專利名稱：耐劃傷高吸水性材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可以耐受機(jī)械力而不顯著降低吸收性能、尤其凝膠床滲透性和/或平均粒度的高吸水性材料。本發(fā)明也涉及提高高吸水性材料的耐劃傷性的方法。
背景技術(shù)：
商品高吸水性材料廣泛用于各種各樣的個(gè)人護(hù)理產(chǎn)品例如嬰幼兒尿布、兒童便溺訓(xùn)練褲、成人失禁用產(chǎn)品、女性護(hù)理產(chǎn)品等。這些高吸水性材料或水凝膠基本上是交聯(lián)聚電解質(zhì)，即水可溶脹、水不可溶的，而且顯示出非常高吸水性。一般來說，這些交聯(lián)聚電解質(zhì)的離心保留能力(CRC)為至少15g 0.9wt％NaCl水溶液/g聚合物。高吸水性材料也設(shè)計(jì)得能迅速攝取體液，這要求該高吸水性材料有高凝膠床滲透性(GBP)。商品高吸水性材料在制造和轉(zhuǎn)化過程期間發(fā)生顯著微粒損傷，導(dǎo)致其原始凝膠床滲透性的很大損失。原始凝膠床滲透性的這種減少可能是過早泄漏和皮膚潮濕問題的原因之一。
這些高吸水性材料是以玻璃狀聚合物為特征的，而且在它們干燥或處于低相對濕度(RH)環(huán)境例如RH＜30％時(shí)在機(jī)械沖擊和應(yīng)力下是非常脆的。由于其玻璃狀和脆性，這些聚合物在制造過程例如尿布制造過程期間發(fā)生粒度和形狀顯著破壞。該聚合物的主要機(jī)械損傷起因于空氣輸送和混合步驟中的高速沖擊和產(chǎn)品密封步驟中的高壓壓縮。隨著產(chǎn)品制造商為更薄的產(chǎn)品而努力，在采用高含量高吸水性材料的產(chǎn)品中，這種微粒損傷進(jìn)一步增加。這種機(jī)械誘發(fā)的對高吸水性材料的損傷降低了也在本文實(shí)施例中說明的該材料的有效性。
因此，目前需要或希望一種可以耐受吸收劑產(chǎn)品制造和轉(zhuǎn)化過程而不導(dǎo)致吸收劑性能、尤其凝膠床滲透性和/或粒度顯著降低的高吸水性產(chǎn)品。進(jìn)一步需要或希望一種提高高吸水性材料的耐劃傷性的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及與當(dāng)前市售高吸水性材料相比有改善的耐機(jī)械損傷性能和由于此類損傷而引起的最低限度吸收劑性能損失的高吸水性材料，和提高一種高吸水性材料的耐損傷性能和耐功能損失性能的方法。
耐損傷性能處理后本發(fā)明的高吸水性材料有離心保留能力為約15g或更多0.9wt％氯化鈉水溶液/g高吸水性材料，和對300～600μm微粒測定的0psi溶脹壓力時(shí)的凝膠床滲透性(GBP)值為約200(×10-9cm2)或更大、或約300(×10-9cm2)或更大、或約500(×10-9cm2)或更大、或約800(×10-9cm2)或更大，以及下列性能中至少一種(1)本文中所述“吸收劑產(chǎn)品加工模擬試驗(yàn)”后對300～600μm微粒測定的0psi溶脹壓力時(shí)的GBP值減少為約20％或更少；(2)該“吸收劑產(chǎn)品加工模擬試驗(yàn)”后對300～600μm微粒測定的0.3psi溶脹壓力時(shí)的GBP值減少為約50％或更少；(3)該“吸收劑產(chǎn)品加工模擬試驗(yàn)”后對原態(tài)微粒測定的0psi溶脹壓力時(shí)的GBP值減少為約50％或更少；(4)該“吸收劑產(chǎn)品加工模擬試驗(yàn)”后對原態(tài)微粒測定的0.3psi溶脹壓力時(shí)的GBP值減少為約60％或更少；和/或(5)該“吸收劑產(chǎn)品加工模擬試驗(yàn)”后對原態(tài)微粒測定的平均粒度減少為約20％或更少?！拔談┊a(chǎn)品加工模擬試驗(yàn)”模擬當(dāng)前商品尿布制造過程期間對高吸水性材料造成的機(jī)械損傷。
該高吸水性材料可以用一種非顆粒性溶液處理來提高該材料的耐損傷性。例如，處理該高吸水性材料來提高該材料的耐損傷性的一種方法包括向該高吸水性材料中添加一種可以交聯(lián)生成水可溶脹但水不可溶聚合物的親水軟聚合物的水溶液，使該水溶液與該高吸水性材料混合，和使處理的高吸水性材料干燥。該親水性軟聚合物適當(dāng)?shù)鼐哂屑s20℃以下的玻璃化溫度，且適當(dāng)?shù)匾约s0.1wt％～約10wt％水溶液的數(shù)量存在于該水溶液中。該高吸水性材料可以用該高吸水性材料的10wt％～約1000wt％水溶液處理。
處理前，該高吸水性材料可以是一種標(biāo)準(zhǔn)的市售交聯(lián)聚電解質(zhì)，包括陰離子型聚合物、陽離子型聚合物、或其組合。該高吸水性材料可以是可生物降解的或不可生物降解的。該高吸水性材料可以包括微粒、纖維、絲束、小片、薄膜、泡沫體等。
本發(fā)明的高吸水性材料，包括用本發(fā)明方法得到的高吸水性材料，可以摻入任何適用的吸收劑物品中。此類吸收劑物品的實(shí)例包括但不限于嬰幼兒尿布、兒童便溺訓(xùn)練褲、成人失禁用產(chǎn)品、女性護(hù)理產(chǎn)品、紙面巾、衛(wèi)生紙等。
將以上所述牢記心中，本發(fā)明的特色和優(yōu)點(diǎn)是提供耐損傷高吸水性材料，和高吸水性材料耐損傷性提高的方法。


圖1說明用來測定自由流動微粒的滲透性的裝置。
圖2說明圖1的裝置的底部視圖。
圖3說明用來測定自由流動微粒的負(fù)荷下吸收性(AUL)的裝置。
圖4說明圖3的裝置的底部視圖。
具體實(shí)施例方式
在本說明書范疇內(nèi)，以下每個(gè)術(shù)語或短語都將包括下列一種或多種含義。
“超級吸收劑”這一術(shù)語系指在含有0.9wt％氯化鈉的水溶液中，在最有利的條件下，能吸收其重量的至少約15倍、更好其重量的至少約25倍的水可溶脹，水不可溶有機(jī)或無機(jī)材料。高吸水性材料可以是天然的、合成的、和改性天然的聚合物和材料。此外，該高吸水性材料可以是無機(jī)材料例如硅膠，也可以是有機(jī)化合物例如交聯(lián)聚合物。該高吸水性材料可以是可生物降解的或不可生物降解的。該高吸水性材料可以包括微粒、纖維、絲束、小片、薄膜、泡沫體等。若一種材料在這些條件下能吸收其重量的至少5倍的水溶液，則它就是吸收劑。
“聚合物”這一術(shù)語一般包括但不限于均聚物，共聚物，包括嵌段共聚物、接枝共聚物、無規(guī)共聚物、交替共聚物、三元共聚物等，及其共混物和改性物。進(jìn)而，除非另有具體限制，否則“聚合物”這一術(shù)語應(yīng)當(dāng)包括該材料的所有可能幾何構(gòu)型。這些構(gòu)型包括但不限于全同立構(gòu)、間同立構(gòu)、和無規(guī)立構(gòu)的對稱性。
本文中使用的“預(yù)篩”這一術(shù)語系指已經(jīng)篩選或以其它方式分類得能包括規(guī)定粒度范圍內(nèi)的微粒的高吸水性材料的樣品。本文中除非另有說明，否則預(yù)篩高吸水性材料包括300～600μm范圍內(nèi)粒度的微粒。篩選過程的更詳細(xì)描述詳見以下“平均粒度分布試驗(yàn)方法”。
本文中使用的“未篩”這一術(shù)語與“原態(tài)”這一術(shù)語是互換使用的。這些術(shù)語系指尚未篩選或以其它方式分類得只包括規(guī)定粒度范圍內(nèi)的微粒的高吸水性材料的樣品。替而代之，未篩高吸水性材料可以包括任何粒度的微粒，例如，作為機(jī)械損傷的結(jié)果，粒度和形狀發(fā)生了改變的微粒。
“吸收劑物品”這一術(shù)語包括個(gè)人護(hù)理吸收劑物品例如尿布、便溺訓(xùn)練褲、泳裝、吸收劑內(nèi)褲、成人失禁用產(chǎn)品、女性衛(wèi)生產(chǎn)品等，以及吸收劑擦拭物品例如面巾、紙毛巾、櫥用毛巾、離家外出用毛巾、濕抹布等，以及醫(yī)用吸收劑物品例如醫(yī)用吸收劑服裝、帷簾、袍褂、繃帶、罩布、傷口敷料、襯墊、抹布等。
“親水性”這一術(shù)語系指其水在空氣中的接觸角小于90度的材料。為了本申請之目的，接觸角測量值的確定詳見“Surface and ColloidScience-Experimental Methods”，Vol.II，Robert J.Good and Robert J.Stromberg，Ed.(Plenum Press，1979)。
“親水性軟聚合物”這一術(shù)語系指3碳或更小的烷基鏈的水溶性單體聚合得到的，其干燥聚合物的玻璃化溫度(Tg)低于20℃的材料。親水軟聚合物在室溫下起彈性體作用，而且能迅速、非輻射交聯(lián)。
“非顆粒物溶液”這一術(shù)語系指兩種或更多種可以是固體、液體、氣體、或其組合的物質(zhì)的均勻混合物，其中該溶液不在其中包括非溶解固體微粒。
這些術(shù)語可能在本說明書的其余部分用另外的語言定義。
按照本發(fā)明，耐損傷高吸水性材料可以使用本文中所述方法來達(dá)到。這些高吸水性材料，與當(dāng)前市售高吸水性材料相比，有改善的對機(jī)械損傷、尤其吸收劑產(chǎn)品加工造成的損傷的抗性，和減少的功能損失。
本發(fā)明的高吸水性材料包括已經(jīng)處理得能耐受當(dāng)進(jìn)行以下實(shí)施例中詳細(xì)描述的“吸收劑產(chǎn)品加工模擬試驗(yàn)”時(shí)的損傷的慣常高吸水性材料。慣常高吸水性材料是交聯(lián)聚電解質(zhì)。聚電解質(zhì)包括陰離子型聚合物和陽離子型聚合物兩種。陰離子型聚合物含有羧基、磺酸根、硫酸根、亞硫酸根、磷酸根、或其組合等官能團(tuán)。陰離子型聚合物的實(shí)例包括但不限于聚丙烯酸的鹽或部分鹽，聚丙烯酰胺基甲基丙烷磺酸，聚乙烯基乙酸，聚乙烯基膦酸，聚乙烯基磺酸，異丁烯-馬來酸酐共聚物，羧甲基纖維素，藻酸，角叉菜聚糖，聚天冬氨酸，聚谷氨酸，及其共聚物或混合物。陽離子型聚合物含有伯胺、仲胺、和叔胺、亞胺、酰胺、季銨、或其混合物等官能團(tuán)。陽離子型聚合物的實(shí)例包括但不限于聚乙烯基胺的鹽或部分鹽，聚氫氧化二烯丙基二甲基銨，聚氫氧化丙烯酰胺基丙基三甲基銨，聚氨基丙醇乙烯醚，聚烯丙基胺，脫乙酰殼多糖，聚賴氨酸，聚谷氨酰胺，及其共聚物或混合物。市售高吸水性材料的實(shí)例包括均購自美國北卡羅來納州格林斯波洛Stockhausen公司的SXM 9543和FAVOR 880，和購自美國密歇根州米德蘭Dow Chemical公司的DOW DRYTECH 2035。這些及其它高吸水性材料，包括多組分高吸水性材料(即既有陰離子型聚合物又有陽離子型聚合物的超級吸收劑)和可生物降解超級吸收劑，適合用于本發(fā)明。
同慣常高吸水性材料一樣，本發(fā)明的處理高吸水性材料顯示出離心保留能力(CRC)為至少15g 0.9wt％氯化鈉水溶液/g聚合物或超級吸收劑，且對300～600μm微粒測定的0psi溶脹壓力時(shí)的凝膠床滲透性(GBP)值為至少約200(×10-9cm2)、或至少300(×10-9cm2)、或至少500(×10-9cm2)、或至少800(×10-9cm2)。替而代之，本發(fā)明的處理高吸水性材料可以顯示出CRC為約20g或以上、或約25g或以上的0.9wt％氯化鈉水溶液/g進(jìn)行吸收劑結(jié)構(gòu)、材料、物品制造過程之前的高吸水性材料。然而，本發(fā)明的處理高吸水性材料不像慣常高吸水性材料那樣脆，因此，如以下實(shí)施例中所說明的，在吸收劑物品制造過程期間遭受到較少損傷。
該高吸水性材料的耐損傷性可以通過用一種非顆粒物溶液處理該高吸水性材料來提高。例如，處理高吸水性材料以提高該材料的耐損傷性的一種方法包括使用添加劑對該高吸水性材料進(jìn)行表面處理，如以下實(shí)施例5中所述。在這種思路中，適用的添加劑是玻璃化溫度(Tg)為約20℃或以下、或約10℃或以下、或約0℃或以下的親水性軟聚合物。Tg越低、聚合物就越軟。適用親水性軟聚合物的實(shí)例包括羥丙基纖維素、聚環(huán)氧乙烷、聚環(huán)氧丙烷、聚乙二醇、聚丙二醇、和親水性丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯共聚物，包括聚乙二醇接枝共聚物。該親水性軟聚合物適當(dāng)?shù)爻室环N以該水溶液的約0.1wt％～約10wt％、或約0.5wt％～約8wt％、或約2wt％～約5wt％的數(shù)量存在的水溶液。該水溶液可以以該高吸水性材料的約10wt％～約1000wt％、或約50wt％～約800wt％、或約100wt％～約500wt％的數(shù)量添加到該高吸水性材料中。然后，使該水溶液和該高吸水性材料混合在一起。為了確保均勻的表面涂布，可以將水溶液和高吸水性材料的混合物攪拌約0.1～約10分鐘。在該水溶液添加到該高吸水性材料中之后，該高吸水性材料可以適當(dāng)?shù)卦诩s20～約150、或約50～約100℃的溫度干燥約0.1～約30小時(shí)、或約1～約10小時(shí)。包括該添加劑的干燥高吸水性材料可以用篩網(wǎng)過篩，然后可以使任何附聚的微粒分離。該附聚的微?？梢杂檬謮海部梢允褂媚芴峁┹p微壓和捏的設(shè)備以避免使該微粒過度損傷。
本申請公開的親水性軟聚合物可以交聯(lián)形成水可溶脹但水不可溶的聚合物，以提供額外的吸水性。進(jìn)而，該親水性軟聚合物可以顯著增加該處理高吸水性材料的GBP值。均勻涂層可以通過在該親水性軟聚合物涂布到該高吸水性材料上之后使其交聯(lián)來實(shí)現(xiàn)。表面處理后實(shí)現(xiàn)交聯(lián)的機(jī)理有兩種。一種機(jī)理是使用一種潛交聯(lián)劑，另一種機(jī)理是使用一種可自交聯(lián)的改性親水性軟聚合物。潛交聯(lián)劑在該水溶液中或在表面處理期間不與該親水性軟聚合物反應(yīng)。它只在該聚合物干燥后提供恰當(dāng)條件時(shí)與該聚合物反應(yīng)。這樣的恰當(dāng)條件包括加熱、微波處理、電子束輻射、紫外線、高濕度、和有機(jī)溶劑處理等。適用的潛交聯(lián)劑包括但不限于任何一種有至少2個(gè)能與該親水性軟聚合物上的側(cè)基反應(yīng)的官能團(tuán)或官能度例如羥基、氨基、羧酸基、羧基、亞氨基、二醇基、氧化物基、環(huán)氧基、異氰酸酯、氮丙啶基、及其組合的有機(jī)化合物。實(shí)例包括丁二醇、乙二醇、二亞乙基三胺、檸檬酸、檸檬酸鈉、聚環(huán)氧乙烷、聚乙烯基胺、聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚乙烯亞胺、聚乙二醇、甘油多環(huán)氧丙基醚、表氯醇、多異氰酸酯、多氮丙啶化合物、聚乙烯基胺、聚季胺、羥丙基纖維素、甲基纖維素、淀粉、羧甲基纖維、脫乙酰殼多糖、脫乙酰殼多糖鹽、藻酸、角叉菜聚糖、聚天冬氨酸、聚賴氨酸、聚琥珀酸、聚谷氨酸、及這些當(dāng)中任何一種的混合物。其它適用的潛交聯(lián)劑包括至少三價(jià)的陽離子或陰離子，例如Al3+、Fe3+、Zr4+、Ti3+、Co3+、Fe4+、Cr3+、Ce3+、Ce4+、-PO43-等。陽離子可以用來作為潛交聯(lián)劑以使有陰離子側(cè)基的親水性軟聚合物交聯(lián)，而陰離子可以用來使陽離子側(cè)基交聯(lián)。
可自交聯(lián)潛交聯(lián)劑包括約0.1～約20質(zhì)量％包括烷氧基甲硅烷官能度的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯單元。當(dāng)暴露于水時(shí)，該烷氧基甲硅烷官能度生成一種能縮合形成交聯(lián)聚合物的硅烷醇基。
該親水性軟聚合物也可以包括約0.1～約75質(zhì)量％聚烯烴二醇和/或聚烯烴氧化物單元。該聚烯烴二醇和/或氧化物可以包括有約2～約4碳原子的α-烯烴，還可以包括約30～約15,000烯烴二醇和/或氧化物單元/分子。該聚烯烴二醇和/或氧化物可以與丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯接枝聚合而生成一種接枝共聚物。該聚烯烴二醇和/或氧化物可以是一種包括有不同碳原子數(shù)的烯烴二醇或氧化物單元的嵌段共聚物，例如環(huán)氧乙烷與環(huán)氧丙烷的嵌段共聚物。該聚烯烴二醇和/或氧化物提供有更高撓曲性的親水性軟聚合物。因此，該親水性軟聚合物有提高的濕條件下粘合力、吸水性、和撓曲性。
該親水性軟聚合物可以使用模版聚合法制備，其中該單烯鍵不飽和聚合物和丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯是在一種預(yù)生成模版聚合物即聚烯烴二醇和/或聚烯烴氧化物的存在下混合。該聚合可以通過使兩種不同單烯鍵不飽和單體反應(yīng)來進(jìn)行，其中一種單體含有烷氧基甲硅烷官能度。該聚合可以由熱、輻射、氧化還原化學(xué)反應(yīng)、及其它技術(shù)誘發(fā)。適用的輻射引發(fā)劑包括但不限于紫外線、微波、和電子束輻射。該引發(fā)劑發(fā)生自由基而引起各單體共聚。在一種實(shí)施方案中，該聚合反應(yīng)是在有機(jī)溶劑例如乙醇中進(jìn)行的。該聚合也可以在水溶液中或在水溶液與有機(jī)溶劑組合中進(jìn)行。
該聚烯烴二醇和/或氧化物在該聚合過程期間可以是也可以不是接枝聚合到丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯單元上的。所得到的親水性軟聚合物可以含有作為單獨(dú)成分、或作為該共聚物的一部分、或二者兼而有之的聚烯烴二醇和/或氧化物。
所得到的聚合物由于烷氧基甲硅烷官能度而具有潛在的水分誘導(dǎo)交聯(lián)能力。這種聚合物可以在可流動狀態(tài)下施用到一種基材上或其它終端用途應(yīng)用上。水分誘導(dǎo)的交聯(lián)可以通過要么使基材上的溶劑蒸發(fā)要么使用任何其它有效技術(shù)脫除該基材上的溶劑時(shí)烷氧基甲硅烷的水解和隨后的縮合來完成。替而代之，該烷氧基甲硅烷的水解和隨后的縮合可以在該涂層暴露于環(huán)境空氣中的水分而脫除溶劑之后發(fā)生。
處理高吸水性材料以提高該材料的耐損傷性的又另一種方法包含向該高吸水性材料中添加吸收劑顆粒物材料。適用吸收劑顆粒物材料的一個(gè)實(shí)例包括但不限于交聯(lián)聚(環(huán)氧乙烷)，如Soerens等人的美國專利No.6,596,402中所述，該專利以與本文件一致的方式全文列為本文參考文獻(xiàn)。
該吸收劑顆粒物材料可以以該高吸水性材料的約0.5wt％～約10wt％、或約1wt％～約5wt％、或約2wt％～約4wt％的數(shù)量添加到該高吸水性材料中。該吸收劑顆粒物材料可以以水溶液或醇溶液、或者水和適用醇如甲醇或乙醇的摻合物的形式形成到該高吸水性材料上。該溶液向高吸水性材料中的添加、隨后干燥，導(dǎo)致在該高吸水性材料的表面上形成諸如交聯(lián)吸收劑聚(環(huán)氧乙烷)微粒的不連續(xù)斑點(diǎn)。這種實(shí)施方案的所有其它方面仍與以上實(shí)施方案保持一致。
所有這些方法都能顯著減少高吸水性材料損傷，如同“吸收劑產(chǎn)品加工模擬試驗(yàn)”之后預(yù)篩或未篩微粒在0psi或0.3psi溶脹壓力時(shí)的凝膠床滲透性(GBP)的最低限度降低以及平均微粒直徑(PSD)的最低限度減少所證實(shí)的?！拔談┊a(chǎn)品加工模擬試驗(yàn)”是為模擬吸收劑物品制造過程期間典型地施加給高吸水性材料的機(jī)械力而創(chuàng)造的。這種試驗(yàn)的發(fā)展在以下實(shí)施例1和2中有更加詳細(xì)的描述。以下實(shí)施例進(jìn)一步證實(shí)商品高吸水性材料和本發(fā)明的處理高吸水性材料兩者發(fā)生的損傷量。更具體地說，預(yù)篩(300～600μm)受損商品高吸水性材料典型地有0psi時(shí)GBP降低至少30％、0.3psi時(shí)GBP降低60％。原態(tài)損傷商品高吸水性材料有0psi時(shí)GBP降低至少50％、0.3psi時(shí)GBP降低95％、且與進(jìn)行該模擬試驗(yàn)之前其新鮮材料相比，“吸收劑產(chǎn)品加工模擬試驗(yàn)”之后平均粒度降低至少25％。成鮮明對照的是，本發(fā)明的處理高吸水性材料具有優(yōu)異的超級吸收劑性能，如同下列所顯示的在該處理的高吸水性材料暴露于“吸收劑產(chǎn)品加工模擬試驗(yàn)”之后，離心保留能力(CRC)為約15g/g或以上、或者約20g/g或以上、或者約25g/g或以上；對300～600μm微粒測定的0psi溶脹壓力時(shí)的GBP為約200(×10-9cm2)或以上、或者約300(×10-9cm2)或以上、或者約500(×10-9cm2)或以上、或者約800(×10-9cm2)或以上；和至少下列吸收劑性能之一(1)300～600μm微粒0psi時(shí)GBP減少為約20％或以下、或約10％或以下、或約5％或以下；(2)300～600μm微粒0.3psi時(shí)GBP減少為約50％或以下、或約30％或以下、或約20％或以下；(3)原態(tài)微粒0psi時(shí)GBP減少為約50％或以下；(4)原態(tài)微粒0.3psi時(shí)GBP減少為約60％或以下、或約40％或以下；和/或(5)平均粒度減少為約20％或以下。本發(fā)明的處理高吸水性材料可以顯示出這些吸收劑性能中的一種、兩種、三種、四種、或全部五種。
本發(fā)明的處理方法可以整個(gè)地或部分地作為高吸水性材料制造過程的一部分、或該高吸水性材料摻入吸收劑物品中之前或隨后的任何時(shí)間、或甚至在吸收劑結(jié)構(gòu)、材料、或物品制造過程期間進(jìn)行。
本發(fā)明的高吸水性材料可以摻入或成形為任何適用的吸收劑結(jié)構(gòu)和/或物品。適用吸收劑結(jié)構(gòu)的實(shí)例包括但不限于高吸水性材料的均相或非均相混合物和纖維包括天然纖維和/或合成纖維，包含毗鄰纖維層或非織造材料層的高吸水性材料層或分立袋的結(jié)構(gòu)，泡沫體，原位聚合結(jié)構(gòu)等。適用吸收劑物品的實(shí)例包括但不限于個(gè)人護(hù)理物品例如尿布、便溺訓(xùn)練褲、泳裝、吸收劑襯褲、成人失禁用產(chǎn)品、女性衛(wèi)生產(chǎn)品等，以及吸收劑擦拭物品例如面巾紙、紙毛巾、櫥用毛巾、離家時(shí)用毛巾、濕抹布、清潔器具等，以及醫(yī)用吸收劑物品例如醫(yī)用吸收劑服裝、簾布、袍褂、繃帶、罩布、傷口敷料、襯墊、抹布等。例如吸收劑物品可以包括一個(gè)吸收劑層，以該吸收劑層的總重量為基準(zhǔn)，該吸收劑層由至少一個(gè)含有至少10wt％、或至少約40wt％、或至少約60wt％、或至少約80wt％處理的高吸水性材料的區(qū)域構(gòu)成，或包括至少一個(gè)該區(qū)域。本文中使用“吸收劑層”這一術(shù)語系指含有高吸水性材料的部件或結(jié)構(gòu)。該吸收劑層也可以包括纖維—天然纖維或合成纖維、功能添加劑或表面活性劑等。該吸收劑層可以卷繞在薄絹層或其它適用卷繞材料內(nèi)，但為了計(jì)算該吸收劑層的組成之目的，該吸收劑層不包括該卷繞層。
實(shí)施例實(shí)施例1本實(shí)施例說明作為在尿布生產(chǎn)線上進(jìn)行加工的結(jié)果超級吸收劑性能和高吸水性材料平均粒度發(fā)生的變化。表1總結(jié)了這些變化。新鮮材料是在摻入吸收劑物品中之前在從該高吸水性材料制造商收到它們的條件下的材料?；厥詹牧鲜窃趽饺胧惺畚談┪锲分兄笳业剿鼈兊臈l件下的材料?；厥崭呶圆牧鲜鞘褂妹}沖空氣湍動和橡膠拍打器以低速或中速從尿布吸收劑芯的絨毛中分離超級吸收劑得到的。
試驗(yàn)的超級吸收劑是兩種不同批號的新鮮SXM 9543，可購自美國北卡羅來納州格林斯波洛Stockhausen公司；和新鮮Dow DRYTECH2035，可購自美國密歇根州米德蘭Dow Chemical公司。相應(yīng)的回收高吸水性材料全都得自市售Huggies尿布，可購自美國威斯康星州尼納Kimberly-Clark公司。
表1新鮮的和回收的SAP的吸收劑性能和平均PSD

1批號X2028040042批號PL08011Y703批號G1L311AA表1中的數(shù)據(jù)表明，對該高吸水性材料的預(yù)篩300～600μm微粒或未篩原態(tài)微粒測定的、有或無溶脹壓力的凝膠床滲透性，和平均粒度，作為進(jìn)行尿布制造過程的結(jié)果，是顯著降低的。因此，從這種數(shù)據(jù)可以看出，在該尿布制造過程中發(fā)生了該高吸水性材料的重大機(jī)械損傷和功能損失。
實(shí)施例2為了發(fā)展一種既能模擬高吸水性材料在商業(yè)尿布生產(chǎn)線中發(fā)生的損傷程度、尤其平均PSD及其降低，同時(shí)又能產(chǎn)生足夠大的樣品規(guī)模來制造小規(guī)模尿布使用試驗(yàn)用吸收劑復(fù)合材料的臺架方法，使用一臺可購自美國佛羅里達(dá)州博卡拉頓Sunbeam Products公司的OSTERIZER12速商品摻合機(jī)。
每次都將50g從經(jīng)銷商那里得到的或稍后像本文中所述那樣改性/處理的原態(tài)(“新鮮”)粒狀超級吸收劑添加到該摻合機(jī)中，然后，邊將該摻合機(jī)設(shè)定在“高速”和“摻合”設(shè)定組合，邊使該摻合機(jī)運(yùn)行不同數(shù)量的時(shí)間(15秒、30秒和60秒)。使用摻合時(shí)間的長度來與損傷水平對應(yīng)，時(shí)間越長代表損傷越嚴(yán)重。表2列舉了支持這種假設(shè)的數(shù)據(jù)。根據(jù)表2中的數(shù)據(jù)，也選擇30秒摻合方法來代表與商業(yè)尿布生產(chǎn)線類似的損傷水平。這種方法在此簡稱為“吸收劑產(chǎn)品加工模擬試驗(yàn)”，而且也描述于以下“試驗(yàn)方法”節(jié)中。
表2也比較了中試生產(chǎn)線與商品尿布生產(chǎn)線對高吸水性材料發(fā)生的損傷。該中試生產(chǎn)線用來制造評估用的樣品吸收劑芯。從這些樣品吸收劑芯回收的超級吸收劑，與其新鮮對應(yīng)部分相比，有最低限度的平均粒度減少，這表明該中試生產(chǎn)線由于生產(chǎn)速度慢而對超級吸收劑產(chǎn)生最低限度損傷。這個(gè)結(jié)果也表明該回收過程對吸水性材料有最低限度的損傷影響。
表2受損傷SXM 9543的PSD

實(shí)施例3三種類型的商品超級吸收劑，即均可購自Stockhausen公司的SXM9543和FAVOR 880以及可購自Dow Chemical公司的Dow DRYTECH2035，分別用實(shí)施例2中所述的30秒摻合方法予以損傷，測定其性能并列于表3中。三種商品超級吸收劑均可因機(jī)械沖擊和應(yīng)力而損傷。表3中標(biāo)為“新鮮”的樣品不進(jìn)行該摻合過程。標(biāo)為“摻合”的樣品像以上所述那樣摻合30秒。粒度為300～600μm的樣品顯示出0psi時(shí)的GBP減少為約30％或以上且0.3psi時(shí)的GBP減少為約60％或以上，而原態(tài)微粒顯示出0psi時(shí)的GBP損失為約50％或以上且0.3psi時(shí)的GBP損失為約95％或以上，且與其新鮮超級吸收劑相比，平均粒度減少約25％或以上。
表3受損傷商品超級吸收劑的GBP和PSD

4批號X2108155批號X106712B66實(shí)施例4新鮮和摻合的商品超級吸收劑SXM 9543和Dow DRYTECH 2035使用由于生產(chǎn)速度慢而造成最低限度超級吸收劑損傷的中試生產(chǎn)線摻入與木槳的吸收劑復(fù)合材料中。
包括新鮮商品超級吸收劑的吸收劑復(fù)合材料在表4中的損傷水平標(biāo)為0秒，而包括受損傷或摻合的超級吸收劑的復(fù)合材料則標(biāo)記得能代表因施用多少摻合時(shí)間而異的損傷程度。
每種吸收劑復(fù)合材料都是從該復(fù)合材料的大約45wt％超級吸收劑和55％木槳(可購自亞拉巴馬州庫薩河Bowater公司，商品名為CR1654)制備的。該吸收劑復(fù)合材料有大約600gsm總單位重量和0.22g/cc密度。該吸收劑復(fù)合材料進(jìn)行沖切并裝配成尿布試驗(yàn)用吸收劑芯。每個(gè)芯都含有2層吸收劑復(fù)合材料，底層有與當(dāng)前商品Step 4HUGGIES Ultratrim尿布芯相同的T形狀，頂層有2-7/8英寸(7.3cm)×9英寸(22.9cm)長方形狀并從底層前緣后退3.5cm。Step 4HUGGIES Ultratrim尿布可購自威斯康星州尼納Kimberly-Clark公司。底層的表面積是大約394cm2，頂層的表面積是大約167cm2。底層的褲襠寬度是3.5英寸(8.9cm)。這些層是用粘合劑層壓的，且各層之間無薄絹。然后，該層狀吸收劑芯每個(gè)都放進(jìn)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)Step 4HUGGIES Ultratrim尿布槽中。這種尿布改造是通過從標(biāo)準(zhǔn)Step 4HUGGIES Ultratrim尿布上切掉并除去現(xiàn)在襯里、集液材料、薄絹材料、和吸收劑墊材料，并代之以新的雙層吸收劑芯和新的標(biāo)準(zhǔn)Step 4HUGGIES Ultratrim尿布襯里、2.5osy集液材料，和薄絹材料等片材，并使用輕度噴霧構(gòu)造粘合劑和膠粘帶。所使用的構(gòu)造粘合劑是H2525A，即一種可購自威斯康星州沃瓦托沙Findley Adhesives公司的苯乙烯嵌段共聚物粘合劑。
該試驗(yàn)涉及12名男孩和12名女孩，年齡在13～16個(gè)月之間，體重范圍為22～32磅，以坐姿和俯姿(腹部姿態(tài))進(jìn)行試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)對象只在便溺期間和便溺之后30秒鐘以坐姿或俯姿呆著。將70mL 0.9wt％氯化鈉水溶液以15mL/sec的速率每15分鐘向該尿布中注入一次，直至服裝泄漏(在實(shí)驗(yàn)對象的棉布料褲子上觀察到第一個(gè)至少0.25美元硬幣大小(約2.4cm直徑)的濕斑時(shí))為止。泄漏時(shí)的平均負(fù)荷和280g負(fù)荷之前泄漏(稱為早泄)的尿布百分率用來代表尿布性能。平均負(fù)荷越高和早泄百分率越低，表明尿布性能越好。表4匯總了試驗(yàn)結(jié)果。
表4強(qiáng)制泄漏試驗(yàn)結(jié)果

如同在表4中可以看到的，有高吸水性材料的服裝發(fā)生優(yōu)于其它服裝的最低限度超級吸收劑損傷。
實(shí)施例5在本實(shí)施例中，高吸水性材料的耐損傷性是通過將一種親水性軟聚合物的水溶液導(dǎo)入該高吸水性材料中以降低該高吸水性材料的脆性來提高的。適用的親水性軟聚合物有至少室溫以下，或至少0℃以下的玻璃化溫度(Tg)。
在本實(shí)施例中，使用兩種親水性軟聚合物，即1∶1摩爾比丙烯酸∶丙烯酸季胺鹽共聚物(聚合物A)和丙烯酸季胺鹽均聚物(聚合物B)。這些聚合物的制造方法說明如下。
聚合物A的制備溶液No.1制備如下。向一個(gè)200mL燒杯內(nèi)的14.4g(0.20mol)丙烯酸中添加6.0g聚乙二醇200，隨后添加3.2g氫氧化鈉在34g蒸餾水中的溶液。然后，向該溶液中添加0.18g(1.02×10-3mol)抗壞血酸。這種混合物用磁力攪拌棒以約60rpm在約23℃的水浴中攪拌直至該抗壞血酸溶解，并使該混合物冷卻到23℃。
溶液No.2是按以下方式制備的。向一個(gè)300mL燒杯內(nèi)的48.4g(0.20mol)氯化2-(丙烯酰氧基)乙基·三甲基銨(80％水溶液)中添加6.0g聚乙二醇200，隨后添加0.37mL 30％過氧化氫水溶液和1.0mL(5.42×10-3mol)甲基丙烯酸3-(三甲氧基甲硅烷基)丙酯。各組分邊添加邊攪拌，以產(chǎn)生一種清澈溶液。此混合物用磁力攪拌棒以約60rpm攪拌以提供一種清澈溶液。
溶液No.2是在用磁力攪拌棒以約60rpm攪拌的同時(shí)添加到溶液No.1中的。使用熱電偶監(jiān)測溫度和觀察反應(yīng)放熱。在攪拌約30秒內(nèi)隨著溫度從23℃上升到40℃，聚合反應(yīng)開始。在這兩種溶液混合3分鐘后觀察到約68℃的最高溫度。添加另外40g水，以維持還可以用手?jǐn)嚢璧恼扯?。該混合物?7℃水浴中保持70分鐘。所得到的聚合物溶液用185g水稀釋，形成一種均勻溶液。
所得到的水性粘結(jié)劑組合物是通過將24.7g溶液傾入一個(gè)表面積約100cm2的聚苯乙烯稱量舟中并在通風(fēng)櫥中在室溫下使水蒸發(fā)過夜而澆鑄成一種交聯(lián)薄膜。所得到的薄膜稱重5.36g，表明溶液濃度為約22.1％。
該薄膜的吸收劑能力是使用試驗(yàn)方法節(jié)中所述的離心保留能力試驗(yàn)測試的。該薄膜的吸收劑能力為12.2g食鹽水溶液/g其干重。
聚合物B的制備分別制備2種單體溶液。溶液No.1制備如下。向67.3g 80％硫酸甲酯2-(丙烯酰氧基)乙基·三甲基銨溶液(0.20mol)中添加25.3g去離子水，和6.0g PEG 200(分子量200)。然后，向該溶液中添加0.18g(1.02×10-3mol)抗壞血酸。這種混合物用一種磁力攪拌棒以約60rpm在約23℃的水浴中攪拌直至該抗壞血酸溶解。
溶液No.2是按以下方式制備的。向67.3g 80％硫酸甲酯2-(丙烯酰氧基)乙基·三甲基銨溶液(0.20mol)中添加25.3g去離子水、和6.0g PEG 200(分子量200)、0.37mL 30％過氧化氫水溶液和1.0mL(5.42×10-3mol)甲基丙烯酸3-(三甲氧基甲硅烷基)丙酯。此混合物用一種磁力攪拌棒以約60rpm在約23℃的水浴中攪拌，提供一種清澈溶液。
溶液No.2添加到37℃溫度水浴中的溶液No.1中。熱電偶用來監(jiān)測溫度和觀察反應(yīng)放熱。在溶液合并后3分鐘內(nèi)放熱顯著，在1分鐘時(shí)間內(nèi)溫度上升到73℃，溶液變得高度粘稠。從溶液No.2添加到溶液No.1中算起60分鐘后，從該水浴中取出反應(yīng)燒杯。然后，添加150g去離子水，使聚合物濃度降低到約25％。
向50g 25％聚合物溶液中添加2.5mL 0.2％鹽酸溶液。將此溶液傾入2個(gè)稱重碟(100cm2面積)中，該溶液在實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)櫥中干燥2天。所得到的薄膜是非常柔軟、可撓曲和稍有粘性的。將該薄膜的一部分(0.5g)切出，在20mL 0.9％食鹽水中浸漬60分鐘。該薄膜的吸收劑能力是用“試驗(yàn)方法”節(jié)中所述的“離心保留能力”試驗(yàn)測試的。該薄膜實(shí)質(zhì)上溶脹了，且吸收了約7.1g食鹽水溶液/g其干重。
稱取50g 10％聚合物A溶液并添加到500mL玻璃燒杯中。向此燒杯中添加200g蒸餾水，攪拌5分鐘，形成均勻的溶液A1。以類似的方式，稱取84g 10％聚合物A溶液并添加到500mL玻璃燒杯中。向此燒杯中添加336g蒸餾水，攪拌5分鐘，形成均勻的溶液A2。也稱取50g10％聚合物B溶液并添加到500mL玻璃燒杯中。向此燒杯中添加200g蒸餾水，攪拌5分鐘，形成均勻溶液B。然后，將100g SXM 9543添加到每種溶液中，劇烈攪拌。溶脹的超級吸收劑在80℃烘箱中干燥過夜。有親水性軟聚合物添加劑的干燥超級吸收劑用850μm篩過篩，任何大于850μm的微粒用手壓，以分離任何附聚的微粒。不使用任何機(jī)械力，以確保不發(fā)生損傷。一些干燥的和過篩的SXM 9543微粒按照“吸收劑產(chǎn)品加工模擬試驗(yàn)”用摻合機(jī)損傷30秒。受該摻合機(jī)損傷前的超級吸收劑稱為制備的樣品，而受損傷的那些稱為摻合樣品。
由于處理的9543的PSD和吸水性再也不與新鮮材料的那些相同，因而將受損傷的處理的9543(摻合樣品)與處理的9543(制備的樣品)加以比較。表5中的結(jié)果清楚地顯示一種趨勢，其中，親水性軟聚合物的添加提高了對機(jī)械損傷的耐性。更具體地說，這種處理在該制備的超級吸收劑的所有條件下都顯著提高GBP值，并使這些GBP和通過加工的平均粒度的減少降到最低限度。
表5親水性軟聚合物的耐損傷超級吸收劑


實(shí)施例5的比較例在本比較例中，高吸水性材料的耐損傷性是通過向該高吸水性材料中導(dǎo)入一種疏水性軟聚合物的乳狀液以降低該高吸水性材料的脆性來提高的。適用的疏水性軟聚合物有至少室溫以下的玻璃化溫度(Tg)。
在本比較例中，使用一種疏水性膠乳乳狀液，即可購自AirProduct&Chemical公司的AIRFLEX 192。分別稱量不同數(shù)量(2.5、5和10wt％，以干燥超級吸收劑為基準(zhǔn))的AIRFLEX 192并添加到3個(gè)250mL玻璃燒杯中。向這3個(gè)燒杯中添加蒸餾水，使AIRFLEX 192和所添加水的總重量為25g，并攪拌2分鐘以形成一種均勻乳狀液。向每種稀釋的乳狀液中添加10g SXM 9543并劇烈攪拌。該溶脹的超級吸收劑在烘箱中于60℃干燥過夜。有疏水性軟聚合物添加劑的干燥超級吸收劑經(jīng)由850μm篩過篩，并用手壓任何大于850μm的微粒，以分離附聚的微粒。不使用機(jī)械力，以確保不發(fā)生損傷。干燥和過篩的SXM9543微粒用摻合機(jī)損傷30秒。
由于處理的9543的PSD和吸水性再也與新鮮材料的這些性能不同，因而將受損傷的處理的9543與原來處理的9543(制備的)進(jìn)行比較。表6中的結(jié)晶清楚地顯示一種趨勢，其中，AIRFLEX 192的添加提高了對機(jī)械損傷的抗性。然而，該添加也顯著降低了該制備樣品在所有條件下的GBP值。例如，當(dāng)將2.5％、5％或10％AIRFLEX 192添加到SXM 9543上時(shí)，該處理的SXM 9543在0psi時(shí)的GBP從241.7×10-9cm2分別降低到131.3×10-9cm2、98.2×10-9cm2和85.9×10-9cm2。機(jī)械損傷前該制備的SXM 9543的GBP值在本發(fā)明以外。理想的是，其0psi時(shí)的GBP值為約200×10-9cm2或以上。
表6疏水性軟添加劑的耐損傷超級吸收劑



試驗(yàn)方法0psi溶脹壓力試驗(yàn)時(shí)的凝膠床滲透性(GBP)本文中使用的0psi溶脹壓力試驗(yàn)時(shí)的凝膠床滲透性決定凝膠微粒(例如表面處理的吸收劑材料或表面處理前的高吸水性材料)的溶脹床在通常稱之為“自由溶脹”條件的條件下的滲透性?！白杂扇苊洝边@一術(shù)語系指讓該凝膠微粒能夠溶脹而在吸收試驗(yàn)溶液時(shí)無限制負(fù)荷，如同將要描述的那樣。進(jìn)行“凝膠床滲透性試驗(yàn)”的適用裝置顯示于圖1和2中，且總體上以28指出。試驗(yàn)裝置28包含一個(gè)總體上以30指出的樣品容器和一個(gè)總體上以36指出的活塞?；钊?6包含一個(gè)圓柱狀LEXAN柱身38，后者有一個(gè)貫穿該柱身縱軸的同心圓柱狀鏜孔40。柱身38的兩端加工得能提供分別指定為42、46的上端和下端。一個(gè)指出為48的砝碼置于一端42上，而且有一個(gè)貫穿其中心的至少一部分的圓柱狀鏜孔48a。
一個(gè)圓形活塞頭50配置于另一端46，并配備一個(gè)7孔60的同心內(nèi)環(huán)，每孔的直徑為約0.95cm，和一個(gè)14孔54的同心外環(huán)，每孔的直徑也是約0.95cm?？?4、60是從活塞頭50的頂鏜到底的?；钊^50也有一個(gè)在其中心的圓柱狀鏜孔62以接受柱身38的端部46?；钊^50的底部也可以覆蓋一個(gè)雙軸拉伸100目不銹鋼篩網(wǎng)64。
樣品容器30包含一個(gè)圓筒34和一個(gè)400目不銹鋼布篩網(wǎng)66，后者雙軸拉伸到繃緊并附著到該圓筒的下端。圖1中指為68的凝膠微粒樣品在測試期間支撐于圓筒34內(nèi)的篩網(wǎng)66上。
圓筒34可以從一種透明LEXAN棒或等效材料鏜孔，它也可以從一種LEXAN管材或等效材料切割，而且其內(nèi)徑為約6cm(例如橫截面積為約28.27cm2)、壁厚為約0.5cm、高度為約10cm。排水孔(未顯示)是在篩網(wǎng)66以上約7.8cm高度的圓筒34側(cè)壁上形成的，使得液體能從該圓筒中排出，從而使該樣品容器中的液面保持在篩網(wǎng)66以上約7.8cm處。活塞頭50是從LEXAN棒或等效材料加工的，其高度為約16mm、且其直徑尺寸使得它能在圓筒34內(nèi)以最小壁余隙配合但仍能自由滑動。柱身38是從LEXAN棒或等效材料加工的，外直徑為約2.22cm、內(nèi)直徑為約0.64cm。
柱身上端42是約2.54cm長、約1.58cm直徑，形成一個(gè)環(huán)狀肩部47以支持砝碼48。環(huán)狀砝碼48的內(nèi)直徑為約1.59cm，使得它能滑到柱身38的上端42并停在其上形成的環(huán)狀肩部47上。環(huán)狀砝碼48可以從不銹鋼或從其它能耐受試驗(yàn)溶液存在下的腐蝕的適用材料制成，該試驗(yàn)溶液是0.9wt％氯化鈉蒸餾水溶液。活塞36和環(huán)狀砝碼48的合計(jì)重量等于大約596g，這對應(yīng)于在約28.27cm2的樣品面積上施加給樣品68的壓力為約0.3磅/平方英寸(psi)、或約20.7達(dá)因/cm2(2.07KPa)。
當(dāng)試驗(yàn)溶液在測試期間像以下所述那樣流經(jīng)試驗(yàn)裝置時(shí)，樣品容器30一般停留在一個(gè)16目硬不銹鋼支持篩網(wǎng)(未顯示)上。替而代之，樣品容器30可以停留在其直徑尺寸實(shí)質(zhì)上與圓筒34相同的支撐環(huán)(未顯示)上，使得該支撐環(huán)不限制來自該容器底部的流動。
為了進(jìn)行“自由溶脹”條件下的“凝膠床滲透性試驗(yàn)”，活塞36與滯留于其上的砝碼48一起置于空樣品容器30中，使用精密度為0.01mm的適當(dāng)量規(guī)測量高度，去掉壓板。重要的是測量每個(gè)空樣品容器30的高度和跟蹤使用多臺試驗(yàn)裝置時(shí)活塞36和砝碼48的使用情況。當(dāng)樣品68在稍后的飽和后溶脹時(shí)，應(yīng)當(dāng)使用相同的活塞36和砝碼48進(jìn)行測定。
要測試的樣品是從通過美國標(biāo)準(zhǔn)30目篩預(yù)篩而留在美國標(biāo)準(zhǔn)50目篩上的微粒制備的。作為結(jié)果，該試樣包含粒度在約300～約600μm范圍內(nèi)的微粒。該微?？梢杂檬只蜃詣拥仡A(yù)篩。試樣也可以是原態(tài)微粒。將大約0.9g樣品置于樣品容器30中，并均勻地鋪在該樣品容器的底部。然后，將其中有0.9g樣品且其中無活塞36和砝碼48的容器在試驗(yàn)溶液中浸沒一段約60分鐘的時(shí)間，以使該樣品飽和并使該樣品能溶脹而無任何限制負(fù)荷。
在這段時(shí)間結(jié)束時(shí)，活塞36和砝碼48組件置于樣品容器30中的飽和樣品68上，然后將樣品容器30、活塞36、砝碼48、和樣品68從該溶液中取出。使用前面使用的相同厚度量規(guī)再次測量從砝碼48的底部到圓筒34的頂部的高度，確定飽和樣品68的厚度，先決條件是初始高度測量的零點(diǎn)不變。從樣品68飽和后得到的高度測量值減去從測量空樣品容器30、活塞36、和砝碼48得到的高度測量值。所得到的值就是厚度，或溶脹樣品的高度“H”。
滲透性測量是這樣啟動的將一股試驗(yàn)溶液流輸送到里面有飽和樣品68、活塞36、和砝碼48的樣品容器30中。調(diào)整試驗(yàn)溶液進(jìn)入該容器中的流量率，以保持樣品容器底部以上約7.8cm的流體高度。用重量法測定通過樣品68的溶液數(shù)量隨時(shí)間的變化。一旦液面穩(wěn)定并保持在約7.8cm的高度，就在至少20秒內(nèi)收集每秒的數(shù)據(jù)點(diǎn)。通過溶脹樣品68的流量率Q是由通過樣品68的流體(g)對時(shí)間(秒)的線性最小二乘法擬合確定的，單位為克/秒(g/s)。
滲透性(cm2)是用以下方程得到的K＝[Q*H*μ]/[A*ρ*P]式中K＝滲透性(cm2)，Q＝流量率(g/sec)，H＝樣品高度(cm)，μ＝流體粘度(泊)(對于本試驗(yàn)使用的試驗(yàn)溶液來說，大約1厘泊)，A＝液體流的橫截面積(cm2)，ρ＝液體密度(g/cm3)(對于本試驗(yàn)使用的試驗(yàn)溶液來說，大約為1g/cm3)和P＝流體靜壓(達(dá)因/cm2)(通常大約為3,923達(dá)因/cm2)。流體靜壓是從下式計(jì)算的P＝ρ*g*h式中ρ＝液體密度(g/cm3)，g＝重力加速度，通常為981cm/sec2，且h＝流體高度，例如，對于本文中所述的“凝膠床滲透性試驗(yàn)”來說，是7.8cm。
測試至少3個(gè)樣品，將結(jié)果平均來確定該樣品的凝膠床滲透性。
0.3psi溶脹壓力試驗(yàn)時(shí)的GBP本文中使用的“負(fù)荷下凝膠床滲透性試驗(yàn)”(本文中又簡稱為0.3psi時(shí)的GBP)決定凝膠微粒(例如高吸水性材料或吸收劑材料，如本文中使用的術(shù)語)的溶脹床在通常簡稱為“負(fù)荷下”條件的條件下的滲透性?！柏?fù)荷下”這一術(shù)語系指該微粒的溶脹受到某一負(fù)荷制約，該負(fù)荷一般與穿著者對該微粒施加的通常使用負(fù)荷例如坐、步行、扭轉(zhuǎn)等相一致。
更具體地說，“負(fù)荷下凝膠床滲透性試驗(yàn)”實(shí)質(zhì)上與以上提出的“自由溶脹凝膠床滲透性試驗(yàn)”相同，只有如下例外。在大約0.9g樣品置于樣品容器30中并在該樣品容器底部均勻鋪展開之后，將活塞36和砝碼48置于該樣品容器內(nèi)的樣品上，然后將該樣品容器(連同其中的活塞和砝碼一起)在試驗(yàn)溶液(0.9wt％NaCl水溶液)中浸沒一段約60分鐘的時(shí)間。結(jié)果，當(dāng)該樣品變得飽和與溶脹時(shí)，對該樣品施加了0.3psi限制負(fù)荷。
平均粒度分布試驗(yàn)本發(fā)明中使用的PSD試驗(yàn)方法通過篩分確定高吸水性材料的粒度分布。使用一套有不同篩孔尺寸的篩確定某一給定樣品的粒度分布。因此，例如，認(rèn)為留在有600μm篩孔的篩上的微粒有600μm以上的粒度。通過有600μm篩孔的篩而留在有300μm篩孔的篩上的微粒有300～600μm的粒度。進(jìn)而，認(rèn)為通過有300μm篩孔的篩的微粒有＜300μm的粒度。
將有850、600、300、90和45μm篩孔的篩以篩孔尺寸為序放置，使最大篩孔在這一套篩的頂部而最小篩孔在這一套篩的底部。這一套篩置于一個(gè)盤的頂部。將一份25g超級吸收劑微粒樣品放進(jìn)有最大篩孔的篩中。這一套篩用一臺Ro-Tap Mechanical Sieve Shaker Model B(可購自俄亥俄州門托爾W.S.Tyler公司)或其它類似振蕩器具振蕩10分鐘。振蕩完成之后，將留在每個(gè)篩上的超級吸收劑微粒取出、稱重、記錄。通過將留在每個(gè)篩上的微粒的重量除以初始樣品重量，計(jì)算留在每個(gè)篩上的微粒的百分率。測試最少4個(gè)樣品，將結(jié)果取平均值，確定該樣品留在每個(gè)篩上的微粒的百分率。用以下方程計(jì)算平均粒度直徑(PSD) 式中W代表留在每個(gè)篩上的微粒的平均重量百分率，下腳代表每個(gè)篩的篩孔尺寸。
離心保留能力離心保留能力(CRC)試驗(yàn)測量該凝膠微粒(例如表面處理的吸收劑材料或表面處理前的高吸水性材料)飽和并在受控條件下進(jìn)行離心之后將液體留在其中的能力。所得到的保留能力表述為克保留液體/克樣品重量(g/g)。要測試的樣品是從通過美國標(biāo)準(zhǔn)30目篩網(wǎng)預(yù)篩而留在美國標(biāo)準(zhǔn)50目篩網(wǎng)上的微粒制備的。結(jié)果，該樣品包含粒度在約300～約600μm范圍內(nèi)的微粒。該微?？梢杂檬忠部梢宰詣拥仡A(yù)篩并貯存于密封的氣密性容器中直至測試。
該保留能力是這樣測定的將0.2±0.005g預(yù)篩樣品放進(jìn)一個(gè)水可滲透的袋中，該袋將含有該樣品同時(shí)讓該樣品能自由吸收該試驗(yàn)溶液(0.9wt％氯化鈉蒸餾水溶液)。一種可熱封茶葉袋材料，例如可購自美國康涅狄格州Windsor Locks Dexter公司的、型號名稱1234T可熱封濾紙，非常適合于大多數(shù)用途。該袋形成如下將一種5英寸×3英寸袋材料樣品對半折褶并將兩個(gè)開口邊熱封，形成一種2.5英寸×3英寸長方形袋。該熱封應(yīng)當(dāng)是該材料邊緣以內(nèi)約0.25英寸。樣品放進(jìn)袋中之后，將該袋的剩余開口邊也熱封。也制作一些空袋以充當(dāng)對照組。為該試驗(yàn)準(zhǔn)備3個(gè)樣品(例如，填充且密封的袋)。填充袋必須在制備3分鐘內(nèi)試驗(yàn)，除非立即放進(jìn)一個(gè)密封容器中，在這種情況下該填充袋必須在制備30分鐘內(nèi)試驗(yàn)。
這些袋置于2個(gè)有3英寸開孔的涂TEFLON玻璃纖維篩網(wǎng)(Taconic Plastics公司，紐約州彼特斯堡)之間并浸沒于一盤23℃試驗(yàn)溶液中，要確信這些篩網(wǎng)浸入液中直至這些袋完全潤濕。潤濕之后，該樣品仍在該溶液中停留約30±1分鐘，此時(shí)將其從溶液中取出、暫時(shí)放在非吸收劑平坦表面上。對于多次試驗(yàn)來說，該液盤應(yīng)當(dāng)在24袋已在該盤中飽和之后倒空并重新灌裝新鮮試驗(yàn)溶液。
然后，把這些袋放進(jìn)能使樣品受到約350倍重力的適當(dāng)離心機(jī)的籃中。一種適用離心機(jī)是Heraeus LaboFuge 400，該離心機(jī)有一個(gè)水收集籃、一個(gè)數(shù)碼rpm表、和一個(gè)加工排水籃，后者適配得能持有袋裝樣品并使之排水。在使多個(gè)樣品離心的情況下，這些樣品必須置于該離心機(jī)內(nèi)的相反位置，以在旋轉(zhuǎn)時(shí)使該籃平衡。這些袋(包括濕的空袋)以約1600rpm(例如，達(dá)到約350倍目標(biāo)重力)離心3分鐘。將這些袋取出、稱重(W)，先給空袋(對照組)稱重，隨后給含有該樣品的袋稱重。該樣品保留的溶液數(shù)量—考慮到該袋本身保留的溶液—就是該樣品的離心保留能力(CRC)，表達(dá)為克流體/克樣品。更具體地說，該保留能力確定為 測試3個(gè)樣品并將結(jié)果平均，確定該離心保留能力(CRC)。這些樣品是在23±1℃和50±2％相對濕度測試的。
負(fù)荷下吸水性(AUL@0.9psi)試驗(yàn)負(fù)荷下吸水性(AUL)試驗(yàn)測定凝膠微粒樣品(例如，表面處理的吸收劑材料或表面處理前的高吸水性材料)吸收室溫下的0.9wt％氯化鈉蒸餾水溶液(試驗(yàn)溶液)而該材料處在0.9psi負(fù)荷下的能力。進(jìn)行AUL試驗(yàn)的裝置106顯示于圖3中并包含一臺總體上表示為100的需求吸水性試驗(yàn)機(jī)(DAT)，該試驗(yàn)機(jī)類似于可購自美國馬薩諸塞州丹納M/K Systems公司的重力法吸水性試驗(yàn)系統(tǒng)(GATS)，而且類似于INDA Technological Symposium Proceedings，March 1974第129-142頁上Lichstein所描述的系統(tǒng)。
該試驗(yàn)裝置進(jìn)一步包含一個(gè)總體上表示為101的試驗(yàn)臺(圖4)，該試驗(yàn)臺有一個(gè)在其中形成的腔102和一個(gè)座于該腔中的多孔板103，而且有一個(gè)由多個(gè)經(jīng)由該板延伸的鏜孔104形成的約2.54cm直徑的中心多孔區(qū)。圖4中所示的腔102有約3.2cm的直徑，該多孔板103有約3.1cm的直徑并包含7個(gè)鏜孔104，每個(gè)鏜孔有約0.3cm的直徑。鏜孔104之一位于中心，其余6個(gè)鏜孔同心地配置在該中心鏜孔周圍，且從該中心鏜孔的中心到每個(gè)相鄰鏜孔的中心的間隔是約1cm。
用于盛放要測試的樣品110的樣品容器包括一個(gè)圓筒112和一個(gè)不銹鋼布篩網(wǎng)114，該篩網(wǎng)雙軸拉伸到繃緊并附著到該圓筒的下端。圓筒112可以從一種透明LEXAN棒或等效材料鏜孔而成，它也可以從一種LEXAN管材或等效材料切割而成，而且有約1英寸(約2.54cm)的內(nèi)徑。該不銹鋼布篩網(wǎng)114適當(dāng)?shù)厥且环N100篩網(wǎng)。
一個(gè)圓盤或活塞116是從LEXAN棒、Plexi-glass或等效材料加工而成的，其直徑尺寸使得它能以最小壁余隙配合于圓筒112內(nèi)但仍能自由滑動。活塞116的高度是大約0.8cm，該活塞的重量適當(dāng)?shù)厥羌s4.4g，以提供該容器內(nèi)樣品的橫截面上約0.01psi的負(fù)荷。砝碼118的尺寸(例如，有約2.5cm的直徑)使得能座在活塞116上，以增加對該樣品的負(fù)荷(例如，除活塞的重量外)。例如，使用約317g的砝碼來提供該容器內(nèi)樣品橫截面積上約0.9psi的負(fù)荷(例如，包括活塞重量)。
腔102、因而多孔板103，是經(jīng)由適用導(dǎo)管122與盛放試驗(yàn)溶液(室溫下0.9wt％氯化鈉蒸餾水溶液)的貯液槽120進(jìn)行流體溝通的。如圖3中所示，貯液槽120就座在一臺靜電衡108上。
重量約0.160g的凝膠微粒樣品110是通過使該微粒通過美國標(biāo)準(zhǔn)30目篩網(wǎng)過篩并使該微粒留在美國標(biāo)準(zhǔn)50目篩網(wǎng)上制備的，因此，該樣品包含約300～約600μm粒度范圍內(nèi)的微粒。該樣品用適當(dāng)稱量紙稱重，然后加入樣品容器(去掉活塞116)中，使得這些微粒均勻地分布并堆在該容器底部的篩網(wǎng)上。該樣品容器緩緩放液，以使該容器內(nèi)的微粒床流平。
AUL試驗(yàn)是通過將一枚圓的GF/A玻璃濾紙124放到其中形成的鏜孔104上的多孔板103上，并使得能被從貯液槽120經(jīng)由導(dǎo)管122輸送到多孔板的試驗(yàn)溶液所飽和。紙124的尺寸適當(dāng)?shù)卮笥趫A筒112的內(nèi)徑而小于其外徑，以確保良好的接觸同時(shí)抑制鏜孔104上方的蒸發(fā)。此時(shí)將靜電衡108調(diào)零。將活塞106和砝碼118放在該容器內(nèi)的樣品上，并將該容器(連同其中的樣品、活塞和砝碼)放在飽和玻璃濾紙124上方的板103上，使得試驗(yàn)溶液能經(jīng)由導(dǎo)管122、板102中的鏜孔104和濾紙攝取到該容器內(nèi)的樣品中。
使用靜電衡108來量度在大約60分鐘時(shí)間內(nèi)試驗(yàn)溶液進(jìn)入該樣品中的流量。約60分鐘后攝取到該樣品中的溶液數(shù)量(克)除以該樣品的干重(例如，約0.160g)就是該樣品的AUL值，用克液體/克樣品重量表示。
可以進(jìn)行2次核對以確保該測量的精確度。首先，將該樣品容器底部的篩網(wǎng)114以上活塞116升起的高度乘以該活塞的橫截面積應(yīng)當(dāng)粗略等于該樣品在60分鐘時(shí)間內(nèi)攝取的溶液數(shù)量。其次，該樣品容器可以在該測試之前(例如，此時(shí)該高吸水性材料是干的)和之后稱重，該重量差應(yīng)當(dāng)粗略等于該樣品在60分鐘時(shí)間內(nèi)吸收的溶液數(shù)量。
進(jìn)行至少3次試驗(yàn)，將結(jié)果平均以確定0.9psi時(shí)的AUL值。這些樣品是在23±1℃和50±2％相對濕度測試的。
吸收劑產(chǎn)品加工模擬試驗(yàn)將50g高吸水性材料放進(jìn)一臺可購自佛羅里達(dá)州博卡拉頓Sunbeam Products公司的OSTERIZER12速摻合機(jī)中。該高吸水性材料用設(shè)定于“高速”和“摻合”的摻合機(jī)摻合30秒。
雖然本文中公開的本發(fā)明的實(shí)施方案目前是較好的，但只要不背離本發(fā)明的精神和范圍，可以做各種修飾和改進(jìn)。本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求書指出，落入等效物的含義和范圍內(nèi)的所有變化都意在涵蓋于其中。
權(quán)利要求
1.一種高吸水性材料，包含一種當(dāng)進(jìn)行“吸收劑產(chǎn)品加工模擬試驗(yàn)”時(shí)能耐受損傷的、用非顆粒物溶液或吸收劑顆粒物材料處理的高吸水性材料；其中，在該處理的高吸水性材料進(jìn)行“吸收劑產(chǎn)品加工模擬試驗(yàn)”之前，該處理的高吸水性材料的離心保留能力為約15g或以上0.9wt％氯化鈉水溶液/g該處理的高吸水性材料，和預(yù)篩的300～600μm微粒0psi溶脹壓力時(shí)的凝膠床滲透性(GBP)為約200(×10-9cm2)或以上；且在該處理的高吸水性材料進(jìn)行“吸收劑產(chǎn)品加工模擬試驗(yàn)”之后，該處理的高吸水性材料顯示出至少一種選自下列組成的一組的性能(1)預(yù)篩微粒0psi溶脹壓力時(shí)GBP值的減少為約20％或以下；(2)預(yù)篩微粒0.3psi溶脹壓力時(shí)GBP值的減少為約50％或以下；(3)未篩微粒0psi溶脹壓力時(shí)GBP值的減少為約50％或以下；(4)未篩微粒0.3psi溶脹壓力時(shí)GBP值的減少為約60％或以下，和(5)平均粒度減少為約20％或以下。
2.權(quán)利要求1的高吸水性材料，其中，在該處理的高吸水性材料進(jìn)行“吸收劑產(chǎn)品加工模擬試驗(yàn)”之后，該處理的高吸水性材料顯示出選自下列組成的一組的至少2種性能、或至少3種性能、或至少4種性能(1)預(yù)篩微粒0psi溶脹壓力時(shí)GBP值的減少為約20％或以下；(2)預(yù)篩微粒0.3psi溶脹壓力時(shí)GBP值的減少為約50％或以下；(3)未篩微粒0psi溶脹壓力時(shí)GBP值的減少為約50％或以下；(4)未篩微粒0.3psi溶脹壓力時(shí)GBP值的減少為約60％或以下，和(5)平均粒度減少為約20％或以下。
3.權(quán)利要求1或2的高吸水性材料，其中，該高吸水性材料包含一種交聯(lián)聚電解質(zhì)，后者包括下列組成的一組中至少一種陰離子型聚合物，陽離子型聚合物，及其組合。
4.權(quán)利要求3的高吸水性材料，其中，該陰離子型聚合物包含選自下列組成的一組的官能團(tuán)羧基，磺酸根，硫酸根，亞硫酸根，磷酸根，及其組合。
5.權(quán)利要求3或4的高吸水性材料，其中，該陰離子型聚合物選自下列組成的一組聚丙烯酸、聚丙烯酰胺基甲基丙烷磺酸、聚乙烯基乙酸、聚乙烯基膦酸、聚乙烯基磺酸、異丁烯-馬來酸酐共聚物、羧甲基纖維素、藻酸、角叉菜聚糖、聚天冬氨酸、聚谷氨酸、及其共聚物或混合物的鹽。
6.權(quán)利要求3～5中任何一項(xiàng)的高吸水性材料，其中，該陽離子型聚合物包含選自下列組成的一組的官能團(tuán)伯胺、仲胺、叔胺、亞氨、酰胺、季銨、及其組合。
7.權(quán)利要求3～6中任何一項(xiàng)的高吸水性材料，其中，該陽離子型聚合物選自下列組成的一組聚乙烯基胺、氫氧化聚二烯丙基二甲基銨、氫氧化聚丙烯酰胺基丙基三甲基銨、聚氨基丙醇乙烯基醚、聚烯丙基胺、脫乙酰殼多糖、聚賴氨酸、聚谷氨酰胺、及其共聚物或混合物的鹽。
8.以上權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的高吸水性材料，其中該高吸水性材料是用該高吸水性材料的約10wt％～約1000wt％的親水性軟聚合物水溶液處理的，其中該親水性軟聚合物有約20℃或以下的玻璃化溫度。
9.以上權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的高吸水性材料，其中在對該處理的高吸水性材料進(jìn)行“吸收劑產(chǎn)品加工模擬試驗(yàn)”之前該處理的高吸水性材料的預(yù)篩300～600μm微粒0psi溶脹壓力時(shí)的GBP值為約800(×10-9cm2)或以上。
10.以上權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的高吸水性材料，其中，在對該處理的高吸水性材料進(jìn)行“吸收劑產(chǎn)品加工模擬試驗(yàn)”之前，該處理的高吸水性材料的預(yù)篩300～600μm微粒0.3psi溶脹壓力時(shí)的GBP值為約100(×10-9cm2)或以上、或約200(×10-9cm2)或以上，和離心保留能力為約25g或以上0.9wt％氯化鈉水溶液/g該處理的高吸水性材料。
11.以上權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的高吸水性材料，其中，在對該處理的高吸水性材料進(jìn)行“吸收劑產(chǎn)品加工模擬試驗(yàn)”之后，該處理的高吸水性材料顯示出未篩微粒0.3psi溶脹壓力時(shí)GBP值的減少為約40％或以下、或者約30％或以下、或者約10％或以下。
12.以上權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的高吸水性材料，其中，在對該處理的高吸水性材料進(jìn)行“吸收劑產(chǎn)品加工模擬試驗(yàn)”之前，該處理的高吸水性材料的離心保留能力為約20g或以上、或者約25g或以上0.9wt％氯化鈉水溶液/g該處理的高吸水性材料。
13.一種吸收劑材料或吸收劑物品，其包含以上權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的高吸水性材料。
14.權(quán)利要求13的吸收劑材料或吸收劑物品，包含一個(gè)吸收劑層，以該吸收劑層的總重量為基準(zhǔn)，該吸收劑層有至少一個(gè)以約10％高吸水性材料或以上的濃度含有高吸水性材料的區(qū)域。
15.以上權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的高吸水性材料的生產(chǎn)方法，包含下列步驟將一種親水性軟聚合物的水溶液添加到一種高吸水性材料中，其中該親水性軟聚合物有約20℃或以下的玻璃化溫度；使該水溶液與該高吸水性材料混合；和使該高吸水性材料至少部分地干燥。
16.權(quán)利要求的方法，包含添加該高吸水性材料的約10wt％～約1000wt％的水溶液。
17.權(quán)利要求15或16的方法，其中，該親水性軟聚合物的水溶液以該溶液的約0.1wt％～約10wt％包含該親水性軟聚合物。
18.權(quán)利要求15～17中任何一項(xiàng)的方法，包含在約20～約150℃的溫度使該高吸水性材料干燥。
19.權(quán)利要求15～18中任何一項(xiàng)的方法，進(jìn)一步包含過濾該高吸水性材料和分離至少一些附聚微粒的步驟。
20.權(quán)利要求15～19中任何一項(xiàng)的方法，進(jìn)一步包含在該高吸水性材料干燥之后將該高吸水性材料摻入到一種吸收劑物品中。
全文摘要
處理得當(dāng)進(jìn)行模擬當(dāng)前商品紙尿布制造過程期間發(fā)生的機(jī)械劃傷的“吸收劑產(chǎn)品加工模擬試驗(yàn)”時(shí)能耐劃傷的高吸水性材料。該處理的高吸水性材料的離心保留能力為約15g或更大的0.9wt％NaCl/g高吸水性材料，且預(yù)篩微粒0 psi溶脹壓力時(shí)的凝膠床滲透性(GBP)為約200(×10
文檔編號A61F13/15GK1835772SQ200480023516
公開日2006年9月20日 申請日期2004年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月5日
發(fā)明者J·秦, K·R·小許勒, H·L·威廉, D·A·慧倫斯 申請人:金伯利-克拉克環(huán)球有限公司