DE69430242T2

DE69430242T2 - Methode zur Herstellung einer absorbierenden Struktur

Info

Publication number: DE69430242T2
Application number: DE69430242T
Authority: DE
Inventors: Manfred Dr. Plischke; Mattias 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: 2002-10-24
Anticipated expiration: 2014-09-10
Also published as: ZA957575B; WO1996007380A1; MX9701798A; KR970705366A; EP0700673B1; TW295544B; AU3411295A; CA2199480A1; JPH10505521A; ATE214906T1; EP0700673A1; DE69430242D1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft das Verfahren zum Herstellen einer absorbierenden Struktur mit einem ersten Bereich, einem zweiten Bereich und einer Mehrzahl absorbierender polymerer Teilchen, die in wenigstens einem der Bereiche angeordnet sind, wobei das Verfahren den Schritt des Reagierens eines Vernetzungsmittels mit den Teilchen umfaßt, um Vernetzungsbindungen zu bilden, wobei diese Vernetzungsbindungen interpartikuläre Vernetzungsbindungen, welche die Teilchen gegenseitig binden, um eine agglomerierte Makrostruktur zu bilden, und/oder Oberflächen- Vernetzungsbindungen zwischen Molekülen des Materials auf der Oberfläche der Teilchen aufweisen.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Teilchenförmige, absorbierende, polymere Verbindung sind dazu geeignet, große Mengen von Flüssigkeiten, wie Wasser und Körperausscheidungen (z. B. Urin), zu absorbieren und sind ferner dazu geeignet, solche absorbierten Flüssigkeiten unter moderaten Drücken zurück zu halten. Die Absorptionseigenschaften solcher Polymerverbindung machen sie besonders nützlich zum Einbau in absorbierende Artikel, wie Windeln. Siehe z. B. US Patent 3,699,103 (Harper et al.), veröffentlicht am 13. Juni 1972, und US Patent 3,770,731 (Harmon), veröffentlicht am 20. Juni 1972, welche die Verwendung von teilchenförmigen, absorbierenden Polymerverbindungen (häufig als "Hydrogele", "Superabsorbentien" oder "hydrokolloide Materialien" bezeichnet) in absorbierenden Artikeln offenbaren.
Herkömmliche teilchenförmige, absorbierende Polymerverbindungen haben jedoch die Beschränkung, daß die Teilchen nicht festgesetzt sind, sondern während des Verarbeitens und oder der Benutzung frei migrieren können. Eine Migration der Teilchen kann zu Material-Handhabungsverlusten während der Herstellung wie auch zu einer unkontrollierten, nicht homogenen Verteilung der Teilchen in den Strukturen führen, in welchen die Teilchen verwendet werden. Insbesondere dann, wenn die absorbierenden Polymerteilchen in einer Fasermatrix in hohen Konzentrationen eingebaut sind, können die Teilchen aus der Matrix ausgesiebt werden oder können in einer unkontrollierten Weise verteilt werden, wie z. B. beschrieben in der europäischen Patentanmeldung Nr. EP-A-0 695 541 (Bogdanski et al.). Ein weiteres signifikantes Problem tritt auf, wenn diese teilchenförmigen Materialien während oder nach einem Quellen bei Verwendung migrieren. Eine solche Mobilität kann zu einem hohen Widerstand gegenüber einem Flüssigkeitsstrom durch das Material führen, und zwar aufgrund des Verlustes einer stabilen interpartikulären Kapillarität bzw. von Flüssigkeitstransportkanälen. Dieses Phänomen ist eine Form dessen, was herkömmlich als "Gelsperre" bezeichnet wird.
Ein Versuch, die mit der Mobilität absorbierender Teilchen während der Benutzung in absorbierenden Artikeln verbundenen Leistungsbeschränkungen zu überwinden, ist der Einbau teilchenförmiger, absorbierender Polymerverbindungen in Tissuelaminate, das heißt, geschichteter absorbierender Strukturen. Durch Einkapseln der Teilchen zwischen Tissueschichten und Befestigung der Teilchen durch Wasserbindung oder Haftmittelbindung wird die Gesamtmobilität der Teilchen innerhalb einer absorbierenden Struktur vermindert. Bei Flüssigkeitskontakt jedoch können sich die Teilchen innerhalb des Laminats häufig frei in Bezug zueinander bewegen, was zu dem Zusammenbruch vorher existierender interpartikulärer Kapillarkanäle führt.
Eine weitere versuchte Lösung ist, die teilchenförmigen, absorbierenden Polymerverbindungen durch die Hinzugabe großer Mengen flüssiger Polyhydroxikomponenten zu immobilisieren, die als ein Haftmittel wirken, um die Teilchen zusammen oder an einem Substrat zu halten, siehe z. B. US Patent 4,410,571 (Korpman), veröffentlicht am 18. Oktober 1983. Obwohl dieser Ansatz die Migration vor und in gewissem Maße auch während eines Quellens beschränkt, werden die Teilchen möglicherweise bei Vorhandensein von überschüssiger Flüssigkeit voneinander oder von dem Substrat gelöst, was wieder zu dem Zusammenbruch vorher existierender kapillarer Kanäle zwischen den Teilchen führt.
Eine weitere versuchte Lösung, das Problem der Mobilität absorbierender Teilchen zu überwinden, ist, einen superabsorbierenden Film durch Extrusion einer Lösung eines linear absorbierenden Polymers und einer nachfolgenden Vernetzung desselben zu erzeugen. Siehe z. B. US Patent 4,861,539 (Allen et al.), veröffentlicht am 29. August 1989 (vernetzt mit einer Polyhydroxikomponente, wie einem Glycol oder Glycerol); und US Patent 4,076,673 (Burkholder), veröffentlicht am 28. Februar 1978, (vernetzt mit Polyamin-Polyamidepichlorhydrin Addukten, wie Kymene®). Obwohl diese superabsorbierenden Filme signifikante Mengen von Flüssigkeiten absorbieren können, haben sie beschränkte Flüssigkeitstransporteigenschaften, weil sie im wesentlichen nicht porös sind, das heißt, ihnen innere Kapillarkanäle fehlen. Tatsächlich sind diese superabsorbierenden Filme wegen des Mangels innerer Kapillarkanäle anfällig für ein Gelsperren.
Eine jüngere vorgeschlagene Lösung, um das Problem der Mobilität absorbierender Teilchen zu überwinden, ist, diese Teilchen in Aggregat-Makrostrukturen zu formen, typischerweise als Flächengebilde gebundener absorbierender Teilchen. Siehe US Patent 5,102,597 (Roe et al.), veröffentlicht am 07. April 1992. Diese Aggregat- Makrostrukturen werden durch ein anfängliches Mischen der absorbierenden Teilchen mit einer Lösung eines nicht ionisierenden Vernetzungsmittels, Wasser und einem hydrophilen organischen Lösungsmittel, wie Isopropanol, hergestellt. Diese nicht ionisierenden Vernetzungsmittel umfassen mehrwertige Alkohole (z. B. Glycerol), Polyaziridinverbindungen (z. B. 2,2-Bishydroximethylbutanoltris [3-(1- Aziridin) Propionat]), Haloepoxyverbindungen (z. B. Epichlorhydrin), Polyaldehydverbindungen (z. B. Glutaraldehyd), Polyaminverbindungen (z. B. Ethylenamin) und Polyisocyanatverbindungen (z. B. 2,4-Toluoldiisocyanat), vorzugsweise Glycerol. Siehe Spalte 11, Zeilen 22-54 des US Patents 5,102,597.
Es wurde in US Patent 5,102,597 beschrieben, daß die Hydrogel bildenden polymeren Vorläuferteilchen in gegenseitigem Kontakt gebracht werden können, indem die Teilchen zuerst auf einem Substrat abgelagert werden und nachfolgend ein interpartikuläres Vernetzen der benachbarten Teilchen bewirkt wird.
Gemäß US Patent 5,124,188 (Roe et al.) können Verstärkungsstrukturen, wie Fasern, Bahnen oder Scrims, in die Makrostrukturen aus vernetzten Teilchen eingebettet sein, um eine strukturelle Integrität zu schaffen. Das Einbetten der Fasern oder Bahnen in die Makrostruktur der vernetzten Teilchen wird durch ein Mischen der Fasern mit der das interpartikulär vernetzende Mittel enthaltenden Lösung oder durch Mischen der Fasern mit den Teilchen vor dem interpartikulären Vernetzen bewirkt. Ein Einkneten der Fasern in das interpartikuläre Vernetzungsmittel/Vorläuferteilchen-Gemisch ist bevorzugt.
In US Patent 5,180,622 (Berg) ist die Bildung eines interpartikulär vernetzten Aggregats beschrieben, in welchem das Aggregat mit einem Träger verbunden ist, welcher Zellulosefasern aufweisen kann, oder welcher durch eine Bahn gebildet sein kann. Das Verbinden des Aggregats und des Trägers wird im wesentlichen so beschrieben, daß dieses über eine physikalische oder chemische Bindung unter Verwendung von Haftmitteln oder chemischen Stoffen bewirkt wird, die so reagieren, daß die Makrostruktur oder das interpartikulär vernetzte Aggregat an dem Träger anhaftet.
Die bekannten interpartikulär vernetzten Aggregate sind fluidstabil, da sie bei Benässung isotropisch expandieren. Beim Benässen dieser Aggregate erzeugt die Expansion der vernetzten Polymerteilchen Spannungskräfte, welche die interpartikulär vernetzten Aggregate dazu veranlassen, sich zu biegen oder zu verdrehen. Dies ist unerwünscht, insbesondere in absorbierenden Artikeln, die ihre Form beibehalten müssen, wenn sie naß werden, um abgegebene Körperfluide wirksam absorbieren zu können.
Ein Weg, das Problem des Verdrehens und Biegens der interpartikulär vernetzten Aggregate zu vermeiden, ist, Schlitze oder Löcher in den Aggregaten vorzusehen, um einen Lückenraum zur Expansion zu schaffen, wie dies beschrieben ist in US Patent US-A- 5,536,264 (Hsueh). Dieser Prozeß erfordert einen zusätzlichen Verarbeitungsschritt des Schlitzens der Aggregate und des Substrats, an welchem diese Aggregate angehaftet sind und optional ein Expandieren des kombinierten Substrats und Aggregats, um Lückenräume an den Flächen der Schlitze zu bilden. Dieser Prozeß erfordert, daß das Aggregat fest an dem Substrat angehaftet ist, da das Aggregat in dem Schlitz- und Expansionsprozeß häufig erheblich geschwächt wird.
Ferner sind die bekannten interpartikulär vernetzten Aggregate von gleichförmiger Struktur. Bei speziellen Anwendungen von vernetzten absorbierenden Aggregaten in absorbierenden Einwegwindeln ist es wünschenswert, daß die Absorptionseigenschaften der Aggregate über ihre Oberfläche zum Zwecke einer optimale Fluidhandhabung variieren.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen einer absorbierenden Struktur mit ausgeprägten Fluidhandhabungseigenschaften in unterschiedlichen Bereichen zu schaffen.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Bilden einer absorbierenden Struktur mit einer Mehrzahl von vernetzten Polymerteilchen zu schaffen, in welcher das Problem des Verdrehens oder Biegens bei Benässung reduziert ist.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Bilden einer absorbierenden Struktur mit einer Mehrzahl von vernetzten Polymerteilchen zu schaffen, welche eine relativ große strukturelle Integrität hat.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein relativ einfaches Verfahren zum Herstellen einer solchen absorbierenden Struktur zu schaffen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Das Verfahren gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das Vernetzungsmittel mit den Teilchen in einer Weise in Reaktion gebracht wird, daß sich der Grad der Vernetzung in dem ersten Bereich von dem Grad der Vernetzung im zweiten Bereich unterscheidet.
Mit "Grad der Vernetzung" der absorbierenden Polymerteilchen in einem Bereich ist gemeint: ein meßbarer Effekt der mittleren Anzahl von Vernetzungsbindungen zwischen entweder Molekülen auf der Oberfläche eines einzelnen Teilchens (Oberflächen-Vernetzungsbindungen) oder zwischen Molekülen benachbarter Teilchen (interpartikulärer Vernetzungsbindungen), wobei der Mittelwert für die Teilchen in dem Bereich anhand der Flüssigkeits-Handhabungseigenschaften der Region berechnet wird.
Die mittlere Anzahl von Vernetzungsbindungen in einer Region bestimmt für absorbierende Polymerteilchen einer vorbestimmten chemischen Zusammensetzung die Flüssigkeits-Handhabungseigenschaften der Teilchen in dem Bereich. Absorbierende Polymerteilchen mit einer hohen Anzahl von Vernetzungsbindungen auf der Oberfläche der Teilchen werden bei Absorption von Flüssigkeiten weniger schnell quellen als Teilchen mit einem geringeren Grad einer Oberflächenvernetzung. Die Teilchen mit einer hohen Grad an Oberflächenvernetzung behalten eine relativ offene Struktur, wenn Sie naß sind, und sind weniger anfällig gegenüber einer Gelsperre als Teilchen mit einem geringeren Grad von Oberflächenvernetzung.
Wenn die Teilchen in einem speziellen Bereich eine hohe Anzahl von interpartikulären Vernetzungsbindungen aufweisen, werden die Teilchen in diesem Bereich fest aneinander angebracht sein, um eine Aggregat bildende Makrostruktur zu bilden, wie dies z. B. beschrieben ist in US Patent 5,124,188 (Roe). Wenn die Teilchen in einem Bereich einen geringen Grad von interpartikulärer Vernetzung aufweisen, sind sie weniger fest angebracht und können z. B. von diesem Bereichen geringer interpartikulärer Vernetzung entfernt werden. Jedoch werden, da bei Bildung eines interpartikulär vernetzten Aggregats durch Aufbringung eines Vernetzungsmittels auch Oberflächen-Vernetzungsbindungen gebildet werden, die Teilchen in dem Bereich eines geringen Grades interpartikulärer Vernetzung dazu neigen, auch geringen Grad von Oberflächenvernetzung zu haben und werden deshalb andere Fluid- Handhabungseigenschaften haben, als die Teilchen in dem Bereich eines hohen Grades interpartikulärer Vernetzung.
Wenn zwei Bereiche einen unterschiedlichen Grad an Vernetzung haben, ist damit gemeint, daß sich eine Reaktion des Vernetzungsmittels mit den Teilchen in jedem Bereich die chemischen und/oder physikalischen Eigenschaften der Teilchen in einer Weise unterscheidet, welche durch herkömmliche Verfahren gemessen werden kann. Der Unterschied in den chemischen und/oder physikalischen Eigenschaften kann umfassen den Unterschied im Quellungsgrad der Teilchen, wenn diese benäßt sind, die Quellgeschwindigkeit der Teilchen, wenn diese benäßt sind, die strukturelle Integrität einer Anzahl interpartikulär vernetzter Teilchen, etc.
Die absorbierenden Polymerteilchen können z. B. auf einem Tissue abgelagert werden und mit dem Tissue durch ein Haftmittel verbunden werden. Nachfolgend kann ein Vernetzungsmittel auf die haftend verbundenen Teilchen aufgebracht werden. Alternativ können die Teilchen eine Aggregat bildende Makrostruktur bilden, auf welcher das Vernetzungsmittel aufgebracht wird. Die Aggregat bildende Makrostruktur kann eine hohe strukturelle Integrität haben, so daß sie selbst tragend ist, oder kann mit einem Verstärkungstissue verbunden sein. Das Binden von Aggregat bildenden Makrostrukturen kann effektiv ausgeführt werden, indem ein interpartikulär vernetzendes Mittel verwendet wird, um Vernetzungsbindungen zwischen den Polymerteilchen und den Zellulosefasern des Tissues zu bilden, wie dies beschrieben ist in US Patent US-A-5,536,264.
Wenn ein Vernetzungsmittel auf die Polymerteilchen aufgebracht ist, können zwei Typen von Vernetzungsbindungen gebildet werden. Der erste Typ von Vernetzungsbindungen wird gebildet, wenn das Vernetzungsmittel nur mit den Molekülen des Polymermaterials an der Oberfläche eines einzelnen Polymerteilchens reagiert. Dieser Typ einer Vernetzungsbindung wird als "Oberflächen-Vernetzungsbindung" bezeichnet.
Der zweite Typ einer Vernetzungsbindung wird gebildet, wenn die Polymerteilchen in dem Moment, wenn die Vernetzungsreaktion stattfindet, derart aneinandergrenzen, daß benachbarte Teilchen durch das Vernetzungsmittel miteinander verbunden werden. Eine Bindung, die zwischen zwei benachbarten Teilchen durch das Vernetzungsmittel gebildet wird, wird als eine "interpartikuläre Vernetzungsbindung" bezeichnet.
Die physikalischen Eigenschaften der Schicht aus Polymerteilchen werden durch den Grad der Oberflächenvernetzung und durch den Grad der interpartikulären Vernetzung der Teilchen beeinflußt. Durch ein lokales Variieren des Grades an Vernetzung in einer absorbierenden Struktur können die Absorptionseigenschaften der absorbierenden Struktur so ausgelegt werden, daß optimale Fluid- Handhabungseigenschaften erhalten werden.
Das Maß einer Oberflächenvernetzung der Teilchen bestimmt die Geschwindigkeit, mit welcher die Teilchen beim Absorbieren von Flüssigkeit quellen und bestimmt die Permeabilität für Flüssigkeiten einer Schicht mit oberflächenvernetzten Teilchen.
Wenn der Grad einer interpartikulären Vernetzung zwischen den Teilchen in einer durch interpartikuläre Vernetzung gebildeten Aggregat bildenden Makrostruktur in einem vorbestimmten Bereich relativ niedrig gehalten wird, werden sich die Teilchen in diesem Bereich weniger stark aneinander anhaften. Deshalb können die Teilchen, welche nach dem Vernetzungsschritt weniger stark angehaftet sind, aus den Bereichen entfernt werden, in welchen die Teilchen eine relativ geringe Anzahl interpartikulärer Vernetzungsbindungen haben. Auf diese Weise können Kanäle oder Muster von Bereichen mit reduzierter Anzahl polymerer Teilchen gebildet werden. Die Polymerteilchen der Aggregat bildenden Makrostruktur können, wenn sie benäßt werden, in den Bereiche, welche frei von Polymerteilchen sind oder welche eine relativ geringe Anzahl von Polymerteilchen aufweisen, expandieren. Das Problem eines Biegens oder Verdrehens der Aggregat bildenden Makrostruktur wird hierdurch verringert.
Es ist jedoch auch möglich, daß die Polymerteilchen nicht aus den Bereichen mit geringem Grad von interpartikulärer Vernetzung entfernt werden. Unterschiedliche Grade von Oberflächenvernetzung und/oder interpartikulärer Vernetzung in einer Aggregat bildenden Makrostruktur führt zu lokal variierenden Flüssigkeits- Handhabungseigenschaften, selbst dann, wenn die Dichte und das Basisgewicht der Polymerteilchen über die Bereiche homogen sind.
Der Grad an Vernetzung der absorbierenden Polymerteilchen in einem Bereich wird bestimmt durch die Vernetzungsbedingungen beim Bilden der Vernetzungsbindungen. Der Grad der Vernetzung wird z. B. abhängig sein von:
- dem Betrag des aufgebrachten Vernetzungsmittels,
- die chemische Zusammensetzung der Polymerteilchen und des Vernetzungsmittels,
- der Dauer der Vernetzungsreaktion,
- der Temperatur und dem Druck während der Bildung der Vernetzungsbindungen, und
- dem interpartikulären Abstand beim Bilden der Vernetzungsbindungen. Dies wird festlegen, ob Oberflächen-Vernetzungsbindungen oder interpartikuläre Vernetzungsbindungen gebildet werden.
Der Grad der Vernetzung der Polymerteilchen kann in einer Anzahl von Wegen variiert werden. Erstens kann die Menge des auf die Polymerteilchen aufgebrachten Vernetzungsmittels über der Oberfläche der absorbierenden Struktur variiert werden. Die Anzahl von Vernetzungsbindungen, die bei Aufbringung des Vernetzungsmittels gebildet wird, wird abhängig sein von der Konzentration des Vernetzungsmittels, das auf die Polymerteilchen aufgebracht wird.
Die Menge des Vernetzungsmittels, die aufgebracht wird, kann durch ein gleichförmiges Ablegen der Teilchen auf einem Transportmittel oder Tissue und durch Voranbewegen desselben unterhalb eines Applikators für das Vernetzungsmittel variiert werden. Der Applikator kann eine Sprühdüse sein, die das Vernetzungsmittel gemäß einem vorbestimmten Muster abgibt.
Das Muster des Vernetzungsmittels kann durch Anordnen einer Maske zwischen dem Applikator des Vernetzungsmittels und den Teilchen erhalten werden. Die Maske kann relativ offene Bereiche, welche das Vernetzungsmittel ohne weiteres durchlassen, und geschlossene Bereiche, welche das Vernetzungsmittel blockieren, aufweisen.
Alternativ wird der Applikator des Vernetzungsmittels in einer intermittierenden Weise betrieben, derart, daß die Menge des Vernetzungsmittels, die durch den Applikator ausgegeben wird, zeitabhängig variiert, wenn die Teilchen unter den Applikator transportiert werden. Und wieder können, alternativ, die Teilchen unter einer Mehrzahl von Applikatoren transportiert werden, die unterschiedliche Mengen eines Vernetzungsmittels aufbringen, die über den Teilchen angeordnet sein können.
Zweitens kann der Grad des Vernetzens durch Aufbringen eines Vernetzungsmittels unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung auf unterschiedliche Bereiche der absorbierenden Struktur variiert werden. Affinität, die Oberflächen- Vernetzungsbindungen zu bilden, kann z. B. für ein Vernetzungsmittel groß sein, während die Affinität zum Bilden interpartikulärer Vernetzungsbindungen größer für ein anderes Vernetzungsmittel ist. Alternativ kann die Geschwindigkeit der Bildung von Vernetzungsbindungen für die unterschiedlichen Vernetzungsmittel bei ähnlichen Reaktionsbedingungen unterschiedlich sein.
Drittens hängt der Grad der Vernetzung von der chemischen Verbindung und von den physikalischen Eigenschaften der Polymerteilchen ab, die verwendet werden. Die für die physikalischen Eigenschaften der Teilchen umfassen die Teilchengrößenverteilung, die mittlere Teilchengröße und Teilchenform (Fasern oder Kügelchen). Die chemischen Eigenschaften umfassen das Maß der Vernetzung des monomeren Materials, aus welchem die Teilchen gebildet werden, und das Maß der Oberflächenvernetzung der Teilchen, das bereits vor Aufbringung des Vernetzungsmittels vorliegt.
Viertens können die Reaktionsbedingungen über der Oberfläche der absorbierenden Struktur lokal variiert werden, um unterschiedliche Vernetzungsgrade in verschiedenen Regionen zu erhalten, während das Vernetzungsmittel homogen auf die Polymerteilchen aufgebracht wird. Dies kann erreicht werden, indem das Vernetzungsmittel gleichförmig aufgebracht wird und indem nachfolgend die Polymerteilchen durch Aufbringung einer ionisierenden Strahlung gehärtet werden, wie durch Aufbringung eines sichtbaren oder UV-Lichts, einer Elektronenstrahlung, von Röntgenstrahlen oder einem Laser. Die ionisierende Strahlung, welche freie Radikale erzeugt, die die interpartikuläre Vernetzungsreaktion veranlassen, wird in einer ungleichförmigen Weise quer über der absorbierenden Struktur aufgebracht. Eine Maske kann zwischen der Quelle der ionisierenden Strahlung und den Teilchen angeordnet werden, wobei die Maske Flächen variierender Transparenz für die Strahlung hat. Wenn die Maske durch die ionisierende Strahlung auf die Teilchen projiziert wird, wird die Anzahl von gebildeten Vernetzungsbindungen in den transparenten Flächen der Maske relativ hoch.
Alternativ kann, wenn ein Laser oder ein Elektronenstrahl als Quelle für die ionisierende Strahlung verwendet wird, der Elektronen- oder Laserstrahl in einem spezifischen Muster über die Teilchen bewegt werden. Polymerisationsreaktionen, in welchen eine Polymerisation durch ionisierende Strahlung induziert wird, sind offenbart in US Patent Nr. 4,646,730 (Schonfeld) und EP-A-0 054 841 (Bloch).
Alternativ kann die Geschwindigkeit, bei welcher Vernetzungsreaktionen stattfinden, oder die Dauer derselben variiert werden, indem lokal Wärme- und Druckbedingungen beeinflußt werden, z. B. durch Hindurchbringen der Teilchen durch einen gemusterten, erwärmten Druckspalt.
Schließlich kann der Grad einer interpartikulären Vernetzung beeinflußt werden, indem der mittlere Abstand der Polymerteilchen angepaßt wird. Wenn die Polymerteilchen in Abstand zueinander liegen, wird eine geringere interpartikuläre Vernetzung auftreten, als wenn die Polymerteilchen kompaktiert sind. Deshalb erfolgt ein anderer Weg, den Vernetzungsgrad in verschiedenen Regionen zu variieren, durch eine nicht gleichförmige Ablagerung der Teilchen in diesen Regionen, derart, daß Regionen mit hoher und geringer Dichte und/oder Basisgewichten von Teilchen gebildet werden, In den Bereichen geringer Dichte und/oder Basisgewichte wird der interpartikuläre Abstand relativ groß sein, derart, daß in diesen Bereichen weniger interpartikuläre Vernetzungsbindungen gebildet werden im Vergleich zu Bereichen, in welchen die Teilchen enger zusammen sind.
Vor dem Initiieren der Vernetzungsreaktion zwischen den Polymerteilchen und dem Vernetzungsmittel können die Teilchen eine Anzahl von Konfigurationen haben:
Die Teilchen können agglomeriert sein, um mit Hilfe von Feuchtigkeit, wie Dampf, oder mit Hilfe eines interpartikulär vernetzenden Mittels eine Aggregat bildende Makrostruktur zu formen, wie dies beschrieben ist in US Patent Nr. 5,102,597 oder EP-Anmeldung EP-A-0 662 848.
Alternativ können die Teilchen mit Hilfe eines Haftmittels oder durch Wasserstoffbindung mit einer Tissuelage verbunden sein, um eine absorbierende Struktur zu bilden.
Wiederum alternativ können die Teilchen in einer kontinuierlichen Weise auf ein Transportelement oder auf ein Tissue abgelegt werden, derart, daß beim Vernetzen der Teilchen interpartikuläre Vernetzungsbindungen gebildet werden.
In jedem Fall können die Polymerteilchen, bevor die Vernetzungsreaktion gemäß der Erfindung ausgeführt wird, ein vorbestimmtes Maß an interpartikulärer Vernetzung oder Oberflächenvernetzung haben. Eine Oberflächenvernetzung von polymeren absorbierenden Teilchen ist beschrieben in EP-Anmeldung EP-A- 0 662 848.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die Erfindung wird im Detail mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen:
Fig. 1 zeigt eine Ansicht im Querschnitt eines bekannten interpartikulär vernetzten Aggregats,
Fig. 2 und 3 zeigen eine Ansicht im Querschnitt eines interpartikulär vernetzten Aggregats gemäß der Erfindung,
Fig. 4 zeigt schematisch eine Produktionslinie zum Herstellen einer absorbierenden Struktur gemäß der Erfindung,
Fig. 4a zeigt ein vergrößertes Detail aus Fig. 4,
Fig. 5a-5c zeigen Photographien einer absorbierenden Struktur, in welcher die absorbierenden Teilchen aus den Regionen geringer Vernetzungsgrade entfernt sind,
Fig. 6a-6c zeigen Photographien einer absorbierenden Struktur mit Regionen stark vernetzter absorbierender Teilchen und Regionen, in welchen die absorbierenden Teilchen einen relativ geringen Vernetzungsgrad haben,
Fig. 7-11 zeigen unterschiedliche Verfahren zum Herstellen einer absorbierenden Struktur gemäß der Erfindung,
Fig. 12a, 12b zeigen hervorgehobene Seitenansichten einer gemusterten Kompressionswalze,
Fig. 13-15 zeigen weitere Ausführungsformen von Verfahren zum Herstellen eines absorbierenden Artikels gemäß der Erfindung,
Fig. 16-20 zeigen Ansichten im Querschnitt von absorbierenden Strukturen gemäß der Erfindung,
Fig. 21-26 zeigen Draufsichten von absorbierenden Strukturen gemäß der Erfindung, und
Fig. 27 und 28 zeigen Draufsichten von Masken zur Verwendung bei der Herstellung von absorbierenden Strukturen.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Fig. 1 zeigt ein interpartikulär vernetztes Aggregat 1, wie dies z. B. beschrieben ist in US Patent Nr. 5,124,188 (Roe). Das Aggregat umfaßt Polymerteilchen 5, die eine Größe zwischen 50 und 1000 Mikrometer haben können. Die Polymerteilchen 5 sind miteinander durch interpartikuläre Vernetzungsbindungen verbunden, derart, daß eine agglomerierte Makrostruktur oder Aggregat 1 gebildet ist. Das vernetzte Aggregat kann selbsttragend sein oder kann mittels Kleben oder chemischem Binden mit einem Substrat 7 verbunden sein. Ein bevorzugter Weg des Anbringens des Aggregats 1 an das Substrat 7 ist beschrieben in US Patent US-A-5,536,264 (Hsueh) und umfaßt den Schritt des Vernetzens der Teilchen 5 an dem Substrat 7 mit Hilfe des interpartikulär vernetzenden Mittels, daß auch benachbarte Polymerteilchen miteinander verbindet.
Fig. 2 zeigt ein interpartikulär vernetztes Aggregat 1 gemäß der Erfindung mit Regionen 9, 9', in welchen der Vernetzungsgrad der individuellen Teilchen 5 geringer ist als in den Regionen 11, 11'. Somit wird die Geschwindigkeit der Flüssigkeitsabsorption den Regionen 9 und 11 differieren und wird der Betrag des Quellens der Teilchen S in den unterschiedlichen Regionen 9, 11 variieren. Vorzugsweise beträgt das Volumen der Regionen 9, 9', 11, 11' wenigstens 10 mm³.
In Fig. 3 ist gezeigt, daß die Teilchen in Regionen 13, 13' mit geringerem Vernetzungsgrad entfernt wurden, um Räume zu bilden, welche eine Expansion der Teilchen 5 erlauben, ohne daß die Form des vernetzten Aggregates 1 durch ein Biegen oder Verdrehen negativ beeinflußt wird.
Fig. 4 zeigt die Vorrichtung zum Bilden interpartikulär vernetzter Aggregate, wie sie in Fig. 2 oder 3 gezeigt sind. Die Teilchen werden von einem Applikator, wie einem Schacht, oder eine Pulver-Sprühpistole 12 auf einem Förderband 15 abgelagert, welches die Ablagerungsoberfläche 14 bildet. Die Teilchen werden in einer gleichförmigen Schicht 16 abgelegt und unter einer Sprühdüse 17 hindurch bewegt, welche, versorgt von einem Behälter 24, das Vernetzungmittel auf die aneinander angrenzenden Teilchen aufbringt. Die Schicht 16 kann durch eine gepulste oder intermittierende Betriebsweise der Pulver-Sprühpistole abgelegt werden. Der Sprühstrahl aus einem Vernetzungsmittel 21, der durch die Düse 17 abgegeben wird, wird durch eine Maske 19 in eine Anzahl von Strahlen unterteilt. Jeder Strahl, der durch die Maske 19 hindurch geht, trifft auf eine Region der Ablagerungsoberfläche, derart, daß eine nicht gleichförmige Aufbringung des Vernetzungsmittels über der Ablagerungsoberfläche erhalten wird. Wenigstens eine weitere Pulver-Sprühpistole 12' und Düse 17' können stromabwärts von der Sprühspistole 12 und Düse 17 angeordnet sein, um zusätzliche Schichten von Teilchen auf der Schicht 16 abzulagern. Um variierende Vernetzungsmuster in der Transportrichtung des Förderbandes 15 zu erhalten, kann das Förderband 15 periodisch angehalten werden und kann mit der Aufbringung des Vernetzungsmittels von den Sprühdüsen 17, 17' synchronisiert sein. Ein geeigneter Mechanismus zum periodischen Anhalten eines Teils eines sich kontinuierlich bewegenden Förderbandes ist beschrieben in PCT- Veröffentlichungsnummer WO 95/12539.
Alternativ sind Übertragungsmittel 22 vorgesehen, um die Maske 19 in Transportrichtung des Förderbandes 15 zu übertragen, um eine stationäre Projektion der Maske 19 auf die Anlagerungsoberfläche 14 zu gestatten, während sich das Förderband 15 kontinuierlich bewegt, wie dies in Fig. 4a gezeigt ist.
Nach dem Hindurchgehen durch einen Kompressionsspalt 23, wird das vernetzte Aggregat 18 auf ein foraminöses Band 25 bewegt, welches zwischen einem Blasmundstück und einem Saugkasten 29 hindurch geht. Die Polymerteilchen in dem Aggregat 18, an welchen kein Vernetzungsmittel angebracht wurde, werden von der Schicht 16 durch das Blasmundstück entfernt und werden durch den Ansaugkasten 29 gesammelt. Die entfernten Teilchen werden den Pulver-Sprühpistolen 12, 12' wieder zugeführt.

Die interpartikulär vernetzte Aggregat- oder Makrostruktur

Poröse, absorbierende Makrostrukturen, die in absorbierenden Verbundstoffen gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden, sind Strukturen, die in der Lage sind, große Mengen Flüssigkeiten, wie Wasser und/oder Körperausscheidungen (z. B. Urin oder Menstruationsfluide) zu absorbieren und dann solche Flüssigkeiten unter moderaten drücken zurück zu halten. Weil die teilchenförmige Natur der absorbierenden Polymerteilchen, aus welchen die Makrostrukturen gebildet sind, oder der Vorläuferteilchen, hat die Makrostruktur Poren zwischen benachbarten Vorläuferteilchen. Diese Poren sind durch interkommunizierende Kanäle derart miteinander verbunden, daß die Makrostruktur flüssigkeitsdurchlässig ist (das heißt, kapillare Transportkanäle hat).
Wegen der Vernetzung der absorbierenden Polymere in den miteinander verbundenen Oberflächenbereichen benachbarter, miteinander verbundener Polymerteilchen hat die sich ergebende absorbierende Makrostruktur eine gute strukturelle Integrität, erhöhte Flüssigkeitsannahme- und Verteilungsgeschwindigkeiten und minimale gelsperrende Eigenschaften. Bei Kontakt mit Flüssigkeit absorbiert die absorbierende Makrostruktur solche Flüssigkeiten in die Poren zwischen den Vorläuferteilchen und saugt dann solche Flüssigkeiten in die Teilchen ein, wodurch die absorbierende Makrostruktur selbst unter moderaten Grenzdrücken im wesentlichen isotropisch quillt. Ein isotropisches Quellen wird hier verwendet, um auszudrücken, daß die Makrostruktur bei Benässung in im wesentlichen allen Richtungen gleich quillt. Ein isotropisches Quellen ist eine wichtige Eigenschaft, damit die Kapillarkanäle während der Benutzung beibehalten, wenn nicht vergrößert werden. (Die Poren und die absorbierenden Gelierteilchen werden während des Quellens größer.) Auf diese Weise kann die Makrostruktur durch sich selbst zusätzliche Frachten von Flüssigkeit einsaugen und/oder transportieren, ohne eine Gelsperre zu erzeugen. Beim Quellen können die Teilchen in die Zonen relativ geringer Vernetzung expandieren, derart, daß die Spannungskräfte, die in den bekannten interpartikulär vernetzten Makrostrukturen ein Biegen und Verdrehen veranlassen, entspannt sind.
Ein Anzeige dessen, daß Vernetzungsbindungen an der Oberfläche der absorbierenden Polymerteilchen (hier nachfolgend als Vorläuferteilchen bezeichnet) gebildet sind, ist, daß die resultierenden Makrostrukturen fluidstabil (das heißt, flüssigkeitsstabil) sind. "Fluidstabil" wird hier verwendet, um eine Makrostruktur zu bezeichnen, die ein Aggregat aus miteinander verbunden Teilchen aufweist, das im wesentlichen bei Kontakt mit oder beim Quellen (mit und/oder ohne Spannung) in einem wäßrigen Fluid im wesentlichen intakt bleibt (das heißt, die meisten der vorher unabhängigen Komponenten-Vorläuferteilchen bleiben miteinander verbunden). Obwohl diese Definition von Fluidstabilität erkennt, daß die meisten, vorzugsweise alle, der Vorläuferteilchen miteinander verbunden bleiben, können sich einige der Vorläuferteilchen selbst von der Makrostruktur dissoziieren, falls z. B. andere Teilchen nachfolgend auf diesen durch Wasser agglomeriert wurden.
Die Fluidstabilität ist ein wichtiges Merkmal für die absorbierenden Makrostrukturschichten in der vorliegenden Erfindung, weil diese dem Aggregat erlaubt, seine relative Struktur sowohl in trockenen als auch in gequollenen Zuständen beizubehalten und weil sie Komponenten-Vorläuferteilchen immobilisert. In einem Endprodukt, wie einem absorbierenden Element oder einem absorbierenden Artikel, ist die Fluidstabilität günstig für das Reduzieren einer Gelsperre, daß Vorläuferteilchen zusammen bleiben, selbst wenn sie mit Flüssigkeit in Berührung kommen, und einem Erlauben, vorher unabhängige feine Teilchen in einer Aggregatform zu verwenden, um die Fluidaufnahmegeschwindigkeit der resultierenden Makrostruktur zu erhöhen, ohne das Element der Gelsperre einzuführen.
Die Fluidstabilität kann in einer Aggregat-Makrostruktur durch einen zweistufigen Prozeß gemessen werden. Die anfängliche dynamische Antwort auf die Aggregat- Makrostruktur bei Kontakt mit dem wäßrigen Fluid wird beobachtet, und dann wird der vollständig gequollene Gleichgewichtszustand der Aggregat-Makrostruktur beobachtet. Ein Testverfahren zum Bestimmen der Fluidstabilität, das auf diesen Kriterien basiert, ist beschrieben im Detail in US Patent Nr. 5,124,188 (Roe et al.) in Spalte 28, Zeile 51 bis Spalte 29, Zeile 4.
Wie hier verwendet, bedeutet der Ausdruck "Makrostruktur" eine Struktur mit einem umschriebenen Volumen, wenn diese im wesentlichen trocken ist (das heißt, Trockenvolumen), von wenigstens etwa 10,0 mm³, vorzugsweise wenigstens etwa 100 mm³, ganz bevorzugt wenigstens etwa 500 mm³. Typischerweise haben die Makrostrukturen der vorliegenden Erfindung ein umschriebenes Trockenvolumen von viel mehr als etwa 500 mm³. In bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung haben die Makrostrukturen ein umschriebenes Trockenvolumen von zwischen etwa 1000 mm³ und etwa 10.000 mm³.
Obwohl die in absorbierenden Verbundstoffen der vorliegenden Erfindung verwendeten Makrostrukturen eine Anzahl von Formen und Größen haben können, liegen sie typischerweise in Form von Flächengebilden, Filmen, Zylindern, Blöcken, Kugeln, Fasern, Filamenten oder anders geformten Elementen vor. Die Makrostrukturen haben im wesentlichen eine Dicke oder einen Durchmesser zwischen etwa 0,2 mm und etwa 10,0 mm. Zur Verwendung in absorbierenden Produkten bevorzugt liegen die Makrostrukturen in Form eines Flächengebildes vor. Der Ausdruck "Flächengebilde", wie hier verwendet, beschreibt Makrostrukturen der Dicke von wenigstens etwa 0,2 mm. Die Flächengebilde haben vorzugsweise eine Dicke zwischen etwa 0,5 mm und etwa 10 mm, typischerweise von etwa 1 mm bis etwa 3 mm.
Die in dem absorbierenden Verbundelement der vorliegenden Erfindung verwendeten porösen, absorbierenden Makrostrukturen umfassen Aggregate aus miteinander verbundenen Teilchen. Diese Aggregate aus miteinander verbundenen Teilchen umfassen gewöhnlich etwa 8 oder mehr vorher unabhängige Vorläuferteilchen. Für bevorzugte umschriebene Trockenvolumen und Größen der hier verwendeten einzelnen Vorläuferteilchen werden diese Aggregate aus miteinander verbundenen Teilchen typischerweise gebildet aus etwa 100.000 oder mehr individuellen Vorläuferteilchen. Diese individuellen Vorläuferteilchen können Körnchen, Stäube, Kügelchen, Flocken, Fasern, Aggregate oder Agglomerate umfassen.
Die individuellen Vorläuferteilchen können haben eine Vielfalt von Formen, wie kubisch, stabförmig, polyedrisch, sphärisch, gerundet, winklig, unregelmäßig, oberflächenporös, zufallsgroße unregelmäßige Formen, z. B. staubförmige Produkte aus Mahl- oder Pulverisierungsschritten, oder Formen mit einem großen Verhältnis größter Abmessung/kleinster Abmessung, um z. B. nadelartig, plattenartig, flockenartig oder faserartig zu sein. Ein Beispiel oberflächenporöser Vorläuferteilchen ist offenbart in US Patent 5,118,719, veröffentlicht am 02. Juni 1992, auf welches besonders Bezug genommen wird.
Das Aggregat aus miteinander verbundenen Teilchen mit den Makrostrukturen der vorliegenden Erfindung wird im wesentlichen gebildet durch miteinander verbinden benachbarter Partikel. Die Verbindung von benachbarten Partikeln wird insbesondere durch das Polymermaterial hergestellt, das in den Oberflächenabschnitten dieser Partikel vorhanden ist. Die Behandlung der Vorläuferteilchen umfaßt Berührungsbereiche ihrer Oberflächen mit einem Vernetzungsmittel und einem Quellmittel, vorzugsweise Wasser. In bevorzugten Ausführungsformen wird auch ein Weichmacher verwendet, vorzugsweise in Kombination mit dem Behandlungsmittel, um die Flexibilität und Integrität der porösen absorbierenden Makrostruktur zu verbessern. Wenn diese Vorläuferteilchen an Bereichen der Oberfläche der Teilchen behandelt und physikalisch miteinander verbunden werden, wie dies nachfolgend beschrieben wird, wird das in den Oberflächenbereichen dieser Teilchen vorhandene Polymermaterial ausreichend plastisch (weich gemacht) und kohäsiv (z. B. klebrig), derart, daß die aneinander angrenzenden Teilchen kohäsiv aneinander anhaften. Wenn das Vernetzungsmittel mit dem Polymermaterial der miteinander verbundenen Oberflächenbereiche der Teilchen reagiert, werden die miteinander verbundenen Bereiche fest, stark und schnell absorbieren, wodurch die poröse absorbierende Makrostruktur gebildet wird.
Die Menge der in der absorbierenden Makrosstrukturschicht enthaltenen absorbierenden Teilchen oder die Dicke des Flächengebildes der absorbierenden Makrostrukturschicht kann variiert werden, um das absorbierende Verbundelement mit unterschiedlichen Werten an Absorbierfähigkeit zu schaffen. In bevorzugten Ausführungsformen eines absorbierenden Verbundelements in den Formen eines Flächengebildes beträgt das Basisgewicht einer absorbierenden Makrostrukturschicht (ausgedrückt als Gewicht der absorbierenden Makrostruktur pro Einheitsfläche der absorbierenden Makrostrukturschicht) von etwa 100 g/m² bis etwa 1500 g/m² im Durchschnitt, vorzugsweise von etwa 250 g/m² bis 1200 g/m² im Durchschnitt. Zudem hat die absorbierende Makrostrukturschicht vorzugsweise eine Dichte von etwa 0,6 g/cc bis etwa 1,1 g/cc.
Das prozentuale Lückenvolumen (das heißt, das prozentuale Volumen der Makrostruktur, daß die Poren und die Kanäle umfaßt) hat einen minimalen Wert für eine gegebene Vorläuferteilchen-Größenverteilung. Im allgemeinen ist, wenn die Vorläuferteilchen-Größenverteilung enger ist, das prozentuale Lückenvolumen größer. So wird bevorzugt, daß die Vorläuferteilchen eine relativ enge Teilchengrößenverteilung haben, um ein höheres prozentuales Lückenvolumen in einem verdichteten Zustand zu schaffen. Auch nimmt die Permeabiltät im allgemeinen zu, wenn die Vorläuferteilchengröße größer ist.
Die absorbierende Makrostruktur kann auch eine Mehrzahl von absorbierenden Gelierteilchenschichten aufweisen, die jeweils absorbierende Gelierteilchen aufweisen. Die Mehrzahl absorbierender Gelierteilchenschichten können wenigstens in zwei benachbarten Teilchenschichten im wesentlichen unterschiedliche Teilchengrößen haben. Vorzugsweise sind die mittleren Massen-Teilchengrößen der Mehrzahl der absorbierenden Gelierteilchenschichten in aufeinander folgenden Teilchensichten veränderlich. Zum Beispiel kann die absorbierende Makrostruktur eine Mehrzahl von Schichten aus absorbierenden Gelierteilchen aufweisen, in welchen die mittlere Massen-Teilchengröße der geschichteten Teilchen graduell in Richtung weg von der Subtratschicht 7 reduziert ist. Andererseits kann die Makrostruktur eine Mehrzahl von Schichten aus absorbierenden Gelierteilchen umfassen, in welchen die mittlere Massen-Teilchengröße der geschichteten Teilchen in Richtung weg von der Substratschicht 7 graduell größer wird. Es wird angenommen, daß die Schichtung der Teilchen mit zunehmender (oder abnehmender) Teilchengröße in der porösen Makrostruktur Vorteile bei der Fluidannahme, -verteilung und -speicherung liefern kann. Zum Beispiel haben in einer Makrostrukturschicht, welche oberste Teilchenschichten mit relativ größeren Teilchen als solchen, in den untersten Schichten hat, die größeren Lückenbereiche zwischen benachbarten größeren Teilchen in den oberen Schichten eine relativ größere Porosität und Fließbarkeit für die Flüssigkeiten, was einem wesentlichen Teil des Fluides erlaubt, durch diese hindurch zu den unteren Schichten hindurch zu gelangen. In den unteren Schichten werden, wegen der kleineren Poren und Lückenräume, die Flüssigkeiten ohne weiteres angenommen und in die kleineren absorbierenden Teilchen absorbiert, welche dann zu quellen beginnen. Die größeren Teilchen in der obersten Schicht bleiben verfügbar, um zusätzliche Ablagerungen von Flüssigkeiten anzunehmen und zu absorbieren. Insbesondere im Falle von absorbierenden Windeln, in welchen mehrere Ablagerungen von Flüssigkeiten erwartet werden, kann die größenabhängige Schichtung von Teilchen die Absorbierkapazität des absorbierenden Materials optimieren.
In einer ähnlichen Weise kann eine absorbierende Makrostruktur eine Mehrzahl von Teilchenschichten aufweisen, in welchen die absorbierenden Polymerteilchen von jeweils zwei Schichten unterschiedliche Eigenschaften der absorbierenden Gelierteilchen haben. Diese unterschiedlichen Eigenschaften der absorbierenden Polymerteilchen können z. B. eine unterschiedliche Flüssigkeits- Absorptionsgeschwindigkeit, eine unterschiedliche Flüssigkeits- Absorptionskapazität, eine unterschiedliche Teilchenform, eine unterschiedliche Teilchen-Gelfestigkeit oder Kombinationen von diesen unterschiedlichen Eigenschaften umfassen. Wie im Falle der absorbierenden Gelierteilchengröße, können aufeinander folgende Schichten aus absorbierenden Gelierteilchen in Abhängigkeit von diesen Eigenschaften der absorbierenden Gelierteilchen geordnet sein. Zum Beispiel kann eine absorbierende Makrostruktur so hergestellt sein, daß sie schneller absorbierende Gelierteilchen in den untersten Schichten, angrenzend an das Substrat, und langsamer absorbierende Gelierteilchen nahe der Oberfläche hat.
In einer anderen Ausführungsform können Schichten aus absorbierenden Polymerteilchen durch eine Schicht aus einem nicht absorbierenden, nicht gelierenden Material, vorzugsweise in Teilchenform getrennt sein. Ein solches nicht absorbierendes, nicht gelierendes Material kann absorbierende Fasern oder andere Formen, wie sie nachfolgend beschrieben werden, umfassen oder kann ein Teilchenmaterial umfassen, welches weitere Funktionen, wie eine Geruchsregulierung, liefern kann.
Die absorbierende Makrostrukturschicht kann optional nicht absorbierende nicht gelierende Materialien, wie Fasern, umfassen. Ein solches Fasermaterial kann als Verstärkungselemente in den Makrostrukturschichten der vorliegenden Erfindung verwendet werden, wie auch als ein mit den absorbierenden Gelierteilchen koabsorbierendes Mittel. Jeder Typ eines Fasermaterials, welcher zur Verwendung in herkömmlichen absorbierenden Produkten geeignet ist, kann in den hier vorliegenden Makrostrukturen verwendet werden. Spezifische Beispiele eines solchen Fasermaterials umfassen Zellulosefasern, modifizierte Zellulosefasern, Rayon, Polypropylen und Polyesterfasern, wie Polyethylenterephthalat (DACRON), hydrophiles Nylon (HYDROFIL) und dergleichen. Beispiele weiterer Fasermaterialien zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung zusätzlich zu einigen bereits diskutierten, sind hydrophylisierte hydrophobe Fasern, wie mit grenzflächenaktiven Stoffen behandelte oder mit Silica behandelte thermoplastische Fasern, abgeleitet z. B. aus Polyolefinen, wie Polyethylen oder Polypropylen, Polyacryle, Polyamide, Polystyrene, Polyurethane und dergleichen. Tatsächlich liefern hydrophilisierte hydrophobe Fasern, welche an und für sich nicht sehr absorbierend sind und welche deshalb keine Bahnen von ausreichender Absorbierkapazität liefern, um in herkömmlichen absorbierenden Strukturen nützlich zu sein, zur Verwendung in den Makrostrukturschichten der vorliegenden Erfindung aufgrund ihrer guten Saugeigenschaften geeignet. Und zwar, weil in den hier vorliegenden Makrostrukturen die Saugeigenschaft der Fasern genauso wichtig ist, falls nicht wichtiger, wie bzw. als die Absorbierkapazität des Fasermaterials selbst aufgrund der hohen Fluidaufnahmegeschwindigkeit und Anti-Gelsperreneigenschaften der Makrostrukturschichten in der vorliegenden Erfindung. Synthetische Fasern werden hier zur Verwendung als die Faserkomponente der Makrostrukturschichten im allgemeinen bevorzugt. Ganz bevorzugt werden Polyolefinfasern, vorzugsweise Polyethylenfasern.
Weitere Zellulosefasermaterialien, welche in hier vorliegenden bestimmten Makroschichten nützlich sein können, sind versteifte Zellulosefasern. Bevorzugte chemisch versteifte Zellulosefasern sind die versteiften, gezwirnten, verdrehten Zellulosefasern, welche durch ein inneres Vernetzen von Zellulosefasern mit einem Vernetzungsmittel hergestellt werden können. Geeignete versteifte, verdrehte, gekräuselte Zellulosefasern, die für das hier vorliegende hydrophile Fasermaterial nützlich sind, sind in größerem Detail beschrieben in US Patent 4,888,093 (Dean et al.), veröffentlicht am 19. Dezember 1989; US Patent 4,889,595 (Herron et al.), veröffentlicht am 26. Dezember 1989; US Patent 4,889,596 (Schoggen et al.), veröffentlicht am 26. Dezember 1989; US Patent 4,889,597 (Bourbon et al.), veröffentlicht am 26. Dezember 1989; und US Patent 4,898,647 (Moore et al.), veröffentlicht am 06. Februar 1990, die alle hier durch Bezugnahme mit aufgenommen sind.
Wie hier verwendet, beschreibt der Ausdruck "hydrophil" Fasern oder Oberflächen von Fasern, welche durch die auf die Fasern abgelagerten wäßrigen Flüssigkeiten benäßt werden (das heißt, wenn sich Wasser oder ein wäßriges Körperfluid ohne weiteres auf oder über der (die) Oberfläche der Faser verteilt, ohne Rücksicht darauf, ob die Faser tatsächlich das Fluid einsaugt oder ein Gel bildet oder nicht). Der Stand der Technik im Hinblick auf das Benässen von Materialien erlaubt eine Definition der Hydrophobizität (und Benässung) durch Kontaktwinkel und die Oberflächenspannung der betreffenden Flüssigkeiten und Feststoffe. Dies wird im Detail diskutiert in der American Chemical Society Publication unter der Bezeichnung "Contact Angle, Wettability, and Adhesion", herausgegeben durch Robert F. Gould und urheberrechtlich geschützt in 1964. Eine Faser oder Oberfläche einer Faser soll durch eine Flüssigkeit benäßt werden, entweder, wenn der Kontaktwinkel zwischen der Flüssigkeit und der Faser oder Oberfläche weniger als 90º beträgt, oder wenn die Flüssigkeit dazu neigt, sich spontan über die Oberfläche der Faser zu verbreiten; wobei beide Bedingungen normalerweise zusammen vorliegen.
Weitere Materialien können verwendet werden, um eine verschiedene zusätzliche Funktionalität zu schaffen. Eine solche zusätzliche Funktionalität kann die Porosität, Permeabilität, Geruchsregulierung, Nässeanzeige, strukturelle Flexibilität und strukturelle Integrität umfassen. Nicht beschränkende Beispiele solcher weiterer Materialien umfassen: Füllmaterial, wie Silica; Nässeindikatoren; und Geruchsregulierungsmittel, wie solche, die beschrieben sind in US Patent 5,161,686.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann die absorbierende Makrostrukturschicht optional Schaumteilchen (oder Körnchen) aufweisen, die mit den absorbierenden Gelierteilchen gemischt sind, wie Zelluloseschaumteilchen. Vorzugsweise haben die Zelluloseschaumteilchen ein mittleres Volumen von wenigstens etwa 0,1 mm³, vorzugsweise von etwa 1,0 mm³ bis 125 mm³.
Die absorbierende Makrostrukurschicht umfaßt typischerweise von etwa 40 Gew.-% bis etwa 100 Gew.-%, vorzugsweise von etwa 50 Gew.-% bis etwa 100 Gew.-% und ganz bevorzugt etwa 70 Gew.-% oder mehr der absorbierenden Gelierteilchen.

Absorbierende Vorläuferteilchen

Die in der vorliegenden Erfindung verwendeten Makrostrukturen werden aus Polymermaterialien gebildet, die geeignet sind, große Mengen von Flüssigkeiten zu absorbieren. (Solche Polymermaterialien sind allgemein bezeichnet als "Hydrogel bildende", "Hydrocolloid bildende" oder "superabsorbierende" Materialien.) Die Makrostrukturen umfassen vorzugsweise im wesentlichen ein wasserunlösliches, absorbierendes, Hydrogel bildendes Polymermaterial. Die spezifischen Polymermaterialien werden hier mit Bezug auf solche diskutiert, die absorbierende gelierende Teilchen bilden (nachfolgend als "Vorläuferteilchen" bezeichnet).
Obwohl die Vorläuferteilchen eine Größe haben können, die über einen breiten Bereich variiert, werden spezifischen Teilchengrößenverteilungen und Größen bevorzugt. Für Zwecke der vorliegenden Erfindung ist die Teilchengröße für Vorläuferteilchen definiert, die kein Verhältnis größte Abmessung/kleinste Abmessung, wie Fasern, als die Abmessung eines Vorläuferteilchens haben (z. B. Körnchen, Flocken oder Stäube), die durch Siebgrößenanalyse bestimmt wird. So wird z. B. ein Vorläuferteilchen, das auf einem #30 Standardsieb mit 600 Micron Öffnungen zurück behalten wird, so angesehen, daß es eine Teilchengröße von mehr als 600 Micron hat, ein Vorläuferteilchen, das durch das #30 Sieb mit 600 Micron Öffnungen hindurch paßt und auf einem #35 Standardsieb mit 500 Micron Öffnungen zurück behalten wird, wird so angesehen, daß es eine Teilchengröße zwischen 500 und 600 Micron hat, und ein Vorläuferteilchen, das durch ein #35 Sieb mit 500 Micron Öffnungen hindurch paßt, wird so angesehen, daß eine Teilchengröße von weniger als 500 Micron hat. In bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung liegen die Vorläuferteilchen im allgemeinen größenmäßig zwischen etwa 1 Micron bis etwa 2000 Micron, vorzugsweise von etwa 20 Micron bis etwa 1000 Micron.
Ferner ist für Zwecke dieser Erfindung die mittlere Massen-Teilchengröße der Vorläuferteilchen wichtig zum Bestimmen der Kennzeichen und Eigenschaften der resultierenden Makrostrukturen. Die mittlere Massen-Teilchengröße einer gegebenen Probe von Vorläuferteilchen wird definiert als die Teilchengröße, welche die mittlere Teilchengröße der Probe auf Massenbasis ist. Ein Verfahren zum Bestimmen der mittleren Massen-Teilchengröße einer Probe ist beschrieben im Detail in US Patent Nr. 5,124,188 (Roe et al.) in Spalte 29, Zeile 5 bis Spalte 30, Zeile 4. Die mittlere Massen-Teilchengröße der Vorläuferteilchen liegt im allgemeinen zwischen etwa 20 Micron bis etwa 1500 Micron, vorzugsweise zwischen etwa 50 Micron bis etwa 1000 Micron, ganz bevorzugte zwischen etwa 50 Micron bis etwa 800 Micron. In besonders bevorzugten Ausführungsformen betragen die mittleren Massen- Teilchengrößen zwischen etwa 100 Micron bis etwa 250 Micron. Die Teilchen können im wesentlichen in ihrer Größe und Form gleichmäßig sein oder können in ihrer Größe und Form zufällig oder geordnet sein. In einer beispielhaften Ausführungsform haben wenigstens etwa 95 Gew.-% der Vorläuferteilchen eine Teilchengröße zwischen etwa 150 Micron und etwa 300 Micron. In einer alternativen Ausführungsform haben wenigstens etwa 95 Gew.-% der Vorläuferteilchen eine Teilchengröße zwischen etwa 90 Micron und etwa 180 Micron. Engere Größenverteilungen der Vorläuferteilchen werden bevorzugt, weil sie zu einer Makrostruktur mit höherer Porosität führen, wegen der höheren Lückenfraktion, wenn sie verdichtet werden, im Gegensatz zu breiteren Größenverteilungen von Vorläuferteilchen mit äquivalenten mittleren Massen-Teilchengrößen. Breitere Teilchen-Größenverteilungen können jedoch zu einer verbesserten Integrität der Makrostrukturen führen, indem eine höhere Anzahl von Bindungspunkten pro Einheitsvolumen geschaffen wird.
Die Teilchengröße der Materialien mit einem großen Verhältnis größte Abmessung/kleinste Abmessung, wie Fasern, wird typischerweise definiert durch ihre größte Abmessung. Zum Beispiel werden, falls absorbierend, polymere Fasern (z. B. superabsorbierende Fasern) in der Makrostruktur verwendet, wobei die Länge der Fasern verwendet wird, um die "Teilchengröße" zu definieren (Der Durchmesser der Fasern kann auch spezifiziert sein, z. B. ausgedrückt in Denier). 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, ganz bevorzugt zwischen etwa 10 mm und etwa 50 mm.
Die Vorläuferteilchen umfassen im wesentlichen ein wasserunlösliches, absorbierendes Hydrogel bildendes, Polymermaterial mit einer von anionischen funktionalen Gruppen, wie Sulfonsäure, und typisch Carboxigruppen. Beispiele von Polymermaterialien, die hier zur Verwendung als Vorläuferteilchen geeignet sind, umfassen solche, welche präpariert werden aus polymerisierbaren, ungesättigten, Säure enthaltenden Monomeren. So umfassen solche Monomere die olefinisch ungesättigten Säuren und Anhydride, welche wenigstens eine Kohlenstoff für eine olefinische Kohlenstoffdoppelbindung enthalten. Insbesondere können diese Monomere ausgewählt werden aus olefinisch ungesättigten Carboxylsäuren und Säureanhydriden, olefinisch ungesättigten Sulfonsäuren und Mischungen davon.
Einige nicht saure Monomere können auch beim Präparieren der hier vorliegenden Vorläuferteilchen enthalten sein, gewöhnlich in geringeren Mengen. Solche nicht sauren Monomere können z. B. umfassen die wasserlöslichen oder dispersiblen Ester der Säure enthaltenden Monomere sowie Monomere, welche überhaupt keine Carboxyl- oder Sulfonsäuregruppen enthalten. Optional können nicht saure Monomere somit Monomere umfassen, die folgende Typen funktionaler Gruppen enthalten: Carboxylsäure- oder Sulfonsäureester, Hydroxylgruppen, Amid-Gruppen, Aminogruppen, Nitrilgruppen und Gruppen mit quartärem Ammoniumsalz. Diese nicht sauren Monomere sind allgemein bekannte Materialien und sind in größerem Detail beschrieben z. B. in US Patent 4,076,663 (Masuda et al.), veröffentlicht am 28. Februar 1978 und in US Patent 4,062,817 (Westerman), veröffentlicht am 13. Dezember 1977, auf die beide besonders Bezug genommen wird.
Olefinisch ungesättigte Carboxylsäure- und Carboxylsäure-Anhydrid-Monomere umfassen die Acrylsäuren, die durch Acrylsäure selbst, Mettacrylsäure, Ethacrylsäure, a-Chloroacrylsäure, a-Cyanoacrylsäure, b-Methylacrylsäure (Krotonsäure), a- Phenylacrylsäure, b-Acryloxypropionsäure, Sorbinsäure, a-Chlorsorbinsäure, Angelicasäure, Zimtsäure, p-Chlorzimtsäure, b-Sterylacrylsäure, Itakonsäure, Citrokonsäure, Mesakonsäure, Glutakonsäure, Akonitsäure, Maleinsäure, Fumarinsäure, Tricarboxyethylen- und Maleinsäureanhydrid.
Olefinisch ungesättigte Sulfonsäuremonomere umfassen alliphatische oder aromatische Vinylsulfonsäuren, wie Vinylsulfonsäure, Allylsulfonsäure, Vinyltoluolsulfonsäure und Styrolsulfonsäure; Acryl- und Methacrylsulfonsäure, wie Sulfoethylacrylat, Sulfoethylmethacrylat, 2-hydroxi-3-methacryloxipropylsulfonsäure und 2- acrylamid-2-methylpropansulfonsäure.
Bevorzugte Polymermaterialien zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung enthalten Carboxygruppen. Diese Polymere umfassen mit hydrolysiertem Stärkeacrylnitril gepfropfte Copolymere, mit teilweise neutralisiertem Stärkeacrylnitril gepfropfte Copolymere, mit Stärkeacrylsäure gepfropfte Copolymere, mit teilweise neutralisierter Stärkeacrylsäure gepfropfte Copolymere, versteifte Vinylacetat- Acrylester-Copolymere, hydrolysierte Acrylnitride- oder Acrylamid-Copolymere, leicht vernetzte Polymere aus einem der vorstehenden Copolymere, teilweise neutralisierte Polyacrylsäure und leicht vernetzte Polymere aus teilweise neutralisierte Polyacrylsäure. Diese Polymere können im entweder allein oder in Form eines Gemisches aus zwei oder mehreren unterschiedlichen Polymeren verwendet werden.
Beispiele dieser Polymermaterialien sind offenbart in 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.
Am meisten bevorzugte Polymermaterialien zur Verwendung beim Herstellen der Vorläuferteilchen sind leicht vernetzte Polymere aus teilweise neutralisierten Polyacrylsäuren und Stärkederivaten davon. Ganz bevorzugt umfassen die Vorläuferteilchen von etwa 50% bis etwa 95%, vorzugsweise etwa 75%, neutralisierte leicht vernetzte Polyacrylsäure (das heißt, Poly(Natriumacrylat/Acrylsäure)). Wie oben beschrieben, sind die Vorläuferteilchen vorzugsweise hergestellt aus Polymerteilchen, die leicht vernetzt sind. Die Vernetzung dient dazu, die Polymermaterialien, aus welchen die Vorläuferteilchen hergestellt sind, im wesentlichen wasserunlöslich zum machen, und legt, zum Teil, die Absorptionskapazität und die dehnbaren Polymer-Inhaltseigenschaften der Vorläuferteilchen und der resultierenden Makrostrukturen fest. Prozesse zum Vernetzen der Polymere und typische Vernetzungsmittel sind beschrieben in größerem Detail in dem oben genannten US Patent 4,076,663.
Die einzelnen Vorläuferteilchen können in jeder herkömmlichen Art und Weise gebildet werden. Typische und bevorzugte Prozesse zum Herstellen einzelner Vorläuferteilchen sind beschrieben in US Patent Re 32,649 (Brandt et al.), veröffentlicht am 19. April 1988, US Patent 4,666,983 (Tsubakimoto et al.), veröffentlicht am 19. Mai 1987 und US Patent 4,625,001 (Tsubakimoto et al.), veröffentlicht am 25. November 1986, auf die alle besonders Bezug genommen wird. Bevorzugte Verfahren zum Bilden von Vorläuferteilchen sind solche, die eine wäßrige Lösung oder andere Lösungs-Polymerisationsverfahren einschließen. Wie in dem oben genannten US Patent Re 32,649 beschrieben, umfaßt eine wäßrige Lösungspolymerisation die Verwendung eines wäßrigen Reaktionsgemisches, um eine Polymerisation auszuführen, um die Vorläuferteilchen zu bilden. Das wäßrige Reaktionsgemisch wird dann Polymerisationsbedingungen unterzogen, welche ausreichend sind, um in dem Gemisch ein im wesentlichen wasserunlösliches, leicht vernetztes Polymermaterial herzustellen. Die Masse des dadurch gebildeten Polymermaterials wird dann pulverisiert oder zerhackt, um die einzelnen Vorläuferteilchen zu bilden.
Insbesondere umfaßt das Polymerisationsverfahren in wäßriger Lösung zum Herstellen der einzelnen Vorläuferteilchen die Präparation eines wäßrigen Reaktionsgemisches, in welchem eine Polymerisation ausgeführt wird, um die gewünschten Vorläuferteilchen zu bilden. Ein Element eines solchen Gemisches ist das die Säuregruppe enthaltende Monomermaterial, welches das "Rückrat" der zu produzierenden Vorläuferteilchen bilden wird. Das Reaktionsgemisch umfaßt im allgemeinen etwa 100 Gewichtsteile des Monomermaterials. Eine weitere Komponente des wäßrigen Reaktionsgemisches umfaßt ein Vernetzungsmittel. Die Vernetzungsmittel, die zum Bilden der Vorläuferteilchen nützlich sind, sind beschrieben in größerem Detail in dem oben genannten US Patent Re 32649, US Patent 4,666,983 und US Patent 4,625,001. Das Vernetzungsmittel ist im allgemeinen in dem wäßrigen Reaktionsgemisch mit einer Menge von etwa 0,001 Molprozent bis etwa 5 Molprozent, basierend auf der gesamten Molmenge des in der wäßrigen Mischung vorhandenen Monomers vorhanden (etwa 0,01 bis 20 Gewichtsteile, basierend auf 100 Gewichtsteilen des Monomermaterials). Ein optionale Komponente des wäßrigen Reaktionsgemisches umfaßt einen Initiator auf einem freien Radikal, einschließlich z. B. Persauerstoffverbindungen, wie Natrium, Kalium und Ammoniumpersulfate, Caprylylperoxyd, Benzoylperoxyd, Wasserstoffperoxyd, Cumolhydroperoxyde, tertiäres Butyldiperephthalat, tertiäres Bytylperbenzoat, Natriumperacetat, Natriumpercarbonat, und dergleichen. Weitere optionale Komponenten des wäßrigen Reaktionsgemisches umfassen die verschiedenen nicht sauren Comonomermaterialien, einschließlich Ester der im wesentlichen ungesättigten, eine saure funktionale Gruppe enthaltenen Monomere oder anderer Comonomere ganz ohne Carboxyl- oder Sulfonsäurefunktionalitäten.
Das wäßrige Reaktionsgemisch wird Polymerisationsbedingungen unterzogen, welche ausreichend sind, um in dem Gemisch im wesentlichen wasserunlösliche, absorbierende, Hydrogel bildende, leicht vernetzte Polymermaterialien zu produzieren. Die Polymerisationsbedingungen werden auch in größerem Detail in den drei oben genannten Patenten diskutiert. Solche Polymerisationsbedingungen umfassen im allgemeinen ein Erwärmen (thermische Aktivierungstechniken) auf eine Polymerisationstemperatur von etwa 0ºC bis etwa 100ºC, vorzugsweise von etwa 5ºC bis etwa 40ºC. Polymerisationsbedingungen, unter welchen das wäßrige Reaktionsgemisch erhalten wird, können auch z. B. umfassen ein Unterziehen des Reaktionsgemisch oder Teilchen davon einer herkömmlichen Form einer die Polymerisation aktivierenden Strahlung. Radioaktive, elektronische, ultraviolette oder elektromagnetische Strahlung sind alternative herkömmliche Polymerisationstechniken.
Die sauren funktionalen Gruppen der in dem wäßrigen Reaktionsgemisch gebildeten Polymermaterialien werden auch vorzugsweise neutralisiert. Eine Neutralisierung kann in irgendeiner herkömmlichen Art und Weise ausgeführt werden, welche zu wenigstens etwa 25 Molprozent und insbesondere wenigstens etwa 50 Molprozent des gesamten verwendeten Monomers führt, um das Polymermaterial so zu bilden, daß dieses aus Säuregruppen enthaltenen Monomeren besteht, die mit einem Salz bildenden Kation neutralisiert sind. Solche Salz bildenden Katione umfassen z. B. Alkalimetalle, Ammonium, substituiertes Ammonium und Amine, wie in weiterem Detail in dem obigen US Patent Re 32,649 diskutiert. Obwohl es vorgezogen wird, daß die Vorläuferteilchen unter Verwendung eines Polymerisationsprozesses in wäßriger Lösung hergestellt werden, ist es auch möglich, den Polymerisationsprozess auch unter Verwendung von mehrphasigen Polymerisations- Verarbeitungstechniken auszuführen, wie Vorgängen in inversen Emulsionspolymerisation oder inversen Suspensionspolymerisation. In den Vorgängen einer inversen Emulsionspolymerisation oder inversen Suspensionspolymerisation wird das wäßrige Reaktionsgemisch, wie vorher beschrieben, in Form von winzigen Tröpfchen in einer Matrix aus einem mit Wasser unvermischbaren, inerten organischen Lösungsmittel, wie Cyclohexan, suspendiert. Die resultierenden Vorläuferteilchen sind im allgemeinen von sphärischer Form. Ein Verfahren einer inversen Suspensionspolymerisation sind beschrieben in größerem Detail in US Patent 4,340,706 (Obaysashi et a.), veröffentlicht am 20. Juli 1982, US Patent 4,506,052 (Flesher et al.), veröffentlicht am 19. März 1985 und US Patent 4,735,987 (Morita et al.), veröffentlicht am 05. April 1998, auf die alle besonders Bezug genommen wird.
Die Vorläuferteilchen sind vorzugsweise im wesentlichen trocken. Der Ausdruck "im wesentlichen trocken" wird hier verwendet, um auszudrücken, daß die Vorläuferteilchen einen Flüssigkeitsgehalt haben, typischerweise einen Wasser- oder anderen Lösungsmittelgehalt, von weniger als etwa 50 Gew.-%, vorzugsweise weniger als etwa 20 Gew.-%, ganz bevorzugt weniger als etwa 10 Gew.-% der Vorläuferteilchen. Ganz bevorzugt liegt der Flüssigkeitsgehalt der Vorläuferteilchen im Bereich von etwa 0,01 Gew.-% bis etwa 5 Gew.-% der Vorläuferteilchen. Die einzelnen Vorläuferteilchen können durch irgendein herkömmliches Verfahren, wie durch Erwärmen, getrocknet sein. Alternativ kann, wenn die Vorläuferteilchen unter Verwendung eines wäßrigen Reaktionsgemisches gebildet werden, Wasser aus dem Reaktionsgemisch durch eine azeotropische Destillation entfernt werden. Das Polymer enthaltende wäßrige Reaktionsgemisch kann auch mit einem Entwässerungsmittel behandelt werden, wie Methanol. Kombinationen dieser Trocknungsverfahren können auch verwendet werden. Die entwässerte Masse des Polymermaterials kann dann zerhackt oder pulverisiert werden, um im wesentlichen trockne Vorläuferteilchen aus im wesentlichem wasserunlöslichen absorbierenden, Hydrogel bildenden Polymermaterial zu bilden.
Bevorzugte Vorläuferteilchen der vorliegenden Erfindung sind solche, welche eine hohe Absorptionskapazität zeigen, so daß die sich ergebende Makrostruktur, die von solchen Vorläuferteilchen gebildet wird, auch eine hohe Absorptionskapazität hat. Die Absorptionskapazität bezieht sich auf die Kapazität eines gegebenen Polymermaterials, um Flüssigkeiten zu absorbieren, mit welchem dieses in Kontakt kommt. Die Absorptionskapazität kann in Abhängigkeit von der Natur derart zu absorbierenden Flüssigkeit und mit der Art und Weise, in welcher die Flüssigkeit das Polymermaterial berührt, signifikant variieren. Die Absorptionskapazität wird ausgedrückt in der Menge von durch irgendein gegebenes Polymermaterial absorbierten synthetischen Urins in Gramm synthetisches Urin pro Gramm Polymermaterial, und zwar unter Bedingungen, wie sie in dem Teabag Centrifuge Capacity-Test spezifiziert sind, wie dieser in PCT-Veröffentlichung Nr. WO 95/01....7 ausgeführt. Bevorzugte Vorläuferteilchen der vorliegenden Erfindung sind solche, welche eine Absorptionskapazität von wenigstens etwa 20 Gramm, vorzugsweise wenigstens etwa 25 Gramm von synthetischem Urin pro Gramm Polymermaterial haben. Typischerweise haben die Polymermaterialien der hier vorliegenden Vorläuferteilchen eine Absorptionskapazität von etwa 20 Gramm bis etwa 70 Gramm des synthetischen Urin pro Gramm Polymermaterial. Vorläuferteilchen mit diesen relativ hohen Absorptionskapazität-Eigenschaften erzeugen Makrostrukturen, die besonders nützlich sind in absorbierenden Produkten, absorbierenden Elementen und absorbierenden Artikeln, da die aus solchen Vorläuferteilchen gebildeten, resultierenden Makrostrukturen definitionsgemäß gewünschte hohe Mengen abgegebener Körperausscheidungen, wie Urin, halten können.
Während alle Vorläuferteilchen vorzugsweise aus dem gleichen Polymermaterial mit den gleichen Eigenschaften gebildet sind, muß dies nicht der Fall sein. Zum Beispiel können einige Vorläuferteilchen ein mit Stärkeacrylsäure gepfropftes Copolymer, während andere Vorläuferteilchen ein leicht vernetztes Polymer aus teilweise neutralisierter Polyacrylsäure umfassen können. Ferner können die Vorläuferteilchen in Größe, Form, Absorptinskapazität und in anderer Eigenschaft oder Charakteristik variieren. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bestehen die Vorläuferteilchen im wesentlichen aus leicht vernetzten Polymeren teilweise neutralisierter Polyacrylsäure, wobei jedes Vorläuferteilchen gleiche Eigenschaften hat.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können die Vorläuferteilchen selbst wenigstens an einem Bereich, vorzugsweise im wesentlichen gänzlich, ihrer Oberflächen vernetzt sein, bevor die Vorläuferteilchen in eine absorbierende Makrostruktur geformt werden. Die oberflächenvernetzten Vorläuferteilchen können durch irgendein nachfolgend beschriebenes Vernetzungsmittel hergestellt werden. Bevorzugte Vernetzungsmittel haben vorzugsweise eine relativ große Molekulargröße und sind vorzugsweise kationisch. Ein solches Vernetzungsmittel ist nicht in der Lage, in die absorbierenden Teilchen einzudringen und kann deshalb nur mit Polymermaterial an der Oberfläche desselben wirksam reagieren. Am meisten bevorzugt wird, wenn das Vernetzungsmittel ein kationisches Aminoepichlorhydrinaddukt ist.
Oberflächenvernetzte, Hydrogel bildende absorbierende Polymere haben einen höheren Grad an Vernetzung in der Nähe der Oberfläche als im Inneren. Wie hier verwendet, beschreibt "Oberfläche" die außenseitigen Grenzen des Teilchens, der Faser etc.. Für poröse, Hydrogel bildende absorbierende Polymere (z. B. poröse Teilchen, etc.) können auch frei liegende innere Grenzen davon umfaßt sein. Mit einem höheren Grad an Vernetzung an der Oberfläche ist gemeint, daß der Grad funktionaler Vernetzungen für das Hydrogel bildende absorbierende Polymer in der Nähe der Oberfläche im wesentlichen höher ist als der Grad funktionaler Vernetzungen für das Polymer im Inneren.
Die Abstufung in der Vernetzung von der Oberfläche zum Inneren kann variieren, sowohl in der Tiefe als auch im Profil. So kann z. B. die Tiefe der Oberflächenvernetzung flach sein, mit einem relativ scharfen Übergang zu einem geringeren Grad an Vernetzung. Alternativ kann z. B. die Tiefe der Oberflächenvernetzung eine signifikante Fraktion der Abmessungen des Hydrogel bildenden absorbierenden Polymers, mit einem breiteren Übergang, sein.
In Abhängigkeit von der Größe, Form, Porosität, wie auch von funktionalen Berücksichtigungen, kann der Grad und der Gradient einer Oberflächenvernetzung innerhalb eines gegebenen Hydrogel bildenden absorbierenden Polymers variieren. Für spezielle Hydrogel bildende absorbierende Polymere kann die Oberflächenvernetzung mit Teilchengröße, Porosität, etc. variieren. In Abhängigkeit von den Variationen im Verhältnis: Volumen innerhalb des Hydrogel bildenden absorbierenden Polymers (z. B. zwischen kleinen und großen Teilchen) ist es nicht ungewöhnlich für den Gesamtgrad an Vernetzung, innerhalb des Materials zu variieren (z. B. größer für kleinere Teilchen zu sein).
Eine Anzahl von Verfahren zum Einleiten von Oberflächenvernetzungen sind im Stand der Technik offenbart. Diese umfassen solche, in welchen: (i) ein di- oder polyfuntionales Reagens (Reagentien) (z. B. Glycerol, 1,3-Dioxolan-2-eins, mehrwertige Metallionen, polyquartäre Amine), die geeignet sind, mit bestehenden funktionalen Gruppen innerhalb des Hydrogel bildenden absorbierenden Polymers zu reagieren, wird auf die Oberfläche des Hydrogel bildenden absorbierenden Polymers aufgebracht; (ii) ein di- oder polyfunktionales Reagens, das in der Lage ist, mit weiteren hinzu gegebenen Reagentien und möglicherweise existierenden funktionalen Gruppen innerhalb des Hydrogel bildenen absorbierenden Polymers zu reagieren, derart, daß der Vernetzungsgrad einer Oberfläche vergrößert wird, wird auf die Oberfläche aufgebracht (z. B. die Hinzufügung eines Monomers plus Vernetzers und die Initiierung einer zweiten Polymerisationsreaktion); (iii) kein zusätzliches polyfunktionales Reagens wird hinzu gegeben, sondern es wird eine zusätzliche Reaktion (Reaktionen) unter den bestehenden Komponenten mit dem Hydrogel bildenden absorbierenden Polymer induziert, entweder während oder nach des primären Polymerisationsprozesses, derart, daß ein höherer Vernetzungsgrad an oder in der Nähe der Oberfläche generiert wird (z. B. durch Erwärmen, um die Bildung von Anhydrid- und Estervernetzungen zwischen bestehenden Polymeren Carboxylsäure- und/oder Hydroxylgruppen und Suspensions- Polymerisationsprozesse zu initiieren, in welchen der Vernetzer auf höheren Niveaus nahe der Oberfläche inhärent vorhanden ist); und (iv) weitere Materialien werden der Oberfläche hinzu gegeben, derart, daß ein höherer Vernetzungsgrad induziert wird oder ansonsten die Oberflächenverformbarkeit des resultierenden Hydrogels verringert wird. Kombinationen dieser oberflächenvernetzenden Prozesse, entweder konkurrierend oder Reihen nach, können auch verwendet werden. Zusätzlich zu den Vernetzungsreagentien können weitere Komponenten der Oberfläche hinzu gegeben werden, um die Verteilung der Vernetzung zu unterzstützen/zu kontrollieren (z. B. die Verteilung und Durchdringung der oberflächenvernetzenden Reagentien.)
Geeignete allgemeine Verfahren zum Ausführen einer Oberflächenvernetzung der Hydrogel bildenden absorbierenden Polymere gemäß der vorliegenden Erfindung sind offenbart in US Patent 4,541,871 (Obayashi), veröffentlicht am 17. September 1985; veröffentlichte PCT-Anmeldung WO 92/16565 (Stanley), veröffentlicht am 01. Oktober 1992, veröffentlichte PCT-Anmeldung WO 90/08789 (Tai), veröffentlicht am 09. August 1990; veröffentlichte PCT-Anmeldung WO 93/05080 (Stanley), veröffentlicht am 18. März 1993; US Patent 4,824,901 (Alexander), veröffentlicht am 25. April 1989; US Patent 4,789,861 (Johnson), veröffentlicht 1990; veröffentlichte PCT-Anmeldung WO 93/05080 (Standley), veröffentlicht am 18. März 1993; US Patent 4,824,901 (Alexander), veröffentlicht am 25. April 1989; US Patent 4,789,861 (Johnson), veröffentlicht am 17. Januar 1989; US Patent 4,587,308 (Makita), veröffentlicht am 06. Mai 1986; US Patent 4,734,478 (Tsubakimoto), veröffentlicht am 29. März 1988; US Patent 5,164,459 (Kimura et al.), veröffentlicht am 17. November 1992; veröffentlichte deutsche Patentanmeldung 4,020,789 (Dahmen), veröffentlicht am 29. August 1991; und veröffentliche europäische Patentanmeldung 509,708 (Gartner), veröffentlicht am 21. Oktober 1992; auf die alle besonders Bezug genommen wird.

Vernetzungsmittel

Ein Vernetzungsmittel wird verwendet, um das Polymermaterial der Vorläuferteilchen der absorbierenden Makrostruktur zu vernetzen. Geeignete Vernetzungsmittel können nicht ionisierende Vernetzungsmittel sein, wie sie beschrieben sind in US Patent 5,102,597 (Roe et al.), veröffentlicht am 07. April 1992. Diese nicht ionisierenden Vernetzungsmittel umfassen mehrwertige Alkohole (z. B. Glycerol), Polyaceridinverbindungen (2,2-Bishydroxymethylbutanoltris [3-(1-Aziridin) Propionat]), Haloepoxyverbindungen (z. B. Epichlorohydrin), Polyaldehydverbindungen (z. B. Glutaraldehyd), Polyaminverbindungen (z. B. Ethylenamin) und Polyisocyanatverbindungen (z. B. 2,4-Toluoldiisocyanat), vorzugsweise Glycerol.
Bevorzugte Vernetzungsmittel sind solche, welche primär Vernetzungen an Bereichen der Oberfläche der absorbierenden Vorläuferteilchen schaffen. Solche Vernetzungsmittel haben vorzugsweise eine relativ große Molekulargröße und sind vorzugsweise kationisch. Als Ergebnis wird angenommen, daß solch ein Vernetzungsmittel nicht in der Lage ist, in die absorbierenden Teilchen einzudringen und deshalb nur mit dem Polymermaterial an der Oberfläche desselben wirksam reagieren kann. Es ist möglich, daß ein Teil eines solchen größeren Vernetzungsmittels in das Teilchen eindringen kann, wenn das Teilchen mit Hilfe des Quellmittels gequollen ist.
Ein weiteres bevorzugtes Vernetzungsmittel ist eines, welches sehr schnell mit den anionischen, typischerweise funktionalen Carboxygruppen des Polymermaterials der absorbierenden Teilchen regiert, selbst bei einem Raumtemperaturbereich (z. B. bei von etwa 13ºC bis etwa 33ºC). Als Ergebnis sind ziemlich bescheidene Mengen (z. B. nicht mehr als etwa 1 Gew.-% der Teilchen) eines solchen Vernetzungsmittels erforderlich, um eine effektive Oberflächenvernetzung des in den absorbierenden Vorläuferteilchen vorhandenen Polymermaterials zu liefern.
Ein bevorzugtes Vernetzungsmittel der vorliegenden Erfindung ist jedoch ein Addukt von Epichlorhydrin mit bestimmten Typen von monomeren oder polymeren Aminen. Diese Amino-Epichlorhydrin-Addukte reagieren mit dem Polymermaterial der absorbierenden Vorläuferteilchen und insbesondere die anionischen, typischerweise funktionalen Carboxygruppen dieser Polymermaterialien, um eine covalente Esterbindung zu bilden. Mit anderen Worten dient das Aminoepichlorhydrinaddukt dazu, daß in den absorbierenden Vorläuferteilchen vorhandene Polymermaterial zu vernetzen. (Die Bereiche des absorbierenden Teilchens mit dem Polymermaterial, das wirksam mit dem Aminochlorhydrinaddukt vernetzt wurde, quillt bei Vorhandensein wäßriger Körperfluide in Bezug zu anderen nicht vernetzten Bereichen des Teilchens weniger.) Ein solches kationisches Aminoepichlorhydrinaddukt, insbesondere eine polymere Harzversion, ist relativ groß, derart, daß eine bevorzugte Oberflächenvernetzung erreicht wird. Ein solches Addukt mit seinen kationischen funktionalen Gruppen (z. B. Acetediniumgruppen) kann schnell mit dem Polymermaterial bei dem Raumtemperaturbereich vorzugsweise von etwa 13ºC bis etwa 33ºC, ganz bevorzugt von etwa 18ºC bis etwa 28ºC, äußerst bevorzugt etwa 23ºC reagieren.
Wie hier verwendet, bezieht sich "kationisches Aminoepichlorhydrinaddukt" auf das Reaktionsprodukt zwischen Epichlorhydrin und einem monomeren oder polymeren Amin, derart, daß das resultierende Reaktionsprodukt wenigstens zwei kationische funktionale Gruppen hat. Diese Addukte können in Form von monomeren Verbindungen vorliegen (z. B. das Reaktionsprodukt aus Epichlorhydrin und Ethylendiamin) oder kann in polymerer Form vorliegen (z. B. das Reaktionsprodukt zwischen Epichlorhydrin und Polyamid-Polyamine oder Polyethylenimine). Die polymeren Versionen dieser kationischen Aminoepichlorhydrinaddukte werden typischerweise als "Harze" bezeichnet.
Eine typische Aminoverbindung, welche mit Epichlorhydrin in Reaktion gebracht werden kann, um für die vorliegende Erfindung nützliche Addukte zu bilden, umfaßt monomere Di-, Tri- und höhere Amine mit primären und sekundären Aminogruppen in ihren Strukturen. Beispiele nützlicher Diamine dieses Typs umfassen Bis-2-Aminoethylether, N,N-Dimethylethylendiamin, Piperazin und Ethylendiamin. Beispiele nützlicher Triamine dieses Typs umfassen N-Aminoethylpiperazin und Dialkylentriamine, wie Diethylentriamin und Dipropylentriamin.
Solche Aminmaterialien werden mit Epichlorhydrin in Reaktion gebracht, um die kationischen Epichlorhydrinaddukte zu bilden, die hier als Vernetzungsmittel nützlich sind. Die Präparation dieser Addukte, wie auch eine komplette Beschreibung der Addukte selbst ist zu finden im US Patent 4,310,593 (Gross), veröffentlicht am 12. Januar 1982 und in Ross et al. J. Organic Chemistry, Band 29, Seiten 824,826 (1964). Auf beide dieser Dokumente wird hier besonders Bezug genommen.
Zusätzlich zu monomeren Aminen können auch polymere Amine, wie Polyethylenimine, als die Aminokomponente verwendet werden. Eine besonders wünschenswerte Aminoverbindung, welche mit Epichlorhydrin in Reaktion gebracht werden kann, um die bevorzugten kationischen polymeren Adduktharze zu bilden, die hier nützlich sind, umfassen bestimmte Polyamid-Polyamine, die von Polyalkylenpolyaminen abgeleitet sind, und gesättigte C3-C10 zweiwertige Carboxylsäuren. Epichlorhydrin/Polyamid-Polyamin-Addukte dieser Art sind wasserlösliche, in Wärme aushärtende kationische Polymere, welche als naßfeste für Papierprodukte im Stand der Technik allgemein bekannt sind.
Bei der Präparierung der Polyamid-Polyamine, die verwendet werden, um diese bevorzugte Klasse von kationischen polymeren Harzen zu bilden, wird eine Dicarboxylsäure zuerst mit einem Polyalkylen-Polyamin in Reaktion gebracht, vorzugsweise in wäßriger Lösung, unter Bedingungen, derart, daß ein wasserlösliches, langkettiges Polyamid erzeugt wird, das die periodischen Gruppen- NH(CnH2nHN)x-CORCO- enthält, in welchen n und x jeweils 2 oder mehr sind und R die C1 bis C8 Alylengruppe der Dicarboxylsäure ist.
Eine Vielfalt von Polyalkylenpolyaminen mit Polyethylenpolyaminen, Polypropylenpolyaminen, Polybutylenpolyaminen usw. können verwendet werden, um das Polyamid-Polyamin zu präparieren, von welchen die Polyethylenpolyamine eine wirtschaftlich bevorzugte Klasse darstellen. Insbesondere sind bevorzugte Polyalkylenpolyamine, die verwendet werden, um die hier vorliegenden kationischen polymeren Harze zu präparieren, Polyamine, die zwei primäre Amingruppen und wenigstens eine sekundäre Amingruppe enthalten, in welcher die Stickstoffatome miteinander verbunden sind durch Gruppen der Formel -CnH2n-, in welcher n eine kleine ganze Zahl größer 1 ist und die Zahl solcher Gruppen in den Molekülbereichen von zwei bis zu etwa acht reicht und vorzugsweise bis etwa vier. Die Stickstoffatome können an benachbarten Kohlenstoffatomen in der Gruppe -CnH2n- oder an weiter entfernten Kohlenstoffatomen angehängt, aber nicht an den gleichen Kohlenstoffatomen. Auch berücksichtigt ist die Verwendung solcher Polyamine, die Diethylentriamin, Triethylentetramin, Tetraethylenpentamin, Dipropylentriamin und dergleichen, welcher in vernünftiger reiner Form erhalten werden können. Von allen vorstehenden werden am meisten bevorzugt die Polyethylenpolyamine, die von zwei bis vier Ethylengruppen, zwei primäre Amingruppen und von ein bis drei sekundäre Amingruppen enthalten.
Auch berücksichtigt zur Verwendung sind hier Polyamin-Vorläuferteilchen mit wenigstens drei Aminogruppen, wobei wenigstens eine der Gruppen eine tertiäre Aminogruppe ist. Geeignete Polyamine dieses Typs umfassen Methylbis(3- Aminopropyl)Amin, Methylbis(2-Aminoethyl) Amin, N-(2-Aminoethyl) Piperatzin, 4,7-Dimethyl-Triethylen-Tetramin und dergleichen.
Die Dicarboxylsäuren, welche mit den vorstehenden Polyaminen in Reaktion gebracht werden können, um Polyamid-Polyamin-Vorläufer der bevorzugten kationischen polymeren Harze zu bilden, die hier nützlich sind, umfassen gesättigte aliphatische C3-C10 Dicarboxylsäuren. Ganz bevorzugt sind solche, die von 3 bis 8 Kohlenstoffatomen enthalten, wie Malonsäure, Succinsäure, Glutarinsäure, Adipinsäure usw., zusammen mit Diglycolsäure. Von diesen werden Diglycolsäure und gesättigten aliphatischen Dicarboxylsäuren mit 4 bis 6 Kohlenstoffatomen im Molekül, insbesondere Succinsäure, Glutarinsäure und Adipinsäure am meisten bevorzugt. Mischungen von zwei oder mehr dieser Dicarboxylsäuren können auch verwendet werden, wie auch Mischungen von einer oder mehreren dieser mit höheren gesättigten aliphatischen Dicarboxylsäuren, wie Azelainsäure und Sebazinsäure, solange das resultierende langkettige Polyamid-Polyamin wasserlöslich oder wenigstens wasserdispersibel ist.
Die aus den vorstehenden Polyaminen und Dicarboxylsäuren präparierten Polyamid-Polyaminmaterialien werden mit Epichlorhydrin in Reaktion gebracht, um die kationischen polymeren Aminoepichlorhydrinharze zu bilden, die hier zur Verwendung als das Vernetzungsmittel bevorzugt werden. Die Präparierung solcher Materialien ist in größerem Detail beschrieben in US Patent 2,926,116 (Keim), veröffentlicht am 23. Februar 1960; US Patent 2,926,154 (Keim), veröffentlicht am 23. Februar 1960 und US Patent 3,332,901 (Keim), veröffentlicht am 25. Juli 1967, von denen alle hier durch Bezugnahme mit aufgenommen sind.
Die kationischen Polyamid-Polyamin-Epichlorhydrinharze, die hier zur Verwendung als Vernetzungsmittel bevorzugt sind, werden im Handel vermarktet durch Hercules Inc. unter dem Markennamen Kymene®. Besonders nützlich sind Kymene® 557H, Kymene® 557LX und Kymene® 557 Plus, welche die Epichlorhydrinaddukte der Polyamid-Polyamine sind, welche die Reaktionsprodukte aus Diethylentriamin und Adipinsäure sind. Sie werden typischerweise vermarktet in Form von wäßrigen Lösungen des kationischen Harzmaterials mit von etwa 10 Gew.-% bis etwa 33 Gew.-% des aktiven Harzes.

Substratschicht

Die Substratschicht 7 kann eine Vielzahl von Funktionen liefern. Sie kann als Verteilungsmittel zum Verbessern der Verteilung von aufgebrachten, in die Makrostrukturschicht zu absorbierenden Flüssigkeiten dienen. Vorzugsweise sind die Flüssigkeits-Verteilungseigenschaften der Substratschicht wesentlich stärker als diejenigen der absorbierenden Makrostruktur, derart, daß die Verbundschicht verbesserte Flüssigkeits-Verteilungseigenschaften in Bezug zur absorbierenden Makrostruktur alleine hat. In bevorzugten Ausführungsformen umfaßt die Substratschicht 7 eine Mehrzahl von kapillaren Elementen mit einer Länge, vorzugsweise im wesentlichen parallel angeordnet, zum Verbessern der Verteilung der Flüssigkeit entlang deren Länge.
Die Substratschicht 7 kann auch als Stützmittel für die absorbierende Makrostrukturschicht dienen, indem die miteinander verbundenen absorbierenden Teilchen in der absorbierenden Makrostruktur abgestützt werden. Wie oben beschrieben, sind die absorbierenden Gelierteilchen mit wenigstens einem der anderen benachbarten Teilchen durch den höhergradig vernetzten Oberflächenbereich verbunden. Die Substratschicht kann die Bindungen oder die Verbindung der absorbierenden Gelierteilchen unterstützen, indem sie den Spannungs- und Dehnungskräften in den absorbierenden Verbundschichten während der Benutzung widersteht, welche andernfalls bewirken könnten, daß die miteinander verbundenen Teilchen der absorbierenden Makrostrukturschicht auseinander brechen. Das Stützmittel ist vorzugsweise eines, welches eine ausgezeichnete Naßfestigkeit hat und der absorbierenden Makrostrukturschicht eine verbesserte nasse Festigkeit und nasse Integrität verleihen kann; das heißt, das Substrat ist als Stützmittel wirksam, nachdem die absorbierende Verbundschicht, und das Substrat selbst, mit Flüssigkeit benäßt wurde. Eine Abstützung für die gebundenen oder miteinander verbundenen gelierenden Teilchen wird besonders in der Situation benötigt, in welcher die Gelierteilchen damit beginnen, nach dem Absorbieren einer Flüssigkeit zu quellen, wodurch auf die interpartikulären Verbindungen eine erhebliche Spannung ausgeübt wird. Eine solche Abstützung ist besonders wichtig, wenn die absorbierende Verbundschicht in einem absorbierenden Artikel verwendet wird, wie einer Windel oder einem Katamneseprodukt, in welchem äußere Kräfte ebenfalls auf die Struktur wirken können und veranlassen, daß miteinander verbundene Teilchen der absorbierenden Makrostruktur auseinander brechen. Deshalb kann die Substratschicht dazu dienen, sowohl die trockene Integrität und Festigkeit als auch die nasse Integrität und Festigkeit der absorbierenden Verbundschicht zu verbessern.
Die durch ein Substrat geschaffene Stützfunktion kann auch weniger dichte Makrostrukturschichten zulassen. Die weniger dichten absorbierenden Makrostrukturen haben einen höheren Prozentanteil an Lückenvolumen und größeren Porenöffnungen zwischen benachbarten, miteinander verbundenen gelierenden Teilchen, wodurch das Potential einer Gelsperre verringert wird und die Spannungen in der Makrostruktur verringert werden, wenn die Teilchen Fluid absorbieren und expandieren.
Die Substratschicht kann ausgewählt werden aus verschiedenen Materialien des Standes der Technik, wie Zellulosefasern, Vliesbahnen, Tissuebahnen, Schäumen, Polyacrylatfasern, geöffnete Polymerbahnen, synthetische Fasern, Elastomere und dergleichen. Die meisten solcher Substrate können sowohl als Verteilungsmittel als auch als Stützmittel für die absorbierende Makrostrukturschicht. Vorzugsweise besteht die Substratschicht aus Zellulosematerial oder einem Material, das Zellulose- Funktionalität aufweist. Bevorzugte Substrate zur Verwendung als flüssigkeitsverteilende Mittel können ausgewählt werden aus Zellulosematerialien, Faserbahnen, Zellulose-Faserbahnen, feste Schäume, Zellulosechäume und Polyvinylalkohol- Schäume. Bevorzugte Substrate zur Verwendung als Stützmittel können ausgewählt werden aus Zellulosematerialien, Faserbahnen, Vliesbahnen, Geweben, Zellulose- Faserbahnen, festen Schäumen, Zellulosescchäumen und Poylvinylalkohl-Schäumen.
Die Substratschicht 7 ist vorzugsweise flexibel und nachgiebig, um solche Eigenschaften in der resultierenden absorbierenden Verbundschicht zu unterstützen. Eine Substratschicht kann im wesentlichen elastisch und nicht streckbar sein, oder sie kann in einem variierenden Ausmaß in Abhängigkeit von normal ausgeübten Kräften auf und in der Ebene der Oberfläche des Substrats streckbar oder verformbar.
Die Dicke und das Basisgewicht (Gewicht pro Einheitsfläche des Substrats) eines Substratmaterials variiert in Abhängigkeit von dem Substrattyp und den gewünschten Eigenschaften. Ein Substrat kann auch eine Mehrzahl von individuellen Flächengebilden oder Lagen aus einem bestimmten Substratmaterial oder eine Kombination aus einer oder mehreren Substratschichten in einem Laminat umfassen. Als typisches Substrat hat eine Bounty®-Lage line Dicke von etwa 0,02 mm bis etwa 1,2 mm, vorzugsweise von etwa 0,3 mm bis etwa 0,8 mm und ein Basisgewicht von etwa 5 g/m² bis etwa 100 g/m² vorzugsweise von etwa 10 g/² bis etwa 60 g/m² und ganz bevorzugt von etwa 15 g/m² bis 40 g/m². Als typisches Substrat hat ein Zelluloseschaum eine trocken komprimierte Dicke von etwa 0,5 mm bis etwa 3,0 mm, vorzugsweise von etwa 0,8 mm bis etwa 2,0 mm, eine naß expandierte Dicke von etwa 0,8 mm bis etwa 6,0 mm, vorzugsweise von etwa 1,0 mm bis etwa 5,0 mm und ein Basisgewicht von etwa 50 g/m² bis etwa 2000 g/m², vorzugsweise von etwa 100 g/m² bis etwa 1000 g/m².
Substrate zur Verwendung als Stützmittel haben typischerweise eine trockene Zugfestigkeit von etwa 500 g/in bis etwa 8000 g/in, obwohl vorzugsweise von etwa 1000 g/in bis etwa 3000 g/in, eine nasse Zugfestigkeit von etwa 200 g/in bis etwa 5000 g/in, obwohl vorzugsweise von etwa 400 g/in bis etwa 1000 g/in, und eine nasse Reißfestigkeit von etwa 100 g bis etwa 2000 g, obwohl vorzugsweise von etwa 200 g bis etwa 1000 g.
In bevorzugten Ausführungsformen umfaßt die Substratschicht eine Zellulose- Faserbahn, wie ein Papierhandtuch und Papiertuch. Beispiele solche Zellulose- Faserbahnen sind offenbart in US Patent 3,953,638, veröffentlicht am 27. April 1976; US Patent 4,469,735, veröffentlicht am 04. September 1984, US Patent 4,468,428, veröffentlicht am 28. August 1984 und US Patent 4,986,882, veröffentlicht am 22. Januar 1991, auf die alle besonders Bezug genommen wird. Ein bevorzugtes Beispiel eines solchen Bounty® Papierhandtuchs, das kommerziell vermarktet wird, in den USA durch The Procter & Gamble Company. Ein weiteres bevorzugtes Beispiel eines solchen ist Kinocloth® Papiertuch, kommerziell vermarktet in den USA und Japan durch Honshu Paper Co. Ltd.. Bounty® und Kinocloth® sind hydrophil und haben gute Verteilungs- und Ansaugeigenschaften sowie eine gute nasse Integrität.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfaßt die Substratschicht einen Zelluloseschaum. Im allgemeinen liefert ein Zelluloseschaum eine höhere Flüssigkeits-Ansauggeschwindigkeit über eine längere Saugstrecke als eine Zellulose- Faserbahn. Vorzugsweise liegt der Zelluloseschaum in einem komprimierten Zustand vor, um so seine Saug- und Fluidverteilungseigenschaften weiter zu verbessern. Ein geeigneter Zelluloseschaum kann hergestellt sein aus regenerierten Rayonfasern durch allgemein bekannte Verfahren, wie solchen, die offenbart sind in der europäischen Patentveröffentlichung (Veröffentlichungs-Nr. 0 293 208). Solche Zelluloseschäume haben zahlreiche kleine Zellen, deren Größe die Kapillarität und das Absorptionsvermögen des Schaumes beeinflußt. Die Zelluloseschaumschicht wird gewöhnlich und vorzugsweise expandieren, wenn sie naß wird. Ein bevorzugter Zelluloseschaum ist einer, welcher vor der Verwendung in trockenem Zustand komprimiert wurde. Die mittlere der Zelluloseschaumschicht kann durch Komprimierung bestimmt werden. In bevorzugten Ausführungsformen beträgt die mittlere Porengröße der Zelluloseschaumschicht, gemessen in trockenem Zustand nach jeder Komprimierung, von etwa 1 Mikron bis etwa 1000 Mikron, vorzugsweise von etwa 1 Mikron bis etwa 200 Mikron, ganz bevorzugt von etwa 5 Mikron bis etwa 70 Mikron. Eine bevorzugte komprimierte Zelluloseschaumschicht hat eine Dichte von etwa 0,1 g/cc (etwa 0,05 g/in³) bis etwa 0,8 g/cc (etwa 0,41 g/in³) und hat eine komprimierte Dicke (in Lagenform) von etwa 2 mm bis etwa 5 mm. Im allgemeinen können bessere Saugeigenschaften erhalten werden, indem eine Schaumschicht mit einer höheren Dichte oder einer kleineren Porengröße verwendet wird. Wenn eine solche komprimierte Zelluloseschaumschicht mit Flüssigkeiten in Kontakt kommt, beginnt die Porengröße des Schaumes zu expandieren, wodurch die Dicke der Schaumschicht vergrößert wird.
Absorbierende Schaumsubstrate, insbesondere komprimierte Zelluloseschaumsubstrate, sind sehr bevorzugte Substrate in den absorbierenden Verbundschichten der vorliegenden Erfindung. Zusätzlich zu ihrer ausgezeichneten trockenen und nassen Festigkeit und Integrität haben Zelluloseschaumsubstrate, insbesondere in Form von Flächengebilden, ausgezeichnete Kapillaritäts- und Fluidansaugeigenschaften. Wenn eine Flüssigkeit, wie Wasser oder eine Körperausscheidung, auf der Oberfläche eines absorbierenden Verbundes umfassend ein Zelluloseschaumsubstrat abgeschieden wird, wird die durch die absorbierende Makrostrukturschicht und in das Zelluloseschaumsubstrat passierende Flüssigkeit aufgrund ihrer kapillaren Saugwirkung schnell nach außen zu den trockenen Schaumbereichen in der Zelluloseschaumschicht verteilt. Das heißt, wenn der Zelluloseschaum das Wasser oder die wäßrigen Flüssigkeiten absorbiert, beginnt die Zelluloseschaum-Zellstruktur zu expandieren. Da die trockenen Schaumbereiche Zellstrukturen haben, welche noch komprimiert sind und welche kleiner als Zellen der benäßten Flächen sind, werden die Fluide ohne weiteres in die trockenen Schaumbereiche eingesogen. Solche Zelluloseschaumsubstrate sind gekennzeichnet durch eine ausgezeichnete Fluidanziehung und -verteilung. Speziell haben solche Zelluloseschaumsubstrate ein schnelles Ansaugverhältnis bzw. eine schnelle Ansauggeschwindigkeit (z. B. bis zu wenigstens 12 cm Saugstrecke in 4 Minuten in einem vertikalen Saugtest) und eine lange Saugstreckenfähigkeit (z. B. von etwa 20 cm bis etwa 30 cm in der ersten Stunde in einem vertikalen Ansaugtest).
In noch einer weiteren Ausführungsform kann die Substratschicht ein Zelluloseschaumsubstrat sein, das durch Ablagerung von Zelluloseschaumteilchen (oder Körnchen) gebildet wird. Die Zelluloseschaumteilchen haben ein mittleres Volumen von wenigstens etwa 0,1 mm³, vorzugsweise von etwa 1,0 mm.³ bis etwa 125 mm³.
Vorzugsweise sind die Zelluloseschaumteilchen auf einer absorbierenden Makrostrukturschicht abgelagert und kompaktiert.
Ein Zelluloseschaumsubstrat wird besonders bevorzugt, wenn die absorbierende Verbundschicht der vorliegenden Erfindung in einem absorbierenden Katamneseartikel verwendet wird. Wenn Blut auf einer Zelluloseschaum-Substratschicht eines absorbierenden Verbundkörpers abgelagert wird, kann das Zelluloseschaumsubstrat dazu dienen, das Blut anzunehmen, Aggregate aus dem Blut zu filtern, und den verbleibenden Flüssigkeitsanteil des Blutes über die absorbierende Makrostrukturschicht nach unten zu verteilen. Das Zelluloseschaumsubstrat kann in verschiedenen Mustern geschlitzt sein, wie z. B. beschrieben ist in EP-A-0 293 208, um die Substratflexibilität zu erhöhen.
In noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfaßt die Substratschicht einen komprimierten oder nicht komprimierten Polyvinylalkoholschaum. Ganz allgemein hat ein solcher Schaum vorzugsweise Eigenschaften und Struktur im wesentlichen wie der obige Zelluloseschaum.

Beispiele

Die Fig. 5a-5c zeigen Photographien im Reflektionsmodus einer absorbierenden Struktur gemäß der Erfindung während unterschiedlicher Quellstufen. Die Struktur aus Fig. 5a wurde hergestellt, indem 3 g absorbierende Polymerteilchen, hergestellt durch Nippon Shokubai unter dem Markennamen Acqualic CA L761f auf eine BOUNTY® Substrattuch 7 von 10 cm · 10 cm, wie es durch The Procter & Gamble Company hergestellt wird, abgelagert wurden. Dann wurde eine Vernetzungslösung mit 10 Gew.-% Kymene® 557 Plus, 40 Gew.-% Glycerol und 50 Gew.-% Wasser in einem Streifenmuster in der Menge von 0,22 g Lösung pro g absorbierende Polymerteilchen aufgebracht. Das Vernetzungsmittel wurde mit den Polymerteilchen für etwa 24 Stunden bei Raumtemperatur in Reaktion gebracht. In den Regionen 6, in welchen das Vernetzungsmittel aufgebracht wurde, wurden die Polymerteilchen durch interpartikuläre Vernetzungsbindungen miteinander verbunden und wurden durch das Vernetzungsmittel mit dem Tuch 7 verbunden. Die Teilchen in den Regionen 8, in welchen kein Vernetzungsmittel aufgebracht wurde, blieben lose und wurden von dem Tuch 7 entfernt. Fig. 5b zeigt das Quellen der vernetzten Polymerteilchen nach einem Benässen der Probe aus Fig. 5a mit 30 ml einer 0,9% Salzlösung nach 1 Minute. Es ist deutlich zu sehen, daß Kanäle in Regionen 8 ausgebildet sind. Fig. 5c zeigt die Probe aus Fig. 5a nach 5 Minuten von der Aufbringung der Salzlösung. Aus Fig. 5c erscheint es, daß auch in dem vollständig gequollenen Zustand, in welchem die Absorbierkapazität der Polymerteilchen in diesem Fall etwa 17 g/g beträgt, die Kanäle noch beibehalten sind: Dadurch können Flüssigkeiten über die Kanäle quer über die absorbierenden Strukturen zu jenen Regionen transportiert werden, in welchen die Polymerteilchen noch nicht in vollem Umfang reagiert haben und Flüssigkeiten noch absorbiert werden können.
Die Fig. 6a-6c zeigen Photographien im Reflektionsmodus einer absorbierenden Struktur gemäß der Erfindung, in welcher 3 g von Polymerteilchen auf einem 10 cm · 10 cm Tuch des gleichen Typs, wie oben beschrieben, abgelagert wurden. In den Regionen 8 wurde eine Vernetzungslösung aufgebracht, die Gewichtsprozente aufweist von: 18% Kymene® 557 Plus, 40% Glycerol und 32% Wasser in der Menge von 0,22 g des Vernetzungsmittels pro g absorbierende Polymerteilchen. In den Regionen 8 sind die Polymerteilchen gegenseitig verbunden, um ein interpartikulär vernetztes Aggregat zu bilden. Die Aufbringung des Vernetzungsmittels auf die Teilchen in den Regionen 8 führt zu einem erhöhten Grad an Vernetzung. In den Regionen 6 wurde ein Lösung mit 40 Gew.-% Glycerol und 60 Gew.-% Wasser aufgebracht, wobei keine Lösung mit Kymene® 557 Plus vorhanden war. Die Polymerteilchen in Regionen 6 sind an das Tissue 7 angebracht, sind aber nicht durch interpartikulär vernetzende Bindungen aneinander angebracht. Die Polymerteilchen in den Regionen 6 sind durch Wasserstoffbindungen, welche sich bei Benässung lösen, wechselseitig miteinander verbunden. Die Teilchen in den Regionen 6 haben einen relativ geringen Grad an interpartikulärer Vernetzung und Oberflächenvernetzung, im Vergleich zu den Teilchen in den Regionen 8. Die Teilchen in den Regionen 8 sind durch die Glycerol-Wasser-Lösung an das Tuch gebunden und bleiben an dem Tuch angebracht, so daß die absorbierende Struktur aus Fig. 6a ein im wesentlichen gleichförmiges Basisgewicht der Polymerteilchen hat. Fig. 6b zeigt die Bildung von Kanälen 1 Minute nach dem Benässen der Struktur aus Fig. 6a mit 30 ml einer 0,9% Salzlösung, wobei die dunklen Flächen in Fig. 6b die unteren Teile sind. Die Teilchen in den Regionen 8 werden wegen des relativ hohen Grades an Vernetzung, im Vergleich zu den Teilchen in den Regionen 6, weniger schnell quellen als die Teilchen in den Regionen 6. Somit werden Kanäle gebildet, durch welche Flüssigkeiten transportiert werden können. Die Kanäle bilden auch einen Lückenraum 8, in welchen das schnell quellende Material aus den Regionen 6 expandieren kann, so daß ein Biegen und Verdrehen der absorbierenden Struktur verhindert wird. Fig. 6c zeigt die absorbierende Struktur aus Fig. 6a in ihrem vollständig gequollenen Zustand, 5 Minuten nach dem Ablagern der Salzlösung auf der Struktur. Es ist zu sehen, daß die Kanäle in der Region 8 mit gelierten Polymerteilchen sowohl aus den Regionen 8 als auch aus den Regionen 6 gefüllt sind.
Fig. 7 zeigt einen alternativen Weg des Aufbringens unterschiedlicher Mengen von Vernetzungsmitteln, indem eine Mehrzahl von Sprühdüsen 31, 31' verwendet wird. Die Düsen 31, 31' sind über die Breite des Förderbandes 15 in einer Richtung rechtwinklig zur Ebene der Zeichnung angeordnet. Eine Steuereinheit 32 stellt die Austragsgeschwindigkeit jeder Sprühdüse 31, 31' in der Weise ein, daß ein Muster eines Vernetzungsmittels aufgebracht wird, welches dich rechtwinklig zu der Ebene der Zeichnung erstreckt. Durch ein periodisches Variieren der Austragsgeschwindigkeit jeder Düse 31, 31' in Bezug zur Zeit, wird die Menge des Vernetzungsmittels, die auf der Ablagerungsoberfläche aufgebracht wird, in Transportrichtung des Förderbandes 15 variiert. Auf diese Weise werden Muster eines Vernetzungsmittels aufgebracht, welche sowohl in Richtung der Breite des Förderbandes 15 als auch in der Transportrichtung des Förderbandes variiert.
Fig. 8 zeigt eine Ausführungsform eines Verfahrens, in welcher die Lage von Teilchen 16 in bestimmten Flächen vor dem Vernetzen der Teilchen kompaktiert wird, und zwar in einem Spalt zwischen Walzen 35 und 37. Die Walze 35 ist mit einem Muster von Umfangvorsprüngen und -aussparungen versehen, wie beispielsweise eine Anzahl von umfänglichen Rillen. Durch das Kompaktieren der Teilchen in vorbestimmten Flächen kann die Anzahl von Vernetzungsbindungen in den kompaktierten Zonen gesteigert werden. In den nicht kompaktierten Bereichen werden weniger Vernetzungsbindungen gebildet.
Fig. 9 zeigt eine Ausführungform, in welcher der Vernetzungsschritt durch die Aufbringung einer ionisierenden Strahlung aus einer Quelle 39 initiiert wird. Nach einer gleichförmigen Aufbringung des Vernetzungsmittels aus der Sprühdüse 17, bestrahlt die Quelle 39 die Ablagerungsoberfläche 14 mit einem Bestrahlungsmuster, derart, daß die Energie, die pro Einheitsfläche aufgebracht wird, über die Ablagerungsoberfläche 14 variiert. Die Verwendung einer ionisierenden Strahlung in Polymerisationsprozessen wurde beschrieben im Detail in EP-A-054 841 und US Patent US-A-4,646,730.
Falls die Quelle 39 durch eine Lichtquelle, eine Röntgenstrahlröhre oder eine Gammastrahlungsquelle, wie eine Kobaltquelle, gebildet ist, wird eine Maske 40 auf die Ablagerungsoberfläche 14 projiziert. Die Maske 40 hat transparente und opake Flächen. Die Vernetzungsgeschwindigkeit wird an der Projektion der transparenten Flächen auf die Ablagerungsoberfläche am größten sein.
Falls ein Laserstrahl oder Elektronenstrahl verwendet wird, um die Ablagerungsoberfläche 14 zu bestrahlen, kann der Elektronenstrahl oder Laserstrahl über die Ablagerungsoberfläche in einem gewünschten Muster bewegt werden. Die Maske 40 kann in diesem Fall weggelassen werden.
Fig. 10 zeigt eine Ausführungsform eines Verfahrens, in welchem nach einer gleichförmigen Aufbringung eines Vernetzungsmittels über die Ablagerungsoberfläche 14, die Lage aus Teilchen 16 unter einer mit Wärme härtenden Einheit 44, 43 hindurch bewegt wird. Die unter Wärme härtende Einheit kann eine Anordnung von erwärmten Elementen umfassen, und zwar in Form eines Musters von Stiften oder eines Gitters. Das Förderband wird an der Stelle der Härtungseinheit 44, 43 intermittierend verlangsamt oder angehalten, wobei diese nachfolgend aktiviert wird. Eine Vorrichtung zum periodischen Verlangsamen oder Anhalten nur eines spezifischen Teils des Förderbandes, während sich das Band kontinuierlich bewegt, wurde beschrieben in der PCT-Veröffentlichung WO 95/12539. Das obere Element 44 kann nach unten und in Kontakt mit der Schicht aus Teilchen 16 bewegt werden oder kann in enger Nähe zu der Schicht aus Teilchen 16 angeordnet werden.
Fig. 11 zeigt eine Härtungseinheit, welche zwei Walzen 45, 46 umfaßt. Nach Aufbringung des Vernetzungsmittels wird die Lage aus Teilchen 16 durch den Spalt hindurch bewegt, der durch die Walzen 45, 46 gebildet wird. Die obere Walze 45 weist ein Umfangsmuster aus erhabenen und ausgesparten Flächen auf, wie dies in den Fig. 12a und 12b gezeigt ist, welche hervor gehobene axiale Seitenansichten der Walze 45 zeigen. In den Fig. 12a und 12b sind die ausgenommenen Flächen durch eine dunkle Schattierung angedeutet. Aufgrund des höheren Druckes auf die Teilchen, die unterhalb der Vorsprünge 47 auf der Walze 45 liegen, wird die Lage 16 in diesen Bereichen kompaktiert. In den kompaktierten Bereichen ist die Anzahl von Vernetzungsbindungen, die gebildet werden, höher als die Anzahl von Vernetzungsbindungen, die an den Bereichen der Ablagerungsoberfläche 14 gebildet werden, welche unterhalb der Aussparungen der Walze 45 liegen. Alternativ kann die Walze 45 erhitzt werden, um die Anzahl der unterhalb der Vorsprünge 47 gebildeten Vernetzungsbindungen zu erhöhen, durch welche die Wärmeübertragung auf die Lage aus Teilchen 16 am größten ist.
Fig. 13 zeigt eine Ausführungsform eines Verfahrens, in welchem eine Anordnung von Applikatoren 51, 51', 51" quer über die Ablagerungsoberfläche 14 angeordnet ist, wobei sich die Anordnung rechtwinklig zu der Ebene der Zeichnung erstreckt. Die Applikatoren 51, 51', 51" lagern variierende Basisgewichte von Teilchen auf die Ablagerungsoberfläche ab. Alternativ lagern die Applikatoren 51, 51' 51" Teilchen unterschiedlicher Teilchengröße oder Teilchen unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung auf die Ablagerungsoberfläche 14 ab. Nach der Ablagerung führt die homogene Aufbringung des Vernetzungsmittels durch die Sprühdüse 17 zu einer nicht homogenen Verteilung des Vernetzungsgrades quer über die Ablagerungsoberfläche 14.
Fig. 14 zeigt ein Verfahren zum Herstellen einer absorbierenden Struktur gemäß der Erfindung, in welcher die Ablagerungsoberfläche 14 durch ein Tuch 55 gebildet wird, welches von einer Rolle 53 abgewickelt wird. In dieser Ausführungsform wird das Tuch mit einem Muster eines Vernetzungsmittels durch die Sprühdüse 17 besprüht, welche stromaufwärts des Applikators 12 liegt. Als Folge ist die Anzahl von interpartikulären Vernetzungsbindungen zwischen den Teilchen 5 am größten in den Bereichen des Tissues 55, das mit dem Vernetzungsmittel benäßt wurde. Das Basisgewicht der Teilchen kann niedrig genug sein, derart, daß keine interpartikulären Vernetzungsbindungen gebildet werden, wie dies beschrieben ist in PCT- Veröffentlichtungs-Nr. WO 96/07476.
Fig. 15 zeigt eine Vorrichtung mit einer alternativen Applikatoreinrichtung 20, 21 zum Bereitstellen eines Musters eines Vernetzungsmittels auf der Ablagerungsoberfläche 14, welches ähnlich einem "Tiefdruck"-Schritt ist. Die Applikatoreinrichtung umfaßt eine Drehwalze 20, welche entlang einer Versorgungseinheit 21 dreht, aus welcher der Umfang der Walze 20 mit dem Vernetzungsmittel benäßt wird. Der Umfang der Walze 20 ist mit Zellen oder Rillen versehen, in welchen das Vernetzungsmittel zu der Lage aus Teilchen 16 gedreht wird, und von welcher das Vernetzungsmittel abgelagert wird.
In den in den Fig. 7 bis 11 und 13 bis 15 beschriebenen Verfahren kann das Förderband 15 in einer kontinuierlichen Bewegung angetrieben werden oder kann periodisch gestoppt oder abgebremst. Die Aufbringung des Vernetzungsmittels kann im letzteren Fall mit der Bewegung des Förderbandes 15 synchronisiert sein. Die Maske 19 kann auch als rotierendes Band ausgebildet sein, welches sich mit der gleichen Geschwindigkeit wie das Förderband 15 dreht, wie dies in dem vergrößerten Einsatz in Fig. 4 gezeigt ist.
Fig. 16 zeigt eine Ausführungsform einer absorbierenden Struktur, in welcher die Polymerteilchen 5 von deren Regionen 13, 13' mit geringen Verletzungsgraden entfernt wurden. Die Regionen 13, 13' trennen die Regionen 11, 11' mit höherer Vernetzung vollständig. Falls Regionen 13, 13', welche überhaupt keine Polymerteilchen aufweisen, sich entlang der gesamten Länge (die Richtung rechtwinklig zur Ebene der Zeichnung) erstrecken, ist das Vorhandensein des Substrats 7 wesentlich, um eine einheitliche, selbsttragende Struktur aufrechtzuerhalten.
Fig. 17 zeigt eine Struktur, in welcher in der zentralen Region 12 die Dichte der Teilchen 5 relativ gering ist. In dieser Weise ist ein zentrales Fenster für eine schnelle Aufnahme von Flüssigkeiten vorgesehen.
In der Ausführungsform aus Fig. 18 sind beide Seiten des Substrats 7 durch interpartikulär vernetzte Makrostrukturen 8, 10 überdeckt, welche Regionen 11-11" mit einem höheren Grad interpartikulärer Vernetzungsbindungen umfassen, wobei die Regionen durch die Regionen 13-13''' ohne Polymerteilchen 5 getrennt sind. Beim Bilden der Struktur 18 kann zuerst die unterste Lage 10 von Teilchen auf dem Förderband 1 S abgelagert werden. Nachfolgend wird ein Vernetzungsmittel auf diese untere Lage in dem gewünschten Muster aufgebracht, wonach ein Härten bewirkt wird, und die Teilchen, welche eine relativ geringe Anzahl interpartikulärer Vernetzungsbindungen aufweisen, werden durch die Blaspistole 27 und den Saugkasten 29 entfernt. Danach wird die untere Schicht 10 mit dem Substrat 7 überdeckt. Das Substrat kann mit einer Haftmittellage versehen sein, um an die Unterlage 10 aus interpartikulär vernetzten Teilchen angebracht zu werden, oder kann durch Vernetzungsbindungen angebracht werden, die zwischen der Lage 7 und der Lage 10 ausgebildet sind. Dann werden die Teilchen in der oberen Lage 8 auf das Substrat 7 in der Weise gemäß der Ausführungsformen einer der Fig. 7 bis 11, 13 oder 15 abgelegt.
Fig. 19 zeigt eine Ausführungsform einer mehrlagigen Struktur mit zwei Schichten 56, 58 aus interpartikulär vernetzten Aggregaten, wobei die untere Schicht 58 einen geringeren Grad an Vernetzung hat als die obere Schicht 56. Die absorbierende Struktur gemäß Fig. 19 kann in einer Weise hergestellt werden, ähnlich derjenigen, durch welche die Struktur aus Fig. 18 gebildet wird.
Alternativ kann die Struktur aus Fig. 19 durch Falten der Struktur, wie in Fig. 20 gezeigt, in Richtung der Pfeile F um eine Faltlinie herum gebildet werden, welche rechtwinklig zur Mittellinie 63 und rechtwinklig zur Ebene der Zeichnung liegt. Die interpartikulär vernetzte Makrostruktur 62 wird durch das Verfahren gebildet, wie dies beschrieben ist in einer der Fig. 4, 7 bis 11 oder 13 bis 15. Die Anzahl der interpartikulären Vernetzungsbindungen in der Region 60 ist größer als die Zahl der interpartikulären Vernetzungsbindungen in der Region 61.
In den vorstehenden Beispielen wurden bevorzugte absorbierende Strukturen beschrieben, die interpartikulär vernetzte Makrostrukturen aufweisen. Die Erfindung ist jedoch nicht beschränkt auf interpartikulär vernetzte Makrostrukturen. Das Verfahren, wie es in Fig. 4, den Fig. 7 bis 11 und den Fig. 13 bis 15 gezeigt ist, kann leicht modifiziert werden, um absorbierende Strukturen mit Polymerteilchen zu bilden, welche auf einem Substrat 7 abgelagert werden, ohne daß interpartikulär vernetzte Bindungen gebildet werden. Die Teilchen können z. B. haftend mit dem Substrat 7 verbunden sein, z. B. durch Anordnung eines Kleberapplikators stromaufwärts des Teilchenapplikators 13, wobei der Kleberapplikator eine flüssigkeitsdurchlässige Haftmittelschicht auf dem Substrat aufbringt. Durch Ausführen unterschiedlicher Grade einer Oberflächenvernetzung der Teilchen, welche haftend an ein Substrat 7 angebracht sind, können die vorteilhafte Flüssigkeitshandhabungseffekte, veranlaßt durch unterschiedliche Absorptionseigenschaften der Teilchen, über der Oberfläche der absorbierenden Struktur erhalten werden.
Die absorbierenden Strukturen aus den Fig. 21 und 22 umfassen eine Anzahl von Löchern 67, die quer über die interpartikulär vernetzte Makrostruktur 65 verteilt sind. Durch die Löcher 67 kann Flüssigkeit schnell in die Substratschicht 7 eindringen und kann in die Substratschicht transportiert werden. Wie in Fig. 22 gezeigt ist, kann die Substratschicht 7 selbst eine relativ offene Struktur sein. Absorbierende Strukturen, wie sie in den 21 und 22 beschrieben sind, können vorteilhaft verwendet werden als obere Schichten in einem mehrlagigen absorbierenden Produkt, wie dies beschrieben ist z. B. in WO 92/11831 (Feist) oder US Patent Nr. 5,304,161 (Noel et al.). In den mehrlagigen absorbierenden Produkten, wie sie in den obigen Druckschriften beschrieben sind, ist eine untere Speicherlage mit absorbierenden Polymerteilchen unterhalb einer oberen Lage aus absorbierenden Polymerteilchen angeordnet. Die obere Lage umfaßt Durchgangswege für Flüssigkeiten, um in das absorbierende Produkt einzutreten und in die untere Speicherlage zu fließen und kann durch die Strukturen aus den Fig. 21 bis 26 gebildet werden.
In den absorbierenden Strukturen aus den Fig. 23 und 24 sind Längskanäle 67 in der interpartikulär vernetzten Makrostruktur 65 ausgebildet, um einen Flüssigkeitsfluß entlang der Kanäle zu unterstützen. In der Struktur aus Fig. 24 laufen Verstärkungselement 69 quer zu den Kanälen 67, derart, daß die Struktureinheit verbessert ist. Die Strukturen aus den Fig. 23 und 24 können z. B. als absorbierender Kern einer dünnen Damenbinde verwendet werden, wie dies beschrieben ist in US Patent Nr. 4,950,264. In den absorbierenden Strukturen der Fig. 25 und 26 variiert die Größe der Löcher 67 quer über die Oberfläche der vernetzten Makrostruktur 65. In absorbierenden Produkten können diese Strukturen verwendet werden, um einen absorbierenden Kern zu schaffen, welcher eine Flüssigkeit schnell über die großen Löcher in der spezifischen Befrachtungsfläche des Produktes in den Kern absorbieren kann. Durch Bereitstellen der Löcher 65 der erforderlichen Größe an spezifischen Stellen, können absorbierende Produkte zugeschnitten werden, um einer spezifischen Kategorie von Benutzern, wie Kindern oder Erwachsenen oder männlichen oder weiblichen Nutzer am besten zu passen.
Die Fig. 27 und 28 zeigen eine Draufsicht von Masken 19, die zwischen einer Sprühdüse 17 und der Ablagerungsoberfläche 14 angeordnet sein können. In der Maske 19 gemäß Fig. 28 ist eine Anzahl von Schlitzen 66 vorhanden. Die Schlitze 66 erstrecken sich parallel zur Länge des Förderbandes 15, wenn dieses zwischen der Düse 17 und der Ablagerungsoberfläche 14 angeordnet ist. Wie in Fig. 27 gezeigt, kann die Maske 19 eine Anzahl von Löchern umfassen, deren Größe und/oder deren Abstand quer über die Maske 19 variiert. Falls die Ablagerungsoberfläche 14 unterhalb der Sprühdüse 17 und der Masken 19 aus Fig. 27 oder Fig. 28 in einer kontinuierlichen Weise hindurch bewegt wird, wird eine absorbierende Struktur mit einer gestreiften Verteilung von absorbierenden Polymerteilchen, wie in Fig. 23 gezeigt, gebildet. Falls das Förderband 15 periodisch gestoppt wird, wenn das Vernetzungsmittel durch die Maske aufgebracht wird, wie dies in Fig. 27 gezeigt ist, kann ein Muster des in Fig. 25 oder 26 gezeigten Typs ausgebildet werden. Anstelle eines periodischen Anhaltens des Förderbandes 15 kann die Maske 19 parallel zum Förderband translatorisch bewegt oder gedreht werden, derart, daß die relative Geschwindigkeit zwischen der Maske 19 und dem Förderband Null ist.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen einer absorbierenden Makrostruktur mit einem umschriebenen Volumen von nicht kleiner als 10 mm³, wobei das Verfahren die Schritte umfaßt

a) Bereitstellen wenigstens einer Mehrzahl von absorbierenden Polymerteilchen (APP);

b) Bereitstellen eines Trägers;

c) Anordnen der Teilchen auf dem Träger, um eine Makrostruktur mit einem ersten und einem zweiten Bereich zu bilden;

d) Bereitstellen ein oder mehrerer vernetzender Mittel, die dazu geeignet sind, die absorbierenden Polymerteilchen (APP) auf ihrer Oberfläche und/oder quer zu den Teilchen zu vernetzen;

e) Aufbringen des/der vernetzenden Mittel(s) auf das APP in wenigstens einer der Bereiche;

f) Einstellen der Reaktionsbedingungen, um Vernetzungsreaktionen zu ermöglichen;

dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere der Schritte in dem ersten und dem zweiten Bereich unterschiedlich ausgeführt werden, um so Bereiche mit unterschiedlichen Flüssigkeits-Handhabungseigenschaften zu erzeugen, indem ein unterschiedlicher Grad der Oberflächenvernetzung und/oder interpartikulären Vernetzung auf oder zwischen den absorbierenden Polymerteilchen (APP) in dem ersten und dem zweiten Bereich erzeugt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, in welchem die absorbierenden Polymerteilchen (APP) in Schritt a) in dem ersten und dem zweiten Bereich in ein oder mehreren der folgenden Punkte unterschiedlich sind:

a1) chemische Zusammensetzung der absorbierenden Polymerteilchen (APP);

a2) physische Form, mittlere Teilchengröße und/oder mittlere Teilchengrößenverteilung;

a3) Dichte oder Basisgewicht.

3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, in welchem die Dichte der absorbierenden Polymerteilchen (APP) im ersten Bereich zwischen dem 0,5 und 2- fachen der Dichte der absorbierenden Polymerteilchen (APP) im zweiten Bereich beträgt.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, in welchem sich die Vernetzungsmittel, wie sie im Schritt d) bereit gestellt werden, im ersten und zweiten Bereich in ein oder mehreren der folgenden Punkte unterscheiden:

d1) chemische Zusammensetzung des Mittels;

d2) Konzentration des Mittels.

5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, in welchem die Anwendung der Vernetzungsmittel im Schritt e) für den ersten und den zweiten Bereich in ein oder mehreren der folgenden Punkte unterschiedlich ist:

e1) Menge des aufgebrachten Vernetzungsmittels;

e2) Art der Aufbringung.

6. Verfahren nach Anspruch 5, in welchem die Menge des aufgebrachten Vernetzers pro Gramm der absorbierenden Polymerteilchen (APP) in einem Bereich wenigstens das Doppelte der Menge des anderen Bereichs beträgt.

7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, in welchem die Einstellung der Bedingungen für die Vernetzungsreaktion gemäß Schritt f) für den ersten und den zweiten Bereich in ein oder mehreren der folgenden Punkte unterschiedlich ist:

f1) Energieeintrag zu den Reaktanden;

f2) Dauer der Reaktionsbedingungen;

f3) Druck, unter welchem die Reaktion auftritt.

8. Verfahren nach Anspruch 7, in welchem der Eintrag in Form einer elektromagnetischen Bestrahlung, emittierter Elektronen oder aus einer Aushärtungseinheit abgeleiteter Wärme erfolgt.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, in welchem der in den Bereichen abgesetzte Energieeintrag unterschiedlich ist.

10. Verfahren nach Anspruch 9, in welchem die Differenz des Energieeintrags durch Verwendung einer Maske erreicht wird, welche zwischen den absorbierenden Polymerteilchen (APP) und der Aushärtungseinheit mit unterschiedlichen Maskierungsflächen variierender Opazität für die elektromagnetische Bestrahlung, emittierten Elektronen oder Wärme angeordnet ist.