DE69424669T2

DE69424669T2 - Saugfähiges Verbundmaterial und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE69424669T2
Application number: DE69424669T
Authority: DE
Inventors: Manfred Dr. Plischke; Ebrahim Rezai; Dr. Schmidt
Original assignee: Procter and Gamble Co
Current assignee: Procter and Gamble Co
Priority date: 1994-09-09
Filing date: 1994-09-09
Publication date: 2001-01-25
Anticipated expiration: 2014-09-10
Also published as: DE69424669D1; EP0700672A1; MX9701788A; ES2145797T3; JPH10508528A; EP0700672B1; JP3998708B2; CA2199481A1; CA2199481C; ATE193196T1; AU3370195A; ZA957576B; KR970705434A; KR100264483B1; WO1996007476A1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft eine absorbierende Verbundstruktur, welche ein Substrat mit einer oberen und einer unteren Oberfläche und eine Vielzahl von hydrogelbildenden Polymerpartikeln, die chemisch an mindestens eine Oberfläche des Substrats gebunden sind, umfaßt, wobei die Polymerpartikel jeweils eine Vielzahl von vernetzten Molekülen enthalten. Die Erfindung betrifft auch einen absorbierenden Artikel, der eine solche absorbierende Verbundstruktur umfaßt, und betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Struktur.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Partikelförmige absorbierende polymere Zusammensetzungen sind imstande, große Mengen an Flüssigkeiten, wie etwa Wasser und Körperexsudate (z. B. Urin), zu absorbieren (aufzusaugen), und sind weiters imstande, solche absorbierte Flüssigkeiten unter mäßigen Drücken zurückzuhalten. Die Absorptionseigenschaften solcher polymerer Zusammensetzungen machen dieselben zum Einbau in absorbierende Artikel, wie etwa Windeln, besonders gut geeignet. Vgl. zum Beispiel US- Patent 3,699.103 (Harper et al.) erteilt am 13. Juni 1972, und US-Patent 3,770.731 (Harmon), erteilt am 20. Juni 1972, die die Verwendung von partikelförmigen, absorbierenden, polymeren Zusammensetzungen (die oft als "Hydrogele", "Superabsorbentien" oder "hydrokolloide Materialien" bezeichnet werden) in absorbierenden Artikeln offenbaren.
Übliche partikelförmige, absorbierende, polymere Zusammensetzungen weisen jedoch die Beschränkung auf, daß die Partikel nicht immobilisiert sind und es ihnen freisteht, während der Bearbeitung und/oder Verwendung zu wandern. Eine Migration der Partikel kann zu Materialbehandlungsverlusten während der Herstellung sowie zu einer nicht-homogenen Einverleibung der Partikel in die Strukturen führen, in welchen die Partikel verwendet werden sollen. Insbesondere wenn die absorbierenden Polymerpartikel mit hohen Konzentrationen in eine faserige Matrix eingebaut werden, können sich die Partikel von der Matrix abtrennen oder sie können in unkontrollierter Weise inhomogen verteilt sein, wie zum Beispiel in der Europäischen Patentanmeldung EP-A-0,695.541 (Bogdanski et al.) beschrieben ist. Ein anderes deutliches Problem tritt auf, wenn diese partikelförmigen Materialien bei der Verwendung während oder nach der Quellung wandern. Eine solche Mobilität führt dazu, daß aufgrund des Mangels an stabilen interpartikulären Kapillaren oder Flüssigkeitstransportkanälen dem Flüssigkeitsstrom durch das Material hindurch ein hoher Widerstand entgegengesetzt wird. Dieses Phänomen ist eine Form dessen, was üblicherweise als "Gelblockierung" bezeichnet wird.
Ein Versuch, die Leistungsbeschränkungen zu überwinden, die mit der Mobilität der absorbierenden Partikel während der Verwendung in absorbierenden Artikeln verbunden sind, ist die Einverleibung von partikelförmigen absorbierenden polymeren Zusammensetzungen in Tissue-Laminate, d. h. geschichtete absorbierende Strukturen, wie sie etwa in der US-A-5,013.309 beschrieben sind. Durch Einkapselung der Partikel zwischen Tissue- oder andere faserige Schichten und Fixierung der Partikel durch Wasserbindung oder Klebstoffbindung oder durch Verwendung thermoplastischer Binder wie etwa solcher, die in der PCT-Veröffentlichung WO 94/01069 beschrieben sind, wird die Gesamtmobilität der Partikel innerhalb einer absorbierenden Struktur vermindert. Bei Flüssigkeitskontakt steht es den Partikeln innerhalb des Laminats jedoch oft frei, sich relativ zueinander zu bewegen, was zu einem Zusammenbruch aller vorher bestehenden interpartikulären Kapillarkanäle führt.
Eine andere versuchte Lösung besteht darin, die partikelförmigen, absorbierenden, polymeren Zusammensetzungen durch den Zusatz großer Mengen flüssiger Polyhydroxyverbindungen zu immobilisieren, die als ein Klebemittel wirken, um die Partikel aneinander zu halten oder die Partikel an einem Substrat zu befestigen. Vgl. zum Beispiel 4,410.571 (Korpman), erteilt am 18. Oktober 1983. Obwohl dieser Versuch die Migration vor und zu einem gewissen Ausmaß auch während der Quellung einschränkt, werden in der Folge die Partikel in Anwesenheit von überschüssiger Flüssigkeit voneinander und von dem Substrat abgelöst, was wieder zu einem Zusammenbruch aller vorher existierenden Kapillarkanäle zwischen den Partikeln führt.
Eine weitere versuchte Lösung, das Problem der Mobilität der absorbierenden Partikel zu beseitigen, ist die Herstellung einer hydrogelbildenden Folie durch Extrusion einer Lösung eines linearen absorbierenden Polymers und anschließende Vernetzung desselben. Vgl. zum Beispiel das US-Patent 4,861.539 (Allen et al.), erteilt am 29. August 1989 (vernetzt mit einer Polyhydroxyverbindung, wie etwa einem Glykol oder Glyzerin); und das US-Patent 4,076.673 (Burkholder), erteilt am 28. Februar 1978 (vernetzt mit Polyamin-Polyamid-Epichlorhydrin-Addukten, wie etwa Kymene®). Obwohl diese hydrogelbildenden Folien beträchtliche Flüssigkeitsmengen absorbieren können, haben sie begrenzte Flüssigkeitstransporteigenschaften, da sie im wesentlichen nicht porös sind, d. h. keine internen Kapillarkanäle aufweisen. Tatsächlich sind diese hydrogelbildenden Folien durch das Fehlen von internen Kapillarkanälen besonders anfällig für die Gelblockierung.
Eine neuere Lösung, die zur Überwindung des Problems der Mobilität der absorbierenden Partikel vorgeschlagen wurde, besteht darin, diese Partikel zu aggregierten Makrostrukturen zusammenzusetzen. Vgl. WO 91/15177 hinsichtlich partikelförmiger Makrostrukturen und US-Patent 5,102.597 (Roe et al.), erteilt am 7. April 1992, hinsichtlich Blättern aus gebundenen absorbierenden Partikeln. Diese aggregierten Makrostrukturen werden hergestellt, indem zuerst die absorbierenden Partikel mit einer Lösung eines nicht-ionischen Vernetzungsmittels, Wasser und einem hydrophilen organischen Lösungsmittel, wie etwa Isopropanol, gemischt werden. Diese nicht-ionischen Vernetzungsmittel inkludieren Polyalkohole (z. B. Glyzerin), Polyaziridin-Verbindungen (z. B. 2,2-Bis-hydroxymethylbutanol-tris[3-(1- azaridin)-propionat]), Haloepoxy-Verbindungen (z. B. Epichlorhydrin), Polyaldehyd- Verbindungen (z. B. Glutaraldehyd), Polyamin-Verbindungen (z. B. Ethylenamin) und Polyisocyanat-Verbindungen (z. B. 2,4-Toluoldiisocyanat), vorzugsweise Glyzerin. Vgl. Spalte 11, Zeilen 22-54 des US-Patents 5,102.597.
Im US-Patent 5,102.597 wurde beschrieben, daß die hydrogelbildenden polymeren Präcursor-Partikel in wechselseitigen Kontakt gebracht werden können, indem zuerst die Partikel auf einem Substrat abgelegt und anschließend eine interpartikuläre Vernetzung der aneinander angrenzenden Partikel bewirkt wird.
Gemäß dem US-Patent 5,124.188 können Verstärkungsstrukturen, wie etwa Fasern, Bahnen oder Mull, in die Makrostrukturen vernetzter Partikeln eingebettet werden, um einen strukturellen Zusammenhalt zu ergeben. Das Einbetten der Fasern oder Bahnen in die Makrostruktur vernetzter Partikel wird durch Mischen der Fasern mit der Lösung, die das interpartikulär wirkende Vernetzungsmittel enthält, oder durch Mischen der Fasern mit den Partikeln vor der interpartikulären Vernetzung bewirkt. Ein Einkneten der Fasern in die Mischung von interpartikulär wirkendem Vernetzungsmittel/Präcursor-Partikeln ist bevorzugt.
Im US-Patent 5,180.622 (Berg) wird die Bildung eines interpartikulär vernetzten Aggregats beschrieben, wobei das Aggregat an einen Träger gebunden ist, der aus Fasern auf Zellulosebasis bestehen kann oder aus einer Bahn gebildet sein kann. Die Vereinigung des Aggregats und des Trägers ist allgemein so beschrieben, daß sie über physikalische oder chemische Bindung unter Verwendung von Klebstoffen oder Chemikalien bewirkt wird, die so reagieren, daß die Makrostruktur oder das interpartikulär vernetzte Aggregat an dem Träger haftet.
Die bekannte Bildung von Verbundstoffen aus vereinigten interpartikulär vernetzten Aggregaten und verstärkenden Bahnen ist relativ komplex und führt zu Strukturen, die ein relativ großes Gewicht an hydrogelbildenden polymeren Partikeln im Verhältnis zu dem Gewicht des Substrats oder Trägers enthalten. Somit sind die bekannten Verbundstoffe weniger für solche absorbierende Produkte geeignet, in denen eine geringere Absorptionsfähigkeit gefordert wird, wie etwa zum Beispiel für Slipeinlagen.
Auch wird das Verbinden des interpartikulär vernetzten Aggregats mit einer Bahn in einem gewissen Ausmaß zum Verlust der Flexibilität der Kombination von Substrat und Aggregat führen. Verbundstoffe mit guter Flexibilität können erhalten werden, doch erfordert dies den Zusatz von beispielsweise einem Weichmacher zu den interpartikulär vernetzten Aggregaten. Es wurde jedoch herausgefunden, daß bekannte interpartikulär vernetzte Aggregate bei der Lagerung während eines längeren Zeitraums in einer trockenen Umgebung Wasser verlieren können. Das kann dann die Ursache dafür sein, daß die Aggregate steif oder spröde werden.
Schließlich sind die bekannten interpartikulär vernetzten Aggregate relativ fluidstabil, da sie sich, wenn sie naß werden, isotrop ausdehnen. Jedoch können die interpartikulär vernetzten Aggregate einen Widerstand gegen den vertikalen Durchgang einer Flüssigkeit durch die absorbierende Struktur ausbilden, was in mehrschichtigen absorbierenden Produkten, wie sie in der Europäischen Patentanmeldung EP-A-0,631.768 und in der PCT-Veröffentlichung WO 95/01147 beschrieben sind, zu einer verminderten Erfassung oder zu verminderten Fluidaufnahmeraten führen kann.
In der EP-B-0 273 141 wurde beschrieben, daß hydrogelbildende polymere Partikel an Fasern angeklebt werden, um absorbierende Flocken zu bilden. Die Partikel werden durch Klebstoffbefestigung oder durch Mischen von Fasern und Monomeren mit anschließender Polymerisation zur Bildung des absorbierenden Polymers, in welchem die Fasern eingebettet sind, an den Fasern befestigt. Eine bevorzugte Art, Fasern und Partikel aneinander zu befestigen, besteht im Auflösen der polymeren Partikel in Wasser, Einmischen der Fasern in die Lösung, Trocknen der Lösung zur Verfestigung des polymeren Materials und Mahlen des Verbunds aus polymerem Material und Fasern zur Bildung von Flocken der gewünschten Größe.
Die absorbierenden Flocken haben als einen Nachteil die Tatsache, daß die Klebstoffbefestigung von polymeren Partikeln an den Fasern die Absorptionseigenschaften der Partikel nachteilig beeinflussen können. Weiters wird ein absorbierendes Produkt, das aus einer Vielzahl von Flocken gebildet wurde, beim Benetzen nicht isotrop quellen und daher eine Tendenz zur Gelblockierung aufweisen.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine absorbierende Verbundstruktur zu bilden, in welcher hydrogelbildende polymere Partikel mit einem Substrat verbunden sind, wobei die Partikel beim Naßwerden vom Substrat nicht losgelöst werden.
Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, eine absorbierende Verbundstruktur zur Verfügung zu stellen, in welcher die hydrogelbildenden polymeren Partikel eine verminderte Tendenz zur Gelblockierung haben.
Es ist noch ein weiteres Ziel der Erfindung, eine absorbierende Struktur zur Verfügung zu stellen, die ein relativ niedriges Flächengewicht von hydrogelbildenden polymeren Partikeln hat.
Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, eine absorbierende Verbundstruktur zur Verfügung zu stellen, die flexibel ist und einen relativ geringen Widerstand gegen den vertikalen Durchgang von Flüssigkeiten hat.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Eine erfindungsgemäße absorbierende Verbundstruktur ist dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat und die hydrogelbildenden Polymerpartikel durch ein Vernetzungsmittel verbunden sind, das imstande ist, die Moleküle der Partikel zu vernetzen, wobei das Ausmaß interpartikulärer Vernetzung zwischen den Partikeln ausreichend niedrig ist, sodaß keine interpartikulär vernetzten Makrostrukturen mit einem umschriebenen Trockenvolumen von mehr als 10 mm³ gebildet werden.
Beim Binden der Hydrogelpartikel an das Substrat wird Sorgfalt angewendet, damit keine kohärente selbsttragende Makrostruktur gebildet wird, weder vor dem Kontakt der Partikel mit dem Substrat noch nach der interpartikulären Vernetzung während der Bindung der Partikel an das Substrat durch das Vernetzungsmittel. Unter einer selbsttragenden makroskopischen Struktur wird ein Aggregat von interpartikulär vernetzten hydrogelbildenden Partikeln verstanden, die wechselweise durch interpartikuläre Vernetzungsbindungen verbunden sind und ein umschriebenes Trockenvolumen von mindestens 10 mm³ haben.
Das wird zum Beispiel dadurch erreicht, daß ein ausreichender Abstand zwischen nebeneinanderliegenden hydrogelbildenden Partikeln durch Einsatz relativ niedriger Flächengewichte von absorbierenden Partikeln auf dem Substrat und anschließende Bindung der Partikel an das Substrat aufrechterhalten wird. Ein Flächengewicht unter 100 g/m² wird bei typischen hydrogelbildenden Partikeln einer massegemittelten Partikelgröße von etwa 400 Mikrometer verhindern, daß sich interpartikulär vernetzte Bindungen bilden, wenn die absorbierenden Partikel durch Vernetzung an dem Substrat befestigt werden. Vorzugsweise ist das Flächengewicht der hydrogelbildenden Partikel ausreichend niedrig, sodaß in einem vorherbestimmten Bereich des Substrats mindestens 50% der Partikel nicht mit anderen Partikeln in Kontakt treten.
Eine andere Art, die Bildung von interpartikulär vernetzten Makrostrukuren zu verhindern, besteht darin, zu verhindern, daß das Vernetzungsmittel, das die Partikel an das Substrat bindet, in den Zwischenraum zwischen nebeneinander liegenden Partikeln wandert, indem zum Beispiel das Vernetzungsmittel nur auf die Grenzfläche Substrat-Partikel aufgebracht wird.
Die Vernetzungsbindungen, die zwischen den hydrogelbildenden Partikeln und dem Substrat gebildet wurden, beeinflussen die Absorptionseigenschaften der hydrogelbildenden Partikel nicht negativ, wie dies zum Beispiel bei einer Klebstoffbindung der Fall ist.
Die Vernetzungsbindungen zwischen den hydrogelbildenden Partikeln und dem Substrat werden durch Benetzung relativ wenig beeinflußt. Da die Partikel bei der Absorption von Flüssigkeit quellen, bleiben sie an das Substrat gebunden. Die relative Position zwischen den gebundenen hydrogelbildenden Partikeln wird hiebei aufrechterhalten und Gelblockierung durch den Kontakt von benachbarten gequollenen Partikeln wird herabgesetzt.
Gleichzeitig mit der Bindung der hydrogelbildenden Partikel an das Substrat kann eine Oberflächenvernetzung der einzelnen Partikel stattfinden, um die Oberflächeneigenschaften jedes hydrogelbildenden Partikels zu verändern. Ein erhöhtes Ausmaß an Oberflächenvernetzung der Partikel wird zu einem erhöhten Wert für die Absorption gegen Druck der Partikel führen und wird dazu beitragen, eine gute Permeabilität des Verbunds von Partikel und Substrat aufrecht zu erhalten.
Durch Anheften der hydrogelbildenden Partikel an das Substrat in einer individuellen Weise statt der Bildung einer makroskopischen Struktur, die ein interpartikulär vernetztes Aggregat umfaßt, kann die Gesamtabsorptionskapazität der erfindungsgemäßen absorbierenden Verbundstruktur herabgesetzt werden, der Flüssigkeitsdurchgang kann erhöht werden und die Flexibilität der Verbundstruktur wird verbessert.
Stark flexible Verbundstrukturen, die ein Substrat und absorbierende Partikel mit relativ geringer Absorptionskapaziät enthalten, sind in Produkten erforderlich, die zur Absorption relativ geringer Fluidmengen gedacht sind, wie etwa Slipeinlagen oder Hygienevorlagen oder leichte Inkontinenzkissen. Eine typische Hygienevorlage hat ein Flächengewicht von hydrogelbildenden Partikeln von etwa 54 g/m². Wenn die absorbierende Verbundstruktur als die obere Schichte in einer mehrschichtigen Struktur, die mehrere Schichten von hydrogelbildenden Partikeln enthält, verwendet wird, wie dies in der Europäischen Patentanmeldung EP-A- 0,631.768 und in der PCT-Veröffentlichung WO 95/01147 beschrieben ist, wird auch die erfindungsgemäße relativ flüssigkeitsdurchlässige Verbundstruktur mit der relativ geringen Absorptionskapazität eine optimale Flüssigkeitserfassung, -verteilung und -speicherung gewährleisten.
Durch Aufbringen eines niedrigen Flächengewichts von hydrogelbildenden Partikeln auf ein flexibles Substrat und festes Fixieren dieser Partikel an demselben durch Vernetzungsbindungen ist die Flexibilität der Verbundstruktur größer als für Makrostrukturen, die interpartikulär vernetzte Aggregate umfassen, die an einem flexiblen Substrat befestigt sind. Durch die Verwendung eines absorbierenden Artikels, in welchem die erfindungsgemäße absorbierende Verbundstruktur eingearbeitet ist, wird aufgrund der guten Anpassung an die Anatomie des Verwenders eine erhöhte Flexibilität, eine erhöhte Paßform und ein verbesserter Komfort bewirkt. Das flexible Substrat kann nach seiner Herstellung leicht auf einer Rolle aufbewahrt werden, wobei die Rolle aufbewahrt oder transportiert und in einem Herstellungsverfahren zur Bildung eines absorbierenden Artikels abgewickelt wird.
Die Partikel können mit beiden Oberflächen des Substrats verbunden sein, sodaß das Substrat sandwichartig zwischen zwei Schichten von Partikeln angeordnet ist. Andererseits kann eine Schichte von Partikeln sandwichartig zwischen zwei Substratschichten vorliegen und kann somit gegen mechanische Beschädigung geschützt sein.
Bei einem Ausführungsbeispiel einer absorbierenden Verbundstruktur sind die hydrogelbildenden Partikel nicht gleichmäßig auf dem Substrat verteilt und sind auf dem Substrat in einem Muster angeordnet, wie etwa in Form von Flecken oder Streifen oder anderen Zonen mit variierendem Flächengewicht. Zum Beispiel kann ein Substrat, das eine Zone mit niedrigem Flächengewicht von hydrogelbildenden Partikeln oder eine Zone ohne hydrogelbildende Partikel umfaßt, mit Vorteil als eine flüssigkeitsdurchlässige obere Schichte in einer mehrschichtigen Struktur verwendet werden, wie in der Internationalen Patentanmeldung WO 92/11831 (Feist et al.) oder WO 92/11830 (Noel et al.) geoffenbart ist. In diesen mehrschichtigen Strukturen kann die Zone mit niedrigem Flächengewichs ein Fenster bilden, durch welches die Flüssigkeit in die unteren Schichten eindringen kann. Andererseits kann die Verbundstruktur, die eine mittlere Zone mit niedrigem Flächengewicht von hydrogelbildenden Partikeln aufweist, als ein Kern für ein Monatshygieneprodukt verwendet werden, in welchem eine Längsströmung der Flüssigkeit entlang der Mittelzone begünstigt wird, welche Zone als ein flüssigkeitsleitender Kanal wirkt, wie etwa die Kerne, die in der WO 94/02092 (Coles) geoffenbart sind.
Ein weiterer Vorteil des Fehlens eines interpartikulär vernetzten Aggregats ist der, daß die Verbundstruktur in einem relativ feinlinigen Muster mechanisch verformt werden kann, zum Beispiel durch Ringwalzen, wie dies im US-Patent 5,167.897 beschrieben ist, um der Verbundstruktur ein relativ hohes Ausmaß an Dehnbarkeit zu verleihen, ohne daß die Partikel von dem Substrat abgelöst werden.
Die erfindungsgemäße absorbierende Verbundstruktur kann vorteilhafterweise elastisch dehnbar gemacht werden. Das Substrat kann frei expandieren und kontrahieren, ohne durch die hydrogelbildenden Partikel eingeschränkt zu sein, die an dem Substrat beim Strecken fest haften bleiben. Bei einem Ausführungsbeispiel, wie es in der PCT-Veröffentlichung WO 94/02094 (Osborn) beschrieben ist, dehnt sich die Verbundstruktur unter Kräften zwischen 50 g und 1500 g um 5% und 50 %. Elastisch dehnbare absorbierende Strukturen, die sich auf 140% ihrer ungespannten Länge unter einer Kraft zwischen 250 g und 800 g dehnen, sind in der WO 93/01785 (Osborn et al.) beschrieben.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die Erfindung wird detailliert unter Bezugnahme auf die angeschlossenen Zeichnungen erklärt. In den Zeichnungen zeigt:
Fig. 1 eine Querschnittsansicht einer bekannten absorbierenden Verbundstruktur,
Fig. 2-7 zeigen Querschnittsansichten von Ausführungsbeispielen erfindungsgemäßer absorbierender Verbundstrukturen,
Fig. 8 zeigt eine Querschnittsansicht eines absorbierenden Kerns, der eine absorbierende erfindungsgemäße Verbundstruktur umfaßt,
Fig. 9 zeigt eine Querschnittsansicht einer dünnen flexiblen Hygienevorlage, die einen absorbierenden Kern umfaßt, der aus einer erfindungsgemäßen absorbierenden Verbundstruktur gebildet ist,
Fig. 10 zeigt die Flexibilität einer erfindungsgemäßen absorbierenden Verbundstruktur für verschiedene Flächengewichte von hydrogelbildenden Partikeln,
Fig. 11-14 zeigen Ansichten von Ausführungsbeispielen verschiedener Muster hydrogelbildender Partikel, die an einem Substrat befestigt sind,
Fig. 15 zeigt eine perspektivische Darstellung einer absorbierenden Verbundstruktur mit Löchern in der Schichte aus hydrogelbildenden Partikeln,
Fig. 16 zeigt eine perspektivische Ansicht einer absorbierenden Verbundstruktur mit Löchern sowohl in der Schichte der hydrogelbildenden Partikel als auch in dem Substrat,
Fig. 17 zeigt eine Querschnittsansicht einer dehnbaren absorbierenden Verbundstruktur mit einer Vielzahl von Rillen,
Fig. 18 zeigt eine perspektivische Ansicht einer absorbierenden Verbundstruktur, die geschlitzt ist, und
Fig. 19 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Herstellung erfindungsgemäßer absorbierender Verbundstrukturen.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Fig. 1 zeigt eine bekannte absorbierende Verbundstruktur, wie sie im US- Patent US-A-5,536.264 (Hsueh) beschrieben ist. Eine Makrostruktur, die ein interpartikulär vernetztes absorbierendes Aggregat 1 umfaßt, ist an ein Substrat 3 gebunden. Das vernetzte Aggregat 1 ist durch interpartikulär vernetzte Partikel 2 gebildet. Die Partikel 2 sind durch Vernetzung verbunden, um eine Makrostruktur in der Form einer selbsttragenden kontinuierlichen Schichte zu bilden. Aus Gründen der Stabilität und der verbesserten Festigkeit ist diese Schichte mit einem Substrat 3 durch chemische Bindung oder durch Klebung verbunden. Das vernetzte Aggregat 1 ist aus hydrogelbildenden Partikeln gebildet, die einen Durchmesser zwischen 50 und 2000 um haben können. Die Dicke des interpartikulär vernetzten Aggregats beträgt zum Beispiel zwischen 250 Mikron und 10 Millimeter. Das vernetzte Aggregat, wie es in Fig. 1 gezeigt ist, erstreckt sich über im wesentlichen die gesamte obere Oberfläche 19 des Substrats 3 und ist selbsttragend, d. h. es wird nicht zu einzelnen Partikeln reduziert, wenn das Aggregat 1 vom Substrat 3 abgelöst wird. Das vernetzte Aggregat 1 wird durch Aufbringen einer ersten Schichte 5 von hydrogelbildenden Partikeln 2 auf einem Förderband oder direkt auf ein Substrat gebildet, wobei diese Partikel in innigem wechselseitigen Kontakt stehen. Die Partikel werden unter einem Sprühkopf vorbeitransportiert, der ein Vernetzungsmittel auf die Partikel aufbringt, um interpartikuläre Vernetzung zu bewirken. Nach der Vernetzung der ersten Schichte 5 aus Partikeln 2 wird die zweite Schichte 7 auf die erste Schichte 2 abgelegt. Diese Schichte wird durch Vernetzen mit den Partikeln der ersten Schichte befestigt. Weiteres Vernetzungsmittel wird in einer zweiten Sprühstation auf die Schichte 7 aufgebracht. Auf diese Weise werden mehrere Schichten von Partikeln 2 miteinander verbunden, um das Aggregat zu bilden.
Fig. 2 und 3 zeigen eine absorbierende Verbundstruktur 4 gemäß der Erfindung. Die hydrogelbildenden Partikel 2 werden auf das Substrat 3 derart abgelegt, daß kein kohärentes selbsttragendes vernetztes Aggregat gebildet wird. Die Partikel 2 umfassen Vernetzungsbindungen 9 mit dem auf Zellulosebasis beruhenden Material des Substrats 3 und werden über diese Bindungen befestigt. Für die erfindungsgemäßen Partikel 2 bilden die Vernetzungsbindungen 9 zwischen den Molekülen der Partikel und den Molekülen des Substrats 3 die Verbindung der Hauptmenge der Partikel im Gegensatz zu der Struktur gemäß Fig. 1, in welcher die meisten Partikel über andere Partikel, mit welchen sie ein vernetztes Aggregat bilden, an dem Substrat 3 befestigt sind. In der absorbierenden Verbundstruktur 4 besteht ein gewisses Ausmaß an Vernetzung zwischen benachbarten Partikeln, wie etwa eine interpartikuläre Vernetzungsbindung 11 zwischen den Partikeln 10 und 12, wobei jedes Partikel 10 und 12 auf dem Substrat 3 angeordnet ist. Andere Vernetzungsbindungen können zwischen Partikeln, die auf dem Substrat 3 angeordnet sind, und zwischen Partikeln, die oben auf diesen Partikeln angeordnet sind, gebildet sein. Das wird durch die Partikel 14 und 16 erläutert, wobei das Partikel 16 mit dem Substrat 3 über die Vernetzungsbindung 9 verbunden ist und das Partikel 14 über eine Vernetzungsbindung der gleichen Art wie die Vernetzungsbindungen 9 mit dem Partikel 16 verbunden ist. Weitere Vernetzungsbindungen können zwischen den Partikeln 17 und 13 gebildet sein, die nur indirekt mit dem Substrat 3 verbunden sind, sowie zwischen den Partikeln 13 und 18, sodaß ein Aggregat mit geringer Größe durch interpartikulär vernetzte Partikel 13, 14, 15 16, 17 und 18 gebildet wird. Es ist in allen Fällen wichtig, daß die Dimensionen W, W' der Aggregate so sind, daß keine kohärente selbsttragende agglomerierte Makrostruktur mit einem umschriebenen Trockenvolumen von mehr als 10 mm³ gebildet wird.
Eine Möglichkeit der Herstellung einer absorbierenden Verbundstruktur, wie sie in Fig. 2 gezeigt ist, besteht darin, zuerst die Präcursor-Partikel 2 zu Aggregaten eines größten umschriebenen Trockenvolumens von 10 mm³ anzuhäufen und an schließend diese Aggregate an dem Substrat zu befestigen, wobei ein ausreichender Zwischenraum zwischen benachbarten Aggregaten aufrechterhalten wird, um zu verhindern, daß sich Vernetzungsbindungen zwischen nebeneinanderliegenden Aggregaten bilden.
Andererseits können die hydrogelbildenden Partikel 2 direkt auf das Substrat 3 mit einem ausreichend niedrigen Flächengewicht aufgebracht werden, sodaß die Bildung von interpartikulären Vernetzungsbindungen begrenzt ist. Das kann zum Beispiel durch das Aufbringen von Flächengewichten unterhalb von 100 gm² auf das Substrat 3 erreicht werden.
Wieder können andererseits die hydrogelbildenden Partikel 2 auf das Substrat 3 in einer im wesentlichen kontinuierlichen Schichte aufgebracht werden, wie in Fig. 3 gezeigt wird, wobei das Vernetzungsmittel zur Verbindung der Partikel mit dem Substrat 3 in einer solchen Weise aufgebracht wird, daß nur die Grenzfläche 19 von Partikel und Substrat mit dem Vernetzungsmittel in Kontakt kommt. Zum Beispiel kann das Vernetzungsmittel auf die obere Oberfläche des Substrats 3 aufgebracht werden, bevor Partikel 2 auf das Substrat 3 abgelegt werden.

Absorbierende Präcursor-Partikel

Die in der vorliegenden Erfindung verwendeten absorbierenden Verbundstrukturen werden aus Polymermaterialien gebildet, die imstande sind, große Flüssigkeitsmengen zu absorbieren. (Solche Polymermaterialien werden im allgemeinen als "Hydrogel", "Hydrokolloid" oder "superabsorbierende" Materialien bezeichnet.) Die hydrogelbildenden Partikel enthalten vorzugsweise im wesentlichen wasserunlösliches, absorbierendes hydrogelbildendes Polymermaterial. Die speziellen Polymermaterialien werden hierin unter Bezugnahme auf jene besprochen, die die absorbierenden gelbildenden Partikel bilden (und im folgenden auch als "Präcursor- Partikel" bezeichnet werden).
Obwohl die Präcursor-Partikel eine Größe haben können, die über einen weiten Bereich variiert, sind doch spezielle Partikelgrößenverteilungen und Partikelgrößen bevorzugt. Für Zwecke der vorliegenden Erfindung ist Partikelgröße für Präcursor-Partikel, die kein großes Verhältnis von größter Dimension/kleinster Dimension haben, wie etwa Fasern (z. B. Körner, Flocken oder Pulver), definiert als die Dimension eines Präcursor-Partikels, die durch Siebgrößenanalyse bestimmt wird. Somit wird ein Präcursor-Partikel, das auf einem Standardsieb #30 mit Öffnungen von 600 um zurückgehalten wird, als ein solches angesehen, das eine Partikelgröße von mehr als 600 um hat; ein Präcursor-Partikel, das durch das Sieb #30 mit 600 um Öffnungen hindurchgeht und auf einem Standardsieb #35 mit 500 um Öffnungen zurückgehalten wird, wird als ein solches angesehen, das eine Partikelgröße zwischen 500 und 600 um hat; und ein Präcursor-Partikel, das durch ein Sieb #35 mit 500 um Öffnungen hindurchgeht, wird als ein solches angesehen, das eine Partikelgröße von weniger als 500 um hat. Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung werden die Präcursor-Partikel im allgemeinen eine Größe im Bereich von etwa 1 um bis etwa 2000 um, bevorzugter von 20 um bis etwa 1000 um, aufweisen.
Weiters ist für die Zwecke der vorliegenden Erfindung die massegemittelte Partikelgröße der Präcursor-Partikel wichtig zur Bestimmung der Eigenschaften und Merkmale der entstehenden absorbierenden Verbundstrukturen. Die massegemittelte Partikelgröße einer gegebenen Probe von Präcursor-Partikeln ist als die Partikelgröße definiert, die die mittlere Partikelgröße der Probe, auf Massebasis bezogen, darstellt. Ein Verfahren zur Bestimmung der massegemittelten Partikelgröße einer Probe ist detailliert in der US-A-5,536.264 beschrieben. Die massegemittelte Partikelgröße der Präcursor-Partikel wird im allgemeinen zwischen etwa 20 um und etwa 1500 um, bevorzugter zwischen etwa 50 um und etwa 1000 um, am bevorzugtesten zwischen etwa 50 um und etwa 800 um, liegen. Bei besonders bevorzugten Ausführungsbeispielen beträgt die massegemittelte Partikelgröße etwa 100 um bis etwa 250 um. Die Partikel können im wesentlichen gleiche Größe und Gestalt haben oder sie können unregelmäßig oder in Größe und Gestalt geordnet sein. Bei einer beispielhaften Ausführungsform haben mindestens etwa 95 Gew.-% der Präcursor-Partikel eine Partikelgröße zwischen etwa 150 um und etwa 300 um. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel haben mindestens etwa 95 Gew.-% der Präcursor-Partikel eine Partikelgröße zwischen etwa 90 um und etwa 180 um. Engere Größenverteilungen der Präcursor-Partikel sind bevorzugt, da sie aufgrund des höheren Leeranteils, wenn sie verdichtet sind, im Vergleich zu breiteren Größenverteilungen der Präcursor-Partikel mit äquivalenten massegemittelten Partikelgrößen zu einer höheren Porosität der absorbierenden Verbundstruktur führen.
Die Partikelgröße von Materialien mit einem großen Verhältnis von größter Dimension/kleinster Dimension, wie etwa Fasern, ist in der Regel definiert durch ihre größte Dimension. Wenn zum Beispiel absorbierende polymere Fasern (d. h. hydrogelbildende Fasern) in den absorbierenden Verbundstrukturen verwendet werden, wird die Länge der Fasern zur Definition der "Partikelgröße" verwendet. (Der Denier und/oder der Durchmesser der Fasern kann auch angegeben werden.) In beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung haben die Fasern eine Länge von mehr als etwa 5 mm, vorzugsweise zwischen etwa 10 mm und etwa 100 mm, bevorzugter zwischen etwa 10 mm und etwa 50 mm.
Die Präcursor-Partikel enthalten im wesentlichen wasserunlösliches absorbierendes hydrogelbildendes Polymermaterial mit einer Vielfalt von anionischen funktionellen Gruppen, wie etwa Sulfonsäure- und noch häufiger Carboxy-Gruppen. Beispiele von Polymermaterialien, die zur Verwendung als die Präcursor-Partikel hierin geeignet sind, inkludieren solche, die aus polymerisierbaren ungesättigten säurehaltigen Monomeren hergestellt sind. Somit inkludieren solche Monomere die olefinisch ungesättigten Säuren und Anhydride, die mindestens eine olefinische Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindung enthalten. Insbesondere können diese Monomeren aus olefinisch ungesättigten Carbonsäuren und Säureanhydriden, olefinisch ungesättigten Sulfonsäuren und Mischungen hievon ausgewählt werden.
Einige nicht-saure Monomere können auch, in der Regel in geringeren Mengen, inkludiert sein, wenn die Präcursor-Partikel hierin hergestellt werden. Solche nicht-sauren Monomere können zum Beispiel die wasserlöslichen oder wasserdispergierbaren Ester der säurehaltigen Monomere ebenso wie solche Monomere enthalten, die überhaupt keine Carbonsäure- oder Sulfonsäuregruppen enthalten. Wahlweise nicht-saure Monomere können somit Monomere inkludieren, die die folgenden Arten funktioneller Gruppen enthalten: Carbonsäure- oder Sulfonsäureester, Hydroxylgruppen, Amidgruppen, Aminogruppen, Nitrilgruppen und quaternähre Ammoniumsalzgruppen. Diese nicht-sauren Monomeren sind allgemein bekannte Materialien und sind detaillierter zum Beispiel im US-Patent 4,076.663 (Masuda et al.), erteilt am 28. Februar 1978, und im US-Patent 4,062.817 (Westerman), erteilt am 13. Dezember 1977, auf die beide besonders bezug genommen wird, beschrieben.
Olefinisch ungesättigte Carbonsäure- und Carbonsäureanhydrid-Monomere inkludieren die Acrylsäuren, deren typischer Vertreter die Acrylsäure selbst ist, die Methacrylsäure, Ethacrylsäure, a-Chloracrylsäure, a-Cyanoacrylsäure, b- Methylacrylsäure (Crotonsäure), a-Phenylacrylsäure, b-Acryloxypropionsäure, Sorbinsäure, a-Chlorsorbinsäure, Angelicasäure, Zimtsäure, p-Chlorzimtsäure, b- Stearylacrylsäure, Itaconsäure, Citraconsäure, Mesaconsäure, Glutaconsäure, Aconitsäure, Maleinsäure, Fumarsäure, Tricarboxyethylen und Maleinsäureanhydrid.
Olefinisch ungesättigte Sulfonsäure-Monomere inkludieren aliphatische oder aromatische Vinylsulfonsäuren, wie etwa Vinylsulfonsäure, Allylsulfonsäure, Vinyltoluolsulfonsäure und Styrolsulfonsäure. Acryl- und Methacrylsulfonsäure, wie etwa Sulfoethylacrylat, Sulfoethylmethacrylat, Sulfopropylacrylat, Sulfopropylmethacrylat, 2-Hydroxy-3-methacryloxypropylsulfonsäure und 2-Acrylamid-2- methylpropansulfonsäure.
Bevorzugte Polymermaterialien zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung enthalten Carboxygruppen. Diese Polymeren inkludieren hydrolysierte Stärke-Acrylnitril-Pfropfcopolymere, teilweise neutralisierte Stärke-Acrylnitrll- Pfropfcopolymere, Stärke-Acrylsäure-Pfropfcopolymere, teilweise neutralisierte Stärke-Acrylsäure-Pfropfcopolymere, verseifte Vinylacetat-Acrylester-Copolymere, hydrolysierte Acrylnitril- oder Acrylamid-Copolymere, schwach netzartig vernetzte Polymere beliebiger der vorhergehenden Copolymeren, teilweise neutralisierte Po lyacrylsäure und schwach netzartig vernetzte Polymere von teilweise neutralisierter Polyacrylsäure. Diese Polymeren können entweder allein oder in Form einer Mischung von 2 oder mehr unterschiedlichen Polymeren verwendet werden. Beispiele dieser Polymermaterialien sind im US-Patent 3,661.875, US-Patent 4,076.663, US- Patent 4,093.776, US-Patent 4,666.983 und US-Patent 4,734.478 geoffenbart.
Besonders bevorzugte Polymermaterialien zur Verwendung bei der Herstellung der Präcursor-Partikel sind schwach netzartig vernetzte Polymere von teilweise neutralisierten Polyacrylsäuren sowie Stärkederivate hievon. Besonders bevorzugt enthalten die Präcursor-Partikel etwa 50% bis etwa 95%, vorzugsweise etwa 75%, neutralisierte schwach netzartig vernetzte Polyacrylsäure (d. h. Poly- (Natriumacrylat/Acrylsäure)). Wie zuvor beschrieben, werden die Präcursor-Partikel aus Polymermaterialien hergestellt, die schwach netzartig vernetzt sind. Die netzartige Vernetzung dient dazu, die Polymermaterialien, aus welchen die Präcursor- Partikel hergestellt sind, im wesentlichen wasserunlöslich zu machen und bestimmt teilweise die Absorptionskapazität und die Eigenschaften hinsichtlich des Gehalts an extrahierbarem Polymer der Präcursor-Partikel und der entstehenden absorbierenden Verbundstrukturen. Verfahren zur netzartigen Vernetzung der Polymeren und typische netzartig vernetzende Mittel sind detaillierter im US-Patent 4,076.663 beschrieben.
Die einzelnen Präcursor-Partikel können auf beliebige Weise hergestellt werden. Typische und bevorzugte Verfahren zur Herstellung der einzelnen Präcursor- Partikel sind im US-Patent Re. 32.649 (Brandt et al.), erteilt am 19. April 1988, US-Patent 4,666.983 (Tsubakimoto et al.), erteilt am 19. Mai 1987, und im US- Patent 4,625.001 (Tsubakimoto et al.), erteilt am 25. November 1986, auf die alle speziell Bezug genommen wird, beschrieben. Bevorzugte Verfahren zur Bildung der Präcursor-Partikel sind jene, welche Polymerisationsverfahren in wässeriger Lösung oder in anderer Lösung einbinden. Wie in dem zuvor genannten US-Patent Re. 32. 649 beschrieben ist, findet bei der Polymerisation in wässeriger Lösung die Verwendung einer wässerigen Reaktionsmischung zur Durchführung der Polymerisation zur Bildung der Präcursor-Partikel statt. Die wässerige Reaktionsmischung wird dann Polymerisationsbedingungen ausgesetzt, die ausreichen, um in der Mischung im wesentlichen wasserunlösliches schwach netzartig vernetztes Polymermaterial zu produzieren. Die Masse des dabei gebildeten Polymermaterials wird dann pulverisiert oder zerkleinert, um die einzelnen Präcursor-Partikel herzustellen.
Insbesondere umfaßt das Polymerisationsverfahren in wässeriger Lösung zur Herstellung der einzelnen Präcursor-Partikel die Bereitung einer wässerigen Reaktionsmischung, in welcher die Polymerisation zur Bildung der gewünschten Präcursor-Partikel durchgeführt werden soll. Ein Element einer solchen Reaktionsmi schung ist das Säuregruppen-enthaltende Monomermaterial, das cias "Rückgrat" der herzustellenden Präcursor-Partikel bilden wird. Die Reaktionsmischung wird im allgemeinen etwa 100 Gewichtsteile Monomermaterial enthalten. Ein anderer Bestandteil der wässerigen Reaktionsmischung besteht aus einem netzartig vernetzenden Mittel. Netzartig vernetzende Mittel, die zur Herstellung der Präcursor- Partikel verwendbar sind, sind detaillierter im US-Patent Re. 32.649, US-Patent 4,666.983 und US-Patent 4,625.001 beschrieben. Das netzartig vernetzende Mittel wird im allgemeinen in der wässerigen Reaktionsmischung in einer Menge von etwa 0,001 Molprozent bis etwa 5 Molprozent, bezogen auf die Gesamtmole der in der wässerigen Mischung vorliegenden Monomeren (etwa 0,01 bis etwa 20 Gewichtsteile, bezogen auf 100 Gewichtsteile des Monomermaterials) vorliegen. Ein wahlweiser Bestandteil der wässerigen Reaktionsmischung besteht aus einem freiradikalischen Initiator, der zum Beispiel Persauerstoffverbindungen, wie etwa Natrium-, Kalium- und Ammoniumpersulfate, Caprylylperoxid, Benzoylperoxid, Wasserstoffperoxid, Cumolhydroperoxid, tert-Butyldiperphthalat, tert-Butylperbenzoat, Natriumperacetat, Natriumpercarbonat und dergleichen, inkludiert. Andere wahlweise Bestandteile der wässerigen Reaktionsmischung sind die verschiedenen nicht-sauren Comonomer-Materialien, inklusive Ester der essentiellen, ungesättigten, funktionelle saure Gruppen enthaltenden Monomeren, oder andere Comonomere, die überhaupt keine Carbonsäure- oder Sulfonsäure-Funktionalitäten enthalten.
Die wässerige Reaktionsmischung wird Polymerisationsbedingungen ausgesetzt, die ausreichen, um in der Mischung im wesentlichen wasserunlösliche, absorbierende, hydrogelbildende, schwach netzartig vernetzte Polymermaterialien zu produzieren. Die Polymerisationsbedingungen werden auch detaillierter in den drei zuvor genannten Patenten besprochen. Solche Polymerisationsbedingungen umfassen im allgemeinen ein Erhitzen (thermische Aktivierungstechnik) bis zu einer Polymerisationstemperatur von etwa 0ºC bis etwa 100ºC, bevorzugter von etwa 5ºC bis etwa 40ºC. Polymerisationsbedingungen, unter welchen die wässerige Reaktionsmischung gehalten werden kann, inkludieren zum Beispiel das Unterwerfen der Reaktionsmischung oder Teile derselben einer beliebigen üblichen Form von polymerisationsaktivierender Bestrahlung. Radioaktive, elektronische, ultraviolette oder elektromagnetische Bestrahlung sind alternative übliche Polymerisationstechniken.
Die säurefunktionellen Gruppen der in der wässerigen Reaktionsmischung gebildeten Polymermaterialien werden vorzugsweise auch neutralisiert. Die Neutralisation kann auf jede beliebige Art vorgenommen werden, die dazu führt, daß mindestens etwa 25 Molprozent und vorzugsweise mindestens etwa 50 Molprozent, des gesamten zur Bildung des Polymermaterials verwendeten Monomers säuregruppenenthaltende Monomere sind, die mit einem salzbildenden Kation neutralisiert sind. Solche salzbildenden Kationen inkludieren zum Beispiel Alkalimetalle, Am monium, substituiertes Ammonium und Amine, wie detaillierter in dem zuvor genannten US-Patent Re. 32.649 beschrieben wurde. Obwohl es bevorzugt ist, daß die Präcursor-Partikel unter Verwendung eines Polymerisationsverfahrens in wässeriger Lösung hergestellt werden, ist es auch möglich, das Polymerisationsverfahren unter Verwendung von mehrphasigen Polymerisationstechniken durchzuführen, wie etwa das Verfahren der inversen Emulsionspolymerisation oder der inversen Suspensionspolymerisation. Bei den Verfahren der inversen Emulsionspolymerisation oder der inversen Suspensionspolymerisation wird die wässerige Reaktionsmischung, wie sie zuvor beschrieben wurde, in der Form kleiner Tröpfchen in einer Matrix eines wasserunmischbaren inerten organischen Lösungsmittels, wie etwa Cyclohexan, suspendiert. Die entstehenden Präcursor-Partikel haben im allgemeinen kugelige Form. Verfahren der inversen Suspensionspolymerisation sind detaillierter in US-Patent 4,340.706 (Obaysashi et al.), erteilt am 20. Juli 1982, US-Patent 4,506.052 (Flesher et al.), erteilt am 19. März 1985, und US-Patent 4,735.987 (Morita et al.), erteilt am 5. April 1988, auf die alle speziell Bezug genommen wird, beschrieben.
Die Präcursor-Partikel sind vorzugsweise im wesentlichen trocken. Der Ausdruck "im wesentlichen trocken" wird hierin verwendet, um zu bedeuten, daß die Präcursor-Partikel einen Flüssigkeitsgehalt, in der Regel einen Gehalt an Wasser oder anderem Lösungsmittel, von weniger als etwa 50%, vorzugsweise weniger als etwa 20%, bevorzugter weniger als etwa 10%, bezogen auf das Gewicht der Präcursor-Partikel, aufweisen. Besonders bevorzugt liegt der Flüssigkeitsgehalt der Präcursor-Partikel im Bereich von etwa 0,01% bis etwa 5%, bezogen auf das Gewicht der Präcursor-Partikel. Die einzelnen Präcursor-Partikel können auf beliebige Weise getrocknet werden, wie etwa durch Erhitzen. Andererseits kann, wenn die Präcursor-Partikel unter Verwendung einer wässerigen Reaktionsmischung hergestellt wurden, das Wasser aus der Reaktionsmischung durch azeotrope Destillation entfernt werden. Die polymerhaltige wässerige Reaktionsmischung kann auch mit einem entwässernden Lösungsmittel, wie etwa Methanol, behandelt werden. Auch Kombinationen dieser Trocknungsverfahren können eingesetzt werden. Die entwässerte Masse des Polymermaterials kann dann zerkleinert oder pulverisiert werden, um im wesentlichen trockene Präcursor-Partikel von im wesentlichen wasserunlöslichem, absorbierendem, hydrogelbildendem Polymermaterial zu bilden.
Bevorzugte erfindungsgemäße Präcursor-Partikel sind jene, die eine hohe Absorptionskapazität haben, sodaß die entstehende Makrostruktur, die aus solchen Präcursor-Partikeln gebildet ist, ebenfalls eine hohe Absorptionskapazität hat. Absorptionskapazität bezieht sich auf die Kapazität eines gegebenen Polymermaterials, Flüssigkeiten, mit denen es in Kontakt kommt, zu absorbieren (aufzusaugen), Die Absorptionskapazität kann deutlich mit der Art der zu absorbierenden Flüssig keit und mit der Art und Weise, in welcher die Flüssigkeit mit dem Polymermaterial in Kontakt kommt, variieren. Für die Zwecke dieser Erfindung ist Absorptionskapazität unter Bezugnahme auf die Menge des synthetischen Urins definiert, der von einem beliebigen gegebenen Polymermaterial als Gramm Synthetischen Urins pro Gramm Polymermaterials in einem Verfahren absorbiert wird, wie es in dem Abschnitt des US-Patents US-A-5,536.264 über die Testmethoden definiert ist. Bevorzugte Präcursor-Partikel gemäß der vorliegenden Erfindung sind jene, die eine Absorptionskapazität von mindestens etwa 20 Gramm, bevorzugter mindestens etwa 25 Gramm, Synthetischer Urin pro Gramm Polymermaterial aufweisen. In der Regel haben die Polymermaterialien der Präcursor-Partikel hierin eine Absorptionskapazität von etwa 20 Gramm bis etwa 70 Gramm Synthetischer Urin pro Gramm Polymermaterial. Präcursor-Partikel, die diese relativ hohen Absorptionskapazitätseigenschaften haben, bilden Makrostrukturen, die zur Verwendung in absorbierenden Produkten, absorbierenden Bauteilen und absorbierenden Artikeln besonders gut einsetzbar sind, da die aus solchen Präcursor-Partikeln gebildeten entstehenden Makrostrukturen per definitionem wünschenswert hohe Mengen ausgeschiedener Körperexsudate, wie etwa Urin, halten.
Obwohl alle Präcursor-Partikel in der Regel aus dem gleichen Polymermaterial mit den gleichen Eigenschaften hergestellt sein können, muß dies nicht unbedingt der Fall sein. Zum Beispiel können manche Präcursor-Partikel ein Stärke- Acrylsäure-Pfropfcopolymer enthalten, während andere Präcursor-Partikel ein schwach netzartig vernetztes Polymer von teilweise neutralisierter Polyacrylsäure enthalten. Weiters können die Präcursor-Partikel in Größe, Gestalt, Absorptionskapazität oder anderen Eigenschaften oder Merkmalen variieren. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung bestehen die Präcursor- Partikel im wesentlichen aus schwach netzartig vernetzten Polymeren von teilweise neutralisierter Polyacrylsäure.
In einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung können die Präcursor-Partikel selbst an mindestens einem Teil der, vorzugsweise im wesentlichen an allen ihren Oberflächen vernetzt werden, bevor die Präcursor-Partikel zu einer absorbierenden Verbundstruktur verarbeitet werden. Die Oberflächenvernetzung der Präcursor-Partikel kann durch beliebige später beschriebene Vernetzungsmittel erfolgen. Bevorzugte Vernetzungsmittel haben vorzugsweise eine relativ große Molekülgröße und sind vorzugsweise kationisch. Ein solches Vernetzungsmittel ist nicht imstande, in die absorbierenden Partikel einzudringen, und kann daher nur mit dem Polymermaterial an der Oberfläche desselben wirkungsvoll reagieren. Besonders bevorzugt ist das Vernetzungsmittel ein kationisches Amino-Epichlorhydrin-Addukt. Oberflächenvernetzte hydrogelbildende absorbierende Polymere haben einen höheren Grad an Vernetzung in der Nähe der Oberflä che als im Inneren. Wie der Ausdruck "Oberfläche" hierin verwendet wird, beschreibt er die nach außen gerichteten Grenzflächen des Partikels, der Faser etc. Für poröse hydrogelbildende absorbierende Polymere (z. B. poröse Partikel etc.) können auch freiliegende innere Grenzflächen ebenso inkludiert sein. Unter einem höheren Grad an Vernetzung an der Oberfläche wird verstanden, daß das Ausmaß an funktionellen Vernetzungen für das hydrogelbildende absorbierende Polymer in der Nähe der Oberfläche im allgemeinen höher ist als das Ausmaß funktioneller Vernetzungen für das Polymer in dessen Innerem.
Die Veränderung der Vernetzung von der Oberfläche bis zum Inneren kann sowohl in der Tiefe als auch im Profil variieren. Somit kann zum Beispiel die Tiefe der Oberflächenvernetzung seicht sein und einen relativ scharfen Übergang zu einem niedrigeren Ausmaß an Vernetzung zeigen. Andererseits kann zum Beispiel die Tiefe der Oberflächenvernetzung einen deutlichen Anteil der Dimensionen des hydrogelbildenden absorbierenden Polymers mit einem breiteren Übergang ausmachen.
In Abhängigkeit von Größe, Gestalt, Porosität sowie von funktionellen Überlegungen kann das Ausmaß und der Gradient der Oberflächenvernetzung innerhalb eines gegebenen hydrogelbildenden absorbierenden Polymers variieren. Für partikelförmige hydrogelbildende absorbierende Polymere kann die Oberflächenvernetzung mit der Partikelgröße, der Porosität etc. variieren. In Abhängigkeit von den Variationen des Verhältnisses von Oberfläche: Volumen innerhalb des hydrogelbildenden absorbierenden Polymers (z. B. zwischen kleinen und großen Partikeln) ist es für das Gesamtausmaß der Vernetzung nicht unüblich, innerhalb des Materials zu variieren (z. B. für kleinere Partikel größer sein).
Oberflächenvernetzung wird im allgemeinen erreicht, nachdem die endgültigen Grenzflächen des hydrogelbildenden absorbierenden Polymers im wesentlichen errichtet sind (z. B. durch Mahlen, Extrudieren, Schäumen, etc.). Jedoch ist es auch möglich, die Oberflächenvernetzung gleichzeitig mit der Schaffung der endgültigen Grenzflächen zu bewirken. Weiters können einige zusätzliche Änderungen in den Grenzflächen auftreten, selbst nachdem die Oberflächenvernetzungen eingeführt wurden.
Es ist eine Reihe von Verfahren zur Einführung von Oberflächenvernetzungen im Stand der Technik geoffenbart. Diese inkludieren solche, worin: (i) (ein) di- oder polyfunktionelle(s) Reagens (Reagenzien) (z. B. Glyzerin, 1,3-Dioxolan-2-on, polyvalente Metallionen, polyquaternäre Amine), das (die) imstande ist (sind), mit bestehenden funktionellen Gruppen innerhalb des hydrogelbildenden absorbierenden Polymers zu reagieren, auf die Oberfläche des hydrogelbildenden absorbierenden Polymers aufgebracht wird (werden); (ii) ein di- oder polyfunktionelles Reagens, das imstande ist, mit anderen zugesetzten Reagenzien und möglicherweise existieren den funktionellen Gruppen innerhalb des hydrogelbildenden absorbierenden Polymers zu reagieren, um das Ausmaß an Vernetzung an der Oberfläche zu erhöhen, auf der Oberfläche aufgebracht wird (z. B. der Zusatz von Monomer plus Vernetzer und die Initiation einer zweiten Polymerisationsreaktion); (iii) keine zusätzlichen polyfunktionellen Reagenzien zugesetzt werden, aber (eine) zusätzliche Reaktion(en) unter den bestehenden Bestandteilen innerhalb des hydrogelbildenden absorbierenden Polymers entweder während oder nach dem primären Polymerisationsprozeß eingeleitet wird (werden), um ein höheres Ausmaß an Vernetzung an oder nahe der Oberfläche zu bewirken (z. B. Erhitzen, um die Bildung von Anhydrid- und/oder Estervernetzungen zwischen bestehenden Polymer-Carbonsäure- und/oder -Hydroxylgruppen zu induzieren, sowie Suspensionspolymerisationsprozesse, in welchen der Vernetzer inhärent in höheren Mengen nahe der Oberfläche vorliegt); und (iv) andere Materialien zu der Oberfläche zugesetzt werden, sodaß ein höheres Ausmaß an Vernetzung induziert oder auf andere Weise die Oberflächenverformbarkeit des entstehenden Hydrogels herabgesetzt wird. Kombinationen dieser Oberflächenvernetzungsprozesse, entweder gleichzeitig oder aufeinanderfolgend, können ebenso verwendet werden. Zusätzlich zu Vernetzungsreagenzien können andere Bestandteile zu der Oberfläche zugesetzt werden, um die Verteilung der Vernetzung zu unterstützen/steuern (z. B. Ausbreitung und Penetration der Oberflächenvernetzungsreagenzien.)
Geeignete allgemeine Verfahren zur Durchführung der Oberflächenvernetzung von erfindungsgemäßen hydrogelbildenden absorbierenden Polymeren sind im US- Patent 4,541.871 (Obayashi), erteilt am 17. September 1985; in der veröffentlichten PCT-Anmeldung WO 92/16565 (Stanley), veröffentlicht am 1. Oktober 1992, in der veröffentlichten PCT-Anmeldung WO 90/08789 (Tal), veröffentlicht am 9. August 1990; in der veröffentlichten PCT-Anmeldung WO 93/05080 (Stanley), veröffentlicht am 18. März 1993; im US-Patent 4,824.901 (Alexander), erteilt am 25. April 1989; US-Patent 4,789.861 (Johnson), erteilt am 17. Jänner 1989; US-Patent 4,587.308 (Makita), erteilt am 6. Mai 1986; US-Patent 4,734.478 (Tsubakimoto), erteilt am 29. März 1988; US-Patent 5,164.459 (Kimura et al.), erteilt am 17. November 1992; in der veröffentlichten Deutschen Patentanmeldung 4,020.780 (Dahmen), veröffentlicht am 29. August 1991; und in der veröffentlichten Europäischen Patentanmeldung 509.708 (Gartner), veröffentlicht am 21. Oktober 1992; auf welche alle speziell Bezug genommen wird, geoffenbart.

Vernetzungsmittel

Es wird ein Vernetzungsmittel verwendet, um das Polymermaterial der Präcursor-Partikel 2 mit dem absorbierenden Substrat 3 zu vernetzen. Ein geeignetes Vernetzungsmittel kann ein nicht-ionisches Vernetzungsmittel sein, das im US- Patent 5,102.597 (Roe et al.), erteilt am 7. April 1992, beschrieben ist. Diese nichtionischen Vernetzungsmittel inkludieren mehrwertige Alkohole (z. B. Glyzerin), Polyaziridin-Verbindungen (z. B. 2,2-Bis-Hydroxymethyl-butanol-tris[3-(1-azaridin)propionat]), Haloepoxy-Verbindungen (z. B. Epichlorhydrin), Polyaldehyd- Verbindungen (z. B. Glutaraldehyd), Polyamin-Verbindungen (z. B. Ethylenamin), und Polyisocyanat-Verbindungen (z. B. 2,4-Toluoldiisocyanat), vorzugsweise Glyzerin.
Bevorzugte Vernetzungsmittel sind solche, die in erster Linie eine Vernetzung an Abschnitten der Oberfläche der absorbierenden Präcursor-Partikel bewirken. Solche Vernetzungsmittel haben vorzugsweise eine relativ große Molekulargröße und sind vorzugsweise kationisch. In der Folge wird angenommen, daß ein solches Vernetzungsmittel nicht imstande ist, in das Innere der absorbierenden Partikel einzudringen, und daher nur mit dem Polymermaterial an der Oberfläche desselben wirksam reagieren kann. Es ist möglich, daß ein gewisser Anteil eines solchen größeren Vernetzungsmittels in das Partikel eindringen kann, wenn das Partikel mit Hilfe des Quellmittels gequollen wird.
Ein anderers bevorzugtes Vernetzungsmittel ist eines, das sehr rasch mit den anionischen, in der Regel Carboxy-funktionellen Gruppen des Polymermaterials der absorbierenden Partikel, sogar in einem Bereich der Raumtemperatur (z. B. von etwa 13ºC bis etwa 33ºC) reagiert. Als Ergebnis hievon sind ziemlich bescheidene Mengen (z. B. so niedrig wie etwa 1 Gew.-% der Partikel) eines solchen Vernetzungsmittels erforderlich, um eine wirksame Oberflächenvernetzung des in den absorbierenden Präcursor-Partikeln vorliegenden Polymermaterials zu ergeben.
Ein bevorzugtes Vernetzungsmittel gemäß der vorliegenden Erfindung ist jedoch ein Addukt von Epichlorhydrin mit bestimmten Arten monomerer oder polymerer Amine. Diese Amin-Epichlorhydrin-Addukte reagieren mit dem Polymermaterial der absorbierenden Präcursor-Partikel und insbesondere mit den anionischen, in der Regel Carboxy-funktionellen Gruppen dieser Polymermaterialien, um kovalente Bindungen vom Ester-Typ zu bilden. Mit anderen Worten dient das Amino- Epichlorhydrin-Addukt zur Vernetzung des Polymermaterials, das in den absorbierenden Präcursor-Partikeln vorliegt. (Die Anteile des absorbierenden Partikels, die Polymermaterial enthalten, das in wirksamer Weise mit dem Amino- Epichlorhydrin-Addukt vernetzt wurde, quellen in Anwesenheit von wässerigen Körperfluiden im Verhältnis zu den anderen unvernetzten Anteilen des Partikels weniger stark auf.) Ein solches kationisches Amino-Epichlorhydrin-Addukt, insbesondere die Version eines polymeren Harzes, ist relativ groß, sodaß bevorzugte Oberflächenvernetzung erreicht wird. Ein solches Addukt mit seinen kationischen funktionellen Gruppen (z. B. Azetidinium-Gruppen) kann rasch mit dem Polymermaterial im Raumtemperaturbereich von vorzugsweise etwa 13ºC bis etwa 33ºC, bevorzugter von etwa 18ºC bis etwa 28ºC, am bevorzugtesten bei etwa 23ºC, reagieren.
Wie der Ausdruck "kationisches Amino-Epichlorhydrin-Addukt" hierin verwendet wird, bezieht er sich auf das Reaktionsprodukt zwischen Epichlorhydrin und einem monomeren oder polymeren Amin, sodaß das entstehende Reaktionsprodukt mindestens zwei kationische funktionelle Gruppen aufweist. Diese Addukte können in der Form von monomeren Verbindungen vorliegen (z. B. das Reaktionsprodukt von Epichlorhydrin und Ethylendiamin) oder können in polymerer Form vorliegen (z. B. als Reaktionsprodukt zwischen Epichlorhydrin und Polyamid- Polyaminen oder Polyethyleniminen). Die polymeren Versionen dieser kationischen Amino-Epichlorhydrin-Addukte werden in der Regel als "Harze" bezeichnet.
Eine Art von Aminoverbindung, die mit Epichlorhydrin zur Bildung von Addukten, die in der vorliegenden Erfindung verwendbar sind, umgesetzt werden kann, umfaßt monomere Di-, Tri- und höhere Amine mit primären oder sekundären Aminogruppen in ihren Strukturen. Beispiele verwendbarer Diamine dieser Art inkludieren bis-2-Aminoethylether, N,N-Dimethylethylendiamin, Piperazin und Ethylendiamin. Beispiele verwendbarer Triamine dieser Art inkludieren N- Aminoethylpiperazin und Dialkylentriamine, wie etwa Diethylentriamin und Dipropylentriamin.
Solche Amin-Materialien werden mit Epichlorhydrin umgesetzt, um die als Vernetzungsmittel hierin verwendbaren kationischen Amino-Epichlorhydrin- Addukte zu bilden. Die Herstellung dieser Addukte sowie eine vollständigere Beschreibung der Addukte selbst kann im US-Patent 4,310.593 (Gross), erteilt am 12. Jänner 1982, und in Ross et al., J. Organic Chemistry, Bd. 29, S. 824-826 (1964) gefunden werden. Auf diese beiden Dokumente wird speziell Bezug genommen.
Zusätzlich zu monomeren Aminen können auch polymere Amine, wie etwa Polyethylenimine, als die Aminoverbindung verwendet werden. Eine besonders wünschenswerte Aminoverbindung, die mit Epichlorhydrin zur Bildung des bevorzugten kationischen polymeren Addukt-Harzes, das hierin verwendbar ist, umgesetzt werden kann, umfaßt bestimmte Polyamid-Polyamine, die von Polyalkylen- Polyaminen und gesättigten zweibasischen C&sub3;-C&sub1;&sub0; Carbonsäuren stammen. Epichlorhydrin/Polyamid-Polyamin-Addukte dieser Art sind wasserlösliche, thermisch härtende kationische Polymere, die in der Fachwelt als Naßfestigkeitsharze für Papierprodukte allgemein bekannt sind.
Bei der Herstellung von Polyamid-Polyaminen, die zur Herstellung dieser bevorzugten Klasse kationischer polymerer Harze verwendet werden, wird zuerst eine Dicarbonsäure mit einem Polyalkylen-Polyamin, vorzugsweise in wässeriger Lösung, unter solche Bedingungen zur Reaktion gebracht, daß ein wasserlösliches langkettiges Polyamid hergestellt wird, welches die wiederkehrenden Gruppen -NH(CnH2nHN)x-CORCO enthält, worin n und x jeweils 2 oder mehr bedeuten und R die C&sub1; bis C&sub8; Alkylengruppe der Dicarbonsäure ist.
Eine Vielzahl von Polyalkylen-Polyaminen, die Polyethylen-Palyamine, Polypropylen-Polyamine, Polybutylen-Polyamine u. s. w. enthalten, kann zur Herstellung des Polyamid-Polyamins verwendet werden, von welchem die Polyethylen- Polyamine eine wirtschaftlich bevorzugte Klasse darstellen. Insbesondere sind bevorzugte Polyalkylen-Polyamine, die zur Herstellung der kationischen polymeren Harze hierin verwendet werden, solche Polyamine, die zwei primäre Aminogruppen und mindestens eine sekundäre Aminogruppe enthalten, in welcher die Stickstoffatome durch Gruppen der Formel -CnH2n- aneinander gebunden sind, wobei n für eine kleine ganze Zahl größer als die Einheit steht und die Anzahl solcher Gruppen in dem Molekül im Bereich von 2 bis zu etwa 8 und vorzugsweise bis zu etwa 4 liegt. Die Stickstoffatome können an benachbarte Kohlenstoffatome in der Gruppe -CnH2n- oder an weiter entfernte Kohlenstoffatome, jedoch nicht an das gleiche Kohlenstoffatom, gebunden sein. Ebenso in Betracht gezogen wird die Verwendung solcher Polyamine, wie Diethylentriamin, Triethylentetramin, Tetraethylenpentamin, Dipropylentriamin und dergleichen, die in annehmbar reiner Form er halten werden können. Von all den vorhergehend genannten sind die bevorzugtesten die Polyethylen-Polyamine, die zwei bis vier Ethylengruppen, zwei primäre Aminogruppen und ein bis drei sekundäre Aminogruppen enthalten.
Ebenso zur Verwendung hierin in Betracht gezogen werden Polyamin- Präcursor-Materialien, die mindestens drei Aminogruppen enthalten, wobei mindestens eine dieser Gruppen eine tertiäre Aminogruppe ist. Geeignete Polyamine dieser Art inkludieren Methyl-bis(3-aminopropyl)amin, Methyl-bis(2-aminoethyl)amin, N-(2-Aminoethyl)-piperazin, 4,7-Dimethyltriethylentetramin und dergleichen.
Die Dicarbonsäuren, die mit den zuvor genannten Polyaminen umgesetzt werden können, um die Polyamid-Polyamin-Präcursoren der bevorzugten kationischen polymeren Harze, die hierin verwendbar sind, zu bilden, umfassen die gesättigten aliphatischen C&sub3;-C&sub1;&sub0;-Dicarbonsäuren. Bevorzugter sind jene, die 3 bis 8 Kohlenstoffatome enthalten, wie etwa Malonsäure, Bernsteinsäure, Glutarsäure, Adipinsäure u. s. w., gemeinsam mit Diglycolsäure. Von diesen sind Diglycolsäure und die gesättigten aliphatischen Dicarbonsäuren mit vier bis sechs Kohlenstoffatomen im Molekül, insbesondere Bernsteinsäure, Glutarsäure und Adipinsäure, die am meisten bevorzugten. Mischungen von zwei oder mehreren dieser Dicarbonsäuren können ebenso verwendet werden, sowie auch Mischungen von einer oder mehreren derselben mit höheren gesättigten aliphatischen Dicarbonsäuren, wie etwa Azelainsäure und Sebacinsäure, solange das entstehende langkettige Polyamid- Polyamin wasserlöslich oder zumindest wasserdispergierbar ist.
Die aus den zuvor genannten Polyaminen und Dicarbonsäuren hergestellten Polyamid-Polyamin-Materialien werden mit Epichlorhydrin umgesetzt, um die kationischen polymeren Amino-Epichlorhydrin-Harze herzustellen, die zur Verwendung als Vernetzungsmittel hierin bevorzugt sind. Die Herstellung solcher Materialien ist detaillierter in US-Patent 2,926.116 (Keim), erteilt am 23. Februar 1960, US- Patent 2,926.154 (Keim), erteilt am 23. Februar 1960, und US-Patent 3,332.901 (Keim), erteilt am 25. Juli 1967, auf die alle hierin Bezug genommen wird, beschrieben.
Die kationischen Polyamid-Polyamin-Epichlorhydrin-Harze, die zur Verwendung als Vernetzungsmittel hierin bevorzugt sind, sind von Hercules Inc. unter dem Handelsnamen Kymene® im Handel erhältlich. Besonders gut verwendbar sind Kymene® 557H, Kymene® 557LX und Kymene® 557 Plus, die ihrerseits die Epichlorhydrin-Addukte der Polyamid-Polyamine sind, die die Reaktionsprodukte von Diethylentriamin und Adipinsäure sind. Sie werden in der Regel in der Form wässeriger Lösungen des kationischen Harzmaterials mit einem Gehalt von 10 Gew.-% bis etwa 33 Gew.-% an aktivem Harz auf den Markt gebracht.

Substratschichte

Die Substratschichte erfüllt eine Vielzahl von Funktionen. In erster Linie dient sie als Trägermittel für die Präcursor-Partikel 2. Sie kann auch als Verteilungsmittel zur Verbesserung der Verteilung von aufgebrachten Flüssigkeiten, die in die absorbierende Verbundstruktur hinein absorbiert werden sollen, dienen. Vorzugsweise sind die Flüssigkeitsverteilungseigenschaften der Substratschichte 3 wesentlich höher als die der Präcursor-Partikel 2, sodaß die absorbierende Verbundstruktur bessere Flüssigkeitsverteilungseigenschaften im Verhältnis zur Schichte der Präcursor-Partikel 2 allein hat. In bevorzugten Ausführungsbeispielen umfaßt die Substratschichte 3 eine Vielzahl von kapillaren Elementen, die eine Länge aufweisen und vorzugsweise im wesentlichen parallel angeordnet sind, um die Verteilung der Flüssigkeit entlang der Länge derselben zu verbessern.
Das Substrat ist vorzugsweise eines, das eine ausgezeichnete Naßfestigkeit hat, und kann der absorbierenden Verbundstruktur eine verbesserte Naßfestigkeit und einen verbesserten Zusammenhalt im nassem Zustand verleihen; das heißt, daß das Substrat als ein Trägermittel wirksam ist, nachdem die Präcursor-Partikel 2 und das Substrat selbst mit Flüssigkeit benetzt wurden. Ein Träger für die gebundenen gelbildenden Partikel wird insbesondere in jener Situation gebraucht, wo die gelbildenden Partikel nach der Absorption von Flüssigkeit zu quellen beginnen. Ein solcher Träger ist besonders wichtig, wenn der absorbierende Verbund in einem absorbierenden Artikel, wie etwa einer Windel oder einem Monatshygieneprodukt, verwendet wird, wenn äußere Kräfte auch auf die Struktur einwirken können, um zu verursachen, daß die Präcursor-Partikel, die nicht fest an dem Substrat an geheftet sind, losgelöst werden.
Die Substratschichte kann aus verschiedenen in der Fachwelt bekannten Materialien ausgewählt werden, wie etwa Zellulosefasern, Faservlies-Bahnen, Tissue- Bahnen, Schaumstoffen, Polyacrylat-Fasern, mit Öffnungen versehenen polymeren Bahnen, synthetischen Fasern, Elastomeren und dergleichen. Die meisten solcher Substrate können sowohl als Verteilungsmittel als auch als Trägermittel für die absorbierende Makrostrukturschichte dienen. Vorzugsweise besteht die Substratschichte aus Material auf Zellulosebasis oder einem Material mit einer Zellulosefunktionalität. Bevorzugte Substrate zur Verwendung als ein Fluidverteilungsmittel können aus Materialien auf Zellulosebasis, faserigen Bahnen, faserigen Bahnen auf Zellulosebasis, festen Schaumstoffen, Schaumstoffen auf Zellulosebasis und Polyvinylalkohol-Schaumstoffen ausgewählt werden. Bevorzugte Substrate zur Verwendung als Trägermittel können aus Materialien auf Zellulosebasis, faserigen Bahnen, Faservliesbahnen, Textilmaterialien, faserigen Bahnen auf Zellulosebasis, festen Schaumstoffen, Schaumstoffen auf Zellulosebasis und Polyvinylalkohol- Schaumstoffen ausgewählt werden.
Die Substratschichte ist vorzugsweise flexibel und biegbar, um solche Eigenschaften in dem entstehenden absorbierenden Verbund zu unterstützen. Eine Substratschichte kann im wesentlichen elastisch und nicht-dehnbar sein oder sie kann in einem unterschiedlichen Ausmaß dehnbar oder verformbar sein als Reaktion auf Kräfte, die senkrecht zu der Ebene der Oberfläche des Substrats und in der Richtung derselben ausgeübt werden.
Die Dicke und das Flächengewicht (Gewicht pro Flächeneinheit des Substrats) eines Substratmaterials werden in Abhängigkeit von der Art des Substrats und den gewünschten Eigenschaften variieren. Ein Substrat kann auch eine Vielzahl einzelner Blätter oder Lagen eines speziellen Substratmaterials oder eine Kombination von einer oder mehreren Substratschichten in einem Laminat umfassen. Als ein typisches Substrat hat ein Blatt Bounty® eine Dicke von etwa 0,02 mm bis etwa 1,2 mm, bevorzugter von etwa 0,3 mm bis etwa 0,8 mm, und hat ein Flächengewicht von etwa 5 g/m² bis etwa 100 g/m², bevorzugter von etwa 10 g/m² bis etwa 60 g/m² und am bevorzugtesten von etwa 15 g/m² bis etwa 40 g/m². Als ein anderes typisches Substrat hat ein Zellulose-Schaumstoff eine trockene komprimierte Dicke von etwa 0,5 mm bis etwa 3,0 mm, bevorzugter von etwa 0,8 mm bis etwa 2,0 mm, eine expandierte Naßdicke von etwa 0,8 mm bis etwa 6,0 mm, bevorzugter von etwa 1,0 mm bis etwa 5,0 mm, und ein Flächengewicht von etwa 50 g/m² bis etwa 2.000 g/m², bevorzugter von etwa 100 g/m² bis etwa 1.000 g/m².
Substrate zur Verwendung als Trägermittel haben in der Regel eine Trockenreißfestigkeit von etwa 500 g/2,54 cm bis etwa 8.000 g/2,54 cm, obwohl sie bevorzugter eine Trockenreißfestigkeit von etwa 1.000 g/2,54 cm bis etwa 3.000 g/2,54 cm haben, weiters eine Naßreißfestigkeit von etwa 200 g/2,54 cm bis etwa 5.000 g/2,54 cm, wobei sie bevorzugter eine Naßreißfestigkeit von etwa 400 g/2,54 cm bis etwa 1.000 g/2,54 cm haben, sowie eine Naßbruchfestigkeit von etwa 100 g bis etwa 2.000 g, bevorzugter von etwa 200 g bis etwa 1.000 g.
In bevorzugten Ausführungsbeispielen umfaßt die Substratschichte eine faserige Bahn auf Zellulosebasis, wie etwa Papier-Tuch und Papier-Tissue. Beispiele solcher faseriger Bahnen auf Zellulosebasis sind im US-Patent 3,953.638, erteilt am 27. April 1976, US-Patent 4,469.735, erteilt am 4. September 1984, US-Patent 4,468.428, erteilt am 28. August 1984, und US-Patent 4,986.882, erteilt am 22. Jänner 1991, auf die alle hierin speziell Bezug genommen wird, geoffenbart. Ein bevorzugtes Beispiel hievon ist das Papiertuch Bounty®, das kommerziell in den USA von The Procter & Gamble Company auf den Markt gebracht wird. Ein anderes bevorzugtes Beispiel hievon ist das Papier-Tissue Kinocloth®, im Handel in den USA und in Japan von Honshu Paper Co., Ltd. erhältlich. Bounty® und Kinocloth® sind hydrophil und haben gute Verteilungs- und Saugeigenschaften, ebenso wie einen guten Zusammenhalt im nassen Zustand.
In einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel umfaßt die Substratschichte einen Schaumstoff auf Zellulosebasis. Im allgemeinen wird ein Schaumstoff auf Zellulosebasis eine höhere Flüssigkeitssaugrate über eine längere Saugdistanz ergeben als eine faserige Bahn auf Zellulosebasis. Vorzugsweise liegt der Schaumstoff auf Zellulosebasis in einem komprimierten Zustand vor, sodaß sich seine Saug- und Fluidverteilungseigenschaften noch weiter verbessern. Geeignete Zelluloseschaumstoffe können aus regenerierten Rayonfasern nach allgemein bekannten Methoden hergestellt werden, wie etwa jenen, die in der Europäischen Patentanmeldung EP-A-293.208 geoffenbart sind. Solche Zelluloseschaumstoffe haben zahlreiche kleine Zellen, deren Größe die Kapillarität und Absorptionskraft des Schaumstoffs beeinflußt. Die Zellulose-Schaumstoffschichte wird sich in der Regel und vorzugsweise im nassen Zustand ausdehnen. Ein bevorzugter Schaumstoff auf Zellulosebasis ist ein solcher, der vor der Verwendung im trockenen Zustand komprimiert wurde. Die durchschnittliche Porengröße der Zellulose- Schaumstoffschichte kann durch Kompression bestimmt werden. Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen beträgt die durchschnittliche Porengröße der Zellulose- Schaumstoffschichte, gemessen in trockenem Zustand nach jeder Kompression, etwa 1 um bis etwa 1.000 um, vorzugsweise von etwa 1 um bis etwa 200 um, bevorzugter von etwa 5 um bis etwa 70 um. Eine bevorzugte komprimierte Zellulose- Schaumstoffschichte hat eine Dichte von etwa 0,1 g/m³ (etwa 0,05 g/in³) bis etwa 0,8 g/cm³ (etwa 0,41 g/in³) und hat eine komprimierte Dicke (in Blattform) von etwa 2 mm bis etwa 5 mm. Im allgemeinen können bessere Saugeigenschaften durch Verwendung einer Schaumstoffschichte mit einer höheren Dichte oder einer kleine ren Porengröße erzielt werden. Wenn eine solche komprimierte Zellulose- Schaumstoffschichte mit Flüssigkeiten in Kontakt kommt, beginnt sich die Porengröße des Schaumstoffs auszudehnen, wobei die Dicke der Schaumstoffschichte größer wird.
Absorbierende Schaumstoffsubstrate, insbesondere komprimierte Zellulose- Schaumstoffsubstrate, sind äußerst bevorzugte Substrate in den erfindungsgemäßen absorbierenden Verbundstoffen. Zusätzlich zu der Tatsache, daß sie eine ausgezeichnete Trocken- und Naßfestigkeit sowie guten physikalischen Zusammenhalt haben, weisen die Zellulose-Schaumstoffsubstrate, insbesondere in der Form von Blättern, eine exzellente Kapillarität und ausgezeichnete Fluidsaugeigenschaften auf. Wenn eine Flüssigkeit, wie etwa Wasser oder Körperexsudat, auf die Oberfläche eines absorbierenden Verbunds, der ein Schaumstoff-Zellulosesubstrat umfaßt, abgelegt wird, wird die durch die Schichte der hydrogelbildenden Partikel und in das Zellulose-Schaumstoffsubstrat hindurchgehende Flüssigkeit aufgrund ihrer Kapillarsaugung rasch nach außen in Richtung zu trockenen Schaumstoffbereichen in der Zellulose-Schaumstoffschichte verteilt. Das heißt, wenn der Zellulose- Schaumstoff Wasser oder wässerige Flüssigkeiten absorbiert, beginnt die Zellstruktur des Zellulose-Schaumstoffs zu expandieren. Da die trockenen Schaumstoffzonen Zellstrukturen haben, die immer noch komprimiert sind und die kleiner sind als die Zellen der benetzten Zonen, werden Fluide rasch in die trockenen Schaumstoffzonen gesaugt. Solche Zellulose-Schaumstoffsubstrate sind durch ausgezeichnete Fluidsaugung und Fluidverteilung gekennzeichnet. Insbesondere haben solche Zellulose-Schaumstoffsubstrate ein rasches Saugverhältnis oder eine rasche Sauggeschwindigkeit (zum Beispiel bis zu mindestens 12 Zentimeter Saugdistanz in 4 Minuten in einem vertikalen Saugtest) und eine Fähigkeit zur Langdistanzsaugung (zum Beispiel von etwa 20 cm bis etwa 30 cm in der ersten Stunde in einem vertikalen Saugtest).
Bei noch einem anderen Ausführungsbeispiel kann die Substratschichte ein Zellulose-Schaumstoffsubstrat sein, das durch Ablegen von Zellulose-Schaumstoffpartikeln (oder Körnern) gebildet wurde. Die Zellulose-Schaumstoffpartikel haben ein durchschnittliches Volumen von mindestens etwa 0,1 mm³, vorzugsweise von etwa 1,0 mm³ bis etwa 125 mm³. Vorzugsweise werden die Zellulose-Schaumstoffpartikel an einer absorbierenden Makrostruktur-Schichte abgelegt und kompaktiert.
Ein Zellulose-Schaumstoffsubstrat ist besonders bevorzugt, wenn der erfindungsgemäße absorbierende Verbund in einem absorbierenden Monatshygieneartikel verwendet werden soll. Wenn Blut auf eine Zellulose-Schaumstoffsubstratschichte eines absorbierenden Verbunds abgelegt wird, kann das Zellulose- Schaumstoffsubstrat zur Erfassung von Blut dienen, kann Aggregate von dem Blut abfiltrieren und den verbleibenden Flüssigkeitsanteil des Bluts zur absorbierenden Makrostrukturschichte darunter verteilen. Das Zellulose-Schaumstoffsubstrat kann mit einer Vielzahl von Schlitzen versehen sein, um seine Flexibilität zu erhöhen.
Bei noch einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel umfaßt die Substratschichte einen komprimierten oder nicht-komprimierten Polyvinylalkohol- Schaumstoff. Im allgemeinen hat ein solcher Schaumstoff vorzugsweise Eigenschaften und eine Struktur im wesentlichen wie der zuvor genannte Schaumstoff auf Zellulosebasis.

Bindung zwischen den hydrogelbildenden Partikeln und der Substratschichte

Die Bindung oder die Verbindung zwischen den hyrogelbildenden Partikeln 2 und der Substratschichte 3 wird durch ein Vernetzungsmittel bewirkt, das imstande ist, die absorbierenden Moleküle der absorbierenden gelbildenden Partikel 2 zu vernetzen. Es kann jedes Vernetzungsmittel, das in der Fachwelt bekannt ist und imstande ist, die absorbierenden Moleküle der hydrogelbildenden Partikel zu vernetzen, als ein Bindemittel verwendet werden. Ein geeignetes Vernetzungsmittel kann ein nicht-ionisches Vernetzungsmittel sein, wie es im US-Patent 5,102.597 (Roe et al.), erteilt am 7. April 1992, beschrieben ist. Diese nicht-ionischen Vernetzungsmittel inkludieren mehrwertige Alkohole (z. B. Glyzerin), Polyaziridin- Verbindungen (z. B. 2,2-Bishydroxymethyl-butanol-tris[3-(1-aziridin)-propionat]), Haloepoxy-Verbindungen (z. B. Epichlorhydrin), Polyaldehyd-Verbindungen (z. B. Glutaraldehyd), Polyamin-Verbindungen (z. B. Ethylenamin) und Polyisocyanat- Verbindungen (z. B. 2,4-Toluoldiisocyanat), vorzugsweise Glyzerin.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel, wo die Substratschichte 3 Material auf Zellulosebasis umfaßt oder eine Zellulose-Aktivität zumindest an ihrer Oberfläche aufweist, wird vorzugsweise ein Amino-Epichorhydrin-Addukt als chemisches Bindungsmittel zwischen dem Substrat auf Zellulosebasis und den Oberflächen der hydrogelbildenden Partikel verwendet. Das Amino-Epichorhydrin-Addukt kann sich chemisch an Carboxyl- und Hydroxylgruppen in dem Zellulosematerial und an das Polymermaterial der absorbierenden Präcursor-Partikel sowie an andere Moleküle des Amino-Epichlorhydrin-Addukts binden. Eine solche chemische Bindung kann eine Wasserstoffbindung, eine ionische/Coulomb-Bindung, eine polymere Verfilzungsbindung und eine kovalente Bindung sein. Auf diese Weise kann das Amino- Epichlorhydrin-Addukt chemisch das Substrat mit den Partikeln 2 verbinden. Das als Bindungsmittel zur Verwendung hierin bevorzugte Amino-Epichlorhydrin- Addukt ist Kymene®. Besonders gut verwendbar sind Kymene® 557H, Kymene® 557LX und Kymene® 557 Plus. Diese sind Epichlorhydrin-Addukte von Polyamid- Polyamin, das seinerseits das Reaktionsprodukt von Diethylentriamin und Adipinsäure ist.
Fig. 4 zeigt eine absorbierende Verbundstruktur, die zwei Schichten 20, 22 von hydrogelbildenden Partikeln aufweist. Die Partikel sind auf die obere Oberfläche 23 und auf die untere Oberfläche 24 der Substratschichte 3 aufgebracht. Die Partikel 2 in den Schichten 20 und 22 können identisch sein, können sich jedoch auch in den physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften unterscheiden.
Zum Beispiel können die Partikel in der oberen Schichte 20 eine relativ große Partikelgröße, wie etwa zwischen 400 und 800 um, haben, die Partikel in der unteren Schichte 22 können chemisch identisch mit den Partikeln in der Schichte 20 sein, können jedoch eine kleinere Partikelgröße, zum Beispiel unterhalb von 250 um, aufweisen.
Die Partikel 2 in der unteren Schichte 22 können mit einem größeren Flächengewicht als die Partikel in der oberen Schichte aufgebracht sein. Zum Beispiel kann die obere Schichte 20 ein Flächengewicht von bis zu 100 g/m² haben, wobei die untere Schichte 22 ein Flächengewicht zwischen 200 und 400 g/m² aufweist. Verwendbare mehrschichtige Strukturen, in welchen die Verbundstruktur als die obere Schichte verwendet werden kann, wurden in der Europäischen Patentanmeldung EP-A-0,695.541 beschrieben.
Auch kann der Grad an interpartikulärer Vernetzung zwischen den Partikeln in der unteren Schichte anders sein als der Grad an interpartikulärer Vernetzung zwischen den Partikeln in der oberen Schichte. Das kann dadurch bewirkt werden, daß ein geringeres Flächengewicht der hydrogelbildenden Partikel auf die obere Oberfläche 23 des Substrats 3 aufgebracht wird, oder es kann durch Aufbringen einer unterschiedlichen Konzentration des interpartikulären Vernetzungsmittels auf die untere Schichte 22 der hyrogelbildenden Partikel erfolgen.
Das Vernetzungsmittel, das die Partikel 2 an das Substrat 3 bindet, kann auch eine Oberflächenvernetzung der Partikel 2 bewirken. Erhöhte Oberflächenvernetzung der Partikel 2 wird zu einer verbesserten Absorption der Flüssigkeiten unter Druck (zwischen 0,3 und 1,0 psi), jedoch zu einer herabgesetzten Teebeutel- Zentrifugen-Kapazität führen. Ein Test zur Messung der Absorption unter Druck und zur Bestimmung der Teebeutel-Zentrifugen-Kapazität wurde in der PCT- Veröffentlichung WO 95/01147 beschrieben. Im allgemeinen ist es bevorzugt, wenn die hydrogelbildenden Partikel in der oberen Schichte 20 eine hohe Flüssigkeitsabsorption gegen Druck aufweisen und sich nicht leicht verformen, sodaß eine offene Struktur beibehalten wird. Das kann durch Steigern des Grads an Oberflächenvernetzung der hydrogelbildenden Partikel in der oberen Schichte durch Kontrolle der zur Bindung der Partikel 2 an das Substrat 3 verwendeten Menge des Vernetzungsmittels erreicht werden.
Andererseits können die chemischen Eigenschaften der hydrogelbildenden Materialien unterschiedlich sein, sodaß die obere Schichte gelbildende mit relativ geringer Geschwindigkeit absorbierende Materialien und die untere Schichte rasch absorbierende Partikel enthält.
Vorzugsweise sollten die hydrogelbildenden Partikel der oberen Schichte eines absorbierenden Kerns relativ durchlässig sein und eine offene Struktur beibehalten, während die hydrogelbildenden Partikel in den unteren Schichten eines absorbierenden Kerns weniger durchlässig sein können.
Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel, in welchem eine Schichte 26 von hydrogelbildenden Partikeln sandwichartig zwischen zwei Substratschichten 27, 28 angeordnet ist. Die Vernetzungsbindungen 9, die die Partikel 2 jeder Schichte 27, 28 an die Substratschichten 27, 28 binden, halten die vereinigten Schichten 26, 27, 28 zusammen, sodaß eine integrierte Struktur gebildet wird. Ein Vorteil einer solchen Struktur ist der, daß ein vorgeformter Absorptionskörper gebildet wird, welcher aufgrund seiner Flexibilität auf einer Rolle aufbewahrt werden kann, wobei die Schichte 26 durch die beiden Schichten 27, 28 davor geschützt wird, durch Scheuern, Abrasion oder mechanischen Stoß abgelöst zu werden.
Fig. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel, in welchem das Substrat in speziellen Zonen 29 nicht mit hydrogelbildenden Partikeln 2 bedeckt ist, sodaß sich ein Fenster bildet, durch welches Flüssigkeiten in das Substrat 3 eindringen und innerhalb des Substrats 3 quer durch die untere Schichte 30 transportiert werden können.
Fig. 7 zeigt eine integrierte mehrschichtige Struktur, die zwei Schichten von hydrogelbildenden Partikeln 26, 26' sandwichartig zwischen drei Substratschichten 27, 28, 31 aufweist.

Mehrschichtiger Kern, der eine absorbierende Verbundstruktur als eine obere Schichte enthält

Fig. 8 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines absorbierenden Kerns 33, der eine mehrschichtige Struktur umfaßt, in welcher die absorbierende Verbundstruktur 35 die zweite und die dritte Schichte von der Oberseite des Kerns 33 her ausmacht und bildet.
Es wird angenommen, daß die Kombination von Materialien und Schichten, wie sie in Fig. 8 gezeigt ist, eine gut brauchbare Optimierung der Funktionalitäten der Materialien ergibt. Insbesondere wird angenommen, daß eine Sättigung des hydrogelbildenden Materials zuerst im Bereich 37 des Kerns 33 am weitesten weg vom Körper des Trägers ermöglicht wird und dann graduell näher an den Körper des Trägers heranreicht, bis der Kern seine maximale Kapazität erreicht hat. Das wird dadurch erhalten, daß ein oberer Aufbau oder eine Struktur 34, 36 geschaffen wird, der bzw. die anfänglich als eine Erfassungs-/Verteilungsstruktur wirkt und relativ durchlässig für Körperausscheidungen ist. Die Ausscheidungen gelangen daher relativ rasch durch die erste Schichte 34 des Superabsorbens und gelangen in den unteren Aufbau 37, 39, der als ein Speicherreservoir fungiert und auch eine weitere Verteilung in die Schichte 39 bewirkt. Durch die bevorzugte Anordnung des zweiten hydrogelbildenden Materials 37 im unteren Teil 37 der unteren Anordnung 37, 39, sodaß der obere Teil 39 eine geringe, vorzugsweise Null-Konzentration an hydrogelbildendem Material aufweist, wird ein Hohlraum in dem unteren Aufbau geschaffen, der die Speicherkapazität dieses Aufbaus begünstigt. Durch Verwendung des zweiten hydrogelbildenden Materials 37 mit einem Wert der Absorption gegen Druck von mindestens 15 g/g bei 50 g/cm² Druck wird eine gute Speicherretention erreicht.
Flüssigkeit, die nicht adäquat in dem zweiten hydrogelbildenden Material 37 absorbiert ist, kann anschließend in dem ersten hydrogelbildenden Material 34 absorbiert werden. Das Bereitstellen dieses Materials als eine Schichte unterhalb der Erfassungsschichte 36 hat den Vorteil, daß dieses erste hydrogelbildende Material 34 dahingehend wirkt, daß die Erfassungsschichte 36 ausgetrocknet wird, um die Rücknässung zu minimieren und die Trockenheit der Haut zu verbessern.
Um die gewünschten Eigenschaften hinsichtlich Leistung zu erreichen, ist es notwendig, geeignete Kombinationen verschiedener Materialien im Kern sowie deren Mengen auszuwählen. Die folgende Beschreibung bezieht sich auf geeignete Materialien und es können erfindungsgemäße Kerne erreicht werden, indem geeignete Testartikel, die aus diesen geeigneten Materialien hergestellt sind, speziellen Tests unterworfen werden und die Artikel erforderlichenfalls modifiziert werden, um die gewünschten Testergebnisse zu erreichen.
Um zum Beispiel die zuvor beschriebenen Vorteile der Fluid-Weiterleitung der ersten Anordnung 34, 36 zu erreichen, sollte diese ausreichend offen oder durchlässig im Verhältnis zur zweiten Struktur 37, 39 sein, um einen raschen Durchgang von Körperausscheidungen durch die erste Struktur und in die zweite Struktur hinein zu gestatten. Die erste Struktur 34, 36 sollte jedoch nicht zu offen sein, da dies zu einem höheren Risiko der Gelblockierung des hydrogelbildenden Materials 37 in der zweiten Struktur führen könnte, wodurch die Absorptionskapazität in dieser Struktur nicht vollständig ausgenützt wird. Es sollte ein Gleichgewicht erzielt werden.

Oberer Aufbau

Dieser umfaßt die Erfassungsschichte 36 und eine Schichte 34 aus ersten hydrogelbildenden Partikeln.
Die Erfassungsschichte 36 ist die obere wirksame Schichte des absorbierenden Kerns oder anderen Körpers (exklusive jedes Tissues oder Deckblatts, sofern vorhanden). Sie ist im allgemeinen im wesentlichen frei von hydrogelbildendem Material. Wenn hydrogelbildendes Material enthalten ist, sollte dessen Menge niedrig gehalten werden (zum Beispiel wie in WO 91/11163), jedoch ist die Schichte vorzugsweise vollständig frei von hydrogelbildendem Material, zumindest in der oberen Hälfte und im allgemeinen über die fast vollständige oder ganze Dicke hinweg. Die Schichte kann aus Schaumstoff oder einem anderen geeigneten porösen oder kapillaren Material bestehen, wird jedoch in der Regel aus erstem faserigen Material gebildet.
Geeignete Materialien und Eigenschaften dieser oberen Schichte und Verfahren zur Herstellung derselben sind in WO 91/11163 beschrieben.
Diese obere Schichte 36 hat vorzugsweise eine Naßkomprimierbarkeit von mindestens etwa 5 cm³/g und eine Tropfkapazität von mindestens 10 g/g. Faseriges Material mit der definierten Naßkomprimierbarkeit und der definierten Tropfkapazität behält seine Offenheit oder sein Hohlraumvolumen bei, wenn es, zum Beispiel mit Urin, benetzt wird. Das Bereitstellen einer solchen permanent offenen faserigen Schichte mit einer hohen Tropfkapazität im Kern bedeutet, daß nicht nur der Kern Körperausscheidungen, wie etwa Urin, rasch erfaßt, sondern daß die Schichte auch die Möglichkeit hat, diese Ausscheidungen in die darunterliegende Struktur des ersten partikelförmigen hydrogelbildenden Materials relativ rasch zu übertragen.
Das erste faserige Material kann ein beliebiges faseriges Material sein, das einen geeigneten Widerstand gegen Beladung im nassen Zustand hat, d. h. imstande ist, ausreichend Hohlraumvolumen unter solchen Bedingungen beizubehalten, was hierin als Naßkomprimierbarkeit definiert ist, die durch den detailliert in der PCT- Veröffentlichung WO 95/01147 beschriebenen Naßkomprimierbarkeitstest gemessen wird.
Die "Naßkomprimierbarkeit" oder das Hohlraumvolumen pro Gramm benetztes faseriges Material unter einer Belastung von 77,5 gcm&supmin;² (1, 1 psi) des ersten faserigen Materials beträgt vorzugsweise mindestens 5 cm³g&supmin;¹, vorzugsweise mindestens 6 cm³g&supmin;¹, und am bevorzugtesten mindestens 6,5 cm³g&supmin;¹, z. B. bis zu 8 oder sogar 10 cm³g&supmin;¹ oder mehr.
Das erste faserige Material hat vorzugsweise eine "Tropfkapazität" von mindestens 10 ml g&supmin;¹, vorzugsweise mindestens 15 ml g&supmin;¹ und am bevorzugstens von mindestens 20 ml g&supmin;¹, z. B. bis zu 25 oder sogar 30 ml g&supmin;¹. Die "Tropfkapazität" ist ein Maß für die Fähigkeit einer Fasermatrix, synthetischen Urin an einem Beladungspunkt zu empfangen, ihn von diesem Punkt weg zu übertragen und dann innerhalb der Matrix zu halten. Die "Tropfkapazität" wird durch den detailliert in der PCT- Veröffentlichung WO 95/01147 beschriebenen Tropfkapazitätstest gemessen.
Das geeignete erste faserige Material kann chemisch versteifte Fasern auf Zellulosebasis, im allgemeinen in einer Menge von 50 bis 100 Gew.-% erstes faseriges Material und 0 bis 50 Gew.-% andere Fasern, wie etwa nicht-versteifte Zellulosefasern und synthetische Fasern, enthalten. Bevorzugte chemisch versteifte Fasern auf Zellulosebasis sind versteifte, verdrehte, gekräuselte Fasern auf Zellulosebasis, die durch interne Vernetzung von Zellulosefasern mit einem Vernetzungsmittel hergestellt werden können. Die Arten von versteiften verdrehten gekräuselten Fasern auf Zellulosebasis, die als das hydrophile Fasermaterial in den hierin beschriebenen absorbierenden Strukturen verwendbar sind, sind detaillierter in den folgenden Patenten beschrieben: US-Patent 4,822.453 mit dem Titel "Absorbent Structure Containing Individualised Cross-linked Fibres" (Absorbierende Struktur, die individualisierte vernetzte Fasern enthält), erteilt an Dean et al. am 18. April 1989; US- Patent 4,888.093 mit dem Titel "Individualised, Cross-linked Fibres And Process For Making Said Fibres" (Individualisierte vernetzte Fasern und Verfahren zur Herstellung dieser Fasern), erteilt an Dean et al. am 19. Dezember 1989; US-Patent 4,889.595 mit dem Titel "Process For Making Individualised, Cross-linked Fibres Having Reduced Residuals And Fibres Thereof" (Verfahren zur Herstellung individualisierter vernetzter Fasern mit verminderten Restgehalten und Fasern hieraus), erteilt an Herron et al. am 26. Dezember 1989; US-Patent 4,889.596 mit dem Titel "Process for Making Individualised Cross-linked Fibres and Thereof" (Verfahren zur Herstellung individualisierter vernetzter Fasern und hieraus), erteilt an Schoggen et al. am 26. Dezember 1989; US-Patent 4,889.597 mit dem Titel "Process For Making Wet-Laid Structures Containing Individualised Stiffened Fibres" (Verfahren zur Herstellung naßgelegter Strukturen, die individualisierte versteifte Fasern enthalten), erteilt an Bourbon et al. am 26. Dezember 1989, und US-Patent 4,898.642 mit dem Titel "Twisted, Chemically Stiffened Cellulosic Fibres And Absorbent Structures Made Therefrom" (Verdrehte, chemisch versteifte Fasern auf Zellulosebasis und absorbierende Strukturen, die daraus hergestellt sind), erteilt an Moore et al. am 5. Februar 1990.
Statt versteifte Fasern auf Zellulosebasis zu verwenden, ist es auch möglich, die Schichte aus synthetischen Polymerfasern oder aus Mischungen von synthetischen und natürlichen Fasern zu formulieren. Geeignete Fasern sind Polyethylen-, Polypropylen-, Viskose- und Rayonfasern sowie Bikomponentenfasern dieser Materialien, gemischt mit Luftfilz, Zellulose, modifizierter Zellulose (wie zuvor) oder anderen natürlichen Fasern. In der Regel wird eine solche Mischung mindestens etwa 5% synthetische Fasern und vorzugsweise mindestens etwa 10% synthetische Fasern aufweisen. Die Schichte aus erstem faserigen Material wird im allgemeinen durch Legen im Luftstrom der gewünschten Fasern während oder vor der Herstellung des absorbierenden Kerns gebildet, jedoch kann gewünschtenfalls auch ein vorgeformtes Vlies oder eine Bahn oder ein im Luftstrom gelegtes oder anderes faseriges Material verwendet werden. Die Schichte 36 kann auch vollständig oder teilweise aus einem absorbierenden Schaumstoffmaterial gebildet sein.
Die hydrogelbildende Schichte 34, die hauptsächlich aus erstem hydrogelbil denden Material besteht, kann mit dem unteren Teil der Erfassungsschichte 36 vernetzt sein, ist jedoch vorzugsweise an eine Tissue-Schichte gebunden, welche eine getrennte Schichte sein kann, oder kann vorzugsweise durch eine Schichte 39 gebildet sein.
Es ist wichtig, daß diese Schichte 34, die hauptsächlich aus erstem hydrogelbildenden Material besteht, es gestattet, daß Urin, Menstruationsflüssigkeiten oder andere Körperausscheidungen, die rasch von der ersten faserigen Schichte erfaßt und von ihr verteilt werden, rasch durch die Schichte des ersten hydrogelbildenden Materials hindurchgelangen und über sie verteilt werden, ohne diese Schichte in deutlichem Ausmaß zu blockieren.
Die Menge des ersten hydrogelbildenden Materials sollte ausreichen, um mindestens eine im wesentlichen über alles gehende Schichte von hydrogelbildendem Material zu bilden, wenn dieses durch Absorption von Urin bei der Verwendung gequollen ist, jedoch kann, wie in Fig. 6 gezeigt ist, auch ein Fenster vorgesehen sein. Das hydrogelbildende Material liegt in der Regel in Partikelform vor und es ist üblicherweise notwendig, daß es in einer Menge von mindestens etwa 20 g/m² anwesend ist. In allgemeinen sollte die Schichte nicht zu dick sein und normalerweise beträgt die Menge weniger als 100 g/m².

Unterer Aufbau

Die unteren Schichten 37, 39 dienen als ein Speicher- und Umverteilungsaufbau und inkludieren eine obere, in der Regel faserige Schichte 39 und eine Schichte aus zweitem hydrogelbildenden Material 37.
Die obere Schichte 39 im unteren Aufbau ist im allgemeinen faserig, kann jedoch auch aus Schaumstoff oder aus einem anderen geeigneten kapillaren oder porösen Material gebildet sein. Sie liefert Hohlraum für die Speicherung von Flüssigkeit. Das faserige oder andere Material dieser Schichte kann eine eigene Kontrollstufe für das Absorptionsprofil des erfindungsgemäßen absorbierenden Körpers hinzufügen. Zum Beispiel kann sie den Durchgang von Körperausscheidungen langsamer machen, wenn diese die erste hydrogelbildende Schichte verlassen und bevor sie das zweite hydrogelbildende Schichtmaterial erreichen. Dadurch können die Chancen des Auftretens von Gelblockierung in dem zweiten hydrogelbildenden Material auf einem Minimum gehalten werden und das kann besonders günstig in solchen Ausführungsbeispielen sein, wo das zweite hydrogelbildende Material eine raschere Absorptionskinetik hat und daher dazu tendiert, gegenüber diesem Phänomen empfindlicher zu sein.
Das zweite faserige Material der Schichte 39 kann faseriges Material jeder üblichen Art enthalten. Das faserige Material kann ein Luftfilz, eine Mischung aus natürlichen und synthetischen Fasern, chemisch vernetzten Zellulosefasern oder an derem bekannten faserigen Material sein, das üblicherweise in absorbierenden Kernen absorbierender Artikel verwendet wird. Wenn dies gewünscht wird, kann es manche Fasern der gleichen Art wie das erste faserige Material enthalten. Die Schichte 39 kann auch vollständig oder teilweise aus einem absorbierenden Schaumstoffmaterial gebildet sein.
Jede faserige Schichte kann den physikalischen Zusammenhalt verbessern und kann auch den absorbierenden Kern weicher machen.
Die Schichte 39 kann im wesentlichen oder zur Gänze frei von hydrogelbildendem Material sein und kann somit ein Luftfilz oder ein anderes faseriges Material sein oder eine Speicherschichte, die ohne hydrogelbildendes Material hergestellt ist.
Die untere Schichte kann eine extra gebildete Schichte sein, die zweites hydrogelbildendes Material enthält. Die Schichte 39 kann eine Mischung mit Fasern sein oder sie kann hauptsächlich aus dem hydrogelbildenden Material bestehen. Wie in Fig. 8 gezeigt ist, kann die Schichte 37 aus einem interpartikulär vernetzten Aggregat bestehen, wie es im US-Patent 5,102.597 (Roe) oder im US-Patent US-A- 5,536.264 beschrieben ist.
Jedoch ist es für die Schichten 37, 39 oft wünschenswert, daß sie so gebildet werden, wie in der EP-A-198.683 (Duenk) beschrieben ist, wobei die Schichten durch eine kontinuierliche im Luftstrom gelegte faserige Matrix zur Verfügung gestellt werden, worin mehr als die Hälfte des Gewichts und in der Regel mindestens 70% des Gewichts an hydrogelbildendem Material in der unteren Hälfte der Dicke der faserigen Matrix enthalten ist. In diesem Fall sind zum Beispiel 70 bis 100%, oft 70 oder 75 bis 90 oder 95 Gew.-% des zweiten hydrogelbildenden Materials in den unteren 50% der Dicke der faserigen Matrix vorgesehen. Es können zum Beispiel etwa 5% bis 10% oder manchmal bis zu 30% des zweiten hydrogelbildenden Materials in der oberen Hälfte der Dicke der faserigen Matrix vorliegen, wie in der EP-A-198.683 beschrieben ist.
Im allgemeinen werden die Schichten 37, 39 durch Legen im Luftstrom einer Mischung von geeignetem Holzzellstoff oder anderen hydrophilen Fasern, zum Beispiel auf einer üblichen Luftlegetrommel oder anderen aufnehmenden Oberfläche bereitgestellt werden. Die Verteilung des hydrogelbildenden Materials durch die Dicke der Schichten 37, 39 hinweg kann durch geeignete Auswahl der Verteilung des hydrogelbildenden Materials in den Faserstrom erfolgen, der auf die aufnehmen Fläche transportiert wird, wie zum Beispiel in der EP-A-198.683 beschrieben ist, oder indem die hydrogelbildenden Partikel in die im Luftstrom gelegte Matrix injiziert oder in anderer Weise darin verteilt werden, während diese auf der aufnehmenden Fläche gebildet wird.
Beim Legen im Luftstrom einer solchen Matrix ist es im allgemeinen wün schenswert, zusätzlich eine Faserschichte 38 vorzusehen, die im wesentlichen frei von hydrogelbildendem Material ist und die im Luftstrom mit und unterhalb der Schichte 37 gelegt ist. Anstelle dieser oder zusätzlich dazu kann eine Schichte 38 aus extra geformtem Tissue oder anderem faserigen Material an dieser Stelle vorgesehen werden.
In der Regel beträgt die Menge des zweiten hydrogelbildenden Materials 30 bis 95%, vorzugsweise 45 bis 75%, bezogen auf das Gewicht der oberen und unteren Schichten 37, 39. Ihr Gesamtflächengewicht liegt in der Regel im Bereich von 100 bis 2000 g/m².

Superabsorbierende Materialien

Eine geeignete Definition von erstem hydrogelbildenden Material, das in brauchbaren Mengen in dieser Schichte eingeschlossen werden kann, ist der Gelschichte-Permeabilitätswert (GLP), der durch den GLP-Test gemessen wird und in der WO 95/01147 beschrieben ist. Das erste hydrogelbildende Material in der Schichte 34 sollte im allgemeinen einen GLP-Wert von mindestens 6, vorzugsweise mindestens 9, zum Beispiel mehr als 15 und bis zu 150 · 10&supmin;&sup7; cm³ s/g oder mehr aufweisen.
Das Ziel des Gelschicht-Permeabilitäts-(GLP)Tests ist die Bestimmung der Leitfähigkeit des Stroms der Salzlösung von der Gelschichte aus dispergierbaren hydrogelbildenden Partikeln, die in Jayco Synthetischem Urin unter einem Sperrdruck gequollen wurde. Die Strömungsleitfähigkeit liefert ein Maß für die Fähigkeit der Gelschichte, die aus gequollenen hydrogelbildenden Partikeln gebildet ist, ein Fluid während der Verwendung in einer absorbierenden Struktur zu erfassen und zu verteilen. Das Gesetz nach Darcy und Methoden mit einer Strömung in gleichmäßigem Zustand werden zur Messung der Gelschicht-Permeabilität und zur Bestimmung der Salzlösungsströmungsleitfähigkeit verwendet. (Vgl. zum Beispiel "Absorbency", herausgegeben von P. K. Chatterjee, Elsevier, 1985, Seiten 42-43, und "Chemical Engineering", Bd. II, 3. Auflage, J. M. Coulson und J. F. Richardson, Pergamon Press, 1978, Seiten 125-127.)
Die für die Messungen der Permeabilität verwendete Gelschichte wird durch Quellen der hydrogelbildenden Partikel in Jayco Synthetischem Urin während eines Zeitraums von 60 Minuten hergestellt. Die Gelschichte wird gebildet und ihre Strömungsleitfähigkeit wird in einer Vorrichtung mit Kolben/Zylinder unter einem mechanischen Sperrdruck von 0,3 psi gemessen. Der Boden des Zylinders ist mit einem Maschensieb Nr. 400 bedeckt, um trocken gequollene hydrogelbildende Partikel zurückzuhalten und Absorption und Transport des Urins in z-Richtung zu gestatten. Der Kolben ist für das Fluid durchlässig. Die Strömungsleitfähigkeit wird unter Verwendung einer 0,118M NaCl-Lösung gemessen. Für hydrogelbildende Par tikel, deren Aufnahme an Jayco Synthetischem Urin in Abhängigkeit von der Zeit im wesentlichen gleichmäßig geworden ist, zeigte es sich, daß diese Konzentration von NaCl die Dicke der Gelschichte während der Permeabilitätsmessung im wesentlichen konstant hielt. Für einige hydrogelbildende Partikel können geringe Änderungen in der Dicke der Gelschichte als eine Folge der Quellung der hydrogelbildenden Partikel, des Abschwellens der hydrogelbildenden Partikel und/oder der Veränderungen in der Porosität der Gelschichte auftreten. Ein konstanter hydrostatischer Druck von 4920 dyn/cm² (5 cm 0,118M NaCl) oberhalb der Gelschichte wird für diese Messung verwendet.
Die Strömungsrate wird durch Messung der Menge der Lösung bestimmt, die durch die Gelschichte als Funktion der Zeit hindurchströmt. Die Strömungsrate kann während der Dauer des Experiments variieren. Gründe für eine Änderung der Strömungsrate sind u. a. Veränderungen in der Dicke der Gelschichte und Veränderungen in der Viskosität des Fluids in den Zwischenräumen, wenn das anfänglich in den Zwischenräumen vorliegende Fluid (das zum Beispiel gelöstes extrahierbares Polymer enthalten kann) durch NaCl-Lösung ersetzt wird. Wenn die Strömungsrate zeitabhängig ist, dann wird die anfängliche Strömungsrate, die in der Regel durch Extrapolieren der gemessenen Strömungsraten auf Nullzeit erhalten wird, zur Berechnung der Strömungsleitfähigkeit verwendet. Die Strömungsleitfähigkeit der Salzlösung wird aus der anfänglichen Strömungsrate, den Dimensionen des Gelbettes und dem hydrostatischen Druck berechnet. Für Systeme, wo die Strömungsrate im wesentlichen konstant ist, kann ein Gelschicht-Permeabilitätskoeffizient aus der Strömungsleitfähigkeit der Salzlösung und der Viskosität der NaCl-Lösung berechnet werden.
Ein anderer Weg zur Definition brauchbarer Materialien ist die Bezugnahme auf die Dynamische Quellrate. Geeignete Materialien haben eine im wesentlichen nichtabnehmende Dynamische Quellrate.
Die Dynamische Quellrate eines hydrogelbildenden Materials ist ein Maß für die uniaxiale Quellung des hydrogelbildenden Materials in einem Testrohr, wenn synthetischer Urin zugesetzt wird, als Funktion der Zeit. Das Testverfahren, das zur Messung der Dynamischen Quellrate verwendet wird, wird Dynamischer Quellraten-Test genannt und ist in der WO 95/01147 beschrieben. Wenn man sagt, daß die Quellrate im wesentlichen nicht-abnehmend ist, bedeutet das, daß die relative Abweichung der Quellraten weniger als 50%, vorzugsweise weniger als 25%, bevorzugter weniger als 10% und am bevorzugtesten weniger als oder gleich Null Prozent ist.
Das erste hydrogelbildende Material in Schichte 34 hat im allgemeinen einen Wert der Absorption Gegen Druck von mindestens 15 und im allgemeinen von mindestens 20 g/g bei 50 g/cm². Der Wert für die Leistung Unter Druck liegt im all gemeinen höher als 20 g/g und vorzugsweise höher als 30 g/g. Methoden zur Messung der Werte der Leistung Unter Druck und der Absorption Gegen Druck sind in der WO 95/01147 beschrieben.
Das hydrogelbildende Material in Schichte 37 sollte eine Absorption Gegen Druck von mindestens 15 und vorzugsweise mindestens 20 g/g bei 50 g/cm² (0,7 psi) Druck haben. Der Wert der Leistung Unter Druck liegt im allgemeinen bei mehr als 20 g/g und vorzugsweise bei mehr als 30 g/g.
Brauchbare Ergebnisse können erhalten werden, wenn das gleiche Material in den Schichten 34 und 37 verwendet wird, in welchem Fall das erste hydrogelbildende Material 34 den gleichen Wert für Absorption Gegen Druck haben wird wie das zweite Material in der unteren Schichte 37. Jedoch können unterschiedliche Materialien verwendet werden und zur Optimierung der Leistungsfähigkeit in gewisser Hinsicht und insbesondere zur Erzielung einer größeren Kontrolle der Strömung und Absorption des Urins und anderer fluider Ausscheidungen innerhalb des Kerns kann es bevorzugt sein, wenn das hydrogelbildende Material in der Schichte 37 eine Absorptionskinetik hat, die rascher ist als jene des Materials in der ersten Schichte 34. Das wird unter Bezugnahme auf die Dynamische Quellrate jedes der hydrogelbildenden Materialien gemessen, wobei die Dynamische Quellrate des ersten hydrogelbildenden Materials in der Schichte 34 vorzugsweise nicht größer als 2/3 und vorzugsweise nicht größer als 1/3 derjenigen des hydrogelbildenden Materials in der Schichte 37 ist. Die andere Art der Definierung dieses Unterschieds besteht darin zu sagen, daß die Dynamische Quellrate des hydrogelbildenden Materials in der unteren Schichte 37 vorzugsweise mindestens das 1,5-fache und am bevorzugtesten mindestens das 3-fache der Dynamischen Quellrate des ersten hydrogelbildenden Materials der oberen Schichte 34 beträgt.
Es ist wünschenswert, insbesondere wenn das hydrogelbildende Material in der Schichte 37 eine raschere Absorptionskinetik hat, daß es eine Dynamische Quellrate von mindestens 0,2 g Urin pro Sekunde pro Gramm hydrogelbildendes Material (g g&supmin;¹ s&supmin;¹) hat. Vorzugsweise beträgt die Dynamische Quellrate des hydrogelbildenden Materials in der Schichte 37 mindestens 0,3 g g&supmin;¹ s&supmin;¹ und kann zum Beispiel bis zu 0,6 oder sogar 1 g/g/s betragen.
Die hydrogelbildenden Materialien in den Schichten 34, 37 können von beliebiger geeigneter physikalischer Form sein, z. B. faserig oder partikelförmig. Bevorzugte Materialien sind Partikel, die echte Kugeln, Körner, Aggregate, Agglomerate oder unregelmäßig geformte Partikel, wie sie in der Regel durch einen Mahlprozeß hervorgerufen werden, sein können.
Ein Beispiel von hydrogebildenden Materialien mit den zuvor beschriebenen Eigenschaften ist Favor SX (erhältlich von der Chemischen Fabrik Stockhausen GmbH, Krefeld, Deutschland). Insbesondere ist es wünschenswert, als das hydro gelbildende Material in der Schichte 34 Favor SX, Type P, Ansatz Nummer W51776 zu verwenden, das von der Chemischen Fabrik Stockhausen erhältlich ist und einen GLP-Wert von 7 · 10&supmin;&sup7; cm³ sec/g hat.
Bei einem Ausführungsbeispiel haben die hydrogelbildenden Materialien in den Schichten 34, 37 eine unterschiedliche Absorptionskinetik und insbesondere hat das hydrogelbildende Material in der Schichte 37 eine raschere Absorptionskinetik als das hydrogelbildende Material in der oberen Schichte 34, das zum Beispiel eine Dynamische Quellrate von mindestens 0,2 gg&supmin;¹s&supmin;¹ und/oder eine Dynamische Quellrate hat, die vorzugsweise mindestens das 1,5-fache und am bevorzugtesten mindestens das 3-fache der Dynamischen Quellrate des oberen hydrogelbildenden Materials hat. Das Vorsehen dieses darunterliegenden rasch absorbierenden hydrogelbildenden Materials in der unteren Schichte 37 wird den Effekt haben, den Urin durch den oberen Aufbau in den unteren Aufbau zu "saugen".

Slipeinlage

Die absorbierende Verbundstruktur, wie sie in den Fig. 2 und 3 gezeigt ist, die ein einziges Tissue und eine einzige Schichte von hydrogelbildenden Partikeln 2 umfaßt, ist besonders gut geeignet zur Verwendung als absorbierender Kern einer Slipeinlage. Slipeinlagen sollen zwischen den Menstruationsperioden verwendet werden und haben im allgemeinen eine relativ niedrige Gesamtabsorptionskapazität, wie etwa zwischen 5 und 20 ml Gramm. Die Mengen an hydrogelbildenden Partikeln in einer typischen Slipeinlage liegen zwischen 10 und 50 g/m². Eine Slipeinlage besteht im allgemeinen aus einem Deckblatt, einem flüssigkeitsundurchlässigen Rückenblatt und einem absorbierenden Kern, der zwischen dem Deckblatt und dem Rückenblatt eingeschlossen ist. Da die Flüssigkeitsmengen, die von einer Slipeinlage absorbiert werden sollen, relativ gering sind, kann das undurchlässige Rückenblatt gegebenenfalls weggelassen werden. Eine Schichte eines Slip- Klebstoffs, der auf die zur Kleidung gerichtete Seite der Slipeinlage aufgebracht ist, ergibt in diesem Fall eine zusätzliche Fluid-Rückhaltung. Eine detaillierte Beschreibung einer Slipeinlage ist im US-Patent 4,681.578 angegeben.

Dünne flexible Hygienevorlage

Die absorbierenden Verbundstrukturen, wie sie in den Fig. 2 bis 6 gezeigt sind, und mehrschichtige Kerne, wie sie in den Fig. 7 und 8 gezeigt sind, sind zur Bildung des Kerns einer dünnen flexiblen Hygienevorlage 40 geeignet, wie sie in Fig. 9 gezeigt ist und wie sie im US-Patent 4,950.264 beschrieben ist. Eine dünne flexible Hygienevorlage 40 hat eine Testkapazität, die mindestens 8 g Salzlösung ausmacht, und hat eine Gesamtkapzazität von mindestens 20 g Salzlösung. Die Testkapazität wird dadurch gemessen, daß ein Teil der Hygienevorlage mit einer Oberfläche von 66,5 cm² in eine Salzlösung eingetaucht wird und gemessen wird, wieviele Gramm Flüssigkeit nach der Desorption gegen ein Löschpapier zurückgehalten werden. Das Verfahren zur Messung der Testkapazität ist detailliert in Spalte 13, Zeile 44 bis Spalte 14, Zeile 33 des US-Patents 4,950.264 beschrieben. Die Gesamtkapazität wird in der gleichen Weise wie die Testkapazität gemessen, wobei die gesamte Hygienevorlage anstelle eines ausgeschnittenen Abschnitts verwendet wird.
Der absorbierende Kern 41 in Fig. 9 wird durch Falten einer absorbierenden Verbundstruktur gebildet, wie in Fig. 3 gezeigt ist. Dieser Faltprozeß kann zu einem mehrschichtigen Kern jener Art führen, wie er in Fig. 9 gezeigt ist, worin die obere Schichte 42 der hydrogelbildenden Partikel eine Einzelschichte ist und die untere Schichte 44 zwei Schichten aus hydrogelbildenden Partikeln umfaßt. Weiters können hydrogelbildende Partikel mit spezifischen physikalischen Eigenschaften auf die Fläche 45 des ungefalteten Substrats 43 aufgebracht werden, die der Deckschichte 42 entspricht und etwa 1/3 der Breite des Substrats ausmacht. Auf die Fläche, die den ungefalteten unteren Schichten 47, 49 des Substrats 41 entspricht und etwa 2/3 der Breite des Substrats ausmacht, können hydrogelbildende Partikel unterschiedlicher Art aufgebracht werden, sodaß zum Beispiel die GLP- Werte, wie sie zuvor beschrieben wurden, erhalten werden.
Andererseits umfaßt der Kern der Hygienevorlage eine ungefaltete Struktur, wie in Fig. 3 gezeigt ist.
Eine dünne, flexible Hygienevorlage umfaßt im allgemeinen ein Flächengewicht von hydrogelbildenden Partikeln von etwa 50 g/m². Höhere Flächengewichte können durch Stapeln einer Reihe absorbierender Verbundstrukturen, wie in Fig. 3 gezeigt ist, oder durch Falten einer einzelnen Verbundstruktur erhalten werden. Die Hygienevorlage 40 kann ein naßgelegtes Tissue, das auf den Kern 41 aufgelegt ist, ein Deckblatt 50 in der Form einer mit Öffnungen versehenen geformten Kunststoff-Folie und ein flexibles Polyethylenrückenblatt 51 mit der Abgreifhöhe zwischen 12 und 51 Mikrometer umfassen. Die Gesamtabgreifhöhe der Hygienevorlage 40 beträgt weniger als 5 mm, vorzugsweise weniger als 3 mm.
Die erfindungsgemäßen absorbierenden Verbundstrukturen sind besonders in dünnen Hygienevorlagen der zuvor genannten Art verwendbar, da die Flexibilität der erfindungsgemäßen absorbierenden Verbundstrukturen hoch ist und die Herstellung von Hygienevorlagen mit einer Biegefestigkeit von weniger als 300 g gestattet.
Die Biegefestigkeit wird durch die Spitzenbiegesteifheit in einem modifizierten ASTM-Verfahren D 4032-82 mit Kreisförmigem Biegevorgang gemessen, wobei die Verformung des zu untersuchenden Materials in einer Weise stattfindet, daß eine Seite des Materials konvex, die andere Seite konkav wird. Der modifizierte Kreis biegevorgang ergibt einen Kraftwert, der mit der Biegefestigkeit zusammenhängt, wobei gleichzeitig die Steifheit in allen Richtungen gemittelt wird. Das genannte Verfahren ist detailliert im US-Patent 4,950.264 in Spalte 10, Zeile 55, bis Spalte 12, Zeile 16, beschrieben.
Andererseits kann die Flexibilität von absorbierenden Strukturen in Gramm- Kraft·cm ausgedrückt werden, wie in einem Biegetest gemessen wird, der weiter unten dargelegt wird.
Im folgenden Test wird die Flexibilität einer absorbierenden Verbundstruktur, die ein Substrat und unterschiedliche Flächengewichte von hydrogelbildendem Material umfaßt, gemessen. Die Ergebnisse sind grafisch in Fig. 10 dargestellt. Das im vorliegenden Test verwendete hydrogelbildende Material wird von Nippon Shokubai Co. unter dem Handelsnamen Acqualic L761f hergestellt, das durch Aufbringen einer Lösung, die 10 Gew.-% Kymene® 557 Plus, 40 Gew.-% Glyzerin und 50 Gew.-% Wasser enthält, an das Substrat gebunden wurde.
Bei dem Test wird eine Probe von 1 Inch · 3 Inch in einen PURE BENDING TESTER mit der Seriennummer KES-FB2 eingebracht, der von KATO Tech, Co., LTD, Nihonseimie Kyoto Santetsu Bldg., 3F, 608-9 Higashishiokoji-cho, Shiokoji Agaru, Nishinotoindohri Shimogyoku, Kyoto, Japan, hergestellt wird. Die Probe wird um 180º gebogen, zu ihrer ursprünglichen Position zurückgeführt und wird dann in der Gegenrichtung um 180º gebogen. Die zum Biegen der Probe erforderliche Kraft und die Entspannung der Probe werden von einem Computer gemessen und für insgesamt vier Biegungen in jeder Richtung festgehalten. Die mittlere Steigung der Hysteresis-Kurve im ersten und dritten Quadranten wird aufgezeichnet. Der Biegemodul der Probe entspricht der Neigung der Hysteresis-Kurve und wird in GrammKraft·cm²/cm ausgedrückt. Während des Tests beträgt die Luftfeuchtigkeit 50% und die Temperatur 73º F.
Das Substrat der absorbierenden Verbundstruktur ist ein Bounty® Tissue, das von The Procter & Gamble Company hergestellt wird.
Die Flexibilität des Bounty® Substrat-Tissues betrug 0,17 Gramm- Kraft·cm²/cm. Aus Fig. 10 ist ersichtlich, daß die Flexibilität der absorbierenden Verbundstruktur ähnlich der Flexibilität des Substrat-Tissues bei Flächengewichten bis zu etwa 100 gcm&supmin;² bleibt und bei höheren Flächengewichten ansteigt. Eine Erklärung dafür ist die, daß bei höheren Flächengewichten die hydrogelbildenden Partikel durch interpartikuläre Vernetzungsbindungen aneinander gebunden werden, sodaß makroskopische interpartikulär vernetzte Aggregate gebildet werden.

Weitere Ausführungsbeispiele

Die Fig. 11 bis 14 zeigen eine Draufsicht auf eine absorbierende Verbundstruktur 4, in welcher die hydrogelbildenden Partikel auf das Substrat 3 in Mustern mit unterschiedlichen Flächengewichten aufgebracht sind. In Fig. 11 ist ein mittlerer Längskanal 52 gebildet, um den Flüssigkeitstransport in der Längsrichtung zu fördern. In Fig. 12a ist ein zentrales Fenster 53 gebildet, um Flüssigkeitsgüsse aufzunehmen, wobei die Absorption in den peripheren Zonen der Verbundstruktur beibehalten wird. In Fig. 13 steigt die Konzentration der hydrogelbildenden Partikel von der Mittelzone 55 der absorbierenden Struktur bis zu der Mittelzone 56 und dem Seitenrand 57 an. In Fig. 14 ist eine Reihe paralleler Streifen 58 von hydrogelbildenden Partikeln gebildet, wodurch eine Längsströmung der Flüssigkeit gefördert wird. Diese Strukturen können gebildet werden, indem ein Vernetzungsmittel nur auf ausgewählte Zonen des Substrats aufgebracht wird oder indem die Menge des aufgebrachten Vernetzungsmittels variiert wird und die hydrogelbildenden Partikel auf dem Substrat gleichmäßig verteilt werden. Die Zonen, in welchen keine hydrogelbildenden Partikel an das Substrat gebunden werden sollen, können zum Beispiel durch Verwendung einer Maske zwischen der Sprühdüse und dem Substrat abgedeckt werden. Das ist detailliert in der PCT-Anmeldung WO 96/07380 beschrieben, die vom Anmelder eingereicht wurde. Andererseits kann ein Vernetzungsmittel homogen aufgebracht werden, wobei die hydrogelbildenden Partikel auf dem Substrat in einem Muster mit unterschiedlichem Flächengewicht abgelegt sind.
Fig. 15 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels, in welchem ein Muster von Löchern 61 in der Schichte 60 der hydrogelbildenden Partikel, die das Substrat 3 bedeckt, offengelassen wird. Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 16 wurden Löcher 63 in die hydrogelbildende Schichte 60 und das Substrat 3 geschnitten, um eine stärkere Flexibilität zu ergeben und die Flüssigkeitsdurchgangseigenschaften der absorbierenden Verbundstruktur zu verbessern.
In Fig. 17 ist ein anderes Ausführungsbeispiel gezeigt, in welchem dem Substrat 3 Dehnbarkeit verliehen wird, indem es durch ineinandergreifende geriffelte Bauteile geführt wird, was auch als "Ringrollen" bezeichnet wird und detailliert in der Internationalen Patentanmeldung WO 92/15445 und in den US-Patenten 5,156.793 und 5,143.679 beschrieben ist. Der Vorteil der erfindungsgemäßen absorbierenden Verbundstruktur ist der, daß die obere Schichte 60 der hydrogelbildenden Partikel 2 im wesentlichen durch das Ringroll-Verfahren nicht beschädigt wird, und daß sich durch die starken Vernetzungsbindungen zwischen jedem Partikel 2 und dem Substrat 3 diese Partikel nicht leicht von dem Substrat lösen.
Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 18 ist in dem Substrat eine Reihe von Längsschlitzen 65 gebildet, die eine verbesserte Dehnbarkeit und Flexibilität für das Substrat in der Querrichtung zu den Schlitzen ergeben.
Das Schlitzen von absorbierenden Schaumstoffstrukturen auf Zellulosebasis, um eine verbesserte Flexibilität zu verleihen, wurde in der EP-A-0,293.208 be schrieben. Diese Technologie kann auf die erfindungsgemäßen absorbierenden Verbundstrukturen angewendet werden.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die erfindungsgemäße absorbierende Struktur elastisch dehnbar, zum Beispiel durch die elastischen Eigenschaften des Substrats oder aufgrund der Elastifizierung des Substrats durch Vereinigung mit elastischen Bauteilen. Elastische absorbierende Strukturen wurden detailliert in der EP-A-0 552 345 beschrieben.
Fig. 19 zeigt schematisch ein Verfahren zur Herstellung eines absorbierenden Verbundartikels gemäß der Erfindung. Ein Substrat 3 wird von einer Vorratswalze 67 abgerollt und unterhalb einer Düse 62 geführt. Vernetzungsmittel 70 wird auf das Substrat, entweder homogen oder in einem Muster, aufgesprüht. Muster von Vernetzungsmittel können dadurch erhalten werden, daß bestimmte Zonen des Substrats 3 durch eine Maske 69 abgedeckt werden, die zwischen der Düse 62 und dem Substrat 3 eingesetzt ist.
Aus einer Abgabevorrichtung 64 wird ein Strom 71 von hydrogelbildenden Partikeln auf das Substrat in Flächengewichten unterhalb von 100 gm&supmin;² abgelegt. In einem Spalt 66 werden das Substrat 3 und die Partikel durch Härtung des Vernetzungsmittels unter erhöhten Temperatur- und Druckbedingungen gebunden. Es ist auch möglich, den Spalt 66 wegzulassen, wenn ein Vernetzungsmittel verwendet wird, welches bei Raumtemperatur und Umgebungsdruck härtet. Schließlich wird die endgültige absorbierende Verbundstruktur 4 auf einer Speicherrolle 68 aufgewickelt.
Weitere Verfahren zur Herstellung einer absorbierenden Verbundstruktur sind in der PCT-Patentanmeldung WO 96/07380 geoffenbart.

Claims

1. Absorbierende Verbundstruktur (4), welche eine polymere Moleküle enthaltende Substratschichte (3, 27, 28) umfasst, wobei die genannte Substratschichte (3, 27, 28) zwei Oberflächen und eine Vielzahl von hydrogelbildenden Polymerpartikeln (2, 34, 37), die Polymere mit einer Vielfalt funktioneller Gruppen und eine Vielzahl von durch ein erstes Vernetzungsmittel vernetzten Molekülen enthalten, aufweist, wobei die genannten Partikel chemisch an mindestens eine Oberfläche der Substratschichte (3, 27, 28) gebunden sind, wobei keine interpartikulär vernetzten Makrostrukturen durch interpartikuläre Vernetzung zwischen den Partikeln (13, 14, 15, 16, 17, 18) mit einem umschriebenen Volumen von mehr als 10 mm³ gebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Substratschichte (3, 27, 28) und die hydrogelbildenden Polymerpartikel (2, 34, 37) durch ein zweites Vernetzungsmittel verbunden sind, das zur chemischen Reaktion mit den Molekülen der Partikel (2, 34, 37) und den Polymeren der Substratschichte (3, 27, 28) imstande ist, wobei in mindestens einem Teil der Struktur in einer festgelegten Zone der genannten Substratschichte (3, 27, 28) mindestens 50% der genannten hydrogelbildenden Partikel (2, 34, 37) nicht ein anderes hydrogelbildendes Partikel berühren.

2. Absorbierende Verbundstruktur (4) nach Anspruch 1, in welcher das genannte erste Vernetzungsmittel und das genannte zweite Vernetzungsmittel unterschiedliche chemische Zusammensetzung aufweisen.

3. Absorbierende Verbundstruktur (4) nach den Ansprüchen 1 oder 2, in welcher im wesentlichen jedes hydrogelbildende Partikel (2) eine Vernetzungsbindung mit dem Substrat (3, 27, 28) aufweist.

4. Absorbierende Verbundstruktur (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in welcher das Flächengewicht der hydrogelbildenden Partikel nicht mehr als 100 g/m² beträgt.

5. Absorbierende Verbundstruktur (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in welcher das Substrat (3, 27, 28) ein geschäumtes oder faseriges absorbierendes Material umfasst.

6. Absorbierende Verbundstruktur (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das Substrat (3, 27, 28) eine funktionelle Gruppe auf Zellulosebasis enthält.

7. Absorbierende Verbundstruktur (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in welcher die hydrogelbildenden Partikel (2) eine anionische funktionelle Gruppe, vorzugsweise eine Carboxygruppe, enthalten, wobei das interpartikulär wirkende Vernetzungsmittel ein kationisches Amino- Epichlorhydrin-Addukt enthält.

8. Absorbierende Verbundstruktur (4) nach Anspruch 7, in welcher das interpartikulär wirkende Vernetzungsmittel Kymene® umfaßt.

9. Absorbierende Struktur (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in welcher die hydrogelbildenden Partikel (2) an gegenüberliegende Oberflächen des Substrats (3, 27, 28) gebunden sind.

10. Absorbierende Verbundstruktur (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die mindestens zwei Substrate (27, 28) umfasst, zwischen welchen eine Schichte aus hydrogelbildenden Partikeln (2) vorgesehen ist.

11. Absorbierende Verbundstruktur (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Substrat (3, 27, 28) mindestens zwei Bereiche aufweist und den jeweiligen Bereichen ein jeweils unterschiedliches Flächengewicht der hydrogelbildenden Partikel (2) zugeordnet ist.

12. Absorbierende Verbundstruktur (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Substrat (3, 27, 28) mindestens zwei Zonen umfasst, die hydrogelbildende Partikel (2) mit unterschiedlichen chemischen oder physikalischen Eigenschaften enthalten.

13. Absorbierende Verbundstruktur (4) nach Anspruch 11 oder 12, in welcher die beiden Zonen jeweils auf gegenüberliegenden Oberflächen des Substrats (3, 27, 28) liegen.

14. Absorbierende Verbundstruktur (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in welcher das Substrat (3, 27, 28) um mindestens 5 Prozent, vorzugsweise um mindestens 10 Prozent, dehnbar ist.

15. Absorbierende Verbundstruktur (4) nach Anspruch 14, in welcher das Substrat (3, 27, 28) elastisch dehnbar ist.

16. Absorbierender Artikel (40), der eine absorbierende Verbundstruktur (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfasst.

17. Absorbierender Artikel (40) nach Anspruch 16, wobei der Artikel ein flüssigkeitsdurchlässiges Deckblatt und ein flüssigkeitsundurchlässiges Rückenblatt umfasst, wobei die absorbierende Verbundstruktur (4) zwischen dem Deckblatt und dem Rückenblatt eingeschlossen ist und der absorbierende Artikel (40) einen Biegewiderstand von weniger als 300 Gramm hat.

18. Absorbierender Artikel (40) nach Anspruch 17, bei welchem die Abgreifhöhe des Artikels weniger als 5 Millimeter, vorzugsweise weniger als 3 mm, beträgt.

19. Absorbierender Artikel (40) nach Anspruch 16, der einen absorbierenden Kern mit einer zum Körper gerichteten oberen Ansichtsfläche umfasst, in welchem der absorbierende Kern von der oberen Ansichtsfläche nach unten umfasst:

- eine obere Erfassungsschichte,

- die absorbierende Verbundstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 15 und

- eine untere Schichte, die ein absorbierendes gelbildendes Material umfasst.

20. Verfahren zur Bildung einer absorbierenden Verbundstruktur (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches Verfahren folgende Schritte umfasst:

- Bereitstellen einer Substratschichte (3), die polymere Moleküle enthält, mit zwei Oberflächen;

- Bereitstellen einer Vielzahl von hydrogelbildenden Polymerpartikeln (2), die Polymere mit einer Vielfalt von funktionellen Gruppen und eine Vielzahl von durch ein erstes Vernetzungsmittel vernetzten Molekülen enthalten;

- Bereitstellen eines zweiten Vernetzungsmittels (70), das zur chemischen Reaktion mit den Molekülen der Polymerpartikel (2) und den Polymeren der Substratschichte (3) imstande ist;

- Aufbringen des genannten zweiten Vernetzungsmittels (70) auf eine Oberfläche der genannten Substratschichte (3);

- Aufbringen der genannten Polymerpartikel (2) auf die genannte Oberfläche der genannten Substratschichte (3) mit einem Flächengewicht, das so ausgewählt ist, daß in einer festgelegten Zone der genannten Oberfläche der genannten Substratschichte mindestens 50% der genannten hydrogelbildenden Polymerpartikel (2) nicht ein anderes hydrogelbildendes Polymerpartikel (2) berühren;

- Vernetzen der genannten Partikel (2) mit der genannten Oberfläche der genannten Substratschichte (3) ohne Schaffung von durch interpartikuläre Vernetzung zwischen den Partikeln gebildeten interpartikulär vernetzten Makrostrukturen mit einem umschriebenen Volumen von mehr als 10 mm³.

21. Verfahren nach Anspruch 20, wobei das Verfahren den Schritt des Komprimierens der absorbierenden Verbundstruktur nach dem Aufbringen der Partikel auf das Substrat umfasst.