(57)【要約】超吸収性ポリマー複合材料及び前記複合材料の設計方法を開示する。目標重量の吸収水性液は、乾燥度品質値及び場合によっては、目標重量の水性液が吸収された後における遊離液体を最適に最小にし且つ触感乾燥度を持続する複合材料を提供するために絡み合わされた超吸収性ポリマー及び基礎網目構造の両者の型及び質量を規定する多孔性品質値に関連して使用される。本発明の一形態において、超吸収性ポリマー及び／又は吸収複合材料は、吸収設計−事例パラメーターのコンピュータ実施型算出の使用によって導き出される。【特許請求の範囲】
【請求項１】
或る質量の絡み合わさったストランドの透過性基礎網目構造全体に分散された超吸収性ポリマーを有する吸収性媒体に関する値を求める方法であって、
前記吸収性媒体によって吸収される液体の質量を示す値、
０．４５〜０．８５の乾燥度品質値（０．４５は前記液体質量の吸収後に最大乾燥度品質を有する媒体を示し、０．８５は前記液体質量の吸収後に最小乾燥度品質を示す媒体を示す）、
０．４〜０．９５の多孔性品質値（０．４は、前記液体質量の吸収後に最小の多孔性品質を有する媒体を示し、０．９５は前記液体質量の吸収後に最大の多孔性品質を有する媒体を示す）、
超吸収性ポリマーの質量分率値及び
ストランド型に対応する吸収容量値
に関するデータ量をコンピュータデータベース量中に受取り；そして
下記式に従って超吸収性ポリマー成分及びストランド成分の混合物の質量を求め：
【数１】
2005520632.tif 000039
［式中、ｍtotalは乾燥超吸収性ポリマーの質量と乾燥ストランドの質量との単位を有する前記混合物質量を示す値であり、
ｍliqは吸収される液体の質量を示す値であり、
ｆsは前記超吸収性ポリマー質量分率値であり、
Ｆは４０．５８であり、乾燥超吸収性ポリマーの質量当りの液体の質量の単位を有し、
Φは前記乾燥度品質値であり、
ＲΦは、該前記多孔性品質値であり、
Ｃstrandingは乾燥ストランドの質量当りの液体の質量の単位を有する前記吸収容量値である］；
式：
ｍsap＝ｆsｍtotal
［式中、ｍsapは前記超吸収性ポリマー成分質量を示す値である］
に従って超吸収性ポリマー成分の質量に関する値を求め；
式：
ｍstranding＝（１−ｆs）ｍtotal
［式中、ｍstrandingは前記ストランド成分質量値である］
に従ってストランド成分の質量に関する値を求め；
下記式に従って遠心容量計算値を算出し：
【数２】
2005520632.tif 000040
［式中、ＣＲＣは乾燥超吸収性ポリマーの質量当りの液体の質量の単位を有する前記遠心容量計算値である］；
前記遠心保持容量計算値に本質的に等価の遠心保持容量測定値を有する超吸収性ポリマーを選択し；そして
前記超吸収性ポリマー、前記ポリマー質量値及び前記ストランド成分質量値に関する識別子を前記コンピュータのモニター上に表示する
コンピュータ実施工程を含んでなる方法。
【請求項２】
透過性基礎ストランド及び或る質量の超吸収性ポリマー粒子を、所定の質量の液体を所定の乾燥度品質まで吸収させる網目構造に、絡み合わせる工程を含んでなる超吸収性媒体の製造方法であって、前記超吸収性ポリマー粒子のそれぞれが関連遠心保持容量値を有し、前記ストランドが関連吸収容量値を有し、前記乾燥度品質が０．４５〜０．８５の乾燥度品質値で示され（０．４５は前記液体質量の吸収後に最大乾燥度品質を有する吸収性媒体を示し、０．８５は前記液体質量吸収後に最小乾燥度品質を示す吸収性媒体を示す）、前記全てのストランドの累積質量が式：
【数３】
2005520632.tif 000041
［式中、ｍstrandingは前記全てのストランドの前記累積質量を示す値であり、
ｍliqは吸収される液体の前記所定質量を示す値であり、
Φは前記乾燥度品質値であり、
ＣＲＣは乾燥超吸収性ポリマーの質量当たりの液体の質量の単位を有する前記遠心保持容量値であり、
ｍsapは前記超吸収性ポリマー粒子全ての累積質量を示す値であり、
Ｃstrandingは乾燥ストランドの質量当りの液体の質量の単位を有する前記吸収容量値である］
である方法。
【請求項３】
前記絡み合わせ工程において、前記超吸収性ポリマー粒子及びストランドが、更に所定の多孔性品質を達成するように絡み合わされ；前記多孔性品質が０．４〜０．９５（０．４は、前記液体質量の吸収後に最小の多孔性品質を有する吸収性媒体を示し、０．９５は前記液体質量の吸収後に最大の多孔性品質を有する吸収性媒体を示す）の多孔性品質値で示され；前記遠心保持容量値が式：
【数４】
2005520632.tif 000042
［式中、Ｆは４０．５８であり、乾燥超吸収性ポリマーの質量当りの液体の質量の単位を有し、
ＲΦは前記多孔性品質値であり、
ｆsは式：
【数５】
2005520632.tif 000043
による超吸収性ポリマーの質量分率値である］
に従って算出される方法。
【請求項４】
或る質量の絡み合わさったストランドの透過性基礎網目構造を有する吸収性媒体の製造方法であって、
前記吸収性媒体によって吸収される液体の質量を示す値を規定し；
前記吸収性媒体中のポリマー成分部分を確定するために超吸収性ポリマーの質量を示す値を規定し（前記ポリマーは関連遠心保持容量値を有する）；
乾燥度品質値を０．４５〜０．８５（０．４５は前記液体質量の吸収後に最大乾燥度品質を有する媒体を示し、０．８５は前記液体質量の吸収後に最小乾燥度品質を示す媒体を示す）に規定し；
ストランド成分部分を確定するために前記ストランドの質量を示す値を求め｛前記ストランドは関連吸収容量値を有し、前記ストランドの質量は式：
【数６】
2005520632.tif 000044
［式中、ｍstrandingは前記ストランドの質量を示す値であり、
ｍliqは吸収される液体の質量を示す値であり、
Φは前記乾燥度品質値であり、
ＣＲＣは乾燥超吸収性ポリマーの質量当りの液体の質量の単位を有する前記遠心保持容量値であり、
ｍsapは超吸収性ポリマー粒子の質量であり、
Ｃstrandingは乾燥ストランドの質量当りの液体の質量の単位を有する前記吸収容量値である］
として求められる｝；
前記超吸収性ポリマー成分部分を確定するための前記超吸収性ポリマー質量値と本質的に同等の質量の超吸収性ポリマーを測定し；
前記ストランド成分部分を確定するための前記ストンラド質量値と本質的に同等の質量のストランドを測定し；そして
前記ストランド成分部分全体に前記超吸収性ポリマー成分部分を配置して、前記吸収性媒体を生成する
工程を含んでなる方法。
【請求項５】
或る量の絡み合わさったストランドの透過性基礎網目構造を有する吸収性媒体の製造方法であって、
前記吸収性媒体によって吸収される液体の質量を示す値を規定し；
乾燥度品質値を０．４５〜０．８５（０．４５は前記液体質量の吸収後に最大乾燥度品質を有する媒体を示し、０．８５は前記液体質量吸収後に最小乾燥度品質を示す媒体を示す）に規定し；
多孔質値を０．４〜０．９５（０．４は、前記液体質量の吸収後に最小の多孔性品質を有する媒体を示し、０．９５は前記液体質量の吸収後に最大の多孔性品質を有する媒体を示す）に規定し；
超吸収性ポリマー質量分率値を規定し；
ストランド型を選択し（前記ストランド型は関連吸収容量値を有する）；
超吸収性ポリマー成分及びストランド成分の混合物の質量を式：
【数７】
2005520632.tif 000045
［式中、ｍtotalは乾燥超吸収性ポリマーの質量と乾燥ストランドの質量の単位を有する前記混合物の質量を示す値であり、
ｍliqは吸収される液体の質量を示す値であり、
ｆsは前記超吸収性ポリマー質量分率値であり、
Ｆは４０．５８であり、乾燥超吸収性ポリマーの質量当りの液体の質量の単位を有し、
Φは前記乾燥度品質値であり、
ＲΦは、前記多孔性品質値であり、
Ｃstrandingは、乾燥ストランディングの質量当りの液体の質量の単位を有する前記吸収容量値である］
に従って求め；
式：
ｍsap＝ｆsｍtotal
［式中、ｍsapは前記超吸収性ポリマー成分の質量を示す値である]
に従って前記超吸収性ポリマー成分の質量に関する値を算出し；
式
ｍstranding＝（１−ｆs）ｍtotal
［式中、ｍstrandingは前記ストランド成分の質量値である］
に従って前記ストランド成分の質量に関する値を算出し；
下記式に従って遠心容量計算値を算出し：
【数８】
2005520632.tif 000046
［式中、ＣＲＣは乾燥超吸収性ポリマーの質量当りの液体の質量の単位を有する前記遠心容量計算値である］；
前記遠心保持容量計算値に本質的に等価の遠心保持容量測定値を有する超吸収性ポリマーを選択し；
超吸収性ポリマー成分部分を確定するための前記超吸収性ポリマー成分の質量値に本質的に等価の量の超吸収性ポリマーを測定し；
ストランド成分部分を確定するための前記ストランド成分の質量値に本質的に等価の量の前記ストランド型のストランドを測定し；そして
前記ストランド成分部分全体に前記超吸収性ポリマー成分部分を配置して、前記吸収性媒体を生成する
工程を含んでなる方法。
【請求項６】
前記の絡み合わさったストランドがセルロースフラフを含む請求項４又は５に記載の方法。
【請求項７】
前記の絡み合わさったストランドが透過性スポンジを含む請求項４又は５に記載の方法。
【請求項８】
前記の絡み合わさったストランドが繊維状ポリマーを含む請求項４又は５に記載の方法。
【請求項９】
前記配置工程が、
パッド成形機中において第１ティッシュカバーを位置付け；
前記超吸収性ポリマー部分及びストランド部分を絡み合わせて、前記吸収媒体を生成せしめ；
前記第１ティッシュカバー上に前記吸収媒体を配置し；
配置された前記吸収媒体上に第２ティッシュカバーを位置付け；そして
前記第１ティッシュ、前記第２ティッシュ及び配置された前記吸収媒体を所定の厚さまで加熱及び圧縮する
工程を更に含む請求項４又は５に記載の方法。
【請求項１０】
目標重量の水性液を吸収するための超吸収性ポリマーの累積であって、前記超吸収性ポリマーの累積が関連遠心保持容量値を有し、前記超吸収性ポリマーの累積が式：
【数９】
2005520632.tif 000047
［式中、ｍliqは液体の前記目標重量を示す値であり、
ＣＲＣは乾燥超吸収性ポリマーの質量当りの液体の質量の単位を有する前記遠心容量値であり、
Ｋは前記吸収設計−事例パラメーターである］
に従って前記水性液重量及び前記遠心保持容量値から算出された吸収設計−事例パラメーターの１．１８〜２．２２倍の超吸収材質量を有することによって、目標重量の水性液が吸収された後における超吸収性ポリマー累積内の遊離水性液を効果的に最小にできる充分に最小の量の超吸収性ポリマー累積が得られ、従って、目標重量の吸収水性液を含む前記超吸収性ポリマー累積が触感乾燥度を持続する超吸収性ポリマー累積。
【請求項１１】
透過性基礎網目構造全体に分散された超吸収性ポリマーを含んでなり、目標重量の水溶液を吸収する吸収性媒体であって、前記透過性基礎網目構造が或る質量の絡み合わさったストランドを有し；前記ストランドが関連吸収容量値を有し；前記超吸収性ポリマーが関連遠心保持容量値を有し；前記超吸収性ポリマーが前記水性液重量、前記吸収容量値、ストランドの前記質量及び前記遠心保持容量値から式：
【数１０】
2005520632.tif 000048
［式中、ｍliqは液体の目標重量を示す値であり、
Ｃstrandingは乾燥ストランドの質量当りの液体の質量の単位を有する吸収容量値であり、
ＣＲＣは乾燥超吸収性ポリマーの質量当りの液体の質量の単位を有する遠心容量値であり、
ｍstrandingはストランドの前記質量を示す値であり、
Ｋは前記吸収設計−事例パラメーターである］
に従って算出された吸収設計−事例パラメーターの１．１８〜２．２２倍の超吸収材質量を有することによって、目標重量の水性液が吸収された後における吸収性媒体内の遊離水性液を効果的に最小にできる充分に最小の量の超吸収性ポリマーが得られ、従って、目標重量の吸収水性液を含む吸収性媒体が触感乾燥度を持続する吸収性媒体。
【請求項１２】
前記の絡み合わさったストランドがセルロースフラフを含む請求項１１に記載の吸収性媒体。
【請求項１３】
前記の絡み合わさったストランドが透過性スポンジを含む請求項１１に記載の吸収性媒体。
【請求項１４】
前記の絡み合わさったストランドが繊維状ポリマーを含む請求項１１に記載の吸収性媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、比較的多量の水性液を吸収できる超吸収性ポリマーを含む吸収性複合材料を設計する方法及び装置を提供する。
【背景技術】
【０００２】
多量の水性液、例えば水又は体液を吸収できる超吸収性ポリマーを含む吸収性複合材料は、おむつ、生理用ナプキン及び失禁用パッドのような使い捨て吸収性物品に多くの用途を有する。吸収性複合材料は中程度の圧力下で多量の液体を吸収及び保持するのが好ましい。例えば、衣類への漏れ及び皮膚の過度の湿り気を防ぐために、おむつは、（ａ）座っている又は横になっている乳児及び（ｂ）重量によって加わる身体の力によって加わる圧力ような種々の加圧力下において尿を吸収及び保持しなければならない。更に、おむつはまた、時間間隔を開けて適用された数回分の液体の総量を吸収しなければならないので、部分的に湿潤し又は部分的に飽和された状態の吸収及び保持もまた重要であることがわかる。
【０００３】
超吸収性ポリマーの吸収及び保持能は従来、遠心分離保持容量（Ｃｅｎｔｒｉｆｕｇｅｄ  Ｒｅｔｅｎｔｉｏｎ  Ｃａｐａｃｉｔｙ）（ＣＲＣ）試験（Ｅｕｒｏｐｅａｎ  Ｄｉｓｐｏｓａｂｌｅｓ  ａｎｄ  Ｎｏｎｗｏｖｅｎｓ  Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ，Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄ  Ｔｅｓｔ  Ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ  Ｎｏ．４４１．１−９９）及び加重下吸収度（加圧下性能）試験（Ｅｕｒｏｐｅａｎ  Ｄｉｓｐｏｓａｂｌｅｓ  ａｎｄ  Ｎｏｎｗｏｖｅｎｓ  Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ，Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄ  Ｔｅｓｔ  Ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ  Ｎｏ．４４２．１−９９）のような標準試験によって測定されている。Ｅｕｒｏｐｅａｎ  Ｄｉｓｐｏｓａｂｌｅｓ  ａｎｄ  Ｎｏｎｗｏｖｅｎｓ  Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ，Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄ  Ｔｅｓｔ  Ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ  Ｎｏ．４４１．１−９９はまた、「ティーバッグ」試験又は遠心保持容量試験（ＣＲＣ）とも称され、その結果が個々の超吸収材についての遠心保持容量（又はＣＲＣ）を規定する。これら及び他のこのような試験は、非特許文献１のような参考文献に記載されている。超吸収性ポリマーを含む吸収性複合材料の吸収及び保持能は従来、飽和保持容量試験（Ｓａｔｕｒａｔｅｄ  Ｒｅｔｅｎｔｉｏｎ  Ｃａｐａｃｉｔｙ）（特許文献１）又は平衡要求−吸収度（ｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍ  ｄｅｍａｎｄ−ａｂｓｏｒｂｅｎｃｙ）試験（特許文献２）のような標準試験によって測定されている。更に、吸収性複合材料の湿潤度又はそれらの漏れ傾向は従来、非特許文献２に記載されたリウェット試験（ウェットバック試験とも称する）のような方法によって測定されている。超吸収性製品業界における現在のプラクティスは、（ａ）まず、前記遠心保持容量試験（ＣＲＣ）によって超吸収性ポリマーの実際の吸収度を規定すること；並びに（ｂ）次に、複合材料の飽和保持容量又は平衡要求−吸収度によって、超吸収性ポリマーを含む任意の複合材料の実際の吸収度（複合材料中の個々の成分の吸収度及びそれぞれの質量分率に基づく質量分率加重吸収度として理論的に計算される）を規定することである。このような測定の一例は特許文献３に記載されている。これらの常法は全て、大過剰量の液体中へのサンプルの浸漬、あるいは超吸収性ポリマー又は超吸収性ポリマーを含む複合材料と接触する過剰容量の液体漕の提供を使用する。
【０００４】
超吸収性材料は、それが配置される複合材料に送られた液体と密に結合するので、液体の効果的な吸収及び保持が複合材料に全体として触感乾燥度属性を与える。この点に関しては、複合材料は、超吸収材に液体が負荷される限りにおいては複合材料は「乾燥」していないが、液体が複合材料内に保持され且つ複合材料の外側表面と接触している非複合材料表面（即ち、皮膚）が複合材料からの液体の物質移動を促進する親水性固体相を提供しない限りにおいては、複合材料はかなり「指触乾燥状態」にある（触感的に乾燥している）。この点に関しては、複合材料を用いる赤ちゃんの皮膚は一般に、複合材料に吸収される液体の量に関してはかなりの「乾燥」状態であり続け且つその触感が続くであろう。
【０００５】
複合材料は初期の乾燥してコンパクトな状態から湿潤して膨潤した状態に変化するので、複合材料の特性は使用中に（液体吸収及び保持の過程において）変化する。従って、その使用プロセスは、その使用サイクルを通じて異なる変化をした性能特性を有する複合材料を生じる。吸収性複合材料の透過度又は食塩水流伝導率（ｓａｌｉｎｅ  ｆｌｏｗ  ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ）は、それらの設計及び応用において重要なパラメーターである。多孔質媒体の透過度は基本的に多孔質媒体の気孔率と関連し、一般に気孔率の増加につれて透過度が増加する。衛生用製品産業における現在のプラクティスは、（ａ）超吸収性ポリマーを含む複合材料の気孔率又は液体透過度が膨潤超吸収性ポリマーの粒状床の液体透過度と相関し且つ（ｂ）複合材料の設計がこの相関に基づくという考えに由来する。
【０００６】
【特許文献１】ＥＰ−４４３，６２７−Ａ２（Ｋｅｌｌｅｎｂｅｒｇｅｒら），１２頁
【特許文献２】ＥＰ−３０４，３１９−Ｂ１（Ｇｏｌｄｍａｎら），１０頁
【特許文献３】米国特許第５，８３６，９２９号（Ｂｅｗｉｃｋ−Ｓｏｎｎｔａｇ），１１欄，６〜２７頁
【非特許文献１】Ｆ．Ｌ．Ｂｕｃｈｈｏｌｚ  ａｎｄ  Ａ．Ｔ．Ｇｒａｈａｍ編，Ｍｏｄｅｒｎ  Ｓｕｐｅｒ−ａｂｓｏｒｂｅｎｔ  Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｉｌｅｙ−ＶＣＨ，Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ，１９９８，特にＣａｐｔｅｒ  ４
【非特許文献２】Ｋ．Ｔ．Ｈｏｄｇｓｏｎ，ＴＡＰＰＩ  Ｊｏｕｒｎａｌ，Ａｕｇｕｓｔ  １９９１，２０５〜２１２頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、使用サイクル中における性能特性の動的変化は、最高効率の超吸収性複合材料を設計する際には難題を投げかける。最終又は終わりの使用状態において規定される性能パラメーターを複合材料の設計に使用しても、その使用サイクル中に複合材料に影響を及ぼす一連の問題は充分且つ効果的には予想されない。これに関して、品質性能及び費用最小化のニーズにより、湿潤し且つ膨潤した複合材料が、複合材料に続いて添加される液体のための最適気孔率（従って、改良された液体透過度）を有することを可能にすると同時に、複合材料に送られる全ての液体の密な結合を可能にする複合材料を予想通りに規定する設計技術のニーズが明確になる。本発明はこのニーズに応えるものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、目標重量の水性液を吸収するための超吸収性ポリマーの累積（関連遠心保持容量値を有するポリマーに関し、用語「累積（ｃｕｍｕｌａｔｉｅｎ）」は、目標重量の液体の吸収に関連する、一体化された又は分散された形態の全ての超吸収性材料の集合的事例（ｃｏｌｌｅｃｔｉｖｅ  ｉｎｓｔａｎｃｅ）をいう）に関する。この場合、超吸収性ポリマー累積は、下記のＫ： 
【０００９】
【数１】
2005520632.tif 000002
【００１０】
［式中、ｍliqは液体の目標重量を示す値であり、
ＣＲＣは乾燥超吸収性ポリマーの質量当りの液体の質量の単位を有する遠心容量値である］
の１．１８〜２．２２倍の超吸収材の質量を有するため、目標重量の水性液の吸収後における超吸収性ポリマー累積内の遊離水性液を効果的に最小にできる充分に最小の量の超吸収性ポリマー累積が得られ、従って、目標重量の吸収水性液を含む超吸収性ポリマー累積は触感乾燥度を持続する。Ｋは前記式における吸収設計−事例パラメーターである。
【００１１】
超吸収性ポリマー累積が透過性基礎網目構造（「基礎」とは、ポリマー及び網目構造から作られた吸収性媒体中の網目構造の基礎をなす支持性を意味する）全体に分散される場合には、本発明はまた、目標重量の水性液を吸収する吸収性媒体に関する。この媒体は、透過性基礎網目構造全体に分散された超吸収性ポリマー（関連遠心保持容量値を有する）を組み込み、透過性基礎網目構造は絡み合わさった或る質量（ｍａｓｓ）のストランド（ｓｔｒａｎｄｉｎｇ）（ストランドは関連吸収容量値を有する）を有し、超吸収性ポリマーの累積は、水性液重量、吸収容量値、ストランドの質量（ｍａｓｓ）及び遠心保持容量値から下記式：
【００１２】
【数２】
2005520632.tif 000003
【００１３】
［式中、ｍliqは液体の目標重量を示す値であり、
Ｃstrandingは乾燥ストランドの質量当りの液体の質量の単位を有する吸収容量値であり、
ＣＲＣは乾燥超吸収性ポリマーの質量当りの液体の質量の単位を有する遠心容量値であり、
ｍstrandingはストランドの質量を示す値であり、
Ｋは吸収設計−事例パラメーターである］
に従って算出される吸収設計−事例パラメーターの１．１８〜２．２２倍の超吸収材の質量を有するため、目標重量の水性液の吸収後における吸収性媒体内の遊離水性液を効果的に最小にできる充分に最小の量の超吸収性ポリマーが得られ、従って、目標重量の吸収水性液を含む吸収性媒体は触感乾燥度を持続する。
【００１４】
別の形態において、本発明は、所定の質量の液体を所定の乾燥度品質（０．４５〜０．８５の乾燥度品質値を示し、０．４５は液体の質量の吸収後に最大乾燥度品質を有する吸収性媒体を示し、０．８５は液体の質量の吸収後に最小乾燥度品質を有する吸収性媒体を示す）まで吸収させるために、透過性基礎ストランディング（関連吸収容量値を有する）及び或る質量の超吸収性ポリマー粒子（下記のようにして求められる関連遠心保持容量値を有する）を網目構造中に絡み合わせる工程を用いる、吸収性媒体の製造方法に関する。全てのストランドの累積質量は、
【００１５】
【数３】
2005520632.tif 000004
【００１６】
［式中、
ｍstrandingは全てのストランドの累積質量を示す値であり、
ｍliqは吸収される液体の所定質量を示す値であり、
Φは、乾燥度品質値であり、
ＣＲＣは乾燥超吸収性ポリマーの質量当りの液体の質量の単位を有する遠心保持容量値であり、
ｍsapは超吸収性ポリマー粒子全ての累積質量を示す値であり、
Ｃstrandingは乾燥ストランドの質量当りの液体の質量の単位を有する吸収容量値である］
であり、超吸収性ポリマー粒子とストランドとが絡み合わさって、所定の多孔質（０．４〜０．９５の多孔性品質値を示し、０．４は液体質量の吸収後に最小多孔性品質を有する吸収性媒体を示し、０．９５は液体質量の吸収後に最大多孔性品質を有する吸収性媒体を示す）が更に達成され、遠心保持容量値は、下記式：
【００１７】
【数４】
2005520632.tif 000005
【００１８】
［式中、Ｆは４０．５８であり、乾燥超吸収性ポリマーの質量当りの液体の質量の単位を有し、
ＲΦは多孔性品質値であり、
ｆsは式：
【００１９】
【数５】
2005520632.tif 000006
【００２０】
による超吸収性ポリマーの質量分率である］
に従って求める。
【００２１】
本発明の一形態において、超吸収性ポリマー及び／又は吸収複合材料は、吸収設計−事例パラメーターのコンピュータ実施型算出の利用によって導き出される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明のこれ以上の特徴及び詳細は、本発明の好ましい実施態様の詳細な説明及び添付図面を検討することによってよく理解される。
図１は吸収性複合材料の構築モデルを示す。
図２は超吸収性複合材料中の乾燥度品質に関するグラフ図である。
図３は超吸収性複合材料における気孔率の問題に関するグラフ図である。
図４は飽和超吸収性複合材料における臨界剪断弾性率（臨界弾性率）及び対応する膨潤比に関するグラフ図を示す。
【００２３】
吸収性複合材料の設計において、多くの問題を許容可能なバランスのとれた状態まで解決する必要がある。超吸収性材料（「超吸収材」）は本明細書中で、その超吸収材の化学組成との関連でその物理的形態及びその全量を特定及び規定しなければならない。複合材料に関して透過性基礎網目構造もまた設計する場合には、これはその化学組成又は材料の種類との関連でその物理的形態及びその量を規定しなければならない。複合材料はまた、外形寸法を特徴とする、また通常は、内部部分又は内層を特徴とする構築形態を有する。各部分又は層は、特定の寸法及び構造上の性質を有する。これらの層の１つは吸収性媒体でなければならず、複合材料のその部分は、複合材料に送られた液体を全て密に結合し且つ複合材料の触知できる（触ることができる）外側表面に結合液体が移動しないように保持するための超吸収性材料を含む。吸収性媒体は場合によっては（しかし通常は）、超吸収性材料が全体に分散された透過性基礎網目構造を含むが、一実施態様の吸収性媒体は基礎網目のない超吸収性粒子の床である点にも注目しなければならない。特有の領域として、吸収性媒体の性能はモデル化された状況で特性決定されることができ、モデル化された状況は本明細書中で詳述されるような本発明に特有の特徴の基礎を与える。
【００２４】
本発明は、使用可能な吸収性製品を提供するために前記問題のそれぞれについて必ず詳細に検討しなければならないが、２つの意外な実験的発見が吸収性媒体の特性決定において重要であることを理解されたい。これに関しては、本発明者らは第一の意外な発見において、吸収性製品の実際の使用条件下において（例えば、限定はしないが、おむつ）、既存の超吸収性ポリマーは、ＣＲＣ法によって算出される量の液体を吸収せず、それどころかＣＲＣ法によって予測されるよりもはるかに少ない量の液体を吸収することを見い出した。実際的な条件下で吸収される量（「無限の」供給又は大過剰の液体ではなく、限られた量の液体）は、ここに示した発見によればＣＲＣ値の４５〜８５％の範囲内である。従って、現在のプラクティスの吸収材設計は未修正ＣＲＣ値に基づくのに対し、本発明の吸収材設計は、ＣＲＣ値の特定のフラクションに基づく。この重要な違いにより、本発明の媒体及び得られる複合材料は前記複合材料に送られる液体全てを密に結合することができ、それによって現在の吸収性複合材料に比較して優れた乾燥度を示すことができる。この第一の意外な発見についての詳細は本明細書中で更に説明する。
【００２５】
本発明者らは更に、湿潤及び膨潤された複合材料が最適気孔率を有し且つ従って、後から追加される液体に関して改良された液体透過度を有するように、複合材料中の超吸収性ポリマーの量及び性質を特定するための改良方法を見い出した。これに関しては、複合材料への液体の添加によってゲルの形態になった超吸収材の割合が大きいほど、低下した気孔率及び透過度が低下する。気孔率に関しては、本発明者らは、以下のような２つめの一連の関連した意外な発見をした：複合材料が液体を吸収する場合には、複合材料の体積変化は質量変化よりもはるか小さい倍率で拡大すること；圧縮圧力下では、膨潤複合材料の圧縮率は、（ａ）適用圧力及び（ｂ）膨潤ゲルの弾性率の直接的スケーリング関数によって効果的にモデル化され、この関数の指数は、本質的に滑らかな関数に従って吸収性複合材料中の超吸収性ポリマー粒子の質量分率によって決まること。本発明者らは更に、気孔率が最適な複合材料に関しては、ＣＲＣ臨界値が存在し、その値より上では複合材料は膨潤状態において不良な気孔率を示すことを発見した。このことの重要性は、（ａ）超吸収性ポリマーを含む複合材料の気孔率又は液体透過度は膨潤超吸収性ポリマーの粒状床の液体透過度と相関し且つ（ｂ）複合材料の設計はこの相関に基づくという、衛生製品業界における現在のプラクティスを対比させる「背景技術」の記述を反復することによって理解される。この第２の意外な発見についての詳細は本明細書中で更に説明する。
【００２６】
ここで、好ましい実施態様に使用する超吸収性材料に目を向けると、超吸収材は通常、化学的には、超吸収性ポリマー−一般にその質量の数倍（好ましくは１０倍超）の水又は他の水性液をその分子構造中に吸収できる水不溶性であるが膨潤性のポリマーとして言及され、本発明の吸収性ポリマー組成物は、水及び／又は身体の滲出液（例えば、尿又は月経分泌物）のような流体（即ち、液体）を大量に吸収でき且つ中圧下でこのような液体を保持できる材料である。典型的には、本発明の粒状吸収性ポリマー組成物は、ゲルの粘着をほとんど又は全く発生させずに膨潤し、流体を急速に吸収する。
【００２７】
本発明のポリマー組成物は、大量の液体を吸収できるポリマー材料（このような材料は通常、ヒドロゲル、親水コロイド、超吸収性材料又は吸収性ゲル化材と称される）から形成される。ポリマー組成物は好ましくは、実質的に水不溶性で吸収性のヒドロゲル形成性ポリマー材料の粒子を含んでなる。ポリマー組成物の粒子に有用なポリマー材料は多種多様であることができるが、一般には高分子電解質として記載されるか、又は性質が高分子電解質である。
【００２８】
本明細書において使用する用語「超吸収性材料」は、最も好適な条件下において塩化ナトリウム０．９重量％を含む水溶液中で、自身の重量の少なくとも数倍、好ましくは少なくとも１０倍、最も好ましくは少なくとも３０倍を吸収できる水膨潤性で水不溶性の有機又は無機材料を意味する。本発明の超吸収性材料として使用するのに適当な有機材料としては、寒天、ペクチン、グァーガムのような天然材料及びカルボキシメチルセルロースのナトリウム塩のような改質天然材料並びに合成ヒドロゲルポリマーのような合成材料が挙げられる。このようなヒドロゲルポリマーとしては、例えばポリアクリル酸のアルカリ金属塩、部分中和ポリアクリルアミド、エチレンマレイン酸無水物コポリマー、ポリビニルモルホリノン、並びにビニルスルホン酸のポリマー及びコポリマー、ポリアクリレート、ポリアクリルアミド並びに及びポリビニルピリジンが挙げられる。他の適当なポリマーとしては、加水分解アクリロニトリルグラフト化デンプン、アクリル酸グラフト化デンプン及びイソブチレンマレイン酸無水物コポリマー並びにそれらの混合物が挙げられる。使用に適当なポリマー材料の例としては、重合性で不飽和の酸含有モノマーから製造されるものが挙げられる。このようなモノマーとしては、少なくとも１個の炭素−炭素オレフィン性二重結合を含むオレフィン性不飽和酸及び無水物が挙げられる。更に詳しくは、これらのモノマーは、オレフィン性不飽和カルボン酸及び酸無水物、オレフィン性不飽和スルホン酸並びにそれらの混合物から選ばれることができる。いくつかの非酸モノマーもまた、本発明において前駆体粒子の製造に使用できる。このような非酸モノマーとしては、例えば酸含有モノマーの水溶性又は水分散性エステル並びにカルボキシル基もスルホン酸基も全く含まないモノマーが挙げられる。従って、任意の非酸モノマーとして、以下の型の官能基を含むモノマーが挙げられる：カルボン酸若しくはスルホン酸から得られるエステル、ヒドロキシル基、アミド基、アミノ基、ニトリル基及び第四アンモニウム塩基。オレフィン性不飽和カルボン酸及びカルボン酸無水物モノマーとしては、アクリル酸自体、メタクリル酸、エタクリル酸、α−クロロアクリル酸、α−シアノアクリル酸、β−メチルアクリル酸（クロトン酸）、α−フェニルアクリル酸、β−アクリルオキシプロピオン酸、ソルビン酸、α−クロロソルビン酸、アンゲリカ酸、桂皮酸、ｐ−クロロ桂皮酸、β−ステリルアクリル酸、イタコン酸、シトラコン酸、メサコン酸、グルタコン酸、アコニチン酸、マレイン酸、フマル酸、トリカルボキシエチレン及びマレイン酸無水物に代表されるアクリル酸類が挙げられる。オレフィン性不飽和スルホン酸モノマーとしては、例えば、脂肪族若しくは芳香族ビニルスルホン酸、ビニルスルホン酸、アリルスルホン酸、ビニルトルエンスルホン酸及びスチレンスルホン酸；スルホエチルアクリレート、スルホエチルメタクリレート、スルホプロピルアクリレート、スルホプロピルメタクリレート、２−ヒドロキシ−３−アクリルオキシプロピルスルホン酸、２−ヒドロキシ−３−メタクリルオキシプロピルスルホン酸及び２−アクリルアミドー２−メチルプロパンスルホン酸のようなアクリル及びメ���クリルスルホン酸が挙げられる。本発明に使用する他のポリマー材料はカルボキシル基を有する。これらのポリマーとしては、加水分解デンプン−アクリロニトリルグラフトコポリマー、部分中和デンプン−アクリロニトリルグラフトコポリマー、デンプン−アクリル酸グラフトコポリマー、部分中和デンプン−アクリル酸グラフトコポリマー、鹸化酢酸ビニル−アクリル酸エステルコポリマー、加水分解アクリロニトリル又はアクリルアミドコポリマー、前記コポリマーのいずれかの軽度に架橋した製品、部分中和ポリアクリル酸、及び部分中和ポリアクリル酸のわずかに網状架橋した製品が挙げられる。これらのポリマーは単独で、又は２種又はそれ以上のモノマー、化合物などから得られるポリマー混合物の形態で使用できる。
【００２９】
超吸収材は理論的には種々のシート又は粒状代替品の形態で提供されるが、それらは効果的には通常、１００〜１０００ミクロンの典型的なサイズを有する顆粒状粒子として提供される。本明細書においては、用語「粒状（ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ）」は、ポリマー組成物を構成する要素が「粒子（ｐａｒｔｉｃｌｅ）」と称される離散単位の形態であることを意味する。粒子は顆粒、粉末、球、フレーク、繊維、アグリゲート又はアグロメレートを含むことができる。従って、粒子は任意の所望の形状、例えば立方体形；棒状形；多面体形；球状形；丸みと帯びた形；角張った形；不規則な形；寸法が不揃いの不規則な形（例えば粉砕又は微粉砕工程の粉末製品又はアグリゲート）又は針状、フレーク状若しくは繊維状の形状のような最大寸法／最小寸法比の大きい形状を有することができる。用語「粒子」は更に、アグリゲート及び繊維を含む。本明細書中で使用する用語「アグリゲート」は、結合された２つ又はそれ以上の以前は独立している粒子（即ち、「前駆体粒子」）から形成された単一「粒子」を意味する。ある種の細長い又はフレーク状の粒子（例えば、限定はしないが、繊維又は棒状粒子）は、篩い分けによって効果的には分粒されず、粒度調整が必要な場合には、光学顕微鏡法を用いて対照サンプルの長さ及び幅を測定することによって分粒される。
【００３０】
粒子は広範囲に変化する粒度を有することができるが、特定の粒度分布及び粒度が好ましい。本発明では、粒度は、篩粒度分析によって確定される粒子又は前駆体粒子の寸法と定義される。従って、例えば、６００ミクロンの開口部を有する標準＃３０篩上に保持される粒子は、６００ミクロン超の粒度を有するとみなされ、６００ミクロンの開口部を有する＃３０の篩を通過し且つ５００ミクロンの開口部を有する標準＃３５の篩上に保持される粒子は、５００〜６００ミクロンの粒度を有するとみなされ、５００ミクロンの開口部を有する＃３５の篩を通過する粒子は５００未満の粒度を有するとみなされる。粒子は一般に、直径又は横断面が１００〜２０００ミクロンのサイズであるが、好ましくは１００〜１０００ミクロンの粒度を有するであろう。
【００３１】
場合によっては超吸収性粒子は粒子床として導入されるが、通常は、透過性基礎網目構造（ウェブ又はマトリックスとも呼ばれる）も吸収性媒体中に導入されて、超吸収性粒子が互いに間隔を開けて配置され、緩衝材が提供され、液体が媒体中を透過し且つ移動するように開気孔が提供され、全体として複合材料に強度が与えられる。最もよく使用される透過性基礎網目構造はセルロースフラフ（ｆｌｕｆｆ）（毛羽）である。セルロースフラフは、木材パルプ化プロセスから得られるセルロース繊維からなり、一般に吸収用に使用され、繊維のストランドは緩く絡み合わさって、絡み合わさったストランドよりも開気孔の容積比の大きい網目構造又はウェブを提供する（ここでストランドは、緩く織られた又はそうでなければメッシュ又はウェブの形態にされた複数のストランドをいい、ストランドは、柔軟な細長いストリング状の単位及び／又は柔軟で細長いストリング状のインターモーダルウェブセグメントと定義される）。合成ポリマーはまた、網目構造を構築するために繊維又はフィラメント（繊維状ポリマー）の形態にすることができる。他の天然繊維状材料（例えば、限定はしないが、綿及び／又はウール）は更に別のストランド型を提供する。別の選択肢においては、末端が接続ノードで結合されたストランド要素の細長いポリマーフィラメントストランドを有する透過性スポンジが網目構造を提供する。更に別の選択肢においては、機械的に織られた細長いポリマーフィラメントの透過性スポンジが網目構造を提供する。更に別の選択肢においては、発砲スポンジが網目構造を提供する。
【００３２】
網目構造は、その内部に超吸収性粒子が混ぜられることがなくても吸収能力を有することが多いことに留意されたい。これに関しては、天然及び人造スポンジ（水又は水性流体を吸収できる合成又は天然繊維の連続気泡弾性多孔質体）は液体を一時的に緩やかに結合することがよく知られ、家庭用の洗浄並びに身体の洗浄及び入浴に広く使用される。これに関しては、吸収容量値（最初に既知量のストランド成分を水で飽和させ、飽和ストランド成分を標準条件下で吸い取って、吸収されていない液体を除去し、そしてストランド成分の質量の増加を測定することによって測定された、ストランド成分の単位質量当たりの吸収された液体の質量）は、網目構造が液体を吸収する能力を確認するのに有用である。
【００３３】
超吸収性粒子が網目構造の体積全体によく混ぜ合わせられて、複合材料の吸収性媒体を形成する場合には、粒子は網目構造のストランドに付着するか又は網目構造のストランドによって物理的に閉じ込められ、粒子はそれらのストランドへの付着又はストランドによる閉じ込めによって網目構造全体に分散された位置に効果的に保たれる。これに関しては、網目構造は（ａ）全体として複合材料のための構造的支持を且つ（ｂ）網目構造全体に分散した超吸収性粒子を保持するための、混ぜ合わされた吸収性媒体内の基礎を提供する。
【００３４】
本発明の透過性基礎網目構造（ウェブ又はマトリックスとも称する）に使用するのに適当な繊維としては、セルロース系繊維、例えば木材パルプフラフ、綿及びリンター並びに改質セルロース繊維、レーヨン、ポリプロピレン及びポリエステル繊維を含む合成ポリマー繊維、例えばポリエチレンテレフタレート（ＤＡＣＲＯＮ）（商標）、親水性ナイロン（ＨＹＤＲＯＦＩＬ）（商標）、セルロースアセテート、アクリル樹脂、ポリ酢酸ビニル、ポリアミド（例えば、ナイロン）、多成分繊維及びそれらの混合物が挙げられる。親水性繊維材料が好ましい。適当な親水性繊維材料は、すでに述べたいくつかの他に、親水化疎水性繊維、例えばポリエチレン若しくはポリプロピレンのようなポリオレフィン、ポリアクリル樹脂、ポリアミド、ポリスチレン及びポリウレタンから得られた表面処理又はシリカ処理熱可塑性繊維である。本発明においていくつかの吸収性部材中で有用であることができる他のセルロース系繊維材料は、化学的に剛化されたセルロース系繊維である。化学的に剛化されたセルロース系繊維はまた、架橋剤によってセルロース繊維を内部架橋させることによって生成できる、剛化され、撚られ、カールされたセルロース系繊維として有効である。
【００３５】
超吸収材及び網目構造材料についてのこれ以上の詳細は、ＷＯ  ９９−１７６９４、米国特許第５，３３０，８２２号及び米国特許第５，８４３，０５９号に示されている。
【００３６】
ここで図１を参照すると、吸収性複合材料１００の構築モデルが示されている。複合材料１００は上部ティッシュカバー１０２及び下部ティッシュカバー１０４を有し、ティッシュカバー１０２、１０４は、それぞれ、吸収性媒体１０６を囲む薄い多孔質の湿潤性ラップを提供し、一般に湿潤時には媒体１０６に追加強度を与える。媒体１０６は更に、媒体１０６全体に分散されるように超吸収性ポリマー（ＳＡＰ）粒子１１０を保持する基礎網目構造（ウェブ）を規定する、絡み合わされたストランド１０８から作られる。ストランド１０８は絡み合わされ、、それによって網目構造は、ティッシュカバー１０２を通って超吸収性ポリマー粒子１１０に移動する液体の急速な流体連通を生じる透過性基礎網目構造となるように充分なボイド空間を提供する。全ての超吸収性ポリマー粒子１１０の集まりが媒体１０６内のポリマー成分部分を規定し、全ての絡み合わされたストランド１０８の集まりが媒体１０６内のストランド成分部分を規定する。図示された選択肢において、透過性基礎網目構造は、透過性移動を提供するように配列されたストランドから作られ；従って、図示された透過性基礎ストランドは、透過性基礎網目構造のより具体的な選択肢である。別の実施態様において、透過性基礎網目構造は、末端が接続ノードで結合された細長いポリマーフィランメントの透過性スポンジである。別の選択肢においては、発砲スポンジが透過性基礎網目構造を提供する。更に別の選択肢においては、機械的に織られた細長いポリマーフィラメントの透過性スポンジが透過性基礎網目構造を提供する。透過性基礎ストランドの好ましい具体的実施態様はセルロースフラフである。
【００３７】
特有の領域としての媒体１０６に関しては、ここに、本明細書中で詳述する本発明の具体的特徴の基礎を提供するためにモデル化された状況を示す。
【００３８】
吸収性媒体１０６は、網目構造１０８、超吸収性ポリマー粒子１１０及びそれらの間の全ての気孔空間からなる。気孔には乾燥状態では空気が満たされているが、湿潤状態では繊維又は超吸収性ポリマー粒子のいずれでも吸収されない液体と空気との混合物が一般に満たされている。吸収性媒体中における液体の物質収支は、以下の数式：
【００３９】
（１）  ｍliq＝ｍpores＋Ｃfiberｍfiber＋γｍsap
【００４０】
［式中、ｍliqは吸収性媒体中の全ての液体の累積質量であり；ｍporesは気孔中の液体の質量であり；Ｃfiberは繊維物質の比吸収率（本明細書中では、繊維の吸収容量値として示す）であり；ｍfiberは媒体中で使用する全ての繊維の累積質量であり；γは超吸収性ポリマーの比吸収率であり；ｍsapは媒体中の全ての超吸収性ポリマー粒子の累積質量である］
に従って、任意の所定の質量の吸収性媒体によって吸収される液体の質量が、個々の繊維、超吸収性ポリマー粒子及び気孔空間によって吸収された液体の質量の合計とみなされることを示している。本発明において、吸収性媒体は気孔中の液体の質量がゼロである場合に完全に乾燥しているとみなす。従って、数式（１）は下記のように単純化できる：
【００４１】
（２）  ｍliq＝Ｃfiberｍfiber＋γｍsap
【００４２】
「背景技術」の項で述べたように、超吸収性ポリマーの吸収容量は、従来、遠心保持容量（ＣＲＣ）試験によって測定されている。ＣＲＣ値は、従来、超吸収性ポリマーの比吸収率γの値によって特定されている。これが実際的な使用法では超吸収性ポリマーの比吸収率の不適当な尺度であることは意外な発見である。ＣＲＣが実際的な使用法で比吸収率の尺度として使用される場合には、適用された液体は、繊維物質及び超吸収性ポリマーによって完全には吸収されることができず、吸収性媒体は湿っている。超吸収性ポリマーの比吸収率は、下記数式：
【００４３】
（３）  γ＝ΦＣＲＣ
【００４４】
［式中、Φの数値は一般に１とされる］
に従って、ＣＲＣ及び乾燥度品質値Φの積として書かれる。数式（２）は、（３）を含むように以下のように書き換えられる：
【００４５】
（４）  ｍliq＝Ｃfiberｍfiber＋ΦＣＲＣｍsap
【００４６】
更に、吸収性媒体の総乾燥質量は、下記数式：
【００４７】
（５）ｍT＝ｍfiber＋ｍsap
【００４８】
に従って、繊維網目構造及び超吸収性ポリマー粒子の質量の合計である。この式は、以下の恒等式に整理し直すことができる：
【００４９】
【数６】
2005520632.tif 000007
【００５０】
ｆsを、乾燥吸収性媒体の質量に対する乾燥超吸収性ポリマー累積の質量の比（即ち、ｆsは、乾燥吸収性媒体中の超吸収性ポリマー粒子の質量分率である）と定義して、前記数式は、以下のように、ｆsによって乾燥繊維の質量分率に関する式を与えるように整理し直すことができる：
【００５１】
【数７】
2005520632.tif 000008
【００５２】
乾燥成分の質量分率に関するこれらの式は、以下のように、吸収性媒体の総乾燥質量及び超吸収性ポリマー粒子の質量分率によって各成分の質量に関する式を与えるように整理し直すことができる：
【００５３】
（８）ｍfiber＝ｍT（１−ｆs）
【００５４】
（９）ｍsap＝ｍTｆs
【００５５】
（８）及び（９）を（４）中に代入すると、下記数式が得られる：
【００５６】
（１０）ｍliq＝ＣfiberｍT（１−ｆs）＋ΦＣＲＣｍTｆs
【００５７】
この式は、液体の質量を吸収するのに必要な吸収性媒体の総質量に関する式を与えるように整理し直すことができる：
【００５８】
【数８】
2005520632.tif 000009
【００５９】
吸収性媒体の気孔率は、以下の脈絡の中で説明できる。吸収性媒体１０６は、絡み合わされた繊維又は網目構造１０８、超吸収性ポリマー粒子１１０及びそれらの間の全ての気孔空間からなる。これらの気孔には、乾燥状態では空気で満たされ、湿潤状態では、繊維又は超吸収性ポリマー粒子のいずれによっても吸収されない液体と空気との混合物で一般に満たされる。吸収性媒体の総容積は以下のように個々の成分の容積の合計によって示される：
【００６０】
（１２）ＶT＝Ｖpores＋Ｖfibers＋Ｖsap
【００６１】
この式を数学的に整理し直して、下記数式を得ることができる：
【００６２】
【数９】
2005520632.tif 000010
【００６３】
［式中、個々の容積比はそれぞれ、気孔の容積分率、繊維の容積分率及び超吸収性ポリマー粒子の容積分率を表す］。
吸収性媒体の気孔率は気孔の容積分率と定義され、従って、以下のように書き直すことができる：
【００６４】
【数１０】
2005520632.tif 000011
【００６５】
吸収性媒体中に存在する繊維の容積は、それらの密度で割ったそれらの総質量で示される。選択された特定の繊維状物質が液体を一部吸収する場合には、その吸収は、繊維吸収容量Ｃfiberによって確認することができる。次いで、湿潤状態における繊維の容積が、下記数式に従って繊維の乾燥容積と吸収された液体の容量との和によって示される：
【００６６】
【数１１】
2005520632.tif 000012
【００６７】
吸収性媒体中に存在する超吸収性ポリマー粒子の容積は、それらの密度で割ったそれらの総質量で示される。粒子が液体で膨潤される場合には、その吸収は、粒子が吸収した液体の質量を粒子の乾燥質量で割った比である膨潤比Ｑによって確認されることができる。次いで、湿潤状態における超吸収性ポリマー粒子の容積は、以下の数式に従って、超吸収性ポリマー粒子の乾燥容積と超吸収性ポリマーが吸収した液体の容量との和によって示される：
【００６８】
【数１２】
2005520632.tif 000013
【００６９】
（８）からの乾燥繊維の質量の式を（１５）に代入し、（９）からの乾燥超吸収性ポリマー累積の質量に関する式を（１６）に代入し、次いで、（１５）及び（１６）の変形式を（１４）に代入して、湿潤時の圧縮されていない複合材料の気孔率（Φ0）に関する以下の式が得られる：
【００７０】
【数１３】
2005520632.tif 000014
【００７１】
式（１７）において、角括弧内の量は、繊維及び超吸収性ポリマー粒子が液体を吸収すると成分の質量がどの程度増加するか又は増えるかを説明する。吸収及び膨潤の間における吸収性媒体の質量の変化だけでなく、複合材料の体積ＶTも変化する。複合材料の体積は、成分の質量と同じ率では変化しない可能性があり、従って、吸収及び膨潤の間に気孔率の変化が起こり得る。本発明者らは、複合材料の体積変化は式（１７）の角括弧内と同じ項を有する倍率で増加するが、質量変化に関するよりもはるかに小さい値が累乗されるという意外な発見をした。数式の項において、湿潤複合材料の体積は、以下の数式：
【００７２】
【数１４】
2005520632.tif 000015
【００７３】
［式中、指数ｑの値は、使用される繊維状網目構造の具体的な型によって決まる］
に従って乾燥複合材料の体積から増える。ＶTに関するこの式を数式（１７）に代入すると、気孔率に関する以下の数式が得られる：
【００７４】
【数１５】
2005520632.tif 000016
【００７５】
［式中、指数ｍ＝１−ｑ］。量ｍT／ＶTdryは乾燥吸収性複合材料のかさ密度であることは明白であろう。対照となるほとんどの状況に関して、角括弧内の和の第１項（繊維項）は第２項（超吸収性ポリマー項）に比較して小さく、無視することができ、従って、超吸収性ポリマーを含む複合材料の気孔率に関しては以下の単純化された数式が得られる：
【００７６】
【数１６】
2005520632.tif 000017
【００７７】
吸収性複合材料の気孔率に関する前記記載は、このような複合材料を含むおむつの上に座る乳児によって加えられるような外部からの圧縮のない場合にも当てはまる。このような外部からの圧縮による圧力に対する超吸収性複合材料の気孔率の依存性に関するモデル化において、このような複合材料とフォームとの類似性は貴重である。これに関しては、Ｓ．Ｓｗｙｎｇｅｄａｕらによる研究、”Ｍｏｄｅｌｓ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｂｉｌｉｔｙ  ｏｆ  Ｌａｙｅｒｅｄ  Ｐｏｌｙｍｅｒｉｃ  Ｓｐｏｎｇｅｓ”，Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  ａｎｄ  Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｖｏｌｕｍｅ  ３１，ｎｕｍｂｅｒ  ２，１４０〜１４４頁（１９９１）がある。その研究において１４１頁においてモデル化された関係（モデルＡ）を利用して、本発明者らは数式２１による変形を前提とし、別の実験的取り組みによって、このような膨潤複合材料の圧縮率が、適用圧力Ｐ及び膨潤ゲルの弾性率Ｇの単純なスケーリング関数によって理解され、従って設計されるという意外な発見をした。この関数のスケーリング指数は、吸収性複合材料における超吸収性ポリマー粒子の質量分率によって決まる。数学的には、これは、非圧縮気孔率Φ0に対する、圧縮Ｐ下における複合材料の気孔率（ここではΦと示される）の比ＲΦを記載する以下の数式によって示される。
【００７８】
【数１７】
2005520632.tif 000018
【００７９】
この場合、指数ｎは、複合材料の圧縮に対する感受性を決定する。パッドの最適気孔率挙動は、任意の圧縮時におけるパッド中の気孔率の保持によって規定される。本発明者らは、指数ｎの値が、図３に示された本質的になだらかな関数に従って複合材料中の超吸収性ポリマーの質量分率によって決まり、且つ従って、測定値の傾向は数式：
【００８０】
（２２）  ｎ＝ｆs1.83＋０．０７
【００８１】
によって効果的に表されるという意外な発見をした。この特性を数式（２０）に取り入れることによって、複合材料の気孔率に関する以下の式が得られる：
【００８２】
【数１８】
2005520632.tif 000019
【００８３】
気孔率比ＲΦに関する数式を整理し直すことによって、圧縮Ｐ下において所望の気孔率を生じるのに必要なポリマーの剪断弾性率（弾性率）に関する数式が得られる（ＰとＧの単位は同一である）。これは、圧縮Ｐにおける臨界剪断弾性率と称する。
【００８４】
【数１９】
2005520632.tif 000020
【００８５】
最終計算のための数値基準を与えるために対照圧力が任意に選ばれ、Ｐ＝２０６８４．３ダイン／ｃｍ2（０．３ｐｓｉ）である。圧力が０．３ｐｓｉ以外である場合には気孔率が他の値をとることは当業者には明白である。他の圧力における気孔率比の値は、数式（２４）から導かれた以下の関係から求められる。
【００８６】
【数２０】
2005520632.tif 000021
【００８７】
［式中、ＲΦ2は圧力がＰΦrefからＰ2に変化された場合の新しい気孔率である］。指数ｎは数式（２２）によって示される。
【００８８】
数式（２４）からの必須の、又は臨界剪断弾性率（弾性率）と膨潤比（飽和時）の対応する値との関係は、実験（図４）によって以下のようであることがわかった：
【００８９】
【数２１】
2005520632.tif 000022
【００９０】
［式中、ＣＲＣの単位はｇ／ｇであり、Ｇの単位はダイン／ｃｍ2である］。複合材料において実際に使用されるＣＲＣは、気孔率の基準が満たされるためにはこの値（選択されたｆs値における）以下でなければならない。
【００９１】
数式（２２）、（２４）及び（２６）を合わせることによって、ｆsによって示される組成を有する組成物において望ましい気孔率を得るのに有用な膨潤比の最大値ＣＲＣに関する式が得られる。
【００９２】
【数２２】
2005520632.tif 000023
【００９３】
最適な乾燥状態で且つ最適な多孔質の吸収性媒体は、式（２７）からのＣＲＣに関する式を複合材料の総乾燥質量に関する式、数式（１１）に代入することによって表すことができ、下記式が得られる。
【００９４】
【数２３】
2005520632.tif 000024
【００９５】
ここで、本発明における実験的に明らかにされた問題に目を向けると、図２、３及び４は、数式：
【００９６】
【数２４】
2005520632.tif 000025
【００９７】
及び
【００９８】
【数２５】
2005520632.tif 000026
【００９９】
中における乾燥度品質値（ｄｒｙｎｅｓｓ  ｑｕａｌｉｔｙ  ｖａｌｕｅ）、多孔性品質値（ｐｏｒｏｕｓ  ｑｕａｌｉｔｙ  ｖａｌｕｅ）及び固有値における重要な因子に関連し且つそれらを規定する実験室的研究の結果を示す。
【０１００】
図２は、乾燥度品質値に関する図式データを示す。乾燥度品質値のコンセプトは、ポリマーのＣＲＣ×試験において使用されたＳＡＰの質量×液体分率値の積に等しい量の液体中におけるＳＡＰ膨潤の測定値から得られる。最初に、遠心ティーバッグ試験に従って過剰液体浴中でＳＡＰの膨潤度を測定して、ポリマーのＣＲＣ値を求める。次いで、同一ポリマーの新しいサンプルを用いて、生理食塩水を一定量だけ添加した場合の膨潤度を測定する。生理食塩水の一定量を前記液体分率比に従って変化させて、種々の量の液体へのポリマーの反応を測定する。異なるＣＲＣ値を有するポリマーに関しては、一定量の液体中における膨潤の結果を、過剰液体量における膨潤度（ＣＲＣ値）に対する一定液体量における膨潤度の比を記録することによって正規化できる。試験したポリマーは、図２に示すように単一曲線に沿う傾向があった。正規化された比は、比が吸収比予想値よりも小さい場合の乾燥度品質値を規定する。
【０１０１】
おむつのような吸収性製品の実際の使用条件下において、超吸収性ポリマーが、従来のＣＲＣ法によって算出された量の液体を吸収しないことは意外な発見である。試験した全ての超吸収性ポリマーは、従来のＣＲＣ法によって予測されるよりもはるかに少ない量の液体しか吸収しない。実際的な条件下で吸収される量（「無限」供給量又は大過剰の液体ではなく、限られた量）は、ＣＲＣ値の４５〜８５％である。０．４５（４５％）の逆数は２．２２の値であること及び０．８５（８５％）の逆数は１．１８の値であることを留意されたい。従って、現在のプラクティスの吸収材設計はＣＲＣ値に基づくが、本発明の吸収材設計は、ＣＲＣ値の４５〜８５％の特定の割合に基づく。この重要な差により、本発明の複合材料は、複合材料に送られた液体全てを密に結合することが可能になり、従って、未修正のＣＲＣ値に基づく現在の吸収性複合材料に比較して優れた乾燥度を示すことができる。従って、吸収設計−事例パラメーターは１．１８〜２．２２倍して、所望の全触感乾燥度に応じて超吸収性ポリマー累積の適当な質量を規定する。図２の検討から明白になことであるが、液体の所定の目標吸収量に関して吸収設計−事例パラメーターの２．２２倍より大きい質量の超吸収性ポリマー累積を導入する場合、乾燥度品質は２．２２倍で得られる以上には有効に改良されず、従って、吸収性媒体１０６は、目標重量の吸収水性液を含む超吸収性ポリマー累積が持続した触感乾燥度を生じる結果を得るのに、目標重量の水性液が吸収された後の超吸収性ポリマー累積内の遊離水性液を効果的に最小にする充分に最小の量（即ち、望ましい触感乾燥度を与える経済効率のよい量）の超吸収性ポリマーを提供しない。これに関しては、図２は、吸収される所定の目標量の液体に関して導入された吸収設計―事例パラメーターの２．２２倍より大きい質量の超吸収性ポリマー累積は実際には触感乾燥度の達成には「過剰」であることを示している。図２の検討から明らかなことであるが、吸収される所定の目標量の液体に関して吸収設計―事例パラメーターの１．１８倍未満の超吸収性ポリマー累積が導入される場合、遊離液体が媒体１０６中に存在し、最小乾燥度品質は現実的には達成されず、従って、吸収性媒体は、目標重量の吸収水性液を含む超吸収性ポリマー累積が持続した触感乾燥度を生じる結果を得るのに、目標重量の水性液が吸収された後の超吸収性ポリマー累積内の遊離水性液を効果的に最小にする充分に最小の量の超吸収性ポリマーを提供しないであろう。これに関しては、図２は、吸収される所定の目標量の液体に関して導入された吸収設計―事例パラメーターの１．１８倍未満の質量の超吸収性ポリマー累積は所望の触感乾燥度を達成するのに不十分であることを示している。しかし、超吸収性ポリマー累積の質量が、吸収設計−事例パラメーターに１．１８〜２．２２（目標液体量の吸収後の吸収性媒体に関して望ましい触感乾燥度による）を掛けることによって水性液の目標重量から算出される場合には、目標重量の水性液の吸収後の吸収性媒体中の遊離水性液を効果的に最小にするのに（即ち、目標液体量の吸収後の吸収性媒体に関して望ましい触感乾燥度を効果的に達成するのに）充分に最小の量（即ち、経済的な量）の超吸収性ポリマーが提供され、目標重量の吸収水性液を含む超吸収性ポリマー累積が持続する触感乾燥度を提供するという結果が得られる。
【実施例】
【０１０２】
以下の実施例は更に、図２、３及び４の根拠を明確にする。
【０１０３】
実施例１
２０種の超吸収性ポリマーからなるサンプルセットを選択して、種々の実験化学及び架橋結合密度並びにいくつかの商業的供給元に由来する材料を準備した。以下の方法に従って、２０種のサンプルのそれぞれについてＣＲＣを求めた。
【０１０４】
方法に関する導入説明のために、ポリマーの少量のサンプルをティーバッグの内側にシールし、塩水中に３０分間浸漬し、遠心分離して、吸収されなかった液体を除去した。ポリマーの初期質量に対する吸収溶液の質量の比を遠心保持容量（ＣＲＣ）とした。特定の粒度範囲のほとんどのサンプルは、試験の３０分の吸収時間で本質的にそれらの最大膨潤能力に到達した。著しく吸収の遅いサンプルに関しては、そのサンプルが本質的にその最大膨潤容量に到達することを保証するために、必要に応じて吸収時間を３０分を超えて延長させた。
【０１０５】
詳細には、サンプルの粒度分布の差による吸収速度の差を最小にするために、超吸収性ポリマーサンプルを篩にかけて（Ｕ．Ｓ．Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｓｉｅｖｅｓ又は相当物）、３０メッシュ（６００ミクロン）の篩を通過するが５０メッシュ（３００ミクロン）の篩上に保持されるフラクションを得た。ティーバッグの紙（ヒートシール可能，幅６．３５ｃｍ；Ｋ−Ｃ  Ｇｒａｄｅ  ５４２又は相当物；Ｋｉｍｂｅｒｌｙ−Ｃｌａｒｋ  Ｃｏ．，２１００  Ｗｉｎｃｈｅｓｔｅｒ  Ｒｄ．，Ｎｅｅｎａｈ，Ｗｉｓｃｏｎｓｉｎ  ５４９５６から市販）を長さ１２．７ｃｍのストリップに切断し、紙のシール可能な面を内側にして半分に折って、６．３５×６．３５ｃｍの四角形を形成した。高温の洋服用アイロン又は同等なヒートシーラーを用いて、３つの開いている辺のうち２つをシールした（シーム幅約０．６３５ｃｍ）。空のティーバッグにラベルを付け、秤量した（化学天秤：０．０００１ｇを測定可能，Ｍｅｔｔｌｅｒ  Ｍｏｄｅｌ  ＰＭ４６０又は相当物，Ｍｅｔｔｌｅｒ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ  Ｃｏｒｐ．，Ｐｒｉｎｃｅｔｏｎ−Ｈｉｇｈｔｓｔｏｗｎ  Ｒｏａｄ，Ｈｉｇｈｔｓｔｏｗｎ，ＮＪ  ０８５２０から市販）。この質量をＷ１として記録した。ポリマーのサンプル（０．２００ｇ±０．００５ｇ）をティーバッグ中に加え、サンプル＋ティーバッグの質量をＷ２として記録した。バッグをヒートシーラーによってシールし、バッグ全体に均一にポリマーを分布させるために水平に保持した。ブランクとして使用するために各サンプル又はサンプルバッチについて２つの空のバッグを用意した。Ｆｉｓｈｅｒ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ  Ｃｏｍｐａｎｙから市販されているステンレス鋼のユーティリティートレイ（３９×２４．８×６．３５ｃｍ）を０．９質量％のＮａＣｌ溶液で３／４まで満たした。サンプルバッグ及びブランクを、ポリマー被覆ガラス繊維スクリーンの１つ（開口部約０．６３５ｍｍ，３５．６×２０．３ｃｍ，Ｔａｃｏｎｉｃ  Ｐｌａｓｔｉｃ  Ｉｎｃ．，Ｐｅｔｅｒｓｂｕｒｇ，ＮＹから市販）の上に置き、もう１つのスクリーンをバッグの上に置いた。アセンブリを、ＮａＣｌ溶液で満たされたトレイ中にゆっくりと降ろし、タイマーをスタートさせた（Ｌａｂタイマー：３０分計，１秒まで読み取り可能，Ｆｉｓｈｅｒ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ  Ｃｏｍｐａｎｙから市販）。３０分後、アセンブリをＮａＣｌ溶液から取り出した。トングを用いて、バッグを遠心分離バスケット中に向かい合わせに対にして入れ（２つのブランクは互いに向かい合っていなければならない）、遠心分離機をバランスさせた（遠心分離機：速度１５００ｒｐｍに対応，Ｄｙｎａｃ  ＩＩモデル又は相当物，Ｆｉｓｈｅｒ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ  Ｃｏｍｐａｎｙから市販）。蓋を閉めた後、遠心分離機を始動させ、１５００ｒｐｍの速度に達した後に３分間運転した。３分後、遠心分離機のブレーキをかけて、バスケットを停止させた。トングを用いて遠心分離機からブランクを除去し、秤量した。平均質量をＢ１として記録した。サンプルバッグを遠心分離機から取り出し、秤量し、質量をＷ３として記録した。
【０１０６】
遠心保持容量（ＣＲＣ）を以下のようにして計算した：
【０１０７】
【数２６】
2005520632.tif 000027
【０１０８】
［式中、ＣＲＣ＝遠心保持容量、
Ｗ１＝空のサンプルティーバッグの乾燥質量
Ｗ２＝ティーバッグ及びサンプルの乾燥質量
Ｗ３＝ティーバッグ及びサンプルの湿潤質量、
Ｂ１＝ブランクティーバッグの平均湿潤質量］。
【０１０９】
この方法で得られたデータは、平均遠心保持容量２８．６ｇ／ｇで相対標準偏差０．６５％を示した。この値は、９５％の信頼水準において平均から＋１．４３相対％以下だけ外れると予測されるかもしれない。
【０１１０】
サンプルの基本的性質を以下の表Ｉに示す。サンプルの架橋結合密度によって相互に関連づけられるＣＲＣ値対剪断弾性率のグラフを図４に示す。
【０１１１】
【表１】
2005520632.tif 000028
【０１１２】
超吸収性ポリマーの剪断弾性率（ＳＡＰ弾性率）は、膨潤粒子の充填床上で測定した。以下の「飽和及び吸い取り法」の項において概説したように、各超吸収性ポリマーの膨潤度Ｑcompは、セルロース繊維の存在下における膨潤実験から求めた。次いで、Ｑcompに必要な量の０．９％のＮａＣｌ溶液を既知量のポリマー（３０〜５０メッシュの粒子）に添加し、ポリマーに６０分間食塩水溶液を吸収させ、次いで方法についての前述説明に従ってゲルの充填床上で剪断弾性率を測定することによって、超吸収性ポリマーの新しいサンプルを製造した。得られた値を前記表Ｉに示す。
【０１１３】
実施例２
限られた量の液体しか使用できない場合の超吸収性ポリマーの膨潤度を算出するために、Ｌｉｍｉｔｅｄ  Ｔｅａ  Ｂａｇ  Ｓｗｅｌｌｉｎｇ試験を用いた。粒状超吸収性ポリマーサンプルの３０〜５０メッシュのカットを単離し、次いで極めて大過剰量の０．９％  ＮａＣｌ溶液中で１対のティーバッグを用いて各サンプルに関する標準遠心保持容量値を測定した。次に、各サンプルについて、超吸収性ポリマー０．２ｇを含む１対のティーバッグ（相当するＣＲＣ測定に使用されたのと本質的に同一である）を作った。各ティーバッグを直径８．８９ｃｍのペトリ皿中に入れ、次いで食塩溶液をティーバッグに添加した。食塩水の量は、ティーバッグ中のポリマーの質量×そのＣＲＣ値×所望の膨潤率（ｆｒａｃｔｉｏｎａｌ  ｓｗｅｌｌｉｎｇ）＋ティーバッグを湿潤させるのに必要な食塩水の０．３５ｇ過剰に等しかった。ペトリ皿にカバーし、ティーバッグを６０分間放置した。次に、ティーバッグの組合せの対を、標準ＣＲＣに関するのと全く同様にして遠心分留した。バッグを秤量し、超吸収性ポリマーの膨潤容量を常法に従って計算した。各ポリマーの膨潤度を、０．４、０．６、０．８、１．０及び２．０の液体分率値×ＣＲＣ値に等しい食塩水容量を用いて測定した。限られた液体容量において測定された膨潤度を、大過剰の液体中で測定された膨潤度（ＣＲＣ値）で割ることによって、正規化膨潤値を計算した。
【０１１４】
図２において、正規化膨潤値を液体分率値に対してプロットする。試験したポリマーサンプルは全て、同様にして限られた容量の液体を吸収したことが明白である。
【０１１５】
各液体分率値において、ポリマーはＣＲＣ値より低い値まで膨潤した。正規化膨潤値は全て、１より小さい。ＳＡＰは全て、それらの架橋性又は架橋度に関係なく、同様に挙動した。
【０１１６】
また、図２には、１００％又はそれ以下の液体分率値に関しては、ＣＲＣに個々の液体分率値を掛けることによって算出された値に膨潤が等しいはずであるという従来の「予想」を表す直線部分が描かれている。１００％より大きい液体分率値に関しては、従来の予想は、ポリマーがＣＲＣ値に等しい液体を吸収するということである。測定値を直線の「予想」に比較することによって、グラフは、ＳＡＰが、それらのＣＲＣの４０％又はそれ以下においてインサルトされる場合には、それらに適用された液体の全てを吸収することを示すが、測定された吸収は、添加される液体が多いほど予想線から離れる。測定された吸収は、１００％のＣＲＣに等しいインサルトにおいて予想線から最も離れる。液体が１００％を超えると、ＳＡＰは大きい食塩水浴中で水浸しになり、ＳＡＰの膨潤は徐々にＣＲＣ値に近づく。吸収されない大過剰の液体を費やしたことを除いては、測定された吸収は改良される。しかし、添加液体量が、２×ＣＲＣ値×ポリマーの質量より多くなるまではＣＲＣ値に達しない。
【０１１７】
パッドの組み立て：セルロースフラッフ及び超吸収性ポリマーからなる複合材料パッドを、超吸収性ポリマー１．００ｇ、セルロースフラフ１．００ｇ及び直径７．６２ｃｍのパッドの上部及び下部のティッシュペーパーを用いてパッド成形機中で作成した。１００℃まで加熱されたＤａｋｅ液圧プレス中で、厚さ０．３１８ｃｍのスペーサ・シムを用いて熱圧縮した。３種の異なるポリマーサンプルを用いて、本発明を実証した。サンプルは主として、ポリマーが吸収できる０．９％塩化ナトリウム溶液の最大量を制御する架橋結合密度が異なるものであった。最大吸収量は各サンプルについて工業基準遠心保持容量試験を用いて算出した。組み立てのための基礎としてのＳＡＰのこのＣＲＣ値を用いて作成したパッドを対照例とした。ＣＲＣの６０％又は８０％の値を用いて作成したパッドを本発明の例とした。他の本発明のパッド構造は式（１１）を用いて作成することができる。
【０１１８】
パッドの湿潤化：  各パッドをプラスチックのペトリ皿に入れ、計算量の０．９％塩化ナトリウム溶液で湿潤させた。この計算量は、パッド中の超吸収性ポリマーの質量にそのＣＲＣ値を掛けた積によって求めた。ペトリ皿にカバーをし、パッドを６０分間室温に放置した。
【０１１９】
吸い取り法による非吸収液体の測定：  所定の放置時間後、以下の手順に従ってパッドを吸い取り、吸収されなかった液体を除去して測定した。直径約７．６２ｃｍの各膨潤パッドを、直径７．６２ｃｍの吸い取り紙カードの８枚重ねのディスク（吸い取り紙カードの総乾燥質量は１２．５ｇである）の間に挟んだ。４枚のディスクを膨潤バッドの下側表面に接触させ、４枚のデスクを膨潤パッドの上側表面に接触させた。次いで、５ｋｇのおもりをサンドイッチの上部に置き、５分間留置した。フラフ又は超吸収性ポリマーによって吸収されていない膨潤パッド中の液体は、吸い取り紙カードの多孔質構造中に吸い取られた。パッドの上側表面及び下側表面からカードを取り除き、湿潤し且つ吸い取られた状態でパッドの質量を測定した（「吸い取られた」とは、前記手順で吸い取り紙カードに移ることができた、パッド内に既にあった本質的に遊離している液体の、パッドによる本質的に完全な物質移動の損失を意味する）。吸収されなかった液体の量は、パッドに最初に加えられた質量から、吸い取り後のパッドによる正味吸収を引いた差によって計算した。パッドの乾燥度は、２つの方法のいずれかを用いて比較できた。分配係数は、吸収された液体の質量に対する、非吸収液体の質量の比と定義できた。従って、小さい分配係数値が乾燥吸収材構造には望ましかった。あるいは、パッドの遊離飽和値（ｆｒｅｅ  ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ  ｖａｌｕｅ）は、膨潤し且つ吸い取られたパッドの質量に対する非吸収液体の質量の比と定義できた。以下の表ＩＩは結果を示す。本発明の組成物は、従来の方法によって作成されたパッドに比較して、より小さい遊離飽和値及びより小さい液体分配係数値によって示されるように改良された乾燥度を有する。
【０１２０】
【表２】
2005520632.tif 000029
【０１２１】
本発明の設計容量法に対比して「対照の」設計容量法を用いて作成したパッドのいくつかの比較を表ＩＩに示す。液体２２ｇの対照設計容量で作成されたパッドはパッド２２−３であり、遊離飽和が０．２４８であった。これは、液体２２ｇの本発明の設計容量を有するパッド、パッド３８−１（遊離飽和０．０３７）と比較できる。液体２９．４ｇの対照設計容量で作成されたパッドは２９−３であり、遊離飽和が０．３２６であった。これは、本発明のパッド３８−２（遊離飽和０．１５３）と比較できる。
【０１２２】
実施例３
前述のように、一実施態様において吸収性媒体は、基礎網目構造のない超吸収性粒子の床であったが、別の実施態様においては吸収性媒体はたいてい、超吸収性材料が全体に分散された透過性基礎網目構造を含んでいた。気孔率は、超吸収材が分散された網目構造の透過性において問題となることが多かった。第２の意外な発見において、本発明者らは、以下のような２つ目の一連の関連した意外な発見をした：複合材料が液体を吸収する場合には、複合材料の体積変化が質量変化よりもはるか小さい倍率で拡大すること；圧縮圧力下では、膨潤複合材料の圧縮率は、（ａ）適用圧力及び（ｂ）膨潤ゲルの弾性率の直接的スケーリング関数によって効果的にモデル化され、この関数の指数は、本質的になだらかな関数に従って吸収性複合材料中の超吸収性ポリマー粒子の質量分率によって決まること。本発明者らは更に、最適な多孔質の複合材料に関しては、ＣＲＣの臨界値が存在し、その値より上では複合材料は膨潤状態において不良な気孔率を示すことを発見した。このことの重要性は、（ａ）超吸収性ポリマーを含む複合材料の気孔率又は液体透過度は膨潤超吸収性ポリマーの粒状床の液体透過度と相関し且つ（ｂ）複合材料の設計はこの相関に基づくという、衛生製品業界における現在のプラクティスを対比させる「背景技術」の記述を反復することによって理解される。この第２の意外な発見についての詳細は、図３及び図３の基礎を更に明確にする以下の研究を検討することによって更によく理解される。
【０１２３】
セクション５において前述した複合材料の設計の仕様に加えて、好ましい複合材料構造を作成するために膨潤パッドに関する気孔率の基準を課した。本発明者らは、膨潤パッドの気孔率が複合材料構造中に存在する膨潤ゲルの性質及び量にどのように依存するかを研究し、気孔率が数式（２５）によって構造中に存在するゲルの比におけるスケーリング則に従うことを見い出した。この数式は、膨潤パッドの気孔率が、初期の乾燥値から膨潤パッド中に存在するゲルの量に応じて減少することを表している。ゲルの量が増加すると、気孔率は低下する。低い気孔率値は、いったん膨潤した複合材料への液体の後からのインサルトははるかに遅い速度で複合材料に透過し、それによってインサルト点に液体がたまる危険が増大すると共に、漏れの可能性が増大するので、望ましくない。従って、パッドの液体透過度は、パッド中のゲルの相対量の増加につれて低下する。ゲルのある臨界相対量より上では、従って、ある臨界気孔率より下では、透過度は、後からのインサルトの優れた捕捉速度を与えるには不十分である。気孔率は数式（２０）に従って吸収材構造中のゲルの相対量によって倍率変更されるので、臨界気孔率も、複合材料中に存在するゲルの相対量によって決まり、存在し且つ吸収材構造の望ましい気孔率、従って、透過度を与えることができるゲルの臨界重量分率を規定するのに使用できた。ゲル臨界量値は、「望ましい液体捕捉」のための設計値も使用して計算によって臨界ＣＲＣ値に変換した。算出された臨界ＣＲＣ値は、本発明において規定される必要な気孔率を与えるのに使用できるポリマーの最大ＣＲＣ値であった。本発明の好ましい側面については、乾燥度基準に使用される最適ＣＲＣは、ここで定義した臨界ＣＲＣより大きくないかもしれない。吸収材構造の設計（液体の設計質量に必要とされる超吸収性ポリマー累積の質量、フラフの質量）は数式（２８）によって算出されるかもしれない。
【０１２４】
吸収性媒体の作成：  超吸収性ポリマー（３０〜５０メッシュ）１．００ｇ及びフラッフ１．０６ｇと上部及び下部の直径７．６２ｃｍのティッシュを用いて、各超吸収性ポリマーを直径７．６２ｃｍのパッドに加工した。ティッシュは複合材料の質量のうち０．１５ｇであった。６％過剰のフラフは、パッド成形機中の繊維篩を通過しない「繊維ニト（ｆｉｂｅｒ  ｎｉｔｓ）」による損失を見込んだ。小さいスロットから手で徐々に添加されるフラッフと同時に、超吸収性ポリマーは振動フィーダーによって装置中に徐々に供給されたので、パッド成形機は成分をブレンドするための連続撹拌漕反応器のように働いた。ＨＥＰＡ真空掃除機を用いて、混合物をティッシュペーパー上に引いた。パッドをＤＡＫＥブランドの液圧プレス中で０．３１８ｃｍのシムを用いて１００℃において４５秒間プレスすることによってパッドを一体化した。プレス後、各パッドを秤量したところ、重量は約２．１５ｇであった。プレス後、パッドは個別に、ラベルを付けたプラスチックペトリ皿中に貯蔵した。その後の膨潤もまた、ほとんどの場合、ペトリ皿中で行った。
【０１２５】
飽和及び吸い取り法：  ペトリ皿中の各パッドに、そのパッドに使用されたポリマーのＣＲＣに、存在する超吸収性ポリマー累積の質量を掛けた値に同等の質量の食塩水を加えた。食塩水溶液は、パッドが均一に湿るようにパッドの全領域に均等に広げた。ペトリ皿にカバーをし、ポリマーを６０分間膨潤させた。
【０１２６】
ペトリ皿のカバーを即座に取り外し、４枚の７．６２ｃｍ吸い取り紙ディスクのスタックを湿ったパッドの上部においた。カバーを元に戻し、ペトリ皿をひっくり返した。次いで、ペトリ皿の下部を取り外し、４枚重ねの７．６２ｃｍの吸い取り紙ディスクのもう１つのスタックを湿ったパッドの上部に置いた。この操作により、吸い取り紙カードの２つのスタックの間に湿ったパッドが挟まれたサンドイッチ構造が得られた。次に、吸い取り紙を湿ったパッドに押しつけるために、直径８．２６ｃｍの５ｋｇの重りをサンドイッチの上部に加えた。５．０分待った後、５ｋｇの重りを除き、吸い取り紙の上部スタックを、スパチュラを用いて慎重に持ち上げて外した。ペトリ皿の蓋を風袋重量として量り、吸い取り紙パッドの上部に置いた。ペトリ皿を再びひっくり返し、吸い取り紙のもう一方のスタックを取り外し、次いで、水を吸い取ったパッドを秤量した。吸い取り紙カードのスタックはこの操作の後に充分に飽和されているならば（目視観測によって判定）、新しい一式の乾燥吸い取り紙をパッドの周囲に置き、吸い取り法を繰り返した。
【０１２７】
パッドの厚さ：  超吸収性ポリマーの膨潤及び弾性率によってパッド体積がどの程度変化するかについての情報を得るために、湿った複合材料の圧縮率を測定した。パッドは前述のようにして作成したが、ただし、パッド中のポリマーの質量分率が０．１２〜０．７の間で変化するように超吸収性ポリマーの量を変化させた。前述のようにして熱及び圧力でパッドを一体化させた後、パッド上に０．９％のＮａＣｌ溶液を注いた。食塩水溶液の量は、ポリマーの各ＣＲＣの１倍に等しかった。６０分間液体が吸収されるのを待った後、０．０２、０．１、０．２、０．３、０．４ｐｓｉの加重下で厚さを測定した。複合材料の厚さは、Ｂｒｏｗｎ  ａｎｄ  Ｓｈａｒｐ（Ｎｏｒｔｈ  Ｋｉｎｇｓｔｏｗｎ，Ｒ．Ｉ．）製の改良型嵩高計（ｍｏｄｉｆｉｅｄ  ｂｕｌｋ  ｍｅｔｅｒ）を用いて測定した。最終厚さ値の測定後、パッドを前記方法で吸い取らせ、それによってパッド中のポリマーの実際膨潤度を算出した。
【０１２８】
図３を得るための方法：  パッドの寸法及びパッド中の超吸収性ポリマーの膨潤度の測定値並びにパッドの各成分の質量を用いて、各加重時におけるパッドの気孔率を計算した。このデータから気孔率対圧力のプロットを作成した。このデータの傾向を、数式（２１）に非線形最小二乗法を用いて適合させ、それによって指数ｎの値を各ｆs値かについて算出した。次に、指数ｎ対ポリマー質量分率ｆsのグラフプロットを作成した。このデータの傾向は、下記数式： 
【０１２９】
ｎ＝ｆsa＋ｂ
【０１３０】
を用いて非線形最小二乗適合法によって得られ、得られたａ＝１．８３及びｂ＝０．０７の値をこの式に関して用いて、任意の所望の比率の超吸収性ポリマーを構造中に含むパッドに関するｎの値を算出した。
【０１３１】
図３及び４を詳細に検討すると、多孔性品質値のコンセプトは、超吸収性ポリマーを含む複合材料に関係する。本発明者らは、複合材料の気孔率が、複合材料に適用された圧縮の、膨潤ゲル成分の剪断弾性率に対する比及び数学的指数法則による複合材料中の膨潤ゲルの質量分率に対する比によって決まることを発見した。指数法則の指数は、膨潤ゲルの質量分率に対する複合材料の圧縮感度を反映する。図３及び４は、指数ｎの底が膨潤ゲルの質量分率に依存することを示し、また、０．５４の指数値の底は、以下の２つの数式：
【０１３２】
【数２７】
2005520632.tif 000030
【０１３３】
及び
【０１３４】
【数２８】
2005520632.tif 000031
【０１３５】
中の所望の多孔性品質値に関する最適ＣＲＣの算出に使用されることを示している。
【０１３６】
前記式を有用なアプリケーションに適用すると、気孔率ＲΦが必ず数値で表される。これに関して、また、本発明に関する前述の説明によれば、（ａ）０．９５より大きい値が、本質的に非常に硬質であるために液体の吸収によって気孔率の変化がそれほど起こらない粒子に関係し、且つ（ｂ）０．４未満の値が、複合材料への予想流体流があるとすれば、膨潤して液体流の移動を遮断する可能性が最も高く、且つ有用な複合材料に必要な関係が壊れる粒子に関係する限りにおいて、気孔率比ＲΦに望ましい範囲は０．４〜０．９５の値である。要約すれば、気孔率ＲΦは０．４〜０．９５の値を必要とする。０．４は、前記液体質量を吸収後に最小多孔性品質を有する吸収性媒体を意味し、０．９５は、前記液体質量の吸収後に最大多孔性品質を有する吸収性媒体を意味する。これに関連して、気孔率比ＲΦは、複合材料中の気孔率性能に関する設計者の判断に基づいて明確な値に特定できる多孔性品質値である。
【０１３７】
複合材料のモデル化された特性決定及び実験的に得られたデータのおかげで、多数の方法によって、前述のことを使用して超吸収性複合材料を設計できる。以下のアプローチは、吸収性複合材料設計についての問題の重要な解決例を要約する。
【０１３８】
目標重量の水性液（目標重量の吸収水性液を含む超吸収性ポリマー累積が持続する触感乾燥度を生じるような）の後における遊離水性液を効果的に最小にするために最適な量の超吸収性ポリマー累積は、超吸収性ポリマーが関連遠心保持容量値を有する場合には、下記式：
【０１３９】
【数２９】
2005520632.tif 000032
【０１４０】
［式中、ｍliqは液体の目標重量を示す値であり、
ＣＲＣは乾燥超吸収性ポリマーの質量当りの液体の質量の単位を有する遠心容量値であり、
Ｋは吸収設計−事例パラメーターである］
に従って水性液重量及び遠心保持容量値から算出された吸収設計−事例パラメーターの１．１８〜２．２２倍である。
【０１４１】
一定質量の絡み合わされたストランド（関連吸収容量値を有するストランド）の透過性基礎網目構造も複合材料の一部である場合には、前記パラメーター（Ｋ）は式：
【０１４２】
【数３０】
2005520632.tif 000033
【０１４３】
［式中、Ｃstrandingは乾燥ストランドの質量当りの液体の質量の単位を有する吸収容量値であり、
ｍstrandingはストランドの質量を示す値である］
から算出される。
【０１４４】
ポリマーの質量及び乾燥度品質が規定される場合には、前記複合材料中の全ストランドの質量は、式：
【０１４５】
【数３１】
2005520632.tif 000034
【０１４６】
［式中、ｍstrandingは全ストランドの累積質量を示す値であり、
ｍliqは吸収される液体の所定の質量を示す値であり、
Φは乾燥度品質値であり、
ＣＲＣは乾燥超吸収性ポリマーの質量当りの液体質量の単位を有する遠心保持容量値であり、
ｍsapは全超吸収性ポリマー粒子の累積質量を示す値であり、
Ｃstrandingは乾燥ストランドの質量当りの液体の質量の単位を有する吸収容量値である］
から規定することができる。
【０１４７】
所定の多孔性品質が提供される場合には（多孔性品質値０．４〜０．９５で示される多孔性品質；０．４は液体質量の吸収後に最小多孔性品質を有する吸収性媒体を示し、０．９５は液体質量の吸収後に最大多孔性品質を示す吸収性媒体を示す）、前記の遠心保持容量値は、式：
【０１４８】
【数３２】
2005520632.tif 000035
【０１４９】
［式中、Ｆは４０．５８であり、乾燥超吸収性ポリマーの質量当りの液体の質量の単位を有し、
ＲΦは多孔性品質値であり、
ｆsは式：
【０１５０】
【数３３】
2005520632.tif 000036
【０１５１】
による超吸収性ポリマー質量分率値である］
に従って求めることができる。
【０１５２】
前記のポリマー質量分率は、手で又はコンピュータを用いて明確に又は繰り返し（ＣＲＣに対比して）規定できる。次に、このＣＲＣに適合するポリマーを複合材料中に使用できる。
【０１５３】
数式の別の使用法は、媒体によって吸収される液体の質量を示す値を規定し、所望の乾燥度品質値を規定し、所望の多孔性品質値を規定し、超吸収性ポリマーの質量分率値を規定し、ストランド型を選択し且つ関連吸収容量値を取得し、そして式：
【０１５４】
【数３４】
2005520632.tif 000037
【０１５５】
［式中、ｍtotalは乾燥超吸収性ポリマーの質量と乾燥ストランドの質量の単位を有する前記混合物の質量を示す値であり、
ｍliqは吸収される液体の質量を示す値であり、
ｆsは前記超吸収性ポリマー質量分率値であり、
Ｆは４０．５８であり、乾燥超吸収性ポリマーの質量当りの液体の質量の単位を有し、
Φは前記乾燥度品質値であり、
ＲΦは前記多孔性品質値であり、
Ｃstrandingは乾燥ストランドの質量当りの液体の質量の単位を有する前記吸収容量値である］
に従って超吸収性ポリマーとストランド成分との混合物の質量を計算し、式：
【０１５６】
ｍsap＝ｆsｍtotal
【０１５７】
［式中、ｍsapは超吸収性ポリマー成分の質量を示す値である］
に従って超吸収性ポリマー成分の質量に関する値を算出し、式：
【０１５８】
ｍstranding＝（１−ｆs）ｍtotal
【０１５９】
［式中、ｍstrandingはストランド成分の質量値である］
に従ってストランド成分の質量に関する値を算出し、式：
【０１６０】
【数３５】
2005520632.tif 000038
【０１６１】
に従って遠心容量の計算値を算出することである。
【０１６２】
前記のポリマー質量分率は、手で又はコンピュータによって明確に又は繰り返し（任意の又は全てのＣＲＣ、品質値及び気孔率値に対比して）規定できる。次に、このＣＲＣに適合するポリマーを複合材料中に使用できる。
【０１６３】
本発明の数式は、種々の設計法に使用できる。一例として、超吸収性ポリマーの型及びストランドの型が与えられていると仮定すれば、設計プロセスは以下の工程によって進行できる：（ａ）複合材料の媒体によって吸収される液体の質量を示す値を規定し；（ｂ）媒体中のポリマー成分部分を確定する超吸収性ポリマー累積の質量を示し値を規定し；（ｃ）乾燥度品質値を規定し；（ｄ）ストランド成分部分を確定するストランドの質量を示す値を算出し；（ｅ）超吸収材に必要とされる適当なＣＲＣを計算し；（ｆ）遠心保持容量の計算値に本質的に同等の遠心保持容量の測定値を有する超吸収性ポリマーを選択し；（ｇ）超吸収性ポリマー成分部分を確定する超吸収性ポリマー成分の質量値に本質的に等しい量の超吸収性ポリマーを測定し；（ｈ）ストランド成分部分を規定するストランド成分の質量値に本質的に同等の質量のストランド型のストランドを測定し；そして（ｉ）ストランド成分部分全体に超吸収性ポリマー成分部分を配置して媒体を形成する。
【０１６４】
１つの選択肢において、配置工程は、（ａ）パッド成形機中に第１のティッシュカバーを位置付け；（ｂ）超吸収性ポリマー部分とストランド部分とを混合して吸収媒体を形成し；（ｃ）第１のティッシュカバー上に吸収媒体を置き；（ｄ）配置された吸収媒体上に第２のティッシュカバーを位置付け；そして（ｅ）第１のティッシュ、第２のティッシュ及び配置された吸収媒体を所定の厚さに加熱及び圧縮することを含む。
【０１６５】
設計の別の方法は、コンピュータを使用して、吸収性媒体に関する値を都合よく算出することを含む。この場合、コンピュータは、超吸収性ポリマー選択肢及びストランド選択肢のデータ対を保持するデータベースを、それらの関連ＣＲＣ及び吸収容量情報並びに解明されている個々の事例に関するデータ量を保持するデータベース空間を有する。コンピュータは、本発明の数式を解き、且つ（ａ）媒体によって吸収される液体の質量を示す値、（ｂ）乾燥度品質、（ｃ）所望の多孔性品質値、（ｄ）所望の超吸収性ポリマー質量分率値及び（ｅ）ストランド型に対応する吸収容量値に関するデータ量をコンピュータデータベース中に受け取る工程を実行するようにプログラムする。設計者によるデータベースへのエントリーによってデータが吸収された後、コンピュータは続いて、数式を解き、超吸収性ポリマー成分及びストランド成分の混合物の質量に関する値を割り出し；超吸収性ポリマーの質量に関する値を算出し；ストランド成分の質量に関する値を算出し；ＣＲＣを算出し；そのＣＲＣに本質的に等価のＣＲＣを有する超吸収性ポリマーの候補を選択する。次に、コンピュータは、モニターを起動させ、超吸収性ポリマー、ポリマー質量値及びストランド成分質量値に関する識別子を表示する。このようなシステムは、前に開示した数式を解く能力を有するコンピュータ表計算アプリケーションソフト又はデータベースアプリケーションに容易に導入されることができる。一実施態様において、ＣＰＵ  ４００ＭＨｚ、６ＧＢハードドライブ及びＥｘｃｅｌ表計算ソフトを含むＷｉｎｄｏｗｓ  ９８オペレーティングシステム（Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）を搭載したＩＢＭ  Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  ３００ＰＬ（ＩＢＭ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ製）は、本発明のコンピュータ実装型のプラットフォームを提供する。前記背景における及び前記の利益を想定したコンピュータ・アーキテクチャ導入のための多くの種々のアプローチは、一般に当業者には明白であると本発明者らは考える。
【０１６６】
本発明及び本発明におけるコンピュータによるアプローチについての説明は、この開示があれば、本発明の精神から逸脱することなく本発明の有用性を実現するために当業者によって都合良く変形できる。本明細書中の記載及び解説は、実例及び説明のために示したこと並びに本発明の広がりと範囲は添付した「特許請求の範囲」及びそれらに相当する物によって特定されべきことを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【０１６７】
【図１】吸収性複合材料の構築モデルを示す。
【図２】超吸収性複合材料中の乾燥度品質に関するグラフ図である。
【図３】超吸収性複合材料における気孔率の問題に関するグラフ図である。
【図４】飽和超吸収性複合材料における臨界剪断弾性率（臨界弾性率）及び対応する膨潤比に関するグラフ図を示す。
【図１】
2005520632.tif 000049
【図２】
2005520632.tif 000050
【図３】
2005520632.tif 000051
【図４】
2005520632.tif 000052