ГИГИЕНИЧЕСКОЕ ВПИТЫВАЮЩЕЕ ИЗДЕЛИЕ ДЛЯ ЖЕНЩИН, СОДЕРЖАЩЕЕ НАНОПОРИСТЫЕ СВЕРХВПИТЫВАЮЩИЕ ЧАСТИЦЫ
HYGIENIC ABSORBENT PRODUCT FOR WOMEN, CONTAINING NANOPOROUS SUPERABSORBENT PARTICLES

Родственные заявки
Настоящая заявка заявляет приоритет согласно предварительной заявке на патент США с регистрационным номером 62/538000 (поданной 28 июля 2017 г.), которая включена в данный документ во всей своей полноте посредством ссылки на нее.
Предпосылки изобретения
Гигиенические впитывающие изделия для женщин (например, гигиенические салфетки, прокладки и т. д.), как правило, содержат впитывающий элемент, такой как впитывающая сердцевина, который содержит комбинацию гидрофильных волокон и сверхвпитывающих частиц. Несмотря на то, что такие впитывающие элементы характеризуются высокой степенью впитывающей способности, они иногда могут протекать во время применения. Протекание может быть частично обусловлено скоростью поглощения структурой, которая представляет собой скорость, с которой жидкость поступает в структуру и поглощается ею. Более конкретно, скорость поглощения может снижаться из-за недостаточной скорости впитывания сверхвпитывающих частиц. Кроме того, поскольку частицы набухают при впитывании менструальных выделений, открытые каналы внутри частиц и/или между частицами и гидрофильными волокнами могут блокироваться. В связи с этим в настоящее время существует необходимость в гигиенических впитывающих изделиях для женщин, характеризующихся улучшенной эффективностью.
Краткое описание изобретения
В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения раскрыто гигиеническое впитывающее изделие для женщин, которое содержит впитывающий элемент, расположенный между верхним листом и перегородкой. Впитывающий элемент содержит по меньшей мере один слой, который содержит сверхвпитывающие частицы, которые содержат нанопоры, характеризующиеся средним размером поперечного сечения от приблизительно 10 до приблизительно 500 нанометров.
Другие признаки и аспекты настоящего изобретения более подробно рассмотрены ниже.
Краткое описание графических материалов
Полное и достаточное раскрытие настоящего изобретения, включая наилучший способ его осуществления, предназначенное для специалиста средней квалификации в данной области техники, изложено ниже более конкретно в остальной части описания, в которой предусмотрены ссылки на прилагаемые графические материалы, при этом:
на фиг. 1 показаны микрофотографии, полученные с помощью SEM, сверхвпитывающих частиц из примера 1, где на фиг. 1A (456X), фиг. 1B (10000X, увеличенное) и фиг. 1C (55000X, увеличенное) показаны частицы до образования пор и на фиг. 1D (670X), фиг. 1E (10000X, увеличенное) и фиг. 1F (55000X, увеличенное) показаны частицы после образование пор;
на фиг. 2 показано распределение пор по размеру контрольных частиц, рассмотренных в примере 1, до замены растворителя;
на фиг. 3 показано распределение пор по размеру для частиц из примера 1 после замены растворителя на метанол;
на фиг. 4 показано распределение пор по размеру для частиц из примера 2 после замены растворителя на этанол;
на фиг. 5 показано распределение пор по размеру для частиц из примера 3 после замены растворителя на изопропиловый спирт;
на фиг. 6 показано распределение пор по размеру для частиц из примера 4 после замены растворителя на ацетон; и
на фиг. 7 представлен вид в перспективе варианта осуществления гигиенического впитывающего изделия для женщин по настоящему изобретению.
Повторяющееся использование ссылочных позиций в настоящем описании и графических материалах предназначено для представления одинаковых или аналогичных признаков или элементов настоящего изобретения.
Подробное описание иллюстративных вариантов осуществления
Далее будет представлено подробное описание со ссылками на различные варианты осуществления настоящего изобретения, один или более примеров которых приведены ниже. Каждый пример приведен для пояснения настоящего изобретения и не ограничивает его. В действительности специалистам в данной области техники будет понятно, что в настоящее изобретение могут быть внесены различные модификации и изменения без отступления от объема или сути настоящего изобретения. Например, признаки, проиллюстрированные или описанные как часть одного варианта осуществления, могут быть использованы в другом варианте осуществления для получения еще одного варианта осуществления. Таким образом, имеется в виду, что настоящее изобретение охватывает такие модификации и изменения, которые подпадают под объем прилагаемой формулы изобретения и ее эквивалентов.
2
2
2
2
В общем, настоящее изобретение направлено на гигиеническое впитывающее изделие для женщин, такое как гигиеническая салфетка, прокладка, тампон и т. д., которое содержит верхний лист, перегородку и впитывающий элемент, расположенный между верхним листом и перегородкой. Впитывающий элемент содержит множество сверхвпитывающих частиц, которые, как правило, характеризуются медианным размером (например, диаметром) от приблизительно 50 до приблизительно 2000 микрометров, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 100 до приблизительно 1000 микрометров и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 200 до приблизительно 700 микрометров. Применяемый в данном документе термин «медианный» размер относится к распределению частиц по размеру «D50», которое означает, что по меньшей мере 50% частиц имеет указанный размер. Частицы подобным образом могут характеризоваться распределением по размеру D90 (по меньшей мере 90% частиц имеют указанный размер) в диапазонах, указанных выше. Диаметр частиц может быть определен с применением известных методик, таких как ультрацентрифугирование, лазерная дифракция и т. д. Например, распределение по размерам частиц может быть определено в соответствии со стандартным способом испытания, такого как ISO 13320:2009. Частицы также могут иметь любую требуемую форму, такую как чешуйчатая, округлая, сферическая, трубчатая и т. д. Размер частиц может регулироваться для оптимизации характеристик для конкретного применения. Удельная площадь поверхности частиц также может быть относительно большой, такой как приблизительно 0,2 квадратных метра на грамм (м/г) или больше, в некоторых вариантах осуществления приблизительно 0,6 м/г или больше и в некоторых вариантах осуществления, от приблизительно 1 м/г до приблизительно 5 м/г, как определено в соответствии со способом испытания B.E.T., описанным в ISO 9277:2010.
2
2
2
3
3
3
Независимо от их конкретного размера или формы сверхвпитывающие частицы являются пористыми по своей природе и в целом обладают поровой сетью, которая может содержать комбинацию закрытых и открытых пор. Общая пористость частиц может быть относительно высокой. Например, частицы могут характеризоваться общей площадью пор, составляющей приблизительно 2 квадратных метра на грамм (м/г) или больше, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 5 до приблизительно 150 м/г, а в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 15 до приблизительно 60 м/г. Пористость в процентах также может составлять приблизительно 5% или больше, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 10% до приблизительно 60% и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 15% до приблизительно 40%. Другим параметром, характеризующим пористость, является объемная плотность. В связи с этим, объемная плотность сверхвпитывающих частиц по настоящему изобретению, например, может составлять менее приблизительно 0,7 грамм на кубический сантиметр (г/см), в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 0,1 до приблизительно 0,65 г/см и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 0,2 до приблизительно 0,6 г/см, как определено при давлении 0,58 фунта/кв. дюйм посредством внедрения ртути.
3
Для достижения необходимых свойств пор поровая сеть содержит множество нанопор, характеризующихся средним размером поперечного сечения (например, шириной или диаметром) от приблизительно 10 до приблизительно 500 нанометров, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 15 до приблизительно 450 нанометров и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 20 до приблизительно 400 нанометров. Термин «размер поперечного сечения» в целом относится к характеристическому размеру (например, ширине или диаметру) поры, который по сути перпендикулярен ее главной оси (например, длине). Следует понимать, что в сети может существовать несколько типов пор. Например, также могут быть образованы микропоры, которые характеризуются средним размером поперечного сечения от приблизительно 0,5 до приблизительно 30 микрометров, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 1 до приблизительно 20 микрометров и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 2 микрометров до приблизительно 15 микрометров. Тем не менее, нанопоры могут присутствовать в относительно высоком количестве в сети. Например, нанопоры могут составлять по меньшей мере приблизительно 25 об. %, в некоторых вариантах осуществления по меньшей мере приблизительно 40 об. % и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 40 об. % до 80 об. % от общего объема пор в частицах. Средний объем в процентах, занимаемый нанопорами в пределах заданного единичного объема материала, также может составлять от приблизительно 15% до приблизительно 80% на см, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 20% до приблизительно 70% и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 30% до приблизительно 60% на кубический сантиметр частиц. Также можно использовать несколько подтипов нанопор. В определенных вариантах осуществления, например, могут образоваться первые нанопоры, которые характеризуются средним размером поперечного сечения от приблизительно 80 до приблизительно 500 нанометров, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 90 до приблизительно 450 нанометров и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 100 до приблизительно 400 нанометров, при этом могут образоваться вторые нанопоры, которые характеризуются средним размером поперечного сечения от приблизительно 1 до приблизительно 80 нанометров, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 5 до приблизительно 70 нанометров и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 10 до приблизительно 60 нанометров. Нанопоры могут иметь любую правильную или неправильную форму, такую как сферическая, удлиненная и т. д. Независимо от этого, средний диаметр пор в пределах поровой сети, как правило, будет составлять от приблизительно 1 до приблизительно 1200 нанометров, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 10 нанометров до приблизительно 1000 нанометров, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 50 до приблизительно 800 нанометров и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 100 до приблизительно 600 нанометров.
Авторы настоящего изобретения обнаружили, что частично из-за конкретной природы поровой сети полученные в результате сверхвпитывающие частицы могут характеризоваться повышенной скоростью впитывания в течение конкретного периода времени, за который они начнут контактировать с жидкостью организма, такой как менструальные выделения. Данный увеличенный уровень может быть охарактеризован несколькими путями. Например, частицы могут характеризоваться низким временем существования вихря, которое относится к количеству времени в секундах, необходимому для количества сверхвпитывающих частиц для остановки вихря, образованного путем перемешивания имитирующего менструальные выделения средства (например, дефибринированной свиной крови с уровнем гематокрита 35 об. %) в соответствии с испытанием, описанным ниже. Более конкретно, сверхвпитывающие частицы могут характеризоваться временем существования вихря, составляющим приблизительно 80 секунд или меньше, в некоторых вариантах осуществления приблизительно 70 секунд или меньше, в некоторых вариантах осуществления приблизительно 65 секунд или меньше, в некоторых вариантах осуществления приблизительно 60 секунд или меньше, в некоторых вариантах осуществления приблизительно 50 секунд или меньше, а в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 0,5 до приблизительно 40 секунд. В качестве альтернативы, после приведения в контакт с имитирующим менструальные выделения средством в течение 1,8 килосекунды («кс»), скорость пропитки частиц может составлять приблизительно 7 г/г/кс или больше, в некоторых вариантах осуществления приблизительно 8 г/г/кс или больше, в некоторых вариантах осуществления приблизительно 10 г/г/кс или больше, а в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 12 до приблизительно 50 г/г/кс.
Примечательно, что увеличенная скорость впитывания может сохраняться без потери впитывающей способности частиц. Например, впитывающая способность (при 0,5 фунта/кв. дюйм) частиц может составлять приблизительно 15 г/г или больше, в некоторых вариантах осуществления приблизительно 18 г/г или больше, а в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 20 до приблизительно 60 г/г. Подобным образом, частицы могут характеризоваться удерживающей способностью при центрифугировании («CRC»), составляющей приблизительно 20 грамм имитирующего менструальные выделения средства на грамм сверхвпитывающих частиц (г/г) или больше, в некоторых вариантах осуществления приблизительно 20 г/г или больше, а в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 25 до приблизительно 60 г/г.
Еще одним преимуществом частиц является то, что структура пор является обратимой в ходе применения впитывающего изделия. То есть, если впитывающий элемент приводят в контакт с менструальными выделениями, сверхвпитывающие частицы могут впитывать менструальные выделения и набухать до разрушения поровой сети. Таким образом, набухшие частицы превращаются в относительно твердые частицы, что может увеличить открытые каналы между сверхвпитывающими частицами или между частицами и волокнистым материалом во впитывающем элементе, за счет чего обеспечивается сведение к минимуму любого блокирования в результате образования геля, которое может происходить.
Далее будут более подробно описаны различные варианты осуществления настоящего изобретения.
Сверхвпитывающие частицы
I.
Сверхвпитывающие частицы, в целом, образуются из трехмерной сшитой полимерной сети, которая содержит повторяющиеся звенья, полученные из одного или более этиленненасыщенных (например, моноэтиленненасыщенных) мономерных соединений, содержащих по меньшей мере один гидрофильный радикал, такой как карбоксильная группа, группа ангидрида карбоновой кислоты, соли карбоновой кислоты, сульфоновой кислоты, соли сульфоновой кислоты, гидроксильная, эфирная, амидная группа, аминогруппа или группа соли четвертичного аммония. Конкретные примеры подходящих этиленненасыщенных мономерных соединений для образования сверхвпитывающих частиц включают, например, карбоновые кислоты (например, (мет)акриловая кислота (охватывает акриловую кислоту и/или метакриловую кислоту), малеиновая кислота, фумаровая кислота, кротоновая кислота, сорбиновая кислота, итаконовая кислота, коричная кислота и т. д.); ангидриды карбоновых кислот (например, малеиновый ангидрид); соли (соли щелочных металлов, соли аммония, соли аминов и т. д.) карбоновых кислот (например, (мет)акрилат натрия, триметиламин(мет)акрилат, триэтаноламин(мет)акрилат, малеат натрия, метиламинмалеат и т. д.); винилсульфоновые кислоты (например, винилсульфоновая кислота, аллилсульфоновая кислота, винилтолуолсульфоновая кислота, стиролсульфоновая кислота и т. д.); (мет)акриловые сульфоновые кислоты (например, сульфопропил(мет)акрилат, 2-гидрокси-3-(мет)акрилоксипропилсульфоновая кислота и т. д.); соли винилсульфоновых кислот или (мет)акриловых сульфоновых кислот; спирты (например, (мет)аллиловый спирт); простые эфиры или сложные эфиры полиолов (например, гидроксиэтил(мет)акрилат, гидроксипропил(мет)акрилат, триэтиленгликоля (мет)акрилат, поли(оксиэтиленоксипропилен)гликоля моно(мет)аллиловый эфир (в котором гидроксильные группы могут быть этерифицированы или эстерифицированы) и т. д.); винилформамиды; (мет)акриламиды, N-алкил(мет)акриламиды (например, N-метилакриламид, N-гексилакриламид и т. д.), N,N-диалкил(мет)акриламиды (например, N,N-диметилакриламид, N,N-ди-н-пропилакриламид и т. д.); N-гидроксиалкил(мет)акриламиды (например, N-метилол(мет)акриламид, N-гидроксиэтил(мет)акриламид и т. д.); N,N-дигидроксиалкил(мет)акриламиды (например, N,N-дигидроксиэтил(мет)акриламид); виниллактамы (например, N-винилпирролидон); содержащие аминогруппу сложные эфиры (например, сложные диалкиламиноалкиловые эфиры, сложные дигидроксиалкиламиноалкиловые эфиры, сложные морфолиноалкиловые эфиры и т. д.) карбоновых кислот (например, диметиламиноэтил(мет)акрилат, диэтиламиноэтил(мет)акрилат, морфолиноэтил(мет)акрилат, диметиламиноэтилфумарат и т. д.); гетероциклические виниловые соединения (например, 2-винилпиридин, 4-винилпиридин, N-винилпиридин, N-винилимидазол) и т. д.); содержащие группу соли четвертичного аммония мономеры (например, N,N,N-триметил-N-(мет)акрилоилоксиэтиламмония хлорид, N,N,N-триэтил-N-(мет)акрилоилоксиэтиламмония хлорид, 2-гидрокси-3-(мет)акрилоилоксипропилтриметиламмония хлорид и т. д.) и т. д., а также комбинации любых из вышеуказанных. В большинстве вариантов осуществления используются мономерные соединения на основе (мет)акриловой кислоты, а также ее солей для образования сверхвпитывающих частиц.
Мономерные соединения, рассмотренные выше, в целом растворимы в воде. Однако следует понимать, что также можно использовать соединения, которые могут становиться водорастворимыми посредством гидролиза. Подходящие гидролизируемые мономеры могут включать, например, этиленненасыщенные соединения, содержащие по меньшей мере один гидролизируемый радикал, такой как сложноэфирные, амидные и нитрильные группы. Конкретные примеры таких гидролизуемых мономеров включают метил(мет)акрилат, этил(мет)акрилат, 2-этилгексил(мет)акрилат, винилацетат, (мет)аллилацетат, (мет)акрилонитрил и т. д. Кроме того, следует понимать, что можно использовать дополнительные мономеры так, чтобы полученные частицы образовывались в виде сополимера, такого как статистический, привитый или блок-сополимер. При необходимости, сомономер(сомономеры) может быть выбран из группы мономеров, перечисленных выше. Например, сомономер(сомономеры) может представлять собой (мет)акриловую кислоту, соль (мет)акриловой кислоты, ангидрид малеиновой кислоты и т. д. Например, в одном конкретном варианте осуществления сополимер может быть образован из акриловой кислоты (или ее соли) и малеинового ангидрида. В других вариантах осуществления, описанных более подробно ниже, также можно использовать сомономер, который содержит сшиваемую функциональную группу, такую как алкоксисилановая группа. Независимо от используемого сомономера(сомономеров), в целом желательно, чтобы первичный этиленненасыщенный мономер(мономеры) составлял по меньшей мере, приблизительно 50 мол. %, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 55 мол. % до приблизительно 99 мол. % и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 60 мол. % до приблизительно 98 мол. % от мономеров, применяемых для образования полимера, при этом сомономер(сомономеры) составляет не более приблизительно 60 мол. %, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 1 мол. % до приблизительно 50 мол. % и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 2 мол. % до приблизительно 40 мол. % от мономеров, применяемых для образования полимера.
Для образования сети, способной впитывать менструальные выделения, в общем желательно, чтобы полимер сшивали во время и/или после полимеризации. Например, в одном варианте осуществления этиленненасыщенное мономерное соединение(соединения) может быть полимеризовано в присутствии сшивающего средства с обеспечением сшитого полимера. Подходящие сшивающие средства, как правило, содержат две или больше групп, которые способны вступать в реакцию с этиленненасыщенным мономерным соединением, и при этом они по меньшей мере частично являются растворимыми в воде или диспергируемыми в воде или по меньшей мере частично растворимыми или диспергируемыми в водной мономерной смеси. Примеры подходящих сшивающих средств могут включать, например, тетрааллилоксиэтан, N,N'-метиленбисакриламид, N,N'-метиленбисметакриламид, триаллиламин, триметилолпропантриакрилат, глицеринпропокситриакрилат, дивинилбензол, N-метилолакриламид, N-метилолметакриламид, глицидилметакрилат, полиэтиленполиамины, этилдиамин, этилгликоль, глицерин, тетрааллилоксиэтан и триаллиловые эфиры пентаэритритола, алюминаты, диоксид кремния, алюмосиликаты и т. д., а также их комбинации. Количество сшивающего средства может изменяться, но, как правило, оно присутствует в количестве от приблизительно 0,005 до приблизительно 1,0 мольного процента в пересчете на моли этиленненасыщенного мономерного соединения(соединений).
В вариантах осуществления, описанных выше, в целом сшивание происходит во время полимеризации. Однако в других вариантах осуществления полимер может содержать латентную функциональную группу, которая способна подвергаться сшиванию при необходимости. Например, полимер может содержать алкоксисилановую функциональную группу, которая при воздействии воды образует силанольную функциональную группу, которая подвергается конденсации с образованием сшитого полимера. Одним конкретным примером такой функциональной группы является триалкоксисилановая группа, характеризующаяся следующей общей структурой:
,
1
2
3
где R, R и R представляют собой алкильные группы, независимо содержащие от 1 до 6 атомов углерода.
Для введения такой функциональной группы в структуру полимера можно использовать мономерное соединение, которое содержит функциональную группу, такое как этиленненасыщенный мономер, содержащий триалкоксисилановую функциональную группу . Особенно подходящие мономеры представляют собой (мет)акриловые кислоты или их соли, такие как метакрилоксипропилтриметоксисилан, метакрилоксиэтилтриметоксисилан, метакрилоксипропилтриэтоксисилан, метакрилоксипропилтрипропоксисилан, акрилоксипропилметилдиметоксисилан, 3-акрилоксипропилтриметоксисилан, 3-метакрилоксипропилметилдиэтоксисилан, 3-метакрилоксипропилметилдиметоксисилан, 3-метакрилоксипропилтрис(метоксиэтокси)силан и т. д. Помимо мономеров, способных участвовать в сополимеризации, которые содержат триалкоксисилановую функциональную группу, также можно применять мономер, способный участвовать в сополимеризации, который затем можно вводить в реакцию с соединением, содержащим триалкоксисилановую функциональную группу, или фрагмент, который реагирует с водой с образованием силанольной группы. Такой мономер может содержать без ограничения аминогруппу или спиртовую группу. Аминогруппу, включенную в сополимер, можно затем вводить в реакцию, например, без ограничения с (3-хлорпропил)триметоксисиланом. Спиртовую группу, включенную в сополимер, затем можно вводить в реакцию, например, без ограничения с тетраметоксисиланом.
Сверхвпитывающие полимерные частицы по настоящему изобретению можно получать с помощью любого известного способа полимеризации. Например, частицы можно получать с помощью любой подходящей методики блочной полимеризации, такой как полимеризация в растворе, полимеризация в обратной суспензии или эмульсионная полимеризация, такой как описанная в патентах США №№ 4076663, 4286082, 4340706, 4497930, 4507438, 4654039, 4666975, 4683274 или 5145906. Например, при полимеризации в растворе мономер(мономеры) полимеризуют в водном растворе. При полимеризации в обратной суспензии мономер(мономеры) диспергируют в суспензионной среде на основе алициклического или алифатического углеводорода в присутствии диспергирующего средства, такого как поверхностно-активное вещество или защитное коллоидное средство. При необходимости, реакцию полимеризации можно проводить в присутствии инициатора свободнорадикальной полимеризации, инициатора окислительно-восстановительной полимеризации (восстанавливающие и окисляющие средства), инициатора термической полимеризации, фотоинициатора и т. д. Примеры подходящих восстанавливающих средств могут включать, например, аскорбиновую кислоту, сульфиты щелочных металлов, бисульфиты щелочных металлов, сульфит аммония, бисульфит аммония, гидросульфит щелочных металлов, гидросульфит аммония, соли железа, например, сульфаты железа, сахара, альдегиды, первичные и вторичные спирты и т. д. Примеры подходящих окисляющих средств могут включать, например, пероксид водорода, каприлилпероксид, бензоилпероксид, пероксид кумола, третичный бутилдиперфталат, третичный бутилпербензоат, перкарбонат натрия, перацетат натрия, персульфаты щелочных металлов, персульфаты аммония, алкилгидропероксиды, сложные эфиры перкислот, диакриловые пероксиды, соли серебра и т. д.
Pallmann
Khait
Furgiuele, et al.
Khait, et al.
Khait
Torkelson, et al
При необходимости, полученные частицы также могут быть уменьшены в размере для достижения необходимого размера, указанного выше. Например, уменьшение размера посредством ударного действия, при котором, как правило, используют устройство для измельчения, содержащее вращающийся измельчающий элемент, может применяться с образованием частиц. Повторяющееся ударное и/или сдвиговое напряжение может создаваться между вращающимся измельчающим элементом и неподвижным или вращающимся в противоположном направлении измельчающим элементом. При уменьшении размера посредством ударного действия может также использоваться поток воздуха для перемещения на измельчающий диск и ударения материала с измельчающим диском (или другим сдвиговым элементом). Одним особенно подходящим устройством для уменьшения размера посредством ударного действия является коммерчески доступное от Pallmann Industries (Клифтон, Нью-Джерси) под названием Turbofiner, тип PLM. В данном устройстве в цилиндрической камере измельчения создается высокоактивное вихревое движение воздуха между неподвижным измельчающим элементом и вращающимся измельчающим элементом ударной мельницы. За счет большого объема воздуха частицы можно подвергать ударному действию и размер может быть уменьшен до необходимого размера частиц. Другие подходящие способы уменьшения размера посредством ударного действия могут быть описаны в патентах США №№ 6431477 и 7510133, оба выданы . Другим подходящим способом образования микрочастиц является уменьшение размера посредством холодной экструзии, при котором обычно используют сдвиговые и сжимающие усилия для образования частиц, характеризующихся необходимым размером. Например, материал может проталкиваться через головку при температурах ниже точки плавления матричного полимера. Твердофазное сдвиговое измельчение в порошок является другим подходящим способом, который может применяться. Такие способы обычно включают непрерывную экструзию материала при условиях высоких сдвиговых и сжимающих усилий, при этом цилиндры экструдера и шнек охлаждают для предотвращения плавления полимера. Примеры таких методик твердофазного измельчения в порошок описаны, например, в патентах США №№ 5814673, выданном ; 6479003, выданном ; 6494390, выданном ; 6818173, выданном ; и публикации заявки на патент США № 2006/0178465, выданной . Еще одной подходящей методикой образования микрочастиц является методика, известная как помол в криогенной дисковой мельнице. При помоле в криогенной дисковой мельнице обычно используют жидкость (например, жидкий азот) для охлаждения или заморозки материала до и/или во время измельчения. В одном варианте осуществления может использоваться дисковое устройство для помола с одним рабочим диском, которое имеет неподвижный диск и вращающийся диск. Материал поступает в пространство между дисками через канал вблизи центра диска и формуется в частицы посредством сил трения, создаваемых между дисками. Одно подходящее устройство для помола в криогенной дисковой мельнице доступно под названием система для криогенного измельчения Wedco от ICO Polymers (Аллентаун, Пенсильвания).
Хотя это никоим образом не обязательно, также можно объединять дополнительные компоненты со сверхвпитывающим полимером перед, во время или после полимеризации. Например, в одном варианте осуществления можно использовать включения с высоким соотношением сторон (например, волокна, трубки, пластинки, проволоки и т. д.) для способствования обеспечению внутреннего взаимосвязанного укрепляющего каркаса, который стабилизирует набухающий сверхвпитывающий полимер и улучшает его упругость. Например, соотношение сторон (средняя длина, деленная на медианную ширину) может находиться в диапазоне от приблизительно 1 до приблизительно 50, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 2 до приблизительно 20 и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 4 до приблизительно 15. Такие включения могут характеризоваться медианной шириной (например, диаметром) от приблизительно 1 до приблизительно 35 микрометров, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 2 до приблизительно 20 микрометров, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 3 до приблизительно 15 микрометров и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 7 до приблизительно 12 микрометров, а также объемной средней длинной от приблизительно 1 до приблизительно 200 микрометров, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 2 до приблизительно 150 микрометров, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 5 до приблизительно 100 микрометров и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 10 до приблизительно 50 микрометров. Примеры таких включений с высоким соотношением сторон могут включать волокна с высоким соотношением сторон (также известные как «нитевидные кристаллы»), которые получены из карбидов (например, карбид кремния), силикатов (например, волластонит) и т. д.
Fujimura, et al.
При необходимости, гидрофобное вещество также можно объединять со сверхвпитывающим полимером, таким как вещество, содержащее углеводородную группу, вещество, содержащее углеводородную группу с атомом фтора, вещество, характеризующееся полисилоксановой структурой и т. д. Примеры таких веществ, а также сверхвпитывающих частиц, образованных из них, описаны, например, в патенте США № 8742023, выданном , который включен в данный документе во всей своей полноте посредством ссылки на него. Например, подходящие гидрофобные вещества могут включать полиолефиновые смолы, полистирольные смолы, воски, сложные эфиры длинноцепочечных жирных кислот, длинноцепочечные жирные кислоты и их соли, длинноцепочечные алифатические спирты, длинноцепочечные алифатические амиды и т. д., а также их смеси. В одном конкретном варианте осуществления можно использовать сложный эфир длинноцепочечной жирной кислоты, который представляет собой сложный эфир жирной кислоты, содержащей от 8 до 30 атомов углерода, и спирта, содержащего от 1 до 12 атомов углерода, таких как метиллаурат, этиллаурат, метилстеарат, этилстеарат, метилолеат, этилолеат, глицеринмонолаурат, глицеринмоностеарат, глицеринмоноолеат, пентаэритритолмонолаурат, пентаэритритолмоностеарат, пентаэритритолмоноолеат, сорбита монолаурат, сорбита моностеарат, сорбита моноолеат, монопальмитат сахарозы, дипальмитат сахарозы, трипальмитат сахарозы, моностеарат сахарозы, дистеарат сахарозы, тристеарат сахарозы, талловый жир и т. д. В другом варианте осуществления можно использовать длинноцепочечную жирную кислоту или ее соль, которая содержит от 8 до 30 атомов углерода, такую как лауриновая кислота, пальмитиновая кислота, стеариновая кислота, олеиновая кислота, димерная кислота, бегеновая кислота и т. д., а также их соли цинка, кальция, магния и/или алюминия, такие как пальмитат кальция, пальмитат алюминия, стеарат кальция, стеарат магния, стеарат алюминия и т. д.
Независимо от конкретного способа, посредством которого образуют частицы, можно использовать ряд различных методик для инициации образования необходимой поровой сети. В некоторых вариантах осуществления контроль над самим процессом полимеризации может привести к образованию пор в полученных частицах. Например, полимеризацию можно проводить в гетерогенных, двухфазных или многофазных системах с обогащенной мономером непрерывной фазой, суспендированной в обогащенной растворителем дисперсной фазе. По мере того как обогащенная мономером фаза начинает полимеризироваться, может быть индуцировано образование пор с помощью обогащенной растворителем фазы. Разумеется, также можно использовать методики, при которых поровая сеть образуется в предварительно образованных частицах. Например, в одном конкретном варианте осуществления можно использовать методику, известную как «инверсия фаз», при которой полимер, растворенный или набухший в системе растворителей, представляющей собой непрерывную фазу, превращается в твердую макромолекулярную сеть, представляющую собой непрерывную фазу, образованную полимером. Данная инверсия может быть индуцирована посредством нескольких способов, таких как путем удаления растворителя посредством сухого способа (например, выпаривания или сублимации), добавления осадителя или дополнительно до осадителя посредством влажного способа. Например, в сухих способах температуру (или давление) частиц можно изменять таким образом, чтобы систему растворителей (например, воду) можно было превратить в другое состояние вещества, которое можно удалить без избыточной усадки либо путем создания вакуума, либо продувки газом. Сублимационное высушивание, например, предусматривает охлаждение системы растворителей ниже ее температуры замерзания и затем обеспечение ее сублимации при пониженном давлении так, что образуются поры. С другой стороны сверхкритическое высушивание предусматривает нагревание системы растворителей при давлении, выше сверхкритической точки так, что образуются поры.
Однако влажные способы являются особенно подходящими, поскольку они не зависят от значительного количества энергии для достижения необходимой инверсии. При влажном способе сверхвпитывающий полимер и система растворителей могут быть представлены в форме однофазной гомогенной композиции. Концентрация полимера, как правило, находится в диапазоне от приблизительно 0,1% до приблизительно 20 вес./об. % и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 0,5% до приблизительно 10 вес./об. % композиции. После этого композицию приводят в контакт с системой осадителей с применением любой известной методики, такой как путем погружения в баню, промывания в противотоке, струйного промывания, орошения на ленте и фильтрования. Разность химических потенциалов между системами растворителей и осадителей обуславливает диффузию молекул растворителя из сверхвпитывающего полимера, при этом молекулы осадителя диффундируют в полимер. В конечном итоге, это обуславливает прохождение перехода полимерной композиции из однофазной гомогенной композиции в неустойчивую двухфазную смесь, содержащую обогащенные полимером и обедненные по полимеру фракции. Мицеллярные капли системы осадителей в обогащенной полимером фазе также служат в качестве мест зародышеобразования и становятся покрытыми полимером, и в некоторой точке, такие капли выпадают в осадок с образованием непрерывной полимерной сети. Композиция из растворителей внутри полимерной матрицы также разрушается и образует пустоты. Затем матрицу можно высушить с удалением систем растворителей и осадителей и образованием стабильных пористых частиц.
растворителя
осадителей
1/2
3/2
1/2
3/2
1/2
3/2
Точные системы растворителей и осадителей, используемые для достижения инверсии фаз, не являются особенно критичными, при условии, что они выбраны последовательно на основе их смешиваемости. Более конкретно, системы растворителей и осадителей можно выбрать таким образом, что они характеризуются конкретной разностью в их параметрах растворимости Гильдебранда, δ, что является показателем, предсказывающим смешиваемость двух жидкостей, при этом в целом более высокие значения предусматривают более гидрофильную жидкость, и более низкие значения предусматривают более гидрофобную жидкость. В целом желательно, чтобы разность параметров растворимости Гильдебранда системы растворителей и системы осадителей (например, δ – δ) составляла от приблизительно 1 до приблизительно 15 калорий/см, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 4 до приблизительно 12 калорий/см и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 6 до приблизительно 10 калорий/см. В таких диапазонах растворитель/осадитель будут обладать достаточной смешиваемостью для обеспечения прохождения экстракции растворителя, но не слишком смешиваемыми так, что не будет осуществляться инверсия фаз. Подходящие растворители для применения в системе растворителей могут включать, например, воду, солевой раствор, глицерин и т. д., а также их комбинации. Подобным образом, подходящие осадители для применения в системе осадителей могут включать ацетон, н-пропиловый спирт, этиловый спирт, метанол, н-бутиловый спирт, пропиленгликоль, этиленгликоль и т. д., а также их комбинации.
Как правило, объемное соотношение системы растворителей и системы осадителей находится в диапазоне от приблизительно 50:1 до приблизительно 1:200 (объем на объем), в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 10:1 до приблизительно 1:180 (объем на объем), в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 1:1 до приблизительно 1:160 (объем на объем), в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 1:60 до приблизительно 1:150 (объем на объем), в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 1:1 до приблизительно 1:60 (объем на объем) и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 1:1 до приблизительно 1:2 (объем на объем). После контакта с осадителем и завершении инверсии фаз жидкую фазу можно высушивать и/или удалять с применением любой подходящей методики, такой как с помощью повышенной температуры, контроля времени, вакуума и/или расхода с применением любого подходящего оборудования (например, печей с принудительной подачей воздуха и вакуумных печей). Например, в одном примере высушивание при высокой температуре при значениях температуры не более приблизительно 175°C может оставлять не более приблизительно 16 вес. % этанола в образца. Затем образец можно помещать в увлажнительную камеру при 69°C при относительной влажности 50% для снижения содержания этанола до менее 0,13%.
Гигиеническое впитывающее изделие для женщин
II.
Сверхвпитывающие частицы могут использоваться в широком разнообразии различных гигиенических впитывающих изделий для женщин, таких как гигиенические салфетки, прокладки и т. д. Впитывающее изделие, как правило, содержит впитывающий элемент (например, сердцевинный слой, поглощающий слой и т. д.), расположенный между перегородкой и верхним листом. Впитывающий элемент может быть образован из одного впитывающего слоя или композиционного материала, содержащего отдельные и отличные впитывающие слои. Однако, как правило, впитывающий элемент содержит сверхвпитывающие частицы по настоящему изобретению необязательно в комбинации с волокнистым материалом. Например, впитывающий элемент может содержать волокнистый материал в комбинации со сверхвпитывающими частицами. Например, сверхвпитывающие частицы могут составлять от приблизительно 20 вес. % до приблизительно 90 вес. %, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 30 вес. % до приблизительно 85 вес. % и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 40 вес. % до приблизительно 80 вес. % в пересчете на общий вес слоя впитывающего элемента, при этом волокнистый материал может составлять от приблизительно 10 вес. % до приблизительно 80 вес. %, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 15 вес. % до приблизительно 70 вес. % и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 20 вес. % до приблизительно 60 вес. % в пересчете на общий вес слоя впитывающего элемента. Сверхвпитывающие частицы могут быть по сути однородно смешаны с волокнистым материалом или могут быть неоднородно смешаны. Сверхвпитывающие частицы также можно выборочно помещать в необходимые участки впитывающего элемента, такие как целевая зона, например, для лучшего удержания и впитывания выделений организма.
Anderson, et al.
Georger, et al.
Georger, et al.
Keck, et al.
Dunbar, et al
Волокнистый материал, используемый во впитывающем элементе, может содержать впитывающие волокна, такие как целлюлозные волокна (например, волокна пульпы). Целлюлозные волокна, например, могут включать волокна пульпы древесины мягких пород, характеризующихся средней длиной волокна более 1 мм и в частности от приблизительно 2 до 5 мм в пересчете на взвешенную по длине среднюю длину. Такие волокна древесины мягких пород включают без ограничения древесину мягких пород северных видов, древесину мягких пород южных видов, секвойю вечнозеленую, тую складчатую, болиголов, сосну (например, южные сосны), ель (например, черная ель), их комбинации и т. д. Также можно применять волокна древесины твердых пород, такие как эвкалипт, клен, береза, осина и т. д. Также можно использовать синтетические полимерные волокна (например, сформованные из расплава термопластичные волокна), такие как волокна мелтблаун, волокна спанбонд и т. д. Например, можно использовать волокна мелтблаун, которые образованы из термопластичного полимера, такого как полиолефин, эластомер и т. д. В некоторых вариантах осуществления волокнистый материал также может представлять собой композит из различных типов волокон, таких как впитывающие волокна и волокна мелтблаун. Одним примером такого композита является материал «коформ», такой как описанный в патентах США №№ 4100324, выданном ; 5350624, выданном ; и 5508102, выданном , а также в публикациях заявки на патент №№ 2003/0200991, выданный , и 2007/0049153, выданный . Впитывающий элемент также может включать слоистый материал из волокнистых полотен и сверхвпитывающих частиц и/или подходящую матрицу для удержания сверхвпитывающих частиц в локализованной области.
Со ссылкой на фиг. 7, например, показан один конкретный вариант осуществления гигиенического впитывающего изделия 201 для женщин. Более конкретно, изделие 20 содержит верхний лист 26, перегородку 28 и впитывающий элемент 33, расположенный между верхним листом 26 и перегородкой 28. Верхний лист 26 образует обращенную к телу поверхность впитывающего изделия 20. Впитывающий элемент 33 расположен внутрь от внешней периферии впитывающего изделия 20 и содержит обращенную к телу сторону, расположенную смежно с верхним листом 26, и обращенную к одежде поверхность, расположенную смежно с перегородкой 28. Как правило, верхний лист 26 и перегородка 28 соединены посредством соединения склеиванием, соединения посредством ультразвука или любого другого подходящего способа соединения, известного из уровня техники, при этом герметичные кромки образуют герметичную наружную кромку 99 во всю длину изделия 20. Изделие 20 может иметь разные формы, но как правило, имеет противоположно направленные боковые стороны и продольные концы.
Kirby, et al
Datta, et al.
Sukiennik, et al.
Верхний лист 26 предусмотрен для обеспечения удобства и способности принимать нужную форму, а также он обеспечивает непосредственное отведение выделений организма от тела в направлении впитывающего элемента 30. Как правило, верхний лист 26 и перегородка 28 имеют наружные края 99, которые выступают наружу за пределы концевых наружных кромок впитывающего элемента 30, и выступающие края соединены вместе, чтобы частично или полностью окружать или охватывать впитывающую сердцевину. Верхний лист 26 контактирует с телом пользователя и является проницаемым для жидкости. Верхний лист 26 может быть образован из одного или нескольких слоев материалов. Проницаемый для жидкости верхний лист 26 имеет обращенную наружу поверхность, которая может контактировать с телом потребителя и принимать жидкости организма. Верхний лист 26 может образовывать внутреннюю область, расположенную между расположенными сбоку первой и второй внешними областями. Внутренняя и внешняя области могут быть образованы из одной секции материала или из нескольких секций. Такие многосекционные конфигурации верхнего листа известны из уровня техники и описаны более подробно, например, в патенте США № 5415640, выданном . Вне зависимости от того, имеется ли одна или несколько секций, верхний лист 26 может быть изготовлен из любого проницаемого для жидкости материала, известного из уровня техники. Например, верхний лист 26 может быть выполнен из любого тканого или нетканого материала, через которые легко проникают выделения организма. Примеры подходящих материалов включают искусственный шелк, связанное кардочесанное полотно из сложного полиэфира, полипропилена, полиэтилена, нейлона или других термически связываемых волокон, полиолефинов, таких как сополимеры полипропилена и полиэтилена, полиэтилена низкой плотности с неразветвленной структурой и сложных алифатических эфиров, таких как полимолочная кислота. Также могут применяться полотна из перфорированной пленки с мелкими отверстиями и сетчатый материал. Конкретный пример подходящего материала верхнего листа представляет собой связанное кардочесанное полотно, изготовленное из полипропилена и полиэтилена, такое как применяемое в качестве исходного материала верхнего листа для ежедневных гигиенических прокладок от KOTEX. В патентах США № 4801494, выданном , и № 4908026, выданном , описаны другие различные материалы верхнего листа, которые могут применяться в настоящем изобретении. Такие материалы, как правило, имеют основной вес менее приблизительно 100 г/м2, и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 10 г/м2 до приблизительно 40 г/м2.
Перегородка 28, как правило, является непроницаемой для жидкости и разработана так, чтобы быть обращенной к внутренней поверхности, т. е. части нижнего белья, направленной к промежности (не показана). Перегородка 28 может обеспечивать прохождение воздуха или испарений из впитывающего изделия 20, при этом блокируя прохождение жидкостей. Любой непроницаемый для жидкости материал может, как правило, быть использован для образования перегородки 28. Например, один подходящий материал, который можно использовать, представляет собой микропористую полимерную пленку, такую как полиэтиленовая или полипропиленовая пленка. В конкретных вариантах осуществления используется полиэтиленовая пленка, которая имеет толщину в диапазоне от приблизительно 0,2 мил до приблизительно 5,0 мил, и в частности от приблизительно 0,5 до приблизительно 3,0 мил. Конкретным примером материала перегородки является полиэтиленовая пленка, такая как применяемая в ежедневных гигиенических прокладках от KOTEX.
Как указано выше, впитывающий элемент 33 расположен между верхним листом 26 и перегородкой 28, который обеспечивает способность впитывать и удерживать выделения организма. Впитывающий элемент 33 может в общем содержать любое необходимое количество слоев. В одном варианте осуществления, например, впитывающий элемент 33 содержит впитывающую сердцевину 30. При необходимости, впитывающая сердцевина 30 может содержать сверхвпитывающие частицы по настоящему изобретению и необязательно волокнистый материал (например, впитывающие волокна, синтетические полимерные волокна или их комбинацию), такой как описано выше. В одном варианте осуществления, например, впитывающая сердцевина 33 может содержать один или более слоев (например, два слоя) материала впитывающего полотна из целлюлозных волокон (например, волокон древесной массы), других натуральных волокон, синтетических волокон, тканых или нетканых листов, сетчатого материала или других стабилизирующих структур, сверхвпитывающего материала, связующих материалов, поверхностно-активных веществ, выбранных гидрофобных и гидрофильных материалов, пигментов, лосьонов, средств для устранения неприятного запаха или т. п., а также их комбинаций. В конкретном варианте осуществления материал впитывающего полотна содержит матрицу из целлюлозного ворса и может также содержать сверхвпитывающие частицы по настоящему изобретению. Целлюлозный ворс может включать смесь ворса из древесной пульпы. Один подходящий тип ворса идентифицирован под торговым обозначением NB 416, доступен в продаже от Weyerhaeuser Corp., и является выбеленной древесной пульпой с высокой впитывающей способностью, содержащей преимущественно волокна из древесины мягких пород. Впитывающие материалы могут быть сформированы в структуру полотна путем использования различных традиционных способов и методик. Например, впитывающее полотно может быть образовано с помощью методики сухого формования, методики воздушного формования, методики мокрого формования, методики формования с помощью вспененного слоя или т. п., а также их комбинаций. Также может быть использован нетканый материал коформ. Способы и устройство для осуществления таких методик хорошо известны из уровня техники.
Хотя это и не требуется, впитывающий элемент 33 также может содержать другие дополнительные слои, известные из уровня техники. На фиг. 7, например, проницаемый для жидкости поглощающий слой 32 расположен между верхним листом 26 и впитывающим элементом 30. Поглощающий слой 32 может быть изготовлен из материала, способного быстро переносить в z-направлении жидкость организма, доставляемую к верхнему листу 26. Поглощающий слой 32 может, как правило, иметь любую требуемую форму и/или размер. В одном варианте осуществления поглощающий слой 32 имеет, как правило, яйцеобразную форму, причем его длина и/или ширина меньше общей длины и/или ширины впитывающей сердцевины 30. Любой из множества различных материалов можно применять для поглощающего слоя 32 для выполнения вышеуказанных функций. Материал может быть синтетическим, целлюлозным или представлять собой комбинацию синтетических и целлюлозных материалов. Например, полученные суховоздушным формованием целлюлозные ткани могут быть подходящими для применения в поглощающем слое 32. Полученная суховоздушным формованием целлюлозная ткань может иметь основной вес в диапазоне от приблизительно 10 грамм на квадратный метр (г/м2) до приблизительно 300 г/м2, а в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 40 г/м2 до приблизительно 150 г/м2. Полученная суховоздушным формованием ткань может быть образована из волокон древесины твердых пород и/или древесины мягких пород. Полученная суховоздушным формованием ткань имеет мелкопористую структуру и обеспечивает превосходную способность впитывания, особенно менструальных выделений.
Верхний лист 26 может удерживаться со впитывающим элементом 30 в закрепленном положении посредством соединения всех или части смежных поверхностей друг с другом. Для достижения любого такого закрепленного положения можно использовать различные, известные специалисту данной области техники механизмы соединения. Примеры таких механизмов включают без ограничения нанесение клеящих веществ разными способами между двумя смежными поверхностями, скрепление по меньшей мере частей смежной поверхности впитывающего материала с частями смежной поверхности покрытия или сплавление по меньшей мере частей смежной поверхности покрытия с частями смежной поверхности впитывающего материала (например, сплавление посредством ультразвука).
При необходимости, гигиеническое впитывающее изделие 20 для женщин может также содержать выступающие вбок части 42 в форме крылышек, которые могут быть полностью присоединены к боковым областям вдоль центральной части изделия. Например, части 42 в форме крылышек могут быть отдельно предоставленными элементами, которые последовательно прикреплены или другим способом функционально присоединены к центральной части изделия. В других конфигурациях части в форме крылышек могут быть образованы в виде единого целого с одним или более компонентами изделия. Как иллюстративно показано на фиг. 7, например, одна или обе части 42 в форме крылышек могут быть образованы из соответствующей функциональной выступающей части материала, используемого для образования перегородки 28. В качестве альтернативы, одна или обе части 42 в форме крылышек могут быть образованы из соответствующей функционально выступающей части материала, используемого для образования верхнего листа 26, или образованы из соответствующей функциональной комбинации материалов верхнего листа и перегородки.
Следующие примеры будут способствовать большему пониманию настоящего изобретения.
Способы испытания
Свойства пор
Свойства пор (например, общая площадь пор, объемная плотность, распределение пор по размеру и пористость в процентах) сверхвпитывающих частиц можно определить с применением ртутной порометрии (также известной как внедрение ртути), хорошо известной из уровня техники. Например, можно использовать коммерчески доступный порозиметр, такой как AutoPore IV 9500 от Micrometrics. Такие устройства в целом определяют характеристики пористости путем применения различных уровней давления в отношении образца, погруженного во ртуть. Давление, необходимое для внедрения ртути в поры образца, обратно пропорционально размеру пор. Измерения можно осуществлять при исходном давлении 0,58 фунта/кв. дюйм и при конечном давлении приблизительно 60000 фунтов/кв. дюйм. Общую площадь пор и объемную плотность можно непосредственно измерить во время испытания с внедрением ртути. Общее распределение пор по размеру можно получить из графика дифференциальной зависимости интрузии и диаметра пор (мкм). Подобным образом, пористость в процентах можно рассчитать на основе снижения объемной плотности (предполагая постоянный размер, упаковку и форму частиц), учитывая, что примерно 50% объема занято пустым пространством из-за упаковки частиц. Более конкретно, пористость в процентах можно определить в соответствии со следующим уравнением:
100 x 0,5 x [(объемная плотность контрольного образца – объемная плотность испытуемого образца)/объемная плотность контрольного образца],
3
где объемную плотность (г/см) определяют путем внедрения ртути при давлении 0,58 фунта/кв. дюйм.
Имитирующее менструальные выделения средство
Achter, et al.
Для испытаний, описанных в данном документе, используется имитирующее менструальные выделения средство, которое содержит дефибринированную свиную кровь с уровнем гематокрита 35 об. %, такое как описано в патенте США № 5888231, выданном , который включен в данный документ во всей своей полноте посредством ссылки на него.
Впитывающая способность (при 0,5 фунта/кв. дюйм)
Насыщаемость сверхвпитывающего материала является мерой способности сверхвпитывающих частиц набухать до максимально возможного предела в имитирующем менструальные выделения средстве. Насыщаемость измеряется путем помещения 0,2±0,005 грамма предварительно просеянного образца в водопроницаемый пакетик, который будет содержать образец, обеспечивая в то же время свободное впитывание раствора, применяющегося при испытаниях (имитирующего менструальные выделения средства), образцом. Может быть подходящим термосклеиваемый материал для чайного пакетика, такой как модель с обозначением 1234T термосклеиваемой фильтровальной бумаги. Пакетик образуют посредством сгибания образца 5 дюймов на 3 дюйма из материала пакетика пополам и термического склеивания двух открытых кромок с образованием прямоугольного пакета 2,5 дюйма на 3 дюйма. Склеиваемые швы могут составлять приблизительно 0,25 дюйма внутри кромки материала. После размещения образца внутри пакета, оставшаяся открытая кромка пакета также может термически склеиваться. Пустые пакетики также могут изготавливаться для выполнения функции контрольных образцов. Для испытания получали три образца (например, заполненные и герметичные пакетики). Герметичный пакетик со сверхвпитывающим материалом помещают в кювету, содержащую имитирующее менструальные выделения средство, в течение 30 минут для обеспечения набухания сверхвпитывающих частиц. Герметичный пакетик с разбухшими сверхвпитывающими частицами суспендировали в течение 5 минут, чтобы обеспечить вытекание любого избытка имитирующего менструальные выделения средства, которое не было впитано сверхвпитывающими частицами, из запечатанного пакетика. Пакетик затем помещали в вакуумный ящик и применяли давление при 0,5 фунта/кв. дюйм в течение 5 минут к пакетику, для обеспечения вытекания имитирующего менструальные выделения средства, которое будет вытолкнуто из разбухших сверхвпитывающих частиц под давлением. Пакетик с разбухшими сверхвпитывающими частицами затем взвешивали, и впитывающую способность при 0,5 фунта/кв. дюйм измеряли в граммах имитирующего менструальные выделения средства/грамм сверхвпитывающего материала.
Насыщаемость
Насыщаемость сверхвпитывающего материала является мерой способности сверхвпитывающих частиц набухать до максимально возможного предела в имитирующем менструальные выделения средстве. Насыщаемость измеряется путем помещения 0,2±0,005 грамма предварительно просеянного образца в водопроницаемый пакетик, который будет содержать образец, обеспечивая в то же время свободное впитывание раствора, применяющегося при испытаниях (имитирующего менструальные выделения средства), образцом. Может быть подходящим термосклеиваемый материал для чайного пакетика, такой как модель с обозначением 1234T термосклеиваемой фильтровальной бумаги. Пакетик образуют посредством сгибания образца 5 дюймов на 3 дюйма из материала пакетика пополам и термического склеивания двух открытых кромок с образованием прямоугольного пакета 2,5 дюйма на 3 дюйма. Склеиваемые швы могут составлять приблизительно 0,25 дюйма внутри кромки материала. После размещения образца внутри пакета, оставшаяся открытая кромка пакета также может термически склеиваться. Пустые пакетики также могут изготавливаться для выполнения функции контрольных образцов. Для испытания получали три образца (например, заполненные и герметичные пакетики). Герметичный пакетик со сверхвпитывающим материалом помещают в кювету, содержащую имитирующее менструальные выделения средство, в течение 30 минут для обеспечения набухания сверхвпитывающих частиц. Герметичный пакетик с разбухшими сверхвпитывающими частицами суспендировали в течение 5 минут, чтобы обеспечить вытекание любого избытка имитирующего менструальные выделения средства, которое не было впитано сверхвпитывающими частицами, из запечатанного пакетика. Пакетик с разбухшими сверхвпитывающими частицами взвешивают и количество имитирующего менструальные выделения средства, впитавшегося сверхвпитывающими частицами, рассчитывают как граммы имитирующего менструальные выделения средства/грамм сверхвпитывающего материала.
Скорость насыщения
«Скорость насыщения» сверхвпитывающих частиц может быть определена на обозначенном промежутке времени путем деления значения насыщаемости (г/г), описанной выше, на конкретный промежуток времени (килосекунды, кс), представляющий интерес, такой как 0,015, 0,030, 0,060, 0,120, 0,300, 0,600, 1,8 или 3,6 килосекунды.
Удерживающая способность при центрифугировании (CRC)
В испытании на удерживающую способность при центрифугировании (CRC) измеряют способность сверхвпитывающих частиц удерживать жидкость после насыщения и подвергания центрифугированию в контролируемых условиях. Полученную удерживающую способность выражают в граммах удерживаемой жидкости на грамм веса образца (г/г). Образец, подлежащий испытанию, получают из частиц, предварительно просеянных через сито с размером ячеек 30 меш по американскому стандарту и удерживаемых на сите с размером ячеек 50 меш по американскому стандарту. Частицы можно предварительно просеивать вручную или автоматически и их хранят в герметичном контейнере до испытания. Удерживающая способность измеряется путем помещения 0,2±0,005 грамма предварительно просеянного образца в водопроницаемый пакетик, который будет содержать образец, обеспечивая в то же время свободное впитывание раствора, применяющегося при испытаниях (имитирующего менструальные выделения средства), образцом. Может быть подходящим термосклеиваемый материал для чайного пакетика, такой как модель с обозначением 1234T термосклеиваемой фильтровальной бумаги. Пакетик образуют посредством сгибания образца 5 дюймов на 3 дюйма из материала пакетика пополам и термического склеивания двух открытых кромок с образованием прямоугольного пакета 2,5 дюйма на 3 дюйма. Склеиваемые швы могут составлять приблизительно 0,25 дюйма внутри кромки материала. После размещения образца внутри пакета, оставшаяся открытая кромка пакета также может термически склеиваться. Пустые пакетики также могут изготавливаться для выполнения функции контрольных образцов. Для испытания получали три образца (например, заполненные и герметичные пакетики). Заполненные пакетики подвергают испытанию в пределах трех минут после получения, если только их немедленно не помещают в герметичный контейнер, в этом случае заполненные пакетики необходимо подвергать испытанию в пределах тридцати минут после получения.
Пакетики помещают между двумя покрытыми TEFLON стекловолоконными экранами с 3 дюймовыми отверстиями (Taconic Plastics, Inc., Петерсбург, Нью-Йорк) и погружают в сосуд с раствором, применяющимся при испытаниях, при 23ºC, убедившись, что экраны удерживаются до тех пор, пока пакетики не будут полностью смочены. После смачивания образцы остаются в растворе в течение приблизительно 30±1 минута, по истечении которых их удаляют из раствора и временно кладут на невпитывающую плоскую поверхность. Для нескольких испытаний сосуд необходимо опустошить и повторно заполнить свежим раствором, применяющимся при испытаниях, после насыщения 24 пакетиков в сосуде.
Влажные пакетики затем помещают в корзину подходящей центрифуги, способной подвергнуть образцы перегрузке, составляющей приблизительно 350 g. Одной подходящей центрифугой является Heraeus LaboFuge 400, содержащая корзину для сбора воды, цифровой тахометр и подвергнутую механической обработке дренажную корзину, выполненную с возможностью удерживания образцов в пакетиках и слива из них раствора. Если центрифугированию подвергают несколько образцов, образцы можно размещать в противоположных положениях в центрифуге для уравновешивания корзины при вращении. Пакетики (в том числе влажные пустые пакетики) подвергают центрифугированию при приблизительно 1600 об./мин. (например, для достижения перегрузки приблизительно 350 g) в течение 3 минут. Пакетики извлекают и взвешивают, при этом пустые пакетики (контрольные образцы) взвешивают первыми с последующим взвешиванием пакетиков, содержащих образцы. Количество раствора, удерживаемого образцом, с учетом раствора, удерживаемого самим пакетиком, представляет собой удерживающую способность при центрифугировании (CRC) образца, выраженную в виде граммов текучей среды на грамм образца. Более конкретно, удерживающую способность при центрифугировании определяют как:
Вес пакетика с образцом после центрифугирования – Вес пустого пакетика после центрифугирования – Вес сухого образца
Вес сухого образца
Подвергают испытанию три образца и результаты усредняют для определения удерживающей способности (CRC) сверхвпитывающего материала. Образцы подвергают испытанию при 23ºC и 50% относительной влажности.
Время существования вихря
Время существования вихря представляет собой количество времени в секундах, необходимое для того, чтобы предварительно определенная масса сверхвпитывающих частиц остановила вихрь, образованный путем перемешивания 50 миллилитров имитирующего менструальные выделения средства при 750 оборотах в минуту на магнитной пластине для смешивания. Время, необходимое для остановки вихря, является указателем скорости впитывания в состоянии свободного набухания для частиц. Испытание на время существования вихря можно осуществлять при температуре 23°C, и относительной влажности 50% в соответствии со следующей процедурой.
(1) Отмеряют 50 миллилитров (±0,01 миллилитра) имитирующего менструальные выделения средства в лабораторный стакан объемом 100 миллилитров.
(2) Помещают покрытый TEFLON якорь магнитной мешалки без колец (такой как якорь, коммерчески доступный под торговым названием марки S/P для одной упаковки круглых якорей мешалки с удаляемым опорным кольцом) с размерами 7,9 миллиметра x 32 миллиметра в лабораторный стакан.
(3) Устанавливают программу плиты магнитной мешалки (такой как плита, коммерчески доступная под торговым названием DATAPLATE, модель № 721) на 600 оборотов в минуту.
(4) Помещают лабораторный стакан в центр плиты магнитной мешалки так, чтобы якорь магнитной мешалки активировался. Нижняя часть вихря должна находиться около верхней части якоря мешалки. Сверхвпитывающие частицы предварительно просеивают через сито с размером ячеек 30 меш по американскому стандарту (отверстия 0,595 миллиметра) и удерживают на сите с размером ячеек 50 меш по американскому стандарту (отверстия 0,297 миллиметра).
(5) Взвешивают необходимую массу сверхвпитывающих частиц, подлежащих испытанию, на бумаге для взвешивания.
(6) При перемешивании имитирующего менструальные выделения средства быстро выливают впитывающий полимер, подлежащий испытанию, в имитирующее средство и запускают секундомер. Сверхвпитывающие частицы, подлежащие испытанию, необходимо добавлять в имитирующее средство между центром вихря и стенкой лабораторного стакана.
(7) Секундомер останавливают, когда поверхность имитирующего менструальные выделения средства становится плоской, и записывают время. Время, записанное в секундах, приведено как время существования вихря.
ПРИМЕР 1
Fujimura, et al.
Изначально обеспечивали 15,00 грамма коммерчески доступных сверхвпитывающих частиц из сшитого полиакрилата. Частицы образовывали с помощью способа, описанного в патенте США № 8742023, выданном , и они характеризовались исходным временем существования вихря 106 секунд и CRC приблизительно 25 г/г при испытании с имитирующим менструальные выделения средством. Частицы набухали в избытке хорошего растворителя (т. е. солевого раствора) в течение 60 минут с достижением равновесной набухаемости. Затем избыток солевого раствора сливали и внедренную жидкость удаляли с применением методики вакуумной фильтрации. Система вакуумной фильтрации состояла из воронки Бюхнера, увлажненной фильтровальной бумаги, колбы Бюхнера, резиновой пробки и вакуумной трубки. Набухшие сверхвпитывающих частицы затем вручную переносили в 1 кг метанола высокой степени чистоты, соответствующей стандарту ACS, при постоянном перемешивании в лабораторном стакане из стекла типа пирекс объемом 2 л. Перемешивание осуществляли с помощью якоря магнитной мешалки с размерами L=5 см, D=0,9 см и скоростью перемешивания 800—1000 об./мин. Через 30 минут смесь растворителей сливали и к сверхвпитывающим частицам добавляли еще 1 кг свежего метанола. Через 30 минут смесь растворителей снова сливали и сверхвпитывающие частицы переносили в тефлоновые чашки Петри и высушивали в течение 1 часа в печи с принудительной подачей воздуха при 85ºC. Затем сверхвпитывающие частицы переносили в вакуумную печь с полным высушиванием и удалением остаточного метанола. Высушивание осуществляли при температуре 120—140ºC и давлении 30 дюймов рт. ст. в течение 4 часов. Высушенные сверхвпитывающие частицы затем регулировали с применением набора сит с размером ячеек 45—850 микрон. Частицы с размером 300—600 микрон в диаметре собирали для дополнительной оценки.
ПРИМЕР 2
Частицы образовывали, как описано в примере 1, за исключением того, что применяли этанол высокой степени чистоты, соответствующей стандарту ACS, 200 пруф во время стадии замены растворителя/осадителя.
ПРИМЕР 3
Частицы образовывали, как описано в примере 1, за исключением того, что применяли изопропиловый спирт во время стадии замены растворителя/осадителя.
ПРИМЕР 4
Частицы образовывали, как описано в примере 1, за исключением того, что применяли ацетон во время стадии замены растворителя/осадителя.
Также определяли различные свойства пор для примеров 1—4 с применением испытания, описанного выше. Распределение пор по размеру для образцов показано на фиг. 2—6, и результаты представлены в таблице ниже.
ПРИМЕР 5
Частицы образовывали, как описано в примере 2, за исключением того, что частицы изначально набухали в 5 вес. % растворе хлорида натрия.
ПРИМЕР 6
Частицы образовывали, как описано в примере 2, за исключением того, что частицы изначально набухали в 10 вес. % растворе хлорида натрия.
ПРИМЕР 7
Частицы образовывали, как описано в примере 2, за исключением того, что частицы изначально набухали в 15 вес. % растворе хлорида натрия.
ПРИМЕР 8
Частицы образовывали, как описано в примере 2, за исключением того, что частицы изначально набухали в 20 вес. % растворе хлорида натрия.
ПРИМЕР 9
Частицы образовывали, как описано в примере 2, за исключением того, что частицы изначально набухали в 30 вес. % растворе этанола высокой степени чистоты, соответствующей стандарту ACS, 200 пруф в деионизованной воде.
ПРИМЕР 10
Частицы образовывали, как описано в примере 2, за исключением того, что частицы изначально набухали в 40 вес. % растворе этанола высокой степени чистоты, соответствующей стандарту ACS, 200 пруф в деионизованной воде.
ПРИМЕР 11
Частицы образовывали, как описано в примере 2, за исключением того, что частицы изначально набухали в 50 вес. % растворе этанола высокой степени чистоты, соответствующей стандарту ACS, 200 пруф в деионизованной воде.
ПРИМЕР 12
Частицы образовывали, как описано в примере 2, за исключением того, что частицы изначально набухали в 60 вес. % растворе этанола высокой степени чистоты, соответствующей стандарту ACS, 200 пруф в деионизованной воде.
ПРИМЕР 13
Частицы образовывали, как описано в примере 2, за исключением того, что частицы изначально набухали в 80 вес. % растворе этанола высокой степени чистоты, соответствующей стандарту ACS, 200 пруф в деионизованной воде.
ПРИМЕР 14
Частицы образовывали, как описано в примере 1, за исключением того, что время замены растворителя/осадителя снижали от 30 мин. до 15 мин. на стадию.
ПРИМЕР 15
Частицы образовывали, как описано в примере 1, за исключением того, что время замены растворителя/осадителя снижали от 30 мин. до 5 мин. на стадию.
ПРИМЕР 16
Частицы образовывали, как описано в примере 1, за исключением того, что количество метанола снижали от 1 кг до 0,5 кг на стадию.
ПРИМЕР 17
Частицы образовывали, как описано в примере 16, за исключением того, что время замены растворителя/плохого растворителя снижали от 30 минут до 15 минут.
ПРИМЕР 18
Частицы образовывали, как описано в примере 16, за исключением того, что время замены растворителя/плохого растворителя снижали от 30 минут до 5 минут.
ПРИМЕР 19
15,00 грамм тех же сверхвпитывающих частиц, обеспеченных в примере 1, вручную переносили в 1 кг метанола высокой степени чистоты, соответствующей стандарту ACS, при постоянном перемешивании в лабораторном стакане из стекла типа пирекс объемом 2 л. Перемешивание осуществляли с помощью якоря магнитной мешалки с размерами L=5 см, D=0,9 см и скоростью перемешивания 800—1000 об./мин. Через 30 минут смесь растворителей сливали и к сверхвпитывающим частицам добавляли еще 1 кг свежего метанола. Через 30 минут смесь растворителей снова сливали и сверхвпитывающие частицы переносили в тефлоновые чашки Петри и высушивали в течение 1 часа в печи с принудительной подачей воздуха при 85ºC. Затем сверхвпитывающие частицы переносили в вакуумную печь с полным высушиванием и удалением остаточного метанола. Высушивание осуществляли при температуре 120—140ºC и давлении 30 дюймов рт. ст. в течение 4 часов. Высушенные сверхвпитывающие частицы затем регулировали с применением набора сит с размером ячеек 45—850 микрон. Частицы с размером 300—600 микрон в диаметре собирали для дополнительной оценки.
ПРИМЕР 20
Частицы образовывали, как описано в примере 19, за исключением того, что применяли этанол высокой чистоты для промывания сверхвпитывающих частиц.
ПРИМЕР 21
Частицы образовывали, как описано в примере 19, за исключением того, что применяли изопропиловый спирт высокой чистоты для промывания сверхвпитывающих частиц.
ПРИМЕР 22
Частицы образовывали, как описано в примере 19, за исключением того, что применяли ацетон высокой чистоты для промывания сверхвпитывающих частиц.
Образцы из примера 20 испытывали в отношении времени существования вихря, CRC, впитывающей способности (при 0,5 фунта/кв. дюйм) и насыщаемости (1,8 кс), как рассмотрено выше. Результаты изложены ниже.
На фиг. 1 также представлены микрофотографии, полученные с помощью SEM, на которых показаны частицы из примера 1 перед процедурой замены растворителя и после нее. Как указано, замена растворителя приводит к образованию частиц, содержащих поровую сеть, которая включает множество нанопор.
ПРИМЕР 23
Fujimura, et al.
Частицы образовывали с помощью способа, описанного в патенте США № 8742023, выданном , и испытывали с помощью солевого раствора, и они характеризовались исходным временем существования вихря 35 секунд и CRC приблизительно 27,5 г/г. Частицы просеивали до обеспечения размера 600—1000 микрон и затем уменьшали в размере с применением измельчителя и снова просеивали для сбора фракции 300—600 микрон.
ПРИМЕР 24
Fujimura, et al.
Частицы образовывали с помощью способа, описанного в патенте США № 8742023, выданном , и испытывали с помощью солевого раствора, и они характеризовались исходным временем существования вихря 35 секунд и CRC приблизительно 27,5 г/г. Частицы обрабатывали растворителем и затем промывали осадителем, как описано в данном документе, с образованием сверхвпитывающих частиц с пустотами. Частицы затем просеивали до обеспечения размера 600—850 микрон и уменьшали в размере с применением измельчителя и снова просеивали для сбора фракции 300—600 микрон.
Образцы из примера 23 и примера 24 подвергали испытанию в отношении удельной площади поверхности (B.E.T.) в соответствии с ISO 9277:2010. Результаты изложены ниже.
Несмотря на то, что настоящее изобретение было подробно описано относительно его конкретных вариантов осуществления, следует понимать, что специалисты в данной области техники при достижении понимания вышеизложенного смогут легко представить себе изменения, модификации и эквиваленты этих вариантов осуществления. Соответственно, объем настоящего изобретения следует определять как объем прилагаемой формулы изобретения и любых ее эквивалентов.