DE60029996T2

DE60029996T2 - Superabsorbierende polymere

Info

Publication number: DE60029996T2
Application number: DE60029996T
Authority: DE
Inventors: Jacek Cordova DUTKIEWICZ; Tong Neenah SUN; Werner Appleton LONSKY; Yong Appleton LI; Jian Appleton Qin; Xiaomin Appleton ZHANG
Original assignee: Kimberly Clark Worldwide Inc; Kimberly Clark Corp
Current assignee: Kimberly Clark Worldwide Inc; Kimberly Clark Corp
Priority date: 1999-12-28
Filing date: 2000-12-19
Publication date: 2007-02-01
Anticipated expiration: 2020-12-20
Also published as: BR0016828A; EP1242128B1; ZA200205194B; AU777449B2; KR20020062668A; AU777449C; MXPA02006537A; EP1242128A1; AU2583701A; JP2003524687A; RU2002120288A; DE60029996D1; US20030139714A1; US7820873B2; CN1450918A; WO2001047569A1; KR100732073B1

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf eine absorptionsfähige Struktur, die in situ eine superabsorptionsfähige Zusammensetzung bildet, welche die Fähigkeit hat, eine große Menge Flüssigkeit zu absorbieren. Diese Struktur umfasst ein absorptionsfähiges Material und ein faserförmiges Material (Fasermaterial), dem ein Aktivierungsmittel einverleibt worden ist. Das faserförmige Material (Fasermaterial) setzt das Aktivierungsmittel beim Kontakt mit einer Flüssigkeit frei und das Aktivierungsmittel aktiviert das absorptionsfähige Material, sodass es zu einem superabsorptionsfähigen Material wird. Die absorptionsfähige Struktur ist verwendbar in wegwerfbaren absorptionsfähigen Produkten (Einweg-Produkten), beispielsweise solchen wegwerfbaren absorptionsfähigen Produkten, die zum Absorbieren von Körperflüssigkeiten verwendet werden.
Hintergrund der Erfindung
Die Verwendung von in Wasser quellbaren, im Allgemeinen in Wasser unlöslichen absorptionsfähigen Materialien, bekannt unter der Bezeichnung "Superabsorbentien", in wegwerfbaren absorptionsfähigen Körperpflegeprodukten ist bekannt. Diese absorptionsfähigen Materialien werden im Allgemeinen in absorptionsfähigen Produkten, wie z.B. Windeln, Trainingshosen, Erwachsenen-inkontinenzprodukten und Frauen-Pflegeprodukten verwendet, um das Absorptionsvermögen dieser Produkte zu erhöhen bei gleichzeitiger Verminderung ihres Gesamtvolumens. Diese absorptionsfähigen Materialien liegen im Allgemeinen in absorptionsfähigen Produkten in einer faserförmigen Matrix, beispielsweise in Form einer Matrix aus Holzzellstoffflusen vor. Eine Matrix aus Holzzellstoffflusen weist im Allgemeinen ein Absorptionsvermögen von etwa 6 g Flüssigkeit pro Gramm Flusen auf. Die superabsorptionsfähigen Materialien weisen im Allgemeinen ein Absorptionsvermögen auf, das mindestens etwa dem 10-fachen, zweckmäßig etwa dem 20-fachen und häufig dem bis zu etwa 1000-fachen ihres Gewichtes in Wasser entspricht. Es ist klar, dass durch Einarbeitung solcher absorptionsfähiger Materialien in Körperpflegeprodukte das Gesamtvolumen vermindert werden kann, während gleichzeitig das Absorptionsvermögen dieser Produkte erhöht wird.
Es ist bereits eine große Vielzahl von Materialien für die Verwendung als absorptionsfähige Materialien in Körperpflegeprodukten beschrieben worden. Zu solchen Materialien gehören Materialien auf natürlicher Basis, wie z.B. Agar, Pectin, Gummis (Harze), Carboxyalkylstärke und Carboxyalkylcelluiose, sowie synthetische Materialien, wie z.B. Polyacrylate, Polyacrylamide und hydrolysiertes Polyacrylnitril. Zwar ist es bereits bekannt, solche absorptionsfähigen Materialien auf natürlicher Basis in Körperpflegeprodukten zu verwenden, sie haben jedoch keine weit verbreitete Anwendung in solchen Produkten gefunden, was mindestens zum Teil darauf zurückzuführen ist, dass ihre Absorptionseigenschaften im Allgemeinen schlechter sind als diejenigen von synthetischen absorptionsfähigen Materialien wie Natriumpolyacrylaten. Insbesondere haben viele der Materialien auf natürlicher Basis die Neigung, weiche, gelatineartige Massen zu bilden, wenn sie mit einer Flüssigkeit aufquellen. Bei der Verwendung in absorptionsfähigen Produkten führt die Anwesenheit dieser weichen gelatineartigen Massen dazu, dass der Transport von Flüssigkeit innerhalb der faserförmigen Matrix (Fasermatrix), der die absorptionsfähigen Materialien einverleibt worden sind, verhindert wird. Dieses Phänomen ist bekannt unter der Bezeichnung "Gelblockierung". Wenn einmal eine Gelblockierung auftritt, kann das Produkt nicht mehr Flüssigkeits-Insults auf wirksame Weise absorbieren und es besteht die Gefahr, dass diese Flüssigkeits-Insults aus dem Produkt austreten. Außer dem weisen viele der Materialien auf natürlicher Basis schlechte Absorptionseigenschaften auf, insbesondere wenn sie Drucken von außen ausgesetzt sind.
Im Gegensatz dazu sind synthetische absorptionsfähige Materialien häufig in der Lage, große Mengen an Flüssigkeit zu absorbieren, während sie gleichzeitig einen im Allgemeinen steifen, nicht schleimartigen Charakter behalten. Daher können synthetische absorptionsfähige Materialien den absorptionsfähigen Produkten einverleibt werden unter gleichzeitiger Minimierung der Wahrscheinlichkeit des Auftretens einer Gelblockierung.
Eine Eigenschaft der derzeit verfügbaren superabsorptionsfähigen Materialien ist die, dass diese Materialien in der Regel die Flüssigkeit, die mit dem superabsorptionsfähigen Material in Kontakt kommt, sehr schnell absorbieren. Zwar kann eine solche schnelle Absorption der Flüssigkeit bei vielen Anwendungszwecken wünschenswert sein, es gibt jedoch bestimmte Anwendungszwecke, bei denen dies nicht erwünscht ist. So wäre es beispielsweise in einer absorptionsfähigen Struktur, die nur an einer sehr eng begrenzten (fokalen) Stelle durch eine Flüssigkeit insultiert wird, im Allgemeinen erwünscht, dass die Flüssigkeit sich über das gesamte Volumen der absorptionsfähigen Struktur verteilt, sodass das Absorptionsvermögen der gesamten absorptionsfähigen Struktur ausgenutzt wird. Wenn jedoch das superabsorptionsfähige Material, das in der Nähe des Ortes des Flüssigkeits-Insults angeordnet ist, die Flüssigkeit sehr schnell absorbiert, kann dieses superabsorptionsfähige Material aufquellen und den Strom der Flüssigkeit durch den Rest der absorptionsfähigen Struktur einschränken, was möglicherweise zu einem Austreten der Flüssigkeit aus der absorptionsfähigen Struktur im Bereich des lokalen Flüssigkeits-Insults führen kann. Daher ist es häufig wünschenswert, ein superabsorptionsfähiges Material an der lokalen insult-Stelle zu verwenden, das die Flüssigkeit tatsächlich mit einer niedrigen Geschwindigkeit absorbiert. Dadurch ist es möglich, dass sich die Flüssigkeit innerhalb der absorptionsfähigen Struktur zuerst verteilt und dann durch das superabsorptionsfähige Material absorbiert wird.
Es sind bereits einige Verfahren bekannt, um die Flüssigkeitsabsorptionsrate eines verhältnismäßig schnell absorbierenden superabsorptionsfähigen Materials herabzusetzen. So ist es beispielsweise möglich, das schnell absorbierende superabsorptionsfähige Material mit einem Material zu beschichten, das nicht absorptionsfähig und/oder hydrophob ist. Diese Überzugsmaterialien haben die Neigung, das darunter liegende superabsorptionsfähige Material gegen jede Flüssigkeit vorübergehend abzuschirmen und somit die Absorption der Flüssigkeit durch das superabsorptionsfähige Material hinauszuzögern. Diese Überzugsmaterialien vermindern jedoch häufig das Gesamt-Flüssigkeitsabsorptionsvermögen des superabsorptionsfähigen Materials, erhöhen die Kosten und die Komplexität der Herstellung des superabsorptionsfähigen Materials und können auch andere Flüssigkeitshandhabungs-Eigenschaften des superabsorptionsfähigen Materials negativ beeinflussen.
Die im Handel erhältlichen superabsorptionsfähigen Materialien liegen im Allgemeinen in einer im Wesentlichen neutralisierten Form oder in Form eines Salzes vor. Dies ist deshalb so, weil im Allgemeinen ein in Wasser quellbares, in Wasser unlösliches Polymer, um ein verhältnismäßig hohes Absorptionsvermögen für eine Flüssigkeit zu haben, ein Polyelektrolyt sein muss. Diese Superabsorbentien absorbieren jedoch verhältnismäßig schnell eine Flüssigkeit, was zu den oben genannten Problemen führt. Es ist bekannt, dass dann, wenn ein saures oder ein basisches, in Wasser quellbares, in Wasser unlösliches Polymer, das im Wesentlichen in seiner freien Säureform oder in seiner freien Basenform vorliegt, mit einem basischen zweiten Material oder einem sauren zweiten Material vermischt wird, die resultierende absorptionsfähige Zusammensetzung sowohl ein verhältnismäßig hohes Absorptionsvermögen für Flüssigkeiten als auch eine verhältnismäßig niedrige Flüssigkeits-Absorptionsrate aufweist. Dies ist, wie angenommen wird, darauf zurückzuführen, dass dann, wenn die Mischung in eine wässrige Lösung eingeführt wird, das saure oder basische, in Wasser quellbare, in Wasser unlösliche Polymer, das im Wesentlichen in seiner freien Säure-Form bzw. in seiner freien Basen-Form vorliegt, mit dem basischen zweiten Material bzw. dem sauren zweiten Material reagiert und das chemische Gleichgewicht verschiebt zugunsten der Umwandlung des sauren oder basischen, in Wasser quellbaren, in Wasser unlöslichen Polymers von seiner freien Säu re-Form bzw. seiner freien Basen-Form in seine jeweilige Salz-Form. Die Mischung als solche, die das umgewandelte, in Wasser quellbare, in Wasser unlösliche Polymer umfasst, weist dann ein verhältnismäßig hohes Absorptionsvermögen für Flüssigkeiten auf. Wegen der Umwandlung des in Wasser quellbaren, in Wasser unlöslichen Polymers von seiner freien Säure-Form bzw. freien Basen-Form in seine jeweilige Salz-Form, die ein verhältnismäßig langsamer Prozess der lonisierung und Ionen-Diffusion in das Polymer darstellt, weist das in Wasser quellbare, in Wasser unlösliche Polymer jedoch auch eine verhältnismäßig langsame Flüssigkeitabsorptionsrate auf. Außerdem hat die Umwandlung des in Wasser quellbaren, in Wasser unlöslichen Polymers von seiner freien Säure-Form oder seiner freien Basen-Form in seine jeweilige Salz-Form in einer einen Elektrolyten enthaltenden Lösung, beispielsweise einer wässrigen Natriumchlorid-Lösung, auch einen beträchtlichen Aussalzungseffekt auf die einen Elektrolyten enthaltende Lösung, wodurch die Flüssigkeitsabsorptionseigenschaften der Mischung verbessert werden durch Herabsetzung des Salzvergiftungseffekts.
In WO 98/24832 ist eine absorptionsfähige Zusammensetzung beschrieben, die ein polymeres absorptionsfähiges Material und ein zweites Material umfasst. Die beiden Komponenten werden miteinander gemischt und in einem absorptionsfähigen Gegenstand (Artikel) verwendet, zweckmäßig in Kombination mit einer faserförmigen Matrix (Fasermatrix). Das zweite Material kann in Form von Teilchen, Flocken, Fasern, Filmen und nicht-gewebten Strukturen vorliegen oder die beiden Komponenten können in Form einer Bikompanentenfaser vorliegen. Diese Zusammensetzung weist jedoch Nachteile auf in Bezug auf die Handhabungseigenschaften und die Strukturintegrität.
Ein einzelnes Material oder Polymer, das sowohl saure als auch basische funktionelle Gruppen innerhalb seiner Molekülstruktur aufweist, weist nicht die vorstehend beschriebenen erwünschten Absorptionseigenschaften auf. Dies ist, wie angenomrnen wird, darauf zurückzuführen, dass diese sauren und basischen funktionellen Gruppen innerhalb einer einzelnen Molekülstruktur in der Regel miteinander reagieren und möglicherwreise zu einer vernetzten Polymerstruktur führen. Es ist daher im All gemeinen nicht möglich, eine absorptionsfähige Zusammensetzung herzustellen durch Herstellung eines Copolymers aus sauren und basischen Monomeren oder durch Herstellung einer molekularen Dispersion, z.B. in einer wässrigen Lösung, von in Wasser löslichen und basischen Materialien, da während dieser Copolymerisation oder molekularen Dispersion die sauren und basischen Materialien in der Regel miteinander reagieren und vernetzen.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, eine faserförmige Matrix (Fasermatrix) zur Verfügung zu stellen, die beim Kontakt mit einer Insult-Flüssigkeit ein Aktivierungsmittel freisetzt, das bewirkt, dass ein absorptionsfähiges Material zu einem superabsorptionsfähigen Polymer wird.
Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, eine absorptionsfähige Struktur bereitzustellen, die in situ beim Kontakt mit einer Flüssigkeit, die absorbiert werden soll, ein superabsorptionsfähiges Polymer bildet.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft absorptionsfähige Strukturen, die in situ superabsorptionsfähige Polymere bilden. Die Strukturen umfassen ein absorptionsfähiges Material und ein faserförmiges Material (Fasermaterial), das ein Aktivierungsmittel enthält. Das faserförmige Material (Fasermaterial) setzt das Aktivierungsmittel frei, das bewirkt, dass das Polymer zu einem superabsorptionsfähigen Polymer (SAP) wird. Die absorptionsfähige Komponente ist zweckmäßig ein in Wasser quellbares, in Wasser unlösliches Polymer.
Das faserförmige Material (Fasermaterial) setzt das Aktivierungsmittel bei der Stimulierung mit einem Aktivator frei, der zweckmäßig in der Flüssigkeit enthalten ist, die durch das Superabsorbens absorbiert werden soll. Bei dieser Flüssigkeit handelt es sich im Allgemeinen um eine wässrige Flüssigkeit, wie z.B. Urin oder eine andere Körperflüssigkeit. Das faserförmige Material (Fasermaterial) setzt das Aktivierungs mittel zweckmäßig über eine Zeitspanne, zweckmäßig mit einer kontrollierten Rate, frei.
Das Absorptionsvermögen des superabsorptionsfähigen Polymers (SAP) ist größer als das Absorptionsvermögen des faserförmigen Materials (Fasermaterials) allein oder des absorptionsfähigen Materials allein. Wenn das Aktivierungsmittel aus dem faserförmigen Material (Fasermaterial) mit einer kontrollierten Geschwindigkeit freigesetzt wird, gewinnt das absorptionsfähige Polymer über eine Zeitspanne die funktionellen Eigenschaften eines hydrophilen SAP. Bei einer Ausführungsform handelt es sich bei dem SAP um ein langsam absorbierendes SAP.
Gemäß einem Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung daher absorptionsfähige Strukturen, die in situ eine superabsorptionsfähige Zusammensetzung bilden, die Flüssigkeit absorbiert und in der Lage ist, eine verhältnismäßig große Menge der Flüssigkeit zu absorbieren.
Gemäß einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Polymer um ein Polyacrylsäure-Gel und das faserförmige Material (Fasermaterial) trägt ein basisches Aktivierungsmittel, wie z.B. Natriumbicarbonat, Natriumcarbonat oder eine Mischung davon.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein faserförmiges Material (Fasermaterial), das ein Aktivierungsmittel enthält, das über eine bestimmte Zeitspanne, zweckmäßig mit einer kontrollierten Rate, daraus freigesetzt werden kann. Das faserförmige Material (Fasermaterial) kann mit einem Absorbens kombiniert werden, wobei dei Freisetzung des Aktivierungsmittels bewirkt, dass das Absorbens als SAP fungiert. Bei einer Ausführungsform handelt es sich bei dem faserförmigen Material (Fasermaterial) um eine Cellulosefaser, der Natriumbicarbonat, Natriumcarbonat oder eine Mischung davon einverleibt worden ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung Verfahren zur Herstellung in situ eines superabsorptionsfähigen Polymers (SAP).
Gemäß einer Ausführungsform umfassen diese Verfahren die Bereitstellung eines faserförmigen Materials (Fasermaterials), das ein Aktivierungsmittel enthält, das beim Kontakt mit der aktivierenden Flüssigkeit von dem faserförmigen Material freigesetzt wird und ein in Wasser quellbares, in Wasser unlösliches Polymer ergibt, das beim Kontakt mit dem Aktivierungsmittel ein Superabsorbens bildet. Wenn die aktivierende Flüssigkeit mit dem Fasermaterial in Kontakt gebracht wird, wird das Aktivierungsmittel freigesetzt, wodurch das Aktivierungsmittel bewirkt, dass aus dem in Wasser quellbaren, in Wasser unlöslichen Polymer ein Superabsorbens gebildet wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein wegwerfbares absorptionsfähiges Produkt, das eine absorptionsfähige Struktur gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst. Bei einer Ausführungsform umfasst ein wegwerfbares absorptionsfähiges Produkt eine für Flüssigkeit durchlässige Oberseitenlage (Decklage), eine an der Oberseitenlage (Decklage) befestigte Rückseitenlage und eine absorptionsfähige Struktur gemäß der vorliegenden Erfindung, die zwischen der Oberseitenlage (Decklage) und der Rückseitenlage angeordnet ist.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine absorptionsfähige Struktur, die ein superabsorptionsfähiges Material bildet, das ein verhältnismäßig hohes Gesamt-Flüssigkeitsabsorptionsvermögen aufweist. Gemäß einer Ausführungsform absorbiert das superabsorptionsfähige Polymer (SAP) Flüssigkeit mit einer verhältnismäßig niedrigen Absorptionsgeschwindigkeit. Die absorptionsfähige Struktur umfasst mindestens zwei Komponenten: ein absorptionsfähiges Material und ein faserförmige Material (Fasermaterial), das ein Aktivierungsmittel freisetzt, welches bewirkt, dass aus dem absorptionsfähigen Material ein superabsorptionsfähiges Polymer wird. Eine der Komponenten ist sauer und die andere ist basisch und die absorptionsfähige Struktur bildet eine absorptionsfähige Zusammensetzung, die signifikante und unerwartete Verbesserungen in Bezug auf ihre Absorptionseigenschaften, z.B. verbesserte Gesamtflüssigkeits-Absorptionseigenschaften sowie gegebenenfalls eine niedrigere Flüssigkeits absorptionsrate aufweist, verglichen mit den Eigenschaften, die jede der Komponenten alleine aufweist.
I. Definitionen
Unter dem hier verwendeten Ausdruck "saures Material" ist ein Material zu verstehen, das als Elektronenakzeptor fungieren kann.
Unter dem hier verwendeten Ausdruck "basisches Material" ist ein Material zu verstehen, das als Elektronendonor fungieren kann.
Unter dem hier verwendeten Ausdruck "cellufosisch" oder "Cellulose" ist ein Material zu verstehen, das Cellulose als einen Hauptbestandteil umfasst und das mindestens 50 Gew.-% Cellulose oder eines Cellulose-Derivats umfasst. Der Ausdruck umfasst somit Baumwolle, typische Holzzellstoffe, Celluloseacetat, Cellulosetriacetat, Reyon, einen thermomechanischen Holzzellstoff, einen chemischen Holzzellstoff, einen chemischen debonded Holzzellstoff, Wolfsmilch und dgl.
Unter dem hier verwendeten Ausdruck "in Wasser quellbar, in Wasser unlöslich" ist ein Material zu verstehen, das dann, wenn es überschüssigem Wasser ausgesetzt wird, bis zu seinem Gleichgewichtsvolumen aufquillt, jedoch nicht in Lösung geht. Ein solches in Wasser quellbares, in Wasser unlösliches Material behält im Allgemeinen seine ursprüngliche Identität oder physikalische Struktur bei, in einem stark ausgedehnten Zustand während der Absorption des Wassers muss es jedoch eine ausreichende physikalische Integrität aufweisen, um gegen Fließen und Verschmelzen mit benachbarten Teilchen beständig zu sein. Ein solches Material wird hier als in Wasser löslich angesehen, wenn es sich in überschüssigem Wasser im Wesentlichen auflöst unter Bildung einer Lösung, wodurch es seine anfängliche, in der Regel teilchenförmige Form verliert und innerhalb der wässrigen Lösung im Wesentlichen molekular dispergiert wird. Als generelle Regel gilt, dass ein in Wasser lösliches Material frei von einem beträchtlichen Grad der Vernetzung ist, da eine Vernetzung dazu neigt, ein Material in Wasser unlöslich zu machen.
Der hier verwendete Ausdruck "superabsorptionsfähig" bzw. "Superabsorbens" bezieht sich auf ein Material, das große Mengen Flüssigkeiten, wie z.B. Wasser und Körperausscheidungen, im Verhältnis zu seinem Gewicht absorbieren kann und dadurch Hydrogele bildet. Superabsorbentien sind häufig in der Lage, die absorbierten Flüssigkeiten unter mäßigem Druck zurückzuhalten. Hydrogele werden auch als Hydrokolloide und als Gele bezeichnet.
Der hier verwendete Ausdruck "langsam absorbierendes Superabsorbens" bezieht sich auf ein Superabsorbens, das einen Absorptionszeitindex von mindestens 5 min, zweckmäßig von mehr als 10 min, aufweist. Der Absorptionszeitindex ist definiert als die Zeit, die ein SAP benötigt, um bis auf 60 % seines freien Quellungsvermögens aufzuquellen.
Die hier verwendeten "Papierherstellungsfasern" umfassen alle bekannten Cellulosefasern oder Fasermischungen, die Cellulosefasern enthalten. Zu Fasern, die für die Herstellung der erfindungsgemäßen Bahnen geeignet sind, gehören natürliche oder synthetische Cellulosefasern, die umfassen, ohne dass die Erfindung darauf beschränkt ist, Nicht-Holz-Fasern, z.B. Baumwollfasern und Fasern aus Baumwollderivativen, Abaka (Manilahanf), Kenbaf, Sabei-Gras, Flachs, Esparto-Gras, Stroh, Jute, Hanf, Bagasse, Wolfsmilch, Rohseide-Fasern und Ananasblätter-Fasern; sowie Holzfasern, wie z.B. solche, die erhalten werden aus Laubbäumen und Nadelbäumen, erhalten werden, z.B. Weichholz-Fasern, beispielsweise Northern und Southern Weichholz-Kraftfasern; Hartholz-Fasern, wie z.B. Eukalyptus-, Ahorn, Birken, Espen bzw. Zitterpappel-Fasern oder dgl. Holzfasern können in Formen mit hoher Ergiebigkeit und in Formen mit geringer Ergiebigkeit hergestellt werden und sie können nach irgendeinem bekannten Verfahren in einen Zellstoffbrei überführt werden, wie z.B. Kraft-, Sulfit-, Holzmehl-, thermomechanische (TMP), chemi-thermomechanische (CTMP) und gebleichte chemi-thermomechanische (BCTMP)-Pulpen bzw. – Zellstoffbreie. Zellstoffbreie mit hoher Reinheit (Heiligkeit), wie z.B. chemisch gebleichte Zellstoffbreie, sind besonders erwünscht für die Herstellung von Geweben, es können aber auch ungebleichte oder halbgebleichte Zellstoffbreie verwendet werden. Recyclisierte Fasern gehören ebenfalls zu dem Bereich der vorliegenden Erfin dung. Es können alle bekannten Zellstoffbrei-Herstellungs- und Bleichverfahren angewendet werden.
Die synthetische Cellulosefaser-Typen umfassen Reyon in allen seinen Formen und andere Fasern, die abgeleitet sind von Viskose oder einer anderen chemisch modifizierten Cellulose. Chemisch behandelte natürliche Cellulosefasern können in Form von merzerisierten Zellstoffbreien, chemisch versteiften oder vernetzten Fasern, sulfonierten Fasern und dgl. verwendet werden. Geeignet Papierherstellungsfasern können auch recyclisierte Fasern, unbehandelte Fasern oder Mischungen davon umfassen.
Der hier verwendete Ausdruck "Merzerisierung" umfasst ein Verfahren, bei dem Cellulosefasern unter geeigneten Bedingungen behandelt werden, um die Cellulose aus ihrer nativen Form, gelegentlich auch als "Cellulose I" bezeichnet, in eine andere kristalline Form, gelegentlich auch als "Cellulose II" bezeichnet, umzuwandeln. Da die chemisch behandelte oder merzerisierte Cellulose weniger kristallin und stärker amorph ist, ist die chemisch behandelte oder merzerisierte Cellulose im Allgemeinen besser zugänglich für eine weitere Behandlung mit zusätzlichen Reagentien. Zur quantitativen Bestimmung der chemischen Behandlung gibt es bekannte Testverfahren, z.B. zur Bestimmung des Grades der Merzerisierung, die bei Cellulosefasern auftritt.
II. Zusammensetzungen
Die erfindungsgemäßen absorptionsfähigen Zusammensetzungen enthalten im Allgemeinen mindestens zwei Komponenten. Bei der ersten Komponente handelt es sich um ein in Wasser quellbares, in Wasser unlösliches Polymer. Da es in der erfindungsgemäßen absorptionsfähigen Struktur verwendet wird, muss das in Wasser quellbare, in Wasser unlösliche Polymer in einem großen Umfang der absorptionsfähigen Zusammensetzung ihr Flüssigkeitsabsorptionsvermögen verleihen. Das in Wasser quellbare, in Wasser unlösliche Polymer muss als solches in der Lage sein, den gewünschten Grad von Flüssigkeitsabsorptionsvermögen der adsorptionsfähi gen Zusammensetzung zu verleihen. Bei der zweiten Komponente handelt es sich um ein faserförmiges Material, in das ein Aktivierungsmittel eingearbeitet ist, das mit dem Ablauf der Zeit freigesetzt wird. Das Aktivierungsmittel wirkt auf das wasserlösliche, in Wasser unlösliche Polymer ein unter Bildung eines superabsorptionsfähigen Polymers (SAP). Bei dem Aktivierungsmittel handelt es sich zweckmäßig um ein Neutralsationsmittel, welches das saure oder basische absorptionsfähige Material neutralisiert, sodass es zu einem superabsorptionsfähigen Polymer (SAP) wird.
Unter dem Ausdruck "Freisetzung des Aktivierungsmittels" ist hier zu verstehen, dass das faserförmige Material die Verbindung, die in das faserförmige Material eingearbeitet worden ist oder sich auf dem faserförmigen Material befindet, vollständig oder teilweise freisetzt. Es ist möglich, dass nur ein Teil der eingearbeiteten Verbindung freigesetzt wird und die Gesamtmenge oder nur ein Teil der freigesetzten Verbindung auf das in Wasser quellbare, in Wasser unlösliche Polymer einwirkt, um zu bewirken, dass es zu einem superabsorptionsfähigen Polymer wird.
Das durch die absorptionsfähige Struktur gebildete superabsorptionsfähige Polymer (SAP) hat zweckmäßig die Eigenschaft, eine Flüssigkeit zu absorbieren, hier als "Gel-Kapazität bzw. das "Gel-Absorptionsvermögen" bezeichnet. Das Verfahren, nach dem die Gel-Kapazität" bzw. Gel-Absorptionsvermögen bestimmt wird, ist nachstehend angegeben. Als allgemeine Regel gilt, dass es wünschenswert ist, dass das erfindungsgemäße SAP einen Wert für die Gel-Kapazität (das Gel-Absorptionsvermögen) bei einer Belastung von etwa 0,069 kg/cm² (0,01 psi) von mindestens etwa 10, vorzugsweise von mindestens etwa 20, besonders bevorzugt von mindestens etwa 25, am meisten bevorzugt von mindestens etwa 35, und bis zu etwa 200 g pro g aufweist. Die Gel-Kapazität liegt zweckmäßig in dem Bereich von etwa 30 bis etwa 45.
A. Polymer
Eine Eigenschaft des in Wasser quellbaren, in Wasser unlöslichen Polymers, die relevant ist für dessen Wirksamkeit, der absorptionsfähigen Zusammensetzung den gewünschten Grad an Flüssigkeitsabsorptionsvermögen zu verleihen, ist sein Molekulargewicht. Im Allgemeinen weist ein in Wasser quellbares, in Wasser unlösliches Polymer mit einem höheren Molekulargewicht ein höheres Flüssigkeitsabsorptionsvermögen auf als ein in Wasser quellbares, in Wasser unlösliches Polymer mit einem niedrigen Molekulargewicht.
Das in Wasser quellbare, in Wasser unlösliche Polymer, das in der absorptionsfähigen Zusammensetzung verwendbar ist, kann im Allgemeinen einen breiten Bereich von Molekulargewichten aufweisen. Ein in Wasser quellbares, in Wasser unlösliches Polymer mit einem verhältnismäßig hohen Molekulargewicht ist häufig günstig für die erfindungsgemäße Verwendung. Dennoch sind Polymere mit einem breiten Bereich von Molekulargewichten im Allgemeinen für die erfindungsgemäße Verwendung geeignet. In Wasser quellbare, in Wasser unlösliche Polymere, die für die erfindungsgemäße Verwendung geeignet sind, weisen zweckmäßig ein gewichtsdurchschnittliches Molekulargewicht von mehr als etwa 100 000, besonders zweckmäßig von mehr als etwa 200 000, vorzugsweise von mehr als etwa 500 000 und besonders bevorzugt von mehr als etwa 1 000 000, und bis zu etwa 10 000 000 auf. Verfahren zur Bestimmung des Molekulargewichtes eines Polymers sind für den Fachmann auf diesem Gebiet allgemein bekannt.
Es ist manchmal einfacher, das Molekulargewicht eines Polymers durch seine Viskosität in einer 1,0 gew.-%igen wässrigen Lösung bei 25 °C auszudrücken. Polymere, die für die erfindungsgemäße Verwendung geeignet sind, weisen zweckmäßig eine Viskosität in einer 1,0 gew.-%igen wässrigen Lösung bei 25 °C von etwa 100 cP (100 mPa·s) bis etwa 80 000 cP (80 000 mPa·s), besonders zweckmäßig von etwa 500 cP (500 mPa·s) bis etwa 80 000 cP (80 000 mPa·s) und am zweckmäßigsten von etwa 1000 cP (1000 mPa·s) bis etwa 80 000 cP (80 000 mPa·s) auf.
Das in der absorptionsfähigen Zusammensetzung verwendbare, in Wasser quellbare, in Wasser unlösliche Polymer ist im Allgemeinen vernetzt. Der Grad der Vernetzung sollte im Allgemeinen oberhalb eines minimalen Grades liegen, der ausreicht, um das Polymer in Wasser unlöslich zu machen, er sollte jedoch unterhalb eines maximalen Grades liegen, um so das Polymer in Wasser ausreichend quellbar zu machen, sodass das in Wasser quellbare, in Wasser unlösliche Polymer die gewünschte Menge an Flüssigkeit absorbiert.
Eine Vernetzung des Polymers kann im Allgemeinen erzielt werden mit einem von zwei unterschiedlichen Typen von Vernetzungsmitteln. Bei dem ersten Vernetzungsmittel-Typ handelt es sich um ein polymerisierbares Vernetzungsmittel. Geeignete polymerisierbare Vernetzungsmittel sind im Allgemeinen reaktiv gegenüber dem (den) Monomer(en), das (die) zur Herstellung des Polymers verwendet worden ist (sind), und umfasst somit im Allgemeinen mindestens zwei funktionelle Gruppen, die mit den Monomeren reagieren können. Zu Beispielen für geeignete polymerisierbare Vernetzungsmittel gehören ethylenisch ungesättigte Monomere, z.B. N,N'-Methylenbis-acrylamid für die Freiradikal-Polymerisation und Polyamine oder Polyole für die Kondensationspolymerisation.
Bei dem zweiten Vernetzungsmittel-Typ handelt es sich um ein latentes Vernetzungsmittel. Latente Vernetzungsmittel nehmen im Allgemeinen an dem Gesamt-Polymerisationsverfahren nicht teil, sondern sind stattdessen gegenüber dem Polymer zu einem späteren Zeitpunkt reaktiv, wenn geeignete Vernetzungsbedingungen vorliegen. Zu geeigneten Nachbehandlungsbedingungen gehören die Anwendung einer Wärmebehandlung, beispielsweise bei einer Temperatur oberhalb etwa 60 °C, das Einwirkenlassen von ultraviolettem Licht, das Einwirkenlassen von Mikrowellen, eine Behandlung mit Wasserdampf oder bei einem hohen Feuchtigkeitsgehalt, eine Behandlung unter hohem Druck oder eine Behandlung mit einem organischen Lösungsmittel.
Latente Vernetzungsmittel, die für die erfindungsgemäße Verwendung geeignet sind, sind im Allgemeinen wasserlöslich. Ein geeignetes latentes Vernetzungsmittel ist eine organische Verbindung, die mindestens zwei funktionelle Gruppen oder Funktionalitäten aufweist, die mit Carboxyl-, Carbonsäure-, Amino- oder Hydroxylgruppen an dem Polymer reagieren können. Zu Beispielen für geeignete latente Vernetzungsmittel gehören, ohne dass die Erfindung darauf beschränkt ist, Diamine, Poly amine, Diole, Polyole, Polycarbonsäuren und Polyoxide. Ein anderes geeignetes latentes Vernetzungsmittel umfasst ein Metallion mit mehr als zwei positiven Ladungen, wie z.B. Al³⁺, Fe³⁺, Ce³⁺, Ce⁴⁺, Ti⁴⁺, Zr⁴⁺ und Cr³⁺.
Wenn es sich beim Polymer um ein kationisches Polymer handelt, ist ein geeignetes Vernetzungsmittel ein polyanionisches Material, wie z.B. Natriumpolyacrylat, Carboxymethylcellulose oder Polyphosphat.
Das in der absorptionsfähigen Zusammensetzung verwendbare, in Wasser quellbare, in Wasser wasserunlösliche Polymer ist entweder saurer oder basischer Natur. Im Allgemeinen ergeben schwach saure, in Wasser quellbare, in Wasser unlösliche Polymere Superabsorbentien mit einem langsameren Absorptionsvermögen, während stark saure Polymere Superabsorbentien mit einem schnelleren Absorptionsvermögen ergeben. Daher kann das Polymer teilweise ausgewählt werden auf der Basis der gewünschten Absorptionsgeschwindigkeit des gebildeten superabsorptionsfähigen Polymers.
Geeignete saure, in Wasser quellbare, in Wasser unlösliche Polymere enthalten funktionelle Gruppen, die als Säuren fungieren können. Zu solchen funktionellen Gruppen gehören, ohne dass die Erfindung darauf beschränkt ist, Carboxylgruppen, Sulfatgruppen, Sulfitgruppen und Phosphatgruppen. Zweckmäßig handelt es sich bei den funktionellen Gruppen um Carboxylgruppen. Im Allgemeinen sind die funktionellen Gruppen an ein vernetztes Basispolymer gebunden. Zu geeignetes Basispolymeren gehören Polyacrylamide, Polyvinylalkohole, Ethylen/Maleinsäureanhydrid-Copolymere, Polyvinylether, Polyacrylsäuren, Polyvinylpyrrolidone, Polyvinylmorpholine und Copolymere davon. Es können auch Polysaccharid-Polymere auf natürlicher Basis verwendet werden und dazu gehören Carboxymethylcellulosen, Carboxymethylstärken, Hydroxypropylcellulosen, Algine, Alginate, Carrageenane, Acrylbepfropfte Stärken, Acryl-bepfropfte Cellulosen und Copolymers davon. Es können auch synthetische Polypeptide verwendet werden, wie z.B. Polyasparaginsäure und Polyglutaminsäure. Es können auch Copolymere und Mischungen der oben genannten Verbindungen verwendet werden.
Das saure, in Wasser quellbare, in Wasser unlösliche Polymer muss im Allgemeinen in seiner freien Säureform vorliegen. Im Allgemeinen ist es erwünscht, dass das saure, in Wasser quellbare, in Wasser unlösliche Polymer der Art ist, dass zweckmäßig mindestens etwa 50 Mol-%, besonders zweckmäßig mindestens etwa 70 Mol%, vorzugsweise mindestens etwa 80 Mol-%, besonders bevorzugt mindestens etwa 90 Mol-% und am meisten bevorzugt im Wesentlichen etwa 100 Mol-% seiner sauren funktionellen Gruppen in der freien Säureform vorliegen. Alternativ sollte das saure, in Wasser quellbare, in Wasser unlösliche Polymer im Wesentlichen nicht neutralisiert sein, wenn es in der erfindungsgemäßen absorptionsfähigen Zusammensetzung verwendet wird. Im Allgemeinen ist es erwünscht, dass das saure, in Wasser quellbare, in Wasser unlösliche Polymer einen Grad der Neutralisation seiner sauren funktionellen Gruppen aufweist, der zweckmäßig weniger als etwa 50 Mol-%, besonders zweckmäßig weniger als etwa 30 Mol%, vorzugsweise weniger als etwa 20 Mol%, besonders bevorzugt weniger als etwa 10 Mol% und am meisten bevorzugt im Wesentlichen etwa 0 Mol-% beträgt.
Beispiele für erwünschte saure, in Wasser quellbare, in Wasser unlösliche Polymere, die erfindungsgemäß verwendbar sind, sind Polyacrylsäure, Ethylen/Maleinsäureanhydrid-Copolymere, mit Acrylsäure bepfropfte Stärke, mit Acrylsäure bepfropfte Cellulose, Carboxymethylcellulose und Polyacrylamid-methylpropansulfonsäure. wasserunlösliche Polymere Polyacrylsäure, Polyacrylamidmethylpropansulfonsäure. Die am meisten erwünschten sauren, in Wasser quellbaren, in Wasser unlöslichen Polymeren umfassen Polyacrylsäure, Polyacrylamid-methylpropansulfonsäure und mit Acrylsäure bepfropfte Stärke.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung sind dann, wenn es erwünscht ist, langsam absorbierende Superabsorbentien herzustellen, die in der absorptionsfähigen Zusammensetzung verwendeten sauren, in Wasser quellbaren, in Wasser unlöslichen Polymeren schwach saurer Natur. Diese Polymeren haben zweckmäßig einen pK_a-Wert zwischen etwa 2 und etwa 12, besonders zweckmäßig zwischen etwa 2 und etwa 10, und am zweckmäßigsten zwischen etwa 3 und etwa 6. Manchmal kann es einfacher sein, den pH-Wert des Monomers oder der Monomeren, das (die) zur Herstellung eines Polymers verwendet wird (werden), zu messen. Obgleich die pH-Werte des Monomers oder der Monomeren und des aus diesen Monomeren hergestellten Polymers nicht identisch zu sein brauchen, sollten diese pH-Werte im Wesentlichen ähnlich (gleich) sein. Derartige saure, in Wasser quellbare, in Wasser unlösliche Polymere, die in der absorptionsfähigen Zusammensetzung verwendbar sind, werden aus Monomeren hergestellt, die zweckmäßig einen pK_a-Wert zwischen etwa 2 und etwa 12, besonders zweckmäßig zwischen etwa 2 und etwa 10, und am zweckmäßigsten zwischen etwa 3 und etwa 6, aufweisen. Wenn ein Polymer aus zwei oder mehr Monomeren hergestellt wird, sollte jedes der verwendeten Monomeren zweckmäßig einen pK_a-Wert zwischen etwa 2 und etwa 12, besonders zweckmäßig zwischen etwa 2 und etwa 10, und am zweckmäßigsten zwischen etwa 3 und etwa 6 aufweisen, obgleich unwesentliche Mengen der Monomeren, die einen pK_a-Wert von weniger als etwa 2 oder von größer als etwa 12 aufweisen, ebenfalls verwendet werden können, so lange diese Monomeren die erwünschten Eigenschaften des erfindungsgemäß verwendbaren, in Wasser quellbaren, in Wasser unlöslichen Polymers nicht negativ beeinflussen.
Der pK_a-Wert einer Säure gibt den Grad der Dissoziation oder, mit anderen Worten, die Stärke der Säure an und wird hier unter den Bedingungen gemessen, beispielsweise bei einer spezifischen Temperatur, bei der das in Wasser quellbare, in Wasser unlösliche Polymer verwendet wird. Zweckmäßig wird der pK_a-Wert bei etwa 25 °C gemessen. Im Allgemeinen gilt, dass der pK_a-Wert umso höher ist, je schwächer die Säure ist. Die pK_a-Werte für viele Säuren bei verschiedenen Temperaturen sind allgemein bekannt und können in jeder der vielen verfügbaren Literaturstellen gefunden werden, beispielsweise in dem "CRC Handbook of Chemistry & Physics", 75. Auflage, herausgegeben von David R. Lide, CRC Press (1994).
Zu geeigneten basischen, in Wasser quellbaren, in Wasser unlöslichen Polymeren gehören solche, die funktionelle Gruppen enthalten, die als Basen fungieren können. Diese funktionellen Gruppen umfassen, ohne dass die Erfindung darauf beschränkt ist, primäre, sekundäre oder tertiäre Amingruppen, Imingruppen, Imidgruppen und Amidgruppen. Zweckmäßig handelt es sich bei den funktionellen Gruppen um Amingruppen. Im Allgemeinen sind die funktionellen Gruppen an ein vernetztes Basispolymer gebunden. Zu geeigneten Basispolymeren gehören Polyamine, Polyethylenimine, Polyacrylamide, Polydiallyl-dimethylammoniumhydroxid und polyquaternäre Ammonium-Verbindungen. Es können auch Polysaccharid-Polymere auf natürlicher Basis verwendet werden und sie umfassen Chitin und Chitosan. Es können auch synthetische Polypeptide verwendet werden, wie z.B. Polyasparagine, Polyglutamine, Polylysine und Polyarginine. Es können auch Mischungen und Copolymere der oben genannten Verbindungen verwendet werden.
Das basische, in Wasser quellbare, in Wasser unlösliche Polymer muss im Allgemeinen in seiner freien Basenform vorliegen. Im Allgemeinen ist es erwünscht, dass das basische, in Wasser quellbare, in Wasser unlösliche Polymer der Art ist, dass mindestens etwa 50 Mol%, besonders zweckmäßig mindestens etwa 70 Mol%, am zweckmäßigsten mindestens etwa 80 Mol-%, besonders bevorzugt mindestens etwa 90 Mol-% und am meisten bevorzugt im Wesentlichen etwa 100 Mol-% seiner basischen funktionellen Gruppen in der freien Basenform vorliegen. Alternativ sollte das basische, in Wasser quellbare, in Wasser unlösliche Polymer bei seiner Verwendung in der erfindungsgemäßen absorptionsfähigen Zusammensetzung im Wesentlichen nicht neutralisiert sein. Im allgemeinen ist es erwünscht, dass das basische, in Wasser quellbare, in Wasser unlösliche Polymer einen Grad der Neutralisation seiner basischen funktionellen Gruppen aufweist, der zweckmäßig weniger als etwa 50 Mol%, besonders zweckmäßig weniger als 30 Mol-%, vorzugsweise weniger als etwa 20 Mol-%, besonders bevorzugt weniger als etwa 10 Mol% und am meisten bevorzugt im Wesentlichen etwa 0 Mol-% beträgt.
Erwünschte basische, in Wasser quellbare, in Wasser unlösliche Polymere, die erfindungsgemäß verwendbar sind, umfassen Chitosan, quaternäre Ammonium-Verbindungen, Polyvinylamin, Polyethylenimin und Polydialkylaminoalkyl-methacrylamid. Die am meisten erwünschten, erfindungsgemäß verwendbaren basischen, in Wasser quellbaren, in Wasser unlöslichen Polymeren umfassen quaternäres Ammonium-Verbindungen, Polyvinylamin und Polyethylenimin.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist dann, wenn es erwünscht ist, Superabsorbentien herzustellen, die langsam absorbieren, das basische, in Wasser quellbare, in Wasser unlösliche Polymer schwach basischer Natur. Diese Polymeren haben zweckmäßig einen pK_b-Wert zwischen etwa 2 und etwa 12, besonders zweckmäßig zwischen etwa 2 und etwa 10 und am zweckmäßigsten zwischen etwa 3 und etwa 6. Es kann manchmal einfacher sein, den pH-Wert des (der) zur Herstellung eines Polymers verwendeten Monomers oder Monomeren zu bestimmen. Obgleich die pH-Werte des Monomers oder der Monomeren und des aus einem solchen Monomer oder aus solchen Monomeren hergestellten Polymers nicht identisch zu sein brauchen, sollten diese pH-Werte im Wesentlichen ähnlich (gleich) sein. Basische, in Wasser quellbare, in Wasser unlösliche Polymere, die in der absorptionsfähigen Zusammensetzung verwendbar sind, werden hergestellt aus Monomeren, die zweckmäßig einen pK_b-Wert zwischen etwa 2 und etwa 12, besonders zweckmäßig zwischen etwa 2 und etwa 10 und am zweckmäßigsten zwischen etwa 3 und etwa 6 aufweisen. Wenn ein Polymer aus zwei oder mehr Monomeren hergestellt wird, sollte jedes der verwendeten Monomeren zweckmäßig einen pK_b-Wert zwischen etwa 2 und etwa 12, besonders zweckmäßig zwischen etwa 2 und etwa 10 und am zweckmäßigsten zwischen etwa 3 und etwa 6 haben, obgleich auch unwesentliche Mengen von Monomeren, die einen pK_b-Wert von weniger als etwa 2 oder von mehr als etwa 12 aufweisen, verwendet werden können, so lange diese Monomeren die erwünschten Eigenschaften des erfindungsgemäß verwendbaren, in Wasser quellbaren, in Wasser unlöslichen Polymers nicht negativ beeinflussen.
Der pK_b-Wert einer Base repräsentiert den Dissoziationsgrad oder, mit anderen Worten, die Stärke der Base und er wird gemessen unter den Bedingungen, beispielsweise bei einer spezifischen Temperatur, unter denen das in Wasser quellbare, in Wasser unlösliche Polymer verwendet wird. Zweckmäßig wird der pK_b-Wert bei etwa 25 °C gemessen. Im Allgemeinen ist der pK_b-Wert umso höher, je schwächer die Base ist. Die pK_b-Werte für Basen bei verschiedenen Temperaturen sind allgemein bekannt und können in vielen verfügbaren Literaturstellen gefunden werden, bei spielsweise in dem "CRC Handbook of Chemistry & Physics", 75. Auflage, herausgegeben von David R. Lide, CRC Press (1994).
Das saure oder basische, in Wasser quellbare, in Wasser unlösliche Polymer kann in der absorptionsfähigen Zusammensetzung im Allgemeinen in vielen verschiedenen Formen verwendet werden. Beispiele für Formen, in denen das saure oder basische, in Wasser quellbare, in Wasser unlösliche Polymer vorliegen kann, sind Teilchen, Flocken, Fasern, Filme und nicht-gewebte Strukturen. Wenn die absorptionsfähige Struktur in wegwerfbaren absorptionsfähigen Produkten verwendet wird, ist es im Allgemeinen erwünscht, dass das saure oder basische, in Wasser quellbare, in Wasser unlösliche Polymer in Form von einzelnen Teilchen, Fasern oder Flocken vorliegt. Wenn es in Form von Teilchen vorliegt, ist es im Allgemeinen erwünscht, dass die Teilchen eine maximale Querschnittsdimension haben, die zweckmäßig innerhalb des Bereiches von etwa 50 bis etwa 2 000 μm, besonders zweckmäßig innerhalb des Bereiches von etwa 100 bis etwa 1 000 μm und am zweckmäßigsten innerhalb des Bereiches von etwa 300 bis etwa 600 μm liegen.
B. Faserförmiges Material
Das faserförmige Material (Fasermaterial) ist zweckmäßig eine faserförmige Matrix, welche die Form eines faserförmigen Netzwerks hat, bei dem es sich im Allgemeinen um eine ungeordnete (statistische) Vielzahl von Fasern handelt, die gegebenenfalls mit einem Bindemittel miteinander verbunden sein können. Das faserförmige Material kann alternativ die Form eines Vlieses aus zerkleinerten Holzzellstoffflusen, einer Gewebe-Schicht, einer hydroverfilzten Zellstoffbrei-Lage, einer gewebten Lage, einer nicht-gewebten Lage, eines Wergs oder einer mechanisch weich gemachten Zellstofflage haben. Bei erwünschten Ausführungsformen ähnelt das faserförmige Material dem faserförmigen Material, das üblicherweise in einem absorptionsfähigen Artikel verwendet wird.
Es können beliebige Papierherstellungsfasern, wie weiter oben definiert, oder Mischungen davon verwendet werden, die das Aktivierungsmittel zurückhalten und freisetzen können, zweckmäßig auf eine kontrollierte (gesteuerte) Weise über einen bestimmten Zeitraum hinweg. Wegen der Verfügbarkeit im Handel sind Weichholz (Laubholz)- und Hartholz (Laubholz)-Fasern besonders erwünscht. Bei einer Ausführungsform können die Fasern überwiegend aus Hartholz bestehen, beispielsweise zu mindestens 50 % aus Hartholz oder zu etwa 60 % oder mehr aus Hartholz oder zu etwa 80 % oder mehr Hartholz oder im Wesentlichen zu 100 % aus Hartholz. Höhere Hartholz-Gehalte sind erwünscht zur Erzielung einer hohe Opazität und Weichheit, während höhere Weichholz-Gehalte erwünscht sind zur Erzielung einer gewünschten Festigkeit. Bei einer anderen Ausführungsform können die Fasern überwiegend aus Weichholz bestehen, beispielsweise zu mindestens 50 % aus Weichholz oder zu etwa 60 % oder mehr aus Weichholz oder zu etwa 80 % oder mehr aus Weichholz oder sie können im Wesentlichen zu 100 % aus Weichholz bestehen.
Das faserförmige Material (Fasermaterial) kann aus einer einzigen Schicht oder aus einer Vielzahl von Schichten hergestellt sein. Im Falle von mehreren Schichten sind die Schichten im Allgemeinen übereinanderliegend angeordnet oder sie liegen in einer Position Oberfläche auf Oberfläche vor und alle oder ein Teil der Schichten kann mit benachbarten Schichten verbunden sein. Das faserförmige Material kann auch aus einer Vielzahl von getrennten Faserbahnen hergestellt sein, wobei die getrennten Faserbahnen aus einer einzigen oder mehreren Schichten hergestellt sein können.
Um eine gute Weichheit und Opazität zu erzielen, ist es wünschenswert, dass die faserförmige Komponente beträchtliche Mengen an Hartholz umfasst. Zur Erzielung einer guten Festigkeit ist es wünschenswert, dass beträchtliche Mengen aus Weichholz vorliegen. Sowohl Festigkeit als auch Weichheit werden häufig erzielt durch Verwendung schichtenförmiger Bahnen bzw. Gewebe, z.B. solcher, wie sie aus übereinander geschichteten Stoffauflauf-Kästen hergestellt werden, bei denen mindestens eine Schicht, die aus dem Stoffauflauf-Kasten stammt, Weichholzfasern umfasst, während eine andere Schicht Hartholzfasern oder Fasern anderer Typen umfasst. Die schichtenförmigen Bahnen- bzw. Gewebestrukturen, die nach irgendeinem allgemein bekannten Verfahren hergestellt worden sind, liegen innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung, beispielsweise solche, wie sie von Edwards et al. in dem US-Patent Nr. 5 494 554 beschrieben sind.
Das faserförmige Material enthält das Aktivierungsmittel und kann das Aktivierungsmittel freisetzen, zweckmäßig auf kontrollierte (gesteuerte) Weise. Unter einer kontrollierten (gesteuerten) Freisetzung ist eine Freisetzung mit einer etwa konstanten Rate über eine bestimmte Zeitspanne zu verstehen. Das faserförmige Material setzt das Aktivierungsmittel beim Kontakt mit einem Aktivator frei, bei dem es sich in der Regel um eine Insult-Flüssigkeit handelt, die durch das Superabsorbens absorbiert werden soll. Das Aktivierungsmittel kann durch eine Reihe von Einrichtungen auf dem Fasermaterial zurückgehalten werden. Beispielsweise kann das Aktivierungsmittel durch in Wasser labile Bindungen, wie z.B. ionische Bindungen, oder durch mit Wasser hydrolysierbare kovalente Bindungen zurückgehalten werden. Das Aktivierungsmittel kann auch mit physikalischen Mitteln, z.B. durch Einkapselung oder physikalischen Einschluss, zurückgehalten werden.
Die Rate der Freisetzung des Aktivierungsmittels aus dem faserförmigen Material (Fasermaterial) wird durch mehrere Faktoren gesteuert. Ein Faktor ist die Konzentration des Aktivierungsmittels und die Art des Aktivierungsmittels, beispielsweise sein Molekulargewicht, seine Ladung und seine Löslichkeit. Ein anderer Faktor ist der Typ und die Festigkeit der Bindung oder Wechselwirkung zwischen dem Agens und der Faser. Beispielsweise wird ein Aktivierungsmittel, das innerhalb der Struktur des faserförmigen Materials enthalten ist, langsamer freigesetzt als ein Aktivierungsmittel, das auf der Oberfläche der Matrix vorliegt.
C. Aktivierungsmittel
Wenn das in Wasser quellbare, in Wasser unlösliche Polymer sauer ist, ist das Aktivierungsmittel basisch. Wenn alternativ das in Wasser quellbare, in Wasser unlösliche Polymer basisch ist, ist das Aktivierungsmittel sauer. Beispiele für basische Aktivierungsmittel sind Carbonate und Bicarbonate, z.B. Natriumbicarbonat und Natriumcarbonat, aliphatische Amine, aromatische Amine, Amine, Amide, Metalloxide, Metallhydroxide, z.B. Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid und Lithiumhydroxid, Ammoniak und Mischungen und Copolymere davon. Erwünschte basische Aktivierungsmittel sind Natriumbicarbonat, Natriumcarbonat, Kaliumcarbonat und Kaliumbicarbonat.
Beispiele für saure Aktivierungsmittel sind Alginsäure, Citronensäure, Glutaminsäure, Asparaginsäure, anorganische Säuren, Isosaccharinsäure, Weinsäure, Oxalsäure, Malonsäure, Glucuronsäure und Mischungen und Copolymere davon. Erwünschte saure Aktivierungsmittel sind Citronensäure, Glutaminsäure, Asparaginsäure, Ammoniumchlorid und Calciumchlorid.
Das Aktivierungsmittel ist in dem faserförmigen Material (Fasermaterial) in einer Menge von etwa 5 bis 80 Gew.-%, zweckmäßig von etwa 10 bis 50 Gew.-% und am zweckmäßigsten von etwa 20 bis etwa 40 Gew.-% enthalten.
Das Aktivierungsmittel und das Polymer sollten in der absorptionsfähigen Struktur in einem Verhältnis von Säure zu Base von etwa 1 : 5 bis 5 : 1, zweckmäßig von etwa 1 2 bis 2 : 1 und am zweckmäßigsten von etwa 1 : 1, bezogen auf das Verhältnis Säure : Base, vorliegen.
Wenn das Aktivierungsmittel basisch ist, liegt der pH-Wert des faserförmigen Materials in dem Bereich von etwa 7,5 bis 14 und zweckmäßig von etwa 7,5 bis 9,0. Wenn das Aktivierungsmittel sauer ist, liegt der pH-Wert des faserförmigen Materials in dem Bereich von etwa 0 bis 6,5, zweckmäßig von etwa 4 bis 6,5.
D. Puffer
Gegebenenfalls kann ein Puffer darin enthaften sein, um den pH-Wert der Oberfläche der Produkte aufrechtzuerhalten. Zu Puffern, die verwendet werden können, gehören Asparaginsäure, Ascorbinsäure, Chloressigsäure, β-Chlorobuttersäure, cis-Zimtsäure, Citronensäure, Fumarsäure, Glutaramsäure, Glutarsäure, Itaconsäure, Milchsäure, Apfelsäure, Malonsäure, o-Phthalsäure, Bernsteinsäure, α-Weinsäure und Phosphorsäure, α-Alanin, Allantoin, Cystein, Cystin, Dimethylglycin, Histidin, Glycin, Chitosan, N-(2-Acetamido)-2-iminodiessigsäure, Tris(hydroxymethyl)aminomethan, Theobromin und Tyrosin.
Obgleich die Hauptkomponenten der erfindungsgemäßen absorptionsfähigen Zusammensetzung vorstehend beschrieben worden sind, ist diese absorptionsfähige Zusammensetzung darauf nicht beschränkt und sie kann auch weitere Komponenten enthalten, welche die absorptionsfähige Zusammensetzung, welche die erwünschten Absorptionseigenschaften aufweist, nicht nachteilig beeinflussen. Zu beispielhaften Materialien, die als zusätzliche Komponenten verwendet werden können, gehören, ohne dass die Erfindung darauf beschränkt ist, Pigmente, Antioxidationsmittel, Stabilisatoren, Tenside (oberflächenaktive Agentien), Wachse, Fließpromotoren, feste Lösungsmittel, Teilchen und Materialien, die zugegeben werden, um die Verarbeitbarkeit der absorptionsfähigen Zusammensetzung zu verbessern.
II. Verfahren zur Herstellung der absorptionsfähigen Strukturen
Die in Wasser quellbaren, in Wasser unlöslichen Polymeren sind im Handel erhältlich oder können nach allgemein bekannten Verfahren hergestellt werden. Das faserförmige Material kann auch nach Verfahren hergestellt werden, wie sie dem Fachmann auf diesem Gebiet bekannt sind. Das Aktivierungsmittel kann dem faserförmigen Material während oder nach der Bildung der generellen Form des faserförmigen Materials einverleibt werden. Ein faserförmiges Material, das erfindungsgemäß verwendbar ist, kann hergestellt werden unter Anwendung eines Airlaying-Verfahrens oder eines Wet-laid-Verfahrens oder im Wesentlichen nach jedem anderen Verfahren, das dem Fachmann auf diesem Gebiet für die Herstellung eines faserförmigen Materials bekannt ist.
Im Allgemeinen wird dem faserförmigen Material das Aktivierungsmittel unter Anwendung eines Verfahrens einverleibt oder darauf aufgebracht, das umfasst die reversible Bindung des Agens an das Material, die reversible Einkapselung des Agens in das Material oder den reversiblen physikalischen Einschluss des Agens in das faserförmige Material. Dementsprechend kann die Wechselwirkung zwischen dem Aktivierungsmittel und dem faserförmigen Material eine ionische Wechselwirkung, eine labile kovalente Wechselwirkung oder eine physikalische Wechselwirkung sein. Es können auch Kombinationen dieser Verfahrens- und Wechselwirkungs-Typen angewendet werden.
Sei einer Ausführungsform umfasst das Verfahren das Dispergieren des faserförmigen Materials in einer flüssigen Phase, die mindestens eine Komponente enthält, welche die Supermolekülstruktur des faserförmigen Materials auflockern kann, wie z.B. Natriumhydroxid oder Kaliumhydroxid. Diese Komponente kann von dem faserförmigen Material zurückgehalten werden oder sie kann ausgewaschen werden. Das Aktivierungsmittel oder eine Verbindung, die das Agens bildet, wird dann zu der Dispersion zugegeben. Das Agens oder die Verbindung ist in der flüssigen Phase zweckmäßig löslich. Die flüssige Phase wird dann entfernt, sodass die Cellulosefaser das Aktivierungsmittel im Innern seiner Supermolekülstruktur einkapselt oder zurückhält.
Bei einer Ausführungsform wird das ein Aktivierungsmittel enthaltende faserförmige Material hergestellt unter Verwendung eines merzerisierten Cellulosefasermaterials. Es kann eine Reihe von Merzerisierungsverfahren angewendet werden, ein erwünschtes Verfahren ist dasjenige, wie es in dem US-Patent Nr. 5 858 021 (Sun et al.) beschrieben ist. Dieses Verfahren umfasst die Herstellung einer ersten Mischung aus Cellulosefasern und Wasser, zweckmäßig mit einer Konsistenz zwischen etwa 27 und 100 Gew.-%, am zweckmäßigsten zwischen etwa 40 und 80 Gew.-%. Dann wird der ersten Mischung ein Alkalimetallhydroxid zugesetzt zur Herstellung einer zweiten Mischung. Das Alkalimetallhydroxid ist zweckmäßig Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid, Lithiumhydroxid oder eine Mischung davon. Das Alkalimetallhydroxid wird zweckmäßig in einer Menge zwischen etwa 5 und etwa 55 Gew.-% der zweiten Mischung zugesetzt, besonders zweckmäßig in einer Menge zwischen etwa 13 und etwa 50 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht von Alkalimetallhydroxid und Wasser in der Mischung. Die zweite Mischung wird homogenisiert und zweckmäßig auf eine Temperatur von etwa 60 bis 80 °C erhitzt, um die Fasern wirksam zu merzerisieren.
Das merzerisierte faserförmige Material wird dann schnell gespült, jedoch nicht gewaschen, wie es nach Merzerisierungsverfahren Standard ist. Die Faser wird Kohlendioxid ausgesetzt und es wird eine Mischung von Natriumbicarbonat und Natriumcarbonat gebildet und im Innern der Faserwand, dem Lumen, eingebettet und eine begrenzte Menge wird auf der Faseroberfläche zurückgehalten. Dieses Verfahren bietet Vorteile in Bezug auf die Herstellung der Faser und des absorptionsfähigen Materials insofern, als die Faser nach der NaOH-Behandlung nicht gewaschen werden muss, wie dies üblicherweise in Merzerisierungsverfahren der Fall ist.
Absorptionsfähige Strukturen können auf die gleiche Weise wie absorptionsfähige Strukturen ohne das mit einem Aktivierungsmittel behandelte Fasermaterial hergestellt werden.
III. Verfahren zur Verwendung der absorptionsfähigen Strukturen
Die erfindungsgemäßen absorptionsfähigen Strukturen sind geeignet für die Verwendung in wegwerfbaren absorptionsfähigen Produkten, wie z.B. Körperpflegeprodukten, beispielsweise Windeln, Trainingshosen, Baby-Wischtüchern, Frauen-Pflegeprodukten, Erwachsenen-Inkontinenzprodukten; und in medizinischen Produkten, wie z.B. Wundverbänden, chirurgischen Umhängen und Abdecktüchern. Wenn die erfindungsgemäße absorptionsfähige Struktur für die Verwendung in wegwerfbaren absorptionsfähigen Produkten bestimmt ist, ist es in der Regel erwünscht, dass die resultierende superabsorptionsfähige Zusammensetzung einen im Allgemeinen neutralen oder schwach sauren Charakter hat. Für eine solche spezielle Verwendung ist es im Allgemeinen erwünscht, dass das Molverhältnis von saurem oder basischem, in Wasser quellbarem, in Wasser unlöslichem Polymer zu basischem oder saurem Aktivierungsmittel etwa 1 : 1 beträgt.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein wegwerfbares absorptionsfähiges Produkt bereitgestellt, das eine für Flüssigkeit durchlässige Oberseitenlage (Decklage), eine an der Oberseitenlage (Decklage) befestigte Rückseiten lage und eine absorptionsfähige Struktur gemäß der vorliegenden Erfindung aufweist, die zwischen der Oberseitenslage (Decklage) und der Rückseitenlage angeordnet ist.
Wegwerfbare, adsorptionsfähige Produkte gemäß allen Aspekten der vorliegenden Erfindung werden im Allgemeinen während ihrer Verwendung mehrfachen Insults durch eine Körperflüssigkeit unterworfen. Daher sind die wegwerfbaren absorptionsfähigen Produkte zweckmäßig in der Lage, mehrere Insults durch Körperflüssigkeiten in Mengen zu absorbieren, denen die absorptionsfähigen Produkte und Strukturen während des Gebrauchs ausgesetzt sind. Die Insults sind im Allgemeinen durch eine Zeitspanne voneinander getrennt.
Die Materialien, die für die Verwendung als Oberseitenlage (Decklage) und Rückseitenlage geeignet sind, sind dem Fachmann allgemein bekannt. Beispielhafte Materialien, die für die Verwendung als Oberseitenlage (Decklage) geeignet sind, sind für Flüssigkeit durchlässige Materialien, wie z.B. Spunbonded-Polypropylen oder Polyethylen mit einem Flächengewicht von etwa 15 bis etwa 25 g/m². Beispielhafte Materialien für die Verwendung als Rückseitenlage sind für Flüssigkeit undurchlässige Materialien, wie z.B. Polyolefinfilme, sowie für Wasserdampf durchlässige Materialien, wie z.B. mikroporöse Polyolefinfilme.
Die erfindungsgemäße absorptionsfähige Struktur sollte in einer Menge vorliegen, die wirksam ist zur Bildung einer superabsorptionsfähigen Zusammensetzung, die eine wirksame Absorption einer gewünschten Menge an Flüssigkeit ergibt.
Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert, auf welche die Erfindung jedoch keineswegs beschränkt ist. Es ist vielmehr klar, dass verschiedene andere Ausführungsformen, Modifikationen und Äquivalente davon durchgeführt werden können, die nach dem Lesen der Beschreibung für den Fachmann auf diesem Gebiet nahe liegend sind, ohne dass dadurch der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung verlassen wird.
Beispiele
Testverfahren zur Bestimmung der Gel-Kapazität des Gel-Absorptionsvermögens)
Zur Bestimmung der Gel-Kapazität (des Gel-Absorptionsvermögens) wird das Flooded Absorbency Under Zero Load (FAUZL)-Testverfahren angewendet. Dieser Test dient dazu, die Kochsalzlösungs-Absorptionsrate eines teilchenförmigen superabsorptionsfähigen Polymers (SAP) zu bestimmen. Bei dem Test wird die absorbierte Kochsalzlösungs-Menge gemessen pro 0,160 g superabsorptionsfähigem Polymer (das anfänglich entweder trocken oder vorgesättigt ist) innerhalb einer Zeitspanne, wenn diese innerhalb einer Fläche von 5,07 cm² liegt bei einem bestimmten Nominaldruck von 0,069 kPa (0,01 psi).
Bei diesem Test wird eine bestimmte Menge SAP in einen Kunststoffzylinder mit einem Innendurchmesser von 2,54 cm (1 inch), an dessen Boden ein 100 mesh-Sieb aus rostfreiem Stahl befestigt ist, eingeführt. Der Operator sollte es vermeiden, dass das SAP mit den Seiten des Zylinders in Kontakt kommt, weil Körnchen daran haften können, und der Operator sollte den Zylinder vorsichtig schütteln, bis die Körnchen auf dem Gitter gleichmäßig verteilt sind.
Dann wird eine Kunststoff-Kolbenscheibe von 4,4 g mit einem Durchmesser von 25,27 mm (0,995 inch) in den Zylinder eingesetzt. Die Zylindergruppe wird gewogen. Dieses Gewicht ist das Trockengewicht der Zylindergruppe.
Ein Kochsalz-Scheibenbehälter (Innendurchmesser 53,98 mm (2,125 inch), innere Tiefe 12,70 (0,5 inch)) wird mit 20 g einer Blutbank-Kochsalzlösung (0,9 %ige NaCl-Lösung) gefüllt und es wird eine bestimmte Menge des behandelten Zellstoffbreis für eine gegebene Zeitspanne verwendet.
Die Zylindergruppe wird in den Kochsalz-Scheiben-Behälter gestellt. Nach der Einstellungszeit wird der Zylinder aus dem Kochsalz entnommen und der Zylinder wird auf zehn Schichten aus Hi-Dri Doppelwalzen-Brand-Papierhandtuch getrocknet. Das Abtupfen wird fortgesetzt durch Bewegen des Zylinders gegenüber der Fläche (etwa 5 s) mit einem trockenen Papierhandtuch, bis keine Flüssigkeit (Fluid) mehr auf dem Papierhandtuch erkennbar ist.
Die Zylindergruppe wird nun gewogen. Dieses Gewicht ist das "Nassgewicht der Zylindergruppe". Die Differenz zwischen dem Nassgewicht der Zylindergruppe und dem Trockengewicht der Zylindergruppe ist die Gesamtmenge von absorbierter Flüssigkeit bzw. Fluid, die von dem absorptionsfähigen Material absorbiert worden ist, und sie wird verwendet zur Berechnung der Gel-Kapazität (des Gel-Absorptionsvermögens). Die Gel-Kapazität repräsentiert die Menge der absorbierten Flüssigkeit in Gramm dividiert durch die Menge des Gels in Gramm.
Beispiel 1: Polyacrylsäure-Absorbens und Natriumcarbonat-Aktivierungsmittel
Herstellung eines Polyacrylsäure (PAA) -Gels
27 g Acrylsäure, 0,05 g Kaliumpersulfat (K₂S₂O₈) und 0,108 g N,N'-Methylen-bisacrylamid, alle erhältlich von der Firma Aldrich Chemical Company, wurden zu 175 g destilliertem Wasser in einem 500 ml-Kolben zugegeben und bei Raumtemperatur gemischt zur Bildung einer vollständig klaren Lösung. Der Kolben wurde dann mindestens 3 h lang in ein Wasserbad von 60 °C eingetaucht und kontinuierlich geschüttelt. Das gebildete PAA-Gel wurde zerschnitten und in einem Umwälzofen 10 h lang bei 80 °C getrocknet. Das vollständig getrocknete Polymer wurde zu Teilchen gemahlen unter Verwendung eines üblichen Mischers von der Firma Warring (Modell 34BL97) und gesiebt bis zu einer Teilchengröße in dem Bereich von 300 bis 600 μm.
Behandlung eines Zellstoffbreis mit einem Aktivierungsmittel
600 g Ofen-getrocknetes CR-54, eine vollständig gebleichte Southern-Pine-Kraftpulpe, hergestellt von der Firma U. S. Alliance Coosa Pines Corporation, Alabama (1714 g mit einem Feststoffgehalt von 35 %) und 886 ml Wasser wurden miteinander gemischt zur Bildung eines Zellstoffbreis (Pulpe). 480 g NaOH, gelöst in 400 ml Wasser, wurden zu dem Zellstoffbrei zugegeben und die Kombination wurde 20 min lang bei Raumtemperatur gemischt. Nach dem Durchmischen wurde die ü berschüssige Flüssigkeit unter Anwendung von Vakuum entfernt und die Mischung wurde durch Zugabe von 1000 ml Wasser wieder verdünnt. Dann wurde sie erneut entwässert. Der Zellstoffbrei wurde zerfasert (zerkleinert) und in einen großen Kunststoffkübel eingefüllt. In den Kübel wurde unter Verwendung einer Tygon-Rohrleitung Kohlendioxid eingeleitet, während der Zellstoffbrei vollständig durchmischt wurde, um eine maximale Menge des Gases auf den Zellstoffbrei einwirken zu lassen. Nach 2-stündigem Mischen wurde der Kübel versiegelt, um ihn weitere 60 h lang äquilibrieren zu lassen. Der pH-Wert lag zwischen 7 und 8. Der Zellstoffbrei wurde manuell durchmischt und über Nacht in einem Ofen bei 105 °C getrocknet, wobei man 1110 g (185 %) erhielt.
Analyse des Natrium-Gehalts
Die Natriummenge in dem behandelten CR54 Bicarbonat-Zellstoffbrei wurde zu etwa 16,46 Gew.-% bestimmt. Drei Mengenanteile des Materials wurden verascht, mit Schwefelsäure behandelt und auf 850 °C erhitzt, um elementares Natrium in Natriumsulfat zu überführen und um eventuell von außen zugeführtes Kohlenstoffhaltiges Material zu entfernen. Die vorhandene Natriummenge wurde durch Berechnung aus dem Gewicht des gebildeten Natriumsalzes bestimmt. Die vorhandene Natriummenge betrug 16,5 % entsprechend 36 % Natrium in der Carbonat/Bicarbonat-Form. Da Na₂CO₃ 43,4 % Natrium und NaHCO₃ 27,4 % Natrium enthält, liegt ein Teil des Natriums als Na₂CO₃ vor und ein Teil liegt als NaHCO₃ vor.
Gel-Kapazität (Gel-Absorptionsvermögen)
Die Gel-Kapazität der oben hergestellten und mit der behandelten Faser kombinierten PAA wurde unter Anwendung des Flooded Absorbency Under Zero Load (FAUZL)-Testverfahrens bestimmt. Es wurden 0,300 ± 0,002 g Polyacrylsäure (PAA) verwendet. Es wurden verschiedene Mengen von mit NaHCO₃ behandeltem Zellstoffbrei eingetaucht und mit 20 g Kochsalzlösung gerührt und der pH-Wert der Lösung wurde durch ein pH-Indikatorpapier mit Stufen von 0,5 gemessen. Der die PAA enthaltende Zylinder wurde in die Pulpen-Lösung eingetaucht. Nach 60 min wurde die Gel-Kapazität (das Gel-Absorptionsvermögen) des gebildeten SAP gemessen. Der pH-Wert der Lösung wurde erneut gemessen, nachdem das SAP aus der Lösung herausgenommen worden war. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 1 angegeben. Tabelle 1: Gel-Kapazität
Es wurde gefunden, dass der Zellstoffbrei (die Pulpe) beim Neutralisieren der PAA sehr wirksam war. Die End-Gel-Kapazität lag in dem Bereich von etwa 32 g/g bis etwa 45 g/g, was ein zufrieden stellender Wert war.
Beispiel 2: Behandlung eines faserförmigen Materials mit verschiedenen Auf traasmenge von NaOH
1800 g Ofen-getrocknetes vollständig gebleichtes Southern-Weichholz (CR54) wurde in einen Zellstoffbrei überführt, durchmischt, um die Nits zu dispergieren, und dann entwässert bis zu einer Konsistenz von 44 %. Zur Herstellung von drei Fasern, die mit Zugabemengen von Natriumbicarbonat/Natriumcarbonat von 960 g, 1920 g und 2880 g beladen waren, wurde eine 50 gew./gew.-%ige NaOH-Lösung zu dem Zellstoffbrei jeweils in jedem der einzelnen Mischer zugegeben. Es wurde Wasser in jeden Mischer eingeführt, bis die Gesamtmenge des Wassers 900 g betrug (oder die Konsistenz des Zellstoffbreis etwa 16,7 % betrug). Die Kombination wurde 20 min lang bei Raumtemperatur (23 °C) durchmischt. Nach dem Durchmischen wurde der Zellstoffbrei in eine Zentrifuge überführt und vorsichtig gewaschen. Dann wurde die Aufschlämmung bis auf eine Konsistenz von etwa 34 % entwässert und in einer Flu senherstellungsvorrichtung zerfasert. Der Zellstoffbrei wurde in den Mischer eingeführt und 24 h lang unter Atmosphärendruck in Gegenwart von Kohlendioxid in einer Trommel durchmischt. Der pH-Wert der Zellstoff-Lösung betrug für jede Probe 8,2 bis 8,5. Dann wurde die Faser zerfasert. Zur Bestimmung der Natriumbicarbonat-Menge in den Fasern wurden die Proben dreimal mit destilliertem Wasser unter gelegentlichem Schütteln für 15 min extrahiert. Die Fasern wurden durch ein Glasfaserfilter in einem Gooch-Tiegel filtriert. Ein Aliquot des Extrakts wurde mit Chlorwasserstoffsäure titriert.
Die Gel-Kapazität der wie oben hergestellten Polyacrylsäure (PAA), kombiniert mit den behandelten Fasern dieses Beispiels, wurde unter Anwendung des Flooded Absorbency Under Zero Load (FAUZL)-Testverfahrens bestimmt. Es wurden 0,160 ± 0,002 g PAA verwendet. 1 g eines eingekapselten, mit NaHCO₃ behandelten Zellstoffbreis mit verschiedenen Natriumbicarbonat-Gewichtsprozentsätzen wurde mit 20 g Kochsalzlösung (0,9 %ige Lösung von NaCl) gerührt. Nach dem Rühren des Zellstoffbreis in der Kochsalzlösung für etwa 4 min wurde der Testzylinder in die Pulpen-Lösung eingeführt. Die Probe wurden auf NaHCO₃ getestet und die Testergebnisse sind in der Tabelle 2 angegeben. BC/(BC+Pulpe) repräsentiert den Bicarbonat-Gehalt in der behandelten Faser, bestimmt nach dem vorstehend beschriebenen Extraktions/Titrations-Verfahren. Tabelle 2: Gel-Kapazität
Beispiel 3: Behandlung eines faserförmigen Materials mit unterschiedlichen Zugabemengen von NaHC₃
1000 g eines Ofen-getrockneten, vollständig gebleichten Southern-Weichholzes (CR54) wurden in einen Zellstoffbrei überführt, durchmischt, um die Nits zu dispergieren, und dann entwässert bis zu einer Konsistenz von 30 %. Zur Herstellung von drei mit Zugabemengen von Natriumbicarbonat/Natriumcarbonat beladenen Fasern wurden 170 g, 340 g und 1000 g NaHCO₃ zu dem Zellstoffbrei in jedem einzelnen Mischer jeweils zugegeben. Zur Bestimmung der Natriumbicarbonat-Menge in den Fasern wurden die Proben dreimal in destilliertem Wasser unter gelegentlichem Schütteln für 15 min extrahiert. Die Fasern wurden durch ein Glasfaserfilter in einem Gooch-Tiegel filtriert. Ein Aliquot des Extrakts wurde mit Chlorwasserstoffsäure titriert. Die Testergebnisse wurden als NaNCO₃ berechnet.
Die Gel-Kapazität der wie oben hergestellten Polyacrylsäure (PAA), kombiniert mit den behandelten Fasern dieses Beispiels, wurde gemessen unter Anwendung des vorstehend beschriebenen Flooded Absorbency Under Zero Load (FAUZL) Testverfahrens. Es wurden 0,160 ± 0,002 g PAA verwendet. 1 g der behandelten Fasern wurden mit 20 g einer Kochsalzlösung (0,9 % NaCl) gerührt. Nach dem Rühren des Zellstoffbreis für etwa 4 min in einer Kochsalzlösung wurde der Testzylinder in die Pulpen-Lösung eingeführt. Die Testergebnisse sind in der folgenden Tabelle 3 angegeben. Tabelle 3: Gel-Kapazität
Die vorstehende Beschreibung dient nur der Erläuterung der Erfindung und stellt keine Einschränkung derselben dar. Viele Ausführungsformen sind für den Fachmann ohne weiteres ersichtlich nach dem Lesen der vorstehenden Beschreibung. Der Schutzumfang der Erfindung sollte daher nicht unter Bezugnahme auf die vorste hende Beschreibung, sondern stattdessen bestimmt werden unter Bezugnahme auf die nachfolgenden Patentansprüche unter Berücksichtigung des vollen Bereichs der Äquivalente, die unter diese Ansprüche fallen. Der Inhalt aller hier angezogenen Artikel und Literaturhinweise, wie z.B. Patente, Patentanmeldungen und Publikationen, gehört zur Offenbarung der vorliegenden Erfindung.

Claims

Absorptionsfähige Struktur, die umfasst: ein in Wasser quellbares, in Wasser unlösliches saures Polymer oder ein in Wasser quellbares, in Wasser unlösliches basisches Polymer und ein faserförmiges Material (Fasermaterial), das ein darin enthaltenes saures Aktivierungsmittel oder ein darin enthaltenes basisches Aktivierungsmittel aufweist, wobei das Aktivierungsmittel ausgewählt ist aus der Gruppe, die besteht aus Natriumcarbonat, Natriumbicarbonat, aliphatischen Aminen, aromatischen Aminen, Iminen, Amiden, Metalloxiden, Hydroxiden, Ammoniak, Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid, Alginsäure, Citronensäure, Glutaminsäure, Asparaginsäure, einer anorganischen Säure, Isosaccharinsäure, Weinsäure, Oxalsäure, Malonsäure, Glucuronsäure und Mischungen davon, wobei das faserförmige Material (Fasermaterial) das Aktivierungsmittel bei der Stimulierung mit einem Aktivator freisetzt und das Aktivierungsmittel bewirkt, dass aus dem Polymer ein superabsorptionsfähiges Polymer wird, und worin dann, wenn das Polymer sauer ist, das Aktivierungsmittel basisch ist, und dann, wenn das Polymer basisch ist, das Aktivierungsmittel sauer ist.
Absorptionsfähige Struktur nach Anspruch 1, in der das superabsorptionsfähige Polymer ein langsam absorbierendes superabsorptionsfähiges Polymer darstellt.
Absorptionsfähige Struktur nach Anspruch 1 oder 2, in der das in Wasser quellbare, in Wasser unlösliche Polymer ausgewählt ist aus der Gruppe, die besteht aus Polyacrylsäure, Polyacrylamiden, Polyvinylalkoholen, einem Ethylen/Maleinsäureanhydrid-Copolymer, Polyvinylethern, Polyvinylpyrrolidonen, Polyvinylmorpholinen, Carboxymethylcellulosen, Carboxymethylstärken, Hydroxypropylcellulosen, Alginen, Alginaten, Carrageenanen, Acrylbepfropften Stärken, Acryl-bepfropften Cellulosen, Polyasparaginsäure, Polyglutaminsäure, Polyaminen, Polyethyleniminen, Polyacrylamiden, Polydiallyldimethylammoniumhydroxid, polyquaternären Ammonium-Verbindungen, Chitinen, Chitosanen, Polyasparaginen, Polyglutaminen, Polylysinen, Polyargininen und Mischungen und Copolymeren davon.
Absorptionsfähige Struktur nach einem der Ansprüche 1 bis 3, in der das Aktivierungsmittel und das Polymer in einem Molverhältnis von Säure zu Base von etwa 1 : 5 bis 5 : 1 vorliegen.
Absorptionsfähige Struktur nach einem der Ansprüche 1 bis 3, in der das Aktivierungsmittel und das Polymer in einem Molverhältnis von Säure zu Base von etwa 1 : 1 vorliegen.
Absorptionsfähige Struktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, deren Gel-Kapazität (Gel-Absorptionsvermögen) in dem Bereich von etwa 30 bis etwa 60 g/g liegt.
Absorptionsfähige Struktur nach einem der Ansprüche 1 bis 5, deren Gel-Kapazität (Gel-Absorptionsvermögen) mindestens etwa 10 g/g beträgt.
Absorptionsfähige Struktur nach einem der Ansprüche 1 bis 5, deren Gel-Kapazität (Gel-Absorptionsvermögen) mindestens etwa 25 g/g beträgt.
Absorptionsfähige Struktur nach einem der Ansprüche 1 bis 5, deren Gel-Kapazität (Gel-Absorptionsvermögen) mindestens etwa 35 g/g beträgt.
Struktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in der der Aktivator eine Flüssigkeit darstellt, die durch das superabsorptionsfähige Polymer absorbiert werden soll.
Struktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in der das faserförmige Material Cellulose umfasst.
Struktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in der das faserförmige Material das Aktivierungsmittel auf kontrollierte Weise freisetzt.
Struktur nach Anspruch 12, in der die Geschwindigkeit (Rate) der Freisetzung des Aktivierungsmittels aus dem faserförmigen Material durch einen oder mehr Faktoren, ausgewählt aus der Gruppe, die besteht aus der Konzentration des Aktivierungsmittels, der Art des Aktivierungsmittels, der Art der Wechselwirkung zwischen dem Aktivierungsmittel und dem faserförmigen Material und der Stärke der Wechselwirkung zwischen dem Aktivierungsmittel und dem faserförmigen Material, kontrolliert (gesteuert) wird.
Struktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in der das faserförmige Material eine Form hat, die ausgewählt ist aus der Gruppe, die besteht aus einem faserförmigen Netzwerk, einem Vlies aus zerkleinerten Holzzellstoffflusen, einer Tissue-Schicht, einer hydroverfilzten Zellstofflage, einer gewebten Lage, einer nicht-gewebten Lage, einem Werg und einer mechanisch weich gemachten Zellstofflage.
Struktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in der das Aktivierungsmittel innerhalb des Fasermaterials in einer Menge von etwa 5 bis 80 Gew.-% enthalten ist.
Struktur nach Anspruch 15, in der das Aktivierungsmittel innerhalb des faserförmigen Materials in einer Menge von etwa 10 bis 50 Gew.-% enthalten ist.
Struktur nach Anspruch 15, in der das Aktivierungsmittel innerhalb des faserförmigen Materials in einer Menge von etwa 20 bis 40 Gew.-% enthalten ist.
Struktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in der das Aktivierungsmittel auf dem faserförmigen Material zurückgehalten wird durch eine Wechselwirkung, ausgewählt aus der Gruppe, die besteht aus ionischen Bindungen, in Wasser labilen kovalenten Bindungen, einer Einkapselung und einem physikalischen Einschluss.
Struktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in der das in Wasser quellbare, in Wasser unlösliche Polymer sauer ist und das Aktivierungsmittel basisch ist.
Absorptionsfähige Struktur nach Anspruch 19, in der das in Wasser quellbare, in Wasser unlösliche saure Polymer einen pK_a-Wert zwischen etwa 2 und etwa 12 aufweist.
Struktur nach einem der Ansprüche 1 bis 18, in der das in Wasser quellbare, in Wasser unlösliche Polymer basisch ist und das Aktivierungsmittel sauer ist.
Absorptionsfähige Struktur nach Anspruch 21, in der das in Wasser quellbare, in Wasser unlösliche basische Polymer einen pK_b-Wert zwischen etwa 2 und etwa 12 aufweist.
Struktur nach Anspruch 19, in der das in Wasser quellbare, in Wasser unlösliche Polymer Polyacrylsäure umfasst und das Aktivierungsmittel ausge wählt ist aus der Gruppe, die besteht aus Natriumbicarbonat, Natriumcarbonat und Mischungen davon.
Struktur nach einem der Ansprüche 1 bis 19, in der das Aktivierungsmittel basisch ist und der pH-Wert des faserförmigen Materials in dem Bereich von etwa 7,5 bis 14 liegt.
Struktur nach einem der Ansprüche 1 bis 19, in der das Aktivierungsmittel basisch ist und der pH-Wert des faserförmigen Materials in dem Bereich von etwa 7,5 bis 9,0 liegt.
Struktur nach einem der Ansprüche 1 bis 18, in der das Aktivierungsmittel sauer ist und der pH-Wert des faserförmigen Materials in dem Bereich von etwa 0 bis 6,5 liegt.
Struktur nach einem der Ansprüche 1 bis 18, in der das Aktivierungsmittel sauer ist und der pH-Wert des faserförmigen Materials in dem Bereich von etwa 4 bis 6,5 liegt.
Wegwerfbarer absorptionsfähiger Artikel (Gegenstand), der die Struktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfasst.
Absorptionsfähiger Artikel nach Anspruch 28, der umfasst eine für Flüssigkeit durchlässige Oberseitenlage, eine an der Oberseitenlage befestigte Rückseitenlage, und in der das faserförmige Material zwischen der Oberseitenlage und der Rückseitenlage angeordnet ist.
Verfahren zur Bildung eines superabsorptionsfähigen Polymers in situ beim Kontakt mit einer aktivierenden Flüssigkeit, wobei das Verfahren umfasst: die Bereitstellung eines faserförmigen Materials (Fasermaterials), das ein saures Aktivierungsmittel oder ein basisches Aktivierungsmittel enthält, das beim Kontakt mit der aktivierenden Flüssigkeit aus dem faserförmigen Material freigesetzt wird, die Bereitstellung eines in Wasser quellbaren, in Wasser unlöslichen sauren Polymers oder eines in Wasser quellbaren, in Wasser unlöslichen basischen Polymers, das beim Kontakt mit dem Aktivierungsmittel ein superabsorptionsfähiges Polymer bildet, das Inkontaktbringen der aktivierenden Flüssigkeit mit dem faserförmigen Material (Fasermaterial), sodass das Aktivierungsmittel freigesetzt wird, wobei das Aktivierungsmittel bewirkt, dass aus dem in Wasser quellbaren, in Wasser unlöslichen Polymer ein superabsorptionsfähiges Polymer wird, wobei das Aktivierungsmittel ausgewählt wird aus der Gruppe, die besteht aus Natriumcarbonat, Natriumbicarbonat, aliphatischen Aminen, aromatischen Aminen, Iminen, Aminen, Metalloxiden, Hydroxiden, Ammoniak, Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid, Alginsäure, Citronensäure, Glutaminsäure, Asparaginsäure, einer anorganischen Säure, Isosaccharinsäure, Weinsäure, Oxalsäure, Malonsäure, Glucuronsäure und Mischungen davon, wobei dann, wenn das Polymer sauer ist, das Aktivierungsmittel basisch ist, und dann, wenn das Polymer basisch ist, das Aktivierungsmittel sauer ist.