Постоянно смачиваемые сверхпоглощающие материалы

Постоянно смачиваемые сверхпоглощающие материалы

Реферат

Область техники

Настоящее изобретение относится к сверхпоглощающим материалам, а более конкретно - к сверхпоглощающим волокнам, которые являются постоянно смачиваемыми.

Предшествующий уровень техники

Хорошо известно использование набухающих в воде, как правило, нерастворимых в воде поглощающих материалов, обычно известных как сверхпоглощающие материалы, в одноразовых поглощающих изделиях для личной гигиены. Такие поглощающие материалы, как правило, используют в поглощающих изделиях, например подгузниках, тренировочных трусах, изделиях для взрослых, страдающих недержанием, и в изделиях для личной гигиены женщин для того, чтобы увеличить поглощающую способность таких изделий при уменьшении их общей толщины. Поглощающие материалы, как правило, представлены в виде сверхпоглощающих частиц в волокнистой матрице, например в матрице из пуха древесной целлюлозы.

Сверхпоглощающие частицы иногда представляют трудность для использования, поскольку они не остаются неподвижными в течение производственного процесса и могут изменять свое положение в изделии. В противоположность сверхпоглощающим частицам потенциальные преимущества использования сверхпогло-щающих волокон включают улучшенную целостность изделия, лучшую вместимость и более высокие поглощающие свойства, такие как свойства быстрого поглощения и распределения жидкости. Использование сверхпоглощающих волокон может также привести к получению улучшенных характерных свойств изделий, например к получению более тонких и мягких изделий, которые обеспечивают более хорошую прилегаемость изделия, меньшую миграцию геля и потенциальное упрощение технологических процессов производства изделия.

Поверхностные свойства сверхпоглощающих волокон играют главную роль в определении свойств транспортировки жидкости композиционными материалами, которые содержат такие волокна. В соответствии с этим имеется потребность в сверхпоглощающих волокнах, имеющих достаточную смачиваемость поверхности, Сверхпоглощающие волокна, выпускаемые на промышленной основе, не обладают постоянной смачиваемостью.

Краткое изложение сущности настоящего изобретения

Настоящее изобретение относится к способам получения постоянно смачиваемого сверхпоглощающего материала, предусматривающим обработку сверхпоглощающего материала раствором поверхностно-активного вещества. Используют поверхностно-активное вещество, которое имеет, по меньшей мере, одну функциональную группу, которая реагирует со сверхпоглощающим материалом, и, по меньшей мере, одну нереакционноспособную и гидрофильную функциональную группу. Поверхностно-активное вещество наносят на сверхпоглощающий материал тогда, когда функциональные группы на поверхности сверхпоглощающего материала находятся в активированном состоянии. В одном варианте осуществления поверхностно-активное вещество наносят на сверхпоглощающий материал, когда сверхпоглощающий материал сольватирован. Желательно, чтобы раствор поверхностно-активного вещества содержал растворитель, который является растворителем для поверхностно-активного вещества, но не является растворителем для сверхпоглощающего материала, и количество воды которого достаточно для сольватации поверхности сверхпоглощающего материала, но меньше чем необходимо для вызывания значительного набухания сверхпоглощающего материала.

Настоящее изобретение дополнительно включает в себя постоянно смачиваемые сверхпоглощающие материалы, например волокна, полученные способом, соответствующим настоящему изобретению, и одноразовые поглощающие изделия, содержащие постоянно смачиваемый сверхпоглощающий материал. Постоянно смачиваемый сверхпоглощающий материал, полученный способом, соответствующим настоящему изобретению, имеет время нахождения на плаву, составляющее менее 30 секунд, и вызывает уменьшение поверхностного натяжения солевого раствора менее чем приблизительно на 30%.

Задачей настоящего изобретения является обеспечение сверхпоглощающих волокон и способов получения сверхпоглощающих волокон, имеющих постоянно смачиваемую поверхность (θ<90° и время нахождения на плаву, составляющее менее 30 секунд) и вызывающих небольшое уменьшение поверхностного натяжения жидкости, желательно уменьшение поверхностного натяжения соли (0,9% NaCl), меньшее или равное приблизительно 30%, более желательно - меньшее или равное приблизительно 25%, а желательнее - 20% уменьшение поверхностного натяжения солевого раствора.

Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения

Сверхпоглощающие волокна имеют потенциал для получения более хороших свойств распределения жидкости, чем сверхпоглощающие частицы, из-за меньшего размера и большей площади поверхности. Однако сверхпоглощающие волокна, имеющие торговое название Fiberdri®, выпускаемые на промышленной основе компанией Camelot Superabsorbent, of Calgary, Canada, и имеющие торговое название Oasis®, выпускаемые на промышленной основе компанией Technical Absorbents UK, фактически имеют худшие свойства распределения жидкости, чем выпускаемые на промышленной основе сверхпоглощающие частицы. Обычно основной причиной этих ухудшенных рабочих характеристик является более высокая скорость поглощения жидкости сверхпоглощающими волокнами. Однако имеются, по меньшей мере, две другие причины этого более низкого качества. Во-первых, поверхность сверхпоглощающих волокон становится гидрофобной во время технологического процесса формования волокна. Во-вторых, поверхностно-активные вещества, наносимые на волокно для противодействия гидрофобности волокна, могут освобождаться из волокна в жидкость, которая приходит в контактное взаимодействие с волокном, и уменьшать поверхностное натяжение жидкости.

В этой заявке описаны постоянно смачиваемые (гидрофильные) сверхпоглощающие волокна, которые при помещении в солевой раствор не вызывают значительного уменьшения поверхностного натяжения солевого раствора, и способы модификации сверхпоглощающих волокон в таких материалах. Термин "постоянно", используемый в этой заявке, не означает обязательно, что сверхпоглощающий материал остается смачиваемым в течение неопределенного периода времени, а скорее означает, что сверхпоглощающий материал остается смачиваемым, по меньшей мере, при повторных промывках и при нормальном использовании. Композиционные материалы, содержащие постоянно смачиваемые сверхпоглощающие волокна, обладают улучшенными свойствами распределения жидкости по сравнению с другими композиционными материалами, содержащими другие сверхпоглощающие волокна. Хотя настоящее изобретение описано в этой заявке, в частности, как способ получения постоянно смачиваемых сверхпоглощающих волокон, должно быть очевидно, что оно также применимо для получения других видов постоянно смачиваемых сверхпоглощающих материалов, например материала в виде частиц, пленки, нетканого материала, шариков, пенопласта и совместно сформованного материала.

Убеждение, что сверхпоглощающие волокна должны обладать улучшенным распределением жидкости по сравнению со сверхпоглощающими частицами основано на уравнении Лапласа: p=2γcosθ/Rc (где р - капиллярное давление, γ - поверхностное натяжение жидкости, θ - краевой угол смачивания на поверхности раздела жидкость-твердое тело-воздух, a Rc - капиллярный радиус). Из-за значительного уменьшения капиллярного радиуса Rc при переходе от сверхпоглощающего порошка к сверхпоглощающему волокну капиллярное давление р должно иметь значительное увеличение, которое означает увеличение способности распределения жидкости. Однако было обнаружено, что в некоторых случаях сверхпоглощающие волокна обладают худшим распределением жидкости, чем сверхпоглощающие порошки.

Без привлечения какой-либо теории предположили, что причиной плохих результатов является то, что поверхность сверхпоглощающих волокон становится гидрофобной в течение технологического процесса формования волокна. Например, полиакрилат натрия, который обычно используют в качестве сверхпоглощающего материала, является гидрофильным полимером из-за наличия карбоксильных групп (-СОО^-) и групп (-СООН) карбоновой кислоты. Однако поверхность волокна полиакрилата натрия может быть очень гидрофобной, если раствор полимера сушат в горячем воздухе. Это связано с тем, что поскольку горячий воздух является гидрофобным относительно воды, горячий воздух притягивает более гидрофобные сегменты (-С-С-)_n полиакрилата натрия на поверхности и в то же самое время отталкивает гидрофильные сегменты (-COO^-, -COOH) полимера от поверхности. Это является так называемой гидрофобилизацией поверхности. Гидрофобность поверхности является одной из причин, почему сверхпоглощающие волокна не обладают улучшенными свойствами распределения жидкости. Гидрофобная поверхность является поверхностью, имеющей краевой угол θ смачивания, составляющий более 90 градусов, что в результате приводит к отрицательному капиллярному давлению в уравнении Лапласа.

Для получения смачиваемых сверхпоглощающих волокон в других случаях на волокна наносят поверхностно-активное вещество для улучшения их краевого угла смачивания и смачиваемости. Такой способ может решить проблему смачиваемости поверхности, но создает другую проблему. Нанесенное поверхностно-активное вещество не остается постоянно на поверхности сверхпоглощающих волокон вследствие используемого поверхностно-активного вещества и способов его нанесения. Поверхностно-активное вещество на поверхности сверхпоглощающих волокон является нестойким и будет растворяться в жидкости, входящей в контактное взаимодействие с волокном, что резко уменьшает поверхностное натяжение у жидкости и ухудшает свойства распределения жидкости.

Способы, соответствующие настоящему изобретению, предусматривают нанесение реакционноспособного поверхностно-активного вещества на поверхность сверхпоглощающего волокна при активации волокна. Имеются несколько подходов для достижения этого. В требуемом способе, конкретно описываемом в этой заявке, поверхностно-активное вещество наносят на волокно, когда оно сольватировано. Поверхностно-активное вещество наносят на волокно в жидкости, которая является растворителем для поверхностно-активного вещества, но не для волокна. В раствор поверхностно-активного вещества добавляют воды. Количества воды должно быть достаточно для сольватации поверхности волокна так, чтобы ионные группы на молекулах поверхности волокна могли быть свободными для вращения, чтобы способствовать взаимодействию с функциональными реакционноспособными группами поверхностно-активного вещества. Однако количества воды не должно быть достаточным для вызывания значительного набухания волокна. Волокно может быть обработано раствором поверхностно-активное вещество/вода/растворитель несколькими способами, включая распыление или погружение. При необходимости обработанное волокно может быть промыто и затем просушено для удаления растворителя или воды.

Для способствования взаимодействию между функциональными группами поверхностно-активного вещества и сверхпоглощающими волокнами могут быть использованы другие способы. Например, сверхпоглощающее волокно может быть подвергнуто воздействию окружающей среды высокой влажности в течение какого-либо промежутка времени и затем обработано поверхностно-активным веществом. Водяной пар будет сольватировать поверхность сверхпоглощающего волокна для достижения сольватированного состояния, как жидкая вода. В другом примере сверхпоглощающее вещество может быть обработано излучением высокой энергии, например электронным лучом или плазмой, и затем обработано поверхностно-активным веществом. Такое излучение может активировать поверхностные макромолекулы, генерируя свободные радикалы или ионы, которые активируют химическую реакцию с поверхностно-активным веществом.

Волокна

В настоящем изобретении может быть использовано любое из ряда сверхпоглощающих волокон. Используемый в этой заявке термин "сверхпоглощающий" относится к поддающемуся набуханию в воде нерастворимому в воде материалу, способному в наиболее благоприятных условиях к поглощению, по меньшей мере, приблизительно в 10 раз, желательно приблизительно в 20 раз, а часто приблизительно в 1000 раз более своей массы в воде. Органические материалы, пригодные для использования в качестве сверхпоглощающего материала, соответствующего настоящему изобретению, могут содержать натуральные вещества, например агар, альгин, каррагенан, крахмал, пектин, гуаровую смолу, хитозан и аналогичные вещества, модифицированные природные вещества, например карбоксиалкилцеллюлозу, метилцеллюлозу, гидроксиалкилцеллюлозу, соль хитозана, декстран и аналогичные вещества, а также синтетические вещества, например синтетические гидрогель-полимеры. Такие гидрогель-полимеры включают в себя без ограничения указанными ниже веществами соли щелочных металлов полиакриловых кислот, полиакриламиды, поливиниловый спирт, сополимеры этилена и малеинового ангидрида, поливиниловые эфиры, гидроксипропилцеллюлозу, поливинилморфолинон, полимеры и сополимеры винила и сульфоновой кислоты, полиакрилаты, полиакриламиды, поливиниламины, полиаллиламины, поливинилпирридин и аналогичные вещества. Другие пригодные полимеры включают в себя крахмал привитой гидролизованным акрилонитрилом, привитой акриловой кислотой крахмал и сополимеры изобутилена и малеинового ангидрида и их смеси. Гидрогель-полимеры, желательно, являются слегка сшитыми для того, чтобы сделать материал по существу нерастворимым в воде. Сшивка может, например, быть осуществлена посредством облучения или путем образования ковалентных, ионных, ван-дер-ваальсовых или водородных связей.

В одном варианте осуществления, соответствующем настоящему изобретению, сверхпоглощающие волокна содержат один или более сверхпоглощающих материалов в виде натриевой соли сшитого полимера. Такие сверхпоглощающие материалы включают в себя, но без ограничения нижеприведенными материалами: Fiberdri® 116, Fiberdri® 1231 и Fiberdri® 1241 (все материалы выпускаются на промышленной основе компанией Camelot Supersorbent Ltd. Of Calgary, Canada); и Oasis® 101, Oasis® 102 и Oasis® 111 (все материалы выпускаются на промышленной основе компанией Technical Absorbents, UK).

Сверхпоглощающие волокна могут быть получены несколькими способами, известными специалистам в этой области техники.

Поверхностно-активные вещества

Пригодными поверхностно-активными веществами являются химические соединения, имеющие, по меньшей мере, одну функциональную группу, способную вступить в химическую реакцию со сверхпоглощающим волокном, и, по меньшей мере, одну нереакционноспособную и гидрофильную функциональную группу. Реакционноспособные функциональные группы содержат катионные группы для анионных сверхпоглощающих волокон и анионные группы для катионных сверхпоглощающих волокон. Примерами катионных групп, но без ограничения приводимыми катионными группами являются четвертичные аммониевые группы и аминогруппы, если анионное сверхпоглощающее волокно содержит кислотные группы, например группы карбоновой кислоты. Примерами анионных групп, но без ограничения приводимыми анионными группами являются карбоксильные группы, сульфонатные группы, фосфатные группы и соответствующие им кислотные группы, если катионное сверхпоглощающее волокно содержит основные группы, например аминогруппы.

Нереакционноспособные гидрофильные функциональные группы включают в себя, но без ограничения приводимыми группами гидроксильные группы, эфирные группы, группы карбоновой кислоты, аминогруппы и иминогруппы.

Одним пригодным поверхностно-активным веществом является вещество Rhodamox (лаурилдиметиламиноксид), выпускаемое компанией Rhon-Poulenc, Inc. Раствор поверхностно-активного вещества предпочтительно имеет концентрацию, составляющую приблизительно от 0,001 до 20 г поверхностно-активного вещества на 1000 г растворителя, более предпочтительно - приблизительно от 0,05 до 5 г поверхностно-активного вещества на 1000 г растворителя, а предпочтительнее - приблизительно 0,05 до 1 г поверхностно-активного вещества на 1000 г растворителя.

Растворители

Растворитель должен быть совместимым или поддающимся смешиванию с активирующим агентом сверхпоглощающих волокон, например водой. Растворитель является растворителем, который сольватирует поверхностно-активное вещество, но по существу не сольватирует волокно. Адекватные растворители могут быть выбраны квалифицированными специалистами в этой области техники из приводимых веществ, но без ограничения приводимыми веществами, которыми являются изопропанол, метанол, этанол, бутиловый спирт, бутандиол, бутантриол, бутанон, ацетон, этиленгликоль, пропиленгликоль, глицерин и смесь вышеприведенных веществ. Предпочтительные растворители включают в себя изопропанол, этанол и ацетон.

Количество воды

Количество вводимой воды является важным фактором; воды должно быть достаточно для сольватации поверхности волокна так, чтобы ионные группы на поверхностных макромолекулах волокна могли быть освобождены для вращения для активации взаимодействия с функциональными группами поверхностно-активного вещества. Однако количества воды не должно быть достаточным, чтобы вызывать значительное набухание волокна. Значительное набухание сверхпоглощающего волокна определяется увеличением объема, по меньшей мере, приблизительно на 100%.

Желательным количеством воды является количество, составляющее от 0,5 до 30 масс.% от всей массы растворителя, предпочтительно - приблизительно от 1 до 20 масс.%, предпочтительнее - приблизительно от 1 до 15 масс.%, а предпочтительнее всего - приблизительно от 1 до 10 масс.%. Все проценты, приведенные в этой заявке, являются массовыми, если иначе не указано.

Без ограничения теорией предполагается, что вода действует как активатор для активации химической реакции между реакционноспособными функциональными группами поверхностно-активного вещества и функциональными группами сверхпоглощающего волокна. Например, катионное/неионное поверхностно-активное вещество нанесено на поверхность полиакрилатного сверхпоглощающего волокна в отсутствии воды, то анионные группы (-СОС^-) волокна не представлены на поверхности вследствие гидрофобилизации поверхности или не находятся в ионном виде из-за отсутствия воды. Хотя поверхностно-активное вещество имеет катионные группы, они не могут образовывать ионные связи с анионными группами волокна. Поверхностно-активное вещество только прилипает к поверхности и становится нестойким. Однако если в обрабатывающем растворе представлено некоторое количество воды, то вода может сольватировать поверхность волокна, и анионные группы вблизи поверхности волокна будут способны поворачиваться из внутренней конформации к внешней конформации, что позволяет катионным группам поверхностно-активного вещества образовывать ионные связи с этими внешними анионными группами и обеспечить получение свойства постоянной поверхностной смачиваемости.

Условия реакции

Волокно может быть обработано раствором поверхностно-активного вещества несколькими способами, включая распыление или погружение. Отношение сверхпоглощающего волокна к обрабатывающему раствору будет сильно изменяться в зависимости от того, как поверхностно-активное вещество было нанесено на волокно. Например, отношение от 1:1 (граммы сверхпоглощающего волокна к граммам раствора) до 1:5 желательно, если раствор наносят распылением. В одном варианте осуществления обработки погружением сверхпоглощающее волокно вводят в предварительно приготовленный обрабатывающий раствор. Отношение сверхпоглощающего волокна к обрабатывающему раствору будет предпочтительно в диапазоне приблизительно от 1:1 до 1:500, более предпочтительно - в диапазоне предпочтительно от 1:1 до 1:100, а предпочтительнее всего - в диапазоне приблизительно от 1:1 до 1:50.

Обработку проводят при температуре в диапазоне приблизительно от 0 до 100°С, предпочтительно - в диапазоне приблизительно от 10 до 60°С, предпочтительнее - в диапазоне приблизительно от 20 до 30°С, желательно - приблизительно при комнатной температуре (23°С). Продолжительность обработки зависит от способа нанесения, температуры нанесения, а также от компонентов. Продолжительность обработки будет находиться в диапазоне приблизительно 0,01-1 час, предпочтительно - в диапазоне приблизительно 0,05-0,5 часа, а предпочтительнее - в диапазоне приблизительно 0,1-0,3 часа, желательно, при постоянном перемешивании.

Промывка и сушка

Целью промывки является удаление любого непрочно присоединенного поверхностно-активного вещества. Даже в том случае, если выбраны реакционноспособное поверхностно-активное вещество и надлежащие условия проведения химической реакции, непрочно присоединенное поверхностно-активное вещество может еще образовываться, если используется слишком много поверхностно-активного вещества (число молекул поверхностно-активного вещества больше числа доступных функциональных групп на поверхности сверхпоглощающего волокна или имеет место неполная химическая реакция между поверхностно-активным веществом и функциональными группами сверхпоглощающего волокна). Для эффективной промывки используется массовое отношение сверхпоглощающего волокна к промывочному растворителю в диапазоне приблизительно от 1:2 до 1:500, предпочтительно - приблизительно от 1:5 до 1:200, а предпочтительнее - приблизительно от 1:10 до 1:100. Предпочтительна промывка при комнатной температуре, однако может быть использована температура в диапазоне от 0 до 100°С. Перемешивание, например механическое перемешивание, вибрация или ультразвуковая обработка могут помочь в достижении более высокой эффективности промывки. Жидкость, используемая для промывки, будет растворителем для поверхностно-активного вещества, но не для волокна.

Для сушки обработанных и/или промытых волокон может быть использован любой стандартный способ сушки, например воздушная сушка в условиях окружающей среды или при повышенной температуре, вакуумная сушка, сушка вымораживанием, сверхкритическая сушка и т.д.

Сверхпоглощающие волокна, соответствующие настоящему изобретению, пригодны для использования в одноразовых поглощающих изделиях, например в изделиях личной гигиены, например в подгузниках, тренировочных трусах, в обтирочных средствах для ухода за детьми, в изделиях личной гигиены для женщин, в изделиях для взрослых, страдающих недержанием, и в медицинских изделиях, например в повязках на рану, в хирургических шапочках и в хирургических простынях.

Сверхпоглощающие волокна, соответствующие настоящему изобретению, могут быть использованы в тканых и нетканых изделиях, как в настоящее время используются сверхпоглощающие волокна, выпускаемые на промышленной основе. Может оказаться желательным смешивать сверхпоглощающие волокна, соответствующие настоящему изобретению, с другими волокнами и/или добавлять сверхпоглощающие частицы в полотно, полученное из волокон, соответствующих настоящему изобретению, для получения поглощающей структуры. Изобретение, описанное в этой заявке, может быть также использовано для других видов сверхпоглощающих материалов, например частиц, пленок, хлопьев, нетканых материалов, шариков и пенопластов, для увеличения смачиваемости их поверхности.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения обеспечивается получение одноразового поглощающего изделия, которое содержит влагопроницаемый верхний листовой слой, изнаночный слой, присоединенный к верхнему слою, и поглощающую структуру, полученную с волокнами, соответствующими настоящему изобретению, расположенную между верхним слоем и изнаночным слоем.

Поглощающие одноразовые изделия, соответствующие всем аспектам настоящего изобретения, в течение использования, как правило, подвергаются воздействию многократных выделений тела. Соответственно предпочтительно, чтобы одноразовые поглощающие изделия были бы способны поглощать многократные выделения тела в количествах, которым поглощающие изделия и структуры будут подвергаться во время использования. Эти выделения, как правило, разделены между собой периодом времени.

Специалистам в этой области техники будут очевидны материалы, пригодные для использования в качестве верхнего слоя и изнаночного слоя. Примерами материалов, пригодных для использования в качестве верхнего слоя, являются влагопроницаемые материалы, например, полипропилен или полиэтилен фильерного способа производства, имеющие массу единицы площади от приблизительно 15 г/м² до примерно 25 г/м². Примерами материалов, пригодных в качестве изнаночного слоя, являются влагонепроницаемые материалы, например полиолефиновые пленки, а также паропроницаемые материалы, например микропористые полиолефиновые пленки.

Настоящее изобретение дополнительно иллюстрируется следующими примерами, которые в любом случае не предназначены для ограничения настоящего изобретения. Наоборот, является очевидным, что возможны другие варианты осуществления, модификации и их эквиваленты, которые после прочтения описания, изложенного в этой заявке, могут быть предложены специалистами в этой области техники, и не выходят за пределы области и сущности настоящего изобретения.

Примеры

В Примере 1 измеряли два свойства сверхпоглощающих волокон: время пребывания на плаву, чтобы показать смачиваемость поверхности, и поверхностное натяжение при использовании солевого раствора, чтобы показать стойкость поверхностно-активного вещества. В Примере 2 для оценки свойств распределения жидкости композиционных материалов, содержащих образцы сверхпоглощающего волокна, соответствующего настоящему изобретению, использовали испытание на наклонное капиллярное затекание. Приведены также данные в отношении свободного набухания, массы в сухом состоянии, плотности и захвата солевого раствора. Ниже кратко изложены процедуры испытаний.

Время пребывания на плаву: приблизительно 80 г 0,9% изотонического солевого раствора NaCl, выпускаемого на промышленной основе компанией RICCA Chemical Co. (Arlington, TX), помещали в химический стакан емкостью 100 мл. Сверхпоглощающее волокно массой 0,01 г взвешивали и мягко (осторожно) вводили в химический стакан с высоты приблизительно 5 см от поверхности солевого раствора. Время, начиная с которого волокно впервые проконтактировало с поверхностью солевого раствора, до времени, когда волокно оказалось ниже поверхности солевого раствора, регистрировали как время пребывания на плаву.

Испытание на поверхностное натяжение: 1 грамм сверхпоглощающего волокна тщательно смешивали в колбе со 150 граммами 0,9% солевого раствора NaCl. Через 15 минут солевой раствор наливали в стеклянную емкость. Для измерения поверхностного натяжения обработанного солевого раствора использовали тензиометр типа Kruss Processor Tensiometer К 12.

Испытания на поглощающую способность: приблизительно 0,16 грамм сверхпоглощающего волокна взвешивали и помещали в пластиковый испытательный цилиндр типа AUL с ситом 100 меш на дне цилиндра. Пластиковый поршень устанавливали на верхнюю поверхность дисков, которые создавали давление, составляющее приблизительно 0,01 фунт на квадратный дюйм (0,0689 кПа). Цилиндр затем помещали в кювету, которая содержала приблизительно 50 мл 0,9% солевого раствора NaCl. Через один час цилиндр извлекали и помещали на бумажное полотенце для промокания жидкости из промежутков. Промокание движением цилиндра по сухому бумажному полотенцу продолжали до тех пор, пока следы жидкости на бумажном полотенце становились невидимыми. Разность массы цилиндра во влажном и сухом состоянии представляла общее количество жидкости, поглощенной сверхпоглощающим волокном, и указывалась как поглощающая способность при свободном набухании. Более подробно испытание на поглощающую способность описано в публикации WO 99/17695 в разделе, названном "Поглощающая способность при погружении под нулевой нагрузкой".

Испытание на наклонное капиллярное затекание: образцы сверхпоглощающего волокна были аэродинамически сформованы с пухом древесной целлюлозы в виде композиционного материала, имеющего общую массу единицы площади 400 г/м². Полученные композиционные материалы уплотняли до плотности, составляющей приблизительно 0,2 г/см³, и нарезали на образцы размером 33×5,1 см. Вырезанный образец укладывали в наклонный лоток для капиллярного затекания (угол наклона 30 градусов) для проведения испытания на капиллярное затекание. Жидкость для испытания представляла собой 0,9% солевой раствор NaCl. Испытание длилось приблизительно 90 минут, а в качестве параметров, отображающих способность распределения жидкости, регистрировали расстояние капиллярного затекания и емкость капиллярного затекания (захват). Более подробно испытание на капиллярное затекание описано в европейской публикации 761 192 А2 в разделе, названном "Параметр капиллярного затекания".

Плотность определяли путем деления массы единицы площади на толщину полотна. Толщину определяли при использовании прибора типа Digimatic Indicator Model 1DF-150E, выпускаемого на промышленной основе компанией Mitutoyo Corporation, Japan, с прикладываемым давлением 0,05 фунтов на квадратный дюйм (0,3445 кПа) и с точностью 0,001 мм.

Пример 1: Получение смачиваемых волокон с высоким поверхностным натяжением

В этом примере использовали выпускаемое на промышленной основе сверхпоглощающее волокно (Fiberdri 1241, выпускаемое на промышленной основе компанией Camelot Supersorbent Ltd. of Calgary, Canada). Это волокно является сшитым сополимером малеинового ангидрида и изобутилена. Это волокно является смачиваемым (время пребывания на плаву менее 30 секунд), но вызывает уменьшение поверхностного натяжения солевого раствора (0,9% NaCl) от 72 до 47 дин/см (34,7% уменьшение). Волокно промывали до шести раз в изопропаноле (массовое отношение волокна к изопропанолу приблизительно 1:10) для удаления поверхностно-активного вещества с поверхности сверхпоглощающего волокна. Каждая промывка длилась приблизительно 1 час. Для каждой промывки к волокну добавляли свежего изопропанола. Результаты, приведенные в Таблице 1 для образцов 1-7, показывают, что время пребывания волокна на плаву и поверхностное натяжение солевого раствора увеличивались с каждой промывкой, указывая на то, что поверхностно-активное вещество действительно вымывается из волокна и что поверхность волокна становится более гидрофобной.

На втором этапе промытое сверхпоглощающее волокно обрабатывали катиононеиногенным поверхностно-активным веществом, Rhodamox LO (лаурилдимети-ламиноксид), выпускаемым на промышленной основе компанией RhonePoulenc, Inc., в среде изопропанола с водой (образец 9) или без воды (образец 8). Массовое отношение сверхпоглощающее волокно/вода/изопропанол/Rhodamox LO составляло 1:1:50:0,005. После этого обработанное волокно промывали свежим изопропанолом для гарантии того, что на поверхности волокна не осталось непрореагировавшего поверхностно-активного вещества. Результаты испытания на пребывание на плаву и испытание на поверхностное натяжение показывают, что волокно, обработанное в присутствии воды, было постоянно смачиваемым, причем время пребывания на плаву составляло 26,1 секунд, а поверхностное натяжение - 57,5 дин/см (20% уменьшения).

Таблица 1
Номер образца	Сверхпоглощающие волокна	Испытание на пребывание на плаву (сек)	Поверхностное натяжение (дин/см)
1	Fiberdri 1241 как были получены	19,1	47,8
2	Fiberdri 1241 с однократной промывкой	59,5	54,2
3	Fiberdri 1241 с двукратной промывкой	более 60	-
4	Fiberdri 1241 с трехкратной промывкой	более 60	-
5	Fiberdri 1241 с четырехкратной промывкой	более 60	56,9
6	Fiberdri 1241 с пятикратной промывкой	более 60	57,1
7	Fiberdri с шестикратной промывкой	более 60	58,1
8	Fiberdri 1241 с шестикратной промывкой и обработкой катиононеиногенным поверхностно-активным веществом (без воды)	24,6	44,3
9	Fiberdri 1241 с шестикратной промывкой и обработкой катиононеиногенным поверхностно-активным веществом (с водой)	26,1	57,5

Пример 2: Получение и испытание композиционных материалов

В качестве образцов волокна в Примере 2 использовали образцы № 1, 7 и 9 из Примера 1. Образец №1 был выбран для представления смачиваемого волокна, но с низким поверхностным натяжением, образец №7 был выбран для представления несмачиваемого волокна, но с высоким поверхностным натяжением, образец №9 был выбран для представления смачиваемого волокна и с высоким поверхностным натяжением. Каждый образец волокна был подвергнут формованию аэродинамическим способом для получения композиционного материала.

Композиционные материалы были получены при использовании аэродинамического формующего устройства. Аэродинамическое формующее устройство состоит из двух отделений. Первое отделение представляет собой цилиндрическую камеру, имеющую диаметр, составляющий приблизительно 2 фута (0,6 м), и высоту приблизительно 1 фут (0,3 м), оборудованную десятью воздушными соплами, соединенными с источником сжатого воздуха. Эта камера используется для смешивания компонентов, предназначенных для добавления в композиционный материал. Сжатый воздух будет создавать сильную турбулентность с целью перемешивания. Вторая камера, называемая камерой аэродинамического формования, имеет размер, составляющий 1,5 фута (0,45 м) (длина) × 0,5 фута (0,15 м) (ширина) × 2,5 фута (0,75 м)(высота), и соединена с источником вакуума. Сверхпоглощающее волокно и пух древесной целлюлозы вводили при определенном соотношении в первую камеру, перемешивали благодаря турбулентности воздуха и затем всасывали во вторую камеру под действием вакуума через металлическое сито, который соединяет эти две камеры. Полностью гомогенизированные компоненты аэродинамически укладывали на лист формовочной тонкой бумаги для формования композиционного материала. Полученный композиционный материал прессовали прессом Карвера при температуре 150°С и давлении 500 фунтов на квадратный дюйм (3445 кПа) в течение 10 секунд.

Каждый композиционный материал содержал 60% сверхпоглощающего волокна и 40% пуха древесной массы (Coosa CR1654, производимого компанией US Aliance Coosa Pines Corporation, Alabama) и имел массу единицы площади 400 г/м. Композиционные материалы уплотняли до примерно 0,2 г/см³ с помощью пресса Карвера, Композиционные материалы резали на полосы размером 2 дюйма (5,08 см) на 13 дюймов (33,02 см) и полосу укладывали в лоток, имеющий угол наклона, составляющий 30 градусов к горизонтали, предназначенный для измерения расстояния наклонного капиллярного затекания и способности к капиллярному затеканию. В Таблице 2 приведены результаты испытаний.

Таблица 2
Номер композ. матер.	Номер сверхпогл. волокна	Свободное набухание сверхпогл. волокна (г/г)	Масса в сухом сост.(г)	Плотн. (г/см3)	Захват солев. раств. (г)	Расст. капил. затек. (см)
1	1	30,0	6,66	0,184	64,6	15,2
2	7	30,7	6,40	0,177	68,5	15,2
3	9	29,4	6,75	0,188	86,6	18,2

Следует отметить большее расстояние капиллярного затекания и более высокую емкость капиллярного затекания для композиционного материала, содержащего сверхпоглощающее волокно, соответствующее настоящему изобретению.

Вышеприведенное описание предназначено для иллюстрации, а не для ограничения настоящего изобретения. После прочтения вышеприведенного описания квалифицированным специалистам в этой области техники станут очевидными многие варианты осуществления настоящего изобретения. Следовательно, объем настоящего изобретения должен быть ограничен не ссылкой на описание, а со ссылкой на прилагаемую формулу изобретения, вместе с полным объемом ее эквивалентов. Описание всех изделий и ссылки, сделанные на них, содержащие патенты, заявки на патенты и публикации, включены в эту заявку путем ссылки.

1. Спос