs gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer Flächenmasse von wenigstens 50 g/m², vorzugsweise wenigstens 150 g/m² und sogar ganz bevorzugt von wenigstens 300 g/m².
Diese weiteren absorbierenden Elemente in den Kernen gemäß der vorliegenden Erfindung können solche umfassen, die für ein anfängliches Annehmen der ausgeschiedenen Körperfluide nützlich sind, bevor diese Fluide zu dem Fluidspeicherelement des absorbierenden Kerns verteilt werden. Dies umfasst absorbierende Elemente, die mehrere Fluidhandhabungseigenschaften liefern (z. B. Fluidannahme und -verteilung) oder einzelne Fluidhandhabungseigenschaften (z. B. Fluidverteilung). Diese weiteren absorbierenden Elemente können auch geringere Konzentrationen von SAPs aufweisen, welche die physikalischen Eigenschaften haben, die vorher angegeben wurden, oder SAPs mit unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften aufweisen können.
Ein geeigneter absorbierender Kern gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst eine Anordnung mit (a) eine Annahmeschicht, im Wesentlichen frei von SAPs; und (b) eine optionale SAP-Schicht, hauptsächlich mit einem ersten SAP, das nicht die obigen physikalischen Kriterien erfüllen muss, und (c) eine weitere optionale Schicht mit einem Lückenraum zur Speicherung und Neuverteilung von Körperfluiden und (d) eine untere Schicht, die eine hohe Konzentration eines zweiten SAP enthält, das die obigen physikalischen Kriterien erfüllt. Diese Anordnung von Teilen kann zusätzlich vollständig oder teilweise in ein Tissue oder in ein anderes Substrat eingewickelt sein, um die Anordnung zu vereinheitlichen.
E. Absorbierende Artikel
Wegen der Einzigartigkeit der absorbierenden Eigenschaften der absorbierenden Kerne der vorliegenden Erfindung, sind sie besonders geeignet für die Verwendung in absorbierenden Einwegartikeln zur Absorption von Urin (auch bezeichnet als wegwerfbare absorbierende Inkontinenzartikel). Diese absorbierenden Artikel umfassen typischerweise eine flüssigkeitsundurchlässige (aber vorzugsweise gasdurchlässige) Außenlage, eine fluiddurchlässige Decklage, die damit verbunden ist, oder in anderer Weise mit der Außenlage zugeordnet ist, und den absorbierenden Kern gemäß der vorliegenden Erfindung, der zwischen der Außenlage und der Decklage positioniert ist. Solche Artikel sind im Stand der Technik allgemein bekannt und vollständig offenbart in verschiedenen Dokumenten, die in der Beschreibung erwähnt wurden, zum Beispiel in EP 752 892 .
Beispiele von SAP gemäß der vorliegenden Erfindung für die Verwendung in absorbierenden Kernen gemäß der vorliegenden Erfindung.
1. Präparierung eines oberflächenvernetzten Basispolymers
Ein Basispolymer-Gelmaterial wird präpariert in einer herkömmlichen Weise aus Acrylsäure, Natriumacrylat und ethoxyliertem Trimethylo-Propan-Triacrylat mit einer Zentrifugen-Retentionskapazität (CAC) von 30–31 g/g und einer Acrylsäureneutralisation von 70 mol-%. Das polymere Gelmaterial wird mechanisch zerbrochen und in einem herkömmlichen Labortrockner getrocknet. Nach dem Trocknen wird das Polymer zu Teilchen gemahlen und gesiebt, um eine Teilchenfraktion zwischen 150 Mikrometer und 850 Mikrometer zu erhalten. Diese Teilchen werden dann oberflächenvernetzt, indem sie in einen Labor-Pulvermischer eingeführt werden, in welchem eine wässrige Oberflächen-Vernetzungslösung (0,08% Oxazolidinon, 0,02% Sorbitan-Monolaureat und 3,5% 1,2-propandiol, jeweils prozentual basierend auf dem Gewicht der Polymerteilchen) mit einer Zweiphasendüse aufgesprüht wurde. Danach wurden 0,5% (Gewichtsanteil der Teilchen) eines Aluminiumsulfats (geliefert als 26,8% wässrige Lösung) auch in dem Pulvermischer gesprüht und für etwa 80 Minuten bei 175–180°C temperiert. Die oberflächenvernetzten Polymerteilchen durften dann abkühlen auf Umgebungstemperatur und wurden zu einer Teilchenfraktion zwischen 150 Mikrometer und 850 Mikrometer Teilchenbereich gesiebt, um Teilchenklümpchen zu entfernen. Die Kennzeichen in Überein stimmung mit der vorliegenden Erfindung dieses oberflächenvernetzten Basispolymers sind enthalten in Tabelle 2 als Bezug.
2. Nicht kovalent gebundene Oberflächenbeschichtung mit teilweise hydrolysierbaren kationischen Polymer
1200 g der oberflächenvernetzten Basispolymerteilchen werden in einen 5-Liter Loedige-Plough-Labormischer bei Umgebungstemperatur eingefüllt. Ein einer Drehgeschwindigkeit von 200 rpm wurde die Oberflächenbeschichtung eines teilweisen hydrolysierbaren kationischen Polymers über 13 Minuten hinzu gegeben, und zwar durch Sprühen durch eine Zweiphasendüse unter Verwendung von Stickstoff als inertes Mischgas bei einem Druck von etwa 1 bar. Die Beschichtung mit teilweise hydrolysierbarem kationischen Polymer wurden 5 unterschiedliche Polyvinylamine verwendet, die sich durch verschiedene Grade an Hydrulysierung unterscheiden, wie dies aus Tabelle 1 zu sehen ist. Das Polyvinylamin wurde als eine 7,3 Gew.-% Lösung in einer Menge 65,71 g bereit gestellt. Diese Lösung wurde zur gleichmäßigen Verteilung durch die Zweiphasendüse gepumpt, um sie auf die Teilchen in dem Mischer aufzusprühen. Das resultierende Material wurde danach in einen analog vorerhitzten Loedige-Plough-Labormischer überführt und bei einer Temperatur von 100°C für 60 Minuten bei einer Mischergeschwindigkeit von 50 rpm getrocknet. Die Menge des Polyvinyl-Aminpolymers war derart, dass dieses 0,4 Gew.-% der Polymerteilchen darstellte.
TABELLE 1
TABELLE 2
Abkürzungen/Angaben

DoH = Grad an Hydrolysierung;
PNA = protonierbare Stickstoffatome,
gf = Gramm Kraft,
* außerhalb der vorliegenden Erfindung

Wie aus den Beispielen zu sehen ist, ist das SAP aus Beispiel 3 in seiner Klasse am besten, da dieses eine außergewöhnlich hohe Saline Fließleitfähigkeit liefert (ein Anzeichen seiner Fähigkeit, auch unter nassen Bedingungen, das heißt, nach einer anfänglichen oder wiederholten Absorption, eine gute Durchleitbarkeit der Flüssigkeit bereit zu stellen) und eine geringe BBS-Reduktion (ein Anzeichen dafür, dass die Integrität der absorbierenden Kerne mit diesem SAP angemessen nahe an die Integrität des trocken absorbierenden Kerns aufrecht erhalten bleibt). Ein solches günstiges Leistungsbild ist nicht erreichbar ohne die Beschichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Obwohl spezielle Ausführungsformen in der vorliegenden Beschreibung gezeigt und erläutert wurden, wird die Grenze der vorliegenden Erfindung durch die angehängten Ansprüche und alle solche Ausführungsformen, die unter diese fallen, definiert.
Eine detaillierte Beschreibung der Herstellungs- und Bewertungsverfahren, die zum Herstellen von SAP-Teilchen gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden, wird in einer Patentanmeldung unter der Bezeichnung "wasserabsorbierendes Mittel und Verfahren zu seiner Herstellung" durch den Anmelder/Übertragenen BASF, Ludwigshafen, Deutschland am 26. August 2002 beim Deutschen Patentamt eingereicht worden. Eine Kopie dieser Anmeldung ist in der Akte der vorliegenden Anmeldung beim Europäischen Patentamt erhältlich.

Claims

Absorbierender Kern zum Erfassen von Körperflüssigkeiten, wie z. B. Urin, wobei der Kern ein super-absorbierendes Gelbildungs-Material umfasst, wobei das super-absorbierende Gelbildungs-Material in Form von Partikeln vorliegt, – wobei die Partikel eine größte und eine kleinste Abmessung mit einem Partikel-Verhältnis von größter zu kleinster Partikel-Abmessung im Bereich von 1 bis 5 aufweisen, – wobei die Partikel mit einer Oberflächen-Vernetzung versehen sind, um die Partikel mit einer individuellen Partikel-Stabilität zu versehen, so dass das super-absorbierende Gelbildungs-Material eine gemessene Salz-Fluss-Konduktivität von mindestens 30 Einheiten, vorzugsweise von mehr als 60 Einheiten, gemäß dem Salz-Fluss-Konduktivitäts-Test aufweist, – wobei die Partikel ferner eine im Wesentlichen nicht-kovalent gebundene Oberflächenschicht mit einem teilweise hydrolisierbaren kationischen Polymer aufweisen, wobei das Polymer in dem Bereich von 40% bis 80% hydrolisiert ist, so dass das superabsorbierende Gelbildungs-Material eine gemessene Kugel-Berstfestigkeit gemäß dem Kugel-Berstfestigkeits-Test von mehr als 80 Gramm Kraft nach 30 Minuten und eine Kugel-Berstfestigkeit nach 16 Stunden von mindestens 50% der Kugel-Berstfestigkeit nach 30 Minuten aufweist, – wobei die Schicht auf den Partikeln in einer Menge von weniger als 10 Gew.-% der Partikel vorliegt und – wobei das super-absorbierende Gelbildungs-Material in dem Kern in einer Konzentration von 60 Gew.-% oder mehr vorliegt.
Absorbierender Kern nach Anspruch 1, wobei die Oberflächenschicht ein Stickstoff-enthaltendes Polymer ist, welches 5 bis 17 mol kationischer Gruppen pro Kilogramm des Stickstoff-enthaltenden Polymers enthält.
Absorbierender Kern nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Partikel eine im Wesentlichen nicht-kovalent gebundene Oberflächenschicht mit einem teilweise hydrolisierten kationischen Polymer aufweisen, wobei das kationische Polymer in dem Bereich von 40% bis 60%, vorzugsweise in dem Bereich von 40% bis 50% hydrolisiert ist, wobei vorzugsweise die Schicht ein teilweise hydrolisiertes Polymer von N-Vinyl-Alkyl-Amid oder N-Vinyl-Alkyl-Imid, bevorzugter ein Polymer von N-Vinyl-Formamid ist.
Absorbierender Kern nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die gemessende Kugel-Berstfestigkeit in dem Bereich von 100 bis 130 Gramm Kraft nach 30 Minuten liegt und die Kugel-Berstfestigkeit nach 16 Stunden in dem Bereich von 80% bis 120% der Kugel-Berstfestigkeit nach 30 Minuten liegt.
Absorbierender Kern nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Schicht auf den Partikeln in einer Menge zwischen 0,05 bis 5 Gew.-% der Partikel, vorzugsweise zwischen 0,2 bis 1 Gew.-% der Partikel vorliegt.
Absorbierender Kern nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das super-absorbierende Gelbildungs-Material in dem Kern in einer Konzentration von 80 Gew.-% oder mehr, vorzugsweise von 96 Gew.-% oder mehr vorliegt.
Absorbierender Kern nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Partikel eine spezifische Oberfläche von mindestens 0,05 m² pro Gramm gemäß dem spezifischen Oberflächen-Auswertungs-Verfahren aufweisen.
Absorbierender Kern nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Partikel ein Kapillardruck-Percentil gemäß dem Kapillardruck-Auswertungs-Verfahren von mindestens 35, vorzugsweise von mindestens 45 und bevorzugter von mindestens 54 aufweisen.
Absorbierender Kern nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei mindestens 90 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 95 Gew.-%, bevorzugter 99 Gew.-% der Partikel eine Sieb-Partikelgröße von weniger als 600, vorzugsweise von weniger als 500, bevorzugter von weniger als 400 Mikrometer gemäß dem Sieb-Partikelgrößen-Test aufweisen.
Absorbierende Inkontinenzartikel, wie z. B. Babywindeln oder Inkontinzenzartikel für Erwachsene, umfassend einen absorbierenden Kern nach Anspruch 1, wobei der Artikel vorzugsweise ferner eine Decklage aufweist und der absorbierende Kern direkt benachbart zu der Decklage angeordnet ist.