DE69229828T2

DE69229828T2 - Absorbierende strukturen mit spezifischer teilchengrössenverteilung von superabsorbierenden hydrogel formende materialien

Info

Publication number: DE69229828T2
Application number: DE69229828T
Authority: DE
Inventors: Jerry Layne Dragoo; Gary Bernard Gilkeson; Donald Carroll Roe
Original assignee: Procter and Gamble Co
Current assignee: Procter and Gamble Co
Priority date: 1991-04-12
Filing date: 1992-04-09
Publication date: 2000-04-20
Anticipated expiration: 2012-04-10
Also published as: NO305224B1; SK279288B6; NO933604L; BR9205888A; CA2107592A1; HK1013027A1; IE921163A1; ES2134805T3; NO933604D0; PL170456B1; ATE183399T1; CA2107592C; DE69229828D1; FI934466L; MY111433A; CZ281761B6; SK108393A3; TW272937B; HU9302872D0; RU2122391C1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf absorbierende Strukturen, die partikelförmige superabsorbierende Hydrogel-bildende Materialien enthalten. Die absorbierenden Strukturen der vorliegenden Erfindung sind in absorbierenden Wegwerfartikeln, z. B. Windeln, Inkontinenzeinlagen für Erwachsene u. dgl. besonders brauchbar. Insbesondere bezieht sich diese Erfindung auf absorbierende Strukturen, die spezifische Partikelgrößenverteilungen von superabsorbierenden Hydrogel-bildenden Materialien vermischt mit anorganischen Pulvern haben.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Der hier verwendete Ausdruck "superabsorbierende Hydrogel-bildende Materialien" bezieht sich auf im wesentlichen wasserunlösliche, absorbierende polymere Verbindungen, die imstande sind, große Mengen an Fluiden, z. B. Wasser und Körperausscheidungen, im Verhältnis zu ihrem Gewicht zu absorbieren und dadurch Hydrogele zu bilden. Derartige Materialien sind meist auch imstande, solche absorbierten Fluide unter moderaten Drücken zurückzuhalten. Superabsorbierende Hydrogel-bildende Materialien können auch mit anderen Namen bezeichnet werden, z. B. "superabsorbierende Materialien", "Hydrokolloide" oder "absorbierende gelbildende Materialien".
Die Absorptionscharakteristika solcher superabsorbierender Hydrogelbildender Materialien und die Kosten solcher Materialien machen sie besonders brauchbar für die Einarbeitung in absorbierende Artikel, speziell absorbierende Wegwerfartikel, z. B. Wegwerfwindeln. Einige Beispiele für die Verwendung partikelförmiger superabsorbierender Hydrogel-bildender Materialien in absorbierenden Artikeln sind im US-Patent 3,699,103, erteilt an Harper et al. am 13. Juni 1972, und im US-Patent 3,670,731, erteilt an Harmon am 20. Juni 1972, geoffenbart.
Im Fall mancher absorbierender Wegwerfartikel ist es erwünscht, ein dünneres Produkt herzustellen. Dünnere Produkte können Benutzerkomfort und Wahrnehmbarkeitsvorteile bieten. Ein Weg, dünnere Produkte unter Beibehaltung der Gesamtfluidspeicherkapazität herzustellen, ist es, den Fasergewichtsgehalt im absorbierenden Kern des Produkts zu verringern und gleichzeitig die Menge an partikelförmigem superabsorbierenden Hydrogel-bildenden Material im Kern zu erhöhen.
In historischen Ausführungsformen absorbierender Artikel, die superabsorbierende Materialien enthalten [speziell jenen, die hohe Konzentrationen an superabsorbierenden Materialien haben, z. B. größer als oder gleich etwa 25 Gew.-%], waren jedoch Kompromisse unvermeidbar zwischen dem Einarbeiten superabsorbierender Materialien in absorbierende Artikel und den Fluidaufnahme- und -verteilungsraten der absorbierenden Artikel. Absorbierende Wegwerfprodukte, die hauptsächlich Standard-Partikelgrößenverteilungen des partikelförmigen superabsorbierenden Hydrogel-bildenden Materials enthalten (speziell, wenn diese Materialien in hohen Konzentrationen vorliegen), haben die Beschränkung, daß ihre Fluidaufnahmerate viel geringer als jene herkömmlicher Bahnen aus Fasern auf Zellulosebasis sein kann. Der Begriff "Fluidaufnahmerate" bezieht sich auf die Rate, mit welcher Fluide in dem absorbierenden Artikel in einer Richtung aufgenommen werden, die in die Ebene des absorbierenden Artikels verläuft (d. h. in der "z-Richtung"). Dies trifft besonders im Fall von partikelförmigen superabsorbierenden Hydrogel-bildenden Materialien zu, die eine relativ große mittlere Partikelgröße haben.
Die Fluidaufnahmerate solcher absorbierenden Artikel kann wesentlich angehoben werden, indem die Durchschnittsgröße der superabsorbierenden Materialpartikel im Produkt reduziert wird. Wenn jedoch sehr kleine Partikel (oder "Feinstoffe") bei Kontakt mit Flüssigkeiten quellen, neigen die Partikel, wenn sie in eine Faservliesbahn eingearbeitet sind, dazu, leicht in die Kapillaren zwischen den Fasern der Bahn gepreßt zu werden. Die gequollenen oder teilweise gequollenen Feinstoffe können auch eine koagulierte Gelmasse bilden, die durch Oberflächenspannungen des Fluids zusammengehalten wird, und dadurch eine Gelbarriere bilden. In jedem Fall wird der Widerstand gegen das Fluidfließen durch die Struktur erhöht, da Fluidströmungskanäle innerhalb der Faserbahn blockiert sind, oder durch die Gelmasse, was zu einer deutliche Abnahme der Permeabilität führt. Diese Phänomene, die hauptsächlich den Transport von Fluiden in der Ebene der absorbierenden Struktur (in der Ebene "x-y") beeinträchtigen, werden meist als "Gelblockieren" bezeichnet. Da diese absorbierenden Artikel nicht imstande sind, Fluid rasch oder effizient zu verarbeiten (d. h. Fluide hereinzunehmen, zu verteilen und zu speichern), kann es eine zunehmende Wahrscheinlichkeit von Produktversagen geben.
Es wurden viele Bemühungen unternommen, um die Probleme zu lösen, die mit dem Einarbeiten superabsorbierender Materialien in absorbierende Artikel einhergehen. Beispielsweise beschreibt die Europäische Patentanmeldung 0 339 461, veröffentlicht am 10. November 1985 namens Kellenberger, einen Versuch, welcher auf die Auswahl einer Größe von superabsorbierendem Material, die eine spezifische Beziehung zur Porengröße eines absorbierenden Produkts hat, ausgerichtet war. Die US 4,699,823, erteilt am 13. Oktober 1987 namens Kellenberger et al., befaßt sich mit der Verteilung superabsorbierenden Materials in einem positiven Konzentrationsgradienten durch zumindest einen Teil der Dicke einer absorbierenden Schicht. Andere Bemühungen sind auf die Partikelgröße gerichtet, z. B. US Patent 4,105,033, Chatterjee et al. Viele andere erwähnen Partikelgrößen in verschiedenen Zusammenhängen, z. B. US Patent 4,102,340, Mesek et al.; US Patent 4,604,313, McFarland et al.; und US Patent 4,666,975, Yamasaki et al.
Noch weitere Bemühungen waren auf den Versuch gerichtet, verschiedene Charakteristika der superabsorbierenden Materialpartikel durch solche Verfahren wie den Zusatz anorganischer Pulver oder anderer Materialien zu den superabsorbierenden Materialpartikeln zu verbessern. Einige Beispiele solcher Bemühungen sind im US Patent 3,932,322, erteilt an Duchane; im US-Patent 4,055,184, erteilt an Karami; im US-Patent 4,286,082, erteilt an Tsubakimoto et al.; und im US-Patent 4,500,670, erteilt an McKinley et al., beschrieben.
Jedoch scheint keiner der Vorgenannten die Probleme, die mit den Transportraten von Fluiden sowohl in der x-y-Ebene als auch in der z-Richtung verbunden sind, entsprechend verstanden und angesprochen zu haben.
Die vorliegende Erfindung sucht die zuvor angegebenen Probleme zu lösen, indem sie verbesserte absorbierende Strukturen und absorbierende Artikel mit verbesserten Fluidaufnahme- und -verteilungsraten vorsieht, die partikelförmiges superabsorbierendes Hydrogel-bildendes Material enthalten.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung sieht absorbierende Strukturen mit hoher Leistung vor, die spezifische relativ enge Partikelgrößenverteilungen partikelförmiger superabsorbierender Hydrogel-bildender Materialien, vorzugsweise gemischt mit anorganischen Pulvern, enthalten. Die absorbierenden Strukturen der vorliegenden Erfindung sind besonders brauchbar in absorbierenden Wegwerfartikeln.
Die erfindungsgemäßen absorbierenden Artikel umfassen ein flüssigkeitsdurchlässiges Deckblatt, ein flüssigkeitsundurchlässiges Rückenblatt, das mit dem Deckblatt verbunden ist, und einen absorbierenden Kern, der zwischen Deckblatt und Rückenblatt angeordnet ist. Der absorbierende Kern umfaßt zumindest teilweise eine absorbierende Struktur gemäß vorliegender Erfindung. Die absorbierende Struktur umfaßt eine Hauptstruktur und eine partikelförmige Materialmischung. Die partikelförmige Materialmischung umfaßt im wesentlichen wasserunlösliches, absorbierendes Hydrogel-bildendes Polymermaterial, gebildet durch Lösungspolymerisationsverfahren, vermischt mit einem anorganischen Pulver. Die Partikel des Polymermaterials haben eine derartige Größe, daß mindestens etwa 70 Gew.-% der Partikel durch ein US-Standard-50-Maschen-Sieb mit Öffnungen mit 297 Mikrometer durchgehen werden und an einem US-Standard- 170-Maschen-Sieb mit Öffnungen mit 88 Mikrometer zurückgehalten werden, wenn die Polymermaterialpartikel nach dem hier beschriebenen Siebtest getestet werden. Das anorganische Pulver ist vorzugsweise feines amorphes Siliciumdioxid. Das anorganische Pulver wird mit den Polymermaterialpartikeln in einer Menge von zwischen etwa 0,1 bis etwa 5 Gew.-% der Polymermaterialpartikel vermischt.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Polymermaterialpartikel in einer Konzentration zwischen etwa 25 Gew.-% und 90 Gew.-% der Polymermaterialpartikel in mindestens einem 25-Quadratzentimeter-Abschnitt des absorbierenden Kerns, ausgewählt entsprechend der hier beschriebenen Gewichtsprozent-Analyse, verteilt.
Es wird angenommen, daß die vorliegende Erfindung viele der Fluidverarbeitungsbeschränkungen absorbierender Strukturen, die superabsorbierende Hydrogel-bildende Materialien enthalten, überwindet.
Obwohl es unerwünscht ist, an irgendeine spezielle Theorie gebunden zu sein, wird angenommen, daß der Mangel der Fähigkeit der großen Partikel des superabsorbierenden Materials, für geeignete Fluidaufnahmeraten zu sorgen, zurückzuführen ist auf die Eigenschaft des kleinen Verhältnisses von Oberfläche zu Masse der großen Partikel des superabsorbierenden Materials.
Das Verhältnis Oberfläche zu Masse, und damit die Fluidaufnahmerate, kann wesentlich vergrößert werden, indem die Durchschnittsgröße der Partikel in der Hauptmenge der superabsorbierenden Materialmischung verringert wird. Da die von den absorbierenden Strukturen der vorliegenden Erfindung umfaßten engen Partikelgrößenfraktionen keine großen Partikel enthalten, können die absorbierenden Strukturen der vorliegenden Erfindung rasch Fluide aufnehmen und speichern. Außerdem sind, da die Menge an sehr feinen superabsorbierenden Materialpartikeln reduziert ist, die Fluid-Verteilungsraten deutlich verbessert gegenüber Standard-Partikelgrößenverteilungen.
Obwohl es wiederum unerwünscht ist, an irgendeine spezielle Theorie gebunden zu sein, wird angenommen, daß die Zugabe von anorganischem Pulver zu den superabsorbierenden Materialpartikeln die Fluidverarbeitungsraten durch einen oder mehrere Mechanismen weiter steigert. Das anorganische Pulver kann die effektive Gelfestigkeit der superabsorbierenden Materialpartikel steigern. Das anorganische Pulver kann alternativ oder zusätzlich als grenzflächenaktives Mittel wirken, das eine gesteigerte Fluidverteilung fördert. Die hohe spezifische Oberfläche (Oberfläche/Masseneinheit) des feinen anorganischen Pulvers kann ebenfalls höhere Antriebskräfte für den Flüssigkeitstransport durch die absorbierende Struktur liefern. Andere Mechanismen sind ebenfalls möglich.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Während die Beschreibung mit Patentansprüchen abschließt, die die vorliegende Erfindung besonders hervorheben und unterscheidend beanspruchen, wird angenommen, daß die vorliegende Erfindung besser verständlich wird durch die folgende Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen, in welchen:
Fig. 1 ein fragmentarischer vergrößerter Querschnitt einer absorbierenden Schichtstruktur gemäß vorliegender Erfindung ist;
Fig. 2 eine Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel einer Wegwerfwindel ist, worin der Großteil des Deckblattes weggeschnitten ist, um den darunter liegenden absorbierenden Kern der Windel (ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen absorbierenden Struktur) klarer zu zeigen;
Fig. 3 ein Längsschnitt nur des absorbierenden Kerns der Wegwerfwindel entlang der Schnittlinie 3-3 der Fig. 2 ist;
Fig. 4 ein Querschnitt nur des absorbierenden Kerns der Wegwerfwindel entlang der Schnittlinie 4-4 der Fig. 2 ist;
Fig. 5 eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen absorbierenden Struktur ist, verwendet als absorbierender Kern in der in Fig. 2 gezeigten Wegwerfwindel;
Fig. 6 eine perspektivische Darstellung einer alternativen zweischichtigen Ausführungsform des erfindungsgemäßen absorbierenden Kerns ist;
Fig. 7 ein Querschnitt des zweischichtigen absorbierenden Kerns der Fig. 6 entlang der Schnittlinie 7-7 der Fig. 6 ist;
Fig. 8 eine Draufsicht auf ein weiteres alternatives Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen absorbierenden Kerns ist;
Fig. 9 eine perspektivische Darstellung eines anderen alternativen Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen absorbierenden Kerns ist;
Fig. 10 eine weggeschnittene perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels einer Wegwerfwindel ist, die den in Fig. 9 gezeigten absorbierenden Kern enthält;
Fig. 11 eine Draufsicht auf einen Teil eines erfindungsgemäßen absorbierenden Kerns ist, die ein Ausführungsbeispiel einer Form für die Erfassungszone zeigt;
Fig. 12 und 13 schematische Darstellungen der Vorrichtung sind, die bei der Aufsaug-Absorptionsfähigkeits-Test-Methode eingesetzt wird;
Fig. 14A und B vergrößerte schematische Darstellungen der verschiedenen Aspekte der Fluidverarbeitung sind, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung von Bedeutung sind;
Fig. 15 eine graphische Darstellung ist, die die Charakteristika der Fluidverarbeitung verschiedener Partikelgrößenverteilungen superabsorbierender Materialien in Strukturen mit 50 Gew.-% superabsorbierendem Material/50 Gew.- % Zellulosefasern wiedergeben;
Fig. 16 die Daten für die Beispiele 1 bis 3 und Vergleichsbeispiele C¹-C³ in Tabelle 4 in graphischer Form wiedergibt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung sieht absorbierende Strukturen vor, die in absorbierenden Wegwerfprodukten eingesetzt werden können.
Die erfindungsgemäßen absorbierenden Strukturen enthalten entweder Partikel superabsorbierenden Materials oder eine partikelförmige Materialmischung. Die partikelförmige Materialmischung umfaßt Partikel superabsorbierenden Hydrogel-bildenden Materials, vermischt mit kleinen Mengen eines anorganischen Pulvers. Das in den erfindungsgemäßen absorbierenden Strukturen verwendete superabsorbierende Material hat eine spezifische, relativ enge Partikelgrößenverteilung.
Die erfindungsgemäßen absorbierenden Strukturen haben höhere Fluidaufnahme- und -verteilungsraten als absorbierende Strukturen mit Standard-Partikelgrößenverteilungen des partikelförmigen superabsorbierenden Materials. Die erfindungsgemäßen absorbierenden Strukturen haben auch höhere Fluidaufnahme- und -verteilungsraten als absorbierende Strukturen, die superabsorbierendes Material (in derselben Partikelgrößenverteilung) allein enthalten. Der hier verwendete Ausdruck "Standard-Partikelgrößenverteilungen" bezieht sich auf Partikelgrößen in dem Bereich, der typischerweise von Lieferanten handelsüblichen superabsorbierenden Materials zu erhalten ist.

1. Die partikelförmige Materialmischung und die absorbierenden Strukturen gemäß vorliegender Erfindung

A. Die partikelförmige Materialmischung

Die partikelförmige Materialmischung umfaßt Partikel superabsorbierenden Hydrogel-bildenden Materials, vermischt mit kleinen Mengen eines anorganischen Pulvers.
Die im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendeten superabsorbierenden Hydrogel-bildenden Materialien sind im wesentlichen wasserunlösliche, absorbierende Polymermaterialien, die imstande sind, große Mengen an Fluiden wie Wasser und Körperausscheidungen, bezogen auf ihr Gewicht, zu absorbieren und in dem Vorgang Hydrogele zu bilden. Solche Materialien sind üblicherweise auch imstande, derartige absorbierte Fluide unter mäßigen Drücken zurückzuhal ten. Superabsorbierende Hydrogel-bildende Materialien können auch mit anderen Namen bezeichnet werden, z. B. einfach "superabsorbierende Materialien", "Polymermaterialien", "Hydrokolloide" oder "absorbierende gelbildende Materialien". Die im Rahmen der vorliegenden Erfindung brauchbaren superabsorbierenden Hydrogel-bildenden Materialien können stark variieren.
Die für den Einsatz bei der vorliegenden Erfindung bevorzugten superabsorbierenden Hydrogel-bildenden Materialien haben eine Absorptionskapazität (gemessen in dem später erläuterten Test) von zumindest etwa 18-20 Gramm und vorzugsweise mindestens etwa 25 Gramm synthetischen Urins pro Gramm des superabsorbierenden Materials (in seinem trockenen Zustand). Typischerweise haben die erfindungsgemäß verwendeten superabsorbierenden Hydrogelbildenden Materialien eine Absorptionskapazität von etwa 30 bis etwa 45 Gramm synthetischen Urins pro Gramm superabsorbierenden Materials. Superabsorbierende Hydrogel-bildende Materialien mit Absorptionskapazitäten in diesem Bereich sind besonders brauchbar in absorbierenden Strukturen und absorbierenden Artikeln, da sie große Mengen an abgegebenen Körperausscheidungen wie Urin unter mäßigen einschließenden Drücken, die Gebrauchsbedingungen simulieren, zurückhalten können.
Einige allgemeine Gattungen geeigneter partikelförmiger superabsorbierender Hydrogel-bildender Materialien und Verfahren zu deren Herstellung, die brauchbar im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind (jedoch nicht beschränkt auf die darin beschriebenen Partikelgrößenverteilungen), sind detaillierter im US- Patent Re. 32,649 mit dem Titel "Hydrogel-Forming Polymer Compositions For Use In Absorbent Structures", erteilt an Brandt et al., am 19. April 1998, beschrieben.
Die allgemeinen Gattungen von Partikeln, die sich für die Verwendung in der vorliegenden Erfindung eignen, können auch jene Partikel sein, die als "Vorläufer"-Partikel in den folgenden US-Patentanmeldungen bezeichnet werden: Serial No. 07/502,942, mit dem Titel "Particulate Polymeric Compositions Having Interparticle Crosslinked Aggregates of Fine Precursors", angemeldet namens Donald Carroll Roe, et al.; Serial No. 07/503,393 mit dem Titel "Porous, Absorbent, Polymeric Macrostructrures and Method of Making the Same", angemeldet namens Donald Carroll Roe, et al.; Serial No. 07/503,499 mit dem Titel "Method for Producing Polyrneric Compositions Containing Interparticle Crosslinked Aggregates", angemeldet namens Frank Henry Lahrman et al.; Serial No. 07/503,500 mit dem Titel "Absorbent Members Containing Interparticle Crosslinked Aggregates", angemeldet namens Charles dohn Berg et al.; Serial No. 07/503,501 mit dem Titel "Absorbent Articles Containing Interparticle Crosslinked Aggregates", angemeldet namens Frank Henry Lahrman et al.; Serial No. 07/503,506 mit dem Titel "Particulate, Absorbent, Polymeric Compositions Containing Interparticle Crosslinked Aggregates", angemeldet namens Charles John Berg et al.; alle angemeldet am 2. April 1990. Diese anhängigen Patentanmeldungen können insgesamt als die "Aggregat mit Vernetzung zwischen den Partikeln"-Patentanmeldungen bezeichnet werden.
Die superabsorbierenden Hydrogel-bildenden Material-Partikel können gewünschtenfalls oberflächenbehandelt sein, wie in den zuvor erwähnten "Aggregat mit Vernetzung zwischen den Partikeln"-Patentanmeldungen beschrieben ist. So können die superabsorbierenden Material-Partikel oberflächenbehandelt sein, wie in dem US-Patent 4,824,901, erteilt an Alexander et al. am 25. April 1989, beschrieben ist. Wenn sie oberflächenbehandelt sind, sind die superabsorbierenden Material-Partikel vorzugsweise oberflächenvernetzt, wie im US-Patent 4,666,983 mit dem Titel "Absorbent Article", erteilt an Tsubakimoto et al. am 19. Mai 1987; und im US-Patent mit dem Titel "Water Absorbing Agent", erteilt an Tsubakimoto et al. am 29. März 1988, geoffenbart ist. Wie im Patent Nr. 4,666,983 von Tsubakimoto et al. geoffenbart ist, können die superabsorbierenden Material-Partikel an der Oberfläche vernetzt sein, indem ein oberflächenvernetzendes Mittel auf die Partikel aufgebracht und das oberflächenvernetzende Mittel mit dem Polymermaterial an der Oberfläche der Partikel reagieren gelassen wird.
Die superabsorbierenden Hydrogel-bildenden Materialien können auch den Zustand extrahierbaren Polymermaterials haben, wie in dem zuvor erwähnten an Brandt et al. erteilten Patent angegeben ist.
Die für die Verwendung als superabsorbierende Hydrogel-bildende Material- Partikel bevorzugten Polymermaterialien besitzen eine Carboxylgruppe. Diese Polymere schließen hydrolysierte Stärke/Acrylnitril-Pfropfcopolymere, teilweise neutralisierte Stärke/Acrylnitril-Pfropfcopolymere, Stärke/Acrylsäure- Pfropfcopolymere, teilweise neutralisierte Stärke/Acrylsäure-Pfropfcopolymere, verseiftes Vinylacetat/Acrylester-Copolymere, hydrolysierte Acrylnitril- oder Acrylamid-Copolymere, mit schwacher Vernetzung vernetzte Produkte irgendeines der vorgenannten Copolymere, teilweise neutralisierte Polyacrylsäure, und mit schwacher Vernetzung vernetzte Produkte teilweise neutralisierter Polyacrylsäure ein. Diese Polymere können entweder allein oder in Form einer Mischung zweier oder mehrerer Monomere, Verbindungen od. dgl. eingesetzt werden. Beispiele dieser Polymermaterialien sind im US-Patent 3,661,875; im US-Patent 4,076,663; im US-Patent 4,093,776; im US-Patent 4,666,983; und im US-Patent 4,734,498 geoffenbart.
Die für die Verwendung als superabsorbierende Hydrogel-bildende Material- Partikel am meisten bevorzugten Polymermaterialien sind mit schwacher Vernetzung vernetzte Produkte teilweise neutralisierter Polyacrylsäuren und Stärkederi vate davon. Die am meisten bevorzugten Partikel enthalten etwa 50 bis etwa 95 %, vorzugsweise etwa 75% neutralisierte, mit schwacher Vernetzung vernetzte Polyacrylsäure (z. B. Poly(natriumacrylat/acrylsäure)).
Die einzelnen Partikel Polymermaterials können in beliebiger herkömmlicher Weise gebildet werden. Typische und bevorzugte Verfahren zur Herstellung der Partikel sind im US-Patent Re. 32,649, erteilt an Brandt et al. am 19. April 1988; im US-Patent 4,666,983 mit dem Titel "Absorbent Article", erteilt an Tsuneo Tsubakimoto, Tadao Shimomura und Yoshio Irie am 19. Mai 1987; und im US-Patent 4,625,001 mit dem Titel "Method for Continuous Production Of Cross- Linked Polymer", erteilt an Tsuneo Tsubakimoto, Tadao Shimomura und Yoshio Irie am 25. November 1986, beschrieben.
Die bevorzugten Verfahren zur Bildung der Polymerpartikel sind jene, die Polymerisationsverfahren in wässeriger Lösung oder in anderer Lösung umfassen, im Gegensatz zur Umkehrphasenpolymerisation (letztere ist auch als "Invertphasenpolymerisation" oder Emulsionspolymerisation bekannt). Wie im zuvor genannten US-Patent Re.32,649 beschrieben, umfaßt die Polymerisation in wässeriger Lösung die Verwendung einer wässerigen Reaktionsmischung zur Ausführung der Polymerisation unter Bildung der Partikel.
Die in die erfindungsgemäßen absorbierenden Strukturen eingearbeiteten superabsorbierenden Hydrogel-bildenden Materialien sind in einer Partikelform. Der hier gebrauchte Ausdruck "partikelförmig" bedeutet, daß die superabsorbierenden Hydrogel-bildenden Materialien in der Form diskreter Einheiten vorliegen, die "Partikel" genannt werden. Die Partikel können Körnchen, Staubteilchen, Kügelchen, Aggregate oder Agglomerate umfassen. Typischerweise jedoch sind die hier beschriebenen Partikel großteils nicht-aggregiert. Die Partikel können jede gewünschte Form haben, z. B. kubisch, polyedrisch, sphärisch, gerundet, eckig, unregelmäßig oder unregelmäßig geformt in zufälligen Größen (z. B. pulverförmige Produkte einer Mahl- oder Pulverisierungsstufe).
Die Größenverteilung der Partikel des superabsorbierenden Hydrogelbildenden Materials ist von kritischer Bedeutung für das Verhalten absorbierender Strukturen. Dies trifft besonders auf den Fall absorbierender Strukturen zu, die relativ hohe Konzentrationen an partikelförmigem superabsorbierenden Hydrogelbildenden Material enthalten. Der Einfluß der superabsorbierenden Hydrogelbildenden Materialpartikel auf die Gesamt-Fluidaufnahme und -verteilung der absorbierenden Struktur ist signifikant größer bei höheren Konzentrationen, da weniger Faser vorhanden ist, um nachteilige Effekte auf die Fluid-Aufnahme- und - Verteilungsgeschwindigkeiten sowie die auf das superabsorbierende Material zurückzuführende Speicherkapazität auszugleichen.
Große Partikel von superabsorbierenden Hydrogel-bildenden Materialien quellen sehr langsam und verringern die potentielle Fluid-Aufnahmerate (d. h. die Geschwindigkeit, mit der Fluid in die absorbierende Struktur in z-Richtung aufgenommen wird) signifikant. Sehr kleine Partikel (oder "Feinstoffe") neigen dazu, rasch zu quellen, werden aber leicht in Kapillarräume gepreßt, wodurch die Durchlässigkeit der Struktur verringert und die Geschwindigkeit der Fluid- Verteilung innerhalb der Struktur, speziell in der x-y-Ebene, dramatisch beeinträchtigt wird. Ebenso können hohe Konzentrationen feiner Partikel oft zu einer Gelmasse koagulieren, die als Barriere gegen eine Fluid-Verteilung wirkt. Dies sind mit feinen Partikeln zusammenhängende Phänomene, die zuvor als "Gel- Blockieren" bezeichnet wurden.
Durch Verwendung einer spezifischen, relativ engen Partikelgrößenverteilung in absorbierenden Strukturen, die superabsorbierendes Hydrogel-bildendes Material enthalten, können die zuvor erwähnten Beschränkungen der Fluid- Verarbeitung von sowohl großen als auch feinen Partikeln signifikant reduziert oder eliminiert werden. Es ist zwar unerwünscht, an irgendeine spezielle Theorie gebunden zu sein, aber es wird angenommen, daß die durchschnittliche Partikelgröße die potentielle Fluid-Aufnahmerate eines absorbierenden Artikels weitgehend bestimmt. Dies trifft zu, da die Fluid-Aufnahmerate abhängig ist von der Gesamtoberfläche pro Masseneinheit des superabsorbierenden Hydrogelbildenden Materials. Der Bereich der Partikelgrößen (oder "Verteilungsbreite" der Partikelgröße) beeinflußt sowohl die potentielle Fluid-Aufnahmegeschwindigkeit als auch die Verteilungsgeschwindigkeit der Struktur. Idealerweise sollte die Verteilungsbreite von Partikelgrößen sehr klein sein.
Diese Erfindung bezieht sich auf die Verwendung von Partikelgrößenverteilungen, die in dem Bereich von etwa 100-300 Mikrometer liegen, wobei eine durchschnittliche Partikelgröße von etwa 125-250 Mikrometern besonders bevorzugt wird. Die Breite sollte derart sein, daß zumindest etwa 95% der Partikel innerhalb 100 Mikrometer der durchschnittlichen Partikelgröße sind (jedoch innerhalb 50 Mikrometer der durchschnittlichen Partikelgröße am unteren Ende der obigen Bereiche). Die am meisten bevorzugte Ausführungsform umfaßt, daß zumindest 95 Gew.-% des superabsorbierenden Hydrogel-bildenden Materials innerhalb 75 Mikrometer der Durchschnitts-Partikelgröße (und innerhalb 50 Mikrometer am unteren Ende der obigen Bereiche) sind.
Die spezifische Größenverteilung des erfindungsgemäß verwendeten superabsorbierenden Hydrogel-bildenden Materials kann ausgedrückt werden unter Verwendung der tatsächlichen Dimensionen der Partikel. Ein Verfahren zur Feststellung der tatsächlichen Dimensionen der Partikel ist detaillierter in mehreren der "Aggregat mit Vernetzung zwischen den Partikeln"-Patentanmeldungen be schrieben, auf deren Offenbarungen hier Bezug genommen wird. Die Feststellung der tatsächlichen Partikelgrößen kann jedoch wegen der verschiedenen Formen und Dimensionen, die derartige Partikel haben können, ein relativ kompliziertes Verfahren sein. Der Einfachheit halber werden die Partikelgrößen in den erfindungsgemäßen absorbierenden Strukturen anders ausgedrückt.
Für Zwecke der vorliegenden Erfindung wird der Begriff "Partikelgröße" als die Dimension eines Partikels definiert, die durch eine Siebgrößenanalyse gemäß dem hier detaillierter beschriebenen Siebtest bestimmt wird. Eine Probe Partikel wird, wie beschrieben, gesiebt, und die Ergebnisse werden aufgezeichnet. Selbstverständlich kann der Siebtest für Partikel, die nicht sphärisch sind, die Größe nur gewisser Dimensionen eines spezifischen Partikels bestimmen. Die Resultate einer solchen Siebgrößenanalyse definieren jedoch die Größe der Partikel für die Zwecke der vorliegenden Erfindung ausreichend. Die Resultate der Siebanalyse können durch zwei äquivalente Benennungen in Form von Merkmalen der verwendeten Siebe ausgedrückt werden.
Ein Weg, die Größe der Partikel auszudrücken, ist in Form der Größe der Öffnungen in den Sieben. Beispielsweise wird prinzipiell für Zwecke der vorliegenden Erfindung angenommen, daß ein Partikel, der auf einem Sieb mit Öffnungen von 149 Mikrometern zurückgehalten wird, eine Partikelgröße größer als oder gleich 149 Mikrometern hat. Von einem Partikel, der durch ein Sieb mit Öffnungen von 297 Mikrometern durchgeht und auf einem Sieb mit Öffnungen von 149 Mikrometern zurückgehalten wird, wird angenommen, daß er eine Partikelgröße zwischen 149 und 297 Mikrometern hat. Von einem Partikel, der durch ein Sieb mit 149 Mikrometern durchgeht, wird angenommen, daß er eine Partikelgröße kleiner als 149 Mikrometer hat.
Die andere Methode, die Größe der Partikel in Form der Ergebnisse einer Siebanalyse auszudrücken, ist in Form der für die Siebe benutzten Bezeichnung. Beispielsweise wird von einem Partikel, der durch ein US-Standard-#50-Sieb durchgeht und auf einem Standard-# 100-Sieb zurückgehalten wird, angenommen, daß er eine Größe von 50/100 Maschen hat. In bevorzugten Ausführungsformen dieser Erfindung schließen die spezifischen verwendeten Partikelgrößenverteilungen, ohne darauf beschränkt zu sein, die folgenden ein: 35/170 Maschen, 35/140 Maschen, 35/120 Maschen, 40/100 Maschen, 40/120 Maschen, 40/140 Maschen, 40/170 Maschen, 50/170 Maschen, 50/140 Maschen, 50/120 Maschen, 50/100 Maschen, 45/120 Maschen, 45/140 Maschen, 45/170 Maschen, 45/100 Maschen, 60/100 Maschen, 60/120 Maschen, 50/70 Maschen, 60/80 Maschen und 70/100 Maschen. In den am meisten bevorzugten Ausführungsformen werden Partikelgrößenverteilungen von 50/100 Maschen, 50/120 Maschen, 50/140 Maschen, 50/170 Maschen, 45/120 Maschen, 45/140 Maschen, 60/100 Maschen, 60/120 Maschen, 50/70 und 60/80 Maschen verwendet.
Die auf die beiden vorher beschriebenen Arten beschriebenen Resultate können leicht auf andere Weise beschrieben werden, indem auf eine Siebgrößen- Tabelle Bezug genommen und der entsprechende Wert zugeordnet wird. Eine solche Siebgrößen-Tabelle findet sich in Tabelle 21-6 von Perry's Chemical Engineers' Handbook, Sixth Edition (McGraw-Hill Book Company, 1984) auf Seite 21- 15. Derart können die zuvor angegebenen bevorzugten Partikelgrößen, die in Form von Siebgrößenöffnungen ausgedrückt sind, in der folgenden Tabelle zusammengefaßt werden. (Selbstverständlich entsprechen jedoch die niedrigeren Zahlen in jeder der Maschenbezeichnungen in der linken Spalte der folgenden Tabelle den größeren Partikelgrößen in den in der Spalte auf der rechten Seite der Tabelle angeführten Bereichen.)

TABELLE 1

PARTIKELGRÖSSENBEREICHE, AUSGEDRÜCKT IN FORM DER SIEBGRÖSSE

Partikelgröße, ausgedrückt in Form von US-Sieb-Reihen Partikelgröße, ausgedrückt in Form der Größen der Sieböffnungen (Mikrometer)

35/170 Maschen 88-500
35/140 Maschen 105-500
35/120 Maschen 125-500
40/170 Maschen 88-420
40/140 Maschen 105-420
40/120 Maschen 125-420
40/100 Maschen 149-420
45/170 Maschen 88-354
45/140 Maschen 105-354
45/120 Maschen 125-354
45/100 Maschen 149-354
50/170 Maschen 88-297
50/140 Maschen 105-297
50/120 Maschen 125-297
50/100 Maschen 149-297
50/70 Maschen 210-297
60/120 Maschen 125-250
60/100 Maschen 149-250
60/80 Maschen 177-250
70/100 Maschen 149-210
Es ist bekannt, daß in den meisten Siebanalysen gewisse Partikel in einem Test durch ein Sieb durchgehen oder darauf zurückgehalten werden und nicht in einem anderen identischen Test. Dies kann aus der Form des Partikels und der gegenüber den Sieböffnungen unterschiedlichen Ausrichtung, die der Partikel in jedem Test einnehmen kann, resultieren. Deswegen werden die Testergebnisse im allgemeinen als Gewichtsprozentsatz der Partikel, die gewöhnlich durch ein Sieb einer Dimension hindurchgehen und auf einem Sieb einer zweiten Dimension zurückgehalten werden, ausgedrückt. Vorzugsweise sollen im Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht mehr als etwa 20 Gew.-%, noch bevorzugter nicht mehr als etwa 10 Gew.-% und am meisten bevorzugt nicht mehr als etwa 5 Gew.-% der Partikel größer als ein 50-Maschen-Sieb oder kleiner als ein 170-Maschen-Sieb sein.
Die zuvor beschriebenen spezifischen Partikelgrößenverteilungen können nach irgendeiner geeigneten Methode hergestellt werden. Die spezifischen Partikelgrößenverteilungen können zumindest in relativ kleinen Mengen durch eine Siebung hergestellt werden.
Die superabsorbierenden Materialpartikel in irgendeiner der zuvor beschriebenen spezifischen Partikelgrößenverteilungen können dann mit einem feinen anorganischen Pulver vermischt werden. Die feinen anorganischen Pulverpartikel können typischerweise an der Oberfläche der Polymerpartikel unter Bildung absorbierender Komposit-Partikel haften, oder sie können lose mit den Polymerpartikeln in einer physikalischen Mischung assoziiert sein.
Das feine anorganische Pulver oder, einfach, das "anorganische Pulver" kann irgendein anorganisches Pulver umfassen. Geeignete anorganische Pulver schließen ein, ohne darauf beschränkt zu sein, Siliciumdioxid, Kieselsäureanhydrid, amorphes Siliciumdioxid, Aluminiumoxid, Titandioxid, Tone wie Kaolin und Montmorillonit-Tone, irgendeines der anorganischen Materialien, beschrieben in dem erwähnten US-Patent 4,286,082, erteilt an Tsubakimoto am 25. August 1981, oder im US-Patent 4,500,670, erteilt an McKinley, et al. am 19. Februar 1985, oder irgendeine Kombination der vorhergehenden anorganischen Materialien. (Es wird jedoch ausdrücklich nicht zugegeben, daß die erwähnten Patente die absorbierenden Strukturen der vorliegenden Erfindung beschreiben.) Vorzugsweise umfaßt das hier verwendete anorganische Pulver feines amorphes Siliciumdioxid, z. B. jenes in Form eines Produkts, das als AEROSIL 200, hergestellt von Nippon Aerosil, Japan, bezeichnet wird.
Die Größe der Partikel des anorganischen Pulvers ist vorzugsweise kleiner als etwa 1 Mikrometer, bevorzugter kleiner als etwa 0,1 Mikrometer. Die Größe der Partikel des anorganischen Pulvers kann auf irgendeine genaue und verläßliche Weise gemessen werden. (Selbstverständlich wird die Größe der Partikel des anorganischen Pulvers im allgemeinen nicht nach dem hier beschriebenen Siebtest gemessen, da die Partikel anorganischen Materials zu klein sind.)
Das anorganische Pulver wird vorzugsweise mit den Partikeln superabsorbierenden Materials vorzugsweise in einer Menge zwischen etwa 0,1 bis etwa 5 Gew.-% (d. h. zwischen etwa 0,1 bis etwa 5 Teilen anorganischen Pulvers pro ein hundert Teile) superabsorbierender Materialpartikel gemischt. Das anorganische Pulver kann mit den Partikeln superabsorbierenden Materials in einem im wesentlichen trockenen Zustand oder unter Zusatz von Wasser in Mengen von bis zu etwa 10 Gewichtsteilen Wasser zu 100 Gewichtsteilen der superabsorbierenden Polymerpartikel gemischt werden.
Das anorganische Pulver und die Partikel superabsorbierenden Materials können in beliebiger geeigneter Weise vermischt werden. Geeignete Methoden umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, physikalische Vermischung und die in dem zuvor erwähnten US-Patent 4,286,082, erteilt an Tsubakimoto, und im US- Patent 4,500,670, erteilt an McKinley et al., beschriebenen Verfahren.
Die Mischung aus superabsorbierenden Materialpartikeln und anorganischem Pulver wird hier als "partikelförmige Materialmischung" bezeichnet. Wenn die Partikel anorganischen Pulvers an der Oberfläche der Polymerpartikel haften, können sie Aggregate oder Agglomerate bilden. Der Begriff "partikelförmige Materialmischung" soll alle Anordnungen, in denen die Polymerpartikel und das anorganische Pulver vermischt sein können, einschließen, einschließlich solcher Aggregate. Im Fall von Aggregaten können die Partikel in der partikelförmigen Materialmischung als "absorbierende Kompositpartikel" bezeichnet werden.
Die partikelförmige Materialmischung ergibt absorbierende Artikel mit gewissen vorteilhaften Eigenschaften im Vergleich zu absorbierenden Artikeln, die superabsorbierende Materialien enthalten, die nicht mit dem zuvor beschriebenen anorganischen Pulver vermischt sind. Die günstigen Eigenschaften sind am deutlichsten, wenn die partikelförmige Materialmischung in absorbierende Strukturen eingearbeitet ist.
Die hier beschriebenen spezifischen Partikelgrößenverteilungen verleihen absorbierenden Strukturen erhöhte Fluidverarbeitungsraten. Der Zusatz des organischen Pulvers zu Partikeln mit den spezifischen engen Partikelgrößenverteilungen verleiht den Fluidverarbeitungsraten derartiger absorbierender Strukturen zunehmende zusätzliche Steigerungen. Die zuvor erwähnten günstigen Eigenschaften werden deutlich im Vergleich zu absorbierenden Strukturen, die Standard-Partikelgrößenverteilungen des superabsorbierenden Materials allein (d. h. ohne Zusatz anorganischen Pulvers) enthalten. Die günstigen Eigenschaften sind auch erkennbar im Vergleich zu absorbierenden Strukturen, die superabsorbierende Materialien (in den hier beschriebenen spezifischen Partikelgrößenverteilungen) allein enthalten.
Der Einsatz des anorganischen Pulvers ermöglicht es auch, einen weiteren Bereich von Partikelgrößen in den absorbierenden Strukturen zu verwenden unter Erzielung ähnlicher Resultate wie jene, die erreicht werden durch absorbierende Strukturen, die engere Partikelgrößenverteilungen des superabsorbierenden Materials, das nicht mit einem anorganischen Pulver gemischt ist, enthalten. Die Vorteile, die die absorbierenden Komposit-Strukturen mit sich bringen, sind in absorbierenden Strukturen zu finden, die viele verschiedene Konzentrationen an superabsorbierendem Material enthalten. Die Vorteile sind jedoch besonders deutlich in absorbierenden Strukturen, die hohe Konzentrationen an superabsorbierenden Materialpartikeln enthalten (d. h., wenn ein gewisser Teil des absorbierenden Artikels eine Konzentration an superabsorbierendem Material größer als oder gleich etwa 25 Gew.-% hat). Ferner scheinen zunehmende Vorteile in absorbierenden Strukturen aufzutreten, die sogar größere Konzentrationen (z. B. 50 Gew.-%) an Partikeln superabsorbierenden Materials enthalten.

B. Die erfindungsgemäßen absorbierenden Strukturen

Das zuvor beschriebene superabsorbierende Material oder die partikelförmige Materialmischung können in Kombination mit anderen Materialien unter Bildung verbesserter absorbierender Strukturen, z. B. der in den Fig. 1-11 gezeigten, verwendet werden. Die erfindungsgemäßen absorbierenden Strukturen werden hier in bezug auf ihre Verwendung in absorbierenden Artikeln beschrieben; selbstverständlich soll die mögliche Verwendung der absorbierenden Strukturen jedoch nicht auf die hier beschriebenen spezifischen absorbierenden Artikel beschränkt sein.
Die erfindungsgemäßen absorbierenden Strukturen sind Artikel, die imstande sind, Flüssigkeiten zu absorbieren und zurückzuhalten. Diese Flüssigkeiten können, ohne darauf beschränkt zu sein, Wasser und gewisse Körperausscheidungen sein. Vorzugsweise sind die absorbierenden Strukturen, wenn sie in absorbierenden Artikeln des in Abschnitt 2 später beschriebenen Typs verwendet werden, im allgemeinen komprimierbar, nachgiebig und für die Haut nicht irritierend.
Die zur Bildung der erfindungsgemäßen absorbierenden Strukturen verwendeten Materialien können beliebige Strukturform haben, vorausgesetzt, daß die Struktur fähig ist, Flüssigkeiten zwischen ihren strukturellen Bauteilen zu transportieren. Der hier verwendete Ausdruck "strukturelle Bauteile" bezieht sich auf einzelne Fasern, Garne, Strähnen, lose Partikel u. dgl., die eine solche Struktur enthalten kann.
Typischerweise enthalten die erfindungsgemäßen absorbierenden Strukturen zumindest zum Teil irgendeine Art von Primärstruktur. Der hier gebrauchte Begriff "Primärstruktur" ist die Struktur oder Matrix, in oder an der entweder das superabsorbierende Material oder die partikelförmige Materialmischung angeord net oder verteilt ist, wenn es oder sie in eine absorbierende Struktur eingearbeitet ist.
Die Primärstruktur definiert typischerweise die Dimensionen der erfindungsgemäßen absorbierenden Struktur. Wenn daher hier die Rede davon ist, daß entweder das superabsorbierende Material oder die partikelförmige Materialmischung in einer gewissen Weise in bezug auf die absorbierende Struktur verteilt ist, ist es im allgemeinen in einer ähnlichen Weise in bezug auf die Primärstruktur verteilt.
Die erfindungsgemäßen absorbierenden Strukturen umfassen vorzugsweise eine Primärstruktur, z. B. eine Bahn, eine Watte oder andere Mischung von Fasermaterial mit der hier beschriebenen partikelförmigen Materialmischung. Solche Bahnen umfassen typischerweise verfilzte Fasermassen (in anderen Worten faseriges oder Fasermaterial). Selbstverständlich ist für die Zwecke dieser Erfindung eine absorbierende Struktur nicht unbedingt auf eine Bahn od. dgl. in Form einer einzigen Materialschichte oder -bahn beschränkt. Eine absorbierende Struktur kann daher tatsächlich Laminate, Bahnen oder Kombinationen mehrerer Blätter oder Bahnen der nachstehend beschriebenen Arten von Materialien umfassen. Der hier verwendete Ausdruck "Struktur" umfaßt also den Ausdruck "Strukturen" und die Ausdrücke "Schichten" oder "geschichtet".
Verschiedene Gattungen von Fasermaterial können in den erfindungsgemäßen absorbierenden Strukturen verwendet werden. Jede Art von Fasermaterial. das in üblichen absorbierenden Produkten verwendbar ist, ist auch in den hier beschriebenen absorbierenden Strukturen verwendbar. Spezifische Beispiele derartigen Fasermaterials schließen ein: Zellulosefasern, modifizierte Zellulosefasern, Rayon, Polypropylen- und Polyesterfasern wie Polyethylenterephthalat (DACRON), hydrophiles Nylon (HYDROFIL) u. dgl. Andere Fasermaterialien umfassen Zelluloseacetat, Polyvinylfluorid, Polyvinylidenchlorid, Acrylfasern, Polyvinylacetat, Polyamide (wie Nylon), Zweikomponentenfasern, Dreikomponentenfasern, deren Mischungen u. dgl. Hydrophile Fasermaterialien werden jedoch bevorzugt.
Der hier gebrauchte Ausdruck "hydrophil" beschreibt Fasern oder die Oberflächen von Fasern, die benetzt werden, wenn Flüssigkeiten auf die Fasern abgelegt werden. (D. h. eine Faser oder ihre Oberfläche wird als hydrophil betrachtet, wenn sich Wasser oder wässerige Flüssigkeiten leicht auf der oder über die Faseroberfläche verteilen, unabhängig davon, ob die Faser das Fluid tatsächlich aufsaugt bzw. ein Gel bildet oder nicht.) Der Stand der Technik in bezug auf das Benetzen von Materialien definiert Hydrophilie (und Benetzung) durch Kontaktwinkel und die Oberflächenspannung der betroffenen Flüssigkeiten und Feststoffe. Dies wird in der Veröffentlichung der American Chemical Society mit dem Ti tel Contact Angle, Wettability, and Adhesion, herausgegeben von Robert F. Gould unter Copyright 1964, detailliert behandelt.
Beispiele für geeignete hydrophile Fasermaterialien, zusätzlich zu einigen bereits erwähnten, sind hydrophilierte hydrophobe Fasern. Diese schließen mit grenzflächenaktiven Mitteln oder Siliciumdioxid behandelte thermoplastische Fasern, abgeleitet beispielsweise von Polyolefinen wie Polyethylen oder Polypropylen, Polyacrylverbindungen, Polyamiden, Polystyrolen, Polyurethanen u. dgl., ein. Tatsächlich können hydrophilierte hydrophobe Fasern, die in sich und für sich nicht sehr absorbierend sind und die daher keine Bahnen mit ausreichender Absorptionskapazität ergeben, die brauchbar in herkömmlichen absorbierenden Produkten wären, in den erfindungsgemäßen absorbierenden Strukturen infolge ihrer guten Dochteigenschaften brauchbar sein. Dies ist der Fall, da die dochtartige Wirkung der Fasern so wichtig, wenn nicht wichtiger als die Absorptionskapazität des Fasermaterials an sich ist. Dies ist zurückzuführen auf die hohe Fluidaufnahmerate und den Mangel an gelblockierenden Eigenschaften der partikelförmigen superabsorbierenden Hydrogel-bildenden Materialien, die in den erfindungsgemäßen absorbierenden Strukturen verwendet werden. Hydrophobe synthetische Fasern können ebenfalls verwendet werden, sind jedoch weniger bevorzugt.
Aus Gründen der Verfügbarkeit und Kosten werden Zellulosefasern im allgemeinen für die Verwendung als hydrophiles Fasermaterial der hier beschriebenen absorbierenden Strukturen bevorzugt. Am meisten bevorzugt werden Holzbreifasern, die als "Luftfilz" bezeichnet werden.
Andere Fasermaterialien auf Zellulosebasis, die in einigen der hier beschriebenen absorbierenden Strukturen brauchbar sein können, sind chemisch versteifte Fasern auf Zellulosebasis. Bevorzugte chemisch versteifte Fasern auf Zellulosebasis sind die versteiften, gezwirnten, gekräuselten Fasern auf Zellulosebasis, die hergestellt werden können, indem Zellulosefasern mit einem Vernetzungsmittel innerlich vernetzt werden. Die als hydrophiles Fasermaterial der hier beschriebenen absorbierenden Strukturen brauchbaren Gattungen versteifter, gezwirnter, gekräuselter Zellulosefasern sind detaillierter in den folgenden Patenten beschrieben: US-Patent 4,822,453 mit dem Titel "Absorbent Structure Containing Individualized Crosslinked Fibers", erteilt an Dean et al. am 18. April 1989; US- Patent 4,888,093 mit dem Titel "Individualized, Crosslinked Fibers And Process For Making Said Fibers", erteilt an Dean et al. am 19. Dezember 1989; US-Patent 4,889,595 mit dem Titel "Process For Making Individualized Crosslinked Fibers Having Reduced Residuals And Fibers Thereof", erteilt an Herron et al. am 26. Dezember 1989; US-Patent 4,889,596 mit dem Titel "Process For Making Individualized Crosslinked Fibers And Fibers Thereof", erteilt an Schoggen et al. am 26.
Dezember 1989; US-Patent 4,889,597 mit dem Titel "Process For Making Wet- Laid Structures Containing Individualized Stiffened Fibers", erteilt an Bourbon et al. am 26. Dezember 1989; und US-Patent 4,898,642 mit dem Titel "Twisted, Chemically Stiffened Cellulosic Fibers And Absorbent Structures Made Therefrom", erteilt an Moore et al. am 6. Februar 1990.
Die in den absorbierenden Strukturen verwendeten relativen Mengen an Faser- (oder anderem geeigneten) Material und superabsorbierendem Material oder partikelförmiger Materialmischung können am zweckmäßigsten als Gewichtsprozentsatz der verschiedenen Komponenten der absorbierenden Struktur ausgedrückt werden.
Der Einfachheit halber und wegen einer leichteren Messung werden die hier gebrauchten Gewichtsprozentsätze ausgedrückt als das Gewicht der Polymerpartikel allein an Stelle des Gewichts der partikelförmigen Materialmischung. Diese Festlegung wird auch deshalb benutzt, da die geringen Mengen anorganischen Pulvers so wenig Gewicht hinzufügen, daß das Gewicht der Polymerpartikel dem Gewicht der Partikel der partikelförmigen Materialmischung nahekommt.
Die absorbierenden Strukturen enthalten vorzugsweise etwa 5 bis etwa 98 Gew.-%, bevorzugt etwa 10 bis etwa insgesamt 98 Gew.-% der absorbierenden Struktur an Polymer-(oder superabsorbierenden Material)-Partikeln. Diese Konzentration der Polymerpartikel kann auch ausgedrückt werden als ein Gewichtsverhältnis von Faser (oder anderem Material) zu den Polymerpartikeln. Dieses Verhältnis kann zwischen etwa 90 : 10 und etwa 2 : 98 liegen. Für die meisten absorbierenden Strukturen ist das optimale Gesamt-Gewichtsverhältnis Faser/ partikelförmiges Material im Bereich von etwa 90 : 10 bis etwa 15 : 85.
Das superabsorbierende Material oder die partikelförmige Materialmischung kann im wesentlichen in der gesamten absorbierenden Struktur gleichmäßig verteilt (gründlich verteilt) sein, wie für herkömmliche superabsorbierende Materialien im US-Patent 4,610,678 mit dem Titel "High-Density Absorbent Structures", erteilt an Paul T. Weisman und Stephen Goldman am 9. September 1986, geoffenbart ist.
In anderen absorbierenden Strukturen können das superabsorbierende Material oder die partikelförmige Materialmischung in verschiedenen Gewichtsverhältnissen über verschiedene Bereiche und über die Dicke der absorbierenden Struktur verteilt sein. Beispielsweise kann die Mischung von Fasermaterial und dem superabsorbierenden Material oder die partikelförmige Materialmischung nur in gewissen Abschnitten der absorbierenden Struktur vorhanden sein.
Das superabsorbierende Material oder die partikelförmige Materialmischung können alternativ in Bereichen oder Zonen verteilt sein, die höhere Konzentrationen der Partikel haben als andere Bereiche oder Zonen. Die Europäische Pa tentanmeldung mit der Veröffentlichungs-Nr. 0 198 683, veröffentlicht am 22. Oktober 1986, lautend auf Duenk et al., und das US-Patent 4,699,823, erteilt an Kellenberger et al. am 13. Oktober 1987, offenbaren beispielsweise absorbierende Strukturen mit einem superabsorbierenden Material, das in einem positiven Gradienten über mindestens einen Teil der Dicke der absorbierenden Struktur verteilt ist. Eine derartige Verteilung könnte in den erfindungsgemäßen absorbierenden Strukturen angewendet werden.
Unabhängig von der Homogenität der Verteilung des superabsorbierenden Materials oder der partikelförmigen Materialmischung in dem spezifischen Produkt-Design, liegt der gewünschte Gewichtsprozentsatz des Polymermaterials im Rahmen dieser Erfindung zwischen etwa 5 und etwa 98 Gew.-%, vorzugsweise zwischen etwa 10 und etwa 98 Gew.-% und am bevorzugtesten zwischen etwa 25 und etwa 98 Gew.-% in mindestens einem gewissen Abschnitt der absorbierenden Struktur. Der Gewichtsprozentsatz des Polymermaterials kann in irgendeinen engeren Bereich fallen, der innerhalb des obigen Bereichs liegt. Derartige engere Bereiche schließen, ohne darauf beschränkt zu sein, die folgenden Bereiche ein: zwischen etwa 5, 10, 15 oder 25 und etwa entweder 70, 75, 80, 85 oder 90 Gew.-%. Einige spezifische Prozentsätze an Polymermaterial, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung brauchbar sind und in die obigen Bereiche fallen, umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, 35, 50 und 70 Gew.-%.
Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung wird von einer absorbierenden Struktur angenommen, daß sie den in den anschließenden Patentansprüchen angegebenen Gewichtsprozentsatz hat, wenn dieser Gewichtsprozentsatz in mindestens einem 25 Quadratzentimeter großen Abschnitt der absorbierenden Struktur vorgefunden werden kann. Der 25 Quadratzentimeter große Abschnitt wird ausgewählt nach dem nachstehend angegebenen Test für die Bestimmung des Gewichtsprozentsatzes des superabsorbierenden Materials.

Gewichtsprozentgehalt-Analyse

Der Gewichtsprozentsatz wird gemessen, indem ein repräsentativer Abschnitt der absorbierenden Struktur ausgestanzt wird, um eine Probe zu erhalten. Der hier verwendete Ausdruck "repräsentativer Abschnitt" bezieht sich auf einen Abschnitt der Struktur, der superabsorbierendes Material enthält und charakteristisch für den Abschnitt der absorbierenden Struktur ist, der die höchste Konzentration an superabsorbierendem Polymermaterial enthält.
Der repräsentative Abschnitt wird mit einem Stanzer ausgeschnitten, der imstande ist, eine Probe mit einer Fläche von 25 Quadratzentimetern auszuschneiden. Der Stanzer kann beliebige Form haben, solange keine Dimension der mit dem Stanzer ausgestanzten Fläche 8,5 cm überschreitet.
Der repräsentative Abschnitt der absorbierenden Struktur kann an mehreren verschiedenen Stellen in einer gegebenen absorbierenden Struktur lokalisiert sein. Wenn beispielsweise die absorbierende Struktur im Kern (oder einem anderen absorbierenden Bestandteil) einer Windel oder eines anderen absorbierenden Artikels ist, wird der repräsentative Abschnitt typischerweise in einem Bereich des Kerns vorgefunden werden, der innerhalb der Grenzen einer rechteckigen Fläche eingeschlossen sein kann, die um die Längsmittellinie des absorbierenden Artikels zentriert ist und Abmessungen von etwa 6,4 cm · etwa 25 cm (etwa 2,5 Inch · 10 Inch) hat.
Diese rechteckige Fläche ist derart positioniert, daß die längeren Seiten der rechteckigen Fläche in derselben Richtung verlaufen wie die Längsmittellinie des absorbierenden Artikels. Eine der kürzeren Seiten der rechteckigen Fläche (im folgenden als "obere Seite" bezeichnet) ist benachbart der Vorderkante des Kerns. Die "Vorderkante" des Kerns ist die quer verlaufende Kante des Kerns, die sich an der Vorderseite des Trägers befindet, wenn der absorbierende Artikel getragen wird. Die obere Seite der rechteckigen Fläche sollte einen Abstand von etwa 2,54 cm (etwa 1 Inch) von der Vorderkante des Kerns aufweisen. Selbstverständlich ist jedoch die Stelle des repräsentativen Abschnitts einer Windel oder eines anderen absorbierenden Artikels nicht auf diese rechteckige Fläche beschränkt.
Das Teilstück der absorbierenden Struktur, aus dem die 25- Quadratzentimeter-Probe entnommen wird, sollte vollständig durchgeschnitten sein, um die Probe zu erhalten. Wenn jedoch die absorbierende Struktur mehr als eine diskrete Schichte oder Zone enthält (wie, und zwar nur beispielsweise, im Fall des in Fig. 7 dargestellten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, das eine oberhalb einer Speicherschichte angeordnete Erfassungsschichte hat), sollen separate Proben in jenen Schichten oder Zonen erhalten werden.
Wenn eine aus einer dieser Schichten oder Zonen erhaltene Probe superabsorbierendes Polymermaterial enthält, das innerhalb des angegebenen Gewichtsprozentsatzes liegt, dann wird angenommen, daß die absorbierende Struktur einen Abschnitt enthält, der innerhalb eines derartigen Gewichtsprozentsatzes ist. Dies ist der Fall, unabhängig davon, ob die anderen Schichten oder Zonen den festgelegten Gewichtsprozentsatz enthalten. Die obige Methode soll in einer vernünftigen Weise angewendet werden, um eine wahrhaft repräsentative Probe der betreffenden absorbierenden Struktur zu erhalten, ohne absichtliche Versuche, Teile einer gegebenen absorbierenden Struktur auszuschließen, die andernfalls in den Schutzumfang der angeschlossenen Patentansprüche fallen könnten.
Die Dichte der hier beschriebenen absorbierenden Strukturen kann ebenfalls in vielerlei Hinsicht wichtig sein. Sie kann wichtig sein für die Bestimmung der absorbierenden Eigenschaften der absorbierenden Strukturen ihrerseits und der absorbierenden Eigenschaften der Artikel, in denen solche absorbierenden Strukturen verwendet werden können. Die Dichte der hier beschriebenen absorbierenden Strukturen liegt im allgemeinen im Bereich von etwa 0,06 g/cm³ bis etwa 0,5 g/cm³ und bevorzugter innerhalb des Bereich von etwa 0,08 g/cm³ bis etwa 0,35 g/cm³. Dichte-Werte für diese Strukturen werden aus ihrem Flächengewicht und ihrer Abgreifhöhe berechnet. Die Abreifhöhe wird unter einem "sanften" Druck von 10 Gramm/cm² gemessen. Das Flächengewicht wird gemessen, indem eine Probe einer bestimmten Größe ausgestanzt und die Probe auf einer Standard-Waage gewogen wird. Gewicht und Fläche der Probe bestimmen das Flächengewicht. Die Werte von Dichte und Flächengewicht schließen das Gewicht der partikelförmigen Materialmischung ein.
Die erfindungsgemäßen absorbierenden Strukturen können vielfältige fakultative Materialien zusätzlich zu den Fasern (oder anderen geeigneten) Materialien und der partikelförmigen Materialmischung enthalten. Derartige fakultative Materialien können beispielsweise einschließen Fluidverteilungshilfen, antimikrobielle Mittel, Mittel zur Kontrolle des pH-Werts, Mittel zur Geruchskontrolle, Parfüms etc. Falls vorhanden, sollten diese fakultativen Komponenten im allgemeinen nicht mehr als etwa 30 Gew.-% der absorbierenden Strukturen ausmachen.
Die hier beschriebenen bevorzugten faserigen absorbierenden Strukturen können nach irgendeinem Verfahren oder irgendeiner Technik hergestellt werden, die eine Bahn liefert, die eine Kombination von Fasern und dem superabsorbierenden Material oder der partikelförmigen Materialmischung umfaßt. Diese absorbierenden Strukturen werden vorzugsweise gebildet, indem eine im wesentlichen trockene Mischung von Fasern und superabsorbierendem Material oder der partikelförmigen Materialmischung im Luftstrom gelegt wird und die resultierende Bahn gewünschten- oder erforderlichenfalls verdichtet wird. Ein derartiges Verfahren (für superabsorbierende Materialpartikel ohne Zusatz anorganischen Pulvers) ist ausführlicher im US-Patent 4,610,678 beschrieben. Wie im US-Patent 4,610,678 angegeben, enthalten die nach dieser Verfahrensweise gebildeten im Luftstrom gelegten Bahnen vorzugsweise unverklebte Fasern. Diese Bahnen haben vorzugsweise einen Feuchtigkeitsgehalt von 10% oder weniger.
In einem alternativen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung können die absorbierenden Strukturen ein Laminat (eine geschichtete absorbierende Struktur) umfassen, das mindestens eine und fakultativ zwei oder mehr Schichten des verteilten superabsorbierenden Materials oder der partikelförmigen Materialmischung enthält. Ein derartiges Laminat umfaßt vorzugsweise Schichten oder Bahnen aus Fasermaterialien.
Der hier verwendete Begriff "Bahn aus faserigem Material" bezeichnet ein Blatt aus dünnem, im wesentlichen dicht liegendem Material mit zwei im wesent lichen parallelen Oberflächen. Obwohl eine Bahn aus faserigem Material theoretisch nicht flach oder glatt sein muß, liegt sie oder kann sie ausgelegt werden in einer im wesentlichen ebenen, zweidimensionalen Anordnung unbegrenzter Länge und unbegrenzter Breite, die sich in den beiden Dimensionen erstrecken. Beispiele für in den erfindungsgemäßen geschichteten absorbierenden Strukturen verwendete Bahnen aus faserigen Materialien umfassen viele Papiere und Faservlies-Materialien. Die Bahnen aus faserigen Materialien, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden, sind vorzugsweise Bahnen aus absorbierenden Papieren, vorzugsweise absorbierendem Zellstoff. Die Bahnen aus faserigen Materialien können alle das gleiche Fasermaterial oder verschiedenes Fasermaterial sein.
Verschiedene Arten absorbierender Schichtstrukturen sind ausführlicher im US-Patent 4,578,068 mit dem Titel "Absorbent Laminate Structure", erteilt an Timothy A. Kramer, Gerald A. Young and Ronald W. Kock am 25. März 1986, beschrieben. Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung solcher Laminate sind im US-Patent 4,551,191 mit dem Titel "Method For Uniformly Distributing Discrete Particles On a Moving Porous Web", erteilt an Ronald W. Kock und John A. Esposito am 5. November 1985, beschrieben.
Vorzugsweise ist, wenn die erfindungsgemäße absorbierende Struktur ein Laminat umfaßt, das superabsorbierende Material oder die partikelförmige Materialmischung in mindestens einem Teil einer solchen absorbierenden Struktur in einer Konzentration von mindestens etwa 35 Gew.-% des Polymermaterials allein oder in der partikelförmigen Materialmischung, bezogen auf das Gewicht der absorbierenden Struktur, verteilt, noch bevorzugter in mindestens etwa 40 Gew.-% der absorbierenden Struktur.
Fig. 1 zeigt eine beispielsweise Ausführungsform eines Laminats gemäß vorliegender Erfindung, einer geschichteten absorbierenden Struktur 70. Die erfindungsgemäße geschichtete absorbierende Struktur 70 hat eine Oberseite 71 und eine Unterseite 72. Die in Fig. 1 gezeigte bevorzugte geschichtete absorbierende Struktur 70 umfaßt vier Bahnen aus Fasermaterial: die oberste Bahn 81, die unterste Bahn 84 und zwischenliegende Bahnen 82 und 83. Die geschichtete absorbierende Struktur 70 hat Zwischenflächen 86, 87 und 88 zwischen benachbarten Bahnen, wobei die Partikel des superabsorbierenden Materials oder der partikelförmigen Materialmischung an jeder der Zwischenflächen 86, 87 und 88 eine diskontinuierliche Schicht bilden. Wie in Fig. 1 gezeigt, hat die geschichtete absorbierende Struktur 70 ferner vorzugsweise konische Vorsprünge 90 an der Oberseite 71 und entsprechende konische konkave Ausnehmungen 91 an der Unterseite 72.
Die Bahnen aus Fasermaterialien sind in den erfindungsgemäßen geschichteten absorbierenden Strukturen 70 vorzugsweise brechbar aneinander gebunden (d. h. die Bindungen sind relativ leicht zu brechen). Die Bindung kann im wesentlichen vollständig durch Faserverfilzung zwischen Kontaktflächen benachbarter Bahnen an Zwischenflächen, wo die Partikel 75 vorhanden sind, erfolgt sein.
Die Partikel des superabsorbierenden Materials oder der partikelförmigen Materialmischung 75 können auf mehrere verschiedene Arten an der richtigen Stelle gehalten sein. Beispielsweise können die Partikel 75 an den Zwischenflächen 86, 87 und 88 durch Verstricken in Fasern immobilisiert sein. Alternativ können die Partikel 75 auf mehrere verschiedene Arten mit einer oder mehreren der Bahnen verbunden sein. Wie immer die Partikel 75 an der richtigen Stelle gehalten sind, sollen sie vorzugsweise frei quellen können. Dies erlaubt, die größte Menge der Kapazität des superabsorbierenden Materials auszunutzen. Ein beispielhaftes Verfahren zur Herstellung derartiger geschichteter absorbierender Strukturen ist im US-Patent 4,578,068 beschrieben.
Ein anderes alternatives Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen absorbierenden Schichtstrukturen ist ein "Beutel", der das superabsorbierende Material oder die partikelförmige Materialmischung enthält. Der Beutel kann eine geschichtete absorbierende Struktur, wie zuvor beschrieben, sein, in der die Anzahl von Faserbahnen gleich zwei ist. Die Faserbahnen sind rund um ihren Umfang unter Bildung einer großen Tasche in der Mitte des Beutels miteinander verbunden. Die Partikel des superabsorbierenden Materials oder der partikelförmigen Materialmischung 75 sind zwischen den Faserbahnen im Beutel eingeschlossen. Der Beutel ist demnach ähnlich einem Teebeutel, indem die superabsorbierenden Materialpartikel innerhalb des Beutels frei quellen und absorbieren können. Die Faserbahnen des Beutels umfassen vorzugsweise beliebiges bekanntes Faservlies- Material. Die Faservlies-Bahnen können entlang ihrem Umfang heißgesiegelt sein, obwohl andere bekannte Methoden des Standes der Technik um die Bahnen aneinander zu siegeln, z. B. Klebstoffe oder Ultraschallbindungen, ebenfalls angewendet werden können.

2. Verwendung der absorbierenden Strukturen in absorbierenden Artikeln

A. Allgemeines

Die erfindungsgemäßen absorbierenden Strukturen, z. B. die absorbierende Struktur 70, sind besonders geeignet zur Verwendung sowohl in absorbierenden Kernen als auch als absorbierende Kerne in absorbierenden Artikeln, speziell absorbierenden Wegwerfartikeln.
Der hier gebrauchte Begriff "absorbierender Artikel" bezeichnet Artikel, die Körperausscheidungen und andere Fluide absorbieren und halten. Spezifischer bezieht sich der hier verwendete Ausdruck "absorbierender Artikel" auf Artikel, die am oder in der Nähe des Körpers des Trägers angeordnet werden, um die ver schiedenen Ausscheidungen des Körpers zu absorbieren und zurückzuhalten. Der hier verwendete Ausdruck "absorbierende Wegwerfartikel" meint jene absorbierenden Artikel, die nach einmaligem Gebrauch weggeworfen werden sollen (d. h. der absorbierende Originalartikel insgesamt soll nicht gewaschen oder auf andere Weise wiederaufbereitet oder als absorbierender Artikel wiederverwendet werden, obwohl gewisse Materialien oder der gesamte absorbierende Artikel recycliert, wiederverwendet oder kompostiert werden könnten).
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines absorbierenden Artikels, die Windel 20, ist in Fig. 2 gezeigt. Der hier gebrauchte Ausdruck "Windel" bezieht sich auf ein Kleidungsstück, das im allgemeinen von Säuglingen und inkontinenten Personen um den Unterleib des Trägers herum getragen wird. Selbstverständlich ist die Erfindung auch anwendbar auf andere absorbierende Artikel wie Inkontinenztaschen, Inkontinenzkissen, Übungsunterhosen, Windeleinlagen, Hygienevorlagen, Kosmetiktücher, Papierhandtücher u. dgl.
Fig. 2 ist eine Draufsicht auf die erfindungsgemäße Windel 20 im ausgebreiteten, nicht zusammengezogenen Zustand (d. h. jeder elastisch hervorgerufene Zug ist entfernt). Abschnitte der Windel wurden weggeschnitten, um den Aufbau der Windel 20 klarer zu zeigen. Die Körperoberfläche 20a der Windel 20 (der Teil der Windel 20, der mit dem Träger in Kontakt ist) ist dem Betrachter in Fig. 2 zugekehrt. Die in Fig. 2 gezeigte Windel 20 hat einen vorderen Taillenbandbereich 22, einen hinteren Taillenbandbereich 24, einen Schrittbereich 26 und einen Umfang 28. Der Umfang 28 ist definiert durch die Außenränder der Windel 20. Die Längsränder der Windel 20 sind mit 30 bezeichnet, und die Endränder sind mit 32 bezeichnet. Die Windel 20 hat außerdem eine Quermittellinie, die mit 34 bezeichnet ist, und eine Längsmittellinie, die mit 36 bezeichnet ist.
Die Windel 20 umfaßt vorzugsweise ein flüssigkeitsdurchlässiges Deckblatt 38; ein mit dem Deckblatt 30 verbundenes flüssigkeitsundurchlässiges Rückenblatt 40; einen absorbierenden Kern 42 (von welchem eine oder mehrere absorbierende Strukturen 70 mindestens einen Teil bilden können), der zwischen dem Deckblatt 38 und dem Rückenblatt 40 angeordnet ist; elastische Bauteile 44; und Bandlaschenbefestigungsmittel 46. Das Deckblatt 48, das Rückenblatt 40, der absorbierende Kern 42 und die elastischen Bauteile können in verschiedenen bekannten Konfigurationen zusammengesetzt sein.
Eine bevorzugte Windelkonfiguration ist jedoch allgemein im US-Patent 3,860,003 mit dem Titel "Contractible Side Portions For Disposable Diaper", erteilt an Kenneth B. Buell am 14. Jänner 1975, beschrieben. Alternativ bevorzugte Konfigurationen für die hier betrachteten Wegwerfwindeln sind in den folgenden Patenten beschrieben: US-Patent 4,808,178 mit dem Titel "Disposable Absorbent Article Having Elasticized Flaps Provided With Leakage Resistant Portions", er teilt an Mohammed I. Aziz und Ted L. Blaney am 28. Februar 1989; US-Patent 4,695,278 mit dem Titel "Absorbent Article Having Dual Cuffs", erteilt an Michael I. Lawson am 22. September 1987, und US-Patent 4,816,025 mit dem Titel "Absorbent Article Having a Containment Pocket", erteilt an John H. Foreman am 28. März 1989.
Fig. 2 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Windel 20, in dem Deckblatt 28 und Rückenblatt 40 gleiche Ausdehnung und Längen- und Breitenabmessungen haben, die im allgemeinen größer als jene des absorbierenden Kerns 42 sind. Das Deckblatt 38 ist mit dem Rückenblatt 40 assoziiert und über diesem angeordnet, wodurch der Umfang 28 der Windel 20 gebildet wird.
Die vorderen und hinteren Taillenbandbereiche 22 bzw. 24 der Windel 30 erstrecken sich von den Endrändern 32 des Windelumfangs 28 zur Quermittelilnie 34 der Windel 20. Die vorderen und hinteren Taillenbandbereiche 22 und 24 erstrecken sich vorzugsweise über eine Distanz von etwa 5% der Länge der Windel 20. Die Taillenbandbereiche umfassen die oberen Abschnitte der Windel 20, die beim Tragen die Taille des Trägers umgeben. Der Schrittbereich 26 ist jener Teil der Windel 20 zwischen den Taillenbandbereichen 22 und 24. Der Schrittbereich 26 umfaßt den Abschnitt der Windel 20, der sich beim Tragen zwischen den Beinen des Trägers befindet und den Unterleib des Trägers bedeckt. Der Schrittbereich 26 definiert derart die Zone des für eine Windel 20 oder einen anderen absorbierenden Wegwerfartikel typischen Flüssigkeitsablegens.
Das Deckblatt 38 ist nachgiebig, weich beim Anfühlen und gegenüber der Haut des Trägers nicht irritierend. Ferner ist das Deckblatt 38 flüssigkeitsdurchlässig, wobei es den raschen Durchtritt von Flüssigkeiten durch seine Dicke gestattet. Ein geeignetes Deckblatt 38 kann aus einem weiten Bereich von Materialien hergestellt sein, z. B. porösen Schaumstoffen, vernetzten Schaumstoffen, Kunststoff-Folien mit Öffnungen, natürlichen Fasern (z. B. Holz- oder Baumwollfasern), synthetischen Fasern (z. B. Polyester- oder Polypropylenfasern) oder aus einer Kombination natürlicher und synthetischer Fasern. Vorzugsweise ist das Deckblatt 38 aus einem hydrophoben Material hergestellt, um die Haut des Trägers vor Flüssigkeiten im absorbierenden Kern 42 zu schützen.
Ein besonders bevorzugtes Deckblatt 38 umfaßt Polypropylenfasern mit Stapellänge und einem Denier von etwa 1,5, z. B. Hercules-Polypropylen-Type 151, vertrieben von Hercules, Inc., Wilmington, Delaware. Der hier gebrauchte Ausdruck "Fasern mit Stapellänge" bezieht sich auf jene Fasern, die eine Länge von mindestens etwa 15,9 mm (0,62 Inch) haben.
Es gibt eine Anzahl von Herstellungstechniken, die bei der Erzeugung des Deckblatts 38 angewendet werden können. Beispielsweise kann das Deckblatt 38 Gewebe, Faservlies, Spinnvlies, gekrempelt od. dgl. sein. Ein bevorzugtes Deck blatt ist gekrempelt und thermisch gebunden nach Methoden, die dem Textilfachmann bekannt sind. Vorzugsweise hat das Deckblatt 38 ein Gewicht von etwa 18 bis etwa 25 Gramm pro Quadratmeter, eine minimale Reißfestigkeit im trockenen Zustand von zumindest etwa 400 Gramm pro Zentimeter in Maschinenrichtung und eine Reißfestigkeit im nassen Zustand von mindestens 55 Gramm pro Zentimeter quer zur Maschinenrichtung.
Das Rückenblatt 40 ist flüssigkeitsundurchlässig und ist vorzugsweise aus einer dünnen Kunststoff-Folie hergestellt, obwohl andere flexible flüssigkeitsundurchlässige Materialien ebenfalls verwendet werden können. Der hier verwendete Begriff "flexibel" bezieht sich auf Materialien, die nachgiebig sind und sich leicht der allgemeinen Form und den Umrissen des Körpers des Trägers anpassen. Das Rückenblatt 40 verhindert, daß die absorbierten und im absorbierenden Kern 42 enthaltenen Ausscheidungen Gegenstände in Kontakt mit der Windel 20 benetzen, z. B. Bettücher und Unterwäsche. Das Rückenblatt 40 ist vorzugsweise eine Polyethylenfolie mit einer Dicke von etwa 0,012 mm (0,5 mil) bis etwa 0,051 Zentimeter (2,0 mils).
Eine geeignete Polyethylenfolie wird von Monsanto Chemical Corporation hergestellt und im Handel als Folie No. 8020 vertrieben. Das Rückenblatt 40 ist vorzugsweise geprägt und/oder mit einem matten Finish versehen, um ein stoffähnlicheres Aussehen zu bieten. Ferner kann das Rückenblatt 40 Dampfaustritt aus dem absorbierenden Kern 42 ermöglichen, während Ausscheidungen an einem Durchtritt durch seine Dicke gehindert werden.
Die Größe des Rückenblattes 40 wird durch die Größe des absorbierenden Kerns 42 und das gewählte genaue Windeldesign bestimmt. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel hat das Rückenblatt 40 eine modifizierte Stundenglas-Form, die über den absorbierenden Kern 42 über eine minimale Distanz von mindestens etwa 1,3 Zentimeter bis etwa 2,5 Zentimeter (etwa 0,5 bis etwa 1,0 Inch) um den gesamten Windelumfang 28 hinausragt.
Deckblatt 38 und Rückenblatt 40 sind miteinander in beliebiger geeigneter Weise verbunden. Der hier gebrauchte Begriff "verbunden" umfaßt Ausführungsformen, worin das Deckblatt 38 direkt mit dem Rückenblatt 40 verbunden ist, indem das Deckblatt 38 direkt am Rückenblatt 40 fixiert ist, und Ausführungsformen, worin das Deckblatt 38 indirekt mit dem Rückenblatt 40 verbunden ist, indem das Deckblatt 38 an Zwischenstrukturen fixiert ist, die ihrerseits am Rückenblatt fixiert sind. In einer bevorzugten Ausführungsform sind das Deckblatt 38 und das Rückenblatt 40 direkt aneinander am Windelumfang 28 durch Befestigungsmittel wie Klebstoff oder irgendwelche anderen Befestigungsmittel befestigt. Beispiele für solche Befestigungsmittel können eine gleichförmige zusammenhän gende Klebstoffschicht, eine Klebstoffschicht in Musterform, eine Anordnung getrennter Klebstoff-Streifen oder -Punkte umfassen.
Die Bandlaschenbefestigungsmittel 46 sind typischerweise im Bereich des hinteren Taillenbandes 24 der Windel 20 angebracht, um eine Befestigung vorzusehen, die die Windel 20 am Träger hält. Nur eines der Bandlaschenbefestigungsmittel ist in Fig. 2 gezeigt. Die Bandlaschenbefestigungsmittel 46 können beliebige jener aus dem Stand der Technik bekannten sein, z. B. das im US-Patent 3,848,594, erteilt an Kenneth B. Buell am 19. November 1974, geoffenbarte Verschlußband. Diese Bandlaschenbefestigungsmittel 46 oder andere Windelverschlüsse sind typischerweise nahe den Ecken der Windel 20 angebracht.
Die elastischen Bauteile 44 sind anliegend an den Umfang 28 der Windel 20, vorzugsweise entlang jedem Längsrand 30 angebracht, sodaß die elastischen Bauteile 44 dazu neigen, die Windel 20 gegen die Beine des Trägers zu ziehen und zu halten. Alternativ können die elastischen Bauteile 44 neben einem oder beiden Endrändern 32 der Windel 20 angeordnet sein, um ein Taillenband sowie (oder eher als) Beinbündchen zu bilden. Ein geeignetes Taillenband ist z. B. im US- Patent 4,515,595 mit dem Titel "Disposable Diapers With Elastically Contractible Waistbands", erteilt an David J. Kievit und Thomas F. Osterhage am 7. Mai 1985, beschrieben. Ein Verfahren und eine Vorrichtung, geeignet für die Herstellung einer Wegwerfwindel mit elastisch zusammenziehbaren elastischen Bauteilen ist im US-Patent 4,081,301 mit dem Titel "Method and Apparatus for Continuously Attaching Discrete, Stretched Elastic Strands to Predetermined Isolated Portions of Disposable Absorbent Products", erteilt an Kenneth B. Buell am 28. März 1978, beschrieben.
Die elastischen Bauteile 44 sind an der Windel 20 in einem elastisch zusammenziehbaren Zustand befestigt, sodaß die elastischen Bauteile 44 in einer normalerweise unbehinderten Konfiguration die Windel 20 effektiv zusammenziehen oder raffen. Die elastischen Bauteile 44 können auf zumindest zwei Arten in einem elastisch zusammenziehbaren Zustand befestigt werden. Beispielsweise können die elastischen Bauteile 44 gedehnt und befestigt werden, während die Windel 20 in einem nicht zusammengezogenen Zustand ist. Alternativ kann die Windel 20 zusammengezogen sein, z. B. durch Fälteln bzw. Plissieren, und die elastischen Bauteile 44 können befestigt und mit der Windel 20 verbunden werden, während sich die elastischen Bauteile 44 in ihrem entspannten oder ungedehnten Zustand befinden.
In dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel erstrecken sich die elastischen Bauteile 44 im wesentlichen über die gesamte Länge des Schrittbereichs 26 der Windel 20. Die elastischen Bauteile 44 können sich alternativ über die gesamte Länge der Windel 20 oder irgendeine andere Länge erstrecken, die geeignet ist, eine elastisch zusammenziehbare Strecke zu ergeben. Die Länge der elastischen Bauteile 44 wird durch das Windeldesign bestimmt.
Die elastischen Bauteile 44 können eine Vielzahl von Konfigurationen annehmen. Die Breite der elastischen Bauteile 44 kann beispielsweise von etwa 0,25 Millimeter (0,01 Inch) bis etwa 25 Millimeter (1,0 Inch) oder mehr variiert werden. Die elastischen Bauteile 44 können einen einzigen Strang elastischen Materials umfassen oder können mehrere parallele oder nicht-parallele Stränge elastischen Materials umfassen. Die elastischen Bauteile 44 können geradlinig oder krummlinig sein. Weiters können die elastischen Bauteile 44 an der Windel in irgendeiner der verschiedenen Weisen angebracht sein, die aus dem Stand der Technik bekannt sind. Beispielsweise können die elastischen Bauteile 44 in der Windel unter Anwendung verschiedener Bindungsmuster durch Ultraschall gebunden, heiß- und druckgesiegelt oder einfach an die Windel 20 geklebt sein.
Der absorbierende Kern 42 der Windel 20 ist zwischen dem Deckblatt 38 und dem Rückenblatt 40 angeordnet. Der absorbierende Kern 42 kann in vielerlei Größen und Formen (z. B. rechteckig, stundenglasförmig, asymmetrisch usw.) und aus einer großen Vielzahl von Materialien hergestellt sein. Die Gesamtabsorptionskapazität des absorbierenden Kerns 42 soll jedoch mit der geplanten Flüssigkeitsbeladung für den beabsichtigten Verwendungszweck des absorbierenden Artikels oder der Windel kompatibel sein. Ferner können die Größe und Absorptionskapazität des absorbierenden Kerns 42 zwecks Anpassung an die Träger, die von Kindern bis zu Erwachsenen reichen, variieren. Der absorbierende Kern 42 umfaßt zumindest teilweise Ausführungsformen der erfindungsgemäßen absorbierenden Struktur (z. B. die absorbierende Struktur 70), die eine Mischung von Fasermaterial und dem hier beschriebenen superabsorbierenden Material oder der partikelförmigen Materialmischung umfaßt.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Windel 20 weist einen modifiziert stundenglasförmigen Kern 42 auf. Der absorbierende Kern 42 ist vorzugsweise eine absorbierende Struktur 70, die eine Bahn oder eine Wattelage aus Luftfilz, Holzbreifasern und darin eingelagert das superabsorbierende Material oder die partikelförmige Materialmischung enthält.
In anderen Alternativen kann der absorbierende Kern 42 umfassen: ausschließlich das superabsorbierende Material oder die partikelförmige Materialmischung wie hier beschrieben; eine Kombination von Schichten, die das superabsorbierende Material oder die partikelförmige Materialmischung einschließen (einschließlich hier beschriebener Laminate); oder irgendwelche anderen aus dem Stand der Technik bekannten Konfigurationen eines absorbierenden Kerns, sofern in denselben das hier beschriebene superabsorbierende Material oder die partikelförmige Materialmischung eingearbeitet sind. Beispiele solcher Konfigurationen eines absorbierenden Kerns sind im US-Patent 3,670,731, erteilt an Harmon am 20. Juni 1972; im US-Patent 3,669,114, erteilt an Morane am 15. Juni 1972; im US-Patent 3,888,257, erteilt an Cook et al. am 10. Juni 1975; im US-Patent 3,901,236, erteilt an Assarsson et al. am 26. August 1975; im US-Patent 4,102,340, erteilt an Mesek et al. am 25. Juli 1978; und im US-Patent 4,500,315 erteilt an Pieniak et al. am 19. Februar 1985, beschrieben.
Ein exemplarisches Ausführungsbeispiel eines absorbierenden Kerns 42, der mit dem zuvor beschriebenen superabsorbierenden Material oder der partikelförmigen Materialmischung versehen werden kann, ist die im US-Patent 4,610,678 mit dem Titel "High-Density Absorbent Structure", erteilt an Paul T. Weisman und Stephen A. Goldman am 9. September 1986, beschriebene absorbierende Struktur. (Obwohl das Weisman-et-al.-Patent ebenso wie die folgenden Patente nicht auf die hier beschriebene spezifische Erfindung gerichtet sind.) Eine alternative Ausführungsform eines absorbierenden Kerns 42 kann der doppellagige absorbierende Kern mit einer asymmetrisch geformten oberen Schichte und einer unteren Schichte sein, wie er allgemein im US-Patent 4,673,402 mit dem Titel "Absorbent Article With Dual-Layered Cores", erteilt an Paul T. Weisman, Dawn I. Houghton und Dale A. Gellert am 26. Juni 1987, beschrieben ist.
Ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel des in der vorliegenden Erfindung brauchbaren absorbierenden Kerns 42 ist in Fig. 5 gezeigt. Dieses Ausführungsbeispiel und die in Fig. 5 gezeigten Bezugszeichen sind im US-Patent 4,834,735 mit dem Titel "High Density Absorbent Members Having Lower Density and Lower Basis Weight Acquisition Zones", erteilt an Miguel Alemany und Charles J. Berg am 30. Mai 1989, beschrieben. Das Alemany-et-al.-Patent offenbart absorbierende Strukturen, die eine Speicherzone und eine Erfassungszone haben. Die Erfassungszone hat eine geringere durchschnittliche Dichte und ein geringeres durchschnittliches Flächengewicht pro Flächeneinheit als die Speicherzone, sodaß die Erfassungszone ausgeschiedene Flüssigkeiten effektiv und effizient rasch aufnehmen kann.
Der in Fig. 5 gezeigte absorbierende Kern 42 wird vorzugsweise hergestellt, indem das superabsorbierende Material oder die partikelförmige Materialmischung einem durch Luft angetriebenen Faserstrom zugesetzt wird, um eine gleichförmige Verteilung des superabsorbierenden Materials oder der partikelförmigen Materialmischung zu bewirken. Der luftbewegte Faserstrom wird in einer dickeprofilierten Vorform des absorbierenden Kerns im Luftstrom gelegt. Der dickeprofilierte absorbierende Kern hat ursprünglich Bereiche mit höherem Flächengewicht, die die Speicherzone 58 definieren, und mit niedrigerem Flächengewicht, die die Erfassungszone 56 definieren. Der vorgeformte absorbierende Kern wird vorzugsweise auf mindestens eine gleichmäßige Dicke im Ablagerungsbereich in einer Kalanderwalze mit festgelegtem Spalt kalandert, um eine Verdichtung des absorbierenden Kerns 42 zu bewirken. Dies erzeugt eine Erfassungszone 56 mit niedrigerer mittlerer Dichte und niedrigerem durchschnittlichen Flächengewicht pro Flächeneinheit, bezogen auf jene der Speicherzone 58.

B. Einige alternative Ausführungsbeispiele

Die Fig. 6 und 7 zeigen ein weiteres alternatives bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines absorbierenden Kerns 642 gemäß vorliegender Erfindung. In dem in Fig. 6 und 7 gezeigten Ausführungsbeispiel ist eine absorbierende Erfassungsschichte 674 über eine absorbierende Struktur 670 gelegt unter Bildung eines doppellagigen absorbierenden Kerns 642. Die absorbierende Struktur 670 hat die Form des zuvor unter Bezugnahme auf Fig. 2-5 beschriebenen Kerns 42 (wiewohl in einer unterschiedlichen Gestaltung). Ein Beispiel eines doppellagigen absorbierenden Kerns (obwohl nicht auf die hier beschriebene spezifische Erfindung gerichtet) ist in dem zuvor erwähnten US-Patent 4,673,402 detaillierter behandelt.
Fig. 8 zeigt noch ein weiteres alternatives Ausführungsbeispiel eines absorbierenden Kerns 842, der eine erfindungsgemäße absorbierende Struktur 870 umfaßt. Der absorbierende Kern 842 hat eine modifizierte Stundenglas-Form, die asymmetrisch in bezug auf ihre Quermittellinie ist. Der absorbierende Kern 842 kann unterteilt sein in Bereiche, die im allgemeinen jenen des in Fig. 2-5 dargestellten absorbierenden Kerns entsprechen. (Diese Bereiche sind detaillierter im zuvor erwähnten US-Patent 4,834,735 beschrieben) In dem in Fig. 8 gezeigten Ausführungsbeispiel jedoch sind Dichte und Flächengewicht der Ohrbereiche 860 und 862 und des hinteren Abschnitts 848 verschieden von jenen der Speicherzone 858, die sich im zentralen Bereich 864 befindet.
In diesem Ausführungsbeispiel sind die Kosten des absorbierenden Kerns 842 gesenkt, da das aus den Ohrbereichen und dem hinteren Abschnitt weggelassene extra Material keine signifikanten zusätzlichen Vorteile im Schutz gegen Undichtheit bietet. (Selbstverständlich können der hintere Abschnitt 848 und die Ohrbereiche 860 und 862 alternativ insgesamt oder teilweise auf eine geringere Dicke als der zentrale Bereich 864 kalandert werden, sodaß sie etwa eine gleiche oder eine größere durchschnittliche Dichte als die Speicherzone 858 haben). Ferner muß der hintere Abschnitt 848, obwohl er, wie in Fig. 8 gezeigt, vorzugsweise Ohren aufweist, solche Ohren nicht enthalten.
Fig. 9 zeigt ein weiteres alternatives bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, worin der absorbierende Kern 942 eine absorbierende Struktur 970 umfaßt, die eine geschichtete Matrix aus Fasermaterial und eine Mischung des Fasermaterials und des superabsorbierenden Materials oder der partikelförmigen Materialmischung 75 enthält. Der absorbierende Kern 942 umfaßt eine Speicherzone 958 und eine Erfassungs-/Verteilungsschichte in Form einer staubdichten Schichte 902, wie im US-Patent 4,888,231 mit dem Titel "Absorbent Core Having a Dusting Layer", erteilt an John Angstadt am 19. Dezember 1989, beschrieben ist. In diesem Ausführungsbeispiel liegt eine größere Zone von Kapillargradienten zwischen der Speicherzone 958 und anderen Abschnitten des absorbierenden Kerns 942 vor, sodaß die Speicherzone 958 und, spezieller, die superabsorbierenden Materialpartikel effizienter genutzt werden.
Fig. 10 zeigt eine perspektivische Ansicht eines alternativen Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Windel, worin der absorbierende Kern 942 der Fig. 9 zwischen einem Deckblatt 1002 und einem Rückenblatt 1004 unter Bildung der Wegwerfwindel 1000 eingeschlossen ist. Der absorbierende Kern 942 ist vorzugsweise derart angeordnet, daß die staubdichte Schichte 902 neben dem Rückenblatt 1004 angeordnet ist, sodaß der absorbierende Kern 942 funktionieren kann, wie im US-Patent 4,888,231 beschrieben ist.
Fig. 11 zeigt ein weiteres alternatives Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, worin die Erfassungszone 1156 (gezeigt innerhalb der gestrichelten Linien) "Fuchskopf-förmig" ist. (So bezeichnet, weil sie der Vorderansicht eines Fuchskopfs ähnelt). Die Fuchskopf-förmige Erfassungszone 1156 steigert die Fluidverteilung für weibliche Träger.
In anderen Alternativen zu den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen kann die Porengröße der Fasern in den absorbierenden Kernen unter Bildung einer Erfassungszone und einer Speicherzone variiert werden, ohne notwendigerweise die Dichte der Fasern zu verändern. Beispielsweise können feine Faserdimensionen von Hartholz-Fluff vorteilhaft verwendet werden, um zumindest etwa 50%, vorzugsweise etwa 80% bis 100% Hartholz-Fluff-Fasern von annähernd derselben Dichte wie weniger dichte Weichholz-Fluff-Fasern statt der Weichholzfasern in der Speicherzone einzusetzen. Dies kann getan werden, da der Hartholz-Fluff ein kleinere Porengröße als das Weichholz-Fluff-Material hat. Als Ergebnis wird noch eine Kapillaritäts-Differenz innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung erhalten, auch wenn die Dichte jeder Zone gleich ist. So kann beispielsweise ein absorbierender Kern erhalten werden, indem ein vorherrschend Weichholz-Papierstoff mit einer feinen Porenstruktur, um die Erfassungszone zu definieren, und ein vorherrschend Hartholz-Fluff-Papierstoff, um die Speicherzone zu definieren, verwendet werden.
Im Gebrauch wird die Windel 20 am Träger angelegt, indem der hintere Taillenbandbereich 24 unter den Rücken des Trägers gelegt und der Rest der Windel 20 zwischen den Beinen des Trägers hindurchgezogen wird, sodaß der vordere Taillenbandbereich 22 über der Vorderseite des Trägers angeordnet ist.
Die Bandlaschenbefestigungsmittel 46 werden dann vorzugsweise an nach außen weisenden Zonen der Windel 20 befestigt.

TESTVERFAHREN

Die folgenden Verfahrensweisen werden unter standardisierten Laborbedingungen bei 23ºC (73ºF) und 50% relativer Feuchtigkeit ausgeführt.

A. Absorptionskapazität

Die Absorptionskapazität des superabsorbierenden Hydrogel-bildenden Materials wird bestimmt, indem das superabsorbierende Hydrogel-bildende Material in einen "Teebeutel" gefüllt wird, der Teebeutel in einen Überschuß an synthetischem Urin während eines gegebenen Zeitraums eingetaucht wird und der Teebeutel dann während eines spezifischen Zeitraums zentrifugiert wird, nachdem er aus dem synthetischen Urin entnommen wurde. Das Verhältnis von Finalgewicht des superabsorbierenden Hydrogel-bildenden Materials nach dem Zentrifugieren minus Ausgangsgewicht (netto Fluidaufnahme) zum Ausgangsgewicht bestimmt die Absorptionskapazität.
Das Teebeutelmaterial wird unter Verwendung eines 6 cm · 12 cm Schneidstanzers geschnitten, der Länge nach zur Hälfte gefaltet und entlang zweier Seiten mittels eines T-Stangen-Versiegelungsgeräts gesiegelt, sodaß ein quadratischer Teebeutel von 6 cm · 6 cm entsteht. Das verwendete Teebeutelmaterial ist ein heißverschweißbares Material Qualität 1234, erhältlich von C. H. Dexter, Division der Dexter Corp., Windsor Locks, Connecticut, USA, oder etwas Äquivalentes. Weniger poröses Teebeutelmaterial soll erforderlichenfalls verwendet werden, um feine Partikel zurückzuhalten. Nach Bildung des Teebeutels werden 0,200 Gramm, plus oder minus 0,005 Gramm des superabsorbierenden Hydrogel-bildenden Materials auf einem Wiegepapier gewogen und in den Teebeutel eingebracht und der obere Rand (das offene Ende) des Teebeutels wird versiegelt. Ein leerer Teebeutel wird am oberen Ende versiegelt und als Blindprobe verwendet. Etwa 300 Milliliter synthetischer Urin werden in einen 1000 Milliliter-Becher gegossen.
Der in den Testverfahren der vorliegenden Erfindung verwendete spezifische synthetische Urin wird hier als "synthetischer Urin" bezeichnet. Der synthetische Urin ist gewöhnlich bekannt als Jayco SynUrine und ist erhältlich von Jayco Pharmaceuticals Company, Camp Hill, Pennsylvania. Die Zusammensetzung des synthetischen Urins ist: 2,0 g/l KCl; 2,0 g/l Na&sub2;SO&sub4;; 0,85 g/l (NH&sub4;)H&sub2;PO&sub4;; 0,14 g/l (NH&sub4;)&sub2;HPO&sub4;; 0,19 g/l CaCl&sub2;; und 0,23 g/l MgCl&sub2;. Alle Chemikalien sind von Reagens-Qualität. Der pH-Wert des synthetischen Urins ist im Bereich von 6,0 bis 6,4.
Der Blindversuchs-Teebeutel wird in den synthetischen Urin enthaltenden Becher getaucht. Der das superabsorbierende Hydrogel-bildende Material enthaltende Teebeutel (der Proben-Teebeutel) wird horizontal gehalten, um das Material gleichmäßig über den Teebeutel zu verteilen. Der Proben-Teebeutel wird dann auf die Oberfläche des synthetischen Urins gelegt. Der Proben-Teebeutel wird dann während eines Zeitraums von höchstens 1 Minute benetzen gelassen und dann vollständig untergetaucht und 60 Minuten durchfeuchtet.
Etwa zwei Minuten, nachdem die erste Probe untergetaucht wurde, wird ein zweiter Satz von Teebeuteln, identisch dem ersten Satz von Blindversuchs- Teebeutel und Proben-Teebeutel hergestellt, untergetaucht und 60 Minuten lang in gleicher Weise durchfeuchtet wie der erste Satz. Nachdem die vorgeschriebene Durchfeuchtungszeit für jeden Satz Teebeutel-Proben verstrichen ist, werden die Teebeutel prompt aus dem synthetischen Urin (unter Verwendung einer Zange) entnommen. Die Proben werden dann wie nachstehend beschrieben zentrifugiert.
Die verwendete Zentrifuge ist eine Delux Dynac II Centrifuge, Fisher Model No. 05-100-26, zu erhalten von Fisher Scientific Co., Pittsburgh, PA, oder ein Äquivalent. Die Zentrifuge soll mit einem direkt abzulesenden Tachometer und einer elektrischen Bremse ausgestattet sein. Die Zentrifuge ist ferner mit einem zylindrischen Einsatzkorb ausgestattet, der eine etwa 6,35 cm (2,5 Inch) hohe Außenwand mit 21,425 cm (8,435 Inch) Außendurchmesser, 20,155 cm (7,935 Inch) Innendurchmesser und 9 Reihen von etwa 106 gleichmäßig um den Umfang der Außenwand verteilten kreisrunden Löchern mit einem Durchmesser von 0,238 cm (3/32 Inch) und einen Korbboden mit sechs kreisrunden Drainage- Löchern, Durchmesser 0,635 cm (1/4 Inch), hat, die gleichmäßig entlang dem Umfang des Korbbodens in einem Abstand von 1,27 cm (1/2 Inch) von der Innenfläche der Außenwand zum Zentrum der Drainagelöcher angeordnet sind, oder ein Äquivalent. Der Korb ist in der Zentrifuge so befestigt, daß er in Übereinstimmung mit der Zentrifuge rotiert sowie bremst.
Die Teebeutel-Proben sind im Zentrifugenkorb mit einem gefalteten Ende des Teebeutels in Richtung des Zentrifugenspins angeordnet, sodaß es die Initialkraft absorbiert. Die leeren Teebeutel werden zu beiden Seiten der entsprechenden Teebeutel-Proben angeordnet. Die Teebeutel-Probe des zweiten Satzes muß gegenüber der Teebeutel-Probe des ersten Satzes angeordnet werden; und der leere Teebeutel des zweiten Satzes gegenüber dem leeren Teebeutel des ersten Satzes, um die Zentrifuge im Gleichgewicht zu halten. Die Zentrifuge wird gestartet und rasch auf eine stabile Geschwindigkeit von 1500 Upm anlaufen gelassen. Sobald die Zentrifuge bei 1500 Upm stabilisiert ist, wird ein Zeitschalter auf 3 Minuten gesetzt. Nach 3 Minuten wird die Zentrifuge abgeschaltet und die Bremse angelegt.
Die erste Teebeutel-Probe und der erste leere Teebeutel werden entnommen und separat gewogen. Der Vorgang wird mit der zweiten Teebeutel-Probe und dem zweiten leeren Teebeutel wiederholt.
Die Absorptionskapazität (ac) für jede der Proben wird wie folgt berechnet: ac = (Gewicht der Teebeutel-Probe nach dem Zentrifugieren minus Gewicht des leeren Teebeutels nach dem Zentrifugieren minus Gewicht des trockenen superabsorbierenden Hydrogel-bildenden Materials) dividiert durch (Gewicht des trockenen superabsorbierenden Hydrogel-bildenden Materials). Der hier brauchbare Wert der Absorptionskapazität ist die durchschnittliche Absorptionskapazität der beiden Proben.

B. Bestimmung der Partikelgröße durch Siebanalyse ("Siebtest")

Die Partikelgröße des in den erfindungsgemäßen absorbierenden Strukturen verwendeten superabsorbierenden Hydrogel-bildenden Materials wird bestimmt, indem eine repräsentative Probe von Partikeln des superabsorbierenden Materials gezogen wird, die Probe dann durch einen Satz Siebe mit abnehmenden Sieböffnungsgrößen geschickt wird.
Der Testvorgang ist folgender. Einhundert Gramm einer repräsentativen Probe des superabsorbierenden Hydrogel-bildenden Materials wird in vier bis acht annähernd gleiche Fraktionen geriffelt.
Eine der Fraktionen wird dann auf einen Sieb-Stapel gegeben. Die im Test verwendeten Siebe sind alle US-Standard-Siebe. Der Stapel soll die im Experiment interessierenden Siebgrößen enthalten. Für die Analyse der Standard- Partikelgrößenverteilung im folgenden Vergleichsbeispiel enthält der Siebstapel von zuvor ein Standard-#20-Sieb (mit 841 Mikrometer Öffnungen), ein Standard- #30-Sieb (595 Mikrometer), ein Standard-#50- Sieb (297 Mikrometer), ein Standard-# 100-Sieb (149 Mikrometer), ein Standard-#325-Sieb (44 Mikrometer) und eine Siebpfanne.
Für die Analyse der spezifischen, engeren Partikelgrößenverteilungen in den folgenden Beispielen (sowie der in den Patentansprüchen definierten Partikelgrößenverteilungen) enthält der Siebstapel von zuvor ein Standard-#50-Sieb (297 Mikrometer), ein Standard-#70-Sieb (210 Mikrometer), ein Standard-#100-Sieb (149 Mikrometer), ein Standard-#140-Sieb (105 Mikrometer), ein Standard-#170- Sieb (88 Mikrometer) und eine Siebpfanne.
Die geriffelte Fraktion superabsorbierenden Materials wird mit einem RO- TAP Testing Sieve Shaker Modell SS-5 entsprechend den Instruktionen des Herstellers gesiebt. Ein RO-TAP-Sieb-Rüttler ist in Fig. 21-17 auf Seite 21-19 der Referenzveröffentlichung Perry's Chemical Engineers' Handbook, Sixth Edition, (McGraw-Hill Book Company, 1984) gezeigt, auf die hier zuvor Bezug genommen wurde. Der RO-TAP Sieb-Rüttler hält eine Reihe von Sieben und dreht und stößt die Siebreihe in einer mechanischen Bewegung ähnlich jener, die beim Sieben mit der Hand angewendet wird. Die Stoßbewegung wird mittels einer hammerartigen Komponente auf einen "Kork" in der Mitte des Deckels, der den Siebstapel bedeckt, aufgebracht.
Der Siebrüttler, alle Siebe und die Siebpfanne sind bei VWR Scientific, Chicago, IL erhältlich. Die geriffelte Fraktion wird 10 Minuten lang unter den folgenden Bedingungen gerüttelt. Der Siebrüttler soll zwischen etwa 140-160 Stöße/Minute liefern. Der Siebrüttler soll mit einer Geschwindigkeit von etwa 270- 300 Umdrehungen pro Minute oszillieren. Der Kork in der Mitte des Siebrüttlers soll am Start des Tests genau 0,48 cm (3/16 Inch) vorragen. Das auf jedem Sieb und der Siebpfanne nach diesem Verfahren zurückgebliebene Material wird gewogen und aufgezeichnet.

C. Aufsaug-Absorptionfähigkeits-Test-Methode

Diese Methode besteht in einer Version eines Aufsaug-Benetzbarkeits- Standardtests. Zur Unterrichtung, Aufsaug-Absorptionsfähigkeits-Standardtests sind in Chatterjee, P. K. (Ed.) Absorbency, Kapitel II, S. 60-62, Elsevier Science Publisher B. V. Amsterdam, Amsterdam, Niederlande (1985), beschrieben.
Die zur Durchführung dieses Tests verwendete Vorrichtung ist schematisch in den Fig. 12 und 13 dargestellt. Die Vorrichtung 100 besteht aus einem quadratischen Probenkorb 103, der an einem Rahmen 104 aufgehängt ist. Die Innenabmessungen des Korbs sind 10,2 cm · 10,2 cm (4" · 4"). Die Höhe des Korbes 102 ist über einen Getriebemechanismus 106 verstellbar. Ein Flüssigkeitsbehälter 108 ist auf einer elektronischen Waage 110 direkt unter dem Probenkorb 102 angeordnet. Die Waage 110 ist mit einem Computer 112 verbunden.
Es gibt zwei verschiedene Typen von Probenkörben, die je nach ablaufender Version des Tests eingesetzt werden. Die beiden Versionen des Tests sind die z-Richtungs-Version und die x-y-Ebene-Version. Die verschiedenen Versionen des Tests werden angewendet, um die Geschwindigkeit, mit der eine Probe des absorbierenden Kerns oder einer anderen absorbierenden Struktur Fluide, die sich durch die Probe in verschiedenen Richtungen der z-Richtung und in Richtungen in der Ebene x-y, bewegen, absorbieren kann, zu messen.
Der hier verwendete Ausdruck "z-Richtung" ist eine Orientierung in bezug auf den erfindungsgemäßen absorbierenden Artikel 20, wenn der absorbierende Artikel 20 in einem Cartesischen Koordinatensystem in seinem ebenen, ausgelegten Zustand der Fig. 2 angeordnet ist, sodaß die Kleidungsfläche 20b des absorbierenden Artikels 20 in der durch die x- und y-Achsen gebildeten Ebene (d. h. horizontal) liegt. Die Längs- und Quermittellinien (z. B. 36 und 34) des absorbieren den Artikels liegen in der Ebene x-y. Die "z-Richtung" ist die Richtung, die senkrecht auf die Ebene der beiden Oberflächen des absorbierenden Artikels 20 ist, wenn er in einer solchen ebenen, ausgelegten Gestalt vorliegt.
Der z-Richtungs-Test ist schematisch in Fig. 14A dargestellt. Im z- Richtungs-Test besteht der gesamte 10,2 cm · 10,2 cm-Boden des Korbes 102 aus einem groben Drahtgitter 114. Die Probe 116 berührt daher das Fluid F, wie in Fig. 12 dargestellt ist. In diesem Test soll die Probe das Fluid nur durch die Dicke der Probe in der vertikalen oder z-Richtung transportieren. Diese Version des Tests liefert eine Messung der potentiellen Fluidaufnahmerate der Probe.
Der x-y Ebene-Test ist schematisch in Fig. 14B dargestellt. Im x-y-Ebene- Test ist das Sieb 114 nur in einem 2,54 cm · 10,2 cm (1" · 4")-Bereich entlang einer Kante 120 des Probenkorbbodens vorhanden. Der Rest des Probenkorbbodens, mit 122 bezeichnet, besteht aus Plexiglas und ist fluid-undurchlässig. Die Seiten des Probenkorbs, die in Kontakt mit der Probe sind, bestehen ebenfalls aus Plexiglas und sind fluid-undurchlässig (im x-y-Ebene-Test und im z-Richtungs- Test). Wie in Fig. 14B gezeigt, soll in diesem Test die Probe 116 das Fluid zuerst in z-Richtung ansaugen und dann maximal 7,62 cm (3 Inch) in der horizontalen (x-y)-Ebene transportieren. Die Resultate aus der x-y-Ebene liefern eine Messung der Fähigkeit der Probe, Fluid unter potentiellen Gebrauchsbedingungen zu verteilen. Der z-Richtungs- sowie der x-y-Ebene-Test werden durchgeführt, während die Probe 116 der absorbierenden Struktur unter einen Druck von etwa 14 g/cm² (0,2 psi) gesetzt ist, der gleichmäßig auf die Oberseite der Probe 116 ausgeübt wird.
Das Testverfahren ist folgendes. Zuerst wird eine 10,2 cm · 10,2 cm (4" · 4")-Probe aus einer absorbierenden Struktur geschnitten. Der Fluidbehälter 108 wird mit etwa 6800 ml synthetischem Urin gefüllt und auf eine elektronische Waage 110 unter dem Testapparat 100 gesetzt. Dann wird der Probenkorb 102 gesenkt, bis das Fluidniveau gerade auf dem Niveau nahe der Oberseite des Drahtgitters 114 ist. Ein Stück eines im Handel erhältlichen zweilagigen BOUNTY® Papier-Handtuchs 124 von 10,2 cm · 10,2 cm (z-Richtung) oder 2,54 cm · 10,2 cm (x-y-Ebene), je nach dem laufenden Test, wird auf das Drahtgitter 114 im Boden des Korbes 102 gelegt. Das BOUNTY® Papier-Handtuch 124 gewährleistet, daß ständiger Fluid-Kontakt mit der Unterseite der Kernprobe 116 während der Testdauer beibehalten wird.
Das aufgelegte Gewicht 126 ist an einer quadratischen Metallplatte 128 angebracht, deren Dimensionen ein wenig kleiner als die Innenabmessungen des Probenkorbs 102 sind. Dann wird die Oberseite der Kernprobe 128 über ein doppelseitiges Klebeband 130 oder Sprühklebstoff am Boden der zuvor erwähnten Platte 128 angebracht. Zum Zeitpunkt Null wird die Probe 116 in den Probenkorb 102 eingesetzt, und das Datenerfassungsprogramm am Computer wird aktiviert. Nach 30 Minuten wird der Test beendet, und die Daten werden analysiert und graphisch dargestellt.
Eine Messung von Bedeutung bei der Analyse der Daten ist das Fassungsvermögen der Probe für synthetischen Urin nach 30 Minuten. Diese 30-Minuten- Kapazität der Probe wird ausgedrückt in von der Probe nach 30 Minuten absorbierten Gramm synthetischen Urins pro Gramm superabsorbierenden Materials in der Probe. Die Menge des von der Probe nach 30 Minuten absorbierten synthetischen Urins wird bestimmt, indem das Gewicht des synthetischen Urins im Behälter nach 30 Minuten vom Gewicht des synthetischen Urins im Behälter zu Beginn des Tests abgezogen wird.
Andere wichtige Eigenschaften der Probe sind ihre Fluidaufnahme- und -verteilungsraten. Die Zeit, die die Probe braucht, um 90% ihrer 30-Minuten- Kapazität zu erreichen, liefert ein einfaches Maß für die durchschnittliche Fluid- Ansaugrate der untersuchten absorbierenden Struktur. Diese wird als die Zeit t90 angegeben und hat Sekundeneinheiten. Eine Zeit t90 kann gemessen werden unter Anwendung sowohl des z-Richtungs-Tests, um eine Fluidaufnahmerate für die Probe zu bestimmen, als auch des Tests in der Ebene x-y, um eine Fluidverteilungsrate für die Probe zu bestimmen.

BEISPIELE

Die folgenden Beispiele zeigen die Unterschiede zwischen Zeiten t90 für die z-Richtungs-Tests und x-y-Ebene-Tests für absorbierende Strukturen, die in drei allgemeine Kategorien fallen: (1) absorbierende Strukturen, die Standard- Partikelgrößenverteilungen des superabsorbierenden Materials ohne anorganisches Pulver enthalten; (2) absorbierende Strukturen, die spezifische Partikelgrößenverteilungen des superabsorbierenden Materials ohne anorganisches Pulver enthalten; und (3) absorbierende Strukturen, die spezifische Partikelgrößenverteilungen des superabsorbierenden Materials enthalten, wobei den Partikeln des superabsorbierenden Materials ein anorganisches Pulver zugesetzt ist.
Die absorbierenden Strukturen für die nachstehend gelieferten Beispiele werden unter Verwendung fein vermahlenen Zellulose-Papierbreis, partikelförmigen Hydrogels von verschiedenen Lieferanten und amorphen Siliciumdioxids AEROSIL 200 hergestellt. Die absorbierenden Strukturen können im allgemeinen nach dem Verfahren und mit der Vorrichtung hergestellt werden, die im US- Patent 4,610,678, erteilt an Weisman et al., beschrieben sind.
Für jedes nachstehend beschriebene Beispiel sind die Partikel superabsorbierenden Materials in den in der folgenden Tabelle 3 gezeigten Partikelgrößenverteilungen entweder mit 1,0 Gew.-% amorphem Siliciumdioxid AEROSIL 200 in einem im wesentlichen trockenen Zustand vermischt (oder nicht vermischt mit dem amorphen Siliciumdioxid, wie in Tabelle 3 angegeben). Die Partikel superabsorbierenden Materials (mit dem Siliciumdioxid, wenn angegeben) und Zellulosefasern in den gewünschten Gewichtsprozentsätzen werden homogen in einem Luftstrom gemischt und im Luftstrom auf einem laufenden Band abgelegt unter Bildung einer absorbierenden Struktur mit dem gewünschten Flächengewicht. Die absorbierenden Strukturen werden dann auf die gewünschte Dichte zwischen angetriebenen Walzenpressen komprimiert. Die in den Beispielen angegebenen Dichten werden unter einem aufgebrachten Druck von etwa 7 g/cm² (0,1 psi) gemessen.
Die Partikelgrößenverteilung des superabsorbierenden Materials für jedes Beispiel ist wesentlich. Einige Vergleichsbeispiele werden ausgeführt unter Verwendung von Standard-Partikelgrößenverteilungen des superabsorbierenden Materials ohne Siliciumdioxid und spezifischen Partikelgrößenverteilungen ohne Siliciumdioxid. Das superabsorbierende Material, das in den in den Beispielen beschriebenen absorbierenden Strukturen verwendet wird, wird von drei verschiedenen auf dem Markt befindlichen Lieferanten superabsorbierenden Materials erhalten (Proben 1, 2 und 3) Das gelieferte superabsorbierende Material hat die Qualität des extrahierbaren Polymermaterials, angegeben im US-Patent Re. 32,649, erteilt an Brandt et al. am 19. April 1988.
Die Standard-Partikelgrößenverteilungen (bestimmt durch Siebanalysen) für jede der untersuchten Proben sind nachstehend aufgelistet. TABELLE 2 Standard-Partikelgrößenverteilungen
Die engen Partikelgrößenverteilungen der superabsorbierenden Materialien werden erzeugt, indem das Standard-Material des Vergleichsbeispiels gesiebt wird. Das Material mit den spezifischen Partikelgrößenverteilungen, die in den absorbierenden Strukturen verwendet werden, ist jenes, das durch das erste in Tabelle 3 angegebene Sieb durchgeht und auf dem zweiten angegebenen Sieb zurückgehalten wird.
Die Absorptionskapazitäten einiger ausgewählter Proben sowohl mit Standard-Partikelgrößenverteilungen als auch mit einigen der bevorzugten spezifischen Partikelgrößenverteilungen sind in der folgenden Tabelle (Tabelle 2A) definiert:

TABELLE 2A

ABSORPTIONSKAPAZITÄTEN

Probe Absorptionskapazität (g/g)
Probe #1 Standard 41,9
" " 50/100 Maschen* 41,6
Probe #2 Standard 39,9
" " 50/100 Maschen* 40,0
Probe #3 Standard 41,1
" " 50/100 Maschen* 42,1
* 50/100 Maschen entsprechen 149 bis 300 Mikrometer.
Die übrigen spezifischen Bedingungen für jedes der Beispiele und Vergleichsbeispiele sind detaillierter in Tabelle 3 beschrieben. Die Resultate der Aufsaug-Absorptionsfähigkeits-Tests in z-Richtung und x-y-Ebene, die mit der absorbierenden Struktur jedes Beispiels ausgeführt wurden, sind in Tabelle 4 festgehalten. (In den Tabellen 3 und 4 umfaßt ein Beispiel, das nur mit einer Nummer bezeichnet ist, die absorbierende Struktur vorliegender Erfindung (eine absorbierende Struktur, die die partikelförmige Materialmischung enthält). Diese werden als die Beispiele bezeichnet. Ein Beispiel, das mit dem Buchstaben C bezeichnet ist, ist als Vergleichsbeispiel zu betrachten. Die Vergleichsbeispiele umfassen allgemein die absorbierenden Strukturen ohne Siliciumdioxid. Die Vergleichsbeispiele können daher entweder Standard-Partikelgrößenverteilungen des Polymermaterials oder die in Tabelle 3 gezeigten spezifischen Partikelgrößenverteilungen des Polymermaterials enthalten.) TABELLE 3 DATEN DER ABSORBIERENDEN STRUKTUR
* psd ist Partikelgrößenverteilung TABELLE 4 AUFSAUG-ABSORPTIONSFÄHIGKEITS-DATEN
Die Resultate der z-Richtungs- und x-y-Ebene-Tests für die Vergleichsbeispiele (die alle 50 Gew.-% Zellulosefaser und 50 Gew.-% superabsorbierendes Material enthalten) können in dem als Fig. 15 gezeigten Diagramm zusammengefaßt werden (Selbstverständlich zeigt Fig. 15 nicht nur die in Tabelle 4 angegebenen Daten für die 50%-Mischungen, sondern Daten, die absorbierenden Strukturen mit verschiedenen anderen Partikelgrößenverteilungen in 50%-Mischungen zuzuordnen sind, zum Zwecke der Diskussion.)
Die x-Achse des Diagramms stellt die Zeit in Sekunden dar, die die untersuchte Probe braucht, um 90% ihrer Testkapazität in z-Richtung zu erreichen. Die y-Achse des Diagramms stellt die Zeit in Sekunden dar, die die Probe braucht, um 90% ihrer Testkapazität in der x-y-Ebene zu erreichen.
Die Partikelgrößenverteilungen in der oberen rechten Ecke des Diagramms zeigen jene relativ weiten Partikelgrößenverteilungen, die üblicherweise relativ große Partikel enthalten, die typischerweise von den Herstellern erhalten werden. Das Diagramm zeigt, daß Bahnen, die diese Partikel enthalten, relativ lange brauchen, um sowohl ihre Kapazität in z-Richtung als auch ihre Kapazität in der x-y- Ebene zu erreichen.
Die Partikelgrößenverteilungen in der oberen linken Ecke des Diagramms stellen jene mit relativ feinen Partikeln dar. Das Diagramm zeigt, daß Bahnen, die feine Partikel enthalten, Fluide rasch in z-Richtung aufnehmen, jedoch relativ langsam ihre Kapazität in der x-y-Ebene erreichen. Dies ist ein Resultat des zuvor beschriebenen Problems des Gelblockierens.
Die idealen Partikelgrößenverteilungen sind jene in der unteren linken Ecke des Diagramms. Dies sind die Bahnen, die Partikelgrößen enthalten, die am raschesten 90% ihrer Kapazität in z-Richtung und in der x-y-Ebene erreichen. Diese Partikelgrößenverteilungen sind repräsentativ für die spezifischen engen Partikelgrößenverteilungen der erfindungsgemäß verwendeten superabsorbierenden Hydrogel-bildenden Materialien.
Die erfindungsgemäßen absorbierenden Strukturen sind jene, die zumindest in einem Teil typischerweise t90-Anforderungs-Absorptionsfähigkeits-Zeiten (oder -Raten) in z-Richtung und der x-y-Ebene von weniger als oder gleich etwa 500 Sekunden haben, wenn die absorbierende Struktur gemäß dem Aufsaug- Absorptionsfähigkeits-Test (für Tests sowohl in z-Richtung als auch in der x-y- Ebene) geprüft wird. Im Anforderungs-Absorptionsfähigkeits-Test wird der Teil des geprüften Kerns ausgewählt entsprechend den in der Gewichtsprozentsatz- Analyse festgelegten Kriterien mit der Ausnahme, daß die Größe des Probenab schnitts die 10,2 cm · 10,2 cm (4" · 4")-Standard-Probe statt eines 25- Quadratzentimeter-Abschnitts ist.
Die hier beschriebenen absorbierenden Strukturen haben vorzugsweise t90 Anforderungsabsorptionsfähigkeits-Zeiten (oder -raten) in z-Richtung und in der x-y-Ebene von weniger als oder gleich etwa 500 Sekunden, vorzugsweise weniger als oder gleich etwa 400 Sekunden, noch bevorzugter weniger als oder gleich etwa 300 Sekunden und am bevorzugtesten weniger als oder gleich etwa 225 Sekunden in jedem Test.
Die Aufsaug-Absorptionsfähigkeits-Zeiten haben einen groben Zusammenhang mit den in den absorbierenden Strukturen verwendeten Konzentrationen an superabsorbierendem Material. Beispielsweise haben die absorbierenden Strukturen mit den letzten drei zuvor angegebenen t90-Zeiten (d. h. 400, 300 und 225 Sekunden) im allgemeinen Konzentrationen an superabsorbierendem Material von etwa 50%, 35% bzw. 25%.
Fig. 16 gibt die Aufsaug-Absorptionsfähigkeits-Daten für die Beispiele 1 bis 3 und für die Vergleichsbeispiele C¹-C³ in Tabelle 4 in graphischer Form wieder. Diese Figur zeigt klar, daß der Einschluß von feinem anorganischen Pulver (in diesem Fall AEROSIL 200 in den Beispielen 1 bis 3) die Fluidaufsaug-Raten in z- Richtung ebenso wie in der x-y-Ebene verbessert. Fig. 16 zeigt auch deutlich, daß der aus der Verwendung der spezifischen Partikelgrößen der superabsorbierenden Materialpartikel erzielte Vorteil mit Siliciumdioxid sogar größer ist, wenn das superabsorbierende Material in hohen Konzentrationen in einen absorbierenden Artikel eingearbeitet ist.
Die vorliegende Erfindung sieht also absorbierende Strukturen vor, die fähig sind, Fluide rasch aufzunehmen, zu verteilen und zu speichern. Es wird angenommen, daß die Probleme, die in vielen früheren absorbierenden Strukturen anzutreffen sind, in den erfindungsgemäßen absorbierenden Strukturen im wesentlichen reduziert oder eliminiert sind. Die absorbierenden Strukturen enthalten reduzierte Mengen der relativ großen superabsorbierenden Materialpartikel, die Fluide relativ langsam aufnehmen, sowie reduzierte Mengen relativ feiner Partikel, die die Tendenz zum Gelblockieren haben und die Weiterleitung von Fluiden in der x-y-Ebene verlangsamen. Das anorganische Pulver, das mit den superabsorbierenden Materialpartikeln vermischt ist, steigert die Fluidverarbeitungsraten weiterhin, speziell wenn hohe Konzentrationen an superabsorbierenden Materialien in die absorbierenden Strukturen eingearbeitet sind.
Es wird angenommen, daß die erfindungsgemäßen absorbierenden Strukturen verbesserte Rückhalteeigenschaften (und daher eine verminderte Auslaufneigung) haben, da sie Fluide, die auf sie aufgebracht werden, rasch zu verarbeiten vermögen.

Claims

1. Eine absorbierende Struktur, welche eine Hauptstruktur und eine Mehrzahl von Partikeln von im wesentlichen wasserunlöslichem, absorbierendem, Hydrogelbildendem Polymermaterial in der genannten Hauptstruktur umfaßt, wobei die genannten Polymermaterial-Partikel durch Lösungspolymerisationsverfahren gebildet sind, wobei die genannte absorbierende Struktur dadurch gekennzeichnet ist, daß die genannten Partikel von einer derartigen Größe sind, daß mindestens etwa 70 Gew.-% der Partikel durch ein US-Standard-50-Maschen-Sieb mit Öffnungen mit 297 Mikrometer durchgehen werden und an einem US-Standard-170- Maschen-Sieb mit Öffnungen mit 88 Mikrometer zurückgehalten werden.

2. Die absorbierende Struktur nach Anspruch 1, welche weiters dadurch gekennzeichnet ist, daß mindestens 95% der Partikel eine Partikelgröße innerhalb eines Bereiches von etwa 100 Mikrometer aufweisen und dadurch, daß die durchschnittliche Partikelgröße nicht geringer als etwa 100 Mikrometer und nicht mehr als etwa 300 Mikrometer ist.

3. Eine absorbierende Struktur nach Anspruch 1 oder 2, welche weiters dadurch gekennzeichnet ist, daß die genannte durchschnittliche Partikelgröße nicht geringer als etwa 125 Mikrometer und nicht mehr als etwa 250 Mikrometer ist.

4. Die absorbierende Struktur nach Anspruch 1, bei welcher die genannten Partikel, welche durch die genannten Siebe durchgehen bzw. daran gehalten sind, in einer Konzentration von zwischen etwa 25 Gew.-% und etwa 90 Gew.-%, vorzugsweise zwischen etwa 35 Gew.-% und etwa 90 Gew.-%, bevorzugter zwischen etwa 50% und etwa 90% und am bevorzugtesten zwischen etwa 70 Gew.-% und etwa 90 Gew.-% in mindestens einem 25-Quadratzentimeter-Abschnitt der genannten jeweiligen absorbierenden Struktur oder des genannten absorbierenden Kerns der genannten absorbierenden Artikel, gemessen gemäß der Gewichts- Prozent-Analyse, verteilt sind.

5. Eine absorbierende Struktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die genannten Partikel, welche durch die genannten Siebe durchgehen bzw. daran gehalten sind, mit einem anorganischen Pulver vermischt sind, um eine Partikelmaterial-Zusammensetzung zu bilden, und das genannte anorganische Pulver aus der Gruppe bestehend aus Siliciumdioxid, Kieselsäureanhydrid, Titandioxid, Aluminiumoxid oder Tonerden, wie zum Beispiel Kaolin oder Montmorillonit-Tonerden, oder irgendeiner Kombination der vorhergehenden anorganischen Materialien ausgewählt ist und vorzugsweise amorphes Siliciumdioxid ist.

6. Eine absorbierende Struktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die genannte Hauptstruktur mindestens teilweise ein Fasermaterial umfaßt und das genannte Polymermaterial entweder (a) mit dem genannten Fasermaterial vermischt ist oder (b) die genannte Hauptstruktur zwei oder mehr Bahnen von faserigem Faservliesmaterial umfaßt und die genannten Partikel zwischen den genannten faserigen Faservliesbahnen angeordnet sind.

7. Eine absorbierende Struktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die genannten jeweiligen absorbierenden Strukturen oder die genannten absorbierenden Kerne der genannten absorbierenden Artikel ein Gewichtsverhältnis der Zusammensetzung aus Gesamtfaser/Polymermaterial von etwa 95 : 5 bis etwa 2 : 98 und bevorzugter von etwa 75 : 25 bis etwa 2 : 98 umfassen.

8. Eine absorbierende Struktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem das genannte Polymermaterial aus der Gruppe bestehend aus: teilweise neutralisierter Polyacrylsäure, hydrolisierte Stärke-Acrylnitril- Pfropfcopolymeren, teilweise neutralisierte Stärke-Acrylnitril-Pfropfcopolymeren, Stärke-Acrylsäure-Pfropfcopolymeren, teilweise neutralisierte Stärke-Acrylsäure- Pfropfpolymeren, verseiften Vinylacetat-Acrylester-Copolymeren, hydrolisierten Acrylnitril- oder Acrylamid-Copolymeren und mit schwacher Vernetzung vernetzten Produkten beliebiger der vorhergehenden Copolymeren ausgewählt ist.

9. Die absorbierende Struktur nach Anspruch 8, bei welcher mindestens einige der genannten Polymermaterial-Partikel an der Oberfläche vernetzt sind.

10. Die absorbierende Struktur nach den Ansprüchen 2 oder 3, welche zusätzlich mindestens eines der folgenden aufweist: (1) eine Erfassungszone und eine Speicherzone, wobei die genannte Speicherzone mindestens teilweise den Umfang der genannten Erfassungszone umgibt, um so in Flüssigkeitskommunikation mit mindestens einem Abschnitt der seitlichen Zone der genannten Erfassungszone zu sein, wobei die genannte Erfassungszone eine geringere durchschnittliche Dichte und ein geringeres durchschnittliches Flächengewicht pro Flächeneinheit als die genannte Speicherzone aufweist; (2) eine absorbierende Erfassungsschichte, welche am absorbierenden Kern aufgelegt ist; (3) eine absorbierende Erfassungsschichte, welche mindestens teilweise chemisch versteifte Fasern auf Zellulosebasis umfaßt, welche am absorbierenden Kern aufgelegt ist; (4) eine staubdichte Schichte, welche aus im wesentlichen hydrophilem Fasermaterial besteht, welche unterhalb dem absorbierenden Kern positioniert ist; (5) einen Erfassungsfleck, welcher mindestens teilweise vernetzte Zellulosefasern umfaßt, wobei der genannte absorbierende Kern eine dem Körper zugewandte Seite und eine der Kleidung zugewandte Seite aufweist und der genannte Erfassungsfleck an der genannten dem Körper zugewandten Seite des genannten absorbierenden Kerns angeordnet ist.

11. Ein absorbierender Artikel, welcher ein flüssigkeitsdurchlässiges Deckblatt, ein flüssigkeitsundurchlässiges Rückenblatt, welches mit dem genannten Deckblatt verbunden ist, einen absorbierenden Kern, welcher zwischen dem genannten Deckblatt und dem genannten Rückenblatt positioniert ist, umfaßt, wobei der genannte absorbierende Kern eine Hauptstruktur und eine Mehrzahl von Partikeln aus im wesentlichen wasserunlöslichem, absorbierendem, Hydrogelbildendem Polymermaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 3 in der genannten Hauptstruktur umfaßt.