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DE69434730T2 - Absorbierendes material mit einer porösen makrostruktur die absorbierende gelartikel aufweist - Google Patents

Absorbierendes material mit einer porösen makrostruktur die absorbierende gelartikel aufweist Download PDF

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DE69434730T2
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Michael Sulya Kolodesh
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Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Diese Erfindung betrifft ein Absorptionsmaterial, das eine poröse absorbierende Makrostruktur aus miteinander verbundenen Absorptionsgelierteilchen aufweist und bei Kontakt mit Flüssigkeiten, wie Wasser oder Körperausscheidungen (z. B. Urin), quellt und solche Flüssigkeiten aufsaugt und in Absorptionsartikeln, wie Windeln, Inkontinenzunterlagen für Erwachsene, Damenbinden und dergleichen, geeignet ist.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Teilchenförmige, absorbierende, polymere Zusammensetzungen können große Mengen von Flüssigkeiten, wie Wasser und Körperausscheidungen (z. B. Urin), absorbieren und ferner solche absorbierten Flüssigkeiten unter mäßigen Drücken zurückhalten. Dank der Absorptionseigenschaften derartiger polymerer Zusammensetzungen sind diese besonders zur Einbindung in Absorptionsartikeln, wie Windeln, geeignet. Siehe beispielsweise die US-Patentschrift 3,699,103 (Harper et al.), erteilt am 13. Juni 1972, und die US-Patentschrift 3,770,731 (Harmon), erteilt am 20. Juni 1972, die die Verwendung von teilchenförmigen, absorbierenden, polymeren Zusammensetzungen (häufig als „Hydrogele", „Superabsorptionsmittel" oder „Hydrokolloidmaterialien" bezeichnet) in Absorptionsartikeln offenbaren.
  • Herkömmliche teilchenförmige, absorbierende, polymere Zusammensetzungen weisen jedoch die Einschränkung auf, dass die Teilchen nicht immobilisiert sind und während der Verarbeitung und/oder Verwendung frei migrieren können. Die Migration der Teilchen kann zu Verlusten bei der Materialverarbeitung während der Herstellung sowie zu einer inhomogenen Einbindung der Teilchen in Strukturen führen, in denen die Teilchen verwendet werden. Ein schwerwiegenderes Problem tritt jedoch auf, wenn diese teilchenförmigen Materialien während des Quellens oder da nach im Gebrauch migrieren. Eine derartige Mobilität resultiert aufgrund des Fehlens von stabilen Teilchen-Teilchen-Kapillarkanälen oder Flüssigkeitstransportkanälen in einer hohen Widerstandskraft gegenüber dem Fließen von Flüssigkeit durch das Material. Bei diesem Phänomen handelt es sich um eine Form des üblicherweise als „Gelblockierung" bezeichneten Phänomens.
  • Ein Versuch, die Leistungseinschränkungen zu überwinden, die mit der Mobilität von Absorptionsteilchen bei Verwendung in Absorptionsartikeln in Zusammenhang stehen, besteht in der Einbindung der teilchenförmigen, absorbierenden, polymeren Zusammensetzungen in Gewebelaminate, d. h. geschichtete absorbierende Strukturen. Durch Einfangen der Teilchen zwischen Gewebeschichten wird die Teilchenmobilität insgesamt in einer absorbierenden Struktur verringert. Bei Kontakt mit Flüssigkeit können die Teilchen in dem Laminat sich jedoch oftmals bezüglich einander frei bewegen, was im Abbau etwaiger bereits bestehender Teilchen-Teilchen-Kapillarkanäle resultiert.
  • Eine weitere ausprobierte Lösung besteht darin, die teilchenförmigen, absorbierenden, polymeren Zusammensetzungen durch Zugabe von großen Mengen flüssiger Polyhydroxyverbindungen zu immobilisieren, die als ein Haftmittel fungieren, um die Teilchen zusammen oder an einem Substrat zu halten. Siehe beispielsweise die US-Patentschrift 4,410,571 (Korpman), erteilt am 18. Oktober 1983. Obgleich diese Herangehensweise die Migration vor dem Quellen und zum Teil während diesem beschränkt, lösen sich die Teilchen letztendlich in Anwesenheit von überschüssiger Flüssigkeit voneinander ab, was wiederum im Abbau von bereits bestehenden Kapillarkanälen zwischen den Teilchen resultiert.
  • Eine weitere ausprobierte Lösung zum Überwinden des Problems der Mobilität von Absorptionsteilchen besteht darin, durch Extrudieren einer Lösung eines linearen, absorbierenden Polymers und anschließendes Vernetzen davon eine superabsorbierende Folie herzustellen. Siehe beispielsweise die US-Patentschrift 4,861,539 (Allen et al.), erteilt am 29. August 1989 (vernetzt mit einer Polyhydr oxyverbindung, wie einem Glykol oder Glycerin); und die US-Patentschrift 4,076,673 (Burkholder), erteilt am 28. Februar 1978 (vernetzt mit Polyamin-Polyamid-Epichlorhydrin-Additionsprodukten, wie Kymene®). Obgleich diese superabsorbierenden Folien erhebliche Flüssigkeitsmengen absorbieren können, weisen sie begrenzte Flüssigkeitstransporteigenschaften auf, da sie im Wesentlichen nichtporös sind, d. h. ihnen interne Kapillarkanäle fehlen. In der Tat sind diese superabsorbierenden Folien aufgrund des Fehlens von internen Kapillarkanälen besonders anfällig gegenüber Gelblockierung.
  • Eine jüngst vorgeschlagene Lösung zum Überwinden des Problems der Mobilität von Absorptionsteilchen besteht darin, diese Teilchen zu Aggregatmakrostrukturen zu formen, in der Regel als Bögen aus verbundenen Absorptionsteilchen. Siehe die US-Patentschrift 5,102,597 (Roe et al.), erteilt am 7. April 1992. Diese Aggregatmakrostrukturen werden hergestellt, indem die Absorptionsteilchen zunächst mit einer Lösung aus einem nichtionischen Vernetzungsmittel, Wasser und einem hydrophilen organischen Lösungsmittel, wie Isopropanol, gemischt werden. Zu diesen nichtionischen Vernetzungsmitteln zählen mehrwertige Alkohole (z. B. Glycerin), Polyaziridinverbindungen (z. B. 2,2-Bishydroxymethylbutanoltris-[3-(1-aziridin)propionat]), Halogenepoxidverbindungen (z. B. Epichlorhydrin), Polyaldehydverbindungen (z. B. Glutaraldehyd), Polyaminverbindungen (z. B. Ethylenamin) und Polyisocyanatverbindungen (z. B. 2,4-Toluoldiisocyanat), vorzugsweise Glycerin. Siehe Spalte 11, Zeilen 22–54, von Roe et al.
  • Teilchenförmige, absorbierende Polymerzusammensetzungen der beim Herstellen dieser Aggregatmakrostrukturen verwendeten Art enthalten für gewöhnlich mehrere Carboxygruppen und sind in der Regel von Polycarboxyverbindungen, wie den Polyacrylaten, abgeleitet. Bei Verwendung von Glycerin als Vernetzungsmittel reagieren die Hydroxygruppen des Glycerins in der Regel durch eine Veresterungsreaktion mit den Carboxygruppen der Polymere, die in den Absorptionsteilchen vorliegen. Die vom Glycerin gebildete vernetzte Esterbindung tritt nicht nur an der Oberfläche der Absorptionsteilchen, sondern auch in den Teilchen auf. Dies liegt in der Tatsache begründet, dass Glycerin ein nichtionisches, verhältnismäßig kleines Molekül ist, das in die Absorptionsteilchen eindringen kann. Die resultierende interne Vernetzung führt zu einem geringeren Absorptionsvermögen der verbundenen Teilchen der Aggregatmakrostrukturen.
  • Darüber hinaus läuft die Vernetzungsreaktion zwischen den Hydroxygruppen des Glycerins und den Carboxygruppen der Polymere, die in den Absorptionsteilchen vorliegen, verhältnismäßig langsam ab. In der Tat werden die mit Glycerin behandelten Absorptionsteilchen in der Regel 50 Minuten bei 200 °C gehärtet. Dies liefert verhältnismäßig spröde Bögen aus verbundenen Absorptionsteilchen, die schwerer zu handhaben sind, insbesondere beim Herstellen der letztendlich erwünschten absorbierenden Strukturen. Demgemäß müssen diese spröden Bögen mit einem Weichmacher, wie einer Mischung aus Wasser und Glycerin, behandelt werden, um sie verhältnismäßig flexibel und somit beim Herstellen von absorbierenden Strukturen einfacher zu handhaben zu machen.
  • Bei einem Versuch, die oben beschriebenen Probleme zu überwinden, sind bevorzugte absorbierende Makrostrukturen hergestellt worden. Derartige absorbierende Makrostrukturen werden in der gleichzeitig anhängigen US-Anmeldung, für die die Rechte übertragen wurden, mit dem Aktenzeichen 955,635, an Ebrahim Rezai et al., mit dem Titel „Porous, Absorbent Macrostructures of Bonded Absorbent Particles Surface Crosslinked With Cationic Amino-Epichlorohydrin Adducts", Anwaltaktennr. 4731, eingereicht am 2. Oktober 1992, hierin durch Bezugnahme eingeschlossen, offenbart. Diese Anmeldung offenbart Aggregatmakrostrukturen aus verbundenen Absorptionsteilchen, wobei ein Vernetzungsmittel verwendet wird, das: (1) schnell mit den Carboxygruppen des Polymers, die in den Absorptionsteilchen vorliegen, und vorwiegend an deren Oberfläche reagiert, um Auswirkungen auf das Absorptionsvermögen zu vermindern; (2) ein verbessertes Absorptionsvermögen und verbesserte mechanische Eigenschaften der Aggregatmakrostrukturen liefert; (3) flexible Bögen aus derartigen Aggregatmakrostrukturen liefert, die einfach zu absorbierenden Strukturen geformt werden können, die in Windeln, Inkontinenzunterlagen für Erwachsene, Damenbinden und dergleichen verwendet werden; und (4) nicht unbedingt organische Lösungsmittel, wie Isopropanol, erfordert.
  • Trotz dieser Verbesserungen besteht weiterhin Bedarf daran, das Absorptionsvermögen, die mechanische Integrität, die Flexibilität und die Nützlichkeit solcher vernetzter, absorbierender Aggregatmakrostrukturen zu verbessern, insbesondere bei geringem Basisgewicht (wobei Strukturen nur einige wenige Teilchendurchmesser dick sind), bei denen eine größere Neigung dazu besteht, dass einzelne verbundene Teilchen bei der Verarbeitung auseinanderbrechen. Diese Aggregatmakrostrukturen werden, insbesondere nachdem sie nass geworden sind und die Gelierteilchen Wasser absorbieren und zu quellen beginnen, bei der Verarbeitung oder als Reaktion auf Bewegung oder externe Kräfte leichter auseinandergebrochen.
  • Des Weiteren weisen diese Aggregatmakrostrukturen, obwohl sie Flüssigkeiten leicht aufnehmen können, eine begrenzte Fähigkeit dazu auf, die Flüssigkeit vom Punkt der Flüssigkeitsabscheidung weg zu verteilen. Bei Zugabe von Wasser zu einem Teil dieser Aggregatmakrostrukturen, insbesondere Makrostrukturen in Form von Bögen, absorbieren die Absorptionsgelierteilchen in diesem Teil der Makrostruktur das Wasser schnell, was bewirkt, dass dieser Teil quellt und ausdehnt, was ein als „Wellen" bezeichnetes Phänomen verursacht.
  • Folglich besteht weiterhin Bedarf an weiteren Verbesserungen derartiger Makrostrukturen.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung betrifft ein wie in den Ansprüchen 1–8 definiertes Absorptionsmaterial. Die Erfindung betrifft ferner einen wie in den Ansprüchen 9 und 10 definierten Absorptionsartikel.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 und 2 sind perspektivische Ansichten eines nicht durchgehenden Absorptionsmaterials von Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • 3 und 4 sind perspektivische Ansichten eines nicht durchgehenden Absorptionsverbundmaterials von Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • 5 ist eine perspektivische Ansicht eines halbdurchgehenden Absorptionsverbundmaterials einer Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • 6 ist eine perspektivische Ansicht eines durchgehenden Absorptionsverbundmaterials einer Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • 7, 8, 9 und 10 sind Schnittansichten von Absorptionsverbundmaterial anderer Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • 11, 12, 13 und 14 sind perspektivische Ansichten von Absorptionsverbundmaterial noch anderer Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • 15 ist eine Mikrofotografie (34,9-fache Vergrößerung) eines Teils einer porösen, absorbierenden Makrostruktur gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • 16 ist ein vergrößerter Teil (75-fache Vergrößerung) der in 15 gezeigten Makrostruktur.
  • 17 ist ein weiter vergrößerter Teil (200-fache Vergrößerung) der in 16 gezeigten Makrostruktur.
  • 18 ist ein weiter vergrößerter Teil (400-fache Vergrößerung) der in 17 gezeigten Makrostruktur.
  • 19 und 20 sind perspektivische Ansichten von Absorptionsverbundstoffen noch anderer Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • 21 ist eine perspektivische Ansicht eines geschlitzten Absorptionsverbundmaterials gemäß der vorliegenden Erfindung und das in einem Verfahren zum Herstellen eines nicht durchgehenden Absorptionsverbundmaterials mit einer netzartigen Form gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann.
  • 22 zeigt einen Teil eines Musters von Linien, das alternativ als ein Muster von Schlitzen in einem Verfahren zum Herstellen eines nicht durchgehenden Absorptionsverbundmaterials der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann.
  • 23 ist eine vereinfachte perspektivische Ansicht einer Vorrichtung zum Herstellen von absorbierenden Makrostrukturen und Absorptionsverbundmaterialien der vorliegenden Erfindung in Form von Bögen.
  • 24 ist eine vereinfachte perspektivische Ansicht einer Vorrichtung zum Formen eines durchgehenden geschlitzten Absorptionsverbundmaterials der vorliegenden Erfindung.
  • 25 ist eine Draufsicht einer Messerplatte zum Ausbilden von Schlitzen in einem Absorptionsverbundmaterial.
  • 26 ist eine Querschnittansicht der Messerplatte von 25 durch die Linie 22-22.
  • 27 ist eine vereinfachte perspektivische Ansicht einer Vertiefungswalze, die in einem Verfahren zum Ausbilden von Schlitzen in einem Absorptionsverbundmaterial verwendet wird.
  • 28 ist eine Querschnittteilansicht der Vertiefungswalze 27 durch die Linie 24-24.
  • 29 ist eine Querschnittteilansicht der in 24 gezeigten Schlitzausbildungsvorrichtung 420 durch die Linie 25-25.
  • 30 ist eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer Einwegwindel gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei Teile der oberen Lage weggeschnitten wurden, um einen darunterliegenden Absorptionskern deutlicher zu zeigen, der ein nicht durchgehendes Absorptionsverbundmaterial der vorliegenden Erfindung umfasst.
  • 31 ist eine Querschnittansicht des nicht durchgehenden Absorptionsverbundstoffkerns der in 30 gezeigten Windel, entlang der Querschnittslinie 27-27 vorgenommen.
  • 32 ist eine perspektivische Ansicht einer anderen Ausführungsform einer Einwegwindel gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei Teile der oberen Lage weggeschnitten wurden, um einen darunterliegenden Absorptionskern deutlicher zu zeigen, der ein nicht durchgehendes Absorptionsverbundmaterial der vorliegenden Erfindung umfasst.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON ABSORPTIONSMATERIALIEN DER ERFINDUNG
  • A. Struktur eines Absorptionsmaterials
  • Das Absorptionsmaterial der vorliegenden Erfindung kann einen nicht durchgehenden Absorptionskern umfassen. Der nicht durchgehende Absorptionskern umfasst eine poröse absorbierende Makrostruktur, die eine Vielzahl miteinander verbundener Absorptionsgelierteilchen umfasst. Das Absorptionsgelierteilchen wird aus absorbierenden Polymermaterialien zum Absorbieren von Flüssigkeiten, wie Wasser und/oder Körperausscheidungen (z. B. Urin oder Menstrualblut), ge bildet. Die absorbierende Makrostruktur kann große Mengen derartiger Flüssigkeiten aufnehmen, zurückhalten und absorbieren. Der nicht durchgehende Absorptionskern weist eine beträchtliche Anzahl offener Hohlräume oder Zwischenräume auf, die mindestens zum Teil die Ebene des Absorptionskerns durchdringen. Vorzugsweise werden solche Strukturen aus durchgehenden absorbierenden Makrostrukturbögen gebildet. Beispiele nicht durchgehender Kerne sind in den 1 und 2 gezeigt.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform erstrecken sich die Hohlräume oder Zwischenräume vollständig durch den Absorptionskern. Eine Ausführungsform einer nicht durchgehenden Absorptionskernstruktur umfasst eine Vielzahl miteinander verbundener Stränge, umfassend mindestens eine absorbierende Makrostruktur. Die Makrostruktur umfasst eine Vielzahl miteinander verbundener Absorptionsgelierteilchen. Die Absorptionsgelierteilchen werden vorzugsweise miteinander verbunden, um die Stränge zu bilden. Die Stränge werden durch eine Vielzahl von Hohlräumen oder Zwischenräumen getrennt, die in der Ebene des Absorptionskerns gebildet wurden. In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Stränge direkt miteinander verbunden, um die in 2 gezeigte netzartige Struktur zu bilden. In einer anderen Ausführungsform werden die Stränge direkt und unregelmäßig miteinander verbunden, um eine unregelmäßige netzartige Form zu bilden.
  • Eine andere Ausführungsform der Erfindung ist ein nicht durchgehendes Verbundstoffabsorptionsmaterial mit einer beträchtlichen Anzahl offener Hohlräume oder Zwischenräume, das mindestens eine absorbierende Makrostrukturschicht mit einer ersten und einer zweiten Oberfläche, die eine Vielzahl miteinander verbundener Absorptionsgelierteilchen umfasst, wobei die Teilchen eine Vielzahl von intermolekular vernetzten absorbierenden Molekülen umfassen, wobei mindestens ein Teil der Oberflächen der Teilchen vernetzt ist, und mindestens ein Substrat mit einer ersten Oberfläche umfasst, die mit der ersten Oberfläche der ersten absorbierenden Makro strukturschicht durch ein Vernetzungsmittel verbunden ist, das die absorbierenden Moleküle der Absorptionsgelierteilchen vernetzen kann. Die absorbierende Makrostruktur umfasst eine Vielzahl miteinander verbundener Stränge, die durch Hohlräume getrennt sind. Vorzugsweise werden solche nicht durchgehenden Strukturen wie hierin beschrieben aus durchgehenden absorbierenden Verbundstoffstrukturen gebildet. Beispiele nicht durchgehender Absorptionsverbundmaterialien sind in den 3 und 4 gezeigt.
  • Die absorbierenden Strukturen können auch eine durchgehende Verbundstoffstruktur umfassen, wobei die absorbierende Makrostrukturschicht im Wesentlichen durch die Ebene des Verbundstoffs durchgehend ist. Ein durchgehender Absorptionsverbundstoff gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst mindestens eine poröse absorbierende Makrostrukturschicht und mindestens eine Substratschicht, die mit der Makrostrukturschicht in Verbindung steht, vorzugsweise an dieser befestigt oder mit dieser verbunden ist. Ein typisches Beispiel einer durchgehenden absorbierenden Verbundstoffstruktur ist in 6 gezeigt.
  • Das Absorptionsverbundmaterial kann eine zusätzliche poröse absorbierende Makrostrukturschicht oder eine zusätzliche Substratschicht umfassen, die daran befestigt oder damit verbunden ist, um eine wie in der 7 bzw. 11 gezeigte Sandwichstruktur zu bilden. In einer anderen Ausführungsform umfasst ein durchgehendes Absorptionsverbundmaterial eine Vielzahl von Substratschichten, die alternierend zwischen eine Vielzahl von porösen absorbierenden Makrostrukturschichten eingeschoben und an diesen befestigt oder mit diesen verbunden sind. Beispiele derartiger geschichteter Strukturen sind in den 8, 9 und 10 gezeigt.
  • 12 zeigt eine andere Ausführungsform eines durchgehenden Absorptionsverbundmaterials 70, das eine durchgehende absorbierende Makrostrukturschicht 71 und eine Substratschicht umfasst, die eine Vielzahl von Kapillarelementen oder Strängen 73 aus einem Substratmaterial mit einer Länge umfasst, die mit der absorbierenden Makrostrukturschicht 71 verbunden sind.
  • Eine Ausführungsform eines nicht durchgehenden Absorptionsverbundmaterials umfasst eine Vielzahl miteinander verbundener Stränge, umfassend mindestens eine absorbierende Makrostruktur und mindestens ein Substrat, das an der absorbierenden Makrostruktur befestigt ist. Die Absorptionsgelierteilchen werden miteinander verbunden, um die Stränge zu bilden. Die Stränge werden durch eine Vielzahl von Hohlräumen oder Zwischenräumen getrennt, die in der Ebene des Verbundstoffs gebildet wurden. In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Stränge direkt miteinander verbunden, um die in 4 gezeigte netzartige Struktur zu bilden. In einer anderen Ausführungsform werden die Stränge direkt und unregelmäßig miteinander verbunden, um eine unregelmäßige netzartige Form zu bilden.
  • Ein Absorptionsmaterial gemäß der vorliegenden Erfindung kann auch halbdurchgehend sein. Vorzugsweise werden solche Strukturen aus hierin beschriebenen, nicht durchgehenden absorbierenden Strukturen gebildet. Eine halbdurchgehende Verbundstoffstruktur der vorliegenden Erfindung umfasst mindestens eine durchgehende Schicht, die aus einer Substratschicht oder einer absorbierenden Makrostrukturschicht ausgewählt ist, vorzugsweise eine Substratschicht, und mindestens eine nicht durchgehende absorbierende Makrostrukturschicht, die eine Vielzahl offener Hohlräume oder Zwischenräume umfasst, die diese vollständig durchdringen. Vorzugsweise wird die nicht durchgehende absorbierende Makrostrukturschicht aus einer Vielzahl von Strängen der absorbierenden Makrostruktur gebildet. Die nicht durchgehende absorbierende Makrostrukturschicht steht mit der durchgehenden Schicht in Verbindung, ist vorzugsweise an dieser befestigt oder mit dieser verbunden, um eine halbdurchgehende absorbierende Verbundstoffstruktur zu bilden, wodurch das Verbinden der Stränge in der nicht durchgehenden absorbierenden Makrostrukturschicht miteinander durchgeführt werden kann. Einige Beispiele der halbdurchgehenden Struktur sind in den 5, 13 und 14 gezeigt. In einer anderen Ausführungsform werden unregelmäßig miteinander verbundene Stränge aus absorbierender Makrostruktur an der durchgehenden Schicht befestigt oder mit dieser verbunden, um einen halbdurchgehenden Absorptionsverbundstoff zu bilden.
  • Beim Benetzen der absorbierenden Makrostruktur und Quellen der Absorptionsgelierteilchen in den absorbierenden Makrostrukturen kann sich die absorbierende Makrostruktur in die Hohlräume ausdehnen. Somit kann eine ebenflächige Ausdehnung des Absorptionsverbundstoffs vermindert werden. Vorzugsweise beträgt die ebenflächige Ausdehnung beim Benetzen und Quellen der Absorptionsgelierteilchen weniger als 25 % des ebenflächigen Bereichs vor dem Benetzen, mehr bevorzugt weniger als 15 %. Am meisten bevorzugt wird die ebenflächige Ausdehnung des Absorptionsverbundstoffs beim Benetzen und Quellen der Absorptionsgelierteilchen im Wesentlichen unterbunden.
  • B. Poröse absorbierende Makrostrukturschicht
  • Die poröse absorbierende Makrostrukturschicht der vorliegenden Erfindung umfasst miteinander verbundene Absorptionsgelierteilchen mit intermolekular vernetzten absorbierenden Molekülen. Die Oberflächen der Teilchen sind mindestens teilweise, vorzugsweise vollständig mit einem Vernetzungsmittel vernetzt. Mehr bevorzugt weist in diesen Teilchen mindestens ein Teil der Oberfläche einen Vernetzungsgrad zwischen den absorbierenden Molekülen auf, der höher als der des übrigen Teils des Teilchens ist. Vorzugsweise werden Vernetzungsmittel für absorbierende Moleküle verwendet, um den höheren Vernetzungsgrad an diesen Oberflächen der Teilchen zu bilden. In bevorzugten Ausführungsformen wird ein kationisches Amino-Epichlorhydrin-Additionsprodukt verwendet, am die Vernetzung zu einem höheren Grad der Oberflächenteile der Teilchen chemisch zu beeinflussen. Die zum diesbezüglichen Gebrauch als Bindemittel bevorzugten Amino-Epichlorhydrin-Additionsprodukte werden von Hercules Inc. unter der Handelsbezeichnung Kymene® im Handel vertrieben. Besonders geeignet sind Kymene® 557H, Kymene® 557LX und Kymene® 557 Plus. Bei diesen handelt es sich um die Epichlorhydrin-Additionsprodukte von Polyamid-Polyamin, das das Reaktionsprodukt von Diethylentriamin und Adipinsäure ist. Sie werden in der Regel in Form von wässrigen Lösungen des kationischen Harzmaterials vertrieben, die von etwa 10 Gew.-% bis etwa 33 Gew.-% des Harzwirkstoffs enthalten.
  • Die Teilchen der Makrostruktur sind vorzugsweise durch ihre Oberflächen an anderen benachbarten Absorptionsgelierteilchen befestigt. Es kann ein beliebiges Mittel zum Verbinden der Teilchen miteinander verwendet werden, so dass eine fluidbeständige Makrostruktur aus miteinander verbundenen Teilchen gebildet wird. Zum Beispiel können die Mittel zum Miteinanderverbinden eine Vielfalt an chemischen und physikalischen Mitteln und Adhäsionsmitteln umfassen. In einer bevorzugten Ausführungsform werden wasserlösliche und nassfeste Polyamidharze zum Verbinden der Teilchen miteinander verwendet. Adhäsionsmittel zum Verbinden der Teilchen miteinander können Klebstoffe, Haftmittel, wie die in der Technik wohl bekannten, umfassen. Vorzugsweise werden die benachbarten miteinander verbundenen Teilchen miteinander, mehr bevorzugt durch die zu einem höheren Grad vernetzten Oberflächenteile verbunden. Ein bevorzugtes Bindematerial ist ein Vernetzungsmittel für das Polymermaterial der Teilchen. Ein besonders bevorzugtes Bindematerialien ist das kationische Amino-Epichlorhydrin-Additionsprodukt, wie Kymene®.
  • Poröse, absorbierende Makrostrukturen, die in den Absorptionsverbundstoffen gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden, sind Strukturen, die große Mengen von Flüssigkeiten, wie Wasser und/oder Körperausscheidungen (z. B. Urin oder Menstrualblut), absorbieren und anschließend solche Flüssigkeiten unter mäßigen Drücken zurückhalten können. Aufgrund der teilchenförmigen Beschaffenheit der Vorläuferteilchen weist die Makrostruktur zwischen benachbarten Vorläuferteilchen Poren auf. Diese Poren sind durch miteinander in Kontakt stehende Kanäle derart miteinander verbunden, dass die Makrostruktur flüssigkeitsdurchlässig ist (d. h. Kapillartransportkanäle aufweist).
  • Aufgrund der Vernetzung der absorbierenden Polymere in den miteinander verbundenen Oberflächenteilen von benachbarten, miteinander verbundenen Gelierteilchen weist die resultierende absorbierende Makrostruktur eine gute strukturelle Integrität, erhöhte Flüssigkeitsaufnahme- und -verteilungsraten und minimale Gelblockierungseigenschaften auf. Wenn sie mit Flüssigkeit in Kontakt gebracht wird, absorbiert die absorbierende Makrostruktur solche Flüssigkeiten in die Poren zwischen den Vorläuferteilchen und saugt solche Flüssigkeiten dann in die Teilchen auf, wodurch die absorbierende Makrostruktur im Allgemeinen selbst unter mäßig einschränkenden Drücken isotrop quellt. Isotropes Quellen wird hierin als bedeutend verwendet, dass die Makrostruktur im Allgemein beim Benetzen in alle Richtungen gleichmäßig quellt. Isotropes Quellen ist eine wichtige Eigenschaft der Makrostruktur, da die Absorptionsgelierteilchen und deren zugehörige Poren ihre relative Geometrie und räumlichen Beziehungen behalten können, selbst wenn sie gequollen sind, so dass die bestehenden Kapillarkanäle im Gebrauch beibehalten, wenn nicht sogar vergrößert werden. (Die Poren und die Absorptionsgelierteilchen werden während des Quellens größer.) Folglich kann die Makrostruktur zusätzliche Flüssigkeitslasten aufsaugen und/oder durch sich selbst transportieren, wobei sie keine Gelblockierung erfährt.
  • Ein Hinweis darauf, dass an der Oberfläche der Absorptionsgelierteilchen (hierin im Folgenden auch als Vorläuferteilchen bezeichnet) Vernetzungsbindungen gebildet werden, ist, dass die resultierenden Makrostrukturen fluidbeständig (d. h. flüssigkeitsbeständig) sind. „Fluidbeständig" wird hierin als eine Makrostruktur bedeutend verwendet, die ein Aggregat miteinander verbundener Teilchen umfasst, die im Wesentlichen bei Kontakt mit einem wässrigen Fluid oder Quellen (mit und/oder ohne Belastung) in einem wässrigen Fluid intakt bleibt (d. h. der Großteil der zuvor unabhängigen Komponentenvorläuferteilchen miteinander verbunden bleiben). Obgleich diese Definition von Fluidbeständigkeit anerkennt, dass der Großteil, vorzugsweise alle der Vorläuferteilchen miteinander verbunden bleiben, können sich einige der Vorläuferteilchen von der Makrostruktur loslösen, wenn beispielsweise an andere Teilchen anschließend Wasser agglomeriert wurde.
  • Fluidbeständigkeit ist ein wichtiges Merkmal der absorbierenden Makrostrukturschichten in der vorliegenden Erfindung, da sie ermöglicht, dass das Aggregat seine relative Struktur im sowohl trockenen als auch gequellten Zustand beibehalten kann, und da sie Komponentenvorläuferteilchen immobilisiert. In einem Endprodukt, wie einem absorbierenden Teil oder einem Absorptionsartikel, ist Fluidbeständigkeit beim Verringern der Gelblockierung nutzbringend, da Vorläuferteilchen selbst dann aggregiert bleiben, wenn sie mit Flüssigkeit in Kontakt gebracht werden, und sie ermöglicht, zuvor unabhängige feine Teilchen in einer Aggregatform zu verwenden, um die Geschwindigkeit der Fluidaufnahme der resultierenden Makrostruktur zu erhöhen, ohne das Element der Gelblockierung einzubringen.
  • Fluidbeständigkeit kann in einer Aggregatmakrostruktur mittels eines Verfahrens mit zwei Schritten gemessen werden. Es werden die anfängliche dynamische Reaktion der Aggregatmakrostruktur bei Kontakt mit dem wässrigen Fluid und anschließend der Gleichgewichtszustand der Aggregatmakrostruktur bei vollständiger Quellung beobachtet. Ein Prüfverfahren zum Bestimmen der Fluidbeständigkeit auf Grundlage dieser Kriterien wird hierin im Folgenden im Abschnitt Prüfverfahren beschrieben.
  • Wie hier verwendet, steht der Ausdruck „Makrostruktur" für eine Struktur mit einem begrenzten Volumen, wenn sie im Wesentlichen trocken ist (d. h. begrenztes Trockenvolumen), von mindestens etwa 0,008 mm3, vorzugsweise mindestens etwa 10,0 mm3, mehr bevorzugt mindestens etwa 100 mm3, am meisten bevorzugt mindestens etwa 500 mm3. In der Regel werden die Makrostrukturen der vorliegenden Erfindung ein begrenztes Trockenvolumen von wesentlich mehr als etwa 500 mm3 aufweisen. In bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung haben die Makrostrukturen ein begrenztes Trockenvolumen von etwa 1000 mm3 bis etwa 100.000 mm3.
  • Obgleich die in Absorptionsverbundstoffen der vorliegenden Erfindung verwendeten Makrostrukturen eine Reihe von Formen und Größen aufweisen können, sind sie in der Regel in der Form von Bögen, Folien, Zylindern, Blöcken, Kugeln, Fasern, Fäden oder anderen geformten Elementen. Die Makrostrukturen werden im Allgemeinen eine Dicke oder einen Durchmesser von etwa 0,2 mm bis etwa 10,0 mm aufweisen. Die Makrostrukturen sind zur Verwendung in Absorptionsprodukten vorzugsweise in der Form eines Bogens. Der Ausdruck „Bogen", wie hier verwendet, beschreibt Makrostrukturen mit einer Dicke von mindestens etwa 0,2 mm. Die Bögen werden vorzugsweise eine Dicke von etwa 0,5 mm bis etwa 10 mm, in der Regel von etwa 1 mm bis etwa 3 mm aufweisen.
  • Wie in 15 bis 18 gezeigt, umfassen die im Absorptionsverbundstoff der vorliegenden Erfindung verwendeten porösen, absorbierenden Makrostrukturen Aggregate miteinander verbundener Teilchen. Diese Aggregate miteinander verbundener Teilchen umfassen für gewöhnlich etwa 8 oder mehr zuvor unabhängige Vorläuferteilchen. Zwecks bevorzugter begrenzter Trockenvolumen und Größen der hierin verwendeten einzelnen Vorläuferteilchen werden diese Aggregate miteinander verbundener Teilchen in der Regel aus etwa 100.000 oder mehr einzelnen Vorläuferteilchen gebildet. Diese einzelnen Vorläuferteilchen können Granalien, Pulver, Kugeln, Flocken, Fasern, Aggregate oder Agglomerate umfassen.
  • Wie insbesondere in den 15 und 16 erkannt werden kann, können die einzelnen Vorläuferteilchen eine Vielfalt an Formen aufweisen, wie würfelförmige, stabartige, vielflächige, kugelförmige, runde, eckige, unregelmäßige, an der Oberfläche poröse, willkürlich dimensionierte unregelmäßige Formen, z. B. pulverförmige Produkte aus Mahl- oder Pulverisierungsschritten, oder Formen mit einem großen Verhältnis von größter Abmessung zu kleinster Abmessung, so dass sie nadelartig, blättchenartig, flockenartig oder faserartig sind. Ein Beispiel von an der Oberfläche porösen Vorläuferteilchen ist in der US-Patentschrift 5,118,719, erteilt am 2. Juni 1992, offenbart, die hierin durch Bezugnahme eingeschlossen ist.
  • Wie insbesondere in den 17 und 18 gezeigt, wird das Aggregat miteinander verbundener Teilchen, das die Makrostrukturen der vorliegenden Erfindung umfasst, im Wesentlichen durch Verbinden von benachbarten Teilchen miteinander gebildet. Das Verbinden von benachbarten Teilchen miteinander wird im Wesentlichen von dem polymeren Material durchgeführt, das in den Oberflächenteilen dieser Teilchen vorliegt. Die Behandlung der Vorläuferteilchen umfasst das Kontaktieren von Teilen von deren Oberflächen mit einem Vernetzungsmittel und einem Quellmittel, vorzugsweise Wasser. In bevorzugten Ausführungsformen wird außerdem ein Weichmacher verwendet, am meisten bevorzugt in Kombination mit dem Behandlungsmittel, um die Flexibilität und Integrität der porösen absorbierenden Makrostruktur zu verbessern. Wenn diese Vorläuferteilchen an Teilen der Oberfläche der Teilchen behandelt und wie hierin im Folgenden beschrieben physikalisch verknüpft werden, wird in den Oberflächenteilen dieser Teilchen vorliegendes Polymermaterial ausreichend plastisch (erweicht) und kohäsiv (z. B. klebrig), so dass benachbarte Teilchen kohäsiv aneinanderhaften. Wenn das Vernetzungsmittel mit dem Polymermaterial der miteinander verbundenen Oberflächenteile der Teilchen reagiert, härten die miteinander verbundenen Teile aus, werden fest und absorbieren schnell, wodurch die poröse absorbierende Makrostruktur gebildet wird.
  • Die Menge der Absorptionsteilchen, die in der absorbierenden Makrostrukturschicht enthalten sind, oder die Dicke des Bogens der absorbierenden Makrostrukturschicht kann variiert werden, um den Absorptionsverbundstoff mit unterschiedlichen Graden an Absorptionsvermögen auszustatten. In bevorzugten Ausführungsformen eines Absorptionsverbundstoffs in den Formen eines Bogens beträgt das Basisgewicht einer absorbierenden Makrostrukturschicht (als Gewicht der absorbierenden Makrostruktur pro Einheitsfläche der absorbierenden Makrostrukturschicht ausgedrückt) durchschnittlich von etwa 100 g/m2 bis etwa 1500 g/m2, mehr bevorzugt durchschnittlich von etwa 250 g/m2 bis etwa 1200 g/m2. Darüber hinaus hat die absorbierende Makrostrukturschicht vorzugsweise eine Dichte von etwa 0,6 g/cm3 bis etwa 1,1 g/cm3.
  • Das prozentuale Porenvolumen (d. h. der Prozentanteil des Volumens der Makrostruktur, der die Poren und die Kanäle umfasst) weist für eine gegebene Vorläuferteilchengrößenverteilung einen Mindestwert auf. Im Allgemeinen ist der prozentuale Volumenhohlraum größer, wenn die Vorläuferteilchengrößenverteilung enger ist. Folglich ist bevorzugt, dass die Vorläuferteilchen eine relativ enge Teilchengrößenverteilung aufweisen, um in einem verdichteten Zustand einen höheren Volumenhohlraum zu liefern. Des Weiteren ist im Allgemeinen das prozentuale Porenvolumen größer, wenn die Vorläuferteilchengröße größer ist.
  • Die absorbierende Makrostruktur kann außerdem eine Vielzahl von Absorptionsgelierteilchenschichten umfassen, die jeweils Absorptionsgelierteilchen umfassen. Die Vielzahl von Absorptionsgelierteilchenschichten haben mindestens in zwei benachbarten Teilchenschichten im Wesentlichen unterschiedliche Teilchengrößen. Vorzugsweise werden die gewichtsmittleren Teilchengrößen der Vielzahl von Absorptionsgelierteilchenschichten mit aufeinander folgenden Teilchenschichten geändert. In einer in 19 gezeigten bevorzugten Ausführungsform umfasst die absorbierende Makrostruktur 71a eine Vielzahl von Schichten von Absorptionsgelierteilchen, wobei die gewichtsmittlere Teilchengröße der geschichteten Teilchen graduell in der Richtung von der Substratschicht 72 weg verringert wird. Andererseits umfasst die Makrostrukturschicht 71b in einer anderen, in 20 gezeigten Ausführungsform eine Vielzahl von Schichten von Absorptionsgelierteilchen, wobei die gewichtsmittlere Teilchengröße der geschichteten Teilchen graduell in der Richtung von der Substratschicht 72 weg erhöht wird. Es wird angenommen, dass die Schichtung von Teilchen mit zuneh mender (oder abnehmender) Teilchengröße in den porösen Makrostrukturen Vorteile bei der Fluidaufnahme, -verteilung und -aufbewahrung liefern kann. Zum Beispiel weisen die Bereiche mit größeren Hohlräumen zwischen benachbarten größeren Teilchen in den oberen Schichten in einer Makrostrukturschicht, die oberste Teilchenschichten mit verhältnismäßig größeren Teilchen als denen in den untersten Schichten aufweist, eine verhältnismäßig größere Porosität und einen größeren Fluss für die Flüssigkeiten auf, was ermöglicht, dass ein beträchtlicher Teil des Fluids dadurch in die unteren Schichten laufen kann. In den unteren Schichten werden die Flüssigkeiten aufgrund der kleineren Poren und Hohlräume leicht aufgenommen und von den kleineren absorbierenden Teilchen absorbiert, die dann beginnen zu quellen. Die größeren Teilchen in der obersten Schicht bleiben zum Aufnehmen und Absorbieren weiterer Flüssigkeitsabscheidungen verfügbar. Insbesondere im Fall von absorbierenden Windeln, in denen mehrere Abscheidungen von Flüssigkeiten erwartet werden, kann die Schichtung von Teilchen nach Größe das Absorptionsvermögen des Absorptionsmaterials optimieren.
  • Auf ähnliche Weise kann eine absorbierende Makrostruktur eine Vielzahl von Teilchenschichten umfassen, wobei die Absorptionsgelierteilchen von beliebigen zwei Schichten unterschiedliche Absorptionsgelierteilcheneigenschaften aufweisen können. Diese unterschiedlichen Absorptionsgelierteilcheneigenschaften können beispielsweise eine unterschiedliche Flüssigkeitsaufnahmegeschwindigkeit, ein unterschiedliches Flüssigkeitsabsorptionsvermögen, eine unterschiedliche Teilchenform, eine unterschiedliche Teilchengelstärke oder Kombinationen dieser unterschiedlichen Eigenschaften umfassen. Wie im Fall der Absorptionsgelierteilchengröße können die aufeinander folgenden Schichten von Absorptionsgelierteilchen hinsichtlich dieser Absorptionsgelierteilcheneigenschaften angeordnet werden. Als Beispiel kann eine absorbierende Makrostruktur so gefertigt werden, dass sie schneller absorbierende Gelierteilchen in den untersten Schichten, an das Substrat angrenzend, und langsamer absorbierende Gelierteilchen in der Nähe der Oberfläche aufweist.
  • In einer alternativen Ausführungsform können Schichten von Absorptionsgelierteilchen durch eine Schicht von nicht absorbierendem Geliermaterial, das vorzugsweise teilchenförmig ist, getrennt werden. Derartiges nicht absorbierendes Geliermaterial kann Absorptionsfasern oder andere Formen, wie hierin im Folgenden beschrieben, oder teilchenförmiges Material umfassen, das andere Funktionen bereitstellen kann, wie Geruchskontrolle.
  • Die absorbierende Makrostrukturschicht kann wahlweise nicht absorbierende Geliermaterialien umfassen, wie nicht absorbierende Gelierfasern. Derartiges Fasermaterial kann als Verstärkungselemente in den Makrostrukturschichten der vorliegenden Erfindung als auch als ein Coabsorbens mit den Absorptionsgelierteilchen verwendet werden. Eine beliebige Art von Fasermaterial, das zur Verwendung in herkömmlichen Absorptionsprodukten geeignet ist, kann in den Makrostrukturen hierin verwendet werden. Zu spezifischen Beispielen derartigen Fasermaterials zählen Cellulosefasern, modifizierte Cellulosefasern, Rayon, Polypropylen und Polyesterfasern, wie Polyethylenterephthalat (DACRON), hydrophiles Nylon (HYDROFIL), und dergleichen. Beispiele anderer Fasermaterialien zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung neben einigen bereits erörterten sind hydrophilisierte hydrophobe Fasern, wie mit Tensid oder mit Siliciumdioxid behandelte thermoplastische Fasern, die beispielsweise von Polyolefinen, wie Polyethylen oder Polypropylen, Polyacrylaten, Polyamiden, Polystyrolen, Polyurethanen und dergleichen abgeleitet wurden. In der Tat sind hydrophilisierte hydrophobe Fasern, die an sich und selbst nicht sehr absorptionsfähig sind und folglich keine Bahnen mit ausreichendem Absorptionsvermögen liefern, um in herkömmlichen absorbierenden Strukturen von Nutzen zu sein, aufgrund ihrer guten Feuchtigkeitstransporteigenschaften zur Verwendung in den Makrostrukturschichten der vorliegenden Erfindung geeignet. Dies liegt darin begründet, dass die Neigung der Fasern in den Ma krosrtukturen hierin zum Feuchtigkeitstransport aufgrund der hohen Fluidaufnahmegeschwindigkeit und des Fehlens von Gelblockierungseigenschaften der Makrostrukturschichten in der vorliegenden Erfindung genauso wichtig wie, wenn nicht sogar wichtiger als das Absorptionsvermögen des Fasermaterials selbst ist. Synthetische Fasern sind im Allgemeinen zum diesbezüglichen Gebrauch als die Faserkomponente der Makrostrukturschichten bevorzugt. Am meisten bevorzugt sind Polyolefinfasern, vorzugsweise Polyethylenfasern.
  • Andere Cellulosefasermaterialien, die in bestimmten Makrostrukturschichten hierin geeignet sein können, sind chemisch versteifte Cellulosefasern. Bevorzugte chemisch versteifte Cellulosefasern sind die versteiften, verdrillten, gekräuselten Cellulosefasern, die mittels internen Vernetzens von Cellulosefasern mit einem Vernetzungsmittel hergestellt werden können. Geeignete versteifte, verdrillte, gekräuselte Cellulosefasern, die als das hydrophile Fasermaterial hierin geeignet sind, sind ausführlicher in der US-Patentschrift 4,888,093 (Dean et al), erteilt am 19. Dezember 1989; der US-Patentschrift 4,889,595 (Herron et al), erteilt am 26. Dezember 1989; der US-Patentschrift 4,889,596 (Schoggen et al), erteilt am 26. Dezember 1989; der US-Patentschrift 4,889,597 (Bourbon et al), erteilt am 26. Dezember 1989; und der US-Patentschrift 4,898,647 (Moore et al), erteilt am 6. Februar 1990, beschrieben, die alle durch Bezugnahme eingeschlossen sind.
  • In einer anderen bevorzugten Ausführungsform kann die absorbierende Makrostrukturschicht wahlweise Celluloseschaumteilchen (oder -granalien) umfassen, die mit den Absorptionsgelierteilchen gemischt sind. Vorzugsweise haben die Celluloseschaumteilchen ein durchschnittliches Volumen von mindestens etwa 0,1 mm3, mehr bevorzugt von etwa 1,0 mm3 bis etwa 125 mm3.
  • Wie hier verwendet, beschreibt der Ausdruck „hydrophil" Fasern oder die Oberflächen von Fasern, die von den wässrigen Flüssigkeiten benetzt werden, die auf den Fasern abgeschieden werden (d. h. wenn sich Wasser oder wässrige Körperflüssigkeit leicht auf der oder über die Oberfläche der Faser ausbreitet, ungeach tet dessen, ob die Faser tatsächlich Fluid aufsaugt oder ein Gel bildet oder nicht). Der Stand der Technik bezüglich des Benetzens von Materialien ermöglicht die Definition von Hydrophobie (und Benetzung) in Bezug auf Kontaktwinkel und die Oberflächenspannung der beteiligten Flüssigkeiten und Feststoffe. Dies wird in der Veröffentlichung der American Chemical Society Publication mit dem Titel „Contact Angle, Wettability, and Adhesion", herausgegeben von Robert F. Gould und 1964 urheberrechtlich geschützt, ausführlich erörtert. Von einer Faser oder Oberfläche einer Faser wird gesagt, dass sie von einer Flüssigkeit benetzt wird, entweder wenn der Kontaktwinkel zwischen der Flüssigkeit und der Faser oder Oberfläche weniger als 90° beträgt oder wenn die Flüssigkeit dazu neigt, sich spontan über die Oberfläche der Faser auszubreiten; beide Bedingungen liegen normalerweise gleichzeitig vor.
  • Andere Materialien, um verschiedene zusätzliche Funktionalität bereitzustellen. Eine derartige zusätzliche Funktionalität kann Porosität, Permeabilität, Geruchskontrolle, Nässeanzeige, strukturelle Flexibilität und strukturelle Integrität beinhalten. Zu nicht einschränkenden Beispielen solcher anderen Materialien zählen: Füllmaterial, wie Siliciumdioxid; Nässeanzeigemittel und Geruchskontrollmittel, wie die in der US-Patentschrift 5,161,686 offenbarten.
  • Die absorbierende Makrostrukturschicht umfasst in der Regel von etwa 50 Gew.-% bis etwa 100 Gew.-%, vorzugsweise von etwa 70 Gew.-% bis etwa 100 Gew.-% und mehr bevorzugt etwa 90 Gew.-% und mehr Absorptionsgelierteilchen.
  • C. Absorbierende Vorläuferteilchen
  • Die in der vorliegenden Erfindung verwendeten Makrostrukturen werden aus Polymermaterialien gebildet, die große Mengen von Flüssigkeiten absorbieren können. (Solche Polymermaterialien werden allgemein als „Hydrogel-", „Hydrokolloid-" oder „superabsorbierende" Materialien bezeichnet.) Die Makrostrukturen umfassen vorzugsweise im Wesentlichen wasserunlösliches, absorbierendes, Hy drogel bildendes Polymermaterial. Die spezifischen Polymermaterialien werden hierin in Bezug auf jene erörtert, die die Absorptionsgelierteilchen (hierin im Folgenden auch als „Vorläuferteilchen" bezeichnet) bilden.
  • Obgleich die Vorläuferteilchen eine Größe aufweisen können, die über einen weiten Bereich variiert, sind spezifische Teilchengrößenverteilungen und Größen bevorzugt. Für Zwecke der vorliegenden Erfindung ist die Teilchengröße für Vorläuferteilchen, die kein großes Verhältnis von größter Abmessung zu kleinster Abmessung, wie Fasern (z. B. Granalien, Flocken oder Pulver), aufweisen, als die Abmessung eines Vorläuferteilchens definiert, die mittels Siebgrößenanalyse ermittelt wird. Folglich wird beispielsweise ein Vorläuferteilchen, das auf einem Standardsieb Nr. 30 mit 600-Mikrometer-Öffnungen zurückgehalten wird, als eine Teilchengröße von mehr als 600 Mikrometer aufweisend betrachtet, ein Vorläuferteilchen, das durch ein Standardsieb Nr. 30 mit 600-Mikrometer-Öffnungen durchgeht und auf einem Standardsieb Nr. 35 mit 500-Mikrometer-Öffnungen zurückgehalten wird, als eine Teilchengröße von 500 bis 600 Mikrometer aufweisend betrachtet, und ein Vorläuferteilchen, das durch ein Standardsieb Nr. 35 mit 500-Mikrometer-Öffnungen durchgeht, als eine Teilchengröße von weniger als 500 Mikrometer aufweisend betrachtet. In bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden die Vorläuferteilchen im Allgemeinen eine Größe im Bereich von etwa 1 Mikrometer bis etwa 2000 Mikrometer, mehr bevorzugt von etwa 20 Mikrometer bis etwa 1000 Mikrometer aufweisen.
  • Ferner ist für Zwecke dieser Erfindung die gewichtsmittlere Teilchengröße der Vorläuferteilchens beim Bestimmen der Charakteristika und Eigenschaften der resultierenden Makrostrukturen wichtig. Die gewichtsmittlere Teilchengröße eines gegebenen Musters von Vorläuferteilchen ist als die Teilchengröße definiert, bei der es sich um die durchschnittliche Teilchengröße des Musters auf einer Massebasis handelt. Ein Verfahren zum Bestimmen der gewichtsmittleren Teil chengröße eines Musters wird hierin im Folgenden im Abschnitt Prüfverfahren beschrieben. Die gewichtsmittlere Teilchengröße der Vorläuferteilchen wird im Allgemeinen von etwa 20 Mikrometer bis etwa 1500 Mikrometer, mehr bevorzugt von etwa 50 Mikrometer bis etwa 1000 Mikrometer, am meisten bevorzugt von etwa 50 Mikrometer bis etwa 800 Mikrometer betragen. In besonders bevorzugten Ausführungsformen betragen die gewichtsmittleren Teilchengrößen von etwa 100 Mikrometer bis etwa 250 Mikrometer. Die Teilchen können im Wesentlichen eine gleichmäßige Größe und Form oder eine willkürliche oder geordnete Größe und Form aufweisen. In einer beispielhaften Ausführungsform haben mindestens etwa 95 Gew.-% der Vorläuferteilchen eine Teilchengröße von etwa 150 Mikrometer bis etwa 300 Mikrometer. In einer alternativen Ausführungsform haben mindestens etwa 95 Gew.-% der Vorläuferteilchen eine Teilchengröße von etwa 90 Mikrometer bis etwa 180 Mikrometer. Enge Vorläuferteilchengrößenverteilungen sind gegenüber breiteren Vorläuferteilchengrößenverteilungen mit gleichwertigen gewichtsmittleren Teilchengrößen bevorzugt, da sie bei Verdichtung aufgrund des höheren Hohlraumanteils in einer Makrostruktur mit größerer Porosität resultieren.
  • Die Teilchengröße von Materialien mit einer großen größten Abmessung/kleinsten Abmessung, wie Fasern, wird in der Regel durch deren größte Abmessung definiert. Wenn beispielsweise absorbierende Polymerfasern (d. h. superabsorbierende Fasern) in den Makrostrukturen verwendet werden, wird die Länge der Fasern zum Definieren der „Teilchengröße" verwendet. (Das Denier und/oder der Durchmesser der Fasern kann gleichfalls spezifiziert werden.) In beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung haben die Fasern eine Länge von mehr als etwa 5 mm, vorzugsweise von etwa 10 mm bis etwa 100 mm, mehr bevorzugt von etwa 10 mm bis etwa 50 mm.
  • Die Vorläuferteilchen umfassen im Wesentlichen wasserunlösliches, absorbierendes, Hydrogel bildendes Polymermaterial mit einer Vielzahl von anionischen, funktionellen Gruppen, wie Sulfonsäure- und typischer Carboxygruppen. Zu Beispielen von zur Verwendung als die Vorläuferteilchen hierin geeigneten Polymermaterialien zählen diejenigen, die aus polymerisierbaren, ungesättigten, säurehaltigen Monomeren hergestellt werden. Somit umfassen derartige Monomere die olefinisch ungesättigten Säuren und Anhydride, die mindestens eine olefinische Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindung enthalten. Genauer können diese Monomere aus olefinisch ungesättigten Carbonsäuren und -säureanhydriden, olefinisch ungesättigten Sulfonsäuren und Mischungen davon ausgewählt sein.
  • Es können beim Herstellen der Vorläuferteilchen hierin auch einige nichtsaure Monomere eingebunden werden, für gewöhnlich in geringen Mengen. Zu derartigen nichtsauren Monomeren zählen beispielsweise die wasserlöslichen oder wasserdispergierbaren Ester der säurehaltigen Monomere als auch Monomere, die überhaupt keine Carbonsäure- oder Sulfonsäuregruppen enthalten. Fakultative nichtsaure Monomere können somit Monomere einschließen, die die folgenden Arten von funktionellen Gruppen enthalten: Carbonsäure- oder Sulfonsäureester, Hydroxygruppen, Amidgruppen, Aminogruppen, Nitrilgruppen und quartäre Ammomiumsalzgruppen. Diese nichtsauren Monomere sind bekannte Materialien und sind beispielsweise in der US-Patentschrift 4,076,663 (Masuda et al.), erteilt am 28. Februar 1978, und in der US-Patentschrift 4,062,817 (Westerman), erteilt am 13. Dezember 1977, die beide durch Bezugnahme eingeschlossen sind, ausführlicher beschrieben.
  • Zu olefinisch ungesättigten Carbonsäure- und Carbonsäureanhydridmonomeren zählen die Acrylsäuren, die von Acrylsäure selbst typifiziert werden, Methacrylsäure, Ethacrylsäure, a-Chloracrylsäure, a-Cyanacrylsäure, b-Methylacrylsäure (Krotonsäure), a-Phenylacrylsäure, b-Acryloxypropionsäure, Sorbinsäure, a-Chlorsorbinsäure, Angelikasäure, Zimtsäure, p-Chlorzimtsäure, b-Sterylacrylsäure, Itaconsäure, Citraconsäure, Mesaconsäure, Glutaconsäure, Aconitsäure, Maleinsäure, Fumarsäure, Tricarboxyethylen und Maleinsäureanhydrid.
  • Olefinisch ungesättigte Sulfonsäuremonomere schließen aliphatische oder aromatische Vinylsulfonsäuren ein, wie Vinylsulfonsäure, Allylsulfonsäure, Vinyltoluolsulfonsäure und Styrolsulfonsäure, Acryl- und Methacrylsulfonsäure, wie Sulfoethylacrylat, Sulfoethylmethacrylat, Sulfopropylacrylat, Sulfopropylmethacrylat, 2-Hydroxy-3-methacryloxypropylsulfonsäure und 2-Acrylamid-2-methylpropansulfonsäure.
  • Bevorzugte Polymermaterialien zum Gebrauch in der vorliegenden Erfindung enthalten Carboxygruppen. Zu diesen Polymeren zählen hydrolysierte Stärke-Acrylnitril-Pfropfcopolymere, teilweise neutralisierte Stärke-Acrylnitril-Pfropfcopolymere, Stärke-Acrylsäure-Pfropfcopolymere, teilweise neutralisierte Stärke-Acrylsäure-Pfropfcopolymere, verseifte Vinylacetat-Acrylester-Copolymere, hydrolysierte Acrylnitril- oder Acrylamid-Copolymere, leicht vernetzte Polymere eines beliebigen der vorstehenden Copolymere, teilweise neutralisierte Polyacrylsäure und leicht vernetzte Polymere von teilweise neutralisierter Polyacrylsäure. Diese Polymere können entweder allein oder in der Form einer Mischung von zwei oder mehr verschiedenen Polymeren verwendet werden. Beispiele für diese Polymermaterialien sind in der US-Patentschrift 3,661,875, der US-Patentschrift 4,076,663, der US-Patentschrift 4,093,776, der US-Patentschrift 4,666,983 und der US-Patentschrift 4,734,478 offenbart.
  • Am meisten bevorzugte Polymermaterialien zur Verwendung beim Herstellen der Vorläuferteilchen sind leicht vernetzte Polymere von teilweise neutralisierten Polyacrylsäuren und Stärkederivate davon. Am meisten bevorzugt umfassen die Vorläuferteilchen von etwa 50 % bis etwa 95 %, vorzugsweise etwa 75 % neutralisierte, leicht vernetzte Polyacrylsäure (d. h. Poly(natriumacryladacrylsäure)). Wie oben beschrieben werden die Vorläuferteilchen vorzugsweise aus Polymermaterialien hergestellt, die leicht vernetzt sind. Die Vernetzung dient dazu, die Polymermaterialien, aus denen die Vorläuferteilchen hergestellt werden, im Wesentlichen wasserunlöslich zu machen, und bestimmt zum Teil das Absorptionsvermögen und die extrahierbaren Polymergehaltcharakteristika der Vorläuferteilchen und der resultierenden Makrostrukturen. Verfahren zum Vernetzen der Polymere und typische Vernetzungsmittel sind ausführlicher in der vorstehend referenzierten US-Patentschrift 4,076,663 beschrieben.
  • Die einzelnen Vorläuferteilchen können auf eine beliebige herkömmliche Art und Weise gebildet werden. Typische und bevorzugte Verfahren zum Herstellen der einzelnen Vorläuferteilchen sind in der US-Patentschrift Re. 32,649 (Brandt et al), erteilt am 19. April 1988, der US-Patentschrift 4,666,983 (Tsubakimoto et al), erteilt am 19. Mai 1987, und der US-Patentschrift 4,625,001 (Tsubakimoto et al), erteilt am 25. November 1986, die alle durch Bezugnahme eingeschlossen sind, beschrieben. Die Vorläuferteilchen sind vorzugsweise im Wesentlichen trocken. Der Ausdruck „im Wesentlichen trocken" wird hierin als bedeutend verwendet, dass die Vorläuferteilchen einen Flüssigkeitsgehalt, in der Regel Wasser- oder ein anderer Lösungsgehalt, von weniger als etwa 50 Gew.-%, vorzugsweise weniger als etwa 20 Gew.-%, mehr bevorzugt weniger als etwa 10 Gew.-% der Vorläuferteilchen aufweist. Am meisten bevorzugt liegt der Flüssigkeitsgehalt der Vorläuferteilchen im Bereich von etwa 0,01 Gew.-% bis etwa 5 Gew.-% der Vorläuferteilchen. Die einzelnen Vorläuferteilchen können mittels eines beliebigen herkömmlichen Verfahrens, wie durch Erhitzung, getrocknet werden. Alternativ kann, wenn die Vorläuferteilchen unter Verwendung einer wässrigen Reaktionsmischung gebildet werden, Wasser durch azeotrope Destillation aus der Reaktionsmischung abgezogen werden. Die polymerhaltige wässrige Reaktionsmischung kann auch mit einem entwässernden Lösungsmittel, wie Methanol, behandelt werden. Es können gleichfalls Kombinationen dieser Trockungsvorgänge angewendet werden. Die entwässerte Masse des Polymermaterials kann dann geschnitzelt oder pulverisiert werden, um im Wesentlichen trockene Vorläuferteilchen aus im Wesentlichen wasserunlöslichem, absorbierendem, Hydrogel bildendem Polymermaterial zu bilden.
  • Bevorzugte Vorläuferteilchen der vorliegenden Erfindung sind jene, die ein hohes Absorptionsvermögen aufzeigen, so dass die aus solchen Vorläuferteilchen gebildete, resultierende Makrostruktur ebenfalls ein hohes Absorptionsvermögen aufweist. Absorptionsvermögen bezieht sich auf das Vermögen eines gegebenen Polymermaterials, Flüssigkeiten zu absorbieren, mit denen es in Kontakt kommt. Das Absorptionsvermögen kann mit der Beschaffenheit der absorbierten Flüssigkeit und der Art und Weise, auf die die Flüssigkeit mit dem Polymermaterial in Kontakt kommt, stark variieren. Für Zwecke dieser Erfindung ist das Absorptionsvermögen im Hinblick auf die Menge synthetischen Urins (wie hierin im Folgenden definiert), die von einem beliebigen gegebenen Polymermaterial absorbiert wird, in Form von Gramm synthetischen Urins pro Gramm Polymermaterial in einer hierin im Folgenden im Abschnitt Prüfverfahren definierten Methode definiert. Bevorzugte Vorläuferteilchen der vorliegenden Erfindung sind jene, die ein Absorptionsvermögen von mindestens etwa 20 Gramm, mehr bevorzugt mindestens etwa 25 Gramm synthetischen Urins pro Gramm Polymermaterial aufweisen. In der Regel haben die Polymermaterialien der Vorläuferteilchen hierin ein Absorptionsvermögen von etwa 20 Gramm bis etwa 70 Gramm synthetischen Urins pro Gramm Polymermaterial. Vorläuferteilchen, die dieses Charakteristikum eines verhältnismäßig hohen Absorptionsvermögens aufweisen, ergeben Makrostrukturen, die in Absorptionsprodukten, Absorptionselementen und Absorptionsartikeln besonders geeignet sind, da die aus solchen Vorläuferteilchen gebildeten, resultierenden Makrostrukturen definitionsgemäß wünschenswert hohe Mengen abgegebener Körperausscheidungen, wie Urin, zurückhalten.
  • Obgleich alle Vorläuferteilchen vorzugsweise aus demselben Polymermaterial mit denselben Eigenschaften gebildet werden, muss dies nicht der Fall sein. Zum Beispiel können einige Vorläuferteilchen ein Stärke-Acrylsäure-Pfropfcopolymer umfassen, wohingegen andere Vorläuferteilchen ein leicht vernetztes Polymer von teilweise neutralisierter Polyacrylsäure umfassen kann. Ferner können sich die Vorläuferteilchen in Bezug auf die Größe, die Form, das Absorptionsvermögen oder eine andere Eigenschaft oder ein anderes Charakteristikum unterschei den. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bestehen die Vorläuferteilchen im Wesentlichen aus leicht vernetzten Polymeren von teilweise neutralisierter Polyacrylsäure, wobei jedes Vorläuferteilchen ähnliche Eigenschaften aufweist.
  • In einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können die Vorläuferteilchen selbst an mindestens einem Teil ihrer Oberflächen, vorzugsweise im Wesentlichen all ihren Oberflächen vernetzt werden, bevor die Vorläuferteilchen zu einer absorbierenden Makrostruktur ausgebildet werden. Die Oberflächenvernetzung der Vorläuferteilchen kann mit einem beliebigen der hierin im Folgenden beschriebenen Vernetzungsmittel durchgeführt werden. Bevorzugte Vernetzungsmittel haben vorzugsweise eine verhältnismäßig große Molekülgröße und sind vorzugsweise kationisch. Ein solches Vernetzungsmittel kann nicht in die Absorptionsteilchen eindringen und folglich tatsächlich nur mit Polymermaterial an dessen Oberfläche reagieren. Am meisten bevorzugt ist das Vernetzungsmittel ein kationisches Amino-Epichlorhydrin-Additionsprodukt.
  • D. Vernetzunsgmittel
  • Ein Vernetzungsmittel wird verwendet, um das Polymermaterial der Vorläuferteilchen der absorbierenden Makrostruktur zu vernetzen. Ein geeignetes Vernetzungsmittel kann ein nichtionisches Vernetzungsmittel sein, die in der US-Patentschrift 5,102,597 (Roe et al), erteilt am 7. April 1992, beschrieben sind. Zu diesen nichtionischen Vernetzungsmitteln zählen mehrwertige Alkohole (z. B. Glycerin), Polyaziridinverbindungen (z. B. 2,2-Bishydroxymethylbutanoltris[3-(1-aziridin)propionat]), Halogenepoxidverbindungen (z. B. Epicholorhydrin), Polyaldehydverbindungen (z. B. Glutaraldehyd), Polyaminverbindungen (z. B. Ethylenamin) und Polyisocyanatverbindungen (z. B. 2,4-Toluoldiisocyanat), vorzugsweise Glycerin.
  • Bevorzugte Vernetzungsmittel sind jene, die vorwiegend Vernetzung an Teilen der Oberfläche der absorbierenden Vorläuferteilchen liefern. Derartige Vernetzungsmittel haben vorzugsweise eine verhältnismäßig große Molekülgröße und sind vorzugsweise kationisch. Infolgedessen kann, so wird angenommen, ein solches Vernetzungsmittel nicht in die Absorptionsteilchen eindringen und folglich tatsächlich nur mit Polymermaterial an dessen Oberfläche reagieren. Es ist möglich, dass irgendein solches größeres Vernetzungsmittel in das Teilchen eindringen kann, wenn das Teilchen mittels des Quellmittels gequellt wird.
  • Ein weiteres bevorzugtes Vernetzungsmittel ist eines, das sehr schnell mit den anionischen, in der Regel carboxyfunktionellen Gruppen des Polymermaterials der Absorptionsteilchen reagiert, selbst in einem Raumtemperaturbereich (z. B. bei von etwa 13 °C bis etwa 33 °C). Infolgedessen sind ziemlich kleine Konzentrationen (z. B. nur etwa 1 Gew.-% der Teilchen) eines solchen Vernetzungsmittels erforderlich, um eine effektive Oberflächenvernetzung des in den absorbierenden Vorläuferteilchen vorliegenden Polymermaterials bereitzustellen.
  • Ein bevorzugtes Vernetzungsmittel der vorliegenden Erfindung ist jedoch ein Additionsprodukt von Epichlorhydrin mit bestimmten Arten von monomeren oder polymeren Aminen. Diese Amino-Epichlorhydrin-Additionsprodukte reagieren mit dem Polymermaterial der absorbierenden Vorläuferteilchen und insbesondere den anionischen, in der Regel carboxyfunktionellen Gruppen dieser Polymermaterialien, um eine kovalente Bindung der Ester-Art zu bilden. Mit anderen Worten, das Amino-Epichlorhydrin-Additionsprodukt dient dazu, das in den absorbierenden Vorläuferteilchen vorliegende Polymermaterial zu vernetzen. (Die Teile des Absorptionsteilchens, die Polymermaterial enthalten und effektiv mit dem Amino-Epichlorhydrin-Additionsprodukt vernetzt wurden, quellen bei Anwesenheit von wässriger Körperflüssigkeit im Vergleich zu den anderen vernetzten Teilen des Teilchens in geringerem Maße.) Ein solches kationisches Amino-Epichlorhydrin-Additionsprodukt, insbesondere eine Polymerharz-Variante, ist verhältnismäßig groß, so dass eine bevorzugte Oberflächenvernetzung erzielt wird. Ein solches Additionsprodukt mit dessen kationischen funktionellen Gruppen (z. B. Azetediniumgruppen) kann im Raumtemperaturbereich von vorzugsweise von etwa 13 °C bis etwa 33 °C, mehr bevorzugt von etwa 18 °C bis etwa 28 °C, am meisten bevorzugt etwa 23 °C schnell mit dem Polymermaterial reagieren.
  • Wie hier verwendet, bezieht sich „kationisches Amino-Epichlorhydrin-Additionsprodukt" auf das Reaktionsprodukt zwischen Epichlorhydrin und einem monomeren oder polymeren Amin, so dass das resultierende Reaktionsprodukt mindestens zwei kationische funktionelle Gruppen aufweist. Diese Additionsprodukte können in Form von monomeren Verbindungen (z. B. dem Reaktionsprodukt von Epichlorhydrin und Ethylendiamin) oder in polymerer Form (z. B. das Reaktionsprodukt zwischen Epichlorhydrin und Polyamid-Polyaminen oder Polyethyleniminen) sein. Die polymeren Varianten dieser kationischen Amino-Epichlorhydrin-Additionsprodukte werden in der Regel als „Harze" bezeichnet.
  • Eine Art von Aminverbindung, die mit Epichlorhydrin umgesetzt werden kann, um in der vorliegenden Erfindung geeignete Additionsprodukte zu bilden, umfasst monomere Di-, Tri- und höhere Amine mit primären oder sekundären Aminogruppen in ihren Strukturen. Zu Beispielen geeigneter Diamine dieser Art zählen Bis-2-aminoethylether, N,N-Dimethylethylendiamin, Piperazin und Ethylendiamin. Zu Beispielen geeigneter Triamine dieser Art zählen N-Aminoethylpiperazin und Dialkylentriamine, wie Diethylentriamin und Dipropylentriamin.
  • Derartige Aminmaterialien werden mit Epichlorhydrin umgesetzt, um die als Vernetzungsmittel hierin geeigneten kationischen Amino-Epichlorhydrin-Additionsprodukte zu bilden. Die Herstellung dieser Additionsprodukte sowie eine vollständigere Beschreibung der Additionsprodukte selbst sind in der US-Patentschrift 4,310,593 (Gross), erteilt am 12. Januar 1982, und in Ross et al., J. Organic Chemistry, Bd. 29, S. 824-826 (1964), zu finden. Diese beiden Dokumente sind durch Bezugnahme eingeschlossen.
  • Neben den monomeren Aminen können auch polymere Amine, wie Polyethylenimine, als die Aminverbindung eingesetzt werden. Eine besonders wünschenswerte Aminverbindung, die mit Epichlorhydrin umgesetzt werden kann, um hierin geeignete, bevorzugte kationische polymere Additionsproduktharze zu bilden, umfassen Polyamid-Polyamine, die von Polyalkylenpolyaminen und gesättigten zweibasischen C3-C10-Carbonsäuren abgeleitet sind. Epichlorhydrin/Polyamid-Polyamin-Additionsprodukte dieser Art sind wasserlösliche, wärmehärtbare kationische Polymere, die als nassfeste Harze für Papierprodukte in der Technik wohl bekannt sind.
  • Bei der Herstellung von Polyamid-Polyaminen, die zum Bilden dieser bevorzugten Klasse von kationischen polymeren Harzen verwendet werden, wird zunächst eine Dicarbonsäure mit einem Polyalkylen-Polyamin, vorzugsweise in wässriger Lösung, unter derartigen Bedingungen umgesetzt, dass ein wasserlösliches, langkettiges Polyamid hergestellt wird, das die wiederkehrenden Gruppen -NH(CnH2nHN)x-CORCO- enthält, wobei n und x jeweils 2 oder mehr sind und R die C1- bis C8-Alkylengruppe der Dicarbonsäure ist.
  • Eine Vielfalt an Polyalkylenpolyaminen, einschließlich Polyethylenpolyaminen, Polypropylenpolyaminen, Polybutylenpolyaminen und so weiter, kann zum Herstellen des Polyamid-Polyamins eingesetzt werden, von denen die Polyethylenpolyamine eine wirtschaftlich bevorzugte Klasse darstellen. Genauer sind bevorzugte Polyalkylenpolyamine, die zum Herstellen der kationischen polymeren Harze hierin verwendet werden, Polyamine, die zwei primäre Amingruppen und mindestens eine sekundäre Amingruppe enthalten, in der die Stickstoffatome durch Gruppen mit der Formel -CnH2n- miteinander verknüpft sind, wobei n eine kleine ganze Zahl ist, die größer als Eins ist, und die Anzahl solcher Gruppen im Molekül von zwei bis zu etwa acht und vorzugsweise bis zu etwa vier reicht. Die Stickstoffatome können an benachbarte Kohlenstoffatome in der Gruppe -CnH2n- oder an Kohlenstoffatome, die weiter entfernt sind, nicht jedoch an dasselbe Kohlenstoffatom gebunden sein. Die Verwendung solcher Polyamine wie Diethylentriamin, Triethylentetramin, Tetraethylenpentamin, Dipropylentriamin und dergleichen, die in halbwegs reiner Form erhalten werden können, wird ebenfalls in Betracht gezogen. Von all den vorstehenden sind die Polyethylenpolyamine, die von zwei bis vier Ethylengruppen, zwei primäre Amingruppen und von ein bis drei sekundäre Amingruppen enthalten, am meisten bevorzugt.
  • Polyaminpräkursorsubstanzen, die mindestens drei Aminogruppen enthalten, wobei mindestens eine dieser Gruppen eine tertiäre Aminogruppe ist, werden ebenfalls zum diesbezüglichen Gebrauch in Erwägung gezogen. Zu geeigneten Polyaminen dieser Art zählen Methylbis(3-aminopropyl)amin, Methylbis(2-aminoethyl)amin, N-(2-Aminoethyl)piperazin, 4,7-Dimethyltriethylentetraamin und dergleichen.
  • Die Dicarbonsäuren, die mit den vorstehenden Polyaminen umgesetzt werden können, um die Polyamid-Polyamin-Präkursoren der hierin geeigneten, bevorzugten kationischen polymeren Harze zu bilden, umfassen die gesättigten aliphatischen C3-C10-Dicarbonsäuren. Mehr bevorzugt sind jene, die von 3 bis 8 Kohlenstoffatome enthalten, wie Malon-, Bernstein-, Glutar-, Adipinsäure und so weiter, zusammen mit Diglykolsäure. Von diesen sind Diglykolsäure und die gesättigten aliphatischen Dicarbonsäuren mit von 4 bis 6 Kohlenstoffatomen im Molekül, und zwar Bernsteinsäure, und am meisten bevorzugt. Mischungen von zwei oder mehreren dieser Dicarbonsäuren können ebenfalls verwendet werden, als auch Mischungen von einer oder mehreren dieser mit höheren gesättigten aliphatischen Dicarbonsäuren, wie Azelain- und Sebacinsäure, solange das resultierende langkettige Polyamid-Polyamin wasserlöslich oder zumindest wasserdispergierbar ist.
  • Die Polyamid-Polyaminmaterialien, die aus den vorstehenden Polyaminen und Dicarbonsäuren hergestellt werden, werden mit Epichlorhydrin umgesetzt, um die kationischen polymeren Amino-Epichlorhydrin-Harze zu bilden, die zum diesbezüglichen Gebrauch als das Vernetzungsmittel bevorzugt sind. Die Herstellung derartiger Materialien ist in der US-Patentschrift 2,926,116 (Keim), erteilt am 23. Februar 1960, der US-Patentschrift 2,926,154 (Keim), erteilt am 23. Februar 1960, und der US-Patentschrift 3,332,901 (Keim), erteilt am 25. Juli 1967, die alle durch Bezugnahme eingeschlossen sind, ausführlicher beschrieben.
  • Die kationischen Polyamid-Polyamin-Epichlorhydrin-Harze, die zum diesbezüglichen Gebrauch als Vernetzungsmittel bevorzugt sind, werden im Handel von Hercules Inc. unter der Handelsbezeichnung Kymene® vertrieben. Besonders geeignet sind Kymene® 557H, Kymene® 557LX und Kymene® 557 Plus, bei denen es sich um die Epichlorhydrin-Additionsprodukte von Polyamid-Polyaminen handelt, die die Reaktionsprodukte von Diethylentriamin und Adipinsäure sind. Sie werden in der Regel in Form von wässrigen Lösungen des kationischen Harzmaterials vertrieben, die von etwa 10 Gew.-% bis etwa 33 Gew.-% des Harzwirkstoffs enthalten.
  • E. Substratschicht
  • Die Substratschicht mit bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann eine Vielfalt an Funktionen bereitstellen. Sie kann als ein Verteilungsmittel zum Verbessern der Verteilung von aufgebrachten Flüssigkeiten dienen, die von der Makrostrukturschicht zu absorbieren sind. Vorzugsweise sind die Flüssigkeitsverteilungseigenschaften des Substrats im Wesentlichen größer als die der absorbierenden Makrostruktur, so dass der Verbundstoff im Vergleich zur absorbierenden Makrostruktur für sich verbesserte Flüssigkeitsverteilungseigenschaften aufweist. In bevorzugten Ausführungsformen umfasst die Substratschicht eine Vielzahl von Kapillarelementen mit einer Länge, vorzugsweise im Wesentlichen parallel angeordnet, zum Verbessern der Verteilung der Flüssigkeit entlang deren Längen.
  • Die Substratschicht kann auch als ein Unterstützungsmittel für die absorbierende Makrostrukturschicht dienen, indem sie die miteinander verbundenen Absorptions teilchen in der absorbierenden Makrostruktur unterstützt. Wie oben beschrieben, sind die Absorptionsgelierteilchen durch den zu einem höheren Grad vernetzten Oberflächenteil mit mindestens einem der anderen benachbarten Teilchen verbunden. Die Substratschicht kann die Verbindungen der Absorptionsgelierteilchen oder die Verbindung dieser miteinander unterstützen, indem sie den Belastungs- und Beanspruchungskräften in dem Absorptionsverbundstoff im Gebrauch widersteht, die andernfalls bewirken würden, dass die miteinander verbundenen Teilchen der absorbierenden Makrostrukturschicht auseinander brechen. Das Unterstützungsmittel ist vorzugsweise eines, das eine hervorragende Nassfestigkeit aufweist und der absorbierenden Makrostrukturschicht eine verbesserte Nassfestigkeit und Integrität im nassen Zustand verleihen kann; d. h. das Substrat ist als ein Unterstützungsmittel wirksam, nachdem der Absorptionsverbundstoff und das Substrat selbst mit Flüssigkeit nass geworden sind. Eine Unterstützung der verbundenen oder miteinander verbundenen Gelierteilchen ist besonders in dieser Situation erforderlich, in der die Gelierteilchen nach dem Absorbieren von Flüssigkeit zu quellen beginnen, wodurch eine beträchtliche Beanspruchung auf die Teilchen-Teilchen-Verbindungen ausgeübt wird. Eine derartige Unterstützung ist besonders wichtig, wenn der Absorptionsverbundstoff in einem Absorptionsartikel, wie einer Windel oder einem Menstruationsprodukt, verwendet wird, in dem externe Kräfte auch auf die Struktur einwirken können, wodurch bewirkt wird, dass miteinander verbundene Teilchen der absorbierenden Makrostruktur auseinander brechen. Somit kann die Substratschicht dazu dienen, sowohl die Integrität und Festigkeit im trockenen Zustand als auch die Integrität im nassen Zustand und Nassfestigkeit des Absorptionsverbundstoffs zu verbessern.
  • Die von einem Substrat bereitgestellte Unterstützungsfunktion kann außerdem weniger dichte Makrostrukturschichten ermöglichen. Die weniger dichten absorbierenden Makrostrukturen haben ein höheres prozentuales Porenvolumen und größere Porenöffnungen zwischen benachbarten miteinander verbundenen Gelierteilchen, wodurch das Potential für Gelblockierung verringert und die Belas tungen in der Makrostruktur reduziert werden, wenn die Teilchen Fluid absorbieren und sich ausdehnen.
  • Die Substratschicht kann aus verschiedenen in der Technik bekannten Materialien ausgewählt werden, wie Cellulosefasern, Vliesbahnen, Gewebebahnen, Schäumen, Polyacrylatfasern, mit Öffnungen versehenen Polymerbahnen, synthetischen Fasern, metallischen Folien, Elastomeren und dergleichen. Die meisten derartigen Substrate können sowohl als ein Verteilungsmittel als auch als ein Unterstützungsmittel für die absorbierende Makrostrukturschicht dienen. Vorzugsweise setzt sich die Substratschicht aus Cellulosematerial oder einem Material mit Cellulosefunktionalität zusammen. Zur Verwendung als ein Fluidverteilungsmittel bevorzugte Substrate können aus Cellulosematerialien, Faserbahnen, Cellulosefaserbahnen, festen Schäumen, Celluloseschäumen und Polyvinylalkoholschäumen ausgewählt werden. Zur Verwendung als ein Unterstützungsmittel bevorzugte Substrate können aus Cellulosematerialien, Faserbahnen, Vliesbahnen, Cellulosefaserbahnen, festen Schäumen, Celluloseschäumen und Polyvinylalkoholschäumen ausgewählt werden.
  • Die Substratschicht ist vorzugsweise flexibel und nachgiebig, um derartige Eigenschaften im resultierenden Absorptionsverbundstoff zu fördern. Eine Substratschicht kann im Wesentlichen elastisch und nicht verstreckbar sein oder sie kann in veränderlichem Maße als Reaktion auf Kräfte, die gewöhnlich auf die und in der Ebene der Oberfläche des Substrats ausgeübt werden, verstreckbar oder verformbar sein.
  • Die Dicke und das Basisgewicht (Gewicht pro Einheitsfläche des Substrats) eines Substratmaterials werden je nach der Art des Substrats und den erwünschten Eigenschaften variieren. Ein Substrat kann außerdem eine Vielzahl einzelner Blätter oder Lagen eines bestimmten Substratmaterials oder eine Kombination von einer oder mehreren Substratschichten in einem Laminat umfassen. Als ein typisches Substrat weist ein Bounty®-Blatt eine Dicke von etwa 0,02 mm bis etwa 1,2 mm, mehr bevorzugt von etwa 0,3 mm bis etwa 0,8 mm und ein Basisgewicht von etwa 5 g/m2 bis etwa 100 g/m2, mehr bevorzugt von etwa 10 g/m2 bis etwa 60 g/m2 und am meisten bevorzugt von etwa 15 g/m2 bis etwa 40 g/m2 auf. Als ein anderes typisches Substrat weist ein Celluloseschaum eine Dicke im trockenen, komprimierten Zustand von etwa 0,5 mm bis etwa 3,0 mm, mehr bevorzugt von etwa 0,8 mm bis etwa 2,0 mm, eine Dicke im nassen, ausgedehnten Zustand von etwa 0,8 mm bis etwa 6,0 mm, mehr bevorzugt von etwa 1,0 mm bis etwa 5,0 mm und ein Basisgewicht von etwa 50 g/m2 bis etwa 2000 g/m2, mehr bevorzugt von etwa 100 g/m2 bis etwa 1000 g/m2 auf.
  • Substrate zur Verwendung als Unterstützungsmittel weisen in der Regel eine Zugfestigkeit im trockenen Zustand von etwa 197 g/cm (500 g/Zoll) bis etwa 3150 g/cm (8000 g/Zoll), jedoch mehr bevorzugt von etwa 394 g/cm (1000 g/Zoll) bis etwa 1181 g/cm (3000 g/Zoll), eine Zugfestigkeit im nassen Zustand von etwa 79 g/cm (200 g/Zoll) bis etwa 1969 g/cm (5000 g/Zoll), jedoch mehr bevorzugt von etwa 157 g/cm (400 g/Zoll) bis etwa 394 g/cm (1000 g/Zoll) und einen Berstwiderstand im nassen Zustand von etwa 100 bis etwa 2000 g, jedoch mehr bevorzugt von etwa 200 bis etwa 1000 g auf.
  • In bevorzugten Ausführungsformen umfasst die Substratschicht eine Cellulosefaserbahn, wie Papierhandtuch und Papiertuch. Beispiele derartiger Cellulosefaserbahnen sind in der US-Patentschrift 3,953,638, erteilt am 27. April 1976, der US-Patentschrift 4,469,735, erteilt am 4. Sept. 1984, der US-Patentschrift 4,468,428, erteilt am 28. Aug. 1984, und der US-Patentschrift 4,986,882, erteilt am 22. Jan. 1991, alle hierin durch Bezugnahme eingeschlossen, offenbart. Ein bevorzugtes Beispiel dieser ist Bounty®-Papierhandtuch, in den USA von der The Procter & Gamble Company im Handel vertrieben. Ein anderes bevorzugtes Beispiel dieser ist Kinocloth®-Papiertuch, in den USA und Japan von der Honshu Paper Co., Ltd., im Handel vertrieben. Bounty® und Kinocloth® sind hydrophil und haben gute Verteilungs- und Feuchtigkeitstransporteigenschaften als auch eine gute Integrität im nassen Zustand.
  • In einer anderen bevorzugten Ausführungsform umfasst die Substratschicht einen Celluloseschaum. Im Allgemeinen wird ein Celluloseschaum eine höhere Flüssigkeitstransportgeschwindigkeit gegenüber einer längeren Feuchtigkeitstransportdistanz als eine Cellulosefaserbahn bereitstellen. Vorzugsweise befindet sich der Celluloseschaum in einem komprimierten Zustand, um so dessen Feuchtigkeitstransport- und Fluidverteilungseigenschaften weiter zu verbessern. Geeigneter Celluloseschaum kann aus regenerierten Rayonfasern mittels wohl bekannten Verfahren hergestellt werden, wie den in der europäischen Patentveröffentlichung (Veröffentlichung Nr. 0,293,208), hierin durch Bezugnahme eingeschlossen, offenbarten. Derartige Celluloseschäume weisen zahlreiche kleine Zellen auf, deren Größe die Kapillarität und Aufnahmefähigkeit des Schaums beeinflussen. Die Celluloseschaumschicht wird sich gewöhnlich und vorzugsweise ausdehnen, wenn sie nass ist. Ein bevorzugter Celluloseschaum ist einer, der vor der Verwendung im trockenen Zustand komprimiert wurde. Die durchschnittliche Porengröße der Celluloseschaumschicht kann über die Komprimierung ermittelt werden. In bevorzugten Ausführungsformen beträgt die durchschnittliche Porengröße der Celluloseschaumschicht, gemäß Messung im trockenen Zustand nach einer beliebigen Komprimierung, von etwa 1 Mikrometer bis etwa 1000 Mikrometer, vorzugsweise von etwa 1 Mikrometer bis etwa 200 Mikrometer, mehr bevorzugt von etwa 5 Mikrometer bis etwa 70 Mikrometer. Eine bevorzugte komprimierte Celluloseschaumschicht hat eine Dichte von etwa 0,1 g/cm3 (etwa 0,05 g/Zoll3) bis etwa 0,8 g/cm3 (etwa 0,41 g/Zoll3) und eine Dicke im komprimierten Zustand (in Bogenform) von etwa 2 mm bis etwa 5 mm. Im Allgemeinen können bessere Feuchtigkeitstransporteigenschaften erzielt werden, indem eine Schaumschicht mit einer höheren Dichte oder einer kleineren Porengröße verwendet wird. Wenn eine solche komprimierte Celluloseschaumschicht mit Flüssigkeiten in Kontakt kommt, beginnt sich die Porengröße des Schaums auszudehnen, wodurch die Dicke der Schaumschicht erhöht wird.
  • Absorptionsschaumsubstrate, insbesondere komprimierte Celluloseschaumsubstrate, sind in den Absorptionsverbundstoffen der vorliegenden Erfindung stark bevorzugte Substrate. Darüber hinaus, dass sie eine hervorragende Festigkeit und Integrität im trockenen und nassen Zustand aufweisen, haben Celluloseschaumsubstrate, insbesondere in Form von Bögen, herausragende Kapillaritäts- und Fluidtransporteigenschaften. Wenn Flüssigkeit, wie Wasser oder Körperausscheidung, auf der Oberfläche eines Absorptionsverbundstoffs, der ein Schaumcellulosesubstrat umfasst, wie in 6 gezeigt, abgeschieden wird, wird die Flüssigkeit, die durch die absorbierende Makrostrukturschicht und in das Celluloseschaumsubstrat läuft, aufgrund der Saugwirkung der Kapillaren schnell nach außen in Richtung der trockenen Schaumbereichen in der Celluloseschaumschicht verteilt. Das heißt, wenn der Celluloseschaum Wasser oder wässrige Flüssigkeiten absorbiert, beginnt sich die Celluloseschaumzellstruktur auszudehnen. Da die trockenen Schaumbereiche über eine Zellstrukturen verfügen, die noch immer komprimiert und kleiner als die Zellen der benetzten Flächen sind, werden Fluide leicht in die trockenen Schaumbereiche transportiert. Derartige Celluloseschaumsubstrate zeichnen sich durch einen hervorragenden Fluidtransport und eine herausragende Fluidverteilung aus. Genauer gesagt verfügen solche Celluloseschaumsubstrate über ein schnelleres Feuchtigkeitstransportverhältnis oder eine schnellere Feuchtigkeitstransportgeschwindigkeit (beispielsweise bis zu mindestens 12 cm Feuchtigkeitstransportdistanz in 4 Minuten in einem vertikalen Feuchtigkeitstransporttest) und eine längere Feuchtigkeitstransportfähigkeit (beispielsweise von etwa 20 cm bis etwa 30 cm in der ersten Stunde in einem vertikalen Feuchtigkeitstransporttest).
  • In noch einer anderen Ausführungsform kann die Substratschicht ein Celluloseschaumsubstrat sein, das durch Abscheiden von Celluloseschaumteilchen (oder -granalien) gebildet wurde. Die Celluloseschaumteilchen weisen ein durchschnittliches Volumen von mindestens etwa 0,1 mm3, vorzugsweise von etwa 1,0 mm3 bis etwa 125 mm3 auf. Vorzugsweise werden die Celluloseschaumteil chen auf einer absorbierenden Makrostrukturschicht abgeschieden und verdichtet.
  • Ein Celluloseschaumsubstrat ist besonders bevorzugt, wenn der Absorptionsverbundstoff der vorliegenden Erfindung in einem absorbierenden Menstruationsartikel verwendet wird. Wenn Blut auf einer Celluloseschaumsubstratschicht eines Absorptionsverbundstoffs abgeschieden wird, kann das Celluloseschaumsubstrat dazu dienen, das Blut aufzunehmen, Aggregate aus dem Blut herauszufiltern und den verbleibenden flüssigen Anteil des Bluts auf die darunter liegende absorbierende Makrostrukturschicht zu verteilen.
  • In noch einer anderen bevorzugten Ausführungsform umfasst die Substratschicht einen komprimierten oder nicht komprimierten Polyvinylalkoholschaum. Im Allgemeinen verfügt ein solcher Schaum vorzugsweise über Eigenschaften und eine Struktur wie im Wesentlichen der obige Celluloseschaum.
  • F. Verbindung zwischen Makrostrukturschicht und Substratschicht
  • Die Verbindung zwischen der absorbierenden Makrostrukturschicht und der Substratschicht oder die Verbindung dieser miteinander kann mittels einer Vielfalt an chemischen und physikalischen Mitteln und Adhäsionsmitteln durchgeführt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform werden wasserlösliche und nassfeste Polyamidharze zum physikalischen Verbinden des Substrats mit der absorbierenden Makrostrukturschicht verwendet.
  • Adhäsionsmittel zum Befestigen eines Substrats an einer absorbierenden Makrostrukturschicht können Klebstoffe, Haftmittel, wie die in der Technik wohl bekannten, umfassen. Zu nicht einschränkenden Beispielen derartiger Adhäsionsmittel zählen der Heißschmelzkleber Findley H-2247, erhältlich von Findley Adhesives in Elm Grove, Wisconsin, USA, der Heißschmelzkleber HM-6515, erhältlich von der H. B. Fuller Company aus St. Paul, Minnesota, USA, Century 5227, erhältlich von Century Adhesives, Inc. in Colombos, Ohio, USA, und HL-1258, erhältlich von der H. B. Fuller Company in St. Paul, Minnesota, USA.
  • In mehr bevorzugten Ausführungsformen wird die Verbindung zwischen dem Substrat und der absorbierenden Makrostrukturschicht mittels eines Vernetzungsmittels durchgeführt, das die absorbierenden Moleküle der Absorptionsgelierteilchen in der absorbierenden Makrostrukturschicht vernetzen kann. Ein beliebiges Vernetzungsmittel, das in der Technik bekannt ist und die absorbierenden Moleküle der Absorptionsgelierteilchen vernetzen kann, kann als ein Bindemittel verwendet werden. Ein geeignetes Vernetzungsmittel kann ein nichtionisches Vernetzungsmittel sein, das in der US-Patentschrift 5,102,597 (Roe et al), erteilt am 7. April 1992, beschrieben wird. Zu diesen nichtionischen Vernetzungsmitteln zählen mehrwertige Alkohole (z. B. Glycerin), Polyaziridinverbindungen (z. B. 2,2-Bishydroxymethylbutanoltris-[3-(1-aziridin)propionat]), Halogenepoxidverbindungen (z. B. Epichlorhydrin), Polyaldehydverbindungen (z. B. Glutaraldehyd), Polyaminverbindungen (z. B. Ethylenamin) und Polyisocyanatverbindungen (z. B. 2,4-Toluoldiisocyanat), vorzugsweise Glycerin.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform, in der die Substratschicht Cellulosematerial umfasst oder eine cellulosische Aktivität mindestens an dessen Oberfläche aufweist, wird vorzugsweise ein Amino-Epichlorhydrin-Additionsprodukt als ein chemisches Bindungsmittel zwischen dem cellulosischen Substrat und den Oberflächen der Absorptionsgelierteilchen verwendet. Das Amino-Epichlorhydrin-Additionsprodukt kann sich chemisch an Carboxy- und Hydroxygruppen im Cellulosematerial und an das Polymermaterial der absorbierenden Vorläuferteilchen sowie an andere Amino-Epichlorhydrin-Additionsproduktmoleküle binden. Eine derartige chemische Bindung kann eine Wasserstoffbrückenbindung, ionische/Coulombsche Bindung, Polymerverhakungsbindung und kovalente Bindung sein. Auf diese Art und Weise kann sich das Amino-Epichlorhydrin-Additionsprodukt zusammen mit dem Substrat chemisch an die absorbierende Makrostrukturschicht binden, die die absorbierenden Vorläuferteilchen umfasst. Das zum diesbezüglichen Gebrauch als ein Bindemittel bevorzugte Amino-Epichlorhydrin-Additionsprodukt ist Kymene®. Besonders geeignet sind Kymene® 557H, Kymene® 557LX und Kymene® 557 Plus. Bei diesen handelt es sich um die Epichlorhydrin-Additionsprodukte von Polyamid-Polyamin, das das Reaktionsprodukt von Diethylentriamin und Adipinsäure ist.
  • G. Fakultative Komponenten
  • Außer den absorbierenden Vorläuferteilchen und dem Vernetzungsmittel können andere Komponenten oder Mittel als Hilfsmittel bei der Herstellung der Teilchen-Teilchen-Verbund-Aggregate verwendet werden. Zum Beispiel wird in der Regel Wasser mit dem Additionsprodukt verwendet, um eine wässrige Behandlungslösung davon zu bilden. Wasser fördert die gleichmäßige Dispersion des Additionsprodukts auf der Oberfläche der Vorläuferteilchen und bewirkt die Permeation des Vernetzungsmittels in die Oberflächenbereiche dieser Teilchen. Wasser fördert außerdem eine stärkere physikalische Verbindung zwischen den behandelten Vorläuferteilchen, was eine höhere Integrität der resultierenden vernetzten Teilchen-Teilchen-Verbund-Aggregate bereitstellt. In der vorliegenden Erfindung wird Wasser in einer Menge von weniger als etwa 25 Gewichtsteilen (d. h. von 0 bis etwa 25 Gewichtsteilen), vorzugsweise im Bereich von etwa 3 bis etwa 15 Gewichtsteilen, mehr bevorzugt im Bereich von etwa 5 bis etwa 10 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteilen der Vorläuferteilchen verwendet. Die tatsächliche verwendete Wassermenge kann je nach der Art des verwendeten Vernetzungsmittels, der Art des beim Bilden der Vorläuferteilchen verwendeten Polymermaterials, der Teilchengröße dieser Vorläuferteilchen, der Einbindung anderer fakultativer Komponenten (z. B. Glycerin) und ähnlichen Faktoren variieren.
  • Organische Lösungsmittel können verwendet werden, für gewöhnlich um eine gleichmäßige Dispersion des Vernetzungsmittels auf die Oberfläche der Vorläuferteilchen zu fördern. Diese organischen Lösungsmittel sind in der Regel hydrophil und können niedere Alkohole enthalten, wie Methanol und Ethanol; Amide, wie N,N-Dimethylformamid und N,N-Diethylformamid; und Sulfoxide, wie Dimethyl sulfoxid. Wenn ein hydrophiles Lösungsmittel verwendet wird, ist es in einer Menge von weniger als etwa 20 Gewichtsteilen (d. h. von 0 bis etwa 20 Gewichtsteilen), vorzugsweise im Bereich von etwa 5 bis etwa 15 Gewichtsteilen, mehr bevorzugt im Bereich von etwa 8 bis etwa 12 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteilen der Vorläuferteilchen. Die tatsächliche verwendete Menge von hydrophilem Lösungsmittel kann je nach dem verwendeten Vernetzungsmittel, dem beim Bilden der Vorläuferteilchen verwendeten Polymermaterial, der Teilchengröße dieser Vorläuferteilchen und ähnlichen Faktoren variieren.
  • Wie zuvor erwähnt, ist die Verwendung von hydrophilen organischen Lösungsmitteln beim Herstellen von Aggregaten aus verbundenen Teilchen der vorliegenden Erfindung nicht zwingend erforderlich. Tatsächlich kann es wünschenswert, die Verwendung solcher organischer Lösungsmittel zu vermeiden. Derartige Lösungsmittel müssen in der Regel aus dem Aggregat abgezogen werden, bevor dieses für dessen beabsichtigte Verwendung geeignet ist. Das Abziehen von organischen Lösungsmitteln ist häufig energie- und verfahrensintensiv und bringt zusätzliche Verarbeitungskosten mit sich. Manche hydrophilen Lösungsmittel, wie Isoproponal oder tert.-Butanol, können bewirken, dass das Amino-Epichlorhydrin-Additionsprodukt aus der Lösung ausfällt, und sind folglich aus diesem Grund nicht wünschenswert. Tatsächlich sind die einzigen Lösungsmittel, die in der Regel beim Herstellen der Aggregate aus verbundenen Teilchen der vorliegenden Erfindung verwendet werden, die niederen Alkohole, wie Methanol und Ethanol, deren Abziehen nicht zu energie- und verfahrensintensiv ist und die nicht bewirken, dass das Vernetzungsmittel, insbesondere ein Amino-Epichlorhydrin-Additionsprodukt, aus der wässrigen Lösung ausfällt.
  • Andere fakultative Komponenten können ebenfalls mit dem Vernetzungsmittel und insbesondere wässrigen Behandlungslösungen davon verwendet werden. Es ist besonders bevorzugt, dass die Behandlungslösung, die das Vernetzungsmittel umfasst, einen Weichmacher enthält, insbesondere wenn das Vernetzungsmittel ein kationisches Amino-Epichlorhydrin-Additionsprodukt ist und die behandelten Vorläuferteilchen bei Umgebungstemperatur gehärtet werden, wie hierin im Folgenden beschrieben. Bei Abwesenheit eines Weichmachers können die behandelten Vorläuferteilchen, wenn sie zu den Teilchen-Teilchen-Verbund-Aggregaten ausgebildet werden, verhältnismäßig spröde sein und somit schwieriger zu handhaben sein, insbesondere beim Herstellen der schlussendlich erwünschten absorbierenden Strukturen. Die Einbindung eines Weichmachers in die Behandlungslösung stellt sicher, dass die resultierenden Teilchen-Teilchen-Verbund-Aggregate (wenn sie bei Umgebungstemperatur gehärtet werden) verhältnismäßig flexible poröse, absorbierende Makrostrukturen, insbesondere flexible, poröse, absorbierende Bögen der Teilchen-Teilchen-Verbund-Aggregate bilden. Diese flexiblen Bögen sind beim Herstellen der schlussendlich erwünschten absorbierenden Strukturen verhältnismäßig einfach zu handhaben.
  • Zu geeigneten Weichmachern zählen Glycerin oder Wasser, für sich oder in Kombination mit anderen Komponenten, wie Glycerin, Propylenglykol (d. h. 1,2-Propandiol), 1,3-Propandiol, Ethylenglykol, Sorbit, Saccharose, polymere Lösungen, wie diejenigen, die Polyvinylalkohol, Esterpräkusoren von Polyvinylalkohol umfassen, oder Polyethylenglykol oder Mischungen davon. Von diesen anderen Komponenten im Weichmacher, wie Glycerin, wird angenommen, dass sie als Feuchthaltemittel, Coweichmacher oder beides fungieren, wobei Wasser der primäre Weichmacher ist. Der zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung bevorzugte Weichmacher ist eine Mischung von Glycerin und Wasser, insbesondere wenn diese als Teil einer wässrigen Behandlungslösung eines kationischen Amino-Epichlorhydrin-Additionsprodukts eingebunden wird, in einem Gewichtsverhältnis von Glycerin zu Wasser von etwa 0,5:1 bis etwa 2:1, vorzugsweise von etwa 0,8:1 bis etwa 1,7:1.
  • Die tatsächliche verwendete Weichmachermenge je nach dem bestimmten verwendeten Weichmacher, der Art des beim Bilden der Vorläuferteilchen ver wendeten Polymermaterials, der Art und Menge des Vernetzungsmittels und den bestimmten Flexibilitätseffekten, die vom Weichmacher gewünscht werden, variieren. In der Regel wird der Weichmacher in einer Menge von etwa 5 bis etwa 100 Gewichtsteilen, vorzugsweise von etwa 5 bis etwa 60 Gewichtsteilen, mehr bevorzugt von etwa 10 bis etwa 30 Gewichtsteilen, am meisten bevorzugt von etwa 15 bis etwa 20 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteilen der Vorläuferteilchen verwendet.
  • VERFAHREN ZUM HERSTELLEN VON ABSORPTIONSMATERIALIEN
  • (1) Verfahren zum Herstellen von absorbierenden Makrostrukturschichten und Absorptionsverbundstoffen
  • Verfahren zum Herstellen durchgehender absorbierender Makrostrukturschichten aus im Wesentlichen wasserunlöslichen, absorbierenden, Hydrogel bildenden Polymerteilchen sind in der gleichzeitig anhängigen US-Anmeldung, für die die Rechte übertragen wurden, mit dem Aktenz. 955,638, an Michael S. Kolodesh et al., mit dem Titel „Method and Apparatus for Making Cohesive Sheets from Particulate Absorbent Polymeric Composition", eingereicht am 2. Oktober 1992, deren Offenbarung durch Bezugnahme eingeschlossen ist, offenbart. Dadurch hergestellte absorbierende Makrostrukturschichten können dann an einem oder mehreren Substrat(en) oder Verteilungsmittel(n) oder Unterstützungsmittel(n) befestigt werden, um die durchgehenden Absorptionsverbundmaterialien zu bilden. Alternativ können Substrate direkt im Verfahren zum Bilden der absorbierenden Makrostruktur eingesetzt werden.
  • In einem Verfahren zum Herstellen einer absorbierenden Makrostrukturschicht der vorliegenden Erfindung werden die absorbierenden Vorläuferteilchen mit einer ausreichenden Menge des Vernetzungsmittels behandelt, um mit dem Polymermaterial an der Oberfläche der Teilchen zu reagieren, um so eine effektive Vernetzung zu bewirken, d. h. die vernetzte Oberfläche des Teilchens quellt in Anwesenheit von wässrigen Körperflüssigkeiten weniger verglichen mit nicht vernetzten Teilen. Vorzugsweise ist das Vernetzungsmittel ein kationisches Amino-Epichlorhydrin-Additionsprodukt. Wahlweise können Einheiten von absorbierenden Makrostrukturen, die separat hergestellt wurden (z. B. umfasst eine Einheit 4–10 absorbierende Vorläuferteilchen), vorzugsweise mittels eines Vernetzungsmittels oder eines Mittels zum Miteinanderverbinden für die Einheitsmakrostruktur, mit den absorbierenden Vorläuferteilchen gemischt werden. Was „eine ausreichende Menge" des Vernetzungsmittels darstellt, hängt von einer Reihe von Faktoren ab, darunter die bestimmten behandelten absorbierenden Vorläuferteilchen, das bestimmte verwendete Vernetzungsmittel, die bestimmten Effekte, die beim Bilden des Teilchen-Teilchen-Verbund-Aggregats erwünscht sind, und ähnliche Faktoren. Im Fall von monomeren Amino-Epichlorhydrin-Additionsprodukten, wie einem Piperazin-Epichlorhydrin-Additionsprodukten, kann die verwendete Additionsproduktmenge im Bereich von etwa 0,1 bis etwa 3 Gewichtsteilen, vorzugsweise von etwa 0,5 bis etwa 1,5 Gewichtsteilen, am meisten bevorzugt von etwa 0,8 bis etwa 1,2 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteilen der absorbierenden Vorläuferteilchen liegen. Im Fall von bevorzugten polymeren Amino-Epichlorhydrin-Harzen, wie Kymene® 557H, 557LX oder Plus, kann die verwendete Harzmenge von etwa 0,1 bis etwa 5 Gewichtsteilen, vorzugsweise von etwa 0,5 bis etwa 2,5 Gewichtsteilen, am meisten bevorzugt von etwa 1 bis etwa 2 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteilen der absorbierenden Vorläuferteilchen betragen.
  • Die absorbierenden Vorläuferteilchen können mit dem Vernetzungsmittel und am meisten bevorzugt mit einem kationischen Amino-Epichlorhydrin-Additionsprodukt, in der Regel einer wässrigen Lösung davon, mittels einer beliebigen einer Vielfalt an Techniken behandelt werden. Zu diesen zählt jedes Verfahren zum Aufbringen von Lösungen auf Materialien, einschließlich Beschichten, Kippen, Gießen, Tröpfeln, Sprühen, Zerstäuben oder Aufkondensieren der absorbierenden Vorläuferteilchen mit dem kationischen Amino-Epichlorhydrin-Additions produkt oder der Lösung davon oder Eintauchen dieser darin. Wie hier verwendet, bedeutet der Ausdruck „aufgebracht", dass mindestens ein Teil des Oberflächenbereichs von mindestens einigen der Vorläuferteilchen, die miteinander zu verbinden sind, auf sich eine wirksame Menge des Additionsprodukts aufweist, um eine Oberflächenvernetzung zu bewirken. Mit anderen Worten, das kationische Additionsprodukt kann auf einige der Vorläuferteilchen, alle Vorläuferteilchen, einen Teil der Oberfläche einiger der oder aller Vorläuferteilchen oder die gesamte Oberfläche einiger der oder aller Vorläuferteilchen aufgebracht werden. Vorzugsweise wird das Additionsprodukt auf die gesamte Oberfläche des Großteils der, vorzugsweise aller absorbierenden Vorläuferteilchen aufgebracht, um so die Wirksamkeit, Festigkeit und Dichte der Teilchen-Teilchen-Bindungen zwischen den Vorläuferteilchen als auch die erwünschte Oberflächenvernetzung des Polymermaterials in der Oberfläche dieser Vorläuferteilchen zu verstärken.
  • Nachdem die Behandlungslösung auf die Vorläuferteilchen aufgebracht wurde, werden die behandelten Vorläuferteilchen mittels einer beliebigen einer Reihe von Misch- oder Schichtungstechniken vermischt oder zusammengeschichtet, um sicherzustellen, dass die Vorläuferteilchen gründlich mit der Behandlungslösung beschichtet werden. Da die Vorläuferteilchen gründlich mit der Behandlungslösung beschichtet werden, werden die Wirksamkeit, Festigkeit und Dichte der Bindungen zwischen den Vorläuferteilchen als auch die Oberflächenvernetzung verstärkt, die aus der Umsetzung des kationischen Additionsprodukts mit dem Polymermaterial, das die Vorläuferteilchen bildet, resultiert. Dieses Mischen kann unter Anwendung verschiedener Techniken und Vorrichtungen durchgeführt werden, einschließlich verschiedenen Mischern oder Knetern, wie in der Technik bekannt ist.
  • Nachdem die Behandlungslösung auf die Vorläuferteilchen aufgebracht wurde, werden die behandelten Vorläuferteilchen physikalisch miteinander verknüpft, um eine Aggregatmakrostruktur zu bilden. Der Ausdruck „physikalisch ver knüpft" wird hierin als bedeutend verwendet, dass die Vorläuferteilchen zusammengebracht werden und auf eine beliebige einer Reihe verschiedener Weisen und räumlichen Beziehungen als Komponententeile miteinander in Kontakt bleiben, um eine einzige Einheit (eine Aggregatmakrostuktur) zu bilden.
  • Die Vorläuferteilchen werden vorzugsweise physikalisch miteinander verknüpft, indem ein Verknüpfungsmittel auf die Vorläuferteilchen aufgebracht wird und die Vorläuferteilchen mit mindestens dem Teil der Oberfläche der Vorläuferteilchen, auf dem das Verknüpfungsmittel aufgebracht wurde, in Kontakt gebracht werden. Bevorzugte Verknüpfungsmittel bewirken, dass das Polymermaterial der Vorläuferteilchen, wenn diese zusammengebracht werden, durch Einwirkung von Fluidoberflächenspannungskräften und/oder die Verhakung von Polymerketten aufgrund von externem Quellen aneinander haftet. Zu in der vorliegenden Erfindung geeigneten Verknüpfungsmitteln zählen hydrophile organische Lösungsmittel, in der Regel niedermolekulare Alkohole, wie Methanol oder Ethanol; Wasser; eine Mischung von hydrophilen organischen Lösungsmitteln und Wasser; die zuvor beschriebenen kationischen Amino-Epichlorhydrin-Additionsprodukte oder Mischungen davon. Bevorzugte Verknüpfungsmittel sind Wasser, Methanol, Ethanol, Vernetzungsmittel, am meisten bevorzugt ein kationisches polymeres Amino-Epichlorhydrin-Harze, wie Kymene® 557H oder 557LX oder Plus oder Mischungen davon. In der Regel umfasst das Verknüpfungsmittel eine Mischung, die ein kationisches Amino-Epichlorhydrin-Additionsprodukt enthält, so dass der Schritt des Aufbringens des Additionsprodukts zeitgleich mit dem Schritt des Aufbringens des Verknüpfungsmittels durchgeführt wird.
  • Die Verknüpfungsmittel können auf die Vorläuferteilchen mittels einer beliebigen von verschiedenen Techniken und Vorrichtungen aufgebracht werden, die zum Aufbringen von Lösungen auf Materialien angewendet werden, einschließlich Beschichten, Kippen, Gießen, Sprühen, Zerstäuben oder Aufkondensieren des Verknüpfungs mittels auf die Vorläuferteilchen oder Eintauchen dieser darin. Das Verknüpfungsmittel wird auf mindestens einen Teil der Oberfläche mindestens einiger der miteinander zu verbindenden Vorläuferteilchen aufgebracht. Vorzugsweise wird das Verknüpfungsmittel auf die gesamte Oberfläche des Großteils der, vorzugsweise aller Vorläuferteilchen aufgebracht. Das Verknüpfungsmittel wird im Allgemeinen mittels einer beliebigen einer Reihe von Misch-/Sprühtechniken und Misch-/Sprühvorrichtungen mit den Vorläuferteilchen gemischt oder auf diese gesprüht, um sicherzustellen, dass die Vorläuferteilchen gründlich mit dem Verknüpfungsmittel beschichtet werden.
  • Wenn ein Verknüpfungsmittel auf die Vorläuferteilchen aufgebracht wurde, können die Vorläuferteilchen auf eine Reihe verschiedener Weisen physikalisch miteinander in Kontakt gebracht werden. Zum Beispiel kann das Verknüpfungsmittel für sich die Teilchen miteinander in Kontakt halten. Alternativ können Gravitationskräfte angewendet werden, um den Kontakt zwischen den Vorläuferteilchen sicherzustellen, z. B. durch Schichten der Vorläuferteilchen. Ferner können die Teilchen in einem Behälter mit einem feststehenden Volumen angeordnet werden, um so den Kontakt zwischen den Vorläuferteilchen sicherzustellen.
  • Die Vorläuferteilchen können alternativ physikalisch miteinander verknüpft werden, indem die Vorläuferteilchen physikalisch eingeschränkt werden, so dass sie miteinander in Kontakt stehen. Zum Beispiel können die Vorläuferteilchen in einem Behälter mit einem feststehenden Volumen eng gepackt werden, so dass die Vorläuferteilchen physikalisch miteinander in Kontakt kommen. Alternativ oder in Kombination mit der obigen Vorgehensweise können Gravitationskräfte (z. B. Schichtung) angewendet werden, um die Vorläuferteilchen physikalisch zu verknüpfen. Die Vorläuferteilchen können auch durch elektrostatische Anziehung oder durch das Einbringen eines Hafthilfsmittels (z. B. eines Haftmittelmaterials, wie einem wasserlöslichen Haftmittel) physikalisch verknüpft werden, um sie aneinander haften zu lassen. Die Vorläuferteilchen können auch an einem dritten Ele ment (einem Substrat) befestigt werden, so dass die Vorläuferteilchen durch das Substrat miteinander in Kontakt gebracht werden.
  • In einem Beispiel des Verfahrens der vorliegenden Erfindung kann die Aggregatmakrostruktur zu verschiedenen Geometrien, räumlichen Beziehungen und Dichten geformt werden, um ein Aggregat mit einer definierten Form, Größe und/oder Dichte zu bilden. Das Aggregat kann mittels beliebigen herkömmlichen Formungstechniken geformt werden, wie sie in der Technik bekannt sind. Zu bevorzugten Verfahren zum Formen des Aggregats zählen Gießen, Formgeben oder Formungsvorgänge. Gieß- und Formgebungstechniken umfassen im Allgemeinen das Einbringen der Vorläuferteilchen in ein vorbereitetes Formnest und das Anwenden von Druck auf das Aggregat (Komprimieren des Aggregats), um zu bewirken, dass sich das Aggregat der Form des Formnests anpasst. Zu Beispielen von spezifischen Formgebungstechniken zum diesbezüglichen Gebrauch zählt Pressen, Spritzgießen, Extrudieren oder Laminieren. Zum Beispiel kann eine Vielzahl von Vorläuferteilchen in einen Behälter mit einem Formnest mit feststehendem Volumen gegeben und das Aggregat komprimiert werden, damit es sich der Form des Formnests anpasst, so dass die resultierende Makrostruktur dieselbe Form aufweist. Formungstechniken umfassen das Durchführen von verschiedenen Arbeitsschritten an dem Aggregat, um dessen Form und/oder Größe und/oder Dichte zu modifizieren. Zu Beispielen von spezifischen Formungstechniken zum diesbezüglichen Gebrauch zählen Walz-, Schmiede-, Extrusions-, Schleuder-, Beschichtungs- oder Ziehvorgänge. Zum Beispiel kann eine Aggregatmischung aus den Vorläuferteilchen und mindestens dem kationischen Amino-Epichlorhydrin-Additionsprodukt durch ein Paar Verdichtungswalzen durchgeführt werden, um einen Aggregatbogen zu bilden. Alternativ kann die Aggregatmischung durch eine Öffnung hindurch extrudiert werden, um ein Aggregat mit einer Form zu bilden, die der der Öffnung entspricht. Ferner kann die Aggregatmischung auf eine Oberfläche gegossen werden, um ein Aggregat mit einer gewünschten Form oder Oberflächenmorphologie zu bilden. Jede oder alle dieser Techniken können außerdem in Kombination ange wendet werden, um das geformte Aggregat zu bilden. Jegliche geeignete Vorrichtung, wie sie in der Technik bekannt ist, kann dazu verwendet werden, solche Arbeitsschritte auszuführen, die durchgeführt werden können, während das Material oder Teile der Vorrichtung entweder warm und/oder kalt sind.
  • Beim Ausbilden der Aggregatmakrostrukturschichten zu bestimmten Formen und insbesondere Bögen sollte die Dichte sorgfältig gesteuert werden, insbesondere während des oben beschriebenen Verdichtungsschritts. Wenn die Dichte der Formaggregatmakrostruktur zu hoch ist, kann sie stärker zur Gelblockierung neigen. Umgekehrt kann, wenn die Dichte zu gering ist, das Absorptionsvermögen der geformten Aggregatmakrostruktur gemindert sein. Geformte Aggregatmakrostrukturschichten aus Absorptionsverbundstoffen der vorliegenden Erfindung haben für gewöhnlich eine Dichte von etwa 0,7 bis etwa 1,3 g/cm3, vorzugsweise von etwa 0,8 bis etwa 1,1 g/cm3 und am meisten bevorzugt von etwa 0,9 bis etwa 1,0 g/cm3.
  • In einem Beispiel des Verfahrens der vorliegenden Erfindung werden eine Aggregatmischung von Vorläuferteilchen, ein kationisches Amino-Epichlorhydrin-Additionsprodukt, Wasser, Feuchthaltemittel/Coweichmacher (fakultativ) und ein hydrophiles organisches Lösungsmittel in den Einfülltrichter einer herkömmlichen Extrudervorrichtung gegeben. Eine solche Extrudervorrichtung ist in den 12–14 von Principles of Polymer Materials, Zweite Ausgabe (McGraw Hill Book Company, 1982), auf Seite 331 gezeigt, wobei diese Veröffentlichung durch Bezugnahme eingeschlossen ist. Die Aggregatmischung wird durch die Öffnung der Extrudervorrichtung hindurch extrudiert, um ein Paar angetriebener Verdichtungswalzen mit einem festgelegten (jedoch variablem) Spalt zwischen den Walzen zu speisen, um das Aggregat zur Form eines Bogens zu komprimieren. Der Bogen wird dann zu spezifischen Längen verarbeitet, um Makrostrukturschichten zu liefern, die eine spezifisch entworfene Größe, Form und/oder Dichte aufweisen.
  • Ein bevorzugtes Verfahren zum Herstellen eines durchgehenden Absorptionsverbundmaterials umfasst einen Schritt des Einbringens mindestens eines Substratelements in ein Dauerverfahren, wie das in der gleichzeitig anhängigen US-Anmeldung, für die die Rechte übertragen wurden, mit dem Aktenz. 955,638, an Michael S. Kolodesh et al., auf die hierin Bezug genommen wird, beschriebene. In diesem Verfahren wird ein Substrat, das eine erste und eine zweite Oberfläche umfasst, bereitgestellt und es wird eine erste Menge eines Substratbefestigungsmittels zum Befestigen des Substrats an einer absorbierenden Makrostrukturschicht auf einen ersten Bereich der ersten Oberfläche des Substrats aufgebracht. Vorzugsweise ist das Substrat ein Cellulosematerial oder ein Material, das eine cellulosische Funktionalität auf mindestens einer Oberfläche davon aufweist. Das Substratbefestigungsmittel umfasst vorzugsweise ein chemisches Bindemittel, das sich sowohl an das Substrat als auch an die Absorptionsgelierteilchen der Makrostrukturschicht binden kann. Mehr bevorzugt umfasst das Bindemittel ein Vernetzungsmittel für das Absorptionsgelierpolymer, das sich chemisch an das Substrat und an die Makrostrukturschicht binden kann. Ein stark bevorzugtes Bindemittel umfasst ein kationisches Amino-Epichlorhydrin-Additionsprodukt, mehr bevorzugt Kymene®.
  • Im nächsten Schritt wird eine erste vorgegebene Menge absorbierender, Hydrogel bildender Polymerteilchen als eine erste Schicht mit einer Dicke auf den ersten Bereich der ersten Oberfläche des Substrats aufgebracht, so dass die Teilchen mindestens teilweise mit der Menge des Substratbefestigungsmittels in Kontakt kommen, wodurch eine erste Schicht der absorbierenden Polymerteilchen gebildet wird. Wahlweise können die absorbierenden Polymerteilchen Einheiten von absorbierenden Makrostrukturen enthalten, die separat hergestellt wurden (z. B. umfasst eine Einheit 4–10 absorbierende Polymerteilchen), vorzugsweise mittels eines Vernetzungsmittels oder eines Mittels zum Miteinanderverbinden für die Einheitsmakrostruktur. In einem bevorzugten Schritt weist die Teilchenschicht im Wesentlichen eine gleichmäßige Dicke auf. Wenn das Substratbefestigungsmittel ein Fluidmaterial ist, haften sich die Gelierteilchen mittels des Substratbefestigungsmittels an das Substrat an. Wenn das Substratbefestigungsmittel aushärtet oder sich verfestigt, wie wenn ein Haftmittel härtet oder ein chemisches Bindemittel abgebunden hat, haften die Gelierteilchen dauerhafter an dem Substrat an. In einem bevorzugten Schritt, in dem das Substratbefestigungsmittel ein Vernetzungsmittelumfasst, das ein kationisches Amino-Epichlorhydrin-Additionsprodukt umfasst, wird die erste Gelierteilchenschicht beim Aushärten des Additionsprodukts durch das Additionsprodukt mit dem Substrat verbunden.
  • In einem nächsten Schritt wird eine erste Menge eines Vernetzungsmittels auf mindestens einen Teil der Oberflächen der Polymerteilchen der ersten Schicht aufgebracht. Vorzugsweise ist das Vernetzungsmittel eine Flüssigkeit und wird im Wesentlichen gleichmäßig auf im Wesentlichen die gesamte Oberfläche der Absorptionsgelierteilchen der ersten Schicht aufgebracht. Vorzugsweise umfasst das Vernetzungsmittel ein kationisches Amino-Epichlorhydrin-Additionsprodukt. Beim Aushärten wird das Polymermaterial in den kontaktierten Oberflächen der Teilchen der ersten Schicht vernetzt und die Teile der Oberfläche der Gelierteilchen werden mit mindestens einem benachbarten Teilchen verbunden, wodurch eine wie hierin beschriebene poröse, absorbierende Makrostruktur gebildet wird.
  • In einem bevorzugten Verfahren werden weitere Schichten von Absorptionsgelierteilchen (wahlweise die Einheiten von absorbierender Makrostruktur enthaltend) in aufeinander folgenden Schichten hinzugefügt. Ein solches Verfahren umfasst folglich den Schritt des Aufbringens einer zweiten vorgegebenen Menge Absorptionsgelierteilchen auf die erste Absorptionsteilchenschicht, wodurch eine zweite Absorptionsgelierteilchenschicht gebildet wird. Die Absorptionsgelierteilchen der zweiten Schicht kommen mindestens teilweise mit der ersten Teilchenschicht in Kontakt und haften durch die erste Vernetzungsmittelmenge an diese an. Weiteres Vernetzungsmittel wird im Wesentlichen wie für die erste Schicht beschrieben auf die Oberfläche der Absorptionsgelierteilchen der zweiten (und folgenden) Schicht aufgebracht. Beim Aushärten wird das Polymermaterial in den kontaktierten Oberflächen der Teilchen der zweiten (und folgenden) Schicht vernetzt und die Teile der Oberfläche der Gelierteilchen werden mit mindestens einem benachbarten Teilchen verbunden, wodurch eine wie hierin beschriebene poröse, absorbierende Makrostruktur gebildet wird.
  • Ein Verfahren zum Herstellen eines durchgehenden Verbundstoffs kann ferner den Schritt des Befestigens mindestens einer Absorptionsteilchenschicht auf der zweiten Oberfläche des Substrats oder das Verbinden der Schicht mit der Oberfläche umfassen. Ein solches Verfahren umfasst den Schritt des Aufbringens einer zweiten Menge eines Substratbefestigungsmittels auf einen dritten Bereich der zweiten Oberfläche des Substrats, um die zweite Oberfläche des Substrats an einer absorbierenden Makrostrukturschicht zu befestigen. Eine dritte vorgegebene Menge der Absorptionsgelierteilchen (wahlweise die Einheiten von absorbierender Makrostruktur enthaltend) wird in einer Schicht auf den dritten Bereich aufgebracht, so dass die Teilchen mindestens teilweise mit der dritten Menge des Substratbefestigungsmittels in Kontakt kommen, wodurch auf der zweiten Oberfläche des Substrats eine Schicht der absorbierenden Polymerteilchen gebildet wird. Wie hierin oben beschrieben, wird eine dritte Menge eines Vernetzungshilfsmittels, das ein Vernetzungsmittel umfasst, auf mindestens einen Teil der Oberflächen der Polymerteilchen der dritten Schicht aufgebracht, die beim Aushärten eine poröse, absorbierende Makrostruktur bildet. Weitere Absorptionsgelierteilchenschichten können ebenfalls nacheinander auf die Absorptionsgelierteilchenschicht auf der zweiten Oberfläche des Substrats aufgesetzt werden.
  • Ein bevorzugtes Verfahren zum Herstellen von durchgehenden Verbundstoffstrukturen umfasst den weiteren Schritt des Befestigens mindestens einer zweiten Substratschicht auf der Oberfläche der absorbierenden Makrostrukturschicht des Verbundstoffs. Das Verfahren umfasst den Schritt des Aufbringens einer dritten Menge eines Substratbefestigungsmittels auf einen vorgegebenen ersten Oberflächenbereich eines zweiten (oder folgenden) Substrats, um die erste Oberfläche des zweiten Substrats an einer absorbierenden Makrostrukturschicht zu befestigen. Dieser Schritt kann im Wesentlichen wie oben für das Befestigen von Absorptionsteilchenschichten an dem ersten Substrat beschrieben durchgeführt werden. Die erste Oberfläche des zweiten Substrats kann dann auf eine Oberfläche einer absorbierenden Makrostrukturschicht ausgerichtet und an dieser befestigt werden. Das Substratbefestigungsmittel, vorzugsweise in flüssiger Form, berührt Teile der Gelierteilchen an der Oberfläche der absorbierenden Makrostrukturschicht und haftet an diese an. Wenn das Substratbefestigungsmittel aushärtet oder sich verfestigt, wie wenn ein Haftmittel härtet oder ein chemisches Bindemittel abgebunden hat, haften die Gelierteilchen an der Oberfläche der Makrostruktur dauerhafter an dem zweiten Substrat an. In einem bevorzugten Schritt, in dem das zweite Substrat ein cellulosisches Substrat ist oder eine cellulosische Funktionalität an mindestens der Oberfläche aufweist und das Substratbefestigungsmittel ein Vernetzungsmittel umfasst, das ein kationisches Amino-Epichlorhydrin-Additionsprodukt umfasst, wird die absorbierende Makrostrukturschicht beim Aushärten des Additionsprodukts durch das Additionsprodukt mit dem Substrat verbunden. In einem alternativen Schritt kann die dritte Menge des Substratbefestigungsmittels auf die Oberfläche der absorbierenden Makrostrukturschicht aufgebracht werden, bevor sie mit der ersten Oberfläche vom zweiten Substrat ausgerichtet wird und diese daran befestigt.
  • Ein Verfahren zum Herstellen einer durchgehenden Verbundstoffstruktur der vorliegenden Erfindung kann ferner die Schritte des Hinzufügens von darauf folgenden Absorptionsteilchenschichten (wahlweise die Einheiten von absorbierender Makrostruktur enthaltend) und Substraten in Kombination mit den oben beschriebenen anderen Schritten umfassen, um eine Vielfalt an geschichteten absorbierenden Verbundstoffstrukturen zu bilden, wie hierin oben beschrieben.
  • Vorzugsweise wird der resultierende geschichtete Verbundstoff in Kombination mit einem beliebigen der obigen Schritte verdichtet oder zusammengedrückt, um den Kontakt und die Verbindung der Absorptionsgelierteilchen mit benachbarten Teilchen und mit den Substratschichten zu verbessern. Ein bevorzugtes Verfahren umfasst den Schritt des kontinuierlichen Führen des geschichteten Verbundstoffs durch gegenüber liegende Druckmittel, mehr bevorzugt durch ein Paar gegenüber liegender Druckwalzen, wodurch kontinuierlich ein durchgehender Absorptionsverbundstoff gebildet wird.
  • In einem bevorzugten Verfahren zum Herstellen eines Absorptionsverbundmaterials der vorliegenden Erfindung setzt ein kontinuierliches Mittel zum Zuführen einer Substratschicht und eines absorbierenden Makrostrukturschichtmaterials oder Komponenten davon ein. Ein bevorzugtes kontinuierliches Verfahren zum Herstellen eines Absorptionsverbundstoffs kann am besten durch Bezugnahme auf 23 verstanden werden, die eine Vorrichtung 301 zum Durchführen dieses zeigt. Die Vorrichtung 301 weist ein Gestell 302 zum Tragen der verschiedenen Komponenten auf. Die Vorrichtung 301 umfasst eine laufende Fördereinrichtung 303, die in der Richtung des Pfeils 310 läuft. Zuführeinrichtungen 305a bis 305e leiten eine vorgegebene Vorläuferteilchenmenge auf die Fördereinrichtung. Wahlweise können die Vorläuferteilchen Einheiten von absorbierenden Makrostrukturen enthalten, die separat hergestellt wurden (z. B. umfasst eine Einheit 4–10 absorbierende Vorläuferteilchen), vorzugsweise mittels eines Vernetzungsmittels oder eines Mittels zum Miteinanderverbinden für die Einheitsmakrostruktur, wodurch die Zuführeinrichtungen 305a bis 305e eine Mischung aus den absorbierenden Vorläuferteilchen und den Einheiten von absorbierender Makrostruktur zuführen können. Die Vorrichtung 301 umfasst ferner eine Bogenzuführeinrichtung 313 zum Zuführen eines Substrats 314. Die Bogenzuführeinrichtung 313 weist eine Aufwickelrolle auf, die das Substrat 314 mit einer gewünschten Größe aufrollt. Die Breite des aufgerollten Substratbogens 314 ist kleiner als die der laufenden Fördereinrichtung 303. Im Betrieb führt die Bogenzuführeinrichtung 313 das gerollte Substrat 314 der laufenden Fördereinrichtung 303 zu. Der aufgerollte Substratbogen 314 auf der Fördereinrichtung 303 läuft zunächst unter einer ersten Sprüheinrichtung 304a durch, wobei das Substrat mit einer vorgegebenen Behandlungslösungsmenge besprüht wird, um so einen vorgegebenen Bereich des Substrats zu bedecken. Nach dem Durchlaufen unter der ersten Sprüheinrichtung 304a hindurch läuft die Fördereinrichtung 303 unter mindestens einem Mittel zum kontinuierlichen Schichten einer vorgegebenen Vorläuferteilchenmenge auf das Substrat 314 hindurch. Dies ist in 23 als Zuführeinrichtungen 305a bis 305e gezeigt. Die Fördereinrichtung 303 läuft außerdem unter mindestens einem weiteren Mittel zum Sprühen einer vorgegebenen Behandlungslösungsmenge auf die Vorläuferteilchenschicht auf dem Substrat 314 hindurch. Dies ist in 23 als Sprüheinrichtungen 304b bis 304f gezeigt. Die Vorrichtung 301 umfasst ferner ein den Zuführeinrichtungen 305 und den Sprüheinrichtungen 304 nachgeordnetes Paar nicht planarer, gegenüber liegender Druckapplikatoren. Die Druckapplikatoren sind in 23 als ein Paar Verdichtungswalzen 306 gezeigt. In 23 sind außerdem eine Schlitz- und Transferfördereinrichtung 307, Messer- und Ambosswalzen 308 und eine Bogensammeleinrichtung 309 als Teil der Vorrichtung 301 gezeigt.
  • Die Fördereinrichtung 303 kann ein Flachbandförderer sein, der gute Trenneigenschaften hat, wie Polyurethan, das häufig in der Lebensmittelindustrie verwendet wird. Die Breite der Fördereinrichtung wird von der gewünschten Verbundstoffgröße bestimmt. Die Fördereinrichtung läuft im Allgemeinen in der Richtung des Pfeils 310 von Punkt 311, an dem sich die erste Sprüheinrichtung 304a befindet, zu einem Punkt 312, an dem sich die Messer- und Ambosswalzen 308 befinden. Die Fördereinrichtung 303 wäre üblicherweise ein Endlosförderer, wie in 23 gezeigt.
  • Die Fördereinrichtung 303 läuft zunächst unter einer ersten Sprüheinrichtung 304a durch, wobei das Substrat mit einer vorgegebenen Behandlungslösungsmenge besprüht wird, um so einen vorgegebenen Bereich des Substrats zu bedecken. Diese erste Besprühung stellt sicher, dass der untere Teil einer ersten Vor läuferteilchenschicht der Behandlungslösung ausgesetzt wird. Die Sprüheinrichtung 304a (sowie die Sprüheinrichtungen 304b bis 304f) müssen einen im Wesentlichen gleichmäßigen Nebel, Sprühnebel liefern und sollten eine geringe Aufschlagskraft haben, um ein mögliches Herunterblasen der Vorläuferteilchen zu vermeiden. Eine Sprüheinrichtung, die sich als im Betrieb gut erwiesen hat, ist eine mit Sprühluft betriebene Düsenbaugruppe des Modells 6218-1/4 JAU, die von Spraying Systems Co., Wheaton, IL 60188, USA, erhältlich ist. Die Fördereinrichtung 303 läuft dann unter der Zuführeinrichtung 305a hindurch, an der eine vorgegebene Menge trockener Vorläuferteilchen auf den vorgegebenen Bereich des Substrats 314 geschichtet wird. Die zu schichtende Vorläuferteilchenmenge hängt von einer Reihe Faktoren ab, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, die gewünschte Dichte des resultierenden Bogens, die Anzahl von durchzuführenden Schichtungsschritten und die Größe der verwendeten Teilchen. Die vorgegebene Menge sollte mindestens dazu ausreichen, einen vorgegebenen Bereich des Substrats im Wesentlichen mit einer Schicht mit einer Dicke von einem Teilchen zu bedecken.
  • Die Zuführeinrichtung 305a (sowie die Zuführeinrichtungen 305b bis 305e) muss dazu in der Lage sein, die Vorläuferteilchen in einer dünnen und vorzugsweise breiten Schicht zu verteilen. Dünnere Schichten auf dem Substrat 314 stellen sicher, dass alle Teilchen bei anschließenden Sprühschritten behandelt werden, und breitere Schichten werden den Produktionsausstoß steigern. Vibrierende Zuführeinrichtungen haben sich als zum Schichten der trockenen Vorläuferteilchen auf das Substrat 314 geeignet erwiesen. Ein Beispiel einer geeigneten vibrierenden Zuführeinrichtung ist ein Super Feeder, Modell Nr. 2106E-003S4, im Handel erhältlich von Solids Flow Control, P.O. Box 410767, 14201-A South Lakes Drive, Charlotte, N.C. 28241-0767, USA. Diese Zuführeinrichtung weist aus Gründen der Präzision ein Gewichtsrückmeldungskontrollsystem auf.
  • Die Fördereinrichtung 303 läuft dann unter einer zweiten Sprüheinrichtung 304b hindurch. Ein vorgegebener Bereich des Substrats 314 mit der ersten Vorläuferteilchenschicht wird mit einer vorgegebenen Menge derselben Behandlungslösung, die in der ersten Sprüheinrichtung 304a verwendet wurde, besprüht. Im Allgemeinen steht die vorgegebene Behandlungslösungsmenge mit der Teilchenmenge in der Schicht in Beziehung. Je höher die Teilchenmenge in der Schicht ist, desto mehr Behandlungslösung ist erforderlich, um im Wesentlichen alle Teilchen zu behandeln.
  • Die Dosierungs- und Sprühschritte können dann mehrmals wiederholt werden (z. B. unter Verwendung der Zuführeinrichtungen 305b bis 305e und Sprüheinrichtungen 304c bis 304f), je nach der gewünschten Dichte der absorbierenden Makrostrukturschicht. Wenn die Dosierungs- und Sprühschritte mehrmals wiederholt werden und der erste Sprühschritt durchgeführt wird, wie oben beschrieben, wird die erste Teilchenschicht zwei Sprühapplikationen ausgesetzt. Folglich müssen der erste Sprühschritt und der erste Sprühschritt nach dem Schichten lediglich die Hälfte der Behandlungslösungsmenge sprühen, die zum Behandeln der Teilchenmenge in der ersten Schicht auf dem Substrat erforderlich ist. Die anderen Sprüheinrichtungen 304c bis 304f werden die normale Behandlungslösungsmenge sprühen, d. h. die doppelte Menge von entweder der ersten Besprühung oder der ersten Besprühung nach dem Legen.
  • Nachdem alle Schichtungs- und Sprühschritte durchgeführt wurden, haften die behandelten Vorläuferteilchen in der Regel lose aneinander, um eine absorbierende Makrostrukturschicht auf dem Substrat 314 zu bilden. Die Fördereinrichtung 303 verschiebt dann diesen Verbundstoff und fördert ihn zu einem Paar gegenüber liegender Druckapplikatoren. Die in 23 gezeigten Druckapplikatoren nehmen die Form von Verdichtungswalzen 306 an. Wie jedoch Fachmänner zu schätzen wissen werden, könnte ein Verfahren mit einer Stoßfördereinrich tung angewendet werden, wobei gegenüberliegende Platten oder Drucktiegel zum Komprimieren des Verbundstoffs verwendet werden.
  • Die Verdichtungswalzen 306 können eine nicht ebene, raue Oberfläche aufweisen. Wenn der Verbundstoff durch die Verdichtungswalzen 306 läuft, bewirkt der Druck auf den Verbundstoff, dass dieser sich ausdehnt. Die raue Oberfläche der Walzen 306 reduziert den Gleiteffekt zwischen den Walzen und dem mit den Walzen in Kontakt stehenden Verbundstoff Dies wiederum verringert die Ausdehnung des Verbundstoffs sowohl in der Maschinenlaufrichtung 310 als auch der Maschinenquerrichtung. Die Ausdehnung in Maschinenlaufrichtung ist nicht wünschenswert, da sie bedingt, dass die Verdichtungswalzen 306 schneller laufen, um sich der Ausdehnung in Maschinenlaufrichtung anzupassen. Die Verdichtung durch die Walzen 306 verdichtet die aufgesprühte Behandlungslösung zu den frei abgeschiedenen Vorläuferteilchenschichten.
  • Die Verdichtungswalzen 306 können in Form von zylindrischen Edelstahlwalzen sein, die mit einem Plasmaüberzug beschichtet sind, wodurch den Walzen eine raue Oberfläche gegeben wird und sie dazu bringt, den Verbundstoff nach der Verdichtung einfacher freizugeben. Zu Beispielen von geeigneten Überzügen zählen die Überzüge 934 und 936, erhältlich von Plasma Coatings, Inc., Waterbury, CT 06702, USA. Der Spalt zwischen den Verdichtungswalzen bestimmt den Umfang der Verdichtung, der auf den Verbundstoff ausgeübt wird.
  • Die Vorrichtung 301 kann eine Rollenschneidemaschine zum Beschneiden der Bahnkanten vor der Verdichtung einschließen. Die Kanten des Verbundstoffs können eine weniger einheitliche Dichte als der Rest des Verbundstoffs aufweisen und werden aufgrund der Bewegung des Förderbands in der Maschinenquerrichtung in der Regel einer ungleichmäßigen Applikation von Behandlungslösung und Teilchen ausgesetzt, was ihre Entfernung wünschenswert macht. Die Rollenschneidemaschine kann ein normales Rundmesser sein, das gegen eine harte Oberfläche, wie ein Transferförderband, arbeitet, wie durch 307 angezeigt.
  • Nachdem die Bahn durch die Verdichtungswalzen 306 gelaufen ist, wird ein durchgehender Verbundstoffbogen gebildet und in der Sammeleinrichtung 309 gesammelt. Die Sammeleinrichtung 309 kann die Form einer Aufwickelrolle annehmen, die den Bogen zu einer einzigen Rolle mit einer gewünschten Größe aufrollt. Wenn die Rolle mit der gewünschten Größe erhalten wird, kann die Vorrichtung 301 eine zweite Rollenschneidemaschine zum Schneiden des Bogens aufweisen. Diese zweite Rollenschneidemaschine kann die Form einer Messer- und Ambosswalze 308 annehmen.
  • In dem Fall, in dem auf beiden Hauptoberflächen des Substrats 314 Makrostrukturschichten gebildet werden, kann eine Vielfalt an Verfahren eingesetzt werden. In einem Verfahren wird ein Vorgang, der mit dem oben beschriebenen identisch oder diesem ähnlich ist, an der zweiten Hauptoberfläche des Substrats 314 durchgeführt. Genauer wird ein durchgehender Verbundstoffbogen, der eine absorbierende Makrostrukturschicht und ein Substrat umfasst, auf der Bogenzuführeinrichtung 314 gelagert. Die Bogenzuführeinrichtung 314 führt den durchgehenden Verbundstoffbogen derselben oder einer zweiten Fördereinrichtung 303 zu, wobei dieses Mal die absorbierende Makrostrukturschicht des Verbundstoffs mit der Fördereinrichtung 303 in Kontakt steht. Die Sprüheinrichtungen 304a bis 304f und die Zuführeinrichtungen 305a bis 305e wirken wie oben beschrieben auf die zweite Hauptoberfläche des Substrats 314 ein, wodurch ein durchgehender Verbundstoffbogen mit auf jeder der Hauptoberflächen des Substrats 314 gebildeten Makrostrukturschichten gebildet wird, z. B. wie in 11 gezeigt.
  • In einem anderen Verfahren, das nicht in den Figuren gezeigt ist, wird ein Verbundstoff-Zwischenprodukt wie oben beschrieben verarbeitet, indem eine oder mehrere Absorptionsteilchenschichten auf eine erste Oberfläche eines Substrats aufgebracht werden. Das Verbundstoff-Zwischenprodukt wird dann umgedreht, so dass die Absorptionsteilchenschichten auf dem Verbundstoff-Zwischenprodukt der Fördereinrichtung 303 zugewandt sind. Das Verbundstoff-Zwischenpro dukt läuft dann wie zuvor unter einer oder mehreren Sprüheinrichtungen 304 und Mitteln zum Hinzufügen von Absorptionsgelierteilchen 305 hindurch, um der zweiten Hauptoberfläche des Substrats eine oder mehrere weitere Schichten der Gelierteilchen hinzufügen. Der Verbundstoff kann dann verdichtet werden usw., wie zuvor beschrieben.
  • Alternativ kann eine erste durchgehende absorbierende Makrostrukturschicht hergestellt werden, indem ein oder mehrere Absorptionsgelierteilchenschichten, gefolgt von Behandlungslösung direkt auf das Band 303 aufgebracht werden, dann kann eine Substratschicht im Mittelteil der Förderlinie 301 eingebracht werden, um die erste Hauptoberfläche des Substrats auf die erste durchgehende absorbierende Makrostrukturschicht auszurichten und an dieser zu befestigen. Anschließend kann eine zweite durchgehende absorbierende Makrostrukturschicht auf die zweite Hauptoberfläche des Substrats aufgebracht werden, indem eine oder mehrere Absorptionsteilchenschichten und Behandlungslösung darauf aufgebracht werden.
  • Des Weiteren kann ein Verbundstoff eine zweite Substratschicht umfassen. Ein vorgegebener Bereich auf der Makrostrukturschicht oder eine Gelierteilchenschicht, die von einem Zuführmittel 305 aufgebracht wurde, wird mit einer vorgegebenen Menge derselben Behandlungslösung, die in der ersten Sprüheinrichtung 304a verwendet wurde, besprüht. Ein zweiter Substratbogen kann mit der besprühten Makrostrukturschicht in Kontakt gebracht werden. Als Ergebnis kann mittels Vernetzung eine Verbindung zwischen dem zweiten Substratbogen und der besprühten Makrostrukturschicht hergestellt werden, wodurch ein Absorptionsverbundstoff mit der wie in 7 gezeigten Struktur erhalten werden kann. Alternativ kann ein vorgegebener Bereich eines zweiten Substratbogens mit einer vorgegebenen Menge derselben Behandlungslösung besprüht und dann auf die Oberfläche einer absorbierenden Makrostruktur aufgebracht werden.
  • Durch selektives Wiederholen der oben beschriebenen Schritte zu beliebigen durchgehenden Absorptionsverbundstoffen können nicht durchgehende Ab sorptionsverbundstoffe mit geschichteten Strukturen, die in den 8, 9 und 10 gezeigt sind, erhalten werden.
  • Zur selben Zeit oder nachdem das Vernetzungsmittel aufgetragen wurde, die Vorläuferteilchen physikalisch miteinander verknüpft wurden, um ein Aggregat zu bilden, und das Aggregat geformt wurde, wird das Vernetzungsmittel mit dem Polymermaterial der Vorläuferteilchen umgesetzt, wobei die physikalische Verknüpfung der Vorläuferteilchen aufrechterhalten wird, um eine effektive Oberflächenvernetzung in den Vorläuferteilchen in der Aggregatmakrostruktur zu liefern. Das bevorzugte Vernetzungsmittel ist ein kationisches Amino-Epichlorhydrin-Additionsprodukt. Aufgrund der verhältnismäßig reaktionsfähigen kationischen funktionellen Gruppen des Amino-Epichlorhydrin-Additionsprodukts kann die Vernetzungsreaktion zwischen dem Additionsprodukt und dem Polymermaterial der Vorläuferteilchen bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen erfolgen. Tatsächlich kann diese Vernetzungsreaktion (Aushärtung) bei Umgebungstemperaturen erfolgen. Eine solche Aushärtung bei Umgebungstemperatur ist besonders wünschenswert, wenn die Behandlungslösung, die das Additionsprodukt umfasst, zusätzlich einen Weichmacher, wie eine Mischung von Wasser und Glycerin, enthält. Eine Aushärtung bei einer erheblich höheren Temperatur als Umgebungstemperaturen kann bewirken, dass der Weichmacher aufgrund seiner Flüchtigkeit vertrieben wird, was einen zusätzlichen Schritt zum Weichmachen des resultierenden Teilchen-Teilchen-Verbund-Aggregats erforderlich macht. Eine solche Aushärtung bei Umgebungsbedingungen wird in der Regel bei einer Temperatur von etwa 18 °C bis etwa 35 °C für etwa 12 bis etwa 48 Stunden durchgeführt. Vorzugsweise wird eine solche Aushärtung bei Umgebungsbedingungen bei einer Temperatur von etwa 18 °C bis etwa 25 °C für etwa 24 bis etwa 48 Stunden durchgeführt.
  • Obwohl die Vernetzungsreaktion zwischen einem kationischen Amino-Epichlorhydrin-Additionsprodukt und dem Polymermaterial der Vorläuferteilchen bei Umge bungstemperaturen erfolgen kann, kann eine solche Aushärtung auch bei höheren Temperaturen durchgeführt werden, um die Reaktion zu beschleunigen. Die Aushärtung bei höheren Temperaturen umfasst in der Regel das Erhitzen des Verbundstoffs, der die behandelten und verknüpften Vorläuferteilchen umfasst, um zu bewirken, dass die Vernetzungsreaktion zwischen dem Additionsprodukt und dem Polymermaterial der Vorläuferteilchen in einem kürzeren Zeitraum, in der Regel Minuten erfolgt. Dieser Heizschritt kann unter Verwendung einer Reihe herkömmlicher Heizvorrichtungen durchgeführt werden, einschließlich verschiedener, in der Technik wohl bekannter Trockenschränke oder Trockner.
  • Im Allgemeinen kann die Wärmehärtung bei einer Temperatur von mehr als etwa 50 °C für einen Zeitraum durchgeführt werden, der dazu ausreicht, die Vernetzungsreaktion zwischen dem Additionsprodukt und dem Polymermaterial der Vorläuferteilchen abzuschließen. Die bestimmten Temperaturen und Zeiträume, die bei der Wärmehärtung angewendet werden, hängen von dem bestimmten verwendeten kationischen Amino-Epichlorhydrin-Additionsprodukt und dem in den Vorläuferteilchen vorliegenden Polymermaterial ab. Wenn die Aushärtungstemperatur zu niedrig oder die Aushärtungszeit zu kurz ist, wird die Reaktion nicht ausreichend angetrieben, was in Makrostrukturen resultiert, die eine unzureichende Integrität und ein schlechtes Absorptionsvermögen aufweisen. Wenn die Aushärtungstemperatur zu hoch ist, kann die strukturelle Integrität des Substratmittels vermindert sein. Dies kann den Absorptionsverbundstoff mit nur wenig zusätzlicher Unterstützung der Festigkeit im trockenen oder nassen Zustand durch das Substrat belassen.
  • Die Vernetzungsreaktion zwischen dem kationischen Amino-Epichlorhydrin-Additionsprodukt und dem Polymermaterial der Vorläuferteilchen ist selbst bei Umgebungstemperaturen schnell genug, so dass sie in Abwesenheit von Initiatoren und/oder Katalysatoren ausgeführt werden kann. Ein wichtiger Faktor in Bezug auf die Reaktivität des Amino-Epichlorhydrin-Additionsprodukts ist jedoch der pH-Wert der Behandlungslösung, die das Additionsprodukt enthält. In der Regel beträgt der pH-Wert der Behandlungslösung von etwa 4 bis etwa 9, vorzugsweise von etwa 4 bis etwa 6. Das Halten der Behandlungslösung bei einem pH-Wert in diesen Bereichen stellt sicher, dass das Amino-Epichlorhydrin-Additionsprodukt ausreichend reaktionsfähig sein wird, selbst bei Umgebungstemperaturen.
  • Die physikalische Verknüpfung der behandelten Vorläuferteilchen muss während des Aushärtungsschritts aufrechterhalten werden, so dass, während die Vernetzung erfolgt, die Vorläuferteilchen kohäsiv miteinander verbunden werden. Wenn Widerstandskräfte oder Belastungen dazu ausreichen, die Vorläuferteilchen, die während der Vernetzungsreaktion vorliegen, zu trennen, kann eine unzureichende Verbindung der Vorläuferteilchen stattfinden. Dies kann in Aggregaten mit schlechter struktureller Integrität resultieren. Die physikalische Verknüpfung der Vorläuferteilchen wird in der Regel aufrechterhalten, indem sichergestellt wird, dass minimale Trennkräfte oder -belastungen während des Aushärtungsschritts eingebracht werden.
  • (2) Verfahren zum Herstellen nicht durchgehender Absorptionsmaterialien
  • Ein bevorzugtes Verfahren zum Herstellen eines nicht durchgehenden Absorptionsmaterials oder Verbundwerkstoffs davon umfasst einen ersten Schritt des Ausbildens einer Vielzahl von Schlitzen oder Schnitten, die die Dicke eines durchgehenden absorbierenden Verbundstoffbogens, der in einer ersten Richtung ausgerichtet ist, mindestens teilweise, vorzugsweise vollständig penetrieren. Vorzugsweise wird mindestens ein beträchtlicher Teil der, mehr bevorzugt alle Schnitte in der im Wesentlichen selben Richtung gemäß einem vorgegebenen Muster ausgerichtet. Ein Beispiel eines durchgehenden Verbundstoffs, in der ein vorgegebenes Muster von Schnitten in einem durchgehenden, verflochtenen Muster hergestellt wird, ist in 21 gezeigt. Im Verbundstoff werden an der Stelle der Schlitze Hohlräume gebildet, wenn der geschlitzte Verbundstoff dann in einer zweiten Richtung gedehnt wird, die zur Richtung der Schlitze im Wesentlichen lotrecht ist, wodurch der nicht durchgehende Verbundstoff gebildet wird. Im Allgemeinen resultiert der Grad der Dehnung eines geschlitzten Verbundstoffs in einer größeren Hohlraumöffnung am Ort des Schlitzes und einem größeren Prozentsatz an Porenvolumen in dem resultierenden nicht durchgehenden Verbundstoff. In ähnlicher Weise kann ein solches vorgegebenes Muster von Schnitten in einem durchgehenden Makrostrukturmaterial (eines, das kein daran befestigtes Substrat einsetzt) hergestellt werden und nach dem Dehnen kann ein nicht durchgehendes Material, wie das in 2 gezeigte, gebildet werden. In der hierin anschließend folgenden Erörterung kann ein Verfahren zum Bilden nicht durchgehender Absorptionsverbundstoffe aus durchgehenden Verbundstoffen (ein Material, das ein Substrat und eine absorbierende Makrostruktur umfasst) gleichfalls dazu angewendet werden, ein nicht durchgehendes Absorptionsmaterial aus einem durchgehenden Material (ein Material, das nur einen Bogen aus absorbierender Makrostruktur ohne ein Substrat umfasst) zu bilden.
  • Ein bevorzugtes Verfahren zum Herstellen eines nicht durchgehenden Absorptionsverbundmaterials umfasst einen Schritt des Bildens eines geschlitzten durchgehenden Absorptionsverbundstoffs 100, wie in 21 gezeigt. Der Schritt umfasst das unterbrochene Bilden einer Vielzahl von Schlitzen 102, die vollständig durch die Dicke des Verbundstoffs gehen, entlang jeder einer Vielzahl im Wesentlichen paralleler Linien 101. Der Abstand 103 entlang einer Linie zwischen aufeinander folgenden Schnitten 102 kann gleichmäßig, willkürlich oder geordnet sein. Ein Vergrößern des Abstands 103 zwischen aufeinander folgenden Schnitten in parallelen Linien verringert das prozentuale Porenvolumen des nicht durchgehenden Verbundstoffs (nach dem Dehnen) in jenem Teil des Verbundstoffs. In ähnlicher Weise kann der Intervallabstand 105 zwischen aufeinander folgenden Linien von Schlitzen kann einheitlich derselbe, willkürlich oder geordnet sein. Ein Vergrößern des Intervallabstands 105 zwischen aufeinander folgenden parallelen Linien von Schlitzen verringert das prozentuale Porenvolumen des nicht durchgehen den Verbundstoffs (nach dem Dehnen) in dem Teil entlang der Länge solcher parallelen Linien.
  • In einem bevorzugten Verfahren wird der geschlitzte durchgehende Absorptionsverbundstoff 100 in der Breitenrichtung 106 um von etwa 20 % bis etwa 400 % der Breite des Verbundstoffs 100 gedehnt, wodurch das durchschnittliche prozentuale Porenvolumen von etwa 17 % bis etwa 80 % erhalten werden kann. Mehr bevorzugt wird der geschlitzte durchgehende Absorptionsverbundstoff 100 in der Breitenrichtung 106 um von etwa 50 % bis etwa 300 % der Breite des Verbundstoffs 100 gedehnt, wodurch das durchschnittliche prozentuale Porenvolumen von etwa 33 % bis etwa 67 % erhalten werden kann.
  • Ein bevorzugtes Verfahren umfasst das Herstellen eines nicht durchgehenden Verbundstoffs mit einem ersten Breitenbereich mit einem prozentualen Hohlraumbereich, der größer als der eines zweiten Breitenbereichs ist. Im ersten Breitenbereich dieses durchgehenden Verbundstoffs wird eine Reihe im Wesentlichen paralleler Linien von unterbrochenen Schnitten mit einem vorgegebenen Intervall 105 zwischen benachbarten Linien gebildet. In einem zum ersten Bereich benachbarten zweiten Breitenbereich wird eine zweite Reihe im Wesentlichen paralleler Linien von unterbrochenen Schnitten mit einem breiteren vorgegebenen Intervall 105 zwischen benachbarten Linien hergestellt, so dass, wenn der geschlitzte Verbundstoff, der beide geschlitzten Bereiche umfasst, gleichmäßig gedehnt wird, der Abstand zwischen benachbarten Hohlräumen, die von den Schlitzen im ersten Breitenbereich des Verbundstoffs gebildet werden, kleiner als der Abstand zwischen benachbarten Hohlräumen im zweiten Bereich ist und wobei der Prozentanteil an Leerraum im ersten Bereich des nicht durchgehenden Verbundstoffs größer als der prozentuale Leerraum im zweiten Bereich ist.
  • In einem anderen bevorzugten Verfahren hat der Intervallabstand 105 zwischen einer Reihe aufeinander folgender Linien in einem ersten Breitenbereich denselben Intervallabstand 105 zwischen einer Reihe aufeinander folgender Linie in ei nem zweiten Breitenbereich. Der Abstand oder der Umfang der Dehnung im ersten Breitenbereich wird jedoch größer als der Abstand oder der Umfang der Dehnung im zweiten Breitenbereich gemacht. Im resultierenden nicht durchgehenden Verbundstoff ist der Abstand zwischen Hohlräumen, die von den Schlitzen des ersten Breitenbereichs des Verbundstoffs gebildet werden, mit dem Abstand zwischen Hohlräumen des zweiten Breitenbereichs identisch. Der Bereich (die Breite) einer Hohlraumöffnung, die im ersten Breitenbereich gebildet wurde, ist jedoch größer als der Bereich (die Breite) einer Hohlraumöffnung im zweiten Breitenbereich und danach ist der prozentuale Leerraum im ersten Breitenbereich des nicht durchgehenden Verbundstoffs größer als der prozentuale Leerraum im zweiten Bereich.
  • Ein anderes bevorzugtes Verfahren umfasst das Herstellen eines nicht durchgehenden Verbundstoffe mit einem ersten Längenbereich mit einem prozentualen Hohlraumbereich, der größer als der eines zweiten Längenbereichs ist. In einem durchgehenden Verbundstoff wird eine Reihe im Wesentlichen paralleler Linien von unterbrochenen Schnitten hergestellt. In einem ersten Längenbereich haben aufeinander folgende unterbrochene Schnitte eine vorgegebene Schnittlänge 102 und ein vorgegebenes Intervall zwischen aufeinander folgenden Schnitten 103. In einem zweiten Längenbereich haben aufeinander folgende unterbrochene Schnitte im Vergleich zum ersten Längenbereich eine kürzere Schnittlänge 102, jedoch dasselbe Intervall 103 zwischen aufeinander folgenden Schnitten. Dieser geschlitzte Verbundstoff wird dann gleichmäßig entlang beider Längen gedehnt. Im resultierenden nicht durchgehenden Verbundstoff ist der Abstand zwischen benachbarten Hohlräumen, die von den Schlitzen des ersten Längenbereichs des Verbundstoffs gebildet werden, im Wesentlichen mit dem Abstand zwischen benachbarten Hohlräumen der zweiten Länge identisch. Der Bereich (die Länge) einer Hohlraumöffnung, die im ersten Längenbereich gebildet wurde, ist jedoch größer als der Bereich (die Länge) einer Hohlraumöffnung im zweiten Längenbereich und danach ist der prozentuale Leerraum im ersten Längenbereich des nicht durchgehenden Verbundstoffs größer als der prozentuale Leerraum im zweiten Längenbereich des nicht durchgehenden Verbundstoffs.
  • In alternativen Verfahren können die Längen von Schnitten und der Intervallabstand zwischen Schnitten von aufeinander folgenden parallelen Linien von unterbrochenen Schnitten variiert werden, um nach dem Dehnen des geschlitzten Verbundstoffs nicht durchgehende Verbundstoffe mit Hohlräumen mit verschiedenen Formen und Größen (Bereichen), unterschiedlichem Abstand zwischen Hohlräumen und mit unterschiedlichen prozentualen Hohlraumbereichen bereitzustellen. Die Längen von Schlitzen, der Intervallabstand zwischen aufeinander folgenden Schlitzen in einer Linie und das Intervall zwischen aufeinander folgenden Linien von Schlitzen können variiert werden, um nicht durchgehende Verbundstoffe bereitzustellen, die Bereiche mit Hohlräumen mit verschiedenen Formen und Größen (Bereichen) und mit unterschiedlichem prozentualen Hohlraumbereich in einem Bereich umfassen. Die Abstände und Längen können so gewählt werden, dass ein anderes Absorptionsvermögen und prozentuales Porenvolumen für ein bestimmtes Absorptionsvermögenerfordernis oder für ein bestimmtes Absorptionsprodukt bereitgestellt wird. Die Länge der Schlitzlinien, der Abstand zwischen aufeinander folgenden Schlitzen und der Abstand zwischen aufeinander folgenden parallelen Linien von Schlitzen können jeweils ebenfalls die Flexibilität und Dehnbarkeit (wie weit der geschlitzte Bogen gedehnt werden kann) beeinflussen. Natürlich können sich auch die Dicke und Dichte der absorbierenden Makrostruktur, die Art des verwendeten Vernetzungsmittels, die Anwesenheit von Weichmacher in der Makrostruktur, die Art des Substratmaterials und verschiedene andere Faktoren auf die Flexibilität der geschlitzten und gedehnten Struktur auswirken. Für eine gegebene Absorptionsverbundstoffstruktur sind die Flexibilität einer Struktur und die Dehnbarkeit eines geschlitzten Verbundstoffs jedoch im Allgemeinen umgekehrt proportional zum Abstand zwischen aufeinander folgenden parallelen Linien von Schlitzen.
  • Das Muster von Schlitzen im geschlitzten Verbundstoff kann im Wesentlichen gleichmäßig, willkürlich oder geordnet hergestellt werden. In der Regel beträgt die Länge von Schlitzen von etwa 2 mm bis etwa 50 mm, vorzugsweise von etwa 5 mm bis etwa 25 mm, mehr bevorzugt etwa 10 mm bis etwa 20 mm. In der Regel beträgt der Intervallabstand zwischen aufeinander folgenden Schlitzen auf einer Linie von etwa 1 mm bis etwa 20 mm, vorzugsweise von etwa 2 mm bis etwa 10 mm, mehr bevorzugt von etwa 3 mm bis etwa 5 mm. In der Regel beträgt das Intervall zwischen aufeinander folgenden parallelen Linien von Schlitzen von etwa 1 mm bis etwa 10 mm, vorzugsweise von etwa 1,5 mm bis etwa 5 mm, mehr bevorzugt von etwa 2 mm bis etwa 3 mm.
  • Ein anderes nichteinschränkendes Beispiel von Schlitzmustern, das angewendet werden kann, ist in 22 gezeigt.
  • Ein bevorzugtes Verfahren zum Bilden einer geschlitzten absorbierenden Makrostruktur, die dann gedehnt werden kann, um Hohlräume an der Stelle der Schlitze zu bilden, umfasst das kontinuierliche Bilden von Schlitzen in einem vorgegebenen Muster. Dieses bevorzugte kontinuierliche Verfahren zum Herstellen eines Absorptionsverbundstoffs kann am besten durch Bezugnahme auf 24 verstanden werden, die eine Vorrichtung 401 zum Schneiden von Schlitzen in Maschinenlaufrichtung in einen durchgehenden Verbundstoff zeigt. Die Vorrichtung 401 umfasst eine kontinuierliche Schlitzausbildungsvorrichtung 420. Eine Abwickelrolle 402 führt der Schlitzausbildungsvorrichtung 420 einen durchgehenden Bogen 405 aus durchgehendem Absorptionsverbundstoff zu und eine Aufwickelrolle 415 sammelt einen durchgehenden Bogen 412 aus einem geschlitzten, teilweise gedehnten Verbundstoff. Die kontinuierliche Schlitzausbildungsvorrichtung 420 umfasst eine Messerwalze 422 mit einer Vielzahl von Messerklingen 432 und eine Vertiefungswalze 424 mit einer Vielzahl von Vertiefungsrillen 441 in dessen Oberfläche. Der durchgehende Bogen wird durch die Öffnung 421 zwischen der Messerwalze 422 und der Vertiefungswalze 424 geführt. Die Messerwalze 422 und die Vertiefungs walze 424 werden in entgegengesetzten Richtungen um ihre jeweiligen Achsen 423 und 426 gedreht. Sowohl die Messerwalze als auch die Vertiefungswalze sind jeweils in ihrer relativen vertikalen und horizontalen Höhe und Achsenausrichtung justierbar. Der Absorptionsverbundstoff wird im Wesentlichen durch die Drehung der Messerklingen durch die Schlitzausbildungsvorrichtung 420 gezogen. Vorzugsweise wird ein Antriebsmechanismus mit ausreichendem Leistungs- und Taktvermögen (in der Technik wohl bekannt) verwendet, um die Drehung der zwei Achsen bei verhältnismäßig derselben Drehgeschwindigkeit zu synchronisieren, ungeachtet der Last durch den Vorgang des Schlitzens des Verbundstoffs.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Messerwalze eine Vielzahl von Messerplatten 430, wie in 25 gezeigt. Die Vielzahl von Messerplatten ist durch eine Wellenöffnung 450 an der Mittelachse der Klinge auf einer Antriebswelle 423 (in 24 gezeigt) montiert. Die einzelnen Messerklingen 432 sind derart konstruiert und auf der Klingenplatte angeordnet, dass sie einen Drehschwerpunkt an der Mittelachse der Klinge aufrechterhalten. Eine Messerplatte 430 umfasst eine Vielzahl von Messerklingen 432. Jede Messerklinge umfasst einen Schneidteil 434 mit einer Schneidspitze 437, einer Vorderkante 435 und einer Hinterkante 436. Der Schneidteil der Klinge ist derjenige Teil, der während des Schlitzvorgangs in die Struktur des Verbundstoffbogens 407 eindringen kann. Die Länge einer Messerklinge, definiert durch xk, ist die maximale Länge des Schneidteils 437 der Klinge, von der Vorderkante 435 zur Hinterkante 436. Die Vorderkante und die Hinterkante 435 und 436 sind vorzugsweise leicht gerundet (Radius etwa 0,5 mm), um die Trennung der Hinterkante der Klinge vom geschlitzten Verbundstoff zu verbessern, indem jegliche Ecke an der Klinge eliminiert wird, die in die Hinterkante des Schlitzes eingreifen könnte.
  • Bevorzugte Messerklingen der vorliegenden Erfindung können aus einem beliebigen Material hergestellt werden, das eine Materialhärte aufweist, die dazu ausreicht, den Absorptionsverbundstoff zu schneiden, und eine ausreichende Festig keit, um ein Biegen, Verziehen, Durchbiegen oder Vibrieren während des Schlitzvorgangs zu verhindern. Vorzugsweise wird ein extrem hartes metallisches oder anderes Material für eine längere Haltbarkeit und herausragende Schneidleistung verwendet. Ein bevorzugtes Material ist Wolfram.
  • Die Dicke des Schneidteils der Klinge, als zk in 26 gezeigt, wird vorzugsweise so dünn wie möglich gehalten, um den Widerstand durch den Verbundstoff zu reduzieren. Die Klinge sollte ausreichend dick sein, um Festigkeit zum Verhindern von Biegen, Verziehen, Durchbiegen oder Vibrieren während des Schlitzvorgangs bereitzustellen. Vorzugsweise beträgt die Dicke des Schneidteils weniger als etwa 1 mm, mehr bevorzugt weniger als etwa 0,5 mm.
  • Der Abstand zwischen aufeinander folgenden Klingen ist als yk gezeigt. Obgleich die in 25 gezeigte Messerklinge sechs gleich große und beabstandete Klingen aufweist, können Platten mit einer wesentlich größeren Anzahl Klingen und folglich einem größeren Durchmesser und Umfang verwendet werden. Der Intervallabstand zwischen benachbarten Messerplatten kann eingestellt werden, indem eines von mehreren Abstandsstücken 439 (29) oder eine von mehreren Abstandsscheiben auf der Achse der Messerwalze zwischen benachbarten Messerklingen angeordnet wird, um den angemessenen Abstand bereitzustellen.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform wird der durchgehende Verbundstoffbogen 407 (24) teilweise in der Maschinenquerrichtung gespannt, wenn der Bogen in die Messerwalze eintritt. Das Spannen unterstützt das Schneiden der Verbundstoffschichten durch die Klingen. Darüber hinaus hilft das Spannen dabei, die Reibung der Schneidmesser zu verringern, wenn diese sich aus den Schlitzen herausdrehen, aufgrund der leichten Minderung der Breite der Verbundstoffsegmente zwischen benachbarten Klingen, wenn die Spannung nach dem Schlitzen gelöst wird.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens und der Vorrichtung wird ein Mittel zum Auskuppeln der Schlitzmesser 432 aus den Schlitzen des geschlitzten Bogens 408 bereitgestellt. Ein bevorzugtes Auskupplungsmittel ist eine Abstreifplatte 425, die in 29 gezeigt ist. Die Abstreifplatte 425 umfasste eine Vielzahl paralleler Kerben 429, die sich dort hindurch erstrecken. Die Länge und Breite jeder Kerbe und der Abstand zwischen den Kerben trägt der Vielzahl von Messerklingen der Messerwalze 422 Rechnung. Die Klingen 432 der Messerwalze werden so angeordnet, dass sie sich von der oberen Fläche durch die Abstreifplattenkerben 429 hindurch erstrecken, wie in 29 gezeigt. Der durchgehende Verbundstoffbogen 407 ist auf der unteren Fläche der Abstreifplatte 425 angeordnet. Die Abstreifplatte 425 hat eine Hinterkante 428, die den geschlitzten Verbundstoffbogen stützt, während dieser sich von der Messerwalze 422 trennt. Die Abstreifplatte 425 wird für gewöhnlich aus einem metallischen Material konstruiert, vorzugsweise Edelstahl, und weist eine ausreichende Dicke auf, um einem Biegen durch den Druck des geschlitzten Verbundstoffbogens zu widerstehen, wenn dieser von der Messerwalze 422 getrennt wird.
  • Um das Abstreifen oder Trennen des geschlitzten Verbundstoffs von den Messerklingen zu unterstützen, kann ein Trennschichtmaterial verwendet werden. Eine solche Schicht kann eine mit dem Absorptionsverbundstoff integrale Schicht sein, beispielsweise eine Vliesschicht auf der Oberfläche des Absorptionsverbundstoffs, die der Messerwalze zugewandt ist. Die Trennschicht kann auch eine unabhängige Schicht sein, die vor dem Schlitzausbildungsschritt auf den durchgehenden Verbundstoff ausgerichtet und danach vom geschlitzten Verbundstoff getrennt wird. Ein Beispiel eines solchen Materials kann Vliese, Kunststoff- oder Metallfolien und gewachste oder andere behandelte Substrate oder Papier einschließen. Die Trennschicht kann auch ein Gleitmittel aufweisen, das sich auf den Klingen ablagern kann, um den Widerstand gegen eine Ansammlung von absorbierender Makrostruktur und Substratmaterial zu unterstützen. Derartige Schmiermittel können flüssig oder halbfest, wie ein Wachs oder Öl, oder ein festes Mittel, wie Graphit, sein. Eine bevorzugte Trennschicht ist Wachspapier.
  • Die Vertiefungswalze 424 weist eine Reihe Rillen 441 auf, wie in 27 gezeigt, die als Führungen für die Klingen 432 der Klingenwalze dienen. Die Vertiefungswalze dient außerdem dazu, den Absorptionsverbundstoffbogen 407 gegen die Klingenwalze (und wahlweise die Abstreifplatte 425) zu halten. Es gibt im Wesentlichen eine Rille für jede Klingenplatte. Die Rille 441 weist vorzugsweise eine Form und Abmessung auf, so dass sie so nah wie möglich mit der Schneidspitze 434 der Klingen zusammenpasst. Am meisten bevorzugt ist die Vertiefungswalze aus einem Material konstruiert, das so hart wie möglich ist, jedoch nicht die Klingenschneidspitzen 434 schneiden oder verschleißen wird. Ein bevorzugtes Material zum Konstruieren der Vertiefungswalze ist Nylon oder Teflon. Die Rillen können zunächst in der Vertiefungswalze gebildet werden, indem die rotierende Klingenwalze die Vertiefungswalze berührt oder leicht gegen diese drückt, um die Spur der Klingen festzulegen.
  • Anstelle einer Vertiefungswalze können andere Vorrichtungen verwendet werden, um dieselbe Funktion bereitzustellen. Zum Beispiel kann auch ein stationäres Stützelement mit einer Reihe Kerben verwendet werden. Ein Beispiel eines stationären Stützelements ist eine gekerbte Platte, die der Abstreifplatte 425 ähnelt. Der Verbundstoffbogen 407 läuft zwischen der Abstreifplatte 425 und dem stationären Stützelement hindurch. Die Klingen der Klingenwalze drehen sich durch die Kerben der Abstreifplatte und des stationären Stützelements, wodurch die Schlitze in den Bogen geschnitten werden.
  • Anstelle einer Vertiefungswalze können auch einzelne Vertiefungsplatten, die in Bezug auf den Abstand und die Anzahl den Klingenplatten entsprechen, verwendet werden.
  • Es ist außerdem bevorzugt, Mittel zum kontinuierlichen Reinigen der Messerklingen und der Vertiefungswalze von Substratmaterial und absorbierendem Makrostrukturmaterial, das sich ansammeln kann, bereitzustellen. Zu solchen Mitteln zählen Bürsten, Hochdruckluftströme und andere ähnliche, in der Technik wohl bekannte Mittel.
  • In den Absorptionsverbundstoffen der vorliegenden Erfindung kann die Substratschicht 72 ein Material umfassen, das schwer sauber durchzuschneiden ist, insbesondere wenn das Substrat teilweise mit Flüssigkeit (aus dem Verfahren zur Herstellung des Verbundstoffs) benetzt ist. Wenn es nass ist, kann sich das Substrat bei Aufprallen der Klinge dehnen. In einem bevorzugten Verfahren der vorliegenden Erfindung wird der Absorptionsverbundstoffbogen 407 durch die Schlitzausbildungsvorrichtung geführt, so dass eine Substratschicht im Verbundstoff in Richtung der Messerwalze 412 ausgerichtet wird. Dies unterstützt die Messerklinge dabei, einen vollständigen Schlitz durch das Substratmaterial vorzunehmen. Des Weiteren ermöglicht das Ausrichten des Substrats in Richtung der Messerwalze, dass die Substratschicht selbst das Trennen des Absorptionsverbundstoffs, insbesondere der absorbierenden Makrostrukturschicht von den Messerklingen, nachdem die Schlitze ausgebildet wurden, unterstützt.
  • Nachdem ein geschlitzter Absorptionsverbundstoff hergestellt wurde, kann er gesammelt und gespeichert werden, bis er benötigt wird In der Regel wird er zum Transport oder zur Lagerung auf einer Aufwickelrolle 415 gesammelt.
  • Das Verfahren des Schlitzens des durchgehenden Bogens 407 selbst kann bewirken, dass die Breitenabmessung des geschlitzten Verbundstoffs 408 erhöht wird. In bevorzugten Ausführungsformen, in denen der Abstand zwischen parallelen Linien von Schlitzen im Verbundstoff sehr eng ist (beispielsweise von 1 mm bis 5 mm), kann die Breitenabmessung des geschlitzten Bogens von 5 % bis 10 % größer oder mehr als die Breitenabmessung des nicht geschlitzten Ausgangsverbundstoffbogens 407 sein.
  • Aufgrund der vom Vernetzungsmittel verursachten Vernetzung und Verbindung ist es bevorzugt, dass der geschlitzte absorbierende Bogen vor der Aufwickelrolle teilweise gedehnt wird. Der Umfang der Teildehnung wird von den Eigenschaften des Absorptionsverbundstoffs (wie Dicke usw.) und dem Schlitzmuster (wie Schlitzlänge) abhängen. Für gewöhnlich wird der geschlitzte Bogen vor der Aufwickelrolle zwischen 1 % und etwa 50 % über die Breite der Schlitze hinweg teilweise gedehnt (d. h. bei Schlitzen, die in der Maschinenlaufrichtung ausgerichtet sind, in der Maschinenquerrichtung gedehnt), mehr bevorzugt etwa 2 %–15 %. Die Teildehnung kann durchgeführt werden, indem die längsverlaufenden Kanten (Kanten in Maschinenlaufrichtung) des Bogens befestigt und die befestigten Kanten auseinander gezogen werden, wodurch der Bogen dazwischen gedehnt wird. Ein anderes bevorzugtes Mittel umfasst das Führen des geschlitzten Bogens über eine stationäre Streckvorrichtung, die als eine Flachstreckvorrichtung bekannt ist, hergestellt von Shinko Co., Ltd., Osaka, Japan. Ein beliebiges Mittel zum Bereitstellen von vorzugsweise kontinuierlicher Streckung oder Dehnung des geschlitzten Bogens in der Querrichtung kann verwendet werden.
  • Der geschlitzte Verbundstoff oder der teilweise gedehnte geschlitzte Verbundstoff wird dann in der Maschinenquerrichtung der Schlitze gedehnt, um den fertigen nicht durchgehenden Verbundstoff zu bilden. Ein beliebiges Mittel (vorzugsweise kontinuierlich) zum Strecken oder Dehnen des geschlitzten Bogens in der Maschinenquerrichtung kann verwendet werden. Das Ausmaß an Dehnung wirkt sich auf die Öffnungsgröße des Hohlraums aus, der von den Schlitzen gebildet wird, und wirkt sich folglich zum Teil auf die prozentuale Hohlraumöffnung des Verbundstoffs aus. In einer bevorzugten Ausführungsform werden die längsverlaufenden Kanten (Kanten in Maschinenlaufrichtung) des Bogens mittels eines kontinuierlichen Befestigungsmittels befestigt und die Befestigungsmittel werden auseinander gefahren, wodurch der Bogen dazwischen gedehnt wird. In einem kontinuierlichen Verfahren zum Dehnen des Bogens werden die befestigten Kanten im Allgemeinen schrittweise auseinander gedehnt, um ein Reißen oder ungleichmäßiges Dehnen des Bogens zu vermeiden. Ein bevorzugtes Verfahren wendet ungleichmäßiges Dehnen in Querrichtung an, um den gedehnten nicht durchgehenden Verbundstoff über dessen Breite mit Bereichen auszustatten, die in größerem Maße als andere Bereiche gedehnt wurden. Das Ausmaß an Dehnung wirkt sich auf die Hohlraumöffnungsgröße und folglich auf den Prozentanteil an Hohlraumöffnungen in jenem Teil des Verbundstoffs aus.
  • Der vollständig gedehnte nicht durchgehende Verbundstoff selbst kann weiter gelagert oder transportiert werden, indem er auf Aufwickelrollen gesammelt wird, oder mehr bevorzugt wird der gedehnte nicht durchgehende Absorptionsverbundstoff zur weiteren Verwendung bei der Herstellung eines Absorptionsprodukts oder zum Verpacken oder Lagern als ein Absorptionselement in Einheitsgrößen geschnitten oder getrennt. Das Schneiden oder Trennen des Verbundstoffbogens in Einheitsgrößen kann mittels einer Vielfalt an Mitteln vorgenommen werden, die in der Technik wohl bekannt sind, wie rotierende oder stationäre Schneidmesser oder -klingen, Laser, Ritzen und Abreißen, Stanzen usw. In einem bevorzugten Verfahren wird ein durchgehender Bogen aus gedehntem nicht durchgehendem Verbundstoff unter Verwendung von rotierenden oder stationären Schneidmessern oder -klingen in eine Vielzahl von Einheitsbreiten geschnitten, wobei jede Einheitsbreite durchgehenden Bogens dann ferner entlang seiner Länge in Einheitslängen geschnitten, getrennt und beim Herstellen eines Absorptionsprodukts verwendet: wird.
  • Andere Verfahren zum Ausbilden von Schlitzen in einem durchgehenden Verbundstoff können verwendet werden. Ein anderes Verfahren schließt das Ausbilden von in der Maschinenquerrichtung ausgerichteten Schlitzen ein. Dieses Verfahren kann dem oben beschriebenen Verfahren zum Herstellen von durchgehenden Schlitzen in der Maschinenlaufrichtung sehr ähnlich sein. Die Klingen sind in einem vorgegebenen Muster um die zylindrische Oberfläche der Messerwalze herum, parallel mit der Achse der Walze, in der Querrichtung angeordnet. In der Regel werden sich die Klingen von der Oberfläche der Walze entlang einer Linie erstrecken, die durch die Achse der Walze verläuft. Ein anderes Verfahren zum Ausbilden einer Vielzahl von Schlitzen durch den Verbundstoff in einem vorgegebenen Muster schließt ein Chargenschlitzverfahren ein. Ein Verbundstoff wird auf einer im Wesentlichen starren, flachen Schneidfläche angeordnet. Eine Druckplatte mit einer Vielzahl von Klingen, die sich von dessen Oberfläche in einem vorgegebenen Muster erstrecken, wird in einer mechanischen oder hydraulischen Presse angeordnet. Wenn das vorgegebene Muster von Klingen der Druckplatte von der Presse durch den Verbundstoff getrieben wird, beispielsweise durch Drücken der Klingen durch die Dicke des Verbundstoffs, wird ein Muster von Schlitzen in demselben vorgegebenen Muster durch den Verbundstoff gebildet. Die Klingen werden sich im Allgemeinen eine Strecke von der Oberfläche der Druckplatte erstrecken, die mindestens die Dicke des Verbundstoffs ist, vorzugsweise mehr. Vorzugsweise umfasst die Druckplatte ein Mittel, um den geschlitzten Verbundstoff nach dem Schlitzen von den Klingen weg zu treiben. Ein solches Mittel kann Kerben umfassen, durch die die Klingen laufen, und kann ein mechanisches Mittel umfassen, wie einen Federteller, oder ein flexibles, elastisches Mittel, wie einen festen Schaumstoffschwamm. Vorzugsweise ist die Schneidfläche eine starre, flache Schneidfläche, die in ihrer Oberfläche Vertiefungen aufweist, die den sich erstreckenden Klingen in der Druckplatte entsprechen.
  • Ein anderes Mittel zum kontinuierlichen Ausbilden von Schlitzen in einem Absorptionsverbundstoff ist Laserstrahlschneiden.
  • Ein nicht durchgehender Verbundstoff kann ebenfalls in einem Verfahren zum direkten Ausbilden einer Vielzahl von Hohlräumen in einem festen, durchgehenden Verbundstoff verwendet werden. Im Allgemeinen ist ein solches Verfahren weniger bevorzugt, da es ein Nebenprodukt von Verbundstoffen mit der Größe von Hohlräumen erzeugt, die recycelt oder auf eine andere Weise verwendet wer den müssen, um die Abfallkosten zu vermeiden. Ein kontinuierliches Verfahren ist zum Ausbilden einer Vielzahl von Hohlräumen oder Öffnungen in einem durchgehenden Absorptionsverbundstoff bevorzugt. Zum Herstellen solcher Hohlräume kann eine beliebige Stanz- oder Bohrtechnik und -vorrichtung angewendet werden. Die Hohlräume werden vorzugsweise in einem vorgegebenen Muster und einer vorgegebenen Größe ausgebildet. Verfahren zum Ausbilden von Hohlräumen in bogenartigen Materialien sind in der Technik wohl bekannt und können zum Bilden der nicht durchgehenden Verbundstoffe der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
  • (3) Verfahren zum Herstellen von halbdurchgehenden Absorptionsverbundstoffen
  • Ein bevorzugtes Verfahren zum Herstellen eines halbdurchgehenden Absorptionsverbundstoffs schließt das Befestigen eines nicht durchgehenden Absorptionsverbundstoffs an, vorzugsweise Verbinden dieses mit einer durchgehenden Schicht, vorzugsweise einer durchgehenden Substratschicht ein. Die durchgehende Schicht kann auch ein durchgehender Verbundstoff sein, der ein Substrat und eine Makrostruktarschicht umfasst. Das Verfahren zum Befestigen eines durchgehenden Substrats an einem nicht durchgehenden Verbundstoff (vorzugsweise einer nicht durchgehenden absorbierenden Makrostrukturschicht davon) schließt Schritte ein, die im Wesentlichen mit den wie oben beschriebenen zum Befestigen eines Substrats an einem durchgehenden Verbundstoff identisch sind. Weitere Erwägungen schließen die Hohlraumöffnungen in dem nicht durchgehenden Verbundstoff und das Erfordernis des Beibehaltens eines nicht durchgehenden Verbundstoffs oder einer nicht durchgehenden Makrostrukturschicht in einem gedehnten Zustand, während das durchgehende Substrat befestigt wird, ein.
  • Ein anderes bevorzugtes Verfahren zum Bilden eines halbdurchgehenden Verbundstoffs schließt das Schneiden einer Vielzahl von Hohlräumen aus einer absorbierenden Makrostrukturschicht eines durchgehenden Verbundstoffs der vor liegenden Erfindung heraus ein, ohne im Wesentlichen die durchgehende Schicht, wie das Substrat, davon zu penetrieren.
  • BEISPIELE DER ERFINDUNG
  • (Beispiel der Herstellung der absorbierenden Makrostruktur)
  • Einhundert Teile von gemäß dem Vorläuferteilchenbeispiel (hierin im Folgenden beschriebenen) hergestellten Vorläuferteilchen werden in einen 5 Quart fassenden Stehmixer der in einer Küche verwendeten Art gegeben. Die Vorläuferteilchen haben eine solche Teilchengröße, dass die Vorläuferteilchen durch ein Standardsieb Nr. 50 (300 Mikrometer) durchgehen und von einem Standardsieb Nr. 100 (150 Mikrometer) zurückgehalten werden. Eine wässrige Behandlungslösung wird aus einer Mischung von 4,3 Teilen Kymene Plus (30 % Harzwirkstoff), 2,6 Teilen Wasser und 10,0 Teilen Methanol hergestellt. Diese Behandlungslösung wird mit einer Preval-Sprüheinrichtung (erhältlich von The Precision Valve Corporation of Yonkers, NY, USA) auf die Vorläuferteilchen gesprüht. Die Behandlungslösung wird auf die Vorläuferteilchen gesprüht, während der Mixer bei langsamer Geschwindigkeit betrieben wird, für einen Zeitraum von etwa 4 Minuten, d. h. bis die gesamte Lösung auf die Teilchen gesprüht worden ist. Nach dem Sprühen wird die Mischung von nassen Vorläuferteilchen bei der höchsten Geschwindigkeitseinstellung 2 bis 5 Minuten lang gemischt. Während dieses Hochgeschwindigkeitsmischens wird das Methanol verdunstet, wodurch die Klebrigkeit der behandelten Mischung von Vorläuferteilchen erhöht wird, so dass sie aneinanderhaften bleiben werden. Diese klebrige Mischung von behandelten Vorläuferteilchen wird dann in eine Extrusions-/Verdichtungseinheit gespeist. Die Extruderschnecke weist eine Länge von 20,3 cm (8 Zoll) auf und beinhaltet 5 Gänge, wobei jeder Gang 3,8 cm (1,5 Zoll) lang ist. Der Außendurchmesser der Extruderschnecke beträgt 4,54 cm (1,75 Zoll) und der Schrauben-zu-Gehäuse-Zwischenraum 0,51 cm (0,20 Zoll). Die Einheit wird aktiviert, so dass sich die Extruderschnecke mit einer Geschwindigkeit von 4,9 rad/s (47 U/min) dreht. Die Mischung wird zwischen zwei Stahlver dichtungswalzen (Quetschwalzen) mit glatter Oberflächenbeschaffenheit und mit einem festgelegten (jedoch variablen) Spalt extrudiert. Die Verdichtungswalzen haben einen Durchmesser von 22,8 cm (8,975 Zoll) und werden bei einer Geschwindigkeit von 0,6 rad/s (5,4 U/min) betrieben. Der Spalt zwischen den Verdichtungswalzen beträgt 0,38 mm (0,015 Zoll). Die gebildeten Aggregatbögen werden dann in Bahnen von ungefähr 30 cm (12 Zoll) bis 40 cm (15 Zoll) getrennt. Die im Trockenschrank gehärteten Bögen weisen eine Dicke (Stärke) von etwa 0,8 mm (0,031 Zoll) und eine Breite von etwa 4,95 cm (1,95 Zoll) auf. Eine Weichmacherlösung, die 65 Teile Glycerin und 35 Teile destilliertes Wasser enthält, wird auf die im Trockenschrank gehärteten Bögen mit einer Rate von 0,9 g Weichmacherlösung pro 1,0 g des im Trockenschrank gehärteten Bogens gesprüht. Etwa 1/2 Stunde nach der Behandlung mit der Weichmacherlösung haben die Bögen eine ausreichende Flexibilität und Zugfestigkeit, um aufgegriffen zu werden.
  • DURCHGEHENDE VERBUNDWERKSTOFFE:
  • Beispiel 1
  • In diesem Beispiel werden 80 Teile von gemäß dem Vorläuferteilchenbeispiel hergestellten Vorläuferteilchen mit den bei der Herstellung beschriebenen Teilchengrößencharakteristika verwendet. Außerdem wird eine wässrige Behandlungslösung, die aus einer Mischung von 6,0 Teilen Kymene Plus (30 % Harzwirkstoff), 3,5 Teilen Wasser und 8,5 Teilen Glycerin hergestellt wurde, verwendet.
  • Ein hin- und hergehender Tisch oder eine Pendelvorrichtung wird in Verbindung mit einem Paar Sprüheinrichtungen, die die Behandlungslösung aufbringen, und einer Vibrationszuführeinrichtung, die die Vorläuferteilchen abscheidet, verwendet. Die Sprüheinrichtungen und die Zuführeinrichtung werden über der hin- und hergehenden Oberfläche des Tischs angeordnet. Zunächst wird ein Substratmaterial, das aus einem doppellagigen Blatt der Bounty®-Art besteht, auf der Oberfläche des Tischs angeordnet. Dann bewegt sich der Tisch mit dem Bounty-Blatt unter die Sprüheinrichtungen, die Behandlungslösung wird in einem vorgegebenen Muster auf die Oberfläche des Bounty-Blatts (oder die Teilchenschicht) gesprüht. Während sich die Oberfläche des Tischs weiter in dieselbe Richtung und unter die Zuführeinrichtung bewegt, wird eine vorgegebene Vorläuferteilchenmenge auf der Bounty-Blattoberfläche (oder der vorhergehenden Schicht aus behandelten Teilchen in darauf folgenden Durchläufen) abgeschieden. Nachdem die Teilchen von der Zuführeinrichtung abgeschieden wurden, um eine Schicht dieser zu bilden, bewegt sich die Oberfläche des Tischs zurück in die entgegengesetzte Richtung, so dass die Sequenz aus Aufbringen von Behandlungslösung/Abscheiden einer Teilchenschicht wiederholt werden kann.
  • Insgesamt werden vier Vorläuferteilchenschichten (0,03 g/cm2 (0,2 g/Zoll2) Teilchen pro Schicht) von der Zuführeinrichtung abgeschieden. Nachdem jede Vorläuferteilchenschicht abgeschieden wurde, wird eine vorgegebene Menge der Behandlungslösung auf jede Schicht gesprüht: Die zunächst auf die Oberfläche des Tischs gesprühte Behandlungslösungsmenge sowie die erste Vorläuferteilchenschicht beträgt etwa 0,003 g/cm2 (0,018 g/Zoll2). Die auf die anderen vier Vorläuferteilchenschichten gesprühte Behandlungslösungsmenge beträgt etwa 0,006 g/cm2 (0,036 g/Zoll2). In der Tat wird jede Vorläuferteilchenschicht mit derselben Lösungsmenge behandelt.
  • Nachdem das Schichten von Vorläuferteilchen und Besprühen mit Behandlungslösung abgeschlossen ist, wird ein verhältnismäßig kohäsiver Verbundstoffbogen aus Teilchen gebildet. Dieser kohäsive Verbundstoffbogen wird dann von einem Band zu einer Verdichtungseinheit geführt. Die Verdichtungseinheit besteht aus zwei beschichteten Stahlverdichtungswalzen (Quetschwalzen) mit einem festgelegten (jedoch variablen) Spalt. Die Verdichtungswalzen haben einen Durchmesser von etwa 20 cm (8 Zoll) und werden bei einer Geschwindigkeit von 2,1 rad/s (20 U/min) betrieben. Der Spalt zwischen den Ver dichtungswalzen beträgt etwa 1,25 mm (0,05 Zoll). Die resultierenden Aggregatverbundstoffbögen (Dichte von 0,9–1,0 g/cm3) werden für etwa 24 Stunden in Kunststoffbeuteln bei Umgebungstemperatur (etwa 65 °C–72 °F, 18,3 °C–22,2 °C) gelagert. Während dieser Aushärtung bei Umgebungstemperatur reagiert das Kymene Plus mit dem Polymermaterial in der Oberfläche der Vorläuferteilchen, wodurch eine effektive Vernetzung bewirkt wird. Das Kymene in der Behandlungslösung bindet sich zudem an die Cellulosestruktur des Bounty-Blatts und an die Vorläuferteilchen, wodurch sich das Bounty an die kohäsiven Teilchenschichten bindet. Die bei Umgebungstemperatur gehärteten Bögen haben eine Dicke (Stärke) von etwa 1,5–1,8 mm (0,06–0,07 Zoll) und eine Breite von etwa 10 cm (4 Zoll). Diese bei Umgebungstemperatur gehärteten Verbundstoffbögen verfügen über eine hervorragende Flexibilität und Zugfestigkeit und können leicht ohne Zerbrechen oder Reißen gehandhabt werden.
  • Beispiel 2
  • In diesem Beispiel wird die in 23 gezeigte Vorrichtung 301 verwendet. Die verwendeten Vorläuferteilchen werden gemäß dem Vorläuferteilchenbeispiel hergestellt und haben eine Größe von 150–250 Mikrometer. Eine wässrige Behandlungslösung wird aus einer Mischung von 5,0 Teilen Kymene Plus (30 % Harzwirkstoff), 7,1 Teilen Wasser und 12,7 Teilen Glycerin hergestellt. Die Zuführeinrichtungen 305 sind vibrierende Zuführeinrichtungen des Super Feeder-Modells Nr. 210 SE-00354, erhältlich von Solids Flow Control in Charlotte, N.C., USA. Die Sprüheinrichtungen 304 sind mit Sprühluft betriebene Düsenbaugruppen des Modells 6218-1/4 JAU, erhältlich von Spraying Systems, Co. in Wheaton, IL, USA. Für die ersten zwei Applikationen führen die Sprüheinrichtungen 304a und 304b der Fördereinrichtung 303 die Behandlungslösung mit einer Geschwindigkeit von 39,8 Gramm/min zu. Für anschließende Applikationen führen die Sprüheinrichtungen 304c bis 304f der Fördereinrichtung 303 die Behandlungslösung mit einer Geschwindigkeit von 79,6 Gramm min zu. Die Fördereinrichtung 303 ist eine aus Polyurethan hergestellte laufende Fördereinrichtung und bewegt sich mit einer Geschwindigkeit von 8,2 m/min (27 Fuß/min). Die Bogenzuführeinrichtung 313 enthält einen gerollten Substratbogen, der aus einem doppellagigen Blatt der Bounty-Art besteht, um das Bounty-Blatt der Fördereinrichtung 303 zuzuführen, wobei sie mit der Geschwindigkeit der Fördereinrichtung 303 synchronisiert wurde. Die Druckapplikatoren sind ein Paar Verdichtungswalzen 306 mit Durchmessern von 20 cm (8 Zoll) und einer Breite von 30,5 cm (12 Zoll). Die obere und die untere Walze 306 sind mit einem Plasmaüberzug Nr. 934 beschichtet, erhältlich von Plasma Coatings, Inc. in Waterbury, CT, USA.
  • Dieses Beispiel wird gemäß der folgenden Schritte ausgeführt:
  • SCHRITT 1: Zuführen des Bounty-Blatts zur Fördereinrichtung 303 in Synchronisation mit der Geschwindigkeit der Fördereinrichtung 303.
  • SCHRITT 2: Besprühen eines vorgegebenen Bereichs der Oberfläche des zugeführten Bounty-Blatts mit Behandlungslösung in einer Menge, die im Wesentlichen 0,05 Gramm Lösung pro 6,45 cm2 (Quadratzoll) des Bounty-Blatts entspricht.
  • SCHRITT 3: Im Wesentlichen kontinuierliches Schichten von 0,2 Gramm Vorläuferteilchen pro 6,45 cm2 (Quadratzoll) des Bounty-Blatts auf denselben vorgegebenen Bereich.
  • SCHRITT 4: Die erste Vorläuferteilchenschicht auf dem vorgegebenen Bereich des Bounty-Blatts wird mit Behandlungslösung in einer Menge besprüht, die im Wesentlichen 0,05 Gramm Lösung pro 6,45 cm2 (Quadratzoll) des Bounty-Blatts entspricht.
  • SCHRITT 5: Im Wesentlichen kontinuierliches Schichten von 0,2 Gramm Vorläuferteilchen pro 6,45 cm2 (Quadratzoll) des Bounty-Blatts auf denselben vorgegebenen Bereich.
  • SCHRITT 6: Die zweite Vorläuferteilchenschicht auf dem vorgegebenen Bereich des Bounty-Blatts wird mit Behandlungslösung in einer Menge besprüht, die im Wesentlichen 0,050 Gramm Lösung pro 6,45 cm2 (Quadratzoll) der Fördereinrichtung entspricht.
  • SCHRITT 7: Die Schritte 5 und 6 werden wie angezeigt 2-mal wiederholt, was Folgendes ergibt: (a) insgesamt einen ersten Sprühschritt und vier Sprühschritte nach dem Schichten für insgesamt 0,25 Gramm Behandlungslösung pro 6,45 cm2 (Quadratzoll) des Bounty-Blatts; und (b) insgesamt vier Schichtungsschritte für insgesamt 0,8 Gramm Vorläuferteilchen pro 6,45 cm2 (Quadratzoll) des Bounty-Blatts. Jetzt ist ein Absorptionsverbundstoff gebildet.
  • SCHRITT 8: Der Absorptionsverbundstoff wird durch die Verdichtungswalzen geführt. Der Spalt zwischen den Verdichtungswalzen beträgt 1,25 mm (0,05 Zoll). Dies erzeugt einen Bogen mit einer Dichte von 0,995 g/cm3.
  • SCHRITT 9: Der Bogen wird gehärtet, indem er in einen Kunststoffbeutel gegeben und 48 Stunden bei Umgebungstemperatur (22,2 °C (72 °F)) stehen gelassen wird.
  • Der resultierende Absorptionsverbundstoffbogen verfügt über eine gute Flexibilität, gute Integritätseigenschaften im trockenen Zustand und gute freie Gelblockierung.
  • Beispiel 3
  • Ein durchgehender Absorptionsverbudstoff von Beispiel 2 wird derart auf einem Tisch angeordnet, dass die absorbierende Makrostrukturschicht nach oben weisen kann (der Vliesbogen ist dem Tisch zugewandt). Während der Tisch unter die Preval-Sprüheinrichtung geführt wird, wird eine Menge der Behandlungslösung, die im Wesentlichen 0,05 Gramm Lösung pro 6,45 cm2 (Quadratzoll) entspricht, gleichmäßig auf die Oberfläche der absorbierenden Makrostrukturschicht aufgebracht. Dann werden etwa 0,004 g/cm2 eines Polypropylen-Vliesbogens auf die adhäsive Oberfläche der absorbierenden Makrostrukturschicht ausgerichtet, wodurch ein durchgehender Absorptionsverbundstoff mit einer Sandwichstruktur, wie in 7 gezeigt, gebildet wird.
  • NICHT DURCHGEHENDE VERBUNDMATERIALIEN:
  • Beispiel 4
  • Nach Vorbereiten eines Schneidetischs wird der durchgehende Absorptionsverbundstoff von Beispiel 2 auf einer flachen Schneidfläche angeordnet. Ein Stanzwerkzeug, das 20 zylindrische Klingen umfasst, die nach außen weisen, wird vorbereitet. Jede der Klingen hat einen Durchmesser von 10 mm und der Abstand zwischen den Mitten von zwei benachbarten Klingen ist auf 20 mm ausgelegt. Das Stanzwerkzeug wird nach unten auf den durchgehenden Absorptionsverbundstoff gedrückt. Somit können unter Anwendung eines angemessenen Drucks (etwa 0,05–0,5 MPa (0,5–5 kgf/cm2)) über das Stanzwerkzeug auf den durchgehenden Absorptionsverbundstoff auf der flachen Schneidfläche 20 kreisförmige Hohlräume, die den Verbundstoff durchdringen, in dem Absorptionsverbundstoff ausgebildet werden. Als Ergebnis kann ein nicht durchgehender Absorptionsverbundstoff erhalten werden.
  • Beispiel 5
  • Der durchgehende Absorptionsverbundstoff von Beispiel 3 wird auf einer flachen Schneidfläche angeordnet. Eine Rasierklinge wird dazu verwendet, eine Reihe paralleler Linien von verflochtenen Schlitzen vollständig durch die Dicke des durchgehenden Absorptionsverbundstoffs zu schneiden, so dass der geschlitzte Verbundstoff das Erscheinungsbild von 18 aufweist. Jeder einzelne Schlitz ist etwa 20 mm lang und jeder Schlitz in einer Linie ist vom Beginn des nächsten Schlitzes durch einen Schlitzabstandzwischenraum von etwa 5 mm Abstand getrennt. In einer ersten Linie von Schlitzen sind die Mitten der Schlitze den Mitten der Schlitzabstandzwischenräume der nächsten Linien gegenüber angeordnet. Jede parallele Linie ist über die Breite des Verbundstoffs hinweg durch einen Abstand von etwa 0,2 cm von der nächsten Linie beabstandet. Nachdem der Verbundstoff mittels der Rasierklinge geschlitzt wurde, wird eine der Endkanten, die mit den Linien von Schlitzen parallel ist, befestigt. Die andere Endkante wird gepackt und langsam in der senkrechten Richtung von der ersten Endkante weg gezogen, bis die Breite des gedehnten, versetzten Verbundstoffs ungefähr das 1,5- bis 3,0-fache der ursprünglichen Breite beträgt, wodurch der nicht durchgehende Verbundstoff gebildet wird, wie in 4 gezeigt.
  • Beispiel 6
  • In diesem Beispiel wird die Schlitzausbildungsvorrichtung 420, im Wesentlichen wie in 24 gezeigt, zum Bilden eines geschlitzten Absorptionsverbundstoffbogens aus einem gemäß Beispiel 2 hergestellten durchgehenden, nicht geschlitzten Bogens verwendet. Die Messerwalze 422 besteht aus 50 (fünfzig) identischen Messerklingen, im Wesentlichen wie in 25 gezeigt. Jede Messerklinge hat sechs Klingen mit einer Länge xk von 20,0 mm, einem Klingenabstand yk von 4,0 mm, einer Klingenstärke zk von 0,3 mm und einem Klingendurchmesser von etwa 45 mm. Jede Messerklinge ist aus Wolfram hergestellt. Abwechselnd werden Messerklingen beim Montieren auf der Welle 423 umgedreht, so dass deren Klingen von der Klinge der benachbarten Platte um etwa 15° versetzt sind. Abstandsscheiben 439 werden zwischen benachbarten Messerklingen angeordnet, um die Ebenen der Klingenspitzen durch einen Abstand von 1,9 mm voneinander zu trennen. Die Vertiefungswalze 424 ist aus einem Teflon-Material konstruiert und weist für jede Messerklinge eine entsprechende Vertiefung 441 auf. Die Abstreifplatte 425 ist aus Edelstahl mit einer Dicke von 3 mm hergestellt.
  • Zum Unterstützen des Trennens des geschlitzten Verbundstoffs von den Messerklingen wird ein Bogen Wachspapier (0,050 mm (ungefähr 2 mil)) vor dem Schlitzen auf beiden Oberflächen des Absorptionsverbundstoffs ausgerichtet. Der Absorptionsverbundstoff wird in die Öffnung 421 zwischen der Abstreifplatte 425 und der Vertiefungswalze 424 gegeben, wobei die Bounty®-Substratschicht nach unten in Richtung der Messerwalze weist. Zwei Luftzylinder mit einem Außendurchmesser von 100 mm werden dazu verwendet, die Messerwalze mit einem Druck von 0,2 MPa (2,5 kg/cm2) bis 0,5 MPa (5 kg Kraft pro Quadratzentimeter) nach oben zu zwingen. Der resultierende geschlitzte Verbundstoff wird nach dem Existieren der Schlitzausbildungsvorrichtung teilweise gedehnt (etwa 15 %). Dann wird ein nicht durchgehender „netzförmiger" Verbundstoff gebildet, indem die Breite (Maschinenquerrichtung) des geschlitzten Verbundstoffs gleichmäßig um 100 % gedehnt wird.
  • HALBDURCHGEHENDE VERBUNDMATERIALIEN:
  • Beispiel 7
  • Nach Vorbereiten eines Schneidetischs wird ein durchgehender absorbierender Bogen des Herstellungsbeispiels auf einer flachen Schneidfläche angeordnet. Ein Stanzwerkzeug, das 20 umlaufende Klingen umfasst, die nach außen weisen, wird vorbereitet. Jede der Klingen hat einen Durchmesser von 10 mm und der Abstand zwischen den Mitten von zwei benachbarten Klingen ist auf 20 mm ausgelegt. Das Stanzwerkzeug wird nach unten auf den durchgehenden Absorptionsverbundstoff gedrückt. Somit können unter Anwendung eines angemessenen Drucks (etwa 0,05–0,5 MPa (0,5–5 kgf/cm2)) über das Stanzwerkzeug auf den durchgehenden Absorptionsbogen auf der flachen Schneidfläche 20 kreisförmige Hohlräume, die den Verbundstoff durchdringen, in dem absorbierenden Bogen ausgebildet werden. Als Ergebnis kann ein nicht durchgehender absorbierender Bogen gebildet werden.
  • Ein doppellagiges Bounty-Blatt mit der gleichen Größe wie der nicht durchgehende absorbierende Bogen wird hergestellt und die Behandlungslösung wird mit der Preval-Sprüheinrichtung auch auf das Bounty-Blatt gesprüht. Nachdem das Cellulosematerial der Oberfläche des Bounty-Blatts gleichmäßig mit einer ausreichenden Menge (z. B. einer Menge, die im Wesentlichen 0,008 g/cm2 (0,05 Gramm Lösung pro Quadratzoll) entspricht) der Behandlungslösung behandelt wurde, wird der nicht durchgehende absorbierende Bogen auf der Oberfläche des Bounty-Blatts angeordnet. Die zwei Bögen werden in die Verdichtungswalzen extrudiert und dadurch wird ein Gegendruck auf sie ausgeübt. Als Ergebnis kann ein halbdurchgehender Absorptionsverbundstoff erhalten werden.
  • VERWENDUNGSZWECKE VON ABSORPTIONSMATERIALIEN
  • Die durchgehenden, nicht durchgehenden und halbdurchgehenden Absorptionsmaterialien (hierin im Folgenden allgemein einfach als Absorptionsmaterialien bezeichnet, sofern die Angaben nicht etwas anderes anzeigen) können für viele Zwecke in vielen Anwendungsgebieten verwendet werden. Zum Beispiel können die Absorptionsverbundstoffe für Verpackungsbehälter; Arzneimittelabgabevorrichtungen; Wundreinigungsvorrichtungen; Brandwundenbehandlungsvorrichtungen; Ionenaustauschersäulenmaterialien; Baustoffen; Materialien für die Landwirtschaft oder den Gartenbau, wie Saatgutplatten oder wasserrückhaltende Materialien; und industrielle Anwendungen, wie Schlamm- oder Ölentwässerungsmittel, Materialien zur Verhinderung der Taubildung, Trocknungsmittel und Materialien zur Feuchtigkeitsregelung.
  • Aufgrund der einzigartigen Absorptionseigenschaften der in Absorptionsverbundstoffen der vorliegenden Erfindung verwendeten porösen, absorbierenden Makrostrukturen sind diese besonders zur Verwendung als Absorptionskerne in Absorptionsartikeln, insbesondere Einwegabsorptionsartikeln geeignet. Eine bevorzugte Ausführungsform eines Einwegabsorptionsartikels, Windel 20, ist in 30 gezeigt. Wie hier verwendet, bezieht sich der Ausdruck „Windel" auf ein Kleidungsstück, das im Allgemeinen von Kleinkindern und inkontinenten Personen und um den unteren Rumpf des Trägers herum getragen wird. Es sei jedoch klargestellt, dass die vorliegende Erfindung auch auf andere Absorptionsartikel anwendbar ist, wie Inkontinenzslips, Inkontinenzzwischenlagen, Übungshosen, Windeleinsätze, Damenbinden, Gesichtstücher, Papierhandtücher und dergleichen.
  • Die nicht durchgehenden Absorptionsverbundstoffe, vorzugsweise der Absorptionsverbundstoff mit netzartiger Form, und vorzugsweise 90 Gew.-% oder mehr Absorptionsgelierteilchen in den absorbierenden Makrostrukturen umfassend, liefern stark absorptionsfähige, dünne und flexible Absorptionskerne. Wenn die Absorptionsverbundstoffe der vorliegenden Erfindung als Absorptionskerne verwendet werden, können sehr dünne und flexible Windeln und andere Absorptionsartikel erhalten werden. Insbesondere die Verwendung der nicht durchgehenden Absorptionsverbundstoffe, vorzugsweise der Absorptionsverbundstoffe mit netzartiger Form in einer Windel liefert stark flexible Absorptionskerne. Folglich kann die Verwendung der nicht durchgehenden Absorptionsverbundstoffe der vorliegenden Erfindung Windeln und andere Absorptionsartikel mit hohem Absorptionsvermögen, großer Dünne und hoher Flexibilität liefern.
  • 30 ist eine perspektivische Ansicht der Windel 20 der vorliegenden Erfindung in ihrem nicht zusammengezogenen Zustand (d. h. wobei die gesamte elastisch induzierte Kontraktion entfernt wurde), wobei Teile der Struktur weggeschnitten wurden, um die Konstruktion der Windel 20 deutlicher zu zeigen, und wobei der Teil der Windel 20, der den Träger berührt, dem Betrachter zugewandt ist. Die Windel 20 ist in 30 gezeigt, dass sie vorzugsweise eine flüssigkeitsdurchlässige obere Lage 38; eine flüssigkeitsundurchlässige untere Lage 40, die mit der oberen Lage 38 verbunden ist; einen Absorptionskern 42, der sich zwischen der oberen Lage 38 und der unteren Lage 40 befindet; Elastikelemente 44 und Klettlaschenverschlüsse 46 umfasst. Vorzugsweise umfasst die Windel 20 ferner ein Gewebe, das mindestens zwischen dem Absorptionskern 42 und der oberen Lage 38 eingeschoben ist, mehr bevorzugt dazu bereitgestellt ist, den Absorptionskern 42 zu umschließen. Die obere Lage 38, die untere Lage 40, der Ab sorptionsverbundstoffkern 42, die elastischen Elemente 44 und das Gewebe können in einer Vielfalt an wohl bekannten Konfigurationen zusammengefügt werden. Der Absorptionskern 42 kann aus einem beliebigen hierin offenbarten durchgehenden, nicht durchgehenden oder halbdurchgehenden Absorptionsmaterial ausgewählt werden. Vorzugsweise umfasst der Absorptionskern 42 ein nicht durchgehendes Absorptionsmaterial, mehr bevorzugt ein Absorptionsmaterial mit netzartiger Form, wie in 30 gezeigt.
  • Eine bevorzugte Windelkonfiguration für eine Windel, die einen Absorptionsmaterialkern 42 umfasst, ist allgemein in der US-Patentschrift 3,860,003 (Buell), erteilt am 14. Januar 1975, die durch Bezugnahme eingeschlossen ist, beschrieben. Alternativ bevorzugte Konfigurationen für Einwegwindeln hierin sind außerdem in der US-Patentschrift 4,808,178 (Aziz et al), erteilt am 28. Februar 1989; der US-Patentschrift 4,695,278 (Lawson), erteilt am 22. September 1987; der US-Patentschrift 4,816,025 (Foreman), erteilt am 28. März 1989; und der US-Patentschrift 5,151,092 (Buell et al.), erteilt am 29. September 1992, die alle durch Bezugnahme eingeschlossen sind, offenbart.
  • Der Absorptionsmaterialkern 42 wird außerdem vorzugsweise als ein Absorptionsmittel in Windeln zum Anziehen verwendet, wie jene, die in der US-Patentschrift 5,074,854 (Davis), erteilt am 24. Dezember 1991, die durch Bezugnahme eingeschlossen ist, offenbart sind.
  • Die obere Lage 38 ist vorzugsweise nachgiebig, fühlt sich weich an und wirkt auf die Haut des Trägers nicht reizend. Ferner ist die obere Lage 38 flüssigkeitsdurchlässig und erlaubt Flüssigkeiten, ohne weiteres durch ihre Dicke hindurch zu dringen. Eine geeignete obere Lage 38 kann aus einem breiten Bereich von Materialien hergestellt werden, wie porösen Schäumen, vernetzten Schäumen, mit Öffnungen versehenen Kunststofffolien, natürlichen Fasern (z. B. Holz- oder Baumwollfasern), synthetischen Fasern (z. B. Polyester- oder Polypropylenfasern) oder aus einer Kombination von natürlichen und synthetischen Fasern. Vorzugsweise ist die obere Lage 38 aus einem hydrophoben Material hergestellt, um die Haut des Trägers gegenüber Flüssigkeiten in dem Absorptionskern 42 zu isolieren.
  • Eine besonders bevorzugte obere Lage 38 umfasst stapellange Polypropylenfasern mit einem Denier von etwa 1,5, wie dem Hercules-Polypropylen Typ 151, vermarktet von Hercules, Inc. in Wilmington, Delaware, USA. Wie hier verwendet, bezieht sich der Ausdruck „stapellange Fasern" auf Fasern mit einer Länge von mindestens etwa 15,9 mm (0,62 Zoll).
  • Die untere Lage 40 ist gegenüber Flüssigkeiten undurchlässig und wird vorzugsweise aus einer dünnen Kunststofffolie hergestellt, wenngleich auch andere flexible flüssigkeitsundurchlässige Materialien verwendet werden können. Die untere Lage 40 verhindert, dass die Ausscheidungen, die vom Absorptionskern 42 absorbiert und zurückgehalten werden, Gegenstände benetzen, die die Windel 20 berühren, wie Bettlaken und Unterwäsche. Vorzugsweise ist die untere Lage 40 Polyethylenfolie mit einer Dicke von etwa 0,012 mm (0,5 mil) bis etwa 0,051 Zentimeter (2,0 mil), wenngleich andere flexible, flüssigkeitsundurchlässige Materialien verwendet werden können. Wie hier verwendet, bezieht sich der Ausdruck „flexibel" auf Materialien, die nachgiebig sind und sich ohne weiteres an die allgemeine Form und die Konturen des Körpers eines Trägers anpassen.
  • Eine geeignete Polyethylenfolie wird von Monsanto Chemical Corporation hergestellt und im Handel als Film Nr. 8020 vermarktet. Die untere Lage 40 ist vorzugsweise geprägt und/oder mattiert, um ein tuchähnlicheres Erscheinungsbild bereitzustellen. Des Weiteren kann die untere Lage 40 ermöglichen, dass Dämpfe aus dem Absorptionskern 42 entweichen, während dennoch verhindert wird, dass Ausscheidungen durch die untere Lage 40 hindurchtreten.
  • Die Größe der unteren Lage 40 wird von der Größe des Absorptionskerns 42 und der gewählten genauen Ausführung der Windel bestimmt. In einer bevorzugten Ausführungsform weist die untere Lage 40 eine modifizierte Sanduhr form auf, die sich mindestens etwa 1,3 Zentimeter bis etwa 2,5 Zentimeter (etwa 0,5 bis etwa 1,0 Zoll) entlang des gesamten Umrisses der Windel über den Absorptionskern 42 hinaus erstreckt.
  • Die obere Lage 38 und die untere Lage 40 sind in einer beliebigen geeigneten Weise miteinander verbunden. Wie hier verwendet, umfasst der Ausdruck „verbunden" Konfigurationen, bei denen die obere Lage 38 direkt mit der unteren Lage 40 verbunden wird, indem die obere Lage 38 direkt an der unteren Lage 40 befestigt wird, und Konfigurationen, bei denen die obere Lage 38 indirekt mit der unteren Lage 40 verbunden wird, indem die obere Lage 38 an Zwischenelementen befestigt wird, die wiederum an der unteren Lage 40 befestigt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform werden die obere Lage 38 und die untere Lage 40 entlang des Umfangs der Windel durch Befestigungsmittel (nicht dargestellt), wie ein Haftmittel oder ein beliebiges anderes Befestigungsmittel, wie in der Technik bekannt ist, direkt aneinander befestigt. Zum Beispiel kann eine gleichmäßige, durchgehende Schicht eines Klebstoffs, eine in einem Muster aufgebrachte Schicht eines Klebstoffs oder eine Anordnung von einzelnen Linien oder Punkten eines Klebstoffs eingesetzt werden, um die obere Lage 38 an der unteren Lage 40 zu befestigen.
  • Die Klettlaschenverschlüsse 46 werden in der Regel am hinteren Taillenbandbereich der Windel 20 angebracht, um ein Verschlussmittel zum Halten der Windel am Träger bereitzustellen. Die Klettlaschenverschlüsse 46 können beliebige der in der Technik wohl bekannten sein, wie das Verschlussband, das in der US-Patentschrift 3,848,594 (Buell), erteilt am 19. November 1974, die durch Bezugnahme eingeschlossen ist, offenbart ist. Diese Klettlaschenverschlüsse 46 oder andere Windelverschlussmittel werden in der Regel in der Nähe der Ecken der Windel 20 angebracht.
  • Die Elastikelemente 44 werden anschließend an den Umfang der Windel 20, vorzugsweise entlang jeder Längskante 30 angeordnet, so dass die Elastikelemente 44 dazu neigen, die Windel 20 gegen die Beine des Trägers zu ziehen und zu halten. Alternativ können die Elastikelemente 44 anschließend an eine der oder beide Endkanten 32 der Windel 20 angeordnet werden, um ein Taillenband ebenso wie oder eher als Beinaufschläge bereitzustellen. Zum Beispiel ist ein geeignetes Taillenband in der US-Patentschrift 4,515,595 (Kievit et al.), erteilt am 7. Mai 1985, die durch Bezugnahme eingeschlossen ist, offenbart. Zudem ist ein Verfahren und eine Vorrichtung, die zur Herstellung einer Einwegwindel mit elastisch kontrahierbaren Elastikelementen geeignet sind, in der US-Patentschrift 4,081,301 (Buell), erteilt am 28. März 1978, die durch Bezugnahme eingeschlossen ist, beschrieben.
  • Die Elastikelemente 44 werden in einem elastisch kontrahierbaren Zustand an der Windel 20 befestigt, so dass die Elastikelemente 44 in einer normalerweise uneingeschränkten Konfiguration die Windel 20 effektiv zusammenziehen oder zusammenraffen. Die Elastikelemente 44 können auf mindestens zwei Weisen in einem elastisch kontrahierbaren Zustand befestigt werden. Zum Beispiel können die Elastikelemente 44 gedehnt und befestigt werden, während sich die Windel 20 in einem nicht zusammengezogenen Zustand befindet. Alternativ kann die Windel 20 beispielsweise durch Plissieren zusammengezogen und die Elastikelemente 44 an der Windel 20 befestigt und mit dieser verbunden werden, während sich die Elastikelemente 44 in ihrem entspannten oder ungedehnten Zustand befinden.
  • In der in 30 dargestellten Ausführungsform erstrecken sich die Elastikelemente 44 entlang eines Teils der Länge der Windel 20. Alternativ können sich die Elastikelemente 44 über die gesamte Länge der Windel 20 oder eine beliebige andere Länge, die zum Bereitstellen einer elastisch kontrahierbaren Linie geeignet ist, erstrecken. Die Länge der Elastikelemente 44 wird von der Ausführung der Windel bestimmt.
  • Die Elastikelemente 44 können eine Vielzahl von Konfigurationen aufweisen. Zum Beispiel kann die Breite der Elastikelemente 44 von etwa 0,25 Millimeter (0,01 Zoll) bis etwa 25 Millimeter (1,0 Zoll) oder mehr variiert werden; die Elastikelemente 44 können einen einzigen Strang aus Elastikmaterial oder mehrere parallele oder nicht parallele Stränge aus Elastikmaterial umfassen oder die Elastikelemente 44 können rechteckig oder krummlinig sein. Noch weiter können die Elastikelemente 44 auf eine beliebige von mehreren Weisen, die in der Technik bekannt sind, an der Windel befestigt werden. Zum Beispiel können die Elastikelemente 44 mittels Ultraschall mit der Windel 20 verbunden, unter Anwendung einer Vielfalt an Bindungsmustern in diese heiß- und druckgesiegelt werden oder die Elastikelemente 44 können einfach an die Windel 20 geklebt werden.
  • Der Absorptionsmaterialkern 42 der Windel 20 befindet sich zwischen der oberen Lage 38 und der unteren Lage 40. Der Absorptionsmaterialkern 42 kann in einer großen Vielfalt an Größen und Formen hergestellt werden (z. B. rechteckig, Sanduhr, asymmetrisch usw.). Das Gesamtabsorptionsvermögen des Absorptionskerns 42 sollte jedoch mit der geplanten Flüssigkeitslastannahme für die beabsichtigte Verwendung des Absorptionsartikels oder der Windel kompatibel sein. Die Größe und das Absorptionsvermögen des Absorptionsverbundstoffkerns 42 können variieren, um sich Trägern anzupassen, die von Kleinkindern bis hin zu Erwachsenen reichen.
  • Wie in 31 gezeigt, weist eine andere bevorzugte Ausführungsform der Windel 20 einen rechteckig geformten Absorptionsmaterialkern 42 auf, der einen nicht durchgehenden Absorptionsverbundstoff der vorliegenden Einheit umfasst, wobei der Verbundstoff eine absorbierende Makrostrukturschicht 71 und eine Substratschicht 72 aufweist und darin penetrierende Hohlräume 85 aufweist.
  • Alternativ kann der Absorptionskern 42 der vorliegenden Erfindung lediglich aus einem oder mehreren Absorptionsmaterialien der vorliegenden Erfindung bestehen; kann eine Kombination der Absorptionsmaterialien der vorliegenden Erfindung umfassen; oder beliebige andere Absorptionskernkonfigurationen, die ein Absorptionsmaterial oder mehrere Absorptionsmaterialien der vorliegenden Erfindung enthalten.
  • Eine alternative Ausführungsform der Windel 120, die einen Absorptionsverband 60 umfasst, umfasst ein sanduhrförmiges, nicht durchgehendes Absorptionsmaterial 42 und eine Aufnahmekomponente 62. Die Aufnahmekomponente 62 kann sich über dem Absorptionsmaterialkern 42, unter dem Absorptionsmaterialkern 42 und sowohl über als auch unter dem Absorptionsverbundstoffkern 42 befinden. 32 zeigt eine solche Windel 120 mit einem Aufnahmemittel 62, das sich über dem Absorptionsverbundstoffkern 42 befindet (d. h. zwischen dem Absorptionsmaterialkern 42 und der oberen Lage 38). Vorzugsweise umfasst die Windel 120 ferner ein Gewebe, das mindestens zwischen dem Absorptionsmaterialkern 42 und der oberen Lage 38 eingeschoben ist, mehr bevorzugt bereitgestellt ist, um den Absorptionsmaterialkern 42 zu umschließen. In einer bevorzugten Ausführungsform befindet sich ein Aufnahmemittel 62 sowohl über als auch unter dem nicht durchgehenden Materialkern 42.
  • Die Aufnahmekomponente 62 dient dazu, abgegebene Flüssigkeiten schnell zu sammeln und vorübergehend festzuhalten und solche Flüssigkeiten durch Feuchtigkeitstransport vom Punkt des anfänglichen Kontaks zu anderen Teilen der Aufnahmekomponente 62 und zum Absorptionsmaterialkern 42 zu transportieren. Die Aufnahmekomponente 62 umfasst vorzugsweise eine Bahn oder einen Flor aus Fasermaterialien. Verschiedene Fasermaterialarten können in der Aufnahmekomponente 62 verwendet werden. Cellulosefasern sind im Allgemeinen zum diesbezüglichen Gebrauch bevorzugt, Holzfaserstofffasern besonders bevorzugt. Mehr bevorzugt können chemisch versteifte Cellulosefasern, Airfeltfasern, synthetische Fasern, großzellige hydrophile Absorptionsschaummaterialien oder eine Mischung davon als das Aufnahmemittel 62 eingesetzt werden. Die Aufnahmekomponente 62 kann außerdem spezifische Mengen einer teilchenförmigen, absorbierenden, polymeren Zusammensetzung enthalten. Die Aufnahmekomponente 62 kann beispielsweise bis zu etwa 50 Gew.-% der polymeren Zusammensetzung enthalten. In den am meisten bevorzugten Ausführungsformen enthält die Aufnahmekomponente 62 von 0 Gew.-% bis etwa 8 Gew.-% einer teilchenförmigen, absorbierenden, polymeren Zusammensetzung. Beispielhafte Ausführungsformen der Aufnahmekomponente 62, die in der vorliegenden Erfindung von Nutzen sind, sind in der US-Patentschrift 4,673,402 (Weisman et al.), erteilt am 16. Juni 1987; und der US-Patentschrift 4,834,735 (Alemany et al.), erteilt am 30. Mai 1989, die beide durch Bezugnahme eingeschlossen sind, beschrieben. Eine Aufnahmekomponente mit einer Speicherzone und einer Aufnahmezone mit einer niedrigeren durchschnittlichen Dichte und einem niedrigeren durchschnittlichen Basisgewicht pro Einheitsbereich als die Speicherzone, so dass die Aufnahmezone abgegebene Flüssigkeit effektiv und effizient schnell aufnehmen kann, sind zum diesbezüglichen Gebrauch besonders bevorzugt.
  • Die Aufnahmekomponente 62 kann eine beliebige gewünschte Form aufweisen, beispielsweise rechteckig, oval, länglich, asymmetrisch oder sanduhrförmig. Die Form der Aufnahmekomponente 60 kann die allgemeine Form der resultierenden Windel 120 definieren. Die Aufnahmekomponente 60 der vorliegenden Erfindung muss nicht dieselbe Größe wie der Absorptionsmaterialkern 42 aufweisen und kann tatsächlich einen oberen (oder unteren) Oberflächenbereich aufweisen, der wesentlich kleiner oder größer als der obere (oder untere) Oberflächenbereich des Absorptionsmaterialkerns 42 ist. In einer bevorzugten Ausführungsform, die einen nicht durchgehenden (beispielsweise einen „netzförmigen") Absorptionsverbundstoff umfasst, sind die Aufnahmekomponente 62 und das Absorptionsmaterial 42 vorzugsweise zusammengedrückt.
  • In alternativ bevorzugten Ausführungsformen kann der einzelne Absorptionsmaterialkern 42 durch eine Vielzahl von Absorptionsverbundstoffkernbögen, vorzugsweise von zwei bis sechs Bögen in der Form von Streifen, ersetzt werden. Die Vielzahl von Absorptionsverbundstoffbögen kann in einem beliebigen Mus ter angeordnet werden, jedoch vorzugsweise parallel und in der Längsrichtung der Windel.
  • Durch Verteilen der Absorptionsverbundstoffstreifen mit einem Abstand voneinander wird ein effektiverer Oberflächenbereich zum Aufnehmen und Halten der Abgabeflüssigkeiten gebildet. Dies gilt insbesondere, da die in Abständen angeordneten Absorptionsverbundstoffstreifen quellen und sich in der Richtung ihrer Breite ausdehnen können, ohne die Fähigkeit der benachbarten Streifen zum Aufnehmen abgegebener Flüssigkeiten zu beeinträchtigen.
  • Der Absorptionsmaterialkern 42 kann auch als ein Absorptionsmittel in absorbierenden Menstruationsprodukten verwendet werden. Da Produkte im Allgemeinen eine flüssigkeitsdurchlässige obere Lage, die auf dem Absorptionsmittel aufliegt, und eine flüssigkeitsundurchlässige untere Lage auf der gegenüber liegenden Oberfläche des Absorptionsmittels umfassen. Die obere Lage und die untere Lage können aus wie hierin oben beschriebenen Materialien ausgewählt werden. Bevorzugte Menstruationsprodukte umfassen eine mit Öffnungen versehene obere Lage aus geformter Folie, wie in der US-Patentschrift 4,285,343 (McNair), erteilt am 25. August 1981; der US-Patentschrift 4,608,047 (Mattingly), erteilt am 26. August 1986; und der US-Patentschrift 4,687,478 (Van Tilburg), erteilt am 18. August 1987, die alle durch Bezugnahme eingeschlossen sind, offenbart.
  • Bevorzugte Menstruationsprodukte können Flügel, Seitenklappen und andere Strukturen und Elemente umfassen, wie in der gleichzeitig anhängigen US-Anmeldung, für die die Rechte übertragen wurden, mit dem Aktenzeichen 984,071, an Yasuko Morita, mit dem Titel „Absorbent Article Having Elasticized Side Flaps", Anwaltaktennr. JA-09RM, eingereicht am 30. November 1992, hierin durch Bezugnahme eingeschlossen, beschrieben.
  • PRÜFVERFAHREN
  • SYNTHETISCHER URIN
  • Der in den Prüfverfahren der vorliegenden Erfindung verwendete spezifische synthetische Urin wird hierin als „synthetischer Urin" bezeichnet. Der synthetische Urin ist allgemein als Jayco SynUrine bekannt und ist von der Jayco Pharmaceuticals Company in Camp Hill, Pennsylvanien, USA, erhältlich. Die Formel für den synthetischen Urin lautet: 2,0 g/l KCl; 2,0 g/l Na2SO4; 0,85 g/l (NH4)H2PO4; 0,15 g/l (NH4)2HPO4; 0,19 g/l CaCl2 und 0,23 g/l MgCl2. Alle diese Chemikalien sind analysenrein. Der pH-Wert des synthetischen Urins liegt im Bereich von 6,0 bis 6,4.
  • A. ABSORPTIONSVERMÖGEN DER VORLÄUFERTEILCHEN
  • Die polymere Zusammensetzung wird in einen „Teebeutel" gegeben, einen spezifischen Zeitraum lang in einem Überschuss synthetischen Urins eingetaucht und dann einen spezifischen Zeitraum lang zentrifugiert. Das Verhältnis des Endgewichts der polymeren Zusammensetzung nach dem Zentrifugieren abzüglich des Anfangsgewichts (Nettofluidzunahme) zum Anfangsgewicht bestimmt das Absorptionsvermögen.
  • Das folgende Arbeitsverfahren wird unter Standardlaborbedingungen bei 23 °C (73 °F) und 50 % relativer Feuchtigkeit durchgeführt. Unter Verwendung eines Stanzwerkzeugs von 6 cm × 12 cm wird das Teebeutelmaterial geschnitten, längs auf die Hälfte gefaltet und entlang zwei Seiten mit einer T-Stangenverschlusseinrichtung verschweißt, um ein Teebeutelquadrat von 6 cm × 6 cm herzustellen. Das eingesetzte Teebeutelmaterial ist ein heißsiegelbares Material der Güteklasse 1234, das von C.H. Dexter, ein Geschäftsbereich der Dexter Corp., Windsor Locks, Connecticut, USA, erhältlich ist, oder ein gleichwertiges Material. Bei Bedarf sollte ein Teebeutelmaterial mit geringerer Porosität verwendet werden, um feine Teilchen zurückzuhalten. 0,200 Gramm plus oder minus 0,005 Gramm der polymeren Zusammensetzung werden auf einem Wägepapier ausgewogen und in den Teebeutel überführt und die Oberseite (das offene Ende) des Teebeutels wird verschweißt. Ein leerer Teebeutel wird an der Oberseite verschweißt und als Blindprobe verwendet. Ungefähr 300 Milliliter synthetischer Urin werden in ein 1000-Milliliter-Becherglas gegossen. Der leere Teebeutel wird in synthetischen Urin eingetaucht. Der Teebeutel, der die polymere Zusammensetzung enthält (der Probenteebeutel), wird waagerecht gehalten, um das Material gleichmäßig im gesamten Teebeutel zu verteilen. Der Teebeutel wird auf die Oberfläche des synthetischen Urins gelegt. Das Anfeuchten des Teebeutels wird über einen Zeitraum von nicht mehr als eine Minute ermöglicht und dann wird der Teebeutel 60 Minuten lang vollständig untergetaucht und getränkt. Ungefähr 2 Minuten, nachdem die erste Probe untergetaucht wurde, wird ein zweiter Satz Teebeutel, der genauso wie der erste Satz leerer und Probenteebeutel hergestellt wurde, auf dieselbe Art und Weise wie der erste Satz 60 Minuten lang untergetaucht und getränkt. Nachdem die vorgeschriebene Tränkungszeit verstrichen ist, werden die Teebeutel für jeden Satz von Teebeutelproben sofort (mit Zangen) aus dem synthetischen Urin herausgenommen. Die Proben werden dann wie unten beschrieben zentrifugiert. Die verwendete Zentrifuge ist eine Delux Dynac II-Zentrifuge, Fisher-Modell Nr. 05-100-26, erhältlich von Fisher Scientific Co. in Pittsburgh, PA, USA, oder eine gleichwertige Zentrifuge. Die Zentrifuge sollte mit einem Direktablesungsgeschwindigkeitsmesser und einer elektrischen Bremse ausgerüstet sein. Die Zentrifuge ist ferner mit einem zylindrischen Einsatzkorb mit einer ungefähr 6,35 cm (2,5 Zoll) hohen Außenwand mit einem Außendurchmesser von 21,425 cm (8,435 Zoll), einem Innendurchmesser von 20,155 cm (7,935 Zoll) und 9 Reihen kreisförmiger Löcher mit jeweils einem Durchmesser von ungefähr 0,238 cm (106 3/32 Zoll), die in einem gleichmäßigen Abstand um den Umfang der Außenwand herum verteilt sind, und einem Korbboden mit sechs kreisförmigen Ablauflöchern mit einem Durchmesser von 0,635 cm (1/4 Zoll), die in einem gleichmäßigen Abstand von 1,27 cm (1/2 Zoll) von der Innenfläche der Außenwand zur Mitte der Ablauflöcher hin um den Umfang des Korbbodens herum verteilt sind, oder einer gleichwertigen Vorrichtung ausgerüs tet. Der Korb wird in der Zentrifuge angebracht, um im Einklang mit der Zentrifuge zu rotieren und anzuhalten. Die Probenteebeutel werden in dem Zentrifugenkorb angeordnet, wobei ein gefaltetes Ende des Teebeutels in die Richtung der Zentrifugerotation weist, um die Anfangskraft zu absorbieren. Die leeren Teebeutel werden zu beiden Seiten der entsprechenden Probenteebeutel angeordnet. Der Probenteebeutel des zweiten Satzes muss dem Probenteebeutel des ersten Satzes gegenüber und der leere Teebeutel des zweiten Satzes dem leeren Teebeutel des erstens Satzes gegenüber angeordnet werden, um die Zentrifuge auszubalancieren. Die Zentrifuge wird gestartet und schnell auf eine stabile Geschwindigkeit von 157,1 rad/s (1500 U/min) hochlaufen gelassen. Sobald die Zentrifuge sich auf 157,1 rad/s (1500 U/min) stabilisiert hat, wird eine Zeitschaltuhr auf 3 Minuten eingestellt. Nach 3 Minuten wird die Zentrifuge abgeschaltet und die Bremse wird ausgelöst. Der erste Probenteebeutel und der erste leere Teebeutel werden herausgenommen und getrennt gewogen. Der Vorgang wird für den zweiten Probenteebeutel und den zweiten leeren Teebeutel wiederholt. Das Absorptionsvermögen (AV) für jede der Proben wird wie folgt errechnet: AV = (Probenteebeutelgewicht nach Zentrifuge minus Gewicht des leeren Teebeutels nach Zentrifuge minus Gewicht der trockenen polymeren Zusammensetzung) geteilt durch (Gewicht der trockenen polymeren Zusammensetzung). Der Absorptionsvermögenswert zum diesbezüglichen Gebrauch ist das durchschnittliche Absorptionsvermögen der zwei Proben.
  • B. FLUIDBESTÄNDIGKEIT
  • Die Zielsetzung dieses Verfahrens ist es, die Stabilität von Makrostrukturaggregaten und Absorptionsverbundstoffen der vorliegenden Erfindung bei Aussetzen gegenüber synthetischem Urin zu bestimmen.
  • Die Probenmakrostrukur oder der Probenabsorptionsverbundstoff wird in eine flache Schale gegeben. Eine Überschussmenge synthetischen Urins wird zu der Makrostruktur oder dem Absorptionsverbundstoff gegeben.
  • Das Quellen der Makrostruktur oder des Absorptionsverbundstoffs wird beobachtet, bis ein Gleichgewicht erzielt wird. Bei der Beobachtung der quellenden Makrostruktur oder des quellenden Absorptionsverbundstoffs wird bei der Makrostruktur oder dem Absorptionsverbundstoff auf kleine Teilchen geachtet, die vom Hauptabsorptionsaggregat wegbrechen, plättchenartige Teilchen, die vom Hauptabsorptionsaggregat wegtreiben, oder Teilchen, die vom Hauptabsorptionsaggregat wegbrechen oder wegtreiben. Wenn das Absorptionsaggregat eine hohe Anzahl weggebrochener Komponententeilchen aufweist, wird die Makrostruktur oder der Absorptionsverbundstoff als instabil betrachtet. Bei der Makrostruktur oder dem Absorptionsverbundstoff sollte außerdem auf isotropes Quellen geachtet werden. Wenn das Absorptionsaggregat verhältnismäßig stabil bleibt und die relative Geometrie und die räumlichen Beziehungen der Vorläuferteilchen und der Poren nach dem Ablauf der Testmethode beibehalten wurden, wird die Makrostruktur oder der Absorptionsverbundstoff als stabil betrachtet. Vorzugsweise können fluidbeständige Makrostrukturen oder Absorptionsverbundstoffe in ihrem gequellten Zustand aufgegriffen werden, ohne auseinanderzufallen.
  • C. VORLÄUFERTEILCHENGRÖSSE UND GEWICHTSMITTLERE TEILCHENGRÖSSE
  • Die Teilchengrößenverteilung auf einer Gewichtsprozentbasis einer 10-Gramm-Mengenprobe der Vorläuferteilchen wird mittels Sieben der Probe durch einen Satz von 19 Sieben bestimmt, deren Größe von einem Standardsieb Nr. 20 (850 Mikrometer) bis zu einem Standardsieb Nr. 400 (38 Mikrometer) reicht. Die Siebe sind Standardsiebe, wie sie von der Gilson Company, Inc. in Worthington, Ohio, USA, erhältlich sind. Das Verfahren wurde nacheinander an drei Siebstapeln durchgeführt, da die verwendete Einrichtung nicht alle 19 Siebe gleichzeitig aufnehmen kann. Ein erster Stapel enthält die Siebe Nr. 20, 25, 30, 35, 40, 45 und 50 sowie die Siebpfanne; der zweite Stapel enthält die Siebe Nr. 60, 70, 80, 100, 120 und 140 sowie die Siebpfanne; der dritte Stapel enthält die Siebe Nr. 170, 200, 230, 270, 325 und 400 sowie die Siebpfanne. Die auf jedem dieser Siebe verbleibenden Vorläuferteilchen werden dann gewogen, um die Teilchengrößenverteilung auf einer Gewichtsprozentbasis zu bestimmen.
  • Der erste Siebstapel wird auf einem Schüttelapparat montiert und 10,0 Gramm plus oder minus 0,00 Gramm der Probe werden auf das Sieb Nr. 20 gegeben. Der verwendete Schüttelapparat ist ein vibrierender Siebschüttelapparat von 7,6 cm (3 Zoll) des Modells SS-5, wie er von der Gilson Company, Inc. in Worthington, Ohio, USA, erhältlich ist. Der Stapel wird 3 Minuten bei ungefähr 2100 Vibrationen/Minute („6" auf der Instrumentenskala) geschüttelt. Dann wird die Siebpfanne entfernt und der Stapel zum späteren Auswiegen zur Seite gestellt. Die auf der Siebpfanne verbleibende Probe wird mit einem weichen Pinsel auf ein Wägepapier überführt. Der zweite Siebstapel wird auf dem Schüttelapparat montiert und die Probe auf dem Wägepapier wird auf das Sieb Nr. 60 überführt. Der zweite Stapel wird 3 Minuten bei ungefähr 2100 Vibrationen/Minute geschüttelt, die auf der Siebpfanne verbleibende Probe auf ein Wägepapier überführt und der Stapel zur Seite gestellt. Der dritte Siebstapel wird auf dem Schüttelapparat montiert und die Probe auf dem Wägepapier wird auf das Sieb Nr. 170 überführt. Der dritte Stapel wird 3 Minuten bei ungefähr 2100 Vibrationen/Minute geschüttelt. Ein weicher Pinsel wird zum Überführen der Inhalte jedes gegebenen Siebs auf ein austariertes Wägepapier verwendet. Die Probe wird auf einer Standardwaage mit dreistelliger Anzeige gewogen und das Gewicht der Probe auf dem spezifischen Sieb aufgezeichnet. Dieser Schritt wird unter Verwendung eines neuen Wägepapiers für jede Probe für jedes Sieb und für die auf der Siebpfanne verbleibende Probe, nachdem der dritte Siebstapel geschüttelt wurde, wiederholt. Das Verfahren wird für zwei weitere 10-Gramm-Proben wiederholt. Der Durchschnittswert der Gewichte der drei Proben für jedes Sieb bestimmt die durchschnittliche Teilchengrößenverteilung auf einer Gewichtsprozentbasis für jede Siebgröße.
  • Die gewichtsmittlere Teilchengröße der 10-Gramm-Mengenprobe wird wie folgt errechnet: maps = Σ(Di × Mi)/Σ Miworin maps die gewichtsmittlere Teilchengröße ist; Mi das Gewicht der Teilchen auf dem spezifischen Sieb ist und Di der „Größenparameter" für das spezifische Sieb ist. Der Größenparameter Di eines Siebs ist als die Größe (in Mikrometer) des nächst höheren Siebs bedeutend definiert. Zum Beispiel hat ein Standardsieb Nr. 50 einen Größenparameter von 355 Mikrometer, was der Größe der Öffnungen in einem Standardsieb Nr. 45 (dem nächst höheren Sieb) entspricht. Die gewichtsmittlere Teilchengröße zum diesbezüglichen Gebrauch ist der Durchschnittswert der gewichtsmittleren Teilchengröße der drei Proben.
  • VORLÄUFERTEILCHENBEISPIEL
  • Ein ummantelter 10-Liter-Doppelarmkneter aus Edelstahl, dessen Öffnung 220 mm × 240 mm misst und der eine Tiefe von 240 mm aufweist und zwei Schaufeln des Sigma-Typs aufweist, die über einen Drehdurchmesser von 120 mm verfügen, wird mit einem Deckel verschlossen. Es wird eine wässrige Monomerlösung hergestellt, die aus 37 Gew.-% Monomer besteht. Das Monomer besteht aus 75 Mol-% Natriumacrylat und 25 Mol-% Acrylsäure. Der Kneterbehälter wird mit 5500 Gramm der wässrigen Monomerlösung beschickt und der Kneterbehälter wird anschließend mit Stickstoffgas gespült, um die restliche eingeschlossene Luft zu entfernen. Dann werden die zwei Schaufeln des Sigma-Typs in Drehung mit Geschwindigkeiten von 4,8 rad/s (46 U/min) versetzt und der Mantel wird durch das Durchleiten von Wasser bei 35 °C erhitzt. 2,8 g Natriumpersulfat und 0,14 g L-Ascorbinsäure werden als Polymerisationsinitiatoren zugegeben. Die Polymerisation beginnt etwa vier Minuten nach der Zugabe der Initiatoren. In dem Reaktionssystem wird 15 Minuten nach der Zugabe der Initiatoren eine Spitzentemperatur von 82 °C erreicht. Das hydratisierte Gelpolymer wird in Teilchen mit einer Größe von etwa 5 mm unterteilt, während das Rühren fortgesetzt wird. Der Deckel wird 60 Minuten nach dem Start der Polymerisation vom Kneter abgenommen und das Material wird aus dem Kneter herausgenommen.
  • Das so erhaltene, resultierende hydratisierte wässrige Gelpolymer wird auf einem Standardmetallnetz Nr. 50 ausgebreitet und 90 Minuten lang mit Heißluft bei 150 °C getrocknet. Die getrockneten Teilchen werden mit einer Brechmaschine des Hammertyps pulverisiert und mit einem Standardsieb Nr. 20 (850 Mikrometer) gesiebt, um Teilchen zu erhalten, die durch das Standardsieb Nr. 20 durchgehen. Die gewichtsmittlere Teilchengröße dieser Teilchen ist 405 Mikrometer.
  • D. MESSUNG DES FEUCHTIGKEITTRANSPORTVERHÄLTNISSES UND DER FEUCHTIGKEITSTRANSPORTDISTANZ FÜR ABSORPTIONSMATERIALIEN
  • Die Fluidtransportrate oder -geschwindigkeit und die Feuchtigkeitstransportdistanz von Absorptionsverbundstoffen werden im Folgenden gemessen. Nach dem Herstellen eines Absorptionsverbundstoffs mit einer Breite von 2 cm und einer Länge von 30 cm wird der Absorptionsverbundstoff an einer Parafilm-Kammer befestigt, so dass ein Ende des Absorptionsverbundstoffs aus der Parafilm-Kammer mit einer Länge von 1 cm hervorragt. Die Parafilm-Kammer hat Kanten, die zum Verhindern jeglicher Verdunstung versiegelt sind. Nach Füllen eines Gefäßes mit dem synthetischen Urin wird die Parafilm-Kammer auf den Behälter gehangen, um den hervorragenden Teil (1 cm) des Endes des Absorptionsverbundstoffs in den synthetischen Urin zu hängen. Nach dem Start des Tests wird das Vorrücken des Fluids alle zehn Sekunden aufgezeichnet. Die Feuchtigkeitstransportrate wird mittels der Vorrückdistanz nach einem Zeitraum von 4 Minuten bestimmt. Des Weiteren wird die Feuchtigkeitstransportdistanz mittels der letzten Distanz 20 Stunden nach dem Start der Aufzeich nung bestimmt. Diese Messung wird bei der normalen Raumtemperatur (etwa 25 °C) durchgeführt.

Claims (10)

  1. Absorptionsmaterial (80) mit einer Länge, Breite und Dicke, wobei das Material mindestens eine poröse absorbierende Makrostruktur aufweist, die eine Vielzahl miteinander verbundener Absorptionsgelierteilchen umfasst, wobei die Absorptionsgelierteilchen eine Vielzahl von intermolekular vernetzten absorbierenden Molekülen umfassen, wobei mindestens ein Teil der Oberflächen der Teilchen vernetzt ist, und dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Makrostruktur miteinander verbundene Stränge (81) bildet, die durch Hohlräume (85) getrennt sind.
  2. Absorptionsmaterial nach Anspruch 1, das ferner mindestens ein Substrat (90) mit einer ersten Oberfläche (91) umfasst, die mit einer ersten Oberfläche der absorbierenden Makrostruktur durch dasselbe Bindungsmittel, das die Bindung zwischen den Teilchen erzeugt, mindestens teilweise verbunden ist.
  3. Absorptionsmaterial nach Anspruch 2, wobei das Substrat (90) an der Vielzahl miteinander verbundener Stränge (81) befestigt ist und diese miteinander verbindet.
  4. Absorptionsmaterial nach Anspruch 3, wobei die Vielzahl von Strängen (81) ein vorgegebenes Muster mit einer netzartigen Form bildet.
  5. Absorptionsmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Oberflächenteile der Teilchen durch ein Vernetzungsmittel mit großer Molekülgröße vernetzt sind, um eine selektive Vernetzung der absorbierenden Moleküle an den Oberflächenteilen zu veranlassen.
  6. Absorptionsmaterial nach Anspruch 5, wobei die Oberflächenteile der Teilchen durch ein Vernetzungsmittel vernetzt sind, das eine Funktion hat, die Oberflächenvernetzung der absorbierenden Moleküle im Raumtemperaturbereich bereitzustellen.
  7. Absorptionsmaterial nach Anspruch 6, wobei das Vernetzungsmittel ein kationisches Amino-Epichlorhydrin-Additionsprodukt ist.
  8. Absorptionsmaterial nach einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei das Substrat ein Cellulosematerial ist und das Substrat durch ein kationisches Amino-Epichlorhydrin-Additionsprodukt chemisch an die Oberfläche der absorbierenden Makrostrukturschicht gebunden ist.
  9. Absorptionsartikel (20), umfassend: (i) eine flüssigkeitsdurchlässige obere Lage (38); (ii) eine flüssigkeitsundurchlässige untere Lage (40); und (iii) einen Absorptionskern (42), der sich zwischen der oberen Lage (38) und der unteren Lage (40) befindet, wobei der Absorptionskern (42) mindestens ein Absorptionsmaterial nach einem der vorstehenden Ansprüche umfasst.
  10. Absorptionsartikel nach Anspruch 9, wobei der Absorptionskern (42) ferner eine Aufnahmekomponente (62), die sich zwischen der oberen Lage (38) und dem Absorptionsmaterial befindet, umfasst.
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