ПОГЛОЩАЮЩИЙ КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ И СПОСОБ ЕГО ПРОИЗВОДСТВА
ABSORBING COMPOSITE MATERIAL AND METHOD OF ITS MANUFACTURING

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к тонкому, легкому листовому поглотителю и способу его производства. Благодаря тому что указанный поглотитель представляет собой поглощающий композиционный материал, обладающий отличными водопоглощательной способностью, скоростью поглощения и высокой способностью распределять жидкость, он пригоден для использования в гигиенических изделиях, таких как одноразовые подгузники и гигиенические прокладки. Настоящее изобретение также относится к экологичному поглотителю, позволяющему снизить количество целлюлозной массы, водопоглощающей смолы и подобных материалов, обычно используемых для изготовления гигиенических материалов.
Уровень техники
Одноразовые подгузники, гигиенические прокладки и другие гигиенические изделия включают поглотитель, впитывающий жидкости организма и другие жидкости, мягкий, проницаемый для жидкости верхний лист, расположенной на контактирующей с телом стороне, и непроницаемый для жидкости лист на обратной, дальней от тела, стороне. Поглотитель обычно изготавливают из смеси целлюлозной массы или другого волокнистого материала и водопоглощающей смолы.
В последние годы повышается спрос на более тонкие, легкие гигиенические материалы, позволяющие решать проблемы в области дизайна, распределения, утилизации и т.п. Наиболее часто используемым в настоящее время способом удовлетворения этого спроса является снижение в гигиеническом материале количества волокон или другого материала, служащего основой для водопоглощающей смолы, и использование большего количества водопоглощающей смолы. Такие гигиенические материалы с меньшим содержанием гидрофильных волокон и большим содержанием водопоглощающей смолы могут лучше аккумулировать жидкость, однако необязательно хорошо распределяют и рассредоточивают ее при реальном использовании подгузников. То есть при поглощении жидкости большое количество водопоглощающей смолы превращается в мягкий гель, что приводит к эффекту, называемому блокирование гелем, что серьезно затрудняет распределение жидкости. Если блокирование гелем произошло, смола уже не может функционировать должным образом, при этом она не только поглощает меньше воды, но и это поглощение происходит с меньшей скоростью.
Чтобы избежать этих проблем и сохранить поглощающие свойства материала, нельзя произвольно изменять соотношение количеств гидрофильных волокон и водопоглощающей смолы, то есть существуют пределы снижения количества гидрофильных волокон и уменьшения толщины гигиенического материала. Кроме того, поскольку в качестве волокнистого материала в гигиенических изделиях чаще всего используют целлюлозу, в особенности целлюлозу из первичного сырья из-за ее чистоты, введение больших количеств волокон связано с увеличением расходования лесных ресурсов.
Предложенные способы предотвращения блокирования гелем, которое происходит при использовании меньшего количества волокон и большего количества водопоглощающей смолы, включают способ, при котором применяют две различных водопоглощающих смолы с разной поглощательной способностью (см., например, патентный документ 1), способ использования состава, состоящего из катионного ионообменного образующего гидрогель полимера и анионного ионообменного образующего гидрогель полимера (см., например, патентный документ 2), способ использования водопоглощающей смолы с высокой плотностью сшивания на поверхности (см., например, патентный документ 3), способ использования водопоглощающей смолы, у поверхности которой концентрация солей ниже, чем во всем объеме (см., например, патентный документ 32), и способ экструдирования и вспенивания смеси водопоглощающей смолы и термопластичной смолы с образованием пластины (см., например, патентный документ 4). Однако материалам, получаемым этими способами, присущи такие недостатки, как высокая себестоимость и неудовлетворительные свойства поглощения используемого в поглотителе с высокой концентрацией водопоглощающей смолы. Кроме того, из-за того что при использовании этих способов снижается относительное количество гидрофильных волокон, которые служат для фиксации водопоглощающей смолы, частицы смолы стремятся передвинуться во время использования изделия или распределяются неравномерно еще до использования. Когда поглощающая смола перемещается таким образом из заданного положения, изделие теряет форму, и выделяемая моча или другая жидкость не вступает в контакт с водопоглощающей смолой гигиенического изделия, что приводит к протечкам.
Другим способом является смешивание волокон и водопоглощающей смолы в точной пропорции, при котором предотвращается неравномерное распределение и блокирование одной части водопоглощающей смолы другой ее частью (см., например, патентный документ 5). Этим способом достигается высокая степень перемешивания, так как сначала водопоглощающую смолу и целлюлозную массу перемешивают в воде, а затем подвергают сухому смешиванию с гидрофильными волокнами и придают форму полотна при помощи воздуха. Однако проблема состоит в том, что в процессе формования полотна воздухом водопоглощающая смола может сбиваться в комья. И когда это происходит, необходимо удалять комья из барабана, что снижает производительность установки. Также предпочтительно использовать довольно жесткую поглощающую смолу, чтобы предотвратить образование комьев и, если это произошло, облегчить их удаление. В целом, для жестких водопоглощающих смол характерна низкая поглощательная способность, поэтому для поглощения заданного количества жидкости потребуется большое количество водопоглощающей смолы. Данный способ также является неудовлетворительным с точки зрения предотвращения перемещения и неравномерного распределения водопоглощающей смолы в изделии.
При решении указанных проблем, особенно проблемы перемещения и неравномерного распределения водопоглощающей смолы, были исследованы способы связывания водопоглощающей смолы с подложкой. Примерами таких способов являются тиснение поглотителя; способ, в соответствии с которым поглотитель, наряду с водопоглощающей смолой и гидрофильными волокнами, содержит термопластичные связующие волокна, и массив поглощающего материала сплавляют при нагревании; способ, в соответствии с которым поглотитель, наряду с водопоглощающей смолой и гидрофильными волокнами, содержит синтетическую смолу, способную в значительной степени восстанавливать форму после деформации, и массив поглощающего материала сплавляют при нагревании (см., например, патентные документы 6 и 7); способ, в соответствии с которым поверхность водопоглощающей смолы, содержащей анионные группы, покрывают катионным полимером с тем, чтобы при набухании смолы частицы прилипали друг к другу и, таким образом, фиксировались (см., например, патентные документы 8 и 9); способ использования для фиксации водопоглощающей смолы и гидрофильных волокон эмульсионного связующего; способ использования для фиксации водопоглощающей смолы на материале основы термоклея (см., например, патентные документы 10 и 11) и т.п. Из-за того что в приведенных примерах частицы водопоглощающей смолы укладываются на подложке друг на друга, так что доля водопоглощающей смолы увеличивается, усиливается эффект блокирования, и поэтому нужно использовать больше связующего. Когда для фиксирования таким образом водопоглощающей смолы на материале основы используют большое количество связующего, то, кроме прочего, и сила связи сама по себе может ограничивать набухание водопоглощающей смолы. В частности, присущая водопоглощающей смоле поглощательная способность может не быть реализована в полной мере, если водопоглощающую смолу, гидрофильные волокна и т.п. фиксируют при помощи термопластичного связующего или эмульсии.
К способам снятия ограничений набухания водопоглощающей смолы, зафиксированной на подложке, относятся водопоглощающий композиционный материал, содержащий водопоглощающую смолу, часть которой удерживается внутри рыхлого нетканого полотна, тогда как открытая поверхность смолы покрыта тонкими целлюлозными волокнами, а наружная поверхность композиционного материала покрыта фибриллированным термоклеем (см., например, патентный документ 12); и поглощающий композиционный листовой материал, содержащий водопоглощающую смолу, часть которой удерживается внутри рыхлого нетканого полотна и часть выходит на поверхность, а наружная поверхность смолы покрыта двойным слоем термоклея в виде волоконной сети, слои которой имеют разный размер ячеек (см., например, патентный документ 13). Хотя благодаря этим способам удается снизить ограничения набуханию, фиксация все же отрицательно влияет на поглощающие свойства. Как уже было показано, свойства поглощения водопоглощающей смолы характеризуются не только поглощательной способностью, скоростью поглощения, поглощательной способностью под давлением, взаимосвязью способности распределять жидкость и поглощательной способности под давлением и проницаемостью набухшего геля для жидкости, но также и коэффициентом капиллярного поглощения, который отражает поглощение в результате капиллярного эффекта в промежутках между частицами (см., например, патентные документы 14 и 15). Было показано, что капиллярная поглощательная способность и другие свойства поглощения водопоглощающей смолы ухудшаются при использовании обычных способов фиксации. То есть даже для высокоэффективных водопоглощающих смол свойства поглощения поглощающего массива, полученного в результате фиксации этих смол, часто не соответствуют свойствам поглощения, присущим этим смолам. Также отмечено, что необязательно уделять повышенное внимание характеристикам водопоглощающей смолы, поскольку они реализуются только в минимальном объеме (см., например, патентный документ 16), и что в действительности трудно уловить различие свойств поглощения водопоглощающих смол, когда они входят в состав поглощающего массива, делая затруднительным проведение различий между поглощающими массивами.
В некоторых случаях для связи поглощающего геля с химически упрочненными волокнами целлюлозы используют клей (см., например, патентный документ 17). В соответствии с этим способом химически упрочненные волокна целлюлозы обеспечивают пространство для набухания поглощающего геля, эффективно разделяя частицы водопоглощающей смолы и облегчая ее функционирование. Однако эти волокна не связаны друг с другом и неизбежно перемещаются внутри поглощающего массива, вызывая соответствующее перемещение поглощающего геля. Кроме того, нужны большие количества целлюлозы, так как для того, чтобы обеспечить пространство для набухания поглощающего геля, он должен быть обернут целлюлозными волокнами, а само по себе пространство для набухания несоразмерно. Также нужно использовать много клея, который неизбежно является помехой набухания. Склеивания можно также добиться, используя материал основы и сшивающее вещество (см., например, патентный документ 18). Этим способом был получен поглощающий композиционный материал с хорошей проницаемостью для жидкости, для чего использовали сшивающее вещество, которое не ограничивает набухание геля, и легкие частицы, не вызывающие блокирования гелем. Однако, поскольку для склеивания требуется сшивающее вещество, поглощательная способность частиц может снижаться при сшивании некоторых из них. Кроме того, отмечалось, что при повышении степени сшивания на поверхности функционирование под нагрузкой улучшается, тогда как эффект с точки зрения предотвращения блокирования может быть неадекватным. К тому же, поглощательная способность этого композиционного материала из-за малого веса используемых частиц низкая.
В некоторых случаях водопоглощающую смолу фиксируют на материале основы без помощи связующего. В соответствии с одним из способов частицы поглощающего полимера связывают с волокнистым материалом основы в процессе полимеризации, а полимеризацию осуществляют на волокнистом материале основы (см., например, патентный документ 19). При этом волокнистый материал основы внедряется между частицами полимера, и частицы оказываются жестко зафиксированными, однако полностью осуществить реакцию в материале основы трудно, поэтому вероятно присутствие больших количеств неизрасходованных мономера и сшивающего вещества. В другом примере некоторое количество, или немного больше, водного раствора мономера в виде тонкодисперсных частиц наносят на ворсованное нетканое полотно и затем осуществляют полимеризацию и термокомпрессию (см., например, патентный документ 20). Поглощательные характеристики этого композиционного материала высоки, так как используется большое количество водопоглощающей смолы, а благодаря использованию нетканого полотна, по сравнению с целлюлозной массой, снижается перемещение. Однако из-за того что полимеризацию проводят внутри нетканого полотна, не снимается проблема непрореагировавших мономеров. Другим способом является повторное пропитывание водопоглощающей смолы водным раствором неполимеризованного мономера, нанесение ее на материал основы и полимеризация впитанного мономера, в результате чего водопоглощающая смола связывается с материалом основы (см., например, патентный документ 31), однако трудно полностью завершить полимеризацию мономера после его склеивания с материалом основы, и большое количество мономеров остается неизрасходованным.
В схожем примере из водопоглощающей смолы изготавливают суспензию, которую наносят на материал основы (см., например, патентный документ 21). Благодаря применению суспензии производительность, несомненно, возрастает, однако в качестве дисперсионной среды необходимо использовать дорогие микроволокна, а сила связи может быть неудовлетворительной. В тонких гигиенических материалах и других поглощающих материалах, в которых доля водопоглощающей смолы выше, использование большего количества водопоглощающей смолы может привести к тому, что при поглощении влаги, набухая, смола, в зависимости от того, как она размещена, станет довольно объемистой. Чем сильнее зафиксирована водопоглощающая смола, тем больше она надавливает на тело при набухании.
Также был предложен способ нанесения капель водного раствора мономера малой вязкости на ткань с последующим осуществлением реакции полимеризации с этой тканью, благодаря чему образуются промежутки между полимеризованными частицами и предотвращается явление блокирования гелем (см., например, патентный документ 30). В этом случае, из-за сложности осуществления полимеризации на материале основы в полном объеме, остаются большие количества непрореагировавших мономеров и компонентов с низким молекулярным весом. Это не только делает изделие непригодным для использования в качестве гигиенического материала, но также снижает скорость поглощения. При размещении смолы на обеих сторонах одного листа ткани с целью получения нужного уровня поглощения по отношению к площади частицы этой смолы, кроме того, должны иметь большой размер - 550 мкм или более, а при очень малом отношении площади поверхности к объему у сферических, полусферических и деформированных сферических частиц, получаемых этим способом, не обеспечивается нужная для реального использования скорость поглощения.
С точки зрения ощущения комфорта при использовании гигиенических изделий важно предотвратить не только вероятность протечки, но и появление влажности. Были предложены поглощающие изделия, в которых ощущение влажности снижено благодаря регулированию влажности, повышающейся при их использовании (см., например, патентные документы 22 и 23). В соответствии со способами, описанными в этих публикациях, поглощающие массивы содержат абсолютно сухую целлюлозу, большое количество поглощающего полимера с высокой поглощающей способностью и гигроскопический материал, такой как силикагель или хлорид лития, в сочетании с проницаемым для влаги листом, размещаемым на тыльной стороне. На тыльной стороне некоторых поглощающих изделий также используется проницаемый для влаги лист (см., например, патентный документ 24). В соответствии с другим способом с целью предотвращения просачивания жидкости сквозь проницаемый для влаги тыльный лист даже под давлением используют комбинацию из двух проницаемых для влаги листов. Однако из-за того что в этих способах выделяемые организмом жидкости остаются между волокнами бумаги или целлюлозной массы незафиксированными, при большом объеме выделений незафиксированная жидкость может образовывать поток, вызывающий повышение влажности.
Также были предложены гигиенические прокладки, в которых повторного увлажнения, источником которого является поглощающий массив, удается избежать благодаря использованию такого поглощающего массива, в котором величины центробежной емкости после набухания в результате равновесного поглощения искусственной крови и скорости прохождения искусственной крови равны или выше установленного значения (см., например, патентный документ 25), многослойной поглощающей бумаги, имеющей изготовленный из смешанных объемных целлюлозных волокон поверхностный слой, который первым вступает в контакт с жидкостью, и один или более слой материала основы, наслоенный на поверхностный слой (см., например, патентный документ 25), и поглощающего листа, состоящего из тонкодиспресных гидрофильных волокон или тонкодисперсного гидрофильного порошка, поглощающего полимера с высокой поглощающей способностью и объемных целлюлозных волокон (см., например, патентный документ 27). Однако в указанных публикациях не описывается структура поглощающего изделия, позволяющая в значительной степени управлять потоком и подавлять повышение влажности, даже когда объем выделений (объем жидкости, которая должна быть поглощена) велик.
В другом способе управления влажностью для поглощающего слоя используют волокна с низкой способностью удерживать воду (см., например, патентный документ 28). Этот способ, несомненно, позволяет снизить влажность, однако из-за того что эти волокна едва ли могут выполнять функцию поглощения, оно целиком осуществляется поглощающей смолой, характеризующейся низкой скоростью поглощения, что ведет к замедлению поглощения. Кроме того, так как волокна при набухании расширяются мало, вероятно возникновение блокирования гелем и затруднение должного функционирования водопоглощающей смолы.
Сообщалось, что поглощающая способность водопоглощающей смолы зависит от формы частиц (см., например, патентный документ 29). Широко применяемые частицы водопоглощающей смолы не отличаются выраженной длиной или тонкостью и имеют диаметр от, приблизительно, 45 до 850 мкм и средневзвешенный диаметр от, приблизительно, 200 до 370 мкм, однако поглощающая способность определенной структуры в целом и эффективная емкость водопоглощающей смолы в ней может быть улучшена путем расширения распределения размера частиц при среднем диаметре частиц от 400 до 700 мкм. Однако обычно, если повышается поглощающая способность, не удается избежать эффекта блокирования гелем, так как контакт между частицами увеличивается. Кроме того, поглощающая способность поглощающего массива мала из-за малой доли водопоглощающей смолы в нем.
Таким образом, в большинстве поглощающих массивов, в которых водопоглощающая смола связана с материалом основы, для связывания используется полимеризация мономеров (с сопутствующей проблемой непрореагировавших мономеров) или клей (ограничивающий набухание), и удовлетворительного способа связывания не существует. Кроме того, до сих пор выпускались только поглощающие массивы с низкими характеристиками, поскольку состояние смолы в них после связывания не адекватно задаче функционирования с высоким уровнем поглощения. То есть еще не было получено тонкого, легкого поглощающего массива, обладающего высокими емкостью для жидкости и скоростью поглощения, высокой способностью распределять жидкость и стабильностью массива.
[Патентный документ 1] выложенная патентная заявка Японии № 2001-252307
[Патентный документ 2] WO 98/037149
[Патентный документ 3] выложенная патентная заявка Японии № 06-057010
[Патентный документ 4] WO 01/64153
[Патентный документ 5] выложенная патентная заявка Японии № 5-230747
[Патентный документ 6] выложенная патентная заявка Японии № 10-118114
[Патентный документ 7] выложенная патентная заявка Японии № 10-118115
[Патентный документ 8] выложенная патентная заявка Японии № 5-31362
[Патентный документ 9] выложенная патентная заявка Японии № 6-370
[Патентный документ 10] выложенная патентная заявка Японии № 2000-238161
[Патентный документ 11] японский перевод международной публикации РСТ № 10-510447
[Патентный документ 12] выложенная патентная заявка Японии № 2001-96654
[Патентный документ 13] выложенная патентная заявка Японии № 2001-171027
[Патентный документ 14] патентная заявка Японии № 2002-72476
[Патентный документ 15] патентная заявка Японии № 2001-375375
[Патентный документ 16] выложенная патентная заявка Японии № 2001-96654
[Патентный документ 17] выложенная патентная заявка Японии № 10-512183
[Патентный документ 18] японский перевод международной публикации РСТ № 10-508528
[Патентный документ 19] выложенная патентная заявка Японии № 2003-11118
[Патентный документ 20] выложенная патентная заявка Японии № 2004-124303
[Патентный документ 21] выложенная патентная заявка Японии № 11-137600
[Патентный документ 22] выложенная патентная заявка Японии № 6-218007
[Патентный документ 23] выложенная патентная заявка Японии № 7-132126
[Патентный документ 24] японский перевод международной публикации РСТ № 10-508521
[Патентный документ 25] выложенная патентная заявка Японии № 7-184956
[Патентный документ 26] выложенная патентная заявка Японии № 6-287886
[Патентный документ 27] выложенная патентная заявка Японии № 9-156013
[Патентный документ 28] выложенная патентная заявка Японии № 2002-165837
[Патентный документ 29] патентная заявка Японии № 2904791
[Патентный документ 30] US 2003/0205318 А1
[Патентный документ 31] выложенная патентная заявка Японии № 9-239912
[Патентный документ 32] выложенная патентная заявка Японии № 2005-200630
Изложение существа изобретения
Проблемы, решаемые настоящим изобретением
Целью настоящего изобретения является тонкий, легкий поглотитель и изделия для поглощения жидкостей тела, обладающих высокой водопоглощательной способностью, скоростью поглощения и высокой способностью распределять жидкость. В частности, целью настоящего изобретения является обеспечение поглотителя и изделия для поглощения жидкостей тела, которые могут дать положительный эффект при использовании в составе одноразовых подгузников, гигиенических прокладок, прокладок при недержании и т.п. Более конкретно, целью настоящего изобретения является обеспечение поглотителя и изделия для поглощения жидкостей тела, обладающих способностью стабильного поглощения при практически полном отсутствии смещения или неравномерного распределения поглотителя в гигиеническом изделии, которые могут поглощать необходимое количество жидкости при минимальном количестве используемого материала. Кроме того, целью настоящего изобретения является обеспечение экологичных поглотителя и изделия для поглощения жидкостей тела, посредством чего сберегаются целлюлозная масса и другие ресурсы, обычно расходуемые при производстве гигиенических изделий.
Средства решения указанных проблем
В результате исследований, направленных на решение обозначенных выше проблем, было обнаружено, что высокая поглощающая способность может быть достигнута при малом количестве водопоглощающей смолы и уменьшенном количестве других материалов, если использовать композиционный поглощающий материал, образованный материалом основы и частицами водопоглощающей смолы, в котором материал основы и частицы водопоглощающей смолы соединены в особых пропорциях и размещены особым образом.
То есть изобретением являются поглощающий композиционный материал, способ производства этого поглощающего композиционного материала и устройство для производства этого поглощающего композиционного материала.
Поглощающий композиционный материал, содержащий материал основы и частицы водопоглощающей смолы, для которого соблюдаются следующие условия (1)-(4):
(1) весовое отношение количества водопоглощающей смолы к общему количеству материала основы и водопоглощающей смолы составляет от 65 до 99% вес.,
(2) вес частиц водопоглощающей смолы, непосредственно связанных с материалом основы, составляет 50% вес. или более от общего веса частиц водопоглощающей смолы,
(3) средняя поглощающая способность частиц водопоглощающей смолы составляет 50 г/г или более,
(4) количество непрореагировавших мономеров в водопоглощающей смоле составляет 200 частей на миллион или менее.
Способ получения поглощающего композиционного материала, содержащего материал основы и частицы водопоглощающей смолы, заключающийся в насыщении материала основы и/или водопоглощающей смолы водой с последующими удалением воды и сушкой материала основы и водопоглощающей смолы, при которых они находятся в контакте друг с другом.
Устройство для получения поглощающего композиционного материала, содержащего материал основы и частицы водопоглощающей смолы, включающее узел подачи материала основы; вращающийся барабан для осуществления связывания частиц смолы с материалом основы; узел подачи частиц смолы во вращающийся барабан; узел сушки для удаления воды из материала основы и связанных с ним частиц смолы; узел подачи определенного количества влаги в материал основы и/или частицы смолы, каковое устройство имеет следующие характерные особенности (1) и (2):
(1) поверхность вращающегося барабана имеет множество лунок,
(2) на дне каждой лунки имеется вентиляционное отверстие, через которое изнутри вращающегося барабана может выходить газ.
Технический результат
Объектом настоящего изобретения является единый поглощающий композиционный материал, содержащий множество частиц водопоглощающей смолы, соединенных с материалом основы, в результате чего обеспечивается тонкий поглотитель, характеризующийся высокой способностью распределять жидкость и высокой емкостью для жидкости. При использовании этого поглотителя в составе гигиенического материала или изделий для поглощения жидкостей организма производство такого гигиенического материала может быть упрощено, а поскольку водопоглощающая смола используется эффективно, то количество водопоглощающей смолы и бумаги, ткани и других входящих в состав поглотителя материалов может быть сокращено. В результате становится возможным производство очень тонких, легких гигиенических материалов и других изделий для поглощения жидкостей организма.
Описание предпочтительного варианта осуществления изобретения
Далее настоящее изобретение разъясняется более подробно.
1. Общее описание структуры и функционирования поглощающего композиционного материала
В контексте настоящего изобретения поглощающий композиционный материал означает сочетание водопоглощающей смолы и материала основы. В этом композиционном материале 50% вес. или более частиц водопоглощающей смолы связано непосредственно с материалом основы, таким образом, вероятность изменения положения частиц смолы невелика. Следовательно, материал основы сохраняет форму пластины. Поглощающая способность данного поглощающего композиционного материала, выступающего в роли поглотителя, предпочтительно, регулируется путем введения в поглощающий композиционный материал целлюлозной массы или других волокон или других листовых материалов.
В соответствии с настоящим изобретением частицы водопоглощающей смолы, предпочтительно, имеют относительно большой размер (диаметр частиц составляет от 550 мкм до 2100 мкм) [и далее именуются «крупные частицы»], поскольку поглощающий композиционный материал с такими частицами имеет высокую поглощающую способность на единицу площади и скорость поглощения, которая достаточна для того, чтобы использовать этот материал в гигиенических изделиях. Обычно в поглотителях, входящих в состав гигиенических материалов, избегают использования крупных частиц из-за свойственной им низкой скорости поглощения, однако, если они непосредственно связаны с волокнами материала основы, жидкость может переноситься к частицам по связанным с ними волокнам, напряжение, возникающее в результате морфологического изменения волокон при контакте с водой, передается на связанные с ними крупные частицы, и скорость поглощения этих частиц значительно увеличивается, что позволяет использовать такие частицы в составе поглотителя для изготовления гигиенических изделий.
При размещении частиц смолы на материале основы, предпочтительно, сохранять заполняемость площади крупными частицами, по меньшей мере на одном листе, на уровне от 1 до 30%, поскольку при набухании частицы смолы наталкиваются друг на друга, что мешает их дальнейшему набуханию, вследствие чего, если не обеспечено достаточного пространства для набухания частиц в направлении, параллельном плоскости материала основы, смола в составе композиционного материала не сможет осуществить должного поглощения. В этом случае более предпочтительно размещать частицы так, чтобы они не контактировали друг с другом, более предпочтительно, размещать частицы водопоглощающей смолы с промежутками. Частицы водопоглощающей смолы, предпочтительно, размещают одним слоем, так что они не накладываются друг на друга. Кроме того, крупные частицы, предпочтительно, располагают с обеих сторон так, что заполняемость площади крупными частицами с каждой стороны составляет от 1 до 30%. Если композиционный материал также содержит частицы относительно небольшого размера, при набухании они будут располагаться ниже крупных частиц, не создавая значительных затруднений для набухания крупных частиц, то есть возможно и предпочтительно регулировать скорость поглощения в соответствии с требуемой для данного поглотителя путем добавления мелких частиц. Когда такие относительно мелкие частицы добавляют с целью регулирования скорости поглощения, коэффициент общей площади поверхности (подробно описываемый ниже) предпочтительно регулируют так, чтобы он составлял от 0,3 до 3 с тем, чтобы обеспечить необходимый баланс между поглощающей способностью и скоростью поглощения композиционного материала.
Поскольку гигиенический материал должен обладать относительно высокой поглощающей способностью, величина весового отношения количества водопоглощающей смолы к общему весу водопоглощающей смолы и материала основы должна лежать в диапазоне от 65 до 99% вес.
Причиной того, что даже при таком высоком весовом отношении не происходит блокирования гелем, заключается в том, что 50% вес. или более частиц смолы связаны с материалом основы, что гарантирует наличие определенного пространства между частицами смолы. Доля связанных частиц смолы, предпочтительно, составляет, по меньшей мере, 60% вес., более предпочтительно, по меньшей мере, 70% вес., еще более предпочтительно, по меньшей мере, 90% вес. и идеально - 95% вес. или более. Предпочтительно, чтобы частицы водопоглощающей смолы были связаны с материалом основы, так как в этом случае исключается перемещение частиц водопоглощающей смолы во время транспортировки изделий или при поглощении жидкостей организма.
Выбор способа непосредственного связывания частиц водопоглощающей смолы с материалом основы не имеет определенных ограничений. Предпочтительно, чтобы некоторые волокна материала основы были включены в частицы водопоглощающей смолы. Предпочтительно, чтобы, по меньшей мере, 50% вес. непосредственно связанных с материалом основы частиц было связано с включением в них некоторых волокон; предпочтительно, чтобы, по меньшей мере, 70%, более предпочтительно, по меньшей мере, 90%, и более предпочтительно, по меньшей мере, 95% вес. водопоглощающей смолы было связано таким образом. Когда частицы водопоглощающей смолы связаны с материалом основы с включением в них некоторых волокон, эти волокна осуществляют подвод к частицам смолы жидкостей организма, и поглощательная способность частиц под давлением, а также скорость поглощения увеличиваются.
Невозможно достигнуть высокой поглощающей способности поглотителя только путем использования крупных частиц и, тем самым, повышения объема смолы относительно площади, частицы смолы также должны обладать высокой поглощающей способностью. То есть средняя поглощающая способность используемых частиц водопоглощающей смолы должна составлять, по меньшей мере, 50 г/г. Частицы водопоглощающей смолы с такой поглощающей способностью обычно подвержены возникновению эффекта блокирования гелем, а их набухание может быть серьезно затруднено в результате наталкивания частиц смолы друг на друга, поэтому нельзя получить поглощающий композиционный материал, отвечающий разнообразным требованиям, только путем использования композиционного материала с высокой долей смолы, составляющей более 50% вес. Следовательно, ранее было необходимо использовать жесткие частицы смолы с высокой степенью сшивания на поверхности и внутри, которые обладают высокой поглощающей способностью под давлением и низкой поглощающей способностью. В соответствии с настоящим изобретением частицы водопоглощающей смолы располагают таким образом, чтобы не допустить эффекта блокирования гелем, а благодаря наличию в некоторых случаях каналов в смоле высокая поглощающая способность под давлением может быть достигнута даже при использовании мягких частиц смолы с высокой поглощающей способностью. В результате получаемый поглощающий композиционный материал обладает высокой поглощающей способностью как под давлением, так и без него.
Кроме того, благодаря тому что поглощающий композиционный материал, являющийся объектом настоящего изобретения, обладает высокой способностью распределять жидкость и позволяет максимально реализовать поглощающую способность всей водопоглощающей смолы, нет необходимости использовать избыточное количество водопоглощающей смолы, и поэтому вес поглощающего композиционного материала может быть снижен. Для повышения поглощающей способности данного композиционного материала предпочтительно увеличить долю смолы с высокой поглощающей способностью и, более предпочтительно, использовать поглощающую смолу с более высокой поглощающей способностью.
В соответствии с рекомендательными стандартами Ассоциации производителей гигиенических изделий Японии, желательно снижать количество непрореагировавших мономеров в водопоглощающей смоле. Одной из отличительных особенностей поглощающего композиционного материала, являющегося объектом настоящего изобретения, является то, что количество непрореагировавших мономеров в водопоглощающей смоле снижено до очень малой величины - 200 частей на миллион или менее. Такой величины сложно достичь при полимеризации смолы на материале основы, т.е. способом, широко применяемым для непосредственного связывания смолы с материалом основы. Такой низкий уровень непрореагировавших мономеров может быть получен путем предварительной полимеризации водопоглощающей смолы с последующим использованием этой смолы, характеризующейся особенно низким содержанием непрореагировавших мономеров, в качестве водопоглощающей смолы в композиционном материале.
2. Связывание
В соответствии с настоящим изобретением предпочтительно, чтобы ко времени использования данного поглощающего композиционного материала, по меньшей мере, 60% вес., предпочтительно, по меньшей мере, 70% вес., более предпочтительно, по меньшей мере, 90% вес., еще более предпочтительно, по меньшей мере, 99% вес. общего количества частиц водопоглощающей смолы было связано с материалом основы.
В соответствии с настоящим изобретением положение, в котором частицы водопоглощающей смолы связываются с материалом основы, означает положение, в котором частицы водопоглощающей смолы зафиксированы на материале основы, и взаимное расположение материала основы и частиц водопоглощающей смолы существенно не изменяется. В частности, связанные частицы - это частицы, которые не отделяются от поверхности поглощающего композиционного материала после его встряхивания в течение одной минуты с интенсивностью 2 полных (вперед и назад) встряхивания в секунду с амплитудой 20 см (20 см назад и 20 см вперед) при удерживании края поглощающего композиционного материала руками.
Если взаимное расположение материала основы и частиц водопоглощающей смолы не изменяется, поглощающая способность данного поглощающего композиционного материала не изменится при транспортировке перед его использованием, кроме того, это предпочтительно с точки зрения повторного поглощения.
Долю связанных частиц можно определить путем принудительного отделения связанных частиц пинцетом или чем-либо подобным и их взвешивания.
В соответствии с настоящим изобретением ко времени использования данного поглощающего композиционного материала, по меньшей мере, 50% вес. общего количества водопоглощающих частиц являются непосредственно связанными с материалом основы. Предпочтительно, по меньшей мере, 60% вес., более предпочтительно, по меньшей мере, 70% вес., еще более предпочтительно, по меньшей мере, 90% вес. или, идеально, по меньшей мере, 99% вес. частиц непосредственно связаны с материалом основы.
Непосредственное связывание в контексте настоящего документа означает, что частицы связаны без использования каких-либо других компонентов, таких как клей, помимо тех компонентов, к которым относятся материал основы, частицы водопоглощающей смолы и их производные. Однако частицы все же считаются непосредственно связанными, если клей используется в таком количестве, которое не препятствует их набуханию.
Долю непосредственно связанных частиц можно определить путем измерения количества частиц водопоглощающей смолы, которые остались связанными с материалом основы после погружения поглощающего композиционного материала на 1 час в растворитель, растворяющий клей.
Выбор способа непосредственного связывания не имеет определенных ограничений, им может быть связывание в результате образования химической связи между материалом основы и частицами водопоглощающей смолы, связывание в результате физического взаимодействия и связывание путем включения волокон материала основы в водопоглощающую смолу.
Из перечисленных способов предпочтительным является связывание путем включения волокон материала основы в водопоглощающую смолу. А именно является предпочтительным, чтобы, по меньшей мере, 50% вес. общего количества частиц водопоглощающей смолы были связаны с волокнами, включенными в водопоглощающую смолу. Предпочтительно, по меньшей мере, 60% вес., более предпочтительно, по меньшей мере, 70% вес., еще более предпочтительно, по меньшей мере, 90% вес. частиц являются связанными таким образом.
Включение волокон в водопоглощающую смолу означает, что волокна материала основы входят в матрицу водопоглощающей смолы. Конкретных ограничений формы и длины включенных волокон нет. Благодаря тому что в такую водопоглощающую смолу может впитываться вода, подводящаяся по волокнам, связывание указанного типа обеспечивает наивысшую поглощательную способность с точки зрения объема поглощенной жидкости и скорости поглощения. Для определения того, происходит ли связывание частиц с включением волокон в водопоглощающую смолу, может быть использован электронный микроскоп. Их долю определяют путем случайного выбора 30 связанных частиц, принудительного отделения этих частиц от материала основы и исследования их под микроскопом.
В контексте настоящего изобретения не имеет значения, каким способом связаны оставшиеся частицы водопоглощающей смолы, поскольку, по меньшей мере, 50% вес. общего количества частиц водопоглощающей смолы связаны с материалом основы непосредственно.
Однако предпочтительно не использовать клей, так как нужно не допустить затруднения набухания при поглощении жидкости. Использование клея не является предпочтительным, поскольку клей может препятствовать набуханию водопоглощающей смолы. Примеры клеев включают термопластичные волокна и полимеры, эмульсионные связующие, термоклеи и т.п.
Связанные крупные частицы располагаются, предпочтительно, так, что заполняемость площади смолой (будет описана ниже) составляет от 1 до 30%. Реализация поглощательной способности крупных частиц облегчается, если они расположены так, что не контактируют друг с другом при поглощении ожидаемого количества жидкости. Крупные частицы могут быть связаны только с одной стороной материала основы или же могут быть связаны с обеими его сторонами. Предпочтительно, чтобы они были связаны с обеими сторонами, поскольку в этом случае повышается объем поглощаемой единицей площади жидкости.
3. Весовое отношение поглощающей смолы
В контексте настоящего изобретения весовое отношение водопоглощающей смолы задается в виде весового процента водопоглощающей смолы относительно общего веса материала основы и водопоглощающей смолы и конкретно определяется формулой 1:
Весовое отношение смолы (% вес.) = А/В×100
(формула 1)
(где А (г) - вес водопоглощающей смолы, входящей в поглощающий композиционный материал и В (г) - общий вес материала основы и водопоглощающей смолы).
Указанное весовое отношение ко времени использования поглощающего композиционного материала должно составлять, по меньшей мере, 65% вес. и не более 99% вес., предпочтительно, по меньшей мере, 70% вес. и не более 99% вес., или, более предпочтительно, по меньшей мере, 80% вес. и не более 99% вес. Чем выше указанное весовое отношение, тем больше общее количество жидкости, поглощенной этим композиционным материалом. Вес водопоглощающей смолы определяют после отделения всех частиц.
3. Заполняемость площади смолой
В контексте настоящего изобретения заполняемость площади частицами водопоглощающей смолы с диапазоном размеров от 550 до 2100 мкм (т.е. крупными частицами) является показателем возможности контакта между частицами после того, как частицы поглощающей смолы впитали жидкость. В контексте настоящего изобретения заполняемость площади смолой в виде крупных частиц измеряют следующим образом.
При помощи оптического или электронного микроскопа получают изображение поверхности поглощающего композиционного материала. Условия измерения и увеличения выбирают так, чтобы частицы водопоглощающей смолы были отличимы от материала основы, и чтобы 10 или более частиц водопоглощающей смолы диаметром от 550 до 2100 мкм (т.е. крупных частиц) уместились на этом изображении. Изготавливают увеличенную фотокопию этого изображения, части, соответствующие частицам водопоглощающей смолы, вырезают, отделяя от частей, соответствующих материалу основы, и из частей с изображением частиц водопоглощающей смолы выбирают крупные частицы. Для этого отбора пользуются следующим способом.
Готовят квадратный лист бумаги, соответствующий квадрату со стороной 500 мкм композиционного материала, размер которого вычисляют на основе значений увеличения при получении изображения и при изготовлении фотокопии. Таким же образом готовят квадратный лист бумаги, соответствующий квадрату со стороной 2500 мкм композиционного материала. Крупные частицы отбирают путем накладывания каждой части копии изображения частиц водопоглощающей смолы на эти квадраты и исключения тех частиц, копии изображения которых малы и умещаются внутри квадрата со стороной 500 мкм или велики и выглядывают, даже немного, за границы квадрата со стороной 2500 мкм.
Затем взвешивают отобранные вырезанные части, соответствующие крупным частицам, и всю увеличенную фотокопию и рассчитывают заполняемость площади смолой в виде крупных частиц по приведенной ниже формуле 2. Эту процедуру выполняют для любых пяти или более точек на поверхности поглощающего композиционного материала, и полученное среднее значение принимают за заполняемость площади смолой. Когда частицы водопоглощающей смолы связаны с обеими сторонами материала основы, заполняемость площади смолой определяют аналогично для каждой стороны.
Заполняемость площади смолой (%) = вес вырезанных частей, соответствующих крупным частицам/вес всей увеличенной фотокопии × 100
(формула 2)
Заполняемость площади смолой ко времени использования поглощающего композиционного материала составляет, предпочтительно, от 1 до 30%, более предпочтительно, от 2 до 25%, еще более предпочтительно, от 3 до 20%. Если заполняемость площади смолой слишком велика, частицы водопоглощающей смолы при набухании будут контактировать друг с другом, вызывая эффект блокирования, так что водопоглощающая смола не сможет максимально реализовать свою поглощательную способность. Если заполняемость площади смолой слишком мала, количество поглощенной жидкости на единицу площади поглощающего композиционного материала будет невелико, что нежелательно.
4. Коэффициент общей площади поверхности
В контексте настоящего изобретения коэффициент общей площади поверхности отражает площадь поверхности частиц водопоглощающей смолы на единице площади поглощающего композиционного материала. Чем выше коэффициент общей площади поверхности, тем выше скорость поглощения данным поглощающим композиционным материалом, поэтому более высокие значения коэффициента общей площади поверхности являются предпочтительными.
Величина коэффициента общей площади поверхности к моменту использования поглощающего композиционного материала составляет, предпочтительно, от, приблизительно, 0,1 до 3, а когда требуется особенно быстрое поглощение на ранних стадиях (в течение первой минуты после начала использования), эта величина составляет, предпочтительно, от 0,3 до 3, более предпочтительно, от 0,4 до 3 или, еще более предпочтительно, от 0,5 до 3.
В соответствии с настоящим изобретением коэффициент общей площади поверхности определяют по формуле 3 путем сбора частиц водопоглощающей смолы, используемых в составе указанного поглощающего композиционного материала, классификации их по размеру, измерения веса и объемной плотности частиц соответствующего диапазона размеров.
2
2
(где Wr - общий вес (г) частиц водопоглощающей смолы размера r (см), Cr - объемная плотность (г/см) частиц водопоглощающей смолы размера r (см), S - площадь (см) поглощающего композиционного материала).
Частицы водопоглощающей смолы извлекают (путем сдирания, когда они связаны с материалом основы) и собирают для измерения их размера и объемной плотности; если к поверхности частиц водопоглощающей смолы прилипли волокна или что-либо подобное, их удаляют до начала измерений. Когда волокна включены в частицы водопоглощающей смолы, эти волокна обрезают с поверхности частиц перед началом измерений. Когда на поверхность частиц водопоглощающей смолы нанесен клей или что-либо подобное, его удаляют при помощи растворителя, который не поглощается данной водопоглощающей смолой.
Размер частиц водопоглощающей смолы измеряют путем их просеивания сквозь сита с размером ячеек 106 мкм, 212 мкм, 300 мкм, 425 мкм, 500 мкм, 600 мкм, 710 мкм, 850 мкм, 1000 мкм, 1180 мкм, 1400 мкм, 1700 мкм и 2500 мкм. В соответствии с настоящим изобретением определяемый размер частицы является промежуточной величиной между значением размера ячеек двух сит, через одно из которых эта частица проходит, а через другое - не проходит. Размер частиц, которые проходят сквозь сито с размером ячеек 106 мкм, принимается равным 53 мкм, а размер частиц, остающихся на сите с размером ячеек 2500 мкм, принимается равным 2700 мкм. В результате выполнения этой операции частицы классифицируются по размерам 53 мкм, 159 мкм, 256 мкм, 362,5 мкм, 462,5 мкм, 550 мкм, 655 мкм, 780 мкм, 925 мкм, 1090 мкм, 1290 мкм, 1550 мкм, 1850 мкм, 2100 мкм и 2700 мкм.
3
3
Объемную плотность частиц водопоглощающей смолы определяют, отмеряя 2 см водопоглощающей смолы при помощи мерной колбы объемом 2 см и деля ее вес пополам. Объемную плотность измеряют 5 раз и берут среднюю величину. Объемную плотность измеряют для частиц каждого типоразмера после их классификации на ситах.
5. Частицы водопоглощающей смолы
Водопоглощающая смола
Сначала описывается водопоглощающая смола, образующая частицы водопоглощающей смолы.
В соответствии с настоящим изобретением концентрация непрореагировавших мономеров в водопоглощающей смоле составляет, предпочтительно, 200 частей на миллион или менее, более предпочтительно, 100 частей на миллион или менее, еще более предпочтительно, 50 частей на миллион или менее, и еще более предпочтительно, 10 частей на миллион или менее по отношению к весу водопоглощающей смолы. Не является предпочтительным, чтобы водопоглощающая смола содержала непрореагировавшие мономеры в высокой концентрации, поскольку они вымываются при поглощении смолой жидкости.
Количество непрореагировавших мономеров можно уменьшить путем завершения полимеризации при помощи температурной обработки во время или после изготовления поглощающего композиционного материала. Концентрация непрореагировавших мономеров в поглощающей смоле до ее соприкосновения с материалом основы составляет, предпочтительно, 5% или менее, более предпочтительно, 1% или менее, еще более предпочтительно, 0,1% или менее, и еще более предпочтительно, 0,05% или менее. Не является предпочтительным использование в качестве исходного материала водопоглощающей смолы, содержащей много непрореагировавших мономеров, поскольку в процессе производства композиционного материала завершить полимеризацию трудно, и в конце все же остается значительное количество непрореагировавших мономеров. При использовании способа, предусматривающего проведение реакции полимеризации, также может быть повреждена текстура материала основы.
По этим причинам в соответствии с настоящим изобретением предпочтительно использовать аморфные частицы, произведенные способом, заключающемся в полимеризации водного раствора с последующим измельчением, и/или частицы, полученные в результате суспензионной полимеризации с обращением фаз.
Количество непрореагировавших мономеров можно измерить следующим способом. Водопоглощающую смолу вводят в 0,9%-ный солевой раствор, количество которого в 250 раз больше веса смолы, непрореагировавшие мономеры экстрагируют в течение 6 часов при перемешивании при комнатной температуре, затем отфильтровывают. Количество непрореагировавших мономеров в фильтрате определяют методом жидкостной хроматографии.
В соответствии с настоящим изобретением тип водопоглощающей смолы не имеет определенных ограничений, может быть использована любая водопоглощающая смола. Предпочтительной является водопоглощающая смола, имеющая кислотные группы в боковых цепях, а особенно предпочтительной - смола, имеющая карбоксильные группы в боковых цепях. Желательно, чтобы 50% или более кислотных групп были нейтрализованы с образованием солей, и особенно предпочтительно, чтобы 50% или более кислотных групп были нейтрализованы с образованием солей аммония. Водопоглощающая смола с кислотными группами в боковых цепях является предпочтительной, так как благодаря статическому отталкиванию кислотных групп в ходе поглощения жидкости повышается скорость поглощения. Желательно, чтобы эти кислотные группы были нейтрализованы, потому что при этом возможно поглощение жидкости внутри водопоглощающей смолы под действием осмотического давления. Предпочтительно, чтобы кислотные группы были нейтрализованы с образованием солей аммония, так как соли аммония обладают высоким сродством к воде и, следовательно, имеют больший потенциал поглощения.
Известно много типов водопоглощающих смол, включая поперечносшитую частично нейтрализованную полиакриловую кислоту (см., например, выложенную патентную заявку Японии № S55-84304), гидролизованный привитой сополимер крахмала и акрилонитрила (см., например, патент Японии № S49-43395), нейтрализованный привитой сополимер крахмала и акриловой кислоты (см., например, выложенную патентную заявку Японии № S51-125468), омыленный сополимер винилацетата и сложного эфира акриловой кислоты (см., например, выложенную патентную заявку Японии № S52-14689), гидролизованный сополимер акрилонитрила или сополимер акриламида (см., например, патент Японии № S53-15959), соли полиглутаминовой кислоты (см., например, выложенную патентную заявку Японии № 2003-192794) и т.п.
Сополимеры солей полиакриловой кислоты и поперечносшитая частично нейтрализованная полиакриловая кислота, которые широко используются в гигиенических материалах, являются предпочтительными с точки зрения характеристик поглощения и стоимости.
Далее, как приемлемый пример водопоглощающей смолы, описывается поперечносшитая полиакриловая кислота и способ ее производства.
В поперечносшитой полиакриловой кислоте, предпочтительно, по меньшей мере, 50% мол., более предпочтительно, по меньшей мере, 80% мол., еще более предпочтительно, по меньшей мере, 90% мол. повторяющихся звеньев молекулы полимера являются звеньями, содержащими карбоксильную группу. Нежелательно, чтобы доля звеньев, содержащих карбоксильную группу, в молекуле полимера составляла 50% мол. или менее, так как это отрицательно влияет на поглощательную способность.
Предпочтительно, чтобы карбоксильные группы, входящие в молекулу полимера, были частично нейтрализованы с образованием солей щелочных металлов, включая натрий, калий и литий, и азотсодержащих основных соединений, включая аммоний. Предпочтительно, по меньшей мере, 50% и, более предпочтительно, по меньшей мере, 70% карбоксильных групп являются нейтрализованными. С точки зрения вида соли предпочтительно, чтобы карбоксильные группы были частично нейтрализованы с образованием, по меньшей мере, одной соли, включающей аммоний, и наиболее предпочтительно, чтобы карбоксильные группы были частично нейтрализованы только с образованием соли аммония. С точки зрения поглощательной способности, предпочтительно, чтобы, по меньшей мере, 50% мол., более предпочтительно, по меньшей мере, 70% мол., еще более предпочтительно, по меньшей мере, 90% мол. и идеально - все карбоксильные группы молекулы полимера, нейтрализованные с образованием солей, представляли собой соли аммония. С точки зрения поглощательной способности и способности связываться с материалом основы предпочтительно, чтобы доля солей аммония была большой. Долю солей аммония в водопоглощающей смоле можно вычислить на основании общего количества атомов азота в смоле. Общее количество атомов азота в водопоглощающей смоле можно определить методом Кьельдаля (Kjeldahl).
Мономеры, составляющие водопоглощающую смолу, могут представлять собой соли ненасыщенных карбоновых кислот, таких как метакриловая кислота, этакриновая кислота, итаконовая кислота, малеиновая кислота, кротоновая кислота, фумаровая кислота, сорбиновая кислота, коричная кислота и их ангидриды, предпочтительно, используются соли метакриловой кислоты. При нейтрализации кислоты соли образуются, предпочтительно, щелочными металлами, включая литий, натрий и калий, или азотсодержащими основными соединениями, включая аммоний. Также возможна сополимеризация с другими мономерами, и примеры ненасыщенных мономеров, пригодных для сополимеризации, включают анионные ненасыщенные мономеры, такие как метакриловая кислота, этакриновая кислота, итаконовая кислота, малеиновая кислота, кротоновая кислота, сорбиновая кислота, коричная кислота и их ангидриды, винилсульфоновая кислота, аллилсульфоновая кислота, стиролсульфоновая кислота, винилтолуолсульфоновая кислота, 2-метакриламид-2-метилпропансульфоновая кислота, 2-метакрилоилэтансульфоновая кислота, 2-метакрилоилпропансульфоновая кислота, 2-гидроксилэтилакрилоилфосфат, 2-гидроксилэтилметакрилоилфосфат, пентил-2-акрилоилоксиэтилфосфат, винилфосфорная кислота и соответствующие соли, ненасыщенные мономеры, содержащие неионогенные гидрофильные группы, такие как акриламид, метакриламид, н-этилметакриламид, н-пропилметакрил-амид, н-изопропилметакриламид, н,н-диметилметакриламид, 2-гидроксиэтилметакрилат, 2-гидроксипропилметакрилат, метоксиполиэтиленгликольметакрилат, полиэтиленгликольмонометакрилат, н-винилпирролидон, н-акрилоилпиперидин и н-акрилоилпирролидин, гидрофильные мономеры, обладающие свойством поглощать воду в результате гидролиза функциональных групп после полимеризации, такие как метилметакрилат, этилметакрилат и винилацетат. Гидрофобные мономеры, которые могут быть использованы в сочетании, включают стирол, винилхлорид, бутадиен, изобутен, этилен, пропилен, стеарилметакрилат, лаурилметакрилат и т.п., которые могут быть использованы по отдельности или в сочетании из двух или более мономеров.
Вместе с указанными мономерами может быть использован сшивающий агент, и смола может быть сшита в результате реакции конденсации сшивающего агента с функциональными группами смолы; сополимеризации полимеризуемого сшивающего агента с ненасыщенными мономерами или в результате воздействия на смолу пучка электронов или излучения и т.п. Предпочтительным способом сшивания является использование конденсирующего сшивающего агента, а более предпочтительным способом сшивания - сополимеризация полимеризуемого сшивающего агента с ненасыщенными мономерами в присутствии конденсирующего сшивающего агента, вступающего в реакцию с функциональными группами смолы.
Примеры конденсирующих сшивающих агентов включают соединения на основе глицидиловых эфиров, такие как диглицидиловый эфир этиленгликоля, триглицидиловый эфир триметилолпропана, полиглицидиловый эфир полиглицерина, полиглицидиловый эфир диглицерина и диглицидиловый эфир пропиленгликоля; поливалентные спирты, такие как полиглицерин, полиэтиленгликоль, пропиленгликоль, 1,3-пропандиол, полиоксиэтиленгликоль, триэтиленгликоль, тетраэтиленгликоль, диэтаноламин и триэтаноламин; поливалентные амины, такие как этилендиамин, диэтилендиамин, полиэтиленимин и гексаметилендиамин; поливалентные ионы, такие как ионы цинка, кальция, магния и алюминия; эти сшивающие агенты могут быть использованы в комбинации из двух или более агентов.
Примеры полимеризуемых сшивающих агентов, которые сополимеризуются с ненасыщенными мономерами, включают диакрилат диэтиленгликоля, н,н'-метилен-бис-акриламид, диакрилат полиэтиленгликоля, диакрилат полипропиленгликоля, диаллиловый эфир триметилолпропана, аллилглицидиловый эфир, триаллиловый эфир пентаэритритола, диакрилат моностеарат пентаэритритола, диакрилат бисфенола, диакрилат изоциануровой кислоты, соль тетрааллилоксиэтана и диаллилоксиуксусной кислоты; эти сшивающие агенты могут быть использованы в комбинации из двух или более агентов.
Выбор растворителя для получения раствора мономера не имеет определенных ограничений, поскольку указанные мономеры хорошо растворимы. Особенно желательно использовать только воду, однако также могут быть использованы гидрофильные растворители, такие как этанол, метанол и ацетон, по отдельности или в комбинации, состоящей из двух или более веществ. Также, при необходимости, может быть добавлена соль, как, например, хлорид натрия, соединение с основными свойствами, как, например, аммоний, регулирующие уровень рН, или, в случае суспензионной полимеризации с обращением фаз, суспендирующий агент.
Выбор способа полимеризации ненасыщенных мономеров не имеет определенных ограничений, могут быть использованы широко известные способы, такие как полимеризация в водном растворе, суспензионная полимеризация с обращением фаз, эмульсионная полимеризация с обращением фаз, полимеризация в струе, ленточная полимеризация и т.п. Выбор способа инициирования полимеризации также не ограничивается, полимеризацию можно инициировать при помощи инициатора радикальной полимеризации, воздействия излучения, пучка электронов и т.п. или, при полимеризации в ультрафиолетовом излучении, используя фотосенсибилизатор. Инициатор, используемый при радикальной полимеризации, может представлять собой известный инициатор, например, персульфат, такой как персульфат калия, персульфат аммония или персульфат натрия; пероксид водорода; органический пероксид, такой как гидропероксид кумена, гидропероксид трет-бутила, надуксусная кислота и т.п. При использовании окислительного инициатора радикальной полимеризации также может быть добавлен восстановительный агент, такой как L-аскорбиновая кислота или ронгалит.
До инициирования полимеризации из раствора мономера, предпочтительно, удаляют растворенный кислород. Это выполняют, например, путем барботирования или другого способа обработки неактивным газом в течение определенного времени. Атмосферу в реакционном сосуде, предпочтительно, образует неактивный газ, такой как азот или гелий. В реакционном сосуде может быть создано разрежение, нормальное давление или повышенное давление. Температура инициирования полимеризации, предпочтительно, лежит в диапазоне от 0 до 100°С, более предпочтительно, в диапазоне от 20 до 70°С. Если температура инициирования слишком высока, полимеризация начинается в результате нагревания до добавления инициатора, что нежелательно. Низкая температура инициирования также нежелательа, так как тогда реакция инициирования занимает больше времени. Температура в реакционном сосуде в ходе реакции может изменяться самопроизвольно, либо ее можно регулировать путем охлаждения или нагревания. Скорость повышения температуры в ходе полимеризации и ее максимальное значение можно точно не регулировать, максимальная температура может превышать 100°С. Значение максимальной температуры в ходе полимеризации обычно лежит в диапазоне от 20 до 140°С или, предпочтительно, от 40 до 120°С. Концентрация мономера в растворе составляет, предпочтительно, от 10 до 80%, более предпочтительно, от 30 до 70%. Нежелательно, чтобы эта концентрация была слишком большой, так как тогда реакция может выйти из-под контроля. Также нежелательно, чтобы эта концентрация была слишком низкой, поскольку в этом случае реакция займет слишком много времени, и возникнут трудности на последующей стадии сушки. Предпочтительно прекратить полимеризацию, когда реакционный раствор перестанет выделять тепло. Поскольку за полимеризацией следуют процессы, связанные с нагреванием, такие как сушка, сшивание и т.п., полимеризацию также можно прекратить раньше, чем реакционный раствор перестанет выделять тепло. Этот раствор после того, как он перестанет выделять тепло, можно также нагревать или сохранять теплым.
Полимер, получаемый в результате описанной полимеризации в виде влажного геля, подвергают сушке. Выбор способа сушки не имеет определенных ограничений. Можно использовать, предпочтительно, обезвоживание азеотропной перегонкой, сушку в псевдоожиженном слое, сушку горячим воздухом, вакуумную сушку и т.п., особенно предпочтительной является сушка горячим воздухом или вакуумная сушка. Полимер подвергают сушке до тех пор, пока содержание воды в нем не станет 30% вес. или менее, предпочтительно, 10% вес. или менее. Влажный гель можно подвергать сушке в любой форме, предпочтительно, перед сушкой увеличить площадь поверхности полимера путем грубого помола. Диапазон температур сушки составляет, предпочтительно, от 70 до 180°С, более предпочтительно, от 100 до 140°С.
Размер частиц высушенного полимера доводят до необходимого значения путем измельчения или классификации. Если используется поперечносшитая полиакриловая кислота, высушенный полимер может быть измельчен до получения нужного размера частиц, а затем нагрет. При тепловой обработке желательно добавить соединение, имеющее 2 или более функциональные группы, способные вступать в реакцию с карбоксильными группами. Это соединение, имеющее 2 или более функциональные группы, способные вступать в реакцию с карбоксильными группами, может быть введено перед полимеризацией либо добавлено к частицам перед тепловой обработкой. Если указанное соединение добавляют перед тепловой обработкой, предпочтительно вводить его путем растворения в гидрофильном растворителе, таком как вода, спирт или эфир, и распылять полученный раствор на поверхность. Температура тепловой обработки строго не ограничивается, ее величина, предпочтительно, лежит в диапазоне от 120 до 250°С, более предпочтительно, от 150 до 240°С, еще более предпочтительно, от 170 до 230°С. Тепловую обработку можно проводить непрерывно на том же оборудовании, что и сушку, либо на независимой от сушки стадии.
Для указанной тепловой обработки может быть использована обычная сушилка или печь, например туннельная сушилка, барабанная сушилка, дисковая сушилка, сушилка с псевдоожиженным слоем, сушилка с воздушным потоком, радиационная сушилка и т.п.
При необходимости, к водопоглощающей смоле могут быть добавлены дезодоранты, парфюмерные композиции, различные неорганические порошки, вспениватели, пигменты, красители, антибактериальные агенты, короткие гидрофильные волокна, пластификаторы, клеи, поверхностно-активные вещества, удобрения, окислители, восстановители, хелатообразующие агенты, антиоксиданты, агенты, повышающие термостойкость, поглотители инфракрасного излучения, агенты, повышающие светостойкость, вода, соли и т.п.
Примеры указанных неорганических порошков включают тонкодисперсные частицы различных неорганических соединений, неактивных по отношению к воде и гидрофильным органическим растворителям, и тонкодисперсные частицы глинистых минералов. Особенно желательно использовать в качестве неорганических порошков такие, которые имеют определенное сродство к воде, но нерастворимы или плохо растворимы в ней, их примеры включают металлы, оксиды, такие как диоксид кремния, титан; кремниевые кислоты (соли), такие как природный цеолит, искусственный цеолит; каолин; тальк; глину; бетонит и т.п.
Обычно неорганические порошки используются в количестве от 0,001 до 10 весовых частей или, предпочтительно, от 0,01 до 5 весовых частей на 100 весовых частей водопоглощающей смолы. Выбор способа смешивания водопоглощающей смолы и неорганического порошка не имеет определенных ограничений, это может быть смешивание сухих компонентов, мокрое смешивание и т.п.
Форма частиц
Частицы водопоглощающей смолы могут иметь любую форму, представлять собой сферические частицы, широко используемые в поглощающих составах, аморфные частицы, агрегированные частицы, короткие волокна или частицы в форме листа. Также могут быть использованы аморфные частицы, полученные в результате измельчения, агрегаты частиц (например, в виде виноградной грозди), частицы в форме чешуек, гранул и т.п. Предпочтительным является использование агрегированных частиц, сферических частиц или аморфных частиц.
Однако используемая в виде крупных частиц водопоглощающая смола, предпочтительно, представляет собой аморфные частицы, полученные путем полимеризации водного раствора с последующим измельчением, и/или агрегированные частицы, полученные путем суспензионной полимеризации с обращением фаз. Причина такого выбора в том, что, используя сферические частицы, трудно получить гигиенический материал с достаточной скоростью поглощения, даже если скорость поглощения повышается за счет наличия в композиционном материале материала основы, так как сферические частицы имеют очень низкую удельную поверхность.
Концентрация соли у поверхности
Концентрация соли у поверхности частиц водопоглощающей смолы до связывания с материалом основы (далее «поверхностная концентрация соли») составляет, предпочтительно, по меньшей мере, 50% мол., более предпочтительно, по меньшей мере, 60% мол., еще более предпочтительно, по меньшей мере, 70% мол., и еще более предпочтительно, по меньшей мере, 80% мол. Если поверхностная концентрация соли перед связыванием с материалом основы слишком мала, то частицы имеют низкую сцепляемость.
Предельная величина поверхностной концентрации соли в частицах водопоглощающей смолы, входящих в состав поглощающего композиционного материала, после связывания с материалом основы не имеет определенных ограничений, однако составляет, предпочтительно, 90% мол. или менее, более предпочтительно, 80% мол. или менее, еще более предпочтительно, 60% мол. или менее. Является эффективным, если поверхностная концентрация соли в частицах водопоглощающей смолы в готовом композиционном материале низкая, так как в этом случае изделия, находящиеся в атмосфере влажного воздуха, менее липкие. Это также очень желательно из-за того, что таким образом поддерживается высокая способность поглощающего композиционного материала распределять водный раствор даже, если частицы в результате набухания при поглощении композиционным материалом водного раствора начинают соприкасаться. Для сохранения высокой поглощательной способности необходимо увеличить концентрацию соли в частицах водопоглощающей смолы в целом, а с точки зрения создания высокой способности композиционного материала распределять жидкость лучше, если у поверхности концентрация соли ниже. Таким образом, желательно уменьшать поверхностную концентрацию соли, увеличивая внутреннюю концентрацию соли. А именно предпочтительно, чтобы поверхностная концентрация соли была, по меньшей мере, на 10% мол. ниже, более предпочтительно, по меньшей мере, на 20% мол. ниже, еще более предпочтительно, по меньшей мере, на 30% мол. ниже, чем концентрация соли в центре частиц смолы. «У поверхности» означает наружный слой толщиной около 1 мкм от поверхности смолы. Желательно регулировать концентрацию соли у поверхности одновременно со связыванием смолы с материалом основы, так как таким образом можно точно соблюсти равновесие между сцепляемостью и поглощательной способностью.
Водопоглощающая смола, обычно, содержит кислотные группы, такие как карбоксильные группы, группы сульфоновых кислот и их соли, и основные группы, такие как аминогруппы и их соли и т.п. Величина поверхностной концентрации соли отражает долю групп, нейтрализованных с образованием солей, в поверхностном слое частиц водопоглощающей смолы. В соответствии с настоящим изобретением концентрацию соли у поверхности частиц смолы можно определить методом спектроскопии нарушенного полного отражения, при котором анализируется поглощение инфракрасного излучения. Поскольку этот метод позволяет получить информацию о структуре поверхностного слоя глубиной 1 мкм, степень нейтрализации групп у поверхности частиц смолы может быть напрямую измерена методом спектроскопии нарушенного полного отражения. Степень нейтрализации во внутренней части измеряют этим же методом после разрезания частиц смолы при помощи ультрамикротома (Reichert, Ultracut N). Для измерений используют прибор Bio-Rad FTS-575.
-1
-1
-1
-1
-
-1
Далее измерения описаны на примере полиакриловой кислоты, используемой в качестве водопоглощающей смолы. Для определения доли карбоновой кислоты и карбоксилата рассчитывают соотношение площадей пиков (1695/1558 см): площади пика на 1695 см (материальная линия карбоксильной группы С=О на 1774-1616 см) и площади пика на 1558 см (материальная линия группы СОО на 1616-1500 см). Указанную долю определяют на основе калибровочной кривой, полученной в результате выполнения измерений для стандартных проб частично сшитой полиакриловой кислоты, нейтрализованной 10% мол., 30% мол., 50% мол., 70% мол., 90% мол. или 100% мол. раствором аммония.
Поверхностная прочность
Поверхностная прочность частиц водопоглощающей смолы перед их связыванием с материалом основы составляет, предпочтительно, от 0,1 до 5,5 Н, более предпочтительно, от 0,1 до 5 Н, еще более предпочтительно, от 0,2 до 4 Н и еще более предпочтительно, от 0,2 до 3 Н. Поверхностная прочность представляет собой параметр, отражающий вероятность деформации поверхности частицы. Когда частицы водопоглощающей смолы, которые некоторое время поглощали влагу и набухли, помещают в контейнер и подвергают действию нагрузки, гель перемещается и деформируется так, что заполняет промежутки между частицами водопоглощающей смолы, которые уложены в контейнер с промежутками. Поскольку поверхностная прочность - это модуль упругости частиц водопоглощающей смолы после поглощения ими жидкости и приобретения действительного объема, ее величина указывает на степень взаимодействия между частицами геля и на вероятность деформации их поверхности. Если поверхностная прочность частиц водопоглощающей смолы высокая, это означает, что частицы водопоглощающей смолы труднодеформируемы. Если частицы труднодеформируемы, то при поглощении частицами водопоглощающей смолы жидкости возникает сильное противодействие набуханию, что снижает поглощательную способность. Если поверхность частиц труднодеформируема, то уменьшается площадь связывания смолы и материала основы, тем самым облегчается отделение частиц от композиционного материала. В контексте настоящего изобретения поверхностную прочность частиц водопоглощающей смолы определяют следующим образом.
Оборудование: Shimadzu Autograph AG-1.
Проба: точно отмеряют 0,10 г частиц водопоглощающей смолы и равномерно распределяют их на дне цилиндрического контейнера высотой 50 мм и внутренним диаметром 20,5 мм, ко дну которого приклеен лист найлона с размером пор 75 мкм. Берут чашку Петри диаметром 50 мм, помещают в нее 0,90 г солевого раствора и оставляют в ней цилиндрический контейнер с частицами водопоглощающей смолы на 1 час для поглощения жидкости и набухания.
3
Измерения: берут динамометрический датчик на 1 кН и прикрепляют к нему цилиндрический стержень диаметром 19,7 мм. Диапазон измерений устанавливают на 0,2 кН и, начиная с высоты, на которой нагрузка на датчик отсутствует, опускают стержень с постоянной скоростью 0,6 мм/мин. Фиксируют изменение давления на датчик во времени. Поверхностная прочность соответствует нагрузке (Н) в точке приобретения частицами действительного объема. Действительный объем частиц водопоглощающей смолы рассчитывают на основе относительной плотности солевого раствора, составляющей 1,010 г/см, и относительной плотности частиц водопоглощающей смолы.
Поглощающая способность
В соответствии с настоящим изобретением средняя поглощающая способность частиц водопоглощающей смолы, входящих в композиционный материал, должна составлять, по меньшей мере, 50 г/г, предпочтительно, по меньшей мере, 60 г/г, более предпочтительно, по меньшей мере, 70 г/г.
Кроме того, для частиц водопоглощающей смолы, являющихся объектом настоящего изобретения, поглощающая способность водопоглощающей смолы под нагрузкой или под давлением 0,8 фунтов/ кв. дюйм составляет, предпочтительно, по меньшей мере, 20 г/г, более предпочтительно, по меньшей мере, 25 г/г, еще более предпочтительно, по меньшей мере, 30 г/г. Желательно, чтобы частицы водопоглощающей смолы имели высокую поглощающую способность, поскольку тогда может быть уменьшено количество используемой водопоглощающей смолы.
В контексте настоящего изобретения поглощающая способность частиц водопоглощающей смолы означает количество 0,9%-ного солевого раствора, которое могут впитать частицы водопоглощающей смолы, свободно набухая в отсутствие нагрузки. Поглощающая способность частиц водопоглощающей смолы измеряют следующим образом.
0,05 г частиц водопоглощающей смолы равномерно размещают в пакете из нетканого материала, подобном чайным пакетикам (60Ч40 мм), и погружают в 0,9%-ный солевой раствор при 23°С. Спустя 180 мин пакет вынимают, наклонно подвешивают за уголки на 10 мин для стекания и взвешивают. Ту же процедуру выполняют при отсутствии частиц водопоглощающей смолы в пакете и определяют вес пакета как такового. Поглощающую способность рассчитывают по формуле 4. Измерение проводят 3 раза и за величину поглощающей способности принимают среднее значение.
Поглощающая способность частиц водопоглощающей смолы (г/г) = {(вес пакета после поглощения)-(вес пустого пакета после поглощения)-(вес частиц водопоглощающей смолы)}/(вес частиц водопоглощающей смолы)
(формула 4)
В соответствии с настоящим изобретением поглощающую способность частиц водопоглощающей смолы под давлением измеряют следующим образом. 0,02 г частиц водопоглощающей смолы помещают в трубку из акриловой смолы внутренним диаметром 25 мм и длиной 30 мм, на дне которой имеется нетканый материал из найлона с размером пор 250 меш, в трубке размещают плавно передвигающийся цилиндр, получая, таким образом, измерительное устройство, и конструкцию взвешивают. Нагрузку создают путем помещения груза 278,33г (что соответствует 0,8 фунтов/кв. дюйм) на верхнюю часть цилиндра измерительного устройства, каковое устройство помещают в чашку Петри размером 120 мм, содержащую 60 г 0,9%-ного солевого раствора. Через 60 мин измерительное устройство вынимают и на 3 с помещают на полотенце производства "Кимберли-Кларк" для стекания воды, после снятия нагрузки устройство взвешивают и рассчитывают поглощательную способность под давлением по формуле 5.
Поглощающая способность (г/г) частиц водопоглощающей смолы под давлением = (вес (г) устройства после поглощения - вес (г) устройства до поглощения)/(вес частиц водопоглощающей смолы)
(формула 5)
Для производства гигиенических изделий, таких как одноразовые подгузники, желательно иметь поглощающий композиционный материал с пределом прочности на разрыв 0,6 (Н/20 мм) или более, содержащий частицы водопоглощающей смолы с поглощающей способностью 70 г/г или более и поглощающей способностью под давлением 0,8 фунтов/кв. дюйм 20 г/г или более, так как при таких параметрах он обладает нужными свойствами поглощения как без нагрузки, так и под давлением. Такой водопоглощающий композиционный материал состоит, предпочтительно, из частиц водопоглощающей смолы и бумаги и/или ткани, более предпочтительно, чтобы каждая частица водопоглощающей смолы была расположена на расстоянии от других частиц с тем, чтобы предотвратить блокирование частиц, еще более предпочтительно, чтобы 90% вес. или более частиц водопоглощающей смолы были связаны с бумагой и/или тканью. Частицы водопоглощающей смолы с поглощающей способностью без нагрузки 70 г/г или более и поглощательной способностью под давлением 0,8 фунтов/кв. дюйм 20 г/г или более можно получить следующими способами. Они могут быть получены полимеризацией ненасыщенных мономеров карбоновой кислоты, 70% или более которой представляют собой акриловую кислоту, в которой 50% или более карбоксильных групп нейтрализованы с образованием солей аммония и 70% или более общего количества мономеров имеют нейтрализованные карбоксильные группы. В этом случае мономеры включают соединение, содержащее в одной молекуле 2 или более ненасыщенных групп, выступающих в роли сшивающего агента, каковое соединение присутствует в количестве от 0,0005 до 0,1% мол. общего количества мономерных компонентов. От 0,1 до 3 весовых частей соединения, содержащего две или более таких функциональных групп, которые могут вступать в реакцию с карбоксильными группами, может быть использовано на любой стадии до или после полимеризации. Радикальную полимеризацию осуществляют, используя инициатор окислительно-восстановительного типа в количестве от 0,005 до 0,5% мол. количества ненасыщенных мономеров. Восстановитель используют в количества от 0,0001 до 1 г на 1 моль мономеров. Также, если необходимо, осуществляют нагревание при условиях, удовлетворяющих формуле 6. Предпочтительно, осуществляют нагревание поглощающего композиционного материала в целом в ходе производства, а не частиц смолы в отдельности.
Y=-1,6X+345
(формула 6)
(где Y - время нагревания, мин; X - температура нагрева, °С).
Поскольку частицы водопоглощающей смолы, полученные таким образом, имеют склонность к появлению эффекта блокирования, они характеризуются низкими показателями, особенно скоростью поглощения и поглощательной способностью под давлением, если эти показатели измеряют обычным способом, при котором частицы водопоглощающей смолы находятся в тесном контакте друг с другом. Однако эти же частицы дают хорошие результаты и по скорости поглощения, и поглощательной способности без нагрузки, и поглощательной способности под давлением, если эти показатели измеряют описанным выше способом, входящим в настоящее изобретение, при котором возможно максимальная реализация их поглощательной способности.
Размер частиц
Средневзвешенный размер частиц водопоглощающей смолы, используемых в контексте настоящего изобретения, составляет, предпочтительно, от 100 до 2700 мкм, более предпочтительно, от 100 до 2100 мкм, еще более предпочтительно, от 200 до 2100 мкм и идеально - от 200 до 1400 мкм. С точки зрения поглощающей способности не является предпочтительным, чтобы средний размер частиц был слишком мал. С другой стороны, не является предпочтительным, чтобы средний размер частиц был слишком велик, поскольку трудно так подобрать коэффициент общей площади поверхности, чтобы он соответствовал нужному диапазону.
В соответствии с настоящим изобретением размер частиц водопоглощающей смолы определяют путем классификации на ситах с размером ячеек 106 мкм, 212 мкм, 300 мкм, 425 мкм, 500 мкм, 600 мкм, 710 мкм, 850 мкм, 1000 мкм, 1180 мкм, 1400 мкм, 1700 мкм и 2500 мкм. В соответствии с настоящим изобретением определяемый размер частицы является промежуточной величиной между значением размера ячеек двух сит, через одно из которых эта частица проходит, а через другое - не проходит. Размер частиц, которые проходят сквозь сито с размером ячеек 106 мкм, принимается равным 53 мкм, а размер частиц, остающихся на сите с размером ячеек 2500 мкм, принимается равным 2700 мкм. В результате выполнения этой операции частицы классифицируются по размерам 53 мкм, 159 мкм, 256 мкм, 362,5 мкм, 462,5 мкм, 550 мкм, 655 мкм, 780 мкм, 925 мкм, 1090 мкм, 1290 мкм, 1550 мкм, 1850 мкм, 2100 мкм и 2700 мкм.
Доля частиц водопоглощающей смолы в композиционном материале, являющемся объектом настоящего изобретения, которые проходят сквозь сито с размером ячеек 300 мкм, составляет, предпочтительно, 50% или менее, более предпочтительно, 40% или менее. Доля частиц, которые не могут пройти сквозь сито с размером ячеек 3000 мкм, составляет, предпочтительно, 10% или менее, более предпочтительно, 5% или менее.
Распределение частиц водопоглощающей смолы по размеру в поглощающем композиционном материале, являющемся объектом настоящего изобретения, имеет непосредственное отношение к поглощающей способности этого поглощающего композиционного материала. Например, скорость поглощения имеет тенденцию к увеличению при снижении среднего размера частиц, а степень набухания в направлении, перпендикулярном материалу основы, и количество поглощаемой жидкости на единицу площади имеют тенденцию к увеличению при повышении среднего размера частиц. Если сравнивать частицы смолы с одинаковым весом, то заполняемость площади имеет тенденцию к уменьшению при увеличении среднего размера частиц, то есть с меньшей вероятностью происходит блокирование набухания. Если частицы слишком крупные, скорость поглощения частицами как таковыми очень низкая, однако скорость поглощения крупными частицами в составе композиционного материала, являющегося объектом настоящего изобретения, повышается благодаря сочетанию с волокнами, таким образом, предпочтительно использовать относительно крупные частицы. С точки зрения как поглощающей способности, так и скорости поглощения желательно использовать и относительно крупные частицы размером 550 мкм или более и относительно мелкие частицы размером 300 мкм или менее, предпочтительно, распределение частиц по размеру в данном композиционном материале имеет два или более пиков. Размер частиц, соответствующих этим двум пикам, отличается, предпочтительно, в 2 или более раз, более предпочтительно, в 3 или более раз, еще более предпочтительно, в 4 или более раз. Если размер частиц отличается, частицы укладываются наиболее плотно друг к другу, и при набухании крупные и мелкие частицы в контакт не вступают, то есть каждая частица максимально реализует свою поглощательную способность.
Крупные частицы
В поглощающем композиционном материале, являющемся объектом настоящего изобретения, предпочтительно, используются крупные частицы. Крупные частицы - это частицы размером от 550 до 2100 мкм. С целью повышения поглощающей способности единицы площади поглощающего композиционного материала желательно использовать более крупные частицы, однако, если частицы слишком крупные, уменьшается скорость поглощения, что при использовании в поглотителе в составе гигиенического изделия может вызвать болезненные ощущения или другие неудобства из-за выпячивания. Следовательно, размер крупных частиц составляет, предпочтительно, от 655 до 1850 мкм, более предпочтительно, от 780 до 1550 мкм, еще более предпочтительно, от 925 до 1290 мкм.
Поскольку скорость поглощения таких крупных частиц сильно зависит от их формы, предпочтительно, используют измельченные аморфные частицы, полученные способом, включающим измельчение, и/или агрегированные частицы, полученные суспензионной полимеризацией с обращением фаз. Другие частицы, нежели измельченные аморфные частицы или агрегированные частицы, удельная поверхность которых (площадь поверхности/объем) меньше, могут вызвать уменьшение скорости поглощения.
Термин «агрегированные частицы» в контексте настоящего документа означает скопление, образованное в результате соединения двух или более частиц со средним размером от 10 до 550 мкм (далее - первичных частиц). Распределение первичных частиц по размеру не обязательно должно быть однородным, первичные частицы могут включать частицы размером более 550 мкм и менее 10 мкм. То есть достаточно, чтобы величина среднего размера первичных частиц до агрегирования лежала в диапазоне от 10 до 550 мкм. Желательно, чтобы средний размер первичных частиц был небольшим, поскольку в этом случае повышается скорость поглощения крупными частицами. С другой стороны, желательно, чтобы средний размер крупных частиц был большим, поскольку тогда снижается площадь поверхности частицы после набухания и, следовательно, снижается площадь контакта водопоглощающей смолы с находящимся снаружи объектом, то есть у пользователя не возникает ощущения холода от соприкосновения с водопоглощающей смолой. Это также желательно потому, что исключается проникновение набухшей смолы сквозь лист, находящийся между поглощающим композиционным материалом и телом, к коже, даже если набухшие первичные частицы отделяются от материала основы. Следовательно, наиболее желательный средний размер первичных частиц составляет от 200 до 500 мкм.
Концентрация соли у поверхности крупных частиц, предпочтительно, на 10% мол. или более, более предпочтительно, на 20% мол. или более, еще более предпочтительно, на 30% мол. или более ниже, чем концентрация соли в центре частиц смолы. Если используются измельченные аморфные частицы, особенно предпочтительно увеличивать скорость поглощения за счет подвода воды внутрь частицы в результате осмотического эффекта, вызываемого разницей концентраций соли на поверхности и в центре частицы, поскольку удельная поверхность крупных частиц меньше, чем агрегированных. Также предпочтительно выполнять на поверхности частиц сшивание, чтобы снизить эффект блокирования, когда при набухании частиц у поверхности в ходе поглощении жидкости возникают препятствия проникновению жидкости внутрь частиц. Когда в качестве крупных частиц используют агрегированные частицы, скорость поглощения может снижаться из-за эффекта блокирования гелем первичных частиц, то есть возникновения препятствий проникновению воды снаружи внутрь крупных частиц. Следовательно, желательно уменьшить эффект блокирования гелем, то есть сделать поверхность набухших частиц сухой путем снижения концентрации соли у поверхности первичных частиц или путем сшивания поверхностного слоя первичных частиц.
Поглощающая способность и скорость поглощения поглощающего композиционного материала, являющегося объектом настоящего изобретения, регулируют, предпочтительно, путем использования и крупных частиц, и других частиц водопоглощающей смолы, и в этом случае средний размер частиц в смеси составляет, предпочтительно, от 10 до 2700 мкм, более предпочтительно, от 100 до 1000 мкм, еще более предпочтительно, от 200 до 550 мкм. Когда в композиционный материал, являющийся объектом настоящего изобретения, с целью повышения скорости поглощения входят, помимо крупных частиц, и другие частицы смолы, желательно добавлять много частиц водопоглощающей смолы относительно небольшого размера. В этом случае содержание частиц, проходящих сквозь сито с размером ячеек 300 мкм, составляет, предпочтительно, от 10 до 50% вес. относительно всех частиц водопоглощающей смолы в поглощающем композиционном материале. Если частицы водопоглощающей смолы слишком малы, поглощающая способность будет ниже, следовательно, содержание частиц водопоглощающей смолы размером менее 100 мкм должно составлять, предпочтительно, 10% вес. или менее. Лучше, если содержание частиц водопоглощающей смолы размером менее 212 мкм составляет, предпочтительно, 10% вес. или менее.
6. Материал основы
В контексте настоящего изобретения «материал основы» означает материал, который может сохранять форму листа.
Материал
В контексте настоящего изобретения материал основы может представлять собой любой материал в форме листа, однако предпочтительным является бумага и/или ткань. В настоящем документе «бумага» означает бумагу, параметры которой определяются стандартом JISP00001, а «ткань» - общий термин, означающий листовые волоконные изделия в форме листа, описываемые стандартом JISL0206. В зависимости от способа образования ткани подразделяются на текстильную ткань, трикотажное полотно, кружевное полотно, сетку и нетканый материал. В соответствии с настоящим изобретением, используют, предпочтительно, текстильную ткань, трикотажное и нетканое полотно; нетканое полотно является особенно предпочтительным. Бумагу и/или ткань желательно использовать потому, что они, в отличие от целлюлозной массы и других коротких волокон, обладают морфологической стабильностью. Параметры нетканого полотна описаны в стандарте JISL0222.
Выбор материала основы не имеет определенных ограничений, может быть использовано сочетание нескольких материалов. Волокна материала основы могут представлять собой натуральные или искусственные волокна, также может быть использовано сочетание нескольких типов волокон. Эти волокна могут быть как длинными, так и короткими. Они также могут быть подвергнуты обработке с целью повышения прочности и гидрофильности. С точки зрения поглощения жидкости и проницаемости для воды более благоприятно использование гидрофильных, а не гидрофобных волокон. Также лучше использовать непрерывные длинные, а не короткие волокна, так как они обеспечивают хорошую проницаемость жидкости.
Из гидрофильных материалов для материала основы особенно подходит целлюлозный. В контексте настоящего изобретения целлюлозный материал основы означает ткань и/или бумагу, изготовленные, преимущественно, из целлюлозы, и ткань и/или бумагу, изготовленные из целлюлозных волокон, особенно желательно использовать нетканый целлюлозный материал. В качестве целлюлозных волокон могут быть использованы производные целлюлозы, полученные путем эстерификации и этерификации. Они также могут быть смешаны с другими волокнами. Типы целлюлозы включают натуральные волокна, такие как хлопок и пенька, и регенерированные волокна, такие как вискозное волокно, вискозное модальное волокно, лиоцелл, купра и т.п. Предпочтительно использовать регенерированные волокна, особенно регенерированные волокна, изготовленные из хлопка-сырца.
Форма
2
2
2
2
2
2
Форма материала основы не имеет определенных ограничений, толщина материала составляет, предпочтительно, от 0,001 мм до 1 см, более предпочтительно, от 0,01 мм до 5 мм, еще более предпочтительно, от 0,05 мм до 3 мм, идеально - от 0,1 мм до 1 мм. Вес составляет, предпочтительно, от 0,1 г/м до 1 кг/м, более предпочтительно, от 0,5 г/м до 500 г/м, еще более предпочтительно, от 1 г/м до 100 г/м. С точки зрения прочности не является предпочтительным слишком тонкий или слишком легкий материал.
Прочность на разрыв
В соответствии с настоящим изобретением прочность на разрыв после поглощения солевого раствора составляет, предпочтительно, по меньшей мере, 0,6 Н/20 мм, более предпочтительно, от 0,6 до 5000 Н/20 мм, еще более предпочтительно, от 0,7 до 500 Н/20 мм, еще более предпочтительно, от 0,85 до 100 Н/20 мм, идеально - от 1 до 100 Н/20 мм.
В соответствии с настоящим изобретением направление, в котором прочность материала максимальна, определяется как продольное направление, а направление, перпендикулярное этому направлению, определяется как поперечное направление; прочность, предпочтительно, соответствует указанному диапазону в поперечном направлении (то есть как в продольном, так и в поперечном направлении).
В соответствии с настоящим изобретением прочность на разрыв после поглощения солевого раствора означает прочность на разрыв, измеряемую после того, как материал основы впитал солевой раствор. Иногда гигиенические материалы продолжают использовать, не заменяя, после поглощения ими жидкости. Также может потребоваться многократное поглощение жидкости после того, как оно однажды произошло. Если поглотитель продолжают использовать после поглощения им жидкости, ситуация становится аналогичной той, когда материал находится под давлением и удерживает внутри воду. Если материал основы под нагрузкой разрывается, ухудшается его проницаемость для жидкости, способность распределять жидкость и поглощательная способность. С точки зрения износостойкости поглотителя является предпочтительным, чтобы материал основы сохранял прочность даже после поглощения солевого раствора. Предпочтительно, чтобы материал основы имел высокую прочность, поскольку низкая прочность неэффективна, когда процесс производства композиционного материала включает стадию, на которой материал основы пропитывают водой. Однако путем использования исключительно прочного материала основы нельзя еще более увеличить поглощательную способность.
Прочность на разрыв после поглощения солевого раствора определяют следующим образом.
Проба: материал основы в форме прямоугольника размером 15×2 см (готовят пробы с различным направлением).
Оборудование: устройство для испытания на растяжение (Shimadzu Autograph).
Способы: 700 г 0,9%-ного солевого раствора помещают в лабораторный стакан объемом 1 л и на 10 мин погружают в него материал основы. Затем материал основы вынимают и на 1 мин оставляют на полотенце производства "Кимберли-Кларк", после чего закрепляют в указанном устройстве в точках, расположенных в 2,5 см от края так, чтобы расстояние между ними составляло 10 см. Материал основы растягивают со скоростью 10 мм/мин до разрыва, фиксируют усилие в момент разрыва. Максимальная величина является прочностью в Н/20 мм. Если величина прочности материала зависит от направления, измерения выполняют для нескольких различных направлений.
Поглощающая способность, скорость поглощения
Поглощающая способность и скорость поглощения являются показателями гидрофильности и проницаемости для жидкости материала основы. Ниже они описываются подробно.
В контексте настоящего изобретения поглощающая способность материала основы означает коэффициент увеличения веса материала основы после 60 мин поглощения им 0,9%-ного соляного раствора, измеряемый следующим образом.
Из материала основы вырезают круглый кусок диаметром 59,5 мм, взвешивают и пропускают через него проволоку на расстоянии 1 см от края. В лабораторный стакан объемом 1 л наливают 500 г или более соляного раствора с температурой 23°С, в который погружают материал основы вместе с проволокой. Через 60 мин материал основы и проволоку вынимают из соляного раствора и подвешивают на 10 мин так, чтобы материал ни с чем не контактировал. Через 10 мин проволоку удаляют, измеряют общий вес влажного материала основы и связанной с ним воды.
Поглощающая способность материала основы выражается формулой 7.
Поглощающая способность материала основы (г/г) = вес после поглощения (г)/вес до поглощения (г)
(формула 7)
В соответствии с настоящим изобретением поглощающая способность материала основы составляет, предпочтительно, по меньшей мере, 6 г/г и не более 200 г/г, более предпочтительно, по меньшей мере, 8 г/г и не более 100 г/г, еще более предпочтительно, по меньшей мере, 10 г/г и не более 50 г/г и идеально - по меньшей мере, 12 г/г и не более 30 г/г.
Из-за того что волокна поглощающего композиционного материала имеют более высокую скорость поглощения, чем частицы водопоглощающей смолы, поглощение материалом основы происходит на более ранней стадии, чем поглощение частицами водопоглощающей смолы. Желательно, чтобы материал основы имел более высокую поглощающую способность, так как тогда обеспечивается более быстрое поглощение жидкости на ранних стадиях. Поскольку поглощение материалом основы происходит, главным образом, в результате капиллярного эффекта, под нагрузкой жидкость может высвобождаться и создавать при использовании ощущение влажности. Однако если с волокнами основного материала связаны частицы смолы, водопоглощающие смолы поглощают жидкость, отводя ее из материала основы. В результате повторное увлажнение под нагрузкой или образование пара во время использования мало.
В контексте настоящего изобретения скорость поглощения материалом основы означает скорость, с которой материал основы шириной 2 см поглощает 0,9%-ный солевой раствор в перпендикулярном направлении.
Скорость поглощения материала основы составляет, предпочтительно, по меньшей мере, 0,35 мг/с и не более 100 мг/с, более предпочтительно, по меньшей мере, 0,45 мг/с и не более 50 мг/с, еще более предпочтительно, по меньшей мере, 0,55 мг/с и не более 30 мг/с и еще более предпочтительно, по меньшей мере, 0,65 мг/с и не более 10 мг/с.
В частности, скорость поглощения основным материалом измеряют следующим образом.
Проба: прямоугольный кусок материала основы размером 10×2 см.
Если материал имеет различия в продольном и поперечном направлениях, готовят 2 или более проб в различных направлениях.
Оборудование: электронные весы, чашка Петри диаметром 90 мм.
Способы: чашку Петри помещают на электронные весы, материал основы подвешивают вертикально в 10 см над чашкой Петри. Чашку Петри снимают с весов и наполняют 60 г 0,9%-ного солевого раствора, взвешенного на других весах. Чашку Петри возвращают на весы, поддерживая рукой нижний край материала основы так, чтобы он не касался раствора, шкалу весов устанавливают на 0. Материал основы аккуратно погружают в раствор и периодически снимают показания весов. Время (с) и абсолютную величину (мг) показаний весов наносят на график и определяют градиент (мг/с) между 120 и 240 с, который является скоростью поглощения. Если материал имеет выраженные направления, выполняют несколько измерений для разных направлений и принимают за скорость поглощения величину для того направления, поглощение в котором наиболее быстрое.
Предпочтительно, чтобы скорость поглощения материалом основы была различной для разных направлений, так как в этом случае материал хорошо проницаем для жидкости в определенном направлении, и жидкость легко отводится и распределяется в этом направлении, что обеспечивает сбалансированное поглощение данным поглотителем.
Отношение разрушающего удлинения при растяжении и прочности в продольном и поперечном направлениях
Если материал имеет выраженные направления, величины прочности и удлинения в этих направлениях различны. Как указывалось выше, в контексте настоящего изобретения направление, в котором прочность максимальна, считается продольным, а направление, перпендикулярное продольному, считается поперечным.
Отношение величин прочности на разрыв в продольном и поперечном направлениях составляет, предпочтительно, по меньшей мере, 1,2:1, более предпочтительно, по меньшей мере, 1,5:1, еще более предпочтительно, по меньшей мере, 2:1, но не более 10:1.
Отношение величин разрушающего удлинения при растяжении в продольном и поперечном направлениях составляет, предпочтительно, по меньшей мере, 1:1,2, более предпочтительно, по меньшей мере, 1:1,5, еще более предпочтительно, по меньшей мере, 1:2, но не более 1:10. Удлинение и прочность материала основы могут быть определены так же, как прочность материала основы после поглощения солевого раствора, путем испытания на растяжение сухого материала основы, не погружая его в соляной раствор. Испытание на растяжение продолжают до тех пор, пока материал основы не разорвется, максимальное зафиксированное усилие является величиной прочности материала основы, а величина удлинения в соответствующий момент времени - разрушающим удлинением при растяжении.
Угол смачивания
В соответствии с настоящим изобретением предпочтительно использовать нетканое полотно, имеющее угол смачивания 130° или менее.
В контексте настоящего изобретения угол смачивания определяется как угол, образуемый через 10 мин после приведения в контакт материала основы и 44%-ного водного раствора полиакрилата аммония с вязкостью 74 сП при комнатной температуре. Этот угол измеряют при помощи угломера СА-Х150 производства FACE (Kyowa Interface Science). Раствор готовят путем регулирования вязкости 44%-ного водного раствора полиакрилата аммония (от 70 до 110 сП) производства Wako Pure Chemical, добавляя воду. Вязкость измеряют вискозиметром с вращающимся диском.
Угол смачивания составляет, предпочтительно, 130° или менее, более предпочтительно, 120° или менее, еще более предпочтительно, 110° или менее, идеально 100°С или менее. Сродство материала основы к воде и сродство материала основы к водопоглощающей смоле увеличиваются при уменьшении угла смачивания, при этом поглощательная способность и сцепляемость возрастают.
7. Способ получения поглощающего композиционного материала
Поглощающий композиционный материал, являющийся объектом настоящего изобретения, изготавливают из частиц водопоглощающей смолы и материала основы, предпочтительно, способом, включающим стадию связывания частиц водопоглощающей смолы с материалом основы.
Выбор способа связывания не имеет определенных ограничений, им может быть один из тех способов, которые удовлетворяют изложенным выше условиям.
Примеры способов связывания включают способы, предусматривающие сплетение водопоглощающей смолы с материалом основы, и способы, предусматривающие использование клеев, а предпочтительным является способ, состоящий в пропитывании водопоглощающей смолы и/или материала основы водой в количестве от 10 до 3000 вес. частей воды на 100 вес. частей водопоглощающей смолы и последующем удалении воды при сохранении контакта между водопоглощающей смолой и материалом основы. Количество воды составляет, предпочтительно, от 20 до 2000 вес. частей или, более предпочтительно, от 50 до 1000 вес. частей на 100 вес. частей частиц водопоглощающей смолы. Данный способ связывания является предпочтительным потому, что не требует использования клея, представляющего собой загрязняющую примесь. При использовании данного способа некоторые волокна проникают в водопоглощающую смолу, что является желательным с точки зрения скорости поглощения и поглощающей способности. Предпочтительно использовать больше воды, поскольку при этом возрастает сцепляемость, однако использование слишком большого количества воды неэффективно из-за увеличения времени сушки.
Поглощаемая вода может содержать примеси. Примеры примесей включают катионы, такие как ионы натрия, ионы аммония, и растворимые в воде органические соединения, такие как ионы железа, ионы хлора и другие анионы, ацетон, спирты, эфиры и амины. Для регулирования рН водопоглощающей смолы и/или поглощающего композиционного материала могут быть использованы кислотные или основные соединения. С точки зрения обеспечения контакта водопоглощающей смолы с материалом основы и поглощательной способности желательно использовать ионообменную или дистиллированную воду без каких-либо примесей.
Для придания нужных свойств готовому поглощающему композиционному материалу предпочтительно растворять и/или диспергировать в воде вещества дезодорирующего или другого действия. Примеры дезодорантов, которые можно использовать в этом случае, включают органические и неорганические дезодоранты. Когда используют дезодорант, нерастворимый в воде, желательно одновременно применять диспергирующее или поверхностно-активное вещество. Кроме того, неорганические дезодоранты могут быть диспергированы в воде без использования диспергирующего вещества путем уменьшения размера частиц до нескольких нанометров, следовательно, предпочтительно использовать тонкодисперсные неорганические дезодоранты без диспергирующего вещества.
Выбор способа увлажнения не имеет определенных ограничений, его примеры включают погружение в водяную баню, разбрызгивание воды, контакт с влажным телом, выдерживание во влажной атмосфере и т.п. Из указанных способов наиболее предпочтительно разбрызгивание из-за простоты с точек зрения промышленного воплощения и регулирования содержания воды. Предпочтительно использовать такой разбрызгиватель воды, который позволяет равномерно распределять воду в ткани или другом материале основы. Если на различных участках материала основы содержание воды сильно отличается, размер частиц смолы в высушенном поглощающем композиционном материале будет неоднородным, поскольку количество воды, поглощаемое водопоглощающей смолой после приведения в контакт с материалом основы и до стадии сушки, на различных участках будет разным, что станет причиной различий в степени пенообразования, вызываемого удалением воды на стадии сушки. Поглощающий композиционный материал с неоднородными по размеру частицами смолы может не отвечать требованиям потребителя.
При увлажнении материала основы и связывании его с частицами водопоглощающей смолы величина содержания воды в материале основы соответствует, предпочтительно, диапазону от 50 до 500% вес. Для повышения сцепляемости частиц водопоглощающей смолы с материалом основы предпочтительно увеличивать содержание воды, однако если содержание воды слишком велико, поверхность барабана, используемого в соответствии с описываемым ниже способом производства, будет покрыта большим количеством воды, что вызывает прилипание частиц водопоглощающей смолы к различным частям барабана, препятствуя их попаданию в лунки. Конечно, слишком малое содержание воды отрицательно влияет на сцепляемость материала основы с частицами смолы. Следовательно, величина содержания воды должна лежать в диапазоне от 50 до 200% вес., более предпочтительно, от 80 до 150% вес.
С целью увлажнения материала основы частицы водопоглощающей смолы также могут содержать воду, что повышает их сцепляемость, однако из-за того, что частицы водопоглощающей смолы в этом случае будут прилипать и к другим объектам, помимо материала основы, предпочтительно высушивать частицы водопоглощающей смолы перед связыванием до состояния, когда они не сцепляются с другими объектами или другими частицами смолы. Содержание воды в частицах водопоглощающей смолы в этом случае составляет, предпочтительно, от 1 до 50% вес., более предпочтительно, от 5 до 30% вес.
Примеры способов приведения в контакт включают рассыпание частиц водопоглощающей смолы на материал основы сверху; закрепление частиц водопоглощающей смолы в лунках на поверхности барабана с последующим перемещением этих частиц водопоглощающей смолы из лунок на поверхность материала основы; заполнение барабана, на поверхности которого имеются лунки, частицами водопоглощающей смолы с последующим выдавливанием частиц изнутри барабана и помещением их на поверхность материала основы. Предпочтительным способом является тот, который позволяет разместить частицы водопоглощающей смолы так, чтобы они не касались друг друга после набухания, так как в этом случае максимально реализуется поглощательная способность частиц водопоглощающей смолы.
Для удаления воды может быть использован любой способ. Это, например, сушка в результате нагревания, обдув сухим воздухом или азотом, вакуумная сушка, сублимационная сушка, обезвоживание азеотропной перегонкой, сушка в псевдоожиженном слое, микросетевая сушка и т.п., предпочтительной является сушка нагреванием. Условия нагревания соответствуют, предпочтительно, от 1 до 1000 с при 70 - 350°С, более предпочтительно, от 1 до 1000 с при 100-340°С, еще более предпочтительно, от 1 до 1000 с при 120-330°С, идеально - от 1 до 1000 с. при 150-300°С. Чем выше температура, тем меньше время сушки, однако, длительное выдерживание при высоких температурах может отрицательно влиять на поглощательную способность некоторых типов смолы. Одновременно с сушкой может быть проведена такая обработка поверхности, как, например, сшивание. Удаление воды может быть осуществлено на любой стадии до получения готового продукта, предпочтительно, осуществляется сразу после увлажнения для предотвращения ухудшения качества водопоглощающей смолы.
Предпочтительный способ получения поглощающего композиционного материала
Далее описывается приемлемый пример способа производства поглощающего композиционного материала в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг. 1 представляет собой схему приемлемого устройства для производства поглощающего композиционного материала, являющегося объектом настоящего изобретения. Материал основы подают с рулона ткани (а), увлажняют при помощи такого устройства, как разбрызгиватель воды (b), превращая во влажный материал основы (с). Затем на одну из поверхностей влажного материала основы частицы смолы выдувают из вращающегося барабана (е1), предназначенного для нанесения частиц смолы, в лунки которого частицы смолы (f) подают из узла подачи частиц смолы (d1). Затем частицы смолы выдувают на другую поверхность влажного материала основы из вращающегося барабана (е2), предназначенного для нанесения частиц смолы, в лунки которого частицы смолы (f) подают из узла подачи частиц смолы (d2). После этого для регулирования поглощательной способности поглощающего композиционного материала равномерно наносят мелкие частицы смолы при помощи узла подачи мелких частиц (i) и материал основы с частицами смолы, связанными с обеими его поверхностями, сушат, пропуская через узел сушки (g), получая в результате композиционный материал с прочно связанными с ним частицами смолы.
Для описанного способа важна конструкция вращающегося барабана, предназначенного для нанесения частиц смолы, благодаря которой частицы водопоглощающей смолы размещаются на поверхности материала основы. На поверхности барабана в заранее определенных местах имеется множество лунок, в которых могут помещаться частицы водопоглощающей смолы. Эти лунки расположены, предпочтительно, так, чтобы снизить вероятность контакта частиц водопоглощающей смолы друг с другом. Существует оптимальное расположение лунок, при котором поглощательная способность поглощающего композиционного материала максимальна. Это расположение, при котором между соседними частицами смолы имеется пространство, позволяющее частицам набухать при поглощении жидкости, и при котором большее число частиц водопоглощающей смолы может быть размещено на материале основы.
В соответствии с данным способом получения внешний диаметр отверстий лунок на поверхности барабана составляет, предпочтительно, от 1 до 3, более предпочтительно, от 1,2 до 2 максимальных диаметров подаваемых частиц водопоглощающей смолы. В контексте настоящего документа «внешний диаметр отверстий лунок на поверхности барабана» означает наибольшее значение расстояния между любыми двумя точками на внешней границе отверстия на поверхности барабана.
Если внешний диаметр отверстия слишком велик, трудно добиться стабильного функционирования, так как в одну лунку может попадать несколько частиц водопоглощающей смолы либо попавшие в лунки частицы смолы могут с большой вероятностью выпадать из них. С другой стороны, если внешний диаметр отверстия слишком мал, частицы водопоглощающей смолы из лунок могут удаляться, прилипая к другим, нежели лунки, деталям за счет действия статического электричества и т.п., даже если они удерживаются в лунках всасывающим усилием.
Что касается формы лунки, внешняя граница ее поверхности на поверхности барабана может иметь любую форму, включая не имеющую углов, например круглую или овальную, имеющую углы, например треугольную, прямоугольную и форму неправильного пятиугольника. Определенная форма с углами или без является предпочтительной с точки зрения процесса производства барабана, а форма без углов является желательной с точки зрения как производства барабана, так и помещения и удаления из лунок частиц.
Что касается конструкции лунки между ее внешней границей на поверхности барабана и внутренней частью барабана, то она может быть неизменной на всем протяжении от внешней поверхности барабана ко внутренней, либо может расширяться ко внутренней поверхности, либо может быть уже на внутренней поверхности. С точки зрения легкости размещения и удаления частиц водопоглощающей смолы желательно, чтобы лунки были уже на внутренней поверхности барабана, чем на наружной.
Глубина каждой лунки составляет, предпочтительно, от 0,3 до 2, более предпочтительно, от 0,5 до 1,5, еще более предпочтительно, от 0,7 до 1,2 величины среднего размера частиц водопоглощающей смолы, подаваемых в барабан. Если лунки слишком мелкие, то частицы водопоглощающей смолы из них могут удаляться, прилипая к другим, нежели лунки, деталям за счет действия статического электричества и т.п., даже если они удерживаются в лунках всасывающим усилием. Если лунки слишком глубокие, в одной лунке может размещаться несколько частиц, затрудняя регулировку количества смолы, присутствующей в связанном виде в готовом поглощающем композиционном материале, кроме того, это также может затруднять удаление частиц водопоглощающей смолы из лунок и, тем самым, нарушать стабильность процесса.
На дне каждой лунки, имеющейся на поверхности барабана в соответствии с данным способом производства, предпочтительно, имеется отверстие, через которое может проходить газ, предназначенный для выдувания частиц водопоглощающей смолы. Внутренний диаметр этого отверстия, предпочтительно, меньше, чем размер мелких частиц водопоглощающей смолы, подаваемых в барабан. Если данные отверстия больше, чем мелкие частицы, то частицы размером меньше диаметра отверстий вместо того, чтобы быть выдутыми на материал основы, могут попадать во внутреннюю полость барабана и накапливаться там, создавая препятствия стабильной работе. Указанные отверстия могут иметь любую форму, позволяющую газу легко проходить изнутри барабана наружу. Чтобы избежать закупорки этих отверстий частицами водопоглощающей смолы, предпочтительно, чтобы они были шире со стороны внутренней полости барабана.
Что касается помещения частиц водопоглощающей смолы в барабан, предпочтительно, чтобы частицы размещались под действием всасывающего усилия, образующегося в результате создания разрежения внутри барабана. Разница давлений внутри и снаружи барабана в этом случае составляет, предпочтительно, от 0,01 до 500 Торр. Если разница давлений будет слишком мала, размещенные в лунках частицы будут легко выпадать из них. С другой стороны, если она будет слишком велика, в лунках будет слишком много частиц, которые трудно вытолкнуть. Следовательно, величина разницы давлений должна находиться в диапазоне, предпочтительно, от 0,05 до 100 Торр, более предпочтительно, от 0,1 до 50 Торр, еще более предпочтительно, от 0,5 до 5 Торр. Описываемый способ, в котором используется всасывание, особенно хорош потому, что не только позволяет повысить вероятность размещения частиц водопоглощающей смолы в лунках, но и предотвратить выпадение размещенных в лунках частиц в результате прилипания к другим, нежели лунки, участкам барабана до их выдувания на подложку из гидрофильного материала.
В соответствии с настоящим способом получения предпочтительно снимать статический заряд с барабана, так как генерируемое при работе барабана статическое электричество может дестабилизировать движение частиц водопоглощающей смолы.
Для регулирования коэффициента общей площади поверхности и т.п. предпочтительно, после размещения крупных частиц при помощи барабана, нанести частицы смолы, имеющие различные размеры. Эти частицы могут быть нанесены только на одну поверхность либо на обе поверхности ткани при обратном ходе ткани после нанесения частиц на одну из поверхностей. Чтобы предотвратить отделение этих частиц, желательно перед их нанесением еще раз смочить материал основы водой. Выбор способа нанесения частиц не имеет определенных ограничений, и предпочтительно используется тот, который позволяет наносить частицы равномерно.
В соответствии с настоящим способом получения является предпочтительным перемещать материал основы. Способ перемещения материала основы в этом случае не имеет определенных ограничений. Примеры способов перемещения материала основы включают такие способы, при которых материал основы перемещается без поддержки сверху или снизу, и такие, при которых материал основы перемещают при помощи ленты конвейера или другого элемента, поддерживающего его снизу. Если частицы водопоглощающей смолы наносят на обе поверхности материала основы, предпочтительно использовать ленточный конвейер на стадии перемещения под поверхностью барабана той поверхности материала основы, связывание частиц с которой осуществляется позже, так как при этом предотвращается отделение смолы, уже нанесенной на обратную поверхность материала основы, в ходе выдувания частиц водопоглощающей смолы из барабана. Также предпочтительно использовать ленточный конвейер на заключительной стадии удаления воды и сушки, так как при этом уменьшается усадка материала основы, вероятная при удалении воды из материала основы и при его сушке.
Предпочтительно, чтобы частицы водопоглощающей смолы, используемые в соответствии с настоящим способом производства, имели высокую поверхностную концентрацию соли, так как это позволяет усилить сцепление при выдувании частиц на материал основы. Однако не является предпочтительным, чтобы поверхностная концентрация соли в готовом продукте была слишком большой. То есть желательно после сцепления частиц водопоглощающей смолы с материалом основы отрегулировать концентрацию соли на поверхности. С точки зрения производительности лучше корректировать концентрацию соли одновременно со стадией сушки, а не после нее. Величина поверхностной концентрации соли составляет, предпочтительно, по меньшей мере, на 10% меньше, более предпочтительно, по меньшей мере, на 20% меньше, еще более предпочтительно, по меньшей мере, на 30% меньше этой величины до указанной обработки.
8. Характеристика поглощающего композиционного материала
Поглощающая способность
В контексте настоящего изобретения поглощающая способность поглощающего композиционного материала означает количество 0,9%-ного солевого раствора, поглощенное за 3 часа в условиях свободного поглощения. Более конкретно, готовят круглый кусок поглощающего композиционного материала диаметром 59,5 мм и измеряют его поглощательную способность теми же способами, что и поглощательную способность материала основы. Если имеются несвязанные частицы водопоглощающей смолы либо происходит отделение частиц, эти частицы водопоглощающей смолы собирают путем фильтрования и оставляют на 10 с на полотенце производства "Кимберли-Кларк" для удаления избытка воды, а их вес учитывают при измерении. При измерении поглощательной способности поглощающего композиционного материала, в котором почти 50% вес. частиц водопоглощающей смолы находятся в несвязанном состоянии, этот поглощающий композиционный материал помещают в пакет наподобие чайных пакетиков и выполняют измерения в соответствии со способом измерения поглощательной способности частиц водопоглощающей смолы.
Поглощающая способность поглощающего композиционного материала составляет, предпочтительно, по меньшей мере, 40 г/г, более предпочтительно, по меньшей мере, 45 г/г, еще более предпочтительно, по меньшей мере, 50 г/г.
Количество жидкости, поглощаемое единицей поверхности
Величина поглощения единицей поверхности важна потому, что является показателем поглощающей способности поглощающего композиционного материала. Количество жидкости, поглощаемое единицей поверхности, рассчитывают по формуле 8, используя результаты описанных выше измерений.
Количество жидкости, поглощаемое единицей поверхности (г/см<sup>2</sup>) = (общий вес после поглощения (г) - вес поглощающего композиционного материала (г))/площадь поглощающего композиционного материала (см<sup>2</sup>)
(формула 8)
2
2
2
Предпочтительно, чтобы количество жидкости, поглощаемое единицей поверхности, было большим, предпочтительно, чтобы эта величина составляла не менее чем 0,4 г/см, более предпочтительно, не менее чем 0,7 г/см, еще более предпочтительно, не менее чем 1 г/см.
Поглощающая способность под давлением
Поглощающая способность под давлением поглощающего композиционного материала, являющегося объектом настоящего изобретения, выражается как количество 0,9%-ного солевого раствора, поглощенное за 3 часа поглощения под давлением. Более конкретно, эту величину измеряют, используя круглый кусок поглощающего композиционного материала диаметром 59,5 мм, следующим образом.
Измерительное устройство описывается в общих чертах со ссылкой на фиг. 2. Как показано на фиг. 2, измерительное устройство состоит из весов 1, контейнера 2, размещенного на весах 1, трубки 3 для всасывания воздуха, трубопровода 4, стеклянного фильтра 6 и измерительного элемента 5, помещенного на стеклянный фильтр 6. В контейнере 2 имеются отверстия 2а в его нижней части и 2b сбоку. В отверстие 2а вставлена трубка 3 для всасывания воздуха, а трубопровод 4 подсоединен к отверстию 2b. В контейнере 2 находится заданное количество солевого раствора 12. Нижний конец трубки 3 для всасывания воздуха погружен в солевой раствор 12. Диаметр стеклянного фильтра 6 равен 70 мм. Контейнер 2 и стеклянный фильтр 6 соединены друг с другом посредством трубопровода 4. Положение стеклянного фильтра регулируют так, чтобы он находился на той же высоте, что и нижний конец трубки 3 для всасывания воздуха. Как показано на фиг. 3, в измерительном элементе 5 имеется фильтровальная бумага 7, опорный цилиндр 9 и груз 11. В качестве фильтровальной бумаги 7 используется бумага Advantec № 2 диаметром 60 мм. В измерительном элементе 5 фильтровальная бумага 7 и опорный цилиндр 9 размещены на стеклянном фильтре 6 в указанном порядке, а груз 11 расположен внутри опорного цилиндра 9. Внутренний диаметр опорного цилиндра 9 равен 60 мм. Вес груза 11 выбирают так, чтобы он обеспечивал равномерную нагрузку, равную 0,8 фунтов/кв. дюйм, на поглощающий композиционный материал 13. Поглощательную способность под давлением поглощающего композиционного материала измеряют при помощи измерительного устройства описанной конструкции. Далее разъясняется способ измерения. Во-первых, необходима предварительная подготовка, заключающаяся в наполнении контейнера 2 заданным количеством солевого раствора 12 и в установке трубки 3 для всасывания воздуха в контейнере 2. Затем на стеклянный фильтр 6 помещают фильтровальную бумагу 7. Одновременно внутрь опорного цилиндра 9 помещают поглощающий композиционный материал 13, а на него - груз 11. Затем опорный цилиндр 9 размещают так, чтобы его центр совпадал с центром стеклянного фильтра 6. После установки опорного цилиндра 9 каждые 10 с измеряют вес W (г) солевого раствора 12, поглощенного поглощающим композиционным материалом 13, при помощи весов 1. Поглощательную способность под давлением поглощающего композиционного материала определяют по формуле 9.
Поглощающая способность под давлением поглощающего композиционного материала (г/г) = вес W (г)/вес поглощающего композиционного материала (г)
(формула 9)
2
2
2
Поглощающая способность под давлением поглощающего композиционного материала под нагрузкой 0,8 фунтов/кв. дюйм составляет, предпочтительно, по меньшей мере, 15 г/г, более предпочтительно, по меньшей мере, 16 г/г, еще более предпочтительно, по меньшей мере, 18 г/г. Количество жидкости, поглощаемое единицей поверхности под давлением, может быть измерено так же, как количество жидкости, поглощаемое единицей поверхности без нагрузки. Количество жидкости, поглощаемое единицей поверхности под давление 0,8 фунтов/кв. дюйм, составляет, предпочтительно, 0,1 г/см, более предпочтительно, по меньшей мере, 0,15 г/см, еще более предпочтительно, по меньшей мере, 0,2 г/см.
Поглощающий композиционный материал, обладающий поглощательной способностью 40 г/г или более, поглощательной способностью под давлением 15 г/г или более при величине нагрузки 0,8 фунтов/кв. дюйм и прочностью на разрыв 0,6 (Н/20 м) или более, является хорошо поглощающим и прочным и может с успехом использоваться при производстве одноразовых подгузников и других гигиенических материалов. Его поглощающая способность составляет, предпочтительно, по меньшей мере, 45 г/г, более предпочтительно, по меньшей мере, 50 г/г, еще более предпочтительно, по меньшей мере, 55 г/г. Его поглощательная способность под нагрузкой 0,8 фунтов/кв. дюйм составляет, предпочтительно, по меньшей мере, 16,5 г/г, более предпочтительно, по меньшей мере, 18 г/г, еще более предпочтительно, по меньшей мере, 20 г/г.
Поглощающая способность через 1 мин
Поглощающая способность через 1 мин является показателем начальной скорости поглощения жидкости. Из-за того что материалы такого назначения, как, например, используемые для производства одноразовых подгузников, должны поглощать жидкости организма мгновенно, предпочтительно, чтобы величина поглощающей способности через 1 мин поглощения была выше. Поглощающую способность через 1 мин определяют по формуле 10. Более конкретно, эту величину измеряют следующим образом.
3
3
Из поглощающего композиционного материала вырезают кусок длиной 2 см и шириной 7 см и взвешивают. В лабораторный стакан объемом 1000 см наливают 700 см солевого раствора. Чайный пакетик длиной 80 см и шириной 70 см взвешивают, погружают для поглощения в воду на 1 мин, центрифугируют и опять взвешивают. Этот вес делят на вес пакетика перед поглощением и получают поглощательную способность пакетика через 1 мин. Пакет такого же размера взвешивают и помещают в него образец поглощающего композиционного материала. Для того чтобы пакет можно было быстро вынуть из жидкости, к нему прикрепляют шнур, снабженный зажимом; пакет аккуратно и быстро погружают в жидкость так, чтобы материал не сгибался и не скручивался. Через 1 мин пакет быстро вытягивают из стакана за шнур, зажим удаляют, пакет центрифугируют при 150 г в течение 3 мин и взвешивают. Поглощающую способность через 1 мин определяют, вычитая количество жидкости, поглощенное пакетом, из общего веса и деля результат на вес поглощающего композиционного материала до поглощения. Центрифугирование начинается в пределах 15 с после того, как поглощающий композиционный материал вынули из жидкости.
Поглощающая способность через 1 мин (г солевого раствора/г) = (вес после центрифугирования (г) - вес пакета (г)·поглощающая способность пакета через 1 мин)/вес поглощающего композиционного материала (г)
(формула 10)
Сопротивление изгибу
Сопротивление изгибу поглощающего композиционного материала определяют способом D (способ петли в форме сердца), описанного в стандарте JISL1096. Величины для передней и тыльной поверхности различаются, если размер и распределение частиц на них разные; в соответствии с настоящим изобретением за величину сопротивления изгибу принимают значение, полученное для более мягкой поверхности, иными словами, большую величину. Сопротивление изгибу составляет, предпочтительно, 90 мм или менее или, более предпочтительно, 85 мм или менее.
9. Способ использования поглощающего композиционного материала
Предпочтительный способ использования поглощающего композиционного материала, являющегося объектом настоящего изобретения, это использование в качестве составного элемента изделий для поглощения жидкостей организма. Ниже разъясняется использование данного композиционного материала в качестве составного элемента поглощающих изделий.
Изделия для поглощения жидкостей организма
В контексте настоящего изобретения изделия для поглощения жидкостей организма - это поглощающие изделия, состоящие из проницаемого для жидкости листа, непроницаемого для жидкости листа и размещенного между ними с образованием слоистой структуры поглощающего композиционного материала; к ним относятся все изделия, способные поглощать жидкости организма. В соответствии с настоящим изобретением вид поглощаемой жидкости организма не имеет определенных ограничений, а примеры жидкостей включают мочу, менструальную кровь, материнское молоко, жидкий стул и т.п. Также не существует определенных ограничений для формы изделия, а приемлемые примеры включают подгузники, гигиенические прокладки, прокладки при недержании, прокладки при выделении молока.
В сочетании с проницаемым для жидкости и непроницаемым для жидкости листом поглощающий композиционный материал, являющийся объектом настоящего изобретения, может составлять часть изделия для поглощения жидкостей организма, характеризующегося высокой способностью поглощать жидкости организма, и при этом тонкого и легкого. Благодаря малой вероятности того, что во время использования поглотитель будет перемещаться или сдвигаться внутри поглощающего изделия, он также способен к стабильному поглощению жидкостей организма. Кроме того, благодаря более высокой, чем в обычных изделиях для поглощения жидкостей организма, доле водопоглощающей смолы количество поглощаемой жидкости, высвобождаемой под нагрузкой (повторное увлажнение), мало, и часть, прилегающая к телу, всегда оставляет ощущение комфорта.
В соответствии с настоящим изобретением проницаемый для жидкости лист может быть любым листовым материалом, через который проходит налитая на него вода, предпочтительно, это ткань, описываемая стандартом JISL0206. По способу формирования листа ткани подразделяются на текстильную ткань, трикотажное полотно, кружевное полотно, сетку и нетканый материал, а предпочтительной для использования в соответствии с настоящим изобретением в качестве проницаемого для жидкости листа тканью является текстильная ткань, трикотажное или нетканое полотно, более предпочтительно нетканый материал. Предпочтительно использовать лист, обладающий низкой водопоглощательной способностью, изготовленный из полиэтилена, полипропилена или других полиолефинов с тем, чтобы уменьшить ощущение влажности на коже пользователя и повысить комфортность; предпочтительно использовать изготовленный из полиолефина лист, которому, при помощи соответствующей обработки, приданы свойства проницаемости для воды или гидрофильности, благодаря чему он может быстро транспортировать жидкости тела.
В соответствии с настоящим изобретением проницаемый для жидкости лист может быть любым листовым материалом, проницаемым для воды. С точки зрения предотвращения ощущения влажности предпочтительным является материал с хорошей газопроницаемостью.
В контексте настоящего изобретения достаточно, чтобы изделие для поглощения жидкостей организма состояло, по меньшей мере, из проницаемого для жидкости листа, непроницаемого для жидкости листа и размещенного между ними с образованием слоистой структуры поглощающего композиционного материала, однако между проницаемым для жидкости листом и поглощающим композиционным материалом и/или между непроницаемым для жидкости листом и поглощающим композиционным материалом также могут присутствовать другие материалы. Другой материал также может находиться снаружи от непроницаемого для жидкости листа или проницаемого для жидкости листа.
Материалы, которые могут быть использованы в этом случае, включают волоконные материалы, такие как целлюлозная масса, зернистые материалы, такие как частицы водопоглощающей смолы, листовые материалы, такие как различные ткани, бумага и т.п. Эти материалы могут быть связаны с водопоглощающим композиционным материалом, являющимся объектом настоящего изобретения. Эти материалы могут быть связаны, при помощи клея либо непосредственно, с частицами водопоглощающей смолы поглощающего композиционного материала, являющегося объектом настоящего изобретения. В изделия для поглощения жидкостей организма, предпочтительно, входит лента или эластичный элемент для закрепления изделия на теле пользователя, крылышки, предотвращающие протечки по бокам, и т.п.
Изделия для поглощения жидкостей организма, являющиеся объектом настоящего изобретения, могут иметь любую форму: квадратную, круглую, треугольную, овальную, комбинированную трапециевидную или неправильную. Прямоугольная, овальная или подобная им форма, характеризующаяся большей величиной в длину и меньшей - в ширину (в направлении, перпендикулярном длине), подходит тогда, когда изделие представляет собой подгузник, гигиеническую прокладку, прокладку при недержании и т.п., поскольку соответствует форме промежности пользователя. На фиг. 4 показаны иллюстративные примеры формы поглощающего композиционного материала, характеризующиеся большей величиной в длину. Также могут быть предусмотрены элементы, предназначенные для соединения данного композиционного материала внахлестку с другими элементами.
Если поглощающий композиционный материал имеет форму, имеющую боковые элементы для соединения внахлестку, в которых нет водопоглощающей смолы, предпочтительно, чтобы доля водопоглощающей смолы и заполняемость площади смолой поглощающего композиционного материала корректировались в соответствии с нужными величинами без учета боковых элементов.
В изделии может быть использован один данный поглощающий композиционный материал или сочетание двух и более композиционных материалов. Чтобы готовое изделие было тонким, предпочтительно использовать один композиционный материал. Чтобы получить изделие с повышенной поглощательной способностью, предпочтительно использовать более одного композиционного материала. В этом случае композиционные материалы могут быть расположены стопой или в ряд. Они могут быть одинаковой или разной формы. Для эффективного повышения поглощательной способности предпочтительно, чтобы они перекрывали друг друга только в месте выделения жидкостей тела, а для предотвращения проточек они должны перекрываться на участках вероятных протечек.
Не существует определенных ограничений положения поглощающего композиционного материала в изделии для поглощения жидкостей тела; лист поглощающего композиционного материала может быть полностью развернут или иметь морщины или складки.
Укладка поглощающего композиционного материала в изделии для поглощения жидкостей тела
Если поглощающий композиционный материал, соответствующий настоящему изобретению, используют в качестве составного элемента изделий для поглощения жидкостей тела, края поглощающего композиционного материала, предпочтительно, загибают, предотвращая, таким образом, протечку жидкостей тела на краях. Термин «край» в контексте настоящего документа означает зону шириной 15 см от внешней границы листа поглощающего композиционного материала. То, какая часть загибается, не имеет определенных ограничений, если она находится в пределах 15 см от внешней границы, предпочтительно, 12 см, более предпочтительно, 8 см, еще более предпочтительно, 5 см и идеально - 3 см. В соответствии с настоящим изобретением положение, в которое загнут поглощающий композиционный материал, означает, что определенная часть поглощающего композиционного материала не лежит в той же плоскости, что и сам поглощающий композиционный материал, когда этот поглощающий композиционный материал растягивают, не прилагая избыточного усилия, и прикалывают к доске чертежными кнопками.
Складывание может быть осуществлено как в сторону проницаемого для жидкости листа, как показано на фиг.5, так и в сторону непроницаемого для жидкости листа, как показано на фиг. 6. Когда еще одна часть материала лежит в плоскости, отличной от той, в которой располагается первая складка, как показано на фиг. 7, эта часть называется второй складкой.
Складывание композиционного материала может быть осуществлено один раз, два раза или много раз. Несколько складок эффективнее с точки зрения предотвращения протечек, однако в этом случае сильно увеличивается толщина, так что количество складок следует выбирать так, чтобы не искажать форму композиционного материала. Если используется несколько складок, их направление и угол могут выбираться произвольно. Это могут быть складки «гармошкой», как на фиг. 8, или образованные многократным складыванием в одном и том же направлении, как на фиг. 9. Часть, сложенная один раз, может быть загнута снова, образуя двойную складку, как на фиг. 10. Также возможно троекратное и т.п. складывание. Как показано на фиг. 11, складка не обязательно должна быть плоской.
Наличие складки вдоль края поглощающего композиционного материала позволяет предотвратить протечки, так как, благодаря определенной толщине складки, она выполняет роль барьера, препятствующего распространению жидкости. Кроме того, загнутая часть также может предотвращать протечки после того, как жидкость достигла этого участка, так как поглощательная способность загнутой части выше, чем не загнутой.
Поглощающий композиционный материал может быть загнут со всех сторон или только частично. Если поглощающий композиционный материал имеет форму, характеризующуюся большей величиной в длину и меньшей - в ширину, такую как прямоугольник, овал и т.п., протечки более вероятны в направлении более короткого измерения, следовательно, предотвратить протечки при минимальном складывании материала можно, загибая только длинные стороны поглощающего композиционного материала. В этом случае создают, предпочтительно, такую форму поглощающего композиционного материала, которая либо имеет элемент для загибания, как на фиг. 12А, либо прорези, позволяющие образовать складку, как на фиг. 12В. Когда известно, на каком участке материала должно быть осуществлено поглощение жидкостей организма, целесообразно расположить складку на краю возле этого участка. На фиг. 12 область, отмеченная точками, означает загнутую часть.
Длина загнутой части не имеет определенных ограничений, однако, предпочтительно, она составляет, по меньшей мере, 2 см, более предпочтительно, по меньшей мере, 5 см, еще более предпочтительно, по меньшей мере, 7 см, идеально - по меньшей мере, 10 см. Чем длиннее загнутая часть, тем сильнее выражен эффект предотвращения протечек.
Складывание может быть осуществлено в одном месте или более чем в одном месте. Складки могут быть непрерывными или представлять собой несколько складок с промежутками между ними.
Складки могут иметь любую ширину, однако, предпочтительно, накладывающаяся часть, образуемая в результате загибания, имеет ширину от 0,1 до 100 мм, более предпочтительно, от 1 до 70 мм, еще более предпочтительно, от 5 до 40 мм, идеально - от 5 до 20 мм. Если складка очень узкая, она обеспечивает слабое сопротивление протеканию, с другой стороны, и при слишком большой ширине складки выигрыш небольшой.
В соответствии с настоящим изобретением, когда изделие для поглощения жидкостей организма разворачивают на плоской доске без приложения избыточного усилия и фиксируют его четыре угла кнопками, угол загибания представляет собой угол между плоскостью изделия для поглощения жидкостей организма и прямой линией, соединяющей точку, где отгибаемая часть выходит из плоскости изделия для поглощения жидкостей организма, и самую дальнюю от этой плоскости точку. Когда складок несколько, принимается во внимание только первая. Углы загибания показаны на фиг. 5, 6 и 11. Величина угла загибания, предпочтительно, больше 0°, более предпочтительно, составляет, по меньшей мере, 30°, еще более предпочтительно, по меньшей мере, 60°, идеально - по меньшей мере, 90°.
Отогнутая часть может быть зафиксирована при помощи клея. Фиксирование отогнутой части клеем желательно, так как это позволяет избежать выскальзывания поглощающего композиционного материала. Клей может быть нанесен на внутреннюю поверхность отогнутой части, т.е. поглощающий композиционный материал склеивается сам с собой, или на внешнюю поверхность, тогда поглощающий композиционный материал склеивается с проницаемым для жидкости листом, непроницаемым для жидкости листом или с другим элементом.
Поглощающий композиционный материал может быть загнут отдельно или вместе с другими элементами. Когда поглощающий композиционный материал загибают вместе с другими элементами, предпочтительно, чтобы это были листовые материалы.
Клеи, используемые в изделиях для поглощения жидкостей организма
Предпочтительно, клей наносят линией в направлении длины изделия, другими словами, вдоль самого длинного измерения, между проницаемым для жидкости листом и/или непроницаемым для жидкости листом и поглощающим композиционным материалом. Между поглощающим композиционным материалом и проницаемым для жидкости листом и/или непроницаемым для жидкости листом может располагаться другой листовой материал. В этом случае клей может быть нанесен собственно на поглощающий композиционный материал, или на другой лист, или на проницаемый для жидкости лист и/или непроницаемый для жидкости лист. В соответствии с настоящим изобретением поглощающий композиционный материал имеет неизменную форму листа, вероятность его смещения внутри изделия для поглощения жидкостей организма во время использования мала, таким образом, обеспечивается стабильное распределение и поглощение жидкостей организма. Нанесенный клей играет роль барьера для жидкости организма и, тем самым, регулирует поток этой жидкости и направляет ее, преимущественно вдоль более длинного измерения изделия для поглощения жидкостей организма. Обычно изделие для поглощения жидкостей организма имеет выраженную длину и ширину, и если жидкости распределяются, преимущественно, в направлении длины, эффективность использования поглощающего композиционного материала повышается, а вероятность протечки жидкостей в направлении ширины уменьшается.
Свойства клея, используемого в контексте настоящего изобретения, не имеют определенных ограничений, он может быть жидким или твердым. Может быть использован как один клей, так и комбинация двух или более. Тип клея также не имеет определенных ограничений, его примеры включают растворимый клей, воднодисперсионный клей, термоклей, составной клей и т.п., а именно клеи на основе полимочевины, полимеланина, полифенола, резорцина, альфа-олефинов, водорастворимых полимерных изоцианатов, эмульсии поливинилацетата, акриловой эмульсии, хлоропренового каучука, нитрилового каучука, бутадиен-стирольного каучука, натурального каучука, эпоксидных смол, цианоакрилата, полиуретана, полиметилметакрилата, денатурированных кремнийорганических полимеров, анаэробные клеи, неорганические клеи, клейстер и т.п. Из-за того что гидрофильные клеи легко диспергируются, что затрудняет регулирование поверхности склеивания, предпочтительно использовать гидрофобные клеи. Чтобы упростить процесс производства, предпочтительно использовать термоклей. Под термоклеем понимается любой клей, который при комнатной температуре является твердым, при нагревании плавится и растекается, а при охлаждении застывает и приклеивается; конкретными примерами являются клеи, содержащие в качестве основных компонентов сополимер этилена и винилацетата, полиамид, полиэфир, атактический полипропилен, термопластичные эластомеры и т.п.; в качестве веществ для повышения клейкости - канифоль, кумарон-инденовую смолу и т.п., а также воски, антиоксиданты, неорганические наполнители, пластификаторы и т.п.
2
2
Количество клея может быть любым, при котором обеспечивается склеивание. Количество клея на единицу длины составляет, предпочтительно, от 0,000001 до 0,1 г/см, более предпочтительно, от 0,00001 до 0,01 г/см, еще более предпочтительно, от 0,00003 до 0,0045 г/см. Количество клея, нанесенного на единицу площади поглощающего композиционного материала составляет, предпочтительно, от 0,2 до 1000 г/м, более предпочтительно, от 2,0 до 100 г/м. Если на поглощающий композиционный материал нанесено слишком много клея, он будет препятствовать набуханию водопоглощающей смолы, снижая поглощательную способность, и повреждать текстуру. С другой стороны, с точки зрения прочности клеевого соединения, нежелательно наносить мало клея.
В соответствии с настоящим изобретением клей может быть нанесен в виде одного из широко используемых рисунков, как то извилистые линии, точки, вертикальные полоски и т.п. Если у изделия для поглощения жидкостей организма или поглощающего композиционного материала выделяются измерение с большей длиной, определяемое, как продольное направление, и измерение с меньшей длиной, определяемое как поперечное направление, предпочтительно наносить клей так, чтобы направить поток жидкости преимущественно в продольном, а не в поперечном направлении, в котором наиболее вероятны протечки, с целью уменьшения протечек. Примеры формы и выделяемых направлений поглощающего композиционного материала показаны на фиг. 4, где стрелками указано продольное направление, однако эти примеры не носят ограничительного характера. Желательно наносить клей в виде рисунка, простирающегося в продольном направлении и образующего, таким образом, барьер, что является способом организации потока жидкости преимущественно в продольном направлении. Поскольку когда, растекаясь, жидкость достигает клея, она не может перетекать через него, направление потока изменяется в соответствии с рисунком нанесения клея. В соответствии с настоящим изобретением рисунок нанесения клея, способствующий преимущественному отклонению потока в направлении длины, а не ширины изделия - это продольные отстоящие друг от друга линии. Приемлемые примеры рисунков нанесения клея представлены на фиг. 13, однако они не носят ограничительного характера. На фиг. 13А показано линейное нанесение клея в продольном направлении. Каждая из линий может быть прямой или изогнутой, как на фиг. 13В. Линии могут быть непрерывными, либо короткими линиями, как на фиг. 13С и D, либо образованными точечным рисунком, как на фиг. 13Е и F. Предпочтительно, по меньшей мере, 60%, более предпочтительно, по меньшей мере, 80% каждой линии составляет угол до 45° с продольным направлением. 60% или 80% означает общую долю длин прямых линий, составляющих угол до 45° с продольным направлением, относительно общей длины всех линий. Если линии изогнутые, то суммарный вектор этих линий составляет, предпочтительно, угол до 45° с прямой линией, идущей в продольном направлении. Расстояние между линиями составляет, предпочтительно, от 0,001 до 10 см, более предпочтительно, от 0,01 до 5 см, еще более предпочтительно, от 0,1 до 2 см. Также является предпочтительным спиральный рисунок, расположенный в продольном направлении, как показано на фиг. 13G. Вектор спирального рисунка, предпочтительно, составляет угол до 45° с продольным направлением. Векторы каждой из спиральных линий расположены с интервалом, предпочтительно, от 0,001 до 10 см, более предпочтительно, от 0,01 до 5 см, еще более предпочтительно, от 0,1 до 2 см. Может быть использован как один рисунок, так и сочетание нескольких рисунков, как показано на фиг. 13Н. Также может быть использован рисунок из пересекающихся линий, как на фиг. 13I. в этом случае, предпочтительно, по меньшей мере, 60%, более предпочтительно, по меньшей мере, 80% всех линий нанесения клея расположены с интервалами от 0,001 до 10 см.
Оценка характеристик изделия для поглощения жидкостей организма
Оценка повторного увлажнения и дальности отведения жидкости
На лабораторный стол помещают деревянную доску достаточной ширины, на которой за четыре угла кнопками закрепляют расправленное, без морщин, изделие для поглощения жидкостей организма. В центр поглощающего композиционного материала ставят цилиндрическую трубку диаметром 60 мм и весом 53,5 г. 80 г солевого раствора подогревают до температуры 37°С и через трубку по каплям наливают в центр поглощающего композиционного материала со скоростью от 7 до 8 мл/с. Когда солевой раствор уже не виден на верхней поверхности верхнего листа, трубку снимают. Через 5 мин после начала капания измеряют расстояние, на которое переместилась жидкость в продольном направлении, величину которого принимают за дальность отведения жидкости.
Через 1 мин после начала капания на место, на которое производилось капание, накладывают квадрат размером 10 см, вырезанный из фильтровальной бумаги Advantec № 2 диаметром 150 мм, так, чтобы общий вес составил около 90 г, и немедленно прикладывают к этой фильтровальной бумаге нагрузку 3,5 кг. Через 3 мин после приложения нагрузки ее удаляют, фильтровальную бумагу снимают с изделия и взвешивают. Величина, на которую увеличился вес фильтровальной бумаги по сравнению с начальным, принимают за первую величину повторного увлажнения.
Спустя 9 мин после начала капания цилиндр возвращают на то же место. Через 10 мин после начала капания еще 80 г солевого раствора наливают по каплям и повторяют те же действия, что и на первом этапе. Величину, на которую увеличился в результате вес фильтровальной бумаги, принимают за вторую величину повторного увлажнения.
Спустя 19 мин после начала капания цилиндр возвращают на то же место. Через 20 мин после начала первого капания еще 80 г солевого раствора наливают по каплям и снова повторяют те же действия. Величину, на которую увеличился в результате этих действий вес фильтровальной бумаги, принимают за третью величину повторного увлажнения.
Величина повторного увлажнения является показателем ощущения влажности во время использования изделия для поглощения жидкостей организма. Если эта величина большая, кожа будет влажной, а изделие неприятным при носке. Для того чтобы поверхность изделия оставалась сухой и вызывала комфортные ощущения, величина повторного увлажнения должна быть, предпочтительно, настолько малой, насколько это возможно. Величины повторного увлажнения при многократном измерении отражают ощущения от изделия для поглощения жидкостей организма при его непрерывном ношении и неоднократном поглощении жидкостей организма. Чем больше вторая и третья величины повторного увлажнения, тем более комфортно данное изделие при непрерывном ношении. Первая величина повторного увлажнения составляет, предпочтительно, не более 30 г, более предпочтительно, не более 20 г, еще более предпочтительно, не более 10 г и еще более предпочтительно, не более 3 г. Вторая величина повторного увлажнения составляет, предпочтительно, не более 40 г, более предпочтительно, не более 30 г, еще более предпочтительно, не более 25 г и еще более предпочтительно, не более 20 г. Третья величина повторного увлажнения составляет, предпочтительно, не более 50 г, более предпочтительно, не более 45 г, еще более предпочтительно, не более 40 г и еще более предпочтительно, не более 30 г.
Дальность отведения жидкости означает расстояние на данном участке поглощающего композиционного материала, на котором произошло поглощение жидкости, и чем больше дальность отведения жидкости, тем выше эффективность использования поглощающего композиционного материала. Если эффективность использования поглощающего композиционного материала высокая, то нужной поглощательной способности можно достичь при небольшом количестве поглощающего композиционного материала и соответствующей экономии ресурсов. Если жидкость отводится на большое расстояние, поглощающий слой после поглощения тонкий, и вероятность смещения поглощающего композиционного материала уменьшается, а поглощающий композиционный материал становится более комфортным при носке. Дальность отведения жидкости составляет, предпочтительно, по меньшей мере, 200 мм, более предпочтительно, по меньшей мере, 240 мм, еще более предпочтительно, по меньшей мере, 270 мм или, еще более предпочтительно, по меньшей мере, 300 мм.
Оценка продольного распределения и площади распределения
3
На лабораторный стол помещают деревянную доску достаточной ширины, на которой за четыре угла кнопками закрепляют расправленное, без морщин, изделие для поглощения жидкостей организма. На центр поглощающего композиционного материала непрерывно выливают по каплям со скоростью 1 мл/с 50 см солевого раствора. Через 2 мин после завершения капания измеряют длину и ширину участка, по которому распределилась жидкость. Продольное распределение рассчитывают по формуле 11, а площадь распределения - по формуле 12.
Продольное распределение = длина участка распределения в продольном направлении (см)/длина участка распределения в поперечном направлении (см)
(формула 11)
Площадь распределения = длина участка распределения в продольном направлении (см) х длина участка распределения в поперечном направлении (см)
(формула 12)
Обычно протечки в изделии для поглощения жидкостей организма более вероятны в поперечном направлении, в котором это изделие, как правило, меньше. Предпочтительно, чтобы величина продольного распределения была большой, поскольку тогда поток жидкости будет легче перемещаться в продольном направлении, а вероятность протечек уменьшится. Высокое продольное распределение также желательно с точки зрения повышения эффективности использования поглощающего композиционного материала. Величина продольного распределения составляет, предпочтительно, по меньшей мере, 1,4, более предпочтительно, по меньшей мере, 1,7, еще более предпочтительно, по меньшей мере, 2,0 или, еще более предпочтительно, по меньшей мере, 2,5. В поглощающем композиционном материале, обладающем высокой способностью распределять жидкость, эта жидкость может перемещаться, пока не достигнет бокового края. Протечка обычно не происходит сразу после того, как жидкость достигает этого края, либо она предотвращается при помощи крылышек или другим подобным образом. Однако предпочтительно, чтобы дальность распределения в поперечном направлении была меньше, чем ширина изделия, поскольку в случае дальнейшего добавления больших количеств жидкости протечка возможна.
2
2
2
2
Площадь распределения является показателем способности данного изделия распределять жидкость. Для повышения эффективности использования поглощающего композиционного материала предпочтительно использовать поглощающий композиционный материал с более высоким значением площади распределения. При постоянном количестве подлежащей поглощению жидкости поглощающий композиционный материал с большей величиной площади распределения в процессе поглощения меньше изменяется по толщине и более стабилен, так как чем больше площадь распределения, тем меньше количество жидкости, которое должно быть поглощено единицей поверхности. Кроме того, если мало изменение толщины поглощающего композиционного материала, гигиеническое изделие комфортно в носке, так как не вызывает у пользователя ощущения давления. Величина площади распределения составляет, предпочтительно, по меньшей мере, 150 см, более предпочтительно, по меньшей мере, 200 см, еще более предпочтительно, по меньшей мере, 250 см или, еще более предпочтительно, по меньшей мере, 300 см.
Оценка протечек
В соответствии с настоящим изобретением количественные параметры протечек определяют следующим образом. Центр поглощающего композиционного материала, входящего в состав изделия для поглощения жидкостей организма, отмечают крестом размером около 1 см. Поглощающий композиционный материал фиксируют кнопками на горизонтальной доске над линией, проведенной параллельно его короткому измерению через центр, как показано на фиг. 14. Если у материала имеются крылышки и т.п. элементы, их тоже фиксируют так, чтобы края поглощающего композиционного материала были виды сверху. Затем, как показано на фиг. 15, вставляют пластиковую панель и закрепляют изделие лентой так, чтобы в точке фиксации оно образовывало угол 30°. В этом случае поглощающий композиционный материал расправлен и не образует морщин.
Солевой раствор, окрашенный пищевым красителем в красный цвет, наливают по каплям со скоростью 0,1 мл/с на точку, отмеченную крестом. Количество жидкости, вылитое к моменту, когда распределяющаяся жидкость начинает выходить за края поглощающего композиционного материала, принимают за количество, вызывающее протечку.
Количество жидкости, вызывающее протечку, составляет, предпочтительно, по меньшей мере, 100 мл, более предпочтительно, по меньшей мере, 120 мл, еще более предпочтительно, по меньшей мере, 135 мл или, еще более предпочтительно, по меньшей мере, 150 мл. Количество жидкости, вызывающее протечку, можно увеличить за счет увеличения толщины и веса поглощающего композиционного материала, однако само изделие, предпочтительно, должно быть тонким и легким. Следовательно, в соответствии с настоящим изобретением, показателем устойчивости к протечкам на единицу площади является коэффициент протечек, определяемый по формуле 13 на основе количества жидкости, вызывающей протечку, веса поглощающего композиционного материала и его площади.
Коэффициент протечек = количество жидкости, вызывающей протечку (мл)/(вес поглощающего композиционного материала (г)/площадь поглощающего композиционного материала(см<sup>2</sup>))
(формула 13)
Вес и площадь поглощающего композиционного материала определяют в отношении поглощающего композиционного материала в целом. Для поглощающих композиционных материалов с одинаковыми весом и площадью, чем больше коэффициент протечек, тем выше устойчивость к протечкам. Коэффициент протечек равен, предпочтительно, по меньшей мере, 1000, более предпочтительно, по меньшей мере, 2000, еще более предпочтительно, по меньшей мере, 3000 или, еще более предпочтительно, по меньшей мере, 4000. Предпочтительно, чтобы поглощающий композиционный материал имел коэффициент протечек, соответствующий указанному диапазону, и характеризовался количеством жидкости, вызывающей протечку, лежащим в диапазоне, указанном выше.
Примеры
Ниже приведены конкретные примеры реализации настоящего изобретения, а также сравнительные примеры; однако настоящее изобретение приведенными примерами не ограничивается.
Производство 1
Акриловую кислоту, представляющую собой реагент определенного качества производства Wako Pure Chemical, перед использованием очистили перегонкой. 100 г этой акриловой кислоты растворили в 91,02 г воды. Водный раствор охладили в ледяной бане и затем поддерживали его температуру на уровне 30°С или менее, добавляя в него постепенно 117,94 г 25%-ного по весу водного раствора аммония и перемешивая до получения 40%-ного по весу водного раствора акрилата аммония (степень нейтрализации 100%).
90 г 40%-ного по весу водного раствора акрилата аммония и 0,0187 г N,N'-метилен-бис-акриламида поместили в разъемную колбу объемом 300 мл. Колбу погрузили в водяной термостат, поддерживающий температуру жидкости равной 30°С. Для создания в реакционной системе атмосферы азота, кислород из водяного термостата удаляли путем барботирования газообразным азотом. Затем при помощи шприца было добавлено 0,43 г 42%-ного по весу водного раствора глицерина, смесь тщательно перемешана; для инициирования полимеризации было добавлено 0,0917 г 30%-ного по весу водного раствора пероксида водорода и 0,0415 г ронгалита, каждый растворенный в 1 г воды. Через 5 мин после начала реакции температуру внутри колбы повысили с начальной, 30°С, до 100°С. Затем смесь в течение 3 часов нагревали в водяном термостате так, что внутренняя температура составляла 70°С. После этого гель извлекли из разъемной колбы, грубо измельчили и подвергли сушке при 100°С в течение 4 часов в печи с инертной атмосферой. По завершении сушки его измельчили при помощи гомогенизатора и подвергли классификации просеиванием на порции с размером частиц менее 106 мкм, от 106 до 212 мкм, от 212 до 300 мкм, от 300 до 425 мкм, от 425 до 500 мкм, от 500 до 600 мкм, от 600 до 710 мкм, от 710 до 850 мкм, от 850 до 1200 мкм, от 1200 до 1400 мкм, от 1400 мкм до 1700 мкм, от 1700 до 2500 мкм, от 2500 до 3000 мкм и свыше 3000 мкм. Эти частицы были использованы как частицы водопоглощающей смолы 1. Поверхностная прочность этих частиц смолы была равна 0,5 Н. Общая концентрация солей аммония составила 96%, концентрация соли у поверхности - 90%, а концентрация соли в центре частиц - 97%.
Производство 2
Частицы водопоглощающей смолы, полученные, как описано в разделе Производство 1, были подвергнуты тепловой обработке в течение 10 мин в печи с инертной атмосферой при 180°С и использованы как частицы водопоглощающей смолы 2. Поверхностная прочность этих частиц смолы была равна 2,7 Н. Общая концентрация солей аммония составила 70%, концентрация соли у поверхности - 30%, а концентрация соли в центре частиц - 95%.
Производство 3
81,73 г акриловой кислоты, представляющей собой реагент определенного качества производства Wako Pure Chemical, 185,71 г воды и 31,78 г гидроксида натрия медленно добавили в колбу объемом 300 мл при постоянном охлаждении, так что температура жидкости не превышала 30°С (концентрация соли 70%). 90 г данного раствора мономера и 0,0561 г N,N'-метилен-бис-акриламида добавили в разъемную колбу объемом 300 мл. Колбу погрузили в водяной термостат, поддерживающий температуру жидкости равной 30°С. Для создания в реакционной системе атмосферы азота кислород из водяного термостата удаляли путем барботирования газообразным азотом. Затем для инициирования полимеризации было добавлено 0,0826 г 30%-ного по весу и 0,0518 г ронгалита, каждый был растворен в 1 г воды. Через 10 мин после начала реакции температуру внутри колбы повысили с начальной, 30°С, до 70°С. Через 5 мин после этого температуру в колбе увеличили до максимальной и в течение 3 часов нагревали раствор в водяном термостате так, что внутренняя температура составляла 75°С. По истечении заданного времени гель извлекли из разъемной колбы, грубо измельчили и подвергли сушке при 100°С в течение 4 часов в печи с инертной атмосферой. По завершении сушки его измельчили при помощи гомогенизатора и подвергли классификации просеиванием на порции с размером частиц менее 106 мкм, от 106 до 212 мкм, от 212 до 300 мкм, от 300 до 425 мкм, от 425 до 500 мкм, от 500 до 600 мкм, от 600 до 710 мкм, от 710 до 850 мкм, от 850 до 1200 мкм, от 1200 до 1400 мкм, от 1400 мкм до 1700 мкм, от 1700 до 2500 мкм, от 2500 до 3000 мкм и свыше 3000 мкм. Эти частицы были использованы как частицы водопоглощающей смолы 3. Поверхностная прочность этих частиц смолы была равна 0,9 Н.
Производство 4
Подготовили смесь 0,6 г изопропилового спирта, 0,02 г глицерина и 0,06 г воды и равномерно распределили ее на 2 г частиц водопоглощающей смолы 2, полученных, как описано в разделе Производство 3. Эти частицы выдержали в течение 10 мин при температуре 180°С в печи с инертной атмосферой и использовали в качестве частиц водопоглощающей смолы 4. Поверхностная прочность этих частиц смолы была равна 5,9 Н.
Производство 5
81,73 г акриловой кислоты, представляющей собой реагент определенного качества производства Wako Pure Chemical, 185,71 г воды и 21,8 г гидроксида натрия медленно добавили в колбу объемом 300 мл при постоянном охлаждении колбы льдом, так что температура жидкости не превышала 30°С (концентрация соли 48%). 90 г данного раствора мономера и 0,0561 г н,н'-метилен-бис-акриламида добавили в разъемную колбу объемом 300 мл. Колбу погрузили в водяной термостат, поддерживающий температуру жидкости равной 30°С. Для создания в реакционной системе атмосферы азота, кислород из водяного термостата удаляли путем барботирования газообразным азотом. Затем для инициирования полимеризации было добавлено 0,0826 г 30%-ного по весу водного раствора пероксида водорода и 0,0518 г ронгалита, каждый был растворен в 1 г воды. Через 10 мин температуру внутри колбы повысили с начальной, 30°С, до 70°С. Через 5 мин после этого температуру в колбе увеличили до максимальной и в течение 3 часов нагревали раствор в водяном термостате так, что внутренняя температура составляла 75°С. По истечении заданного времени гель извлекли из разъемной колбы, грубо измельчили и подвергли сушке при 100°С в течение 4 часов в печи с инертной атмосферой. По завершении сушки его измельчили при помощи гомогенизатора и подвергли классификации просеиванием на порции с размером частиц менее 106 мкм, от 106 до 212 мкм, от 212 до 300 мкм, от 300 до 425 мкм, от 425 до 500 мкм, от 500 до 600 мкм, от 600 до 710 мкм, от 710 до 850 мкм, от 850 до 1200 мкм, от 1200 до 1400 мкм, от 1400 мкм до 1700 мкм, от 1700 до 2500 мкм, от 2500 до 3000 мкм и свыше 3000 мкм. Эти частицы были использованы как частицы водопоглощающей смолы 5. Поверхностная прочность этих частиц смолы была равна 1,1 Н.
Производство 6
Подготовили смесь 0,6 г изопропилового спирта, 0,02 г глицерина и 0,06 г воды и равномерно распределили ее на 2 г частиц водопоглощающей смолы 5, полученных, как описано в разделе Производство 5. Эти частицы выдержали в течение 10 мин при температуре 180°С в печи с инертной атмосферой и использовали в качестве частиц водопоглощающей смолы 6. Поверхностная прочность этих частиц смолы была равна 6 Н.
Производство 7
Акриловую кислоту, представляющую собой реагент определенного качества производства Wako Pure Chemical, перед использованием очистили перегонкой. 753 г этой очищенной акриловой кислоты охладили на ледяной бане и затем, поддерживая температуру жидкости на уровне 30°С или менее, при перемешивании постепенно добавили к ней 625 г 25%-ного по весу водного раствора аммония, представляющего собой реагент определенного качества производства Wako Pure Chemical, до получения 66%-ного по весу водного раствора акрилата аммония (степень нейтрализации 100%). 0,0395 г N,N'-метилен-бис-акриламида, растворенного в 1 г воды, добавили в раствор и растворили при перемешивании, смесь обескислородили путем барботирования газообразным азотом.
4,3 л Циклогексана и 7,8785 г сорбитмоностеарата в качестве поверхностно-активного вещества поместили в автоклав объемом 12 л с уже созданной в нем атмосферой азота и растворили при перемешивании при комнатной температуре, реакционную систему обескислородили при разрежении 65 кПа. Температуру реакционной системы увеличили, сохраняя разрежение, до внутренней температуры 60°С. Водный раствор 0,7186 г персульфата аммония, растворенного в 50 г воды, добавили к описанному водному раствору акрилата аммония. После повышения внутренней температуры реакционной системы до 60°С в нее ввели подготовленный водный раствор акрилата аммония и суспендировали перемешиванием со скоростью 120 об/мин в потоке азота. В реакционной системе при 65 кПа и внутренней температуре 60°С инициировали полимеризацию и обеспечили перемешивание со скоростью 120 об/мин в течение 2 часов с получением эмульсии, содержащей влажный гель. Нормальное давление внутри реакционной системы восстановили азотом, систему уплотнили и нагрели до достижения внутренней температуры 80°С, скорость мешалки установили равной 400 об/мин и в течение 15 мин вводили перемешанный раствор 108,8 г этанола производства Wako Pure Chemical и 8,35 г глицерина. Давление в системе повысили при помощи азота, внутреннюю температуру увеличили до 110°С и продолжали перемешивание еще 30 мин. Затем давление снизили до нормального, а образовавшийся влажный гель промыли три раза 2 литрами циклогексана при 40°С.
Влажный гель отделили путем фильтрования и подвергли сушке при 70°С в условиях полного вакуума, а затем, в течение 6 часов - в печи с инертной атмосферой при 70°С. После завершения сушки гель грубо измельчили при помощи гомогенизатора и подвергли классификации просеиванием на порции с размером частиц менее 106 мкм, от 106 до 212 мкм, от 212 до 300 мкм, от 300 до 425 мкм, от 425 до 500 мкм, от 500 до 600 мкм, от 600 до 710 мкм, от 710 до 850 мкм, от 850 до 1200 мкм, от 1200 до 1400 мкм, от 1400 мкм до 1700 мкм, от 1700 до 2500 мкм, от 2500 до 3000 мкм и свыше 3000 мкм. Эти частицы были использованы как частицы водопоглощающей смолы 7. Поглощательная способность этих частиц смолы составила 70 г/г, а поверхностная прочность была равна 0,4 Н. Общая концентрация солей аммония составила 95%, концентрация соли у поверхности - 88%, а концентрация соли в центре частиц - 97%.
Частицы водопоглощающей смолы 7, полученные, как описано в разделе Производство 7, были подвергнуты тепловой обработке в течение 10 мин в печи с инертной температурой при 180°С. Условия проведения этой операции те же, что и при тепловой обработке с целью образования композиционного материала на базе материала основы в следующих ниже примерах. В результате поверхностная прочность частиц водопоглощающей смолы составила 2,5 Н при общей концентрации солей аммония, равной 70%, концентрации соли у поверхности, равной 32%, и концентрации соли в центре частиц, равной 94%.
Производство 8
Были выполнены те же действия, что и описанные в разделе Производство 7, за исключением того, что скорость перемешивания в процессе полимеризации была установлена равной не 120, а 400 об/мин. Полученные частицы являются частицами водопоглощающей смолы 8. Поглощательная способность этих частиц смолы составила 80 г/г, а поверхностная прочность была равна 0,4 Н. Общая концентрация солей аммония составила 95%, концентрация соли у поверхности - 87%, а концентрация соли в центре частиц - 97%.
Частицы водопоглощающей смолы 8, полученные, как описано в разделе Производство 8, были подвергнуты тепловой обработке в течение 10 мин в печи с инертной атмосферой при 180°С. Условия проведения этой операции те же, что и при тепловой обработке с целью образования композиционного материала на базе материала основы в следующих ниже примерах. В результате поверхностная прочность частиц водопоглощающей смолы составила 2,2 Н при общей концентрации солей аммония, равной 68%, концентрации соли у поверхности, равной 33%, и концентрации соли в центре частиц, равной 93%.
Производство 9
Подготовили акриловую кислоту, представляющую собой реагент определенного качества производства Wako Pure Chemical. 2557,8 г Этого реагента акриловой кислоты растворили в 2087,3 г воды, водный раствор охладили на ледяной бане и затем, поддерживая температуру жидкости на уровне 30°С или менее, при перемешивании постепенно добавили к нему 3507,0 г 40,5%-ного по весу водного раствора NaOH с получением 40%-ного по весу водного раствора акрилата натрия.
1733,0 г полученного таким образом водного раствора акрилата натрия растворили в 341,5 г воды. К этому водному раствору акрилата натрия добавили 227,7 г акриловой кислоты с образованием 2302,2 г 40%-ного по весу водного раствора с соотношением акрилат натрия/акриловая кислота = 70/30. К нему в качестве сшивающего агента добавили и растворили 2,5 г N,N'-метилен-бис-акриламида, смесь обескислородили путем барботирования газообразным азотом.
4,3 л циклогексана и 7,8785 г сорбитмоностеарата в качестве поверхностно-активного вещества поместили в автоклав объемом 12 л с уже созданной в нем атмосферой азота и растворили при перемешивании при комнатной температуре, реакционную систему обескислородили при разрежении 65 кПа. Температуру реакционной системы увеличили, сохраняя разрежение, до внутренней температуры 60°С. Водный раствор 0,7186 г персульфата аммония, растворенного в 50 г воды, добавили к описанному водному раствору акрилата натрия. После повышения внутренней температуры реакционной системы до 60°С в нее ввели подготовленный водный раствор акрилата натрия и суспендировали перемешиванием со скоростью 400 об/мин в потоке азота. В реакционной системе при 65 кПа и внутренней температуре 60°С инициировали полимеризацию и обеспечили перемешивание со скоростью 400 об/мин в течение 2 часов с получением эмульсии, содержащей влажный гель. Нормальное давление внутри реакционной системы восстановили азотом, систему уплотнили и нагрели до достижения внутренней температуры 80°С, скорость мешалки установили равной 400 об/мин и в течение 15 мин вводили перемешанный раствор 108,8 г этанола производства Wako Pure Chemical и 4,2 г глицерина. Давление в системе повысили при помощи азота, внутреннюю температуру увеличили до 110°С и продолжали перемешивание еще 30 мин. Затем давление снизили до нормального, а образовавшийся влажный гель промыли три раза 2 литрами циклогексана при 40°С.
Влажный гель отделили путем фильтрования и подвергли сушке при 70°С в условиях полного вакуума. После завершения сушки гель измельчили при помощи гомогенизатора и подвергли классификации просеиванием на порции с размером частиц менее 106 мкм, от 106 до 212 мкм, от 212 до 300 мкм, от 300 до 425 мкм, от 425 до 500 мкм, от 500 до 600 мкм, от 600 до 710 мкм, от 710 до 850 мкм, от 850 до 1200 мкм, от 1200 до 1400 мкм, от 1400 мкм до 1700 мкм, от 1700 до 2500 мкм, от 2500 до 3000 мкм и свыше 3000 мкм. Эти частицы были использованы как частицы водопоглощающей смолы 9. Поглощательная способность этих частиц смолы составила 55 г/г, а поверхностная прочность была равна 1,2 Н.
Производство 10
Акриловую кислоту, представляющую собой реагент определенного качества производства Wako Pure Chemical, перед использованием очистили перегонкой. 753 г этой очищенной акриловой кислоты охладили на ледяной бане и затем, поддерживая температуру жидкости на уровне 30°С или менее, при перемешивании постепенно добавили к ней 625 г 25%-ного по весу водного раствора аммония, представляющего собой реагент определенного качества производства Wako Pure Chemical, до получения 66%-ного по весу водного раствора акрилата аммония (степень нейтрализации 100%). Смесь обескислородили путем барботирования газообразным азотом.
4,3 л циклогексана и 7,53 г сорбитмонолаурата в качестве поверхностно-активного вещества поместили в автоклав объемом 12 л с уже созданной в нем атмосферой азота и растворили при перемешивании при комнатной температуре, реакционную систему обескислородили при разрежении 30 кПа. Температуру реакционной системы увеличили, сохраняя разрежение, до внутренней температуры 40°С. Водный раствор 0,7699 г персульфата аммония, растворенного в 50 г воды, добавили к описанному водному раствору акрилата аммония. После повышения внутренней температуры реакционной системы до 40°С в нее ввели подготовленный водный раствор акрилата аммония и суспендировали перемешиванием со скоростью 400 об/мин в потоке азота. В реакционной системе при 30 кПа и внутренней температуре 40°С инициировали полимеризацию и обеспечили перемешивание со скоростью 400 об/мин в течение 2 часов с получением эмульсии, содержащей влажный гель. Затем внутри реакционной системы восстановили нормальное давление, а образовавшийся влажный гель промыли три раза 2 литрами циклогексана при 40°С.
Влажный гель отделили путем фильтрования и подвергли сушке при 70°С в условиях полного вакуума. После завершения сушки гель измельчили при помощи гомогенизатора и подвергли классификации просеиванием на порции с размером частиц менее 106 мкм, от 106 до 212 мкм, от 212 до 300 мкм, от 300 до 425 мкм, от 425 до 500 мкм, от 500 до 600 мкм, от 600 до 710 мкм, от 710 до 850 мкм, от 850 до 1200 мкм, от 1200 до 1400 мкм, от 1400 мкм до 1700 мкм, от 1700 до 2500 мкм, от 2500 до 3000 мкм и свыше 3000 мкм. Эти частицы были использованы как частицы водопоглощающей смолы 10. Поглощательная способность этих частиц смолы составила 80 г/г, а поверхностная прочность была равна 0,6 Н. Общая концентрация солей аммония составила 97%, концентрация соли у поверхности - 91%, а концентрация соли в центре частиц - 98%.
Частицы водопоглощающей смолы 10, полученные, как описано в разделе Производство 10, были подвергнуты тепловой обработке в течение 10 мин в печи с инертной атмосферой при 180°С. Условия проведения этой операции те же, что и при тепловой обработке с целью образования композиционного материала на базе материала основы в следующих ниже примерах. В результате поверхностная прочность частиц водопоглощающей смолы составила 2,8 Н при общей концентрации солей аммония, равной 70%, концентрации соли у поверхности, равной 29%, и концентрации соли в центре частиц, равной 95%.
Производство 11
Подготовили акриловую кислоту, представляющую собой реагент определенного качества производства Wako Pure Chemical. 2557,8 г Этого реагента акриловой кислоты растворили в 2087,3 г воды, водный раствор охладили на ледяной бане и затем, поддерживая температуру жидкости на уровне 30°С или менее, при перемешивании постепенно добавили к нему 3507,0 г 40,5%-ного по весу водного раствора NaOH с получением 40%-ного по весу водного раствора акрилата натрия.
1733,0 г Полученного таким образом водного раствора акрилата натрия растворили в 341,5 г воды. К этому водному раствору акрилата натрия добавили 227,7 г акриловой кислоты с образованием 2302,2 г 40%-ного по весу водного раствора с соотношением акрилат натрия/акриловая кислота = 70/30. К нему в качестве сшивающего агента добавили и растворили 2,5 г N,N'-метилен-бис-акриламида, смесь обескислородили путем барботирования газообразным азотом.
4,3 л циклогексана и 7,8785 г сорбитмоностеарата в качестве поверхностно-активного вещества поместили в автоклав объемом 12 л с уже созданной в нем атмосферой азота и растворили при перемешивании при комнатной температуре, реакционную систему обескислородили при разрежении 65 кПа. Температуру реакционной системы увеличили, сохраняя разрежение, до внутренней температуры 60°С. Водный раствор 0,7186 г персульфата аммония, растворенного в 50 г воды, добавили к описанному водному раствору акрилата натрия. После повышения внутренней температуры реакционной системы до 60°С в нее ввели подготовленный водный раствор акрилата натрия и суспендировали перемешиванием со скоростью 400 об/мин в потоке азота. В реакционной системе при 65 кПа и внутренней температуре 60°С инициировали полимеризацию и обеспечили перемешивание со скоростью 400 об/мин в течение 2 часов с получением эмульсии, содержащей влажный гель. Нормальное давление внутри реакционной системы восстановили азотом, систему уплотнили и нагрели до достижения внутренней температуры 80°С, скорость мешалки установили равной 400 об/мин и в течение 15 мин вводили 108,8 г этанола производства Wako Pure Chemical. Давление в системе повысили при помощи азота, внутреннюю температуру увеличили до 110°С и продолжали перемешивание еще 30 мин. Затем давление снизили до нормального, а образовавшийся влажный гель промыли три раза 2 литрами циклогексана при 40°С.
Влажный гель отделили путем фильтрования и подвергли сушке при 70°С в условиях полного вакуума. После завершения сушки гель измельчили при помощи гомогенизатора и подвергли классификации просеиванием на порции с размером частиц менее 106 мкм, от 106 до 212 мкм, от 212 до 300 мкм, от 300 до 425 мкм, от 425 до 500 мкм, от 500 до 600 мкм, от 600 до 710 мкм, от 710 до 850 мкм, от 850 до 1200 мкм, от 1200 до 1400 мкм, от 1400 мкм до 1700 мкм, от 1700 до 2500 мкм, от 2500 до 3000 мкм и свыше 3000 мкм. Эти частицы были использованы как частицы водопоглощающей смолы 11. Поглощательная способность этих частиц смолы составила 57 г/г, а поверхностная прочность была равна 1,1 Н.
Свойства частиц водопоглощающей смолы 1-11, полученных, как описано в разделах Производство 1-11, приведены в таблице 1.
Таблица 1
Средняя поглощающая способность, г/г
Поглощательная способность под давлением, г/г
Кол-во непрореагировавших мономеров (частей/млн)
Частицы водопоглощающей смолы 1
76
28
170
Частицы водопоглощающей смолы 2
83
35
<20
Частицы водопоглощающей смолы 3
61
26
200
Частицы водопоглощающей смолы 4
54
21,6
160
Частицы водопоглощающей смолы 5
53
23
190
Частицы водопоглощающей смолы 6
43
12,3
160
Частицы водопоглощающей смолы 7
70
<20
Частицы водопоглощающей смолы 8
80
<20
Частицы водопоглощающей смолы 9
55
<20
Частицы водопоглощающей смолы 10
80
<20
Частицы водопоглощающей смолы 11
57
<20
Частицы водопоглощающей смолы 12
76
28
170
Частицы водопоглощающей смолы 13
76
28
170
Пример 1
Из материала Bemliese (свойства материала представлены в таблице 2) производства Asahi Kasei Fibers Corp. вырезали круговой элемент диаметром 59,5 мм, вес которого составил 0,0796 г. Bemliese представляет собой нетканое полотно, изготовленное из 100% целлюлозных непрерывных волокон, и как нетканое целлюлозное полотно обладает превосходными поглощательными свойствами. Благодаря тому что материал изготовлен из непрерывных волокон, он достаточно прочен после поглощения воды и обладает хорошей способностью распределять жидкость.
0,164 г Частиц водопоглощающей смолы 1, полученных, как описано в разделе Производство 1 и имеющих размер частиц от 850 до 1200 мкм, разместили на тефлоновом листе диаметром 59,5 мм так, чтобы они были уложены неплотно. Этот лист назвали Лист 1. Другой тефлоновый лист, подготовленный таким же образом, назвали Лист 2. Bemliese поместили на Лист 1 и при помощи распылителя обрызгали 3 мл воды. Лист 1 поместили на Лист 2 нижней стороной вверх, так что Bemliese оказался лежащим на частицах, уложенных на Лист 2. Сверху его слегка прижали рукой и оставили на 1 мин, затем 10 мин нагревали при 180°С в печи с инертной атмосферой. Вес, измеренный непосредственно после нагревания, составил 0,4061 г, рассчитанное весовое отношение водопоглощающей смолы в композиционном материале - 80,4%. Все частицы водопоглощающей смолы были прочно связаны с Bemliese, в результате трения рукой ни одна из частиц не отсоединилась. При помощи сканирующего электронного микроскопа (JEOL JSM-5300) было установлено, что все частицы связаны с Bemliese с включением волокон в водопоглощающую смолу. На фиг. 16 представлено изображение геометрии сцепления, полученное при помощи электронного микроскопа с увеличением 150× сбоку под углом, а не сверху, со стороны частиц, что позволяет увидеть геометрию сцепления. Этот композиционный материал приведен в качестве Примера 1.
На фиг. 16 на участке внутри овала водопоглощающая смола связана с волокнами. Частицы водопоглощающей смолы видны в правой верхней части этого участка, а волокна материала основы - слева внизу, они выглядят темными, что показывает, что они вовлечены внутрь частиц водопоглощающей смолы.
Пример 2
Эксперимент проводили так же, как в Примере 1, за исключением того, что были использованы частицы смолы 7 размером от 850 до 1200 мкм, полученные, как описано в разделе Производство 7. Оценка результатов дана в таблице 3.
Пример 3
Эксперимент проводили так же, как в Примере 1, за исключением того, что были использованы частицы смолы 8 размером от 850 до 1200 мкм, полученные, как описано в разделе Производство 8. Оценка результатов дана в таблице 3.
Пример 4
Эксперимент проводили так же, как в Примере 1, за исключением того, что были использованы частицы смолы 9 размером от 850 до 1200 мкм, полученные, как описано в разделе Производство 9. Оценка результатов дана в таблице 3.
Пример 5
Эксперимент проводили так же, как в Примере 1, за исключением того, что были использованы частицы смолы 10 размером от 850 до 1200 мкм, полученные, как описано в разделе Производство 10. Оценка результатов дана в таблице 3.
Пример 6
Эксперимент проводили так же, как в Примере 1, за исключением того, что были использованы частицы смолы 11 размером от 850 до 1200 мкм, полученные, как описано в разделе Производство 11. Оценка результатов дана в таблице 3.
Сравнительный пример 1
81,73 г Реагента акриловой кислоты (представляющего собой реагент определенного качества производства Wako Pure Chemical) 185,71 г воды и 31,78 г гидроксида натрия постепенно ввели в колбу объемом 300 мл при постоянном охлаждении при помощи льда, так что температура жидкости не превышала 30°С (концентрация соли 70%). 90 г раствора мономера залили в распылитель в камере с атмосферой азота и добавили 0,0561 г N,N'-метилен-бис-акриламида. Полученный водный раствор обескислородили путем барботирования газообразным азотом. Быстро добавили 1 мл раствора 0,022 г гексагидрата хлорида железа (III), растворенного в 100 г воды, 1 мл 30%-ного по весу раствора пероксида водорода и раствор 0,12 г L-аскорбиновой кислоты в 1 мл воды и перемешали, полученную смесь распылили на материал Spun Bond EltasCrimp PC8020 производства Asahi Kasei Fibers Corp. Весь полученный материал, включая нетканое полотно, нагрели до 60°С на горячей плите и подвергли полимеризации в течение 1 часа, затем увеличили температуру до 120°С и поддерживали ее 30 мин для завершения полимеризации. Затем материал подвергли вакуумной сушке при 100°С и измерили количество непрореагировавших мономеров, составившее 1000 частей/млн или более.
Сравнительный пример 2
Композиционный материал подготовили так же, как в Примере 1 с использованием частиц водопоглощающей смолы 2, полученных, как описано в разделе Производство 2. Были использованы частицы размером от 850 до 1200 мкм. Из-за того, что концентрация солей аммония у поверхности была низкой, 30%, только около 35% частиц оказались связанными с материалом основы. Заполняемость площади частицами измерили сразу после нагревания до отсоединения смолы. Из-за того, что доля связанных частиц была низкой, было трудно получить стабильные характеристики. Оценка результатов дана в таблице 3.
Сравнительный пример 3
Композиционный материал подготовили так же, как в Примере 1 с использованием частиц водопоглощающей смолы 6, полученных, как описано в разделе Производство 6. Были использованы частицы размером от 850 до 1200 мкм. Их поверхностная прочность была высокой, 6 Н, и только около 25% частиц оказались связанными с материалом основы. Заполняемость площади частицами измерили сразу после нагревания до отсоединения смолы. Оценка результатов дана в таблице 3.
Сравнительный пример 4
Композиционный материал подготовили так же, как в Примере 1, за исключением того, что воду не добавляли. Связывания частиц не произошло.
Пример 7
Композиционный материал подготовили так же, как в Примере 1, за исключением того, что использовали 15 г воды. Поскольку не вся вода испарилась спустя 10 мин нагревания, нагрев продолжали еще 10 мин.
Пример 8
Композиционный материал подготовили так же, как в Примере 1, за исключением того, что сушку проводили при 60°С в течение 5 часов.
Пример 9
Композиционный материал подготовили так же, как в Примере 1, за исключением того, что температура сушки составляла 370°С. Из-за того, что при перегреве материал может гореть, условия сушки проверяли каждые несколько секунд и прекратили нагревание, когда материал высох.
Физические свойства поглощающих композиционных материалов, полученных в Примерах 1-9 и в Сравнительных примерах 2 и 3, представлены в таблице 3.
Пример 10
Эксперимент проводили так же, как в Примере 1, за исключением того, что были использованы частицы смолы 1 размером от 500 до 600 мкм, полученные, как описано в разделе Производство 1. Весовое отношение смолы в поглощающем композиционном материале составило 67,6%. Оценка результатов дана в таблице 4.
Пример 11
Эксперимент проводили так же, как в Примере 1, за исключением того, что были использованы частицы смолы 1 размером от 710 до 850 мкм, полученные, как описано в разделе Производство 1. Весовое отношение смолы в поглощающем композиционном материале составило 72,6%. Оценка результатов дана в таблице 4.
Пример 12
Эксперимент проводили так же, как в Примере 1, за исключением того, что в качестве материала основы было использовано вискозное кружевное полотно (Spunlace) (его физические свойства приведены в таблице 2), а весовое отношение смолы в поглощающем композиционном материале составило 81,5%. Оценка результатов дана в таблице 4.
Пример 13
Эксперимент проводили так же, как в Примере 1, за исключением того, что были использованы частицы смолы 1 размером от 1700 до 2500 мкм, полученные, как описано в разделе Производство 1. Весовое отношение смолы в поглощающем композиционном материале составило 89,2%. Оценка результатов дана в таблице 4.
Пример 14
Эксперимент проводили так же, как в Примере 1, за исключением того, что были использованы частицы смолы 1 размером от 710 до 850 мкм, полученные, как описано в разделе Производство 1. Весовое отношение смолы в поглощающем композиционном материале составило 72,8%. Оценка результатов дана в таблице 4.
Пример 15
Эксперимент проводили так же, как в Примере 1, за исключением того, что весовое отношение смолы в поглощающем композиционном материале составило 66,6%. Оценка результатов дана в таблице 4.
Пример 16
Эксперимент проводили так же, как в Примере 8, за исключением того, что весовое отношение смолы в поглощающем композиционном материале составило 71,6%. Оценка результатов дана в таблице 4.
Пример 17
Эксперимент проводили так же, как в Примере 1, за исключением того, что были использованы частицы смолы 7 размером от 850 до 1200 мкм, полученные, как описано в разделе Производство 7, весовое отношение смолы в поглощающем композиционном материале составило 80,0%, а в качестве материала основы было использовано вискозное кружевное полотно (Spunlace). Оценка результатов дана в таблице 4.
Сравнительный пример 5
Эксперимент проводили так же, как в Примере 1, за исключением того, что были использованы частицы смолы 1 размером от 300 до 425 мкм, полученные, как описано в разделе Производство 1. Весовое отношение смолы в поглощающем композиционном материале составило 64%. Оценка результатов дана в таблице 4.
Физические свойства поглощающих композиционных материалов, полученных в Примерах 10-17 и в Сравнительном примере 5, представлены в таблице 4.
Пример 18
Композиционный материал в Примере 18 подготовили так же, как в Примере 1, за исключением использования смеси частиц: 50% вес. частиц водопоглощающей смолы 1 размером от 850 до 1200 мкм, полученных, как описано в разделе Производство 1, и 50% вес. частиц водопоглощающей смолы 1 размером от 100 до 300 мкм, полученных, как описано в разделе Производство 1. 98% Частиц находились в связанном состоянии с включением волокон в водопоглощающую смолу при связывании.
Пример 19
Композиционный материал в Примере 19 подготовили так же, как в Примере 1, за исключением использования смеси частиц: 30% вес. частиц водопоглощающей смолы 1 размером от 850 до 1200 мкм, полученных, как описано в разделе Производство 1, и 70% вес. частиц водопоглощающей смолы 1 размером от 100 до 300 мкм, полученных, как описано в разделе Производство 1. 98% Частиц находились в связанном состоянии с включением волокон в водопоглощающую смолу при связывании.
Пример 20
Композиционный материал в Примере 20 подготовили так же, как в Примере 1, за исключением использования смеси частиц: 30% вес. частиц водопоглощающей смолы 1 размером от 850 до 1200 мкм, полученных, как описано в разделе Производство 1, 20% вес. частиц водопоглощающей смолы 1 размером 3000 мкм и более, полученных, как описано в разделе Производство 1, и 50% вес. частиц водопоглощающей смолы 1 размером от 100 до 300 мкм, полученных, как описано в разделе Производство 1. 98% Частиц находились в связанном состоянии с включением волокон в водопоглощающую смолу при связывании.
Пример 21
Композиционный материал в Примере 21 подготовили так же, как в Примере 1, за исключением использования частиц водопоглощающей смолы 3 размером от 850 мкм до 1200 мкм, полученных, как описано в разделе Производство 3. Все частицы оказались прочно связанными с материалом Bemliese с включением волокон в водопоглощающую смолу. По сравнению с частицами водопоглощающей смолы 1, полученными, как описано в разделе Производство 1, количество поглощаемой этим композиционным материалом жидкости было немного меньше из-за меньшего объема поглощения данных частиц смолы.
Пример 22
Композиционный материал в Примере 22 подготовили так же, как в Примере 1, за исключением использования частиц водопоглощающей смолы 4 размером от 850 мкм до 1200 мкм, полученных, как описано в разделе Производство 4. Сцепляемость была немного меньше из-за более высокой поверхностной прочности частиц, 67% частиц находились в связанном состоянии.
Пример 23
Композиционный материал в Примере 23 подготовили так же, как в Примере 1, за исключением использования вместо материала Bemliese найлонового материала Spun Bond (его физические свойства приведены в таблице 2) производства Asahi Kasei Fibers. Были использованы частицы размером от 850 до 1200 мкм. 92% частиц находились в связанном состоянии.
Пример 24
Композиционный материал в Примере 24 подготовили так же, как в Примере 1, за исключением использования вместо материала Bemliese материала Oji Kinocloth KS-40 (его физические свойства приведены в таблице 2) производства Oji Kinocloth. Oji Kinocloth представляет собой нетканое полотно из сухой целлюлозной массы. Были использованы частицы размером от 850 до 1200 мкм. Все частицы находились в связанном состоянии с включением волокон в водопоглощающую смолу. Из-за низкой прочности целлюлозы частицы легко отделялись пинцетом вместе с волокнами целлюлозы.
Пример 25
Композиционный материал в Примере 25 подготовили так же, как в Примере 1, за исключением использования вместо материала Bemliese материала PET Spunbond (его физические свойства приведены в таблице 2) производства Asahi Kasei Fibers. Были использованы частицы размером от 850 до 1200 мкм. Сила сцепления была невелика, только 62% частиц находились в связанном состоянии.
Пример 26
Композиционный материал в Примере 26 подготовили так же, как в Примере 1, за исключением использования вместо материала Bemliese полипропиленового материала Spunbond Eltas (его физические свойства приведены в таблице 2) производства Asahi Kasei Fibers. Были использованы частицы размером от 850 до 1200 мкм. Сила сцепления была невелика, только 51% частиц находились в связанном состоянии.
Пример 27
Композиционный материал в Примере 27 подготовили так же, как в Примере 1, за исключением использования вместо материала Bemliese одиночных листов туалетной бумаги «Piason» производства Toyo Co. Были использованы частицы размером от 850 до 1200 мкм. Поскольку прочность бумаги во влажном состоянии низкая, она легко рвалась при манипулировании.
Пример 27-2
Композиционный материал в Примере 27-2 подготовили так же, как в Примере 1, за исключением того, что доля смолы составила 94%, были использованы частицы водопоглощающей смолы 1 размером от 850 мкм до 1200 мкм, полученные, как описано в разделе Производство 1. 95% частиц находились в связанном состоянии. Частицы поглощающей смолы были уложены плотно. Некоторые частицы после поглощения отделились, так как были уложены друг на друга.
Справочный пример 1
Проведено измерение проницаемости для жидкости пленки для заворачивания продуктов производства Asahi Kasei Life & Living Co., Ltd. Вода не может проходить сквозь эту пленку. Не является предпочтительным использование в качестве гигиенического материала абсолютно непроницаемой для воды пленки, она может быть использована только с одной стороны.
Сравнительный пример 7
В Сравнительном примере 7 использована смесь целлюлозной массы и водопоглощающей смолы, изъятая из поглотителя Pampers Cotton Care размера М производства P&G Co., Ltd. Водопоглощающая смола не была связана с целлюлозной массой, каковая масса была вспушенной и не сохраняла форму. Весовое отношение смолы измерить способом, соответствующим настоящему изобретению, не представлялось возможным. Из-за отсутствия материала основы заполняемость площади также не была измерена.
Сравнительный пример 8
3
От прокладок Rifure Anshin Pad, рассчитанных на поглощение 150 см, производства Livedo Corporation отделили верхний и нижний листы и вынули поглотитель. Из его центральной части вырезали круглый элемент диаметром 59,5 мм. В этом случае водопоглощающая смола была связана с материалом основы при помощи клея и не была связана с ним непосредственно. Этот случай приведен как Сравнительный пример 8.
Сравнительный пример 9
Акриловую кислоту, представляющую собой реагент определенного качества производства Wako Pure Chemical, перед использованием очистили перегонкой. 10 г Этого реагента акриловой кислоты растворили в 91,02 г воды. Водный раствор охладили в ледяной бане и затем поддерживали его температуру на уровне 30°С или менее, добавляя в него постепенно 117,94 г 25%-ного по весу водного раствора аммония и перемешивая до получения 40%-ного по весу водного раствора акрилата аммония.
Подготовили простую камеру с атмосферой азота и все последующие операции выполняли в этой камере. 90 г 40%-ного по весу водного раствора акрилата аммония и 0,0187 г N,N'-метилен-бис-акриламида поместили в колбу объемом 300 мл. Водный раствор обескислородили путем барботирования газообразным азотом. Внутренняя температура в это время была равна 20°С. Затем при помощи шприца было добавлено 0,43 г 42%-ного по весу водного раствора глицерина, смесь тщательно перемешана; для инициирования полимеризации было добавлено 0,0917 г 30%-ного по весу водного раствора пероксида водорода и 0,0415 г ронгалита, каждый растворенный в 1 г воды. После того, как внутренняя температура стала расти и превысила 20°С, 50 г реакционной смеси налили на 3 г материала Bemliese, уложенного на поднос, и оставили на 3 часа. Затем вынули из камеры с атмосферой азота и подвергли сушке при 100°С в течение 4 часов в печи с инертной атмосферой. Полученный поглощающий композиционный материал дан как Сравнительный пример 9. Он оказался жестким, его трудно резать и сгибать. Поскольку было трудно измерить его поглощательную способность непосредственно, вначале, перед измерением, он был измельчен так же, как частицы водопоглощающей смолы, и подвергнут классификации просеиванием по размерам от 106 до 850 мкм. Измерить весовое отношение смолы и заполняемость площади для этого композиционного материала не представлялось возможным, поскольку он был измельчен.
Сравнительный пример 10
Композиционный материал подготовили так же, как в Примере 1, за исключением использования частиц водопоглощающей смолы 1 размером от 850 мкм до 1200 мкм, полученных, как описано в разделе Производство 1 при весовом отношении смолы 25%. Этот случай приведен как Сравнительный пример 10. Все частицы водопоглощающей смолы находились в связанном состоянии.
Сравнительный пример 12
Композиционный материал подготовили так же, как в Примере 1, за исключением использования частиц водопоглощающей смолы 1 размером от 850 мкм до 1200 мкм, полученных, как описано в разделе Производство 1 при весовом отношении смолы 55%. Этот случай приведен как Сравнительный пример 12. Все частицы водопоглощающей смолы находились в связанном состоянии.
Физические свойства поглощающих композиционных материалов (поглотителей), полученных в Примерах 18-27-2 и в Сравнительных примерах 7-12, представлены в таблице 5.
Производство 12
Частицы водопоглощающей смолы 12 были получены так же, как описано в разделе Производство 1, за исключением того, что эти частицы были подвергнуты классификации на ситах с размером ячеек 106 мкм, 212 мкм, 300 мкм, 425 мкм, 500 мкм, 600 мкм, 710 мкм, 850 мкм, 1000 мкм, 1180 мкм, 1400 мкм, 1700 мкм и 2500 мкм.
Производство 13
Частицы водопоглощающей смолы 13 были получены так же, как описано в разделе Производство 3, за исключением того, что эти частицы были подвергнуты классификации на ситах с размером ячеек 106 мкм, 212 мкм, 300 мкм, 425 мкм, 500 мкм, 600 мкм, 710 мкм, 850 мкм, 1000 мкм, 1180 мкм, 1400 мкм, 1700 мкм и 2500 мкм.
Пример 28
Из материала Bеmliese производства Asahi Kasei Fiber вырезали кусок длиной 27 см и шириной 8 см. Материал Bеmliese представляет собой нетканое полотно, изготовленное из 100% целлюлозных непрерывных волокон. Как целлюлозное нетканое полотно, он обладает хорошими характеристиками поглощения. Благодаря тому, что он изготовлен из непрерывных волокон, материал достаточно прочен во влажном состоянии и обладает высокой способностью распределять жидкость. Кусок длиной 27 см и шириной 8 см вырезали также из листа тефлона Teflon и провели на нем линию длиной 25 см и шириной 6 см. Повторили эту операцию еще раз. 1,5 г Частиц водопоглощающей смолы 12, оставшихся на сите с размером ячеек 1000 мкм при изготовлении, описанном в разделе Производство 12, равномерно распределили в пределах проведенной линии при помощи сита с размером ячеек 1180 мкм. 1,5 г частиц смолы, оставшихся на сите с размером ячеек 212 мкм, также распределили равномерно при помощи сита с размером ячеек 300 мкм. 1,5 г частиц смолы, оставшихся на сите с размером ячеек 1000 мкм, равномерно распределили таким же образом на другом листе. 1,2 г воды разбрызгали при помощи распылителя на материал Bеmliese, который затем поместили на подготовленные листы для сцепления смолы с обеими его поверхностями. Материал подвергли сушке в течение 10 мин при 180°С в печи с инертной атмосферой, причем часть материала, на которой нет смолы, прижали грузом для предотвращения усадки материала Bеmliese. Полученный материал представлял собой Пример 28.
Примеры 29-32
Композиционный материал получили так же, как в Примере 28, за исключением изменения размера и количества используемых частиц водопоглощающей смолы 12.
В Примере 29 с каждой стороны материала было использовано 1,5 г частиц смолы, оставшихся на сите с размером ячеек 500 мкм.
В Примере 30 с каждой стороны материала было использовано 1,5 г частиц смолы, оставшихся на сите с размером ячеек 850 мкм, и с одной стороны - 1,5 г частиц смолы, оставшихся на сите с размером ячеек 212 мкм.
В Примере 31 с каждой стороны материала было использовано 1,05 г частиц смолы, оставшихся на сите с размером ячеек 710 мкм, и с одной стороны - 2,4 г частиц смолы, оставшихся на сите с размером ячеек 300 мкм.
В Примере 32 с каждой стороны материала было использовано 1,05 г частиц смолы, оставшихся на сите с размером ячеек 710 мкм, и с одной стороны - 0,975 г частиц смолы, оставшихся на сите с размером ячеек 300 мкм.
Пример 33
Композиционный материал в Примере 33 подготовили так же, как в Примере 28, за исключением использования частиц водопоглощающей смолы 13, полученных, как описано в разделе Производство 13. Количество поглощаемой этим композиционным материалом жидкости было немного меньше, поскольку частицы смолы содержали соли, не являющиеся солями аммония, и поглощали меньше, чем частицы водопоглощающей смолы, полученные, как описано в разделе Производство 12. Некоторые частицы после изготовления материала отделились от него, поскольку концентрация соли на их поверхности была немного меньше, чем концентрация солей аммония.
Пример 34
Композиционный материал в Примере 34 изготовили так же, как в Примере 28, за исключением использования вместо материала Bemliese материала Nylon Spunbond производства Asahi Kasei Fiber. Этот материал дан как Пример 34.
Пример 35
Композиционный материал в Примере 35 изготовили так же, как в Примере 28, за исключением использования вместо материала Bemliese материала Oji Kinocloth KS-40. Oji Kinocloth представляет собой нетканое полотно из сухой целлюлозной массы. Из-за низкой прочности целлюлозы частицы легко отделялись пинцетом вместе с волокнами целлюлозы.
Пример 36
Композиционный материал в Примере 36 изготовили так же, как в Примере 28, за исключением использования вместо материала Bemliese материала PET Spunbond производства Asahi Kasei Fibers. Сила сцепления была невелика.
Пример 37
Композиционный материал изготовили так же, как в Примере 28, за исключением изменения размера и количества используемых частиц водопоглощающей смолы 7, полученных, как описано в разделе Производство 7.
В Примере 37 с каждой стороны материала было использовано 1,5 г частиц смолы, прошедших сквозь сито с размером ячеек 1400 мкм, но оставшихся на сите с размером ячеек 850 мкм, и с одной стороны - 1,5 г частиц смолы, прошедших сквозь сито с размером ячеек 300 мкм, но оставшихся на сите с размером ячеек 212 мкм.
Пример 38
Композиционный материал изготовили так же, как в Примере 28, за исключением изменения размера используемых частиц водопоглощающей смолы 8, полученных, как описано в разделе Производство 8.
В Примере 38 с каждой стороны материала было использовано 1,5 г частиц смолы, прошедших сквозь сито с размером ячеек 1400 мкм, но оставшихся на сите с размером ячеек 850 мкм, и с одной стороны - 1,5 г частиц смолы, прошедших сквозь сито с размером ячеек 300 мкм, но оставшихся на сите с размером ячеек 212 мкм.
Пример 39
Композиционный материал изготовили так же, как в Примере 28, за исключением изменения размера используемых частиц водопоглощающей смолы 7 и 8, полученных, как описано в разделах Производство 7 и 8.
В Примере 39 с каждой стороны материала было использовано 1,5 г частиц смолы 7, изготовленных, как описано в разделе Производство 7, и прошедших сквозь сито с размером ячеек 1400 мкм, но оставшихся на сите с размером ячеек 850 мкм, и с одной стороны - 1,5 г частиц смолы 8, изготовленных, как описано в разделе Производство 8, и прошедших сквозь сито с размером ячеек 300 мкм, но оставшихся на сите с размером ячеек 212 мкм.
Физические свойства поглощающих композиционных материалов, полученных в Примерах 28-39, представлены в таблице 6.
Пример 40
2
Было подготовлено устройство, показанное на фиг. 17. На нем (а) - это рулон ткани (материала основы) Bemliese производства Asahi Kasei Fiber шириной 500 мм. Плотность этой ткани равна 28 г/м. К распылительной насадке разбрызгивателя воды (b) подсоединены трубопроводы воды и газа. Количество разбрызгиваемой воды регулируется давлением газа и воды в распылительной насадке. В устройстве предусмотрена воронка для загрузки частиц водопоглощающей смолы (d1) (узел подачи). Над барабаном (е1) предусмотрена газодувка (i1) для сдувания частиц водопоглощающей смолы, подаваемых из воронки (d1) и прилипших к другим частям барабана, нежели лунки. Для сушки поверхности барабана перед его вступлением в контакт с частицами предусмотрена воздуходувка (j1), подающая сухой теплый воздух. Барабан (е1) имеет диаметр 500 мм и ширину 500 мм. Конструкция лунок, расположенных на поверхности барабана, показана на фиг. 18 и 19. На фиг. 18 показано взаимное расположение лунок на поверхности барабана при взгляде на нее сверху. Лунки расположены так, что расстояние между центрами соседних лунок равно примерно 3,1 мм. Фиг. 19 представляет собой поперечное сечение лунки, на котором видно, что она полая и направлена от поверхности барабана внутрь, при этом отверстие в поверхности барабана представляет собой круг диаметром 1,5 мм и сужается до 0,7 мм на глубине 0,8 в направлении внутренней части барабана, и затем диаметр отверстия, равный 0,7 мм, не изменяется на всей глубине лунки.
Ткань (с), которая прошла под барабаном (е1) и к одной стороне которой присоединены частицы смолы (f), затем проходит между валиками (l), которые укрепляют связь частиц смолы с тканью. Такое же оборудование, как было описано выше в случае барабана (e1), загрузочной воронки (d1), газодувки (i1) и воздуходувки (j1), используется соответственно как барабан (е2), загрузочная воронка (d2), газодувка (i2) и воздуходувка (j2). Ткань подают при помощи ленты конвейера (к) из-под барабана (е2) на выход сушилки (g). В сушилке (g) ткань проходит расстояние около 2 м, и теплый воздух дует в направлении от выхода ткани к месту входа. Последний снимающий валик (h) приводится в действие вручную с целью управления скоростью вращения так, чтобы поддерживать примерно постоянное провисание ткани между ленточным конвейером и последним валиком.
На фиг. 20 показана конструкция барабана (е1), включая его внутреннее строение.
Внутренняя часть барабана (е1) перегородкой (о1) разделена на область разрежения (q1) и область нормального давления. Газодувка (m1) установлена в месте контакта барабана с тканью, и выходящий из нее газ выдувает частицы из лунок, проходящих мимо газодувки (m1). В барабане (e1) имеется еще одна газодувка (n1), газ из которой выдувает частицы, которые не были выдуты на ткань, эти частицы попадают в контейнер оставшихся частиц (p1).
На фиг. 21 показана конструкция барабана (е2), включая его внутреннее строение.
Внутренняя часть барабана (е2) перегородкой (о2) разделена на область разрежения (q2) и область нормального давления. Газодувка (m2) установлена в месте контакта барабана с тканью, и выходящий из нее газ выдувает частицы из лунок, проходящих мимо газодувки (m2). В барабане (e2) имеется еще одна газодувка (n2), газ из которой выдувает на ткань оставшиеся частицы, которые не были выдуты на ткань сразу.
3
2
В данном примере были использованы частицы водопоглощающей смолы размером от 850 до 1200 мкм, полученные, как описано в разделе Производство 1. По 1 кг таких частиц смолы поместили в каждую из загрузочных воронок (d1) и (d2). Каждый раз, когда количество смолы в ходе работы устройства снижалось до приблизительно 300 г, в воронки добавляли до 1 кг смолы. Это нужно для того, чтобы избежать полного опустошения воронок во время работы. Давление в областях разрежения (q1) и (q2) снизили через ось барабана до приблизительно 700-750 мм и далее поддерживали его на этом уровне. В газодувки (i1) и (i2) подали воздух и отрегулировали объем продуваемого воздуха так, чтобы большинство частиц, прилипших к иным, чем лунки, частям барабана перемещалось воздухом назад в воронки. Через воздуходувки (j1) и (j2) подавали сухой теплый воздух для высушивания поверхности барабана. Через газодувки (m1), (m2), (n1) и (n2) подавали газ. Газообразный азот с температурой 180°С пропускали через сушилку (g) в направлении от места выхода ткани к месту входа с расходом 50 м/ч. Количество воды, разбрызгиваемой через разбрызгиватель воды, отрегулировали так, чтобы содержание воды в материале Bemliese составляло 200 г воды/м при скорости движения материала 0,2 м/мин.
Благодаря вращению барабанов (е1) и (е2) и ленты конвейера (к) было обеспечено равномерное движение ткани, и после установления скорости движения ткани равной примерно 0,3 м/мин начат технологический процесс.
В ходе работы снимающий валик (h) приводили в действие вручную, чтобы поддерживать примерно постоянное провисание ткани между ленточным конвейером (к) и снимающим композиционный материал валиком (h).
Ткань, сходящую с этого валика в период от 20 до 60 мин с начала технологического процесса, подвергли различным исследованиям.
Оценка произведенного поглощающего композиционного материала: связь смолы и ткани
Из поглощающего композиционного материала, полученного в Примере 40, вырезали квадрат со стороной 10 см и при помощи оптического микроскопа исследовали вид связи между волокнами нетканого материала и поглощающей смолой. Волокна оказались проходящими через смолу.
Оценка произведенного поглощающего композиционного материала: весовое отношение смолы в поглощающем композиционном материале
Часть поглощающего композиционного материала, произведенного в Примере 40, разделили на куски длиной 50 см и отобрали 10 кусков для измерения доли смолы. Весовое отношение смолы составило от 82 до 86% вес. То есть имело место небольшое колебание этой величины в полученном поглощающем композиционном материале. Этот поглощающий композиционный материал разделили на куски длиной 50 см и отобрали случайным образом 10 кусков для измерения доли смолы. Доля смолы значительно изменялась в диапазоне от 70% вес. до 90% вес., указывая на то, что данная ткань характеризуется нестабильным весовым отношением смолы. Весовое отношение смолы в поглощающем композиционном материале рассчитывали тем же способом, что и в Примере 42, описанном ниже.
Оценка произведенного поглощающего композиционного материала: связь поглощающей смолы и ткани
Из поглощающего композиционного материала, полученного в Примере 40, вырезали кусок длиной 50 см и подвесили его на планке, закрепленной на высоте около 1 м; в течение 60 с планку встряхивали вверх и вниз со скоростью 15 см/с и амплитудой 30 см. Весовое отношение смолы в этом поглощающем композиционном материале составило 84% вес., и отделилось только 5 частиц смолы.
Оценка произведенного поглощающего композиционного материала: количество поглощаемой жидкости в отсутствие нагрузки
2
Количество жидкости, поглощенной поглощающим композиционным материалом, полученным в Примере 40, в отсутствие нагрузки составило 61 г/г. Поглощательная способность не единицу площади составила 1 г/см.
Пример 41
Технологический процесс проводили так же, как в Примере 40, за исключением использования частиц водопоглощающей смолы, полученных, как описано в разделе Производство 3.
Оценка произведенного поглощающего композиционного материала: заполняемость площади поглощающего композиционного материала смолой
Заполняемость площади с одной стороны поглощающего композиционного материала, полученного в Примере 41, составила 15,5%.
Оценка произведенного поглощающего композиционного материала: связь водопоглощающей смолы и ткани
Из поглощающего композиционного материала, полученного в Примере 41, вырезали кусок длиной 50 см и подвесили его на планке, закрепленной на высоте около 1 м; в течение 60 с планку встряхивали вверх и вниз со скоростью 15 см/с и амплитудой 30 см. Весовое отношение смолы в этом поглощающем композиционном материале составило 85% вес., и отделилось только 20 частиц смолы.
Пример 42 (содержание воды в материале основы менее 0,5% вес.)
Технологический процесс проводили так же, как в Примере 40, за исключением того, что количество воды, разбрызгиваемое при помощи разбрызгивателя, было меньше с тем, чтобы содержание воды в материале Bemliese после прохождения разбрызгивателя составляло 0,3% вес.
2
2
2
Для оценки использовали ткань, снимаемую с устройства через 20-60 мин после начала технологического процесса. Из поглощающего композиционного материала вырезали кусок длиной 50 см и подвесили его на планке, закрепленной на высоте около 1 м; в течение 60 с планку встряхивали вверх и вниз со скоростью 30 см/с и амплитудой 30 см. Весовое отношение смолы в этом поглощающем композиционном материале составило 30% вес. или менее. С тканью, имеющей низкое содержание воды, было связано небольшое количество частиц смолы. Количество смолы в данном поглощающем композиционном материале определяли путем вычитания веса ткани из общего веса поглощающего композиционного материала. Вес ткани, входящей в поглощающий композиционный материал, получили путем умножения 0,25 м на плотность ткани в сухом состоянии перед использованием (г/м), измеренную заранее, при этом было сделано допущение, что площадь куска длиной 50 см, отрезанного для проведения описываемого измерения, составляет 0,25 м. Весовое отношение смолы в поглощающем композиционном материале было получено в виде процентного содержания путем деления веса смолы, входящей в поглощающий композиционный материал, рассчитанного, как описано выше, на общий вес поглощающего композиционного материала.
Пример 43 (содержание воды в частицах водопоглощающей смолы более 50% вес.)
1 кг частиц водопоглощающей смолы поместили в тефлоновый контейнер объемом 10 л и при интенсивном перемешивании добавили одномоментно 2 кг воды. Когда почти вся вода впиталась в частицы водопоглощающей смолы, перемешивание закончили. Технологический процесс проводили так же, как в Примере 40, за исключением использования приготовленных описанным способом частиц водопоглощающей смолы. Для оценки использовали ткань, снимаемую с устройства через 20-60 мин после начала технологического процесса. Полученный поглощающий композиционный материал разделили на куски длиной 50 см и отобрали случайным образом 10 кусков для измерения весового отношения смолы. Его величина сильно колебалась в диапазоне от 70% вес. до 90% вес., что указывает на нестабильное весовое отношение смолы. Весовое отношение смолы в поглощающем композиционном материале рассчитывали так же, как в Примере 42.
Пример 44 (Внешний диаметр лунок на поверхности барабана более чем в 3 раза превышал средний размер частиц водопоглощающей смолы)
Технологический процесс проводили так же, как в Примере 40, за исключением того, что диаметр лунок на поверхности барабанов (е1) и (е2) был равен 4 мм. Для оценки использовали ткань, снимаемую с устройства через 20-60 мин после начала технологического процесса. Полученный поглощающий композиционный материал разделили на куски длиной 50 см и отобрали случайным образом 10 кусков для измерения весового отношения смолы. Его величина сильно колебалась в диапазоне от 92% вес. до 75% вес., что указывает на нестабильное весовое отношение смолы. Весовое отношение смолы в поглощающем композиционном материале рассчитывали так же, как в Примере 42.
Пример 45 (Глубина лунок на поверхности барабана более чем в 2 раза превышала средний размер частиц водопоглощающей смолы)
Технологический процесс проводили так же, как в Примере 40, за исключением того, что глубина лунок на поверхности барабанов (е1) и (е2) составляла 4 мм, а не 0,8 мм. Для оценки использовали ткань, снимаемую с устройства через 20-60 мин после начала технологического процесса. Полученный поглощающий композиционный материал разделили на куски длиной 50 см и отобрали случайным образом 10 кусков для измерения весового отношения смолы. Его величина сильно колебалась в диапазоне от 92% вес. до 75% вес., что указывает на нестабильное весовое отношение смолы. Весовое отношение смолы в поглощающем композиционном материале рассчитывали так же, как в Примере 42.
Пример 46 (С использованием нетканого материала на основе РЕТ)
Устройство для нанесения смолы работало в том же режиме, что и в Примере 40, за исключением использования в качестве ткани нетканого материала на основе РЕТ. Для оценки использовали ткань, снимаемую с устройства через 20-60 мин после начала технологического процесса. От полученного поглощающего композиционного материала отрезали кусок длиной 50 см и подвесили его на планке, закрепленной на высоте около 1 м; в течение 60 с планку встряхивали вверх и вниз со скоростью 15 см/с и амплитудой 30 см. Весовое отношение смолы в этом поглощающем композиционном материале составило 30% вес. или менее, с нетканым материалом на основе РЕТ было связано небольшое количество частиц. Весовое отношение смолы в поглощающем композиционном материале рассчитывали так же, как в Примере 42.
Пример 47 (С использованием нетканого материала на основе РР)
Устройство для нанесения смолы работало в том же режиме, что и в Примере 40, за исключением использования в качестве ткани нетканого материала на основе РР. Для оценки использовали ткань, снимаемую с устройства через 20-60 мин после начала технологического процесса. От полученного поглощающего композиционного материала отрезали кусок длиной 50 см и подвесили его на планке, закрепленной на высоте около 1 м; в течение 60 с планку встряхивали вверх и вниз со скоростью 30 см/с и амплитудой 30 см. Весовое отношение смолы в этом поглощающем композиционном материале составило 30% вес. или менее, с нетканым материалом на основе РР было связано небольшое количество частиц. Весовое отношение смолы в поглощающем композиционном материале рассчитывали так же, как в Примере 42.
Пример 48
Из материала Bemliese вырезали кусок длиной 37 см и шириной 21 см. Таким же образом из материала Teflоn вырезали кусок длиной 37 см и шириной 21 см и провели на нем линию длиной 35 см и шириной 19 см. Подготовили еще один такой кусок. В качестве крупных частиц использовали 6,6 г частиц размером от 1000 до 1180 мкм, полученных, как описано в разделе Производство 1, которые равномерно распределили внутри проведенной линии при помощи сита с размером ячеек 1180 мкм. Аналогично 6,65 г частиц размером от 212 до 300 мкм, полученных, как описано в разделе Производство 1, использовали в качестве мелких частиц и равномерно распределили их при помощи сита с размером ячеек 300 мкм. 6,7 г Частиц размером от 1000 до 1180 мкм распределили таким же образом на другом листе. При помощи разбрызгивателя на материал Bemliese нанесли 8 г воды, затем материал уложили на частицы смолы и прижали. На материал Bemliese нанесли еще 2 г воды и осуществили связывание с частицами смолы с обратной стороны. Нанесли на материал Bemliese еще 3 г воды, после чего подвергли его сушке в течение 10 мин при 180°С в печи с инертной атмосферой, при этом часть материала, на которой не было смолы, прижали грузом, чтобы не допустить усадки материала Bemliese.
Подготовили подгузник Munee Nobiru Fit производства Unicharm Co., Ltd. размера М, отделили от него верхний и нижний листы путем расплавления термоклея при помощи тепла сушилки. Из произведенного поглощающего композиционного материала вырезали кусок длиной 33 см и шириной 17 см и уложили его между этими листами с образованием слоистой структуры, при этом края верхнего и нижнего листов, не контактирующие с поглощающим композиционным материалом, склеили друг с другом при помощи некорродирующего быстросохнущего клеевого герметика TSE397 производства GE Toshiba Silicones Co., Ltd. получив, таким образом, изделие для поглощения жидкостей организма, ставшее примером 48.
Пример 49
Поглотитель из подгузника Munee Nobiru Fit производства Unicharm Co., Ltd. размера М разъединили и поместили целлюлозную массу вместе с водопоглощающей смолой в вибросито. Целлюлозную массу собирали пинцетом, поскольку она агрегировалась. Эту работу продолжали до полного отделения водопоглощающей смолы от целлюлозной массы. Поглощающий композиционный материал подготовили так же, как в Примере 48, распределив на нем при помощи сита 3 г указанной целлюлозной массы. Затем так же, как в Примере 48, при помощи верхнего и нижнего листов образовали слоистую структуру, получив изделие для поглощения жидкостей организма. Ощущения, вызываемые при контакте с этим изделием, были улучшены путем добавления слоя целлюлозной массы.
Пример 50
Изделие для поглощения жидкостей организма подготовили так же, как в Примере 48, за исключением изменения размера крупных частиц с диапазона от 500 до 600 мкм на диапазон от 1000 до 1180 мкм, мелкие частицы не использовались. Это изделие представлено как Пример 50.
Пример 51
Изделие для поглощения жидкостей организма подготовили так же, как в Примере 48, за исключением изменения размера крупных частиц на диапазон от 710 до 850 мкм, использования крупных частиц в количестве 4,65 г с каждой стороны, изменения размера мелких частиц на диапазон от 300 до 425 мкм и использования мелких частиц в количестве 10 г. Это изделие представлено как Пример 51.
Пример 52
Изделие для поглощения жидкостей организма подготовили так же, как в Примере 48, за исключением использования частиц смолы, полученных, как описано в разделе Производство 3. Это изделие представлено как Пример 52.
Пример 53
Изделие для поглощения жидкостей организма подготовили так же, как в Примере 48, за исключением того, что поглощающий композиционный материал и водонепроницаемый лист были склеены друг с другом при помощи водоотталкивающего термоклея МЕ117 производства Japan NSC Co., Ltd., как показано на фиг. 22. Это изделие составило Пример 53. Клей распыляли на поглощающий композиционный материал вертикально и горизонтально, как видно из фиг. 22. Этот поглощающий композиционный материал был стабильным и не сдвигался внутри изделия.
Пример 54
Изделие для поглощения жидкостей организма подготовили так же, как в Примере 48, за исключением использования в качестве крупных частиц смолы размером от 710 до 850 мкм с обеих сторон, по 6,1 г на каждую сторону, и 4 г частиц смолы размером от 212 до 300 мкм - в качестве мелких. Это изделие представлено как Пример 54.
Сравнительный пример 13
В качестве Сравнительного примера 13 использовали подгузник размера М Munee Nobiru Fit производства Unicharm Co., Ltd. В нем поглотитель представлял собой смесь целлюлозной массы и водопоглощающей смолы, был толстым и обладал низкой поглощательной способностью.
Сравнительный пример 14
В качестве Сравнительного примера 14 использовали подгузник размера М Pampers Cotton Care производства P&G Co., Ltd. В нем поглотитель представлял собой смесь целлюлозной массы и водопоглощающей смолы, был толстым и обладал низкой поглощательной способностью.
Физические свойства изделий для поглощения жидкостей организма, представляющих собой Примеры 48-54 и Сравнительные примеры 13 и 14, приведены в таблице 7.
Пример 55
В Примере 55 изделие для поглощения жидкостей организма подготовили так же, как в Примере 48, за исключением следующих изменений.
Из материала Bemliese и Teflon вырезали куски длиной 37 см и шириной 25 см. На тефлоновом листе провели линию длиной 35 см и шириной 23 см. Распределили 8,0 г и 8,1 г крупных частиц соответственно на лицевой и тыльной поверхности и 8 г мелких частиц.
Из полученного композиционного материала вырезали кусок длиной 33 см и шириной 21 см и поместили его между верхним и нижним листами сложенным так, как показано на фиг. 23.
Пример 56
Изделие для поглощения жидкостей организма подготовили так же, как в Примере 55, за исключением использования крупных частиц размером от 500 до 600 мкм и отсутствия мелких частиц. Это изделие составило Пример 56.
Пример 57
Изделие для поглощения жидкостей организма подготовили так же, как в Примере 55, за исключением использования водоотталкивающего клея ME117 производства Japan NSC Co., Ltd. Это изделие составило Пример 57.
Физические свойства изделий для поглощения жидкостей организма, представляющих собой Примеры 55-57, приведены в таблице 8.
Пример 58
В Примере 58 изделие для поглощения жидкостей организма подготовили так же, как в Примере 48, за исключением того, что поглощающий композиционный материал склеен с водопроницаемым листом и водонепроницаемым листом с использованием рисунка нанесения клея, показанного на фиг. 24.
Пример 59
В Примере 59 изделие для поглощения жидкостей организма подготовили так же, как в Примере 58, за исключением использования водоотталкивающего клея ME117 производства Japan NSC Co., Ltd.
Пример 60
В Примере 60 изделие для поглощения жидкостей организма подготовили так же, как в Примере 50, за исключением того, что поглощающий композиционный материал склеен с водопроницаемым листом и водонепроницаемым листом с использованием рисунка нанесения клея, показанного на фиг. 24.
Физические свойства изделий для поглощения жидкостей организма, представляющих собой Примеры 58-60, приведены в таблице 9.
Описание чертежей
Фиг.1 представляет собой пояснительную схему приемлемого устройства для производства поглощающего композиционного материала, являющегося объектом настоящего изобретения.
Фиг. 2 представляет собой пояснительную схему устройства для измерения поглощательной способности поглощающего композиционного материала, являющегося объектом настоящего изобретения.
На фиг. 3 в увеличенном виде показана схема измерительного элемента 5 с фиг. 2.
На фиг. 4 приведены примеры формы поглощающего композиционного материала, характеризующиеся большей величиной в длину.
На фиг. 5 представлен пример складывания поглощающего композиционного материала.
На фиг. 6 представлен пример складывания поглощающего композиционного материала.
На фиг. 7 представлен пример складывания поглощающего композиционного материала.
На фиг. 8 представлен пример складывания поглощающего композиционного материала.
На фиг. 9 представлен пример складывания поглощающего композиционного материала.
На фиг. 10 представлен пример складывания поглощающего композиционного материала.
На фиг. 11 представлен пример складывания поглощающего композиционного материала.
На фиг. 12 представлен пример складывания поглощающего композиционного материала.
На фиг. 13 представлены примеры рисунков нанесения клея.
Фиг. 14 представляет собой пояснительную схему проведения испытания для оценки протечек.
Фиг. 15 представляет собой пояснительную схему проведения испытания для оценки протечек.
На фиг. 16 представлено полученное при помощи электронного микроскопа изображение, показывающее проникновение волокон в поглощающую смолу при связывании.
Фиг. 17 представляет собой пояснительную схему одного из устройств для производства поглощающего композиционного материала, являющегося объектом настоящего изобретения.
Фиг. 18 представляет собой упрощенную схему расположения лунок на поверхности барабана, входящего в устройство, схема которого показана на фиг. 17.
Фиг. 19 представляет собой упрощенную схему поперечного сечения лунок на поверхности барабана, входящего в устройство, схема которого показана на фиг. 17.
Фиг. 20 представляет собой упрощенную схему первого барабана, входящего в устройство, схема которого показана на фиг. 17.
Фиг. 21 представляет собой упрощенную схему второго барабана, входящего в устройство, схема которого показана на фиг. 17.
На фиг. 22 показан узор нанесения клея в Примере изделия для поглощения жидкостей организма 53.
Фиг. 23 представляет собой упрощенную схему структуры изделия для поглощения жидкостей организма в Примере 55.
Фиг. 24 представляет собой упрощенную схему структуры изделия для поглощения жидкостей организма в Примере 58.