專利名稱：由可膨脹性吸收材料制成的用于吸收水性體液的帶裂隙吸收部件的制作方法
本申請(qǐng)涉及柔韌的、帶微孔的吸收性材料，該材料具有液體吸收和保留特性，尤其適合于吸收水性體液，如尿液、血液、月經(jīng)、創(chuàng)傷性液體等。本申請(qǐng)尤其涉及在由吸收性開(kāi)孔的聚合物泡沫材料形成的吸收部件中使用帶有裂隙的區(qū)域，當(dāng)吸收性泡沫材料吸收了這些水性體液時(shí)，這種材料有可能在該吸收部件的平面內(nèi)在至少一個(gè)方向上膨脹。
開(kāi)發(fā)具有高度吸收性的材料以用于一次性尿布、成人尿失禁用尿墊和三角褲、經(jīng)期用品如衛(wèi)生巾、一次性醫(yī)用品如繃帶和敷料，在商業(yè)上有很大的利潤(rùn)，這類產(chǎn)品的理想特征是其厚度要薄。例如，薄的尿布穿起來(lái)不壅腫，在衣服內(nèi)較合身，而且不會(huì)引起注意。薄的產(chǎn)品包裝時(shí)也較易壓縮，便于消費(fèi)者攜帶和儲(chǔ)存。在包裝上的壓縮也使得生產(chǎn)廠家和分銷商降低了分銷成本，包括減少了存儲(chǔ)中每件吸收性產(chǎn)品所需的貨架空間。
是否能夠提供較薄的吸收性產(chǎn)品如尿布一直是取決于開(kāi)發(fā)相對(duì)薄的吸收性芯件或構(gòu)件的能力，這種芯件或構(gòu)件能夠攝取和儲(chǔ)存大量排出的體液，特別是尿液。在這方面，使用經(jīng)常被稱作是“水凝膠”、“超吸收劑”或“水膠體”材料的某些特定吸收性聚合物向來(lái)尤為重要。參見(jiàn)，例如，美國(guó)專利3,699,103(Harper等人)，1972年6月13日公開(kāi)，和美國(guó)專利3,770,731(Harmon)，1972年6月20日公開(kāi)，在這些專利中公開(kāi)了將這種特定吸收性聚合物用于吸收性產(chǎn)品。的確，在這種利用了特定吸收性聚合物吸收大量排出體液的較薄吸收芯件開(kāi)發(fā)之后，特別是當(dāng)與纖維基材結(jié)合使用時(shí)，才產(chǎn)生了較薄型的尿布。參見(jiàn)，例如，1987年6月16日公開(kāi)的美國(guó)專利4,673,402(Weisman等)和1990年6月19日公開(kāi)的美國(guó)專利4,9 35,022(Lash等人)，該專利公開(kāi)了包括一種纖維基材和特定吸收性聚合物的雙層芯結(jié)構(gòu)，適用于加工成壓縮的、非壅腫薄型尿布。
這些特定吸收性聚合物具有保留大量水性體液如尿液的能力。有代表性的這些特定吸收性聚合物是輕度交聯(lián)的聚丙烯酸酯。象許多其他的吸收性聚合物，這些輕度交聯(lián)的聚丙烯酸酯含有連接到聚合物主鏈上的大量陰離子(帶電荷)羧基。由于滲透壓的作用，正是這些帶電荷的羧基使得該聚合物能夠吸收水性體液。
除了滲透壓之外，基于毛細(xì)力所產(chǎn)生的吸收性在許多吸收性產(chǎn)品(包括尿布)中也是很重要的。毛吸力在各種日常現(xiàn)象中是顯而易見(jiàn)的，例如，紙巾可以吸收溢出的液體。毛細(xì)吸收體可以在液體攝取和毛細(xì)吸收速度(wicking)方面提供良好的性能，即能夠?qū)⑺砸后w從開(kāi)始接觸點(diǎn)移走。的確，上述的雙層芯吸收結(jié)構(gòu)使用了纖維基材作為基本的毛細(xì)輸送載體，以輸送開(kāi)始攝取的水性體液至整個(gè)吸收芯，以便被該芯的各區(qū)或?qū)觾?nèi)的特定吸收性聚合物所吸收和保留。
其他能夠提供毛細(xì)液體輸送能力的吸收性材料是開(kāi)孔聚合物泡沫。如果恰當(dāng)制備，開(kāi)孔式聚合物泡沫能夠提供用于高效吸收性芯所需的毛細(xì)液體攝取、輸送和儲(chǔ)存特性，以用于吸收性產(chǎn)品，如尿布。含有這些泡沫的吸收性產(chǎn)品具有理想的整體吸濕性(wetintegrity)，在整個(gè)穿戴期間感覺(jué)舒適，并且在使用過(guò)程中不會(huì)變形。另外，含有這些泡沫結(jié)構(gòu)的吸收性產(chǎn)品易于大規(guī)模生產(chǎn)。例如，吸收性尿布芯可以從連續(xù)的泡沫條上簡(jiǎn)單地切下，并且可以被設(shè)計(jì)成比含有特定聚合物的充氣纖維吸收芯具有更大的完整性和統(tǒng)一性。這些泡沫也可以被制成任何所需的形狀，或甚至制成整體尿布。
文獻(xiàn)和商業(yè)實(shí)踐中隨處可見(jiàn)關(guān)于為不同目的而吸收不同液體的各種類型聚合物泡沫的描述。的確，以往已經(jīng)介紹了利用某些類型的聚合物泡沫材料作為吸收性產(chǎn)品如尿布和經(jīng)期用品的成份。參見(jiàn)，例如，1977年6月14日公開(kāi)的美國(guó)專利4,029,1000(Karami)，該專利公開(kāi)了一種能保持形狀的尿布，它在吸收墊組體的分叉區(qū)使用了一種泡沫成份，以提供較高的濕彈性。某些類型的聚合物泡沫材料也一直被認(rèn)為適用于吸收產(chǎn)品，以達(dá)到實(shí)際吸收、毛細(xì)吸收和/或保留水性體液的目的。參見(jiàn)，例如1971年2月6日公開(kāi)的美國(guó)專利3,563,243(Lindquist)(用于尿布等的吸收墊，其中基本的吸收劑是親水的聚氨酯泡沫片)；1985年11月19日公開(kāi)的美國(guó)專利4,554,297(Dabi)(可用于尿布或經(jīng)期用品體液吸收的多孔聚合物)；1988年4月26日公開(kāi)的美國(guó)專利4,740,528(Garvey等人)(其中某些海綿狀吸收劑是由某些類型的毛細(xì)吸收性好的交聯(lián)的聚氨酯泡沫制備的吸收性組合結(jié)構(gòu)如尿布、婦女保健用品等)。1992年9月15日公開(kāi)的美國(guó)專利No.5,147,345(Young等人)，描述了適用于由這些聚合物泡沫材料制成的吸收性部件的各種可能吸收性產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，在本文中被引用作為參考。
盡管各種聚合物泡沫材料一直被建議用作吸收性產(chǎn)品，但是，已開(kāi)發(fā)出了具有下列理想特征的吸收性開(kāi)孔聚合物泡沫(a)在吸收體液方面比吸收性產(chǎn)品中的其他組份表現(xiàn)出相對(duì)更大的親合性，結(jié)果使得該泡沫材料能從這些其他組份中吸取(分離)液體，并將液體保存在該泡沫結(jié)構(gòu)當(dāng)中；(b)相對(duì)好的毛細(xì)吸收和液體分散特性，以便于該泡沫將所吸收的尿液或其他體液從開(kāi)始浸濕區(qū)移開(kāi)并輸送到泡沫結(jié)構(gòu)的未使用的平衡部分，從而能夠再吸收后繼噴出的液體；和(c)在負(fù)載即壓力下，具有相對(duì)高的液體容量的相對(duì)大的儲(chǔ)存能力。
如前所述，為了制備相對(duì)薄的吸收性產(chǎn)品，如尿布，一般需要一種較薄的吸收芯。然而，提供一種直到在被水性體液濕透前都保持相對(duì)薄的形狀的吸收性聚合物泡沫材料并不是輕而易舉的事。該吸收性泡沫材料在一般存儲(chǔ)過(guò)程中和被濕透之前需要保持相對(duì)較薄。這種相對(duì)薄的聚合物泡沫材料如果被用于高性能吸收芯結(jié)構(gòu)必須還具有上述所需的吸收特性。制備具有足夠柔軟的和韌性的相對(duì)薄的聚合物泡沫以滿足穿戴者的舒適性，也不是一件簡(jiǎn)單的任務(wù)。
已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了相對(duì)薄的，塌癟的(即未膨脹的)聚合物材料，當(dāng)其與水性體液接觸時(shí)，它可以膨脹并吸收這些液體。這些吸收性聚合物泡沫材料包括一種親水的、柔韌的、由互相連接在一起的開(kāi)孔所構(gòu)成的非離子聚合物泡沫結(jié)構(gòu)。這些塌癟的聚合物泡沫材料在一般運(yùn)輸、儲(chǔ)存和使用狀態(tài)中保持相對(duì)薄，直到最終被水性體液濕透才膨脹開(kāi)。由于其優(yōu)越的吸收性能，包括毛細(xì)液體輸送能力，這些塌癟的聚合物泡沫材料尤其適用于高性能吸收芯，以用于吸收性產(chǎn)品中，如一次性尿布、成人尿失禁用尿墊或三角褲、經(jīng)期用品如衛(wèi)生巾、一次性醫(yī)用品如繃帶和敷料等。這些塌癟聚合物泡沫材料在共同申請(qǐng)的申請(qǐng)未決的美國(guó)專利申請(qǐng)系列號(hào)07/989,270(Dyer等人，1992年12月11日申請(qǐng))中進(jìn)行了描述，該公開(kāi)內(nèi)容被引用作為參考。
盡管這種聚合物泡沫材料表現(xiàn)出了優(yōu)越的儲(chǔ)存能力，并且具有在濕透之前較薄的特性，但是與其他材料相比它們攝取液體速度較幔。結(jié)果是突然噴出的液體會(huì)從這種吸收性部件的表面流走，相比較起來(lái)幾乎沒(méi)有液體被實(shí)際吸收和儲(chǔ)存。這樣又會(huì)導(dǎo)致在該產(chǎn)品的吸收能力被完全利用之前出現(xiàn)過(guò)早的產(chǎn)品泄漏。另外，使用相對(duì)厚的片材或增加聚合物泡沫材料層數(shù)來(lái)增加儲(chǔ)存能力，結(jié)果造成吸收性產(chǎn)品壅腫，并沒(méi)有改進(jìn)攝取速度。
因此，希望能夠制備一種吸收性部件，該部件(1)具有足夠或特別優(yōu)越的攝取特性，從而對(duì)于吸收性產(chǎn)品如一次性尿布、成人尿失禁用尿墊或三角褲、經(jīng)期用品如衛(wèi)生巾、一次性醫(yī)用品如繃帶和敷料等中所用的高性能吸收芯來(lái)說(shuō)是理想的；(2)具有足夠的韌性和柔軟性，以便為穿戴該吸收產(chǎn)品的顧客提供好的舒適感；(3)利用機(jī)械特性與材料特性的結(jié)合產(chǎn)生突出的動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)；和(4)能夠以相對(duì)合理或低的成本進(jìn)行商業(yè)規(guī)模生產(chǎn)。
本發(fā)明涉及在由吸收性材料形成的吸收部件中使用帶裂隙的區(qū)域，當(dāng)該吸收材料吸收了水性體液時(shí)能夠在吸收部件平面內(nèi)的至少一個(gè)方向上膨脹。特別是，本發(fā)明涉及由相對(duì)薄的、塌癟的(即未膨脹的)聚合物泡沫材料形成的吸收性部件中使用這些帶裂隙的區(qū)域，當(dāng)它們吸收了水性體液時(shí)能在吸收性部件平面內(nèi)在至少一個(gè)方向上膨脹。這些吸收聚合物泡沫材料優(yōu)選包含一種親水的、柔韌的、由相連接的開(kāi)孔組成的聚合物泡沫結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)當(dāng)接觸到含水體液時(shí)在所有方向上向外膨脹并吸收這些液體。重要的是，這些泡沫材料的膨脹過(guò)程是可逆的，當(dāng)液體由于蒸發(fā)或遷移到其他吸收部件而離開(kāi)該吸收部件時(shí)，該泡沫材料至少部分地塌癟，并且能夠吸收接著可能排出的液體。
與該吸收性部件的無(wú)裂隙區(qū)相比，由于裂隙邊緣所提供的表面積的增加，使得裂隙區(qū)攝取液體的速度更快。當(dāng)材料膨脹時(shí)，裂隙區(qū)的表面積迅速增加，而這種表面積的增加導(dǎo)致攝取速度的進(jìn)一步增加。攝取更多的液體引起進(jìn)一步的膨脹，并且增加表面積等，直到?jīng)]有更多的液體導(dǎo)入或直到泡沫材料達(dá)到其完全膨脹狀態(tài)(不管哪種情況先發(fā)生)。
除了增加攝取速度和增加柔韌性外，攝取液體的裂隙區(qū)結(jié)合無(wú)裂隙和/或相對(duì)較干燥的周圍區(qū)域以及泡沫材料的平面伸展特性，使得該吸收部件對(duì)各種液體負(fù)荷狀態(tài)作出動(dòng)態(tài)響應(yīng)，產(chǎn)生有益的結(jié)構(gòu)特性。
在一種結(jié)構(gòu)中，聚合物泡沫吸收部件的沉積區(qū)有多個(gè)裂隙以形成一個(gè)裂隙區(qū)，而吸收部件的周邊仍為無(wú)裂隙區(qū)。在穿戴者使用過(guò)程中，該無(wú)裂隙的周邊區(qū)域還提供了該吸收部件更大的結(jié)構(gòu)整體性。當(dāng)液體通過(guò)裂隙區(qū)導(dǎo)入到吸收部件時(shí)，該裂隙區(qū)比周圍無(wú)裂隙區(qū)以更快的速度和更大的程度膨脹，該裂隙區(qū)受到其邊緣的較慢膨脹的無(wú)裂隙區(qū)的限制，這樣在吸收部件平面上的繼續(xù)膨脹迫使它在吸收部件平面的外邊變形和彎曲，形成至少一種園丘形結(jié)構(gòu)。
這種園丘形結(jié)構(gòu)的效果是引起裂隙敞開(kāi)，裂隙表面積成角度地和/或轉(zhuǎn)移性地移位，至少部分地暴露出裂隙表面積，為之后排出的液體提供增加的表面積。園丘的作用還可以在吸收部件下產(chǎn)生一空閑空間，液體通過(guò)敞開(kāi)的裂隙可到達(dá)該空間。此空間為攝取和分離多余的液體提供臨時(shí)的應(yīng)急儲(chǔ)存能力，直至液體被該吸收部件吸收和存儲(chǔ)。
另一種結(jié)構(gòu)中，將上述的吸收部件用于在一多層結(jié)構(gòu)中與一種無(wú)裂隙聚合物泡沫吸收部件進(jìn)行液體傳遞。當(dāng)液體進(jìn)入有裂隙層的沉積區(qū)時(shí)，裂隙層的作用如前所述。然后無(wú)裂隙層開(kāi)始從有裂隙層攝取液體，當(dāng)無(wú)裂隙層在吸收部件的平面上膨脹的同時(shí)，裂隙層開(kāi)始復(fù)原到其塌癟狀態(tài)。由于兩層之間的約束力防止了它們之間的相對(duì)滑動(dòng)(只要層與層直接接觸或由一個(gè)防止相對(duì)運(yùn)動(dòng)的中間部件相連)，膨脹的無(wú)裂隙層可在該裂隙層塌癟或分離液體到無(wú)裂隙層時(shí)引起有裂隙層上的裂隙保持敞開(kāi)和/或進(jìn)一步敞開(kāi)。裂隙之間的獨(dú)立泡沫材料條在平面方向上的收縮會(huì)使這種效果加強(qiáng)。
與只是敞開(kāi)的相對(duì)比，該裂隙表面還具有一種優(yōu)越的漏斗樣形狀(與它們平常的直邊、平行取向相比)，由于對(duì)流過(guò)來(lái)的液體暴露了增加的表面積，使這種形狀增強(qiáng)了吸收部件對(duì)進(jìn)一步排出液體的快速攝取能力。這種漏斗樣形狀是由于當(dāng)裂隙層被保持與無(wú)裂隙層接觸使得與無(wú)裂隙層相接觸的裂隙層表面受到限止時(shí)，而裂隙層的自由表面收縮所產(chǎn)生的，這樣在裂隙層內(nèi)與吸收部件平面的法向方向上產(chǎn)生了應(yīng)力差。
在另一種結(jié)構(gòu)中，可以將聚合物泡沫吸收部件粘結(jié)在硬基質(zhì)上而進(jìn)行泡沫脫水處理產(chǎn)生上述的漏斗樣裂隙效果，或經(jīng)過(guò)其他方法在將泡沫材料干燥并準(zhǔn)備加入到吸收性產(chǎn)品中時(shí)，將裂隙制成漏斗樣形狀。這樣生產(chǎn)的吸收部件可以和已經(jīng)預(yù)先形成了一種開(kāi)放結(jié)構(gòu)的裂隙一起加工到吸收性產(chǎn)品中，為快速攝取液體提供了增加的表面積。在攝取液體時(shí)，該裂隙表面互相接近，并且當(dāng)裂隙間的泡沫材料回到其膨脹狀態(tài)時(shí)該表面變得更為平行。這種預(yù)先形成的漏斗樣裂隙取向還特別適用于對(duì)濕的或稀的糞便的容納和脫水，以及適用于攝取較高粘性的液體和/或那些具有較高濃度的特定物質(zhì)如血液、月經(jīng)、或創(chuàng)傷液體。
附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明參照下面的詳細(xì)描述及附圖，可以更好地理解本發(fā)明

圖1是本發(fā)明的一種代表性吸收聚合物泡沫在塌癟狀態(tài)下斷面?zhèn)纫曪@微照片(放大1500倍)。
圖2是本發(fā)明的一種代表性吸收聚合物泡沫在膨脹狀態(tài)下斷面的顯微照片(放大1000倍)。
圖3是根據(jù)本發(fā)明一種由含有優(yōu)選輔助乳化劑系統(tǒng)的HIPE乳液制備的吸收性聚合物泡沫的斷面顯微照片(放大1000倍)。
圖4是本發(fā)明第一實(shí)施例的吸收部件的平面俯視圖。
圖5是圖4的吸收部件沿5-5線斷開(kāi)的垂直剖面圖。
圖6是圖4的吸收部件片段垂直剖面圖，表示了一個(gè)獨(dú)立的裂隙。
圖7和8是圖4的吸收部件在部分浸濕的狀態(tài)下的剖面圖(分別沿Y和X方向觀看)。
圖9是圖4的吸收部件在部分浸濕狀態(tài)下的透視圖。
圖10是圖9的部分浸濕吸收部件沿10-10線斷開(kāi)的剖面圖。
圖11是本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施例中的多層吸收部件的透視圖。
圖12和13是圖11的吸收部件在部分浸濕狀態(tài)下分別沿12-12和13-13線斷開(kāi)的剖面圖。
圖14是本發(fā)明第三個(gè)實(shí)施例中的吸收部件的平面俯視圖。
圖15是圖14吸收部件類似于圖5剖面圖。
圖16是圖14吸收部件的片斷平面俯視圖，代表了一個(gè)裂隙在其預(yù)制狀態(tài)下的放大圖。
圖17和18圖示說(shuō)明了形成本發(fā)明吸收部件裂隙區(qū)的兩種可能的方法。
盡管本發(fā)明的原則適用于任何吸收材料形成的所述吸收部件，該吸收材料具有相互連接的開(kāi)放空間網(wǎng)絡(luò)，它能在吸收部件內(nèi)輸送水性體液，并且在攝取這種液體時(shí)膨脹，但是目前用于本發(fā)明的優(yōu)選材料是聚合物泡沫材料。
本發(fā)明所說(shuō)的聚合物泡沫類型的特征是下述方法形成的結(jié)構(gòu)，即將相對(duì)無(wú)單體液體以液滴或“氣泡”形式分散在一種可聚合的含單體的液體中，然后在包圍液滴的含單體液體中，使單體進(jìn)行聚合。所生成的聚合分散體可以呈聚集了多個(gè)孔的孔狀固態(tài)結(jié)構(gòu)，這些孔的外周或壁含有固態(tài)的聚合物。這些孔本身含有相對(duì)無(wú)單體的液體，這些液體在聚合之前已在液體分散系中形成液滴。
包括由油包水乳液制備的泡沫在內(nèi)的聚合物泡沫的特征可以是相對(duì)封孔的或相對(duì)開(kāi)孔的，這取決于這些孔的壁或外周(即孔窗)是否充滿或缺乏聚合物材料和/或充滿或缺乏的程度。適用于本發(fā)明吸收產(chǎn)品和結(jié)構(gòu)的聚合泡沫材料是那些相對(duì)開(kāi)孔的材料，其中泡沫的各單個(gè)孔之間絕大部分沒(méi)有被孔壁的聚合物材料全部彼此分開(kāi)。因此，這些基本上開(kāi)孔式泡沫結(jié)構(gòu)中的孔具有孔間開(kāi)口或“窗口”，這些口的大小足以允許在該泡沫結(jié)構(gòu)中將存在的液體從一個(gè)孔轉(zhuǎn)移到另一個(gè)孔。
在適用于本發(fā)明的基本開(kāi)孔式結(jié)構(gòu)類型中，該泡沫一般具有網(wǎng)狀特性，單個(gè)的孔被多個(gè)互相連接的、三維分枝的網(wǎng)所包圍。形成開(kāi)孔式泡沫結(jié)構(gòu)分枝網(wǎng)的線狀聚合物材料可以被稱作“支架”。具有典型的支架型結(jié)構(gòu)的開(kāi)孔式泡沫可通過(guò)圖2所示的顯微照片舉例說(shuō)明。在本發(fā)明中，如果泡沫結(jié)構(gòu)中至少有80％至少1微米大小的孔可以與至少一個(gè)相鄰孔進(jìn)行液體轉(zhuǎn)移，這種泡沫材料則是“開(kāi)孔的”?；蛘?，如果泡沫中所測(cè)定的孔體積至少是理論孔體積(例如由制備泡沫材料的乳液中水油重量之比所確定的體積)的80％，該泡沫材料可以被認(rèn)為基本上開(kāi)孔的。
除了是開(kāi)孔的之外，用于本發(fā)明的聚合物材料還具有親水性。本發(fā)明的泡沫必須是有足夠的親水性，以允許該泡沫吸收如下文所述量的水性體液。正如下文涉及到的優(yōu)選泡沫類型和泡沫制備方法時(shí)所討論的，可以借助聚合之后留在泡沫結(jié)構(gòu)中的殘留親水劑使本發(fā)明的泡沫結(jié)構(gòu)內(nèi)表面具有親水性，或者通過(guò)選擇可改變形成該泡沫結(jié)構(gòu)材料表面能的聚合后泡沫處理方法來(lái)獲得親水性。
可以參照這些泡沫與可吸收的測(cè)試液體接觸時(shí)所表現(xiàn)出的“粘合張力”來(lái)定量聚合物泡沫結(jié)構(gòu)如用于本發(fā)明的那些結(jié)構(gòu)的“親水”程度。
粘合張力由下式所定義AT＝γCOSθ其中AT是以達(dá)因/厘米單位表示的粘合張力；γ是以達(dá)因/厘米單位表示的由該泡沫材料所吸收的測(cè)試液體的表面張力；θ是指在該聚合物泡沫表面與測(cè)試液體接觸點(diǎn)的該泡沫表面與該測(cè)試液相切的矢量之間的夾角的度數(shù)，即接觸角度數(shù)。
對(duì)于任何給出的親水性泡沫材料，可通過(guò)一種實(shí)驗(yàn)方法測(cè)定該泡沫所表現(xiàn)出的粘合張力，該方法是測(cè)定一種已知尺寸和毛細(xì)吸收特定表面積的泡沫樣本對(duì)測(cè)試液體(如合成尿液或丙醇)攝取的重量。這種方法在共同申請(qǐng)人申請(qǐng)的未決的美國(guó)專利申請(qǐng)系列號(hào)No.07/989,270(Dyer等人，1992年12月11日申請(qǐng))的測(cè)試方法部分中有更為詳細(xì)地描述，其公開(kāi)內(nèi)容在本文被引用作為參考。在本發(fā)明用作吸收劑的泡沫一般是那些已賦予親水特性的泡沫，它們的親水程度是用具有65±5達(dá)因/厘米表面張力的合成尿液的毛細(xì)吸收攝取測(cè)定，大約15至大約65達(dá)因/厘米，更優(yōu)選為大約20至65達(dá)因/厘米的粘合張力。
用于本發(fā)明的聚合物泡沫材料的性質(zhì)、特色和/或特征在一定程度上是相關(guān)和互相依賴的，但基本上可分為如下幾類(I)與其塌癟狀態(tài)尤其相關(guān)的特征；(II)與其膨脹狀態(tài)特別相關(guān)的特征；(III)與其塌癟或膨脹狀態(tài)等同相關(guān)的那些特征；和(IV)那些與水性體液接觸時(shí)所表現(xiàn)出的吸收性特別相關(guān)的特性。
在下面相應(yīng)依次標(biāo)注的章節(jié)I-IV中，更為詳細(xì)地解釋了上述的性質(zhì)、特色和/或特征。第V部分介紹了這些吸收部件中裂隙區(qū)所提供的性質(zhì)和特征，而第VI部分介紹了制備目前優(yōu)選類型聚合物泡沫材料實(shí)用的方法。最后，是實(shí)施例，介紹了已發(fā)現(xiàn)特別實(shí)用于本發(fā)明的特定聚合物泡沫材料。
下面部分特別涉及當(dāng)前優(yōu)選的各種聚合物泡沫材料，但是針對(duì)特定材料所描述的原理也適用于具有類似膨脹特征的其他各種泡沫材料和其他吸收材料。
I、塌癟狀態(tài)。
適用于本發(fā)明的聚合物泡沫材料一般是通過(guò)如下文所述的使HIPE型乳液聚合而制備的。這些是具有相對(duì)少量的油相和相對(duì)大量的水相的油包水型乳液。因此，在聚合之后，所生的泡沫含有大量的水?？梢酝ㄟ^(guò)壓力從泡沫中除去水份，和/或通過(guò)熱干燥如在干燥箱中加熱，或通過(guò)真空脫水與壓力一起來(lái)減少水份。擠壓和/或干燥之后，該聚合物泡沫材料處于三維塌癟(或未膨脹)狀態(tài)。
圖1的顯微照片表示的是通過(guò)擠壓而除去水份的有代表性的塌癟HIPE泡沫的多孔結(jié)構(gòu)。如圖1所示，泡沫的多孔結(jié)構(gòu)是扭曲的，特別是與圖2所示的HIPE泡沫結(jié)構(gòu)相比而言。(圖2所示的泡沫結(jié)構(gòu)是處于膨脹狀態(tài)的結(jié)構(gòu))。再如圖1中所示，泡沫結(jié)構(gòu)中的空間或孔(黑色區(qū)域)已變平或伸長(zhǎng)。在該泡沫結(jié)構(gòu)的相鄰支架之間也沒(méi)有或很少接觸。
在擠壓和/或干燥之后，塌癟的聚合物泡沫材料能夠再膨脹，特別是在被水性體液浸濕時(shí)。(參見(jiàn)圖2，表示了用于本發(fā)明的在膨脹狀態(tài)下的典型HIPE泡沫結(jié)構(gòu)。)令人驚奇的是，這些聚合物泡沫材料在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，如至少一直到1年內(nèi)，可以保持其塌癟狀態(tài)或未膨脹狀態(tài)。這些聚合物泡沫材料保持其塌癟/未膨脹狀態(tài)的能力被認(rèn)為是由于毛細(xì)力，特別是泡沫結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生的毛細(xì)壓力所至。在本文中，“毛細(xì)壓力”是指由于泡沫孔內(nèi)較窄范圍中液面彎曲而產(chǎn)生的液/氣界面的壓力差。[參見(jiàn)Chatterjee，“Absorbe-ncy，”Textile Science and Technology，Vol.7，1985，P.36.]。對(duì)于濕性液體而言，與大氣壓相比這基本上是一種壓力下降。
在擠壓和/或干燥之后，用于本發(fā)明的聚合物泡沫材料具有殘余的水份，這包括其中結(jié)合的吸濕性的水合鹽(如下文所述)相連的結(jié)合水、以及泡沫內(nèi)吸收的游離水。人們相信正是這些殘余的水(在水合鹽的輔助下)給制得的塌癟泡沫結(jié)構(gòu)帶來(lái)了毛細(xì)壓力。用于本發(fā)明的塌癟聚合物泡沫材料在72°F(22℃)和50％相對(duì)濕度的環(huán)境條件下存放時(shí)具有該泡沫重量至少4％，通常是4至30％的殘余水量。用于本發(fā)明的優(yōu)選塌癟聚合物泡沫材料具有該泡沫重量的約5至15％的殘余水量。
在其塌癟狀態(tài)下，該泡沫結(jié)構(gòu)內(nèi)所產(chǎn)生的毛細(xì)壓力至少等于由該壓縮的聚合物的彈性回復(fù)或模量所產(chǎn)生的力。換句話說(shuō)，保持塌癟的泡沫材料相對(duì)較薄所必需的毛細(xì)壓力是由該壓縮的聚合物泡沫“回彈”時(shí)所產(chǎn)生的平衡力所確定的。該聚合物泡沫的彈性恢復(fù)趨勢(shì)可由應(yīng)力-應(yīng)變實(shí)驗(yàn)測(cè)定，在該實(shí)驗(yàn)中將膨脹的泡沫壓縮到其原來(lái)膨脹厚度的大約25％，然后保持這種壓縮狀態(tài)直至測(cè)定出平衡或松馳應(yīng)力值?；蛘?，通過(guò)對(duì)塌癟狀態(tài)的聚合物泡沫在接觸到水性液體(如水)時(shí)的測(cè)定來(lái)確定平衡松馳應(yīng)力值。這第二種形式的松弛應(yīng)力值在下文中被稱作是泡沫的“膨脹壓”。在共同申請(qǐng)的未決的美國(guó)專利申請(qǐng)系統(tǒng)號(hào)No.07/989,270(Dyer等，1992年12月11日申請(qǐng))的測(cè)試方法部分對(duì)測(cè)定泡沫膨脹壓的方法有詳細(xì)的描述，該專利的公開(kāi)內(nèi)容被引用作為參考。
用于本發(fā)明的聚合物泡沫膨脹壓大約是30千帕(KPa)或更小，典型的大約是7至20KPa，也即膨脹壓是在相對(duì)窄的范圍內(nèi)。這意味著用于本發(fā)明的典型聚合物泡沫的彈性恢復(fù)趨勢(shì)是相對(duì)恒定的。因此，提供給本發(fā)明所用的塌癟的未膨脹的聚合物泡沫材料所必需的毛細(xì)壓力也通常在一個(gè)恒定范圍內(nèi)。
為了本發(fā)明的目的，已發(fā)現(xiàn)每泡沫體積的比表面積特別適用于實(shí)驗(yàn)性定義用于本發(fā)明的保持塌癟狀態(tài)的泡沫結(jié)構(gòu)。對(duì)每泡沫體積比表面積的更為詳細(xì)的討論參見(jiàn)于共同申請(qǐng)的未決的美國(guó)專利申請(qǐng)系列號(hào)No.07/989,270(Dyer等人，1992年12月11日申請(qǐng))，該專利的公開(kāi)內(nèi)容被引用作為參考。在本文中，“每泡沫體積的比表面積”是指該泡沫結(jié)構(gòu)的毛細(xì)吸收比表面積乘以泡沫密度。這種每泡沫體積的比表面積值的特征是“實(shí)驗(yàn)性”的，其含義是指該值來(lái)源于(a)在干燥泡沫結(jié)構(gòu)的浸濕過(guò)程中測(cè)定的毛細(xì)吸收比表面積，和(b)在浸濕到飽和狀態(tài)之后膨脹泡沫結(jié)構(gòu)的密度，而不是直接測(cè)量干燥的塌癟的泡沫結(jié)構(gòu)。即使這樣，已發(fā)現(xiàn)每泡沫體積的某些最小比表面積值是與泡沫保持塌癟狀態(tài)的能力相關(guān)的。已根據(jù)經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)用于本發(fā)明的聚合物泡沫具有的每泡沫體積的比表面積值至少為大約0.025m2/cc，優(yōu)選至少0.05m2/cc，最優(yōu)選至少約0.07m2/cc時(shí)，可以保持在塌癟狀態(tài)。
在下文更為詳細(xì)地討論了與該聚合泡沫的毛細(xì)壓力和/或膨脹壓相關(guān)的毛細(xì)吸收比表面積、泡沫密度和孔的尺寸等因素。
A)毛細(xì)吸收比表面積毛細(xì)吸收比表面積一般是指對(duì)每單位質(zhì)量的疏松泡沫材料(聚合物結(jié)構(gòu)材料加上固體殘余材料)的聚合物網(wǎng)狀態(tài)結(jié)構(gòu)(形成一特定泡沫)測(cè)試液體可接觸表面積的測(cè)定。通過(guò)泡沫中的孔單元的尺寸和聚合物的密度來(lái)確定毛細(xì)吸收比表面積。因此毛細(xì)吸收比表面積是對(duì)由泡沫網(wǎng)所提供的參與吸收的固體表面總量的計(jì)量方式。
毛細(xì)吸收比表面積與泡沫結(jié)構(gòu)中是否產(chǎn)生足夠的毛細(xì)壓以保持其在被水性體液浸濕之前處于塌癟狀態(tài)特別相關(guān)。正如在上述的共同申請(qǐng)未決的美國(guó)專利申請(qǐng)系列號(hào)No.07/989,270(Dyer等人，1992年12月11日申請(qǐng))中所較為詳細(xì)討論的(該專利的公開(kāi)內(nèi)容被引用作為參考)，泡沫結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的毛細(xì)壓力與毛細(xì)吸收比表面積成正比。假設(shè)其他因素如泡沫密度和液體的粘合張力是恒定的，隨著毛細(xì)吸收比表面積的增加(或減少)泡沫結(jié)構(gòu)中毛細(xì)壓力也成比例地增加(或減少)。
在本發(fā)明中，通過(guò)測(cè)量已知質(zhì)量和尺寸的泡沫樣本中對(duì)低表面張力液體(如乙醇)的毛細(xì)攝取量來(lái)測(cè)定毛細(xì)吸收比表面積。在共同申請(qǐng)的未決的美國(guó)專利申請(qǐng)系列號(hào)No.07/989,270(Dyer等人，1992年12月11日申請(qǐng))中的測(cè)試方法部分詳細(xì)描述了通過(guò)毛細(xì)吸收方法測(cè)定泡沫比表面積的方法，該專利的公開(kāi)內(nèi)容被引用作為參考。也可以使用任何合理的測(cè)定毛細(xì)吸收比表面積的其他方法。
用于本發(fā)明的塌癟的開(kāi)孔的吸收性聚合物泡沫是那些具有至少大約0.3m2/g毛細(xì)吸收比表面積的泡沫。典型的是，毛細(xì)吸收比表面積在大約0.7至8m2/g范圍內(nèi)，優(yōu)選在大約1至大約7m2/g，最佳在大約1.5至6m2/g范圍內(nèi)。對(duì)于下文所定義的孔體積來(lái)說(shuō)，具有這些毛細(xì)吸收比表面積值的親水泡沫一般具有特別理想均衡的對(duì)水性體液(如尿液)的吸收能力、液體保留和液體輸送或分布特性。另外，具有這些毛細(xì)吸收比表面積的泡沫可以產(chǎn)生足夠的毛細(xì)壓力以保持泡沫在被水性體液浸濕之前一直處于塌癟狀態(tài)。
B)泡沫密度本文中以每立方厘米泡沫體積在空氣中的泡沫克數(shù)表示的泡沫密度是以干基定義的。因此吸收的水性液體的量如殘留在泡沫中的鹽和液體，在計(jì)算和表達(dá)泡沫密度時(shí)忽略不計(jì)，這些殘留的鹽和液體如在HIPE乳液聚合反應(yīng)、洗滌和/或親水化之后所留下的。但是，本文所定義的泡沫密度的確包括其他殘余物質(zhì)如存在于已聚合的泡沫中的乳化劑。這些殘余物質(zhì)實(shí)際上會(huì)明顯增加該泡沫物質(zhì)的質(zhì)量。
任何能夠確定每單位體積泡沫結(jié)構(gòu)的固體泡沫物質(zhì)質(zhì)量的適宜的比重測(cè)定方法都可以用來(lái)測(cè)定泡沫密度。例如，在共同申請(qǐng)的未決的美國(guó)專利申請(qǐng)系列號(hào)No.07/989,270(Dyer等人，1992年12月11日申請(qǐng)，該專利的公開(kāi)內(nèi)容被引用作為參考。)中的測(cè)試方法部分更為詳細(xì)地描述了一種ASTM比重測(cè)定方法，這是一種可以用來(lái)測(cè)定密度的方法。對(duì)于那些泡沫樣本的制備方法(干燥、老化、預(yù)先撓曲等)能無(wú)意中改變所測(cè)得的密度值的情況，則也可以使用其他的密度測(cè)定方法。這些其他方法，例如，可包括一種在泡沫物質(zhì)中被吸收的測(cè)試液體的比重密度測(cè)定方法。這種密度測(cè)定方法適用于表征密度非常低的泡沫，例如本文所說(shuō)的干燥密度接近于泡沫孔體積倒數(shù)的泡沫。[參見(jiàn)Chetterjee，“Absorbencyc，”Textile Scienceand Technology，Vol.7，1985，P.41]如同毛細(xì)吸收比表面積一樣，下文所述的泡沫密度范圍規(guī)定為包括一切的，即該范圍規(guī)定為包括由任何合理的實(shí)驗(yàn)測(cè)定方法所測(cè)定的密度值。
適用于本發(fā)明的塌癟吸收聚合物泡沫具有干基重密度值的范圍是大約0.05至大約0.4g/cm3，優(yōu)選大約0.07至0.25g/cm3，最優(yōu)選是0.1至0.2g/cm3?？梢酝ㄟ^(guò)控制，特別是，HIPE乳液中水與油的比例將泡沫物質(zhì)密度調(diào)整到前面所述的范圍內(nèi)。
C)孔徑適用于定義本發(fā)明所用的優(yōu)選塌癟聚合物泡沫材料的另一個(gè)特征是孔徑。泡沫孔，特別是通過(guò)包圍在相對(duì)無(wú)單體的水相液滴周圍的含單體的油相聚合而形成的孔，其形狀經(jīng)常是基本呈球形。因此，這種基本球形孔的大小或“直徑”是用來(lái)表征一般泡沫及表征適用于本發(fā)明某些優(yōu)選吸收泡沫結(jié)構(gòu)的另一個(gè)共同使用的參數(shù)。盡管某一給定的聚合物泡沫樣本的孔不必要具有大至相同的孔徑，但平均孔大小，即平均直徑，經(jīng)常是特定的。
有一些方法可以用來(lái)測(cè)定泡沫的平均孔徑。這些方法包括現(xiàn)有技術(shù)中熟知的水銀孔隙測(cè)定法。但是，用于測(cè)定泡沫中孔徑的最適用的方法是一種以泡沫樣本的掃描電子顯微照片為基礎(chǔ)的簡(jiǎn)單測(cè)定方法。例如，圖2表示了適用于本發(fā)明的在膨脹狀態(tài)下的典型HIPE泡沫結(jié)構(gòu)。把代表20微米尺寸的標(biāo)度重疊在該顯微照片上?？梢杂眠@個(gè)標(biāo)度通過(guò)成像分析方法測(cè)定平均孔徑。泡沫樣本顯微照片的成像分析實(shí)際上是用來(lái)測(cè)定本文泡沫結(jié)構(gòu)平均孔徑的常用分析工具。這種方法在1988年11月29日公開(kāi)的美國(guó)專利4,788,225(Edwards等人)中進(jìn)行了更為詳細(xì)地描述，本文引用作為參考。
本文所說(shuō)的孔徑測(cè)定是以膨脹狀態(tài)下泡沫的數(shù)均孔徑為基礎(chǔ)的，如圖2所示。根據(jù)本發(fā)明適用于作為吸收水性體液吸收劑的泡沫所具有優(yōu)選數(shù)均孔徑是大約50微米或更小，一般在5至大約50微米的范圍內(nèi)。更優(yōu)選的是，數(shù)均孔徑在大約5至大約40微米的范圍內(nèi)，最優(yōu)選的是在大約5至35微米范圍內(nèi)。
II、膨脹狀態(tài)A)在合成尿液飽和狀態(tài)下的密度適用于本發(fā)明的在其膨脹狀態(tài)下的吸收泡沫的一個(gè)特別重要的特性是水性體液飽和狀態(tài)下的密度相對(duì)于塌癟狀態(tài)下該吸收泡沫的干基重密度。當(dāng)被水性體液飽和時(shí)，該膨脹泡沫的密度，相對(duì)于其塌癟(壓縮)狀態(tài)的干基重密度而言，提供了對(duì)該膨脹狀態(tài)泡沫相對(duì)厚度的測(cè)定方法。這提供了當(dāng)膨脹時(shí)和當(dāng)用水性體液飽和時(shí)該泡沫有多薄這樣一個(gè)特別相對(duì)的測(cè)量值。
為了本發(fā)明目的，在用表面張力為65±5達(dá)因/厘米的合成尿液在88°F(31.1℃)下飽和泡沫達(dá)到無(wú)吸收能力時(shí)測(cè)定其膨脹狀態(tài)下該吸收泡沫的密度?？梢杂迷诠餐暾?qǐng)的未決的美國(guó)專利申請(qǐng)系列號(hào)No.07/989,270(Dyer等人，1992年12月11日申請(qǐng))，的試驗(yàn)方法部分中更為詳細(xì)描述的方法，來(lái)測(cè)定用合成尿液飽和的膨脹狀態(tài)下的泡沫密度，該專利的公開(kāi)內(nèi)容本文引用作為參考。在膨脹、飽和狀態(tài)下測(cè)定的泡沫密度相對(duì)于其塌癟狀態(tài)下該泡沫的干基密度用百分比來(lái)表示。為了本發(fā)明的目的，用合成尿液飽和到其無(wú)吸收能力的適用于本發(fā)明的在其膨脹狀態(tài)下的泡沫密度范圍可以是大約其塌癟狀態(tài)干基密度的10％至50％，優(yōu)選范圍是大約10至30％，最優(yōu)選是大約15至25％。
B)孔體積孔體積是指對(duì)每單位質(zhì)量的形成該泡沫結(jié)構(gòu)的固體材料(聚合物結(jié)構(gòu)加上任何殘余固體物)中孔狀泡沫結(jié)構(gòu)開(kāi)口或小孔的體積測(cè)量?？左w積是影響本文所述的該吸收泡沫，特別是在膨脹狀態(tài)下的一些表面和機(jī)械特性的重要因素。這些表面和機(jī)械特征包括泡沫對(duì)水性體液的吸收能力、泡沫的柔韌性以及泡沫壓縮變形性。
可以用任何能夠給出準(zhǔn)確表示該結(jié)構(gòu)中實(shí)際孔體積的合適實(shí)驗(yàn)方法來(lái)測(cè)定孔體積。這些實(shí)驗(yàn)方法一般包括測(cè)量可以引入該泡沫結(jié)構(gòu)中的測(cè)試液體的體積和/或質(zhì)量，而這就代表了該泡沫中開(kāi)孔所占有的體積。鑒于這個(gè)原因，本文中泡沫的孔體積參數(shù)也可以稱之為“有效孔體積”。
實(shí)驗(yàn)測(cè)定有效孔體積的一種慣用方式是向該泡沫結(jié)構(gòu)中導(dǎo)入一種低表面張力、非聚合物溶脹性液體如2-丙醇。用2-丙醇測(cè)定有效孔體積的方法參見(jiàn)共同申請(qǐng)的未決的美國(guó)專利申請(qǐng)系列號(hào)No.07/989,270(Dyer等人，1992年12月11日申請(qǐng))的試驗(yàn)方法部分，該專利的公開(kāi)內(nèi)容本文引用作為參考。應(yīng)當(dāng)明白，也可以使用其他的測(cè)試液體和方法來(lái)測(cè)定有效孔體積。
適用于本發(fā)明的泡沫材料一般具有大約12至大約100ml/g的孔體積，更優(yōu)選的是大約20至大約70ml/g，最佳是大約25至大約50ml/g。
C)抗壓縮變形性適用于本發(fā)明的聚合物泡沫的一個(gè)重要機(jī)械特性是由其抗壓縮變形性所確定的處于膨脹狀態(tài)下該吸收泡沫的強(qiáng)度。本文中泡沫所表現(xiàn)出的抗壓縮變形性是該泡沫網(wǎng)絡(luò)的聚合物彈性模數(shù)和密度的函數(shù)。聚合物彈性模數(shù)又由下面的因素確定a)聚合物組成；b)聚合物泡沫由加工后留在該泡沫結(jié)構(gòu)中的殘余物質(zhì)(如乳化劑)所增塑的程度；和c)泡沫聚合時(shí)的條件。
作為吸收性產(chǎn)品，如尿布中適用的吸收結(jié)構(gòu)，吸收泡沫材料必須具有適宜的抵抗由這些吸收材料在吸收和保留液體時(shí)所遇壓力產(chǎn)生的變形或壓縮。不具有以抗壓縮變形性所表示的足夠大泡沫強(qiáng)度的泡沫，在非負(fù)載條件下能夠攝取和儲(chǔ)存可接受量的體液，但是在含有此泡沫的吸收物品的穿戴者運(yùn)動(dòng)或活動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的壓力下十分容易排出這些液體。
可以通過(guò)測(cè)定將飽和泡沫材料樣本置于一定限制壓下達(dá)一段具體時(shí)間時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)變量來(lái)定量測(cè)定用于本發(fā)明的聚合物泡沫所表現(xiàn)出的抗壓縮變形性。為了本發(fā)明目的，可以在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)尺寸(0.25厘米厚和橫切園面積為6.5平方厘米的圓柱體)的泡沫樣本上進(jìn)行這種測(cè)定。用表面張力為65±5達(dá)因/厘米的合成尿液飽和這種樣本，然后在88°F(31.1℃)溫度下置于5.1KPa的限制壓下15分鐘。以樣本壓縮厚度代表的飽和及全膨脹樣本厚度的百分?jǐn)?shù)表示這種實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的應(yīng)變量。在共同申請(qǐng)的未決的美國(guó)專利系列申請(qǐng)No.07/989,270(Dyer等人，1992年12月11日申請(qǐng))的實(shí)驗(yàn)方法部分中更為詳細(xì)描述了進(jìn)行這種定量表示抗壓縮變形性的特殊類型實(shí)驗(yàn)的方法，該專利的公開(kāi)內(nèi)容本文引用作為參考。
適用于本發(fā)明的吸收泡沫是那些能夠表現(xiàn)出下述抗壓縮變形性的泡沫，即用表面張力為65±5達(dá)因/厘米的合成尿液飽和泡沫到無(wú)吸收能力時(shí)，在5.1KPa限制壓下產(chǎn)生大約2至80％該泡沫結(jié)構(gòu)壓縮的典型應(yīng)變量。在這種條件下產(chǎn)生的應(yīng)變量?jī)?yōu)選范圍是大約5至大約40％，最優(yōu)選是大約5至大約25％。對(duì)于本發(fā)明的優(yōu)選HIPE泡沫，可以通過(guò)適當(dāng)選擇單體、共聚用單體和交聯(lián)劑類型及濃度，結(jié)合選擇適當(dāng)?shù)娜橐褐苽浜腿橐壕酆蠗l件及方法，將抗壓縮變形性調(diào)節(jié)至前面所述的應(yīng)變量值范圍內(nèi)。因此，用這種具有足夠大彈性模數(shù)可提供足夠抗壓縮變形性的材料，盡管這些泡沫密度較低、骨架非常纖細(xì)，仍可以形成這些優(yōu)選的泡沫。
D)壓縮變形恢復(fù)率壓縮變形恢復(fù)率是指一塊泡沫材料在制造、儲(chǔ)存或使用過(guò)程中所遇到力的作用下產(chǎn)生的變形或壓縮之后，恢復(fù)到其原始尺寸的趨勢(shì)或傾向。為了本發(fā)明目的，本文中的優(yōu)選吸收泡沫從壓縮變形的恢復(fù)是對(duì)處于膨脹狀態(tài)并含有吸收的體液的泡沫進(jìn)行測(cè)定的。因此，從壓縮變形的恢復(fù)是用合成尿液飽和的膨脹泡沫來(lái)測(cè)定的。
測(cè)定壓縮變形恢復(fù)率的合適方法參見(jiàn)共同申請(qǐng)的未決的美國(guó)專利申請(qǐng)系列號(hào)No.07/989,270(Dyer等人，1992年12月11日申請(qǐng))的實(shí)驗(yàn)方法部分，該專利的公開(kāi)內(nèi)容本文引用作為參考。這種方法一般包括用合成尿液飽和到無(wú)吸收能力的標(biāo)準(zhǔn)大小泡沫樣本的壓縮和釋壓。將樣本保持50％壓縮狀態(tài)一段特定時(shí)間，然后釋壓。在現(xiàn)有游離液體存在下，壓力取消之后一分鐘時(shí)間內(nèi)樣本恢復(fù)到其厚度的程度作為對(duì)該樣本壓縮變形恢復(fù)(回彈)傾向的測(cè)量。
優(yōu)選的適用于本發(fā)明的吸收泡沫在浸濕一分鐘分一般表現(xiàn)出至少75％膨脹厚度的恢復(fù)。更優(yōu)選的是，這些優(yōu)選泡沫材料當(dāng)浸濕時(shí)表現(xiàn)出至少80％的從壓縮變形的恢復(fù)。
III、塌癟或膨脹狀態(tài)A)柔韌性適用于本發(fā)明的吸收泡沫應(yīng)當(dāng)具有足夠柔韌性以便將其用于制備成適合穿戴者身體形狀的吸收物品中。本文所述具有柔韌性的吸收泡沫的特征是，這些泡沫可以在這些吸收產(chǎn)品使用所必需的程度上進(jìn)行變形或彎曲，而對(duì)其結(jié)構(gòu)整體性沒(méi)有明顯損失或沒(méi)有明顯喪失其吸收特性。
用于本發(fā)明的優(yōu)選吸收泡沫還應(yīng)當(dāng)具有足夠的柔韌性以抵抗含有這種泡沫材料的吸收產(chǎn)品在制備、加工、包裝、運(yùn)輸和儲(chǔ)存過(guò)程中所遇到的壓縮或變形力。例如一次性尿布，一般是以折疊狀態(tài)包裝和銷售的，其中的尿布芯在縱向和橫向都是折疊的。一次性尿布一般也是以折疊尿布的堆積包裝形式銷售的，這堆積包裝被存放于其周圍包裝之中和擠壓之下。因此，在加工和銷售過(guò)程中所遇到的施加在本文所述的泡沫吸收劑上的壓縮和變形力甚至比在使用過(guò)程中施加在泡沫材料上的力更大。
IV、液體處理和吸收特性具有如上所述的適當(dāng)聚合物組份和結(jié)構(gòu)特征以及機(jī)械特征的吸收泡沫一般表現(xiàn)出特別理想和適用的液體處理和吸收特性。這種液體處和吸收特性又是本發(fā)明優(yōu)選泡沫材料所帶來(lái)的，它使得這些泡沫特別適合于用來(lái)設(shè)計(jì)成攝取和保留水性體液的吸收產(chǎn)品中的吸收結(jié)構(gòu)。
與實(shí)現(xiàn)合適的吸收泡沫最相關(guān)的液體處理和吸收特性是A)該泡沫的自由吸收能力；B)液體通過(guò)該泡沫結(jié)構(gòu)的垂直毛細(xì)吸收速度，和C)泡沫在特定參考毛細(xì)吸收高度下的吸收能力。下面對(duì)這些特性的每一種進(jìn)行更為詳細(xì)地描述。
A)自由吸收能力自由吸收能力是指給定泡沫樣本中每單位質(zhì)量的固體材料所能吸收到泡沫樣本多孔結(jié)構(gòu)中的測(cè)試液體(合成尿液)總量。為了本發(fā)明目的，這種自由吸收能力的測(cè)定是在平衡狀態(tài)下計(jì)算的，即，在泡沫樣本已被允許在所需的任何一段時(shí)間內(nèi)吸收和/或保留所有它能吸收和/或保住的液體，以用測(cè)試液體形成完全飽和泡沫樣本之后計(jì)算的。特別適用于作為吸收產(chǎn)品如尿布中的吸收結(jié)構(gòu)的泡沫料至少要達(dá)到最低自由吸收能力。
使用共同申請(qǐng)的未決的美國(guó)專利申請(qǐng)系列號(hào)No.07/989,270(Dyer等人，1992年12月11日申請(qǐng))實(shí)驗(yàn)方法部分中所詳細(xì)描述的方法(該專利的公開(kāi)內(nèi)容本文引用作為參考)，通過(guò)重量分析技術(shù)可測(cè)定任何給定泡沫樣本的自由吸收能力。在這種技術(shù)中，將特定已知尺寸和重量的泡沫樣本置于一盤(pán)測(cè)試液體(合成尿液)中，使其吸收測(cè)試液以達(dá)到平衡。在從該液體中取出飽和樣本后，計(jì)算每克泡沫所吸收液體的量，即測(cè)定的自由吸收能力。在本發(fā)明的吸收樣品中，為了特別適用于吸收尿液，該吸收泡沫應(yīng)當(dāng)具有至少每克干泡沫材料大約12，優(yōu)選至少大約20毫升合成尿液的自由吸收能力。
B)垂直毛細(xì)吸收性能適用于本發(fā)明的吸收泡沫的另一個(gè)液體處理屬性涉及其通過(guò)泡沫結(jié)構(gòu)快速轉(zhuǎn)移或“毛細(xì)吸收”可獲得量的體液。垂直毛細(xì)吸收，即在與重力相反的方向上的液體毛細(xì)吸收是本發(fā)明吸收泡沫材料特別理想的性能屬性。這是因?yàn)檫@類材料在用于吸收產(chǎn)品中時(shí)，常常是以將待吸收的液體在產(chǎn)品中從產(chǎn)品吸收芯內(nèi)相對(duì)低的位置遷移到相對(duì)高位置的方式使用。
垂直毛細(xì)吸收性能與在泡沫中遷移液體并在泡沫結(jié)構(gòu)中保留該液體的毛細(xì)吸收驅(qū)動(dòng)力的大小有關(guān)。與垂直毛細(xì)吸收傾向相關(guān)的泡沫特征參數(shù)表征了本發(fā)明優(yōu)選泡沫在吸收產(chǎn)品中作為吸收結(jié)構(gòu)的表現(xiàn)的好壞。對(duì)于適用于本發(fā)明的泡沫吸收劑來(lái)說(shuō)，可以通過(guò)參考垂直毛細(xì)吸收速度試驗(yàn)和垂直吸收能力試驗(yàn)來(lái)定量計(jì)算液體毛細(xì)吸收趨勢(shì)。
1)垂直毛細(xì)吸收速度垂直毛細(xì)吸收速度是在37℃進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)測(cè)定的一種彩色測(cè)試液體(如合成尿液)從一儲(chǔ)液池通過(guò)一特定尺寸的測(cè)試泡沫條毛細(xì)吸收5厘米垂直距離所需的時(shí)間。對(duì)這種垂直毛細(xì)吸收速度測(cè)試試驗(yàn)的更詳細(xì)描述參見(jiàn)共同申請(qǐng)的未決的美國(guó)專利申請(qǐng)系列號(hào)No.07/989,270(Dyer等人，1992年12月11日申請(qǐng))的試驗(yàn)方法部分，該專利的公開(kāi)內(nèi)容本文引用作參考。為了特別適合于吸收尿液用的吸收產(chǎn)品，泡沫吸收劑在毛細(xì)吸收合成尿液(65±5達(dá)因/厘米)時(shí)毛細(xì)吸收5厘米的垂直毛細(xì)吸收速度優(yōu)選是不超過(guò)30分鐘。更優(yōu)選的是，用于本發(fā)明的優(yōu)選泡沫吸收劑在吸收合成尿液時(shí)毛細(xì)吸收5厘米的垂直毛細(xì)吸收速度不超過(guò)5分鐘。
2)垂直毛細(xì)吸收能力垂直毛細(xì)吸收能力試驗(yàn)是與垂直毛細(xì)吸收速度試驗(yàn)一起進(jìn)行的。垂直毛細(xì)吸收能力是指使用垂直毛細(xì)吸收速度試驗(yàn)中所用相同標(biāo)準(zhǔn)尺寸泡沫樣本測(cè)定每克吸收泡沫毛細(xì)吸收每一英寸(2.54cm)垂直段所吸收的測(cè)試液體量。這種測(cè)定一般是在使樣本垂直吸收測(cè)試液體至平衡狀態(tài)(如約18小時(shí)后)后進(jìn)行的。如同垂直毛細(xì)吸收速度試驗(yàn)一樣，對(duì)垂直毛細(xì)吸收吸收能力試驗(yàn)更為詳細(xì)地描述參見(jiàn)共同申請(qǐng)的未決的美國(guó)專利申請(qǐng)系列號(hào)No.07/989,270(Dyer等人，1992年12月11日申請(qǐng))的試驗(yàn)方法部分，該專利的公開(kāi)內(nèi)容本文引用作為參考。
為了特別適用于吸收尿液的吸收產(chǎn)品，本發(fā)明所用的優(yōu)選吸收泡沫一般具有的垂直毛細(xì)吸收能力是，在11.4cm(4.5英寸)的垂直毛細(xì)吸收高度時(shí)該泡沫試條毛細(xì)吸收至少其自由吸收能力大約50％，最優(yōu)選為約75％。
V、裂隙區(qū)本發(fā)明特別重要的是在聚合物泡沫吸收部件中包含裂隙區(qū)。
本發(fā)明改進(jìn)的聚合物泡沫材料吸收部件含有多個(gè)裂隙，形成一個(gè)裂隙區(qū)，該裂隙至少部分穿過(guò)該吸收部件的厚度。在優(yōu)選結(jié)構(gòu)中，如在圖4中所示的一次性尿布中，裂隙區(qū)基本上位于典型的沉積(叉口)區(qū)，而無(wú)裂隙的泡沫材料仍圍繞在此區(qū)域周圍?？梢栽谂菽牧咸幱诟稍铩⑺T狀態(tài)或者在脫水之前仍然處于膨脹狀態(tài)時(shí)形成裂隙，并且該裂隙優(yōu)選為全部穿過(guò)該材料厚度。該裂隙區(qū)的大小可以根據(jù)需要而不同，盡管圖4所示的另一種“磚砌式”樣式的裂隙是優(yōu)選的，但是該裂隙可以是任何所需的類型。
裂隙的取向在吸收部件中液體的遷移方面起著一定的作用。圖4所示的本發(fā)明優(yōu)選類型保持了一個(gè)相對(duì)直接的液體流向通道，液體可以從沉積區(qū)沿X方向流向吸收部件的兩個(gè)末端區(qū)，并且更加促進(jìn)了液體的均勻分布和更好地利用了該泡沫材料的儲(chǔ)存能力。相反，當(dāng)裂隙的取向更多在Y方向時(shí)會(huì)為液體沿X方向流動(dòng)提供一個(gè)更為曲折的液體通道，因?yàn)楫?dāng)裂隙表面相互移動(dòng)時(shí)該液體必須繞過(guò)每個(gè)裂隙的末端流動(dòng)。
圖4表示了一種由基本上無(wú)水份的、塌癟狀態(tài)的聚合物泡沫材料形成的吸收部件10，該部件帶有本發(fā)明的裂隙區(qū)20。該裂隙區(qū)優(yōu)選包括多個(gè)單獨(dú)的裂隙30，并且優(yōu)選至少部分被無(wú)裂隙邊緣區(qū)40所包圍。末端區(qū)50和60也優(yōu)選是無(wú)裂隙區(qū)。當(dāng)吸收部件10位于吸收產(chǎn)品中并被穿戴者穿戴時(shí)，該裂隙區(qū)20優(yōu)選基本上限制在典型的液體沉積區(qū)，但是那些至少部分裂隙區(qū)在典型的沉積區(qū)之外或部分沉積區(qū)仍然是非裂隙形態(tài)，也屬于本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
在圖4中還表示了坐標(biāo)系由吸收部件10所定義，適用于一次性尿布或成人尿失禁用產(chǎn)品。所示的X方向是縱向方向，它從末端區(qū)50(接近穿戴者的前腰部)通過(guò)兩腿之間到達(dá)末端區(qū)60(接近穿戴者的后腰部)。所示的Y方向是指橫向，它在穿戴者兩腿之間從一個(gè)側(cè)邊40向另一個(gè)側(cè)邊展開(kāi)。Z方向是與X和Y方向都正交的方向，一般分別與吸收部件10的上表面11和下表面12垂直。
正如圖5更為清楚地表示，每個(gè)單獨(dú)裂隙30形成兩個(gè)裂隙表面31和32。圖5是沿圖4的5-5線的橫切面圖。在一個(gè)優(yōu)選結(jié)構(gòu)中，裂隙30一般沿分別與其上表面11和下表面12垂直的方向完全伸展通過(guò)吸收部件10。對(duì)于如圖4所示的一般是平面的吸收部件來(lái)說(shuō)，裂隙表面31和32一般呈長(zhǎng)方形，該長(zhǎng)方形的兩端是該裂隙的兩個(gè)末端，兩面分別是該吸收部件10的上表面11和下表面12。圖6是一個(gè)吸收部件中單個(gè)裂隙附近區(qū)域的片段切面剖視圖，表示了分別被裂隙末端33和34以及上表面11和下表面12所包圍的裂隙表面31。
當(dāng)吸收部件處于塌癟、相對(duì)無(wú)水分狀態(tài)時(shí)，每個(gè)單獨(dú)裂隙的裂隙表面互相非常接近，并且一般互相排在一條線上，由于在裂隙形成過(guò)程中優(yōu)選的是不從吸收部件中去除任何材料，在不向吸收部件施加任何力的情況下，該裂隙表面基本上在它們?nèi)勘砻?，都通常互相接觸。
這種吸收部件的沉積區(qū)在使用時(shí)一般是在穿戴者的褲叉區(qū)。由于吸收部件周邊的一般輪廓在其未折疊和未變形狀態(tài)時(shí)設(shè)計(jì)成至少部分適應(yīng)一般穿戴者的解剖學(xué)特征，因此在特定位置使用裂隙能使吸收部件更適合于穿戴者在這些區(qū)域的解剖學(xué)特征，特別在穿戴者運(yùn)動(dòng)時(shí)。這結(jié)果是更加舒適，以及通過(guò)盡可能減少穿戴時(shí)的縫隙而減少泄漏的可能。
使用裂隙使吸收部件改善了柔韌性的同時(shí)，這些裂隙也增加了該吸收部件的有效表面積。每個(gè)裂隙的表面積都有助于表面積的增加，特別是由于吸收部件在Z方向上膨脹時(shí)引起裂隙表面積高度的增加。這又增加了吸收部件攝取和儲(chǔ)存液體的速度。這種攝取速度的增加只是一個(gè)程度的問(wèn)題，并且在很大程度上取決于該吸收部件所用的材料及其他吸收成份(即纖維素纖維、吸收凝膠材料等)，特別是那些在最初攝取液體時(shí)起作用的因素。攝取速度在很大程度上還取決于當(dāng)穿戴者在實(shí)際穿戴條件下穿戴時(shí)，施加在該吸收部件上的限制壓(即外壓)。隨著表面積增加，會(huì)攝取更多的液體，這會(huì)引起更大膨脹等等，直至該泡沫材料的全部?jī)?chǔ)存能力被利用。
在基本無(wú)水份狀態(tài)下，該泡沫的開(kāi)孔結(jié)構(gòu)是處于塌癟狀態(tài)的，而當(dāng)注入液體時(shí)，該多孔結(jié)構(gòu)恢復(fù)到其膨脹狀態(tài)，在其內(nèi)部空閑空間儲(chǔ)存相對(duì)大量的液體。這種膨脹特性與液體的攝取直接相關(guān)，因此，攝取液體快的區(qū)域比攝取液體幔的區(qū)域膨脹更快。
除了攝取速度加快、增加了柔韌性之外，裂隙區(qū)與非裂隙區(qū)和/或相對(duì)較干燥的周邊區(qū)域的結(jié)合可使吸收部件動(dòng)態(tài)地響應(yīng)各種液體負(fù)荷條件。因此，用于本發(fā)明的優(yōu)選聚合物泡沫吸收部件在平面方向的膨脹特性，結(jié)合使用裂隙區(qū)產(chǎn)生的進(jìn)一步加強(qiáng)吸收部件的液體攝取能力的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)構(gòu)型，產(chǎn)生了一種意想不到的額外效果。
圖7、8和9表示的是圖4吸收部件在部分液體負(fù)載狀態(tài)下的情況。當(dāng)液體進(jìn)入沉積區(qū)時(shí)，裂隙區(qū)在所有三個(gè)主方向上比周圍的非裂隙區(qū)更迅速和更大程度地膨脹。尤為重要的是優(yōu)選的泡沫材料能夠在吸收部件平面的至少一個(gè)方向上膨脹，而在本例子中是在吸收部件平面的所有方向上膨脹，并且也沿法線方向膨脹。上表面11和下表面12在優(yōu)選構(gòu)型中基本是平行的，并且處于這樣的狀況使得可以通過(guò)參照由其中任一表面所定義的總平面來(lái)定義平面方向。但是，如果兩個(gè)表面基本上不平行，為了本發(fā)明目的，可以通過(guò)建立該兩個(gè)相應(yīng)表面的總平面的中間的平面來(lái)定義該平面方向。一旦通過(guò)任一方法建立了平面方向，也就相應(yīng)地定義了與該平面方向垂直的法線萬(wàn)向。
該裂隙區(qū)的邊緣受到膨脹較幔的非裂隙區(qū)的限制，因此該裂隙區(qū)的繼續(xù)膨脹迫使它變形并從吸收部件的平面上隆起，形成一個(gè)或多個(gè)圓丘形結(jié)構(gòu)。這種圓丘效應(yīng)使得該裂隙敞開(kāi)，該裂隙表面成角度和/或平移移位，進(jìn)一步暴露出該裂隙表面，為進(jìn)一步的排出液體提供了增加的表面積。圓丘效應(yīng)也增加了該吸收部件下的空閑空間，液體通過(guò)敞開(kāi)的裂隙到達(dá)該空間。這種空間為攝取和分離過(guò)多的液體提供了暫時(shí)的應(yīng)急能力，直到該液體被該吸收部件吸收和儲(chǔ)存。
在本文中，所述的裂隙表面“成角度”移位，這種現(xiàn)象是指該裂隙表面從其一般平行初始取向旋轉(zhuǎn)成一種基本不平行取向，產(chǎn)生大致近似于漏斗樣“V”或杯形。這種漏斗形狀使每個(gè)裂隙表面形成一個(gè)向上凸出的暴露表面，增加了液體攝取能力。由裂隙表面形成的這種形狀增加了該裂隙防止液體流過(guò)吸收部件表面的有效性，該裂隙邊緣從而減慢液體的流動(dòng)并讓該泡沫材料攝取該液體。
類似的，通過(guò)使用術(shù)語(yǔ)“平移”移位描述的現(xiàn)象是任何單獨(dú)裂隙的兩個(gè)裂隙表面的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從其起始排列(其中它們的頂邊一般是共同伸展而底邊一般也是共同伸展)，移動(dòng)成其中一個(gè)裂隙的一個(gè)頂邊比另一個(gè)頂邊稍高而一個(gè)裂隙的一個(gè)底邊比另一個(gè)底邊稍高的排列。這樣產(chǎn)生了大致可描述為“柳編織物”型的排列，使每個(gè)裂隙表面形成一個(gè)側(cè)凸出暴露表面，這又加強(qiáng)了液體攝取能力。
在液體遷移到該吸收部件的周圍區(qū)域時(shí)，和在這些相對(duì)干燥區(qū)傾向于從該裂隙和起始濕潤(rùn)區(qū)吸收液體時(shí)，圓丘和裂隙移位趨向于消失，因?yàn)橹車鷧^(qū)域的膨脹接近了裂隙區(qū)的膨脹。實(shí)際上，一旦整個(gè)吸收部件的含濕量相對(duì)均勻，盡管是在所有方向上膨脹，該吸收部件一般恢復(fù)到圖4所示的構(gòu)型。
根據(jù)本發(fā)明的吸收部件實(shí)際上可以具有一個(gè)以上的裂隙區(qū)，或基本上其整個(gè)表面帶有裂隙。在這種情況下，利用這些裂隙可以帶來(lái)其他有益的性能，如改善的柔韌性。
另外，根據(jù)裂隙的排列情況，甚至在一個(gè)裂隙區(qū)內(nèi)可以產(chǎn)一種以上的扭變或圓丘樣結(jié)構(gòu)(如圖9所示，其中表示了兩種這樣的結(jié)構(gòu))，這樣使得該吸收部件具有一種波浪形狀，能夠更充分地暴露裂隙表面。
就具有這種動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)的聚合物泡沫材料而言其關(guān)鍵的特征是這種泡沫能夠在該吸收部件平面內(nèi)的至少一個(gè)方向上膨脹。這可以用術(shù)語(yǔ)膨脹勢(shì)(expansion potential)來(lái)描述，其含義是當(dāng)負(fù)載了液體時(shí)塌癟的聚合物泡沫材料具有膨脹超過(guò)其塌癟狀態(tài)尺寸的某一百分比的潛力。用于本發(fā)明的這種優(yōu)選類型的吸收材料在全部負(fù)載液體狀態(tài)下，如果只是在X-Y平面內(nèi)的一個(gè)方向上有膨脹勢(shì)，則其膨脹勢(shì)為至少大約5％，如果在X-Y平面內(nèi)的兩個(gè)或兩個(gè)以上方向有膨脹勢(shì)，則膨脹勢(shì)至少大約3％。這些材料優(yōu)選在Z方向上具有至少200％的膨脹勢(shì)。更優(yōu)選的是這些材料當(dāng)全部負(fù)載液體時(shí)在X-Y平面內(nèi)的一些方向上具有至少大約10％的膨脹勢(shì)而在Z方向上具有至少大約300％的膨脹勢(shì)。當(dāng)前優(yōu)選的HIPE聚合物泡沫在全部負(fù)載液體時(shí)在X方向上(制造過(guò)程中的機(jī)器方向)膨脹大約12％，在Y方向上(制造過(guò)程中的橫向方向)膨脹大約15％，而在Z(厚度)方向上膨脹大約500％。
圖10是圖9的吸收部件部分吸收液體狀態(tài)下的垂直剖面視圖。圖10的視點(diǎn)基本上與圖7相同，即將圖9的一個(gè)圓丘樣結(jié)構(gòu)沿10-10線斷開(kāi)(但不橫切任何單個(gè)的裂隙)。這個(gè)圖清楚地表示了在該液體攝取區(qū)的該裂隙區(qū)內(nèi)出現(xiàn)的泡沫材料膨脹和隆起。正是由于圖10所示的膨脹和隆起產(chǎn)生了本發(fā)明裂隙表面的敞開(kāi)和移位。
一般來(lái)講，在與該裂隙方向平行的方向上的膨脹勢(shì)主要作用是產(chǎn)生平移移位現(xiàn)象，其次可能產(chǎn)生成角度移位，而在與該裂隙方向垂直方向上的膨脹勢(shì)主要作用是產(chǎn)生成角度移位現(xiàn)象，然后其次會(huì)產(chǎn)生某些平移移位現(xiàn)象。在本發(fā)明優(yōu)選的泡沫材料中，在所有方向上的膨脹勢(shì)，特別是在與裂隙方向平行和垂直的兩個(gè)方向上的膨脹勢(shì)，在吸收水性體液過(guò)程中發(fā)生膨脹的區(qū)域中能產(chǎn)生裂隙表面的成角度和平移兩種移位。這兩種成角度和平移移位的結(jié)合在攝取速度方面提供了一最佳構(gòu)型，因?yàn)檫@樣可以最大限度地提高表面不規(guī)則性和攝取表面積。
就攝取速度而言，本發(fā)明吸收部件所表現(xiàn)出的變形量也在很大程度上取決于象裂隙長(zhǎng)度、裂隙型式、裂隙排列密度、薄片厚度以及該泡沫材料本身的膨脹特性和攝取速度等因素。液體沉積區(qū)域以及無(wú)裂隙邊緣的存在與否也會(huì)影響所表現(xiàn)的變形量。
圖11表示的是根據(jù)本發(fā)明的多層帶裂隙吸收部件的實(shí)例，其中至少有一層包括一個(gè)帶裂隙區(qū)的聚合物泡沫材料層。這個(gè)例子中上層110帶有如上所述的裂隙和非裂隙區(qū)。較低層中至少有一個(gè)，此例中是120和130層，優(yōu)選不具有裂隙區(qū)，以便在該上層裂隙區(qū)的下面提供一個(gè)連續(xù)表面，并增加該吸收部件的全部結(jié)構(gòu)整體性。盡管圖11表示的是具有基本相同尺寸和形狀的三層結(jié)構(gòu)，但是也可以是多于或少于三層，以及這些層可以是不同大小和/或形狀。
在多層結(jié)構(gòu)中，上面的裂隙層在初始攝取液體時(shí)表現(xiàn)基本如上所述。在帶有相鄰多層聚合物泡沫材料的多層結(jié)構(gòu)中，一旦上層攝取液體，上層和相鄰層互相作用產(chǎn)生一個(gè)獨(dú)特的優(yōu)良的結(jié)構(gòu)構(gòu)型。在只有一層是泡沫材料而其他層不具有這些膨脹特性的多層結(jié)構(gòu)中，該泡沫層的作用基本上類似于如上所述的單層的作用。
對(duì)于大多數(shù)多層吸收部件來(lái)說(shuō)，其中每層本身具有攝取和儲(chǔ)存液體的傾向，具有較低濕含量的層會(huì)從具有較高濕含量的層吸收液體(一種通常被稱作為“分配”的現(xiàn)象)。在一些吸收層具有大致相同吸收特性的吸收部件中，液體會(huì)通過(guò)吸收部件的這些層進(jìn)行遷移，直至達(dá)到整個(gè)吸收部件液體分布大致相等。
由于最上層(或位于體液源較近的無(wú)論哪層)，一般，至少在開(kāi)始，比緊接的較低層具有較高的濕含量，因此，在吸收部件內(nèi)建立了一個(gè)向下的濕度梯度。這樣，緊接的較低層會(huì)傾向于通過(guò)其接觸表面從最上層吸取液體以達(dá)到層與層之間濕含量的平衡。
由于本發(fā)明優(yōu)選的聚合物泡沫材料的獨(dú)特能力，攝取液體的各層泡沫材料會(huì)發(fā)生膨脹而排出液體的各層泡沫材料則會(huì)收縮。另外，聚合物泡沫材料表面在浸濕時(shí)會(huì)具有較高的摩擦系數(shù)，并且表面之間會(huì)被毛細(xì)力吸附在一起。這樣，當(dāng)相鄰層的相鄰表面浸濕時(shí)，大大減少了層與層之間的相對(duì)滑動(dòng)。
如圖12所示(它是圖11吸收部件的剖面視圖)，當(dāng)使用多層塌癟聚合物泡沫材料時(shí)，該聚合物泡沫材料的這些特性產(chǎn)生一種有益的結(jié)構(gòu)構(gòu)型。施加在泡沫材料不同區(qū)域的力在圖12中用較小箭頭表示，如圖所示，當(dāng)最上層110正在收縮并相應(yīng)排出液體到下層120時(shí)，此時(shí)較低層120和130會(huì)向外(實(shí)際上是向全部三維方向)膨脹。由于如上所述摩擦/毛細(xì)吸收現(xiàn)象，110層的底表面與120層的上表面不會(huì)互相產(chǎn)生相互運(yùn)動(dòng)，120層的向外膨脹傾向于保持最上層110的裂隙敞開(kāi)或進(jìn)一步使其拉開(kāi)，如圖12所示。在最上層的邊緣及裂隙之間的各單獨(dú)條狀泡沫材料的收縮可使這種效果加強(qiáng)。當(dāng)裂隙層與無(wú)裂隙層保持接觸而使與無(wú)裂隙層接觸的裂隙層表面受到限制的同時(shí)，因裂隙層的自由表面收縮，從而在裂隙中垂直于吸收部件平面的方向上產(chǎn)生了一個(gè)應(yīng)力差，這樣便產(chǎn)生了漏斗樣形狀。
的確，由于最上層110的泡沫材料相對(duì)于緊接的下層120繼續(xù)收縮時(shí)，裂隙的側(cè)壁會(huì)變得更加彎曲而形成杯狀，如圖13所示。這種杯狀結(jié)構(gòu)特別有益，即裂隙表面繼續(xù)暴露于后繼排放的液體，并起一個(gè)漏斗的作用把液體導(dǎo)入裂隙并向下抵達(dá)下層。這種結(jié)構(gòu)在容納和對(duì)濕的或稀的糞便物質(zhì)的脫水過(guò)程中也有其優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)檫@類物質(zhì)也可以向下被導(dǎo)入裂隙，而不是在吸收部件的表面讓其側(cè)面流動(dòng)。
這種有利的杯樣形狀實(shí)際上可以在制備吸收部件的加工過(guò)程中形成，使得單層泡沫材料甚至在攝取液體之前即能表現(xiàn)出這種結(jié)構(gòu)構(gòu)型。圖15是類似于圖5的剖面視圖，并表示了這種預(yù)先形成的單片聚合物泡沫材料，其中已將裂隙制成敞開(kāi)的杯樣構(gòu)型，由數(shù)字210表示。圖14是這種吸收部件的平面視圖，而圖16是圖14吸收部件中一個(gè)片段的平面視圖，表示一個(gè)單獨(dú)裂隙在其預(yù)先形成狀態(tài)下的放大視圖。
在制備這種吸收部件時(shí)，優(yōu)選在脫水處理之前將裂隙切進(jìn)該泡沫材料。然后將泡沫材料脫水，優(yōu)選通過(guò)空氣和/或熱干燥脫水，把下表面粘結(jié)到一個(gè)平的無(wú)孔基質(zhì)上。或者，使材料脫水，在基本不含水的泡沫材料中形成裂隙，然后使該材料再水合，之后進(jìn)行類似的與基質(zhì)連在一起的脫水處理過(guò)程。在浸濕狀態(tài)下，由于濕泡沫的高摩擦系數(shù)和毛細(xì)吸收，下層表面在基質(zhì)上不會(huì)滑動(dòng)。在泡沫材料干燥和收縮過(guò)程中，下層表面由于與基質(zhì)保持接觸而不能收縮，因而該表面會(huì)保持其裂隙閉合狀態(tài)。相反上層表面在失去液體的同時(shí)自由收縮，且裂隙之間的單個(gè)條狀泡沫收縮。一旦泡沫材料完全干燥，吸收部件上下表面之間產(chǎn)生的收縮差達(dá)到“鎖定”狀態(tài)，然后將其從基質(zhì)上剝落下來(lái)用于進(jìn)一步的加工。
于是，預(yù)先形成的杯樣形狀為第一次排出的液體和/或糞便的沉積物提供了預(yù)先敞開(kāi)裂隙的表面，與常規(guī)裂隙吸收部件相比增加的表面積改善了攝取速度。一旦吸收部件攝取了液體，并且吸收部件內(nèi)的水份分布達(dá)到均勻(在一個(gè)單層中)時(shí)，裂隙會(huì)失去其杯樣形狀，并且一般恢復(fù)到圖4所示的構(gòu)型。
這些預(yù)先形成的裂隙構(gòu)型特別適用于容納和對(duì)濕的或稀糞便物質(zhì)脫水，以及攝取較高粘度的液體和/或那些具有較高濃度的特殊物質(zhì)，如血液，月經(jīng)或創(chuàng)傷液體。這種敞開(kāi)的杯狀區(qū)域當(dāng)其所含有的水份被吸收進(jìn)該泡沫材料時(shí)，這種敞開(kāi)的杯狀區(qū)域可以作為一種容器以攝取這類物質(zhì)并保留它們。這種預(yù)先形成的裂隙還由于提供了一個(gè)帶有較大開(kāi)口的表面，使液體通過(guò)上面的開(kāi)口滲入其中，從而減少了液體流出該泡沫材料表面的趨勢(shì)。
在一種多層結(jié)構(gòu)中，這些預(yù)先形成的裂隙還可以為接著的下一層(從上表面到下表面裂隙基本是敞開(kāi)的結(jié)構(gòu)中)提供直接液體通道，并且同時(shí)使暴露于即將來(lái)臨的液體表面積還保持一個(gè)相對(duì)高的程度。這樣就使得該下層比通過(guò)從最上層分配更加直接和迅速地開(kāi)始攝取液體，從而進(jìn)一步改善了該吸收部件的整體攝取速度。
在多層實(shí)施方案中，吸收部件的一層或幾層可以包括一些非聚合物泡沫類的材料，如一種更慣用的吸收材料。這些其他材料層可用于一層或多層帶有裂隙區(qū)的泡沫材料之上作為攝取層和/或用于這些帶裂隙的泡沫材料層之下作為儲(chǔ)存層。也可以將這類材料用于泡沫材料層之間。適用的這類材料包括纖維素纖維、改性的纖維素纖維、人造絲、聚酯纖維如聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(DACRON)、疏水尼龍(HYDROFIL)等。也可以使用由熱粘合、氣壓纖維素纖維材料形成的吸收結(jié)構(gòu)。粒狀或片狀的吸收凝膠材料與這類纖維材料同時(shí)一起使用也是理想的。在片狀吸收凝膠材料中使用裂隙對(duì)提高液體攝取也是有利的。
圖17和18示意性地說(shuō)明了在聚合物泡沫材料片上形成帶裂隙區(qū)的兩種可能方法。在圖17中，使片狀泡沫材料30通過(guò)刀輥310和支承輥320。刀輥310包括一系列所要求樣式和間隔的小而鋒利的刀片，當(dāng)泡沫材料在兩輪之間擠壓時(shí)，這些刀片切入泡沫材料從而形成裂隙區(qū)。圖18表示了一種沖壓操作過(guò)程，其中將帶有一系列所要求樣式和間隔的小而鋒利的刀片的沖模410與平臺(tái)420帶到一起以?shī)A住并擠壓泡沫片400。這樣沖模上的刀片切入泡沫材料從而形成裂隙區(qū)。也可以使用其他方法，例如可以使用單個(gè)或連續(xù)刀或類似設(shè)備。
對(duì)于前面的每個(gè)實(shí)施方案來(lái)說(shuō)，盡管在裂隙穿過(guò)吸收部件部分厚度時(shí)也可以獲得本發(fā)明的至少某些優(yōu)點(diǎn)，但是當(dāng)前優(yōu)選的是該裂隙穿過(guò)整個(gè)吸收部件。
也可以在吸收部件中形成溝或槽而不是裂隙，但是使用裂隙當(dāng)前是優(yōu)選的，因?yàn)檫@樣可以盡可能減少在溝、槽加工過(guò)程中所伴隨的材料損失量并保留全部吸收能力。
吸收部件的整體形狀和/或尺寸可以根據(jù)特定使用需要而進(jìn)行裁剪，并且也可以根據(jù)需要調(diào)整整個(gè)裂隙區(qū)的形狀和/或尺寸。
在裂隙區(qū)設(shè)計(jì)方面，還要考慮到其它方面的性能，如吸收部件的使用整體性、柔韌性和彈性/拉伸的考慮?？梢詫?duì)裂隙長(zhǎng)度、排列密度及裂隙的取向所有這些特征進(jìn)行調(diào)整以達(dá)到該吸收部件在攝取速度和機(jī)械性能方面的最佳整體性能。
單個(gè)和多層結(jié)構(gòu)中的變形程度，以及制備預(yù)先形成敞開(kāi)裂隙過(guò)程中形成杯樣形狀的量均受到裂隙長(zhǎng)度、裂隙排列密度、片材厚度和材料特性的影響。一般來(lái)講，由于每單位面積泡沫材料的相應(yīng)減少和上下表面之間張力差的減少，厚度較薄的片材被認(rèn)為降低了所表現(xiàn)出的動(dòng)態(tài)效果水平。較高的排列密度一般可認(rèn)為減少了位移量和降低了所表現(xiàn)出的杯樣程度。較短的裂隙長(zhǎng)度也被認(rèn)為減少了位移量和降低了杯樣程度。呈較幔膨脹速度的材料一般會(huì)產(chǎn)生較幔的動(dòng)態(tài)反應(yīng)，而在結(jié)構(gòu)平面中有較小膨脹勢(shì)的材料一般比具有較大膨脹勢(shì)的材料表現(xiàn)出更差的動(dòng)態(tài)反應(yīng)。
在預(yù)成形敞開(kāi)構(gòu)型的裂隙的操作區(qū)域，完成脫水操作的溫度也是一個(gè)重要的因素。如果在低于或者是環(huán)境溫度下完成脫水，所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)一般會(huì)顯得僵硬，從而不易塌癟形成杯狀結(jié)構(gòu)的預(yù)先敞開(kāi)裂隙。如果是在較高溫度下完成該操作，例如100華氏度(F)，該聚合物結(jié)構(gòu)通常維持更松軟和更柔順，因而更容易形成預(yù)先敞開(kāi)的杯狀結(jié)構(gòu)裂隙。
盡管根據(jù)本發(fā)明的吸收部件可以分開(kāi)使用，即不帶有附屬結(jié)構(gòu)，但是在用于吸收水性體液時(shí)這種吸收部件優(yōu)選為結(jié)合使用某些吸收物品。這種情況下，吸收物品一般包括一個(gè)或多個(gè)本發(fā)明的吸收部件和某些帶有將吸收物品固定到穿戴者身上的裝置的底襯片材，以保持吸收部件的沉積區(qū)接近于水性體液源。在優(yōu)選型吸收產(chǎn)品中，該底襯片村基本上具有液體不滲透性以防止衣物、床鋪接觸到浸濕的吸收部件。
已發(fā)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的吸收部件特別適用于一次性產(chǎn)品和成人尿失禁用衣物之類型的吸收物品中。在這類情況當(dāng)中，以與本發(fā)明吸收部件一起使用的目前優(yōu)選吸收物品類型已在前面提到1992年9月15日出版的美國(guó)專利No.5,147,345(Young等人)當(dāng)中所記載，該專利被引用作參考。
VI、塌癟聚合物泡沫材料的制備如前所述，可以使具有相對(duì)較高水相與油相之比的某些油包水乳液發(fā)生聚合反應(yīng)來(lái)制備適用于本發(fā)明的塌癟聚合物泡沫材料。具有如此相對(duì)較高水與油相之比的這種類型乳液在現(xiàn)有技術(shù)中通常被稱為高分散相乳劑(“HIPEs”或“HIPE”乳液)。通過(guò)這種乳液的聚合反應(yīng)而制備的聚合物泡沫材料本文稱之為“HIPE泡沫”。
用于形成HIPE乳液的水相與油相的相對(duì)量在眾多其他參數(shù)當(dāng)中是決定所形成聚合泡沫的結(jié)構(gòu)、機(jī)械和性能特性的重要因素。特別是，形成泡沫乳液中的水與油之比能影響泡沫的密度、孔徑和泡沫的毛細(xì)吸收比表面積以及形成泡沫骨架的尺寸。用于制備優(yōu)選HIPE泡沫的乳液一般具有的水與油相之比的范圍是大約12∶1至大約100∶1，更優(yōu)選的是大約20∶1至大約70∶1，最優(yōu)選的是大約25∶1至大約50∶1。
A.油相成份HIPE乳劑的連續(xù)油相含有能聚合形成固體泡沫結(jié)構(gòu)的單體。這種單體成份包括一種“玻璃狀的”單體，一種“橡膠狀”共聚用單體和一種交聯(lián)劑。選擇單官能單體和共聚用單體及多官能交聯(lián)劑的特定類型和量，對(duì)于吸收性HIPE泡沫具有適用于本發(fā)明的結(jié)構(gòu)、機(jī)械和液體處理特性進(jìn)行所需要的結(jié)合來(lái)說(shuō)，是至關(guān)重要的。
用于HIPE乳液油相中的單體組份包括一種或多種單官能單體，它傾向于賦予產(chǎn)生的聚合物泡沫結(jié)構(gòu)以玻璃樣特性。這種單體被稱之為“玻璃態(tài)”單體，并且為本發(fā)明目的被定義為能產(chǎn)生高的分子量(大于6000)均聚物的單體材料，該均聚物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)在大約40℃以上。這些單官能玻璃態(tài)單體類型包括甲基丙烯酸酯基單體(如甲基丙烯酸甲酯)和苯乙烯基的單體(如苯乙烯)。優(yōu)選的單官能玻璃態(tài)單體類型是苯乙烯基單體，而苯乙烯本身又是這類單體中最優(yōu)選的。也可以使用取代的，例如，單取代的苯乙烯如對(duì)甲基苯乙烯。單官能玻璃態(tài)單體通常含有大約5至大約40％，更優(yōu)選大約10至大約30％，再優(yōu)選大約15至25％，最優(yōu)選大約20％(以單體組份的重量計(jì))。
該單體成份還包括一種或多種單官能基共聚用單體，它們傾向于賦予所得到的聚合物泡沫結(jié)構(gòu)以橡膠狀特性。這類共聚用單體被稱之為“橡膠態(tài)”共聚用單體，并且為了本發(fā)明目的，被定義為能產(chǎn)生具有大約40℃或更低的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)的高分子量(大于10,000)均聚物的單體材料。這類型的單官能基橡膠態(tài)共聚用單體包括，例如，C4-C12烷基丙烯酸酯，C6-C14烷基甲基丙烯酸酯，以及這些共聚用單體的結(jié)合。在這些共聚用單體中，正丁基丙烯酸酯和2-乙基己基丙烯酸酯是最優(yōu)選的。該單功能基橡膠態(tài)共聚用單體一般包括大約30至80％，更優(yōu)選大約50至大約70％，最優(yōu)選大約55至大約65％(以單體組份的重量計(jì))。
鑒于由玻璃態(tài)單體和橡膠態(tài)共聚用單體形成的聚合物鏈?zhǔn)墙宦?lián)的，該單體組份還含有一種多官能交聯(lián)劑。和單官能單體及共聚用單體一樣，選擇特定類型和量的交聯(lián)劑對(duì)于最終實(shí)現(xiàn)具有結(jié)構(gòu)、機(jī)械和液體處理特性理想結(jié)合的優(yōu)選聚合物泡沫來(lái)說(shuō)是非常重要的。
根據(jù)所用單官能單體和共聚用單體的類型和量，以及進(jìn)一步根據(jù)產(chǎn)生聚合物泡沫的所需特征，該多官能基交聯(lián)劑可選自于各種的多官能單體，優(yōu)選雙官能單體。因此，交聯(lián)劑可以是二乙烯基芳香類物質(zhì)，如二乙烯基苯、二乙烯基甲苯、或二烯丙基鄰苯二甲酸酯?；蛘?，也可以使用二烯丙基脂族交聯(lián)劑，如任何多元醇的二丙烯酸或二甲基丙烯酸酯，又如1，6-己二醇及其類似物。發(fā)現(xiàn)適用于制備優(yōu)選HIPE乳液的交聯(lián)劑是二乙烯基苯。不管什么類型的交聯(lián)劑一般在形成泡沫乳液油相中的用量是大約10至大約40％，更優(yōu)選是大約15至25％，最優(yōu)選是大約20％(以單體組份的重量計(jì))。
油相中的另一個(gè)基本成份是讓其形成穩(wěn)定HIPE乳液的乳化劑。這些乳化劑是那些在形成乳液的油相中可溶的乳化劑。使用的乳化劑通常是非離子型的，并包括脫水山梨醇脂肪酸酯、聚脂肪酸甘油酯、和它們的組合。優(yōu)選的乳化劑包括脫水山梨醇月桂酸酯(如SPANR20)，脫水山梨醇油酸酯(如SPANR80)，脫水山梨醇月桂酸酯與脫水山梨醇棕櫚酸酯(如SPANR40)以大約1∶1至大約3∶1重量比的組合物，以及特別是脫水山梨醇月桂酸酯與后面所述的某些聚脂肪酸甘油酯的組合物。
用來(lái)形成HIPE乳液的油相一般包括大約67至大約98％(重量)的單體成份和大約2至33％(重量)的乳化劑成份。優(yōu)選地，該油相包括大約80至大約95％(重量)的單體成份和大約5至大約20％(重量)的乳化劑成份。
除了單體和乳化劑成分之外，該油相還可以含有其他可選擇的成份。一種這樣的選擇性油相成份是后面所述一般類型的油溶性聚合反應(yīng)引發(fā)劑。另一種可能的油相中的選擇性成份是單體和乳化劑的基本水不溶性溶劑。當(dāng)然，這種類型的溶劑必須是不能夠溶解形成的聚合物泡沫。使用這種溶劑并不是優(yōu)選的，但是如果使用了這種溶劑，它一般的含量不超過(guò)油相重量的大約10％。
B.水相組份HIPE乳液的非連續(xù)分散相是水相，它一般是一種含有一種或幾種已溶解組份的水溶液。水相的一種基本溶解組份是水溶性電解質(zhì)。HIPE乳液水相中的溶解的電解質(zhì)的作用是盡可能地減少那些基本上油溶的單體和交聯(lián)劑也溶于水相的趨勢(shì)。這又可以認(rèn)為在該乳液聚合過(guò)程中最大程度地減少聚合物材料對(duì)油/水界面處水相液滴所形成的小孔窗口的填充程度。因此，認(rèn)為電解質(zhì)的存在以及產(chǎn)生的水相離子強(qiáng)度能夠決定所形成的優(yōu)選聚合物泡沫是否是開(kāi)孔的以及開(kāi)孔的程度。
可以使用能夠提供離子種類以賦予水相離子強(qiáng)度的任何電解質(zhì)。優(yōu)選的電解質(zhì)是一價(jià)、二價(jià)、或三價(jià)無(wú)機(jī)鹽，如水溶性鹵化物，例如，堿金屬和堿土金屬的鹽酸鹽、硝酸鹽和硫酸鹽。舉例包括氯化鈉、氯化鈣、硫酸鈉和硫酸鎂。氯化鈣對(duì)于用于本發(fā)明優(yōu)選的泡沫材料來(lái)說(shuō)是最優(yōu)選的。一般電解質(zhì)在HIPE乳液水相中的使用濃度范圍是大約0.2至大約20％(以水相重量計(jì))。更優(yōu)選的是，電解質(zhì)占水相的大約1至大約10％(以水相重量計(jì))。
HIPE乳液也可以通常含有一種聚合反應(yīng)引發(fā)劑。這種引發(fā)劑組份一般是被加到HIPE乳液的水相中，并且可以是任何慣用的水溶性自由基引發(fā)劑。這類物質(zhì)包括過(guò)氧化合物，如過(guò)硫酸鈉、過(guò)硫鉀鉀和過(guò)硫酸銨，過(guò)氧化氫，過(guò)乙酸鈉，過(guò)碳酸鈉等。也可以使用慣用的氧化還原引發(fā)劑系統(tǒng)?？梢酝ㄟ^(guò)將前面所述過(guò)氧化化合物與還原劑如亞硫酸氫鈉、L-抗壞血酸或鐵鹽化合而形成這種系統(tǒng)。
這種引發(fā)劑物質(zhì)最高可占油相中可聚合單體總摩爾數(shù)的百分之五摩爾。更優(yōu)選的是，該引發(fā)劑占油相中可聚合單體總摩爾數(shù)的0.001至0.5％摩爾。當(dāng)用于水相中時(shí)，可以通過(guò)將引發(fā)劑加到水相中以形成大約0.02％至大約0.4％，更優(yōu)選大約0.1％至大約0.2％(以水相重量計(jì))的引發(fā)劑濃度。
C.親水劑和能水合的鹽形成本發(fā)明優(yōu)選塌癟吸收泡沫結(jié)構(gòu)的交聯(lián)聚合物材料優(yōu)選是在其聚合物結(jié)構(gòu)上基本沒(méi)有極性官能團(tuán)。因此，在緊接聚合步驟之后，形成這種優(yōu)選吸收泡沫的泡沫結(jié)構(gòu)表面的聚合物材料一般具有相對(duì)的疏水特性。因此，優(yōu)選的剛聚合得的泡沫需要進(jìn)一步處理以賦予該泡沫結(jié)構(gòu)表面相對(duì)高的親水性，以使這些泡沫能用作水性體液的吸收劑。如果必要的話一般可以通過(guò)后面更為詳細(xì)描述的方法，用一種親水劑處理該聚合的HIPE泡沫結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)泡沫表面的親水處理。
親水劑是任何能夠增加聚合物表面在對(duì)接觸到或沉積在其上面水份的潤(rùn)濕性的材料。親水劑在現(xiàn)有技術(shù)中是熟知的，并且包括表面活性劑材料，優(yōu)選是非離子型的。親水劑一般是以液體形式使用，并且能夠溶于或分散于HIPE泡沫表面上所用的親水溶液中。在這種方法中，可以將適量的親水劑吸收到優(yōu)選的HIPE泡沫結(jié)構(gòu)的聚合物表面上使得這種表面基本上是親水的，但不改變?cè)撆菽Ｍ娜犴g性及壓縮變形特征。在用親水劑處理后的優(yōu)選泡沫中，親水劑結(jié)合到泡沫結(jié)構(gòu)當(dāng)中，使得留在泡沫結(jié)構(gòu)中該親水劑的殘余量大約0.5％至大約20％，優(yōu)選是大約5至大約12％(以該泡沫重量計(jì))。
一種合適的親水劑是非刺激性的油溶性表面活性劑。這類表面活性劑可包括所有那些前面已介紹的用作HIPE乳液油相中的乳化劑如脫水山梨醇月桂酸酯(例如SPANR20)，和脫水山梨醇月桂酸酯與后面將要介紹的某些聚甘油脂肪酸酯的組合物。這種親水性表面活性劑可以在HIPE乳液形成和聚合反應(yīng)過(guò)程中結(jié)合到該泡沫中去，或者通過(guò)用溶于或分散于合適載體或溶劑中的表面活性劑溶液或懸浮液處理聚合物泡沫而將其結(jié)合進(jìn)去。
需要結(jié)合到HIPE泡沫結(jié)構(gòu)中的另一種物質(zhì)是能水合的、優(yōu)選是收濕的或易潮解的、水溶性無(wú)機(jī)鹽。這類鹽包括，例如，毒理學(xué)上可接受的堿土金屬鹽。對(duì)于這類物質(zhì)及其與作為泡沫親水劑的油溶性表面活性劑結(jié)合使用的更為詳細(xì)描述參見(jiàn)1993年3月4日出版的PCT公開(kāi)申請(qǐng)?zhí)朩O 93/04113。該申請(qǐng)的申請(qǐng)人是P&G公司，并且該申請(qǐng)的公開(kāi)說(shuō)明書(shū)被引用作為參考。這類的優(yōu)選鹽包括鈣的鹵化物如氯化鈣，如前所述，它還可以作為電解質(zhì)加到制備該聚合物泡沫所用的HIPE乳液的水相中。
可以通過(guò)用這類鹽的水溶液處理該泡沫，很容易地將能水合的無(wú)機(jī)鹽結(jié)合到本發(fā)明的聚合物泡沫中。一般可以在從剛聚合的泡沫中除去殘余水相的過(guò)程完成之后，或作為該過(guò)程的一部分，使用能水合的無(wú)機(jī)鹽溶液處理該泡沫。優(yōu)選使用這種溶液接觸泡沫，來(lái)沉積殘余量至少大約為0.1％(以該泡沫重量計(jì))至少的能水合的無(wú)機(jī)鹽，如氯化鈣，而典型的殘余量是至少大約0.1至大約8％、優(yōu)選是3至6％，以該泡沫重量計(jì)。
對(duì)相對(duì)疏水性的優(yōu)選泡沫結(jié)構(gòu)用親水劑(有或沒(méi)有能水合的鹽)聚合處理應(yīng)通常達(dá)到足以賦予本發(fā)明優(yōu)選HIPE泡沫以合適親水能力的必要程度。但是，有些優(yōu)選HIPE乳液型的泡沫在制備時(shí)就有適當(dāng)?shù)挠H水性，并已結(jié)合進(jìn)去足夠量的能水合的鹽，因此不需要再用親水劑或能水合的鹽進(jìn)行額外的處理。特別是，這些優(yōu)選的HIPE泡沫可以是下面這種泡沫，即，用脫水山梨醇脂肪酸酯如脫水山梨醇月桂酸酯(例如SPAN 20)，或脫水山梨醇月桂酸酯與后面將要描述的某些聚甘油脂肪酸酯的組合物，作為乳化劑加到油相中，并且用氯化鈣作為電解質(zhì)加到HIPE乳液的水相中制成的泡沫。在該情況下，含有殘余乳化劑的內(nèi)聚合泡沫表面有合適的親水性，并且即使在將聚合物泡沫脫水之后，該殘余的水相液也含有或沉積足夠量的氯化鈣。
D.獲得HIPE泡沫的加工條件制備適用于本發(fā)明的優(yōu)選泡沫的步驟通常包括1)形成穩(wěn)定的高分散相乳液(HIPE)；2)在適合形成固體聚合物泡沫結(jié)構(gòu)的條件下聚合/固化這種穩(wěn)定的乳液；3)沖洗固體聚合物泡沫結(jié)構(gòu)以從聚合物泡沫結(jié)構(gòu)中除去初始的殘余水相，如果需要，再用親水劑和/或能水合的鹽處理聚合物泡沫結(jié)構(gòu)以沉積任何需要的親水劑/能水合的鹽，和4)然后將這些聚合物泡沫結(jié)構(gòu)脫水(優(yōu)選包括在Z方向上壓縮)達(dá)到必需的程度，以提供適用于作為水性體液吸收劑的塌癟、未膨脹聚合物泡沫材料。
為了一致地獲得適用于本發(fā)明的相對(duì)薄的、塌癟的聚合物泡沫材料，已發(fā)現(xiàn)以減少或最大限度地減少HIPE乳液中水滴聚結(jié)的方式進(jìn)行乳液形成和聚合步驟是尤為重要的。HIPE乳液不總是穩(wěn)定，特別是在較高溫度條件下進(jìn)行聚合反應(yīng)和固化時(shí)。在HIPE乳液穩(wěn)定性降低時(shí)，存在于其中的水滴會(huì)聚結(jié)在一起，凝聚成非常大的水滴。的確，在乳液的聚合和固化過(guò)程中，泡沫結(jié)構(gòu)的固化和水滴聚結(jié)之間基本存在著一種競(jìng)爭(zhēng)。必須找到一種合適的平衡以減少水滴的聚結(jié)，而又在合理的時(shí)間內(nèi)完成泡沫結(jié)構(gòu)的聚合和固化。(盡管在保留的水滴尺寸非常小的情況下某些聚結(jié)是可以接受的，但是這些在形成的泡沫中的不均勻的孔徑會(huì)對(duì)該泡沫的液體輸送特性產(chǎn)生不利地影響，特別對(duì)它的毛細(xì)吸收速度。)減少HIPE乳液中水滴的聚結(jié)可在聚合和固化之后形成的泡沫結(jié)構(gòu)中形成較小的平均孔徑。相信這種在聚合物泡沫材料中形成的較小平均孔徑是其后連續(xù)形成適用于本發(fā)明的優(yōu)選的相對(duì)薄的、塌癟聚合物泡沫材料的關(guān)鍵歷程。(也認(rèn)為在形成的泡沫中的均勻小孔徑也可以產(chǎn)生良好的吸收性，特別是液體轉(zhuǎn)輸(例如毛細(xì)吸收)特征)。在減少HIPE乳液中水滴聚結(jié)的條件下制備時(shí)，聚合物泡沫材料的數(shù)均孔徑是大約50微米或更少，典型的是大約5至大約50微米范圍內(nèi)，優(yōu)選是在大約5至大約40微米，最優(yōu)選是在大約5至大約35微米范圍內(nèi)。在下文敘述的為獲得塌癟聚合物泡沫而進(jìn)行的乳液制備和聚合/固化步驟過(guò)程中將更加詳細(xì)地討論連續(xù)減少HIPE乳液中水滴聚結(jié)的技術(shù)1、HIPE乳液的形成按照前面所述的特定重量比將油相組份與水相組份結(jié)合形成HIPE乳液。該油相含有如前面指定的基本成份，如必要的單體、共聚用單體、交聯(lián)劑和乳化劑，并且可含有可選擇性組份，如溶劑和聚合反應(yīng)引發(fā)劑。所用的水相含有如前面指定的作為基本成份的電解質(zhì)并且還可含有可選擇性組份，如水溶性乳化劑、和/或聚合物引發(fā)劑。
可通過(guò)將由油相和水相結(jié)合的這些結(jié)合相剪切攪拌形成HIPE乳液。一般剪切攪拌必須達(dá)到由結(jié)合的油相和水相形成穩(wěn)定的乳液所必需的程度和時(shí)間。這個(gè)過(guò)程可以是分批進(jìn)行，也可以連續(xù)進(jìn)行，一般是在適于形成下述乳液的條件下進(jìn)行，即該乳液中水相液滴的分散程度要達(dá)到形成的聚合物泡沫所必需的孔體積和其它結(jié)構(gòu)特征的程度。油相和水相結(jié)合的乳化過(guò)程常常涉及使用混合或攪拌設(shè)備，如一種針形高速攪拌機(jī)。
在本發(fā)明中可用的一種優(yōu)選形成HIPE乳液的方法是使所必需要的油相和水相結(jié)合和乳化的連續(xù)方法。在這種方法中，形成一種含有油相的液流，并且其流速大約0.08至大約1.5ml/秒的范圍內(nèi)。同時(shí)，形成一種含有水相的液流，其流速在大約4至大約50ml/秒范圍內(nèi)。在上述流速范圍內(nèi)，在接近達(dá)到并維持如前面指定的必需的水與油相的重量比的情況下，使這兩種液流在一個(gè)適合的混合室或區(qū)域中結(jié)合。
在混合室或區(qū)中，一般要對(duì)結(jié)合液流進(jìn)行剪切攪拌，例如，用一種合適的結(jié)構(gòu)和尺寸的針式高速攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌。攪拌一般地要達(dá)到大約1000至大約2500秒-1的程度。在混合室的停留時(shí)間通常是大約5至大約30秒。一旦形成乳液，即將液體狀的穩(wěn)定HIPE乳液從混合室或區(qū)中以大約4至大約52ml/秒的流速抽出。對(duì)于這種通過(guò)連續(xù)過(guò)程形成HIPE乳液的優(yōu)選方法的更詳細(xì)描述參見(jiàn)美國(guó)專利5,149,720(Des Marais等人)，該專利1992年9月22日公開(kāi)，本文引用作為參考文獻(xiàn)。
為了一致性地減少HIPE乳液中水滴的聚結(jié)，特別優(yōu)選在油相中使用特定類型的乳化劑系統(tǒng)，特別是在HIPE乳液聚合和固化的溫度高于大約50℃時(shí)。這些優(yōu)選的乳化劑系統(tǒng)包括脫水山梨醇月桂酸酯(例如SPANR20)，和作為輔助乳化劑的特定聚甘油脂肪酸酯(PGFs)的組合物。脫水山梨醇月桂酸酯與PGE的重量比通常是在大經(jīng)10∶1至大約1∶10的范圍內(nèi)，優(yōu)選的此重量比是在大約4∶1至大約1∶1的范圍內(nèi)。
特別適用于作為脫水山梨醇月桂酸酯的輔助乳化劑的PGFs通常是由具有高含量線性的(即無(wú)環(huán)的)雙甘油，低含量的三——或更高級(jí)聚甘油以及低含量的環(huán)狀雙甘油特征的聚甘油制備的。合適的聚甘油反應(yīng)劑(重量)通常含有的線性雙甘油量是至少大約60％(典型的是在大約60％至大約90％范圍內(nèi))，含有的三——或更高級(jí)聚甘油的量不超過(guò)大約40％(典型的是在大約10至40％的范圍內(nèi))，和含有環(huán)狀雙甘油的量是不超過(guò)10％(典型的是在0至大約10％范圍內(nèi))。優(yōu)選的是，這些聚甘油含有大約60至大約80％的線性雙甘油、大約20至大約40％的三——或更高級(jí)聚甘油、和不超過(guò)大約10％的環(huán)狀雙甘油。(一種測(cè)定聚甘油分布的方法參見(jiàn)共同申請(qǐng)的未決的美國(guó)專利申請(qǐng)系列號(hào)No.07/989,270(Dyer等人，1992年12月11日申請(qǐng))的PGE分析方法部分，該專利的公開(kāi)內(nèi)容本文引用作為參考)。
特別適用于作為脫水山梨醇月桂酸酯的輔助乳化劑的PGEs也可以從脂肪酸反應(yīng)劑制備，該反應(yīng)劑的特征是脂肪酸組成為含有高含量的結(jié)合C12和C14飽和脂肪酸、和低含量的其他脂肪酸。合適的脂肪酸反應(yīng)劑具有的脂肪酸組合物是，組合的C12和C14飽和脂肪酸含量是至少大約40％(典型的是大約40至85％的范圍)，C16飽和脂肪酸的含量不超過(guò)大約25％(典型范圍是大約5至大約25％)，組合的C18或更高級(jí)飽和脂肪酸的含量是不超過(guò)大約10％(典型的范圍是大約2至大約10％)，組合的C10或更低級(jí)的脂肪酸含量不超過(guò)大約10％(典型的范圍是大約0.3至大約10％)，余量的其他脂肪酸基本上是C18的單不飽和脂肪酸。優(yōu)選的，這些脂肪酸反應(yīng)劑的脂肪酸組合物是至少大約65％的組合C12和C14飽和脂肪酸(通常在大約65至大約75％之間)，不超過(guò)大約15％的C16飽和脂肪酸(通常范圍在大約10至大約15％之間)，不超過(guò)大約4％的組合C18或更高級(jí)的飽和脂肪酸(典型范圍是大約2至大約40％)，和不超過(guò)大約3％的C10或更低級(jí)的脂肪酸(通常在大約0.3至大約3％之間)。(一種測(cè)定脂肪酸組成的方法參見(jiàn)共同申請(qǐng)的未決美國(guó)專利申請(qǐng)系列號(hào)No.07/989,270(Dyer等人，1992年12月11日申請(qǐng))的PGE分析方法部分，該專利的公開(kāi)內(nèi)容本文引用作為參考)。
適用于作為脫水山梨醇月桂酸酯的輔助乳化劑的PGEs通常也具有的特征是產(chǎn)生最小的油/水界面張力(IFT)，其中油相含有用于HIPE乳液的單體，而水相含有氯化鈣。適當(dāng)?shù)腜GE輔助乳化劑通常產(chǎn)生的最小油/水IFT是至少大約0.06達(dá)因/厘米，典型范圍是大約0.06至大約1.0達(dá)因/厘米。特別優(yōu)選的PGE帶來(lái)最小的油/水IFT是至少大約0.09達(dá)因/厘米，典型范圍是大約0.09至大約0.3達(dá)因/厘米(一種測(cè)定這些PGEs的IFT的方法參見(jiàn)共同申請(qǐng)的未決美國(guó)專利申請(qǐng)系統(tǒng)號(hào)No.07/989,270(Dyer等人，1992年12月11日申請(qǐng))的PGE分析方法部分，該專利的公開(kāi)內(nèi)容本文引用作為參考)。
可以通過(guò)現(xiàn)有技術(shù)熟知的方法制備用來(lái)作為脫水山梨醇單月桂酸酯的輔助乳化劑的PGEs。例如，參見(jiàn)美國(guó)專利3,637,774(Baba-yan等人)，1992年1月25公開(kāi)，和McIntyre，“Polyglycerol Este-rs，”J.Am.Oil Chem.Soc.，Vol.56,No.11(1979),PP.835A-840A，本文引用該文獻(xiàn)作為參考，該文獻(xiàn)描述了聚甘油的制備并將其轉(zhuǎn)化成PGEs的方法。通常是用脂肪酸酯化聚甘油來(lái)制備PGEs?；旌仙虡I(yè)來(lái)源的或用已知方法(如在美國(guó)專利3,637,774中所述的方法)合成的聚甘油可制備恰當(dāng)?shù)木鄹视徒M合物。可以把脂肪酸和/或從商業(yè)來(lái)源的脂肪酸混合物混合制備合適的脂肪酸組合物。在制備用作輔助乳化劑的PGEs過(guò)程中，聚甘油與脂肪酸的重量比一般地大約50∶50至70∶30，優(yōu)選約60∶40至約70∶30之間。
制備合適的PCE輔助乳化劑的通常反應(yīng)條件是在0.1-0.2％氫氧化鈉作為酯化反應(yīng)催化劑存在下用脂肪酸酯化聚甘油。在大氣壓下大約210°～220℃開(kāi)始反應(yīng)，并且進(jìn)行機(jī)械攪拌和氮?dú)鈬娚?。在反?yīng)進(jìn)行過(guò)程中，游離脂肪酸減少，真空度逐漸增加到大約8mmHg。當(dāng)游離脂肪酸含量降到低于約0.5％時(shí)，用磷酸溶液中和催化劑，并將反應(yīng)混合物迅速冷卻至約60℃。然后使這種粗制的反應(yīng)混合物沉淀或進(jìn)行其他的慣用純化步驟(例如，減少未反應(yīng)的聚甘油含量)以生產(chǎn)所需要的PGEs。
2、HIPE乳液的聚合/固化一般將形成的HIPE浮液收集到或注入合適的反應(yīng)容器、罐或區(qū)域中進(jìn)行聚合反應(yīng)或固化。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，該反應(yīng)器皿包括一種由聚乙烯制成的槽中，在聚合反應(yīng)/固化達(dá)到所需程度之后可以很容易把最終將聚合/固化的固體泡沫材料從該槽中取出以進(jìn)行進(jìn)一步地加工。通常優(yōu)選的是將HIPE乳液注入該容器時(shí)的溫度與其聚合/固化的溫度相同。
HIPE乳液所經(jīng)受的聚合反應(yīng)/固化條件非常依賴于組成乳液油相和水相的單體及其他組份，特別是所用的乳化劑系統(tǒng)，以及所用的聚合反應(yīng)引發(fā)劑的類型和劑量。盡管如此，聚合反應(yīng)/固化的條件常常是將HIPE乳液保持在高于30℃的較高溫度下，更優(yōu)選是高于35℃下，約4至24小時(shí)，更優(yōu)選的約4至約18小時(shí)。
在減少HIPE乳液中水滴的聚結(jié)過(guò)程中，特別優(yōu)選的是在相對(duì)較低的溫度下進(jìn)行聚合反應(yīng)/固化，尤其是在制備HIPE乳液過(guò)程中沒(méi)有使用脫水山梨醇月桂酸酯和PGE輔助乳化劑的優(yōu)選組合物的情況下。在這種情況下，合適的較低的聚合反應(yīng)/固化溫度范圍是在約30℃至約50℃，優(yōu)選在約35℃至約45℃，最優(yōu)選是在約40℃。如果聚合反應(yīng)/固化是在遠(yuǎn)高于50℃的溫度下進(jìn)行，那么作用于乳液上的熱應(yīng)力會(huì)引起已存在的水滴凝聚和聚結(jié)，從而在產(chǎn)生的聚合物泡沫中形成非常大的孔，特別是在制備HIPE乳液過(guò)程中沒(méi)有使用脫水山梨醇月桂酸酯和PGE輔助乳化劑的優(yōu)選組合物的情況下。這樣可導(dǎo)致聚合物泡沫在脫水之后不能保持塌癟、非膨脹狀態(tài)。
當(dāng)HIPE乳液在一種反應(yīng)容器，如槽中，聚合/固化時(shí)通?？色@得大塊固體聚合物泡沫。將這種大塊的聚合HIPE泡沫通常切成或分割成片狀。片狀的聚合HIPE泡沫在下一步的處理/沖洗和脫水步驟以及制備用于吸收產(chǎn)品中的HIPE泡沫過(guò)程中更易于加工。通常地是把大塊的聚合HIPE泡沫進(jìn)行切割/切片提供大約0.08至大約2.5厘米的厚度。在進(jìn)一步的脫水過(guò)程中，這樣可通常形成具有大約0.008至大約1.25cm厚度的塌癟HIPE泡沫。
3、處理/沖洗HIPE泡沫所形成的固體聚合HIPE泡沫一般是一種柔韌的、開(kāi)孔的多孔結(jié)構(gòu)，其多孔結(jié)構(gòu)中充滿了制備HIPE乳液時(shí)所用的殘余水相物質(zhì)，這些殘余水相物質(zhì)一般包括一種電解質(zhì)水溶液、殘留的乳化劑和聚合反應(yīng)引發(fā)劑，在進(jìn)一步處理和使用泡沫之前須將這些殘余水相物質(zhì)從泡沫結(jié)構(gòu)中至少部分除去?？梢酝ㄟ^(guò)壓縮泡沫結(jié)構(gòu)以擠壓出殘余的液體和/或通過(guò)用水或其他水性沖洗液沖洗來(lái)除去初始的水相物質(zhì)。常常使用幾次壓縮和沖洗步驟，例如2至4次循環(huán)。
在將初始水相物質(zhì)從泡沫結(jié)構(gòu)中除去到所需程度時(shí)，如果需要處理該HIPE泡沫結(jié)構(gòu)，如通過(guò)一種合適的親水劑和/或能水合的鹽的水溶液連續(xù)沖洗該HIPE泡沫。能使用的親水劑和能水合的鹽前面已進(jìn)行了介紹，并且包括脫水山梨醇月桂酯(例如SPAN 20)和氯化鈣。如前所述，如果必要的話，可以用親水劑/能水合的鹽溶液繼續(xù)處理該HIPE泡沫，直至結(jié)合了所需量的親水劑/能水合的鹽，和直至泡沫對(duì)任何選擇的測(cè)試液表現(xiàn)出所需的粘合張力值。4、泡沫脫水在對(duì)HIPE泡沫進(jìn)行處理/沖洗達(dá)到賦予最終干燥泡沫合適的親水性和可選擇地結(jié)合足夠量的能水合鹽優(yōu)選是氯化鈣的必要程度之后，一般就對(duì)泡沫脫水。脫水的方式可以是通過(guò)壓縮泡沫(優(yōu)選在Z方向上)以擠壓出殘余的水份，使泡沫或其中的水份經(jīng)受高溫，例如經(jīng)受大約60℃至大約200℃的熱干燥，或經(jīng)受微波處理、通過(guò)真空脫水或者結(jié)合使用壓縮和熱干燥/微波/真空脫水技術(shù)。對(duì)HIPE泡的脫水處理步驟一般進(jìn)行到該HIPE泡沫隨時(shí)可以使用和實(shí)際干燥為至。這種壓縮脫水的泡沫常常具有以干基重量計(jì)大約50至大約500％，更優(yōu)選大約50至大約200％的水(濕氣)含量。接下來(lái)，將壓縮泡沫熱干燥(例如加熱)到濕含量以干基重量計(jì)是大約5至大約40％，更優(yōu)選是大約5至大約15％。所形成的壓縮/干燥泡沫呈一種塌癟的非膨脹狀態(tài)。
實(shí)施例下面的實(shí)施例敘述了適用于本發(fā)明吸收部件的優(yōu)選類型塌癟HIPE吸收泡沫的制備以及這些塌癟泡沫的特征，其中實(shí)施例IIA是優(yōu)選的材料。
實(shí)施例I本實(shí)施例描述了本發(fā)明范圍之內(nèi)的塌癟HIPE泡沫的制備。
乳液制備將無(wú)水氯化鈣(36.32kg)和過(guò)硫酸鉀(568克)溶于378升水中。這樣提供了水相液流以用于形成HIPE乳液的連續(xù)過(guò)程中。
向含有苯乙烯(1600克)，55％二乙烯基苯工業(yè)級(jí)(1600克)，和2-乙基己基丙烯酸酯(4800克)的單體組合物中加入脫水山梨醇月桂酸酯(960克的SPANR20)?；旌现?，使這種組合物靜置過(guò)夜。抽取上層清液并用此作為形成HIPE乳液的連續(xù)方法中的油相。(大約除去75克的粘性殘?jiān)?在水相溫度48-50℃和油相溫度22℃下，將分開(kāi)的油相和水相液流引入一動(dòng)力混合設(shè)備中。在動(dòng)力混合設(shè)備中通過(guò)針式高速攪拌機(jī)充分?jǐn)嚢柙摶旌弦毫?。在這級(jí)操作時(shí)，合適的針式高速攪拌機(jī)包括一個(gè)長(zhǎng)約21.6cm、直徑約1.6cm的圓柱軸。該圓柱軸帶有4排針，2排有17個(gè)針，另2排有16個(gè)針，每個(gè)針的直徑是0.5cm，從軸中心向外伸出1.6cm的長(zhǎng)度。該針式高速攪拌機(jī)安裝在一介圓柱形的軸筒中，形成了一個(gè)動(dòng)力混合設(shè)備，該針與軸筒壁之間有0.8毫米的空隙。
在動(dòng)力混合設(shè)備的下游安裝一個(gè)螺旋靜態(tài)混合器以便在動(dòng)力混合器中提供一個(gè)背應(yīng)壓力，并使最終形成乳液的成份的混合得以改善。這種靜態(tài)混合器是14英寸(35.6cm)長(zhǎng)，外直徑是0.5英寸(1.3cm)。該靜態(tài)混合器是TAH Industies Model 070-821，并經(jīng)切去2.4英寸(61cm)而進(jìn)行改進(jìn)的。
以2份水比1份油的比例將油相和水相加入到組合混合設(shè)備中。在向該動(dòng)力混合設(shè)備裝料的整個(gè)過(guò)程中，該裝置是開(kāi)口的以便空氣排出。在加料過(guò)程中流速分別是油相1.127克/秒和水相2.19cm3/秒。
一旦該設(shè)備加完料，在動(dòng)力混合器中開(kāi)始攪拌，攪拌機(jī)的轉(zhuǎn)速是1800 RPM。在130秒的時(shí)間內(nèi)使水相的流速穩(wěn)定地增加到35.56cm3/秒。此時(shí)由動(dòng)力和靜態(tài)混合器產(chǎn)生的背應(yīng)壓是7.5 PSI(51.75KPa)。然后使攪拌機(jī)的速度在60秒的時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定地減少到1200 RPM的速度。背應(yīng)壓降至4.5 PSI(31.05KPa)。此時(shí)，攪拌機(jī)的速度持續(xù)增加到1800 RPM。之后保持該系統(tǒng)的背應(yīng)壓力恒定在4.5 PSI(31.05KPa)。
乳液的聚合反應(yīng)將此時(shí)從靜態(tài)混合器中流出的所形成的乳液收集在橡膠經(jīng)濟(jì)冷凍食品儲(chǔ)存盒(Model 3500)中。這些盒子是由食品級(jí)的聚乙烯制成的，名義上的大小是18″×26″×9″(45.7cm×66cm×22.9cm)。這些盒子的實(shí)際內(nèi)容量是15″×23″×9″(38.1cm×58.4cm×22.9cm)。這些盒子已用一種溶液的膜進(jìn)行了預(yù)處理，該溶液含有一種20％的SPANR20溶液，將其溶于相等重量的二甲苯和2-丙醇溶劑的混合物中。將溶劑混合物蒸發(fā)只剩下SPANR20。每個(gè)盒子中收集47升的乳液。
將裝有乳液的盒子存放在溫度維持在65℃的室內(nèi)18小時(shí)以便使盒子內(nèi)的乳液發(fā)生聚合反應(yīng)，從而形成聚合物泡沫。
泡沫沖洗和脫水在固化完成之后，從固化盒中取出濕的已固化泡沫。此時(shí)的泡沫含有大約30-40倍聚合物質(zhì)重量(30-40X)的殘余水相，該水相含有溶解的乳化劑、電解質(zhì)和引發(fā)劑。用一種尖銳的往復(fù)式刀鋸將泡沫切割成厚度為0.350英寸(0.89cm)的片狀。然后將這些片材經(jīng)一系列3個(gè)夾輥的壓縮，使泡沫的殘余水相含量逐漸減少至聚合材料的重量大約6倍(6X)。此時(shí)，在60℃下用1％CaCl2溶液再飽和該片材，并在一夾輥中擠壓成水相含量大約10X。在60℃用1％CaCl2溶液再飽和，然后再在壓料輥中擠壓成水相含量為大約10X。
將含有大約10倍量的基本上是1％CaCl2溶液的泡沫片材通過(guò)最后一個(gè)裝有真空口的夾輥。最后的夾輥將CaCl2溶液含量減少至大約倍5聚合物的重量(5X)。在最后的夾輥壓縮之后泡沫仍保持大約0.080英寸(0.2cm)的厚度。然后使泡沫在大約60℃的空氣循環(huán)干燥箱中干燥大約3小時(shí)。這種干燥可使?jié)窈拷档偷酱蠹s聚合物材料重量的5-7％。此時(shí)，泡沫片材的厚度為大約0.075英寸(0.19cm)，并且很容易被覆蓋(drapeable)。該泡沫還含有大約11％(重量)的殘余脫水山梨醇月桂酸酯乳化劑和大約5％(重量)(無(wú)水基礎(chǔ))的殘余水合氯化鈣。在塌癟狀態(tài)，泡沫的密度是大約0.17克/厘米3。當(dāng)在Jayco合成尿液中膨脹時(shí)，其自由吸收能力大約是30.2ml/克。膨脹泡沫具有約2.24m2/g的毛細(xì)吸收比表面積，約31ml/g的孔體積，約15微米的數(shù)均孔徑，約35達(dá)因/厘米粘合張力，和垂直毛細(xì)吸收能力為大約26.7ml/g，或大約占其自由吸收能力的88％。
實(shí)施例II下面的實(shí)施例介紹了使用脫水山梨醇月桂酸酯(SPANR20)和聚甘油脂肪酸酯(PGE)或脫水山梨醇棕櫚酸酯(SPANR40)輔助乳化劑系統(tǒng)制備HIPE泡沫的過(guò)程實(shí)施例IIA將無(wú)水氯化鈣(36.32公斤)和過(guò)硫酸鉀(568克)溶于378升水中。這提供了用于形成HIPE乳液的水相液體流。
向含有苯乙烯(1600克)、二乙烯基苯(55％工業(yè)級(jí)，1600克)、和2-乙烯己基丙烯酸酯(4800克)的單體混合物中加入脫水山梨醇月桂酸酯(960克的SPANR20)。向另一半量的相同單體混合物中加入能產(chǎn)生最小油/水IFT為0.09達(dá)因/厘米的PGE乳化劑(480克)?？梢砸?4∶36的重量比用脂肪酸酯化聚甘油而獲得PGE，反應(yīng)條件是用氫氧化鈉作為催化劑、210℃下機(jī)械攪拌、氮?dú)鈬娚?、和逐漸增加真空度，接著進(jìn)一步用磷酸中和，冷卻至大約60℃，并沉淀以減少未反應(yīng)的聚甘油。制備PGE所用的聚甘油和脂肪酸組成列表如下聚甘油 ％(重量)線性雙甘油63.5三甘油或更高級(jí)甘油36.0環(huán)狀雙甘油 0.4脂肪酸 ％(重量)C8 -
C10C12 31.7C14 37.2C16 11.5C180 3.2C18113.8C182 1.5混合之后，使每一批油相靜置過(guò)液。從每批中抽取上層清液，并以2份含SPANR20的油相與1份含PGE的油相混合。(大約從每批中除去75克的粘性殘?jiān)?。
在水相溫度43℃至45℃和油相溫度22℃下，將分開(kāi)的油相和水相液流加料到針式攪拌動(dòng)力混合器中。這種針式攪拌機(jī)具有一個(gè)長(zhǎng)約21.6cm直徑約1.9cm的圓柱形軸。軸上固定有4排針，2排有17個(gè)針，另2排有16個(gè)針，每個(gè)針的直徑是0.5cm，并且從軸的中心向外伸出1.6cm。將針式攪拌機(jī)安裝在一個(gè)軸筒中，針與此內(nèi)壁之間有0.8毫升的間隙。
在動(dòng)力混合器的下游安裝一個(gè)螺旋靜態(tài)混合器(14英寸長(zhǎng)，外徑為1/2英寸，TAH Industies Model(070-821，經(jīng)切下2.4英寸而進(jìn)行了改進(jìn))以便在動(dòng)力混合器中提供背應(yīng)壓力，并且提供均勻的HIPE乳液。以2份水比1份油的比率將油相和水相加入到組合的動(dòng)力和靜態(tài)混合設(shè)備中。在裝料完成以前，該裝置是開(kāi)口的，以便讓空氣排出。加料過(guò)程中油相流速是3.0克/秒而水相流速是4.5毫升/秒。
一旦該設(shè)備裝料后，即開(kāi)始攪拌，攪拌機(jī)的轉(zhuǎn)速是1100 RPM。然后在120秒的時(shí)間內(nèi)使水相流速均勻地上升到46.5毫升/秒和使油相的流速均勻地降至1.77克/秒。由動(dòng)力和靜態(tài)混合器產(chǎn)生的背應(yīng)壓力此時(shí)是4.9psi。在30秒的時(shí)間內(nèi)，攪拌機(jī)的速度降至1000RPM。當(dāng)背應(yīng)壓力降至大約3psi時(shí)，使攪拌機(jī)的速度持續(xù)增加至1800 RPM，而逆向壓力增加至5.5psi。然后將水相和油相的流速分別調(diào)整至47.8毫升/秒和1.66克/秒將HIPE乳液收集到模子中(帶一中心芯的圓槽)。用一層含有20％SPANR20的二甲苯溶液膜對(duì)模子進(jìn)行預(yù)處理，該溶液已經(jīng)沉淀過(guò)液以除去不溶性成份。將模子預(yù)先熱處理以促進(jìn)二甲苯的蒸發(fā)，只留下SPANR20。將已加料的模子保持在65℃的室內(nèi)18小時(shí)以進(jìn)行固化。在泡沫固化之后，將其切成所需的厚度，如實(shí)施例1所示。然后用1％氯化鈣溶液沖洗固化的泡沫網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。在干燥之前殘留在泡沫中的溶液量是泡沫重量的5倍。
圖3表示的是使用如本實(shí)施例所述的用SPANR20/PGE輔助乳化劑體系制備的具有代表性的HIPE乳液聚合物泡沫的顯微照片(放大1000倍)。圖3所示的是其膨脹狀態(tài)下的泡沫結(jié)構(gòu)。圖中可以看出，這種泡沫結(jié)構(gòu)具有尺寸相對(duì)均勻的相對(duì)小的孔，即泡沫結(jié)構(gòu)是相對(duì)均勻的。這證實(shí)了在HIPE乳液固化過(guò)程中減少了水滴的聚結(jié)。
實(shí)施例IIB按照實(shí)施例IIA制備含有氯化鈣/過(guò)硫酸鉀的水相和含有SPANR20的油相單體混合物。向單體混合物中加入脫水山梨醇月桂酸酯(480克的SPANR20)和脫水山梨醇月桂酸酯(240克)與脫水山梨醇棕櫚酸酯(240克的SPANR40)的混合物?；旌现?，使油相靜置過(guò)液，抽取上層清液用于形成HIPE乳液。
然后按照實(shí)施例IIA所示的將水相(48℃-50℃)和油相加料到組合動(dòng)力和靜態(tài)混合設(shè)備中。以2份水比1份油的比例把油相和水相裝填到組合設(shè)備中，同時(shí)，使設(shè)備有通風(fēng)口以允許空氣排出，直至裝料完成。在填料過(guò)程中，油相流速是3.0克/秒而水相流速是6毫升/秒。
一旦設(shè)備加料完畢，就開(kāi)始攪拌，攪拌機(jī)的轉(zhuǎn)速是1800 RPM。然后在60秒的時(shí)間內(nèi)使水相流速均勻地上升至42.3毫升/秒和使油相流速均勻地降至1.5克/秒。背應(yīng)壓力是4.5psi。將HIPE乳液收集到模子中(帶中心芯的圓槽)，并保持在65℃的室內(nèi)18小時(shí)以使其固化，如實(shí)施例IIA所示，在泡沫固化之后，將其按實(shí)施例1所示切成所需的厚度。用1％氯化鈣溶液沖洗固化的泡沫網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。在干燥之前保留在泡沫中的殘余溶液是泡沫重量的5倍。
盡管舉例說(shuō)明和敘述了本發(fā)明的特定實(shí)施方案，但對(duì)于本領(lǐng)域中的熟練技術(shù)人員來(lái)說(shuō)在不脫離本發(fā)明精神和范圍的情況下可對(duì)本發(fā)明進(jìn)行的各種其他改變和改進(jìn)，這是顯而易見(jiàn)的。因此，在本發(fā)明范圍之內(nèi)的這些變化和改進(jìn)都被包括在所附的權(quán)利要求書(shū)中。
權(quán)利要求
1.一種吸收部件，具有一個(gè)外周區(qū)和一個(gè)與所述外周區(qū)鄰近的沉積區(qū)，沉積區(qū)的側(cè)面被所述的外周區(qū)所圍繞，其特征在于所說(shuō)的吸收部件包括(a)至少一層吸收材料，該材料在接觸到水性體液時(shí)，會(huì)發(fā)生膨脹并吸收所說(shuō)的含水體液，所說(shuō)的吸收材料包括一種親水的柔韌結(jié)構(gòu)，具有互相連接的開(kāi)放空間，所說(shuō)的至少一層具有上表面和下表面，所說(shuō)的上表面和下表面規(guī)定了一個(gè)平面方向和與所說(shuō)平面垂直的垂直方向，所說(shuō)的吸收材料在所說(shuō)平面方向的至少一個(gè)方向上可以膨脹；和(b)至少一個(gè)裂隙區(qū)，該裂隙區(qū)包括至少一個(gè)裂隙，該裂隙至少部分伸展通過(guò)該至少一層，所說(shuō)的至少一個(gè)裂隙包括至少兩個(gè)裂隙表面，當(dāng)所說(shuō)的含水體液被引入所說(shuō)沉積區(qū)時(shí)該兩個(gè)裂隙表面之間可以互相移位；由此，當(dāng)所說(shuō)的含水體液被引入所說(shuō)沉積區(qū)時(shí)，至少一部分所說(shuō)的一個(gè)裂隙區(qū)比所說(shuō)的至少一層周圍區(qū)更快和更大程度地膨脹，至少一部分所說(shuō)的至少一個(gè)裂隙區(qū)在所說(shuō)的垂直方向上變形和隆起，從而引起所說(shuō)的至少一個(gè)裂隙敞開(kāi)并向所說(shuō)的含水體液暴露出所說(shuō)的至少兩個(gè)裂隙表面以更快地?cái)z取。
2.一種多層吸收部件，具有一個(gè)外周區(qū)和一個(gè)與所述外周區(qū)鄰近的沉積區(qū)，并且沉積區(qū)的側(cè)面被所述的外周區(qū)所圍繞，其特征在于所說(shuō)的吸收部件包括(a)至少兩層吸收材料，該材料在接觸到含水體液時(shí)，會(huì)發(fā)生膨脹并吸收所說(shuō)的含水體液，所說(shuō)的吸收材料包括一種親水的柔韌結(jié)構(gòu)，具有互相連接的開(kāi)放空間，所說(shuō)至少兩層的每一層具有上表面和下表面，所說(shuō)的上表面和下表面規(guī)定了一個(gè)平面方向和與所說(shuō)平面方向垂直的垂直方向，所說(shuō)的吸收材料在所說(shuō)平面方向的至少一個(gè)方向上可以膨脹；和(b)至少一個(gè)裂隙區(qū)，該裂隙區(qū)包括至少一個(gè)裂隙，該裂隙至少部分伸展通過(guò)所說(shuō)的至少兩層中的至少一層，所說(shuō)的至少一個(gè)裂隙包括至少兩個(gè)裂隙表面，當(dāng)所說(shuō)的含水體液被引入所說(shuō)沉積區(qū)時(shí)該兩個(gè)裂隙表面之間可以互移位；由此，當(dāng)所說(shuō)的含水體液被引入所說(shuō)沉積區(qū)時(shí)，至少一部分所說(shuō)的一個(gè)裂隙區(qū)比所說(shuō)的至少兩層中的至少一層的周圍區(qū)更快和更大程度地膨脹，至少一部分所說(shuō)的至少一個(gè)裂隙區(qū)在所說(shuō)的垂直方向上變形和隆起，從而引起所說(shuō)的至少一個(gè)裂隙敞開(kāi)并向所說(shuō)的含水體液暴露出所說(shuō)的至少兩個(gè)裂隙表面以更快地?cái)z取。
3.一種吸收部件，具有一個(gè)外周區(qū)和一個(gè)與所述外周區(qū)鄰近的沉積區(qū)，沉積區(qū)的側(cè)面被所述的外周區(qū)所圍繞，其特征在于所說(shuō)的吸收部件包括(a)至少一層吸收材料，該材料在接觸到含水體液時(shí)，會(huì)發(fā)生膨脹并吸收所說(shuō)的含水體液，所說(shuō)的吸收材料包括一種親水的柔韌結(jié)構(gòu)，具有互相連接的開(kāi)放空間，所說(shuō)的至少一層具有上表面和下表面，所說(shuō)的上表面和下表面規(guī)定了一個(gè)平面方向和與所說(shuō)平面方向垂直的垂直方向，所說(shuō)的吸收材料在所說(shuō)平面方向的至少一個(gè)方向上可以膨脹；和(b)至少一個(gè)裂隙區(qū)，該裂隙區(qū)包括至少一個(gè)裂隙，該裂隙至少部分伸展通過(guò)該至少一層，所說(shuō)的至少一個(gè)裂隙包括至少兩個(gè)裂隙表面，當(dāng)所說(shuō)的含水體液被引入所說(shuō)的沉積區(qū)時(shí)該兩個(gè)裂隙表面之間可以互相移位；在引入含水體液之前所說(shuō)的至少兩個(gè)裂隙表面具有一個(gè)初始取向，其中所說(shuō)的至少兩個(gè)裂隙表面基本上是不平行的，并且在引入所說(shuō)含水體液時(shí)其中所說(shuō)的至少兩個(gè)裂隙表面發(fā)生移位，使得所說(shuō)至少兩個(gè)裂隙表面形成基本上更平行的取向；當(dāng)所說(shuō)的含水體液被引入所說(shuō)沉積區(qū)時(shí)，所說(shuō)的至少一個(gè)裂隙形成一個(gè)敞開(kāi)的接收通道，以更快地?cái)z取所說(shuō)的含水體液，并且在攝取所說(shuō)的含水體液時(shí)所說(shuō)至少兩個(gè)裂隙表面互相朝對(duì)方移動(dòng)，并返回到一個(gè)更平行的取向，從而至少部分關(guān)閉所說(shuō)的至少一個(gè)裂隙。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任何一項(xiàng)的吸收部件，其進(jìn)一步特征在于所說(shuō)的吸收部件包括一個(gè)無(wú)裂隙區(qū)，該無(wú)裂隙區(qū)至少部分地從側(cè)面包圍所說(shuō)的至少一個(gè)裂隙區(qū)，并從所說(shuō)的至少一個(gè)裂隙區(qū)向外伸展。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任何一項(xiàng)的吸收部件，其進(jìn)一步特征在于所說(shuō)的吸收材料包括一種塌癟的聚合物泡沫材料，其進(jìn)一步特征還在于所說(shuō)的聚合物泡沫材料包括一種親水的柔韌結(jié)構(gòu)，具有互相連接的開(kāi)孔。
6.權(quán)利要求5的吸收部件，其進(jìn)一步特征在于所說(shuō)的聚合物泡沫材料在所說(shuō)平面方向的至少一個(gè)方向上具有至少5％的膨脹勢(shì)。
7.權(quán)利要求5的吸收部件，其進(jìn)一步特征在于所說(shuō)的聚合物泡沫材料在所說(shuō)平面方向上的至少兩個(gè)互相垂直的方向上具有至少3％的膨脹勢(shì)。
8.權(quán)利要求5的吸收部件，其進(jìn)一步特征在于所說(shuō)的聚合物泡沫材料在與所說(shuō)至少一個(gè)裂隙方向平行的方向上具有膨脹勢(shì)，并且優(yōu)選在與所說(shuō)至少一個(gè)裂隙方向垂直的方向上也具有膨脹勢(shì)。
9.權(quán)利要求5的吸收部件，其進(jìn)一步特征在于所說(shuō)的聚合物泡沫材料具有(a)每泡沫體積至少大約0.025平方米/毫升的比表面積；(b)其中結(jié)合了至少大約0.1％(重量)毒理上可接收的收濕的水合鹽；(c)在其塌癟狀態(tài)下大約30kPa或更少的膨脹壓；和(d)當(dāng)用表面張力為65±5達(dá)因/厘米的合成尿液在88°F(31.1℃)下飽和到其自由吸收能力時(shí)，其膨脹狀態(tài)下的密度是其塌癟狀態(tài)下干基密度的大約10％至50％。
10.一種特別適用于吸收和保留含水體液的吸收物品，其特征在于所說(shuō)的吸收物品包括(a)一種底襯片材；和(b)一種與所說(shuō)底襯片材結(jié)合在一起的吸收部件，所說(shuō)的吸收部件位于所說(shuō)的底襯片材與該物品穿戴者體液排出區(qū)之間，所說(shuō)的吸收部件包括權(quán)利要求1的吸收部件。
全文摘要
本申請(qǐng)涉及使用在用這些液體濕透之前都保持相對(duì)薄的吸收材料形成的吸收部件中使用帶有裂隙的區(qū)域。合適的材料包括當(dāng)前優(yōu)選的各種聚合物泡沫材料。本發(fā)明公開(kāi)了帶有裂隙區(qū)的單層和多層吸收部件，以及使用預(yù)先形成的杯狀裂隙以增強(qiáng)初始液體的攝取。這些裂隙區(qū)結(jié)合平面膨脹特性使得該吸收部件能夠?qū)Ω鞣N液體負(fù)載條件產(chǎn)生動(dòng)態(tài)反應(yīng)以產(chǎn)生有用的結(jié)構(gòu)特征。這些裂隙區(qū)，結(jié)合吸收部件在吸收部件平面內(nèi)的至少一個(gè)方向上的膨脹勢(shì)，能引起該裂隙區(qū)從該吸收部件的平面向外隆起和/或變形，從而使得該裂隙表面互相之間成角度和/或平移移位。這樣可以更加充分地將裂隙表面暴露于引入的液體以改善攝取能力。使用預(yù)先形成的杯狀裂隙可使吸收部件能夠更快地?cái)z取和吸收水性體液，并且特別適用于容納和脫出那些濕的或稀便類物質(zhì)以及較高粘度的液體和/或那些具有較高濃度的特殊物質(zhì)如血液、月經(jīng)、或創(chuàng)傷體液的水分。
文檔編號(hào)A61F13/53GK1129395SQ94193140
公開(kāi)日1996年8月21日 申請(qǐng)日期1994年5月26日 優(yōu)先權(quán)日1993年6月25日
發(fā)明者加里·D·拉沃恩, 杰勒德·A·揚(yáng), 格雷戈里·W·泰勒, 唐納德·C·羅, 威廉·S·安德斯 申請(qǐng)人:普羅克特和甘保爾公司