DE69706327T2

DE69706327T2 - Absorbierende struktur mit hochsaugfähigem polymer und ein artikel mit absorbierender struktur

Info

Publication number: DE69706327T2
Application number: DE69706327T
Authority: DE
Inventors: Jeanette Annergren; Petter Bragd; Gunilla Himmelmann
Original assignee: SCA Hygiene Products AB
Current assignee: Essity Hygiene and Health AB
Priority date: 1997-06-24
Filing date: 1997-06-24
Publication date: 2002-05-08
Anticipated expiration: 2017-06-25
Also published as: CO5040042A1; AU733405B2; WO1998058687A1; ZA985471B; PE101199A1; TW406013B; CA2295146A1; DK0994732T3; DE69706327D1; EP0994732B1; SK178999A3; ES2163180T3; US6383609B1; TNSN98105A1; EP0994732A1; RU2207156C2; JP2002507933A; ATE204486T1; AU3561797A

Description

Die Erfindung betrifft eine absorbierende Struktur, umfassend ein Polysaccharid-basiertes hochabsorbierendes Material.
Diese Erfindung betrifft auch einen absorbierenden Artikel, wie eine Windel, einen Inkontinenzschutz, eine Damenbinde oder ähnliche, umfassend die absorbierende Struktur.
Für viele Anwendungen, wie in absorbierenden Artikeln, die für die Absorption von Körperflüssigkeit vorgesehen sind, ist es vermehrt üblich geworden, das zu verwenden, was als superabsorbierende Materialien bekannt ist. Mit superabsorbierenden Materialien sind Polymere gemeint, die in der Lage sind, Flüssigkeit in einer Menge entsprechend mehreren Malen des Gewichts des Polymers aufzunehmen, und die bei Absorption ein wasserenthaltendes Gel bilden.
Der Hauptvorteil des Verwendens von superabsorbierenden Materialien in absorbierenden Artikeln ist, daß das Volumen des absorbierenden Artikels im Vergleich zu dem Volumen des absorbierenden Artikels, der hauptsächlich aus absorbierenden fasrigen Materialien, wie einem aufgeflauschten (fluffed) Cellulosezellstoff oder ähnlichen gebildet ist, deutlich reduziert werden kann. Ein weiterer Vorteil ist, daß Superabsorber im Vergleich zu fasrigen Absorbern wie z. B. aufgeflauschten Cellulosezellstoff eine höhere Fähigkeit haben, Flüssigkeit unter Druck zurückzuhalten. So eine Eigenschaft ist z. B. vorteilhaft, wenn das Absorptionsmaterial in Windeln, Inkontinenzschützen oder Damenbinden verwendet wird, da die absorbierte Körperflüssigkeit in dem absorbierenden Artikel zurückgehalten wird und, z. B. wenn der Verwender sich hinsetzt, nicht aus dem Artikel gepreßt wird.
Ein Nachteil von vielen der superabsorbierenden Materialien, die gegenwärtig in absorbierenden Artikeln wie Windeln, Inkontinenzschutzen und Damenbinden verwendet werden, ist jedoch, daß sie nicht aus erneuerbaren Rohmaterialien hergestellt werden. Um dieses Problem zu lösen, wurde vorgeschlagen, daß Superabsorber basierend auf verschiedenen Arten von erneuerbaren Ausgangsmaterialien, wie Polysacchariden und insbesondere Stärke, verwendet werden. Unglücklicherweise zeigen die Polysaccharid-basierten Superabsorber, die bisher hergestellt wurden, ein deutlich niedrigeres Absorptionsvermögen als die üblicherweise verwendeten Polyacrylat-basierten Superabsorber. Des weiteren ist die Fähigkeit der Polysaccharid-basierten Superabsorber, absorbierte Flüssigkeit zurückzuhalten, wenn der Superabsorber Beladung unterworfen wird, niedrig im Vergleich mit Polyacrylat-basierten Superabsorbern.
In WO 95/31500 ist ein Verfahren zum Herstellen von absorbierenden, bevorzugt superabsorbierenden, Schaummaterialien durch Phasentrennung und Vernetzen einer Polymerlösung beschrieben. Die erhaltenen absorbierenden Materialien kommen in der Form eines vernetzten offenzelligen Polymerschaums vor, was bedeutet, daß Flüssigkeit zwischen den Zellen passieren kann. Es wird auch gesagt, daß es mittels des beschriebenen Herstellungsverfahrens möglich ist, bioabbaubare absorbierende Schaummaterialien zu erhalten. Bevorzugte Polymere zum Herstellen der absorbierenden Materialien, die in WO 95/31500 offenbart sind, sind Hydroxyethylcellulose (HEC) und Hydroxypropylcellulose (HPC), die bevorzugt mit Divinylsulfon (DVS) vernetzt werden.
Die bekannten absorbierenden Schaummaterialien sind relativ teuer herzustellen und sind primär für medizinische Anwendungen, wie Systeme zur kontrollierten Freisetzung oder als künstliche Haut und Blutgefäße vorgesehen. Eine weitere mögliche Verwendung für die beschriebenen Schaummaterialien wird jedoch in wiederverwendbaren Windeln oder ähnlichem gesehen. Die hohen Herstellungskosten bedeuten jedoch, daß die bekannten Schaummaterialien in der Praxis nicht als absorbierende Artikel, die nur für Einzelgebrauch vorgesehen sind, betrachtet werden.
Aus diesen Gründen gibt es ein Verlangen nach einem verbesserten superabsorbierenden Material, basierend auf erneuerbaren Rohmaterialien. Folglich muß das Absorptionsvermögen von Polysaccharid-basierten Superabsorbern verbessert werden, um aus solchen Superabsorbern eine ebenbürtige Alternative in bezug auf Absorptionsfähigkeit im Vergleich zu den Superabsorbern, die gemeinhin heute verwendet werden, zu machen. Außerdem gibt es ein Bedürfnis nach einem wegwerfbaren absorbierenden Artikel, umfassend eine absorbierende Struktur mit einem superabsorbierenden Material, der unter Verwenden von preisgünstigen, einfach erhältlichen, erneuerbaren Ausgangsmaterialien hergestellt werden kann.
Die vorliegende Erfindung stellt eine absorbierende Struktur der in der Einleitung erwähnten Art und mit einem verbesserten Absorptionsvermögen im Vergleich zu solchen bisher bekannten absorbierenden Strukturen bereit.
Die erfindungsgemäße absorbierende Struktur unterscheidet sich hauptsächlich durch hochabsorbierendes Material, das durch Vernetzen und Trocknen einer flüssigen Lösung enthaltend ein Ausgangsmaterial in Form eines vernetzbaren Polysaccharid-basierten Polymers, worin das Ausgangsmaterial eine Mischung, umfassend ein elektrisch geladenes Polysaccharid-basiertes Polymer und ein elektrisch ungeladenes Polysaccharid-basiertes Polymer umfaßt, und worin das Ausgangsmaterial nach der Vernetzungsreaktion in Form eines flüssig aufgequollenen Hydrogels vorliegt, und worin das vernetzte flüssig aufgequollene Hydrogel durch Extraktion mit einem polaren Lösungsmittel getrocknet wurde, hergestellt wird.
Ein weiter Bereich von Lösungsmitteln kann für die Ausgangslösung, enthaltend das Polysaccharid-basierte Polymerausgangsmaterial verwendet werden. Die Lösung, enthaltend das Ausgangsmaterial ist jedoch bevorzugt eine wäßrige Lösung.
Überraschenderweise wurde gezeigt, daß durch Trocknen eines vernetzten Polysaccharids unter Verwenden eines polaren Lösungsmittels, wie Ethanol, Aceton oder Isopropanol, ein superabsorbierendes Material erhalten werden kann, das eine überlegene Saugfähigkeit im Vergleich mit einem Material derselben Zusammensetzung, das unter Verwenden eines anderen Verfahrens getrocknet wurde, zeigt. Die verbesserte Saugfähigkeit wird sowohl in einem höheren Absorptionsvermögen als auch in einer größeren Fähigkeit, die absorbierte Flüssigkeit zurückzuhalten, sogar wenn das Absorptionsmaterial Druck unterworfen wird, offensichtlich. Die Saugfähigkeit eines superabsorbierenden Materials, das unter Verwenden eines polaren Lösungsmittels getrocknet wurde, ist deutlich höher als diejenige eines entsprechenden superabsorbierenden Materials, das unter Verwenden jedes anderen Verfahrens getrocknet wurde, unabhängig davon ob die absorbierte Flüssigkeit Wasser oder eine salzhaltige Lösung, wie Harn, ist.
Wenn Rasterelektronen mikroskopische Aufnahmen von vernetzten superabsorbierenden Gelen der gleichen Zusammensetzung, die aber auf verschiedene Weisen getrocknet wurden, verglichen werden, ist es eindeutig offensichtlich, daß die Mikrostruktur der getrockneten Gele, oder Xero-Gele, deutliche Unterschiede in Abhängigkeit von dem Verfahren der Trocknung zeigt. Folglich zeigt ein luftgetrocknetes Gel eine dichte, kompakte Struktur, während ein Gel, das durch Lösungsmittelextraktion getrocknet wurde, eine Struktur mit einem hohen Grad von Mikroporosität zeigt. Vakuumtrocknung liefert eine Struktur, die einen gewissen Grad an Mikroporosität zeigt, und von der gesagt werden kann, daß sie eine Form zwischen der durch Lufttrocknen erhaltenen Struktur und der erfindungsgemäßen durch Lösungsmitteltrocknen erhaltenen Struktur darstellt.
Eine wahrscheinliche Erklärung für den vorteilhaften Effekt des Lösungsmitteltrocknens ist, daß ein häufig auftretendes Phänomen des Herstellens einer dichten, hornartigen, nicht absorbierenden Struktur vermieden wird. Dieses Phänomen ist dem Fachmann gut bekannt, obwohl seine exakten Mechanismen bisher nicht vollständig erklärt wurden. Der Effekt ist jedoch, daß das vernetzte Gel reduzierte Quellfähigkeit und daher reduziertes Absorptionsvermögen zeigt. Folglich zeigt ein Gel, das unter Verwenden eines polaren Lösungsmittels getrocknet wurde, eine offenere und flexiblere Struktur im Vergleich mit herkömmlich getrockneten Gelen, etwas das den Absorptionsvorgang auf positive Weise beeinflußt.
Das Lösungsmittel-getrocknete superabsorbierende Polymer liegt in Form eines mikroporösen Gels vor. Von den überragenden Absorptionseigenschaften, die durch das Gel gezeigt werden, wird angenommen, daß sie das Ergebnis von Flüssigkeit, die teilweise in dem Gel auf herkömmliche Weise gebunden ist und teilweise in den Mikrohohlräumen in dem Gel absorbiert ist, sind. Wenn das Gel Flüssigkeit absorbiert, quillt das Gell, wodurch die Größe der Mikrohohlräume ansteigt, und das Absorptionsvermögen des Gels gesteigert wird.
Das Ausgangsmaterial umfaßt eine Polymermischung, umfassend ein elektrisch geladenes Polysaccharid-basiertes Polymer und ein elektrisch ungeladenes Polysaccharid-basiertes Polymer. Das Verhältnis zwischen dem geladenen Polymer und dem ungeladenen Polymer ist bevorzugt zwischen ungefähr 2 : 1 und ungefähr 4 : 1 und am meisten bevorzugt ungefähr 3 : 1.
Ein durch die Erfindung geleisteter Hauptvorteil ist, daß Carboxymethylcellulose (CMC) als Ausgangsmaterial für die Herstellung eines superabsorbierenden Materials, das ein hohes Absorptionsvermögen und gute Flüssigkeitsrückhaltung zeigt, verwendet werden kann. Die Tatsache, daß CMC aus Holz hergestellt wird, das eine erneuerbare Materialquelle ist, und weiter, daß sie leicht erhältlich und vergleichsweise günstig bei den Kosten ist, macht CMC insbesondere geeignet zum Verwenden in wegwerfbaren absorbierenden Artikeln. Außerdem zeigt CMC exzellente Eigenschaften in bezug auf Bioabbaubarkeit und Kompostierbarkeit.
Es wurde jedoch herausgefunden, daß es nicht zweckmäßig ist, CMC als einziges Ausgangsmaterial für die Herstellung eines superabsorbierenden Materials zu verwenden, da CMC dazu tendiert, intramolekulare Vernetzungen anstelle von Vernetzungen zwischen verschiedenen Molekülen zu bilden. Ein absorbierendes Material mit besonders guten Eigenschaften kann daher mit einem Ausgangsmaterial, umfassend eine Mischung von CMC in Form ihres Natriumsalzes (CMCNa) und Hydroxyethylcellulose (HEC) erhalten werden. Ein geeignetes Verhältnis zwischen der Menge der CMCNa und HEC wurde daher als zwischen ungefähr 2 : 1 und ungefähr 4 : 1 und bevorzugt ungefähr 3 : 1 herausgefunden. Bei einer niedrigeren Konzentration von HEC zeigt das resultierende vernetzte Gel keine ausreichende Gelstärke. Hohe Konzentrationen von HEC sollten vermieden werden, da die Quellfähigkeit und folglich das Absorptionsvermögen unzureichend sein werden, wenn die HEC-Konzentration zu hoch ist.
Alternativ ist es möglich, Kombinationen von anderen geladenen und ungeladenen Polysacchariden zu verwenden. Einige weitere Beispiele von geeigneten geladenen Polysacchariden sind Carboxymethylstärke, oxidierte Stärke und oxidierte Cellulose. Geeignete ungeladene Polysaccharide schließen ein, sind aber nicht beschränkt auf: Ethylhydroxyethylcellulose (EHEC), Hydroxypropylcellulose (HPC) und Hydroxypropylstärke (HPS).
Es ist außerdem möglich, Pectin als Ausgangsmaterial zu verwenden.
Die Polymerlösung wird bevorzugt mit einem vernetzenden Mittel, das kovalente Vernetzungen liefert, vernetzt. Einige Beispiele von vernetzenden Mitteln dieser Art sind Divinylsulfon (DVS), Acetaldehyd, Formaldehyd, Glutaraldehyd, Diglycidylether, Diisocyanate, Dimethylharnstoff, Epichlorhydrin, Oxalsäure, Phosphorylchlorid, Trimetaphosphat, Trimethylomelamin, Polyacrolein. Natürlich ist es auch möglich, ionisches Vernetzen oder physikalisches Vernetzen, wie hydrophobe/hydrophile Wechselwirkungen oder ähnliche, zu verwenden.
Ein superabsorbierendes Material der oben beschriebenen Art kann einfach mit Fasern kombiniert werden, und kann folglich mit absorbierenden Fasern wie aufgeflauschtem Cellulosezellstoff, Kunstseide, Torfmoos, Baumwolle, Hanf, Flachs oder ähnliche unter Verwenden jedes herkömmlichen Verfahrens gemischt werden. Außerdem kann das hochabsorbierende Material mit nicht-absorbierenden Fasern wie Polyethylen, Polypropylen, Polyester, Nylon, Zweikomponentenfasern oder ähnlichen gemischt werden. Es ist natürlich möglich, verschiedene Arten von Fasern in einer absorbierenden fasrigen Struktur zu mischen, um eine optimale Kombination von Eigenschaften wie Saugfähigkeit, Flüssigkeitsrückhaltung, Formstabilität und Elastizität zu erreichen. Die fasrige Struktur kann z. B. durch Schmelzen von in der fasrigen Struktur umfaßten thermoplastischen Fasern oder durch Zugeben eines speziellen Bindemittels gebunden werden. Zusätzlich kann die fasrige Struktur weiterem Verarbeiten, wie Komprimieren, Nadeln, Weichmachen oder ähnlichem, unterworfen werden.
Das hochabsorbierende Material kann natürlich alternativ in eine Schicht in einem absorbierenden Körper, umfassend weitere Schichten von Fasern, nicht-gewebten Blättern, Tissue-Papier oder ähnlichen gelegt werden. Das hochabsorbierende Material kann eine selbsttragende Schicht sein oder kann auf oder innerhalb eines Substrats angewendet werden. Einige Beispiele von Materialien, die als Substrat dienen können, sind Tissue-Blätter, Schaummaterialien, nicht- gewebte Blätter, fasrige Gewebe, Strukturen mit Taschen, in denen das hochabsorbierende Material enthalten ist, oder ähnliche.

Kurze Beschreibung der Diagramme und Figuren:

Die Erfindung wird in größerem Detail im folgenden nur beispielhaft und mit Bezug auf die Diagramme und Figuren, die in den anhängenden Zeichnungen gezeigt sind, beschrieben, worin:
Diagramm 1 die Wasseraufnahmefähigkeit von luftgetrockneten Gelen, hergestellt mit unterschiedlichen Mengen von DVS zeigt;
Diagramm 2 die Wasseraufnahmefähigkeit von unter Verwendung verschiedener Verfahren getrockneten Gelen mit unterschiedlicher Zugabe von DVS zeigt;
Diagramm 3 die Wasseraufnahmefähigkeit für luftgetrocknete Gele mit unterschiedlichen Konzentrationen von HEC zeigt;
Diagramm 4 die Wasseraufnahmefähigkeit von unter Verwenden verschiedener Verfahren getrockneten Gelen mit unterschiedlichen Konzentrationen von HEC zeigt;
Diagramm 5 die Wasseraufnahmefähigkeit in synthetischem Harn (SUR) von unter Verwenden verschiedener Verfahren getrockneten Gelen mit unterschiedlichen DVS-Konzentrationen zeigt;
Diagramm 6 die Wasseraufnahmefähigkeit in synthetischem Harn von unter Verwenden verschiedener Verfahren getrockneten Gelen mit unterschiedlichen Verhältnissen in der Mischung von CMCNa/HEC zeigt;
Diagramm 7 die Rückhaltung von synthetischem Harz durch unter Verwenden verschiedener Verfahren getrockneten Gelen zeigt;
Diagramm 8 den Prozentsatz von Flüssigkeit, der bei Zentrifugation des unter Verwenden verschiedener Verfahren getrockneten Hydrogels, freigesetzt wird, zeigt; und
Diagramm 9 die Quellfähigkeit eines Pectin-basierten Absorptionsmaterials nach Trocknen mit verschiedenen Lösungsmitteln zeigt.
Zusätzlich:
Fig. 1 zeigt eine Windel mit einem Absorptionskörper umfassend Lösungsmittel-getrocknetes, hochabsorbierendes Material;
Fig. 2 zeigt einen Querschnitt entlang der Linie II-II durch die Windel in Fig. 1.

Beschreibung der Verfahren:

Gel-Herstellung

Die Hydrogele, die in den folgenden Beispielen verwendet wurden, wurden durch Vernetzen von Mischungen von CMCNa und HEC unter Verwenden von DVS als vernetzendes Mittel erhalten. Der Grund für das Wählen von DVS als vernetzendes Mittel ist, daß DVS ein verläßliches und reproduzierbares Vernetzungsergebnis bereitstellt. Daher ist DVS für die Herstellung von vernetzten Materialien zur Verwendung in Vergleichsarbeiten gut geeignet. Die Erfindung soll jedoch in keiner Weise als auf die Verwendung von DSV als vernetzendes Mittel beschränkt angesehen werden. Folglich und wie oben erwähnt, kann jedes geeignete vernetzende Mittel oder Vernetzungsverfahren verwendet werden.
Die Vernetzungsreaktion wurde in einer alkalischen wäßrigen Lösung mit 0,02 M Kaliumhydroxid (KOH) bei 20ºC durchgeführt. CMCNa und HEC wurden in destilliertem Wasser, das die gewünschte Menge an DVS enthielt, gelöst. Nach gründlichem Mischen über 24 Stunden wurde Kaliumhydroxid zugegeben, wodurch die vernetzende Reaktion gestartet wurde. Alle Reaktionen wurden mit einer Reaktionslösung mit einer Gesamtpolymerkonzentration gleich 2 Gew.-% durchgeführt.
Nach 24 Stunden wurde das vernetzte Hydrogel in destilliertem Wasser eingetaucht, um die Gleichgewichtswasserabsorption zu erreichen. Das das Hydrogel umgebende Wasser wurde mindestens dreimal erneuert. Jedes Mal wurde eine Menge an Wasser, entsprechend 5-mal dem Gewicht des Hydrogels, gemessen unmittelbar nach der Vernetzungsreaktion, verwendet. Die Eintauchprozedur wurde nach 36 bis 48 Stunden beendet.
Anschließend wurde das gequollene Hydrogel aus dem Wasser genommen und getrocknet.

Trocknungsverfahren

Drei verschiedene Verfahren der Trocknung wurden verwendet:
i) Lufttrocknen bei Atmosphärendruck
ii) Trocknen unter Vakuum
iii) Trocknen durch Extraktion mit einem polaren Lösungsmittel
Lufttrocknen bestand einfach aus Liegenlassen des gequollenen Hydrogels bei Raumbedingungen (25ºC und 50% relative Luftfeuchtigkeit), bis es vollständig trocken war.
Vakuumtrocknen wurde durch Legen des gequollenen Hydrogels in einem Behälter, der mit einer Vakuumpumpe verbunden war und bei einem Druck von 0,01 Torr gehalten wurde, durchgeführt.
Trocken durch Extraktion mit einem Lösungsmittel bestand aus Legen des wassergequollenen Hydrogels in das Lösungsmittel bei Raumtemperatur unter leichtem Mischen. Das Lösungsmittel wurde zweimal ersetzt, und die jedes mal verwendete Menge an Lösungsmittel entsprach ungefähr zweimal der des gequollenen Hydrogels. Der Grund, warum Aceton in allen Beispielen verwendet wurde, in denen die Gele mit DVS vernetzt waren, ist, daß Aceton im Gegensatz zu den Alkoholen nicht mit DVS reagiert. Wenn das Vernetzen jedoch auf eine alternative Weise, wie z. B. enzymatisch oder durch Bestrahlen durchgeführt wird, kann ein polares Lösungsmittel wie Ethanol oder Isopropanol verwendet werden.
Nach Trocknen wurden die durch Lufttrocknen und Vakuumtrocknen hergestellten getrockneten Gele in einer Labormühle gemahlen. Beim Lösungsmitteltrocknungsverfahren führte das Rühren dazu, daß das Gel in kleinere Teile brach, die direkt in den Beispielen 1 bis 3 verwendet wurden. Alle nachfolgenden Messungen wurden an getrocknetem Gel, das gemahlen oder in kleinere Stücke gebrochen wurde, durchgeführt.

Flüssigkeitsaufnahmevermögen

Das Flüssigkeitsaufnahmevermögen der superabsorbierendes Material enthaltenden fasrigen Strukturen wurde durch Absorbierenlassen von Flüssigkeit durch Testkörper, hergestellt aus aufgeflauschtem Cellulosezellstoff mit 20 Gew.-% eines vernetzten, getrockneten und gemahlenen Gels, gemäß einem üblicherweise als "Bedarfsbenetzbarkeit" bekanntem Prinzip gemessen. Die Messungen wurden mit einem GATS-ähnichen Apparat durchgeführt. Den Testkörpern wurde erlaubt, Flüssigkeit aus einem kommunizierenden Gefäß zu absorbieren. Die Menge an Flüssigkeit in dem Gefäß wurde kontinuierlich unter Verwenden von Skalen gemessen. Der Test wurde 2 Stunden fortgesetzt, wonach die Menge an Flüssigkeit, die durch den Testkörper absorbiert wurde, aufgezeichnet wurde. Durch Wissen des Wasseraufnahmevermögens des aufgeflauschten Cellulosezellstoffs konnte die Menge an Flüssigkeit, die durch das vernetzte Gelt absorbiert wurde, nachfolgend berechnet werden.
Jede Messung war der Mittelwert von zwei Aufzeichnungen, die mit identischen Testkörpern durchgeführt wurden.
Die Testflüssigkeit war synthetischer Harn, SUR. Die Zusammensetzung des SUR war 60 mmol/l KCl, 130 mmol/l NaCl, 3,5 mmol/l MgSO&sub4;, 2,0 mmol/l CaSO&sub4;·2H&sub2;O, 300 mmol/l Harnstoff, 1 g/l einer 0,1%igen Lösung von Triton X-100, das ein von Aldrich verkauftes Tensid ist.

Freie Quellfähigkeit

Die freie Quellfähigkeit wurde unter Verwenden von zwei verschiedenen Verfahren bestimmt. Folglich wurde in den Beispielen 1 bis 3 die Fähigkeit des Gels, Flüssigkeit zu absorbieren, gemäß einem ersten Verfahren durch Eintauchen eines Stücks des Gels in die Testflüssigkeit und dem Gel Erlauben, Flüssigkeit zu absorbieren bis es gesättigt ist, bestimmt. Das Gel wurde nachfolgend aus der Flüssigkeit entfernt und gewogen.
In Beispiel 4 wurde die freie Quellfähigkeit bei der Absorption gemäß einem zweiten Verfahren durch Einführen von 0,100 g ± 0,002 g vernetztem, getrocknetem Gel in ein Testrohr mit den Abmessungen 150 mm · 16 mm gemessen. Das Testrohr war mit einer Schraubkappe ausgestattet und hatte ein Volumen von 20 ml. Die Höhe der trockenen, ungequollenen Probe wurde mit einem Millimeterstab gemessen und aufgezeichnet. Danach wurden 15 ml synthetischer Harz (SUR) mit einer automatischen Pipette zugegeben.
Die Probe wurde 2 Stunden bis sich ein Gleichgewicht einstellte quellen gelassen, wonach die Höhe der Probe in dem Testrohr wieder gemessen und aufgezeichnet wurde.
Aus den so erhaltenen Messungen wurde die Änderung im Volumen/Gewicht gemäß:
worin:
A(T) = Absorptionsfähigkeit in g/cm³
h(s) = Höhe der gequollenen Probe in Millimeter
h(t) = Höhe der trockenen Probe in Millimeter
m(t) = Trockengewicht der Probe in Gramm
r = Radius des Testrohrs in Millimeter (0,72 mm)
berechnet.

Beschreibung der Beispiele

Beispiel 1

Die Wasseraufnahmefähigkeit wurde gemäß dem Freiquellverfahren für verschiedene Gele, die durch Vernetzen einer wäßrigen Lösung enthaltend 2 Gew.-% einer Mischung von CMCNa und HEC, worin das Verhältnis CMCNa : HEC = 3 : 1, und mit verschiedenen Mengen eines vernetzenden Mittels, Divinylsulfon (DVS), erhalten wurden, gemessen.
Wie aus Diagramm 1 zu sehen ist, nimmt die Quellfähigkeit für ein unter Raumbedingungen (25ºC, atmosphärischer Druck und 50% relative Luftfeuchtigkeit) getrocknetes Gel mit steigenden Gehalt an DVS ab. Der Grund dafür ist, daß ein höherer Grad der Vernetzung die Beständigkeit gegenüber Quellen des Gels steigert. Bei einem DVS-Gehalt unter dem niedrigsten in Diagramm 1 angegebenen Gehalt von 0,04 mol/l ist die Gelstärke des resultierenden Gels nicht ausreichend hoch, damit das Gel in der Praxis nützlich ist.
Diagramm 2 zeigt wie verschiedene Trocknungsmethoden die Wasseraufnahmefähigkeit für die in Diagramm 1 angegebenen Xero-Gele beeinflußt. Wie aus Diagramm 2 eindeutig offensichtlich, hat das Gel, das durch Extraktion mit Aceton getrocknet wurde, eine höhere Wasseraufnahmefähigkeit als die entsprechenden luftgetrockneten und vakuumgetrockneten Gele. Diese Behauptung ist unabhängig vom DVS-Gehalt richtig.

Beispiel 2

Die Wasseraufnahmefähigkeit wurde für verschiedene Gele, die durch Vernetzen und Trocknen einer CMCNa/HEC-Mischung in einer wäßrigen Lösung enthaltend 2 Gew.-% der CMCNa/HEC- Mischung und mit 0,04 mol/l DVS als Vernetzungsmittel und weiter bei verschiedenen Mischverhältnissen für CMCNa : HEC erhalten wurden, gemessen.
Diagramm 3 zeigt, wie die Wasseraufnahmefähigkeit für luftgetrocknete Xero-Gele mit steigendem Gehalt von HEC abnimmt. Die Abnahme in der Wasseraufnahmefähigkeit ist teilweise bedingt durch die Tatsache, daß die Beständigkeit gegenüber Quellen des Gels bei einem höheren Vernetzungsgrad größer ist. Durch Mischen von CMCNa mit HEC ist es möglich, die Gelstärke des vernetzten Gels zu erhöhen, da HEC einen positiven Effekt auf die Bildung von intermolekularen Vernetzungen hat. Wenn der HEC-Gehalt unter 0,25 ist, ist die Gelstärke des vernetzten Gels für die meisten praktischen Anwendungen zu niedrig.
Eine weitere Erklärung der Reduktion in der Flüssigkeitsaufnahmefähigkeit mit steigendem HEC-Gehalt kann sein, daß die Menge an fixierten ionischen Ladungen, die an den makromolekularen Ketten vorkommen, abnimmt, wenn der HEC- Gehalt ansteigt.
Die in Diagramm 4 gezeigten Kurven weisen darauf hin, daß Trocknen durch Extraktion mit Aceton eine signifikant verbesserte Flüssigkeitsaufnahmefähigkeit liefert, so lange wie der HEC-Gehalt ungefähr 50% der Polymermischung nicht übersteigt.

Beispiel 3

Die Flüssigkeitsaufnahmefähigkeit für unter Verwenden verschiedener Verfahren getrocknete Hydrogele wurde verglichen, wenn die absorbierte Flüssigkeit eine Lösung von Natriumchlorid in Wasser war. Die Ionenstärke der Lösung war 0,15 mol/l.
Es ist klar aus Diagramm 5, daß Aceton-getrocknetes Hydrogel eine deutlich höhere Aufnahmefähigkeit oder Quellfähigkeit hat als Hydrogel, das unter Vakuum oder mit Luft getrocknet wurde. Die verbesserte Flüssigkeitsaufnahmefähigkeit für Aceton-getrocknetes Hydrogel bleibt, wie aus Diagramm 5 ersichtlich, selbst wenn die DVS-Konzentration geändert wird.
Aus Diagramm 6 kann abgeleitet werden, daß Aceton- getrocknetes Hydrogel unabhängig von dem Verhältnis zwischen der Menge an CMCNa und der Menge an HEC eine höhere Flüssigkeitsaufnahmefähigkeit in synthetischem Harn im Vergleich zu luftgetrockneten oder vakuumgetrockneten Hydrogel hat.
In den in Diagrammen 7 und 8 angegebenen Tests wurde synthetischer Harn (SUR) anstelle der in Diagrammen 5 und 6 verwendeten NaCl-Lösung verwendet.
Aus Diagramm 7 ist offensichtlich, daß das Flüssigkeitsrückhaltevermögen des Aceton-getrockneten Hydrogels höher ist als bei den Gelen, die auf andere Weise getrocknet wurden. Folglich ist die Fähigkeit, Flüssigkeit nach Zentrifugation des Hydrogels zurückzuhalten, für das Aceton-getrocknete Gel höher als für Hydrogele, die in Luft oder unter Vakuum getrocknet wurden, sowohl in absoluten Zahlen als im Verhältnis zu der Flüssigkeitsaufnahmefähigkeit des Gels beim freien Quellen.
In Diagramm 8 ist gezeigt, daß der Anteil des synthetischen Harns, der durch Zentrifugation eines Gels extrahiert wird, dem erlaubt wurde, in synthetischen Harn frei zu quellen, für Aceton-getrocknetes Gel am kleinsten und für luftgetrocknetes Gel fast dreimal größer ist.

Beispiel 4

In Diagramm 9 ist gezeigt, wie Trocknen mit verschiedenen Lösungsmitteln, die freie Quellfähigkeit eines vernetzten Gels, basierend auf Pectin beeinflußt, und wie das Verhältnis zwischen Gel und dem Lösungsmittel in der Mischung die Quellfähigkeit des getrockneten Gels beeinflußt. Das Gel wurde mit einem Mittel, das mit Alkoholen nicht reagieren konnte, vernetzt, was bedeutet daß, wenn Lösungsmittel wie Ethanol und Isopropanol verwendet werden, keine Reaktion zwischen den Alkoholen und dem Vernetzungsmittel stattfand.
Die Quellfähigkeit für ein luftgetrocknetes, Pectin-basiertes Gel wird als eine Referenz gezeigt. Die Messungen wurden durch freies Quellenlassen der Probe in einem Testrohr, wie in dem zweiten der freien Quellverfahren beschrieben, durchgeführt.
Wie aus Diagramm 9 offensichtlich ist, ist die Quellfähigkeit bei einem Gel, das unter Verwenden von Isopropanol getrocknet wurde, besser als bei einem Gel, das unter Verwenden von Ethanol oder Aceton getrocknet wurde. Alle Lösungsmittelgetrockneten Gele zeigen eine höhere Quellfähigkeit als ein luftgetrocknetes Gel.
Aus Diagramm 9 kann weiter gesehen werden, daß das Verhältnis zwischen der Menge an Gel und der Menge an Lösungsmittel, das in dem Trocknungsprozeß verwendet wird, wichtig für die Quellfähigkeit des Gels ist. Daher ist die Quellfähigkeit größer für diejenigen Gele, in denen eine größere Menge an Lösungsmittel verwendet wurde, da durch Verwenden einer großen Menge an Lösungsmittel in dem Trocknungsprozeß das Wasser vollständiger aus dem Gel extrahiert werden kann.

Beispiel 5

Die Absorptionsfähigkeit für zwei Proben, bezeichnet als "Probe A" und "Probe B", wurde mit der "Flüssigkeitsaufnahmefähigkeits"-Methode gemessen. Die in beiden Proben verwendeten Xero-Gele wurden auf die gleiche Weise mit einem CMCNa/HEC-Verhältnis von 3 : 1 und bei einer DVS-Konzentration von 0,04 mol/l hergestellt. Die Gele wurden unter Verwenden von Aceton getrocknet.
Als Referenz wurde die Absorptionsfähigkeit für zwei üblicherweise verwendete Polyacrylat-basierte Superabsorber unter Verwenden derselben Methode gemessen. Die Superabsorber waren SANWET IM5000 und IM7100 von der Hoechst AG in Frankfurt, Deutschland.
Tabelle 1 zeigt die in Gramm/Gramm superabsorbierendes Material (SAM) gemessene Menge an Flüssigkeit, die durch die verschiedenen superabsorbierenden Materialien absorbiert wurde.

Tabelle l

SAM Absorptionsfähigkeit [g/g]

Probe A 18,09
Probe B 22,18
IM5000 30,58
IM7100 28,35
Die Ergebnisse, die erhalten wurden, zeigen, daß ein erfindungsgemäßen Aceton-getrocknetes superabsorbierendes Material auf einem Niveau, das fast gleich ist mit der Leistungsfähigkeit von Polycarylat-basierten superabsorbierenden Materialien, abschneidet.

Beschreibung der Figuren:

Die in Fig. 1 und 2 gezeigte Windel 1 schließt eine flüssigkeitsdurchlässige Deckblatt 2 und eine flüssigkeitsundurchlässige Deckblatt 3 ein, die zusammen einen Absorptionskörper 4 umschließen. In Fig. 1 ist die Windel 1 von der Seite gezeigt, die während der Verwendung dazu vorgesehen ist, dem Körper des Benutzers zugewendet zu sein, d. h. mit der flüssigkeitsdurchlässigen Deckblatt 2, dem Betrachter von Fig. 1 zugewendet.
Die Windel 1 hat eine im allgemeinen verlängerte Form mit breiteren Vorder- und Rückteilen 5, 6 und einem engeren Schritteil 7. Der Vorderteil 5 ist der Teil der Windel, der dazu vorgesehen ist, in Richtung der Vorderseite des Benutzers angewendet zu werden, wenn die Windel verwendet wird, und der Rückteil 6 ist der Teil der Windel, der an der Rückseite des Verwenders angebracht wird. Zusätzlich hat die Windel 1 zwei sich longitudinal erstreckende einwärts gekurvte Seitenränder 8, 9, einen Vorderrand 10 und einen Hinterrand 11.
Die Windel 1 ist von der Art, die, wenn sie verwendet wird, zusammengeschlossen wird, wobei der untere Teil des Körpers des Benutzers in einer hosenähnlichen Weise eingeschlossen wird. Zu diesem Zweck ist ein Klebestreifen 12, 13 an jedem Seitenrand 8, 9, und sich von diesem weg erstreckend, in der Nähe des Rückrandes 11 der Windel angeordnet. Die Klebestreifen 12, 13 sind so konstruiert, daß sie mit einem Aufnahmebereich 14, der auf der flüssigkeitsundurchlässigen Deckschicht 3 auf dem Vorderteil 5 der Windel 1 angeordnet ist, zusammenwirken. Bevorzugt umfaßt der Aufnahmebereich 14 eine Art von Verstärkung, wie z. B. eine zusätzliche Plastikschicht oder eine Beschichtung, die auf die flüssigkeitsundurchlässige Deckschicht 3 aufgebraucht ist. Natürlich können alternative Arten von Windelbefestigungsmittel verwendet werden, wie Knöpfe und Knopflöcher, Haken und Ösen, Druckknöpfe, Haken und Schlaufenverschlüsse oder ähnliche.
Außerdem ist die Windel 1 mit sich longitudinal erstreckenden elastischen Elementen 15, 16, die mit Vorspannung entlang den Seitenrändern 8 und 9 angeordnet sind, ausgestattet. Die elastischen Elemente 15, 16 formen die Windel 1 und dienen als Beingummibänder, während dem Verwenden. Das bedeutet, daß die elastischen Elemente 15,16 während dem Verwenden die Seitenränder 8, 9 der Windel in Kontakt mit dem Beinen des Benutzers halten, und die Bildung von Spalten zwischen der Windel und dem Körper des Benutzers verhindern, diese Spalten könnten sonst dazu führen, daß Flüssigkeit aus der Windel ausläuft.
In einer entsprechenden Weise sind elastische Elemente 17, 18 entlang dem Vorderrand 10 bzw. Rückrand 11 angeordnet, um elastische Dichtungen entlang der Taille des Benutzers zu bilden.
Der Absorptionskörper 4 der Windel besteht in der gezeigten Ausführungsform, und wird am besten in Fig. 2 gesehen, aus einer porösen Flüssigkeitssammelschicht 20, die unmittelbar innerhalb der flüssigkeitsdurchlässigen Deckblatts 2 angeordnet ist, einer Absorptionsschicht 22, und einer Saugschicht 24.
Die Flüssigkeitssammelschicht 20 besteht bevorzugt aus einem fasrigen Gewebe oder einem vergleichsweise dicken, voluminösen, nicht-gewebten Material, das eine hohe Widerstandsfähigkeit sowohl im nassen als auch im trockenen Zustand zeigt. Auf diese Weise wird eine schnelle Aufnahme der Flüssigkeit durch die Absorptionsschicht 22 auf der Innenseite der Sammelschicht 20 sichergestellt, und zur gleichen Zeit dient die Sammelschicht 20 als ein Abstandshalter und hält Körperflüssigkeit, die bereits absorbiert wurde, von der Haut des Benutzers fern. Bevorzugte Materialien zur Verwendung in einer Flüssigkeitssammelschicht umfassen Fasern, die beim Benetzen nicht kollabieren. Einige Beispiele solcher Fasern sind versteifte Cellulosefasern und synthetische Fasern, wie Polyethylenfasern, Polypropylenfasern, Polyesterfasern oder ähnliche.
Die Absorptionsschicht 22 besteht aus einer erfindungsgemäßen absorbierenden Struktur. Folglich umfaßt die Absorptionsschicht 22 hochabsorbierendes Material, hergestellt durch Trocknen eines quervernetzten Polysaccharid-basierten Gels mit einem polaren Lösungsmittel, z. B. Isopropanol, Ethanol oder Aceton. Das hochabsorbierende Material liegt in Form von Teilchen, die mit Fasern gemischt sind, vor. Ein bevorzugtes fasriges Material ist aufgeflauschter Cellulosezellstoff, hergestellt gemäß einem chemischen oder chemi-thermo-mechanischen Verfahren. Um die Integrität der Absorptionsschicht 22 zu verstärken, kann sie zusätzlich längere Fasern, die z. B. aus Kunstseide, Polypropylen, Flachs oder ähnlichem und/oder thermoplastischen Bindefasern oder Teilchen hergestellt sind. Die absorbierende Struktur in der Absorptionsschicht 22 kann weiter mit einem Lösungsmittel-basierten Bindemittel, durch Nadeln, Kalandrieren oder auf andere Weise gebunden sein.
Eine Saugschicht 24 ist zwischen dem flüssigkeitsundurchlässigen Deckblatt 3 und der Absorptionsschicht 22 angeordnet. Die Saugschicht 24 ist bevorzugt eine stark komprimierte hydrophile fasrige Lage mit dünnen Kapillaren. Ein Material, das sich als besonders geeignet für diesen Zweck herausgestellt hat, ist in WO 94/10953 und WO 94/10956 offenbart. Ein Material dieser Art liegt in Form von trockenen defibrierten fasrigen Schichten mit hoher Dichte vor. Die fasrigen Schichten werden direkt ohne vorangehende Defibrierung in einem absorbierenden Artikel verwendet. Das fasrige Material zeigt sehr gutes Absorptionsvermögen und Saugfähigkeit.
Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebene Ausführungsform beschränkt. Daher ist es nicht notwendig, daß der Absorptionskörper in einem erfindungsgemäßen absorbierenden Artikel all die Schichten, die oben beschrieben wurden, umfaßt. Z. B. sind absorbierende Artikel, worin der gesamte absorbierende Körper aus einer erfindungsgemäßen absorbierenden Struktur besteht, vorstellbar. Außerdem ist es möglich, absorbierende Körper, umfassend zusätzliche oder vollständig unterschiedliche Bestandteile zu verwenden. Einige Beispiele solcher Bestandteile sind Formelemente, nicht-gewebte Schichten, Tissue-Schichten, Schaum in Schichtenform oder als dreidimensional geformte Körper, geruchs- und bakterienhemmende Mittel oder ähnliche.
Das hochabsorbierende Material kann, wie in dem beschriebenen Beispiel, mit aufgeflauschtem Cellulosezellstoff oder anderen Fasern oder Fasermischungen gemischt sein. Alternativ oder in Kombination mit so einer beschriebenen absorbierenden Struktur kann das hochabsorbierende Material in einem absorbierenden Artikel in Form einer Schicht angeordnet sein. Das absorbierende Material kann dann entweder verbunden mit oder in einem Substrat, wie einem nicht-gewebten Material, einer Tissue-Schicht oder lose zwischen zwei anderen Schichten in der absorbierenden Struktur oder in speziellen Taschen oder Behältern in der Struktur sein.
Zusätzlich kann die absorbierende Struktur aus einem Laminat von zwei oder mehreren nicht-gewebten Schichten oder Tissue- Schichten mit hochabsorbierenden Material angeordnet zwischen den Schichten bestehen. Ein Weg sicherzustellen, daß das hochabsorbierende Material in so einem Laminat bleibt, ist es, die Schichten zusammen in einem Bindemuster zu verbinden. Es ist auch möglich, die Lagen mechanisch zu deformieren, z. B. durch Prägen, so daß das hochabsorbierende Material zwischen den Schichten eingeschlossen ist.
Ein weiteres vorteilhaftes Merkmal einer erfindungsgemäßen absorbierenden Struktur ist, daß sie ein erstaunlich hohes Saugvermögen unter Beladung (AUL) zeigt. Folglich kann die AUL für eine absorbierende Struktur, umfassend ein Polysaccharid-basiertes superabsorbierendes Material, das unter Verwenden eines polaren Lösungsmittels getrocknet wurde, mit der AUL von IM5000 und anderen Polyacrylat- basierten herkömmlichen Superabsorbern verglichen werden. Vorher bekannte Polysaccharid-basierte superabsorbierende Materialien haben eine deutlich niedrigere AUL gezeigt, im Bereich von ungefähr der Hälfte der Menge an Flüssigkeit, die durch IM5000 oder einen erfindungsgemäßen Superabsorber absorbiert wird.
Die Erfindung soll nicht als beschränkt auf die Beispiele, die hier beschrieben wurden, angesehen werden. Stattdessen sind eine Anzahl weiterer Ausführungsformen innerhalb dem Umfang der angehängten Ansprüche vorstellbar.

Claims

1. Absorbierende Struktur umfassend ein Polysaccharid- basiertes hochsaugfähiges Material, wobei das hochsaugfähige Material hergestellt ist durch Quervernetzen und Trocknen einer flüssigen Lösung enthaltend ein Ausgangsmaterial in Form eines quervernetzbaren Polysaccharid-basierten Polymers, dadurch gekennzeichnet, daß das hochsaugfähige Material hergestellt ist aus einer Polymermischung umfassend ein elektrisch geladenes Polysaccharid-basiertes Polymer und ein elektrisch ungeladenes Polysaccharid-basiertes Polymer, und dadurch, daß das Ausgangsmaterial nach der Quervernetzungsreaktion in Form eines flüssig aufgequollenen Gels vorliegt, und dadurch, daß das quervernetzte flüssig aufgequollene Gel durch Extraktion mit einem polaren Lösungsmittel getrocknet wurde.

2. Absorbierende Struktur gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gel mit Ethanol, Aceton oder Isopropanol getrocknet wurde.

3. Absorbierende Struktur gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen denn geladenen Polymer und dem ungeladenen Polymer zwischen ungefähr 2 : 1 und ungefähr 4 : 1 und bevorzugt ungefähr 3 : 1 ist.

4. Absorbierende Struktur gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsmaterial eine Mischung von Carboxymethylcellulose (CMC) und Hydroxyethylcellulose (HEC) ist.

5. Absorbierende Struktur gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsmaterial Pectin umfaßt.

6. Absorbierende Struktur gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es ein dreidimensionales Fasernetzwerk umfaßt, wobei das hochsaugfähige Material im wesentlichen gleichmäßig in dem Fasernetzwerk verteilt ist.

7. Absorbierende Struktur gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das hochsaugfähige Material in einer Schicht in der absorbierenden Struktur angeordnet ist.

8. Absorbierender Artikel, wie eine Windel, ein Inkontinenzschutz oder eine Damenbinde, umfassend einen absorbierenden Körper eingeschlossen in einer Hülle, die zumindest teilweise flüssigkeitsdurchlässig ist, dadurch gekennzeichnet, daß der absorbierende Körper eine absorbierende Struktur umfaßt, die ein hochsaugfähiges Absorptionsmaterial einschließt, das hergestellt wurde aus einer quervernetzbaren Polymermischung, umfassend ein elektrisch geladenes Polysaccharid-basiertes Polymer und ein elektrisch ungeladenes Polysaccharid-basiertes Polymer, und durch Quervernetzen und Trocknen einer flüssigen Lösung enthaltend die Polymermischung, wobei die Polymermischung nach dem Quervernetzen in Form eines flüssig aufgequollenen Gels vorliegt, und dadurch, daß das quervernetzte flüssig aufgequollene Gel durch Extraktion mit einem polaren Lösungsmittel getrocknet wurde.