專利名稱：具有高滲透性的可拉抻吸收性復合材料的制作方法
背景技術：
吸收性復合材料被結合到各種吸收性制品中，包括例如個人護理產(chǎn)品、保健/醫(yī)療產(chǎn)品和家用/工業(yè)產(chǎn)品。常規(guī)的吸收性復合材料一般不可拉伸。
為了獲得更好的配合、更大的舒適和增強的保持力，彈性材料已被引入到吸收性制品的各種結構部件中。例如，具有可拉伸外罩和/或可拉伸身體側襯里的吸收性制品公開在簽發(fā)給Kielpikowski等人的美國專利4834738和Vukos等人名下的PCT公布WO 02/34184中。為吸收性復合材料增加拉伸性是困難的，因為彈性材料本身不能吸收，并且加入彈性材料到吸收性復合材料中一般抑制了吸收性復合材料的液體處理性能。更特別地，彈性材料的較大抵抗力或收縮力由于內(nèi)部顆粒空隙體積的顯著減少而導致低的液體吸收速度/滲透性，并且彈性材料的低潤濕性導致差的液體分布。
已開發(fā)了大量可拉伸吸收性復合材料，如簽發(fā)給McDowall等人的美國專利6362389中所述的。但是，現(xiàn)有的可拉伸吸收性復合材料沒有被優(yōu)化以獲得液體處理能力的最佳范圍。低的液體吸收速度或低的液體滲透性造成高速高壓液體攻擊，在吸收性復合材料有機會吸收全部液體前就匯集在吸收性復合材料的上面或流出吸收性復合材料的邊。另外，在缺乏合適的液體分布能力時，液體攻擊不能在需要時被充分引導到吸收性復合材料的未飽和區(qū)域。
需要或期望可拉伸并具有足夠的復合材料滲透性的吸收性復合材料。還需要或期望包括具有最佳液體處理能力的可拉伸吸收性復合材料的吸收性制品。又需要或期望制造具有最佳液體處理能力的可拉伸吸收性復合材料的方法。
發(fā)明概述發(fā)現(xiàn)吸收性復合材料中高拉伸性和滲透性的結合能在吸收性制品中提供配合和流體管理能力。因此，本發(fā)明涉及復合材料滲透性為約15達西(10-8cm2)或更大和復合材料拉伸性為約50％或更大的吸收性復合材料。
本發(fā)明的另一實施方案涉及包括約60wt％或更多的超吸收性材料同時復合材料滲透性為約15達西或更大和復合材料拉伸性為約30％或更大的吸收性復合材料。
本發(fā)明的又一實施方案涉及復合材料滲透性為約10達西或更大和復合材料拉伸性為約100％或更大的吸收性復合材料。
為了獲得本發(fā)明的吸收性復合材料，選擇并以最佳比例混合合適的超吸收性材料、彈性材料和任選地混合紙漿纖維。更具體地，吸收性復合材料可包括約5wt％和約95wt％之間、或約50wt％和約95wt％之間、或約30wt％和約85wt％之間的超吸收性材料；約5wt％和約25wt％之間、或約8wt％和約18wt％之間的彈性材料；和約0wt％和約75wt％之間、或約10wt％和約70wt％之間的紙漿纖維。
吸收性復合材料的復合材料滲透性至少部分上依賴于超吸收性材料的性質(zhì)。吸收性復合材料中使用的超吸收性材料應具有充分的吸收能力和膠凝強度力以打開吸收性復合材料內(nèi)可拉伸基質(zhì)的結構，尤其在壓力下。因此，超吸收性材料在0.3psi壓力下的凝膠床滲透性(GBP)適當?shù)貫榧s30達西或更大。通常，吸收性復合材料中超吸收性材料和/或彈性材料的數(shù)量越低，超吸收性材料在0.3psi壓力要求下的凝膠床滲透性就越低。在一些實施方案中，超吸收性材料可為預先篩分的300-600微米顆粒的形式。另外，在各種實施方案中，可用聚乙烯胺對超吸收性材料進行表面處理。
合適的彈性材料的例子包括彈性聚合物組合物，其可包括烯烴共聚物、聚乙烯彈性體、聚丙烯彈性體、聚酯彈性體、三元乙丙橡膠、苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯、苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯、苯乙烯-乙烯/丙烯-苯乙烯、聚氨酯、聚異戊二烯、交聯(lián)聚丁二烯或任意這些聚合物材料的組合。
可拉伸的吸收性復合材料適用于各種吸收性制品，包括但不限于個人護理產(chǎn)品、保健/醫(yī)療吸收性制品和家用/工業(yè)吸收性制品等。尤其時吸收性復合材料可位于吸收性制品的外罩和身體側襯里之間，外罩和/或身體側襯里可為彈性的或至少可拉伸的。
制造可拉伸的吸收性復合材料的一種方法包括擠出彈性材料通過至少一個熔噴模，纖維化大量紙漿纖維，和混合超吸收性材料與纖維化紙漿纖維和擠出的彈性材料。在轉移超吸收性材料、纖維化紙漿纖維和擠出的彈性材料的混合物到輸送機上的同時，將表面活性劑混合物的水溶液噴灑到超吸收性材料、纖維化紙漿纖維和擠出的彈性材料的混合物上。
考慮上述內(nèi)容，本發(fā)明的特征和優(yōu)點是提供可拉伸并具有充分的復合材料滲透性的吸收性復合材料，和制造這種吸收性復合材料的方法，和包括這種吸收性復合材料的吸收性制品。
附圖簡述從結合附圖的以下詳細描述中能更好地理解本發(fā)明的這些和其它目的和特征，其中

圖1顯示了用于生產(chǎn)吸收性復合材料的方法和裝置的一種形式的示意圖。
圖2為可結合吸收性復合材料的吸收性制品的立體圖。
圖3為其中結合有吸收性復合材料的吸收性制品的平面圖，吸收性制品處于拉伸平面狀態(tài)并顯示出吸收性制品的主體接觸表面。
圖4描繪了用于測量自由流動顆?；蛭招詮秃喜牧系臐B透性的裝置。
圖5描繪了圖4裝置的仰視圖。
定義在本說明書的范圍內(nèi)，下面的每個術語或用語都包括下面的意義或含義。
“彈性材料的”和“彈性的”被互換用于指在變形后移去變形力時通常能恢復其形狀的材料或復合材料。具體地說，本文使用的彈性的或彈性材料的是指，當施加偏置力時允許材料可拉伸至比其松弛未偏置長度大至少約50％的拉伸偏置長度，和當釋放拉伸力時使材料恢復至其伸長的至少40％的任意材料的性質(zhì)。能滿足該彈性材料定義的一個理想例子是這樣一種(1)英寸的材料樣品，可拉伸到至少1.50英寸，在被拉伸至1.50英寸并釋放時，將恢復到小于1.30英寸的長度。許多彈性材料可被拉伸遠遠大于其松弛長度的50％，并且這些中的許多種在釋放拉伸力時能大致恢復到它們的原始松弛長度。
“層”以單數(shù)使用時可具有單個要素或多個要素的雙重含義。
當用于描述層或疊層時，“不透液體的”是指在正常使用條件下在液體接觸點處通常垂直于層或疊層平面的方向上液體如水或體液不能通過層或疊層。
“透液體的”是指不是不透液體的層或疊層。
“熔噴纖維”是指通過以下形成的纖維通過多個細(通常為圓形或矩形)模毛細管擠出熔融的熱塑性材料作為熔融線或細絲到會聚的高速氣體(例如空氣)流內(nèi)，該流能縮小熔融熱塑性材料的細絲以減小它們的直徑，其可為微纖維直徑。然后，熔噴纖維被高速氣流攜帶并沉積到收集表面上形成隨機分散的熔噴纖維的網(wǎng)。這種方法公開在例如Butin等人的美國專利3849241中。熔噴纖維為可能連續(xù)或不連續(xù)的微纖維，通常等于或小于約6旦尼爾，并在沉積到收集表面上時通常自粘合和還與其它非熔融組分粘合。
“無紡布”和“無紡網(wǎng)”指具有單根纖維或細絲被插入中間但方式與編織布不同的結構的材料和材料網(wǎng)。術語“纖維”和“細絲”在本文中互換使用?？捎啥喾N方法如例如熔噴方法、紡粘方法、氣流成網(wǎng)方法和粘合梳網(wǎng)方法形成無紡布或網(wǎng)。無紡布的基重通常表示為盎司材料/平方碼(osy)或克/平方米(gsm)，纖維直徑通常用微米表示。(注意從osy轉換到gsm，為osy乘以33.91。)“聚合物”包括但不限于均聚物、共聚物如嵌段、接枝、無規(guī)和交替共聚物、三元共聚物等，和它們的混合物和變體。此外，除非另外專門限制，術語“聚合物”應包括材料所有可能的構型異構體。這些構型包括但不限于全同立構、間規(guī)立構和不規(guī)則對稱。
“紡粘纖維”是指一種小直徑纖維，其從具有圓形或其它構型的噴絲頭的多個細毛細管中將熔融熱塑性材料擠出成細絲然后擠出細絲的直徑被快速縮減來形成，這公開在例如Appel等人的美國專利4340563和Dorschner等人的美國專利3692618、Matsuki等人的美國專利3802817、Kinney的美國專利3338992和3341394、Hartmann的美國專利3502763、Petersen的美國專利3502538和Dobo等人的美國專利3542615中，本文以與本文獻一致的方式全文引入它們中的每一個作為參考。當紡粘纖維被沉積到收集表面上時被冷卻并通常不粘。熔粘纖維通常是連續(xù)的，經(jīng)常具有大于約0.3、更尤其是在約0.6和10之間的平均旦尼爾。
“可拉伸”是指材料在至少一個方向上可被拉伸至少30％(至其初始(未拉伸)長度的至少130％)，合適地至少50％(至其初始長度的至少150％)，或至少100％(至其初始長度的至少200％)而不斷裂。該術語包括既可伸長又可縮回的彈性材料，和能伸長但不能明顯縮回的材料。滿足可伸長材料該定義的一個理想例子將是這樣一種可伸長至少30％到至少1.30英寸的(1)英寸材料樣品。
“超吸收性材料”是指一種可水溶脹的水不溶有機或無機材料，該材料在最有利的條件下在包含0.9wt％氯化鈉的水溶液中能吸收其重量的至少約10倍，或其重量的至少約15倍，或其重量的至少約25倍。超吸收性材料可為天然的、合成的和改性的天然聚合物和材料。另外，超吸收性材料可為無機材料，如硅膠，或有機化合物，如交聯(lián)聚合物。超吸收性材料可為可生物降解的或不可生物降解的。超吸收性材料可包括顆粒、纖維、纖維束、薄片、薄膜、泡沫等。如果材料在這些條件下能吸收其重量的至少5倍的水溶液，則材料是“吸收性的”。
“吸收性制品”包括但不限于個人護理吸收性制品、保健/醫(yī)療吸收性制品和家用/工業(yè)吸收性制品。
“個人護理吸收性制品”包括但不限于吸收性制品，如尿布、尿褲、嬰兒拭紙、訓練褲、吸收性襯褲、兒童保健褲、游泳衣和其它一次性服裝；女性護理產(chǎn)品，包括衛(wèi)生棉、拭紙、月經(jīng)墊、月經(jīng)褲、女褲襯里、女褲護片、陰唇間吸濕墊、棉塞和棉塞敷貼器；成人護理產(chǎn)品，包括拭紙、墊、容器、失禁產(chǎn)品和尿片；衣服構件；圍兜；運動和娛樂產(chǎn)品；等等。
“保健/醫(yī)療吸收性制品”包括各種專業(yè)和消費保健產(chǎn)品，包括但不限于應用熱或冷治療的產(chǎn)品、醫(yī)用長外衣(即保護性和/或手術長外衣)、外科用織物、帽、手套、面罩、繃帶、傷口繃帶、拭紙、蓋、容器、過濾器、一次性外衣和床墊、醫(yī)用吸收性外衣、底墊等。
“家用/工業(yè)吸收性制品”包括結構和包裝用品、清潔消毒產(chǎn)品、拭紙、蓋、過濾器、毛巾、一次性切割片、衛(wèi)生紙、面巾紙、無紡卷物品，家飾紡織品，包括枕頭、墊、軟墊、罩，和身體護理產(chǎn)品如用于清潔或處理皮膚的產(chǎn)品，實驗外衣、工作服、垃圾袋、去污劑、局部組合物、洗衣店污點/油墨吸收劑、清潔劑凝聚劑、親脂性流體分離器等。
在說明書的剩余部分可用其它語言定義這些術語。
優(yōu)選實施方案描述根據(jù)本發(fā)明，提供具有高滲透性的可拉伸吸收性復合材料用于各種制品。還提供制備這些可拉伸吸收性復合材料的方法。
當存在于吸收性復合材料中時，拉伸性和液體滲透性為成反比的兩種性質(zhì)。在吸收性復合材料中同時提供足夠水平的這兩種性質(zhì)是困難的。通過仔細選擇的成平衡比例的超吸收性材料、彈性材料和紙漿纖維的組合，設計本發(fā)明的吸收性復合材料具有充分的拉伸性和充分的滲透性。
結果，吸收性復合材料具有約30％或更高、或約50％或更高、或約100％或更高的復合材料拉伸性。任何可拉伸材料的拉伸性都為材料/結構方面和試驗條件的函數(shù)。因此，本文提到的拉伸性水平根據(jù)基于下面段落試驗方法中提供的拉伸性試驗方法的測定使用。
吸收性復合材料的復合材料拉伸性使吸收性復合材料尤其適用于與其它可拉伸結構部件聯(lián)合。吸收性復合材料的拉伸性依賴于吸收性復合材料中彈性材料的類型和彈性材料相對于吸收性復合材料中包含的其它材料的百分比。通常，當彈性材料的百分比增加時，吸收性復合材料的拉伸性增加。反之，彈性材料較少時，吸收性復合材料的拉伸性降低。彈性材料對拉伸性的影響示于下面的實施例中。吸收性復合材料結構還影響吸收性復合材料的整體拉伸性。例如，當在吸收性復合材料中使用固定量的彈性材料時，彈性材料和其它組分之間混合(或分散)更均勻的吸收性復合材料將產(chǎn)生比混合不太均勻的復合材料高的拉伸性。其它結構因素包括彈性材料的纖維尺寸和長度、形成的鍵的數(shù)量和粘合強度、吸收性復合材料的基重和密度、缺陷的存在等。
適當?shù)?，吸收性復合材料包括約5wt％和約25wt％之間的彈性材料，或約8wt％和約18wt％之間的彈性材料。彈性材料可包括烯烴共聚物、聚乙烯彈性體、聚丙烯彈性體、聚酯彈性體、聚異戊二烯、交聯(lián)聚丁二烯、二嵌段、三嵌段、四嵌段或其它多嵌段熱塑性彈性和/或柔性共聚物，如嵌段共聚物，包括氫化丁二烯-異戊二烯-丁二烯嵌段共聚物；立構嵌段聚丙烯；接枝共聚物，包括三元乙丙橡膠或乙烯-丙烯-二烯單體(EPDM)、乙烯-丙烯無規(guī)共聚物(EPM)、乙丙橡膠(EPR)、乙烯醋酸乙烯酯(EVA)和甲基丙烯酸乙烯酯(EMA)；和苯乙烯嵌段共聚物，包括二嵌段和三嵌段共聚物，如苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯(SIS)、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)、苯乙烯-異戊二烯-丁二烯-苯乙烯(SIBS)、苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯(SEBS)或苯乙烯-乙烯/丙烯-苯乙烯(SEPS)，它們可從得克薩斯州休斯頓的Kraton Inc.以商標名KRATON彈性樹脂得到，或從Exxon-Mobil的辦事處Dexco以商標名VECTOR(SIS和SBS聚合物)得到。熱塑性彈性體與動態(tài)硫化的彈性體-熱塑性混合物的混合物；熱塑性聚醚酯彈性體；離聚物熱塑性彈性體；熱塑性彈性聚氨酯，包括可從E.I.Du Pont de Nemours Co.以商標名LYCRA聚氨酯得到的那些，和可從Noveon，Inc.得到的ESTANE；熱塑性彈性聚酰胺，包括可從Ato Chemical Company以商標名PEBAX聚醚嵌段酰胺得到的聚醚嵌段酰胺；熱塑性彈性聚酯，包括可從E.I.Du Pont de Nemours Co.以商標名HYTREL得到的那些，和印地安那州DSM Engineering Plastics of Evansville的ARNITEL，和密度小于約0.89克/立方厘米的單位點或茂金屬催化的聚烯烴，可從Dow Chemical Co.以商標名AFFINITYTM得到；和它們的組合。
本文使用的三嵌段共聚物具有ABA結構，其中A代表類型A的幾個重復單元，B代表類型B的幾個重復單元。如上所述，苯乙烯嵌段共聚物的幾個例子是SBS、SIS、SIBS、SEBS和SEPS。在這些共聚物中，A嵌段為聚苯乙烯，B嵌段為橡膠性組分。通常，這些三嵌段共聚物具有可從幾千到幾十萬變化的分子量，以三嵌段共聚物的重量計，苯乙烯含量可為5％至75％。二嵌段共聚物類似于三嵌段共聚物，但具有AB結構。合適的二嵌段包括苯乙烯-異戊二烯二嵌段，其具有為三嵌段分子量大約一半的分子量，并具有A嵌段對B嵌段的相同比例。
復合材料滲透性為吸收性復合材料流體處理能力的一種度量，并可使用下面詳細描述的試驗方法測量。本發(fā)明的吸收性復合材料適當?shù)鼐哂屑s10達西(10-8cm2)或更大、或約15達西或更大、或約20達西或更大的復合材料滲透性。
吸收性復合材料的復合材料滲透性很大程度上取決于吸收性復合材料中超吸收性材料的類型，和超吸收性材料相對于吸收性復合材料中包含的其它材料的百分比。超吸收性材料可在組成以及粒度方面變化。例如，獲得較高復合材料滲透性的一種有效方法是選擇具有在0.3psi溶脹壓力值下GBP相對高的合適組成的超吸收性材料。另一有效方法是改變彈性材料形成較小的纖維直徑，如通過在復合材料形成過程中增加模上的一次空氣，這在下文中更詳細描述。在一種實施方案中，例如，超吸收性材料可包括預先篩分的300-600微米顆粒。再一有效方法是降低吸收性復合材料內(nèi)可拉伸基質(zhì)的抗拉強度，如通過減少吸收性復合材料中彈性材料的數(shù)量。
更特別地，超吸收性材料應具有充分的吸收能力和膠凝強度以克服吸收性復合材料內(nèi)可拉伸基質(zhì)的阻力和打開可拉伸基質(zhì)的結構，尤其在吸收性復合材料在壓力下時。本文中使用在0.3psi壓力下的凝膠床滲透性(GBP)評價對超吸收性材料的這種要求。吸收性復合材料的滲透性為0.3psi壓力下的GBP和吸收性復合材料中超吸收性材料百分比的函數(shù)。本發(fā)明的吸收性復合材料中包含的超吸收性材料適當?shù)鼐哂屑s30達西或更大、或約35達西或更大的0.3psi壓力下的GBP。當它們在包含0.9wt％氯化鈉的水溶液中具有吸收其重量至少20倍的能力時，大多數(shù)目前的常規(guī)超吸收性材料具有約15達西或更低的0.3psi壓力下的GBP。本發(fā)明的吸收性復合材料中包含的超吸收性材料適當?shù)鼐哂屑s20克/克或更高的離心保留容量(CRC)，這通過下文詳細描述的CRC試驗方法測定。吸收性復合材料適當?shù)匕s5wt％和約95wt％之間、或約50wt％和約95wt％之間、或約30wt％和約85wt％之間的超吸收性材料。
如下面的實施例所示，在0.3psi壓力下具有較高GBP的超吸收性材料有助于提高復合材料滲透性。例如，在包含約75wt％的超吸收性材料的吸收性復合材料中，300-600微米的超吸收性材料在0.3psi壓力下的GBP值適當?shù)貫榧s30達西或更大。通常，吸收性復合材料中超吸收性材料的數(shù)量越低，就可能需要超吸收性材料在0.3psi壓力下的GBP值越低。
超吸收性材料可包括例如顆粒、纖維、薄膜、泡沫、非離子超吸收性材料和/或聚丙烯酸酯超吸收性材料。超吸收性材料可選自天然、合成和改性的天然聚合物和材料。超吸收性材料可為無機材料，如硅膠，或有機化合物，如交聯(lián)聚合物。常用的超吸收性材料為交聯(lián)聚電解質(zhì)。聚電解質(zhì)包括陰離子型聚合物或陽離子型聚合物。陰離子型聚合物包含官能團如羧基、磺酸鹽、硫酸鹽、亞硫酸鹽、磷酸鹽或它們的混合物。陰離子型聚合物的例子包括但不限于聚丙烯酸、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-馬來酐共聚物、羧甲基纖維素、海藻酸、角叉菜膠、聚天門冬氨酸、聚谷氨酸的鹽或偏鹽，和它們的共聚物或混合物。陽離子型聚合物包含官能團如伯胺、仲胺和叔胺、亞胺、酰胺、季銨或它們的混合物。陽離子型聚合物的例子包括但不限于聚乙烯胺、聚二烯丙基二甲氨氫氧化物、聚丙烯酰胺基丙基三甲氨氫氧化物、聚氨基丙醇乙烯基醚、聚烯丙胺、殼聚糖、聚賴氨酸、聚谷氨酰胺的鹽或偏鹽，和它們的共聚物或混合物。市售超吸收性材料的例子包括SXM 9394、SXM9543和FAVOR 880，各自可從在美國北卡羅來納州格林斯博羅的Degussa Superabsorber得到，和Dow DRYTECH 2035HP，可從在美國密歇根州米德蘭的Dow Chemical Co.得到。這些和其它超吸收性材料，包括表面處理的市售超吸收性材料和可生物降解的超吸收性材料，都適用于吸收性復合材料中。
表面處理的超吸收性材料通常包括超吸收性材料和施加到超吸收性材料外表面的表面處理物。在一種具體的實施方案中，超吸收性材料包括交聯(lián)聚合物，該聚合物包含約75wt％或更多的陰離子型聚合物。本文使用的術語“聚合物”是指單種聚合物或聚合物的混合物。本文使用的術語“陰離子型聚合物”是指在水溶液中電離時其官能團具有變成負電荷離子的潛力的聚合物或聚合物混合物。在一些實施方案中，超吸收性材料包括交聯(lián)聚合物，該聚合物包含約85wt％或更多的陰離子型聚合物，或約90wt％或更多的陰離子型聚合物。在另一實施方案中，超吸收性材料包括交聯(lián)聚合物，該聚合物包含約75wt％或更多的陽離子型聚合物。本文使用的術語“陽離子型聚合物”是指在水溶液中電離時其官能團具有變成正電荷離子的潛力的聚合物或聚合物混合物。在一些實施方案中，超吸收性材料包括交聯(lián)聚合物，該聚合物包含約85wt％或更多的陽離子型聚合物，或約90wt％或更多的陽離子型聚合物。
表面處理的超吸收性材料的表面處理物至少部分包括施加到超吸收性材料全部或部分外表面的水溶性非交聯(lián)聚合物，該聚合物具有變成與超吸收性材料所帶電荷相反的潛力。例如，在超吸收性材料包含通常為陰離子型的交聯(lián)聚合物(例如包含約75wt％或更多的陰離子型聚合物)以便具有變成帶負電的潛力時，表面處理物至少部分包含水溶性非交聯(lián)聚合物，該非交聯(lián)聚合物包括具有變成帶正電的潛力的陽離子型聚合物。再例如，在超吸收性材料包含通常為陽離子型的交聯(lián)聚合物(例如包含約75wt％或更多的陽離子型聚合物)以便具有變成帶正電的潛力時，表面處理物至少部分包含水溶性非交聯(lián)聚合物，該非交聯(lián)聚合物包括具有變成帶負電的潛力的陰離子型聚合物。
在一些實施方案中，可用聚乙烯胺溶液或其它合適的溶液對市售超吸收性材料(陰離子型聚合物)進行表面處理以提高0.3psi壓力下的GBP值。合適的聚乙烯胺溶液的一個例子可從在新澤西州MountOlive的BASF公司以商標名CATIOFASTPR8106(25wt％固體)得到。聚乙烯胺溶液可被溶解在蒸餾水中，可向其中加入超吸收性材料并攪拌。溶脹后，超吸收性材料可被干燥，如在約60℃下干燥約15小時或更長。研磨干燥的超吸收性材料并通過篩來篩分。表面處理的超吸收性材料合適地包含約0.1wt％和約10wt％之間的聚乙烯胺。
吸收性復合材料可包含約0wt％和約75wt％之間或約10wt％和約70wt％之間的紙漿纖維。在一些實施方案中，吸收性復合材料可包含約5wt％和約40wt％之間的紙漿纖維。如下面的實施例2所示，吸收性復合材料中紙漿纖維的類型和/數(shù)量也可影響吸收性復合材料的復合材料滲透性。例如，當超吸收性材料和彈性材料保持不變并且超吸收性材料/彈性材料/紙漿纖維的比例也保持不變時，顯示紙漿纖維的不同類型影響復合材料滲透性。此外，通常，通過提高紙漿纖維的百分比，尤其當同時降低彈性材料的百分比時可提高復合材料滲透性。
紙漿纖維可包括但不限于化學紙漿如亞硫酸鹽和硫酸鹽(有時稱為Kraft)紙漿、和機械紙漿如磨碎的木頭、熱機械紙漿和化學熱機械紙漿。更具體地，紙漿纖維可包括棉、典型的木紙漿、乙酸纖維素、人造絲、熱機械木紙漿、化學木紙漿、松解的化學木紙漿、乳草屬植物絲棉和它們的組合?？墒褂脧穆淙~和針葉樹得到的紙漿。另外，紙漿纖維可包括微晶纖維素、微原纖維化纖維素這類親水材料，或這些材料中的任意一種與木紙漿纖維聯(lián)合。
還可向吸收性復合材料中加入表面活性劑以提高吸收性復合材料的潤濕性或親水性。合適的表面活性劑的例子有在特拉華州威爾明頓的Uniqema以商標名AHCOVEL市售的，和在俄亥俄州辛辛那提的Cognis公司以商標名GLUCOPON 220市售的。
可在共成形(coform)線上形成吸收性復合材料。在形成無紡網(wǎng)時，共成形過程將分開的聚合物和添加物流合并成單一沉積物流。這種方法的一個例子公開在Andeson等人的美國專利4100324中，本文以與本文獻一致的方式全文引入其作為參考。形成吸收性復合材料的合適方法的另一個例子描述在Georger等人的美國專利5350624中，本文同樣以與本文獻一致的方式全文引入其作為參考。
圖1中圖示了形成吸收性復合材料20的方法的一個例子。本文舉例描述圖1中裝置的尺寸。也可使用具有不同尺寸和/或不同結構的其它類型裝置形成吸收性復合材料20。如圖1所示，丸粒形式的彈性材料22可通過兩個丸粒料斗24進料到各自為旋轉泵28供料的兩個單螺桿擠出機26內(nèi)。彈性材料22可為從德克薩斯州休斯頓的Kraton Inc.以商標名KRATONG2755得到的多組分彈性體混合物。每個旋轉泵28進料彈性材料22到獨立的熔噴模30。每個熔噴模30可具有30個孔/英寸(hpi)。可在離水平0和70度之間調(diào)整模角度，并合適地設定在約45度。成形高度可在最大約16英寸處，但這種限制對于不同的設備可不同。
寬度為約24英寸寬的斜槽可位于熔噴模30之間。可在約0.5-約1.25英寸或約0.75-約1.0英寸的范圍內(nèi)調(diào)整斜槽32的深度或厚度。開松機34連接到斜槽32的頂部。開松機34用于使紙漿纖維36纖維化。開松機34可被限制到加工低強度或松解(處理過)的紙漿，在這種情況下，開松機34可限制圖示方法到非常小的紙漿類型范圍。與使用錘反復沖擊紙漿纖維的常規(guī)錘磨機相反，開松機34使用小的齒將紙漿纖維36撕裂開。用于圖1圖示方法中的合適紙漿纖維36包括Sulfatate HJ紙漿，其為可從位于佐治亞州Jesup的Rayonier公司得到的短纖維低強度硬木紙漿。
在與開松機34相對的斜槽32端，為超吸收性材料進料機38。進料機38傾倒超吸收性材料40到管44中的孔42內(nèi)，然后進料到鼓風扇46內(nèi)。經(jīng)過鼓風扇46為一定長度的4英寸直徑管48，該長度足以形成約5000英尺/分鐘的充分發(fā)展湍流，其使超吸收性材料40變得分散。管48從4英寸直徑加寬到24英寸乘0.75英寸的斜槽32，此時超吸收性材料40與紙漿纖維36混合并且混合物向下直落，在任何一側以大約45度角與彈性材料22混合。超吸收性材料40、紙漿纖維36和彈性材料22的混合物落到以約14-約35英尺/分鐘移動的線帶輸送機50上。但是，在達到線帶輸送機50前，噴桿52噴灑霧狀的表面活性劑混合物54水溶液通過混合物，借此使得到的吸收性復合材料20可潤濕。表面活性劑混合物54可為各自從Cognis公司和Uniqema得到的GLUCOPON 220UP和AHCOVEL Base N-62的1∶3混合物。在輸送機50下方放置網(wǎng)下真空裝置56，幫助形成吸收性復合材料20。
吸收性復合材料20可被結合到任何合適的吸收性制品中。這類合適制品的例子包括個人護理吸收性制品，如尿布、尿褲、嬰兒拭紙、訓練褲、吸收性襯褲、兒童保健褲、游泳衣、衛(wèi)生棉、拭紙、月經(jīng)墊、替換墊、月經(jīng)褲、女褲襯里、女褲護片、陰唇間吸濕墊、棉塞和棉塞敷貼器、失禁產(chǎn)品、尿片、衣服構件、圍兜、鞋墊、運動和娛樂產(chǎn)品；保健/醫(yī)療吸收性制品如應用熱或冷治療的產(chǎn)品、醫(yī)用長外衣(即保護性和/或手術長外衣)、外科用織物、帽、手套、面罩、繃帶、傷口繃帶、拭紙、蓋、容器、過濾器、一次性外衣和床墊、醫(yī)用吸收性外衣、底墊；家用/工業(yè)吸收性制品如結構和包裝用品、清潔消毒產(chǎn)品、拭紙、蓋、過濾器、毛巾、一次性切割片、衛(wèi)生紙、面巾紙、無紡卷物品，家飾紡織品，包括枕頭、墊、軟墊、罩，和身體護理產(chǎn)品如用于清潔或處理皮膚的產(chǎn)品，實驗外衣、工作服、垃圾袋、去污劑、局部組合物、洗衣店污點/油墨吸收劑、清潔劑凝聚劑、親脂性流體分離器；等等。本發(fā)明的吸收性復合材料可用于單層結構或多層結構中，如用于雙層結構中，其中吸收性復合材料可用作上層、下層或兩層。為了便于說明，下文的描述將就尿布而言。
可結合吸收性復合材料20的合適尿布120的一個例子示于圖2和3中。尿布120包括底盤132。底盤132劃分出前面區(qū)域122、后面區(qū)域124、互連前面區(qū)域122和后面區(qū)域124的胯部區(qū)域126、被設計接觸穿戴者的身體接觸表面128和被設計接觸穿戴者衣服的與身體接觸表面128相對的外表面130。前面區(qū)域122與前面腰邊138鄰接，后面區(qū)域124與后面腰邊139鄰接。
尿布120包括外罩140、以疊置關系連接到外罩140的身體側襯里142和連接到外罩140和/或身體側襯里142的一對側片160。這些側片160可包括通過適當?shù)氖侄伟ㄕ澈蟿┚o固在前面區(qū)域122和后面區(qū)域124之間的垂片、帶、可撕裂縫線或類似設施。
如圖2中的尿布120所示，前面和后面區(qū)域122和124共同限定了具有腰部開口150和一對腿開口152的立體褲構造。底盤132的腰邊138和139被設計在穿戴時環(huán)繞穿戴者的腰，并提供限定了腰周長尺寸的腰部開口150。胯部區(qū)域126中的底盤132的橫向相對側邊136部分通常限定腿開口152。前面區(qū)域122包括穿戴時位于穿戴者前面的尿布120部分，而后面區(qū)域124包括穿戴時位于穿戴者后面的尿布120部分。尿布120的跨部區(qū)域126包括穿戴時位于穿戴者的腿之間并蓋住穿戴者下軀體的尿布120部分。穿戴時尿布120的側片160處在從穿戴者的臀向前的位置。
為了增強對穿戴者排出的任何身體分泌液的保持力，底盤132可包括一對用彈性線制成的保持薄片(未示出)，它們被設計為身體分泌液的橫向流動提供障礙。用彈性線制成的保持薄片限定了獨立的邊，其至少在尿布120跨部區(qū)域126中采取立式即通常垂直的構造，以形成對穿戴者身體的密封。保留薄片的合適構造和布置對于本領域那些技術人員通常是熟知的，并描述在1987年11月3日簽發(fā)給Enloe的美國專利4704116中，本文以與本文獻一致的方式全文引入作為參考。
為了進一步增強對身體分泌液的保持力，尿布120可包括腰部彈性元件157和/或腿部彈性元件158，這是本領域那些技術人員已知的(圖2)。腰部彈性元件157可沿相對的腰邊138和139有效地結合到外罩140和/或身體側襯里142上，并可在腰邊的部分或全部上延伸。腿部彈性元件158可在縱向上沿相對的側邊136有效地結合到外罩140和/或身體側襯里142上，并位于尿布120的跨部區(qū)域126中。
外罩140可包括基本不透液體并適當?shù)赜袕椥曰蛑辽倏衫斓牟牧?，或在一些情況下，甚至不可拉伸。外罩140可為不透液體材料的單層，或可包括其中至少一個層不透液體的多層疊層結構。例如，外罩140可包括通過疊層粘合劑(未示出)適當結合在一起的透液體外層和不透液體內(nèi)層?？蛇B續(xù)或斷續(xù)作為微珠、噴霧、平行旋渦等施加的合適疊層粘合劑可得自美國威斯康星州沃瓦托薩的FindleyAdhesives，Inc.，或美國新澤西州布里奇沃特的National Starch andChemical Company。透液體外層可為任何合適的材料，如能提供普通似布織構的一種。這種材料的一個例子是20gsm(克/平方米)紡粘聚丙烯無紡網(wǎng)。外層還可由制作透液體的身體側襯里142的那些材料制成。盡管不需要外層是透液體的，但希望它能為穿戴者提供相對似布織構。
合適的外罩材料的另一個例子是0.3osy聚丙烯紡粘物，其在橫向上收縮60％，在縱向上縐60％，用3克/平方米(gsm)Findley 2525A苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯基粘合劑層壓到具有20％TiO2濃度的8gsmPEBAX2533薄膜上。外罩140可在橫向和/或縱向上適當?shù)乇焕熘辽?0％(至外罩140初始(未拉伸)寬度和/或長度的至少150％)。
用于外罩140的合適外層材料的又一例子是透氣彈性薄膜/無紡布疊層，描述在簽發(fā)給Morman等人的美國專利5883028中，本文以與本文獻一致的方式全文引入其作為參考。具有雙向拉伸性和回縮性的材料的例子公開在簽發(fā)給Morman的美國專利5116662和簽發(fā)給Morman的美國專利5114781中，本文以與本文獻一致的方式全文引入兩者作為參考。這兩個專利描述了能在至少兩個方向上拉伸的復合彈性材料。該材料具有至少一個彈性層和至少一種收縮材料或可逆收縮材料，收縮材料或可逆收縮材料在以非線形構造排列的至少三個位置處結合到彈性層上，從而收縮或可逆收縮的網(wǎng)聚集在這些位置中的至少兩個之間。
外罩140的內(nèi)層可既不透液又不透汽，或可不透液但透汽。內(nèi)層可由薄塑料膜制成，但也可使用其它柔性不透液材料。內(nèi)層或不透液外罩140在為單層時，能防止廢料潤濕制品，如床單和衣物，以及穿戴者和護理人員。用作不透液體內(nèi)層或單層不透液體外罩140的合適的不透液體膜為0.02毫米聚乙烯膜，其可在商業(yè)上從美國弗吉尼亞州Newport News的Huntsman Packaging得到。如果外罩140為單層材料，則它可被軋花和/或糙面精整以提供更似布的外觀。如前所述，不透液體材料可允許水汽從一次性吸收性制品的內(nèi)部逸出，同時仍防止液體通過外罩140。合適的“透氣”材料包括已被涂敷或以其它方式處理來提供所需的不透液體水平的微孔聚合物膜或無紡布。合適的微孔膜為PMP-1膜材料，其可在商業(yè)上從日本東京的Mitsui ToatsuChemicals，Inc得到，或XKO-8044聚烯烴膜，其可在商業(yè)上從明尼蘇達州明尼阿波利斯的3M公司得到。
透液體的身體側襯里142被圖示為覆蓋外罩140和吸收性復合材料20，并可但不需要具有與外罩140相同的尺寸。身體側襯里142理想地為順從的柔軟感覺，且不刺激穿戴者的皮膚，并可為可拉伸的或彈性的。此外，身體側襯里142可比吸收性復合材料20吸水性差，以為穿戴者提供相對干燥的表面和允許液體容易地通過其厚度滲透。身體側襯里142可由各種網(wǎng)材料制成，如合成纖維(例如聚酯或聚丙烯纖維)、天然纖維(例如木或棉纖維)、天然和合成纖維的組合、多孔泡沫、網(wǎng)狀泡沫、帶孔的塑料膜等。各種紡織布和無紡布可用于身體側襯里142。例如，身體側襯里142可由聚烯烴纖維的熔噴或紡粘網(wǎng)構成。身體側襯里142還可為天然和/或合成纖維構成的粘合梳理網(wǎng)，或收縮拉伸/縐紗紡粘物。身體側襯里142可由基本疏水的材料構成，疏水材料可任選地用表面活性劑處理或以其它方式加工來提供所需的潤濕性和親水性水平。
吸收性復合材料20可布置在或位于外罩140和身體側襯里142之間，這些部件可通過任何合適的手段如粘合劑結合到一起，這在本領域中是眾所周知的。圖3圖示了其中結合有吸收性復合材料20的尿布120。
如果需要的話，底盤132還可結合其它材料，這些材料被設計主要沿與吸收性復合材料相互面對的表面接受、臨時貯存和/或傳遞液體，借此最大化吸收性復合材料20的整體吸收能力。一種合適的材料被稱為涌浪層(surge layer)(未示出)，并包括基重為約50-約120g/m2的材料，該材料包括均勻混合物的通風式粘合梳理網(wǎng)，混合物為60％的包括聚酯芯/聚乙烯殼的3旦尼爾型T-256雙組分纖維和40％的6旦尼爾型T-295聚酯纖維的混合物，兩者都在商業(yè)上從美國北卡羅來納州索爾茲伯的Kosa公司得到。合適的涌浪層的另一個例子可包括6旦尼爾聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)和6旦尼爾雙組分粘合纖維制成的材料，具有約50至約120gsm的基重。
可使用各種合適的連接手段如粘合劑、超聲和熱粘合或它們的組合將尿布120的各個部件整體組裝到一起。
如本文所述，本發(fā)明的吸收性復合材料包含仔細選擇的超吸收性材料、彈性材料和任選地包含紙漿纖維，它們?nèi)恳蕴囟ǖ谋壤嬖?，以獲得復合材料拉伸性為約50％或更高和復合材料滲透性為約15達西或更高的吸收性復合材料。包含約60wt％或更多的超吸收性材料、彈性材料和任選地包含紙漿纖維的本發(fā)明另一吸收性復合材料具有約30％或更高的復合材料拉伸性和約15達西或更高的復合材料滲透性。包含超吸收性材料、彈性材料和任選地包含紙漿纖維的本發(fā)明又一吸收性復合材料具有約100％或更高的復合材料拉伸性和約10達西或更高的復合材料滲透性。另外，與常規(guī)含超吸收性材料的吸收性復合材料相比，吸收性復合材料具有提高的超吸收性材料保持力。與常規(guī)吸收性復合材料相比，本發(fā)明的吸收性復合材料能在各種吸收性制品中提供更好的配合、更大的舒適性和提高的流體處理特性。
通常，吸收性復合材料的拉伸性很大程度上取決于吸收性復合材料中彈性材料的數(shù)量。彈性材料的數(shù)量越高，吸收性復合材料的拉伸性就越高。另一方面，當增加絨毛纖維數(shù)量時，拉伸性被顯著降低。滲透性部分上取決于超吸收性材料GBP值和吸收性復合材料中超吸收性材料的數(shù)量。
如上所述，結構因素也影響吸收性復合材料的拉伸性和滲透性，如彈性材料的纖維尺寸和長度，形成的鍵的數(shù)量和粘合強度、吸收性復合材料的基重和密度、缺陷等。彈性材料的纖維尺寸和長度由所用的熔紡技術(即熔噴或紡粘)確定。通常不依賴于纖維紡絲技術的兩個結構變量是吸收性復合材料的基重和密度。對于單層復合材料，適合于本發(fā)明的吸收性復合材料的基重可為約100-約1000克/平方米，或約200-約800克/平方米。為了獲得高的總基重，可使用多層。本發(fā)明的吸收性復合材料的密度范圍可為約0.05-約0.5克/立方厘米，或約0.1-約0.3克/立方厘米。如果需要更高的密度，則可應用后致密化處理。
測試方法復合材料拉伸性測試為了測定材料的拉伸性，選擇三個預定的拉伸比30％、50％和100％。首先在30％下測試每種材料，如果材料通過30％測試，然后在50％下，如果材料通過30％和50％測試，則最后在100％下。對于每個拉伸性測試水平，都測試三個試樣，并且三個必須通過，以便認為樣品具有各自的拉伸性水平。每個試樣只被測試一次，即使試樣未被破壞。
在拉伸至預定的伸長比例和釋放3次循環(huán)后測量復合材料的拉伸性，憑借釋放使拉伸的復合材料縮回到它的原始尺寸。
按照下面的方程定義拉伸性拉伸性＝(Le-Lo)×100％/Lo其中Le為伸長(即預定比例)后的長度，Lo為原始樣品長度。對于取得具有預定拉伸性資格的樣品，樣品必須能表現(xiàn)出全部下面的要求(1)樣品必須能達到預定的伸長比例。
(2)當在1分鐘間隔內(nèi)移去力時樣品必須能縮回伸長的至少80％?？s回率被定義為縮回率＝{1-(Lf-Lo)/(Le-Lo)}×100％其中Lf為力被釋放1分鐘后的樣品長度，Le為伸長(即預定比例)后的長度，Lo為伸長前的原始樣品長度。
(3)在第二次和第三次伸長后，樣品必須滿足第一個標準，和在同一試樣上第三次拉伸后樣品必須滿足第二個標準。(在進行測試時，只在第三次伸長后檢查縮回率標準)。
(4)與原始樣品相比，樣品必須不能顯示出明顯的結構變化，如沒有可視的空隙、裂紋或產(chǎn)生的缺陷。
將吸收性復合材料切成3英寸乘7英寸的試樣。使用可從馬薩諸塞州Carton的Instron公司得到的INSTRON 4443測量拉伸性。用兩個夾將每個試樣垂直固定到設備上，在試樣上標記夾的位置。兩個夾之間的距離為4英寸(Lo)。通過以500mm/min的速度向上移動上夾拉伸樣品并在預定的伸長長度(Le)下保持5秒。保持5秒后，返回上夾到原始位置，試樣自由縮回。在上夾回到原始位置10秒后開始第二次拉伸循環(huán)，然后是第三次循環(huán)。第二次和第三次循環(huán)的拉伸和縮回過程與第一次循環(huán)相同。在第三次拉伸循環(huán)完成后從設備上卸下試樣并放置在工作臺上。在試樣松弛1分鐘后測量兩個標記之間的距離(Lf)。在軸向(MD)和橫向(CD)上拉伸每種吸收性復合材料。選擇由CD和MD方向測量的較低拉伸性值代表吸收性復合材料的拉伸性。
離心保留容量(CRC)測試離心保留容量(CRC)測試測量在被飽和并在控制條件下進行離心后超吸收性材料在其中保留液體的能力。得到的保留容量描述為保留液體的克數(shù)/克樣品的重量(g/g)。要被測試的樣品用通過美國標準30目篩并在美國標準50目篩上保留的顆粒制備。因此，樣品包括尺寸在約300-約600微米范圍內(nèi)的顆粒?？捎檬只蜃詣宇A先篩分顆粒并貯存在密封的氣密容器中直到測試。
通過將0.2±0.005克預先篩分的樣品放到透水袋中測量保留容量，其中透水袋將包含樣品同時允許測試溶液(0.9wt％在蒸餾水中的氯化鈉)被樣品自由吸收。可熱密封茶葉袋材料，如可從美國康涅狄格州Windsor Locks的Dexter公司以型號名1234T可熱密封濾紙得到的，適用于大多數(shù)應用。通過對半折疊5英寸乘3英寸的袋材料樣品并熱密封兩個敞開邊形成2.5英寸乘3英寸的矩形小袋形成袋。熱密封應在材料邊緣內(nèi)約0.25英寸。在將樣品放入小袋后，還熱密封小袋的剩余敞開邊。還制造空袋用作對照。制備測試用的三個樣品(例如填滿的和密封的袋)。必須在制備的三分鐘內(nèi)測試填滿的袋，除非立即放在密封容器中，在這種情況下，必須在制備的三十分鐘內(nèi)測試填滿的袋。
將袋放在兩個TEFLON涂敷的具有3英寸開口的玻璃纖維篩(Taconic Plastics，Inc.，Petersburg，N.Y.)之間并在23℃下沉浸到測試溶液的平底鍋中，確保篩被壓下直到袋完全被潤濕。潤濕后，樣品保留在溶液中約30±1分鐘，此時從溶液中取出它們并臨時放置在非吸收性平面上。對于多次試驗，在平底鍋中飽和24個袋后，應清空平底鍋，并再裝滿新的測試溶液。
然后將濕袋放到能對樣品施加約350的g-力的合適離心機的籃內(nèi)。一種合適的離心機是Heraeus LaboFuge 400，其具有水收集籃、數(shù)字rpm計和適于盛放和排干袋樣品的機械排水籃。在離心多個樣品時，樣品必須被放在離心機內(nèi)的相對位置上以在旋轉時平衡籃。在約1600rpm(例如，以獲得約350的目標g-力)下離心袋(包括濕的空袋)3分鐘。取出袋并稱量，首先稱量空袋(對照)，然后是包含樣品的袋?？紤]袋本身保留的溶液，樣品保留的溶液量為樣品的離心保留容量(CRC)，表示為克流體/克樣品。更具體地，按以下確定保留容量離心后的樣品和袋重量-離心后的空袋重量-干樣品重量------------------------------------------------干樣品重量測試三個樣品，使結果平均確定超吸收性材料的保留容量(CRC)。在23±1℃下和50±2％相對濕度下測試樣品。
凝膠床滲透性(GBP)@0.3psi溶脹壓力測試本文使用的負荷試驗下的凝膠床滲透性(GBP)，本文中另外稱為0.3psi下的GBP，決定溶脹的凝膠顆粒床(例如超吸收性材料或吸收性復合材料)在常稱為“負荷下”的條件下的滲透性。術語“負荷下”是指顆粒的溶脹受到通常與施加到顆粒上的正常使用負荷一致的負荷限制，正常使用負荷如由穿戴者坐、行走、彎腰等施加。
進行凝膠床滲透性測試的合適裝置示于圖4和5中，并通常用228指示。測試裝置228包括樣品容器，通常用230指示，和活塞，通常用236指示?；钊?36包括圓柱狀LEXAN桿238，其具有沿桿的縱軸向下鉆孔的同心圓柱形孔240。桿238的兩端被機械加工提供分別用242、246標記的上端和下端。指示為248的重物擱在一端242上，并具有通過其中心至少一部分鉆孔的圓柱形孔。
圓形活塞頭250位于另一端246上，并具備具有7個孔260的同心內(nèi)環(huán)，孔260各自具有約0.95cm的直徑，和具備具有14個孔254的同心外環(huán)，孔254也各自具有約0.95cm的直徑。從活塞頭250的頂部到底部鉆孔254、260。活塞頭250還具有在其中心鉆的圓柱形孔262以接受桿238的端246。活塞頭250的底部還可用雙軸拉伸的100目不銹鋼網(wǎng)264蓋住。
樣品容器230包括圓筒234和400目不銹鋼布網(wǎng)266，網(wǎng)266被雙軸拉伸至緊并連接到圓筒的下端。在測試中，將圖4中用268指示的凝膠顆粒樣品支撐在圓筒234內(nèi)的網(wǎng)266上。
圓筒234可由透明的LEXAN棒或等價材料鉆孔得到，或它可由LEXAN管或等價材料切割得到，其具有約6cm的內(nèi)徑(例如橫截面面積為約28.27cm2)、約0.5cm的壁厚度和大約10cm的高度。在超過網(wǎng)266大約7.8cm的高度處在圓筒234的側壁中形成排水孔(未示出)，以允許液體從圓筒中排出，借此保持樣品容器中的液位在超過網(wǎng)266大約7.8cm處?；钊^250由LEXAN棒或等價材料加工制成，并具有大約16mm的高度，直徑大小能使它具有最小壁間隙地配合在圓筒234內(nèi)但仍能自由滑動。桿238由LEXAN棒或等價材料加工制成，并具有約2.22cm的外徑和約0.64cm的內(nèi)徑。
桿上端242為大約2.54cm長，直徑為大約1.58cm，形成支撐重物248的環(huán)形肩247。環(huán)形重物248具有約1.59cm的內(nèi)徑，因而它滑動到桿238的上端242上并擱在形成在其上的環(huán)形肩247上。環(huán)形重物248可由不銹鋼或在測試溶液存在時耐腐蝕的其它合適材料制成，測試溶液為在蒸餾水中的0.9wt％氯化鈉溶液?；钊?36和環(huán)形重物248的合并重量等于大約596克(g)，這對應于施加到樣品268的壓力為約0.3磅/平方英寸(psi)，或約20.7達因/cm2(2.07kPa)，在約28.27cm2的樣品面積上。
當測試溶液在如下所述的測試中流過測試裝置時，樣品容器230通常擱在16目硬質(zhì)不銹鋼支撐網(wǎng)(未示出)上?；蛘?，樣品容器230通常擱在直徑大小基本與圓筒234相同的支撐環(huán)(未示出)上，從而支撐環(huán)不會限制來自容器底部的流動。
為了在“自由溶脹”條件下進行凝膠床滲透性測試，將活塞236和固定在其上的重物248放在空的樣品容器230中，移去壓盤，使用精度0.01mm的合適量規(guī)測量高度。重要的是使用多次測試裝置時測量每個樣品容器230空著的高度和知道哪個活塞236和重物248被使用。在飽和后使樣品268稍后溶脹時，應使用相同的活塞236和重物248用于測量。
要被測試的樣品由通過美國標準30目篩預先篩分并在美國標準50目篩上保留的顆粒制備。因此，測試樣品包括尺寸在約300-約600微米范圍內(nèi)的顆粒。可用手或自動預先篩分顆粒。測試樣品也可為顆粒狀態(tài)。將大約0.9克樣品放在樣品容器230中，并均勻鋪展在樣品容器230的底部。然后將其中具有0.9克樣品和在樣品容器230內(nèi)樣品上放有活塞236和重物248的樣品容器230沉浸到測試溶液中約60分鐘的時間以使樣品飽和。
在該時間段結束時，從溶液中取出樣品容器230、活塞236、重物248和樣品268。通過再次測量從重物248的底部到圓筒234頂部的高度確定飽和樣品268的厚度，使用前面使用的相同厚度量規(guī)，假定零點離初始高度測量值沒有變化。從使樣品268飽和后得到的高度測量值減去測量空樣品容器230、活塞236和重物248得到的高度測量值。得到的值為溶脹樣品的厚度或高度“H”。
通過輸送測試溶液流到內(nèi)部具有飽和樣品268、活塞236和重物248的樣品容器230內(nèi)開始滲透性測量。調(diào)整測試溶液到樣品容器230內(nèi)的流速以保持在樣品容器230底部以上約7.8cm的液位。重量分析測量通過樣品268的溶液數(shù)量對時間。一旦液位被穩(wěn)定并保持在約7.8cm高度，就每秒收集數(shù)據(jù)點持續(xù)至少20秒。通過線形最小二乘方擬合通過樣品268的流體(克)對時間(秒)確定通過溶脹樣品268的流速Q(mào)，單位為克/秒(g/s)。
通過下面的方程得到滲透性，cm2K＝[Q*H*μ]/[A*ρ*P]其中K＝滲透性(cm2)，＝流速(g/s)，H＝樣品高度(cm)，μ＝液體粘度(泊)(該測試所用的測試溶液大約為1厘泊)，A＝液體流的橫截面積(cm2)，p＝液體密度(g/cm3)(對于該測試所用的測試溶液，大約為1g/cm3)和P＝靜水壓力(達因/cm2)(通常大約3923達因/cm2)。靜水壓力由下式計算P＝ρ*g*h其中ρ＝液體密度(g/cm3)，g＝重力加速度，標稱為981cm/s2，和h＝流體高度，例如對于本文描述的凝膠床滲透性測試為7.8cm。
測試三個樣品的最小值，對結果平均確定樣品的凝膠床滲透性。
復合材料滲透性測試方法使用復合材料滲透性測試測定吸收性復合材料的滲透性，更具體地，基于通過復合材料厚度的液流的吸收性復合材料“z-方向”滲透性。該測試基本類似于上面提出的凝膠床滲透性測試，但有以下提到的例外。再參考圖4和5，不是在0.3psi壓力下被溶脹，而是吸收性復合材料在無負荷下被溶脹，但在0.3psi壓力下測試它們的滲透性(在吸收性復合材料在0.9wt％NaCl鹽水溶液中被自由飽和60分鐘后，將活塞236和重物248放到它上面)。另外，代替被放在樣品容器230中的顆粒狀超吸收性材料，將除去任何成形材料包裝(例如成形紙)和直徑為約6cm的圓形吸收性復合材料樣品268(例如由較大的吸收性復合材料形成或以其它方式切割成)放到在圓筒234底部與網(wǎng)264接觸的樣品容器230中。然后將樣品容器230(其中沒有活塞和重物)沉浸到0.9wt％NaCl鹽水溶液中約60分鐘的時間以使吸收性復合材料飽和。取GBP測試得到的相同高度測量值，例如對于空的樣品容器230和對于在樣品容器230內(nèi)并飽和的吸收性復合材料樣品。
通過輸送鹽水溶液的連續(xù)流到內(nèi)部具有飽和吸收性復合材料、活塞236和重物248的樣品容器230內(nèi)開始吸收性復合材料滲透性測量。以足以保持超過樣品容器230底部約7.8cm的流體高度的流速輸送鹽水溶液到樣品容器230內(nèi)。重量分析測量通過吸收性復合材料的流體數(shù)量/時間。一旦液位被穩(wěn)定并保持在約7.8cm高度，就每秒收集數(shù)據(jù)點持續(xù)至少20秒。通過線形最小二乘方擬合通過樣品容器230的流體(克)對時間(秒)確定通過吸收性復合材料樣品268的流速Q(mào)，單位為克/秒(g/s)。然后使用上面為凝膠床滲透性測試列出的方程確定吸收性復合材料的滲透性。
在按上述進行吸收性復合材料滲透性測試時，更具體地說在將吸收性復合材料樣品沉浸到溶液中而其上沒有活塞和重物時，測試被認為是在“自由溶脹”條件下進行，借此使吸收性復合材料沒有任何限制負荷地溶脹。在該測試的變形中，活塞和重物可被放在樣品容器230內(nèi)的樣品上，然后可沉浸整個組件，從而在樣品變得飽和并溶脹時負荷被施加到樣品上。當按這種方式進行時，測試被認為是在“負荷下”進行。
實施例實施例1在這個實施例中，測量并比較各自包含不同超吸收性材料的5種不同吸收性復合材料樣品的復合材料滲透性。吸收性復合材料樣品中的其它組分在樣品中保持不變，只有超吸收性材料(SAM)的類型在樣品中變化。
樣品1中的SAM為SXM 9543，其在商業(yè)上可從北卡羅來納州格林斯博羅的Degussa Superabsorber得到，并用可從新澤西州MountOlive的BASF公司以商標名CATIOFASTPR8106得到的聚乙烯胺溶液(25wt％固體)進行表面處理。將聚乙烯胺溶液預先溶解到蒸餾水內(nèi)，將干的SXM 9543超吸收性材料加入到溶液內(nèi)并攪拌。SXM 9543在制備的聚乙烯胺溶液中溶脹至約2.5g/g水平(例如，用包含3gCATIOFASTPR8106和72.75克蒸餾水的溶液處理30克干的超吸收性材料)，然后在60℃下干燥15小時。用Osterizer混合器在“混合”設定下的高速下研磨干燥的超吸收性材料，并通過850微米篩來篩分。表面處理的SXM 9543包含約2.5wt％的聚乙烯胺。
樣品2中的SAM為未處理的SXM 9543。
樣品3中的SAM為SXM 9394，也在商業(yè)上從DegussaSuperabsorber得到。
樣品4中的SAM為FAVOR880，也從Degussa Superabsorber得到。
樣品5中的SAM為2035HP，可在商業(yè)上從密歇根州米德蘭的DowChemical Co.得到。
在每個樣品中，SAM/彈性材料/紙漿纖維的比例為75/15/10。彈性材料為KRATONG 2755，可從德克薩斯州休斯頓的Kraton Inc.得到。紙漿纖維為Sulfatate HJ，可從佐治亞州Jesup的Rayonier公司得到。
使用本文描述的測試方法測試復合材料滲透性和拉伸性。表1和2中的所有復合材料都具有425克/平方米的基重和0.27克/立方厘米的密度。
表1復合材料拉伸性和滲透性測試結果
如表1所示，具有較高GBP值的SAM對于提高復合材料滲透性是有益的。所有樣品都表現(xiàn)出本發(fā)明所需的拉伸性，但只有表現(xiàn)出所需的復合材料滲透性的樣品1落在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
實施例2除了SAM GBP外，復合材料滲透性還取決于SAM/彈性材料/紙漿纖維的比例。這個實施例說明當紙漿纖維的百分比增加時，或當彈性材料的百分比降低時，復合材料滲透性將因此增加。
表2包括在SAM類型、紙漿類型和/或SAM/彈性材料/紙漿纖維的比例方面變化的10種吸收性復合材料樣品。在這個實施例中使用與實施例1相同類型的SAM和彈性材料。在這個實施例中使用的紙漿纖維的類型為NF 405，可從華盛頓Federal Way的Weyerhaeuser得到；Sulfatate-H-J(“SHJ”)，可從佐治亞州Jesup的Rayonier公司得到；和CR 1654，可從亞拉巴馬州Coosa Pines的Bowater得到。
表2復合材料拉伸性和滲透性測試結果
通過改變SAM/彈性材料/紙漿纖維的比例或使用不同的紙漿纖維，表1中滿足最低要求復合材料滲透性的部分吸收性復合材料，如樣品1現(xiàn)在不能達到拉伸性目標，如在樣品6中。在表2中，樣品8和9都包括NF 405紙漿，但SAM/彈性材料/紙漿纖維的比例不同。因此，樣品8表現(xiàn)出較高的滲透性和較低的拉伸性，而樣品9表現(xiàn)相反。
當SAM和彈性材料類型以及SAM/彈性材料/紙漿纖維的比例保持不變時，不同類型的紙漿纖維也影響復合材料滲透性。在表2中，樣品8和10使用不同類型的紙漿纖維，并表現(xiàn)出滲透性和拉伸性的不同組合。
可拉伸吸收性復合材料的拉伸性很大程度上取決于彈性聚合物的類型和復合材料中彈性聚合物的百分比。通常，當彈性聚合物的百分比增加時，可拉伸吸收性復合材料的拉伸性增加，反之亦然。在表2中，樣品6具有在本發(fā)明參數(shù)內(nèi)的復合材料滲透性值，但它的拉伸性值落在本發(fā)明參數(shù)的外面。因此，認為樣品6不在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
盡管絨毛類型對復合材料滲透性有輕微影響，但超吸收性材料GBP在該方面起著更重要的作用。表現(xiàn)出本發(fā)明的要求拉伸性和滲透性的所有樣品包括聚乙烯胺表面處理的SXM 9543超吸收性材料，其在0.3psi下具有大于30達西溶脹值的GBP。在這些樣品中，樣品1表現(xiàn)出50％或更高的復合材料拉伸性和15達西或更高的復合材料滲透性的組合。當樣品1包含至少60wt％的超吸收性材料時，樣品1還表現(xiàn)出30％或更高的復合材料拉伸性和15達西的復合材料滲透性的組合。樣品1、7和13表現(xiàn)出100％或更高的復合材料拉伸性和10達西或更高的復合材料滲透性的組合。包含低GBP值的超吸收性材料的其它樣品沒有表現(xiàn)出復合材料拉伸性和復合材料滲透性值的這些組合。
在表2中，樣品14和15只包含SAM和紙漿纖維，并按照現(xiàn)有的尿布制造方法生產(chǎn)，它們不包含任何彈性聚合物，并表現(xiàn)出0％拉伸性。提供樣品14和15用于對照。
實施例1和2中的樣品1-15顯示了合適SAM、彈性材料、紙漿類型的選擇以及在生產(chǎn)具有本發(fā)明所限定性質(zhì)的可拉伸吸收性復合材料中涉及的材料平衡比例的重要性。
應認識到，為了說明而給出的上述實施方案的細節(jié)不應被視為限制本發(fā)明的范圍。盡管上文只詳細描述了本發(fā)明的幾個示例性實施方案，但本領域那些技術人員能容易地認識到，只要實質(zhì)上不脫離本發(fā)明的教導和優(yōu)點，多種變化在示例性實施方案中是可能的。因此，所有這種變化都意欲包括在下面的權利要求及其所有等價物限定的本發(fā)明范圍內(nèi)。另外，認識到許多實施方案可能被認為不能獲得一些實施方案尤其是優(yōu)選實施方案的全部優(yōu)點，但個別優(yōu)點的缺乏不應被視為必然意味著這種實施方案在本發(fā)明的范圍之外。
權利要求
1.一種可拉伸吸收性復合材料，包含超吸收性材料；和彈性材料；其中該吸收性復合材料表現(xiàn)出約50％或更高的復合材料拉伸性，和約15達西或更高的復合材料滲透性。
2.一種可拉伸吸收性復合材料，包含超吸收性材料；和彈性材料；其中該吸收性復合材料表現(xiàn)出約100％或更高的復合材料拉伸性，和約10達西或更高的復合材料滲透性。
3.權利要求1或權利要求2的吸收性復合材料，包含約5wt％和約95wt％之間或約50wt％和約95wt％之間的超吸收性材料。
4.一種可拉伸吸收性復合材料，包含約60wt％或更多的超吸收性材料；和彈性材料；其中該吸收性復合材料表現(xiàn)出約30％或更高的復合材料拉伸性，和約15達西或更高的復合材料滲透性。
5.前述權利要求中任意一項的吸收性復合材料，還包含約0wt％和約75wt％之間或約0wt％和約25wt％之間的紙漿纖維。
6.前述權利要求中任意一項的吸收性復合材料，包含約5wt％和約25wt％之間的彈性材料。
7.前述權利要求中任意一項的吸收性復合材料，還包含表面活性劑。
8.前述權利要求中任意一項的吸收性復合材料，其中所述超吸收性材料在0.3psi下的凝膠床滲透性為約30達西或更高。
9.前述權利要求中任意一項的吸收性復合材料，其中所述超吸收性材料的離心保留容量為約20克/克或更高。
10.前述權利要求中任意一項的吸收性復合材料，其中所述超吸收性材料包括用聚乙烯胺溶液表面處理的陰離子型超吸收性材料。
11.前述權利要求中任意一項的吸收性復合材料，其中所述彈性材料包括烯烴共聚物、聚乙烯彈性體、聚丙烯彈性體、聚酯彈性體、三元乙丙橡膠、苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯、苯乙烯-異戊二烯-丁二烯-苯乙烯、苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯、苯乙烯-乙烯/丙烯-苯乙烯、聚氨酯、聚異戊二烯、交聯(lián)聚丁二烯和它們的組合中的至少一種。
12.一種吸收性制品，包含前述權利要求中任意一項的吸收性復合材料。
13.一種制備前述權利要求中任意一項的可拉伸吸收性復合材料的方法，包括步驟通過至少一個熔噴模擠出彈性材料；纖維化大量紙漿纖維；混合0.3psi下凝膠床滲透性為約30達西或更高的超吸收性材料與所述纖維化紙漿纖維和擠出的彈性材料；和轉移超吸收性材料、纖維化紙漿纖維和擠出的彈性材料的混合物到輸送機上。
14.權利要求13的方法，還包括在轉移超吸收性材料、纖維化紙漿纖維和擠出的彈性材料的混合物到輸送機上的同時噴灑表面活性劑混合物的水溶液通過超吸收性材料、纖維化紙漿纖維和擠出的彈性材料的混合物的步驟。
15.權利要求13或權利要求14的方法，其中超吸收性材料、纖維化紙漿纖維和擠出的彈性材料的混合物包含約30wt％和約85wt％之間的超吸收性材料、約5wt％和約25wt％之間的彈性材料和約10wt％和約70wt％之間的紙漿纖維。
全文摘要
一種可拉伸吸收性復合材料，復合材料滲透性為約10達西或更高、或約15達西或更高，復合材料拉伸性為約30％或更高、或約50％或更高、或約100％或更高，和制備這種可拉伸吸收性復合材料的方法?？衫煳招詮秃喜牧习招圆牧?、彈性材料和任選地包含紙漿纖維。更具體地，可拉伸吸收性復合材料可包含約30wt％和約85wt％之間的超吸收性材料、約5wt％和約25wt％之間的彈性材料和約10wt％和約70wt％之間的紙漿纖維?？衫煳招詮秃喜牧系睦煨院鸵后w處理能力使可拉伸吸收性復合材料適合于結合到各種吸收性制品內(nèi)，包括例如個人護理產(chǎn)品、保健/醫(yī)療吸收性制品和家用/工業(yè)吸收性制品。
文檔編號A61F13/53GK1897903SQ200480037999
公開日2007年1月17日 申請日期2004年4月16日 優(yōu)先權日2003年12月18日
發(fā)明者章小民, 秦建, D·M·杰克遜, L·M·雅各布森 申請人:金伯利-克拉克環(huán)球有限公司