DE69827416T2

DE69827416T2 - Absorbierende strukturen mit flüssigkeitsspeichern mit verbesserter fähigkeit, verteilerelemente zu entwässern

Info

Publication number: DE69827416T2
Application number: DE69827416T
Authority: DE
Inventors: Gianfranco Palumbo; Mattias Schmidt; Alfed Gerald YOUNG; Allen Thomas DESMARAIS
Original assignee: Procter and Gamble Co
Current assignee: Procter and Gamble Co
Priority date: 1998-03-13
Filing date: 1998-03-13
Publication date: 2005-10-20
Anticipated expiration: 2018-03-14
Also published as: IL138231A0; CA2322457A1; CZ20013199A3; KR20010041748A; BR9815729A; JP2002505912A; CN1292670A; CO5090862A1; PE20000527A1; ATE281136T1; HUP0102559A3; EP1061878A1; AU6556298A; TR200002636T2; DE69827416D1; MXPA00008954A; ZA991993B; US6551295B1; EP1061878B1; HUP0102559A2

Description

Allgemeines Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf absorbierende Artikel, welche primär so ausgebildet sind, dass sie Körperausscheidungen, wie Urin, annehmen und zurückhalten. Solche Artikel sind wegwerfbare Hygieneartikel, wie Babywindeln, Übungshöschen, Erwachsenen-Inkontinenzartikel und dergleichen.
Hintergrund/Stand der Technik
Absorbierende Artikel zum Aufnehmen und Zurückhalten von Körperausscheidungen, wie Urin und Stuhl, wie beispielsweise Einwegwindeln, Übungshöschen, Erwachsenen-Inkontinenzartikel, sind im Stand der Technik allgemein bekannt, und es wurden erhebliche Anstrengungen unternommen, ihre Leistungsfähigkeit zu verbessern. Die Fähigkeit, besser arbeitende absorbierende Artikel, wie Windeln, bereit zu stellen, ging einher mit der Fähigkeit, relativ dünne absorbierende Kerne oder Strukturen zu entwickeln, die große Mengen von ausgeschiedenen Körperfluiden, insbesondere Urin, annehmen und speichern können.
In dieser Hinsicht wurde die Verwendung bestimmter absorbierender Polymere, die häufig als "Hydrogele", "Superabsorbenzien" oder "hydrokolloides" bzw. "Hydrogel bildendes" Material bezeichnet werden, besonders wichtig. Siehe zum Beispiel US Patent 3,699,103 (Harper et al.), veröffentlicht am 13. Juni 1972 und US Patent 3,770,731 (Harmon), veröffentlicht am 20. Juni 1972, welche die Verwendung solcher absorbierender Polymere (nachfolgend "Hydrogel bildende absorbierende Polymere") in absorbierenden Artikeln offenbaren. Tatsächlich war die Entwicklung dünnerer Windeln die direkte Folge dünner absorbierender Kerne, die den Vorteil der Fähigkeit dieser Hydrogel bildenden absorbierenden Polymere, große Mengen ausgeschiedener Körperfluide zu absorbieren, typischerweise dann, wenn die in Kombination mit einer faserigen Matrix verwendet werden, für sich in Anspruch nahmen. Siehe zum Beispiel US Patent 4,673,402 (Weisman et al.), veröffentlicht am 16. Juni 1987, und US Patent 4,935,022 (Lash et al.), veröffentlicht am 19. Juni 1990, welche doppelschichtige Kernstrukturen mit einer faserigen Matrix und Hydrogel bildenden absorbierenden Polymeren offenbaren, die beim Herstellen dünner, kompakter, nicht voluminöser Windeln nützlich sind. Siehe auch US Patent 5,562,646 (Goldman et al.), veröffentlicht am 08. Oktober 1996, und US Patent 5,599,335 (Goldman et al.), veröffentlicht am 04. Februar 1997, die beide sich auf absorbierende Kerne beziehen, welche Regionen mit hohen Konzentrationen eines Hydrogel bildenden Polymers umfassen, wobei das Polymer beim Quellen eine kontinuierliche Gelzone zum Fluidtransport bildet.
Zusätzlich oder alternativ zur Verwendung von Hydrogel bildenden absorbierenden Polymeren als die primäre Komponente in Speicherstrukturen eines absorbierenden Artikels wurde die Verwendung polymerer Schaummaterialien, die aus Wasser-in-Öl-Emulsionen hoher innerer Phase ("HIPEs") hergeleitet werden, ermittelt. Siehe zum Beispiel US Patent 5,260,345 (DesMarais et al.), veröffentlicht am 09. November 1993, US Patent 5,387,207 (Dyer et al.), veröffentlicht am 07. Februar 1995 und US Patent 5,560,222 (DesMarais et al.), veröffentlicht am 22. Juli 1997.
Auch die Anwendung solcher Materialien in absorbierenden Strukturen und absorbierenden Artikeln, die auf die Speicherung der Fluide innerhalb der Struktur gerichtet sind und häufig Komfortaspekte, wie Dünnheit der Struktur betreffen, wie dies offenbart ist in US Patent 4,610,678 unter der Bezeichnung "High-Density Absorbent Structures", veröffentlich für Weisman et al. am 09. September 1986; US Patent 4,673,402 unter der Bezeichnung "Absorbent Articles With Dual-Layered Cores", veröffentlicht für Weisman et al. am 16. Juni 1987; US Patent 4,888,231 unter der Bezeichnung "Absorbent Core Having A Dusting Layer", veröffentlicht für Angstadt am 19. Dezember 1989; EP-A-0 640 330 von Bewick-Sonntag et al.; US 5,180,622 (Berg et al.); US 5,102,597 (Roe et al.); US 5,387,207 (LaVon); EP-A-774 242 oder EP-A-0 797 968 und EP-A-0 810 078.
Eine weitere Offenbarung gibt es von Strukturen mit geringer Kapazität in den Regionen zwischen den Beinen des Trägers, wie in der PCT-Anmeldung US 97/05046, eingereicht am 27 März 1997, die sich auf die Bewegung eines Fluids durch bestimmte Regionen des Artikels bezieht, die Materialien mit guten Annahme- und Verteilungseigenschaften aufweisen, zu anderen Regionen, die Materialien mit spezifischen Fluidspeicherfähigkeiten aufweisen. Die WO 97/34559 offenbart absorbierende Komponenten mit einer Fähigkeit einer anhaltenden Annahmerate beim Absorbieren mehrerer Ausscheidungen wasserhaltiger Körperfluide, obwohl diese Komponenten eine relativ schnelle Flüssigkeitsannahme und gute Rücknässungseigenschaften ermöglichen, kann der Ausgleich der Fluidhandhabungseigenschaften zwischen unterschiedlichen Schichten oder Regionen dieser Komponenten noch optimiert werden.
Aufgaben der Erfindung
Während solche Materialien mit Kapillartransportmechanismen ausgebildet wurden, die, wie wir uns erinnern, darauf abzielen, Materialien mit kleineren Kapillaren und/oder erhöhter Hydrophilizität näher an das ultimative Speichermaterial zu positionieren und Materialien mit größeren Poren und weniger Hydrophilizität näher an der Ladezone zu positionieren, wurde nicht erkannt, dass Annahme/Verteilungs-Materialien die Tendenz haben, nicht nur das Fluid zu transportieren, sondern die Flüssigkeit auch zurückzuhalten, was unter speziellen Bedingungen zu unerwünschten Effekten führen kann, wie beispielsweise zu Rücknässung oder zu einer reduzierten Fluidannahme- und/oder Verteilungsleistung, was besonders für Annahme/Verteilungsmaterialien gilt, die ausgebildet sind, Annahme- und Verteilungseigenschaften auszugleichen.
Demgemäß ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine absorbierende Struktur zu schaffen, welche einen verbesserten Ausgleich der Fluidhandhabungseigenschaften aufweist, derart, dass gut arbeitende Annahme/Verteilungsmaterialien oder -elemente effizient durch die Speichermaterialien oder -elemente entwässert werden können.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, dies durch Fluidspeichermaterialien oder -elemente zu erreichen, die hohe Flüssigkeitsansaugfähigkeit haben.
Es ist noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein absorbierendes Speichermaterial oder -element zu schaffen, das eine hohe kapillare Saugkapazität aufweist, wobei das absorbierende Speichermaterial oder -element ein Hydrogel bildendes absorbierendes Polymer umfasst.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, Kombinationen geeigneter Materialien für solche absorbierenden Strukturen unter Anwendung des Kapsorptionstestes auszuwählen, wie er nachfolgend dargelegt wird.
Zusammenfassung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf absorbierende Strukturen für die Verwendung in absorbierenden Artikeln, mit einer ersten Region für die Annahme/Verteilung eines Fluids und einer zweiten Region zur Speicherung eines Fluids. Die erste Region umfasst Materialien, welche einen relativ hohen kapillaren Desorptionsdruck haben können, während die zweite Region Materialien oder Elemente umfasst, die einen ausreichend hohen kapillaren Absorptionsdruck zeigen, um so noch effizient die erste Region zu drainieren.
Die Erfindung zielt darauf ab, die Absorptionsfähigkeiten des absorbierenden Speicherelements in Kombination mit den Desorptionsfähigkeiten des Annahme/Verteilungselements derart zu definieren, dass die Annahme/Verteilungs-Elemente noch wirksam und effizient von dem absorbierenden Speicherelement entwässert werden, wobei die Fluidannahme/Verteilungs-Materialien noch gute Flu idverteilungseigenschaften zeigen und somit vergleichsweise hohe Kapillardrucke haben.
In einem Aspekt umfasst die vorliegende Erfindung eine absorbierende Struktur mit einer ersten Region und einer zweiten Region in einer Flüssigkeitskommunikation mit der ersten Region, wobei die erste Region ein Material mit einer kapillaren Sorptions/Desorptionshöhe aufweist, die einer Kapazität von 90% der maximalen Kapazität bei 0 cm Höhe (SCDH 90) von mehr als 40 cm entspricht, und die zweite Region ein Material aufweist, welches wenigstens eine der folgenden Anforderungen erfüllt:

(a) eine kapillare Sorptions-Absorptionskapazität bei 35 cm (CSAC 35) von wenigstens 15 g/g in dem Kapsorptionstest; und/oder
(b) eine kapillare Sorptions-Absorptionskapazität bei 0 cm (CSAC 0) von wenigstens 15 g/g in dem Kapsorptionstest und eine kapillare Sorptions-Absorptions-Effizienz bei 40 cm (CSAE 40) von wenigstens 55%; und/oder
(c) ein kapillare Sorptions-Absorptionshöhe bei 50% seiner Kapazität bei 0 cm Absorptionshöhe (CSAH 50) von wenigstens 35 cm im Kapsorptionstest.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die zweite Region ein Material mit einer CSAC bei 40 cm (CSAC 40) von wenigstens 20 g/g oder alternativ von wenigstens 15 g/g bei der tatsächlichen CSDH 90 des ersten Materials.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die zweite Region ein Material mit einer CSAC 0 von wenigstens 20 g/g, vorzugsweise mehr als 25 g/g und noch bevorzugter wenigstens 35 g/g, wenn ein CSAE 40 von wenigstens 50% vorliegt.
Alternativ kann die zweite Region Material mit CASC 0 von wenigstens 15 g/g und einer CSAE von wenigstens 55% bei der tatsächlichen CSDH 90 des ersten Materials haben.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die zweite Region ein Material mit einer CSAC 0 von wenigstens 15 g/g und einer CSAE 40 von wenigstens 65%.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die zweite Region ein Material mit einer kapillaren Sorptions-Absorptionshöhe bei 50% seiner Kapazität bei 0 cm Absorptionshöhe (CSAH 50) von wenigstens 45 cm, vorzugsweise wenigstens 60 cm und noch bevorzugter wenigstens 80 cm.
In einem weiteren alternativen Aspekt umfasst die erste Region ein Material mit einer CSDH 90 von mehr als 100 cm und umfasst die zweite Region ein Material, welches wenigstens eine der folgenden Anforderungen erfüllt:

(a) eine CSAC 100 von wenigstens 5 g/g;
(b) eine CSAC 0 von wenigstens 15 g/g und eine CSAE 100 von wenigstens 25%;
(c) eine CSAH 50 von wenigstens 35 cm.

In einer bevorzugten Ausführungsform dieses Aspekts umfasst die zweite Region ein Material mit einer CSAC 0 von wenigstens 20 g/g, vorzugsweise wenigstens 25 g/g und sogar ganz bevorzugt wenigstens 35 g/g, wobei die CSAE {60 cm} wenigstens 50% beträgt.
In einem alternativen Aspekt dieser Ausführungsform umfasst die zweite Region Material mit einer CSAC 0 von wenigstens 15 g/g und einer CSAE bei der tatsächlichen CSDH 90 des ersten Materials von wenigstens 50%.
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst die zweite Region ein Material mit einer CSAH 50 von wenigstens 45 cm, vorzugsweise von wenigstens 60 cm und ganz bevorzugt von wenigstens 80 cm.
In noch einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst die absorbierende Struktur eine erste Region und eine zweite Region, in welcher die erste Region ein Material umfasst, mit einer CSDH 80 von mehr als 35 cm, und die zweite Region ein Material umfasst, welche wenigstens eine der folgenden Anforderungen erfüllt:

(a) eine Absorptionskapazität von wenigstens 15 g/g bei 35 cm im Kapsorptionstest; und/oder
(b) eine Absorptionskapazität von wenigstens 15 g/g bei 0 cm in dem Kapsorptionstest und eine Absorptionseffizienz von wenigstens 50% bei 35 cm; und/oder
(c) eine kapillare Sorptions-Absorptionshöhe bei 50% seiner Kapazität bei 0 cm Absorptionshöhe (CSAH 50) von wenigstens 35 cm in dem Kapsorptionstest.

In einer bevorzugten Ausführungsform dieses Aspekts umfasst die zweite Region ein Material mit einer Absorptionskapazität von wenigstens 18 g/g bei 35 cm im Kapsorptionstest, vorzugsweise von wenigstens 21 g/g bei 35 cm im Kapsorptionstest und noch bevorzugter von wenigstens 30 g/g bei 35 cm im Kapsorptionstest.
In einer alternativen Ausführungsform dieses Aspekts umfasst die zweite Region ein Material mit einer Absorptionskapazität von wenigstens 15 g/g bei der tatsächlichen CSDH 80 des ersten Materials.
In einer bevorzugten Ausführungsform dieses Aspekts umfasst die zweite Region ein Material mit einer Absorptionskapazität von wenigstens 20 g/g, vorzugsweise wenigstens 25 g/g, noch bevorzugter wenigstens 35 g/g bei 0 cm im Kapsorptionstest und eine Absorptionseffizienz von wenigstens 50% bei 35 cm.
In einer Alternative zu dieser Ausführungsform umfasst die zweite Region ein Material mit einer Absorptionskapazität von wenigstens 15 g/g bei 0 cm im Kapsorptionstest und eine Absorptionseffizienz von wenigstens 60%, noch bevorzugter wenigstens 85% bei 35 cm.
Alternativ umfasst die zweite Region ein Material mit einer Absorptionskapazität von wenigstens 15 g/g bei 0 cm im Kapsorptionstest und eine Absorptionseffizienz von wenigstens 50% bei der tatsächlichen CSDH 80 des ersten Materials.
In noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die zweite Region ein Material mit einer kapillaren Sorptions-Absorptionshöhe bei 50% seiner Kapazität bei 0 cm Absorptionshöhe (CSAH 50) von wenigstens 45 cm, noch bevorzugter wenigstens 60 und ganz bevorzugt wenigstens 80 cm im Kapsorptionstest.
In noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst die erste Region ein Material mit einer CSDH 80 von mehr als 60 cm und umfasst die zweite Region ein Material, welches wenigstens eine der folgenden Anforderungen erfüllt:

(a) eine CSAC 60 von wenigstens 11 g/g;
(b) eine CSAC 0 von wenigstens 15 g/g und eine CSAE 60 von wenigstens 50%;
(c) eine CSAH 50 von wenigstens 35 cm.

In einer bevorzugten Ausführungsform dieses Aspekts umfasst die zweite Region ein Material mit einer CSAC an der tatsächlichen CSDH 80 des ersten Materials von wenigstens 11 g/g.
In einer weiteren Ausführungsform dieses Aspekts umfasst die zweite Region ein Material mit einer CSAC 0 von wenigstens 20 g/g, vorzugsweise mehr als wenigstens 25 g/g, noch bevorzugter mehr als wenigstens 35 g/g und eine CSAE 60 von wenigstens 50%.
In einer alternativen Ausführungsform dieses Aspekts umfasst die zweite Region ein Material mit einer CSAC 0 von wenigstens 15 g/g und einer CSAE bei der tatsächlichen CSDH 80 des ersten Materials von wenigstens 50%.
In einer Ausführungsform dieses Aspekts umfasst die zweite Region ein Material mit einer CSAH 50 von wenigstens 45 cm, sogar noch bevorzugter von mehr als 80 cm.
In noch einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung eine absorbierende Struktur, in welcher die erste Region ein Material umfasst, das eine CSDH 80 von mehr als 90 cm aufweist, und die zweite Region ein Material umfasst, welche wenigstens eine der folgenden Anforderungen erfüllt:

(a) eine CSAC 90 von wenigstens 8,5 g/g;
(b) eine CSAC 0 von wenigstens 15 g/g und CSAE 90 von wenigstens 20%;
(c) eine CSAH 50 von wenigstens 45 cm.

In einer bevorzugten Ausführungsform dieses Aspekts umfasst die zweite Region ein Material mit einer CSAC an der tatsächlichen CSDH 80 des ersten Materials von wenigstens 8,5 g/g.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform dieses Aspekts umfasst die zweite Region ein Material mit einer CSAC 0 von wenigstens 20 g/g, vorzugsweise mehr als 25 g/g, noch bevorzugter mehr als 35 g/g und einer CSAE 60 von wenigstens 50%.
In einer alternativen Ausführungsform dieses Aspekts umfasst die zweite Region ein Material mit einer CSAC 0 von wenigstens 15 g/g und einer CSAE an der tatsächlichen CSDH 80 des ersten Materials von wenigstens 20%.
In einer noch weiteren bevorzugten Ausführungsform dieses Aspekts umfasst die zweite Region ein Material mit einer CSAH 50 von wenigstens 45 cm, ganz bevorzugt von wenigstens 60 cm, noch bevorzugter von wenigstens 80 cm.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine Windel als Beispiel für einen absorbierenden Artikel
2 zeigt die Kapillarsorptions-Einrichtung
Definitionen
Wie hier verwendet, bezieht sich der Ausdruck "absorbierende Artikel" auf Vorrichtungen, welche Körperausscheidungen absorbieren und aufnehmen und bezieht sich insbesondere auf Vorrichtungen, welche an oder in der Nähe des Körpers des Trägers angeordnet sind, um die verschiedenen Ausscheidungen, die vom Körper abgegeben werden, zu absorbieren und aufzunehmen. Wie hier verwendet, umfasst der Ausdruck "Körperfluide", ist aber nicht beschränkt darauf, Urin, Menstruationsfluide und vaginale Ausscheidungen, Schweiß und Stuhl.
Der Ausdruck "wegwerfbar" wird hier verwendet, um absorbierende Artikel zu beschreiben, welche nicht dazu gedacht sind, gewaschen oder in anderer Weise wieder hergestellt oder als absorbierende Artikel wieder verwendet zu werden (das heißt, sie sind dazu gedacht, nach einer Benutzung weg geworfen und vorzugsweise wieder aufbereitet, kompostiert oder in anderer Weise in einer umweltverträglichen Art deponiert zu werden).
Wie hier verwendet, bezieht sich der Ausdruck "Z-Dimension" auf die Dimensionen senkrecht zur Länge und zur Breite des Elements, Kerns oder Artikels. Die Z-Dimension entspricht gewöhnlich der Dicke des Elements, Kerns oder Artikels. Wie hier verwendet, bezieht sich der Ausdruck "X-Y-Dimension" auf die Ebene senkrecht zur Dicke des Elements, Kerns oder Artikels. Die X-Y-Dimension entspricht gewöhnlich der Länge bzw. der Breite des Elements, Kerns oder Artikels.
Wie hier verwendet, bezieht sich der Ausdruck "absorbierender Kern" auf die Komponente des absorbierenden Artikels, die primär verantwortlich ist für die Fluidhandhabungseigenschaften des Artikels, einschließlich der Annahme, dem Transport, der Verteilung und der Speicherung von Körperfluiden. Als Solche umfasst der absorbierende Kern typischerweise nicht die Decklage oder die Außenlage des absorbierenden Artikels.
Wie hier verwendet, bezieht sich der Ausdruck "absorbierendes Element" auf die Komponenten des absorbierenden Kerns, die typischerweise ein oder mehrere Fluidhandhabungsfunktionalitäten liefern, zum Beispiel die Fluidannahme, Fluidverteilung, den Fluidtransport, die Fluidspeicherung etc. Das absorbierende Element kann den gesamten absorbierenden Kern oder nur einen Teil des absorbierenden Kerns umfassen, das heißt, der absorbierende Kern kann ein oder mehrere absorbierende Elemente umfassen. Das "absorbierende Speicherelement " sind ein oder mehrere Komponenten des absorbierenden Kerns, die primär dahin gehend funktionieren, absorbierte Fluide zu speichern. Wie oben besprochen, kann das absorbierende Speicherelement auch ein Fluid verteilen, und zwar als Ergebnis seiner vertikalen Saugfähigkeit.
Wie hier verwendet, beziehen sich die Ausdrücke "Region(en)" oder "Zone(n)" auf Bereiche oder Abschnitte des absorbierenden Elements.
Wie hier verwendet, bezieht sich der Ausdruck "Schicht" auf ein absorbierendes Element, dessen primäre Dimension die X-Y-Abmessung ist, das heißt, entlang seiner Länge und Breite. Es sollte so verstanden sein, dass der Ausdruck Schicht nicht notwendigerweise beschränkt ist auf einzelne Schichten oder Flächengebilde von Material. So kann die Schicht Laminate oder Kombinationen von mehreren Flächengebilden oder Bahnen des benötigten Materialtyps umfassen. Demgemäß umfasst der Ausdruck "Schicht" die Ausdrücke "Schichten" und "geschichtet".
Für die Zwecke dieser Erfindung sollte es auch so verstanden sein, dass der Ausdruck "obere" sich auf absorbierende Elemente bezieht, wie Schichten, die dem Träger des absorbierenden Artikels während der Benutzung am nächsten sind, und typischerweise der Decklage eines absorbierenden Artikels zugewandt sind; umgekehrt bezieht sich der Ausdruck "untere" auf absorbierende Elemente, die vom Träger des absorbierenden Artikels am weitesten entfernt sind und typischerweise der Außenlage zugewandt sind.
Alle Prozentangaben, Verhältnisse und Proportionen, die hier verwendet werden, werden gewichtsabhängig berechnet, sofern dies nicht andern angegeben ist.
Absorbierende Artikel – Allgemeine Beschreibung
Ein absorbierender Artikel umfasst im Allgemeinen:

– einen absorbierenden Kern oder eine Kernstruktur (welche die verbesserte Fluidverteilungselemente gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst, und welche aus Substrukturen bestehen kann);
– eine fluiddurchlässige Decklage;
– eine fluidundurchlässige Decklage;
– optional weitere Merkmale, wie Verschlusselemente oder Elastifikation.

1 ist eine Draufsicht einer beispielhaften Ausführungsform eines absorbierenden Artikels der Erfindung, welcher eine Windel ist.
Die Windel 20 ist in 1 in ihrem flach ausgelegten, nicht zusammengezogenen Zustand dargestellt (das heißt, mit ausgezogener elastisch induzierter Kontraktion, mit Ausnahme der Seitenfelder, in welchen das Gummi in seinem entspannten Zustand belassen), wobei Bereiche der Struktur weg geschnitten sind, um deutlicher den Aufbau der Windel 20 zu zeigen, und wobei der Bereich der Windel 20, welcher vom Träger abgewandt ist, die äußere Oberfläche 52, dem Betrachter zugewandt ist. Wie in 1 gezeigt ist, umfasst die Windel 20 eine Aufnahmeeinheit 22, vorzugsweise mit einer flüssigkeitsdurchlässigen Decklage 24, einer flüssigkeitsundurchlässigen Außenlage 26, die mit der Decklage 24 verbunden ist, und einem absorbierenden Kern 28, der zwischen der Decklage 24 und der Außenlage 26 positioniert ist; elastisch gemachte Seitenfelder 30; elastisch gemachte Beinaufschläge 32; ein elastisches Taillenmerkmal 34; und ein Verschlusssystem mit einem Doppelspannungs-Befestigungssystem, das allgemein mehrfach mit 36 bezeichnet ist. Das Doppelspannungs-Befestigungssystem 36 umfasst vorzugsweise ein primäres Befestigungssystem 38 und ein Taillen-Verschlusssystem 40. Das primäre Befesti gungssystem 38 umfasst vorzugsweise ein Paar Befestigungselemente 42 und ein Anlageelement 44. Das Taillen-Verschlusssystem 40 ist in 1 so gezeigt, dass dieses vorzugsweise ein Paar erster Anbringungskomponenten 46 und eine zweite Anbringungskomponente 48 umfasst. Die Windel 20 umfasst vorzugsweise auch einen Positionierungsflecken 50, der unten angrenzend an jede erste Anbringungskomponente 46 angeordnet ist.
Die Windel 20 ist in 1 so gezeigt, dass sie eine äußere Oberfläche 52 hat (dem Betrachter in 1 zugewandt), eine innere Oberfläche 54 entgegen gesetzt zur äußeren Oberfläche 52, eine erste Taillenregion 56, eine zweite Taillenregion 58 entgegen gesetzt zur ersten Taillenregion 56, und einen Umfang 60, welcher durch die äußeren Ränder der Windel 20 begrenzt ist, in welchem die Längsränder mit 62 bezeichnet sind und die Stirnränder mit 54 bezeichnet sind. Die innere Oberfläche 54 der Windel 20 umfasst den Bereich der Windel 20, welcher während der Benutzung angrenzend an den Körper des Trägers positioniert ist (das heißt, die innere Oberfläche 54 wird im Allgemeinen durch wenigstens einen Bereich der Decklage 24 und durch andere Komponenten gebildet, die mit der Decklage 24 verbunden sind). Die äußere Oberfläche 52 umfasst den Bereich der Windel 20, welcher vom Körper des Träger weg positioniert ist (das heißt, die äußere Oberfläche 52 wird im Allgemeinen durch wenigstens einen Bereich der Außenlage 26 und durch andere Komponenten gebildet, die mit der Außenlage 26 verbunden sind). Die erste Taillenregion 56 und die zweite Taillenregion 58 erstrecken sich jeweils von den Stirnrändern 64 des Umfangs 60 zu der quer verlaufenden Mittellinie 66 der Windel 20. Die Taillenregionen umfassen jeweils eine Zentralregion 68 und ein Paar Seitenfelder, welche typischerweise die äußeren seitlichen Bereiche der Taillenregionen umfassen. Die Seitenfelder, die in der ersten Taillenregion 56 positioniert sind, sind mit 70 bezeichnet, während die Seitenfelder in der zweiten Taillenregion 58 mit 72 bezeichnet sind. Obwohl es nicht notwendig ist, dass die Paare von Seitenfeldern oder jedes Seitenfeld identisch sind/ist, sind sie vorzugsweise Spiegelbilder voneinander. Die Seitenfelder 72, die in der zweiten Taillenregion 58 positioniert sind, können elastisch dehnbar sein in der Querrichtung (das heißt, elastisch gemachte Seitenfel der 30 sein). (Die Querrichtung (x-Richtung oder Breite) ist als die Richtung parallel zur quer verlaufenden Mittellinie 66 der Windel 20 definiert; die Längsrichtung (y-Richtung oder Länge) ist als die Richtung parallel zur längs verlaufenden Mittellinie 67 definiert; und die axiale Richtung (Z-Richtung oder Dicke) ist als die Richtung definiert, die sich durch die Dicke der Windel 20 hindurch erstreckt).
1 zeigt ein spezifisches Merkmal der Windel 20, in welcher die Decklage 24 und die Außenlage 26 eine Längen- und Breitenabmessung haben, die im Wesentlichen größer ist als diejenige des absorbierenden Kerns 28. Die Decklage 24 und die Außenlage 26 erstrecken sich über die Ränder der absorbierenden Kerns 28 hinaus und bilden dadurch den Umfang 60 der Windel 20. Der Umfang 60 begrenzt die äußere Kontur oder, mit anderen Worten, die Ränder der Windel 20. Der Umfang 60 umfasst die Längsränder 62 und die Stirnränder 64.
Obwohl jeder elastisch gemachte Beinaufschlag 32 so konfiguriert sein kann, dass dieser ähnlich einem der Beinbänder, Seitenklappen, Barrierenaufschläge oder elastischen Aufschläge ist, die oben beschrieben wurden, wird vorgezogen, dass jeder elastisch gemachte Beinaufschlag 32 wenigstens einen inneren Barrierenaufschlag 64 mit einer Barrierenklappe 85 und einem elastischen Abstandelement 86 umfasst, wie dies zum Beispiel beschrieben ist in dem oben genannten US Patent 4,909,803. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der elastisch gemachte Beinaufschlag 32 zudem einen elastischen Dichtungsaufschlag 104 mit ein oder mehreren elastischen Strängen 105, die außenseitig des Barrierenaufschlags 84 positioniert sind, wie dies beschrieben ist in dem oben genannten US Patent 4,695,278.
Die Windel 20 kann ferner ein elastisches Taillenmerkmal 34 umfassen, das einen verbesserten Sitz und eine verbesserte Aufnahme liefern. Das elastische Taillenmerkmal 34 erstreckt sich wenigstens in Längsrichtung von wenigstens einem der Taillenränder 83 des absorbierenden Kerns 28 in wenigstens der Zentralregion 68 nach außen und bildet im Allgemeinen wenigstens einen Bereich des Stirnrandes 64 der Windel 20. So umfasst das elastische Taillenmerkmal 34 den Bereich der Win del, der sich wenigstens von dem Taillenrand 83 des absorbierenden Kerns 28 zum Stirnrand 64 der Windel 20 erstreckt und dazu gedacht ist, angrenzend an die Taille des Trägers angeordnet zu werden. Einwegwindeln werden im Allgemeinen so konstruiert, dass sie zwei elastische Taillenmerkmale haben, eines in der ersten Taillenregion positioniert und eines in der zweiten Taillenregion positioniert.
Das elastisch gemachte Taillenband 35 des elastischen Taillenmerkmals 34 kann einen Bereich der Decklage 24, einen Bereich der Außenlage 26, der vorzugsweise mechanisch gestreckt wurde, und ein Bilaminatmaterial, mit einem elastomeren Element 76, das zwischen der Decklage 24 und der Außenlage 26 positioniert ist, und ein elastisches Element 77, das zwischen der Außenlage 26 und dem elastomeren Element 76 positioniert ist, umfassen.
Dies so wie weitere Komponenten der Windel sind in größerem Detail angegeben in WO 93/16669.
Obwohl es vorgezogen wird, eine Decklage als das Material zu haben, das der Haut des Trägers am nächsten liegt, ist dies nicht notwendig. Es kommt in Betracht, dass eine geeignete Konfiguration eines absorbierenden Kerns verwendet werden könnte, ohne eine Decklage und noch wünschenswerte Ergebnisse, wie Komfort und Absorptionsfähigkeit sowie Einfachheit bei der Herstellung und Einsparungen bei den Materialkosten liefern würde. Zum Beispiel könnte die körperseitige Oberfläche des absorbierenden Kerns selbst aus flüssigkeitsdurchlässigen, weichen, nachgiebigen, nicht störenden Materialien hergestellt werden, welche eine separate Decklage ersetzen. Ein solcher absorbierender Kern würde nur in Kombination mit einer Außenlage verwendet werden müssen, um für einen Komfort und eine Absorptionsfähigkeit in einem absorbierenden Artikel zu sorgen.
Regionen von absorbierenden Artikeln und ihre relative Anordnung
Im Allgemeinen sind absorbierende Hygieneartikel dazu gedacht, um das untere Ende des Körperrumpfes herum getragen zu werden. Es ist ein wesentliches Gestaltungsmerkmal dieser Artikel, die Regionen des Körpers abzudecken, an welchen Ausscheidungen auftreten (den "Ausscheidungsregionen"), welche sich um die jeweiligen Körperöffnungen herum erstrecken. Die jeweiligen Zonen des absorbierenden Artikels, welche Ausscheidungsregionen abdecken, werden entsprechend als "Beladungszonen" bezeichnet. So sind während der Benutzung die Artikel im Allgemeinen so am Träger angeordnet, dass sie sich (bei einer stehenden Position des Trägers) von dem Schritt zwischen den Beinen nach oben, sowohl an der Vorderseite als auch an der Hinterseite des Trägers erstrecken.
Im Allgemeinen haben solche Artikel eine Längenabmessung, die ihre Breitenabmessung übersteigt, wobei der Artikel derart getragen wird, dass die Achse der Längsabmessung mit der Höhenrichtung des Trägers ausgerichtet ist, wenn dieser steht, während die Breitenrichtung des Artikels mit einer Linie ausgerichtet ist, die sich von links nach rechts vom Träger erstreckt.
Wegen der Anatomie des menschlichen Trägers, begrenzt der Raum zwischen den Beinen des Trägers im Allgemeinen den Raum, der für den Artikel in dieser verfügbar ist. Für einen guten Sitz sollte ein absorbierender Artikel derart ausgebildet sein, dass dieser gut in der Schrittregion sitzt. Falls die Breite des Artikels übermäßig breit ist in Bezug zur Schrittbreite des Trägers, kann der Artikel verformt werden, was zu einer verschlechterten Leistung führt und zu einem verringerten Tragekomfort.
Der Punkt, an welchem der Artikel sein kleinste Breite hat, um am besten zwischen den Beinen des Trägers zu sitzen, fällt dann mit dem Punkt am Träger zusammen, an welchem der Abstand zwischen den Beinen der schmalste ist, und wird – für den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung – als der "Schrittpunkt" bezeichnet.
Falls der Schrittpunkt eines Artikels nicht aus seiner Form offensichtlich wird, kann dieser bestimmt werden, indem der Artikel am Träger der vorgesehenen Benutzergruppe angeordnet wird (z.B. einem Kleinkind), vorzugsweise in einer stehenden Position, und dann ein dehnbarer Faden um die Beine in Konfiguration einer figürlichen Art angeordnet wird. Der Punkt in dem Artikel, der dem Schnittpunkt des Fadens entspricht, wird als der Schrittpunkt des Artikel und folglich auch des absorbierenden Kerns, der in dem Artikel befestigt ist, angesehen.
Obwohl dieser Schrittpunkt des Artikels häufig in der Mitte des Artikels liegt (in Längsrichtung) ist dies nicht notwendigerweise der Fall. Es kann sehr gut sein, dass der Teil des Artikels, welcher an der Vorderseite getragen werden soll, kleiner ist als der hintere (oder rückseitige) Teil – entweder in seiner Längenabmessung, seiner Breite oder beidem oder in seinem Oberflächenbereich. Auch muss der Schrittpunkt nicht unbedingt in der Mitte des absorbierenden Kerns positioniert sein, insbesondere dann, wenn der absorbierende Kern nicht in Längsrichtung zentriert in dem Artikel angeordnet ist.
Die Schrittregion ist der Bereich, welcher den Schrittpunkt umgibt, um so die jeweiligen Körperöffnungen bzw. Ausscheidungsregionen abzudecken. Sofern es nicht anders angegeben ist, erstreckt sich diese Region über eine Länge von 50% der gesamten Kernlänge (welche wiederum als der Abstand zwischen dem vorderen und hintern Taillenrand des Kerns definiert ist, welcher durch gerade Linien senkrecht zur längs verlaufenden Mittellinie angenähert werden kann). Falls der Schrittpunkt in der Mitte des Artikels positioniert ist, beginnt dann die Schrittregion (wenn sie von dem vorderen Kernrand gezählt wird) bei 25% der Gesamtlänge und erstreckt sich bis zu 75% der gesamten Kernlänge. Oder das vordere und das hintere Viertel der Länge des absorbierenden Kerns gehören nicht zur Schrittregion, der Rest aber doch.
Die Schrittregionslänge, die 50% der gesamten absorbierenden Kernlänge beträgt, wurde für Babywindeln hergeleitet, wo bestätigt wurde, dass dies ein geeignetes Mittel ist, die Fluidhandhabungsphänomene zu beschreiben. Falls die vorliegende Erfindung in Artikeln mit drastisch unterschiedlichen Abmessungen angewendet wird, könnte es notwendig werden, diese 50% (wie im Falle von Artikeln für starke Inkontinenz) zu reduzieren oder dieses Verhältnis (wie im Falle von Artikeln für ultra leichte oder leichte Inkontinenz) zu erhöhen. In allgemeineren Worten sollte diese Schrittregion des Artikels nicht viel über die Ausscheidungsregion des Trägers hinaus ausgedehnt sein.
Falls der Schrittpunkt versetzt von dem Mittelpunkt des Artikels positioniert ist, überdeckt die Schrittregion noch 50% der gesamten Artikellänge (in Längsrichtung), jedoch nicht gleichmäßig verteilt zwischen vorne und hinten, sondern proportional eingestellt durch diesen Versatz.
Als ein Beispiel für einen Artikel mit einer gesamten Kernlänge von 500 mm und mit einem Schrittpunkt welcher zentriert positioniert ist, wird sich die Schrittregion von 125 mm entfernt von dem vorderen Rand bis zu 375 mm entfernt vom vordern Rand erstrecken. Oder, falls der Schrittpunkt 50 mm versetzt in Richtung des vorderen Kernrandes liegt (das heißt, 200 mm entfernt vom vorderen Kernrand), erstreckt sich die Schrittregion von 100 mm bis 350 mm.
Allgemein ausgedrückt gilt für einen Artikel mit einer gesamten Kernlänge von L_c, dass ein Schrittpunkt, der in einem Abstand von L_cp entfernt von dem vorderen Kernrand liegt und ein Schrittzonenlänge von L_cz aufweist, dass der vordere Rand der Schrittzone positioniert sein wird in einem Abstand Lfecz = Lcp·(1 – Lcz/Lc).
Zum Beispiel kann der absorbierende Artikel eine Babywindel sein, die von Kleinkindern getragen wird (das heißt, etwa 12 bis 18 kg Babygewicht), wobei die Größe des Artikels im Handel allgemein als MAXI-Größe bezeichnet wird. Dann muss der Artikel in der Lage sein, sowohl Stuhlmaterialien als auch Urin aufzunehmen und zurückzuhalten, während für den Kontext der vorliegenden Erfindung die Schrittregion in der Lage sein muss, primär Urinladungen aufzunehmen.
Die Gesamtfläche und -größe der Schrittregion ist – natürlich – auch abhängig von der jeweiligen Breite des absorbierenden Kerns, das heißt, falls der Kern schmaler in der Schrittregion ist als außerhalb der Schrittregion, hat die Kernregion eine kleinere Fläche (Oberfläche), als der restliche Bereich des absorbierenden Kerns.
Obwohl in Betracht gezogen werden kann, dass die Grenzen zwischen der Schrittregion und dem Rest des Artikels auch kurvenlinear verlaufen kann, sind sie innerhalb der vorliegenden Beschreibung als gerade Linien angenähert, insbesondere in Bezug zu der Längsachse des Artikels.
Die "Schrittregion" wird ferner durch die Breite des Kerns in dieser jeweiligen Region begrenzt, und die "Schrittregionsfläche" wird durch die Oberfläche begrenzt, wie sie durch die Schrittregionslänge und die jeweilige Breite definiert ist.
Als ein komplementäres Element zur Schrittregion umfasst der absorbierende Kern auch wenigstens eine aber meisten zwei Taillenregionen, die sich in Richtung des vorderen und/oder des hinteren Teils des absorbierenden Kerns außerhalb der Schrittregion erstrecken.
Die verschiedenen Elemente des absorbierenden Artikels und insbesondere des absorbierenden Kerns können weiter durch ihre Funktionalität unterschieden werden.
Dabei muss die Region, die dem Beladungspunkt des Artikels am nächsten liegt, im Allgemeinen sicher stellen, dass die Körperausscheidungen, welche von dem Artikel absorbiert werden sollen, ausreichend schnell angenommen werden, so dass sie nicht auf der Oberfläche des Artikels verbleiben, wo sie zu viel unerwünschten Kontakt mit der Haut des Trägers haben würden. Diese Region wird häufig als die Annahmeregion bezeichnet.
Eine weitere Region kann berücksichtigt werden, dort, wo die angenommenen Körperausscheidungen ultimativ gespeichert werden. Dies kann in einer Region erfolgen, welche direkt angrenzend an die Annahmeregion liegt, oder dies könnte primär in einer Region erfolgen, die ein wenig weiter entfernt von der Annahmeregion liegt. Es kann auch mehr als eine Speicherregion geben, entweder in direktem Kontakt mit einander (wie beispielweise dann, wenn zwei Speichermaterialschichten übereinander angeordnet werden), oder welche keinen direkten Kontakt miteinander haben können (wie beispielsweise dann, wenn jeweils eine Speicherregion an dem vorderen und dem hinteren Teil des Artikels angeordnet wird).
In jedem der beiden Fälle kann es wünschenswert sein, eine weitere Region zu haben, welche eine primäre Funktionalität der Fluidverteilung hat, das heißt, den Transport des Fluids primär in X-Y-Richtung des Artikels unternimmt, wie beispielsweise von der Annahmeregion zur Speicherregion oder in andere Regionen.
In einem absorbierenden Artikel können die Regionen in einer einheitlichen und homogenen Struktur oder einem solchen Material kombiniert werden. Ganz bevorzugt jedoch haben wenigstens einige der Regionen unterschiedliche Fluidhandhabungseigenschaften, die sich unterscheiden, so dass sie besser für ihre spezifische Funktionalität angepasst sind. Häufig wird vorgezogen, die Regionen aus Materialien mit unterschiedlichen Eigenschaften zu gestalten.
Für die speziell bevorzugten Gestaltungen gemäß der vorliegenden Erfindung muss wenigstens eine Fluidspeicherregion und wenigstens eine andere Fluidannahme/Verteilungs-Region vorliegen.
Jede der Regionen kann verschiedene Formen haben, wie beispielsweise flach (das heißt, mit wesentlich einer X-Y-Erstreckung von im Wesentlichen konstanter Dickenabmessung), oder dreidimensional geformt. Ferner können diese Regionen in verschiedenen relativen Positionen zueinander angeordnet sein, wie beispielsweise geschichtet oder einander in X-Y-Richtung umschließend.
Bevorzugte Ausführungen des Artikels umfassen die verschiedenen Regionen, die diese Anordnung haben, derart, dass sie nur wenig negativen Einfluss auf den Komfort des Trägers ausüben und idealerweise gar keinen Einfluss. Dies wurde für den Artikel in seinem unbeladenen ("trockenen") Zustand berücksichtigt, wie auch in seinem beladenen Zustand. Für den Letzteren hat eine speziell bevorzugte Ausführungsform eine kleine Breitenabmessung in der Schrittregion und hat auch eine relativ geringere Fluidspeicherkapazität in dieser Region, so dass das Volumen zwischen den Beinen selbst bei einem beladenen Artikel nicht zunimmt.
Obwohl die verschiedenen Regionen in einem Fluid-kommunizierenden Kontakt miteinander stehen müssen, das heißt, es muss die Möglichkeit bestehen, dass Körperausscheidungen sich von der Annahmezonen zur Speicherzone bewegen und dies auch tun, indem sie sich durch die Verteilungsregion hindurch bewegen, falls diese vorhanden ist.
Obwohl die jeweiligen Regionen durch ihre primäre Funktionalität bezeichnet werden, haben sie im Allgemeinen auch wenigstens einen gewissen Grad einer anderen Funktionalität. So wird die fluidabsorbierende Speicherregion auch eine Fluidverteilungsfunktionalität haben und wird eine Fluidannahme/Verteilungs-Region eine gewisse Fluidretentionsfähigkeit haben.
Absorbierende Elemente
Außer einer Betrachtung der verschiedenen Regionen des absorbierenden Kerns vom Gesichtspunkt der Funktionalität aus, ist es häufig wünschenswert, einen absorbierenden Kern so anzusehen, dass dieser aus ein oder mehreren absorbierenden Elementen oder Strukturen zusammengesetzt ist, welche aus Substrukturen bestehen könnten, derart, dass ein absorbierender Kern als aus ein oder – wie in den meisten Fällen moderner Gestaltungen von absorbierenden Artikeln – mehreren unterschiedlichen "Materialien" zusammengesetzt angesehen werden kann. Innerhalb des Kontext der vorliegenden Erfindung ist ein Material, das ein absorbierendes Element bildet, ein Element, welches hinsichtlich seiner "Materialeigenschaften" getestet werden kann, unabhängig davon, ob das Material ein "reines" Material (z.B. ein Teilchen eines superabsorbierenden Materials), eine Akkumulation von homogenem Material (z.B. eine Masse von Zellulosefasern oder einer Schaumstruktur oder einer Masse von superabsorbierenden Partikeln), ein Gemisch aus zwei oder mehreren reinen Materialien oder Materialakkumulationen (z.B. ein Gemisch aus superabsorbierenden Teilchen mit unterschiedlichen Eigenschaften oder ein Gemisch aus superabsorbierenden Teilchen und Zellulosefasern); oder eine weitere Anordnung mehrerer Materialien ist, die ein getrenntes absorbierendes Element (wie ein Zweischicht-Verbundstoff) bilden.
So wird es möglich sein, die Fluidhandhabungseigenschaften eines "Fluidhandhabungselements" zu beurteilen und so wird es für bestimmte Elemente auch möglich sein, die Eigenschaften der darin enthaltenen Substrukturen oder Materialien zu beurteilen.
Die funktionalen Regionen, wie sie oben beschrieben wurden, können aus dem gleichen Material (z.B. einer Zellulosebahn oder einem Gemisch aus Zellulose und superabsorbierendem Material) gebildet werden, wobei die unterschiedlichen Regionen zum Beispiel durch variierende Dichten definiert sind. Insbesondere können solche unterschiedlichen Eigenschaften erhalten werden, indem unterschiedliche Elemente und/oder Materialien verwendet werden, die einen breiten Bereich von Gestaltungsflexibilität erlauben, indem sie eine Hydrophilizität, Porengröße oder andere Eigenschaften ermöglichen, die für die Fluidhandhabung relevant sind und über einen viel weiteren Bereich variiert werden können.
Eigenschaften von Elementen oder Strukturen
Annahme/Verteilungs-Region Anforderungen
Obwohl die benötigten Eigenschaften gut funktionierender Materialien oder Elemente in einer Region abhängig sind von Eigenschaften der absorbierenden Elemente oder Materialien in der Annahmeregion haben sich die folgenden Eigenschaften heraus gestellt, die geeignete Annahme/Verteilungs-Elemente liefern – voraus gesetzt, sie werden mit Speicherelementen hoher Saugkraft kombiniert, wie sie unten umrissen werden.
Die Annahme/Verteilungs-Elemente, die für die vorliegende Erfindung geeignet sind, zeigen bestimmte Kapillarsorptions-Desorptionshöhen (CSDH).
Für die Zwecke der vorliegenden Offenbarung wird diese kapillare Sorptions-Desorptionshöhe gemessen als Fähigkeit des Elements, ein Fluid bei variierenden Kapillardrucken frei zu geben, was hier bestimmt wird in Einheiten von Wassersäulenhöhe ("kapillare Höhe"), welcher im Allgemeinen begegnet wird, wenn das Element in einem absorbierenden Artikel positioniert ist. Der kapillare Sorptions-Absorptionskapazitätstest (hier auch als der Kapsorptionstest bezeichnet) misst die Menge des Fluids pro Gramm eines absorbierenden Elements oder Materials, die aufgenommen oder frei gegeben wird, wenn das Material oder Element an verschiedenen Höhen an einer Kapillar-Sorptionsvorrichtung angeordnet ist. Der kapillare Sorptions-Absorptionskapazitätstest wird in größerem Detail im unten stehenden Abschnitt Testverfahren beschrieben.
Die CSDH für ein Annahme/Verteilungs-Material, das für die vorliegende Erfindung geeignet ist, ist relevant im Hinblick auf die Interaktion mit den absorbierenden Speicherelementen oder Materialien (siehe unten), derart, dass das Verteilungsmaterial nachfolgend von dem Speichermaterial entwässert werden kann.
So kann ein Annahme/Verteilungs-Material oder -element durch seinen CSDH-Wert bei einer Kapazität beschrieben werden, welche 80% bzw. 90% seiner Kapazität bei einer Höhe von 0 cm entspricht. So ist der CSDH 80-WERT die Höhe (aus gedrückt in cm) im Kapsorptionstest, bei welchem das Material oder Element 80% bzw. 90%, der Flüssigkeitsmenge frei gegeben hat, die dieses bei 0 cm Höhe in dem Kapsorptionstest absorbieren kann (was die maximale Kapazität ist).
Obwohl der kapillare Desorptionsdruck (wie ausgedrückt durch die kapillare Sorptions-Desorptionshöhe) relativ gering sein sollte, um so eine leichte Entwässerung durch die absorbierenden Speicherelement (siehe unten) ist ein besonderer Aspekt der vorliegenden Erfindung, dass die absorbierenden Speicherelemente, wie sie unten besprochen werden, die Fähigkeit haben, Verteilungsmaterialien zu entwässern, selbst dann, wenn diese einen relativ hohen kapillaren Desorptionsdruck haben, was somit die Verwendung solcher Materialien für den vorliegenden Zweck verhindern würde.
So bezieht sich ein weiterer Aspekt der Erfindung absorbierende Kerne mit absorbierenden Speicherelementen, welche die Verwendung von Annahme/Verteilungs-Elementen mit einer CSDH 80 von mehr als 35 cm, sogar mehr als 60 cm oder sogar mehr als 90 cm ermöglichen.
In einem weiteren Aspekt bezieht sich die Erfindung auf absorbierende Kerne mit absorbierenden Speicherelementen, welche die Verwendung von Annahme/Verteilungs-Elementen mit einer SCDH 90 von mehr als 40 cm, sogar mehr als 90 cm oder sogar mehr als 180 cm ermöglichen.
Geeignete Materialien, um Annahme/Verteilungs-Anforderungen zu erfüllen
Fluidannahme/Verteilungs-Elemente, die dazu geeignet sind, in der vorliegenden Erfindung verwendet zu werden, können verschiedene Materialien umfassen und können durch verschiedene Verfahren hergestellt werden.
Ein geeignetes Element kann eine Bahn mit elastischen Fasern sein, welche durch allgemein bekannte Verfahren zu dieser Bahn geformt werden, wie beispielsweise durch Luftlegen oder durch Nasslegen und dergleichen.
Eine breite Vielzahl von elastischen Fasern können in Betracht kommen, um in Elementen gemäß der vorliegenden Erfindung gut zu arbeiten. Neben gut bekannten synthetischen Fasern, wie beispielsweise basierend auf Polyethylenterephthalat, Polyester, Polyamin, elastische Polyolefine oder Kombinationen davon, zum Beispiel in einer Bikomponent-Faserform, ist eine speziell bevorzugte Faser eine chemisch versteifte, verdrehte, Volumen bildende zellulosehaltige Faser.
Wie hier verwendet, meint der Ausdruck "chemisch versteifte, verdrehte und gekräuselte Fasern" beliebige Fasern, welche durch chemische Mittel versteift worden sind, um die Steifigkeit der Fasern sowohl trockenen als auch wässrigen Bedingungen zu erhöhen. Solche Mittel umfassen die Hinzugabe chemischer Versteifungsmittel, wie zum Beispiel ein Beschichten und/oder Imprägnieren der Fasern. Solche Mittel umfassen auch das Versteifen der Fasern durch ein Verändern der chemischen Struktur der Fasern selbst, zum Beispiel durch Vernetzen polymerer Ketten.
Fasern, die durch Vernetzungsbindungen in individualisierter (das heißt, geflockter) Form versteift sind, sind offenbart zum Beispiel in Bernardin, US Patent 3,224,926, veröffentlicht am 21. Dezember 1965; Chung, US Patent 3,440,135, veröffentlicht am 22. April 1969; Chatterjee, US Patent 3,932,209, veröffentlicht am 13. Januar 1976, und Sangenis et al, US Patent 4,035,147, veröffentlicht am 12. Juli 1977. Die bevorzugtesten Fasern sind offenbart in Dean et al., US Patent 4,822,453, veröffentlicht am 18. April 1989, Dean et al., US Patent 4,888,093, veröffentlicht am 19. Dezember 1989 und Moore et al, US Patent 4,898,642, veröffentlicht am 06. Februar 1990.
Weitere polymere Versteifungsmittel, welche zellulosehaltige Fasern ummanteln oder imprägnieren können, umfassen: kationisch modifizierte Stärke mit Stickstoff enthaltenden Gruppen (z.B. Aminogruppen), wie solche, die erhältlich sind von National Starch and Chemical Corp., Bridgewater, NJ, USA; Latex; nassfeste Harze, wie Polyamid-Epichlorhydrinharz (z.B. Kymene^TM 557H, Hercules, Inc. Wilmington, Delaware, USA), Polyacrylamidharz (zum Beispiel beschrieben in US Patent 3,556,932, veröffentlicht am 19. Januar 1971 für Coscia et al.; auch zum Beispiel das im Handel erhältliche Polyacrylamid, vermarktet durch Cytec Industries, West Patterson, NJ, USA unter dem Handelnamen Parez^TM 631 NC); Ureaformaldehyd- und Melaminformaldehydharze und Polyethyleniminharze.
Die Fasern, die für die hier vorliegenden fluidabsorbierenden Elemente geeignet sind, sind vorzugsweise mit Hilfe einer chemischen Reaktion versteift. Zum Beispiel können die Vernetzungsmittel auf die Fasern aufgebracht werden, welche nach der Aufbringung dazu veranlasst werden, in chemischer Weise Intrafaser-Vernetzungsbindungen zu bilden. Die Vernetzungsbindungen können die Steifigkeit der Fasern erhöhen. Auch wenn die Verwendung von Intrafaser-Vernetzungsbindungen zum chemischen Versteifen der Fasern vorgezogen wird, ist damit nicht gemeint, andere Typen von Reaktionen zum chemischen Versteifen der Fasern auszuschließen.
In den bevorzugteren versteiften Fasern umfasst die chemische Verarbeitung eine Intrafaser-Vernetzung mit Vernetzungsmitteln, während sich die Fasern in einem relativ dehydrierten, defibrierten (das heißt, individualisierten), verdrehten, gekräuselten Zustand befinden. Geeignete chemische Versteifungsmittel umfassen monomere Vernetzungsmittel mit, aber nicht beschränkt darauf, C₂-C₈ Dialdehyden, und C₂-C₈ Monoaldehyden mit einer Säurefunktionalität können verwendet werden, um eine Vernetzungslösung zu bilden. Diese Verbindungen sind in der Lage, mit wenigstens zwei Hydroxylgruppen in einer einzelnen Zellulosekette oder an nahe liegenden Zelluloseketten in einer einzelnen Faser zu reagieren. Solche Vernetzungsmittel, die für die Verwendung beim Präparieren der versteiften Zellulosefasern in Betracht kommen, umfassen, sind aber nicht beschränkt darauf, Glutaraldehyd, Glyoxal, Formaldehyd und Glyoxylsäure. Weitere geeignete Versteifungsmittel sind Polycarboxylate, wie Zitronensäure. Die Versteifungsmittel aus Polycarboxylat und ein Verfahren zum Herstellen versteifter Fasern daraus sind beschrieben in US Patent Nr. 5,190,563, veröffentlicht am 02. März 1993. Der Effekt der Vernetzung unter diesen Bedingungen besteht darin, Fasern zu bilden welche versteift sind und welche dazu neigen, ihre verdrehte, gekräuselte Konfiguration während der Verwendung in den hier vorliegenden absorbierenden Artikeln beizubehalten. Solche Fasern und Verfahren zum Herstellen derselben sind beschrieben in den oben aufgenommenen Patenten.
Versteifte Zellulosefasern können durch ein inneres Vernetzen solcher Fasern in einer relativ dehydrierten Form präpariert werden, und zwar während oder nachdem solche Fasern getrocknet und defibriert (das heißt, "geflockt") wurden. Es ist jedoch nicht damit gemeint, notwendigerweise andere hydrophile, chemisch versteifte, verdrehte und gekräuselte Fasern aus dieser Erfindung auszuschließen, wobei solche anderen Fasern beschrieben sind (aber nicht beschränkt darauf) in den vorher erwähnten US Patenten 3,224,926, 3,440,135, 4,035,147 und 3,932,209. Weitere nicht chemische Mittel zum Bereitstellen versteifter, verdrehter und gekräuselter Zellulosefasern werden auch als in den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung liegend angesehen, wie beispielsweise eine hohe Konsistenz (im Allgemeinen größer als etwa 30%), eine mechanische Behandlung (z.B. Frotapulping und/oder Refining, etc.). Solche Verfahren sind in größerem Detail beschrieben in US Patent Nrn. 4,976,819 und 5,244,541, veröffentlicht am 11. Dezember 1990 bzw. am 14. Dezember 1993 für Mary L. Minton unter der Bezeichnung "Pulp Treatment Methods".
Weitere bevorzugtere Bahnen umfassen ferner einen zweiten Fasertyp mit relativ großem Oberflächenbereich.
Obwohl auch synthetische Fasern, wie beispielsweise mit einem sehr kleinen Durchmesser ("Mikrofasern") oder mit einer speziellen Oberflächenkonfiguration als geeignet in Betracht gezogen werden, ist eine gegenwärtig bevorzugte Faser für diese Anwendung mit großem Oberflächenbereich aus der Eukalyptusfamilie von Holzzellstofffasern. Eukalyptus liefert wünschenswerte Kapillardruckeigenschaften in Kombination mit den chemisch versteiften, verdrehten und gekräuselten Fasern und wird nicht ohne weiteres durch das Formungssieb hindurch gelangen, wie dies in einer signifikanten Menge bei den unten beschriebenen Zellulosefeinstoffen der Fall ist. Besonders geeignete Eukalyptusfasern umfassen solche der Spezies eucalyptus grandis.
Weitere geeignete Fasern, die einen Oberflächenbereich erzeugen und zur Hinzugabe zu den versteiften zellulosehaltigen Fasern vor der Formation der nassen Bahn aus einem Zellstoffbreit umfassen, sind aber nicht beschränkt darauf, eine Varietät aus zellulosehaltigen und synthetischen faserigen Materialien, wie solchen, die offenbart sind in US Patent Nr. 5,127,445, veröffentlicht für Young et al. am 08. Juni 1993. Solche Materialien umfassen nicht versteifte Zellulosefasern (das heißt, herkömmliche zellulosehaltige Zellstofffasern), hoch verfeinerte, versteifte und nicht versteifte Zellulosefasern, die hier als "Crill" bezeichnet werden und ein Zellulosematerial mit großem Oberflächenbereich, wie beispielsweise expandierte Zellulosefasern (hier nachfolgend beschrieben). Die Zellulose mit großem Oberflächenbereich wird gut mit den versteiften Fasern im Brei vermischt, und der Breit wird nass gelegt. Ein Mischer, ein Repulper, ein Entflocker, ein Valley Beater, ein Refiner (z.B. ein Einkegel- oder Doppelscheiben-Refiner) oder eine andere Einrichtung, die im Stand der Technik bekannt ist, können verwendet werden, um die versteiften Fasern und die Zellulose mit großem Oberflächenbereich zu mischen und zu entklumpen oder zu verfeinern.
Die Zellulose mit großem Oberflächenbereich kann auch aus zellulosehaltigen Fasern hergestellt werden, indem eine Flüssigkeitssuspension aus Zellulosefasern durch eine Öffnung mit kleinem Durchmesser hindurch geführt wird, in welcher die Suspension einem Druckabfall von wenigstens 4,3 Pa (3000 psi) und einer Scherwirkung bei hoher Geschwindigkeit ausgesetzt wird, gefolgt von einer starken Geschwindigkeitsabnahme. Der Durchgang der Suspension durch die Öffnung wird wiederholt, bis eine im Wesentlichen stabile Suspension erhalten wird. Siehe US Patent 4,483,743, Turbak et al., 20. November 1984.
Wenn elastische Fasern, wie die vernetzten, verdrehten, versteiften Fasern, mit Fasern mit großem Oberflächenbereich kombiniert werden, wie dies oben beschrieben wurde, kann die resultierende Bahn eine signifikant verringerte Zugfestigkeit haben, insbesondere in einem nassen Zustand.
Deshalb kann, um eine Verarbeitung zu erleichtern und produktspezifische mechanische Eigenschaften zu erhalten, und zwar sowohl im nassen als auch im trockenen Zustand, ein Bindemittel integriert in oder auf der Bahn eingebaut werden. Dies kann erfolgen, indem die Bindemittel zu dem Zellstoff hinzu gegeben werden, vor der Bahnformation, durch Aufbringen des Bindemittels auf eine nass gelegte Bahn, nach Abscheidung auf einem Formungssieb, und vor dem Trocknen, nach dem Trocknen oder in einer Kombination von Beidem.
Obwohl die spezifischen Bindemittel für die bestimmte Festigkeit der geformten Bahn nicht als kritisch für die Fluidhandhabungsleistung angesehen werden, wurden thermoplastische Fasern gefunden, die eine bessere Option und chemisch gebundene Bahn mit einer sogar bevorzugten Ausführung liefern.
In einer bevorzugten Ausführung umfasst das Fluidannahme/Verteilungs-Material eine nass gelegte Bahn aus versteiften zellulosehaltigen Fasern, in welcher die Bahn mit zwischen etwa 0% bis etwa 50%, vorzugsweise zwischen etwa 5% bis etwa 25%, ganz bevorzugt zwischen etwa 7% bis etwa 15% eines thermoplastischen Bindematerials verstärkt wird, wobei das thermoplastische Bindematerial Bindungsstellen an Schnittstellen der Bindefasern mit entweder anderen Bindefasern, chemisch versteiften, verdrehten und gekräuselten zellulosehaltigen Fasern oder Fasern mit großem Oberflächenbereich liefern. Solche thermisch gebundenen Bahnen können im Allgemeinen hergestellt werden, indem eine Bahn mit den versteiften zellulosehaltigen Fasern und thermoplastischen Fasern gebildet wird, welche vorzugsweise gleichmäßig darin verteilt sind. Das thermoplastische faserige Material kann mit den versteiften Zellulosefasern und den feinen Fasern in dem wässrigen Brei vor der Bahnformation vermischt werden. Einmal gebildet, wird die Bahn thermisch gebunden, indem die Bahn erhitzt wird, bis der thermoplastische Anteil der Fasern schmilzt. Spezifische nicht beschränkende Beispiele geeigneter faseriger Materialien umfassen heiß schmelzende Polyesterfasern (KODEL 410), Bikomponentfasern, Trikomponentfasern, Mischungen davon und dergleichen.
Zusätzlich wird eine gecrimpte auf Polymer basierende Binderfaser zu einer zusätzlichen Fülligkeit der Bahn beitragen. Eine gegenwärtig bevorzugte auf Polymer basierende Binderfaser der gecrimpten Varietät ist eine Copolyolefin-Bikomponentfaser von Hoechst-Celanese, im Handel erhältlich unter dem Markennamen CELBOND^® von Hoechst Celanese Corporation, Typ 255, Charge 33865A, mit einem dtex von etwa 3,3 (oder einem Denier von etwa 3,0) und einer Faserlänge von etwa 6,4 mm.
Die thermoplastischen Bindematerialien, die Fluidannahme/Verteilungs-Elemente nützlich sind, umfassen auch irgendein heiß schmelzendes Haftmittel, welches bei Temperaturen geschmolzen werden kann, welche die zellulosehaltigen Fasern nicht übermäßig schädigen. Vorzugsweise wird der Schmelzpunkt des thermoplastischen Bindematerials niedriger sein als etwa (175°C), vorzugsweise zwischen etwa 75°C und etwa 175°C. In jedem Falle sollte der Schmelzpunkt nicht geringer sein als die Temperaturen, bei welchen der Artikel dieser Erfindung wahrscheinlich gelagert wird, wobei der Schmelzpunkt typischerweise nicht weniger als 50°C beträgt.
Das thermoplastische Bindematerial kann zum Beispiel Polyethylen, Polypropylen, Polyester, Polyvinylchlorid, Polyvinylidenchlorid sein.
Vorzugsweise werden die thermoplastischen Fasern ein wasserhaltiges Fluid nicht signifikant einsaugen oder absorbieren. Die Oberfläche des thermoplastischen Materials kann jedoch hydrophil oder hydrophob sein. (Wie hier verwendet, sollen die Ausdrücke "hydrophil" und "hydrophob" das Maß bezeichnen, in welchem die Oberflächen von Wasser benetzt sind.) Ein hydrophiles Material ganz bevorzugt zu höheren thermoplastischen Teilen, zu Anteilen über etwa 40% führen.
Thermoplastische Fasern für die hier vorliegende Verwendung können in der Größenordnung von etwa 0,1 cm bis etwa 6 cm lang, vorzugsweise von etwa 0,3 cm bis etwa 3,0 cm lang sein.
Das thermoplastische Material wird vorzugsweise durch eine Durchluftbindung geschmolzen, jedoch sollen damit andere Verfahren, wie Infrarotlicht, Dampftrommeltrocknung, Yankee, etc., nicht ausgeschlossen werden. In einer anderen Variation wird die Bahn einer Heißprägung auf ein oder mehreren Flächen der Bahn ausgesetzt. Diese Technik ist beschrieben in weiterem Detail in US Patent 4,590,114.
Wie vorher besprochen wurde, können Scrims, wie Tissuelagen und andere wasserdurchlässige Vliesstofflagen als äußere Abstützung zusätzlich zu oder anstelle der oben beschriebenen Bindemittel verwendet werden.
Ein noch bevorzugteres Ausgangsmaterial umfasst chemische Binder. Ein solches chemisches additives Bindemittel zum Verstärken der physischen Integrität des absorbierenden Elements und/oder zum Erleichtern der Verarbeitung von Bahnen, insbesondere nass gelegter Bahnen, können harzhaltige Binder, Latex und Stärke sein, die im Stand der Technik zum Bereitstellen erhöhter Integrität für faserige Bahnen bekannt sind. Geeignete Harzbinder umfassen solche, welche für Ihre Fähigkeit bekannt sind, eine nasse, trockene oder sowohl eine nasse als auch eine trockene Festigkeit in Papierstrukturen bereit zu stellen, wie dies beispielsweise zu finden ist in den TAPPI Monograph Serien Nr. 29, "Wet Strength in Paper and Paperboard", Technical Association of the Pulp and Paper Industry (New York, 1965). Geeignete Harze umfassen Polyamid-Epichlorhydrin- und Polyacrylamid-Glyoxalharze. Weitere Harze, die in dieser Erfindung Verwendung finden, sind Ureaformaldehyd- und Melamin-Formaldehydharze. Die üblichsten funktionalen die ser polyfunktionalen Harze sind Stickstoff enthaltende Gruppen, wie Aminogruppen und Methylgruppen, die an Stickstoff angehängt sind. Polyethyleniminharze können Anwendung in der vorliegenden Erfindung finden. Ein gegenwärtig bevorzugtes chemisches additives Bindemittel ist das im Handel erhältliche Polyacrylamid-Glyoxalharz, vermarktet durch Cytec Industries, West Patterson, NJ, USA unter dem Markennamen Parez(T) 631 NC.
Stärke, insbesondere kationische, modifizierte Stärken, können auch Verwendung als chemische Additive in der vorliegenden Erfindung Verwendung finden. Solche kationischen Stärkematerialien, die im Allgemeinen mit Stickstoff enthaltenden Gruppen, wie Aminogruppen und Methylgruppen, die an Stickstoff angehängt sind, modifiziert sind, können erhalten werden von National Starch and Chemical Corporation, ansässig in Bridgewater, New Jersey. Weitere geeignete Binder umfassen, sind aber beschränkt darauf, Polyacrylsäure, Polyvinylalkohol, Polyvinylacetat.
Der Anteil der chemischen additiven Binder, welche hinzu gegeben werden, betragen typischerweise von etwa 0% bis etwa 5% der gesamten Bahn-Flächenmasse. Chemische additive Binder, welche hydrophil sind, können jedoch in größeren Mengen verwendet werden. Falls die chemischen Binderadditive zu den versteiften Fasern in einem wässrigen Brei hinzu gegeben werden, sind üblicherweise nicht versteifte Zellulosefasern oder Zellulose mit großem Oberflächenbereich vorzugsweise auch vorhanden, um eine Retention des chemisch additiven Binders zu verbessern. Chemisch additive Binder können auf getrocknete oder ungetrocknete Bahnen durch Drucken, Besprühen oder andere Verfahren, die im Stand der Technik bekannt sind, aufgebracht werden.
Zusätzlich zur Verwendung eines chemischen Bindemittels können Fluidverteilungsmaterialien auch günstig sein für die Integration einer thermisch gebundenen Polymer-Mikrobahn in das oben beschriebene Material.
Die beschriebenen Bestandteile für geeignete und bevorzugte Fluidannahme/Verteilungs-Materialien gemäß der vorliegenden Erfindung können miteinander vermengt werden und in Bahnen durch eine Vielfalt von Materialien geformt werden, einschließlich Nasslegeverfahren, Luftlegeverfahren, Kardieren und anderen Verfahren, von welchen Nasslegeverfahren besonders bevorzugt werden.
Techniken zum Nasslegen von zellulosehaltigem Fasermaterial, um Flächengebilde zu formen, wie beispielsweise trockene Lagen und Papier sind im Stand der Technik allgemein bekannt. Diese Techniken sind im Allgemeinen anwendbar auf das Nasslegen der versteiften Fasern, um nass gelegte Flächengebilde zu formen, die in den absorbierenden Strukturen dieser Erfindung nützlich sind. Geeignete Nasslegetechniken umfassen ein Handschöpfen und ein Nasslegen mit Verwendung von Papiermachermaschinen, wie sie zum Beispiel offenbart sind von L. H. Sanford et al. in US Patent 3,301,746. Aufgrund des Verhaltens chemisch versteifter, verdrehter und gekräuselter Fasern, werden insbesondere deren Neigung, in wässrigen Breien auszuflocken, bestimmte Behandlungsmodifikationen, die nachfolgend beschrieben werden, vorzugsweise implementiert, wenn sie mit Papiermachermaschinen nass gelegt werden.
Im Allgemeinen können nass gelegte Bahnen hergestellt werden, indem ein wässriger Brei auf Fasern auf einem foraminösen Formungsdraht abgelagert wird, der nass gelegte Brei entwässert wird, um eine nasse Bahn zu bilden und die nasse Bahn getrocknet wird. Vorzugsweise werden die wasserhaltigen Breie aus Fasern zum Nasslegen eine Faserkonsistenz von zwischen etwa 0,02% und etwa 2,0%, vorzugsweise zwischen etwa 0,02% und etwa 0,2% der Flächemasse des gesamten Breies aufweisen. Eine Ablagerung des Breies wird typischerweise unter Verwendung einer Vorrichtung herbei geführt, die im Stand der Technik als Stoffauflaufkasten bekannt ist. Der Stoffauflaufkasten hat eine Öffnung, die als ein Schlitz bekannt ist, um den wässrigen Brei aus Fasern auf den foraminösen Formungsdraht abzugeben. Der Formungsdraht kann von einer Konstruktion und Maschengröße sein, die für Herstellungsverfahren von trockenen Lagen oder einem anderen Papier verwendet wer den. Herkömmliche Gestaltungen von Stoffauflaufkästen, die im Stand der Technik bekannt sind, zur Formation von trockenen Lagen und Tissue-Flächengebilden können verwendet werden. Geeignete, im Handel erhältliche Stoffauflaufkästen umfassen zum Beispiel offene, Festdach-, Doppeldraht-, Schrägdraht- und Trommelformer-Stoffauflaufkästen.
Sobald die Bahn gebildet ist, wird sie entwässert und getrocknet. Ein Entwässern kann mit Folien, Saugkästen oder anderen Vakuumeinrichtungen oder mittels Schwerkraftfluss durchgeführt werden. Typischerweise erhöht das Entwässern die Faserkonsistenz von zwischen etwa 8% und etwa 30% auf der gesamten nassen Bahn-Flächenmasse, vorzugsweise zwischen etwa 8% und etwa 23%. Ein Entwässern auf Konsistenzen von über etwa 23% kann ein Nasspressen erfordern und wird weniger bevorzugt. Nach dem Entwässern kann die Bahn von dem Formungssieb zu einem Trocknungsgewebe übertragen werden, wobei dies aber nicht notwendig ist, welches die Bahn zu Trocknungsvorrichtungen transportiert.
Das Trocknen der nassen Bahn kann herbei geführt werden, indem viele Techniken verwendet werden, die im Stand der Technik bekannt sind. Wenn thermoplastische Bindematerialien in der Bahn enthalten sind, ist es besonders wichtig, dass die Bahn durchgehen und gleichförmig bei einer Temperatur getrocknet wird, welche das thermoplastische Bindematerial mit anderen Fasermaterialien verschmelzt, aber nicht so hoch ist, dass sie das thermische Bindematerial dazu veranlasst, in das Lückenvolumen des Netzwerkes zu fließen. Das Trocknen kann herbei geführt werden zum Beispiel mit einem thermischen Durchblastrockner, einem thermischen Luftaufpralltrockner und durch erhitzte Trommeltrockner, einschließlich Yankee-Trockner. Die nass gelegten Bahnen werden vorzugsweise fertig getrocknet (im Allgemeinen auf Faserkonsistenzen zwischen etwa 95% bis etwa 99%). Die Flexibilität der voll getrockneten Bahn wird vorzugsweise gesteigert, wie beispielsweise durch Techniken, die im Stand der Technik allgemein bekannt sind, beispielsweise wie Kreppen der Bahn unter Verwendung eines Yankee-Trockners mit Abstreichklinge.
Um besonders bevorzugte Eigenschaften gemäß der vorliegenden Erfindung zu erhalten, können die Materialien des Standes der Technik, wie sie oben besprochen wurden, einem zusätzlichen Verfahrensschritt unterzogen werden, nachdem sie geformt wurden. Ähnliche Verfahren wurden entwickelt zum Behandeln von Stretchlaminat-Materialien und sind beschrieben in US-A-5,167,897 (Weber) mit Bezug auf Stretchmaterialien oder in Fluidverteilungsmaterialien bzw. als solche, die beschrieben sind in EP-A-0 810 078.
Im Wesentlichen liefert dieses Verfahren eine mechanische Behandlung der Bahn, durch ein Vorschieben des Ausgangsmaterials durch wenigstens zwei Walzen, jede mit umfänglichen Rippen und Rillen, welche in einem solchen engen Abstand zueinander verlaufen, dass die Bahn einer dauerhaften Verformung unterzogen wird.
Dadurch wird die im Wesentlichen ungespannte Bahn durch ein quer gerichtetes inkrementales Bahn-Streckungssystem gelängt, welches gegenüber liegende Druckapplikatoren verwendet, die dreidimensionale Oberflächen aufweisen, welche wenigstens in einem Grad komplementär zueinander sind und überlappen oder "miteinander kämmen" können, um so das Material, das sich darin befindet, zu dehnen.
Die Anordnung der Rippen und Rillen sowohl in umfänglicher als auch in axialer Richtung der geriffelten Walzen, kann gleichförmig sein, wobei spezifische Ausführungen Regionen mit unterschiedlichen Mustern aufweisen können, sei es in axialer Anordnung, zum Beispiel in den Breiten der Rillen und/oder der Rippen, die sich über die axiale Richtung der Walzen verändert, oder sei es in umfänglicher Richtung, zum Beispiel dass die Rippen und Rillen eine sich verändernde Tiefe über den Umfang wenigstens einer Walze haben oder wenigstens eine der Walzen eine makroskopisch gekrümmte Form hat, zum Beispiel im zentralen Bereich dicker ist als zu den Rändern hin.
Die Verwendung von mehr als zwei geriffelten Walzen kann auch günstig sein, um beispielsweise eine zu starke Behandlung in einem Schritt zu vermeiden.
Eine weitere Verbesserung des Verfahrens kann erreicht werden, indem ein Verfahrensschritt des Erwärmens der Bahn hinzu gefügt wird, entweder durch einen separaten Verfahrensschritt, direkt nach der Post-Formationsbehandlung, wie sie oben offenbart wurde, oder durch Erhitzen des Mittels, welches die mechanische Spannung auf die Bahn aufbringt, zum Beispiel von einer oder beiden der geriffelten Walzen. Vorzugsweise wird dies für Bahnen verwendet, die wärmeschmelzfähige Materialien aufweisen (wie beispielsweise die Materialien mit thermoplastischen Fasern). Der günstige Effekt dieser zusätzlichen Wärmebehandlung liegt darin, dass die Bahnen geformt werden können, um beispielsweise eine relativ leichte plastische Verformung durch den mechanischen Prozess zu ermöglichen, um dann eine gewünschte Elastizität und/oder Festigkeit durch die Wärmeaushärtung zu erreichen.
Es ist ferner erkannt, dass, obwohl die bevorzugten Verfahren kämmende zylindrische, geriffelte Walzen verwenden, die vorliegende Erfindung ausgeführt werden kann, indem ein aufeinander treffender Stempelvorgang unter Verwendung von kämmenden Platten verwendet wird, um eine inkrementale Streckung der in Frage stehenden Bahn zu erhalten.
Alternativ zu den faserigen Bahnen, wie sie vorstehend beschrieben wurden, können relativ offenzellige polymere Schäume verwendet werden, insbesondere hydrophile, flexible polymere Schaumstrukturen von miteinander verbundenen offenen Zellen.
Für solche Schäume kann die mechanische Festigkeit des Schaumes derart sein, dass der Schaum bei Abgabe seiner Flüssigkeit unter den betreffenden Kapillardrucken kollabiert. Der Kollabierungsprozess verringert die effektive Schaumkapazität um einen wesentlichen Faktor in Bezug auf die Dichte des Schaumes, wie dies nachfolgend beschrieben wird. Der Zusammenfall, falls dieser relativ gleichförmig in der Struktur erfolgt, reduziert auch die Menge an Flüssigkeit, die an der Stelle des Flüssigkeitseintrags an Ort und Stelle gehalten wird. In dieser Hinsicht ist die Festigkeit der Schäume geringer als der Kapillardruck, der durch die Schäume ausgeübt wird, derart, dass die Schäume kollabieren werden, wenn die wässrigen Flüssigkeiten durch die Speicherkomponente des Kerns entfernt werden. Der Kapillardruck wird hier primär durch Einstellen der Schaumzellengröße geregelt (welche sich umgekehrt zum Oberflächenbereich pro Einheitsvolumen bezieht). Die Festigkeit wird durch die Kombination der Vernetzungsdichte und der Schaumdichte geregelt, welche ausgedrückt werden kann als Vernetzungsdichte pro Einheitsvolumen, wie dies nachfolgend definiert wird. Der Typ von Vernetzer oder anderer Comonomere kann auch einflussreich sein.
Polymere Schäume, die hier nützlich sind, sind solche, welche relativ offenzellig sind. Die Zellen in solchen im Wesentlichen offenzelligen Schaumstrukturen haben interzellulare Öffnungen oder "Fenster", die groß genug sind, um ohne weiteres einen Flüssigkeitstransfer von einer Zelle zu der anderen innerhalb der Schaumstruktur zuzulassen.
Die im Wesentlichen offenzelligen Schaumstrukturen haben im Allgemeinen einen retikulierten Charakter, wobei die einzelnen durch eine Mehrzahl von miteinander verbundenen, dreidimensional verzweigten Stegen begrenzt werden. Die Stränge des polymeren Materials, welche diese verzweigten Stege aufbauen, können als "Streben" bezeichnet werden. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung ist ein Schaummaterial "offenzellig", wenn wenigstens 80% der Zellen in der Schaumstruktur, die wenigstens 1 μm groß sind, in Fluidkommunikation mit wenigstens einer benachbarten Zelle stehen.
Zusätzlich dazu, dass sie offenzellig sind, sind diese polymere Schäume ausreichend hydrophil, um dem Schaum zu erlauben, wässrige Flüssigkeiten zu absorbieren. Die inneren Oberflächen der Schaumstrukturen werden hydrophil gemacht, indem restliche hydrophilisierende grenzflächenaktive Stoffe und/oder Salze in der Schaumstruktur nach der Polymerisation verbleiben, oder durch ausgewählte Post-Polymerisations-Schaumbehandlungsverfahren, wie sie nachfolgend beschrieben werden.
Das Ausmaß, in welchem diese polymeren Schäume "hydrophil" sind, kann quantifiziert werden durch den "Haftspannungs"-Wert, der gezeigt wird, wenn sie diese in Kontakt mit einer absorbierbaren Testflüssigkeit befinden. Die durch diese Schaummaterialien gezeigte Haftspannung kann experimentell unter Verwendung eines Verfahrens bestimmt werden, in welchem eine Gewichtsaufnahme einer Testflüssigkeit, zum Beispiel eines synthetischen Urins, für eine Probe bekannter Abmessungen und bekanntem spezifischem Oberflächenbereich für die kapillare Ansaugung gemessen wird. Ein solches Verfahren ist beschrieben in größerem Detail im Abschnitt Testverfahren von US Patent Nr. 5,387,207 (Dyer et al.), veröffentlicht am 07. Februar 1995. Schäume, welche als Verteilungsmaterialien der vorliegenden Erfindung nützlich sind, sind im Allgemeinen solche, welche einen Haftspannungswert von etwa 15 bis etwa 65 dyne/cm, ganz bevorzugt von etwa 20 bis etwa 65 dyne/cm zeigen, wie dieser bestimmt wird durch die kapillare Saufaufnahme von synthetischem Urin mit einer Oberflächenspannung von 65 ± 5 dyne/cm bestimmt wird.
Ein wichtiger Aspekt dieser Schäume ist ihre Einfriertemperatur (Tg). Die Tg repräsentiert den Mittelpunkt des Übergangs zwischen dem glasigen und gummiartigen Zustand des Polymers. Schäume, die eine höhere Tg als Benutzungstemperatur haben, können sehr stark sein, können aber auch sehr steif und potentiell anfällig gegenüber Bruch sein. Solche Schäume neigen auch dazu, unter Spannung zu kriechen und sind wenig elastisch, wenn sie bei Temperaturen verwendet werden, die kälter sind als die Tg des Polymers. Die gewünschte Kombination von mechanischen Eigenschaften, insbesondere Festigkeit und Elastizität, macht es typischerweise notwendig, einen genau ausgewählten Bereich von Monomertypen und deren Anteile zu verwenden, um diese gewünschten Eigenschaften zu erhalten.
Für Verteilungsschäume, die für die vorliegende Erfindung nützlich sind, sollte die Tg so niedrig wie möglich sein, solange der Schaum eine akzeptable Festigkeit hat. Demgemäß werden Monomere so weit wie möglich dahin gehend ausgewählt, dass sie entsprechende Homopolymere mit geringerem Tg's liefern.
Die Form der Einfrierregion des Polymers kann auch wichtig sein, das heißt, ob sie schmal oder breit ist, und zwar als Funktion der Temperatur. Diese Einfrierregions-Form ist besonders relevant dort, wo die Benutzungstemperatur (gewöhnlich Umgebungs- oder Körpertemperatur) des Polymers an oder nahe der Tg liegt. Zum Beispiel kann eine breitere Übergangsregion bedeuten, dass ein Übergang bei Benutzungstemperaturen unvollständig ist. Typischerweise wird, wenn der Übergang bei der Benutzungstemperatur unvollständig ist, das Polymer eine größere Steifigkeit zeigen und wird weniger elastisch sein. Umgekehrt, wird, falls der Übergang bei der Benutzungstemperatur vollständig ist, dann das Polymer eine schnellere Erholung aus der Komprimierung heraus zeigen. Demgemäß ist es erwünscht, die Tg und die Breite der Übergangsregion des Polymers zu regulieren, um die gewünschten mechanischen Eigenschaften zu erreichen. Im Allgemeinen wird vorgezogen, dass die Tg des Polymers wenigstens etwa 10°C geringer ist als die Umgebungstemperatur. (Die Tg und die Breite der Übergangsregion werden abgeleitet aus der Kurve des Verlusttangens zur Temperatur, aus einer Dynamik-Mechanik-Analysemessung (DMA), wie sie beschrieben ist in US Patent Nr. 5,563,179 (Stone et al.), veröffentlicht am 08. Oktober 1996.)
Polymere Schäume, die für die vorliegende Erfindung nützlich sind, können durch eine Anzahl von Parameter beschrieben werden.
Schäume, die für die vorliegende Erfindung nützlich sind, sind in der Lage, wässrige Flüssigkeiten auf eine signifikante Höhe gegen die Schwerkraft anzusaugen, zum Beispiel auf wenigstens etwa 15 cm. Die Flüssigkeitssäule, die in dem Schaum gehalten wird, übt einen signifikanten kontraktilen Kapillardruck aus. Bei einer Hö he, die sowohl durch die Festigkeit des Schaumes (bei Komprimierung) als auch den Oberflächenbereich pro Einheitsvolumen des Schaumes bestimmt wird, wird der Schaum kollabieren. Die Höhe ist der kapillare Kollabierungsdruck (CCP), ausgedrückt in cm, bei welchem 50% des Volumens des Schaumes bei Null-Druckhöhe verloren ist. Bevorzugte Verteilungsschäume, die für die vorliegende Erfindung nützlich sind, werden einen CCP von wenigstens etwa 15 cm, ganz bevorzugt wenigstens etwa 20 cm, noch bevorzugter wenigstens etwa 25 haben. Typischerweise werden bevorzugte Verteilungsschäume einen kapillaren Kollabierungsdruck von etwa 15 cm bis etwa 50 cm, ganz bevorzugt von etwa 20 cm bis etwa 45 cm, noch bevorzugter von etwa 25 bis etwa 40 cm haben.
Ein Merkmal, welches beim Definieren bevorzugter polymerer Schäume nützlich sein kann, ist die Zellstruktur. Schaumzellen, und insbesondere Zellen, die durch ein Polymerisieren einer Monomer enthaltenden Ölphase gebildet werden, welche relativ monomerfreie Wasserphasentröpfchen umgibt, werden häufig im Wesentlichen eine sphärische Form haben. Diese sphärischen Zellen sind miteinander durch Öffnungen verbunden, welche nachfolgend als Löcher zwischen Zellen bezeichnet werden. Sowohl die Größe oder der "Durchmesser" solcher sphärischen Zellen als auch der Durchmesser der Öffnungen (Löcher) zwischen den Zellen, wird im Allgemeinen zum Charakterisieren von Schäumen im Allgemeinen verwendet. Da die Zellen und Löcher zwischen den Zellen in einer gegebenen Probe eines Polymerschaums nicht notwendigerweise in etwa die gleiche Größe haben, werden mittlere Zellen- und Lochgrößen, das heißt mittlere Zellen- und Lochdurchmesser häufig spezifiziert.
Zellen- und Lochgrößen sind Parameter, die eine Anzahl wichtiger mechanischer und leistungsmäßiger Merkmale, einschließlich der Flüssigkeits-Ansaugeigenschaften dieser Schäume sowie den Kapillardruck, der in der Schaumstruktur entwickelt wird, beeinflussen können. Ein Anzahl von Techniken ist verfügbar zum Bestimmen der mittleren Zellen- und Lochgrößen von Schäumen. Eine übliche Technik umfasst eine einfache Messung basierend auf der abtastenden E lektronenmikrophotographie einer Schaumprobe. Die Schäume, die als Absorptionsmittel für wasserhaltige Flüssigkeiten in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung nützlich sind, werden vorzugsweise eine mittlere Zellgrößenzahl von etwa 20 μm bis etwa 60 μm und typischerweise von etwa 30 μm bis etwa 50 μm und eine mittlere Lochgrößenzahl von etwa 5 μm bis etwa 15 μm und typischerweise von etwa 8 μm bis etwa 12 μm haben.
Ein "spezifischer Oberflächenbereich für die kapillare Saugkraft" ist ein Maß des für die Testflüssigkeit zugänglichen Oberflächenbereichs des polymeren Netzwerks, das für die Testflüssigkeit zugänglich ist. Der spezifische Oberflächebereich für die kapillare Saugkraft wird bestimmt sowohl durch die Abmessungen der zellularen Einheiten in dem Schaum als auch durch die Dichte des Polymers und ist somit ein Weg, die Gesamtmenge der festen Oberfläche zu quantifizieren, die durch das Schaumnetzwerk bereit gestellt wird, und zwar in dem Maße, in welchem eine solche Oberfläche an der Absorptionsfähigkeit teil hat.
Für die Zwecke dieser Erfindung wird der spezifische Oberflächenbereich für die kapillare Saugkraft bestimmt durch Messen der Menge einer kapillaren Aufnahme einer Flüssigkeit mit geringer Oberflächenspannung (z.B. Ethanol), welche in einer Schaumprobe von gekannter Masse und bekannten Abmessungen auftritt. Eine detaillierte Beschreibung einer solchen Verfahrensweise zum Bestimmen des spezifischen Oberflächenbereichs eines Schaumes mit Hilfe des kapillaren Saugkraftverfahrens wird ausgeführt im Abschnitt Testverfahren des US Patent Nr. 5,387,207 oben. Irgendein vernünftiges alternatives Verfahren zum Bestimmen des spezifischen Oberflächenbereichs für die kapillare Saugkraft kann auch verwendet werden.
Verteilungsschäume, die für die vorliegende Erfindung nützlich sind, werden vorzugsweise einen spezifischen Oberflächenbereich für die kapillare Saugkraft von wenigstens etwa 0,01 m²/ml, ganz bevorzugt wenigstens etwa 0,03 m²/ml haben. Typischerweise beträgt der spezifische Oberflächenbereich für die kapillare Saug kraft im Bereich von etwa 0,01 bis etwa 0,20 m²/ml, vorzugsweise von etwa 0,03 bis etwa 0,10 m²/ml, äußerst bevorzugt von etwa 0,04 bis etwa 0,08 m²/ml.
Die "Schaumdichte" (das heißt, in Gramm Schaum pro Kubikzentimeter Schaumvolumen in Luft) wird hier auf einer Trockenbasis spezifiziert. Die Dichte des Schaumes, ähnlich dem spezifischen Oberflächenbereich für die kapillare Saugkraft, kann eine Anzahl von Leistungs- und Mechanikeigenschaften der absorbierenden Schäume beeinflussen. Dies umfasst die Absorptionskapazität für wasserhaltige Flüssigkeiten und die Kompressions-Biegeeigenschaften. Die Schaumdichte wird variieren gemäß dem Zustand des Schaums. Schäume in dem kollabierten Zustand haben offensichtlich eine höhere Dichte als der gleiche Schaum in seinem voll expandierten Zustand. Im Allgemeinen haben Schäume im kollabierten Zustand, die für die vorliegende Erfindung nützlich sind, eine Trockendichte von etwa 0,11 g/cm³.
Jedes geeignete gravimetrische Verfahren, das eine Bestimmung einer Masse eines festen Schaummaterials pro Einheitsvolumen der Schaumstruktur liefern wird, kann dazu verwendet werden, die Schaumdichte zu messen. Zum Beispiel ist ein ASTM-Gravimetrieverfahren, das vollständiger beschrieben ist im Abschnitt Testverfahren des US Patents Nr. 5,387,207 oben ein Verfahren, das für eine Dichtebestimmung verwendet werden kann. Die Schaumdichte gehört zu dem Gewicht pro Einheitsvolumen von gewaschenen, schaumfreien Emulgatoren, Füllstoffen, Oberflächenbehandlungen, wie Salzen und dergleichen. Die Schäume, die für die vorliegende Erfindung nützlich sind, werden vorzugsweise Trockendichten von etwa 8 mg/cm³ bis etwa 77 mg/cm³, ganz bevorzugt von etwa 11 mg/cm³ bis etwa 63 mg/cm³, noch bevorzugter von etwa 13 mg/cm³ bis etwa 48 mg/cm³ haben.
Schäume, die für die vorliegende Erfindung nützlich sind, können durch Polymerisieren eines spezifischen Typs einer Wasser-in-Öl-Emulsion oder einer HIPE mit einer relativ kleinen Menge einer Ölphase und einer relativ großen Menge einer Wasserphase erhalten werden. Dieses Verfahren umfasst die Schritte:

A) Bilden einer Wasser-in-Öl-Emulsion bei spezifischen Temperatur und unter einer Schermischung aus: 1) einer Ölphase umfassend: a) von etwa 85 bis etwa 98 Gew.% einer Monomerkomponente, die in der Lage ist, ein Copolymer mit einer Tg von etwa 35°C oder geringer zu bilden, wobei die Monomerkomponente umfasst: i) von etwa 30 bis etwa 80 Gew.% wenigstens eines im Wesentlichen wasserunlöslichen, monofunktionalen Monomers, das in der Lage ist, ein ataktisches amorphes Polymer mit einer Tg von etwa 25°C oder geringer zu bilden; ii) von etwa 5 bis etwa 40 Gew.% wenigstens eines im Wesentlichen wasserunlöslichen, monofunktionalen Comonomers, das in der Lage ist, eine Festigkeit zu verleihen, die etwa äquivalent zu derjenigen ist, die Styrol geliefert wird; iii) von etwa 5 bis etwa 30 Gew.% eines ersten im Wesentlichen wasserunlöslichen, polyfunktionalen Vernetzungsmittels, ausgewählt aus Divinylbenzolen, Trivinylbenzolen, Divinyltoluolen, Divinylxylolen, Divinylnaphthalenen, Divynylalkylbenzolen, Divinylphenanthrenen, Divinylbiphenylen, Divinyldiphenylmethanen, Divenylbenzylen, Divinylphenylethern, Divinyldiphenylsulfiden, Divinylfuranen, Divinylsulfid, Divinylsulfon und Mischungen davon; und iv) von 0 bis etwa 15 Gew.% eines zweiten im Wesentlichen wasserunlöslichen, polyfunktionalen Vernetzungsmittels, ausgewählt aus polyfunktionalen Acrylaten, Methacrylaten, Acrylamiden, Methacrylamiden und Mischungen davon; und b) von etwa 2 bis etwa 15 Gew.% einer Emulgatorkomponente, welche in der Ölphase löslich ist und welche in der Lage ist, eine stabile Wasser-in-Öl-Emulsion zu bilden, wobei die Emulgatorkomponente umfasst: (i) einen primären Emulgator, der wenigstens etwa 40 Gew.% emulgierende Komponenten aufweist, ausgewählt aus Diglycerolmonoestern linearer, ungesättigter C₁₆-C₂₂ Fettsäuren, Diglycerolmonoestern verzweigter C₁₆-C₂₄ Fettsäuren, monoaliphatische Diglycerolethern verzweigter C₁₆-C₂₄ Alkohole, monoaliphatische Diglycerolethern linear ungesättigte C₁₆-C₂₂ Alkohole, monoaliphatische Diglycerolethern linear gesättigter C₁₂-C₁₄ Alkohole, Sorbitanmonoestern aus linear ungesättigten C₁₆-C₂₂ Fettsäuren, Sorbitanmonoestern aus verzweigten C₁₆-C₂₄ Fettsäuren und Mischungen davon; oder (ii) die Kombination eines primären Emulgators mit wenigstens 20 Gew.% dieser Emulgatorkomponenten und bestimmten sekundären Emulgatoren in einem Gewichtsverhältnis von primärem zu sekundärem Emulgator von etwa 50 : 1 bis etwa 1.4; und 2) einer Wasserphase mit einer wässerigen Lösung, enthaltend: (i) von etwa 0,2 bis etwa 20 Gew.% eines wasserlöslichen Elektrolyts; und (ii) eine effektive Menge eines Polymerisationsinitiators; 3) einem Verhältnis von Volumen zu Gewicht der Wasserphase zur Ölphase im Bereich von etwa 12 : 1 bis etwa 125 : 1; und
B) Polymerisieren der Monomerkomponente in der Ölphase der Wasser-in-Öl-Emulsion, um ein polymeres Schaummaterial zu bilden; und
C) optional Entwässern des polymeren Schaummaterials.

Das Verfahren erlaubt die Bildung dieser absorbierenden Schäume, die in der Lage sind, Flüssigkeiten zu verteilen, und zwar als Ergebnis davon, dass sie sorgfältig ausgewogene Eigenschaften haben, wie dies hier beschrieben wird. Diese Eigen schaften werden durch sorgfältige Auswahl von Vernetzer- und Monomertypen und Anteils- und Emulsions-Formationsparametern erhalten, insbesondere des Betrages der Schermischung, der Temperatur und des Wasser-zu-Öl-Verhältnisses (welches sich in die endgültige Dichte des trockenen Schaumes überträgt).
Die polymeren Schäume, die für die vorliegende Erfindung nützlich sind, können durch Polymerisation bestimmter Wasser-in-Öl-Emulsionen mit einem relativ hohen Verhältnis der Wasserphase zur Ölphase präpariert werden, die im Stand der Technik als "HIPEs" bekannt sind. Polymere Schaummaterialien, welche sich aus der Polymerisation solcher Emulsionen ergeben, werden nachfolgend als "HIPE-Schäume" bezeichnet. Eine detaillierte Beschreibung der allgemeinen Präparierung solcher HIPEs ist im US Patent Nr. 5,563,179 und US Patent Nr. 5,387,207, unten, angegeben.
Die relativen Mengen der Wasser- und Ölphasen, die verwendet werden, um die HIPEs zu bilden, sind, neben vielen weiteren Parametern, wichtig bei der Bestimmung der strukturellen, mechanischen und leistungsmäßigen Eigenschaften der resultierenden polymeren Schäume. Insbesondere variiert das Verhältnis von Wasser-zu-Öl ("W:O-Verhältnis") in der Emulsion umgekehrt zur ultimativen Schaumdichte und kann die Zellengröße und den spezifischen Oberflächenbereich für die kapillare Saugkraft des Schaumes und die Abmessungen der Streben, welche den Schaum formen, beeinflussen. Die Emulsionen, die verwendet werden, um die HIPE-Schäume zu präparieren, die für diese Erfindung nützlich sind, werden im Allgemeinen ein Verhältnis von Volumen-zu-Gewicht der Wasserphase zur Ölphase im Bereich von etwa 12 : 1 bis etwa 125 : 1 haben und äußerst typisch von etwa 15 : 1 bis etwa 90 : 1. Besonders bevorzugte Schäume können hergestellt werden aus HIPEs mit Verhältnissen von etwa 20 : 1 bis etwa 75 : 1.
Der Hauptanteil der Ölphase der HIPEs wird Monomere, Comonomere und Vernetzungsmittel umfassen, wie solche, die genannt sind in US Patent Nr. 5,387,207, unten. Es ist wesentlich, dass diese Monomere, Comonomere und Vernetzungsmittel im Wesentlichen wasserunlöslich sind, so dass sie primär in der Ölphase und nicht in der Wasserphase löslich sind. Die Verwendung solcher im Wesentlichen wasserunlöslichen Monomere gewährleistet, dass HIPEs mit geeigneten Eigenschaften und einer geeigneten Stabilität verwirklicht werden. Es ist natürlich in höchstem Maße vorzuziehen, dass die Monomere, Comonomere und Vernetzungsmittel, die hier verwendet werden, derart ausgebildet sind, dass der resultierende polymere Schaum in geeigneter Weise nicht toxisch und chemisch gut stabil ist. Diese Monomere, Comonomere und Vernetzungsmittel sollten Vorzugsweise wenig oder keine Toxizität haben, falls sie in sehr geringen Restkonzentrationen während der Schaumverarbeitung und/oder Verwendung nach dem Polymerisationsvorgang vorhanden sein sollten.
Eine weitere wesentliche Komponente der Ölphase ist eine Emulgatorkomponente, die die Formation stabiler HIPEs erlaubt. Diese Emulgatorkomponente umfasst eine primären Emulgator und optional einen sekundären Emulgator, wie solche, die in US Patent Nr. 5,387,207 unten genannt sind.
Die Ölphase, die verwendet wird, um die HIPEs zu bilden, umfasst von etwa 85 bis etwa 98 Gew.% einer Monomerkomponente und von etwa 2 bis etwa 15 Gew.% einer Emulgatorkomponente. Vorzugsweise umfasst die Ölphase von etwa 90 bis etwa 98 Gew.% einer Monomerkomponente und von etwa 3 bis etwa 10 Gew.% einer Emulgatorkomponente. Die Ölphase kann auch weitere optionale Komponenten enthalten. Eine solche optionale Komponente ist ein in Öl löslicher Polymerisationsinitiator des allgemeinen Typs, der für die Fachleute des Standes der Technik allgemein bekannt ist, wie beispielsweise beschrieben in US Patent Nr. 5,290,820 (Bass et al.), veröffentlicht am 01. März 1994. Eine weitere bevorzugte optionale Komponente ist ein Antioxidanzmittel, wie ein Hindered Amine Light Stabilizer (HALS) und Hindered Phenolic Stabilizers (HPS) oder irgendein ein anderes Antioxidanzmittel, das mit dem Initiatorsystem, das verwendet werden soll, kompatibel ist. Weitere optionale Komponenten umfassen Plastifizierer, Füllstoffe, Färbemittel, Kettentransfermittel, aufgelöste Polymere und dergleichen.
Die diskontinuierliche innere Wasserphase der HIPE ist im Allgemeinen eine wasserhaltige Lösung, die ein oder mehrere gelöste Komponenten enthält, wie solche, die US Patent NR. 5,387,207 unten genannt sind. Eine wesentliche gelöste Komponente der Wasserphase ist ein wasserlöslicher Elektrolyt. Der gelöste Elektrolyt minimiert die Neigung des Monomers, Comonomers und des Vernetzungsmittels, primär öllöslich zu sein, so dass sich diese auch in der Wasserphase auflösen.
Dies wiederum soll das Ausmaß minimieren, in welchem das polymere Material die Zellfenster an den Öl/Wasser-Grenzflächen füllt, die durch die Wasserphasentröpfchen während der Polymerisation gebildet werden. Auf diese Weise soll das Vorhandensein des Elektrolyten und die resultierende Ionenstärke der Wasserphase bestimmen, ob und in welchem Maß die resultierenden bevorzugten polymeren Schäume offenzellig sein können.
Die HIPEs werden auch typischerweise einen Polymerisationsinitiator enthalten. Eine solche Initiatorkomponente wird im Allgemeinen der Wasserphase der HIPEs hinzu gegeben und kann irgendein ein herkömmlicher, wasserlöslicher Initiator mit freiem Radikal sein. Diese umfassen Persauerstoffverbindungen, wie Natrium, Kalium und Ammoniumpersulfate, Wasserstoffperoxid, Natriumperacetat, Natriumpercarbonat und dergleichen. Herkömmliche Redox-Initiatorsysteme können auch verwendet werden. Solche Systeme werden gebildet, indem die vorstehenden Persauerstoffverbindungen mit Reduzierungsmitteln kombiniert werden, wie Natriumbisulfit, L-Ascorbinsäure oder Eisensalze.
Der Initiator kann bei bis zu etwa 20 Mol Prozent basierend auf der gesamten Molzahl polymerisierbarer Monomere in der Ölphase vorhanden sein. Ganz bevorzugt ist der Initiator in einer Menge von etwa 0,001 bis etwa 10 Mol Prozent basierend auf der gesamten Molzahl polymerisierbarer Monomere in der Ölphase vorhanden.
Das die HIPE-Schaumstruktur bildende Polymer wird vorzugsweise im Wesentlichen frei von polaren funktionalen Gruppen sein. Diese bedeutet, dass der polymere Schaum relativ hydrophob in seinem Charakter sein wird. Diese hydrophoben Schäume können Verwendung finden, wenn die Absorption hydrophober Flüssigkeiten erwünscht ist. Verwendungen dieser Art umfassen solche, in welchen eine Ölkomponente in Wasser vermischt ist und es erwünscht ist, die Ölkomponente zu separieren und zu isolieren, wie beispielsweise im Falle mariner Ölverschmutzungen.
Wenn diese Schäume als Absorptionsmittel für wasserhaltige Flüssigkeiten verwendet werden, wie Fruchtsaft, Milch und dergleichen zur Reinigung und/oder die Körperflüssigkeiten, wie Urin, benötigen sie im Allgemeinen eine weitere Behandlung, um den Schaum relativ mehr hydrophil zu machen. Eine Hydrophilisierung des Schaumes kann, falls notwendig, ganz allgemein herbei geführt werden, indem der HIPE-Schaum mit einem hydrophilisierenden grenzflächenaktiven Stoff in einer Weise behandelt wird, wie dies beschrieben ist in US Patent Nr. 5,387,207 unten.
Diese hydrophilisierenden grenzflächeaktiven Stoffe können irgendein Material sein, welches die Wasserbenetzbarkeit der polymeren Schaumoberfläche verbessert. Sie sind im Stand der Technik allgemein bekannt und können eine Vielfalt von grenzflächenaktiven Stoffen umfassen, vorzugsweise den nicht ionischen Typ, wie solche, die genannt sind in US Patent Nr. 5,387,207 unten.
Ein weiteres Material, das typischerweise in die HIPE-Schaumstruktur eingebaut ist, ist ein hydratisierbares und vorzugsweise hygroskopisches oder bei Feuchtigkeit zerfließendes wasserlösliches anorganisches Salz sein. Solche Salze umfassen zum Beispiel toxikologisch akzeptable Erdalkalimetallsalze. Salze dieses Typs und ihre Verwendung mit öllöslichen grenzflächenaktiven Stoffen, wie den grenzflächenaktiven Stoff, der Schaum hydrophilisieren kann, ist in größerem Detail beschrieben in US Patent Nr. 5,352,711 (DesMarais), veröffentlicht am 04. Oktober 1994. Bevorzugte Salze dieses Typs umfassen die Kalziumhalide, wie Kalziumchlorid, das, wie vorher angemerkt, auch als das Elektrolyt für die Wasserphase in der HIPE verwendet werden kann.
Hydrierbare anorganische Salze können leicht eingebaut werden, indem die Schäume mit wasserhaltigen Lösungen solcher Salze behandelt werden. Solche Salzlösungen können im Allgemeinen dazu verwendet werden, die Schäume nach Abschluss des Verfahrens der Entfernung der Restwasserphase aus den gerade polymerisierten Schäumen oder als ein Teil dieses Verfahrens zu behandeln. Die Behandlung von Schäumen mit solchen Lösungen führt vorzugsweise dazu, dass hydrierbare anorganische Salze abgelagert werden, wie Kalziumchlorid, und zwar in Restmengen von wenigstens etwa 0,1 Gew.% des Schaumes und typischerweise im Bereich von etwa 0,1 bis etwa 12%.
Eine Behandlung dieser relativ hydrophoben Schäume mit hydrophilisierenden grenzflächenaktiven Stoffen (mit oder ohne hydrierbaren Salzen) wird typischerweise ausgeführt in dem Maße, wie dies notwendig ist, um dem Schaum eine geeignete Hydrophilizität zu verleihen. Einige Schäume des bevorzugten HIPE-Typs sind jedoch in geeigneter Weise hydrophil, wenn sie präpariert werden, und können in sich ausreichende Mengen hydrierbarer Salze enthalten, so dass sie keine zusätzliche Behandlung mit hydrophilisierenden grenzflächenaktiven Stoffen oder hydrierbaren Salzen benötigen. Insbesondere umfassen solche bevorzugten HIPE-Schäume solche, bei welchen bestimmte Ölphasen-Emulgatoren, wie sie vorher beschrieben wurden, und Kalziumchlorid in dem HIPE verwendet werden. In solchen Fällen werden die intern polymerisierten Schaumoberflächen in geeigneter Weise hydrophil sein und werden eine Rest-Wasserphasenflüssigkeit aufweisen, die ausreichende Mengen von Kalziumchlorid enthält oder abscheidet, selbst nachdem die polymeren Schäume auf ein praktikables Maß entwässert worden sind.
Die Schaumpräparierung umfasst typischerweise die Schritte: 1) Bilden einer stabilen Emulsion mit hoher innerer Phase (HIPE); 2) Polymerisieren/Aushärten dieser stabilen Emulsion unter Bedingungen, die geeignet sind, um eine feste polymere Schaumstruktur zu bilden; 3) optional Auswaschen der festen polymeren Schaumstruktur, um die ursprüngliche Restwasserphase aus der Polymeren Schaumstruktur zu entfernen und, falls notwendig, Behandeln der polymeren Schaumstruktur mit einem hydrophilisierenden grenzflächenaktiven Stoff und/oder einem hydrierbaren Salz, um einen benötigten hydrophilisierenden grenzflächenaktiven Stoff/hydrierbares Salz abzuscheiden und 4) anschließendes Entwässern dieser polymeren Schaumstruktur. Das Verfahren ist vollständiger beschrieben in US Patent Nr. 5,387,207 oben.
Anforderungen an absorbierende Speicherelemente
Wie oben beschrieben, zeigen die Verteilungselemente bestimmte Desorptionseigenschaften, welche an die Absorptionseigenschaften der absorbierenden Speicherelemente oder -materialien angepasst werden müssen.
So zeigen die absorbierenden Speicherelemente, die für die vorliegende Erfindung geeignet sind, hohe kapillare Saugeigenschaften. Für die Zwecke der vorliegenden Offenbarung wird diese hohe Saugkapazität gemessen hinsichtlich der Fähigkeit der Elemente, ein Fluid auf bestimmte Kapillarhöhen aufzunehmen, welchen sie im Allgemeinen begegnen, wenn das Element in einem absorbierenden Artikel positioniert ist. Der kapillare Sorptions-Absorptionskapazitätstest (auch hier als Kapsorptionstest bezeichnet) misst die Menge eines Testfluids pro Gramm absorbierendes Speicherelement, die aufgenommen wird, wenn das Speicherelement an verschiedenen Höhen an einer Kapillarsorptionsvorrichtung angeordnet ist. Der Kapillarsorptions-Absorptionskapazitäts-Test wird beschrieben in größerem Detail unten im Abschnitt Testverfahren.
In einem Aspekt hat das absorbierende Speicherelement mit hoher kapillarer Saugkapazität, das für die vorliegende Erfindung geeignet ist, eine kapillare Sorptions-Absorptionskapazität (CSAC) bei einer Höhe von 35 cm von wenigstens etwa 15 g/g, vorzugsweise wenigstens etwa 18 g/g, noch bevorzugter wenigstens etwa 20 g/g, noch bevorzugter wenigstens etwa 22 g/g. Typischerweise werden diese absorbierenden Speicherelemente eine kapillare Sorptions-Absorptionskapazität bei einer Höhe von 35 cm von etwa 15 g/g bis etwa 50 g/g, noch typischer von etwa 18 g/g bis etwa 50 g/g, noch typischer von etwa 20 g/g bis etwa 40 g/g haben.
In einem weiteren Aspekt kann das absorbierende Speicherelement mit hoher kapillarer Saugkapazität einen CSAC bei einer Höhe von 50 cm von wenigstens etwa 8 g/g, vorzugsweise wenigstens etwa 11 g/g, noch bevorzugter wenigstens etwa 15 g/g, noch bevorzugter wenigstens etwa 19 g/g haben. Typischerweise werden diese absorbierenden Speicherelemente einen CSAC bei einer Höhe von 50 cm von etwa 8 g/g bis etwa 40 g/g, noch typischer von etwa 11 g/g bis etwa 35 g/g, noch typischer von etwa 15 g/g bis etwa 30 g/g haben.
In noch einem weiteren Aspekt hat das absorbierende Speicherelement mit hoher kapillarer Saugkapazität einen CSAC bei einer Höhe von 80 cm von wenigstens etwa 6 g/g, vorzugsweise wenigstens etwa 9 g/g, noch bevorzugter wenigstens etwa 12 g/g, noch bevorzugter wenigstens 15 g/g. Typischerweise werden diese absorbierenden Speicherelemente eine kapillare Sorptions-Absorptionskapazität bei einer Höhe von 80 cm von etwa 6 g/g bis etwa 35 g/g, noch typischer von etwa 9 g/g bis etwa 30 g/g, noch typischer von etwa 12 g/g bis etwa 25 g/g haben.
In noch einem weiteren Aspekt hat das absorbierende Speicherelement mit hoher kapillarer Saugkapazität einen CSAC bei einer Höhe von 100 cm von wenigstens etwa 5 g/g, vorzugsweise wenigstens etwa 7 g/g, noch bevorzugter wenigstens etwa 10 g/g, noch bevorzugter wenigstens etwa 14 g/g haben. Typischerweise werden diese absorbierenden Speicherelemente eine kapillare Sorptions-Absorptionskapazität bei einer Höhe von 100 cm von etwa 5 g/g bis etwa 30 g/g, ganz typisch von etwa 7 g/g bis etwa 25 g/g, noch typischer von etwa 10 g/g bis etwa 20 g/g haben.
Obwohl dies kein Erfordernis ist, werden besonders bevorzugte absorbierende Speicherelemente eine anfängliche effektive Aufnahmerate bei 200 cm von wenigstens etwa 3 g/g/h haben, ganz bevorzugt wenigstens etwa 4 g/g/h und äußerst bevorzugt wenigstens etwa 8 g/g/h haben. Typischerweise wird die effektive Aufnahmerate bei 200 cm von etwa 3 bis etwa 15 g/g/h, ganz typisch von etwa 4 bis etwa 12 g/g/h, noch typischer von etwa 8 bis etwa 12 g/g/h betragen.
Obwohl die obigen minimalen kapillaren Saugkapazitäten wichtig sind für die absorbierenden Speicherelemente der vorliegenden Erfindung, werden diese Elemente auch vorzugsweise, obwohl nicht notwendigerweise, eine kapillare Sorptions-Absorptionskapazität bei Null-Druckhöhe (das heißt, bei 0 cm im Kapsorptionstest) von wenigstens etwa 15 g/g haben. In einem weiteren bevorzugten Aspekt werden die absorbierenden Speicherelemente konkurrierend die benötigte g/g-Aufnahme bei wenigstens zwei oben besprochenen Saughöhen zeigen. Das heißt zum Beispiel, dass die bevorzugten absorbierenden Speicherelemente zwei oder mehr der folgenden Eigenschaften haben werden: (i) eine kapillare Sorptions-Absorptionskapazität (CSAC) bei einer Höhe von 35 cm von wenigstens etwa 10 g/g, vorzugsweise wenigstens etwa 13 g/g, ganz bevorzugt wenigstens etwa 20 g/g, noch bevorzugter wenigstens etwa 22 g/g; (ii) eine CSAC bei einer Höhe von 50 cm von wenigstens etwa 8 g/g, vorzugsweise wenigstens etwa 11 g/g, ganz bevorzugt wenigstens etwa 15 g/g, noch bevorzugter wenigstens etwa 19 g/g; (iii) eine CSAC bei einer Höhe von 80 cm von wenigstens etwa 6 g/g, vorzugsweise wenigstens etwa 9 g/g, ganz bevorzugt wenigstens etwa 12 g/g, noch bevorzugter wenigstens etwa 15 g/g; (iv) eine CSAC bei einer Höhe von 100 cm von wenigstens etwa 5 g/g, vorzugsweise wenigstens etwa 7 g/g, ganz bevorzugt wenigstens etwa 10 g/g, noch bevorzugter wenigstens etwa 14 g/g.
Ein noch weiterer Weg, absorbierende Speicherelemente zu beschreiben, die für die Erfindung geeignet sind, besteht darin, dass das absorbierende Speicherelement mit hoher kapillarer Saugkraft einen hohen mittleren Absorptionsdruck haben muss. Der mittlere Absorptionsdruck eines Materials ist als der Druck definiert, für welchen das Material eine kapillare Absorptionseffizienz von 50% hat und wird gemessen im Kapillar-Absorptionstest, der im Abschnitt Testverfahren beschrieben wird, indem die Höhe bestimmt wird, bei welcher das Material 50% seiner maximalen Absorptionskapazität in diesem Test erreichen wird und wird als CSAH 50 bezeichnet.
Bevorzugte absorbierende Speicherelemente, die für die vorliegende Erfindung geeignet sind, sind absorbierende Speicherelemente mit hoher kapillarer Saugkraft mit einer kapillaren Sorptions-Absorptionskapazität bei einer Höhe von 0 cm von wenigstens etwa 15 g/g, vorzugsweise wenigstens etwa 20 g/g, ganz bevorzugt wenigstens etwa 25 g/g, äußerst bevorzugt wenigstens etwa 35 g/g und mit einer mittleren kapillaren Absorptionshöhe CSAH 50 von wenigstens 35 cm, vorzugsweise wenigstens 45 cm, ganz bevorzugt wenigstens 60 cm, äußerst bevorzugt wenigstens 80 cm.
Materialien, mit denen Anforderungen an ein absorbierendes Speicherelement erfüllt werden
Materialien mit großem Oberflächenbereich
Die absorbierenden Speicherelemente, die für die vorliegende Erfindung nützlich sind, umfassen vorzugsweise ein Material mit großem Oberflächenbereich. Es ist dieses Material mit großem Oberflächenbereich, welches entweder selbst oder in Kombination mit anderen Elementen, wie einem Hydrogel bildenden absorbierenden Polymer, die Elemente mit einer Absorptionskapazität aufgrund einer hohen kapillaren Sorption liefern. Wie hier besprochen, werden Materialien mit großem Oberflächenbereich wenigstens in einer Hinsicht durch ihre kapillare Sorptions-Absorptionskapazität beschrieben (gemessen ohne en Hydrogel bildendes Polymer, falls dieses in dem Element vorhanden ist, oder einem anderen optionalen Material, das in dem tatsächlichen absorbierenden Speicherelement enthalten ist, wie beispielsweise Haftmittel, Bindungsmittel, etc.). Es ist erkannt, dass Materialien mit großen Oberflächenbereichen Kapazitäten an sehr hohen Saughöhen aufnehmen können (z.B. 100 cm oder höher). Dies erlaubt den Materialien mit großem Oberflächenbereich, ein oder beide der folgenden Funktionen bereit zu stellen: i) einen kapillaren Durchgangsweg für eine Flüssigkeit zu den anderen Absorptionsmitteln, wie osmotische Absorptionsmittel und/oder ii) eine zusätzliche Absorptionskapazität. So verwenden, obwohl die Materialien mit großem Oberflächenbereich hinsichtlich ihres Oberflächenbereichs pro Gewicht oder Volumen beschrieben werden können, die Anmelder hier die kapillare Sorptions-Absorptionskapazität alternativ dazu, das Material mit großem Oberflächenbereich zu beschreiben, weil die kapillare Sorptions-Absorptionskapazität ein Leistungsparameter ist, der im Allgemeinen die absorbierenden Elemente für die vorliegende Erfindung mit den nötigen Saugfähigkeiten versehen wird, um verbesserte absorbierende Artikel zu schaffen. Es ist erkannt, dass bestimmte Materialien mit großem Oberflächenbereich, zum Beispiel Glas-Mikrofasern, selbst keine besondere Absorptionskapazität aufgrund hoher kapillarer Sorption an allen Höhen, insbesondere sehr hohen Höhen (z.B. 100 cm und höher) zeigen. Dennoch können solche Materialien den gewünschten kapillaren Durchgang für eine Flüssigkeit zu dem Hydrogel bildenden absorbierenden Polymer oder anderen Absorptionsmitteln bereit stellen, um die nötigen kapillaren Sorptions-Absorptionskapazitäten zu schaffen, selbst an relativ hohen Höhen.
Jedes Material mit einer ausreichenden kapillaren Sorptions-Absorptionskapazität wird in den absorbierenden Speicherelementen der vorliegenden Erfindung nützlich sein. In dieser Hinsicht bezieht sich der Ausdruck "Material mit großem Oberflächenbereich" auf irgendein Material, das selbst (das heißt, wie es gemessen wird ohne das osmotische Absorptionsmittel oder ein anderes optionales Material, das das absorbierende Speicherelemente aufbaut) ein oder mehrere der folgenden kapillaren Sorptions-Absorptionsfähigkeiten zeigt: (I) eine kapillare Sorptions-Absorptionskapazität von wenigstens etwa 2 g/g bei einer Saughöhe von 100 cm, vorzugsweise wenigstens etwa 3 g/g, noch bevorzugter wenigstens etwa 4 g/g und noch bevorzugter wenigstens etwa 6 g/g bei einer Höhe von 100 cm; (II) eine kapillare Sorptions-Absorptionskapazität bei einer Höhe von 35 cm von wenigstens etwa 5 g/g, vorzugsweise wenigstens etwa 8 g/g, ganz bevorzugt wenigstens etwa 12 g/g; (III) eine kapillare Sorptions-Absorptionskapazität bei einer Höhe von 50 cm von wenigstens etwa 4 g/g, vorzugsweise wenigstens etwa 7 g/g, ganz bevorzugt wenigstens etwa 9 g/g; (IV) eine kapillare Sorptions-Absorptionskapazität bei einer Höhe von 140 cm von wenigstens etwa 1 g/g, vorzugsweise wenigstens etwa 2 g/g, ganz bevorzugt wenigstens etwa 3 g/g, noch bevorzugter wenigstens etwa 5 g/g; oder (V) eine kapillare Sorptions-Absorptionskapazität bei einer Höhe von 200 cm von wenigstens etwa 1 g/g, vorzugsweise wenigstens etwa 2 g/g, noch bevorzugter wenigstens etwa 3 g/g, noch bevorzugter wenigstens etwa 5 g/g.
In einer Ausführungsform wird das Material mit großem Oberflächenbereich in seinem Charakter faserig sein (hier nachfolgend als "Fasern mit großem Oberflächenbereich" bezeichnet), um so eine faserige Bahn oder eine faserige Matrix bereit zu stellen, wenn sie mit dem anderen Absorptionsmittel, wie einem Hydrogel bildenden absorbierenden Polymer oder einem anderen osmotischen Absorptionsmittel kombiniert wird. Alternativ und in einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird das Material mit großem Oberflächenbereich ein offenzelliger, hydrophiler polymerer Schaum sein (hier nachfolgend als "polymere Schäume mit großem Oberflächenbereich" bezeichnet oder allgemein als "polymere Schäume"). Diese Materialien werden unten im Detail beschrieben.
Fasern mit großem Oberflächenbereich
Fasern mit großem Oberflächenbereich, die in der vorliegenden Erfindung nützlich sind, umfassen solche, die natürlicherweise auftreten (modifiziert oder nicht modifiziert) sowie synthetisch hergestellte Fasern. Die Fasern mit großem Oberflächenbereich haben Oberflächenbereiche, die viel größer sind als bei Fasern, die typischerweise in absorbierenden Artikeln verwendet werden, wie Holzzellstofffasern. Die Fasern mit großem Oberflächenbereich, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden, werden möglichst hydrophil sein. Wie hier verwendet, beschreibt der Ausdruck "hydrophil" Fasern oder Oberflächen von Fasern, die durch wasserhaltige Flüssigkeiten benetzbar sind (z.B. wasserhaltige Körperflüssigkeiten), die auf diesen Fasern abgeschieden werden. Die Hydrophilizität und Benetzbarkeit sind typischerweise durch den Kontaktwinkel und die Oberflächenspannung der Flüssigkeiten und der betreffenden Feststoffe definiert. Dies wird im Detail besprochen in der American Chemical Society Publication unter der Bezeichnung "Contact Angle, Wettability and Adhesion, heraus gegeben durch Robert F. Gould (Copyright 1964). Eine Faser oder Oberfläche einer Faser gilt als durch eine Flüssigkeit benetzt (das heißt, hydrophil), wenn entweder der Kontaktwinkel zwischen der Flüssigkeit und der Faser oder seiner Oberflächen weniger als 90° beträgt oder wenn sich die Flüssigkeit dazu neigt, spontan über der Oberfläche der Faser zu verteilen, wobei beide Bedingungen normalerweise nebeneinander bestehen. Umgekehrt wird eine Faser oder Oberfläche als hydrophob angesehen, wenn der Kontaktwinkel größer als 90° ist und die Flüssigkeit sich nicht spontan oder der Oberfläche der Faser verteilt. Der hydrophile Charakter der Fasern, die hier nützlich sind, kann in den Fasern inhärent vorhanden sein, oder die Fasern können natürlicherweise hydrophobe Fasern sein, die so behandelt wurden, dass sie hydrophil gemacht sind. Materialien und Verfahren zum Bereitstellen eines hydrophilen Charakters bei natürlicherweise hydrophoben Fasern sind allgemein bekannt.
Fasern mit großem Oberflächenbereich, die hier nützlich sind, werden spezifische Oberflächenbereich für die kapillare Saugwirkung im gleichen Bereich wie die oben beschriebenen polymeren Schäume haben. Typischerweise sind jedoch Fasern mit großem Oberflächenbereich charakterisiert hinsichtlich ihres BET-Oberflächenbereiches.
Hier nützliche Fasern mit großem Oberflächenbereich umfassen Glas-Mikrofasern, wie z.B. Glaswolle, die erhältlich von Evanite Fiber Corp. (Corvallis, OR). Glas-Mikrofasern, die hier nützlich sind, werden typischerweise Faserdurchmesser von nicht mehr als etwa 0,8 μm, typischer von etwa 0,1 μm bis etwa 0,7 μm haben. Diese Mikrofasern werden Oberflächenbereiche von wenigstens etwa 2 m²/g, vorzugsweise wenigstens etwa 3 m²/g haben. Typischerweise wird der Oberflächenbereich von Glas-Mikrofasern von etwa 2 m²/g bis etwa 15 m²/g betragen. Repräsentative Glas-Mikrofasern für die hier vorliegende Verwendung sind solche, die hergestellt sind von Evanite Fiber Corp. als Glasfasern des Typs 104 sein, welche einen nomi nalen Faserdurchmesser von etwa 0,5 μm haben. Die Glas-Mikrofasern haben einen berechneten Oberflächenbereich von etwa 3,1 m²/g.
Ein hier nützlicher weiterer Typ von Fasern mit großem Oberflächenbereich sind fibrillierte Zelluloseacetatfasern. Diese Fasern (hier als "Fibretten" bezeichnet) haben hohe Oberflächenbereiche im Verhältnis zu von Zellulose abgeleiteten Fasern, die üblicherweise auf dem Gebiet der absorbierenden Artikel verwendet werden. Solche Fibretten haben Regionen von sehr kleinen Durchmessern, derart, dass ihre Teilchengrößenbreite typischerweise von etwa 0,5 bis etwa 5 μm beträgt. Die Fibretten haben typischerweise einen Oberflächenbereich von etwa 20 m²/g. Repräsentative Fibretten, die als Materialien mit großem Oberflächenbereich hier nützlich sind, sind verfügbar von Hoechst Celanese Corp. (Charlotte, NC) als Fibrets^® aus Zelluloseacetat. Für eine detaillierte Diskussion der Fibretten, einschließlich ihrer physikalischen Eigenschaften und Verfahren für ihre Präparierung siehe "Cellulose Acetate Fibrets: A Fibrillated Pulp With High Surface Area", Smith. J. E., Tappi Journal, Dezember 1988, Seite 237 und US Patent Nr. 5,486,410 (Groeger et al.), veröffentlicht am 23. Januar 1996.
Zusätzlich zu diesen Fasern wird der Fachmann erkennen, dass weitere Fasern, die auf dem Gebiet der Absorptionsfähigkeit allgemein bekannt sind, modifiziert werden können, um Fasern mit hohem Oberflächenbereich für die hier vorliegende Verwendung bereit zu stellen. Repräsentative Fasern, die modifiziert werden können, um große Oberflächenbereiche zu erhalten, die für die vorliegende Erfindung benötigt werden, sind offenbart in US Patent Nr. 5,599,335, oben (siehe besonders Spalten 21–24).
Ungeachtet der Natur der verwendeten Fasern mit großem Oberflächenbereich werden die Fasern und das osmotische Absorptionsmittel vor der Kombination diskrete Materialien sein. Wie hier verwendet, bedeutet der Ausdruck "diskret", dass die Fasern mit großem Oberflächenbereich und die osmotischen Absorptionsmittel jeweils geformt werden, bevor sie kombiniert werden, um ein absorbierendes Speicherele ment zu bilden. Mit anderen Worten, werden die Fasern mit großem Oberflächenbereich nicht nachfolgend auf den Mischvorgang mit dem osmotischen Absorptionsmittel (z.B. einem Hydrogel bildenden absorbierenden Polymer) gebildet, noch wird das osmotische Absorptionsmittel nach der Kombination mit den Fasern mit großem Oberflächenbereich gebildet. Ein Kombinieren der diskreten jeweiligen Komponenten gewährleistet, dass die Fasern mit großem Oberflächenbereich die gewünschte Morphologie haben und, noch wichtiger, den gewünschten Oberflächenbereich.
Polymere Schäume mit großem Oberflächenbereich
Die polymeren Schäume mit großem Oberflächenbereich, die hier nützlich sind, sind in einigen Aspekten unten durch ihre physikalischen Eigenschaften beschrieben. Um bestimmte dieser Eigenschaften zu messen, ist es notwendig, eine Analyse an dem Schaum in Flächenform durchzuführen. So werden, sofern ein Schaum in Teilchenform verwendet wird und aus einem vorher geformten Flächengebilde präpariert wird, physikalische Eigenschaftsmessungen an dem Flächenschaum durchgeführt (das heißt, vor der Bildung von Teilchen), wenn der Schaum in situ in Teilchen (oder Kügelchen) während des Polymerisationsverfahrens geformt wird, kann ein ähnlicher Schaum (hinsichtlich der chemischen Zusammensetzung, Zellengröße, dem W:O-Verhältnis, etc.) in Flächengebilde geformt werden, um solche Messungen durchzuführen.
Polymere Schäume mit großem Oberflächenbereich, die in absorbierenden Speicherelementen mit großer kapillarer Saugkraft der vorliegenden Erfindung nützlich sind, sind im Stand der Technik allgemein bekannt. Besonders bevorzugte Schäume sind solche, die durch ein Polymerisieren einer Wasser-in-Öl-Emulsion mit hoher innerer Phase erhalten werden, wie solche, die beschrieben sind in US Patent Nr. 5,387,207 und US Patent Nr. 5,650,222. Weitere besonders bevorzugte polymere Schäume sind in größerem Detail beschrieben in der parallel anhängigen WO 99/0040 und der WO 99/4708. (Speziell bevorzugte Schäume, die in einer oder in beiden dieser parallel anhängigen Anmeldungen beschrieben sind, sind unten im Abschnitt Beispiele beschrieben.) Polymere Schäume, die hier nützlich sind, sind solche, welche relativ offenzellig sind. Dies bedeutet, dass viele der einzelnen Zellen des Schaumes in einer ungehinderten Kommunikation mit benachbarten Zellen stehen. Die Zellen in solchen relativ offenzelligen Schaumstrukturen haben interzellulare Öffnungen oder "Fenster", die groß genug sind, um einen leichten Fluidtransfer von einer Zelle zu der anderen innerhalb der Schaumstruktur zu erlauben.
Diese relativ offenzelligen Schaumstrukturen werden im Allgemeinen einen retikulierten Charakter haben, wobei die einzelnen Zellen durch eine Mehrzahl von miteinander verbundenen, dreidimensional verzweigten Stegen definiert sind. Die Stränge aus Polymermaterial, welche diese verzweigten Stege bilden, können als "Streben" bezeichnet werden. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung wird ein am meisten bevorzugtes Schaummaterial wenigstens etwa 80% der Zellen in der Schaumstruktur haben, die wenigstens 1 μm groß sind und in Flüssigkeitskommunikation mit wenigstens einer benachbarten Zelle stehen.
Zusätzlich dazu, dass sie offenzellig sind, sind diese polymeren Schäume ausreichend hydrophil, um dem Schaum zu ermöglichen, wasserhaltige Flüssigkeiten zu absorbieren. Die inneren Oberflächen der Schaumstrukturen sind hydrophil gemacht, indem restliche hydrophilisierende grenzflächenaktive Stoffe in der Schaumstruktur nach der Polymerisation belassen werden, oder durch ausgewählte Post-Polymerisations-Schaumbehandlungsverfahren, wie sie nachfolgend beschrieben werden.
Das Ausmaß, in welchem diese polymeren Schäume "hydrophil" sind, kann quantifiziert werden durch den "Haftspannungs"-Wert, der gezeigt wird, wenn sie sich in Kontakt mit einer absorbierbaren Testflüssigkeit befinden. Die von diesen Schäumen gezeigte Haftspannung kann experimentell unter Verwendung eines Verfahrens bestimmt werden, bei welchem die Gewichtsaufnahme einer Testflüssigkeit, zum Beispiel von synthetischem Urin, für eine Probe bekannter Abmessungen und bekanntem spezifischem Oberflächenbereich für die kapillare Saugkraft gemessen wird. Ein solches Verfahren wird beschrieben in größerem Detail in dem Abschnitt Testverfahren des US Patent 5,387,207 unten. Schäume, welche nützliche Materialien mit großem Oberflächenbereich in der vorliegenden Erfindung sind, sind im Allgemeinen solche, welche einen Haftspannungswert von etwa 15 bis etwa 65 dyne/cm zeigen, ganz bevorzugt von etwa 20 bis etwa 65 dyne/cm, wie dies bestimmt wird durch die kapillare Absorption von synthetischem Urin mit einer Oberflächenspannung von 65 ± 5 dyne/cm.
Die polymeren Schäume, die hier nützlich sind, werden vorzugsweise präpariert in Form von kollabierten (das heißt, nicht expandierten) polymeren Schäumen, die bei Kontakt mit wasserhaltigen Flüssigkeiten, solche Flüssigkeiten absorbieren und sich expandieren, wenn die absorbierte Menge den kombinierten Kapillardruck plus Grenzdruck absenken, so dass dieser unter dem Expansionsdruck (unten beschrieben) des Schaumes liegt. Diese kollabierten polymeren Schäume werden üblicherweise erhalten, indem die Wasserphase aus dem polymerisierten HIPE-Schaum durch Komprimierungskräfte ausgedrückt wird, und/oder durch eine thermische Trocknung und/oder eine Vakuum-Entwässerung. Nach der Komprimierung und/oder der thermischen Trocknung/Vakuumentwässerung sind diese polymeren Schäume in einem kollabierten oder nicht expandierten Zustand.
Die zellulare Struktur eines repräsentativen kollabierten HIPE-Schaumes, aus welchem Wasser durch Komprimierung ausgedrückt worden ist, ist dargestellt in der Mikrophotographie der 3 und 4 des US Patents Nr. 5,650,222, oben besprochen. Wie in diesen Figuren gezeigt ist, ist die zellulare Struktur des Schaumes verdreht, insbesondere dann, wenn sie mit dem expandierten HIPE-Schaumstrukturen verglichen wird, die in den 1 und 2 des '222-Patents gezeigt sind. Wie auch in den 3 und 4 des '222-Patents zu sehen ist, wurden die Lückenräume oder Poren (dunkle Flächen) in der kollabierten Schaumstruktur flach gemacht oder gelängt. (Es sei angemerkt, dass die in dem '222-Patent gezeigten Schäume in Flächenform vorliegen, wie unten besprochen, obwohl Schäume in Flächenformen hier nützlich sind, wird der Schaum in einer bevorzugten Ausführungsform in Teilchenform vorliegen.) Die zellulare Struktur eines weiteren von HIPE abgeleiteten Schaumes (in seinem expandierten Zustand), der hier nützlich ist, ist in den 3 und 4 gezeigt. Die Präparierung dieses Teilchenschaumes und damit verwandter Schäume ist in den Beispielen 2 bis 4 beschrieben, und diese Schäume mit sehr großem Oberflächenbereich sind in größerem Detail in der parallel anhängigen WO 99/0404 und WO 99/47089 beschrieben.
Nach der Komprimierung und/oder der thermischen Trocknung/Vakuum-Entwässerung kann der kollabierte polymere Schaum reexpandieren, wenn er mit wasserhaltigen Flüssigkeiten benetzt wird. Überraschend bleiben diese polymeren Schäume in diesem kollabierten oder nicht expandierten Zustand über signifikante Zeitspannen, zum Beispiel bis zu wenigstens etwa 1 Jahr. Die Fähigkeit dieser polymeren Schäume, in diesem kollabierten/nicht expandierten Zustand zu bleiben, geht vermutlich auf die Kapillarkräfte zurück und insbesondere auf die Kapillardrucke, die innerhalb der Schaumstruktur entwickelt werden. Wie hier verwendet, bezieht sich "Kapillardrucke" auf die Druckdifferenz über der Flüssigkeit/Luft-Grenzfläche aufgrund der Meniskuskrümmung innerhalb enger Grenzen der Poren in dem Schaum. [Siehe Chatterjee, "Absorbency", Textile Science and Technology, Band 7, 1985, Seite 36.]
Nach der Komprimierung und/oder der thermischen Trocknung/Vakuum-Entwässerung auf ein praktikables Maß haben diese polymeren Schäume ein Restwasser, welches sowohl Wasser aus der Hydrierung, das mit dem hier darin eingebauten hygroskopischen, hydrierten Salz verbunden ist sowie in den Schaum absorbiertes freies Wasser enthält. Dieses Restwasser (unterstützt durch die hydrierten Salze) übt vermutlich Kapillardrucke auf die resultierende kollabierte Schaumstruktur aus. Die kollabierten polymeren Schäume der vorliegenden Erfindung können Restwassergehalte von wenigstens etwa 4 Gew.%, typischerweise von etwa 4 bis etwa 40 Gew.% des Schaumes haben, wenn sie bei Umgebungsbedingungen von 72°F (22°C) und 50% relativer Feuchtigkeit gelagert werden. Bevorzugte kollabier te polymere Schäume haben Restwassergehalte von etwa 5 bis etwa 30 Gew.% des Schaumes.
Ein Schlüsselparameter dieser Schäume ist ihre Einfriertemperatur. Die Tg repräsentiert den Mittelpunkt des Übergangs zwischen dem glasartigen und gummiartigen Zustand des Polymers. Schäume, die eine höhere Tg als Benutzungstemperatur haben, können sehr stark sein, werden aber aus starr potentiell anfällig gegen Bruch sein. Solche Schäume benötigen typischerweise auch eine lange Zeit, um sich zurück zu dem expandierten Zustand zu erholen, wenn sie mit wässrigen Flüssigkeiten benetzt werden, die kälter sind als die Tg des Polymers, nachdem sie in kollabierten Zustand für längere Zeitspannen gelagert wurden. Die gewünschte Kombination von mechanischen Eigenschaften, speziell der Festigkeit und der Elastizität, erfordert typischerweise einen genau ausgewählten Bereich von Monomertypen und -anteilen, um diese gewünschten Eigenschaften zu erhalten.
Bei den in der vorliegenden Erfindung nützlichen Schäumen sollte die Tg so gering wie möglich sein, solange der Schaum eine akzeptable Festigkeit bei Benutzungstemperaturen aufweist. Demgemäß werden so viele Monomere wie möglich ausgewählt, die entsprechende Homopolymere mit geringeren Tg's liefern. Es hat sich heraus gestellt, dass die Kettenlänge der Alkylgruppe an den Acrylat- und Methacrylat-Comonomeren länger sein kann, als sich dies aus der Tg der homologen Homopolymerserien vorher sagen ließe. Ganz speziell hat sich heraus gestellt, dass die homologen Serien von Alkylacrylat- und Methacrylat-Homopolymeren eine minimale Tg bei einer Kettenlänge von 8 Kohlenstoffatomen aufweisen. Im Gegensatz tritt die minimale Tg der Copolymere der vorliegenden Erfindung bei einer Kettenlänge von etwa 12 Kohlenstoffatomen auf. (Obwohl die mit Alkyl substituierten Styrolmonomere der Alkylacrylate und Methacrylate verwendet werden können, ist ihre Verfügbarkeit gegenwärtig extrem beschränkt.)
Die Gestalt der Einfrier-Übergangsregion des Polymers kann auch wichtig sein, das heißt, ob sie hinsichtlich der Temperatur schmal oder breit ist. Die Gestalt der Glas- Übergangsregion ist besonders relevant dort, wo sie die Benutzungstemperatur (gewöhnliche Umgebungs- oder Körpertemperatur) des Polymers bei oder nahe der Tg befindet. Zum Beispiel kann eine breite Übergangsregion einen unvollständigen Übergang bei Benutzungstemperaturen bedeuten. Typischerweise wird, wenn der Übergang bei Ben der Benutzungstemperatur unvollständig ist, das Polymer eine größere Steifigkeit zeigen und weniger elastisch sein. Umgekehrt wird, wenn der Übergang bei der Benutzungstemperatur vollendet ist, das Polymer dann eine schnellere Erholung aus der Kompression zeigen, wenn es mit wässrigen Flüssigkeiten benetzt ist. Demgemäß ist es wünschenswert, die Tg und die Breite der Übergangsregion des Polymers zu steuern, um die gewünschten mechanischen Eigenschaften zu erhalten. Im Allgemeinen wird vorgezogen, dass die Tg des Polymers wenigstens etwa 10°C geringer ist als die Benutzungstemperatur. (Die Tg und die Breite der Übergangsregion werden hergeleitet aus der Kurve von Verlusttangens gegen Temperatur aus einer dynamisch mechanischen Analyse-Messung (DMA), wie sie beschrieben ist im Abschnitt Testverfahren des US Patents Nr. 5,650,222).
Obwohl die Materialien mit großem Oberflächenbereich im Allgemeinen hinsichtlich ihrer kapillaren Sorptions-Absorptionskapazität beschrieben wurden, können die polymeren Schäume mit großem Oberflächenbereich, die hier nützlich sind, auch hinsichtlich ihres spezifischen Oberflächenbereichs für die kapillare Saugkraft (nachfolgend als "CSSSA" bezeichnet) beschrieben werden. Im Allgemeinen ist der CSSSA ein Maß des für eine Testflüssigkeit zugänglichen Oberflächenbereichs des polymeren Netzwerks, welches einen speziellen Schaum pro Einheitsmasse des voluminösen Schaummaterials ist (polymeres Strukturmaterial plus festes Reststoffmaterial). Der spezifische Oberflächenbereich zur kapillaren Saugung wird bestimmt sowohl durch die Abmessung der zellularen Einheiten in dem Schaum als auch durch die Dichte des Polymers und ist somit ein Weg zum Quantifizieren der Gesamtmenge der festen Oberfläche, die durch das Schaumnetzwerk bereit gestellt wird, und zwar in dem Maße, in welchem eine solche Oberfläche an der Absorptionsfähigkeit partizipiert. Für die Zwecke des Kennzeichnens der hier nützlichen Schäume wird der CSSSA auf einem Flächengebilde des in Frage stehenden Schaumes gemessen, selbst dann, wenn der Schaum in Teilchenform vorliegt, wenn dieser in einem absorbierenden Speicherelement eingebaut ist.
Der CSSSA eines Schaumes ist besonders dahin gehend relevant, ob der Schaum die nötige Kapillarsaugung für die Verwendung beim Präparieren von absorbierenden Speicherelementen der vorliegenden Erfindung liefern wird. Dies deshalb, weil der innerhalb der Schaumstruktur entwickelte Kapillardruck proportional zu dem spezifischen Oberflächenbereich für die kapillare Saugung ist. Zudem ist der CSSSA relevant dahin gehend, ob adäquate Kapillardrucke innerhalb der Schaumstruktur entwickelt werden, um diese in einem kollabierten Zustand zu halten, bis sie mit wässrigen Flüssigkeiten benetzt wird. In der Annahme, dass weitere Faktoren, wie die Schaumdichte und die Adhäsionsspannung, konstant sind, bedeutet diese, dass, wenn der CSSSA zunimmt (oder abnimmt), der Kapillardruck innerhalb der Schaumstruktur auch proportional zunimmt (oder abnimmt).
Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung wird der CSSSA bestimmt durch Messen der Menge der Kapillaraufnahme einer Flüssigkeit mit geringer Oberflächenspannung (z.B. Ethanol), welches innerhalb einer Schaumprobe von bekannter Masse und bekannten Abmessungen auftritt. Eine detaillierte Beschreibung eines solchen Verfahrens zum Bestimmen des spezifischen Oberflächenbereichs eines Schaumes ist ausgeführt im Abschnitt Testverfahren von US Patent 5,387,207. Jedes vernünftige alternative Verfahren zum Bestimmen des CSSSA kann auch verwendet werden.
Die kollabierten polymeren Schäume der vorliegenden Erfindung, die als Absorptionsmittel nützlich sind, sind solche, die einen CSSSA von wenigstens 3 m²/g haben. Typischerweise liegt der CSSSA im Bereich von etwa 3 bis etwa 30 m²/g, vorzugsweise von etwa 4 bis 17 m²/g, äußerst bevorzugt von etwa 5 bis 15 m²/g. Schäume mit solchen CSSSA-Werten (mit expandierten Zustandsdichten von etwa 0,010 bis etwa 0,033 g/cm³) werden im Allgemeinen ein besonders wünschenswertes Gleichgewicht von Absorptionskapazität, Flüssigkeitsrückhalte- und Flüssigkeitssaug- oder Verteilungseigenschaften für wässerige Flüssigkeiten, wie Urin, besitzen. Zudem können Schäume mit einem CSSSA einen ausreichenden Kapillardruck bereitstellen, um den Schaum in einem kollabierten, unexpandierten Zustand zu halten, bis dieser mit wässerigen Flüssigkeiten benäßt wird.
Wie oben diskutiert, sind für spezielle bevorzugte kollabierbare polymere Schäume die innerhalb der Schaumstruktur entwickelten Kapillardrucke in ihrem kollabierten Zustand wenigstens gleich den Kräften, die durch die elastische Erholung oder das Elastizitätsmodul des komprimierten Polymers ausgeübt werden. Mit anderen Worten, wird der Kapillardruck, der notwendig ist, um den kollabierten Schaum relativ dünn zu halten, bestimmt durch die entgegen wirkende Kraft, die durch den komprimierten polymeren Schaum ausgeübt wird, wenn dieser versucht, "zurück zu springen". Diese elastische Erholungsneigung polymerer Schäume kann aus Spannungs/Dehnungs-Experimenten geschätzt werden, in welchen der expandierte Schaum auf etwa 1/6 (17%) seiner ursprünglichen, expandierten Dicke komprimiert wird und dann in diesem komprimierten Zustand gehalten wird, bis ein entspannter Dehnungswert gemessen wird. Alternativ, und für die Zwecke der vorliegenden Erfindung, wird der Wert für eine entspannte Dehnung abgeschätzt aus Messungen an dem polymeren Schaum in seinem kollabierten Zustand, wenn sich dieser in Kontakt mit wässerigen Flüssigkeiten, z.B. Wasser, befindet. Dieser alternative Wert für eine entspannte Dehnung wird nachfolgend als der "Expansionsdruck" des Schaumes bezeichnet. Der Expansionsdruck für kollabierte polymere Schäume der vorliegenden Erfindung beträgt etwa 50 kiloPascal (kPa) oder weniger und typischerweise von etwa 7 bis etwa 40 kPa. Eine detaillierte Beschreibung eines Verfahrens zum Abschätzen des Expansionsdruckes von Schäumen ist ausgeführt im Abschnitt Testverfahren des US Patents 5,387,207.
Eine weitere relevante Eigenschaft der in der vorliegenden Erfindung nützlichen polymeren Schäume mit großem Oberflächenbereich ist ihre freie Absorptionskapazität. Die "freie Absorptionskapazität" (oder "FAC") ist die Gesamtmenge einer Testflüssigkeit (synthetisches Urin), welche eine gegebene Schaumprobe in ihre Zellularstruktur pro Einheitsmasse Feststoffmaterial in der Probe absorbieren wird. Um in den absorbierenden Speicherelementen der vorliegenden Erfindung besonders nützlich zu sein, sollten die polymeren Schäume eine freie Absorptionskapazität von etwa 30 bis etwa 100 ml, vorzugsweise von etwa 30 bis etwa 75 ml synthetisches Urin pro Gramm trockenes Schaummaterial haben. Das Verfahren zum Bestimmen der freien Absorptionskapazität des Schaumes ist nachfolgend im Abschnitt Testverfahren des US Patent Nr. 5,650,222 beschrieben.
Bei Aussetzung gegenüber wässerigen Flüssigkeiten absorbieren bevorzugte kollabierte polymere Schäume die Flüssigkeiten und expandieren. Die polymeren Schäume absorbieren in ihrem expandierten Zustand mehr Flüssigkeit als die meisten anderen Schäume. Der "Expansionsfaktor" für diese Schäume beträgt wenigstens etwa 4 ×, das heißt, die Dicke des Schaumes in seinem expandierten Zustand beträgt weniger als etwa das 4-fache der Dicke des Schaumes in seinem kollabierten Zustand. Die kollabierten Schäume haben vorzugsweise einen Expansionsfaktor im Bereich von etwa 4 × bis etwa 15 ×, ganz bevorzugt von etwa 5 × bis etwa 10 ×.
Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung kann die Beziehung zwischen expandierter und kollabierter Dicke für kompressiv entwässerte Schäume empirisch aus der folgenden Gleichung vorher gesagt werden: Dickeexpandiert = Dickekollabiert × ((0,133 × W:O-Verhältnis) ± 2)in welcher:
Dicke_expandiert die Dicke des Schaumes in seinem expandierten Zustand ist;
Dicke_kollabiert die Dicke des Schaumes in seinem kollabierten Zustand ist;
und ein W:O-Verhältnis das Wasser-zu-Öl-Verhältnis des HIPE ist, von welcher der Schaum hergestellt wird. So würde ein typischer polymerer Schaum, der aus einer Emulsion mit einem Wasser-zu-Öl-Verhältnis von 60 : 1 hergestellt wird, einen vorher gesagten Expansionsfaktor von 8,0 haben, das heißt, eine zu der kollabierten Dicke des Schaumes um das 8-fache expandierte Dicke. Das Verfahren zum Mes sen des Expansionsfaktors wird nachfolgend beschrieben im Abschnitt Testverfahren des US Patent 5,650,222.
Ein relevantes mechanisches Merkmal für die in der vorliegenden Erfindung nützlichen polymeren Schäume mit großem Oberflächenbereich ist ihre Festigkeit in ihrem expandierten Zustand, wie diese bestimmt wird durch den Widerstand gegenüber einer Kompressionsbiegung (RTCD). Die RTCD, die durch die hier vorliegenden Schäume gezeigt wird, ist eine Funktion des Polymermoduls sowie der Dichte und der Struktur des Schaumnetzwerkes. Das Polymermodul wird wiederum bestimmt durch (a) die Polymerzusammensetzung; (b) die Bedingungen, unter welchen der Schaum polymerisiert wird (z.B. die erhaltene Vollständigkeit der Polymerisation, insbesondere hinsichtlich einer Vernetzung); und (c) das Ausmaß, in welchem das Polymer durch Restmaterial plastifiziert ist, z.B. Emulgatoren, die in der Schaumstruktur nach der Behandlung zurück belassen sind.
Um als Teil der absorbierenden Elemente der vorliegenden Erfindung mit großem Oberflächenbereich nützlich zu sein, sollten die polymeren Schäume entsprechend resistent sein gegenüber einer Verformung oder Kompression durch Kräfte, denen sie bei Benutzung ausgesetzt sind. Schäume, die keine ausreichende Schaumfestigkeit hinsichtlich der RTCD besitzen, können die benötigte kapillare Saugkapazität unter lastfreien Bedingungen liefern, werden aber solche Kapazitäten unter der kompressiven Spannung, die durch die Bewegung und die Aktivität des Benutzers der den Schaum enthaltenden absorbierenden Artikel nicht bereit stellen.
Die RTCD, die durch die polymeren Schäume gezeigt wird, die in der vorliegenden Erfindung nützlich sind, kann quantifiziert werden, indem der Betrag der Spannung, der in einer Probe eines gesättigten Schaumes erzeugt wird, der unter einem bestimmten Grenzdruck für eine spezifische Temperatur und über eine spezifische Zeitspanne unterhalten wird, erzeugt wird. Ein Verfahren zum Ausführen dieses speziellen Typs eines Tests wird nachfolgend beschrieben im Abschnitt Testverfahrens des US Patents Nr. 5,650,222. Hier nützliche Schäume werden vorzugsweise eine RTCD zeigen, derart, dass ein Grenzdruck von 5,1 kPa eine Spannung von typischerweise etwa 90% oder weniger Kompression der Schaumstruktur erzeugt, wenn sie bis zu ihrer freien Absorptionskapazität mit synthetischem Urin mit einer Oberflächenspannung von 65 ± 5 dyne/cm gesättigt sind. Vorzugsweise wird die unter solchen Bedingungen erzeugte Spannung im Bereich von etwa 1 bis etwa 90%, ganz bevorzugt von etwa 1 bis etwa 25%, noch bevorzugter von etwa 2 bis etwa 10%, noch bevorzugter von etwa 2 bis etwa 5% liegen.
Die polymeren Schäume mit großem Oberflächenbereich, die hier nützlich sind, können auch hinsichtlich ihrer Sorptionshöhe vertikaler Aufhängung (nachfolgend "VHSH") beschrieben werden. Die VHSH-Höhe von X% ist die Höhe in cm, bei welcher X% der Kapazität bei 0 cm (oder FAC) in dem Schaum gehalten wird. Ein typischer Wert von Bedeutung ist die VHSH bei 90%, obwohl im Prinzip X jeden Wert haben kann. Der am besten reproduzierbare Wert für VHSH wird erhalten bei X = 90%, so weit dies den Erfindern bekannt geworden ist. Es ist für den Fachmann des Standes der Technik offensichtlich, dass der Einzelpunktwert nicht vollständig die Form der Kurve ausdrückt, die in einem Ausdruck von Kapazität gegenüber der Höhe erhalten wird. Der Einzelpunkt dient jedoch als ein praktischer Vergleichspunkt für die hier nützlichen Schäume. In dieser Hinsicht werden die Schäume typischerweise einem 90% VHSH-Gleichgewicht von wenigstens etwa 20 cm, vorzugsweise wenigstens etwa 40 cm, noch bevorzugter wenigstens etwa 60 cm, noch bevorzugter wenigstens etwa 70 cm und noch bevorzugter wenigstens etwa 80 cm haben. Typischerweise werden bevorzugte polymere Schäume einen 90%-VHSH von etwa 20 bis etwa 90 cm, ganz typisch von etwa 60 bis etwa 90 cm, noch typischer von etwa 70 bis etwa 90 cm, noch typischer von etwa 80 bis etwa 90 cm haben. Das Verfahren zum Messen des 90%-VHSH ist im Detail beschrieben unten im Abschnitt Testverfahren. Wie angegeben, wird, wenn der polymere Schaum mit großem Oberflächenbereich in Teilchenform vorliegt, wenn dieser mit dem anderen Absorptionsmittel kombiniert wird, wie beispielsweise einem osmotischen Absorptionsmittel, der 90%-VHSH an dem korrespondierenden Schaum in Flächenform gemessen (das heißt, bevor dieser Teilchen bildet). Wenn der Schaum während des Polymerisationsverfahrens in Teilchen (oder Kügelchen) geformt wird, kann ein ähnlicher Schaum in Flächengebilde geformt werden, der die 90%-VHSH des Schaums besitzt.
Schaumzellen und insbesondere Zellen, die durch ein Polymerisieren einer Monomer enthaltenden Ölphase, welche relativ monomerfreie Wasserphasentröpfchen umgibt, gebildet werden, werden häufig in ihrer Form im Wesentlichen sphärisch sein. Die Größe oder "Durchmesser" solcher sphärischen Zellen ist ein üblicherweise verwendeter Parameter zum Charakterisieren von Schäumen im Allgemeinen. Da Zellen in einer gegebenen Probe eines polymeren Schaums nicht notwendigerweise in etwa die gleiche Größe haben werden, wird häufig eine mittlere Zellengröße, das heißt, ein mittlerer Zellendurchmesser, spezifiziert.
Eine Anzahl von Techniken zum Bestimmen der mittleren Zellengröße von Schäumen ist verfügbar. Die nützlichste Technik zum Bestimmen der Zellengröße in Schäumen umfasst jedoch eine einfache Messung basierend auf der mikrophotographischen Elektronen-Scannung einer Schaumprobe.
Die Zellgrößenmessungen, die hier gegeben werden, basieren auf der Zahl der mittleren Zellengröße des Schaumes in seinem expandierten Zustand, z. B. wie dies in 1 des US Patents Nr. 5,650,222 gezeigt ist. Die in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung nützlichen Schäume werden vorzugsweise eine mittlere Zellengrößenzahl von etwa 80 μm oder weniger und typischerweise von etwa 5 bis etwa 50 μm haben.
Die "Schaumdichte" (das heißt, in Gramm Schaum pro Kubikzentimeter eines Schaumvolumens in Luft) ist hier auf einer Trockenbasis spezifisch angegeben. Die Menge der wasserlöslichen absorbierten Restmaterialien, z.B. Restsalze und -flüssigkeit, die in dem Schaum verblieben sind, z.B. nach der HIPE-Polymerisation, dem Waschen und/oder der Hydrophilisierung, werden beim Berechnen und aus Drücken der Schaumdichte nicht beachtet. Die Schaumdichte um fasst jedoch andere wasserunlösliche Restmaterialien, wie Emulgatoren, die in dem polymerisierten Schaum vorhanden sind. Solche Restmaterialien können tatsächlich eine signifikante Masse zum Schaummaterial beitragen.
Ein beliebiges geeignetes gravimetrisches Verfahren, das eine Bestimmung der Masse des festen Schaummaterials pro Einheitsvolumen der Schaumstruktur liefern wird, kann zum Messen der Schaumdichte verwendet werden. Zum Beispiel ist ein ASTM-Gravimetrieverfahren, das vollständiger im Abschnitt Testverfahren des US Patents Nr. 5,387,207 (Dyer et al.), veröffentlicht am 07. Februar 1995, oben, beschrieben ist, ein Verfahren, das für die Dichtebestimmung verwendet werden kann. In ihren kollabierten Zuständen haben in der vorliegenden Erfindung nützliche polymere Schäume Dichtewerte auf Trockenbasis (z.B. ohne irgendwelche Restsalze und/oder Wasser) im Bereich von etwa 0,1 bis etwa 0,2 g/cc, vorzugsweise von etwa 011 bis etwa 0,19 g/cc und äußerst bevorzugt von etwa 0,12 bis etwa 0,17 g/cc. In ihrem expandierten Zustand haben hier nützliche polymere Schäume Dichtewerte auf Trockenbasis im Bereich von etwa 0,01 bis etwa 0,033 g/cc, vorzugsweise von etwa 0,013 bis etwa 0,033 g/cc.
Eine vertikale Ansaugung, das heißt, Flüssigkeitsansaugung in einer Richtung entgegen gesetzt zur Schwerkraft, ist ein wünschenswertes Leistungsattribut für hier nützliche polymere Schäume. Für die Zwecke dieser Erfindung ist die vertikale Ansaugrate eine Wiedergabe der Permeabilität des Materials und somit der Fähigkeit des Materials, eine Flüssigkeit zu dem Hydrogel formenden absorbierenden Polymer oder einem anderen osmotischen Absorptionsmittel abzugeben.
Die vertikale Ansaugrate wird bestimmt durch Messen der Zeit, die von einer gefärbten Testflüssigkeit (z.B. synthetischem Urin) in einem Reservoir benötigt wird, um über eine vertikale Strecke von 5 cm durch einen Teststreifen von spezifizierter Größe angesaugt zu werden. Der vertikale Saugvorgang wird beschrieben in größerem Detail im Abschnitt Testverfahren des US Patents Nr. 5,387,207, wird aber bei 31°C anstatt bei 37°C durchgeführt. Um in absorbierenden Elementen für absorbie rendes Urin besonders nützlich zu sein, werden die hier nützlichen Schäume vorzugsweise synthetisches Urin (65 + 5 dyne/cm auf eine Höhe von 5 cm in nicht mehr als etwa 15 Minuten ansaugen. Vorzugsweise saugen die bevorzugten Schaum-Absorptionsmittel der vorliegenden Erfindung synthetisches Urin auf eine Höhe von 5 cm in nicht mehr als etwa 10 Minuten.
Der Absorptionskapazitätstest bei vertikaler Ansaugung misst die Menge einer Testflüssigkeit pro Gramm absorbierender Schaum, die in jeweils einem vertikalen Abschnitt von ein Inch (2,54 cm) der gleichen Standardgrößen-Schaumprobe gehalten wird, die bei dem vertikalen Ansaugtest verwendet wird. Eine solche Bestimmung wird im Allgemeinen durchgeführt, nachdem die Probe eine Testflüssigkeit bis zu einem Gleichgewicht vertikal ansaugen durfte (z.B. nach etwa 18 Stunden). Wie der Vertikalansaugungstest, wird der Vertikalansaugungs-Absorptionskapazitätstest in größerem Detail beschrieben im Abschnitt Testverfahren des US Patents Nr. 5,387,207 (Dyer et al.), veröffentlicht am 07. Februar 1995, oben. Hohe Vertikalansaugungs-Absorptionskapazitäten an hohen Höhen sind theoretisch äquivalent zu hohen kapillaren Sorptions-Absorptionskapazitäten an hohen Höhen. Da die Lagenform der hier nützlichen Schäume vergleichbar ist mit dem früheren Test, und der frühere Test leichter und preiswerter durchgeführt wurde, werden die Daten aus dem früheren Test als die Mitte zum Charakterisieren dieses wichtigen Parameters der Schäume dieser Erfindung heran gezogen.
Obwohl Schäume mit starker kapillarer Saugkraft in Lagenform vorliegen können, wenn sie mit einem osmotischen Absorptionsmittel kombiniert werden (z.B. mit einem Hydrogel bildenden absorbierenden Polymer), wird in einer speziell bevorzugten Ausführungsform der polymere Schaum in Teilchenform vorliegen und mit Teilchen des Hydrogel bildenden Polymers vermischt werden, um ein Gemenge zu liefern. Das heißt, obwohl der Schaum anfänglich in Lagenform präpariert werden kann, können diese Lagen verarbeitet werden, um Schaumteilchen zu liefern, welche dann mit dem Hydrogel bildenden Polymer kombiniert werden. Wie oben diskutiert, werden die hier nützlichen Schäume und Verfahren für ihre Präparierung in größerem Detail beschrieben in US Patent Nr. 5,387,207, US Patent Nr. 5,650,222, in den parallel anhängigen WO 99/00404 und WO 99/47089. Schaumteilchen können präpariert werden, indem zuerst ein Flächengebilde eines Schaumes nach den Lehren dieser Druckschriften gebildet wird, gefolgt von einer mechanischen Verarbeitung des Schaumes, um Teilchen der gewünschten Abmessung bereit zu stellen (z.B. Pulverisieren, Schneiden, Häckseln, etc.). Alternativ können Schaumteilchen direkt aus einer Emulsion in Form von polymeren Mikrotröpfchen präpariert werden, wie dies beschrieben ist in US Patent 5,653,922, veröffentlicht am 05. August 1997 für Li et al. und US Patent 5,583,162, veröffentlicht am 10. Dezember 1996 für Li et al. Spezifische Ausführungsformen zum Herstellen von Polymerschaum/Hydrogel bildendem Polymer-Gemischen werden in größerem Detail unten diskutiert.
Die Anmelder haben heraus gefunden, dass Schäume mit großem Oberflächenbereich, wenn sie als Transportmedium für eine Fluidabgabe an ein osmotisches Absorptionsmittel verwendet werden, optional ein Fluid umfassen können, um so einen gesteigerten Transfer von Urin oder anderen Körperfluiden zu dem osmotischen Absorptionsmittel des absorbierenden Speicherelements bereit zu stellen. Das vornässende Fluid füllt teilweise den polymeren Schaum und, ohne durch eine spezielle Theorie gebunden sein zu wollen, erhöht die Aufnahmerate des Schaumes. Idealerweise sollte der polymere Schaum, der ein oder mehrere vornässende Fluide enthält, lagerbeständig sein, mit ausreichend geringer Wasseraktivität, um ein mikrobielles Wachstum zu verhindern und um einen Wasserverlust durch Verdunstung zu verhindern und um nicht mit der Zeit aus dem Schaum zu migrieren. Wasser kann als ein vornässendes Fluid verwendet werden, um die Absorptions-Leistungsfähigkeit bereit zu stellen, kann aber nicht selbst die nötigen Anforderungen erfüllen.
Hydrogel bildende absorbierende Polymere
Die absorbierenden Speicherelemente der vorliegenden Erfindung umfassen vorzugsweise wenigstens ein Hydrogel bildendes absorbierendes Polymer (auch als Hydrogel bildendes Polymer bezeichnet). Hydrogel bildende Polymere, die in der vorliegenden Erfindung nützlich sind, umfassen eine Vielfalt von wasserunlöslichen, aber in Wasser quellfähigen Polymeren, die in der Lage sind, große Mengen von Flüssigkeiten zu absorbieren. Solche Hydrogel bildenden Polymere sind im Stand der Technik allgemein bekannt und alle diese Materialien sind in den absorbierenden Elementen mit hoher kapillarer Saugkraft der vorliegenden Erfindung nützlich.
Hydrogel bildende absorbierende Polymermaterialien werden im Allgemeinen auch als "Hydrokolloide" oder "superabsorbierende" Materialien bezeichnet und können Polysaccharide umfassen, wie beispielsweise Carboxymethylstärke, Carboxymethylzellulose und Hydroxypropylzellulose; nicht ionische Typen, wie Polyvinylalkohol und Polyvinylether; kationische Typen, wie Polyvinylpyridin, Polyvinylmorpholinion und N,N-Dimethylaminoethyl- oder N,N,-Dimethylaminopropylacrylate und Methacrylate, und die jeweiligen quaternären Salze davon. Typischerweise haben Hydrogel bildende absorbierende Polymere, die in der vorliegenden Erfindung nützlich sind, eine Vielzahl von anionischen funktionalen Gruppen, wie Sulfonsäure, und noch typischer Carboxygruppen. Beispiele von Polymeren, die hier für die Verwendung geeignet sind, umfassen solche, welche aus polymerisierbaren, ungesättigten, Säure enthaltenden Monomeren präpariert werden. So umfassen solche Monomere die olefinisch ungesättigten Säuren und Anhydride, welche wenigstens eine Kohlenstoff-an-Kohlenstoff olefinische Doppelbindung enthalten. Insbesondere können diese Monomere ausgewählt sein aus olefinisch ungesättigten Carboxylsäuren und Säureanhydriden, olefinisch ungesättigten Sulfonsäuren und Mischungen davon. Wie oben angegeben, ist die Natur des Hydrogel bildenden absorbierenden Polymers nicht kritisch für die Elemente der vorliegenden Erfindung. Dennoch kann die Auswahl des optimalen Polymermaterials die Leistungseigenschaften der vorliegenden Elemente verbessern. Die Offenbarung, welche folgt, beschreibt bevorzugte Eigenschaften der hier nützlichen absorbierenden Polymere. Diese Eigenschaften sollten nicht als Beschränkungen inter pretiert werden; statt dessen zeigen sie lediglich den Fortschritt an, der in der Technik der absorbierenden Polymere über die vergangenen Jahre aufgetreten ist.
Einige Nicht-Säure-Monomere können auch gewöhnlich in geringeren Mengen bei der Präparierung von hier vorliegenden absorbierenden Polymeren enthalten sein. Solche Nicht-Säure-Monomere können z.B. Monomere umfassen, die die folgenden Typen von funktionalen Gruppen enthalten: Carboxylat- oder Sulfonatester, Hydroxylgruppen, Amidgruppen, Aminogruppen, Nitrilgruppen, quaternäre Ammoniumsalzgruppen und Arylgruppen (z.B. Phenylgruppen, wie solche, die von einem Styrolmonomer abgeleitet werden). Weitere optionale Nicht-Säure-Monomere enthalten ungesättigte Kohlenwasserstoffe, wie Ethylen, Propylen, einschließlich Buten, Butadien und Isopren. Solche Nicht-Säure-Monomere sind allgemein bekannte Materialien und werden in größerem Detail z.B. beschrieben 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.
Olefinisch ungesättigte Carboxylsäure- und Anhydrid-Monomere enthalten die Acrylsäuren, die durch Acrylsäure selbst typifiziert werden, durch Methacrylsäure, α-Chloracrylsäure, α-Cyanoacrylsäure, β-Methylacrylsäure (Krotonsäure), α-Phenylacrylsäure, β-Acryloxypropionsäure, Sorbinsäure, α-Chlorsorbinsäure, Angelicasäure, Zimtsäure, p-Chlorzimtsäure, β-Stearylacrylsäure, Itaconsäure, Citroconsäure, Mesaconsäure, Glutaconsäure, Aconitinsäure, Maleinsäure, Fumarinsäure, Tricarboxyethylen und Maleinanhydrid.
Olefinisch ungesättigte Sulfonsäuremonomere umfassen aliphatische oder aromatische Vinylsulfonsäuren, wie Vinylsulfonsäure, Allylsulfonsäure, Vinyltoluolsulfonsäure und Styrolsulfonsäure; acrylische und methacrylische Sulfonsäure, wie Sulfoethylacrylat, Sulfoethylmethacrylat, Sulfopropylacrylat, Sulfopropylmethacrylat, 2-hydroxy-3-methacryloxypropylsulfonsäure und 2-acrylamid-2-methylpropansulfonsäure.
Bevorzugte Hydrogel bildende absorbierende Polymere für die Verwendung in der vorliegenden Erfindung enthalten Carboxygruppen. Diese Polymere enthalten hydrolysierte, mit Stärke Acrylonitril gepfropfte Copolymere, partiell neutralisierte, hydrolysierte, mit Stärkeacrylonitril gepfropfte Copolymere, mit Stärkeacrylsäure gepfropfte Copolymere, teilweise neutralisierte, mit Stärkeacrylsäure gepfropfte Copolymere, hydrolysierte Vinylacetat-Acrylester-Copolymere, hydrolysierte Acrylonitril- oder Acrylamid-Copolymere, leicht vernetzte Polymere eines der vorstehenden Copolymere, Polyacrylsäure und leicht vernetzte Polymere der Polyacrylsäure. Diese Polymere können entweder alleine 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 für die Verwendung bei der Herstellung von Hydrogel bildenden absorbierenden Polymeren sind leicht vernetzte Polymere aus Polyacrylsäuren und Stärkederivaten davon. Ganz bevorzugt umfassen die Hydrogel bildendenden absorbierenden Polymere von etwa 50 bis etwa 95%, vorzugsweise etwa 75%, neutralisierte, leicht vernetzte Polyacrylsäure (d.h., Poly(Natriumacrylat/Acrylsäure). Eine Vernetzung macht das Polymer im Wesentlichen wasserunlöslich und bestimmt zum Teil die Absorptionskapazität und die extrahierbaren Polymergehalt-Charakteristika der Hydrogel bildendenden absorbierenden Polymere. Verfahren zur Vernetzung dieser Polymere und typische Vernetzungsmittel sind in größerem Detail beschrieben in US Patent 4,076,663.
Obwohl das Hydrogel bildendende absorbierende Polymer vorzugsweise von einem Typ ist (das heißt, homogen ist), können Mischungen von Polymeren auch in der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Zum Beispiel können Mischungen aus mit Stärkeacrylsäure gepfropften Copolymeren und leicht vernetzten Polymeren der Polyacrylsäure in der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
Die Hydrogel bildendende absorbierende Polymerkomponente kann auch in Form einer Mischbett-Ionenaustausch-Zusammensetzung verwendet werden, mit einem Hydrogel bildendenden Kationenaustausch-Polymer und einem Hydrogel bildendenden Anionenaustausch-Polymer. Solche Mischbett-Ionenaustauschzusammensetzungen sind beschrieben in zum Beispiel WO 99/34841, WO 99/34842 und WO 99/34843.
Die Hydrogel bildenden absorbierenden Polymere, die in der vorliegenden Erfindung nützlich sind, können eine Größe, Form und/oder Morphologie haben, die über einen weiten Bereich variiert. Diese Polymere können in Form von Teilen vorliegenden, die kein großes Verhältnis von größter Abmessung zu kleinster Abmessung haben (z.B. Körnchen, Pulverstoffe, interpartikuläre Aggregate, interpartikulär vernetzte Aggregate und dergleichen) und können in Form von Fasern, Flächengebilden, Folien, Schäumen, Flocken und dergleichen vorliegen. Die Hydrogel bildenden absorbierenden Polymere können auch Mischungen mit geringen Anteilen von ein oder mehreren Additiven umfassen, wie beispielsweise pulverförmiges Silica, grenzflächenaktive Stoffe, Kleber, Binder und dergleichen. Die Komponenten in diesem Gemisch können physikalisch und/oder chemisch in einer Form miteinander verbunden sein, derart, dass die Hydrogel bildende Polymerkomponente und das nicht Hydrogel bildende Polymeradditiv nicht ohne weiteres physikalisch trennbar sind.
Die Hydrogel bildenden absorbierenden Polymere können im Wesentlichen nicht porös (das heißt, ohne innere Porosität) sein oder eine wesentlichen innere Porosität haben.
Für Teilchen, wie oben beschrieben wurden, ist die Teilchengröße definiert als die Abmessung, die durch eine Siebgrößenanalyse bestimmt wird. So wird zum Beispiel ein Teilchen, das auf einem USA Standard Testsieb mit 710 Micron Öffnungen (z.B. Nr. 25 US Series Alternate Sieve Designation) zurückgehalten wird, als ein solches angesehen, das eine Größe von größer als 710 Micron hat; ein Teilchen, das durch ein Sieb mit 710 Micron Öffnungen hindurch gelangt und auf einem Sieb mit 500 Micron Öffnungen zurückgehalten wird (z.B. Nr. 35 US Series Alternate Sieve Designation) wird als ein solches angesehen, das eine Teilchengröße zwischen 500 und 710 μm hat; und ein Teilchen, das durch ein Sieb mit 500 Micron Öffnungen hindurch passt, wird als ein solches angesehen, das eine Größe von weniger als 500 μm hat. Die mittlere Massenteilchengröße einer gegebenen Probe von Hydrogel bildenden absorbierenden Polymerteilchen ist definiert als die Teilchengröße, welche die Probe in eine Hälfte auf Massenbasis teilt, das heißt, eine gewichtabhängige Hälfte der Probe mit einer Teilchengröße von weniger als der mittleren Massengröße haben, und eine Hälfte der Probe wird eine Teilchengröße von größer als der mittleren Massengröße haben. Ein Standard-Teilchengrößenplotterverfahren (in welchem das prozentuale Gesamtgewicht der auf einer gegebenen Siebgrößenöffnung zurückgehaltene oder durch dieses hindurch gegangene Teilchengröße zur Siebgrößenöffnung auf ein Millimeterpapier aufgeplottet wird) wird typischerweise verwendet, um die mittlere Massenteilchengröße zu bestimmen, wenn der 50% Massenwert nicht mit der Größenöffnung eines USA Standard Testsiebes korrespondiert. Diese Verfahren zum Bestimmen der Teilchengrößen von Hydrogel bildenden absorbierenden Polymerteilchen sind ferner beschrieben in US Patent 5,061,259 (Goldman et al.), veröffentlicht am 29. Oktober 1991.
Für Teilchen von Hydrogel bildenden absorbierenden Polymeren, die in der vorliegenden Erfindung nützlich sind, werden die Teilchen im Wesentlichen in einem Größenbereich von etwa 1 bis etwa 2000 μm, ganz bevorzugt von etwa 20 bis 1000 μm liegen. Die mittlere Massenteilchengröße wird im allgemeinen von etwa 20 bis etwa 1500 μm, ganz bevorzugt von etwa 50 μm bis etwa 1000 μm und noch bevorzugter von etwa 100 bis etwa 800 μm liegen.
Wenn relativ hohe Konzentrationen (z.B. 40–60 Gew.% oder größter) eines Hydrogel bildenden absorbierenden Polymers in absorbierenden Elementen der vorliegenden Erfindung verwendet werden, können noch andere Eigenschaften des absorbie renden Polymers relevant sein. In solchen Ausführungsformen können die Materialien ein oder mehrere der Eigenschaften haben, die beschrieben sind durch US Patent Nr. 5,562,646, veröffentlicht am 08. Oktober 1996 für Goldman et al. und US Patent Nr. 5,599,335, veröffentlicht am 04. Februar 1997 für Goldman et al.
Das grundlegende Hydrogel bildende absorbierende Polymer kann in einer beliebigen herkömmlichen Art und Weise hergestellt werden. Typische und bevorzugte Verfahren zum Herstellen dieser Polymere sind beschrieben in US Reissue Patent 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.
Bevorzugte Verfahren zum Bilden des grundlegenden Hydrogel bildenden absorbierenden Polymers sind solche, die Polymerisationsverfahren in wässriger Lösung oder in einer anderen Lösung umfassen. Wie in dem oben genannten US Patent Reissue 32,649 beschrieben, umfasst die Polymerisation in wässriger Lösung die Verwendung eines wässrigen Reaktionsgemisches, um die Polymerisation auszuführen. Das wässrige Reaktionsgemisch wird dann den Polymerisationsbedingungen ausgesetzt, welche ausreichen, um in dem Gemisch ein im Wesentlichen wasserunlösliches, leicht vernetztes Polymer zu erzeugen. Die Masse des gebildeten Polymers kann dann pulverisiert oder gehäckselt werden, um einzelne Teilchen zu bilden.
Insbesondere umfasst das Polymerisationsverfahren in wässriger Lösung zum Herstellen des Hydrogel bildenden absorbierenden Polymers die Präparierung eines wässrigen Reaktionsgemisches, in welchem die Polymerisation ausgeführt wird. Ein Element eines solchen Reaktionsgemisches ist das Säuregruppe enthaltende Monomer, welches das "Rückgrad" des Hydrogel bildenden absorbierenden Polymers bilden wird, das erzeugt werden soll. Das Reaktionsgemisch wird im Allgemeinen etwa 100 Gewichtsteile des Monomers umfassen. Eine weitere Komponente des wässrigen Reaktionsgemisches umfasst ein Vernetzungsmittel. Vernetzungsmittel, die zum Bilden des Hydrogel bildenden absorbierenden Polymers gemäß der vorliegenden Erfindung geeignet sind, sind in größerem Detail beschrieben in dem oben genannten US Reissue Patent 32,649, US Patent 4,666,983 und US Patent 4,625,001. Das Vernetzungsmittel wird im Allgemeinen in dem wässrigen Reaktionsgemisch in einer Menge von etwa 0,001 Mol Prozent bis etwa 5 Mol Prozent basierend auf der Gesamtmolzahl des in dem wässrigen Gemisch vorhandenen Monomers (etwa 0,01 bis etwa 20 Gewichtsteile, basierend auf 100 Gewichtsteile des Monomers) vorhanden sein. Eine optionale Komponente des wässrigen Reaktionsgemisches umfasst einen Indikator für ein freies Radikal, einschließlich zum Beispiel Peroxygen-Verbindungen, wie Natrium-, Kalium- und Ammoniumpersulfate, Caprylylperoxid, Benzoylperoxid, Wasserstoffperoxid, Cumenhydroperoxide, tertiäres Butyldiperphthalat, tertiäres Butylperbenzoat, Natriumperacetat, Natriumpercarbonat und dergleichen. Weitere optionale Komponenten des wässrigen Reaktionsgemisches umfassen die verschiedenen nicht sauren Co-Monomere, einschließlich Ester der essentiellen, ungesättigten, funktionale Säuregruppen enthaltenden Monomere oder andere Co-Monomere, die überhaupt keine Carboxyl- oder Sulfonsäurefunktionalitäten enthalten.
Das wässrige Reaktionsgemisch wird den Polymerisationsbedingungen ausgesetzt, welche ausreichen, um in dem Gemisch im Wesentlichen wasserunlösliche, aber in Wasser quellbare, Hydrogel bildende absorbierende, leicht vernetzte Polymere herzustellen. Die Polymerisationsbedingungen werden in größerem Detail auch in den drei oben genannten Patenten besprochen. Solche Polymerisationsbedingungen umfassen im Allgemeinen das Erwärmen (thermische Aktivierungstechniken) auf eine Polymerisationstemperatur von etwa 0° bis etwa 100°C, ganz bevorzugt von etwa 5° bis etwa 40°C. Polymerisationsbedingungen, unter welchen das wässrige Reaktionsgemisch gehalten werden, können auch zum Beispiel das Aussetzen des Reaktionsgemisches oder Teilen desselben unter einer beliebigen herkömmlichen Form einer Polymerisations-Aktivierungsstrahlung. Eine radioaktive, elektronische, ultraviolette oder elektromagnetische Strahlung sind alternative herkömmliche Polymerisationstechniken.
Die Säure-funktionalen Gruppen des Hydrogel bildenden absorbierenden Polymers, die in dem wässrigen Reaktionsgemisch gebildet werden, sind vorzugsweise auch neutralisiert. Die Neutralisierung kann in irgendeiner herkömmlichen Art und Weise ausgeführt werden, die zu wenigstens etwa 25 Mol Prozent und ganz bevorzugt wenigstens etwa 50 Mol Prozent des gesamten Monomers führt, das dazu benutzt wird, das Polymer in Säuregruppen enthaltende Monomere zu formen, die mit einem Salz bildenden Kation neutralisiert sind. Solche Salz bildenden Kationen umfassen zum Beispiel Alkalimetalle, Ammonium, substituiertes Ammonium und Amine, wie sie in weiterem Detail in dem oben genannten Reissue Patent 32,649 besprochen werden.
Obwohl vorgezogen wird, dass die speziellen Versionen des Hydrogel bildenden absorbierenden Polymers unter Verwendung eines Polymerisationsprozesses in wässriger Lösung hergestellt werden, ist es auch möglich, den Polymerisationsprozess unter Verwendung von mehrphasigen Polymerisations-Verfahrenstechniken durch zu führen, wie beispielsweise eine inverse Emulsions-Polymerisation- oder inverse Suspensions-Polymerisationsverfahrensweise. In inversen Emulsions-Polymerisations- oder inversen Suspensions-Polymerisations-Verfahrensweisen wird das wässrige Reaktionsgemisch, so wie es vorher beschrieben wurde, in Form von kleinsten Tröpfchen in einer Matrix aus mit Wasser unvermischbarem, inertem organischem Lösungsmittel, wie Cyclohexan, in Suspension gebracht. Die resultierenden Teilchen des Hydrogel bildenden absorbierenden Polymers haben im Allgemeinen eine sphärische Form. Die inversen Suspensions-Polymerisationsverfahren sind in größerem Detail beschrieben in US Patent 4,340,706 (Obaysashi et al.), 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 1988.
Eine Oberflächenvernetzung der anfänglich geformten Polymere ist ein bevorzugtes Verfahren zum Erhalten Hydrogel bildender absorbierender Polymere mit einer re lativ hoch porösen Hydrogelschicht ("PHL"), Leistungsfähigkeit unter Druck ("PUP") Kapazität und Salzlösungs-Fließleitfähigkeit ("SFC") Werte, welche im Kontext der vorliegenden Erfindung günstig sein können. Geeignete allgemeine Verfahren zum Ausführen einer Oberflächenvernetzung Hydrogel bildender absorbierender 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 4,842,901 (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 40 020 780 (Dahmen), veröffentlicht am 29. August 1991 und veröffentlichte europäische Patentanmeldung 509,708 (Gartner), veröffentlicht am 21. Oktober 1992; die alle hier durch Bezugnahme mit aufgenommen sind. Siehe auch US Patent 5,562,646 (Goldman et al.), veröffentlicht am 08. Oktober 1996 und US patent 5,599,335 (Goldman et al.), veröffentlicht am 04. Februar 1997.
Die Hydrogel bildenden absorbierenden Polymerteilchen, die gemäß der vorliegenden Erfindung präpariert werden, sind typischerweise im Wesentlichen trocken. Der Ausdruck "im Wesentlichen trocken" wird hier verwendet, um anzugeben, dass die Teilchen einen Flüssigkeitsgehalt haben, typischerweise Wasser oder einen anderen Lösungsmittelgehalt, der geringer als etwa 50 Gew.%, vorzugsweise geringer als etwa 20 Gew.%, noch bevorzugter weniger als etwa 10 Gew.% der Teilchen. Im Allgemeinen liegt der Flüssigkeitsgehalt der Hydrogel bildenden absorbierenden Polymerteilchen im Bereich von etwa 0,01 Gew.% bis etwa 5 Gew.% der Teilchen. Die einzelnen Teilchen können getrocknet werden durch irgendein herkömmliches Verfahren, wie durch Erhitzen. Alternativ kann, wenn die Teilchen unter Verwendung eines wässerigen Reaktionsgemisches gebildet werden, Wasser aus dem Reak tionsgemisch durch eine azeotrope Destillation entfernt werden. Das Polymer enthaltende wässrige Reaktionsgemisch kann auch mit einem entwässernden Lösungsmittel, wie Methanol, behandelt werden. Kombinationen dieser Trocknungsvorgängen können auch verwendet werden. Die entwässerte Masse des Polymers kann dann zerhackt oder pulverisiert werden, um im Wesentlichen trockne Teilchen des Hydrogel bildenden absorbierenden Polymers zu bilden.
Kombination von Materialien mit hoher kapillarer Saugkraft
Obwohl Materialien, wie sie im Vorstehenden beschrieben wurden, als solche die Anforderungen erfüllen können (z.B. ein reines Hydrogel bildendes Material oder ein reines Schaummaterial), umfassen bevorzugte Elemente, die als absorbierendes Speicherelement verwendet werden, zwei oder mehr der Materialien. Dies erlaubt häufig, Materialien zu verwenden, welche auf sich allein gestellt nicht die Kriterien erfüllen, dies aber in Kombination tun.
Die Grundfunktion solcher Fluidspeicherelemente besteht darin, das ausgeschiedene Körperfluid entweder direkt oder von anderen absorbierenden Elementen zu absorbieren (z.B. von Fluidannahme/Verteilungselementen), und dann ein solches Fluid zu halten, selbst dann, wenn sie Drucken ausgesetzt werden, die normalerweise durch Bewegungen des Trägers auftreten.
So können absorbierende Elemente mit hoher kapillarer Saugkraft aus einer Kombination von Hydrogel bildenden Materialien mit Materialien mit großem Oberflächenbereich hergestellt werden.
Die Menge des Hydrogel bildenden absorbierenden Polymers, die in dem absorbierenden Element enthalten ist, kann signifikant variieren. Ferner kann die Konzentration des Hydrogels in einem gegebenen Element variieren. Mit anderen Worten, ein Element kann Regionen relativ hoher und relativ niedriger Hydrogelkonzentration aufweisen.
Beim Messen der Konzentration des Hydrogel bildenden absorbierenden Polymers in einer gegebenen Region eines absorbierenden Elements wird der prozentuale Gewichtsanteil des Hydrogel bildenden Polymers in Bezug zu dem kombinierten Gewicht des Hydrogel bildenden Polymers und anderer Komponenten (z.B. Fasern, polymere Schäume, etc.), die in der Region vorhanden sind, die das Hydrogel bildende Polymer enthält, verwendet. Wenn man dies berücksichtigt, kann die Konzentration der Hydrogel bildenden absorbierenden Polymere in einer gegebenen Region eines absorbierenden Elements der vorliegenden Erfindung wenigstens etwa 50%, wenigstens etwa 60%, wenigstens etwa 70% oder wenigstens etwa 80% des Gesamtgewichts des absorbierenden Elements betragen.
Trotz der Tatsache, dass Regionen eines absorbierenden Elements relativ hohe Konzentrationen eines Hydrogel bildenden absorbierenden Polymers aufweisen können, in welchen das Material mit großem Oberflächenbereich von faseriger Natur ist, wird die Aggregat-Konzentration des absorbierenden Polymers in einem gegebenen absorbierenden Element (das heißt, das Gesamtgewicht des Hydrogel bildenden absorbierenden Polymers geteilt durch das Gesamtgewicht des absorbierenden Elements × 100%) bis zu etwa 75 Gew.%, vorzugsweise bis zu etwa 70 Gew.%, ganz bevorzugt bis zu etwa 65 Gew.% betragen. Dann wird mit diesen Fasern enthaltenden Elementen mit großem Oberflächenbereich die Konzentration des Hydrogel bildenden absorbierenden Polymers von etwa 10 bis etwa 75 Gew.%, ganz typisch von etwa 15 bis etwa 70 Gew.%, noch typischer von etwa 20 bis etwa 65 Gew.% betragen.
In solchen Ausführungsformen, in welchen das Material mit großem Oberflächenbereich ein polymerer Schaum ist, werden die absorbierenden Elemente vorzugsweise wenigstens etwa 1 Gew.% (auf einer Aggregat-Basis), ganz bevorzugt wenigstens etwa 10 Gew.%, ganz bevorzugt wenigstens etwa 15 Gew.%, noch bevorzugter wenigstens etwa 20 Gew.% polymeren Schaum enthalten. Typischerweise werden solche absorbierenden Speicherelemente von etwa 1 bis etwa 98 Gew.%, ganz typisch von etwa 10 bis etwa 90 Gew.%, noch typischer von etwa 15 bis etwa 85 Gew.% und noch typischer von etwa 20 bis etwa 80 Gew.% des polymeren Schaummaterials aufweisen. Wie oben diskutiert, basieren diese prozentualen Gewichtsbereiche auf den Aggregat-Gewichten der jeweiligen Materialien in einem absorbierenden Element, wobei erkannt ist, dass Regionen des absorbierenden Elements größere oder kleinere Mengen der Materialien enthalten können.
Natürlich werden die jeweiligen Anteile des absorbierenden Polymers und Materials mit großem Oberflächenbereich durch zum Beispiel die Absorptionskapazität des Hydrogel bildenden absorbierenden Polymers, das speziell verwendete Material mit großem Oberflächenbereich, die Natur des Materials mit großem Oberflächenbereich (z.B. Flächen- oder Teilchenschaum, Teilchengröße), etc. bestimmt. In dieser Hinsicht muss, obwohl hohe Anteile eines Hydrogel bildenden absorbierenden Polymers für absorbierende Elemente zum Herstellen dünner absorbierender Artikel sorgen, ausreichend Material mit großem Oberflächenbereich vorhanden sein, um den notwendigen Grad an oben besprochener kapillarer Saugkraft zu erhalten, wenn eine solche Saugkapazität bereit gestellt werden soll. So können, wenn ein Schaum mit relativ höherer kapillarer Saugkraft verwendet wird, hohe Anteile eines Hydrogel bildenden Polymers verwendet werden. Umgekehrt werden, wenn Fasern mit relativ geringerer kapillarer Saugkraft verwendet werden, etwa geringere Anteile eines Hydrogel bildenden Polymers verwendet. (Natürlich kann, wenn sowohl Fasern mit großem Oberflächenbereich als auch polymere Schäume verwendet werden, der Anteil des gesamten Materials mit großem Oberflächenbereich variiert werden, wieder in Abhängigkeit von der relativen Konzentration jedes dieser Materialien.) Es ist ein Unterschied hinsichtlich der kapillaren Sorptionskapazität zwischen den polymeren Schäumen und den oben beschriebenen Fasern mit großem Oberflächenbereich, der die unterschiedlichen Bereiche des Hydrogel bildenden Polymers, die in einem gegebenen absorbierenden Element verwendet werden sollen bestimmt.
Ein weiteres Beispiel eines Materials, das dem Gemisch eine Integrität verleihen wird, und zwar in absorbierenden Elementen mit einem Gemisch aus einem Hydrogel bildenden Polymer und Fasern mit großem Oberflächenbereich und/oder einem teilchenförmigen polymeren Schaum, kann das Element ein thermoplastisches Material umfassen. Beim Schmelzen migriert wenigstens ein Teil des thermoplastischen Materials in die Schnittbereiche der jeweiligen Elementkomponenten, und hat typischerweise aufgrund von interpartikulären oder interfaserigen Kapillargradienten. Diese Grenzstellen werden Bindungsstellen für das thermoplastische Material. Wenn sie abgekühlt sind, verfestigen die thermoplastischen Materialien an diesen Grenzstellen, so dass Bindungsstellen gebildet werden, welche die Matrix der Materialien zusammenhält.
Optionale thermoplastische Materialien, die hier nützlich sind, können in einer Vielfalt von Formen vorliegen, einschließlich in Teilchenformen, Fasern oder in Kombinationen aus Teilchen und Fasern. Thermoplastische Fasern sind eine besonders bevorzugte Form, wegen ihrer Fähigkeit, zahlreiche Bindungsstellen zu bilden. Geeignete thermoplastische Materialien können aus einem beliebigen thermoplastischen Polymer hergestellt werden, das bei Temperaturen geschmolzen werden kann, welche die Materialien nicht übermäßig schädigen, welche das absorbierende Element aufweist. Der Schmelzpunkt dieses thermoplastischen Materials wird geringer sein als etwa 190°C und vorzugsweise zwischen etwa 75°C und etwa 175°C liegen. In jedem Fall sollte der Schmelzpunkt dieses thermoplastischen Materials nicht niedriger sein als die Temperatur, bei welcher die thermisch gebundenen absorbierenden Strukturen, wenn sie in absorbierenden Artikeln verwendet werden, wahrscheinlich gelagert werden. Der Schmelzpunkt des thermoplastischen Materials ist typischerweise nicht geringer als etwa 50°C.
Die thermoplastischen Materialien, und insbesondere die thermoplastischen Fasern, können aus einer Vielfalt von thermoplastischen Polymeren hergestellt werden, einschließlich Polyolefinen, wie Polyethylen (z.B. PULPEX^®) und Polypropylen, Polyestern, Copolyestern, Polyvinylacetat, Polyethylvinylacetat, Polyvinylchlorid, Po lyvinylidenchlorid, Polyacryle, Polyamide, Copolyamide, Polystyrole, Polyurethane und Copolymere eines der vorstehenden, wie Vinylchlorid/Vinylacetat und dergleichen. Eine bevorzugte thermoplastische Binderfaser ist PLEXAFIL^®, Polyethylenmikrofasern (hergestellt von DuPont), die auch erhältlich sind als ein ca. 20% Gemisch mit 80% Zellulosefasern, verkauft unter dem Markennamen KITTYHAWK^® (hergestellt durch Weyerhaeuser Co.). In Abhängigkeit von den gewünschten Eigenschaften für das sich daraus ergebene thermisch gebundene absorbierende Element umfassen geeignete thermoplastische Materialien, hydrophobe Fasern, die hydrophil gemacht wurden, wie mit einem grenzflächenaktiven Stoff behandelte oder mit Silica behandelte thermoplastische Fasern, wie z.B. von Polyolefinen, wie Polyethylen oder Polypropylen, Polyacrylen, Polyamiden, Polystyrolen, Polyurethanen und dergleichen abgeleitet werden. Die Oberfläche der hydrophoben thermoplastischen Fasern kann durch eine Behandlung mit einem grenzflächenaktiven Stoff, die mit einem nicht ionisierenden oder anionischen grenzflächenaktiven Stoff hydrophil gemacht werden, z.B. durch Besprühen der Faser mit einem grenzflächenaktiven Stoff, durch Eintauchen der Faser in einen grenzflächenaktiven Stoff oder durch Hinzufügen des grenzflächenaktiven Stoffes als Teil der Polymerschmelze beim Herstellen der thermoplastischen Faser. Beim Schmelzen und bei der Wiederverfestigung wird der grenzflächenaktive Stoff dazu neigen, an den Oberflächen auf der thermoplastischen Faser zu verbleiben. Geeignete grenzflächenaktive Stoffe umfassen nicht ionisierende grenzflächenaktive Stoffe, wie Brij^® 76, hergestellt durch ICI Americas, Inc. aus Wilmington, Delaware und verschiedene grenzflächenaktive Stoffe, die verkauft werden unter der Marke Pegosperse^® durch Glyco Chemical, Inc. aus Greenwich, Connecticut. Neben nicht ionisierenden grenzflächenaktiven Stoffen können anionische grenzflächenaktive Stoffe auch verwendet werden. Diese grenzflächenaktiven Stoffe können den thermoplastischen Fasern in Anteilen von z.B. von etwa 0,2 bis etwa 1 g pro sq. Zentimeter einer thermoplastischen Faser hinzu gefügt werden.
Geeignete thermoplastische Fasern können hergestellt werden aus einem einzelnen Polymer (Monokomponentfasern) oder können hergestellt werden aus mehr als ei nem Polymer (z.B. Bikomponentfasern). Wie hier verwendet, bezieht sich "Bikomponentfasern" auf thermoplastische Fasern, die eine Kernfaser aufweisen, die aus einem Polymer hergestellt ist, welche innerhalb eines thermoplastischen Mantels eingeschlossen ist, der aus einem anderen Polymer hergestellt ist. Das Polymer mit dem Mantel schmilzt häufig bei einer anderen, typischerweise geringeren Temperatur als das Polymer des Kernes. Als Ergebnis liefern die Bikomponentfasern eine thermische Bindung aufgrund des Schmelzens des Mantelpolymers, während die erwünschten Festigkeitseigenschaften des Kernpolymers erhalten bleiben.
Geeignete Bikomponentfasern für die Verwendung mit der vorliegenden Erfindung können Mantel/Kern-Fasern mit den folgenden Polymerkombinationen enthalten: Polyethylen/Polypropylen, Polyethylvinylacetat/Polypropylen, Polyethylen/Polyester, Polypropylen/Polyester, Copolyester/Polyester und dergleichen. Besonders geeignete thermoplastische Bikomponentfasern für die Verwendung hier sind solche mit einem Polypropylen- oder Polyesterkern und einem tiefer schmelzenden Copolyester-, Polyethylvinylacetat- oder Polyethylenmantel (z.B. DANAKLON^®, CELBOND^® oder CHISSO^® Bikomponentfasern). Diese Bikomponentfasern können konzentrisch oder exzentrisch sein. Wie hier verwendet, beziehen sie die Ausdrücke "konzentrisch" und "exzentrisch" darauf, ob der Mantel eine Dicke hat, die gleich oder ungleich in der Querschnittfläche der Bikomponentfaser ist. Exzentrische Bikomponentfasern können beim Bereitstellen einer größeren kompressiven Festigkeit bei geringeren Faserdicken wünschenswert sein. Geeignete Bikomponentfasern für die hier vorliegende Verwendung können entweder ungecrimpt (das heißt, ungebogen) oder gecrimpt (das heißt, gebogen) sein. Bikomponentfasern können gecrimpt werden durch typische Textilmittel, wie z.B. ein Stopfbüchsenverfahren oder das Zahnrad-Crimpverfahren, um eine überwiegend zweidimensionale oder "flache" Crimpung zu erhalten.
Im Falle thermoplastischer Fasern kann ihre Länge in Abhängigkeit von dem speziellen Schmelzpunkt und anderen für diese Fasern erwünschten Eigenschaften variieren. Typischerweise haben diese thermoplastischen Fasern eine Länge von etwa 0,3 bis etwa 7,5 cm Länge, vorzugsweise von etwa 0,4 bis etwa 3,0 cm Länge und äußerst bevorzugt von etwa 0,6 bis etwa 1,2 cm Länge. Die Eigenschaften, einschließlich dem Schmelzpunkt, dieser thermoplastischen Fasern können auch durch Variieren des Durchmessers (der Stärke) der Fasern eingestellt werden. Der Durchmesser dieser thermoplastischen Fasern wird typischerweise definiert hinsichtlich entweder eines Denier (Gramm pro 9.000 Meter) oder Decitex (Gramm pro 10.000 Meter). Geeignete thermoplastische Bikomponentfasern können ein Decitex im Bereich von etwa 1,0 bis etwa 20 haben, vorzugsweise von etwa 1,4 bis etwa 10 und äußerst bevorzugt von etwa 1,7 bis etwa 3,3.
Das Kompressionsmodul dieser thermoplastischen Materialien und insbesondere das der thermoplastischen Fasern kann auch wichtig sein. Das Kompressionsmodul der thermoplastischen Fasern wird nicht nur durch ihre Länge und durch den Durchmesser beeinflusst, sondern auch durch die Zusammensetzung und die Eigenschaften des Polymers oder der Polymere, aus welchem sie hergestellt sind, durch die Form und durch die Konfiguration der Fasern (z.B. konzentrisch oder exzentrisch, gecrimpt oder ungecrimpt) und ähnlicher Faktoren. Unterschiede des Kompressionsmoduls dieser thermoplastischen Fasern können verwendet werden, um die Eigenschaften, und insbesondere die Dichteeigenschaften, der jeweiligen absorbierenden Elemente während der Präparierung des absorbierenden Kerns zu variieren.
Weitere Fluidhandhabungselement-Komponenten und -materialien
Absorbierende Speicherelemente gemäß der vorliegenden Erfindung können weitere optionale Komponenten enthalten, die in absorbierenden Bahnen vorhanden sein können. Zum Beispiel kann ein verstärkendes Scrim innerhalb des absorbierenden Speicherelementes positioniert werden, oder zwischen den jeweiligen absorbierenden Elementen des absorbierenden Kerns. Solche verstärkenden Scrims sollten eine solche Konfiguration haben, dass sie keine Grenzflächenbarrieren für den Flüssigkeitstransfer bilden, insbesondere dann, wenn sie zwischen den jeweiligen absorbierenden Elementen des absorbierenden Kerns positioniert sind. Zudem können meh rere Binder verwendet werden, um eine trockene und nasse Integrität des absorbierenden Kerns und/oder des absorbierenden Speicherelements selbst zu schaffen. Insbesondere können hydrophile Kleberfasern verwendet werden, um Bindungen zwischen den Materialien mit großem Oberflächenbereich und dem osmotischen absorbierenden Material zu schaffen. Dies ist besonders kritisch für teilchenförmige Materialien mit großem Oberflächenbereich. Es wird vorgezogen, dass die Menge des verwendeten Binders so gering wie möglich ist, um so nicht die kapillaren Sorptionseigenschaften des absorbierenden Elements zu beeinträchtigen. Der Fachmann wird jedoch erkennen, dass es auch Binder gibt, welche die kapillaren Sorptionseigenschaften des absorbierenden Elements verbessern können, wie ein gefaserter hydrophiler Kleber mit ausreichend großem Oberflächenbereich. In diesem Falle kann der hydrophile Kleber mit großem Oberflächenbereich sowohl die Flüssigkeitshandhabungsfunktion als auch die Integritätsfunktion in einem Material bereit stellen. Auch kann das jeweilige absorbierende Element oder der gesamte absorbierende Kern in einer flüssigkeitsdurchlässigen Lage eingehüllt sein, wie in einer Tissuepapierlage, um Beanstandungen des Benutzers hinsichtlich eines losen teilchenförmigen absorbierenden Polymers zu vermeiden, solange die kapillare Kontinuität nicht gestört ist.
Weitere optionale Komponenten, die enthalten sein können, sind Materialien, um den Geruch zu regulieren, Stuhlgangmaterial aufzunehmen, etc. Auch kann irgendein absorbierendes Element mit einem teilchenförmigen osmotischen Absorptionsmittel oder einem Material mit großem Oberflächenbereich oder der gesamte absorbierende Kern in einer flüssigkeitsdurchlässigen Lage eingewickelt sein, wie einer Tissuepapierlage, um Beanstandungen des Benutzers hinsichtlich eines losen teilchenförmigen absorbierenden Polymers zu vermeiden.
Wenn über ein Bindermaterial eine Integrität geschaffen wird, sind geeignete Binder schmelzgeblasene Haftmittel, wie solche, die beschrieben sind in US Patent Nr. 5,560,878, veröffentlicht am 01. Oktober 1996 für Dragoo et al. Verfahren zum Kombinieren von schmelzgeblasenen Haftmitteln mit dem benötigten Hydrogel bil denden Polymer und dem Material mit großem Oberflächenbereich sind auch beschrieben im Detail in dem '878-Patent.
Anforderungen für das Kombinieren von Fluidannahme/Verteilungs-Elementen und absorbierenden Fluidspeicherelementen
Das Schlüsselelement der vorliegenden Erfindung zielt ab auf die Kombination geeigneter Fluidannahme/Verteilungs-Elemente mit geeigneten Fluidspeichermaterialien, um so die beste Fluidhandhabungsfunktionalität im Hinblick auf Eigenschaften, wie ultimative Fluidspeicherung, ohne eine Rücknässung zu erlaben, oder eine verbesserte Fluidbewegung durch den Artikel, um so auch die Fluidaufnahme des Artikels zu verbessern, zu erreichen.
So zielt die Erfindung darauf ab, die Absorptionseigenschaften des absorbierenden Speicherelements in Kombination mit den Desorptionseigenschaften des Annahme/Verteilungs-Elements derart zu definieren, dass die Annahme/Verteilungs-Elemente noch wirksam sind und von dem absorbierenden Speicherelement wirkungsvoll entwässert werden, wobei die Fluidannahme/Verteilungs-Materialien noch gute Fluidverteilungseigenschaften zeigen und somit vergleichsweise hohe Kapillardrucke haben.
In einem Aspekt kann der Entwässerungsmechanismus durch die kapillare Sorptions-Desorptionshöhe (CSDH 90) des Annahme/Verteilungsmaterials, wenn 90% der maximalen Flüssigkeitsmenge (das heißt, die Fluidmenge bei 0 cm Desorptionshöhe) frei gegeben ist, ausgedrückt werden. Denn enthält der absorbierende Artikel gemäß der vorliegenden Erfindung eine absorbierende Struktur mit einer ersten Region primär zur Annahme/Verteilung einer Flüssigkeit und eine zweite Region primär zur Flüssigkeitsspeicherung, welche in Flüssigkeitskommunikation miteinander stehen, wobei die erste Region ein Material mit einer kapillaren Sorptions-Desorptionshöhe CSDH 90 von mehr als 40 cm aufweist und die zweite Region ein Material aufweist, welches eine ausreichende kapillare Absorptionskraft aufweist, um ein solches Material zu entwässern. Dieses Entwässern wird in ausreichendem Grad erreicht, wenn die in den Speicherregionen verwendeten Materialien wenigstens eine der folgenden Anforderungen erfüllen:

(a) eine kapillare Sorptions-Absorptionskapazität bei 35 cm (CSAC 35) von wenigstens 15 g/g im Kapsorptionstest; und/oder
(b) eine kapillare Sorptions-Absorptionskapazität bei 0 cm (CSAC 0) von wenigstens 15 g/g im Kapsorptionstest und eine kapillare Sorptions-Absorptionseffizienz bei 40 cm (CSAE 40) von wenigstens 55%; und/oder
(c) eine kapillare Sorptions-Absorptionshöhe bei 50% der Kapazität bei 0 cm Absorptionshöhe (CSAH 50) von wenigstens 35 cm im Kapsorptionstest.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die zweite Region ein Material mit einer CSAC bei 40 cm (CSAC 40) von wenigstens 20 g/g oder alternativ wenigstens 15 g/g bei der tatsächlichen CSDH 90 des ersten Materials.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die zweite Region ein Material mit einer CSAC 0 von wenigstens 20 g/g, vorzugsweise mehr als 25 g/g und noch bevorzugter wenigstens 35 g/g, wenn ein CSAE von wenigstens 50% vorhanden ist.
Alternativ kann die zweite Region ein Material mit einer CSAC 0 von wenigsten 15 g/g und einer CSAE von wenigstens 55% der tatsächlichen CSDH 90 des ersten Materials umfassen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die zweite Region ein Material mit einer CSAC 0 von wenigstens 15 g/g und einer CSAE 40 von wenigstens 65%.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die zweite Region ein Material mit einer kapillaren Sorptions-Absorptionshöhe bei 50% ihrer Kapazität bei 0 cm Absorptionshöhe (CSAH 50) von wenigstens 45 cm, vorzugsweise wenigstens 60 cm und noch bevorzugter wenigstens 80 cm.
Falls, wie in einem weiteren alternativen Aspekt, die erste Region ein Material aufweist, das eine verringerte Neigung hat, die Flüssigkeit frei zu geben, wie dies ausgedrückt werden kann durch eine kapillare Sorptions-Desorptionshöhe (CSDH 90) von mehr als 100 cm, dann umfasst die Flüssigkeitsspeicherungs-Region (oder zweite Region) ein Material, welches eine erhöhte Fähigkeit hat, noch die erste Region zu entwässern und somit ein Material umfasst, welches wenigstens eine der folgenden Anforderungen erfüllt:

In einer bevorzugten Ausführungsform dieses Aspekts umfasst die zweite Region ein Material mit einer CSAC 0 von wenigstens 20 g/g, vorzugsweise wenigstens 25 g/g und sogar noch bevorzugter wenigstens 35 g/g, wobei die CSAE {60 cm} wenigstens 50% beträgt.
In einem alternativen Aspekt dieser Ausführungsform umfasst die zweite Region ein Material mit einer CSAC 0 von wenigstens 15 g/g und einer CSAE bei der tatsächlichen CSDH 80 des ersten Materials von wenigstens 50%.
In einer weiteren Ausführungsform dieses Aspekts umfasst die zweite Region ein Material mit einer CSAH 50 von wenigstens 45 cm, vorzugsweise mehr als 60 cm, ganz bevorzugt mehr als 80 cm.
In noch einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst die absorbierende Struktur eine Annahme/Verteilungs-Region als Erstregion, mit einem Material, für welches die Fluidhandhabungseigenschaften durch eine CSDH 80 von mehr als 35 cm ausgedrückt werden können. Um in der Lage zu sein, ein Material mit solchen Eigenschaften zu entwässern, umfasst die zweite (Flüssigkeitsspeicher-)Region ein Material, welches durch die Erfüllung wenigstens einer der folgenden Anforderungen beschrieben werden kann:

(a) eine Absorptionskapazität von wenigstens 15 g/g bei 35 cm im Kapsorptionstest und/oder
(b) eine Absorptionskapazität von wenigstens 15 g/g bei 0 cm im Kapsortionstest und eine Absorptionseffizienz von wenigstens 50% bei 35 cm; und/oder
(c) eine kapillare Sorptions-Absorptionshöhe bei 50% seiner Kapazität bei 0 cm Absorptionshöhe (CSAH 50) von wenigstens 35 cm im Kapsorptionstest.

In einer bevorzugten Ausführungsform dieses Aspekts umfasst die zweite Region ein Material mit einer Absorptionskapazität von wenigstens 18 g/g bei 35 cm im Kapsorptionstest, vorzugsweise von wenigstens 21 g/g bei 35 cm im Kapsorptionstest und sogar ganz bevorzugt von wenigstens 30 g/g bei 35 cm im Kapsorptionstest.
In einer alternativen Ausführungsform dieses Aspekts umfasst die zweite Region ein Material mit einer Absorptionskapazität von wenigstens 15 g/g bei der tatsächlichen CSDH 80 des ersten Materials.
In einer bevorzugten Ausführungsform dieses Aspekts umfasst die zweite Region ein Material mit einer Absorptionskapazität von wenigstens 20 g/g, vorzugsweise wenigstens 25 g/g, noch bevorzugter von wenigstens 35 g/g bei 0 cm im Kapsorptionstest und eine Absorptionseffizienz von wenigstens 50% bei 35 cm.
In einer Alternative zu dieser Ausführungsform umfasst die zweite Region ein Material mit einer Absorptionskapazität von wenigstens 15 g/g bei 0 cm im Kapsorptionstest und eine Absorptionseffizienz von wenigstens 60%, noch bevorzugter von wenigstens 85% bei 35 cm.
Alternativ umfasst die zweite Region ein Material mit einer Absorptionskapazität von wenigstens 15 g/g bei 0 cm im Kapsorptionstest und eine Absorptionseffizienz von wenigstens 50% an der tatsächlichen CSDH 80 des ersten Materials.
In noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die zweite Region ein Material mit einer kapillaren Sorptions-Absorptionshöhe bei 50% seiner Kapazität bei 0 cm Absorptionshöhe (CSAH 50) von wenigstens 45 cm, noch bevorzugter von wenigstens 60 und ganz bevorzugt von wenigstens 80 cm im Kapsorptionstest.
In noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst die erste Region ein Material mit einer CSDH 80 von mehr als 60 cm und umfasst die zweite Region ein Material, welches wenigstens eine der folgenden Anforderungen erfüllt:

In einer bevorzugten Ausführungsform dieses Aspekts umfasst die zweite Region ein Material mit einer CSAC bei der tatsächlichen CSDH 80 des ersten Materials von wenigstens 11 g/g.
In noch einer weiteren Ausführungsform dieses Aspekts umfasst die zweite Region ein Material mit einer CSAC 0 von wenigstens 20 g/g, vorzugsweise von mehr als wenigstens 25 g/g, noch bevorzugter von mehr als wenigstens 35 g/g und eine CSAE 60 von wenigstens 50%.
In einer alternativen Ausführungsform dieses Aspekts umfasst die zweite Region ein Material mit einer CSAC 0 von wenigstens 15 g/g und einer CSAE bei der tatsächlichen CSDH 80 des ersten Materials von wenigstens 50%.
In einer weiteren Ausführungsform dieses Aspekts umfasst die zweite Region ein Material mit einer CSAH 50 von wenigstens 45 cm, vorzugsweise von mehr als 60 cm, noch bevorzugter von mehr als 80 cm.
In noch einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung eine absorbierende Struktur, in welcher die erste Region ein Material umfasst, das eine CSDH 80 von mehr als 90 cm aufweist, und in der die zweite Region ein Material umfasst, welches wenigstens eine der folgenden Anforderungen erfüllt:

(a) eine CSAC 90 von wenigstens 8,5 g/g;
(b) eine CSAC 0 von wenigstens 15 g/g und eine CSAE 90 von wenigstens 20%;
(c) eine CSAH 50 von wenigstens 45 cm.

In einer bevorzugten Ausführungsform dieses Aspekts umfasst die zweite Region ein Material mit einer CSAC bei der tatsächlichen CSDH 80 des ersten Materials von wenigstens 8,5 g/g.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform dieses Aspekts umfasst die zweite Region ein Material mit einer CSAC 0 von wenigstens 20 g/g, vorzugsweise mehr als 25 g/g, ganz bevorzugt mehr als 35 g/g und einer CSAE 60 von wenigstens 50%.
In einer alternativen Ausführungsform dieses Aspekts umfasst die zweite Region ein Material mit einer CSAC 0 von wenigstens 15 g/g und einer CSAE einer tatsächlichen CSDH 80 des ersten Materials von wenigstens 20%.
In einer noch weiteren bevorzugten Ausführungsform dieses Aspekts umfasst die zweite Region ein Material mit einer CSAH 50 von wenigstens 45 cm, ganz bevorzugt wenigstens 60 cm, noch bevorzugter von wenigstens 80 cm.
Resultierende Vorteile des absorbierenden Artikels
Wenn geeignete Materialien oder Elemente kombiniert werden, liefert der absorbierende Kern, der in einem absorbierenden Artikel verwendet werden soll, die folgenden Vorteile:
Ein Vorteil besteht darin, dass die Annahme/Verteilungs-Elemente oder -materialien wirksam entwässert werden, um so kleinere Mengen von Fluid aufzunehmen, welche die Haut des Trägers rücknässen könnten, wie dies beispielsweise bewertet werden kann durch allgemein bekannte Rücknässungs-Testverfahren, zum Beispiel durch den PACORM-Test, wie dieser beschrieben ist in EP-A-0 797 966.
Die bessere Entwässerung führt auch zu einer Verbesserung der Flüssigkeitshandhabungsfähigkeit bei wiederholten Schwallen, wie beispielsweise eine verbesserte Flüssigkeitsannahme-Handhabung, wie dies gemessen werden kann dem allgemein bekannten Annahmetest, zum Beispiel wie auch beschrieben in EP-A-0 799,966.
Diese verbesserte Entwässerung kann gut durch den Partitionierungstest gezeigt werden, wie dieser nachfolgend beschrieben wird, wodurch Kombinationen von Annahme/Verteilungs- und Speicherungsmaterialien in verschiedenen Anordnungen mit Testflüssigkeit beladen werden und das Fluid in den Materialien oder Elementen in ein Gleichgewicht kommen kann. Dann werden die Elemente oder Materialien wieder getrennt und wird die jeweilige Flüssigkeitsmenge durch Differenz bildendes Auswiegen bestimmt. Eine gute Entwässerung kann bei geringer Restflüssigkeit in einem Annahme/Verteilungs-Material erkannt werden, sei es als absolutes Maß (g/g) oder relativ zu seiner Sättigungskapazität.
Dieser Partitionierungstest erlaubt, einen weiteren Vorteil der Strukturen zu prüfen, der gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist, und der sich auf die Bewegung der Flüssigkeit durch die verschiedenen Elemente bezieht, um so eine bessere Gestaltungsflexibilität absorbierender Artikel zu erlauben.
Falls zum Beispiel der Partitionierungstest derart ausgeführt wird, dass eine Testflüssigkeit auf einen Abschnitt geladen wird, welcher kein Flüssigkeitsspeichermaterial aufweist, sondern nur ein Flüssigkeitsannahme/Verteilungs-Material, welches jedoch in Flüssigkeitskommunikation mit einem Speichermaterial steht (z.B. durch Anordnung des letzteren horizontal versetzt vom Beladungspunkt auf dem Annahme/Verteilungs-Material), kann gesehen werden, dass bei Kombinationen, welche die Anforderungen der vorliegenden Erfindung erfüllen, die Flüssigkeit in einem größerem Maß in das Speichermaterial übertragen wird und die Annahme/Verteilungs-Materialien in viel geringerem Maße beladen wird.
Die verstärkte Gestaltungsflexibilität kann ausgenutzt werden, um Artikel mit einem erhöhten Komfort für den Träger zu gestalten, ohne die Leistungsfähigkeit zu verschlechtern, wie beispielsweise durch Verteilen des absorbierenden Speichermaterials auf Regionen des Artikels, wo sie den Träger im Falle einer Beladung weniger behindern, zum Beispiel durch Entfernen des Fluidspeichermaterials aus der Schrittregion des Artikels.
Obwohl das Vorstehende auf die Vorteile gerichtet war, wie sie in Strukturen mit zwei Elementen auftreten, ergeben sich analoge Vorteile, wenn sogar mehrere Elemente zusammen ausgebildet sind, wie sich das beispielsweise ergeben kann, wenn die Annahme- und Verteilungsfunktionalität nicht in einem Annahme/Verteilungs-Element kombiniert sind, sondern statt dessen in separaten Elementen. Dann wird ein Material mit hoher kapillarer Saugwirkung gemäß den hier vorliegenden Lehren in der Lage sein, das Verteilungselement wirksam zu drainieren, was wiederum das Annahmematerial entwässern kann, wodurch die Gesamtleistung des Artikels noch mehr gesteigert wird.
Beispiele
Materialien/Komponenten
Annahme/Verteilungs-Materialien (Proben A ...)
Probe A.1
Ein erstes Annahme/Verteilungs-Element wurde hergestellt, indem chemisch versteifte, verdrehte Zellulose (CS) verwendet wurde, die im Handel erhältlich ist unter der Bezeichnung "CMC" von Weyerhaeuser Co., US, und indem diese in eine Bahn durch Luftlegung geformt wurde. Eine geeignete Struktur hat eine Flächenmasse von 195 g und eine Trockendichte von etwa 0,07 g/cm³.
Probe A.2
Das weitere Material hat eine Flächenmasse von 150 g und eine Dichte von 0,105 g/cm³, bestehend aus

– 45 Gew.% chemisch versteifter, verdrehter Zellulose (CS), im Handel erhältlich unter der Bezeichnung "CMC" von Weyerhaeuser Co., US;
– 45 Gew.% Eukalyptusfasern
– 10 Gew.% CELBOND^® von Hoechst Celanese Corporation, US, Typ 255, Charge 33865A, mit einem dtex von etwa 3,3, einem Denier von etwa 3,0 und einer Faserlänge von etwa 6,4 mm.

Dieses Material wurde luftgelegt und nachfolgend wärmegebunden.
Probe A.3
Ein alternatives Material ist eine nass gelegte, chemisch gebundene Bahn, wie sie oben erläutert wurde, mit einer Flächenmasse von 150 g und einer Dichte von 0,094 g/cm³, bestehend aus einem Fasergemisch von

– 90 Gew.% chemisch versteifter, verdrehter Zellulose (CS), im Handel erhältlich unter der Bezeichnung "CMC" von Weyerhaeuser Co., US;
– 10 Gew.% Eukalyptusfasern, gebunden mit 2 Gew.% des Fasergemisches von Polyacrylamid-Glyoxalharz, vermarktet von Cytec Industries, West Patterson, NJ, USA, unter dem Markennamen Parez^TM 631 NC.

Probe A.4
Materialien, die in Beispiel A.3 mit einer Flächenmasse von 150 g und einer Dichte von 0,105 g/cm³ hergestellt wurden, wurden der Post-Formationsbehandlung unterzogen, wie sie oben und in EP-A-0 810 078 beschrieben ist, indem das Material zwischen zwei Walzen mit einer Überlappungstiefe der Spitzen von 0,2 mm, jeweils mit einer Breite der Zähne von 0,6 mm, die 1,0 mm voneinander entfernt liegen, behandelt wurde.
A.5, A.6, A.7 – HIPEs als Annahme/Verteilungs-Material
Die folgenden Proben A.5 bis A.7 sind der polymere Schaumtyp und sind präpariert, wie dies allgemein im Abschnitt Beispiele des US Patents Nr. 5,563,179 oben beschrieben ist. Im Allgemeinen umfasst dieses Verfahren ein geeignetes Mischen einer wässrigen Phase, die ausgewählte Salze enthält, mit einer Ölphase, die ausgewählte Monomere und Emulgatoren enthält. Die wässrige Phase enthält typischerweise einen Initiator, wie Kaliumpersulfat und anorganisches Salz, wie Kalziumchlorid. Die Ölphase enthält typischerweise ein Gemisch aus Monomeren, wie 2-ethylhexylacrylat und vernetzende Monomere, wie Divinylbenzol (welches Ethylstyrol als Verunreinigung enthält) und 1,6-hexandioldiacrylat. Zusatzstoffe, wie Antioxidantien, Trübungsmittel, Pigmente, Farbstoffe, Füllstoffe und andere im Allgemeinen nicht reaktive Chemikalien, können auch zu beiden Phasen hinzu gegeben werden.
Die separaten Ströme der Ölphase und der Wasserphase (typischerweise auf zwischen etwa 30° und etwa 90°C erhitzt) werden zu einer dynamischen Mischvorrichtung geführt. Ein innigliches Mischen der kombinierten Ströme in der dynamischen Mischvorrichtung wird mit Hilfe eines Stabrührers erreicht. Das Verhältnis der wässrigen Phase und der Ölphase, bezeichnet als das "Wasser-zu-Öl-Verhältnis" oder W : O, wird dazu verwendet, die Dichte des ultimativ hergestellten Schaumes zu kontrollieren. Eine detaillierte Beschreibung der Vorrichtung und der Verfahren zum Einrichten der anfänglichen HIPE-Formation ist im größeren Detail beschrieben im Abschnitt Beispiele des US Patents Nr. 5,563,179 oben.
Sobald der Vorrichtungsaufbau gefüllt ist, wird mit der Rührung in dem dynamischen Mischer begonnen, wobei sich der Rührer mit spezifischen Umdrehungszahl dreht. Die Fließrate der Wasserphase wird dann ständig auf eine Rate von 44,1 cm³/s in einer Zeitspanne von etwa 30 s gesteigert, und die Ölphasen-Fließrate wird auf 1,25 g/s über eine Zeitspanne von etwa 1 min reduziert. Der durch die dynamischen und statischen Mischer an dieser Stelle erzeugte Rückdruck liegt typischerweise zwischen etwa 3 und etwa 8 psi (etwa 21 bis etwa 55 kPa). Die Rührgeschwindigkeit wird dann auf die gewünschte Umdrehungszahl über eine Zeitspanne von 120 s eingestellt. Der System-Rückdruck reagiert auf diese Einstellung und bleibt danach konstant.
Die HIPE aus dem statischen Mischer wird in einem runden Polypropylenbecher gesammelt, der einen Innendurchmesser von 17 in (43 cm) aufweist und eine Höhe von 7,5 in (10 cm) hat, und zwar mit einem konzentrischen Einsatz, hergestellt aus Celcon-Kunststoff. Der Einsatz hat einen Innendurchmesser von 5,0 in (12,7 cm) an seiner Basis und einen Innendurchmesser von 4,75 in (12 cm) an seiner Oberseite und ist 6,75 in (17,1 cm) hoch. Die HIPE enthaltenden Becher werden bei einer Raumtemperatur von 65°C über 18 Stunden gehalten, um auszuhärten und einen polymeren HIPE-Schaum zu schaffen.
Der ausgehärtete HIPE-Schaum wird aus den Bechern entnommen. Der Schaum enthält an dieser Stelle eine Restwasserphase (enthaltend aufgelöste Emulgatoren, Elektrolyt, Initiatorreste und den Initiator). Der Schaum wird mit einer scharfen hin und her gehenden Sägeschneide in Flächengebilde von gewünschter Dicke geschnitten. Diese Flächengebilde werden dann einer Kompression in einer Reihe von zwei porösen Spaltwalzen ausgesetzt, die mit einem Vakuum versehen sind, welches den Restwasserphasengehalt des Schaumes graduell auf etwa das Zweifache (2 ×) des Gewichts der polymerisierten Monomere reduziert. An dieser Stelle werden die Flächengebilde dann wieder mit einer 4% CaCl₂ Lösung bei 60°C gesättigt, werden in einer Reihe von drei porösen Spaltwalzen, die mit einem Vakuum versehen sind, auf einen Wasserphasengehalt von etwa 2 × ausgedrückt. Der CaCl₂-Gehalt des Schaumes liegt zwischen 2 und 10%.
Der HIPE-Schaum wird dann in Luft für etwa 16 Stunden getrocknet oder kontinuierlich thermisch getrocknet. Ein solcher Trocknungsvorgang verringert den Feuchtigkeitsgehalt auf etwa 4–20 Gew.% des polymerisierten Materials.
Probe A.5
Wasserfreies Kalziumchlorid (36,32 kg) und Kaliumpersulfat (189 g) werden in 378 Liter Wasser aufgelöst. Dies liefert den Wasserphasenstrom, der in einem kontinuierlichen Prozess zum Bilden einer HIPE-Emulsion verwendet werden soll.
Zu einer Monomerkombination aus destilliertem Divinylbenzol (39% Divinylbenzol und 61% Ethylstyrol) (2640 g), 2-ethylhexylacrylat (4720 g) und Hexandioldiacrylat (640 g) wird ein Diglycerolmonooleat-Emulgator (480 g), Ditallowdimethylammoniummethylsulfat (80 g) und Tinuvin 765 (20 g) hinzu gegeben. Der Diglycerolmonololeat-Emulgator (Grindsted Products; Brabrand, Dänemark) umfasst etwa 81 Gew.% Diglycerolmonooleat, 1 Gew.% eines anderen Diglycerolmonoesters, 3 Gew.% Polyole und 15 Gew.% andere Polyglycerolester, hat einen minimalen Öl/Wasser-Grenzflächenspannungswert von etwa 2,7 dyne/cm und hat eine kriti sche Öl/Wasser-Aggregatrionskonzentration von etwa 2,8 Gew.%. Nach dem Mischen darf sich diese Materialkombination über Nacht absetzen. Kein sichtbarer Rest wird gebildet und das gesamte Gemisch wird abgezogen und als die Ölphase in einem kontinuierlichen Verfahren zum Bilden einer HIPE-Emulsion verwendet.
Separate Ströme der Ölphase (25°C) und der Wasserphase (53°–55°C) werden zu einer dynamischen Mischvorrichtung geführt. Ein innigliches Mischen der kombinierten Ströme in der dynamischen Mischvorrichtung wird mit Hilfe eines Stabrührers erreicht. Der Stabrührer umfasst eine zylindrische Welle von etwa 36,5 cm Länge mit einem Durchmesser von etwa 2,9 cm. Die Welle hält 6 Reihen von Stiften, 3 Reihen mit 33 Stiften und 3 Reihen mit 34 Stiften, wobei jeder der drei Stifte an jedem Niveau in einem Winkel von 120° zueinander angeordnet ist, wobei das nächste Niveau unterhalb in 60° zu seinem Nachbarniveau angeordnet ist, wobei jedes Niveau um 0,03 mm voneinander getrennt ist, wobei jeder Stift einen Durchmesser von 0,5 cm aufweist und sich von der zentralen Achse der Welle um eine Länge von 2,3 cm nach außen erstreckt. Der Stabrührer ist in einer zylindrischen Hülse montiert, welche die dynamische Mischvorrichtung bildet, und die Stifte haben einen Abstand von 1,5 mm von den Wänden der zylindrischen Hülse.
Ein kleinerer Teil des abfließenden Stoffes, der die dynamische Mischvorrichtung verlässt, wird abgezogen, und tritt in eine Rezirkulationszone ein, wie sie in der Figur in der parallel anhängigen WO96/21505. Die Waukesha-Pumpe in der Rezirkulationszone bringt den geringeren Anteil an die Eingangsstelle der Öl- und Wasserphasenströme in die dynamische Mischzone zurück.
Eine statischer Spiralmischer ist stromabwärts von der dynamischen Mischvorrichtung angebracht, um einen Rückdruck in der dynamischen Mischvorrichtung zu erzeugen und um eine verbesserte Eingliederung der Komponenten in die HIPE zu schaffen, die eventuell geformt wird. Der statische Mischer (TAH Industries Model 100-812) hat 12 Elemente mit einem 1 Inch (2,5 cm) Außendurchmesser. Ein Schlauch ist stromabwärts von dem statischen Mischer angebracht, um die Ausgabe der Emulsion an die zur Aushärtung verwendete Vorrichtung zu erleichtern. Optional wird ein zusätzlicher statischer Mischer verwendet, um die Hinzufügung eines Rückdruckes zu schaffen, um den Schlauch gefüllt zu halten. Der optionale statische Mischer kann ein 1 Inch (2,5 cm) Rohr, 12 Element-Mischer sein (McMaster-Carr Modell 3529K53).
Der kombinierte Misch- und Rezirkulationsaufbau der Vorrichtung wird mit der Ölphase und der Wasserphase in einem Verhältnis von 4 Teilen Wasser zu 1 Teil Öl gefüllt. Die dynamische Mischvorrichtung wird entlüftet, so dass Luft entweichen kann, während die Vorrichtung vollständig gefüllt wird. Die Fließraten während des Befüllens betragen 7,57 g/s für die Ölphase und 30,3 cm³/s für die Wasserphase.
Sobald der Vorrichtungsaufbau gefüllt ist, wird mit der Rührung in dem dynamischen Mischer begonnen, wobei sich der Rührer mit 850 RPM dreht, und wird mit der Zirkulation mit einer Rate von etwa 30 cm³/s begonnnen. Die Fließrate der Wasserphase wird dann stetig auf eine Rate von 151,3 cm³/s über eine Zeitspanne von etwa 1 min erhöht, und die Ölphasen-Fließrate wird auf 2,52 g/s über eine Zeitspanne von etwa 3 min verringert. Die Rezirkulationsrate wird stetig auf etwa 150 cm³/s während der letzteren Zeitspanne erhöht. Der durch die dynamische Zone und die statischen Mischer an dieser Stelle erzeugte Rückdruck beträgt etwa 4,9 psi (33,8 kPa), was den gesamten Druckabfall des Systems darstellt. Die Geschwindigkeit der Waukesha-Pumpe wird dann stetig vermindert, um eine Rezierkulationsrate von etwa 75 cm³/s zu erhalten.
Die aus dem statischen Mischer an dieser Stelle ausfließende HIPE wird in einem runden Polyethylenbecher gesammelt, das 40 in (102 cm) Innendurchmesser und 12,5 in (31,8 cm) Höhe hat, wobei die Seiten entfernbar sind, ähnlich einer Springform, die zum Kuchenbacken verwendet wird. Ein rohrartiger Polyethyleneinsatz 12,5 in (31,8 cm) im Durchmesser an der Basis, ist am Zentrum der Basis befestigt und ist 12,5 in (31,8 cm) hoch. Die HIPE enthaltenden Becher werden in einem Raum bei 65°C für 18 Stunden gehalten, um die Polymerisation durchzuführen und den Schaum zu bilden.
Der ausgehärtete HIPE-Schaum wird aus den Aushärtungsbechern entnommen. Der Schaum hat an dieser Stelle eine Restwasserphase (enthaltend aufgelöste Emulgatoren, Elektrolyt, Initiatorreste und den Initiator) von etwa dem 55-65-fachen (55–65 ×) des Gewichts der polymerisierten Monomere. Der Schaum wird mit einer scharfen hin und her gehenden Sägeklinge in Flächengebilde geschnitten, welche 0,2 Inch (5,1 mm) dick sind. Diese Flächengebilde werden dann einer Kompression in einer Reihe von zwei porösen Spaltwalzen ausgesetzt, die mit einem Vakuum versehen sind, wodurch der Restwasserphasengehalt des Schaumes auf etwa das Dreifache (3 ×) des Gewichts des polymerisierten Materials graduell reduziert wird. An dieser Stelle werden die Flächengebilde dann mit einer 4% CaCl₂-Lösung bei 60°C neu gesättigt, werden in einer Reihe von 3 porösen Spaltwalzen, die mit einem Vakuum versehen sind, auf einen Wasserphasengehalt von etwa dem 1,5 bis 2 × ausgedrückt. Der CaCl₂-Gehalt des Schaumes beträgt zwischen 6 und 10%.
Der Schaum bleibt nach dem Endspalt bei einer Dicke von etwa 0,027 in (0,069 cm) komprimiert. Der Schaum wird dann in Luft für etwa 16 Stunden getrocknet. Ein solcher Trocknungsvorgang verringert den Feuchtigkeitsgehalt auf etwa 9–17 Gew.% des polymerisierten Materials. An dieser Stelle sind die Schaumlagen sehr geschmeidig.
Probe A.6
Wasserfreies Kalziumchlorid (36,32 kg) und Kaliumpersulfat (189 g) werden in 378 Liter Wasser aufgelöst. Dies liefert den Wasserphasenstrom, der in einem kontinuierlichen Prozess zum Bilden einer HIPE-Emulsion verwendet werden soll.
Zu einer Monomerkombination aus destilliertem Divinylbenzol (42,4% Divinylbenzol und 57,6% Ethylstyrol) (2640 g), 2-ethylhexylacrylat (4400 g) und Hexandiol diacrylat (960 g) wird ein Diglycerolmonooleat-Emulgator (640 g), Ditallowdimethylammoniummethylsulfat (80 g) und Tinuvin 765 (20 g) hinzu gegeben. Der Diglycerolmonololeat-Emulgator (Grindsted Products; Brabrand, Dänemark) umfasst etwa 81 Gew.% Diglycerolmonooleat, 1 Gew.% eines anderen Diglycerolmonoesters, 3 Gew.% Polyole und 15 Gew.% andere Polyglycerolester, hat einen minimalen Öl/Wasser-Grenzflächenspannungswert von etwa 2,7 dyne/cm und hat eine kritische Öl/Wasser-Aggregatrionskonzentration von etwa 2,8 Gew.%. Nach dem Mischen darf sich diese Materialkombination über Nacht absetzen. Kein sichtbarer Rest wird gebildet und das gesamte Gemisch wird abgezogen und als die Ölphase in einem kontinuierlichen Verfahren zum Bilden einer HIPE-Emulsion verwendet.
Separate Ströme der Ölphase (25°C) und der Wasserphase (75°–77°C) werden zu einer dynamischen Mischvorrichtung geführt. Ein innigliches Mischen der kombinierten Ströme in der dynamischen Mischvorrichtung wird mit Hilfe eines Stabrührers erreicht. Der Stabrührer umfasst eine zylindrische Welle von etwa 36,5 cm Länge mit einem Durchmesser von etwa 2,9 cm. Die Welle hält 6 Reihen von Stiften, 3 Reihen mit 33 Stiften und 3 Reihen mit 34 Stiften, wobei jeder der drei Stifte an jedem Niveau in einem Winkel von 120° zueinander angeordnet ist, wobei das nächste Niveau unterhalb in 60° zu seinem Nachbarniveau angeordnet ist, wobei jedes Niveau um 0,03 mm voneinander getrennt ist, wobei jeder Stift einen Durchmesser von 0,5 cm aufweist und sich von der zentralen Achse der Welle um eine Länge von 2,3 cm nach außen erstreckt. Der Stabrührer ist in einer zylindrischen Hülse montiert, welche die dynamische Mischvorrichtung bildet, und die Stifte haben einen Abstand von 1,5 mm von den Wänden der zylindrischen Hülse.
Ein kleinerer Teil des abfließenden Stoffes, der die dynamische Mischvorrichtung verlässt, wird abgezogen, und tritt in eine Rezirkulationszone ein, wie sie in der Figur in der parallel anhängigen WO96/21505 gezeigt ist. Die Waukesha-Pumpe in der Rezirkulationszone bringt den geringeren Anteil an die Eingangsstelle der Öl- und Wasserphasenströme in die dynamische Mischzone zurück.
Ein statischer Spiralmischer ist stromabwärts von der dynamischen Mischvorrichtung angebracht, so dass ein Rückdruck in der dynamischen Mischvorrichtung geschaffen wird und eine verbesserte Eingliederung der Komponenten in die HIPE geschaffen wird, die möglicherweise gebildet wird. Der statische Mitscher (TAH Industries Model 101-212) hat normalerweise 12 Elemente mit einem Außendurchmesser von 1,5 Inch (3,8 cm), wobei 7 Inch (17,8 cm) entfernt wurden, damit sie in den Raum der Einrichtung passen. Ein Schlauch ist stromabwärts von dem statischen Mischer angebracht, um die Abgabe der Emulsion an die zur Aushärtung verwendete Vorrichtung zu erleichtern. Optional wird ein zusätzlicher statischer Mischer verwendet, um einen zusätzlichen Rückdruck zu schaffen, damit der Schlauch gefüllt bleibt. Der optionale statische Mischer kann der gleiche sein, wie der erste, ohne weitere Modifikation.
Der kombinierte Misch- und Rezirkulationsaufbau der Vorrichtung wird mit der Ölphase und der Wasserphase in einem Verhältnis von 4 Teilen Wasser zu 1 Teil Öl gefüllt. Die dynamische Mischvorrichtung wird entlüftet, so dass Luft entweichen kann, während die Vorrichtung vollständig gefüllt wird. Die Fließraten während des Befüllens betragen 7,57 g/s für die Ölphase und 30,3 cm³/s für die Wasserphase.
Sobald der Vorrichtungsaufbau gefüllt ist, wird mit der Rührung in dem dynamischen Mischer begonnen, wobei sich der Rührer mit 800 RPM dreht, und wird mit der Zirkulation mit einer Rate von etwa 30 cm³/s begonnnen. Die Fließrate der Wasserphase wird dann stetig auf eine Rate von 151,3 cm³/s über eine Zeitspanne von etwa 1 min erhöht, und die Ölphasen-Fließrate wird auf 2,52 g/s über eine Zeitspanne von etwa 3 min verringert. Die Rezirkulationsrate wird stetig auf etwa 150 cm³/s während der letzteren Zeitspanne erhöht. Der durch die dynamische Zone und die statischen Mischer an dieser Stelle erzeugte Rückdruck beträgt etwa 4,2 psi (29 kPa), was den gesamten Druckabfall des Systems darstellt.
Die aus dem statischen Mischer an dieser Stelle ausfließende HIPE wird in einem runden Polyethylenbecher gesammelt, das 40 in (102 cm) Innendurchmesser und 12,5 in (31,8 cm) Höhe hat, wobei die Seiten entfernbar sind, ähnlich einer Springform, die zum Kuchenbacken verwendet wird. Ein rohrartiger Polyethyleneinsatz 12,5 in (31,8 cm) im Durchmesser an der Basis, ist am Zentrum der Basis befestigt und ist 12,5 in (31,8 cm) hoch. Die HIPE enthaltenden Becher werden in einem Raum bei 65°C für 18 Stunden gehalten, um die Polymerisation durchzuführen und den Schaum zu bilden.
Der ausgehärtete HIPE-Schaum wird aus den Aushärtungsbehältern entnommen. Der Schaum hat an dieser Stelle eine Restwasserphase (enthaltend aufgelöste Emulgatoren, Elektrolyt, Initiatorreste und den Initiator) von etwa dem 58-62-fachen (58–62 ×) des Gewichts der polymerisierten Monomere. Der Schaum wird mit einer scharfen hin und her gehenden Sägeklinge in Flächengebilde geschnitten, welche 0,2 Inch (5,1 mm) dick sind. Diese Flächengebilde werden dann einer Kompression in einer Reihe von 2 porösen Spaltwalzen ausgesetzt, die mit einem Vakuum versehen sind, wodurch der Restwasserphasengehalt des Schaumes auf etwa das Sechsfache (6 ×) des Gewichts des polymerisierten Materials graduell reduziert wird. An dieser Stelle werden die Flächengebilde dann mit einer 1,5% CaCl₂-Lösung bei 60°C neu gesättigt, werden in einer Reihe von 3 porösen Spaltwalzen, die mit einem Vakuum versehen sind, auf einen Wasserphasengehalt von etwa dem 1,5 bis 2 × ausgedrückt. Der CaCl₂-Gehalt des Schaumes beträgt zwischen 3 und 6%.
Der Schaum bleibt nach dem Endspalt bei einer Dicke von etwa 0,047 in (0,071 cm) komprimiert. Der Schaum wird dann in Luft für etwa 16 Stunden getrocknet. Ein solcher Trocknungsvorgang verringert den Feuchtigkeitsgehalt auf etwa 9–17 Gew.% des polymerisierten Materials. An dieser Stelle sind die Schaumlagen sehr geschmeidig.
Probe A.7
Wasserfreies Kalziumchlorid (36,32 kg) und Kaliumpersulfat (189 g) werden in 378 Liter Wasser aufgelöst. Dies liefert den Wasserphasenstrom, der in einem kontinuierlichen Prozess zum Bilden einer HIPE-Emulsion verwendet werden soll.
Zu einer Monomerkombination aus destilliertem Divinylbenzol (42,4% Divinylbenzol und 57,6% Ethylstyrol) (2640 g), 2-ethylhexylacrylat (4400 g) und Hexandioldiacrylat (960 g) wird ein Diglycerolmonooleat-Emulgator (640 g), Ditallowdimethylammoniummethylsulfat (80 g) und Tinuvin 765 (20 g) hinzu gegeben. Der Diglycerolmonololeat-Emulgator (Grindsted Products; Brabrand, Dänemark) umfasst etwa 81 Gew.% Diglycerolmonooleat, 1 Gew.% eines anderen Diglycerolmonoesters, 3 Gew.% Polyole und 15 Gew.% andere Polyglycerolester, hat einen minimalen Öl/Wasser-Grenzflächenspannungswert von etwa 2,7 dyne/cm und hat eine kritische Öl/Wasser-Aggregatrionskonzentration von etwa 2,8 Gew.%. Nach dem Mischen darf sich diese Materialkombination über Nacht absetzen. Kein sichtbarer Rest wird gebildet und das gesamte Gemisch wird abgezogen und als die Ölphase in einem kontinuierlichen Verfahren zum Bilden einer HIPE-Emulsion verwendet.
Separate Ströme der Ölphase (25°C) und der Wasserphase (75°–77°C) werden zu einer dynamischen Mischvorrichtung geführt. Ein innigliches Mischen der kombinierten Ströme in der dynamischen Mischvorrichtung wird mit Hilfe eines Stabrührers erreicht. Der Stabrührer umfasst eine zylindrische Welle von etwa 21,6 cm Länge mit einem Durchmesser von etwa 1,9 cm. Die Welle hält 6 Reihen von Stiften, 3 Reihen mit 21 Stiften und 3 Reihen mit 21 Stiften, wobei jeder der drei Stifte an jedem Niveau in einem Winkel von 120° zueinander angeordnet ist, wobei das nächste Niveau unterhalb in 60° zu seinem Nachbarniveau angeordnet ist, wobei jedes Niveau um 0,03 mm voneinander getrennt ist, wobei jeder Stift einen Durchmesser von 0,5 cm aufweist und sich von der zentralen Achse der Welle um eine Länge von 1,4 cm nach außen erstreckt. Der Stabrührer ist in einer zylindrischen Hülse montiert, welche die dynamische Mischvorrichtung bildet, und die Stifte haben einen Abstand von 3 mm von den Wänden der zylindrischen Hülse.
Ein kleinerer Teil des abfließenden Stoffes, der die dynamische Mischvorrichtung verlässt, wird abgezogen, und tritt in eine Rezirkulationszone ein, wie sie in der Figur in der parallel anhängigen WO96/21505 gezeigt ist (hier durch Bezugnahme mit aufgenommen). Die Waukesha-Pumpe in der Rezirkulationszone bringt den geringeren Anteil an die Eingangsstelle der Öl- und Wasserphasenströme in die dynamische Mischzone zurück.
Ein statischer Spiralmischer ist stromabwärts von der dynamischen Mischvorrichtung angebracht, so dass ein Rückdruck in der dynamischen Mischvorrichtung geschaffen wird und eine verbesserte Eingliederung der Komponenten in die HIPE geschaffen wird, die möglicherweise gebildet wird. Der statische Mischer (TAH Industries Model 070-821), modifiziert durch Abschneiden von 2,4 Inch (6,1 cm seiner ursprünglichen Länge) ist 14 Inch (35,6 cm) lang, mit einem Außendurchmesser von 0,5 Inch (1,3 cm).
Der kombinierte Misch- und Rezirkulationsaufbau der Vorrichtung wird mit der Ölphase und der Wasserphase in einem Verhältnis von 4 Teilen Wasser zu 1 Teil Öl gefüllt. Die dynamische Mischvorrichtung wird entlüftet, so dass Luft entweichen kann, während die Vorrichtung vollständig gefüllt wird. Die Fließraten während des Befüllens betragen 1,89 g/s für die Ölphase und 7,56 cm³/s für die Wasserphase.
Sobald der Vorrichtungsaufbau gefüllt ist, wird mit der Rührung in dem dynamischen Mischer begonnen, wobei sich der Rührer mit 1000 RPM dreht, und wird mit der Zirkulation mit einer Rate von etwa 8 cm³/s begonnnen. Die Fließrate der Wasserphase wird dann stetig auf eine Rate von 45,4 cm³/s über eine Zeitspanne von etwa 1 min erhöht, und die Ölphasen-Fließrate wird auf 0,6 g/s über eine Zeitspanne von etwa 3 min verringert. Die Rezirkulationsrate wird stetig auf etwa 45 cm³/s während der letzteren Zeitspanne erhöht. Der durch die dynamische Zone und die statischen Mischer an dieser Stelle erzeugte Rückdruck beträgt etwa 2,9 psi (20 kPa), was den gesamten Druckabfall des Systems darstellt.
Die HIPE, die aus dem statischen Mischer an dieser Stelle ausfließt, wird in einer runden Polypropylenschale mit einem Innendurchmesser von 17 in (43 cm) und einer Höhe von 7,6 in (10 cm) gesammelt, und zwar mit einem konzentrischen Einsatz aus einem Celcon-Kunststoff. Der Einsatz hat an der Basis einen Innendurchmesser von 5 in (12,7 cm) und an seiner Oberseite einen Innendurchmesser von 4,75 in (12 cm) und ist 6,75 in (17,1 cm) hoch. Die HIPE enthaltenden Schalen werden in einem Raum bei 65°C für 18 Stunden aufbewahrt, um die Polymerisation zu bewirken und den Schaum zu bilden.
Der ausgehärtete HIPE-Schaum wird aus den Aushärtungsbehältern entnommen. Der Schaum hat an dieser Stelle eine Restwasserphase (enthaltend aufgelöste Emulgatoren, Elektrolyt, Initiatorreste und den Initiator) von etwa dem 70-80-fachen (70–80 ×) des Gewichts der polymerisierten Monomere. Der Schaum wird mit einer scharfen hin und her gehenden Sägeklinge in Flächengebilde geschnitten, welche 0,185 Inch (4,7 mm) dick sind. Diese Flächengebilde werden dann einer Kompression in einer Reihe von 2 porösen Spaltwalzen ausgesetzt, die mit einem Vakuum versehen sind, wodurch der Restwasserphasengehalt des Schaumes auf etwa das Dreifache (3 ×) des Gewichts des polymerisierten Materials graduell reduziert wird. An dieser Stelle werden die Flächengebilde dann mit einer 1,5% CaCl₂-Lösung bei 60°C neu gesättigt, werden in einer Reihe von 3 porösen Spaltwalzen, die mit einem Vakuum versehen sind, auf einen Wasserphasengehalt von etwa dem 1,5 bis 2 × ausgedrückt. Der CaCl₂-Gehalt des Schaumes beträgt zwischen 3 und 5%.
Der Schaum bleibt nach dem Endspalt bei einer Dicke von etwa 0,031 in (0,079 cm) komprimiert. Der Schaum wird dann in Luft für etwa 16 Stunden getrocknet. Ein solcher Trocknungsvorgang verringert den Feuchtigkeitsgehalt auf etwa 9–17 Gew.% des polymerisierten Materials. An dieser Stelle sind die Schaumlagen sehr geschmeidig.
Speicherelement mit hoher kapillarer Saugkraft (Proben S ..)
Probe S.1 Absorbierendes Speicherelement mit Glas-Mikrofasern
Dieses Beispiel beschreibt ein absorbierendes Element mit hoher kapillarer Saugkraft, das ein Hydrogel bildendes absorbierendes Polymer uns Glas-Mikrofasern mit großem Oberflächenbereich umfasst, so wie sie unter Verwendung eines nassseitigen Formungsverfahrens zum Zwecke einer erhöhten Dichte und einer strukturellen Organisation gegenüber herkömmlichen Luftablegeverfahren geformt werden. Um ein solches Hydrogel bildendes absorbierendes Polymer zu konstruieren, das ein Element enthält, welches sich einer homogenen Verteilung des absorbierenden Polymers in der Glas-Mikrofasermatrix annähert, wird das folgende Verfahren durchgeführt.
Ein Gemisch aus 4,0 g von ASAP 2300 (erhältlich von Chemdal LTD., einer Tochter der American Colloid Co., Arlington Heights, IL; auch erhältlich von The Procter & Gamble Co., Paper Technology Division, Cincinnati, OH) und 4,0 g Glas-Mikrofaser (erhältlich als "Q-FIBERS, Code 108, 110" von Manville Sales Corp., Denver, Co.) werden in einem explosionsbeständigen Warner-Mischgerät mit 3-Gallon und in handelsüblicher Ausführung mit etwa 500 ml eines 3A Alkohols (95% Ethanol, 5% Methanol) oder Isopropanol oder ähnliche Flüssigkeiten, welche die Struktur oder die Zusammensetzung der betreffenden Polymere nicht abbaut noch sich in dieser absorbiert, mischt. Das Gemisch wird bei geringer Geschwindigkeit für etwa 5 Minuten gerührt. Das Gemisch wird in eine 6 in. × 6 in. "Papierformationsbox" gegossen, mit einem Nylon-Formungssieb von 80 Maschen (erhältlich von Appleton Mit freundlichen Grüßen. Div., Productive Solutions, Inc., Neenah, WI) am Boden des oberen Bereichs der Formationsbox. Der Flüssigkeitspegel wird auf etwa 8 in. über das Sieb gebracht, indem 3A Alkohol oder eine geeignete Lösung hinzu gegeben wird. Ein Rührschaufel wird verwendet, um die Lösung im oberen Teil der Formationsbox vor der Flüssigkeitsevakuation inniglich zu vermischen. Ein Ventil wird unterhalb des Formungssiebes geöffnet und die Flüssigkeit wird schnell abgezogen, um eine gleichförmige Abscheidung auf dem Formungssieb sicher zu stellen. Das Sieb wird aus der "Formationsbox" entfernt, über eine Vakuumquelle gezogen, um die lose gehaltene Flüssigkeit zu entfernen, und darf dann über Nacht in einem Exikator, der ein Trocknungsmittel enthält, luftzutrocken (wie DRIERITE, Sigme Chem. Co., St. Louis, MO 63178), um einen gleichmäßigen Feuchtigkeitsgehalt zu gewährleisten. Sobald es trocken ist, wird das absorbierende Element von dem Formungssieb entfernt.
Probe S.2 Präparierung eines Schaum mit großem Oberflächenbereich aus einer HIPE
Wasserfreies Kalziumchlorid (36,32 kg) und Kaliumpersulfat (189 g) werden in 378 Liter Wasser aufgelöst. Dies liefert den Wasserphasenstrom, der in einem kontinuierlichen Prozess zum Bilden einer HIPE-Emulsion verwendet werden soll.
Zu einer Monomerkombination aus destilliertem Divinylbenzol (42,4% Divinylbenzol und 57,6% Ethylstyrol) (2640 g), 2-ethylhexylacrylat (4400 g) und Hexandioldiacrylat (960 g) wird ein Diglycerolmonooleat-Emulgator (480 g), Ditallowdimethylammoniummethylsulfat (80 g) und Tinuvin 765 (20 g) hinzu gegeben. Der Diglycerolmonololeat-Emulgator (Grindsted Products; Brabrand, Dänemark) umfasst etwa 81 Gew.% Diglycerolmonooleat, 1 Gew.% eines anderen Diglycerolmonoesters, 3 Gew.% Polyole und 15 Gew.% andere Polyglycerolester, hat einen minimalen Öl/Wasser-Grenzflächenspannungswert von etwa 2,7 dyne/cm und hat eine kritische Öl/Wasser-Aggregatrionskonzentration von etwa 2,8 Gew.%. Nach dem Mischen darf sich diese Materialkombination über Nacht absetzen. Kein sichtbarer Rest wird gebildet und das gesamte Gemisch wird abgezogen und als die Ölphase in einem kontinuierlichen Verfahren zum Bilden einer HIPE-Emulsion verwendet.
Separate Ströme der Ölphase (25°C) und der Wasserphase (53°–55°C) werden zu einer dynamischen Mischvorrichtung geführt. Ein innigliches Mischen der kombinierten Ströme in der dynamischen Mischvorrichtung wird mit Hilfe eines Stabrührers erreicht. Der Stabrührer umfasst eine zylindrische Welle von etwa 36,5 cm Länge mit einem Durchmesser von etwa 2,9 cm. Die Welle hält 6 Reihen von Stiften, 3 Reihen mit 33 Stiften und 3 Reihen mit 34 Stiften, wobei jeder der drei Stifte an jedem Niveau in einem Winkel von 120° zueinander angeordnet ist, wobei das nächste Niveau unterhalb in 60° zu seinem Nachbarniveau angeordnet ist, wobei jedes Niveau um 0,03 mm voneinander getrennt ist, wobei jeder Stift einen Durchmesser von 0,5 cm aufweist und sich von der zentralen Achse der Welle um eine Länge von 2,3 cm nach außen erstreckt. Der Stabrührer ist in einer zylindrischen Hülse montiert, welche die dynamische Mischvorrichtung bildet, und die Stifte haben einen Abstand von 1,5 mm von den Wänden der zylindrischen Hülse.
Ein kleinerer Teil des abfließenden Stoffes, der die dynamische Mischvorrichtung verlässt, wird abgezogen, und tritt in eine Rezirkulationszone ein, wie sie in der Figur gezeigt ist. Die Waukesha-Pumpe in der Rezirkulationszone bringt den geringeren Anteil an die Eingangsstelle der Öl- und Wasserphasenströme in die dynamische Mischzone zurück.
Der statische Mischer (TAH Industries Model 100-812) hat 12 Elemente mit einem Außendurchmesser von 1 in (2,5 cm). Ein Schlauch ist stromabwärts von dem statischen Mischer angebracht, um die Ausgabe der Emulsion an die Vorrichtung, die zum Aushärten verwendet wird, zu erleichtern. Optional wird ein zusätzlicher statischer Mischer verwendet, um einen zusätzlichen Rückdruck bereit zu stellen, um den Schlauch gefüllt zu halten. Der optionale statische Mischer kann ein Mischer mit einem 1 in (2,5 cm ) hoher du 12 Elementen sein (McMaster-Carr, Aurora, OH, Modell 3529K53).
Der kombinierte Misch- und Rezirkulationsaufbau der Vorrichtung wird mit der Ölphase und der Wasserphase in einem Verhältnis von 4 Teilen Wasser zu 1 Teil Öl gefüllt. Die dynamische Mischvorrichtung wird entlüftet, so dass Luft entweichen kann, während die Vorrichtung vollständig gefüllt wird. Die Fließraten während des Befüllens betragen 7,57 g/s für die Ölphase und 30,3 cm³/s für die Wasserphase.
Sobald der Vorrichtungsaufbau gefüllt ist, wird mit der Rührung in dem dynamischen Mischer begonnen, wobei sich der Rührer mit 1750 RPM dreht, und wird mit der Zirkulation mit einer Rate von etwa 30 cm³/s begonnnen. Die Fließrate der Wasserphase wird dann stetig auf eine Rate von 151,3 cm³/s über eine Zeitspanne von etwa 1 min erhöht, und die Ölphasen-Fließrate wird auf 3,03 g/s über eine Zeitspanne von etwa 3 min verringert. Die Rezirkulationsrate wird stetig auf etwa 150 cm³/s während der letzteren Zeitspanne erhöht. Der durch die dynamische Zone und die statischen Mischer an dieser Stelle erzeugte Rückdruck beträgt etwa 19,9 psi (137 kPa), was den gesamten Druckabfall des Systems darstellt. Die Geschwindigkeit der Waukesha-Pumpe (Modell 30) wird dann stetig vermindert, um eine Rezierkulationsrate von etwa 75 cm³/s zu erhalten.
Die aus dem statischen Mischer an dieser Stelle ausfließende HIPE wird in einem runden Polyethylenbecher gesammelt, das 40 in (102 cm) Innendurchmesser und 12,5 in (31,8 cm) Höhe hat, wobei die Seiten entfernbar sind, ähnlich einer Springform, die zum Kuchenbacken verwendet wird. Ein rohrartiger Polyethyleneinsatz 12,5 in (31,8 cm) im Durchmesser an der Basis, ist am Zentrum der Basis befestigt und ist 12,5 in (31,8 cm) hoch. Die HIPE enthaltenden Becher werden in einem Raum bei 65°C für 18 Stunden gehalten, um die Polymerisation durchzuführen und den Schaum zu bilden.
Der ausgehärtete HIPE-Schaum wird aus den Aushärtungsbehältern entnommen. Der Schaum hat an dieser Stelle eine Restwasserphase (enthaltend aufgelöste Emulgatoren, Elektrolyt, Initiatorreste und den Initiator) von etwa dem 48-52-fachen (48–52 ×) des Gewichts der polymerisierten Monomere. Der Schaum wird mit einer scharfen hin und her gehenden Sägeklinge in Flächengebilde geschnitten, welche 0,185 Inch (4,7 mm) dick sind. Diese Flächengebilde werden dann einer Kompression in einer Reihe von zwei porösen Spaltwalzen ausgesetzt, die mit einem Vakuum versehen sind, wodurch der Restwasserphasengehalt des Schaumes auf etwa das Sechsfache (6 ×) des Gewichts des polymerisierten Materials graduell reduziert wird. An dieser Stelle werden die Flächengebilde dann mit einer 1,5% CaCl₂-Lösung bei 60°C neu gesättigt, werden in einer Reihe von 3 porösen Spaltwalzen, die mit einem Vakuum versehen sind, auf einen Wasserphasengehalt von etwa dem 4 × ausgedrückt. Der CaCl₂-Gehalt des Schaumes beträgt zwischen 8 und 10%.
Der Schaum bleibt nach dem Endspalt bei einer Dicke von etwa 0,021 in (0,053 cm) komprimiert. Der Schaum wird dann in Luft für etwa 16 Stunden getrocknet. Ein solcher Trocknungsvorgang verringert den Feuchtigkeitsgehalt auf etwa 9–17 Gew.% des polymerisierten Materials. An dieser Stelle sind die Schaumlagen sehr geschmeidig und "dünn-nach-Trocknung"
Probe S.3 Präparierung eines Schaumes mit großem Oberflächenbereich aus einer HIPE
Die Wasser- und Ölphasenströme, die in einem kontinuierlichen Prozess zum Bilden einer HIPE-Emulsion verwendet werden, werden gemäß Beispiel S.2 präpariert. Separate Ströme der Ölphase (25°C) und der Wasserphase (53°–55°C) werden einer dynamischen Mischvorrichtung zugeführt, die im Beispiel S.2 detailliert angegeben ist.
Sobald der Vorrichtungsaufbau gefüllt ist, wird mit der Rührung in dem dynamischen Mischer begonnen, wobei sich der Rührer mit 1700 RPM dreht, und wird mit der Zirkulation mit einer Rate von etwa 30 cm³/s begonnnen. Die Fließrate der Wasserphase wird dann stetig auf eine Rate von 151,3 cm³/s über eine Zeitspanne von etwa 1 min erhöht, und die Ölphasen-Fließrate wird auf 3,36 g/s über eine Zeitspanne von etwa 3 min verringert. Die Rezirkulationsrate wird stetig auf etwa 150 cm³/s während der letzteren Zeitspanne erhöht. Der durch die dynamische Zone und die statischen Mischer an dieser Stelle erzeugte Rückdruck beträgt etwa 19,7 psi (136 kPa), was den gesamten Druckabfall des Systems darstellt. Die Geschwindigkeit der Waukesha-Pumpe wird dann stetig vermindert, um eine Rezirkulationsrate von etwa 75 cm³/s zu erhalten.
Die HIPE, die aus dem statischen Mischer an dieser Stelle ausfließt, wird gesammelt und in einem polymeren Schaum ausgehärtet, wie dies in Probe S.2 im Detail angegeben ist.
Der ausgehärtete HIPE-Schaum wird aus den Aushärtungsbehältern entnommen. Der Schaum hat an dieser Stelle eine Restwasserphase (enthaltend aufgelöste Emulgatoren, Elektrolyt, Initiatorreste und den Initiator) von etwa dem 43-47-fachen (43–47 ×) des Gewichts der polymerisierten Monomere. Der Schaum wird mit einer scharfen hin und her gehenden Sägeklinge in Flächengebilde geschnitten, welche 0,185 Inch (4,7 mm) dick sind. Diese Flächengebilde werden dann einer Kompression in einer Reihe von zwei porösen Spaltwalzen ausgesetzt, die mit einem Vakuum versehen sind, wodurch der Restwasserphasengehalt des Schaumes auf etwa das Sechsfache (6 ×) des Gewichts des polymerisierten Materials graduell reduziert wird. An dieser Stelle werden die Flächengebilde dann mit einer 1,5% CaCl₂-Lösung bei 60°C neu gesättigt, werden in einer Reihe von 3 porösen Spaltwalzen, die mit einem Vakuum versehen sind, auf einen Wasserphasengehalt von etwa dem 4 × ausgedrückt. Der CaCl₂-Gehalt des Schaumes beträgt zwischen 8 und 10%.
Der Schaum bleibt nach dem Endspalt bei einer Dicke von etwa 0,028 in (0,071 cm) komprimiert. Der Schaum wird dann in Luft für etwa 16 Stunden getrocknet. Ein solcher Trocknungsvorgang verringert den Feuchtigkeitsgehalt auf etwa 9–17 Gew.% des polymerisierten Materials. An dieser Stelle sind die Schaumlagen sehr geschmeidig und "dünn-nach-Trocknung".
Probe S.4 Präparierung eines Schaumes mit großem Oberflächenbereich aus einer HIPE
Die Wasser- und Ölphasenströme, die in einem kontinuierlichen Prozess zum Bilden einer HIPE-Emulsion verwendet werden, werden gemäß Beispiel S.2 präpariert. Separate Ströme der Ölphase (25°C) und der Wasserphase (53°–55°C) werden einer dynamischen Mischvorrichtung zugeführt, die im Beispiel S.2 detailliert angegeben ist.
Sobald der Vorrichtungsaufbau gefüllt ist, wird mit der Rührung in dem dynamischen Mischer begonnen, wobei sich der Rührer mit 1750 RPM dreht, und wird mit der Zirkulation mit einer Rate von etwa 30 cm³/s begonnnen. Die Fließrate der Wasserphase wird dann stetig auf eine Rate von 151,3 cm³/s über eine Zeitspanne von etwa 1 min erhöht, und die Ölphasen-Fließrate wird auf 3,78 g/s über eine Zeitspanne von etwa 3 min verringert. Die Rezirkulationsrate wird stetig auf etwa 150 cm³/s während der letzteren Zeitspanne erhöht. Der durch die dynamische Zone und die statischen Mischer an dieser Stelle erzeugte Rückdruck beträgt etwa 18,7 psi (129 kPa), was den gesamten Druckabfall des Systems darstellt. Die Geschwindigkeit der Waukesha-Pumpe wird dann stetig vermindert, um eine Rezirkulationsrate von etwa 75 cm³/s zu erhalten.
Die HIPE, die aus dem statischen Mischer an dieser Stelle ausfließt, wird gesammelt und in einem polymeren Schaum ausgehärtet, wie dies in Probe S.2 im Detail angegeben ist.
Der ausgehärtete HIPE-Schaum wird aus den Aushärtungsbehältern entnommen. Der Schaum hat an dieser Stelle eine Restwasserphase (enthaltend aufgelöste Emulgatoren, Elektrolyt, Initiatorreste und den Initiator) von etwa dem 38-42-fachen (38–42 ×) des Gewichts der polymerisierten Monomere. Der Schaum wird mit einer scharfen hin und her gehenden Sägeklinge in Flächengebilde geschnitten, welche 0,185 Inch (4,7 mm) dick sind. Diese Flächengebilde werden dann einer Kompression in einer Reihe von zwei porösen Spaltwalzen ausgesetzt, die mit einem Vakuum versehen sind, wodurch der Restwasserphasengehalt des Schaumes auf etwa das Sechsfache (6 ×) des Gewichts des polymerisierten Materials graduell reduziert wird. An dieser Stelle werden die Flächengebilde dann mit einer 1,5% CaCl₂-Lösung bei 60°C neu gesättigt, werden in einer Reihe von 3 porösen Spaltwalzen, die mit einem Vakuum versehen sind, auf einen Wasserphasengehalt von etwa 4 × ausgedrückt. Der CaCl₂-Gehalt des Schaumes beträgt zwischen 8 und 10%.
Der Schaum bleibt nach dem Endspalt bei einer Dicke von etwa 0,028 in (0,071 cm) komprimiert. Der Schaum wird dann in Luft für etwa 16 Stunden getrocknet. Ein solcher Trocknungsvorgang verringert den Feuchtigkeitsgehalt auf etwa 9–17 Gew.% des polymerisierten Materials. An dieser Stelle sind die Schaumlagen sehr geschmeidig und "dünn-nach-Trocknung".
Probe S.5 Absorbierendes Speicherelement mit polymerem Schaummaterial mit großem Oberflächenbereich
Dieses Beispiel beschreibt ein absorbierendes Element mit großer kapillarer Saugkraft, das ein Hydrogel bildendes absorbierendes Polymer und das polymere Schaummaterial mit großer Saugkraft, das gemäß Probe S.3 präpariert wurde, umfasst. Um Hydrogel bildendes absorbierendes Polymer zu konstruieren, welches das Element enthält, welches eine homogene Verteilung eines absorbierenden Polymers und eines polymeren Schaumes erreicht, wird der folgenden Vorgehensweise gefolgt.
10 g luftgetrockneten polymeren Schaumes (präpariert gemäß obigem Beispiel 3) wird in einem Mischgerät angeordnet (Osterizer Modell 848-36L), ausgestattet mit einem 1,25 Liter Gefäß, in welches 1 Liter einer 2% Kalziumchloridlösung gefüllt wurde. Nachdem sicher gestellt worden ist, dass das gesamte Schaummaterial eingetaucht ist, wird das Mischgerät unter "Liquify" (hohe Einstellung) für 10 Sekunden gerührt und dann zusätzlich auf der "Grate"-Einstellung für 5 Sekunden gerührt. Der resultierende Brei wird dann zu einem Buchner-Trichter (Soors USA Modell 60283) überführt, der mit einem Papiertuch ausgekleidet ist. Etwa 50 ml des Fluids wird frei aus der Probe abgeführt. Die Probe wird dann mit einer Gummimembrane überdeckt und es wird ein Vakuum angelegt (etwa 500 mm Hg), um die Probe auf ein Gewicht von 50 bis 60 Gramm zu entwässern.
Die Probe wird zu einem Trocken-Mischgefäß zurück gebracht und mit der Rühreinstellung "Liquify" dispergiert, während das Gefäß und die Basis mehrere Male umgedreht und wieder nach oben zurück gedreht werden, um die Probe in etwa einzelne Teilchen zu dispergieren. Die dispergierte Probe wird dann unter Umgebungsbedingungen luftgetrocknet, und dann werden die Schaumteilchen mit dem Hydrogel bildenden absorbierenden Polymer kombiniert (ASAP 2300, erhältlich von Chemdal Corporation aus Palantine, IL; auch erhältlich von The Procter & Gamble Co., Paper Technology Division, Cincinnati, OH), um ein absorbierendes Speicherelement bestehend aus einem homogenen Gemisch aus 50 Gew.% Hydrogel bildendem Polymer und 50 Gew.% polymerem Schaum mit großem Oberflächenbereich herzustellen.
Probe S.6 Absorbierendes Speicherelement mit Fibretten mit großem Oberflächenbereich
Dieses Beispiel beschreibt ein absorbierendes Element mit hoher kapillarer Saugfähigkeit, das ein Hydrogel bildendes absorbierendes Polymer und Fibretten mit großem Oberflächenbereich umfasst. Die Fibretten mit großem Oberflächenbereich, erhältlich von Hoechst Celanese Corp. (Charlotte, NC) als Zelluloseacetatfibretten^® werden mit dem Hydrogel bildenden absorbierenden Polymer (ASAP 2300, erhältlich von Chemdal Corporation aus Palantine, IL; auch erhältlich von The Procter & Gamble Co., Paper Technology Division, Cincinnati, OH), um ein absorbierendes Speicherelement zu schaffen, das aus einem homogenen Gemisch aus 50 Gew.% Hydrogel bildendem Polymer und 50 Gew.% Fibretten besteht.
Beispielstrukturen
Wie in dem allgemeinen Teil der Beschreibung dargelegt wurde, können absorbierende Kerne in einer breiten Vielzahl von Möglichkeiten konstruiert werden, vorausgesetzt, dass diese Kerne eine Annahme/Verteilungs-Region enthalten, welche in einer Flüssigkeitskommunikation mit einer Speicherregion für eine Flüssigkeit steht, dass die Materialien, die in diesen Regionen verwendet werden, die jeweiligen Anforderungen erfüllen. So können solche Kerne aus jeweiligen Materialien in einer geschichteten Anordnung konstruiert sein, wobei die Flächenmassen und Größen auf die Anforderungen an die vorgesehene Verwendung angepasst werden, so wie dies oben ausgeführt wurde.
Eine spezifische Kernkonstruktion, welche für Babywindeln mit der üblicherweise als MAXI bezeichneten Größe nützlich ist, hat eine rechtwinklige Form ist etwa 450 mm Länge und etwa 100 mm Breite. Darin besteht die Annahme/Verteilungs-Region aus einer Materialschicht mit einer Abmessung von auch rechtwinkliger Form, welche den vollständigen absorbierenden Kern überdeckt. Die Flüssigkeitsspeicherregion kann auch eine rechtwinklige Form haben und sich auch über die volle Größe des absorbierenden Kerns erstrecken und als eine Schicht die Annahme-Verteilungsregion unterlagern. Die Dicke der Materialien können über die Länge und/oder die Breite des absorbierenden Kerns variieren, aber in einfachen Konstruktionen gibt es eine gleichförmige Dicke über den gesamten absorbierenden Kern.
Es ist wesentlich für die Funktionsweise, dass das Annahme/Verteilungs-Material und die Speichermaterialien gemäß ihrer kapillaren Saugfähigkeiten ausgewählt werden, wie dies oben ausgeführt wurde.
Mit diesen Lehren ermöglichen die folgenden Kombinationen eine geeignete Leistungsfähigkeit:
Testverfahren
Kapillare Saugkraft
Zweck
Der Zweck dieses Tests besteht darin, die kapillare Sorptions-Absorptionskapazität als eine Funktion der Höhe von absorbierenden Speicherelementen der vorliegenden Erfindung zu messen. (Der Test wird auch dazu verwendet, die kapillare Sorptions-Absorptionskapazität als eine Funktion der Höhe der Materialien mit großem Oberflächenbereich zu messen – das heißt, ohne das osmotische Absorptionsmittel, wie dem Hydrogel bildenden absorbierenden Polymer oder anderer optionaler Materialien, die in dem absorbierenden Element verwendet werden. Dennoch erörtert die folgende Diskussion das Kapillarsorptions-Verfahren, wie es abläuft, um ein gesamtes absorbierendes Speicherelement zu messen.) Die Kapillarsorption ist eine fundamentale Eigenschaft eines Absorptionsmittels, die bestimmt, wie eine Flüssigkeit in die absorbierende Struktur absorbiert wird. In dem Kapillarsorption-Experiment wird die kapillare Sorptions-Absorptionskapazität als Funktion des Fluiddruckes aufgrund der Höhe der Probe relativ zu dem Testfluidreservoir gemessen.
Das Verfahren zum Bestimmen der Kapillarsorption ist allgemein bekannt. Siehe Bureni, A.A. und Kapur. C., "Capillary Sorption Equilibria in Fiber Masses", Textile Research Journal, 37 (1967), 356–366; Chatterjee. P.K., Absorbency, Textile Science and Technology 7, Kapitel II, Seiten 59–84, Elsevier Science Publishers B.V. 1985; und US Patent Nr. 4,610,678, veröffentlicht am 09. September 1986 für Weisman et al. für eine Diskussion des Verfahrens zum Messen der Kapillarsorption von absorbierenden Strukturen.
Prinzip
Eine poröse Glasfritte wird über eine ununterbrochene Fluidsäule zu einem Fluidreservoir auf einer Waage verbunden. Die Probe wird unter einem konstanten Grenzgewicht während des Experiments gehalten. Wenn die poröse Struktur ein Fluid auf Anforderung absorbiert, wird der Gewichtsverlust auf der Waage des Fluidreservoirs als Fluidaufnahme aufgezeichnet, so eingestellt für die Aufnahme der Fähigkeit der Glasfritte als Funktion der Höhe und Verdunstung. Die Aufnahme bzw. die Kapazität verschiedener kapillarer Saugvorgänge (hydrostatische Spannungen oder Höhen) wird gemessen. Eine inkrementale Absorption tritt auf aufgrund der inkrementalen Absenkung der Fritte (das heißt, Verminderung der kapillaren Saugkraft).
Während des Experiments wird auch die Zeit überwacht, um eine Berechnung der anfänglichen effektiven Aufnahmerate (g/g/h) bei 500 cm Höhe zu ermöglichen.
Reagenzmittel
Testflüssigkeit: Synthetisches Urin wird präpariert, indem die folgenden Materialien in destilliertem Wasser vollständig aufgelöst werden.
Allgemeine Beschreibung des Apparateaufbaues
Die kapillare Sorptionsanlage, die in 2A allgemein mit 520 bezeichnet ist und für diesen Test verwendet wird, wird unter TAPPI-Bedingungen betrieben (50% relative Feuchtigkeit, 25°C). Eine Testprobe wird auf einer Glasfritte angeordnet, die in 2A als 502 bezeichnet wird, welche über eine kontinuierliche Säule einer Testflüssigkeit (synthetisches Urin) mit einer Waage für das Flüssigkeitsreservoir (als 506 gezeigt, welches die Testflüssigkeit enthält, verbunden ist. Dieses Reservoir 506 wird auf einer Waage 507 angeordnet, die über eine Schnittstelle mit einem Computer (nicht gezeigt) verbunden ist. Die Waage sollte auf 0,001 g ablesbar sein; eine solche Waage ist verfügbar von Mettler Toledo als PR1503 (Hightstown, NJ). Die Glasfritte 502 wird auf einem Vertikalschieber, in 2A als 501 allgemein angezeigt, angeordnet, um eine vertikale Bewegung der Testprobe zu erlauben, so dass die Testprobe variierenden Saughöhen ausgesetzt sein kann. Der vertikale Schieber kann ein stabloses Stellglied sein, welches an einem Computer angebracht ist, um Saughöhen und entsprechende Zeiten zum Messen der Flüssigkeitsaufnahme durch die Testprobe aufzuzeichnen. Ein bevorzugtes stabloses Stellglied ist erhältlich von Industrial Devices (Novato, CA) als Artikel 202 × 4 × 34N-1D4B-84-P-C-S-E, welches angetrieben wird von einem Motorantrieb ZETA 6104-83-135, erhältlich von CompuMotor (Rohnert, CA). Wenn Daten gemessen und von dem Stellglied 501 und von der Waage 507 versendet werden, können die kapillaren Sorptions-Absorptionskapazitätsdaten ohne Weiteres für jede Testprobe erzeugt werden. Die Computerschnittstelle zum Stellglied 501 kann auch eine geregelte Vertikalbewegung der Glasfritte 502 erlauben. Zum Beispiel kann das Stellglied so gelenkt werden, dass es die Glasfritte 502 nur vertikal bewegt, nachdem ein "Gleichgewicht" (wie unten definiert) bei jeder Saughöhe erreicht worden ist.
Der Boden der Glastfritte 502 ist verbunden mit einer Tygon^® Verrohrung 503, welche die Fritte 505 zu einem Dreiwege-Ablaufsperrventil 509 verbindet. Das Ablaufabsperrventil 509 ist mit dem Flüssigkeitsreservoir 505 über ein Glasrohr 504 und über das Abstützventil 510 verbunden. (Das Absperrventil 509 ist für den Ab lauf nur während des Reinigens der Vorrichtung und der Luftbläschenentfernung offen.) Das Glasrohr 511 verbindet das Fluidreservoir 505 mit der Fluidreservoirwaage 506 über das Absperrventil 510. Die Flüssigkeitsreservoirwaage 506 besteht aus einer leichten Glasschale 506A von 12 cm Durchmesser und einer Abdeckung 506B. Die Abdeckung 506B hat ein Loch, durch welche das Glasrohr 511 hindurch die Flüssigkeit in dem Reservoir 506 berührt. Das Glasrohr 511 muss die Abdeckung 506B nicht berühren, da sich sonst eine instabile Waagenablesung ergeben würde und die Testprobenmessung nicht verwendet werden kann.
Der Durchmesser der Glasfritte muss ausreichend sein, um die Kolben/Zylinder-Vorrichtung zum Halten der Testprobe (unten diskutiert) aufzunehmen. Die Glasfritte 505 ist ummantelt, um eine konstante Temperatursteuerung von einem Heizbad zuzulassen. Die Fritte ist ein gefritteter Tellertrichter von 350 ml, der so spezifiziert ist, dass er 4 bis 5,5 μm Poren aufweist, erhältlich von Corning Glass Co. (Corning, NY) als #36060-350F. Die Poren sind fein genug, um die gefrittete Oberfläche bei spezifizierten kapillaren Saughöhen nass zu halten (die Glasfritte erlaubt nicht, dass Luft in die kontinuierliche Säule der Testflüssigkeit unter der Glasfritte eindringt).
Wie angegeben, ist die Fritte 502 über eine Verrohrung mit dem Fluidreservoir 505 oder mit der Flüssigkeitsreservoirwaage 506 in Abhängigkeit von der Position des Dreiwege-Absperrventils 510 verbunden.
Die Glasfritte 502 ist doppelwandig ausbildet, so dass Wasser aus einem Bad mit konstanter Temperatur aufgenommen werden kann. Dies wird gewährleisten, dass die Temperatur der Glasfritte auf einer konstanten Temperatur von 88°F (31°C) während des Testvorganges gehalten wird. Wie in 2A angegeben ist, ist die Glasfritte 502 mit einem Einlassanschluss 502A und einem Auslassanschluss 502B ausgestattet, welcher eine geschlossene Schleife mit einem zirkulierenden Wärmebad bilden, die allgemein mit 508 bezeichnet ist. (Die Glas-Doppelwandung ist in 2A nicht gezeigt. Das Wasser, das in die doppelwandige Glasfritte 502 aus dem Bad 508 eingeführt wird, berührt jedoch nicht die Testflüssigkeit, und die Testflüssigkeit wird nicht durch das Bad mit konstanter Temperatur hindurch zirkuliert. Das Wasser in dem Bad mit konstanter Temperatur zirkuliert durch die Doppelwandung der Glasfritte 502.)
Das Reservoir 506 und die Waage 507 sind in einem Kasten eingeschlossen, um eine Verdunstung der Testflüssigkeit von dem Waagenreservoir zu minimieren und um die Waagenstabilität während der Durchführung des Experiments zu verbessern. Dieser Kasten, als 512 allgemein gezeigt, hat eine Oberseite und Wände, wobei die Oberseite ein Loch aufweist, durch welches das Rohr 511 eingeführt ist.
Die Glasfritte 502 ist in 2B im Detail gezeigt. 2B ist eine Schnittansicht der Glasfritte, gezeigt ohne den Einlassanschluss 502A und den Auslassanschluss 502B. Wie angegeben, ist die Glasfritte ein gefritteter Tellertrichter von 350 ml mit spezifizierten 4 bis 5,5 μm Poren. Mit Bezug auf 2B umfasst die Glasfritte 502 einen zylindrischen doppelwandigen Trichter, der mit 550 bezeichnet ist und eine Glasfrittenscheibe, die mit 560 bezeichnet ist. Die Glasfritte 502 umfasst ferner eine Zylinder/Kolben-Einheit, die allgemein als 565 gezeigt ist (welche einen Zylinder 566 und einen Kolben 568 umfasst), welche die Testprobe begrenzt, als 570 gezeigt, und einen kleinen Grenzdruck der Testprobe verleiht. Um eine übermäßige Verdunstung der Testflüssigkeit von der Glasfrittenscheibe 560 zu verhindern, ist ein als 562 dargestellter Teflonring auf der Oberseite der Glasfrittenscheibe 560 platziert. Der Teflon^®-Ring 562 ist 0,0127 cm dick (erhältlich als Sheet-Vorrat vom McMasterCarr als # 8569K16 und auf Größe geschnitten) und wird verwendet, um die Frittenscheibenoberfläche außerhalb des Zylinders 566 zu überdecken und somit eine Verdunstung von der Glasfritte zu minimieren. Der Ring-Außendurchmesser und -Innendurchmesser beträgt 7,6 bzw. 6,3 cm. Der Innendurchmesser des Teflon^®-Ringes 562 beträgt etwa 2 mm weniger als der Außendurchmesser des Zylinders 566. Ein Viton^® O-Ring (erhältlich von McMasterCarr als # AS568A-150 und AS568A-151) 564 ist auf der Oberseite des Teflon^®-Ringes 562 angeordnet, um den Raum zwischen der Innenwand des zylindrischen doppelwandigen Trichters 550 und des Teflon^®-Ringes 562 abzudichten, um ferner die Verhinderung einer Verdunstung zu unterstützen. Falls der Außendurchmesser des O-Ringes den Innendurchmesser des zylindrischen doppelwandigen Trichters 550 übersteigt, wird der Durchmesser des O-Ringes reduziert, um in den Trichter zu passen, und zwar wie folgt: Der O-Ring wird aufgeschnitten, der notwendige Betrag des O-Ringmaterials wird abgeschnitten, und der O-Ring wird wieder zusammen geklebt, derart, dass der O-Ring die Innenwand des zylindrischen doppelwandigen Trichters 550 um ihren gesamten Umfang herum berührt.
Wie angegeben, begrenzt eine in 2B als 565 allgemein dargestellte Zylinder/Kolben-Einheit die Testprobe und sorgt für einen kleinen Grenzdruck die Testprobe 570. Mit Bezug auf 2C besteht die Einheit 565 aus einem Zylinder 566, einem schalenartigen Teflon^®-Kolben, der mit 568 angegeben ist, und, wenn notwendig, einem Gewicht oder Gewichten (nicht gezeigt), das in dem Kolben 568 sitzt. (Ein optionales Gewicht wird verwendet, wenn es notwendig ist, das kombinierte Gewicht des Kolbens und das optionale Gewicht so einzustellen, dass ein Grenzdruck von 0,2 psi in Abhängigkeit vom Trockendurchmesser der Testprobe erhalten wird. Dies wird unten diskutiert.) Der Zylinder 566 ist ein Lexan^®-Stangenmaterial und hat die folgenden Abmessungen: einen Außendurchmesser von 7,0 cm, einen Innendurchmesser von 6,0 cm und eine Höhe von 6,0 cm. Der Teflon^®-Kolben 568 hat die folgenden Abmessungen: einen Außendurchmesser, der um 0,02 cm kleiner ist als der Innendurchmesser des Zylinders 566. Wie in 8D gezeigt ist, ist das Ende des Kolbens 568, das die Testprobe nicht berührt, angebohrt, so dass dieses eine etwa 1,8 cm tiefe Kammer 590 mit 5,0 cm Durchmesser bereit stellt, um optionale Gewichte (diktiert durch den tatsächlichen Trockendurchmesser der Testprobe) aufzunehmen, die benötigt werden, um einen Testproben-Grenzdruck von 0,2 psi (1,4 kPa) zu erhalten. Mit anderen Worten, sollte das Gesamtgewicht des Kolbens 568 und der optionalen Gewichte (in den Figuren nicht gezeigt) geteilt durch den tatsächlichen Durchmesser der Testprobe (wenn sie trocken ist) derart sein, dass ein Grenzdruck von 0,2 psi erhalten wird. Der Zylinder 566 und der Kolben 568 (und optionale Gewichte) werden bei 31°C für wenigstens 30 Minuten konditioniert, bevor die kapillare Sorptions-Absorptionskapazitätsmessung durchgeführt wird.
Ein nicht mit einem grenzflächenaktiven Stoff behandelter oder eingebauter mit Öffnungen versehener Film (14 cm × 14 cm) (nicht gezeigt) wird verwendet, um die Glasfritte 502 während der Kapillarsorptions-Experimente abzudecken, um eine Luftdestabilisierung um die Proben herum zu minimieren. Die Öffnungen sind groß genug, um eine Kondensation von einer Formierung auf der Unterseite des Filmes während des Experiments zu verhindern.
Testprobenpräparierung
Die Testprobe kann erhalten werden, indem eine kreisförmige Struktur mit 5,4 cm Durchmesser aus einem absorbierenden Speicherelement unter Verwendung einer Bogenstanze ausgestanzt wird. Wenn das Element eine Komponente eines absorbierenden Artikels ist, müssen andere Komponenten des Artikels vor dem Test entfernt werden. In solchen Situationen, in welchem das Element von anderen Komponenten des Artikels nicht isoliert werden kann, ohne seine Struktur signifikant zu verändern (z.B. Dichte, relative Anordnung der Komponentematerialien, physikalische Eigenschaften der Bestandteilsmaterialien, etc.) oder in welchen das Element keine Komponente eines absorbierenden Artikels ist, wird die Testprobe durch Kombinieren aller Materialien, welche das Element bilden, derart präpariert, dass die Kombination repräsentativ ist für das in Frage stehende Element. Die Testprobe ist ein Kreis mit 5,4 cm Durchmesser und wird durch Ausschneiden mit einer Bogenstanze erhalten.
Das Trockengewicht der Testprobe (unten dazu verwendet, die kapillare Sorptions-Absorptionskapazität zu berechnen) ist das Gewicht der Testprobe, die wie oben unter Umgebungsbedingungen präpariert wurde.
Experimentaufbau

1. Lege eine saubere, trockene Glasfritte 502 in einen Trichterhalter, der an einem vertikalen Schieber 501 angebracht ist. Bewege den Trichterhalter des vertikalen Schiebers derart, dass die Glasfritte sich auf der 0 cm Höhe befindet.
2. Stelle die Vorrichtungskomponenten ein, wie in 2A gezeigt und wie oben diskutiert wurde.
3. Stelle ein Flüssigkeitsreservoir 506 mit 12 cm Durchmesser auf die Waage 507. Lege einen Plastikdeckel 506B über dieses Flüssigkeitsreservoir 506 und einen Plastikdeckel über den Waagenbehälter 512, beide mit kleinen Löchern, um das Glasrohr 511 paßgenau hindurch zu führen. Erlaube dem Glasrohr nicht, den Deckel 506B des Flüssigkeitsreservoirs zu berühren oder es ergibt sich eine instabile Waagenablesung, und die Messung kann nicht verwendet werden.
4. Das Absperrventil 510 ist zum Rohr 504 geschlossen und zum Rohr 511 geöffnet. Das Fluidreservoir 505, das vorher mit dem Testfluid gefüllt wurde, wird geöffnet, so dass das Testfluid in das Rohr 511 eintreten kann und das Waagen-Fluidreservoir 506 füllen kann.
5. Die Glasfritte 502 wird nivelliert und an Ort und Stelle festgelegt. Stelle auch sicher, dass die Glasfritte trocken ist.
6. Bringe das Tygon^®-Rohr 503 an dem Absperrventil 509 an. (Das Rohr sollte lang genug sein, um die Glasfritte 502 an ihrer höchsten Stelle 200 cm ohne Knickstellen zu erreichen.) Fülle dieses Tygon^®-Rohr mit der Testflüssigkeit aus dem Flüssigkeitsreservoir 505.
7. Bringe das Tygon^®-Rohr 503 an der nivellierten Glasfritte 502 an und öffne dann das Absperrventil 509 und das Absperrventil 510, das von dem Fluidreservoir 505 zu der Glasfritte 502 führt. (Das Absperrventil 510 sollte zum Glasrohr 511 geschlossen sein.) Die Testflüssigkeit füllt die Glasfritte 502 und entfernt die gesamte eingefangene Luft während des Füllvorganges der nivellierten Glasfritte. Setze den Füllvorgang fort, bis das Fluidniveau die Oberseite der Glasfrittenscheibe 560 übersteigt. Leere den Trichter und entferne alle Luftbläschen in dem Rohr und innerhalb des Trichters. Die Luftbläschen können entfernt werden, indem die Glasfritte 502 gekippt wird und die Luftbläschen aufsteigen und durch den Abfluss des Absperrventils 509 entweichen können. (die Luftbläschen sammeln sich typischerweise auf dem Boden der Glasfrittenscheibe 560.) Nivelliere die Glasfritte neu unter Verwendung eines Niveaus, das klein genug ist, das sie in den doppelwandigen Trichter 550 und auf die Oberfläche der Glasfrittenscheibe 560 passt.
8. Stelle die Glasfritte mit dem Waagen-Flüssigkeitsreservoir 506 auf Null. Um dies durchzuführen, nimm ein Stück des Tygon^®-Rohres von ausreichender Länge und fülle dieses mit der Testflüssigkeit. Lege ein Ende in das Waagen-Flüssigkeitsreservoir 506 und verwende das andere dafür, die Glasfritte 502 zu positionieren. Der Testflüssigkeitsspiegel, der durch das Rohr angegeben wird (welcher äquivalent ist zu dem Waagen-Flüssigkeitsreservoirspiegel) liegt 10 mm unterhalb der Oberseite der Glasfrittenscheibe 560. Falls dies nicht der Fall ist, stelle entweder die Flüssigkeitsmenge im Reservoir ein oder stelle die Null-Position auf dem Vertikalschieber 501 neu ein.
9. Bringe den Auslass- und Einlassanschluss vom Temperaturbad 508 über das Rohr an dem Einlass- und Auslassanschluss 502A bzw. 502B der Glasfritte an. Lasse zu, dass die Temperatur der Glasfrittenscheibe 560 auf 31°C kommt. Dies kann gemessen werden, indem die Glasfritte teilweise mit Testflüssigkeit gefüllt wird und ihre Temperatur gemessen wird, nachdem eine Gleichgewichtstemperatur erreicht wurde. Das Bad wird ein wenig höher eingestellt werden müssen als 31°C, um den Wärmeübergang während der Wasserbewegung vom Bad zur Glasfritte zu erlauben.
10. Die Glasfritte wird für 30 Minuten konditioniert.

Kapillarsorptions-Parameter
Das Folgende beschreibt ein Computerprogramm, welches festlegen wird, wie lange die Glasfritte auf jeder Höhe verbleibt.
In dem Kapillarsorption-Softwareprogramm befindet sich eine Testprobe auf einer spezifisch angegebenen Höhe von Reservoir des Fluids. Wie oben angegeben, befindet sich das Fluidreservoir auf einer Waage, derart, dass ein Computer die Waage am Ende einer bekannten Zeitspanne ablesen und die Strömungsgeschwindigkeit (Delta Ablesung/Zeitintervall) zwischen der Testprobe und dem Reservoir berechnen kann. Für die Zwecke dieses Verfahrens wird die Testprobe als im "Gleichgewicht" angesehen, wenn die Strömungsgeschwindigkeit geringer ist als eine für eine spezifizierte Anzahl von aufeinander folgenden Zeitintervallen spezifizierte Strömungsgeschwindigkeit. Es ist klar, dass für ein bestimmtes Material ein tatsächliches Gleichgewicht nicht erreicht werden kann, wenn das spezifizierte "EQUILIBRIUM CONSTANT" erreicht wird. Das Zeitintervall zwischen den Ablesungen beträgt 5 Sekunden.
Die Anzahl der Ablesungen in der Delta-Tabelle ist in dem Kapillarsorption-Menü spezifiziert als "EQUILIBRIUM SAMPLES". Die Maximalzahl von Deltas beträgt 500. Die konstante Strömungsgeschwindigkeit ist in dem Kapillarsorptions-Menü als "EQUILIBRIUM CONSTANT" spezifiziert.
Das Equilibrium Constant wird in Einheiten von Gramm/sec im Bereich von 0,0001 bis 100.000 eingegeben.
Das Folgende ist ein vereinfachtes Beispiel der Logik. Die Tabelle zeigt die Waagenablesung und den Delta-Fluss, berechnet für jedes Zeitintervall.
Equilibrium Samples = 3; Equilibrium Constant = 0,0015
Delta Tabelle:
Die Gleichgewichtsaufnahme für das oben vereinfachte Beispiel ist 0,318 Gramm.
Das Folgende ist der Quellcode in C-Sprache, die verwendet wird, um die Gleichgewichtsaufnahme zu bestimmen:
Kapillarsorption-Parameter

Lastbeschreibung (Grenzdruck): (0,2 psi) 1,38 kPa Last
Gleichgewichtsproben (n): 50
Gleichgewichtskonstante: 0,005 g/sec
Einstellhöhe Wert: 100 cm
Endhöhe Wert: 0 cm
Hydrostatische Spitze-Parameter: 200, 180, 160, 120, 100, 90, 80, 70, 60, 50, 45, 40, 35, 30, 25, 20, 15, 10, 5 und 0 cm.

Das Kapillarsorption-Verfahren wird unter Verwendung all der oben spezifizierten Höhen, in der angegebenen Reihenfolge für die Messung der Kapillarsorption-Absorptionskapazität durchgeführt. Selbst wenn es erwünscht ist, die Kapillarsorptions-Absorptionskapazität an einer bestimmten Höhe (z.B. 35 cm) zu bestimmen, müssen die gesamten Reihen der hydrostatischen Spitze-Parameter in der spezifizierten Reihenfolge abgeschlossen werden. Obwohl alle diese Höhen bei der Durchführung des Kapillarsorption-Tests verwendet werden, um Kapillarsorption-Isotherme für eine Testprobe zu erzeugen, beschreibt die vorliegende Offenbarung die absorbierenden Speicherelemente hinsichtlich ihrer Absorptionseigenschaften an spezifizierten Höhen von 200, 140, 100, 50, 35 und 0 cm.
Kapillarsorptions-Verfahren

1) Folge dem experimentellen Einstellenverfahren.
2) Stelle sicher, dass das temperierte Bad 508 eingeschaltet ist und das Wasser durch die Glasfritte 502 hindurch zirkuliert und dass die Glasfrittenscheibe 560 eine Temperatur von 31°C hat.
3) Positioniere die Glasfritte 502 auf einer Saughöhe von 200 cm. Öffne die Absperrventile 509 und 510, um die Glasfritte 502 mit dem Waage-Flüssigkeitsreservoir 506 zu verbinden. (Das Absperrventil 510 wird zum Flüssigkeitsreservoir 505 geschlossen.). Die Glasfritte 502 wird für 30 Minuten konditioniert.
4) Gebe die obigen Kapillarsorption-Parameter in den Computer ein.
5) Schließe die Absperrventile 509 und 510.
6) Bewege die Glasfritte 502 zu der Einstellhöhe 100 cm.
7) Lege den Teflon^®-Ring 562 auf die Oberfläche der Glasfrittenscheibe 560. Lege den O-Ring 564 auf den Teflon^®-Ring. Setze den vorerhitzten Zylinder 566 konzentrisch auf den Teflon^®-Ring. Lege die Testprobe 570 konzentrisch in den Zylinder 566 auf die Glasfrittenscheibe 560. Lege den Kolben 568 in den Zylinder 566. Zusätzliche Grenzgewichte werden in die Kolbenkammer 590 bedarfsweise eingefügt.
8) Überdecke die Glasfritte 502 mit dem mit Öffnungen versehenen Film.
9) Die Waagenablesung an dieser Stelle führt zu der Null- oder Tara-Ablesung.
10) Bewege die Glasfritte 502 auf 200 cm.
11) Öffne die Absperrventile 509 und 510 (Das Absperrventil 510 ist zum Fluidreservoir 505 geschlossen) und beginne die Waage- und Zeitablesungen.

Glasfritte-Korrektur (Rohlings-Korrekturaufnahme)
Da die Glasfrittenscheibe 560 eine poröse Struktur ist, muss die Glasfritte 502 eine Kapillarsorptions-Absorptionsaufnahme (Rohlings-Korrekturaufnahme) bestimmt werden und subtrahiert werden, um die wahre Testproben-Kapillarsorptions-Absorptionsaufnahme zu erhalten. Die Glasfrittenkorrektur wird für jede neu verwendete Glasfritte durchgeführt. Lasse das Kapillarsorptions-Verfahren wie oben beschrieben durchlaufen, nur ohne die Testprobe, um die Rohlingsaufnahme (g) zu erhalten. Die abgelaufene Zeit an jeder spezifizierten Höhe entspricht der Rohlingszeit (s).
Verdunstungsverlust-Korrektur

1) Bewege die Glasfritte 502 auf 2 cm über Null und lasse sie bei dieser Höhe für 30 Minuten mit offenen Absperrventilen 509 und 510 (geschlossen zum Reservoir 505) konditionieren.
2) Schließe die Absperrventile 509 und 510.
3) Lege den Teflon^®-Ring 562 auf die Oberfläche der Glasfrittenscheibe 560. Lege den O-Ring 564 auf den Teflon^®-Ring. Setze den vorerhitzten Zylinder 566 konzentrisch auf den Teflon^®-Ring. Lege den Kolben 568 in den Zylinder 566. Lege den mit Öffnungen versehenen Film auf die Glasfritte 502.
4) Öffne die Absperrventile 509 und 510 (geschlossen zum Reservoir 505) und zeichne die Waagenablesung und die Zeit über 3,5 Stunden auf. Berechne die Probenverdunstung (g/h) wie folgt: [Waagenablesung bei 1 h – Waagenablesung bei 3,5 h]/2,5 h

Selbst nach all den obigen Vorkehrungen wird ein gewisser Verdunstungsverlust auftreten, typischerweise um 0,10 g/h sowohl für die Testproben- als auch die Frittenkorrektur. Idealerweise wird die Probenverdunstung für jede neu installierte Glasfritte 502 gemessen.
Reinigen der Anlage
Ein neues Tygon^®-Rohr 503 wird verwendet, wenn eine Glasfritte 502 neu installiert wird. Das Glasrohr 504 und 511, das Fluidreservoir 505 und das Waage-Flüssigkeitsreservoir 506 werden mit 50% Clorox Bleach^® in destilliertem Wasser gereinigt, gefolgt durch eine Spülung mit destilliertem Wasser, falls eine mikrobielle Verunreinigung sichtbar ist.
a. Reinigen nach jedem Experiment
An dem Ende jedes Experiments (nachdem die Testprobe entfernt worden ist) wird die Glasfritte kopfüber gespült (das heißt, die Testflüssigkeit wird in den Boden der Glasfritte eingebracht) und zwar mit 250 ml Testflüssigkeit aus dem Flüssigkeitsreservoir 505, um die restliche Testprobe aus den Glasfrittenscheibenporen zu entfernen. Mit zum Flüssigkeitsreservoir 505 geöffneten und zum Waage-Flüssigkeitsreservoir 506 geschlossenen Absperrventilen 509 und 510 wird die Glasfritte aus ihrem Halter entnommen, umgedreht und zuerst mit Testflüssigkeit ausgespült, gefolgt durch Spülungen mit Azeton und Testflüssigkeit. Während des Ausspülens muss die Glasfritte umgedreht sein und wird das Spülfluid auf die die Testprobe berührende Oberfläche der Glasfrittenscheibe gespritzt. Nach dem Spülen wird die Glasfritte kopfüber ein zweites Mal mit 250 ml synthetischem Urin gespült. Schließlich wird die Glasfritte in ihrem Halter wieder eingebaut und wird die Frittenoberfläche nivelliert.
b. Überwachen der Glasfritten-Leistung
Die Glasfritten-Leistung muss nach jedem Reinigungsvorgang und für jede neu installierte Glasfritte überwacht werden, und zwar bei einer Glasfritten-Einstellung bei einer 0 cm Position. 50 ml Testflüssigkeit werden auf die nivellierte Glasfritten-Scheibenoberfläche gegossen (ohne Teflon^®-Ring, O-Ring und Zylinder/Kolbenkomponenten). Die Zeit, die vergeht, bis der Testfluidpegel auf 5 mm über die Glasfrittenscheibenoberfläche abfällt, wird aufgezeichnet. Eine periodische Reinigung muss durchgeführt werden, falls diese Zeit 4,5 Minuten übersteigt.
c. Periodische Reinigung
Die Glasfritten werden intensiv periodisch gereinigt (siehe oben Überwachung der Frittenleistung), um ein Verstopfen zu verhindern. Spülfluide sind destilliertes Wasser, Azeton, 50% Clorox Bleach^® in destilliertem Wasser (um bakteriellen Wachstum zu beseitigen) und Testflüssigkeit. Das Reinigen umfasst das Entfernen der Glasfritte aus dem Halter und das Lösen der Rohre. Die Glasfritte wird kopfüber gespült (das heißt, das Spülfluid wird in den Boden der Glasfritte eingeführt), mit umgekehrter Fritte und mit den geeigneten Fluiden und Mengen in der folgenden Größenordnung:

1. 250 ml destilliertes Wasser.
2. 100 ml Azeton.
3. 250 ml destilliertes Wasser.
4. 100 ml 50 : 50 Clorox^®/destilliertes Wasser-Lösung.
5. 250 ml destilliertes Wasser.
6. 250 ml Testfluid.

Das Reinigungsverfahren ist zufriedenstellend, wenn die Glasfrittenleistung innerhalb der eingestellten Kriterien des Fluidflusses (siehe oben) liegt und wenn kein Rest auf der Glasfrittenscheibenoberfläche zu beobachten ist. Falls eine Reinigung nicht erfolgreich durchgeführt werden kann, muss die Fritte ersetzt werden.
Berechnungen
Der Computer wird so eingestellt, dass ein Report bereit gestellt wird, bestehend aus der kapillaren Saughöhe in cm, der Zeit und der Aufnahme in Gramm an jeder spezifizierten Höhe. Aus diesen Daten kann die kapillare absorbierende Saugkapazität, welche sowohl für die Frittenaufnahme als auch für den Verdunstungsverlust korrigiert ist, berechnet werden. Auch kann basierend auf der kapillaren absorbierenden Saugkapazität bei 0 cm die kapillare Absorptionseffizienz an spezifizierten Höhen berechnet werden. Zudem wird die anfängliche effektive Aufnahmerate bei 200 cm berechnet.
Rohkorrektur-Aufnahme
Kapillare Saug-Absorptionskapazität ("CSAC")
Anfängliche effektive Aufnahmerate bei 200 cm ("IEUR")
Report
Ein Minimum von zwei Messungen sollte für jede Probe durchgeführt werden und die Aufnahme sollte bei jeder Höhe gemittelt werden, um die kapillare Sorptions-Absorptionskapazität (CSAC) für ein gegebenes Absorptionselement oder ein gegebenes Material mit großem Oberflächenbereich zu berechnen.
Mit diesen Daten können die jeweiligen Werte berechnet werden:

– Die kapillare Sorptions-Desorptionshöhe, an welcher das Material x% seiner Kapazität bei 0 cm (das heißt, CSAC0), (CSDH x) ausgedrückt in cm, freigegeben hat;
– Die kapillare Sorptions-Absorptionshöhe, bei welcher das Material y% seiner Kapazität bei 0 cm (das heißt, CSAC 0), (CSAH y) ausgedrückt in cm, absorbiert hat;
– Die kapillare Sorptions-Absorptionskapazität bei einer bestimmten Höhe z (CSAC z), ausgedrückt in Einheiten von g {eines Fluids}/g{eines Materials}; besonders bei der Höhe Null(CSAC 0) und bei Höhen von 35 cm, 40 cm etc.
– Die kapillare Sorptions-Absorptionseffizienz bei einer bestimmten Höhe z (CSAE z), ausgedrückt in %, welche das Verhältnis der Werte von CSAC0 und CSAC z ist.

Falls zwei Materialien kombiniert werden (wie beispielsweise das erste, das als Annahme/Verteilungs-Material verwendet wird, und das zweite, das als Flüssigkeitsspeichermaterial verwendet wird), kann der CSAC-Wert (und somit der jeweilige CSAE-Wert) des zweiten Materials bestimmt werden für den CSDH x-Wert des ersten Materials.

Claims

Absorbierende Struktur mit einem ersten Bereich und einem in Flüssigkeits-Verbindung mit dem ersten Bereich stehenden zweiten Bereich, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bereich ein Material mit einer Kapillar-Sorptions-Desorptions-Höhe (CSDH) 90 von mehr als 40 cm aufweist, und wobei der zweite Bereich ein Material umfasst, welches mindestens eine der folgenden Anforderungen erfüllt: (a) ein Kapillar-Sorptions-Absorptions-Vermögen bei 35 cm (CSAC 35) von mindestens 15 g/g; und/oder (b) ein Kapillar-Sorptions-Absorptions-Vermögen bei 0 cm (CSAC 0) von mindestens 15 g/g und eine Kapillar-Sorptions-Absorptions-Effizienz bei 40 cm (CSAE 40) von mindestens 55%; und/oder (c) eine Kapillar-Sorptions-Absorptions-Höhe bei 50% seines Leistungsvermögens bei 0 cm Absorptions-Höhe (CSAH 50) von mindestens 35 cm.
Absorbierende Struktur nach Anspruch 1, wobei der zweite Bereich ein Material mit (a) einem CSAC 40 von mindestens 20 g/g aufweist.
Absorbierende Struktur nach Anspruch 1, wobei der zweite Bereich ein Material mit (a) einem CSAC bei der tatsächlichen CSDH 90 des ersten Materials von mindestens 15 g/g aufweist.
Absorbierende Struktur nach Anspruch 1, wobei der zweite Bereich ein Material mit (b) einem CSAC 0 von mindestens 20 g/g und einer CSAE 40 von mindestens 50% aufweist.
Absorbierende Struktur nach Anspruch 1, wobei der zweite Bereich ein Material mit (b) einem CSAC 0 von mindestens 25 g/g und einer CSAE 40 von mindestens 50% aufweist.
Absorbierende Struktur nach Anspruch 1, wobei der zweite Bereich ein Material mit (b) einem CSAC 0 von mindestens 35 g/g und einer CSAE 40 von mindestens 50% aufweist.
Absorbierende Struktur nach Anspruch 1, wobei der zweite Bereich ein Material mit (b) einem CSAC 0 von mindestens 15 g/g und einer CSAE 40 von mindestens 65% aufweist.
Absorbierende Struktur nach Anspruch 1, wobei der zweite Bereich ein Material mit (b) einem CSAC 0 von mindestens 15 g/g und einer CSAE bei der tatsächlichen CSDH 90 des ersten Materials von mindestens 55 umfasst.
Absorbierende Struktur nach Anspruch 1, wobei der zweite Bereich ein Material mit (c) einer CSAH 50 von mindestens 45 cm aufweist.
Absorbierende Struktur nach Anspruch 1, wobei der zweite Bereich ein Material mit (c) einer CSAH 50 von mindestens 60 cm aufweist.
Absorbierende Struktur nach Anspruch 1, wobei der zweite Bereich ein Material mit (c) einer CSAH 50 von mindestens 80 cm aufweist.
Absorbierende Struktur nach Anspruch 1, wobei der erste Bereich ein Material mit einer CSDH 90 von mehr als 100 cm aufweist und der zweite Bereich ein Material aufweist, welches mindestens eine der folgenden Anforderungen erfüllt: (a) ein CSAC 100 von mindestens 5 g/g; (b) ein CSAC 0 von mindestens 15 g/g und eine CSAE 100 von mindestens 25%; (c) eine CSAH 50 von mindestens 35 cm.
Absorbierende Struktur nach Anspruch 12, wobei der zweite Bereich ein Material mit (b) einem CSAC 0 von mindestens 20 g/g und einer CSAE 60 von mindestens 50% aufweist.
Absorbierende Struktur nach Anspruch 12, wobei der zweite Bereich ein Material mit (b) einem CSAC 0 von mindestens 25 g/g und einer CSAE 60 von mindestens 50% aufweist.
Absorbierende Struktur nach Anspruch 12, wobei der zweite Bereich ein Material mit (b) einem CSAC 0 von mindestens 3 5 g/g und einer CSAE 60 von mindestens 50% aufweist.
Absorbierende Struktur nach Anspruch 12, wobei der zweite Bereich ein Material mit (b) einem CSAC 0 von mindestens 15 g/g und einer CSAE bei der tatsächlichen CSDH 90 des ersten Materials von mindestens 50% umfasst.
Absorbierende Struktur nach Anspruch 12, wobei der zweite Bereich ein Material mit (c) einer CSAH 50 von mindestens 45 cm aufweist.
Absorbierende Struktur nach Anspruch 12, wobei der zweite Bereich ein Material mit (c) einer CSAH 50 von mindestens 60 cm testweise aufweist.
Absorbierende Struktur nach Anspruch 12, wobei der zweite Bereich ein Material mit (c) einer CSAH 50 von mindestens 80 cm aufweist.
Absorbierende Struktur mit einem ersten Bereich und einem mit dem ersten Bereich in Flüssigkeits-Verbindung stehenden zweiten Bereich, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bereich ein Material mit einer CSDH 80 von mehr als 35 cm aufweist und der zweite Bereich ein Material umfasst, welches mindestens eine der folgenden Anforderungen erfüllt: (a) ein Absorptions-Vermögen von mindestens 12 g/g bei 35 cm in der Capsorptions-Prüfung; und/oder (b) ein Absorptions-Vermögen von mindestens 15 g/g bei 0 cm in der Capsorptions-Prüfung und eine Absorptions-Effizienz von mindestens 50% bei 35 cm; und/oder (c) eine Kapillar-Sorptions-Absorptions-Höhe bei 50% von dessen Leistungsvermögen bei 0 cm Absorptions-Höhe (CSAH 50) von mindestens 35 cm in der Capsorptions-Prüfung.
Absorbierende Struktur nach Anspruch 20, wobei der zweite Bereich ein Material mit (a) einer CSAH 35 von mindestens 18 g/g aufweist.
Absorbierende Struktur nach Anspruch 20, wobei der zweite Bereich ein Material mit (a) einer CSAH 35 von mindestens 21 g/g aufweist.
Absorbierende Struktur nach Anspruch 20, wobei der zweite Bereich ein Material mit (a) einer CSAH 35 von mindestens 30 g/g aufweist.
Absorbierende Struktur nach Anspruch 20, wobei der zweite Bereich ein Material mit (a) einer CSAH bei der tatsächlichen CSDH 80 des ersten Materials von mindestens 15 g/g aufweist.
Absorbierende Struktur nach Anspruch 20, wobei der zweite Bereich ein Material mit (b) einem CSAC 0 von mindestens 20 g/g und einer CSAE 35 von mindestens 50% aufweist.
Absorbierende Struktur nach Anspruch 20, wobei der zweite Bereich ein Material mit (b) einem CSAC 0 von mindestens 25 g/g und einer CSAE 35 von mindestens 50% aufweist.
Absorbierende Struktur nach Anspruch 20, wobei der zweite Bereich ein Material mit (b) einem CSAC 0 von mindestens 35 g/g und einer CSAE 35 von mindestens 50% aufweist.
Absorbierende Struktur nach Anspruch 20, wobei der zweite Bereich ein Material mit (b) einem CSAC 0 von mindestens 15 g/g und einer CSAE 35 von mindestens 60% aufweist.
Absorbierende Struktur nach Anspruch 20, wobei der zweite Bereich ein Material mit (b) einem CSAC 0 von mindestens 15 g/g und einer CSAE 35 von mindestens 85% aufweist.
Absorbierende Struktur nach Anspruch 20, wobei der zweite Bereich ein Material mit (b) einem CSAC 0 von mindestens 15 g/g und einer CSAE bei der tatsächlichen CSDH 80 des ersten Materials von mindestens 50% aufweist.
Absorbierende Struktur nach Anspruch 20, wobei der zweite Bereich ein Material mit (c) einer CSAH 50 von mindestens 45 cm aufweist.
Absorbierende Struktur nach Anspruch 20, wobei der zweite Bereich ein Material mit (c) einer CSAH 50 von mindestens 60 cm aufweist.
Absorbierende Struktur nach Anspruch 20, wobei der zweite Bereich ein Material mit (c) einer CSAH 50 von mindestens 80 cm aufweist.
Absorbierende Struktur nach Anspruch 1, wobei der erste Bereich ein Material mit einer CSDH 80 von mehr als 60 cm aufweist und der zweite Bereich ein Material aufweist, welches mindestens eine der folgenden Anforderungen erfüllt (a) ein CSAC 60 von mindestens 11 g/g; (b) ein CSAC 0 von mindestens 15 g/g und eine CSAE 60 von mindestens 50%; (c) eine CSAH 50 von mindestens 35 cm.
Absorbierende Struktur nach Anspruch 34, wobei der zweite Bereich ein Material mit (a) einem CSAC bei der tatsächlichen CSDH 80 des ersten Materials von mindestens 11 g/g aufweist.
Absorbierende Struktur nach Anspruch 34, wobei der zweite Bereich ein Material mit (b) einem CSAC 0 von mindestens 20 g/g und einer CSAE 60 von mindestens 50% aufweist.
Absorbierende Struktur nach Anspruch 34, wobei der zweite Bereich ein Material mit (b) einem CSAC 0 von mindestens 25 g/g und einer CSAE 60 von mindestens 50% aufweist.
Absorbierende Struktur nach Anspruch 34, wobei der zweite Bereich ein Material mit (b) einem CSAC 0 von mindestens 35 g/g und einer CSAE 60 von mindestens 50% aufweist.
Absorbierende Struktur nach Anspruch 34, wobei der zweite Bereich ein Material mit (b) einem CSAC 0 von mindestens 15 g/g und einer CSAE bei der tatsächlichen CSDH 80 von mindestens 50% aufweist.
Absorbierende Struktur nach Anspruch 34, wobei der zweite Bereich ein Material mit (c) einer CSAH 50 von mindestens 45 cm aufweist.
Absorbierende Struktur nach Anspruch 34, wobei der zweite Bereich ein Material mit (c) einer CSAH 50 von mindestens 60 cm aufweist.
Absorbierende Struktur nach Anspruch 34, wobei der zweite Bereich ein Material mit (c) einer CSAH 50 von mindestens 80 cm aufweist.
Absorbierende Struktur nach Anspruch 1, wobei der erste Bereich ein Material mit einer CSDH 80 von mehr als 90 cm aufweist und der zweite Bereich ein Material aufweist, welches mindestens eine der folgenden Anforderungen erfüllt (a) ein CSAC 90 von mindestens 8,5 g/g; (b) ein CSAC 0 von mindestens 15 g/g und eine CSAE 90 von mindestens 20%; (c) eine CSAH 50 von mindestens 45 cm.
Absorbierende Struktur nach Anspruch 43, wobei der zweite Bereich ein Material mit (a) einem CSAC bei der tatsächlichen CSDH 80 des ersten Materials von mindestens 8,5 g/g aufweist.
Absorbierende Struktur nach Anspruch 43, wobei der zweite Bereich ein Material mit (b) einem CSAC 0 von mindestens 20 g/g und einer CSAE 90 von mindestens 20% aufweist.
Absorbierende Struktur nach Anspruch 43, wobei der zweite Bereich ein Material mit (b) einem CSAC 0 von mindestens 25 g/g und einer CSAE 90 von mindestens 20% aufweist.
Absorbierende Struktur nach Anspruch 43, wobei der zweite Bereich ein Material mit (b) einem CSAC 0 von mindestens 35 g/g und einer CSAE 90 von mindestens 20% aufweist.
Absorbierende Struktur nach Anspruch 43, wobei der zweite Bereich ein Material mit (b) einem CSAC 0 von mindestens 15 g/g und einer CSAE bei der tatsächlichen CSDH 80 des ersten Materials von mindestens 20% aufweist.
Absorbierende Struktur nach Anspruch 43, wobei der zweite Bereich ein Material mit (c) einer CSAH 50 von mindestens 45 cm aufweist.
Absorbierende Struktur nach Anspruch 43, wobei der zweite Bereich ein Material mit (c) einer CSAH 50 von mindestens 60 cm aufweist.
Absorbierende Struktur nach Anspruch 43, wobei der zweite Bereich ein Material mit (c) einer CSAH 50 von mindestens 80 cm aufweist.
Absorbierende Struktur nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der erste Bereich ein faseriges Material umfasst.
Absorbierende Struktur nach Anspruch 52, wobei der erste Bereich ein faseriges Material mit chemisch ausgesteifter Zellulose umfasst.
Absorbierende Struktur nach Anspruch 52, wobei der erste Bereich ein faseriges Material mit synthetischen Fasern umfasst.
Absorbierende Struktur nach Anspruch 52, wobei der erste Bereich eine faserige Bahn aufweist, welche nach der Bahnbildung mechanisch behandelt worden ist.
Absorbierende Struktur nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der erste Bereich ein Schaummaterial umfasst.
Absorbierende Struktur nach Anspruch 56, wobei das Schaummaterial ein polymeres Schaummaterial ist.
Absorbierende Struktur nach Anspruch 57, wobei das polymere Schaummaterial aus starken Dispersum-Wasser-in-Öl-Emulsionen stammt.
Absorbierende Struktur nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der zweite Bereich ein Material mit großer Oberfläche umfasst.
Absorbierende Struktur nach Anspruch 59, wobei das Material mit großer Oberfläche Mikrofasern umfasst.
Absorbierende Struktur nach Anspruch 60, wobei die Mikrofasern eine Oberfläche von mindestens 2 m²/g aufweisen.
Absorbierende Struktur nach Anspruch 59, wobei das Material mit großer Oberfläche ein offenzelliger hydrophiler Schaum ist.
Absorbierende Struktur nach Anspruch 62, wobei der offenzellige hydrophile Schaum ein polymerer Schaum ist, der aus einer starken Dispersum-Wasser-in-Öl-Emulsion (HIPE) stammt.
Absorbierende Struktur nach Anspruch 63, wobei der HIPE-Schaum eine spezifische Kapillar-Saug-Oberfläche (CSSSA) von mindestens 3 m²/g aufweist.
Absorbierende Struktur nach Anspruch 63, wobei der HIPE-Schaum eine Kapillar-Saug-Oberfläche (CSSSA) von 3 m²/g bis 20 m²/g aufweist.
Absorbierende Struktur nach Anspruch 63, wobei der HIPE-Schaum eine spezifische Kapillar-Saug-Oberfläche (CSSSA) von 4 m²/g bis 17 m²/g aufweist.
Absorbierende Struktur nach einem der vorherigen Ansprüche 62 bis 66, wobei der offenzellige hydrophile Schaum kollabiert ist.
Absorbierende Struktur nach einem der Ansprüche 62 bis 66, wobei der offenzellige hydrophile Schaum in partikulärer Form vorliegt.
Absorbierende Struktur nach einem der Ansprüche 62 bis 68, wobei der offenzellige hydrophile Schaum einen Expansionsdruck von 50 Kilopascal (kPA) oder weniger aufweist.
Absorbierende Struktur nach einem der Ansprüche 62 bis 68, wobei der offenzellige hydrophile Schaum einen Expansionsdruck von 7 bis 40 kPA aufweist.
Absorbierende Struktur nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der zweite Bereich Hydrogel-Bildungs-Materialien umfasst.
Absorbierende Struktur nach Anspruch 71, wobei das Hydrogel-Bildungs-Material in mindestens 15 Gew.-% des zweiten Bereiches vorliegt.
Absorbierende Struktur nach Anspruch 71, wobei das Hydrogel-Bildungs-Material in nicht mehr als 75 Gew.-% des zweiten Bereiches vorliegt.
Absorbierende Wegwerfartikel mit mindestens einer absorbierenden Struktur nach einem der vorherigen Ansprüche.
Absorbierende Wegwerfartikel nach Anspruch 74, wobei die absorbierende Struktur mindestens zwei der zweiten Bereiche umfasst, welche nicht in direktem Kontakt miteinander stehen.
Absorbierende Wegwerfartikel nach Anspruch 75, wobei die mindestens zwei zweiten Bereiche longitudinal beabstandet voneinander angeordnet sind und durch mindestens einen Teil des Schrittbereiches getrennt sind, wie hierin definiert ist.
Absorbierender Wegwerfartikel nach einem der Ansprüche 74 bis 76 zur Verwendung als Babywindel, Inkontinenzartikel für Erwachsene, Hygieneartikel für Damen und Trainingshose.