ES2321040T3 - Un metodo para la fabricacion de un estructura de material absorbente. - Google Patents

Abstract

Un método de fabricación de una estructura de material absorbente para absorber líquidos que comprende: emulsionar una fase oleosa y una fase acuosa usando un emulsionante para formar una emulsión estable, en el que el volumen de dicha fase oleosa es menor que el volumen de dicha fase acuosa y dicha fase oleosa comprende al menos un primer monómero polimerizable que tiene propiedades de tipo vítreo y/o al menos un segundo polímero polimerizable que tiene propiedades de tipo goma y un agente de reticulación, mientras dicha fase acuosa comprende un iniciador y un electrolito; y polimerizar dicho monómero o monómeros polimerizables en la fase oleosa esencialmente continua de la emulsión estable para formar una estructura de espuma polimérica que pueda trabajarse elásticamente y comprenda una pluralidad de celdas con una pluralidad de superficies internas, caracterizado por que la estructura de espuma polimérica se hidroliza mediante hidrólisis básica para crear grupos iónicos sobre las superficies internas de la estructura de espuma polimérica para proporcionar de esta manera una estructura de material absorbente con una capacidad de absorción capilar y absorción por fuerzas osmóticas.

Description

Un método para la fabricación de una estructura de material absorbente.

Campo técnico

La presente invención se refiere a un método de fabricación para una estructura de material absorbente para absorber líquidos.

La estructura de material absorbente producida de acuerdo con la invención tiene la forma de una espuma flexible de celda abierta y proporciona propiedades altamente absorbentes con ayuda de grupos iónicos que se han creado en la estructura del material mediante hidrólisis. La estructura de material producida de acuerdo con la invención está destinada fundamentalmente al uso en artículos absorbentes desechables tales como pañales para bebés, protectores para incontinencia y productos para la higiene femenina, aunque está adaptada también para usarla en otros artículos absorbentes, tales como por ejemplo en diferentes materiales de secado, materiales de vendaje y otros productos similares.

Antecedentes de la invención

El desarrollo de los artículos absorbentes desechables, tales como pañales para bebés, protectores para incontinencia y productos para la higiene femenina, recientemente se ha dirigido en un alto grado hacia el desarrollo de productos cada vez más finos. La razón por la que el desarrollo de los productos ha tomado esta dirección es por ejemplo, que un pañal más fino es más cómodo de llevar, y porque el usuario lo percibe como más discreto. Además, un producto más fino da como resultado unos menores costes de distribución y una menor carga medioambiental por artículo en relación con los transportes que se requieren para permitir que el producto llegue al usuario final.

Las posibilidades para proporcionar artículos absorbentes cada vez más finos dependen de la capacidad de desarrollar núcleos de absorción o estructuras absorbentes cada vez más finas, que pueden recibir y almacenar grandes cantidades de exudados humanos, tales como orina u otros fluidos corporales.

De esta manera, los polímeros absorbentes con forma de partícula, denominados a menudo superabsorbentes, han sido particularmente valiosos para permitir este desarrollo. Un tipo habitual de superabsorbentes son los poliacrilatos con un grado relativamente bajo de reticulación.

El mecanismo de absorción de superabsorbentes de tipo poliacrilato se basa en el hecho de que los polímeros ligeramente reticulados comprenden una pluralidad de grupos carboxilato aniónicos que se unen en la cadena polimérica. Estos grupos carboxilato cargados permiten al polímero absorber líquidos acuosos mediante fuerzas osmóticas.

Otro mecanismo importante, en el que están implicados artículos absorbentes, es la absorción basada en fuerzas capilares. Los ejemplos de absorbentes capilares son diferentes materiales basados en fibras tales como pulpa esponjosa, papel de seda o diferentes tipos de materiales no tejidos. En ciertas circunstancias, los absorbentes capilares pueden ser mejores que los absorbentes mencionados anteriormente actuando mediante fuerzas osmóticas. Por consiguiente, las velocidades de absorción y distribución en general son mayores para los absorbentes capilares que para los superabsorbentes. Colocando los absorbentes capilares que tienen una cierta orientación de las fibras, un tamaño capilar o un carácter hidrófilo en las posiciones adecuadas en un artículo absorbente, el líquido absorbido puede dirigirse adicionalmente en la dirección deseada.

Por lo tanto, muchos de los artículos absorbentes conocidos previamente combinan absorbentes capilares con superabsorbentes, que actúan mediante fuerzas osmóticas con buenos resultados.

A continuación, dicha combinación conocida previamente ventajosa se ejemplifica mediante un cuerpo absorbente imaginario destinado a usarlo en un pañal para bebés.

El cuerpo absorbente imaginario se cubre con un material superficial hidrófobo, que tiene capilares relativamente grandes, en el lado del cuerpo absorbente que está destinado a orientarse hacia un usuario. Esta capa superficial tiene la capacidad de permitir que pase a su través rápidamente por ejemplo orina hacia las capas de material subyacentes y permanece seco debido a su naturaleza hidrófoba, algo que es ventajoso entre otras cosas cuando está implicada la comodidad.

Una capa de adquisición, por ejemplo un relleno de celulosa, se dispone dentro del material superficial del cuerpo absorbente imaginario. La función de la capa de adquisición es permitir que el líquido pase a través del núcleo absorbente.

Un núcleo absorbente, que consiste en una mezcla de fibras de pulpa esponjosa y superabsorbente, fluye hacia dentro de la capa de adquisición del cuerpo absorbente imaginario. Puede decirse que dentro del núcleo, las fibras de pulpa forman una matriz de fibras que distribuye el líquido en el núcleo mediante fuerzas capilares, de manera que las partículas superabsorbentes pueden absorber gradualmente y almacenar el líquido mediante fuerzas osmóticas.

Los artículos absorbentes de "tipo combinación" descritos en el ejemplo anterior, sin embargo, son relativamente caros y complicados de fabricar, ya que contienen numerosos tipos de material diferentes. Otra desventaja es que los problemas con la integridad del núcleo absorbente surgen fácilmente durante el uso de manera que el núcleo se rompe gradualmente o se hace grumoso. Otra dificultad es poder distribuir y retener el superabsorbente de una manera deseada en el núcleo absorbente hasta que el artículo absorbente se use.

Otro problema que puede surgir con la combinación de productos que comprenden tanto pulpa esponjosa como superabsorbentes con forma de partícula es lo que se denomina bloqueo de gel. Este problema surge debido a que las partículas superabsorbentes, que han absorbido líquido, forman localmente un gel. Esto da como resultado que el transporte de líquido por capilaridad a través de la matriz de fibras quede bloqueado y, de esta manera, provoque una acumulación de líquido en ciertas partes del cuerpo absorbente, mientras que la capacidad de absorción en otras partes permanece más o menos inutilizada.

A la luz de los problemas mencionados anteriormente, previamente se había sugerido que podría usarse otro tipo de material absorbente, en concreto espumas poliméricas con celdas abiertas, en los artículos absorbentes.

Dicho materiales de espuma conocidos previamente pueden fabricarse usando el método de fabricación que se describe en la publicación de patente WO 93/21234. El método de fabricación descrito en dicho documento proporciona materiales de espuma poliméricos porosos reticulados que tienen una baja densidad.

De acuerdo con el documento WO 93/21234, el método de fabricación comprende una polimerización de monómeros en emulsión "de agua en aceite" que comprende al menos un monómero de vinilo, un monómero de reticulación insaturado difuncional, al menos un 90% en peso de agua calculado sobre la emulsión, comprendiendo un primer tensioactivo un monoéster de sorbitano que tiene un resto ácido graso de al menos 6 átomos de carbono y al menos un segundo éster de sorbitano que tiene al menos un resto ácido graso diferente que el primer tensioactivo y un catalizador de polimerización. El método se reivindica para proporcionar espumas de celda abierta con baja densidad, alta capacidad de absorción y buenas propiedades físicas en este sentido.

En el documento WO 93/21234 mencionado anteriormente, se describe que la fase acuosa interna durante la polimerización contiene preferiblemente un electrolito soluble en agua, entre otras cosas para hacer a la espuma más hidratable. Se indica que los electrolitos adecuados para este fin son sales inorgánicas (monovalentes, divalentes, trivalentes o mezclas de las mismas), tales como sales de metales alcalinos, sales de metales alcalinotérreos y sales de metales pesados tales como haluros, sulfatos, carbonatos, fosfatos y mezclas de los mismos. Los electrolitos pueden incluir también cloruro sódico, sulfato sódico, cloruro potásico, sulfato potásico, cloruro de litio, cloruro de magnesio, cloruro cálcico o sulfato de magnesio, cloruro de aluminio y mezclas de estos. Las sales de metales mono- o divalentes con aniones monovalentes se indican como preferidas.

Los materiales de espuma del tipo que se describe en el documento WO 93/21234 pueden proporcionar tanto absorción de líquidos por capilaridad, como transporte y almacenamiento y, por lo tanto, deben ser adecuados para su uso como núcleos de absorción en artículos absorbentes, por ejemplo, pañales.

Por consiguiente, la publicación de patente WO 93/04092 describe materiales de espuma absorbentes para absorción de fluidos corporales acuosos. Los materiales de espuma descritos en el documento WO 93/04092 se dice que son adecuados para usar en núcleos de absorción de artículos absorbentes, por ejemplo pañales.

Los materiales de espuma de acuerdo con el documento WO 93/04092 comprenden estructuras hidrófilas flexibles con celdas abiertas que preferiblemente se preparan mediante polimerización de emulsiones "de agua en aceite". Dichas emulsiones, que tienen una alta proporción de fase acuosa, es decir más del 70% en volumen de "fase interna" y una baja proporción de fase oleosa, se denominan emulsiones HIPE (Emulsiones de Alta Fase Interna).

De acuerdo con el documento WO 93/04092, las emulsiones HIPE pueden formarse mediante agitación intensa de una mezcla polimerizable que contiene una cantidad relativamente pequeña de una fase oleosa que contiene un monómero polimerizable y una cantidad relativamente mayor de una fase acuosa relativamente libre de monómero. En la emulsión, esta fase acuosa discontinua "interna" forma una red de "gotas" dispersadas que están rodeadas por la fase oleosa continua polimerizable con tensioactivo disuelto en su interior. Durante la polimerización de los monómeros en la fase oleosa continua, se forma una estructura de espuma celular. Después de la polimerización, el líquido acuoso que permanece en la estructura de espuma formada tras la polimerización puede retirarse presionando y/o secando la espuma. Si fuera necesario, el material de espuma polimerizado puede someterse a diferentes tipos de post-tratamiento, por ejemplo un tratamiento de hidrofilización.

(Comentario: En relación con esto, puede mencionarse que los inventores de la presente invención han encontrado que las emulsiones HIPE pueden formarse también sin agitación intensa).

En el documento WO 93/04092 se mencionan numerosos parámetros diferentes que son esenciales para decidir los parámetros estructurales mecánicos y funcionales de un material de espuma.

Por consiguiente, se describe que las cantidades relativas de fase acuosa y oleosa que se usan para formar la espuma polimérica pueden afectar a la densidad de la espuma, al tamaño de celda y a la superficie específica de la espuma y a las dimensiones de las cavidades que forma la espuma. En el documento WO 93/04092 se describe que la proporción entre la fase acuosa y oleosa adecuadamente es entre 12:1 y 100:1, más preferiblemente entre 20:1 y 70:1 y aún más preferiblemente 25:1 a 50:1.

De acuerdo con el documento WO 93/04092, la fase oleosa continua de las emulsiones comprende los polímeros que van a formar la estructura sólida de la espuma. Se dice que los monómeros incluyen tres componentes diferentes; monómero principal, comonómero y agente de reticulación. Se dice que el monómero principal comprende uno o más monómeros que tienden a conferir propiedades de tipo vítreo a la estructura de espuma resultante. Se dice que después de la polimerización, dichos materiales monoméricos producen homopolímeros con un alto peso molecular (> 6000) y una temperatura de transición vítrea T_{g} de aproximadamente 40ºC o mayor. Como los monómeros "de tipo vítreo" preferidos, entre otros, se mencionan estirenos no sustituidos o sustituidos. Se dice que la adición normalmente es entre el 3-41%, más preferiblemente del 7-40% en peso de la fase oleosa.

Se reivindica que el componente co-monomérico mencionado anteriormente comprende uno o varios comonómeros, que tienden a conferir propiedades "de tipo goma" a la estructura de espuma resultante. Se dice que este tipo de comonómeros son monómeros que proporcionarían homopolímeros con un alto peso molecular (> 10000) y una temperatura de transición vítrea de aproximadamente de 40ºC o menor. Se dice que los comonómeros "de tipo goma" monofuncionales de este tipo comprenden, por ejemplo, acrilatos de alquilo, metacrilatos de alquilo, acrilatos de alilo, butadieno, butadienos sustituidos, haluros de vinilideno y combinaciones de los mismos. Se dice que los comonómeros "de tipo goma" preferidos incluyen; acrilato de butilo, acrilato de 2-etilhexilo, butadieno, isopreno y combinaciones de los mismos. Se dice que el acrilato de butilo y el acrilato de 2-etilhexilo son los más preferidos. Se dice que el componente comonomérico "de tipo goma" monofuncional normalmente constituye hasta el 27-73%, más preferiblemente aproximadamente el 27-66% en peso de la fase oleosa.

(En relación con esto, cabe mencionar que se acepta generalmente que las temperaturas de transición vítrea
T_{g} < 25ºC den como resultado propiedades de tipo goma a temperatura ambiente, por ejemplo, los polímeros que comprenden acrilato de 2-etilhexilo tienen una T_{g} = -70ºC y, por lo tanto, son claramente de tipo goma a temperatura ambiente).

En el documento WO 93/04092, se describe que la proporción molar entre el componente monomérico principal "de tipo vítreo" y el comonómero "de tipo goma" en general es entre 1:25 a 1,5:1, más preferiblemente de aproximadamente 1:9 a 1,5:1.

Para hacer posible obtener una polimerización, en el documento WO 93/04092 se dice que las emulsiones HIPE descritas requieren también la presencia de un agente de reticulación polifuncional en la fase oleosa. De esta manera, se dice que la selección del agente de reticulación es de gran importancia para conseguir las propiedades deseadas de la espuma acabada. Se describe que el agente de reticulación puede seleccionarse entre un gran número de monómeros polifuncionales, preferiblemente difuncionales, por ejemplo divinilos aromáticos tales como divinilbenceno, diviniltolueno o dialilftalato. Como alternativa, se dice que los agentes de reticulación de tipo divinilo son útiles, tales como ésteres de ácido diacrílico de polioles. Sin embargo, se reivindica que el agente de reticulación más preferido es divinilbenceno. Los niveles de adición adecuados se dice que son del 8-40%, más preferiblemente del 10 al 25% en peso de la fase oleosa.

De acuerdo con el documento WO 93/04092, es de la máxima importancia que los monómeros, comonómeros y agentes de reticulación mencionados anteriormente sean sustancialmente insolubles en agua, de manera que son principalmente solubles en la fase oleosa y no en la fase acuosa. Además, se subraya la importancia de que las materias primas usadas para la preparación de la espuma sean no tóxicas y sean químicamente estables.

De acuerdo con el documento WO 93/04092, otro componente esencial de la fase oleosa de las emulsiones HIPE es un emulsionante, que permite la formación de una emulsión HIPE estable. Dichos emulsionantes son solubles en la fase oleosa, se usan cuando se forma la emulsión, y se dice que son no iónicos, catiónicos o aniónicos, siempre y cuando sean capaces de formar una emulsión estable. Se dice que los emulsionantes preferidos son éteres de ácido graso de sorbitano, éteres de ácido graso de poliglicerol, polioxietileno (POE), ácidos grasos y ésteres. Se mencionan como particularmente preferidos monolaurato de sorbitano, monooleato de sorbitano y combinaciones de trioleato se sorbitano y monooleato de sorbitano. Se dice que otros emulsionantes preferidos son éster de poliglicerol y sesquiolato de sorbitano. Se dice que el emulsionante normalmente constituye aproximadamente el 2-33% en peso, más preferiblemente el 4-25% en peso de la fase oleosa.

En el documento WO 93/04092 se describe que la fase oleosa, además de los monómeros y emulsionantes mencionados anteriormente, puede contener también otros componentes opcionales. Se dice que los ejemplos de los mismos son iniciadores de polimerización solubles en aceite o disolventes para disolver los monómeros y emulsionantes en la fase oleosa.

De acuerdo con el documento WO 93/04092, la fase acuosa discontinua, interna, en una emulsión HIPE es una solución acuosa que en general contiene uno o más componentes disueltos. Se dice que uno de dichos componentes esenciales es un electrolito soluble en agua, cuya tarea es minimizar la tendencia de los monómeros y agentes de reticulación, que fundamentalmente son solubles en aceite, a disolverse también en la fase acuosa. Se dice que esto es importante para minimizar el riesgo de que el material polimérico llene las celdas que se forman mediante las gotas de fase acuosa de la emulsión, algo que podría dar como resultado que la calidad final de la espuma se viese
afectada.

El electrolito mencionado anteriormente puede ser supuestamente de cualquier tipo que proporcione fuerza iónica a la fase acuosa. Se dice que los electrolitos preferidos son sales inorgánicas mono-, di- o trivalentes tales como haluros solubles en agua, por ejemplo cloruros, nitratos y sulfatos de metales alcalinos o metales alcalinotérreos. Se mencionan como ejemplos cloruro sódico, cloruro cálcico, sulfato sódico y sulfato de magnesio, siendo el más preferido el cloruro cálcico. Se dice que la adición del electrolito está entre el 0,2-40% en general, más preferiblemente es de aproximadamente el 0,5-20% en peso de la fase acuosa.

A partir del documento WO 93/04092, resulta evidente adicionalmente que un iniciador de polimerización se añade normalmente a la fase acuosa. Se dice que dicho iniciador es cualquier iniciador de radicales libres soluble en agua convencional. Se dice que el iniciador consiste en compuestos tales como persulfatos sódicos y amónicos, peróxido de caprililo, peróxido de benzoílo, peróxido de hidrógeno, hidroperóxidos de cumeno, butildiperftalato terciario, butilperbenzoato terciario, peracetato sódico, percarbonato sódico y similares. Se dice también que los sistemas iniciadores rédox convencionales son útiles mediante la combinación de los compuestos de peroxígeno mencionados anteriormente con agentes reductores tales como bisulfito sódico, ácido L-ascórbico o sales ferrosas. Se dice que el iniciador constituye hasta aproximadamente el 5% en moles, más preferiblemente el 0,001-0,5% en moles, basado en el número total de moles de monómeros polimerizables en la fase oleosa. Cuando la adición a la fase acuosa se ve afectada, se dice que implica contenidos del 0,02-0,4%, más ventajosamente de aproximadamente 0,1-0,2% en peso de la fase acuosa.

El documento WO 93/04092 describe que las fases oleosa y acuosa mencionadas anteriormente se combinan durante la agitación para formar una emulsión estable, después de lo cual la emulsión se somete a condiciones de polimerización que son adecuadas para conseguir la polimerización de los monómeros en la fase oleosa y, de esta manera, formar una estructura de espuma celular sólida.

A partir del documento WO 93/04092 resulta evidente que en el mismo se describe un material de espuma que tiene un carácter hidrófobo inmediatamente después de la polimerización. Como el uso pretendido requiere un material hidrófilo, el material de espuma tiene que tratarse después de la polimerización para hacer a las superficies del material más hidrófilas. Se dice que este tratamiento denominado de hidrofilización se consigue mediante el tratamiento de la estructura de espuma con un agente de hidrofilización adecuado.

De acuerdo con el documento WO 93/04092, el agente de hidrofilización puede ser cualquier material, que tenga la capacidad de potenciar la hidratación de las superficies poliméricas. Se dice que dichos agentes conocidos previamente incluyen materiales superficialmente activos, tensioactivos de tipo aniónico, catiónico o no iónico. Se dice que los agentes de hidrofilización se emplean normalmente en forma líquida, disueltos de esta manera en agua para formar una solución de hidrofilización acuosa que se aplica sobre las superficies del material de espuma. Se reivindica que una cantidad suficiente de agente de hidrofilización puede absorberse de esta manera para hacer a las superficies de espuma suficientemente hidrófilas sin afectar a la flexibilidad y a las propiedades de compresibilidad del material de espuma. Se dice que el contenido del agente de hidrofilización, que se ha incorporado en la estructura de espuma, es adecuadamente del 0,1-10% en peso de la espuma.

Se reivindica que los agentes de hidrofilización adecuados comprenden tensioactivos moderados, no irritantes, que se aplican sobre la estructura de la espuma en cantidades que son suficientes para dar como resultado un contenido de tensioactivo de aproximadamente el 0,5-5%, más preferiblemente de aproximadamente el 1-3% en peso de la espuma.

Como ejemplos de tensioactivos adecuados, el documento WO 93/04092 menciona sulfatos de alquilo y sulfatos alquiletoxilados del tipo que se usa en detergentes para lavado comerciales. Se dice que las soluciones acuosas de dichos tensioactivos se usan típicamente para lavar la estructura de espuma, el material acuoso residual después de la polimerización de la espuma o más preferiblemente como parte de un tratamiento de lavado que sirve para retirar este material de fase acuosa residual.

Se dice que otro tipo preferido de agentes de hidrofilización son sales inorgánicas solubles en agua, hidratables y preferiblemente higroscópicas o delicuescentes, tales como sales de metales alcalinotérreos. Se reivindica que los tipos de sales preferidos son haluros de calcio y magnesio tales como cloruro cálcico. Se indica que las sales de este tipo pueden incorporarse fácilmente en los materiales de espuma absorbente mediante tratamiento de los materiales de espuma con soluciones de dichas sales. De la misma manera mencionada anteriormente con respecto a los tensioactivos, se describe que el tratamiento de hidrofilización puede realizarse después de que los residuos en fase acuosa de la polimerización se hayan retirado, o como parte del proceso de retirada de la fase acuosa residual de la espuma recién polimerizada. Se reivindica que los contenidos de sal preferidos son de aproximadamente el 0,1-7% en peso del material de espuma.

A partir del documento WO 93/04092, resulta evidente que el tratamiento de hidrofilización se realiza hasta la extensión que sea necesaria para los materiales de espuma HIPE que después de la polimerización son de naturaleza comparativamente hidrófoba.

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En el documento WO 93/04092, se describe también que algunos materiales de espuma HIPE pueden ser suficientemente hidrófilos directamente después de la polimerización y que dichos materiales, por lo tanto, no necesitan ningún tratamiento de hidrofilización posterior. Como ejemplos de dichos materiales, se mencionan las espumas HIPE en las que los ésteres de ácido graso de sorbitano se han usado como aditivo emulsionante en la fase oleosa, y en los que el cloruro cálcico se ha usado como electrolito en la fase acuosa. Se reivindica que el contenido de cloruro cálcico en la fase acuosa residual de dichos materiales, después de la polimerización es suficientemente alto para hacer a las superficies internas de material espuma que contienen también restos emulsionantes, suficientemente hidrófilas también después de que la espuma polimerizada se haya deshidratado.

Hay otras numerosas publicaciones de patente que describen la preparación de materiales de espuma hidrófilos del tipo analizado anteriormente o materiales de un tipo similar.

Entre estos, puede mencionarse la publicación de patente WO 93/04093, que describe un proceso para la preparación continua de emulsiones HIPE que son adecuadas para una polimerización posterior en materiales de espuma poliméricos que tras la deshidratación actúan como absorbentes para los fluidos corporales acuosos. El proceso implica la adición continua de un cierto tipo de fase oleosa que contiene monómero y un cierto tipo de fase acuosa que contiene electrolito a una zona de mezcla dinámica a proporciones agua:aceite relativamente bajas. Los caudales se ajustan de forma estacionaria para aumentar la proporción aceite:agua de las corrientes que se suministran a la zona de mezcla continua, mientras que el contenido de la zona de mezcla dinámica se somete a agitación con cizalla que es suficiente para formar una emulsión HIPE, que tras la polimerización posterior proporciona una espuma que tiene un tamaño de celda medio de aproximadamente 5 a 100 \mum. La formación de dicho emulsión HIPE estable se completa suministrando los contenidos de la zona de mezcla dinámica y a través de una zona de mezcla estática.

En el documento WO 93/04093, se mencionan numerosos emulsionantes diferentes que son útiles para crear una emulsión HIPE estable. Se reivindica que los emulsionantes son no iónicos, catiónicos, aniónicos o anfóteros, dependiendo de las otras condiciones. Los ésteres de ácido graso de sorbitano, ésteres de ácido graso de poliglicerol, ésteres grasos de polioxietileno y ésteres se mencionan como emulsionantes particularmente preferidos.

En el documento WO 93/04093 se describe adicionalmente que los materiales de espuma preparados mediante los procesos descritos en el mismo, generalmente deben tratarse posteriormente para hacer a los materiales de espuma adecuados como absorbentes líquidos. Se reivindica que dicho tratamiento posterior puede comprender un lavado para retirar la fase acuosa residual de las celdas de la espuma, seguido de un tratamiento de hidrofilización para hacer a las superficies de la espuma más hidrófilas. De esta manera, se menciona el cloruro cálcico como un agente de hidrofilización adecuado.

El documento WO 93/04113 es otra publicación de patente dentro del campo de los materiales de espuma hidrófilos. En esta publicación, se describe un método para hacer hidrófilas a las espumas hidrófobas mediante tratamiento con tensioactivos sencillos y sales como agentes de hidrofilización. En el método descrito, una espuma que contiene tensioactivos se trata con una solución de, por ejemplo, cloruro cálcico y posteriormente se seca para dejar un residuo distribuido uniformemente del cloruro cálcico hidratado o hidratable sobre las superficies de espuma interna que contienen tensioactivo. También, otras sales de calcio o magnesio hidratables, tales como cloruro de magnesio se reivindican como utilizables. Se dice que las espumas hidrófilas resultantes son adecuadas para usar en dispositivos absorbentes, incluyendo pañales, compresas higiénicas, vendajes y similares.

Otra publicación de patente dentro del campo analizado es el documento WO 93/04115. Este describe un método para hidrofilizar espumas hidrófobas tales como espumas de poliuretano y polimerizar espumas en emulsión de "agua en aceite" que se reivindican como posibles para hidrofilizar con monolaurato de sorbitano que después del secado se dice que dejan un residuo esencialmente uniforme de monolaurato de sorbitano en las superficies internas de la espuma. Se dice que las espumas tratadas resultantes se hacen hidrófilas y, por consiguiente, se hacen adecuadas para usar en los dispositivos absorbentes, incluyendo pañales, compresas higiénicas, vendajes y similares.

Otra publicación de patente adicional, el documento WO 94/13704, se refiere a un material de espuma absorbente para fluidos corporales acuosos y un proceso de fabricación para el mismo. La publicación de patente describe un material de espuma polimérica relativamente fino, colapsado/no expandido que, cuando se pone en contacto con fluidos corporales acuosos, se expande y absorbe los fluidos. Además, se describe un proceso para obtener dichos materiales de espuma de una manera estable, mediante la polimerización de un tipo específico de emulsión de "agua en aceite" normalmente conocida como emulsión HIPE.

Se dice que los materiales de espuma descritos en el documento WO 94/13704 son de carácter hidrófilo. Se reivindica que las superficies de la espuma hidrófila se obtienen debido a los residuos del agente de hidrofilización que quedan en la estructura de espuma después de la polimerización o mediante un procedimiento de tratamiento posterior, que pretende modificar la energía superficial del material de espuma.

Un ejemplo de los residuos restantes del agente de hidrofilización en la estructura de la espuma que se describe en el documento WO 94/13704 es una sal hidratada higroscópica, toxicológicamente aceptable que preferiblemente es cloruro cálcico.

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De acuerdo con el documento WO 94/13704, otros ejemplos de dichos residuos de agentes de hidrofilización son ciertos emulsionantes solubles en aceite, por ejemplo laurato de sorbitano.

En el documento WO 94/13704 se describe que ambos tipos de agente de hidrofilización pueden añadirse como materia prima para el proceso de formación de espuma o en una etapa de tratamiento posterior.

La publicación de patente US 5 500 451 describe un proceso para preparar emulsiones HIPE que pueden polimerizarse para proporcionar materiales de espuma poliméricos flexibles, microporosos, de celda abierta. Se reivindica que los materiales de espuma preparados son capaces de absorber líquidos acuosos tales como orina. Se describe que las emulsiones HIPE pueden fabricarse mediante el uso de ciertos éteres de poliglicerol alifáticos como emulsionantes. Se reivindica que estos son químicamente menos complejos y varían menos en composición que muchos de los emulsionantes usados previamente para las emulsiones HIPE. Además, se reivindica que los éteres de poliglicerol tienen mayores contenidos de componentes superficialmente activos y menores contenidos de componentes indeseados que los emulsionantes utilizados previamente. Se reivindica que los éteres de poliglicerol proporcionan emulsiones con gotas de agua de un tamaño comparativamente uniforme que se dispersan en la fase oleosa continua.

Se dice que los éteres de poliglicerol alifáticos descritos en el documento US 5 500 451, que se usan como emulsionantes, se seleccionan entre un grupo que consiste en éteres de glicerol alifáticos que comprenden al menos aproximadamente el 40% de éteres de diglicerol monoalifáticos y al menos aproximadamente el 60% de éteres de poliglicerol alifáticos que tienen grupos alifáticos dentro de la región C_{10}-C_{24}. Mediante la utilización de éteres de poliglicerol alifáticos con grupos alifáticos dentro de la región C_{12}-C_{18}, se reivindica que un efecto de hidrofilización se mantiene en la espuma HIPE acabada también después del lavado y deshidratado. El documento EP-A-0 156 541 se refiere a una espuma polimérica de tipo goma que comprende grupos iónicos formados por hidrólisis ácida.

Por consiguiente, los materiales de espuma flexibles de celda abierta que son hidrófilos directamente después de la polimerización se conocen previamente, así como los materiales de espuma que se han hecho hidrófilos por medio de un tratamiento posterior con diferentes tensioactivos o electrolitos. El uso de dichos materiales de espuma en artículos absorbentes desechables se ha sugerido previamente.

Además, se sabe previamente cómo utilizar polímeros absorbentes con forma de partícula o superabsorbentes junto con pulpa esponjosa en artículos absorbentes desechables.

Los materiales de espuma de acuerdo con la técnica anterior, que fundamentalmente absorben líquidos por absorción capilar, pueden percibirse como que tienen ciertos defectos en lo que respecta al uso en artículos absorbentes desechables, por ejemplo una capacidad de absorción y una capacidad de retención de líquido insuficientes.

El uso de superabsorbentes con forma de partícula, que actúan por fuerzas osmóticas en artículos absorbentes desechables, proporciona ciertamente una alta capacidad de absorción y capacidad de retención, aunque puede provocar problemas de bloqueo de gel y distribución de líquido no uniforme.

Sumario de la invención

Por consiguiente, el objeto de la presente invención es proporcionar un método de fabricación para una estructura de material absorbente, que combina las ventajas de absorción capilar con las ventajas que se consiguen mediante absorción que actúa por fuerzas osmóticas.

De acuerdo con la siguiente reivindicación 1 el objeto de la invención se consigue mediante el método que comprende: emulsionar una fase oleosa y una fase acuosa usando un emulsionante para formar una emulsión estable, en la que el volumen de la fase oleosa es más pequeño que el volumen de la fase acuosa y la fase oleosa comprende al menos un primer monómero polimerizable que tiene propiedades de tipo vítreo y/o al menos un segundo polímero polimerizable que tiene propiedades de tipo goma y un agente de reticulación, mientras que la fase acuosa comprende un iniciador y un electrolito y/o uno o varios agentes de hidrofilización poliméricos; y polimerizar el monómero o monómeros polimerizables en la fase oleosa esencialmente continua de la emulsión estable para formar una estructura de espuma polimérica que puede trabajarse elásticamente y comprende una pluralidad de celdas con una pluralidad de superficies internas y que, de esta manera, la estructura de espuma polimérica se hidroliza para crear grupos iónicos sobre las superficies internas de la estructura de espuma polimérica para proporcionar así una estructura de material absorbente con una capacidad de absorción capilar y absorción por medio de fuerzas osmóticas. Un uso ventajoso para producir la estructura de material de acuerdo con la invención es para la absorción de líquido que preferiblemente son fluidos corporales en un artículo absorbente desechable que comprende una estructura de material absorbente producida de acuerdo con la invención en su cuerpo absorbente.

La estructura de material absorbente producida de acuerdo con la invención puede fabricarse usando los principios básicos para la preparación de las denominadas emulsiones HIPE con polimerización posterior de la fase oleosa como se ha descrito en este documento en relación con la técnica anterior.

Sin embargo, la estructura de material absorbente producida de acuerdo con la invención difiere de la técnica anterior descrita anteriormente en que la estructura de material de acuerdo con la invención está provista con grupos iónicos mediante hidrólisis, algo que hace posible que la estructura de material de acuerdo con la invención absorba líquidos, tanto por absorción capilar como por medio de mecanismos de absorción que actúan a través de fuerzas osmóticas.

Cuando se fabrican las estructuras de material de acuerdo con la invención, se describe de una manera similar en relación con la técnica anterior, en la que los monómeros, agentes de reticulación, agua y otros posibles aditivos se mezclan entre sí en presencia de un agente emulsionante para formar una emulsión HIPE con una fase oleosa y una fase acuosa.

El agente emulsionante está constituido por uno o varios tensioactivos. Los ejemplos de tensioactivos adecuados son monooleato de sorbitano y trioleato de sorbitano que, entre otros, se proporcionan con las marcas comerciales SPAN 80 y SPAN 85. Otros muchos tensioactivos, sin embargo, son concebibles cuando se lleva a la práctica la presente invención.

Cuando se fabrican estructuras de material de acuerdo con la invención, se usa acrilonitrilo ventajosamente en la fase oleosa como una materia prima monomérica "de tipo vítreo", aunque también pueden usarse otros monómeros adecuados, por ejemplo, estireno. Para el monómero de tipo vítreo también es ventajoso añadir un monómero que sea capaz de proporcionar propiedades "de tipo goma" a la estructura de material acabada. Este monómero es preferiblemente acrilato de 2-etilhexilo aunque son concebibles otros muchos monómeros.

Es posible también fabricar estructuras de material de acuerdo con la invención únicamente con una materia prima monomérica "de tipo goma", por ejemplo acrilato de 2-etilhexilo.

En este contexto, "de tipo vítreo" se refiere al hecho de que varios de dichos monómeros unidos juntos en una cadena polimérica darían como resultado lo que se denomina "segmento duro", mientras que "de tipo goma" se refiere al hecho de que varios de dichos monómeros unidos juntos darían como resultado un segmento blando.

Análogamente a esto, diversas cadenas poliméricas adyacentes de cada uno de los dos tipos diferentes darían como resultado una estructura de material con regiones duras o de tipo vítreo y una estructura de material con regiones blandas o de tipo goma.

Mediante la selección del monómero de tipo vítreo y de tipo goma y su proporción de mezcla mutua, puede controlarse la blandura, tenacidad y flexibilidad de la estructura de material acabada de acuerdo con la invención.

Los monómeros que se utilizan cuando se fabrica una estructura de material de acuerdo con la invención son preferiblemente monofuncionales y contienen un enlace de vinilo, es decir, un enlace C=C. Durante la polimerización, los monómeros forman cadenas poliméricas mediante un enlace C=C o un monómero que se transforma en un enlace C-C que a su vez reacciona con un enlace C=C de otro monómero, etc.

Cuando se fabrica la estructura de material de acuerdo con la invención, un agente de reticulación que está constituido ventajosamente por un compuesto químico con uno o varios grupos difuncionales se añade también a la fase oleosa. Esto implica que el compuesto contiene al menos dos enlaces C=C. Los ejemplos de agentes de reticulación que pueden utilizarse cuando se lleva a la práctica la invención son divinilbenceno y dimetacrilato de etilenglicol aunque también pueden usarse otros agentes de reticulación conocidos previamente por ejemplo agentes de reticulación con funcionalidad mayor de dos. La tarea del agente de reticulación es reticular diferentes cadenas poliméricas para formar una estructura polimérica de tipo malla.

Durante la fabricación de los materiales de espuma de acuerdo con la invención, la fase acuosa comprende un iniciador, por ejemplo persulfato potásico (K_{2}S_{2}O_{8}) o azoisobutironitrilo (AIBN). La tarea del iniciador, a una temperatura elevada o cuando se somete a radiación UV es iniciar la polimerización de los componentes en la fase oleosa.

Además, la fase acuosa comprende ventajosamente una sal, que puede ser de cualquier tipo convencional conocida previamente, como se describe en relación con la técnica anterior.

Cuando se prepara una emulsión, en relación con la realización práctica de la invención, la fase acuosa y la fase oleosa se emulsionan en presencia del agente emulsionante mencionado anteriormente, en el que la proporción de agua:aceite siempre es mayor de 1.

Después de la emulsificación, se forma una emulsión estable que se calienta en un horno de calentamiento a aproximadamente 60ºC, en el que se inicia la polimerización de los componentes que son parte de la fase oleosa. Después de aproximadamente 12 horas, se ha formado una estructura de espuma porosa, polimérica.

De acuerdo con la invención, la estructura de espuma polimérica se hidroliza posteriormente con ayuda de NaOH u otra base adecuada. En la hidrólisis, las proporciones de los grupos acrilonitrilo de la estructura de espuma se transforman en grupos ácido carboxílico, grupos acriloamida y grupos ión carboxilato con sodio como contraión (COO^{-}Na^{+}). Todos estos grupos son más hidrófilos que los grupos acrilonitrilo originales.

Además, los grupos ión carboxilato (COO^{-}) proporcionan grupos iónicos junto con las cadenas poliméricas que ofrecen posibilidades de absorción que actúan por fuerzas osmóticas.

Por consiguiente, las regiones de tipo vítreo o duras de la estructura de espuma se han hecho hidrófilas y se han obtenido grupos iónicos.

Durante el tratamiento de hidrólisis, también parte de los grupos laterales en las regiones que se originan por ejemplo a partir de acrilato de 2-etilhexilo pueden transformarse en grupos ácido carboxílico (COOH) o grupos carboxilato (COO^{-}) mediante la hidrólisis de ésteres en las regiones blandas o de tipo goma.

En su conjunto, estos mecanismos de reacción dan propiedades a la estructura de material de acuerdo con la invención que le hace posible obtener tanto absorción por capilaridad como absorción a través de fuerzas osmóticas.

El tratamiento de hidrólisis de acuerdo con la invención da como resultado también un cambio en las temperaturas de transición vítrea T_{g} de los polímeros en la estructura de espuma. De esta manera, se cree que la hidrólisis da como resultado un aumento de la T_{g} en las regiones de tipo vítreo o duras, ya que el ácido poliacrílico, poliacrilato y poliacrilamida tienen cada uno una T_{g} igual o mayor que la del poliacrilonitrilo. En las regiones de tipo goma o blandas, la T_{g} ha subido ciertamente después de la hidrólisis, ya que la T_{g} para el ácido poliacrílico y el poliacrilato está por encima de la temperatura ambiente mientras que la T_{g} para poli(2-etilhexilacrilato) está aproximadamente a 70ºC.

La transformación de los grupos químicos mencionados anteriormente provocada por la hidrólisis da lugar a un aumento de la blandura y flexibilidad de la estructura del material acabado de acuerdo con la invención. La hidrólisis hace también que las redes de las celdas de la estructura de material se hagan más finas dando como resultado un aumento en el volumen de poro disponible para absorción en la estructura de material.

Si fuera deseable o necesario, el material de espuma se lava antes y/o después de la hidrólisis, usando una técnica conocida previamente para dicho fin, que se ha descrito anteriormente.

Incluso si el tratamiento de hidrólisis de acuerdo con la invención, como se ha mencionado anteriormente, da lugar a un aumento del número de grupos hidrófilos en la estructura de material, la estructura de material de acuerdo con la invención en principio, como los materiales de espuma conocidos previamente, tendrá una estructura de material con superficies relativamente hidrófobas.

Como se ha mencionado anteriormente en relación con la descripción de la técnica anterior, el carácter hidrófobo puede eliminarse mediante diferentes tratamientos de hidrofilización. De acuerdo con la técnica anterior, dicho tratamiento de hidrofilización puede realizarse por adición de tensioactivos u otros aditivos químicos, tanto antes como después de la polimerización de la fase oleosa de una emulsión HIPE.

Para obtener el mayor efecto de hidrofilización posible, y para evitar la degradación del agente de hidrofilización durante la hidrólisis, las superficies de la estructura de material altamente absorbente de acuerdo con la invención se hacen preferiblemente hidrófilas después del tratamiento de hidrólisis mencionado anteriormente.

Sin embargo, el tratamiento de hidrofilización puede ocurrir también por adición, por ejemplo, de hidroxietil celulosa, poliacrilato o ácido poliacrílico a la fase acuosa antes de la polimerización. También, otros tratamientos de hidrofilización, que se han descrito anteriormente en relación con la técnica anterior, pueden utilizarse para hacer hidrófilas a las estructuras de material de acuerdo con la invención.

Después del tratamiento de hidrólisis y el posible tratamiento de hidrofilización, el material de espuma polimerizado se seca con una técnica conocida previamente adecuada para ese fin, con lo que posteriormente se obtiene una estructura de material altamente absorbente de acuerdo con la invención.

Debido al hecho de que la estructura de material de acuerdo con la invención se ha sometido a la hidrólisis descrita anteriormente, se obtiene una estructura de material altamente absorbente en forma de un material de espuma de celda abierta. Además de la absorción capilar convencional, la estructura de material de acuerdo con la invención proporciona también absorción mediante mecanismos de absorción osmótica. Esto se hace posible debido a los grupos iónicos creados mediante el tratamiento por hidrólisis. La reducción del espesor de las paredes de las celdas causada por la hidrólisis aumenta el volumen de poro disponible para absorción.

Por lo tanto, la estructura de material de acuerdo con la invención, obtendrá tanto una mayor capacidad de absorción como una absorción por fuerzas osmóticas debido a los grupos iónicos insertados mencionados anteriormente. Es un hecho conocido que la absorción que actúa por fuerzas osmóticas en general proporciona una mayor capacidad de retención de líquidos (capacidad de retención) que la absorción capilar. Como se ha hecho evidente anteriormente en relación con la técnica conocida previamente, los superabsorbentes con forma de partícula actúan principalmente por fuerzas osmóticas y, de esta manera, normalmente ofrecen una alta capacidad de retención.

En contraste con los superabsorbentes con forma de partícula convencionales, los grupos iónicos de la estructura de material de acuerdo con la invención se unen a la estructura de material, lo que da como resultado que el hinchado y absorción total estén limitados en alguna extensión en comparación con los superabsorbentes convencionales. Por otro lado, esto ofrece la ventaja de que el riesgo de bloqueo de gel y distribución de líquido obstruida o no uniforme se elimina mediante la estructura de material de acuerdo con la invención.

Por consiguiente, en comparación con los materiales de espuma de acuerdo con la técnica anterior, la estructura de material absorbente de acuerdo con la invención proporciona una alta capacidad de absorción y capacidad de retención cuando absorbe y distribuye líquidos acuosos como por ejemplo fluidos corporales.

Por lo tanto, la estructura de material altamente absorbente de acuerdo con la invención es perfectamente muy adecuada para aplicaciones en las que son necesarias una alta capacidad de retención y capacidad de almacenamiento. Los ejemplos de dichas aplicaciones ventajosas son el uso en cuerpos absorbentes para pañales para bebés, protectores para incontinencia y productos para higiene femenina.

Sin embargo, la alta capacidad de absorción y capacidad de retención de la estructura del material de acuerdo con la invención puede utilizarse también en otros artículos absorbentes tales como, por ejemplo, en diferentes materiales de secado, materiales de vendaje y otros productos similares.

Por consiguiente, las estructuras de material absorbente de acuerdo con la invención tienen propiedades ventajosas para usar en artículos absorbentes desechables. Dichos artículos absorbentes desechables pueden fabricarse usando una técnica conocida previamente para fabricar este tipo de productos, aunque con la diferencia de que las estructuras de material de acuerdo con la invención, enteramente o parcialmente, sustituyen a los cuerpos absorbentes convencionales o a las diferentes capas absorbentes que se habían usado previamente.

Por consiguiente, la estructura de material de acuerdo con la invención ofrece también posibilidades de fabricación de artículos absorbentes desechables de una manera más racional y económicamente ventajosa que lo que había sido posible previamente.

Además de las estructuras de material altamente absorbente de acuerdo con la invención, los artículos absorbentes desechables de acuerdo con la invención pueden comprender también todos los demás subcomponentes que están presentes en los productos conocidos previamente, por ejemplo, un material con una superficie permeable a líquidos en el lado que se pretende que esté orientado hacia el usuario, y un material con una superficie impermeable a líquidos en el lado que se pretende que esté orientado lejos del usuario.

Adicionalmente, los artículos absorbentes desechables de acuerdo con la invención comprenden ventajosamente medios elásticos, por ejemplo, en forma de bandas para la cintura y gomas elásticas para las piernas. Además, cuando sea deseable, los artículos absorbentes desechables de acuerdo con la invención pueden comprender dispositivos de unión para facilitar que un usuario se lo ponga, se lo quite o ajuste del tamaño del artículo absorbente desechable al tamaño del usuario. Los ejemplos de dichas disposiciones de unión son diferentes sistemas con bandas de gancho y bucle, cinta, ganchos, ojales o similares.

Como se ha mencionado anteriormente, las estructuras de material hidrófilo de acuerdo con la invención son adecuadas también para usar en otros tipos de artículos distintos de pañales y compresas higiénicas, por ejemplo, en trapos para secado, para limpieza y similares.

Por presión, envasado al vacío u otros métodos de compactación, las estructuras de material altamente absorbente de acuerdo con la invención, o los artículos absorbentes desechables de los que forma parte, pueden comprimirse para facilitar el almacenamiento y transporte. Cuando las estructuras de material de acuerdo con la invención se utilizan, por ejemplo, en artículos absorbentes desechables para absorción y almacenamiento de fluidos corporales, los artículos se suministran preferiblemente en un estado comprimido. Cuando dicho artículo desechable se ha retirado de su envase de transporte y se ha puesto en contacto con la piel de un usuario, las celdas de la estructura de material de la invención que es parte del artículo desechable, debido a la naturaleza elástica de la estructura, se expandirán de nuevo a su posición esencialmente abierta desde una posición esencialmente comprimida durante el transporte.

Breve descripción de los dibujos

Las figuras adjuntas 1 y 2 ilustran algunas de las diferencias en la estructura del material que pueden conseguirse mediante la invención, en las que

La Figura 1 muestra una parte de un material de espuma polimérico en aumento que se ha preparado de acuerdo con la técnica anterior, y

La Figura 2 muestra una parte en aumento de una estructura de material absorbente producida de acuerdo con la invención que se ha obtenido mediante hidrofilización del material de espuma del cual se muestra una parte en la Figura 1.

Ejemplos y realizaciones preferidas

A continuación, con propósito de ilustrar la invención, se describirán numerosos ensayos de laboratorio.

En los ensayos de laboratorio, los materiales de espuma se prepararon usando los principios básicos de preparación de emulsiones HIPE que se han descrito anteriormente.

De esta manera, cuando se prepararon las estructuras de material hidrófilo de acuerdo con la invención, el procedimiento de trabajo en principio era el siguiente:

1) emulsión,

2) polimerización,

3) lavado,

4) hidrólisis,

5) lavado + ajuste de pH

6) secado.

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La mitad del material de espuma obtenido de cada serie de ensayos se excluyó del tratamiento de hidrolización con un lavado/ajuste de pH posterior antes del secado, es decir, se omitieron las etapas 4 y 5. De esta manera, puede decirse que los materiales de espuma no hidrolizados constituyen el material de espuma de acuerdo con la técnica anterior, mientras que los materiales de espuma correspondientes en estado hidrolizado constituyen las estructuras de material absorbente de acuerdo con la invención.

La emulsión empezó a partir de una fase acuosa convencional de la siguiente manera:

100 g de CaCl_{2} (en forma de 137,75 g de CaCl_{2}*2 H_{2}O)

1,5 g de K_{2}S_{2}O_{8}

agua destilada hasta 1000 ml

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y una fase oleosa convencional de la siguiente manera:

0,927 g de acrilonitrilo

6 ml de acrilato de 2-etilhexilo

2 ml de divinilbenceno

2 g de tensioactivo (agente emulsionante)

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El agente emulsionante en la fase oleosa convencional está constituido por una mezcla de tensioactivos, que comprendía 1,8 g de monooleato de sorbitano (SPAN 80) + 0,2 g de trioleato de sorbitano (SPAN 85).

En los ensayos de laboratorio, 300 ml de fase acuosa convencional se vertieron en un frasco de polietileno y se calentaron hasta 62ºC en un baño de agua.

Posteriormente, el acrilonitrilo, divinilbenceno y acrilato se mezclaron en un recipiente de polietileno de formación de emulsión. Después de la adición del tensioactivo (el agente emulsionante), el recipiente de formación de emulsión se calentó durante 5 minutos en un baño de agua a una temperatura de 62ºC para formar una fase oleosa convencional.

Después de esto, se inició la adición de la fase acuosa convencional a la fase oleosa convencional en el recipiente de formación de emulsión, mediante un embudo de adición dispuesto en el recipiente de formación de emulsión. De esta manera, el recipiente de formación de emulsión se puso en una atmósfera de N_{2}. Un agitador, dispuesto para este fin, en el recipiente de formación de emulsión se puso en marcha con una velocidad de 200 rpm. Posteriormente, se añadieron 10 ml de fase acuosa convencional al recipiente de formación de emulsión en una sola dosis, y posteriormente 90 ml de fase acuosa convencional se añadieron gota a gota. Después de esto, se añadieron los 100 ml restantes de fase acuosa convencional, a través del embudo de adición, a un ritmo más rápido que el anterior.

Después de unos minutos de agitación adicional, se obtuvo una emulsión HIPE estable. La emulsión se vertió en un molde de polimerización destinado para este fin, que consistía en una caja rectangular de polietileno en la que se permitió que la emulsión polimerizara durante 18 h a 62ºC.

Una vez terminada la polimerización, el material de espuma se lavó con CaCl_{2} al 1%. Después del lavado, el líquido residual se extrajo del material de espuma usando un papel absorbente.

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Después del lavado, la mitad de la muestra se secó a 62ºC durante 4 h para proporcionar un material de espuma de acuerdo con la técnica anterior, para usar como referencia.

En los ensayos que pretendían preparar estructuras de material absorbente de acuerdo con la invención, el material de espuma polimerizado se sometió a una fase de hidrólisis después del lavado, en la que la segunda mitad del material de espuma polimerizado se hidrolizó con 17,5 ml de NaOH 0,5 M durante 16 h a 95ºC.

Posteriormente, el material de espuma hidrolizado se lavó en un lavado combinado y una fase de ajuste de pH a pH 7.

Finalmente, el material de espuma hidrolizado y con pH ajustado se secó a 62ºC durante 4 h para proporcionar una estructura de material absorbente de acuerdo con la invención.

Con la receta básica descrita anteriormente y el método básico como punto de partida, se realizó una serie de ensayos mediante los cuales se evaluó la influencia de diferentes parámetros sobre la procesabilidad y la estructura de material acabada. De esta manera, se eligieron los siguientes parámetros para evaluación; agentes de reticulación, agentes emulsionantes, agitación y diseño de agitadores, valor HLB ("Balance Hidrófilo/Lipófilo"), otros aditivos, monómeros y condiciones de hidrólisis.

En todas las series de ensayos, la influencia de los diferentes parámetros sobre un material de espuma de acuerdo con la técnica anterior y sobre las estructuras de material absorbente de acuerdo con la invención se compararon, mediante ejemplificación de la mitad de cada lote de material polimerizado de la hidrólisis (técnica anterior) y sometiendo la otra mitad de cada lote de material polimerizado a hidrólisis (de acuerdo con la invención).

Los materiales de espuma acabados se evaluaron usando numerosos métodos de ensayo. Entre los métodos de ensayo cuyos resultados se presentan en este documento, pueden mencionarse los siguientes:

Densidad, se determinó mediante un procedimiento gravimétrico en el que se determina el peso y el volumen de un material de una muestra de espuma, después de lo cual la densidad se calcula y se expresa en unidades de g/cm^{3}.

Densidad en húmedo, se determinó de una manera correspondiente a la densidad, aunque empezando a partir de peso en húmedo y volumen en húmedo después de la absorción de orina sintética.

Capacidad de absorción, se determinó pesando una muestra de material de espuma en estado seco y posteriormente sumergiendo la muestra de material durante 1 h en un recipiente líquido con orina sintética de un tipo convencional. Después de que la muestra de material se hubiera retirado del recipiente líquido, se permitió que el exceso de líquido escapara, pesando posteriormente la muestra de material húmedo. Finalmente, la capacidad de absorción se calculó de acuerdo con: líquido absorbido (g)/peso seco de la muestra de material (g) y se presentó en unidades de g/g.

La orina sintética que se utilizó cuando se ensayaron materiales de espuma era de un tipo convencional, que comprendía diferentes sales destinadas a imitar la composición química de la orina humana. En principio, podían alcanzarse resultados de ensayo similares usando cualquier tipo de orina sintética disponible en el mercado que conoce bien un especialista en la técnica.

Algunos de los resultados de las diferentes series de ensayo son evidentes a partir de la Tabla 1. En la tabla, se presentan los ensayos basados en la emulsión convencional mencionada anteriormente, así como los ensayos basados en emulsiones con sólo acrilato de 2-etilhexilo "de tipo goma" como monómero.

Es evidente a partir de los resultados en la Tabla 1 que los materiales de espuma que se ha sometido a hidrólisis, es decir, las estructuras de material de acuerdo con la invención, ofrecen una baja densidad en seco y en húmedo y claramente una mayor capacidad de absorción que los materiales de espuma no hidrolizados correspondientes de acuerdo con la técnica anterior.

Parte de la mayor capacidad de absorción detectada de las estructuras de material de acuerdo con la invención se origina en un mayor volumen de poro disponible para absorción, causado principalmente por la reducción del espesor de las paredes de las celdas en la estructura de un material creado por el tratamiento de hidrolización.

Se ha encontrado también que el tratamiento de hidrolización de acuerdo con la invención es capaz de crear nuevos poros en las partes que antes de la hidrólisis estaban constituidas por un material de espuma polimérica compacta. Esto proporciona una contribución adicional al aumento de la capacidad de absorción de las estructuras de material de acuerdo con la invención. Este efecto puede discernirse en una comparación entre las dos Figuras 1 y 2 adjuntas.

Adicionalmente, parte del aumento de la capacidad de absorción medida de las estructuras de material de acuerdo con la invención pueden proceder de una mayor capacidad de retención debido a absorción por fuerzas osmóticas provocada por los grupos iónicos mencionados anteriormente creados durante la hidrólisis.

Como se ha mencionado anteriormente, con el fin de ilustrar la invención, se realizó también una serie de ensayos con diferentes valores de HLB (HLB = Balance Hidrófilo/Lipófilo). De esta manera, puede decirse que el valor de HLB es una medida del balance entre el carácter hidrófilo e hidrófobo del agente emulsionante usado en los ensayos respectivos. El valor de HLB para las mezclas de diferentes tensioactivos que se usaron como agentes emulsionantes se calculó de acuerdo con:

HLB_{tot} = m_{1} / m_{tot} * (HLB_{1} - HLB_{2}) + HLB_{2}

en la que

HLB_{tot}: es el valor de HLB total de la mezcla de tensioactivos,

m_{1}: es la cantidad añadida (es decir, el peso) en g de tensioactivo 1,

m_{tot}: es la cantidad total añadida de tensioactivo en g (tensioactivo 1 + 2)

HLB_{1}: es el valor de HLB indicado por el fabricante para el tensioactivo 1, y

HLB_{2}: es el valor de HLB indicado por el fabricante para el tensioactivo 2.

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Los resultados de la serie de ensayos que pretende evaluar la influencia del valor de HLB sobre la estructura de espuma obtenida, medido como volumen de poro disponible para absorción (capacidad de absorción) son evidentes a partir de la siguiente Tabla 2. En la serie de ensayos, las fases convencionales definidas anteriormente se usaron como punto de partida, variando las cantidades y proporciones de los tensioactivos SPAN 80 y SPAN 85 en el agente emulsionante para obtener diferentes valores de HLB. De esta manera, SPAN 80 tenía un valor de HLB indicado por el fabricante de 4,3 mientras que el valor correspondiente para SPAN 85 era de 1,8. El cálculo del valor de HLB total del agente emulsionante se realizó de la manera descrita anteriormente.

Como resulta evidente a partir de la Tabla 2, el tratamiento de hidrolización de acuerdo con la invención proporciona estructuras de material con una menor densidad en húmedo y una capacidad de absorción claramente mayor que los materiales de espuma no hidrolizados correspondientes de acuerdo con la técnica anterior.

Además, es evidente que el valor HLB_{tot} es de gran importancia para las propiedades que quieren obtenerse en los materiales de espuma acabados, tanto con respecto a las estructuras de material que se han hidrolizado de acuerdo con la invención como con materiales de espuma no hidrolizados de acuerdo con la técnica anterior.

Los resultados de los ensayos realizados en este documento, y de ensayos adicionales, han demostrado que los valores de HLB_{tot} más ventajosos para la aplicación en cuestión están dentro del intervalo 3,8 a 4,3. Con un valor de HLB_{tot} en esta región, se obtendrá la capacidad de absorción más alta para las estructuras de material de acuerdo con la invención.

Aunque los otros factores que se estudiaron durante los diferentes ensayos de laboratorio están relacionados, puede mencionarse que la cantidad total de tensioactivo en el agente emulsionante afecta a las propiedades de las estructuras de material preparadas. Con respecto a los tensioactivos que se usaron principalmente en los ensayos descritos en este documento, SPAN 80 y 85, los resultados más ventajosos se obtuvieron cuando la cantidad de tensioactivo total estaba entre 1,5 y 2,5 g en la fase oleosa convencional mencionada anteriormente. Como resulta evidente para una persona especialista en la técnica, la adición de tensioactivo tiene que ajustarse a las condiciones específicas que prevalecen en cada caso individual cuando la invención se lleva a una realización práctica.

El tipo de agente de reticulación que se usa y la dosificación resultaron tener también un efecto sobre las estructuras de material obtenidas. De esta manera, puede mencionarse que el divinilbenceno dio los resultados más ventajosos para la aplicación en cuestión.

Además, la velocidad de agitación, dentro del intervalo de 150-350 rpm, resultó tener un efecto proporcionalmente pequeño, mientras que el diseño del agitador tenía un efecto relativamente grande sobre las propiedades de las estructuras de material obtenidas de acuerdo con la invención.

Los mejores resultados, para la aplicación en cuestión, se obtuvieron con agitadores planos que tenían partes recortadas. Los ensayos demostraron que cuando se forma la emulsión es esencial que las dimensiones del agitador estén adaptadas a las dimensiones del recipiente de formación de emulsión de manera que se obtenga una buena turbulencia en todo el volumen de formación de emulsión. Los agitadores de tipo propulsor dieron peores resultados con respecto a la capacidad de absorción de las estructuras de material acabadas de acuerdo con la invención.

La influencia de la temperatura de formación de la emulsión sobre la estructura de material era evidente de manera que las temperaturas cercanas a temperatura ambiente proporcionaron estructuras proporcionalmente compactas con alta densidad y baja capacidad de absorción, mientras que las temperaturas de aproximadamente o mayores de 60ºC proporcionaron estructuras de material con menor densidad y mayor capacidad de absorción. Por consiguiente, las mayores temperaturas proporcionaron estructuras de material con propiedades más ventajosas para la aplicación en cuestión. Cuando se preparan estructuras de material de acuerdo con la invención, la temperatura de formación de la emulsión es ventajosamente entre 25 y 65ºC y preferiblemente entre 60 y 65ºC.

Con vistas a aumentar el carácter hidrófilo de la estructura del material acabado, se realizaron numerosos ensayos con adiciones de hidroxietil celulosa, ácido poliacrílico y poliacrilato a la mezcla de formación de emulsión.

Los resultados de estos ensayos no dieron como resultado ninguna diferencia significativa en el carácter hidrófilo o en la capacidad de absorción, si no que el efecto del tratamiento de hidrolización posterior de acuerdo con la invención eclipsó el efecto proporcionado por otros aditivos químicos.

Los ensayos con diferentes monómeros demostraron que la invención puede llevarse a la práctica satisfactoriamente con diferentes monómeros o mezclas de monómeros como base. Los ejemplos de materias primas monoméricas adecuadas para la preparación de estructuras de material altamente absorbente de acuerdo con la invención son acrilonitrilo, acrilato de etilhexilo, acrilonitrilo + acrilato de etilhexilo, estireno, estireno + acrilato de etilhexilo, aunque son concebibles también otros monómeros.

Los ensayos con diferentes métodos de hidrolización demostraron que pueden obtenerse unas buenas propiedades del material con un método de hidrolización de acuerdo con lo que se ha descrito anteriormente, usando NaOH 0,5 M, aunque también pueden utilizarse otras bases fuertes para el tratamiento de hidrolización.

Tiene que entenderse que los volúmenes de las diferentes materias primas y otras condiciones de ensayo dieron como resultado realizaciones que deben verse como ejemplos posibles de lo que es posible en la realización práctica de la invención y que una fabricación industrial de estructuras de material altamente absorbente de acuerdo con la invención requiere una adaptación a las condiciones predominantes. Dicha adaptación, sin embargo, la logra totalmente una persona especialista en la técnica.

La presente invención no debe considerarse limitada a lo que se ha descrito en forma de ejemplos, tablas o figuras, si no que su alcance está definido por las reivindicaciones adjuntas.

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TABLA 1

1

TABLA 2

2

Claims (5)

1. Un método de fabricación de una estructura de material absorbente para absorber líquidos que comprende: emulsionar una fase oleosa y una fase acuosa usando un emulsionante para formar una emulsión estable, en el que el volumen de dicha fase oleosa es menor que el volumen de dicha fase acuosa y dicha fase oleosa comprende al menos un primer monómero polimerizable que tiene propiedades de tipo vítreo y/o al menos un segundo polímero polimerizable que tiene propiedades de tipo goma y un agente de reticulación, mientras dicha fase acuosa comprende un iniciador y un electrolito; y polimerizar dicho monómero o monómeros polimerizables en la fase oleosa esencialmente continua de la emulsión estable para formar una estructura de espuma polimérica que pueda trabajarse elásticamente y comprenda una pluralidad de celdas con una pluralidad de superficies internas, caracterizado por que la estructura de espuma polimérica se hidroliza mediante hidrólisis básica para crear grupos iónicos sobre las superficies internas de la estructura de espuma polimérica para proporcionar de esta manera una estructura de material absorbente con una capacidad de absorción capilar y absorción por fuerzas osmóticas.

2. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que la fase acuosa comprende uno o varios agentes de hidrofilización poliméricos.

3. Un método de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado por que la formación de la emulsión tiene lugar con el uso de un agitador con forma de paleta con partes recortadas y porque las dimensiones del agitador corresponden a las dimensiones de un recipiente de formación de emulsión de manera que la turbulencia aparece en prácticamente todo el volumen de líquido de dicho recipiente de formación de emulsión.

4. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, 2 ó 3 caracterizado por que la formación de emulsión tiene lugar a una temperatura dentro del intervalo de 25 a 65ºC y preferiblemente dentro del intervalo de 60 a 65ºC.

5. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que la estructura del material absorbente se somete a lavado y/o ajuste del pH después de terminada la hidrólisis.