ДВУХКОМПОНЕНТНОЕ СВЕРХАБСОРБИРУЮЩЕЕ ВОЛОКНО
TWO-COMPONENT SUPERABSORBENT FIBRE

Настоящее изобретение относится к сверхабсорбирующим волокнам для применения в абсорбирующих изделиях. Волокна разрабатываются так, чтобы при контакте с жидкостью они обеспечивали открытую структуру, которая понижает блокирование геля.
Известно применение сверхабсорбирующих материалов (часто сверхабсорбирующих полимеров, SAP) в одноразовых абсорбирующих продуктах, таких как подгузники, защитные средства при недержании, гигиенические прокладки, ежедневные прокладки и подобные, для абсорбции, например, мочи, менструальных кровотечений или жидкости из фекалий и т.д. Сверхабсорбирующие материалы могут абсорбировать жидкость в количествах, которые обычно превышают в несколько раз массу самих полимеров. Иногда сверхабсорбирующие полимеры называют гидрогелями или гелями.
При абсорбции жидкости сверхабсорбирующие полимеры имеют тенденцию набухать. Однако это может привести к явлению, известному как “блокирование геля”, в котором часть сверхабсорбирующего материала, которая первой входит в контакт с жидкостью, расширяется и предотвращает проникновение жидкости далее в остальную часть сверхабсорбирующего материала. Блокирование геля особенно представляет проблему для абсорбирующих изделий, которые содержат относительно большие концентрации сверхабсорбирующего материала и которые разработаны для абсорбции относительно больших количеств жидкости.
Проведен ряд попыток для устранения или преодоления проблемы блокирования геля. Методики включают применение химической композиции, распределение или концентрацию самого сверхабсорбирующего материала, смешение других абсорбирующих материалов со сверхабсорбирующим материалом или включение в абсорбирующее изделие дополнительных слоев материала, которые функционируют как емкости. Примеры можно обнаружить в ЕР 0343941, ЕР 1594557, JP 2005 113135 и WO 2004/093931.
Патент США 6342298 описывает многокомпонентные сверхабсорбирующие волокна, которые включают в себя по меньшей мере одну кислую абсорбирующую воду смолу и по меньшей мере одну основную абсорбирующую воду смолу. Кислая и основная смолы находятся в тесной близости так, чтобы максимизировать между ними ионообмен.
US 2005/0130540 раскрывает нетканое полотно из многокомпонентных нитей. Нити включают в себя в центре сверхабсорбирующий полимер, окруженный оболочкой из термопластичного полимера.
US 6610898 описывает применение термоусаживающихся спиральных термопластичных многокомпонентных волокон для предоставления открытой и воздушной структуры в слое сбора и переноса текучей среды абсорбирующего изделия.
WO 2004/017883 раскрывает абсорбирующую сердцевину, которая содержит волокна, покрытые SAP. Некоторые или все волокна могут быть только частично покрытыми SAP.
Однако остается необходимость в простых способах, при которых можно понизить блокирование геля. В частности, существует необходимость в новых сверхабсорбирующих материалах, которые можно легко получить известными технологиями, которые можно изготавливать из существующих материалов и которые снижают или устраняют проблемы, связанные с блокированием геля. Кроме того, часто желательно создавать открытые структуры на основе сверхабсорбирующих полимеров. Также желательны динамические системы, которые изменяют свою физическую структуру или активируются при абсорбции жидкости.
Настоящее изобретение относится к многокомпонентному сверхабсорбирующему волокну. Сверхабсорбирующее волокно имеет направление длины (L) и поперечное направление (С) и включает в себя первый сверхабсорбирующий материал и второй сверхабсорбирующий материал. По меньшей мере часть направления длины (L) сверхабсорбирующего волокна, первого сверхабсорбирующего материала и второго сверхабсорбирующего материала располагаются параллельно в поперечном направлении (С) сверхабсорбирующего волокна. Первый и второй сверхабсорбирующие материалы выбирают так, чтобы в данной точке в ходе их набухания набухаемость (SC) первого сверхабсорбирующего материала была больше, чем набухаемость (SC) второго сверхабсорбирующего материала так, чтобы сверхабсорбирующее волокно скручивалось при контакте с жидкостью.
Благодаря разнице между набухаемостью первого и второго сверхабсорбирующих материалов воздействие жидкости на сверхабсорбирующее волокно заставляет один сверхабсорбирующий материал набухать больше, чем другой сверхабсорбирующий материал. Это в свою очередь влияет на физические силы, действующие на сверхабсорбирующее волокно, которые служат причиной его неравномерного расширения и таким образом скручивания. Скрученные волокна обеспечивают более низкую плотность, более открытую межволоконную структуру вокруг сверхабсорбирующего волокна, позволяя таким образом жидкости лучше проникать в структуру и понижая блокирование геля.
В сферу применения настоящего изобретения не включены многокомпонентные сверхабсорбирующие волокна, включающие в себя одно или более первых волокон, включающих в себя кислую абсорбирующую жидкость смолу, и одно или более вторых волокон, включающих в себя основную абсорбирующую жидкость смолу.
Сверхабсорбирующее волокно может представлять собой двухкомпонентное волокно, состоящее из первого сверхабсорбирующего материала и второго сверхабсорбирующего материала.
В одном варианте осуществления первый сверхабсорбирующий материал и второй сверхабсорбирующий материал могут включать в себя одинаковый сверхабсорбирующий полимер, где сверхабсорбирующий полимер во втором сверхабсорбирующем материале имеет более высокую плотность сшивания, чем сверхабсорбирующий полимер в первом сверхабсорбирующем материале.
Первый сверхабсорбирующий материал и второй сверхабсорбирующий материал могут иметь одинаковую общую набухаемость (TSC), но разные скорости набухания (SR).
В соответствии с другим аспектом первый сверхабсорбирующий материал имеет общую набухаемость (TSC), которая составляет по меньшей мере в 1,1 раз, такую как по меньшей мере в 1,5 раза, по меньшей мере в 2 раза или по меньшей мере в 3 раза больше, чем общая набухаемость второго сверхабсорбирующего материала.
Подходящим образом первый и второй сверхабсорбирующие материалы располагаются так, чтобы существовала по меньшей мере одна плоскость или ось асимметрии в направлении длины (L) сверхабсорбирующего волокна.
Настоящее изобретение также предоставляет абсорбирующую сердцевину, которая включает в себя многокомпонентные сверхабсорбирующие волокна изобретения, и абсорбирующее изделие, включающее в себя подобную абсорбирующую сердцевину.
Настоящее изобретение также относится к способу снижения блокирования геля вокруг сверхабсорбирующего волокна. Способ включает в себя: предоставление многокомпонентного сверхабсорбирующего волокна, имеющего направление длины (L) и поперечное направление (С), причем указанное сверхабсорбирующее волокно включает в себя первый сверхабсорбирующий материал и второй сверхабсорбирующий материал. По меньшей мере на части направления длины (L) волокна первый сверхабсорбирующий материал и второй сверхабсорбирующий материал располагаются параллельно в поперечном направлении (С) сверхабсорбирующего волокна. Первый и второй сверхабсорбирующие материалы выбирают так, чтобы в данной точке в ходе их набухания набухаемость (SC) первого сверхабсорбирующего материала была больше, чем набухаемость (SC) второго сверхабсорбирующего материала. Способ дополнительно включает в себя воздействие жидкости на сверхабсорбирующее волокно, в котором в данной точке в ходе их набухания набухаемость (SC) первого сверхабсорбирующего материала (20) больше, чем набухаемость (SC) второго сверхабсорбирующего материала (30), вызывая скручивание двухкомпонентного сверхабсорбирующего волокна.
Сущность изобретения поясняется на чертежах, где:
на Фигуре 1 показан первый вариант осуществления изобретения,
на Фигуре 2 показан второй вариант осуществления изобретения,
Фигуры 3А-3Е являются видами поперечных сечений по линии III-III на Фигурах 1А и 2А,
Фигуры 4А-С являются схематичными графиками набухания (%) двух сверхабсорбирующих материалов со временем в соответствии с тремя идеализированными вариантами осуществлений изобретения,
на Фигуре 5 показано абсорбирующее изделие в соответствии с изобретением.
на Фигуре 6 показан базис для математической модели, применяемой для вычисления радиуса кривизны скрученного волокна.
На Фигурах 1А и 1В показано многокомпонентное сверхабсорбирующее волокно 10 в соответствии с изобретением соответственно до и после абсорбции жидкости.
Волокно 10 представляет собой многокомпонентное волокно. Другими словами, оно состоит из одного или более по существу единичных материалов, которые не являются плотно перемешанными. Хотя границы между компонентами волокна 10 могут не быть хорошо определенными из-за химического или физического взаимодействия между компонентами (например, совместного сплавления, совместного смешения или диффузии), существует область или области волокна 10, которые состоят в основном из одного компонента. Следующее обсуждение касается в основном двухкомпонентных волокон 10, однако его следует понимать как конкретный вариант осуществления изобретения и его не следует рассматривать как ограничение. Также являются возможными волокна 10, которые включают в себя три, четыре или более компонентов.
Волокно 10 представляет собой сверхабсорбент - т.е. его изготавливают из сверхабсорбирующих материалов - материалов, которые могут абсорбировать жидкость в количествах, во много раз превышающих их собственную массу. Таким образом, оно отличается от волокон пульпы, волокон из природных источников или синтетических волокон, которые часто применяют в абсорбирующих изделиях. Подходящим образом волокно 10 включает в себя только сверхабсорбирующие материалы и не включает другие типы волокнистых материалов.
Многокомпонентное сверхабсорбирующее волокно 10 имеет направление длины (L), которое параллельно основной оси волокна 10, когда волокно 10 вытянуто во всю свою длину. Типично сверхабсорбирующие волокна 10 в соответствии с настоящим изобретением имеют общую длину между 3 мм и 10 см при вытягивании во всю свою длину.
Сверхабсорбирующее волокно 10 также имеет поперечное направление (С), которое пролегает перпендикулярно направлению длины (L). Типично сверхабсорбирующие волокна 10 в соответствии с настоящим изобретением имеют максимальную толщину в поперечном направлении между 10 мкм и 200 мкм, предпочтительно между 20 мкм и 100 мкм. Нет необходимости, чтобы сверхабсорбирующее волокно имело круглое поперечное сечение; площади поперечных сечений, которые являются квадратными, прямоугольными, треугольными, овальными, звездообразными или несимметричной формы, также находятся в рамках сферы применения настоящего изобретения.
Сверхабсорбирующее волокно 10 включает в себя первый сверхабсорбирующий материал 20 и второй сверхабсорбирующий материал 30. В предпочтительном варианте осуществления (Фигура 1А) сверхабсорбирующее волокно 10 состоит исключительно из первого сверхабсорбирующего материала 20 и второго сверхабсорбирующего материала 30.
Сверхабсорбирующие материалы, которые можно применять в настоящем изобретении, представляют собой подходящим образом сверхабсорбирующие полимеры (SAPы). SAPы обычно являются сшитыми гидрофильными полимерами и могут быть на основе полиакрилатов, полистиролов, полиакриламидов, поливиниловых спиртов, простых поливиниловых эфиров, полиэтиленоксидов, поливинилпиридинов, поливинилпирролидонов, поливинилморфолинонов и полиакрилонитрилов. Подобные полимеры также могут иметь природное происхождение; например, акрилонитрильные полимеры на основе гидролизованного крахмала, полимеры на основе замещенной целлюлозы (например, карбоксиметилцеллюлоза, СМС, гидроксипропилцеллюлоза или карбоксиметилкрахмал). Полимеры могут быть замещенными или не замещенными. Дополнительно SAPы представляют собой N,N-диметиламиноэтил- или N,N-диэтиламинопропил-акрилаты и метакрилаты и их соответствующие четвертичные соли. Типично сверхабсорбирующие полимеры, пригодные в настоящем изобретении, обладают разнообразными анионными функциональными группами, такими как группы сульфокислот, и более типично карбоксигруппами. Особенно предпочтительный SAP основан на сшитом сополимере акриловой кислоты и акрилатных мономеров. Олефин ненасыщенные мономеры карбоновых кислот и ангидридов карбоновых кислот включают акриловые кислоты, являющиеся типичными представителями самой акриловой кислоты, метакриловую кислоту, этакриловую кислоту, дихлоракриловую кислоту, цианоакриловую кислоту, метилакриловую кислоту (кротоновую кислоту), афенилакриловую кислоту, ss-акрилоксипропионовую кислоту, сорбиновую кислоту, а-хлорсорбиновую кислоту, ангеликовую кислоту, коричную кислоту, п-хлоркоричную кислоту, стерилакриловую кислоту, итаконовую кислоту, цитраконовую кислоту, мезаконовую кислоту, глютаконовую кислоту, аконитовую кислоту, малеиновую кислоту, фумаровую кислоту, трикарбоксиэтилен и ангидрид малеиновой кислоты. Олефин ненасыщенные мономеры сульфокислот включают алифатические или ароматические винилсульфокислоты, такие как винилсульфокислота, аллилсульфокислота, винилтолуолсульфокислота и стиролсульфокислота; акриловую и метакриловую сульфокислоту, такую как сульфоэтилакрилат, сульфоэтилметакрилат, сульфопропилакрилат, сульфопропилметакрилат, 2-гидрокси-3-метакрилоксипропилсульфокислоту и 2-акриламид-2-метилпропансульфокислоту.
SAP является предпочтительно сшитым так, чтобы понизить его растворимость в воде. Сшивание может происходить в массе SAP (сшивание в массе) или на поверхностях частиц SAP (сшивание на поверхности). Агенты для сшивания в массе представляют собой общепринятые разветвленные молекулы, содержащие по меньшей мере две полимеризуемые группы, обычно три полимеризуемые группы. Сшивающие агенты можно получить посредством прививки на центральную молекулу (например, полиспиртов, таких как гликоль, или полиаминов, таких как диэтилентриамин) функциональных групп, которые можно ввести в SAP. Примерами сшивающих агентов являются дивинилбензол, сложные акрилоиловые или метакрилильные полиэфиры полигидроксилированных соединений, сложные дивиниловые эфиры поликарбоновой кислоты, сложные диаллильные эфиры поликарбоновых кислот, диаллилдиметиламмония хлорид, триаллилтерефталат, метиленбисакриламид, диаллилмалеат, диаллилфумарат, гексаметилен-бис-малеимид, триаллилфосфат, тривинилтримеллитат, дивиниладипат, глицерилтриметакрилат, диаллилсукцинат, простой дивиниловый эфир, простые дивиниловые эфиры этиленгликоля или диакрилата диэтиленгликоля, диакрилаты или метакрилаты полиэтиленгликоля, диакрилат 1,6-гександиола, триакрилат или тетраакрилат пентаэритрита, диакрилат неопентилгликоля, диакрилат циклопентадиена, диакрилаты или диметилакрилаты бутиленгликоля, ди- или три-акрилаты триметилолпропана. Сшивающие агенты могут присутствовать в количестве между 0-5 мол.%.
Поверхностное сшивание включает, что сверхабсорбент легче сохраняет свою первоначальную форму также под влиянием внешних нагрузок и после нескольких намоканий. Поверхностное сшивание сверхабсорбента обычно проводят посредством этерификации групп карбоновых кислот. Одним примером поверхностно-сшивающих агентов являются полигидрокси вещества. Другим примером являются органические карбонаты, предпочтительно карбонат этилена в водном растворе. Третьим примером является применение соединений диглицидила, особенно простой этиленгликольдиглицидиловый эфир (EDGE). Он также известен благодаря, например, US 4043952, для поверхностного сшивания сверхабсорбента на основе анионного полиэлектролита с помощью иона поливалентного металла, например, алюминием. Поверхностное сшивание происходит с помощью ионных связей. Благодаря ЕР 0248963 для поверхностного сшивания известен сверхабсорбент анионного характера с поличетвертичным амином для усиления абсорбирующей способности сверхабсорбента. В качестве поверхностных сшивающих соединений также можно применять полиамины и диамины.
Форма поперечного сечения первого и второго сверхабсорбирующих материалов 20, 30 не является очень важной и может варьироваться по длине сверхабсорбирующих волокон 10. Например, первый и второй сверхабсорбирующие материалы 20, 30 каждый отдельно или оба вместе могут иметь площадь поперечного сечения, которая является круглой, квадратной, прямоугольной, треугольной, овальной или неправильной формы. Фигура 1А показывает сверхабсорбирующие волокна с круглым поперечным сечением.
По меньшей мере на части направления длины (L) сверхабсорбирующего волокна 10 первый сверхабсорбирующий материал 20 и второй сверхабсорбирующий материал 30 располагаются параллельно в поперечном направлении (С) сверхабсорбирующего волокна 10.
Нет необходимости, чтобы первый и второй сверхабсорбирующие материалы 20, 30 располагались параллельно в поперечном направлении (С) вдоль всей длины сверхабсорбирующего волокна 10, хотя это возможно. Вместо этого, как показано на Фигурах 2А и 2В, может быть достаточным, чтобы они располагались параллельно только на частях длины сверхабсорбирующего волокна 10.
Выражение “параллельно” в настоящем изобретении означает, что поперечное сечение сверхабсорбирующего волокна 10 раскрывает как первый сверхабсорбирующий материал 20, так и второй сверхабсорбирующий материал 30 на тех длинах сверхабсорбирующего волокна 10, где располагаются оба сверхабсорбирующих материала 20, 30. Нет необходимости, чтобы первый сверхабсорбирующий материал 20 и второй сверхабсорбирующий материал 30 контактировали друг с другом по всему поперечному сечению сверхабсорбирующего волокна 10, и нет необходимости, чтобы они имели одинаковую площадь поверхности в поперечном сечении сверхабсорбирующего волокна 10. Более полное понимание выражения “параллельно” будет дано на Фигурах 3А-3Е, которые иллюстрируют различные варианты осуществлений поперечного сечения по линии III-III на Фигурах 1А и 2А.
На Фигуре 3А показан один вариант осуществления, в котором первый и второй сверхабсорбирующие материалы 20, 30 имеют эллиптическое поперечное сечение и являются взаимосвязанными вдоль части их общей поверхности.
На Фигуре 3В показан вариант осуществления, в котором сверхабсорбирующее волокно 10 имеет по существу круглое поперечное сечение и где первый сверхабсорбирующий материал 20 и второй сверхабсорбирующий материал 30 имеют по существу полукруглые поперечные сечения и соединяются вдоль их плоских поверхностей.
На Фигуре 3С показано двухкомпонентное сверхабсорбирующее волокно 10, в котором как первый сверхабсорбирующий материал 20, так и второй сверхабсорбирующий материал 30 имеют круглое поперечное сечение и в котором первый сверхабсорбирующий материал 20 располагается несимметрично внутри второго сверхабсорбирующего материала 30. Для наилучшего эффекта первый сверхабсорбирующий материал 20 не полностью заключается во втором сверхабсорбирующем материале 30, а имеет поверхность, которая примыкает к поверхности сверхабсорбирующего волокна 10. Таким образом, жидкость может поступать в первый сверхабсорбирующий материал 20 без необходимости сначала проходить через второй сверхабсорбирующий материал 30.
На Фигуре 3D показано двухкомпонентное сверхабсорбирующее волокно 10, в котором первый сверхабсорбирующий материал 20 и второй сверхабсорбирующий материал 30 включают в себя одинаковый сверхабсорбирующий полимер, но в котором сверхабсорбирующий полимер, который включает в себя второй сверхабсорбирующий материал 30, обладает более высокой плотностью сшивания, чем сверхабсорбирующий полимер в первом сверхабсорбирующем материале 20. Более высокая плотность сшивания будет иметь тенденцию понижать общую набухаемость сверхабсорбирующего материала, в то же время возможно увеличивая скорость набухания. Этот вариант осуществления прост в изготовлении, так как сшивающий агент можно напылить или нанести на одну поверхность сверхабсорбирующего полимерного волокна, образуя таким образом второй сверхабсорбирующий материал 30. Для регулирования свойств набухания сверхабсорбирующего полимера также можно применять другие способы для активизации дифференциального набухания и следовательно скручивания, например регулирование степени нейтрализации.
На Фигуре 3Е показано двухкомпонентное сверхабсорбирующее волокно 10, имеющее полую структуру. Первый сверхабсорбирующий материал 20 и второй сверхабсорбирующий материал 30 образуют волокно 10 с тороидальным (в форме кольца) поперечным сечением. Следовательно, сверхабсорбирующие материалы 20, 30 имеют полукруглое поперечное сечение и соединяются на концах с образованием волокна 10, включающего в себя, как иллюстрируется, полое пространство 40 в центре. Полое пространство 40 может иметь любую форму или размер, и его не следует рассматривать как ограниченное тем, которое иллюстрируется.
Кроме иллюстрированных вариантов осуществлений возможны другие вариации в структуре многокомпонентного сверхабсорбирующего волокна 10. Многокомпонентное сверхабсорбирующее волокно 10 может включать в себя более чем два сверхабсорбирующих материала 20, 30. Например, возможна слоистая структура, где сверхабсорбирующие материалы уложены друг на друга в поперечном направлении (С). Многокомпонентное сверхабсорбирующее волокно 10 может также иметь поперечное сечение типа лепестков, состоящее, например, из 3, 4, 5 или более лепестков, в котором каждый лепесток включает в себя различный сверхабсорбирующий материал 20, 30. Важно, чтобы волокна имели такие поперечные сечения, чтобы существовала по меньшей мере одна плоскость или ось асимметрии в набухаемости в направлении длины (L) сверхабсорбирующего волокна.
Когда в многокомпонентном сверхабсорбирующем волокне 10 применяются два или более сверхабсорбирующих материалов 20, 30, некоторые из сверхабсорбирующих материалов 20, 30 могут быть одинаковым материалом, при условии что по меньшей мере один из сверхабсорбирующих материалов 20, 30 имеет отличающиеся свойства набухания. Например, трехкомпонентное сверхабсорбирующее волокно 10 может включать в себя два сверхабсорбирующих материала, которые обладают одинаковыми SC, и третий, который обладает отличающейся набухаемостью. Таким образом, можно получить в структуре много вариаций, которые можно применить, чтобы они удовлетворяли частным требованиям абсорбирующего изделия.
Сверхабсорбирующие материалы 20, 30 следует расположить так, чтобы присутствовала по меньшей мере одна плоскость или ось асимметрии, которая пролегает в направлении длины (L) сверхабсорбирующего волокна. Это означает, что сверхабсорбирующие материалы 20, 30 не следует располагать совершенно симметрично во сверхабсорбирующем волокне 10. Это максимизирует эффект скручивания волокна 10 при контакте с жидкостью.
Первый и второй сверхабсорбирующий материал 20, 30 выбирают так, чтобы в данной точке в ходе их набухания набухаемость (SC) первого сверхабсорбирующего материала 20 была больше, чем набухаемость (SC) второго сверхабсорбирующего материала 30 так, чтобы сверхабсорбирующее волокно 10 скручивалось при контакте с жидкостью.
До контакта с жидкостью сверхабсорбирующее волокно 10 является не сильно скрученным, как показано на Фигуре 1А. Однако, так как набухаемость (SC) первого сверхабсорбирующего материала 20 больше, чем набухаемость (SC) второго сверхабсорбирующего материала 30, воздействие жидкости на сверхабсорбирующее волокно 10 заставляет один сверхабсорбирующий материал набухать быстрее или в большей степени, чем другой сверхабсорбирующий материал. Это в свою очередь влияет на физические силы, действующие на сверхабсорбирующее волокно 10, которые вызывают его неравномерное растяжение, таким образом скручивая (см. Фигуру 1В). В своей скрученной форме волокна 10 укладываются менее плотно, предоставляя более низкую плотность, более открытую структуру. Это дает возможность жидкости проникать глубже в волокна 10 и между ними, так как она течет в пространства между волокнами 10. Таким образом снижается блокирование геля.
Набухаемость (SC) сверхабсорбирующего материала представляет собой соотношение объема сверхабсорбирующего материала при намокании к объему в сухом состоянии. Общая набухаемость (TSC) соответствует набухаемости при насыщении сверхабсорбирующего материала.
Скорость набухания (SR) абсорбирующего материала представляет собой меру того, насколько быстро абсорбирующий материал расширяется при контакте с жидкостью. Она выражается как изменение набухаемости в единицу времени. Со ссылкой на Фигуры 4А-С скорость набухания соответствует градиенту каждой кривой.
На Фигурах 4А-С изображены идеализированные модели трех различных ситуаций, в которых сверхабсорбирующие материалы 20, 30 обладают различными набухаемостями и скоростями набухания.
В одном варианте осуществления набухаемость (SC) первого сверхабсорбирующего материала (20) больше, чем набухаемость (SC) второго сверхабсорбирующего материала (30) во время поглощения жидкости, но общая набухаемость (TSC) каждого сверхабсорбирующего материала может быть одинаковой. Это иллюстрируется схематично на Фигуре 4А, которая является схематичной кривой, как два сверхабсорбирующих материала 20, 30 набухают со временем. Как можно видеть, сначала первый сверхабсорбирующий материал 20 обладает более высокой скоростью набухания (более высоким градиентом кривой), и следовательно, расширяется первым. Это вызывает высокую степень скручивания в сверхабсорбирующем волокне 10 при контакте с жидкостью. После определенного промежутка времени набухание первого сверхабсорбирующего материала достигает постоянного значения, в то время как второй сверхабсорбирующий материал 30 все еще набухает. Сверхабсорбирующее волокно 10 снова распрямляется, так как набухание во втором сверхабсорбирующем материале 30 увеличивается. Так как оба сверхабсорбирующих материала 20, 30 обладают одинаковой TSC, они занимают одинаковый объем при полном насыщении сверхабсорбирующего волокна. Это означает, что скручивание, которое было установлено в сверхабсорбирующем волокне 10, устраняется, и волокно 10 возвращает свою не скрученную (все еще расширенную) форму.
Таким образом, сверхабсорбирующие волокна 10, в которых первый сверхабсорбирующий материал 20 и второй сверхабсорбирующий материал 30 обладают одинаковой общей набухаемостью (TSC), но все еще различными скоростями набухания (SR), будут скручиваться при первоначальном контакте с жидкостью, предоставляя высоко объемную открытую структуру. Однако при продолжительном контакте с жидкостью скручивание будет устраняться, и получается низкообъемная более закрытая структура. Подобные материалы являются в большой степени желательными в области абсорбирующих гигиенических изделий, так как они позволяют производство тонких изделий, которые обеспечивают открытую структуру во время поглощения жидкости, но которая возвращается в закрытую структуру при полном насыщении жидкостью.
В другом варианте осуществления первый сверхабсорбирующий материал 20 и второй сверхабсорбирующий материал 30 могут обладать различными общими набухаемостями (TSC), но похожими скоростями набухания (SR). Другими словами, различие в набухаемости (SC) между первым и вторым сверхабсорбирующими материалами 20, 30 является положительным и увеличивается со временем. Это иллюстрируется на Фигуре 4B - два материала 20, 30 набухают с одинаковой скоростью набухания, но перестают набухать при различных общих набухаемостях. Сверхабсорбирующее волокно 10, включающее в себя подобные материалы, может не скручиваться до большой степени на первоначальных стадиях абсорбции жидкости, но будет скручиваться в большей степени при увеличенной абсорбции жидкости, когда проблема блокирования геля становится более значительной.
Если первый сверхабсорбирующий материал 20 и второй сверхабсорбирующий материал 30 оба обладают различными общими набухаемостями (TSC) и различными скоростями набухания (SR), набухание может быть таким, как иллюстрируется на Фигуре 4С. При контакте с жидкостью два сверхабсорбирующих материала 20, 30 набухают с различными первоначальными скоростями, что приводит к быстрому скручиванию сверхабсорбирующего волокна 10. Однако при продолжительном контакте с жидкостью сверхабсорбирующие материалы 20, 30 могут достичь равной набухаемости, при которой скручивание сверхабсорбирующего волокна 10 будет значительно снижено. При дополнительном контакте с жидкостью скручивание подобного сверхабсорбирующего волокна будет изменяться в противоположную сторону, так как первый сверхабсорбирующий материал 20 становится насыщенным, в то время как второй сверхабсорбирующий материал 30 продолжает абсорбировать жидкость.
Сверхабсорбирующие волокна 10 в соответствии с изобретением можно изготовить любым подходящим способом получения волокон из полимерных материалов. Один возможный способ заключается в совместной экструзии первого и второго сверхабсорбирующих материалов 20, 30, в то время как можно также применять покрытие и ламинирование. Для получения предпочтительного варианта осуществления Фигуры 3D сверхабсорбирующий материал можно покрыть по меньшей на одной стороне с помощью сшивающего агента.
Многокомпонентные сверхабсорбирующие волокна 10 настоящего изобретения можно применять в абсорбирующей сердцевине 50, которая образует абсорбирующий жидкость компонент абсорбирующего изделия 100. При контакте с жидкостью многокомпонентные сверхабсорбирующие волокна 10 набухают и свертываются в спираль, как описано выше, и таким образом предоставляют абсорбирующей сердцевине 50 открытую структуру. Эта открытая структура дает возможность жидкости проникать более легко в сердцевину, чем в другие материалы, например, особенно другие сверхабсорбирующие волокна, и таким образом снижается блокирование геля. Абсорбирующая сердцевина 50 может включать в себя другие материалы, которые традиционно применяются в абсорбирующих сердцевинах, такие как волокна пульпы, синтетические волокна, тканевые полотна или дополнительные сверхабсорбирующие материалы. Кроме того, многокомпонентные сверхабсорбирующие волокна 10 настоящего изобретения можно применять в слоях сбора или распределения внутри абсорбирующего изделия 100. В качестве альтернативы многокомпонентные сверхабсорбирующие волокна 10 настоящего изобретения можно применять в верхнем слое 102 абсорбирующего изделия 100.
Абсорбирующая сердцевина 50, слой сбора/распределения или верхний слой 102, включающие в себя сверхабсорбирующие волокна 10 настоящего изобретения, могут в свою очередь содержаться в абсорбирующем изделии 100, которое иллюстрируется как подгузник на Фигуре 5, но может также быть любым абсорбирующим изделием, таким как гигиеническая прокладка, защитное средство при недержании или ежедневная прокладка. Подгузник Фигуры 5 показан с обращенной к пользователю стороны со всеми эластичными компонентами, полностью растянутыми. Абсорбирующее изделие 100 Фигуры 5 включает в себя верхний слой 102 и защитный слой 101, расположенные на противоположных сторонах абсорбирующей сердцевины 50, и застегивающее средство 103, 104. Абсорбирующее изделие 100 может также включать в себя один или более слоев сбора/распределения. Структура абсорбирующих изделий, которая может включать в себя сверхабсорбирующие волокна 10 изобретения, и способы их изготовления известны специалистам.
ОПИСАНИЕ СПОСОБОВ ИСПЫТАНИЙ
Набухаемость
Как упоминалось выше, набухаемость (SC) сверхабсорбирующего материала представляет собой соотношение объема сверхабсорбирующего материала при намокании к объему в сухом состоянии. Сверхабсорбирующее волокно 10 можно наблюдать под микроскопом для определения, закрутилось ли оно при контакте с жидкостью.
Определение Набухаемости
Набухаемость сверхабсорбирующего материала можно определить рядом способов. Один способ предоставлен в Journal of Applied Polymer Science, vol. 70, 817-829 (1998). Другие способы предоставляются ниже, из которых предпочтительным является способ измерительного цилиндра.
Обычно не является возможным точно измерить набухаемость самого сверхабсорбирующего волокна 10, так как компоненты сверхабсорбирующих материалов 20, 30 будут вносить вклад в набухание различно. Вместо этого набухаемость каждого сверхабсорбирующего материала 20, 30 можно измерить отдельно.
Единицы массы в настоящей заявке представлены в граммах, если иначе не утверждается.
Способ центрифугированной удерживающей способности (CRC)
Центрифугированная удерживающая способность (CRC) представляет собой стандартный способ измерения поглощения жидкости сверхабсорбирующим материалом. Способ соответствует Стандартному Тесту EDANA WSP 241.2(05). Если иначе не утверждается, стандартный CRC в соответствии с изобретением следует тестировать при 120 мин (т.е. временные интервалы, данные в §6.6 и §8.9 способа WSP, должны составлять 120 мин). Кроме того, в способе следует применять герметичный контейнер, а не эксикатор, указанный в EDANA WSP 241.2(05), §8.4.
Все испытания, применяемые в заявке, проводятся при 23°С±2°С и относительной влажности 50%±10%, до тех пор пока иначе не утверждается. Сверхабсорбенты следует акклиматизировать в атмосфере при 23°С±2°С и относительной влажности 50%±10% в течение 24 ч до начала проведения испытаний.
Набухаемость на основе CRC
3
По существу способ описывает сначала, как образец сверхабсорбирующего материала известной массы подвергается воздействию жидкости (обычно 0,9% раствору хлорида натрия) в течение определенного промежутка времени. Образец удаляют и центрифугируют. CRC представляет собой соотношение массы абсорбированной жидкости к сухой массе образца (в г/г). Зная плотность жидкости для набухания (0,9% раствор хлорида натрия имеет плотность, равную прибл. 1 г/см) и плотность сухого полимера, можно преобразовать CRC в значение набухаемости в объемных терминах. CRC можно измерить при различных временных интервалах так, чтобы можно было сделать кривую, как набухаемость каждого сверхабсорбирующего материала варьируется со временем.
Способ Измерительного Цилиндра
Определение SC проводят в несколько стадий:
Измерить кажущуюся плотность сухого сверхабсорбента
Измерить удельную плотность влажного сверхабсорбента (масса сухого SAP на объем геля), т.е. после CRC испытания.
SC является соотношением между кажущейся плотностью сухого SAP и удельной плотностью геля на основе массы полимера в геле.
Кинетика Набухания
Кинетику набухания набухаемости, SC, как функцию времени можно достичь, если способ EDANA WSP 241.2(05) проводится с различными временами пребывания сверхабсорбентов в жидкости (растворе хлорида натрия). Способ WSP следует проводить, как изложено выше, за исключением изменения во времени пребывания сверхабсорбентов.
Предпочтительные времена пребывания, t, для применения составляют 1, 5, 10, 20, 30, 60 и 120 минут. Результатом способа EDANA WSP 241.2(05) является центрифугированная удерживающая способность, CRC.
Для цилиндрического способа следует применять следующие процедуры: В оценке кинетики можно применять CRC. Значение SC оценивается как SC при 120 минутах деленное на CRC при 120 минутах умноженное на CRC в текущее время: SC(t)=CRC(t)*(SC(120мин)/CRC(120мин)).
Так как данные SC необходимо сравнить для различных количеств сверхабсорбентов, применяемых в изобретении, испытание следует проводить с одинаковым размером частиц, например, фракцией 200-300 микрометров. Данные обоих сверхабсорбентов нанесены на график зависимости SC от времени и между данными проведена интерполяция для каждого сверхабсорбента. Из графика можно сравнить SC(t) для двух сверхабсорбентов.
Между SAP нет обмена
Подходящим образом значение CRC должно быть одинаковым для каждого сверхабсорбента, тестируются ли они отдельно или вместе в одной бане в течение двух часов. Другими словами, не должно быть ионообмена между сверхабсорбентами. Таким образом, набухаемость (SC) каждого сверхабсорбирующего полимера 20, 30 остается одинаковой, когда полимеры 20, 30 накладывают вместе на волокно, и соотношение SC должно сохраняться, когда оба сверхабсорбирующих полимера накладывают вместе на волокно.
Кажущаяся плотность сухого сверхабсорбента (тест по Архимеду)
m
.
m
.
pro analysi
m
cyl
SAP+cyl
tot
Применять измерительный цилиндр емкостью 250 мл, градуированный интервалами ≤2 мл с масштабом, являющимся по меньшей мере на 20 см выше, для достижения требуемой разрешающей способности для измерения. Взвесить цилиндр. Записать массу,  Добавить в цилиндр 180 мл сверхабсорбентов, включая поры. Записать массу, Добавить 100% этанол  вплоть до уровня в 250 мл на цилиндре. Если окажется захват воздуха, применить ультразвуковую баню, чтобы от него избавиться. Немедленно поместить в баню достаточное количество жидкости и дать возможность ультразвуковым волнам обработать образец в течение приблизительно 15 секунд или до тех пор, пока не исчезнут воздушные пузыри. Заполнить жидкостью до 250 мл, замеряя по поверхности жидкости, так как уровень жидкости может понизиться при удалении воздуха из образца. Если цилиндр оставить на некоторое время до того, как получить готовые показания, убедитесь, что цилиндр соответствующим образом загерметизирован так, чтобы жидкость не исчезала. Записать массу цилиндра, геля и жидкости, .
а
Кажущаяся плотность, ρ, представляет собой:
а
3
ρ= [г сухого полимера/см сухого полимера]
ρ
Ethanol
3
Следует применять плотность этанола, , которая составляет 0,79 г/см при 23°С.
Удельная плотность влажного сверхабсорбента
m
.
m
m
.
m
ρ
cyl
gel
cyl
tot
gel
Применять стеклянный измерительный цилиндр емкостью 250 мл, градуированный интервалами ≤2 мл с масштабом, являющимся по меньшей мере на 20 см выше, для достижения требуемой разрешающей способности для измерения, предпочтительно такой же цилиндр, применяемый в упомянутом выше испытании после того, как его промыли и должным образом высушили. Взвесить цилиндр и записать массу  Применять способ CRC, описанный выше, для получения геля сверхабсорбента. После центрифугирования и взвешивания в тесте CRC собирают пакеты. Если из CRC теста необходим более чем один комплект пакетов, затем хранят центрифугированные образцы в плотно герметичном контейнере, тем временем получая больше геля. Необходимо приблизительно 180 мл геля, включая поры, т.е приблизительно 100 г геля. Открыть герметичный пакет и вытащить гель. Добавить гель непосредственно в цилиндр. Отметить массу геля, , т.е. общую массу цилиндра и геля минус масса цилиндра,  Добавить в измерительный цилиндр жидкость, т.е. такой же 0,9 мас.% раствор NaCl, применяемый в CRC тесте. Заполнить цилиндр до 250 мл. Если окажется захват воздуха, применить ультразвуковую баню, чтобы от него избавиться. Немедленно поместить в баню достаточное количество жидкости и дать возможность ультразвуковым волнам обработать образец в течение приблизительно 15 секунд или до тех пор, пока не исчезнут воздушные пузыри. Заполнить жидкостью до 250 мл, замеряя по поверхности жидкости, так как уровень жидкости может понизиться при удалении воздуха из образца. Если цилиндр оставить на некоторое время до того, как получить готовые показания, убедитесь, что цилиндр соответствующим образом загерметизирован так, чтобы жидкость не исчезала. Записать массу цилиндра, геля и жидкости . Плотность влажного геля  вычисляется на массу сухого сверхабсорбента.
ρ
gel
3
= [г сухого полимера/см геля]
ρ
NaCl
3
Плотность раствора 0,9 мас.% раствора NaCl, , которую следует применять, что составляет 1,01 г/см при 23°С.
Затем вычислить SC:
3
3
SC= [см геля/см сухого полимера]
Кривизна
r
r
1
2
Степень, с которой скручивается волокно, можно определить посредством “радиуса кривизны”. Волокно с меньшим радиусом кривизны будет иметь более плотное скручивание. После набухания идеально скрученное сверхабсорбирующее волокно будет иметь форму спирали, и если смотреть вниз по оси, можно увидеть круг с внутренним радиусом кривизны  и внешним радиусом кривизны . Это иллюстрируется на Фигуре 6.
ПРИМЕРЫ
Полимер А:
25 мас.% полиакрилата натрия нейтрализовали до 100 мол.% Затем его сшивали 1% мол МВА (N,N'-метиленбисакриламид). Инициировали 0,1 мол.% VA-044 (2,2'-азобис[2-(2-имидазонил-2-ил)пропаном]дигидрохлоридом при 50°С. Полимер А имел CRC, равную 20 г/г, как испытано в 0,9% растворе NaCl в соответствии со способом EDANA WSP 241.2(05) в течение 120 минут.
Полимер В:
25 мас.% полиакрилата натрия нейтрализовали до 100 мол.% Затем его сшивали 1% мол МВА (N,N'-метиленбисакриламид). Инициировали 0,1 мол.% VA-044 (2,2'-азобис[2-(2-имидазонил-2-ил)пропан]дигидрохлоридом при 50°С. Полимер В имел CRC, равную 50 г/г, как испытано в 0,9% растворе NaCl в соответствии со способом EDANA WSP 241.2(05) в течение 120 минут.
2
1
2
1
В соответствии со способами, приведенными выше, полимер А набухает до 20 г/г и полимер В набухает до 50 г/г. Предполагая, что полимеры имеют похожие плотности, объемное соотношение набухших гелей составляет приблизительно 50/20 = 2,5. Это подразумевает, что соотношение в масштабах длин составляет ≈1,4 между двумя гелями. То есть для скрученного волокна в соответствии с изобретением, r/r, должно составлять по меньшей мере 1,03, предпочтительно по меньшей мере 1,1, более предпочтительно по меньшей мере 1,2 и наиболее предпочтительно по меньшей мере 1,4 вдоль по меньшей мере 20%, такой как по меньшей мере 50% или по меньшей мере 75% от общей длины волокна. До контакта с жидкостью сверхабсорбирующие волокна 10 должны иметь соотношение радиусов кривизны r/r не более чем 1.
Настоящее изобретение не следует ограничивать вариантами осуществлений, описанными в данном документе, и прилагаемыми Фигурами. Точнее сфера применения защиты определяется в соответствии с прилагаемой формулой изобретения.