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JP2008529591A - 改善された吸水性材料を有する吸収性構造体 - Google Patents

改善された吸水性材料を有する吸収性構造体 Download PDF

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Abstract

本発明は、成人用若しくは幼児用おむつ又は婦人衛生物品に好適であり、或いは成人用若しくは幼児用おむつ又は婦人衛生物品である吸収性構造体であって、前記吸収性構造体は、フィルムコーティングを含む吸水性粒子からなる吸水性材料を含んでなり、該フィルムコーティングは弾性フィルム形成ポリマー及び融合剤を含んでなることを特徴とする、吸収性構造体に関する。
本発明はまた、吸水性材料を含む吸収性構造体であって、
a)流動床反応器にて0℃〜150℃の範囲の温度で弾性フィルム形成ポリマーを用いて吸水性ポリマー粒子をでスプレーコーティングする工程、及び
b)50℃を越える温度で前記コーティングされたポリマー粒子を熱処理する工程、
によって得ることができ、工程a)及び/又はb)において融合剤を添加する、吸収性構造体に関する。

Description

本発明は、弾性フィルム形成ポリマー類の特定コーティングを有する改善された吸水性材料を含有する改善された吸収性構造体及び/又は特定のコーティングプロセスによって製造される改善された吸収性構造体に関する。通常、前記吸収性構造体は、成人用失禁物品(おむつ)又はトレーニングパンツ若しくはプルオンパンツを包含する幼児用おむつ、或いは婦人衛生物品、又は生理用ナプキンのような生理用品であるか、或いは(例えば吸収性コアとして)それらに好適である。
おむつのような使い捨て吸収性物品の重要な構成要素は、吸収性ゲル化材料、AGM、又は超吸収性ポリマー類、又はSAP’sとも呼ばれる吸水性ポリマー類、通常はヒドロゲル形成吸水性ポリマー類を含む吸収性コア構造体である。このポリマー材料は、多量の体液、例えば尿を、その物品が使用されている間に、吸収し、閉じ込めることができ、それによって染み出るような再ぬれを低減し、皮膚を良好に乾燥させることを確実にする。
特に有用な吸水性ポリマー類又はSAP’sは、最初に、不飽和カルボン酸類又はそれらの誘導体、例えばアクリル酸、アクリル酸のアルカリ金属(例えば、ナトリウム及び/又はカリウム)又はアンモニウム塩類、アルキルアクリレート類などを、比較的少量の二官能性又は多官能性モノマー類、例えばN,N’−メチレンビスアクリルアミド、トリメチロールプロパントリアクリレート、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、又はトリアリルアミンの存在下で重合させることによって製造されることが多い。二官能性又は多官能性モノマー材料は、ポリマー鎖を軽度に架橋することによって、そのポリマー鎖を非水溶性であるか吸水性にするように働く。これらの軽度に架橋された吸収性ポリマー類は、ポリマー骨格鎖に結合した多数のカルボキシレート基を含有する。中和されたカルボキシレート基が、その架橋されたポリマー網状組織による体液吸収のための浸透性の駆動力を生ずるものと一般に考えられている。更に、ポリマー粒子は、特に乳児用おむつ、成人用失禁物品及びフェムケア物品に適用するのにその特性を改善するために、その外側表面に表面架橋層を形成するように処理されることが多い。
使い捨ておむつのような吸収性部材及び吸収性物品の吸収体として有用な吸水性(ヒドロゲル形成)ポリマー類は、適度に高い吸収能力、並びに適度に高いゲル強度を有することが必要である。吸収能力は、吸収性物品の使用中に直面する著しい量の水性体液を吸収性ポリマーが吸収できるように十分高くなければならない。ゲルの他の特性に加えて、ゲル強度は、膨潤したポリマー粒子が加えられた圧力の下で変形するのに抵抗する傾向に結び付く。ゲル強度は、吸収性部材又は物品において、その粒子が変形し、許容できない程度まで毛管空隙を塞いで、いわゆるゲルブロッキングを引き起こすことがないように十分高くある必要がある。このゲルブロッキングは流体の取り込み速度又は流体分配を妨げる。つまり、すなわち一旦ゲルブロッキングが生じると、吸収性物品における相対的に乾燥した領域又は区域への流体分配を実質的に妨げることができ、並びに吸水性ポリマー粒子が完全に飽和する前に、又は流体が「ゲルブロッキング」粒子を通って吸収性物品の残りの部分に拡散若しくは吸い上げが起こり得る前に、流体の吸収性物品からの漏れを妨げることができる。そのため、吸水性ポリマー類が(吸収性構造体又は物品に導入される場合)、高い湿潤多孔性を維持し、変形に対する高い耐性を有することによって、膨潤したゲル層を通る流体輸送のための高い透過性を得ることが重要である。一方、膨潤したゲル層が、吸上機構による効率の良い流体分配を可能にするために狭い孔を有することも有益である。
比較的高い透過性を有する吸収性ポリマー類は、内部架橋又は表面架橋のレベルを増大させることによって製造でき、その架橋が、着用者によって生じる圧力のような外部圧力による変形に対する膨潤ゲルの耐性を増大させるが、通常これはまた、望ましくないことにゲルの吸収能力を低下させる。透過性を得るために吸収能力を犠牲にしなければならないことが、こうした従来の手法の大きな欠点である。この低くなった吸収能力は、衛生物品中の吸収性ポリマーの用量を高くすることによって補われなければならず、そのため、例えば着用中におむつのコアの一体性を維持するのが困難になる。故に、必要とされる吸収性ポリマーの投与レベルが高くなることで、コストが増すだけでなく、この問題を克服するために、特定な技術的に困難で費用がかかる一定技術が必要とされる。
従来の手法において吸収能力と透過性との兼ね合いのために、次の実験式によって記載されるものに対して、吸収能力及び透過性に関する特性を改善した吸収性ポリマー類を製造するのは極めて困難であり:
(1)Log(CS−SFC’/150)≦3.36−0.133×CS−CRC
また、次の実験式によって記載されるものに対して、吸収能力及び透過性に関する特性を改善した吸収性ポリマー類を製造するのは更により困難である:
(2)Log(CS−SFC’/150)≦2.5−0.095×CS−CRC
故に、次の式(3)又は(4)或いは好ましくは(3)且つ(4)を満たす吸収性ポリマー類を製造することが極めて望ましい:
(3)Log(CS−SFC’/150)>3.36−0.133×CS−CRC
(4)Log(CS−SFC’/150)>2.5−0.095×CS−CRC
上記の関係式全てにおいて、CS−SFC’=CS−SFC×10及び150の次元は[cms/g]である。
上記の関係式(1)〜(4)において、CS−CRCが本明細書で定義されるようなCCRCで置き換えられる場合、関係式の全ては有効なままである。故に、次の関係式(5)又は(6)を満たす吸収性ポリマー類を製造するのは特に好ましい:
(5)Log(CS−SFC’/150)>3.36−0.133×CCRC
(6)Log(CS−SFC’/150)>2.5−0.095×CCRC
上記の関係式(5)及び(6)において、CS−SFC’=CS−SFC×10及び150の次元は[cms/g]である。Logは10を底とする対数である。
表面架橋された吸水性ポリマー粒子は、表面架橋シェルによって拘束されて、十分に吸収及び膨潤できないことが多く、及び/又は表面架橋シェルが、膨潤応力若しくは荷重下での性能に関連する応力に耐えるに十分なほど強くないことが多い。
それらの結果として、当該技術分野において使用される吸水性ポリマー類の、表面架橋「コーティング」を包含するコーティング又はシェルは、ポリマーが顕著に膨潤する場合に破断するか、又は、長期間膨潤状態にあった場合に破断する。コーティングされた及び/又は表面架橋された吸水性ポリマー類又は当該技術分野において既知の超吸収性材料は、使用中に著しく変形し、そのため湿潤状態でのゲル床の多孔性及び透過性が相対的に低くなることが多い。
故に、本発明の目的は、表面のより有利な改質が行われることでその一体性が、この吸収性ポリマーを用いて製造された衛生物品が膨潤している間、好ましくはその寿命の間にも保持されて、改善された吸水性材料を有する吸収性構造体を提供すること、及び/又はこれらの改善された特性を提供する特定の改善されたプロセスによって得ることができるような吸水性材料を有する吸収性構造体を提供することである。
EP−A−0703265は、フィルム形成ポリマー類、例えばアクリル/メタクリル酸分散体でヒドロゲルを処理して磨耗耐性のある吸収体を製造することを教示する。同定された処理剤にはポリウレタン類が含まれる。しかし、前記文献にて得られた吸収性粒子は、吸収性値、特にCCRC、CS−CRC及びCS−SFCに関して満足のいくものではない。より詳細には、引用された参照文献は、膨潤中及び使用中に十分な程度までその機械的特性を保持する均一なコーティングを製造する方法について教示していない。
より以前のPCT出願PCT国際公開特許WO2005/014697、PCT国際公開特許WO2005/014067、US2005/031868、US2005/031872及びUS2005/043474は、流動床反応器において弾性フィルム形成ポリマー類を用いたヒドロゲルのスプレーコーティングを教示する。しかし、酸化防止剤が添加されることについての教示はない。熱処理工程において最適なアニール時間についての教示もなく、更に有利な融合剤についての教示もない。
一般に、より高温での吸水性ポリマー粒子の取り扱いは、不活性ガスの下で行われるか、又は真空を適用してヒドロゲルの性能損失を低減する。両方とも機械的な労力が大きくなる。別の可能性は低温で作用させることであるが、これは反応時間がより長くなり、生成量が低くなる。従って本発明の目的は、良好な時空間収率を伴って吸水性ポリマー粒子を製造するためのプロセスを提供することである。本発明の目的は、短い熱処理工程を伴うプロセスを提供することである。本発明のさらなる目的は、最適な熱処理時間を決定するための方法を提供すること、性能に関して最適化された吸水性ポリマー粒子を製造するためのプロセスを提供することである。
従って、本発明の目的は、高いコア・シェル遠心分離保持能(CS−CRC)、荷重下での高いコア・シェル吸収性(CS−AUL)及び高いコア・シェル塩水流伝導度(CS−SFC)を有する吸水性ポリマー粒子、特に高いコア・シェル塩水流伝導度(CS−SFC)を有する吸水性ポリマー類、を有する吸収性構造体を提供することである。
従って、本発明の目的は、高いシリンダー遠心分離保持能(CCRC)、荷重下での高いコア・シェル吸収性(CS−AUL)及び高いコア・シェル塩水流伝導度(CS−SFC)を有する吸水性ポリマー粒子を有する吸収性構造体を、特に高いコア・シェル塩水流伝導度(CS−SFC)を有する吸水性ポリマー類を有する吸収性構造体を提供することである。
本発明は、成人用若しくは幼児用おむつ又は婦人衛生物品に好適であり、或いは成人用若しくは幼児用おむつ又は婦人衛生物品である吸収性構造体であって、前記吸収性構造体は、フィルムコーティングを含む吸水性粒子からなる吸水性材料を含んでなり、該フィルムコーティングは弾性フィルム形成ポリマー及び融合剤を含んでなることを特徴とする、吸収性構造体に関する。
本発明はまた、吸水性材料を含む吸収性構造体であって、
a)流動床反応器にて0℃〜150℃の範囲の温度で弾性フィルム形成ポリマーを用いて吸水性ポリマー粒子をでスプレーコーティングする工程、及び
b)50℃を越える温度で前記コーティングされたポリマー粒子を熱処理する工程、
によって得ることができ、工程a)及び/又はb)において融合剤を添加する、吸収性構造体に関する。
弾性フィルム形成ポリマーは、本明細書に記載されるように、ポリウレタンポリマーであるのが好ましい。
好ましい吸収性構造体には、成人用及び幼児用おむつ並びにそれらの吸収性コアが挙げられる。
吸収性構造体
「吸収性構造体」とは、尿、経血又は血液のような液体を吸収及び保持するのに有用な吸水性材料を含むいずれかの三次元構造体を指す。本明細書に記載されるように、本発明の吸収性構造体は、吸収性物品、例えばおむつ、婦人衛生物品であってもよく、又は吸収性構造体は、こうした物品に組み込まれるのに好適な構造体、例えば吸収性コアであってもよい。
「吸収性物品」とは、液体(例えば血液、経血及び尿)を吸収及び保持するデバイスを指し、より具体的には、着用者の身体に接触して又は近接して設置され、身体から排泄される様々な排泄物を吸収及び収容するデバイスを指す。吸収性物品としては、トレーニングパンツを包含する幼児用おむつ、成人用失禁おむつ(ブリーフを含む)、おむつホルダー及びライナー、生理用ナプキンを包含する婦人衛生物品などが挙げられるが、これらに限定されない。
「おむつ」とは、一般に幼児及び失禁症者が胴体下部の周りに着用する吸収性物品を指す。
「使い捨て」とは、本明細書では、一般に洗濯又は他の方法で復元又は再使用することを想定していない(すなわち、1回使用した後に廃棄、好ましくはリサイクル、堆肥化、又は環境に適合する方法で処理することを前提としている)物品を説明するために使用する。
本明細書で使用する時、「不活性ガス」は、それぞれの反応条件の下でガス状形態であり、これらの条件下で反応混合物の構成要素又はポリマーに酸化作用を有さない材料、及びこれらのガスの混合物でもある。有用な不活性ガスとしては、例えば窒素、二酸化炭素、アルゴン又は蒸気が挙げられ、窒素が好ましい。
吸収性構造体は、通常、本明細書の吸水性材料と、構造材料、例えばコアラップ又はラッピング材、吸水性材料の支持層又は以下に記載されるような構造剤とを含む。
吸収性構造体は、好ましくは生理用ナプキン、パンティライナー、及びより好ましくは成人用失禁製品、おむつ、及びトレーニングパンツなどの吸収性物品、好ましくは使い捨て吸収性物品であり、又はそれらの一部を成す。
吸収性構造体が使い捨て吸収性物品の一部である場合、本発明の吸収性構造体は、通常、体液を貯蔵及び/又は獲得するように作用する吸収性物品の一部であり、吸収性構造体は、2以上の層としてか又は単一構造体としてかのいずれかで、吸収性物品の貯蔵層、又は獲得層、或いはその両方であってもよい。
吸収性構造体は、吸水性材料からなり、後で必要な三次元構造体へと成形される構造であり得、又は好ましくは、当該技術分野において吸収性構造体に使用されるような追加の構成要素を含んでよい。
本明細書の吸収性構造体が吸収性物品の吸収性構成要素(コア)である場合、吸収性構造体はまた、1以上の支持体又はラッピング材、例えば当該技術分野において既知であるようなフォーム、フィルム、織布ウェブ及び/又は不織布ウェブ、例えばスパンボンド、メルトブロウン、及び/又はカード不織布を含むことが好ましい場合もある。好ましい材料の1つは、スパンボンド層と、メルトブロウン層と、更にスパンボンド層とを含む、いわゆるSMS材料である。極めて好ましいのは、永久的に親水性の不織布であり、特に、耐久性のある親水性コーティングを備える不織布である。SMSに代わる好ましい材料はSMMS構造を有するものである。最上層及び最下層は、別個の2シート以上の材料から供給されてもよく、或いは単一シートの材料から供給されてもよい。
好ましい不織布材は、PE、PET、及び最も好ましくはPPなどの合成繊維から形成されたものである。不織布の製造に使用されるポリマー類は本質的に疎水性であることから、これらは、好ましくは、当該分野で既知のように、親水性コーティング、例えば、ナノ粒子でコーティングされている。
こうした材料を用いる好ましい不織布材及び吸収性構造体は、例えば同時係属出願US2004/03625、US2004/03624、及びUS2004/03623及びUS2004/0162536、EP1403419−A、PCT国際公開特許WO2002/0192366、EP1470281−A及びEP1470282−Aに記載されている。
本明細書の吸収性構造体が吸収性物品の吸収性構成要素(コア)である場合、吸収性構造体はまた、それぞれ吸水性材料を不動化するように作用し得る構造剤又はマトリックス剤、例えばエアフェルト繊維のような吸収性の繊維性材料及び/又は接着剤を含むことも可能である。
本明細書の吸水性材料が優れた透過性を有するので、膨潤する場合であっても、多量の構造剤、例えば当該技術分野において通常使用されるような吸収性の繊維性材料(エアフェルト)を必要としない。故に、本明細書の吸収性構造体が吸収性物品のための吸収性構成要素(コア)である場合、相対的に低量の吸収性の繊維性(セルロース)材料が本発明の吸収性構造体に使用されるか、又は全く使用されない。故に、本明細書の前記吸収性構造体は、本明細書の多量の吸水性材料を含み、非常に極少量の吸収性(セルロース)繊維を含むか、又は全く含まないのが好ましい場合があり、好ましくは吸水性材料の20重量%未満、又は更に吸水性材料の10重量%未満、又は更に5重量%未満である。吸収性コア(構造体)は、吸収性(セルロース)繊維を実質的に含まないのが更に好ましい場合がある。
本明細書の吸収性物品に使用するための好ましい吸収性構造体は、基材材料、例えば本明細書に記載されるコア−ラップ材料の層と、その上の任意な不連続層としての吸水性材料層と、その上の吸水性材料層上に載置される接着剤及び/又は熱可塑性材料又は好ましくは(繊維性)熱可塑性接着剤材料の層とを含む。熱可塑性又は接着剤層は、この場合吸水性材料に直接接触するだけでなく、基材層にも部分的に直接接触するのが好ましい場合があり、ここでこの基材層は吸収性ポリマー材料で覆われていない。このことにより、それ自体はx及びy方向への伸長に比べて相対的に厚み(z方向)が少ない本質的に二次元構造である熱可塑性又は接着剤材料の(繊維性)層に本質的に三次元構造を付与する。
それ故に、熱可塑性又は接着剤材料は、吸水性材料を保持する空隙を提供し、それによって、この材料を不動化する。さらなる態様では、熱可塑性又は接着剤材料は基材と結合し、従って吸水性材料が基材に取り付けられる。
この実施形態において、吸収性の繊維性材料は吸収性構造体に全く存在しないことが好ましい場合がある。
熱可塑性組成物は、その全体において、ASTM方法D−36−95「リング・アンド・ボール(Ring and Ball)」で決定される、50℃〜300℃の範囲の軟化点を有する単一の熱可塑性ポリマー又は熱可塑性ポリマーのブレンドを含んでもよく、或いは熱可塑性組成物は、粘着付与樹脂のような他の熱可塑性希釈剤、可塑剤、及び酸化防止剤のような添加剤と組み合わせた少なくとも1つの熱可塑性ポリマーを含むホットメルト接着剤であってもよい。
熱可塑性ポリマーは、典型的には、10,000よりも大きい分子量(Mw)と、通常は室温より低いガラス転移温度(Tg)とを有する。多種多様の熱可塑性ポリマー類が、本発明での使用に好適である。そのような熱可塑性ポリマー類は好ましくは、水に反応しない。代表的なポリマー類は、A−B−A三元ブロック構造、A−B二元ブロック構造、及び(A−B)n放射状ブロックコポリマー構造を包含する(スチレン)ブロックコポリマー類であり、Aブロックは、典型的にはポリスチレンを含む非エラストマーポリマーブロックであり、またBブロックは、不飽和共役ジエン又はその(部分的に)水素添加したものである。Bブロックは典型的には、イソプレン、ブタジエン、エチレン/ブチレン(水素添加ブタジエン)、エチレン/プロピレン(水素添加イソプレン)、及びこれらの混合物である。
使用可能な他の好適な熱可塑性ポリマー類は、メタロセンポリオレフィン類であり、これは、単一サイト又はメタロセン触媒を使用して調製されるエチレンポリマー類である。その中で、少なくとも1つのコモノマーは、エチレンと重合されて、コポリマー、ターポリマー、又はより高い次数のポリマーを作製することができる。同様に適用可能なものは、C2〜C8のαオレフィン類のホモポリマー類、コポリマー類、又はターポリマー類である、非晶質ポリオレフィン類又は非晶質ポリαオレフィン類(APAO)である。
樹脂は典型的には、5,000未満のMwと、通常は室温を超えるTgとを有し、ホットメルトにおける樹脂の典型的な濃度は、30〜60%の範囲である。可塑剤は、通常は1,000未満の低いMWと、室温未満のTgとを有し、典型的な濃度は、0〜15%である。
好ましくは、接着剤は、コア全体を通して繊維の形態で存在する、すなわち接着剤が繊維化されているか、又は繊維性である。
好ましくは、繊維は、1〜50マイクロメートルの平均厚さと5mm〜50cmの平均長さを有するのが好ましい。
好ましくは、吸収性構造体又は吸収性コアは、吸収性繊維が全く又はほとんど存在しない場合に特に、上述したように、約0.4g/cmを越える密度を有する。好ましくは、密度は、約0.5g/cmよりも大きく、より好ましくは約0.6g/cmよりも大きい。
上記で定義されるような好ましい吸収性構造体又は構成要素は、例えば次のように製造できる:
a)ラッピング材として作用できる基材材料を提供すること;
b)好ましくは吸水性材料を実質的に含まない少なくとも1つの領域を含むパターン、及び吸水性材料を含む少なくとも1つの領域を含むパターンで、本明細書の吸水性材料を基材材料の第1表面上に付着させて、好ましくは吸水性材料を有する離れた領域間に開口部が形成されるようにすること;
c)基材材料及び吸水性材料の第1の表面上に熱可塑性材料を付着させ、熱可塑性材料の一部(複数)を基材の第1表面に直接接触させ、熱可塑性材料の一部を吸水性材料に直接接触させるようにすること;及び
d)次いで、通常は、基材材料を折り畳むことによって、又は上述しのものの上に別の基材物質を置くことによって、上述のものを密閉すること。
上記で定義されたような吸収性構造体又は構成要素は、同じ寸法を有していてもよい獲得層及び貯蔵層を含んでいてもよいが、獲得層は、貯蔵層と同じ横幅を有するが、貯蔵層よりも短い長手方向長さを有して貯蔵層に対して横方向にて中心を一致させるのが好ましい場合がある。獲得層は、また、貯蔵層よりも狭くてもよいが、依然として貯蔵層上に対して中心を一致させる。換言すると、獲得層は貯蔵層に対する面積比が1.0であるのが好適であるが、この面積比は、好ましくは1.0未満、例えば約0.75未満、又はより好ましくは約0.50未満であってもよい。
尿を吸収するように設計された吸収性構造体及び吸収性物品に関して、獲得層は、貯蔵層よりも長手方向において短く、その長手方向長さの50%超過が本明細書の吸収性構造体又は吸収性物品の横軸よりも前方となるように配置されるのが好ましい場合がある。こうした配置は、尿が最初に吸収性構造体又は吸収性物品と接触する可能性の高い場所に獲得層を配置するために望ましい。
また、吸収性コア、或いはそれらの獲得層及び/又は貯蔵層は、機械方向及び横断方向の一方又は両方で、吸水性材料の坪量の不均一な分布を含み得る。こうした不均一な坪量分布は、有利なことに、予め定められた追加の局部的吸収能力を吸収性構造体又は吸収性物品に提供するために適用され得る。
上記で定義されるように、本発明の吸収性構造体は、吸収性物品であってもよく、又はその一部であってもよく、後者の場合には、吸収性物品の吸収性コア、或いはこうした物品の貯蔵層及び/又は獲得層であってもよい。
本発明の吸収性構造体を含む好ましい(使い捨て)吸収性物品は、生理用ナプキン、パンティライナー、成人用失禁製品(おむつ、ブリーフ)、及び幼児用おむつ、又はトレーニングパンツ若しくはプルオンパンツであり、尿を吸収する働きをする物品、例えば、成人用失禁製品、おむつ、及びトレーニング若しくはプルオンパンツが、本明細書で最も好ましい物品である。
本明細書で好ましい物品は、トップシートとバックシートとを有しており、そのそれぞれが、前部と、後部と、それらの間に配置されたクロッチ部とを有する。本明細書に記載されるように、吸収性構成要素若しくはコア又は構造体は、通常、トップシートとバックシートとの間に配置される。好ましいバックシートは、蒸気透過性であるが、液体不透過性である。好ましいトップシート材料は、少なくとも部分的に親水性であり、また、いわゆる有孔トップシートも好ましい。トップシートが、スキンケア組成物、例えばローションを含むことが好ましい場合がある。
本明細書の吸水性材料は非常に高い吸収能を有するので、本明細書の吸収性物品ではこの材料をごく低レベルで使用することが可能である。故に、本発明の吸収性構造体を含む、成人用及び幼児用おむつ、トレーニングパンツ、生理用ナプキンなどの薄い吸収性物品であって、クロッチ部における平均キャリパー(厚さ)が1.0cm未満、好ましくは0.7cm未満、より好ましくは0.5cm未満、又は更に0.3cm未満である吸収性物品が好ましい(この目的に限って、クロッチ部は、平置きされて広げられたときの製品の中央領域として画定され、物品の長さの20%及び物品の幅の50%の寸法を有する)。
本明細書の吸水性材料は非常に良好な透過性を有するので、従来からの構造剤、例えばエアフェルトのような吸収性繊維を多量に存在させる必要はなく、故に上述したようにそれらを省くか、又は非常にごく少量だけ使用すればよい。これは更に、本明細書の吸収性構造体又は吸収性物品の厚さを低減するのに役立つ。
本発明による好ましい物品は、相対的に狭いクロッチ幅を達成し、それが着用の快適さを増大させる。本発明による好ましい物品は、物品の前側縁部及び後側縁部まで等距離に位置する横断方向の線に沿って、又は最も狭い幅を有する位置にて測定される場合に、100mm未満、90mm未満、80mm未満、70mm未満、60mm未満、又は更に50mm未満のクロッチ幅を達成する。故に、本発明による吸収性構造体は、好ましくは、コアの前側縁部及び後側縁部まで等距離に位置する横断方向の線に沿って測定される場合に、100mm未満、90mm未満、80mm未満、70mm未満、60mm未満、又はさらに50mm未満のクロッチ幅を有する。大部分の吸収性物品では、液体排泄は主に前側半分で生じることが分かっている。
本明細書で好ましいおむつは、前側ウエストバンドと背側ウエストバンドとを有し、前側ウエストバンド及び背側ウエストバンドそれぞれが、第1の末端部分と、第2の末端部分と、これらの末端部分の間に配置された中央部分とを有し、好ましくは末端部分それぞれが前側ウエストバンドを後側ウエストバンドに締着させるための締着装置を含み、好ましくは末端部分が互いに連結され、或いは、背側ウエストバンドの中央部分及び/又はバックシートの後部及び/又はバックシートのクロッチ部がランディング部材を含み、好ましくはランディング部材が、ループ、フック、スロット、スリット、ボタン、磁石から選択される第2の係合要素を含む。最も好ましいのは、フック、接着性又は粘着性のある第2の係合要素である。物品、好ましくはおむつ上の係合要素に、確実にそれらがある特定の瞬間にだけ係合可能になるようにするための手段が設けられていることが好ましい場合があり、例えば、前述のように、係合要素を係合させようとするときに取り外され、係合がもはや必要ないときに再び閉じることのできる、係合要素を取り外し可能な蓋によって覆うことも出来る。
本明細書で好ましいおむつ及びトレーニングパンツは、当該技術分野において既知のように、1組以上の脚弾性部及び/又はバリアレッグカフを有する。また、おむつは、(例えば上述のように)皮膚と接触し、好ましくは一次トップシートを覆う二次トップシートを有するのが好ましい場合があり、この二次トップシートは、好ましくはその長さに沿って伸縮手段を有すると共に、細長いスリット開口部を有し、その開口部を通って排泄物質が吸収性構造体上方の隙間に入ることが可能になり、その排泄物質が着用者の皮膚から離れてこの隙間に確実に隔離される。
吸水性ポリマー類及び材料
本発明の目的に有用なのは、原理として、例えば、現代超吸収性ポリマー技術(Modern Superabsorbent Polymer Technology)(F.L.ブショルズ(F.L. Buchholz)、A.T.グラハム(A.T. Graham)、ワイリー(Wiley)、1998)に記載されているような超吸収体の文献から当業者に知られるあらゆる粒状の吸水性ポリマー類である。超吸収性粒子は、好ましくは球状の超吸収性粒子又はウインナーソーセージ形状の超吸収性粒子、又は逆相懸濁重合から一般に得られる種類の楕円形状の超吸収性粒子であり、それらはまた、任意に、より大きな不規則形状を形成するために少なくともある程度凝集していてもよい。本発明の目的に有用なのはまた、スプレー又はその他の気相分散重合からの丸形粒子である。しかし特に最も好ましいのは、例として本明細書にて以下でより詳細に記載されるような、現況技術の製造プロセスによって得ることのできる種類の市販の不規則形状粒子である。本発明に有用な吸水性粒子の多孔性は重要ではない。
本発明のプロセスに従ってコーティングされるポリマー粒子は、次を含むモノマー溶液の重合によって得ることのできるポリマー粒子であるのが好ましい、
i)少なくとも1つのエチレン性不飽和酸官能性モノマー、
ii)少なくとも1つの架橋剤、
iii)適切な場合は、i)と共重合可能な1以上のエチレン性及び/又はアリル性不飽和モノマー類、及び
iv)適切な場合は、モノマー類i)、ii)、及び適切な場合はiii)が少なくとも部分的にグラフトできる1以上の水溶性ポリマー類。
ここで、こうして得られたベースポリマーは乾燥され、分類され、そして適切な場合には続いて次のもので処理される、
v)少なくとも1つの後架橋剤
乾燥される前に、熱によって後架橋される(すなわち表面架橋される)。
有用なモノマー類i)としては、例えばエチレン性不飽和カルボン酸類、例えばアクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、フマル酸、トリカルボキシエチレン及びイタコン酸、又はこれらの誘導体、例えばアクリルアミド、メタクリルアミド、アクリル酸エステル類及びメタクリル酸エステル類が挙げられる。アクリル酸及びメタクリル酸は、特に好ましいモノマー類である。アクリル酸は最も好ましい。
本発明に従って使用されるべき吸水性ポリマー類は、通常架橋される、すなわち、重合は、ポリマー網状組織にフリーラジカルによって共重合できる2以上の重合可能な基を有する化合物の存在下で行われる。有用な架橋剤ii)としては、例えばエチレングリコールジメタクリレート、ジエチレングリコールジアクリレート、アリルメタクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、トリアリルアミン、EP−A530438に記載されるテトラアリルオキシエタン、EP−A547847、EP−A559476、EP−A632068、PCT国際公開特許WO93/21237、PCT国際公開特許WO03/104299、PCT国際公開特許WO03/104300、PCT国際公開特許WO03/104301及びDE−A10331450に記載されるジ−及びトリアクリレート類、DE−A10331456及びDE−A10355401に記載されるような、アクリレート基とエチレン性不飽和基とをさらに含む混合アクリレート類、又は例えばDE−A19543368、DE−A19646484、PCT国際公開特許WO90/15830及びPCT国際公開特許WO02/32962に記載されるような架橋剤混合物が挙げられる。
有用な架橋剤ii)としては、特にN,N’−メチレンビスアクリルアミド及びN,N’−メチレンビシメタクリルアミド、ポリオール類の不飽和モノ−又はポリカルボン酸類のエステル類、例えばジアクリレート又はトリアクリレート、例えばブタンジオールジアクリレート、ブタンジオールジメタクリレート、エチレングリコールジアクリレート、エチレングリコールジメタクリレート及び更にトリメチロールプロパントリアクリレート、並びにアリル化合物、例えばアリル(メタ)アクリレート、トリアリルシアヌレート、ジアリルマレアート、ポリアリルエステル類、テトラアリルオキシエタン、トリアリルアミン、テトラアリルエチレンジアミン、リン酸のアリルエステル類、及び更に例えばEP−A343427に記載されるようなビニルホスホン酸誘導体が挙げられる。有用な架橋剤ii)としては更に、ペンタエリスリトールジアリルエーテル、ペンタエリスリトールトリアリルエーテル、ペンタエリスリトールテトラアリルエーテル、ポリエチレングリコールジアリルエーテル、エチレングリコールジアリルエーテル、グリセロールジアリルエーテル、グリセロールトリアリルエーテル、ソルビトールに基づくポリアリルエーテル類、及び更にそれらのエトキシ化変異体が挙げられる。本発明のプロセスは、好ましくはポリエチレングリコール類のジ(メタ)アクリレート類を利用し、使用されるポリエチレングリコールは、300g/モル〜1000g/モルの範囲の分子量を有する。
しかし、特に有利な架橋剤ii)は、全部で3〜15個のエトキシ化グリセロールのジ−及びトリアクリレート類、全部で3〜15個のエトキシル化トリメチロールプロパンのジ−及びトリアクリレート類、特に全部で3個のエトキシ化グリセロール又は全部で3個のエトキシル化トリメチロールプロパン、3個のプロポキシル化グリセロール、3個のプロポキシル化トリメチロールプロパン、及びまた全部で3個の混合エトキシル化又はプロポキシル化グリセロール、全部で3個の混合エトキシル化又はプロポキシル化トリメチロールプロパン、全部で15個のエトキシル化グリセロール、全部で15個のエトキシル化トリメチロールプロパン、全部で少なくとも40個のエトキシル化グリセロール、及びまた全部で少なくとも40個のエトキシル化トリメチロールプロパンのジ−及びトリアクリレート類である。ここでn個のエトキシル化とは、nモルのエチレンオキシドが1モルの各ポリオールと反応することを意味し、ここでnは0より大きい整数である。
架橋剤ii)として使用するのに特に極めて好適なのは、例えば、PCT国際公開特許WO03/104301に記載されるような、ジアクリレート化、ジメタクリレート化、トリアクリレート化又はトリメタクリレート化した複合エトキシ化及び/又はプロポキシル化グリセロール類である。3〜10個のエトキシ化グリセロールのジ−及び/又はトリアクリレート類は特に有利である。特に極めて好ましいのは、1〜5個のエトキシル化及び/又はプロポキシル化グリセロールのジ−又はトリアクリレート類である。3〜5個のエトキシル化及び/又はプロポキシル化グリセロールのトリアクリレート類が最も好ましい。これらは、吸水性ポリマー中での残留レベルが特に低い点(通常10ppm未満)で注目に値し、それらを用いて製造された吸水性ポリマー類の水性抽出物は、同じ温度で水と比較して、ほぼ変化していない表面張力(通常0.068N/m以上)を有する。
モノマー類i)と共重合可能なエチレン性不飽和モノマー類iii)の例は、アクリルアミド、メタクリルアミド、クロトンアミド、ジメチルアミノエチルメタクリレート、ジメチルアミノエチルアクリレート、ジメチルアミノプロピルアクリレート、ジエチルアミノプロピルアクリレート、ジメチルアミノブチルアクリレート、ジメチルアミノエチルメタクリレート、ジエチルアミノエチルメタクリレート、ジメチルアミノネオペンチルアクリレート及びジメチルアミノネオペントチルメタクリレートである。
有用な水溶性ポリマー類iv)としては、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、デンプン、デンプン誘導体、ポリグリコール類、ポリアクリル酸類、ポリビニルアミン又はポリアリルアミン、部分的に加水分解されたポリビニルホルムアミド又はポリビニルアセトアミド、好ましくはポリビニルアルコール及びデンプンが挙げられる。
好ましいのは、ベースポリマーがわずかに架橋されている吸水性ポリマー粒子である。わずかな程度の架橋が、高いCRC値及び抽出可能物の画分にも反映される。
架橋剤は、製造されるベースポリマー類が、それらの粒径が150〜850mである場合に20〜60g/gのCRCを有し、16時間抽出可能物画分が25重量%以下であるような量で、(その分子量及びその抽出組成物に依存して)使用されるのが好ましい。CRCは、好ましくは30〜50g/g、より好ましくは33〜45g/gである。
特に好ましいのは、16時間抽出可能物画分が20重量%以下、好ましくは15重量%以下、更により好ましくは10重量%以下、及び最も好ましくは7重量%以下であり、CRC値が上述の好ましい範囲内であるベースポリマー類である。
好適なベースポリマーの調製及び更にまた有用な親水性のエチレン性不飽和モノマー類i)は、DE−A19941423、EP−A686650、PCT国際公開特許WO01/45758及びPCT国際公開特許WO03/14300に記載されている。
反応は、例えばPCT国際公開特許WO01/38402に記載されるような混練機にて、又は、例えばEP−A−955086に記載されるようなベルト反応器上で行われるのが好ましい。
更に、既知の好適な溶媒のいずれかを使用して従来の逆相懸濁重合プロセスのいずれかを使用することも可能である。適切な場合、こうした逆相懸濁重合プロセスでは当業者に既知の特定条件において自己架橋が生じるので、こうしたプロセスでは、架橋剤の画分はかなり削減されるか、又は完全に省くことができる。
更に、微細な液滴の気相懸濁物中、好ましくは不活性ガス相中にて球状又は不規則形状粒子を製造可能である、所望するスプレー又はその他の気相重合プロセスのいずれかを用いてベースポリマー類を製造することができる。本明細書に記載される不活性ガスは、有機溶媒蒸気及び水蒸気である。
得られたベースポリマー類の酸基は、通常0〜100モル%、好ましくは25〜100モル%、より好ましくは65〜90モル%、及び最も好ましくは68〜80モル%中和されており、この中和には、通常の中和基、例えばアンモニア又はアミン類、例えばエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン又はジメチルアミノエタノールアミン、好ましくはアルカリ金属の水酸化物類、アルカリ金属の酸化物類、アルカリ金属の炭酸塩類又はアルカリ金属の重炭酸塩類、及びまたそれらの混合物が使用でき、これらの場合、ナトリウム及びカリウムがアルカリ金属塩類として特に好ましいが、最も好ましいのは水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム又は重炭酸ナトリウム及びまたそれらの混合物である。――通常、中和は、水溶液又は水性分散体又は更に好ましくは溶融物又は固体物質としての中和剤を混合することによって達成される。
中和は、ベースポリマー段階にて、重合後に行うことができる。しかしまた、モノマー溶液に中和剤の一部が添加されることによって重合前に酸基の40モル%まで、好ましくは10〜30モル%、及びより好ましくは15〜25モル%を中和し、ベースポリマー段階にて、重合後にのみ所望の最終中和度を設定できる。モノマー溶液は、所定の値へのプレ中和と、重合反応後又は重合反応中における最終値への次の後中和とのために中和剤を混合することによって中和されてもよく、或いはモノマー溶液は、重合前に中和剤を混合することによって最終値に直接調節する。ベースポリマーは、例えばミートグラインダーによって機械的に細分でき、こうした場合、中和剤はスプレーし、振りかけ、又は注いで、次いで入念に混合する。最終的に、得られたゲル塊は均質化のために、繰り返し細分化できる。
中和されたベースポリマーは、次いで、残留水分含有量が好ましくは13重量%未満、特に8重量%未満、及び最も好ましくは4重量%未満になるまでベルト式、流動床、タワー乾燥機又はドラム乾燥機を用いて乾燥され、水含有量は、EDANAの推奨試験方法番号430.2−02「水分含有量(Moisture content)」(EDANA=欧州不使い捨て織布協会(European Disposables and Nonwovens Association))に従って測定される。乾燥されたベースポリマーは、その後、粉砕され、シーブされるが、有用な粉砕装置としては、通常、ロールミル、ピンミル、ハンマーミル、ジェットミル又はスィングミルが挙げられる。
使用されるべき吸水性ポリマー類は、本発明のある1つの場合では後架橋できる。有用な後架橋剤v)としては、ポリマー類のカルボキシレート基と共に共有結合を形成できる2以上の基を含む化合物が挙げられる。有用な化合物としては、例えばアルコシキシリル化合物、ポリアジリジン類、ポリアミン類、ポリアミドアミン類、EP−A083022、EP−A543303及びEP−A937736に記載されるようなジ−又はポリグリシジル化合物、DE−C3314019に記載されるような多価アルコール類が挙げられる。有用な後架橋剤v)は更に、DE−A4020780による環状カーボネート類、DE−A19807502による2−オキサゾリドン及びその誘導体、例えばN−(2−ヒドロキシエチル)−2−オキサゾリドン、DE−A19807992によるビス−及びポリ−2−オキサゾリドン類、DE−A19854573による2−オキソテトラヒドロ−1,3−オキサジン及びその誘導体、DE−A19854574によるN−アシル−2−オキサゾリドン類、DE−A10204937による環状尿素類、DE−A10334584による二環式アミドアセタール類、EP−A1199327によるオキセタン類及び環状尿素類、及びPCT国際公開特許WO03/031482によるモルホリン−2,3−ジオン及びその誘導体である。
後架橋は、通常、ベースポリマー又はドライベースのポリマー粒子上に後架橋剤の溶液をスプレーすることによって行われる。スプレー後に熱乾燥が行われ、後架橋反応は乾燥前だけでなく乾燥中又は乾燥後にも行うことができる。
好ましい後架橋剤v)は、例えば本明細書に参考として明示的に組み込まれる前述のPCT出願PCT/EP/05011073に記載される、アミドアセタール類、カルバミン酸エステル類、ジオール類又はポリオール類のような多価アルコール類、環状カーボネート類又はビスオキサゾリン類である。
少なくとも1つの後架橋剤v)は、通常、約1.50重量%以下、好ましくは0.50重量%以下、より好ましくは0.30重量%以下、及び最も好ましくは0.001重量%〜0.15重量%の範囲の量で使用され、全ての百分率は水溶液としてのベースポリマーに基づく。上記の選択肢から単一の後架橋剤v)又は種々の後架橋剤の所望のいずれかの混合物を使用することが可能である。
水性の後架橋溶液、並びに少なくとも1つの後架橋剤v)は、通常更に共溶媒を含むことができる。技術的に極めて有用な共溶媒は、C〜C−アルコール類、例えばメタノール、エタノール、n−プロパオール、イソプロパノール、n−ブタノール、sec−ブタノール、tert−ブタノール又は2−メチル−1−プロパノール、C〜C−ジオール類、例えばエチレングリコール、1,2−プロピレングリコール、1,3−プロパンジオール又は1,4−ブタンジオール、ケトン類、例えばアセトン、又はカルボン酸エステル類、例えばエチルアセテートである。
1つの特定実施形態は、いずれの共溶媒も利用しない。この場合、少なくとも1つの後架橋剤v)だけが、水中にて、添加される脱凝集助剤とともに又は脱凝集助剤なしで溶液として使用される。脱凝集助剤は、当業者に既知であり、例えばそれぞれ本明細書に参考として明示的に組み込まれるDE−A−10239074及びまた先のPCT出願PCT/EP/05011073に記載される。好ましい脱凝集助剤は、2−プロピルヘプタノールのエトキシル化及びアルコキシル化誘導体及びまたソルビタンモノエステル類のような界面活性剤である。特に好ましい脱凝集助剤は、プランタレン(Plantaren)(登録商標)(コグニス(Cognis))、スパン(Span)(登録商標)20、トウィーン(Tween)(登録商標)20とも称されるポリソルベート(Polysorbate)(登録商標)20、又はポリオキシエチレン20ソルビタンモノラウレート、及びポリエチレングリコール400モノステアレートである。
水性後架橋溶液中の少なくとも1つの後架橋剤v)の濃度は、例えば、後架橋溶液を基準にして、1重量%〜50重量%の範囲、好ましくは1.5重量%〜20重量%の範囲、及びより好ましくは2重量%〜5重量%の範囲である。
さらなる実施形態において、後架橋剤は、少なくとも1つの有機溶媒中に溶解され、スプレー分散され、この場合、溶液の水含有量は、10重量%未満であり、好ましくは後架橋溶液中に水を全く利用しない。
しかし、最終のポリマー性能に関して類似の表面架橋成果を与える後架橋剤は、もちろん、こうした後架橋剤及び任意の共溶媒を含有する溶液の水含有量がおよそ0重量%から100重量%の範囲である場合であっても本発明に使用できることが理解される。
ベースポリマーに基づく後架橋溶液の総量は、通常0.3重量%〜15重量%の範囲及び好ましくは2重量%〜6重量%の範囲である。後架橋の実施は、当業者に共通の知識であり、例えばDE−A−12239074及びまた前述のPCT出願PCT/EP/05011073に記載される。
後架橋に有用なスプレーノズルは、いかなる制限も受けない。好適なノズル及び噴霧システムは、例えば次の参照文献に記載される:Zerstauben von Flussigkeiten、Expert−Verlag、660巻、Reihe Kontakt & Studium、Thomas Richter(2004)及びまたZerstaubungstechnik、Springer−Verlag、VDI−Reihe、Gunter Wozniak(2002)。単分散及び多分散系スプレーシステムが使用できる。好適な多分散系システムとしては、一材料圧力ノズル(ジェット又はラメラを形成する)、回転アトマイザー、二材料アトマイザー、超音波アトマイザー及び衝突ノズルが挙げられる。二材料アトマイザーに関して、液相と気相との混合は、内部だけでなく、外側でも生じ得る。ノズルによって生成するスプレーパターンは重要でなく、所望の形状のいずれかをとることもでき、例えば丸いジェット、平らなジェット、広い角度の丸いジェット又は円形環であることができる。二材料アトマイザーが使用される場合、不活性ガス流の使用が有利である。こうしたノズルは、スプレー分散されるべき液体を圧力供給できる。スプレー分散されるべき液体の噴霧化は、この場合、液体が特定の最小速度に到達した後にノズルボア中の液体を減圧することによって行うことができる。一材料ノズル、例えばスロットノズル又は渦巻き若しくは旋回チャンバー(フルコーン)ノズル(例えばデューセン・シュリック(Dusen-Schlick GmbH)(ドイツ)から、又はスプレーイング・システムズ・ドイツ(Spraying Systems Deutschland GmbH)(ドイツ)から市販されている)も有用である。こうしたノズルはまた、EP−A−0534228及びEP−A−1191051に記載される。
一材料ノズル及び二材料ノズルはまた、それぞれ一流体又は二流体ノズルと称される場合がある。
噴霧後、吸水性ポリマー粒子は熱乾燥され、後架橋反応は乾燥前、乾燥中又は乾燥後に行うことができる。
後架橋剤の溶液を用いるスプレーは、好ましくは可動性混合具を有するミキサー、例えばスクリューミキサー、パドルミキサー、ディスクミキサー、プラウシェアミキサー及びショベルミキサーにて行われる。特に好ましいのは垂直ミキサーであり、特に極めて好ましいのはプラウシェアミキサー及びショベルミキサーである。有用なミキサーとしては、例えばレッジ(Lodige)(登録商標)ミキサー、ベペックス(Bepex)(登録商標)ミキサー、ナウタ(Nauta)(登録商標)ミキサー、プロセスオール(Processall)(登録商標)ミキサー及びシュギ(Schugi)(登録商標)ミキサーが挙げられる。
熱乾燥を行う装置として、接触乾燥機が好ましく、ショベル乾燥機がより好ましく、ディスク乾燥機が最も好ましい。好適な乾燥機としては、例えばベペックス(Bepex)及びナラ(Nara)(登録商標)乾燥機が挙げられる流動床乾燥機も同様に使用でき、例えばkカーマン(Carman)(登録商標)乾燥機がある。
乾燥はミキサー自体で行うことができ、例えばジャケットを加熱すること、又は熱い不活性ガス流を導入することによって行うことができる。下流乾燥機、例えばトレイ乾燥機、回転管オーブン、連続流動床乾燥機、又は連続噴流床乾燥機、又は加熱可能スクリューを使用することも同様に可能である。しかし、例えば乾燥プロセスとして共沸蒸留を利用することも可能である。
例えばシュギ−フレキソミックス(Schugi-Flexomix)(登録商標)又はターボライザー(Turbolizer)(登録商標)タイプの高速ミキサー中の後架橋剤の溶液をベースポリマーに適用するのが特に好ましく、この場合、後者は、例えばナラ(Nara)パドル乾燥機タイプ又はディスク乾燥機(すなわち、トーラス−ディスク(Torus-Disc)乾燥機(登録商標)、ホソカワ(Hosokawa))の反応乾燥機にて後熱架橋できる。前述の操作からのベースポリマーの温度は10〜120℃の範囲であることができ、後架橋溶液は0〜150℃の範囲の温度を有することができる。より詳細には、後架橋溶液を加熱して、粘度を低下できる。好ましい後架橋及び乾燥温度範囲は、30〜220℃、特に120〜210℃、最も好ましくは145〜190℃である。反応ミキサー又は乾燥機中にてこの温度での好ましい滞留時間は、好ましくは100分未満、より好ましくは70分未満、最も好ましくは40分未満である。
架橋反応のためには連続流動床乾燥機又は連続噴流床乾燥機を利用することが特に好ましく、この場合の滞留時間は、好ましくは30分未満、より好ましくは20分未満、最も好ましくは10分未満である。
後架橋乾燥機又は流動床乾燥機は、ポリマーから有効に蒸気を除去するため、空気又は除湿空気又は乾燥空気を用いて操作することも可能である。
後架橋乾燥機は、蒸気を除去し、空気中の酸素のような酸化ガスを置換できるようにするために、乾燥中及び後架橋反応中に不活性ガスをパージすることが好ましい。不活性ガスは、通常、空気に関して上述されたように、相対湿度に関して同じ制限がある。空気及び不活性ガスの混合物も使用してもよい。乾燥プロセスを補うために、乾燥機及び付属アセンブリは、十分に断熱され、理想的には完全に加熱される。後架橋乾燥機の内側は、好ましくは大気圧、又はそうでなければわずかに圧力下又は過圧状態である。
極めて白いポリマーを製造するために、乾燥機のガス空間には可能な限り酸化ガスを含ませず、いずれにしても、ガス空間の酸素体積分率は、14体積%以下である。
吸水性ポリマー粒子は、45μm〜4000μmの範囲の粒径分布を有することができる。衛生領域に使用される粒径は、好ましくは45μm〜1000μm、好ましくは45〜850μm、特に100μm〜850μmである。−狭い粒径分布、特に100〜850μm、又はさらに100〜600μmを有する吸水性ポリマー粒子をコーティングするのが好ましい。
狭い粒径分布は、80重量%以上の粒子、好ましくは90重量%以上の粒子、最も好ましくは95重量%以上の粒子が選択された範囲内にあるものであり、この画分は、EDANA420.2−02の「粒径分布(Particle Size Distribution)」のよく知られたシーブ方法を用いて決定できる。選択的に、EDANAの受容されているシーブ方法に対して較正されている限り、光学的方法も使用できる。
好ましい狭い粒径分布は、700μm以下、より好ましくは600μm以下、最も好ましくは400nm未満のスパンを有する。本明細書にてスパンとは、分布の境界となる粗いシーブと細かいシーブとの差を指す。粗いシーブは、850μmよりも粗くなく、細かいシーブは45μmよりも細かくない。粗いシーブは、850μmよりも粗くなく、細かいシーブは45μmよりも細かくない。本発明の趣旨上、好ましい粒径範囲は、例えば150〜600μm(スパン:450μm)、200〜600μm(スパン400μm)、300〜600μm(スパン:300μm)、200〜700μm(スパン:500μm)、150〜500μm(スパン:350μm)、150〜300μm(スパン:150μm)、300〜700μm(スパン:400μm)、400〜800μm(スパン:400μm)、100〜800μm(スパン:700μm)の画分である。
特に好ましい吸水性粒子は、3重量%未満、より好ましくは1重量%未満、最も好ましくは0.5重量%未満で、粒径が150μm未満の粒子を含有する。
粗いシーブと細かいシーブとの間に、選別効率を増大させるために機械に追加のシーブを配置できる。吸水性ポリマー粒子は、選別装置及び/又は吸水性粒子を加熱することによって高温にシフトさせてもよい。好ましくは、選別は、常に細塵の混入が確実となる外大気に対して負の圧力下で行われる。好ましくは、選別は、除湿又は乾燥された大気下で行う。別の好ましい実施形態において、選別は、不活性ガス、任意に除湿又は乾燥不活性ガス下で行う。選別は、通常、ベースポリマーの粉砕後に、及び所望により表面架橋後に行う。選別は、好ましくは、吸水性ポリマー粒子をフィルム形成ポリマーでコーティングする前に、所望によりコーティングされた粒子の熱処理後に2回目を行う。前述のいかなる選別プロセス間で発生する細かい粒子は、廃棄されてもよいし、所望により製造プロセスにリサイクルされてもよい。粗い粒子は、廃棄されてもよいし、好ましくは製造プロセスにリサイクルされてもよい。粗い粒子は、少なくとも、もう1回粉砕工程を通すことによってリサイクルされ得る。
同様に、逆相懸濁重合プロセスから得られるような単分散系吸水性ポリマー粒子が好ましい。吸水性ポリマー粒子として異なる直径の単分散系粒子の混合物、例えば小さい直径を有する単分散系粒子及び大きい直径を有する単分散系粒子の混合物を選択することも同じく可能である。単分散系と多分散系の吸水性ポリマー粒子の混合物を使用することも同様に可能である。
狭い粒径分布及び好ましくは≦600μmの最大粒径を有するこれらの吸水性ポリマー粒子を本発明に従ってコーティングすることは、素早く膨潤し、それ故に特に好ましい吸水性材料を提供するので、特に好ましい。
吸水性粒子は、形状が球並びに不規則形状粒子であり得る。
フィルム形成弾性ポリマー類
本明細書の吸水性材料は、少なくとも弾性のフィルム形成ポリマー及び融合剤を包含する1以上のコーティング剤から形成されたフィルムコーティングでコーティングされた吸水性ポリマー粒子を含む。通常、フィルムコーティングは、本明細書にて以下で詳細に記載されるように、吸水性ポリマー粒子を前記弾性のフィルム形成ポリマーでスプレーコーティングし、そうして得られたコーティングを熱処理又は徐冷してフィルムコーティングを形成することによって形成される。
本明細書で使用する時、ポリマーという用語は、単一のポリマー類及びポリマー類のブレンドを指す。コーティングのために本発明に従って使用されるのが好ましいポリマー類は、フィルム形成性であり、エラストマー特性を有する。フィルム形成性及びまた弾性特性を有するポリマー類、例えばコポリエステル類、コポリアミド類、シリコーン類、スチレン−イソプレンブロックコポリマー類、スチレン−ブタジエンブロックコポリマー類、ポリウレタン類、及びこれらのポリマー類のブレンドが一般に好ましい。ポリウレタン類及びポリウレタンブレンドが好ましい。
フィルム形成性とは、それぞれのポリマーが、溶解又は分散した溶媒を蒸発させたときに容易に層に又はコーティングにすることができることを意味する。ポリマーは、例えば熱可塑性であってもよく及び/又は架橋されていてもよい。エラストマーとは、その材料が応力誘引性の変形を示し、この変形が前記応力を除去したときに部分的に又は完全に逆行することを意味する。
実施形態の1つでは、ポリマーは、少なくとも1MPa、又は更に少なくとも3MPa、より好ましくは少なくとも5MPa、又は更に少なくとも8MPaの湿潤状態での破断引張応力を有する。最も好ましい材料は、少なくとも10MPa、好ましくは少なくとも40MPaの破断引張応力を有する。これは、後に記載される試験方法によって測定できる。
実施形態の1つでは、本明細書で特に好ましいポリマー類は、後述の試験方法によって測定される場合、400%伸びでの湿潤割線弾性率(SMwet400%)が少なくとも0.25MPa、好ましくは少なくとも約0.50MPa、より好ましくは少なくとも約0.75又は更に少なくとも2.0MPa、最も好ましくは少なくとも約3.0MPaである。
実施形態の1つでは、本明細書の好ましいポリマー類は、[400%伸びでの湿潤割線弾性率(SMwet400%)]と[400%伸びでの乾燥割線弾性率(SMdry400%)]との比が、10以下、好ましくは1.4以下、より好ましくは1.2以下、又は更により好ましくは1.0以下であり、及びこの比は少なくとも0.1、好ましくは少なくとも0.6、又は更に少なくとも0.7であるのが好ましい場合がある。
実施形態の1つでは、フィルム形成ポリマーは、(理論等価シェルキャリパー)×(400%伸びでの平均湿潤割線弾性率)と定義されるシェル張力が約5〜200N/m、好ましくは10〜170N/m、より好ましくは20〜130N/m、更により好ましくは40〜110N/mであるコーティングの形態で存在する。
本明細書の吸水性ポリマー粒子が(本明細書に記載されるシェルの適用前又は前記シェルの適用と同時のいずれかにて)後架橋されている本発明の実施形態の1つでは、吸水性材料のシェル張力が15N/m〜60N/m、更により好ましくは20N/m〜60N/m、好ましくは40〜60N/mの範囲であるのが更により好ましい場合がある。
吸水性ポリマー粒子が後架橋されていない更に別の実施形態において、吸水性材料のシェル張力は、約60〜110N/mの範囲であるのが更により好ましい。
実施形態の1つでは、フィルム形成ポリマーが、(400%伸びでの平均湿潤割線弾性率)(コーティングされたポリマーの総重量と比較したシェルポリマーの相対重量)として定義されるシェル衝突パラメータが約0.03MPa〜0.6MPa、好ましくは0.07MPa〜0.45MPa、より好ましくは約0.1〜0.35MPaである吸水性材料の表面上におけるコーティングの形態で存在する。「コーティングされたポリマーの総重量と比較したシェルポリマーの相対重量」は、通常0.0から1.0までの比である。
得られた吸水性材料は、本明細書に記載されるCS−CRC試験にて測定される吸収能力とCS−SFC試験にて測定される透過性との非常に有益な組み合わせを示す。
実施形態の1つでは、吸水性ポリマー粒子とは対照的に、水性流体と接触した場合にごくわずかだけ膨潤するフィルム形成ポリマー類、特にポリウレタン類が好ましい。このことは、実際、フィルム形成ポリマー類が、後に記述するような方法によって測定し得る場合、好ましくは、1g/g未満、更に0.5g/g未満、更に0.2g/g未満、更に0.1g/g未満の水膨潤能を有することを意味する。
別の実施形態では、吸水性ポリマー粒子とは対照的に、水性流体と接触して適度にだけ膨潤するフィルム形成ポリマー類、特にポリウレタン類が好ましい。このことは、実際、フィルム形成ポリマー類が、後で記述するような方法によって測定し得る場合、好ましくは少なくとも1g/g、又は2g/gを超える、又は更に3g/gを超える、又は好ましくは4〜10g/gであるが、30g/g未満、好ましくは20g/g未満、最も好ましくは12g/g未満の水膨潤能を有することを意味する。
フィルム形成ポリマーは、通常、本明細書の水膨潤性ポリマー類上に得られるコーティングが、フィルムが形成された後では水溶性でなく、好ましくは水分散性でもないようなものである。
実施形態の1つでは、ポリマーは、好ましくは、本明細書の水膨潤性ポリマー類上に得られるコーティングが、透水性であるが、水溶性でなく、好ましくは水分散性でもないようなものである。好ましくは、ポリマー、特にポリウレタン(本明細書に記載されるような、特定キャリパーのフィルムの形態で試験される)は、少なくとも適度に透水性(通気性)であり、水蒸気透過速度(MVTR)が200g/m/日を超え、好ましくはMVTRが800g/m/日又はより好ましくは1200〜1500g/m/日であるような通気性、更により好ましくはMVTRが少なくとも1500g/m/日であり、2100g/m/日(この値を含む)までの通気性であり、最も好ましくはコーティング剤又は材料は、MVTRが2100g/m/日以上であるような高い通気性を有する。
弾性ポリマーに所望の特性を付与するために、追加の充填剤、例えば粒子、オイル類、溶媒、可塑剤、界面活性剤、分散剤、又は吹込み助剤(blowing aids)を、ポリマー、ポリマー溶液、又はポリマー分散体に任意に組み込んでもよい。
吹込み助剤は、例えば−これらに限定されないが−尿素のような化学添加剤、ベーキングパウダーの構成成分、炭酸水素ナトリウム、アゾジカルボンアミド、アゾ化合物、二酸化炭素、窒素であり、それらは化学反応又は物理的作用によって−例えば高温にて−コーティング層内に気泡を形成して制御された様式でフィルムに孔をあける。
本発明の実施形態の1つでは、フィルム形成ポリマーを用いて得られたコーティングは、更に、水に対する透過性が低い。こうした場合、吹込み助剤又は充填剤を使用して、水膨潤性ポリマー類の膨潤を可能にするためにシェルに欠陥を生じさせるのが好ましい。
上述された機械的特性は、コーティングのために好適なフィルム形成ポリマーに関して特定の実施形態では特徴的であると考えられる。ポリマーは、疎水性又は親水性であってもよい。しかし、素早い湿潤のためには、ポリマーが親水性であるのが好ましい。
フィルム形成ポリマーは、例えば、溶液又は水溶液から適用でき、又は別の実施形態では、分散体から適用でき、又は好ましい実施形態では水性分散体から適用できる。溶液は、いずれかの好適な有機溶媒、例えば、アセトン、イソプロパノール、テトラヒドロフラン、メチルエチルケトン、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、N−メチルピロリドン、クロロホルム、エタノール、メタノール、又はこれらの混合物を用いて調製できる。
ポリマー類はまた、それぞれの溶液又はそれぞれの分散体をブレンドすることによってコーティング前にブレンドできる。或いは、ポリマー類は、同時にスプレーし、又は続いてスプレーすることでブレンドできる。特に、単独で、弾性基準又は透過性基準を満たさないポリマー類は、こうした基準を満たすポリマー類とブレンドし、本発明のコーティングに好適なブレンドをもたらすことが出来る。
溶液から適用できる好適なエラストマーポリマー類は、例えばベクター(Vector)(登録商標)4211(デクスコ・ポリマーズ(Dexco Polymers)、米国テキサス州)、ベクター(Vector)4111、セプトン(Septon)2063(セプトン社(Septon Company of America)、クラレグループ会社(A Kuraray Group Company))、セプトン(Septon)2007、エスタン(Estane)(登録商標)58245(ノベオン(Noveon)、米国クリーヴランド)、エスタン(Estane)4988、エスタン(Estane)4986、エスタン(Estane)(登録商標)X−1007、エスタン(Estane)T5410、イログラン(Irogran)PS370−201(ハンツマン・ポリウレタンズ(Huntsman Polyurethanes))、イログラン(Irogran)VP654/5、ペレタン(Pellethane)2103−70A(ダウ・ケミカル社(Dow Chemical Company))、エラストラン(Elastollan)(登録商標)LP9109(エラストグラン(Elastogran))である。
好ましい実施形態において、ポリマーは、水性分散体の形態であり、より好ましい実施形態において、ポリマーはポリウレタンの水性分散体である。
ポリウレタン類の合成及びポリウレタン分散体の調製は、例えばウルマン工業化学百科事典(Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry)、第6版、2000年電子版発行に詳細に記載されている。
ポリウレタンは、好ましくは親水性であり、特に表面親水性である。この親水性はまた、充填剤、界面活性剤、脱凝集剤及び融合剤が添加されることによって達成(向上)されてもよい。表面親水性は、当業者に既知の方法によって測定されてもよい。好ましい実施では、親水性ポリウレタン類は、吸収されるべき液体(0.9%生理食塩水;尿)によって湿潤される材料である。それらは、90°未満の接触角を特徴とする場合がある。接触角は、例えば、Kruess(ドイツ)から入手可能な、ビデオーベースの接触角測定装置Kruss G10−G1041を用いて、又は当該技術分野において既知の他の方法によって測定できる。
好ましい実施形態の1つでは、親水性特性は、親水性ポリマーブロック、例えばエチレングリコール(CHCHO)又は1,4−ブタンジオール(CHCHCHCHO)又は1,3−プロパンジオール(CHCHCHO)又は1,2−プロパンジオール(−CH(CH)−CHO−)、又はこれらの混合物から誘導される基の画分を有するポリエーテル基を含むポリウレタンの結果として達成される。そのためポリエーテルポリウレタン類は、好ましいフィルム形成ポリマー類である。親水性ブロックは、側鎖の一部又は全ての側鎖が親水性ポリマーブロックである櫛型ポリマー類の様式で構成できる。しかし、親水性ブロックはまた、主鎖(すなわち、ポリマーの骨格鎖)の構成要素であることができる。好ましい実施形態は、親水性ポリマーブロックの少なくとも所定の画分が側鎖の形態で存在するポリウレタン類を利用できる。従って側鎖は、ポリエチレングリコール又はポリ(エチレングリコール)−コ−ポリ(プロピレングリコール)のようなブロックコポリマー類であることができる。ポリ(エチレングリコール)−コ−ポリ(プロピレングリコール)コポリマー類を使用する場合、エチレンオキシド単位の含有量は、少なくとも50モル%、好ましくは少なくとも65モル%であるべきである。
更に、イオン性基、好ましくはカルボキシレート、スルホネート、ホスホネート又はアンモニウム基の画分を高くすることでポリウレタン類に関して親水特性を得ることも可能である。アンモニウム基は、プロトン化又はアルキル化された三級又は四級基であってもよい。カルボキシレート類、スルホネート類、及びホスフェート類は、アルカリ金属又はアンモニウム塩類として存在してもよい。好適なイオン性基及びそれぞれの前駆体は、例えば、「ウルマン工業化学百科事典(Ullmanns Encyclopadie der technischen Chemie)」、第4版、第19巻、311〜313頁に記載されており、更にDE−A1495745及びPCT国際公開特許WO03/050156に記載されている。
好ましいポリウレタン類の親水性は、フィルム形成ポリマーによって囲まれた吸水性ポリマー粒子への水の浸透及び溶解を促進する。これらの好ましいポリウレタン類による本発明のコーティングは、親水性にも拘わらず、湿った状態であっても機械的特性が過度に損なわれないという事実に関して注目に値する。
好ましいフィルム形成ポリマー類は、2以上のガラス転移温度(Tg)(DSCによって測定される)を有する。理想的には、使用されるポリマー類は、相分離現象を示す、すなわち、それらは、ポリマー中に低いTg及び高いTgの2以上の異なるブロックを近接して含有する(熱可塑性エラストマー(Thermoplastic Elastomers):コンプリヘンシブ・レビュー(A Comprehensive Review)、レゲ・N.R.(Legge, N.R.)、ホールデン・G.(Holden, G.)、シュローダ・H.E.(Schroeder, H.E.)、1987、2章)。しかしながら、Tgの測定は、実際、いくつかのTgが共に接近している場合、又はその他の実験的な理由から非常に困難な場合がある。実験によってはっきりとTgを測定できない場合であっても、ポリマーは依然として本発明の範囲内で好適な場合がある。
本明細書にて特に好ましい相分離ポリマー類、特にポリウレタン類は、少なくとも5kg/モル、好ましくは少なくとも10kg/モル以上の重量平均分子量Mwを有する1以上の相分離ブロックコポリマー類を含む。
実施形態の1つでは、こうしたブロックコポリマーは、少なくとも、第1の重合されたホモポリマーセグメント(ブロック)と第2の重合されたホモポリマーセグメント(ブロック)とを有し、それらは互いに重合され、好ましくは第1の(ソフト)セグメントは、25℃未満、又は更に0℃未満のTgを有し、第2の(ハード)セグメントは、少なくとも50℃、55℃以上、好ましくは60℃以上、又は0℃以上のTgを有する。
別の実施形態では、特にポリウレタン類に関して、こうしたブロックコポリマーは、少なくとも、第1の重合されたポリマーセグメント(ブロック)と第2の重合されたポリマーセグメント(ブロック)とを有し、それらは互いに重合され、好ましくは第1の(ソフト)セグメントは、25℃未満、更に20℃未満、又は更に0℃未満のTgを有し、第2の(ハード)セグメントは、少なくとも50℃、55℃以上、好ましくは60℃以上又は更に70℃以上のTgを有する。
(25℃未満のTgを有する)第1の(ソフト)セグメントの好ましい重量平均分子量は、少なくとも500g/モル、好ましくは少なくとも1000g/モル又は更に少なくとも2000g/モルであるが、好ましくは8000g/モル未満、好ましくは5000g/モル未満である。
しかし、第1の(ソフト)セグメントの総量は、通常は、ブロックコポリマー全体の20重量%〜95重量%、更に20重量%〜85重量%、より好ましくは30重量%〜75重量%、又は更に40重量%〜70重量%である。更に、ソフトセグメントの総重量レベルが70重量%を超える場合、個々のソフトセグメントは5000g/モル未満の重量平均分子量を有するのが更により好ましい。
「ポリウレタン類」は、ジ−又はポリイソシアネート類を少なくとも1つの二官能性又は多官能性の「活性水素含有」化合物と反応させることによって得られるポリマー類を記載するために使用される一般的な用語であること当業者には周知であろう。「活性水素含有」とは、二官能性又は多官能性化合物が、イソシアネート基に対して反応性である少なくとも2個の官能基(反応性基とも呼ばれる)、例えばヒドロキシル基、一級及び二級アミノ基及びメルカプト(SH)基を有することを意味する。
ポリウレタン類はまた、ウレタン及び尿素連結に加えて、アロファンネート、ビウレット、カルボジイミド、オキサゾリジニル、イソシアヌレート、ウレジオン(uretdione)、及びその他の連結基を含むことが当業者には周知であろう。
実施形態の1つでは、本明細書で有用なブロックコポリマー類は、好ましくはポリエーテルウレタン類及びポリエステルウレタン類である。ポリアルキレングリコール単位、特にポリエチレングリコール単位又はポリ(テトラメチレングリコール)単位を含むポリエーテルウレタン類が特に好ましい。
好ましい実施形態の1つでは、ポリエステルウレタン類は、ポリエーテルウレタン類と比較した場合に湿潤状態での機械的特性が良好であることが多いので使用される。
本明細書で使用する時、「アルキレングリコール」という用語には、2〜10個の炭素原子を有するアルキレングリコール類及び置換アルキレングリコール類の両方、例えばエチレングリコール、1,3−プロピレングリコール、1,2−プロピレングリコール、1,2−ブチレングリコール、1,3−ブチレングリコール、1,4−ブチレングリコール、スチレングリコールなどをが含まれる。
本発明に従って使用されるポリウレタン類は、一般に、ポリイソシアネート類と、2以上の反応性基を有する活性水素含有化合物とを反応させることによって得られる。それらには、次のものが挙げられる
a)好ましくは300〜100000g/モル、特に500〜30000g/モルの範囲の分子量を有する高分子量化合物
b)低分子量化合物及び
c)ポリエーテル基、特にポリエチレンオキシド基又はポリテトラヒドロフラン基を有し、200〜20000g/モルの範囲の分子量を有する化合物であって、従ってこのポリエーテル基は反応性基を有していない化合物。
これらの化合物はまた混合物として使用できる。
好適なポリイソシアネート類は、平均約2以上のイソシアネート基、好ましくは平均約2〜約4個のイソシアネート基を有し、それらとしては、単独又は2以上の混合物として使用される、脂肪族、環状脂肪族、芳香脂肪族、及び芳香族ポリイソシアネート類が挙げられる。ジイソシアネート類はより好ましい。脂肪族及び環状脂肪族ポリイソシアネート類、特にジイソシアネート類が特に好ましい。
好適な脂肪族ジイソシアネート類の具体例としては、5〜20個の炭素原子を有するα,ω−アルキレンジイソシアネート類、例えば1,6−ヘキサメチレンジイソシアネート、1,12−ドデカンジイソシアネート、2,2,4−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、2,4,4−トリメチル−ヘキサメチレンジイソシアネート、2−メチル−1,5−ペンタメチレンジイソシアネートなどが挙げられる。5個未満の炭素原子を有するポリイソシアネート類は使用できるが、その高い揮発性及び毒性のために好ましくない。好ましい脂肪族ポリイソシアネート類としては、1,6−ヘキサメチレンジイソシアネート、2,2,4−トリメチル−ヘキサメチレンジイソシアネート、及び2,4,4−トリメチル−ヘキサメチレンジイソシアネートが挙げられる。
好適な環状脂肪族ジイソシアネート類の具体例としては、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート(デスモジュール(Desmodur)(登録商標)Wとしてバイエル社(Bayer Corporation)から市販)、イソホロンジイソシアネート、1,4−シクロヘキサンジイソシアネート、1,3−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンなどが挙げられる。好ましい環状脂肪族ジイソシアネート類としては、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート及びイソホロンジイソシアネートが挙げられる。
好適な芳香脂肪族ジイソシアネート類の具体例としては、m−テトラメチルキシリレンジイソシアネート、p−テトラメチルキシリレンジイソシアネート、1,4−キシリレンジイソシアネート、1,3−キシリレンジイソシアネートなどが挙げられる。好ましい芳香脂肪族ジイソシアネートは、テトラメチルキシリレンジイソシアネートである。
好適な芳香族ジイソシアネート類の例としては、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート、トルエンジイソシアネート、それらの異性体、ナフタレンジイソシアネートなどが挙げられる。好ましい芳香族ジイソシアネートは、トルエンジイソシアネート及び4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネートである。
2以上の反応性基を有する高分子量化合物a)の例は、例えば、ポリエステルポリオール類及びポリエーテルポリオール類、並びにポリヒドロキシポリエステルアミド類、ヒドロキシル含有ポリカプロラクトン類、ヒドロキシル含有アクリル酸コポリマー類、ヒドロキシル含有エポキシド類、ポリヒドロキシポリカーボネート類、ポリヒドロキシポリアセタール類、ポリヒドロキシポリチオエーテル類、ポリシロキサンポリオール類、エトキシ化ポリシロキサンポリオール類、ポリブタジエンポリオール類及び水素添加ポリブタジエンポリオール類、ポリアクリレートポリオール類、ハロゲン化ポリエステル類及びポリエーテル類など、及びこれらの混合物である。ポリエステルポリオール類、ポリエーテルポリオール類、ポリカーボネートポリオール類、ポリシロキサンポリオール類、及びエトキシ化ポリシロキサンポリオール類が好ましい。特に好ましいのは、ポリエステルポリオール類、ポリカーボネートポリオール類、ポリアルキレンエーテルポリオール類、及びポリテトラヒドロフランである。上述の高分子量化合物の官能基数は、好ましくは1分子あたり平均、1.8〜3の範囲、特に2〜2.2の範囲の官能基である。
ポリエステルポリオール類は、通常、有機ポリカルボン酸類又はそれらの無水物類を、化学量論的に過剰なジオールと反応させることによって調製されるエステル化生成物である。
ポリエステルポリオール類を製造する際に使用されるジオール類としては、アルキレングリコール類、例えば、エチレングリコール、1,2−及び1,3−プロピレングリコール類、1,2−、1,3−、1,4−、及び2,3−ブタンジオール類、ヘキサンジオール類、ネオペンチルグリコール、1,6−ヘキサンジオール、1,8−オクタンジオール、及びその他のジオール類、例えばビスフェノール−A、シクロヘキサンジオール、シクロヘキサンジメタノール(1,4−ビス−ヒドロキシメチルシクロヘキサン(hydroxymethylcycohexane))、2−メチル−1,3−プロパンジオール、2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタンジオール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、ポリエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ポリプロピレングリコール、ジブチレングリコール、ポリブチレングリコール、ジメレート(dimerate)ジオール、ヒドロキシル化ビスフェノール類、ポリエーテルグリコール類、ハロゲン化ジオール類など、及びこれらの混合物が挙げられる。好ましいジオール類としては、エチレングリコール、ジエチレングリコール、ブタンジオール、ヘキサンジオール、及びネオペンチルグリコールが挙げられる。或いは、更に、等価なメルカプト化合物も使用してもよい。
ポリエステルポリオール類を製造する際に使用される好適なカルボン酸類としては、ジカルボン酸類及びトリカルボン酸類及び無水物類、例えばマレイン酸、無水マレイン酸、コハク酸、グルタル酸、無水グルタル酸、アジピン酸、スベリン酸、ピメリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、クロレンド酸、1,2,4−ブタン−トリカルボン酸、フタル酸、フタル酸の異性体、無水フタル酸、フマル酸、二量体脂肪酸類、例えばオレイン酸など、及びこれらの混合物が挙げられる。ポリエステルポリオール類を製造する際に使用される好ましいポリカルボン酸類としては、脂肪族又は芳香族二塩基酸類が挙げられる。
好適なポリエステルポリオール類の例としては、ポリ(グリコールアジペート)類、ポリ(エチレンテレフタレート)ポリオール類、ポリカプロラクトンポリオール類、オルトフタル酸ポリオール類、スルホン化及びホスホネート化ポリオール類など、これらの混合物が挙げられる。
好ましいポリエステルポリオールはジオールである。好ましいポリエステルジオール類としては、ポリ(ブタンジオールアジペート);ヘキサンジオールアジピン酸及びイソフタル酸ポリエステル類、例えばヘキサンアジペートイソフタレートポリエステル;ヘキサンジオールネオペンチルグリコールアジピン酸ポリエステルジオール類、例えばピオタン(Piothane)67−3000HNA(パノラム・インダストリーズ(Panolam Industries))及びピオタン(Piothane)67−1000HNA、並びにプロピレングリコール無水マレイン酸アジピン酸ポリエステルジオール類、例えばピオタン(Piothane)SO−1000PMA、及びヘキサンジオールネオペンチルグリコールフマル酸ポリエステルジオール類、例えばピオタン(Piothane)67−SO0HNFが挙げられる。その他の好ましいポリエステルジオール類としては、ルコフレックス(Rucoflex)(登録商標)S101.5−3.5、S1040−3.5、及びS−1040−110(バイエル社(Bayer Corporation))が挙げられる。
ポリエーテルポリオール類は、反応性水素原子を含有する出発化合物、例えば水又はポリエステルポリオール類の調製に関して記載したジオール類及びアルキレングリコール類又は環状エーテル類、例えばエチレングリコール、プロピレングリコール、ブチレングリコール、スチレングリコール、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、1,2−ブチレンオキシド、2,3−ブチレンオキシド、オキセタン、テトラヒドロフラン、エピクロロヒドリンなど、これらの混合物の反応による既知の様式で得られる。好ましいポリエーテル類としては、ポリ(エチレングリコール)、ポリ(プロピレングリコール)、ポリテトラヒドロフラン、及び[ポリ(エチレングリコール)−ポリ(プロピレングリコール)]のコポリマーが挙げられる。ポリエチレングリコール及びポリプロピレングリコールは、そのまま又は物理的なブレンドとして使用できる。プロピレンオキシド及びエチレンオキシドが共重合される場合、これらのポリプロピレン−コ−ポリエチレンポリマー類は、ランダムポリマー類又はブロックコポリマー類として使用できる。
実施形態の1つでは、ポリエーテルポリオールは、主要ポリマー鎖の構成要素である。別の実施形態では、ポリエステルポリオールは、主要ポリマー鎖の構成要素である。好ましい実施形態において、ポリエーテルポリオール及びポリエステルポリオールは、両方とも主要ポリマー鎖の構成要素である。
別の実施形態において、ポリエーテルオール(polyetherol)は、主要ポリマー鎖の末端基である。
更に別の実施形態において、ポリエーテルポリオールは、主鎖に付いた櫛様側鎖の構成要素である。こうしたモノマーの例は、テゴマー(Tegomer)D−3403(デグサ(Degussa))である。
ポリカーボネート類としては、ジオール類、例えば1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコールなど、これらの混合物と、ジアルキルカーボネート類、例えばジエチルカーボネート、ジアリールカーボネート類、例えばジフェニルカーボネート又はホスゲンとの反応から得られるものが挙げられる。
2つの反応性官能基を有する低分子量化合物b)の例は、ジオール類、例えばアルキレングリコール類及びポリエステルポリオール類の調製に関連して上述された他のジオール類である。それらとしてはまた、ジアミン類、例えば好ましい化合物のうちポリエステルアミド類及びポリアミド類の調製に有用な化合物であるジアミン類及びポリアミン類が挙げられる。好適なジアミン類及びポリアミン類としては、1,2−ジアミノエタン、1,6−ジアミノヘキサン、2−メチル−1,5−ペンタンジアミン、2,2,4−トリメチル−1,6−ヘキサンジアミン、1,12−ジアミノドデカン、2−アミノエタノール、2−[(2−アミノエチル)アミノ]−エタノール、ピペラジン、2,5−ジメチルピペラジン、1−アミノ−3−アミノメチル−3,5,5−トリメチルシクロヘキサン(イソホロンジアミン又はIPDA)、ビス−(4−アミノシクロヘキシル)−メタン、ビス−(4−アミノ−3−メチル−シクロヘキシル)−メタン、1,4−ジアミノシクロヘキサン、1,2−プロピレンジアミン、ヒドラジン、尿素、アミノ酸ヒドラジド類、セミカルバジドカルボン酸類のヒドラジド類、ビス−ヒドラジド類及びビス−セミカルバジド類、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、ペンタエチレンヘキサミン、N,N,N−トリス−(2−アミノエチル)アミン、N−(2−ピペラジノエチル)−エチレンジアミン、N,N’−ビス−(2−アミノエチル)−ピペラジン、N,N,N’−トリス−(2−アミノエチル)エチレンジアミン、N−[N−(2−アミノエチル)−2−アミノエチル]−N’−(2−アミノエチル)−ピペラジン、N−(2−アミノエチル)−N’−(2−ピペラジノエチル)−エチレンジアミン、N,N−ビス−(2−アミノエチル(ethy1))−N−(2−ピペラジノエチル)アミン、N,N−ビス−(2−ピペラジノエチル)アミン、ポリエチレンイミン類、イミノビスプロピルアミン、グアニジン、メラミン、N−(2−アミノエチル)−1,3−プロパンジアミン、3,3’−ジアミノベンジジン、2,4,6−トリアミノピリミジン、ポリオキシプロピレンアミン類、テトラプロピレンペンタミン、トリプロピレンテトラミン、N,N−ビス−(6−アミノヘキシル)アミン、N,N’−ビス−(3−アミノプロピル)エチレンジアミン、及び2,4−ビス−(4’−アミノベンジル)−アニリンなど、及びこれらの混合物が挙げられる。好ましいジアミン類及びポリアミン類としては、1−アミノ−3−アミノメチル−3,5,5−トリメチル−シクロヘキサン(イソホロンジアミン又はIPDA)、ビス−(4−アミノシクロヘキシル)−メタン、ビス−(4−アミノ−3−メチルシクロヘキシル)−メタン、エチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、及びペンタエチレンヘキサンなど、及びこれらの混合物が挙げられる。他の好適なジアミン類及びポリアミン類としては、例えば分子量のみが異なるアミン末端処理ポリプロピレングリコール類であるジェファミン(Jeffamine)(登録商標)D−2000及びD−4000、及びアミン末端処理ポリエチレングリコール類であるジェファミン(Jeffamine)(登録商標)XTJ−502、T403、T5000、及びT3000、アミン末端処理コ−ポリプロピレン−ポリエチレングリコール類、及びプロポキシル化グリセロール又はトリメチロールプロパンに基づき、ハンツマン・ケミカル社(Huntsman Chemical Company)から市販されているトリアミン類が挙げられる。
ポリ(アルキレングリコール)は、ポリマー主鎖の一部であってもよく、又は側鎖として櫛様の形状にて主鎖に付いていてもよい。
好ましい実施形態において、ポリウレタンは、乾燥重量基準で最終ポリウレタンにおいて約10重量%〜90重量%、好ましくは約12重量%〜約80重量%、好ましくは約15重量%〜約60重量%、及びより好ましくは約20重量%〜約50重量%のポリ(アルキレングリコール)ユニットを含むのに十分な量でポリ(アルキレングリコール)側鎖を含む。少なくとも約50重量%、好ましくは少なくとも約70重量%、より好ましくは少なくとも約90重量%のポリ(アルキレン グリコール)側鎖ユニットは、ポリ(エチレングリコール)を含み、側鎖ポリ−(アルキレングリコール)ユニットの残部は、3〜約10個の炭素原子を有するアルキレングリコールユニット及び置換アルキレングリコールユニットを含み得る。「最終ポリウレタン」という用語は、吸水性ポリマー粒子をコーティングするために使用されるポリウレタンを意味する。
好ましくは側鎖単位の量は、(i)側鎖ユニットの分子量が約600g/モル未満である場合、少なくとも約30重量%であり、(ii)側鎖ユニットの分子量が約600〜約1000g/モルである場合、少なくとも約15重量%であり、及び(iii)側鎖ユニットの分子量が約1000g/モルを越える場合、少なくとも約12重量%である。こうしたポリ(アルキレングリコール)側鎖を有する活性水素含有化合物の混合物は、こうした側鎖を有していない活性水素含有化合物と共に使用できる。
これらの側鎖は、上述の高分子量ジオール類a)又は低分子量化合物b)の一部又は全てを、少なくとも2つの反応性官能基とポリエーテル基、好ましくはポリアルキレンエーテル基、より好ましくは反応性基を持たないポリエチレングリコール基とを有する化合物c)と置き換えることによってポリウレタン中に組み込むことができる。
例えば、ポリエーテル基、特にポリ(アルキレングリコール)基を有する活性水素含有化合物としては、ポリ(エチレングリコール)基を有するジオール類、例えば米国特許第3,905,929号(その全体が本明細書に参考として明示的に組み込まれる)に記載されるものが挙げられる。さらに、米国特許第5,700,867号(その全体が本明細書に参考として明示的に組み込まれる)は、第4欄3.5行〜第5欄4.5行にて、ポリ(エチレングリコール)側鎖を組み込むための方法を教示する。ポリ(エチレングリコール)側鎖を有する好ましい活性水素含有化合物は、デグサ−ゴールドシュミット(Degussa-Goldschmidt)からのテゴマー(Tegomer)D−3403として入手可能なトリメチロールプロパンモノ(ポリエチレンオキシドメチルエーテル)である。主要ポリマー鎖に側鎖としてポリ(エチレングリコール)を組み込むための別の方法は、DE2730514(その全体が本明細書に参考として明示的に組み込まれる)に記載される。この方法に従って、異なる反応性の2つのイソシアネート基を有するジイソシアネートを、HO−単官能性ポリ(エチレンオキシド)と、化学量論的比(1モル:1モル)にて反応させ、続いて第2のイソシアネート基を、ジアルカノールアミン(dialkanoleamine)と化学量論的比(1モル:1モル)にて反応させ、ジオールを形成する。こうしたジオールは、次いで従来技術によって組み込まれることができる。好適なイソシアネート類は、例えばイソホロンジイソシアネートであり、好適なジアルカノールアミンはジエタノールアミンである。
好ましくは、本発明に使用されるべきポリウレタン類はまた、側鎖を有さず、通常分子量が約50〜約10000g/モル、好ましくは約200〜約6000g/モル、及びより好ましくは約300〜約3000g/モルの広い範囲である少なくとも1つの水素含有化合物と、その場にて反応させる。側鎖を有していない好適な活性水素含有化合物としては、化合物a)及びb)として本明細書に記載されるアミン類及びポリオール類のいずれかをが挙げることができる。
本発明の1つの好ましい実施形態によれば、活性水素化合物は、最終ポリウレタンの乾燥重量に基づいて骨格鎖(主鎖)中、約25重量%未満、より好ましくは約15重量%未満、及び最も好ましくは約5重量%未満のポリ(エチレングリコール)ユニットを提供するように選択されるが、これはこうした主鎖ポリ(エチレングリコール)ユニットが、水性(waterborne)ポリウレタン分散体中のポリウレタン粒子の膨潤を生じさせる傾向にあり、またポリウレタン分散体から製造される物品の使用中の引張強度を低下することに寄与するからである。
ポリエーテル側鎖を有するポリウレタン類の調製は、当業者に知られており、例えば本明細書に参考として明示的に組み込まれるUS2003/0195293に広く記載されている。
従って本発明はまた、弾性フィルム形成ポリウレタンでコーティングされた吸水性ポリマー粒子を含む吸水性材料を提供し、このポリウレタンは、ポリエチレンオキシドユニットを有する側鎖だけでなく、主鎖中にポリエチレンオキシドユニットを有する。
本発明の範囲内にある有利なポリウレタン類は、まずイソシアネート末端基を有するプレポリマー類を調製し、続いてそれらを鎖伸長工程にて共に連結することによって得られる。それらの連結は、水によるか、又は少なくとも1つの架橋可能な官能基を有する化合物との反応を通して行うことができる。
プレポリマーは、上述のイソシアネート化合物の1つと活性水素化合物との反応によって得られる。好ましくは、そのプレポリマーは、上述のポリイソシアネート類、少なくとも1つの化合物c)及び任意に化合物a)及びb)から選択される更に少なくとも1つの活性水素化合物から調製される。
1つの実施形態において、プレポリマーを形成する化合物中のイソシアネートと活性水素との比は、通常約1.3/1〜約2.5/1、好ましくは約1.5/1〜約2.1/1、及びより好ましくは約1.7/1〜約2/1の範囲である。
ポリウレタンは、更に架橋反応を行うことができ、任意にそれらを自己架橋可能にすることができる官能基を含有してもよい。
少なくとも1つの追加の架橋可能な官能基を有する化合物としては、カルボン酸、カルボニル、アミン、ヒドロキシル、及びヒドラジド基など、こうした基の混合物を有するものが挙げられる。こうした任意の化合物の典型的な量は、乾燥重量基準にて最終ポリウレタン1グラムあたり、約1ミリ当量まで、好ましくは約0.05〜約0.5ミリ当量、及びより好ましくは約0.1〜約0.3ミリ当量である。
イソシアネート末端処理されたプレポリマーに導入するのに好ましいモノマー類は、一般式(HO)Q(COOH)を有するヒドロキシ−カルボン酸類であり、式中、Qは1〜12個の炭素原子を有する直鎖又は分枝鎖炭化水素ラジカルであり、x及びyは1〜3である。こうしたヒドロキシ−カルボン酸類の例としては、クエン酸、ジメチロールプロパン酸(DMPA)、ジメチロールブタン酸(DMBA)、グリコール酸、乳酸、リンゴ酸、ジヒドロキシリンゴ酸、酒石酸、ヒドロキシピバル酸など、及びこれらの混合物が挙げられる。ジヒドロキシカルボン酸類がより好ましく、ジメチロールプロパン酸(DMPA)が最も好ましい。
架橋能を提供するその他の好適な化合物としては、チオグリコール酸、2,6−ジヒドロキシ安息香酸など、及びこれらの混合物が挙げられる。
ペンダントカルボキシル基を有するプレポリマーの任意の中和により、カルボキシル基をカルボキシレート陰イオンに転化し、それによって水分散性向上効果をもたらす。好適な中和剤としては、三級アミン類、金属水酸化物類、アンモニア、及び当業者に周知のその他の剤が挙げられる。
鎖伸長剤としては、水、平均約2個以上の一級及び/又は二級アミン基を有する無機又は有機ポリアミン、ポリアルコール類、尿素類、又はこれらの組み合わせの少なくとも1つが本発明に使用するのに好適である。鎖伸長剤として使用するのに好適な有機アミン類としては、ジエチレントリアミン(DETA)、エチレンジアミン(EDA)、メタキシリレンジアミン(MXDA)、アミノエチルエタノールアミン(AEEA)、2−メチルペンタンジアミン、イソホロンジアミン(IPDA)など、及びこれらの混合物が挙げられる。本発明における実施に好適なものはまた、プロピレンジアミン、ブチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、シクロヘキシレンジアミン、フェニレンジアミン、トリレンジアミン、3,3−ジクロロベンジデン、4,4’−メチレン−ビス−(2−クロロアニリン)、3,3−ジクロロ−4,4−ジアミノジフェニルメタン、スルホン化一級及び/又は二級アミン類など、及びこれらの混合物である。好適な無機及び有機アミン類としては、ヒドラジン、置換ヒドラジン類、ヒドラジン反応生成物など、及びこれらの混合物が挙げられる。好適なポリアルコール類としては、2〜12個の炭素原子、好ましくは2〜8個の炭素原子を有するもの、例えばエチレングリコール、ジエチレングリコール、ネオペンチルグリコール、ブタンジオール類、ヘキサンジオールなど、及びこれらの混合物が挙げられる。好適な尿素類としては、尿素及びその誘導体など、及びこれらの混合物が挙げられる。ヒドラジンが好ましく、水溶液として使用されるのが最も好ましい。鎖伸長剤の量は、通常、利用可能なイソシアネートに基づいて約0.5〜約0.95当量の範囲である。
ポリウレタンのある程度の分枝は有益な場合があるが、高い引張強度を維持し、クリープ耐性(ひずみ緩和を参照)を改善するためには必要ではない。この程度の分枝は、プレポリマー工程又は伸長工程中に達成されてもよい。伸長工程中の分枝のためには、鎖伸長剤DETAが好ましいが、平均約2個以上の一級及び/又は二級アミン基を有するその他のアミン類も使用されてもよい。プレポリマー工程中の分枝のためには、トリメチロールプロパン(TMP)及び平均2個を超えるヒドロキシ基を有するその他のポリオール類を使用するのが好ましい。モノマー類の分枝は、ポリマー骨格鎖の約4重量%までの量で存在できる。
ポリウレタン類は好ましいフィルム形成ポリマー類である。それらは、溶液又は分散体として吸水性ポリマー粒子に適用できる。特に好ましいのは水性分散体である。
好ましい水性ポリウレタン分散液は、ハウタン(Hauthane)HD−4638(例えば、ハウタウェイ(Hauthaway)から)、ヒドロラー(Hydrolar)(登録商標)HC269(例えば、COIMolm(イタリア)から)、インプラパーム(Impraperm)(登録商標)48180(例えば、バイエル・マテリアル・サイエンス(Bayer Material Science)AG(ドイツ)から)、ルラプレット(Lurapret)(登録商標)DPS(例えば、BASF(BASF Aktiengesellschaft)(ドイツ)から)、アスタチン(Astacin)(登録商標)フィニッシュ(Finish)LD1603(例えば、BASF(BASF Aktiengesellschaft)(ドイツ)から)、パーマックス(Permax)(登録商標)120、パーマックス(Permax)200、及びパーマックス(Permax)220(例えば、ノベオン(Noveon)(オハイオ州ブレックスビル(Brecksville))から)、シンテグラ(Syntegra)YM2000及びシンテグラ(Syntegra)YM2100(例えば、ダウ(Dow)(ミシガン州ミッドランド)から)、ウィトコボンド(Witcobond)(登録商標)G−213、ウィトコボンド(Witcobond)G−506、ウィトコボンド(Witcobond)G−507、ウィトコボンド(Witcobond)736(例えば、ユニロイヤル・ケミカル(Uniroyal Chemical)、コネティカット州ミドルバリー(Middlebury)から)、アスタシン・フィニッシュ(Astacin Finish)PUMN TF、
アスタシン(Astacin)TOP140、アスタシン・フィニッシュ(Astacin Finish)SUSI(全て、例えば、BASF(BASF)から)及びインプラニル(Impranil)(登録商標)DLF(バイエル・マテリアル・サイエンス(Bayer Material Science)からの陰イオン性脂肪族ポリエステル−ポリウレタン分散液)である。
特に好適な弾性フィルム形成ポリウレタン類は、本明細書の以下で参照文献に広く記載され、明示的に本開示の主題の一部を形成する。特に親水性熱可塑性ポリウレタン類は、商標名パーマックス(Permax)120、パーマックス(Permax)200及びパーマックス(Permax)220でノベオン(Noveon)(オハイオ州ブレックスビル(Brecksville))によって販売され、「国際的な水性の高固形分コーティング手順(Proceedings International Waterborne High Solids Coatings)、32、299、2004」に詳細に記載され、米国ニューオリンズでの「国際的な水性の高固形分及び粉末コーティングシンポジウム(International Waterborne, High-Solids, and Powder Coatings Symposium)」にて2004年2月に一般に公開された。調製は、US2003/0195293に詳細に記載されている。
更に、US4,190,566、US4,092,286、US2004/0214937及びまたPCT国際公開特許WO03/050156に記載されるポリウレタン類は、明示的に本発明の主題の一部を形成する。
より詳細には、特に有利な特性が、親水性、水浸透性及び機械的特性に関して達成され得るので、記載されるポリウレタン類は、相互に又はその他のフィルム形成ポリマー類、充填剤、オイル類、吹込み助剤、水溶性ポリマー類又は可塑剤との混合物に使用できる。ポリウレタン分散体とのブレンドに好適なポリマー類は、単独で使用される場合、十分に良好なコーティングを達成するのに適している場合が多い。
特に好ましい実施形態において、フィルム形成ポリマー分散体、最も好ましくはポリウレタン分散体は、例えばポリ−コ(エチレン−ビニルアセテート)、ポリアセテート(polyacetale)、並びにアクリロニトリル、ブタジエン、スチレン、(メタ−)アクリレート、イソプレン又はビニルピロリドンを含むホモ−及びコポリマー類から選択される少なくとも1つの他のポリマー分散体と共にブレンドされる。(メタ−)アクリレートとは、メタクリル酸及びアクリル酸、並びにそれら個々の誘導体の全て、特にそれらのエステル類を意味する。ブレンドはいかなる比でも行うことができるが、特に好ましいのは、コーティングされた吸水性ポリマー粒子が、ブレンドされていないフィルム形成ポリマー類でのコーティングによって得られていたであろうものに匹敵する性能特性を生成するようなフィルムを、吸水性ポリマー粒子上に導くブレンド比である。ブレンドのためのこうした好適な分散体の例は、レプトン(Lepton)(登録商標)TOP LB(水性ポリアクリレート及びワックス分散体、BASF(BASF Aktiengesellschaft))、エアフレックス(Airflex)EP17V(水性ビニルアセテート−エチレン−コポリマー分散体、エア・プロダクツ(Air Products)B.V.)、エポタール(Epotal)(登録商標)480(水性スチレン−アクリロニトリル−アクリレート分散体、BASF(BASF Aktiengesellschaft))、ポリゲン(Poligen)(登録商標)MA(硬質フィルム形成水性ポリアクリレート分散体、BASF(BASF Aktiengesellschaft))、コリアル(Corial)(登録商標)バインダーOK(中程度の硬質フィルム形成水性ポリアクリレート分散体、BASF(BASF Aktiengesellschaft))、コリアル(Corial)バインダーIF(軟質フィルム形成水性ポリアクリレート分散体、BASF(BASF Aktiengesellschaft))、コリアル・ウルトラソフト(Corial Ultrasoft)NT(非常に軟質のフィルム形成水性ポリアクリレート分散体、BASF(BASF Aktiengesellschaft))、及びモウイリス(Mowilith)(登録商標)DM799(セラネーゼ・エマルション(Celanese Emulsion GmbH )から)(硬質フィルム形成陰イオン性安定化アクリル−/メタクリレートポリマー分散体、OH−数約18[b.o.ポリマー]、MFT約90℃、Tg約110℃)である。
別の特に好ましい実施形態において、第1の工程では、1つのフィルム形成ポリマー分散体、最も好ましくはポリウレタン分散体は、吸水性粒子の表面に適用され、続いて少なくとも1つの第2の工程において、既にコーティングされた吸水性粒子の表面上に異なるフィルム形成ポリマー分散体を適用する。この第2のフィルム形成ポリマーは、最も好ましくはポリウレタンではないが、好ましくはポリウレタンよりも粘着性が低いフィルムを形成する。こうした好適な分散体の例は、前記の項で既に記載され、レプトン(Lepton)LB、エポタール(Epotal)A480、コリアル(Corial)バインダーIF、モウイリス(Mowilith)DM799、エアフレックス(Airflex)EP 17Vを包含する。
最も好ましい実施形態において、この第2のフィルムはポリウレタンよりも親水性である。ポリウレタンより親水性のフィルムを形成する第2のポリウレタンでない分散体が、ポリウレタン分散体のコーティング直後、工程b)に従う後続の熱処理の前に又は最終的に熱処理後のいずれかで別個にスプレーされるプロセスが好ましい。
水性ポリマー分散体を使用する場合、分散体は、過剰量の界面活性剤を用いる必要がなく、又は界面活性剤を全く使用することなく自己乳化するのが好ましい場合がある。こうした特性は、ポリウレタン分散体及び特定のポリアクリレート及び一般にヒドロ樹脂と呼ばれるその他のポリマー分散体に共通である。
本明細書のコーティング剤は、粘着性を低減するために充填剤、例えば市販の樹脂エスタン(Estane)58245−047P及びエスタン(Estane)X−1007−040P(ノベオン(Noveon Inc.)、米国オハイオ州44 141−3247クリーヴランド、ブレックスビレ・ロード(Brecksville Road)9911)から入手可能)を含むのが好ましい場合がある。
或いは、こうした充填剤は、粘着性を低減するために、及び/又はフィルム形成ポリマーのその他の弾性特性を改善するために、適用前に好適なエラストマーポリマー類の分散体又は溶液に添加できる。典型的な充填剤は、アエロシル(Aerosil)(登録商標)(デグサ(Degussa))、レバシル(Levasil)(登録商標)(H.C.スターク(H.C. Starck GmbH))又はウルトラシル(Ultrasil)(登録商標)(デグサ(Degussa))であるが、以下に列挙されるその他の無機の脱凝集助剤も使用できる。例えば、粘土、二酸化チタン、酸化アルミニウム、リン酸ホウ素、リン酸鉄、無機カーボネート類、リン酸アルミニウム、又は多面オリゴマーシルセスキオキサン類(ハイブリッド・プラスチックス(Hybrid Plastics)(米国)から入手可能なPOSS(登録商標))も使用できる。特に好ましい充填剤は、ナノ粒子リン酸カルシウムである。こうした充填剤はまた、通常エラストマーポリマーに強化作用を示すので粘着性以外に、エラストマーコーティングの機能性を改善し得る。
本明細書のコーティング剤に使用するための好ましいポリウレタン類は、ひずみ硬化性及び/又はひずみ結晶性である。ひずみ硬化性は、ひずみ−応力測定の間に観測され、ひずみの増大に伴う応力の素早い増大として現れる。一般に、ひずみ硬化性は、フィルムにおけるポリマー鎖の配向によって生じ、引き延ばし方向への伸長耐性をより大きくする。
コーティング剤は、得られたコーティング層が、好ましくは0.1μmを越える乾燥状態での平均計算キャリパー(厚さ)を有する薄いものとなるように適用され、好ましくは、コーティング層は、1ミクロン(μm)〜100ミクロン、好ましくは、1ミクロン〜50ミクロン、より好ましくは、1ミクロン〜20ミクロン、又は更に2〜20ミクロン又は更に2〜10ミクロンの平均キャリパー(厚さ)を有する。
1つの実施形態において、コーティングは、好ましくは実質上キャリパー及び/又は形状が均一である。好ましくは、平均キャリパーは、最小キャリパーと最大キャリパーの比が1:1〜1:5、好ましくは1:1〜1:3、又は更に1:1〜1:2、又は更に1:1〜1:1.5となるようなものである。
別の実施形態において、コーティングは、いくつかの欠陥(すなわちホール)を示してもよいが、なおもポリマー類は、依然として本発明に従う非常に良好な性能特性を示す。本発明の更に別の実施形態において、コーティングは、吸水性粒子の周りに繊維性のネットを形成してもよい。
ポリマーフィルムは、乾燥吸水性ポリマー粒子100重量部に対して0.01〜25重量部のフィルム形成ポリマーの量(固形材料として計算される)で適用されるのが好ましい。吸水性ポリマー粒子100重量部あたりに使用されるフィルム形成ポリマーの量は、好ましくは0.1〜25重量部、特に0.1〜15重量部、特に0.5〜10重量部、より好ましくは0.5〜7重量部、更により好ましくは0.5〜5重量部、及び特に0.5〜4.5重量部である。
好ましくは、0℃〜<150℃、好ましくは20℃〜<100℃、より好ましくは40℃〜<90℃、及び最も好ましくは50℃〜<80℃の範囲の温度にて吸水性ポリマー粒子100重量部に基づいて<5重量部、好ましくは0.5〜4.5重量部、特に0.5〜4重量部、及びより好ましくは0.5重量部〜3重量部のフィルム形成ポリマーで吸水性ポリマー粒子をコーティングし、次いでコーティングされた粒子を50℃を越える温度で熱処理することによって得られる吸水性材料が特に好ましい。
フィルム形成ポリマーは、固体材料として、ホットメルトとして、分散体として、水性分散体として、水溶液として、又は有機溶液として、吸水性添加ポリマーの粒子に適用できる。フィルム形成ポリマー、特にポリウレタンが吸水性ポリマー粒子に適用される形態は、好ましくは溶液として、又はより好ましくは水性分散体としてである。
ポリウレタン用に有用な溶媒としては、それぞれの溶媒又は混合物中にて1〜40重量%以上のポリウレタン濃度を確立することができる溶媒が挙げられる。例としては、アルコール類、エステル類、エーテル類、ケトン類、アミド類、及びハロゲン化炭化水素類を挙げることができ、例としては、メチルエチルケトン、アセトン、イソプロパノール、テトラヒドロフラン、ジメチルホルムアミド、N−メチルピロリドン、クロロホルム及びこれらの混合物が挙げられる。極性で非プロトン性であり、100℃未満で沸騰する溶媒が特に有利である。
フィルム構築ポリマーの水性分散体が以下に記載されるように融合剤と共に使用される場合、水以外の溶媒で融合剤として機能することが望まれないいかなる溶媒を分散体から排除すべきである。
流動床反応器にてコーティングを行うのが特に好ましい。吸水性粒子は、反応器の種類に応じて一般的な慣行に従って導入され、一般に固体材料又は好ましくはポリマー溶液又は分散体としてのフィルム形成ポリマーを用いてスプレーすることによってコーティングされる。フィルム形成ポリマーの水性分散体は、この点に関して特に好ましい。
スプレーコーティングによって適用されるポリウレタン溶液又は分散体は、非常に濃縮されていることが好ましい。このため、このポリウレタン混合物の粘度は、高すぎてはならず、そうでなければポリウレタン溶液又は分散体はもはやスプレーのために細かく分散できない。水性ポリマー分散液、特に<500mPa・s、好ましくは<300mPa・s、より好ましくは<100mPa・s、さらにより好ましくは<10mPa・s、及び最も好ましくは<5mPa・sの粘度(通常、ポリウレタン分散液に関しては≧2.1rad/s(200rpm)の剪断速度にて回転粘度計を用いて測定され、特にHaake回転粘度計タイプRV20、システムM5、NVが好適である)を有するポリウレタン溶液又は分散液が好ましい。上述の粘度は、15〜40℃、より好ましくは18〜25℃の温度で示されるのが好ましい。しかし、分散体又は溶液が高温でスプレーされる場合、上述の粘度はこうした高い適用温度にて示されれば十分である。
その他のフィルム形成ポリマー類又はポリウレタン類とそれらの混合物をポリマー分散体のブレンドとして使用する実施形態において、これらは、適用されるときにポリウレタン類と同じ粘度を示すのが好ましい。
ポリウレタン溶液又は分散体中のポリウレタンの濃度は、一般に1重量%〜60重量%の範囲、好ましくは5重量%〜40重量%の範囲であり、特に10重量%〜30重量%の範囲である。より高い希釈が可能であるが、一般にコーティング時間が長くなる。ポリウレタン分散体の特に有利な点は、高濃度及び高分子量であっても粘度が比較的低いことである。
本発明の背景において流動床とは、ポリマー粒子が一貫性のない動きで上方へ運ばれ、ガス流によって流動状態に維持され、又は良好な混合及び密度低下によって等価な状態に維持されることを意味する。連続とは、コーティングされていない吸水性ポリマー粒子がコーターに連続的に供給されることを意味し、コーティングされた吸水性ポリマー粒子が、コーター内の全てのスプレー領域を通過した後にコーターから連続的に放出されることを意味する。
有用な流動床反応器としては、例えば、製薬業界で知られている流動床又は懸濁床コーターが挙げられる。例えば、「製薬技術(Pharmazeutische Technologie)、ジョージ・テーマ・バラーグ(Georg Thieme Verlag)、第2版(1989)、412〜413頁」及びまた「(Arzneiformenlehre,Wissenschaftliche Verlagsbuchandlung mbH、シュツゥットガルト、1985、第130〜132頁」に記載されているワースター(Wurster)原理又はグラットーツェラー(Glatt-Zeller)原理を用いる反応器が特に好ましい。工業規模での特に好適なバッチ及び連続流動床プロセスは、乾燥技術(Drying Technology)、20(2)、419−447(2002)に記載されている。
ワースター(Wurster)プロセスに従って、吸水性ポリマー粒子は、少なくとも1つのスプレーノズルを経由して中央管の上方に向けられたキャリアガス流によって重力に逆らって運ばれ、同時に細かく分散したポリマー溶液又は分散体でスプレーされる。その後、粒子は、側壁に沿ってベースに戻り、ベースで回収され、スプレーノズルを経由して再び中央管を流れるキャリアガス流によって運ばれる。スプレーノズルは、通常、ボトムから流動床にスプレーし、ボトムから流動床に噴出させることもできる。
グラットーツェラー(Glatt-Zeller)プロセスによれば、吸水性ポリマー粒子は、壁に沿って外側のキャリアガスによって上方に運ばれ、次いで、サイドにスプレーする少なくとも3つの二材料ノズルを通常は含む中央ノズルヘッド上の中央部に落ちる。故に、粒子は、サイドからスプレーされ、ノズルヘッドを通ってベースに落ち、再びキャリアガスによって取り上げられて、サイクルを新たに開始できる。
2つのプロセスに共通する特徴は、スプレーデバイスを通る流動床の形態で粒子が繰り返し運ばれ、それによって非常に薄く、通常は非常に均質なシェルが適用されることである。更に、キャリアガスは常に使用され、粒子の流動化を維持するのに十分速い速度で供給され、移動されなければならない。結果として、液体、例えば分散体の溶媒(すなわち水)は、低温であっても装置中で素早く気化し、それによって分散体のポリマー粒子がコーティングされるべき吸水性ポリマーの粒子表面上に堆積する。有用なキャリアガスとしては、上述の不活性ガス及び空気、除湿空気又は乾燥空気或いはこれらのガスのいずれかの混合物が挙げられる。
好適な流動床反応器は、フィルム形成ポリマー溶液又は分散体が細かくスプレー(=「噴霧」)され、液滴が流動床中の吸水性ポリマー粒子とランダムに衝突し、それによって多数回の衝突の後に、実質的に均質なシェルが徐々に均一に構築されるという原理に従って作用する。液滴の大きさは、吸収性ポリマーの粒径よりも小さくなければならない。液滴径は、ノズルの種類、スプレー条件、すなわち温度、濃度、粘度及び圧力によって決定される。通常の液滴径は、1μm〜400μmの範囲である。少なくとも10のポリマー粒径と液滴径との比が通常は観測される。狭い粒径分布を有する小さい液滴が望ましい。「噴霧」ポリマー分散体又は溶液の液滴は、粒子流と同時に又はサイドから粒子流に導入され、また流動床上のトップからスプレーされてもよい。この場合、こうした原理と適合し、同様に流動床を構築できるようなその他の装置及び設備変更は、こうした効果を生じさせるのに申し分なく好ましい。
1つの実施形態は、例えば円筒形の流動床バッチ反応器であり、この反応器では、吸水性ポリマー粒子が装置内の外壁にあるキャリアガス流によって上方に輸送され、1以上の位置からフィルム形成ポリマーのスプレーがこの流動床にサイドから適用される一方で、キャリアガス流が全く存在しない装置の中央領域では、粒子が再び落ちて、立方体撹拌器が移動して流動粒子床全体を再配置する。
その他の実施形態では、例えば、シュギ(Schuggi)ミキサー、ターボミキサー又はプラウシェアミキサーであってもよく、これらは単独で又は好ましくは複数の連続ユニット群として使用できる。こうしたミキサーが単独で使用される場合、均質なコーティングのために、吸水性ポリマーは複数回装置を通って供給されなければならない場合がある。2以上のこうした装置を連続ユニットとして設定する場合、1回のパスで十分な場合がある。
別の実施形態において、スプレーが飛行中の自由落下粒子に衝突し、この粒子が繰り返しスプレーに曝されるTelschig型の原理を用いる連続スプレー−ミキサーが使用される。好適なミキサーは、ケミ−テクニーク(Chemie-Technik)、22(1993)、4号、98頁以下に記載されている。
好ましい実施形態において、連続流動床プロセスが使用され、好ましくはスプレーをトップ又はボトムモードで操作する。特に好ましい実施形態において、スプレーはボトムモードで操作され、プロセスは連続である。好適な装置は、例えば米国特許第5,211,985号に記載されている。好適な装置はまた、例えば、グラット(Glatt Maschinen- und Apparatebau AG)(スイス)からシリーズGF(連続流動床)及びプロセル(ProCell)(登録商標)噴流床として入手可能である。噴流床技術は、流動床を発生させるために、スクリーンボトムの代わりに単純なスロットを使用しており、流動化が困難な材料に特に適している。
他の実施形態において、またスプレートップ及びボトムモードで操作するのが望ましい場合もあり、或いはサイドから、又はいくつかの異なるスプレー位置の組み合わせからスプレーするのが望ましい場合もある。
本発明のプロセスは、後架橋のために習慣的に使用される上述のノズルを利用する。しかし、二材料ノズルが特に好ましい。
流動床反応器がワースター(Wurster)コーター又はグラット−ゼラー(Glatt-Zeller)コーター又はスプレーノズルを備えた流動床反応器であるプロセスが好ましい。
本発明のプロセスは、好ましくはワースター(Wurster)コーターを利用する。こうしたコーターの例は、GEA−アエロマティック・フィールダー(GEA-Aeromatic Fielder)AG(スイス)から入手可能なプレシジョン・コーターズ(PRECISION COATERS)(商標)であり、コーティング・プレイス(Coating Place Inc.)(米国ウィスコンシン州)にて入手可能である。
下方から入る流動床ガス流は、吸水性ポリマー粒子の総量が装置内で流動化するのと同様に選択されるのが有利である。流動床のためのガス速度は、最小流動化速度(クニイ(Kunii)及びレベンスピエル(Levenspiel)の「流動化工学技術(Fluidization engineering)1991」に記載されている測定方法)を越え、吸水性ポリマー粒子の終端速度未満、好ましくは最小流動化速度を10%超える速度である。ワースター(Wurster)管のガス速度は、吸水性ポリマー粒子の終端速度を越え、通常100m/s未満、好ましくは終端速度を10%越える速度である。
ガス流は、水又は溶媒を気化させるように作用する。好ましい実施形態において、ガス流及び温度のコーティング条件は、ガス流の出口での相対湿度又は蒸気飽和が、同じ温度でキャリアガス中に広がる等価な絶対湿度、又は適切な場合は絶対飽和蒸気圧に基づいて、0.10%〜90%、好ましくは1%〜80%、又は好ましくは10%〜70%、及び特に30%〜60%の範囲であるように選択される。
流動床反応器は、こうした反応器のために使用されるステンレススチール又はいずれか他の典型的な材料から構成され得、また生成物と接触する部分は、有機溶媒及び高温の使用に適応するためにステンレススチールであってもよい。
さらなる実施形態において、流動床反応器の内面は、少なくとも部分的に、25℃で水との接触角が90°を越える材料でコーティングされる。テフロン又はポリプロピレンは、こうした材料の例である。好ましくは、装置の生成物接触部分は全てこの材料でコーティングされる。しかし、生成物が磨耗性である場合、こうしたコーティング材料は十分に磨耗耐性でなければならない。
しかし、装置の生成物接触部分の材料における選択はまた、これらの材料が利用されるポリマー分散体又は溶液、或いはコーティングされるべきポリマーに対して、強い接着性を示すかどうかに左右される。粘結を回避するために、コーティングされるべきポリマー或いはポリマー分散体又は溶液のいずれかに対してこうした接着性を有していない材料を選択するのが好ましい。
コーティングは、0℃〜150℃、好ましくは20〜100℃、特に40〜90℃、最も好ましくは50〜80℃の範囲の生成物及び/又はキャリアガス温度で行うのが本明細書では好ましい。
本発明の実施形態の1つでは、酸化防止剤が工程a)及び/又はb)、好ましくは工程a)にて添加される。
(酸化)阻害物質とも呼ばれる酸化防止剤は、自動酸化を遅らせ、及び基質の酸化プロセスを遅らせ、一般に耐用年数及び基質の性能特性を伸ばすために、酸化可能な有機材料に添加される有機化合物である。酸化防止剤は、特にコーティングに続く熱処理工程中だけでなく、生成物の長い貯蔵期間中に、酸化ストレスによるフィルム形成ポリマーの分解を低減又は抑圧できる剤である。
酸化防止剤は、例えばヒンダードフェノール類、二級芳香族アミン類、特定のスルフィドエステル類、三価のリン化合物、ヒンダードアミン類、金属ジチオカルバメート類、及び金属ジチオホスフェート類である。
酸化防止剤の群は、例えば次を含む:
−アルキル化モノフェノール類、例えば2,6−ジ(tert−ブチル)−4−メチルフェノール、2−(tert−ブチル)−4,6−ジメチルフェノール、2,6−ジ(tert−ブチル)−4−エチルフェノール、2,6−ジ(tert−ブチル)−4−(n−ブチル)フェノール、2,6−ジ(tert−ブチル)−4−イソブチルフェノール、2,6−ジシクロペンチル−4−メチルフェノール、2−(α−メチルシクロヘキシル)−4,6−ジメチルフェノール、2,6−ジオクタデシル−4−メチルフェノール、2,4,6−トリシクロヘキシルフェノール、2,6−ジ(tert−ブチル)−4−メトキシメチルフェノール、非分枝ノニルフェノール類又は側鎖で分枝したノニルフェノール類、例えば2,6−ジノニル−4−メチルフェノール、2,4−ジメチル−6−(1−メチルウンデカ−1−イル)フェノール、2,4−ジメチル−6−(1−メチルヘプタデカ−1−イル)フェノール、2,4−ジメチル−6−(1−メチルトリデカ−1−イル)フェノール及びこれらの混合物。
−アルキルチオメチルフェノール類、例えば2,4−ジオクチルチオメチル−6−(tert−ブチル)フェノール、2,4−ジオクチルチオメチル−6−メチルフェノール、2,4−ジオクチルチオメチル−6−エチルフェノール及び2,6−ジドデシルチオメチル−4−ノニルフェノール。
−ヒドロキノン類及びアルキル化ヒドロキノン類、例えば2,6−ジ(tert−ブチル)−4−メトキシフェノール、2,5−ジ(tert−ブチル)ヒドロキノン、2,5−ジ(tert−アミル)ヒドロキノン、2,6−ジフェニル−4−オクタデシルオキシフェノール、2,6−ジ(tert−ブチル)ヒドロキノン、2,5−ジ(tert−ブチル)−4−ヒドロキシアニソール、3,5−ジ(tert−ブチル)−4−ヒドロキシアニソール、3,5−ジ(tert−ブチル)−4−ヒドロキシフェニルステアレート及びビス(3,5−ジ(tert−ブチル)−4−ヒドロキシフェニル)アジペート。
−トコフェロール類、例えばα−トコフェロール、β−トコフェロール、γ−トコフェロール、δ−トコフェロール及びこれらの混合物(ビタミンE)、ビタミンEアセテート、ビタミンEホスフェート、及びクロマノール及びその誘導体。
−ヒドロキシル化チオジフェニルエーテル類、例えば2,2’−チオビス(6−(tert−ブチル)−4−メチルフェノール)、2,2’−チオビス(4−オクチルフェノール)、4,4’−チオビス(6−(tert−ブチル)−3−メチルフェノール)、4,4’−チオビス(6−(tert−ブチル)−2−メチルフェノール)、4,4’−チオビス(3,6−ジ(sec−アミル)フェノール)及び4,4’−ビス(2,6−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)ジスルフィド。
−アルキリデンビスフェノール類、例えば2,2’−メチレンビス(6−(tert−ブチル)−4−メチルフェノール)、2,2’−メチレンビス(6−(tert−ブチル)−4−エチルフェノール)、2,2’−メチレンビス[4−メチル−6−(α−メチルシクロヘキシル)フェノール]、2,2’−メチレンビス(4−メチル−6−シクロヘキシルフェノール)、2,2’−メチレンビス(6−ノニル−4−メチルフェノール)、2,2’−メチレンビス(4,6−ジ(tert−ブチル)フェノール)、2,2’−エチリデンビス(4,6−ジ(tert−ブチル)フェノール)、2,2’−エチリデンビス(6−(tert−ブチル)−4−イソブチルフェノール)、2,2’−メチレンビス[6−(α−メチルベンジル)−4−ノニルフェノール]、2,2’−メチレンビス[6−(α,α−ジメチルベンジル)−4−ノニルフェノール]、4,4’−メチレンビス(2,6−ジ(tert−ブチル)フェノール)、4,4’−メチレンビス(6−(tert−ブチル)−2−メチルフェノール)、1,1−ビス(5−(tert−ブチル)−4−ヒドロキシ−2−メチルフェニル)ブタン、2,6−ビス(3−(tert−ブチル)−5−メチル−2−ヒドロキシベンジル)−4−メチルフェノール、1,1,3−トリス(5−(tert−ブチル)−4−ヒドロキシ−2−メチルフェニル)ブタン、1,1−ビス(5−(tert−ブチル)−4−ヒドロキシ−2−メチルフェニル)−3−(n−ドデシルメルカプト)ブタン、エチレングリコールビス[3,3−ビス(3−(tert−ブチル)−4−ヒドロキシフェニル)ブチレート]、ビス(3−(tert−ブチル)−4−ヒドロキシ−5−メチルフェニル)ジシクロペンタジエン、ビス[2−(3’−(tert−ブチル)−2−ヒドロキシ−5−メチルベンジル)−6−(tert−ブチル)−4−メチルフェニル]テレフタレート、1,1−ビス(3,5−ジメチル−2−ヒドロキシフェニル)ブタン、2,2−ビス(3,5−ジ(tert−ブチル)−4−ヒドロキシフェニル)プロパン、2,2−ビス(5−(tert−ブチル)−4−ヒドロキシ−2−メチルフェニル)−4−(n−ドデシルメルカプト)ブタン及び1,1,5,5−テトラ(5−(tert−ブチル)−4−ヒドロキシ−2−メチルフェニル)ペンタン。
−ベンジル化合物、例えば3,5,3’,5’−テトラ(tert−ブチル)−4,4’−ジヒドロキシジベンジルエーテル、オクタデシル4−ヒドロキシ−3,5−ジメチルベンジルメルカプトアセテート、トリデシル4−ヒドロキシ−3,5−ジ(tert−ブチル)ベンジルメルカプトアセテート、トリス(3,5−ジ(tert−ブチル)−4−ヒドロキシベンジル)アミン、1,3,5−トリ(3,5−ジ(tert−ブチル)−4−ヒドロキシベンジル)−2,4,6−トリメチルベンゼン、ジ(3,5−ジ(tert−ブチル)−4−ヒドロキシベンジル)スルフィド、イソオクチル3,5−ジ(tert−ブチル)−4−ヒドロキシベンジルメルカプトアセテート、ビス(4−(tert−ブチル)−3−ヒドロキシ−2,6−ジメチルベンジル)ジチオテレフタレート、1,3,5−トリス(3,5−ジ(tert−ブチル)−4−ヒドロキシベンジル)イソシアヌレート、1,3,5−トリス(4−(tert−ブチル)−3−ヒドロキシ−2,6−ジメチルベンジル)イソシアヌレート、3,5−ジ(tert−ブチル)−4−ヒドロキシベンジルジオクタデシルホスフェート及び3,5−ジ(tert−ブチル)−4−ヒドロキシベンジルモノエチルホスフェート,カルシウム塩。
−ヒドロキシベンジル化マロネート類、例えばジオクタデシル2,2−ビス(3,5−ジ(tert−ブチル)−2−ヒドロキシベンジル)マロネート、ジオクタデシル2−(3−(tert−ブチル)−4−ヒドロキシ−5−メチルベンジル)マロネート、ジドデシルメルカプトエチル2,2−ビス(3,5−ジ(tert−ブチル)−4−ヒドロキシベンジル)マロネート及びビス[4−(1,1,3,3−テトラメチルブチル)フェニル]2,2−ビス(3,5−ジ(tert−ブチル)−4−ヒドロキシベンジル)マロネート。
−ヒドロキシベンジル芳香族化合物、例えば1,3,5−トリス(3,5−ジ(tert−ブチル)−4−ヒドロキシベンジル)−2,4,6−トリメチルベンゼン、1,4−ビス(3,5−ジ(tert−ブチル)−4−ヒドロキシベンジル)−2,3,5,6−テトラメチルベンゼン及び2,4,6−トリス(3,5−ジ(tert−ブチル)−4−ヒドロキシベンジル)フェノール。
−トリアジン化合物、例えば2,4−ビス(オクチルメルカプト)−6−(3,5−ジ(tert−ブチル)−4−ヒドロキシアニリノ)−1,3,5−トリアジン、2−オクチルメルカプト−4,6−ビス(3,5−ジ(tert−ブチル)−4−ヒドロキシアニリノ)−1,3,5−トリアジン、2−オクチルメルカプト−4,6−ビス(3,5−ジ(tert−ブチル)−4−ヒドロキシフェノキシ)−1,3,5−トリアジン、2,4,6−トリス(3,5−ジ(tert−ブチル)−4−ヒドロキシフェノキシ)−1,3,5−トリアジン、1,3,5−トリス(3,5−ジ(tert−ブチル)−4−ヒドロキシベンジル)イソシアヌレート、1,3,5−トリス(4−(tert−ブチル)−3−ヒドロキシ−2,6−ジメチルベンジル)イソシアヌレート、2,4,6−トリス(3,5−ジ(tert−ブチル)−4−ヒドロキシフェニルエチル)−1,3,5−トリアジン、1,3,5−トリス(3,5−ジ(tert−ブチル)−4−ヒドロキシフェニルプロピオニル)−ヘキサヒドロ−1,3,5−トリアジン及び1,3,5−トリス(3,5−ジシクロヘキシル−4−ヒドロキシベンジル)イソシアヌレート。
−ベンジルホスホネート類、例えばジメチル2,5−ジ(tert−ブチル)−4−ヒドロキシベンジルホスホネート、ジエチル3,5−ジ(tert−ブチル)−4−ヒドロキシベンジルホスホネート((3,5−ビス(1,1−ジメチルエチル)−4−ヒドロキシフェニル)メチルホスホン酸ジエチルエステル)、ジオクタデシル3,5−ジ(tert−ブチル)−4−ヒドロキシベンジルホスホネート、ジオクタデシル5−(tert−ブチル)−4−ヒドロキシ−3−メチルベンジルホスホネート及び3,5−ジ(tert−ブチル)−4−ヒドロキシベンジルホスホン酸モノエチルエステルのカルシウム塩。
−アシルアミノフェノール類、例えばラウリン酸4−ヒドロキシアニリド、ステアリン酸4−ヒドロキシアニリド、2,4−ビスオクチルメルカプト−6−(3,5−(tert−ブチル)−4−ヒドロキシアニリノ)−s−トリアジン及びオクチルN−(3,5−ジ(tert−ブチル)−4−ヒドロキシフェニル)カルバメート。
−β−(3,5−ジ(tert−ブチル)−4−ヒドロキシフェニル)プロピオン酸と一価又は多価アルコール類のエステル類、例えばメタノール、エタノール、n−オクタノール、イソオクタノール、オクタデカノール、1,6−ヘキサンジオール、1,9−ノナンジオール、エチレングリコール、1,2−プロパンジオール、ネオペンチルグリコール、チオジエチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ペンタエリスリトール、トリス(ヒドロキシエチル)イソシアヌレート、N,N’−ビス(ヒドロキシエチル)シュウ酸ジアミド、3−チアウンデカノール、3−チアペンタデカノール、トリメチルヘキサンジオール、トリメチロールプロパン及び4−ヒドロキシメチル−1−ホスファ−2,6,7−トリオキサビシクロ[2.2.2]オクタンとのエステル類。
−β−(5−(tert−ブチル)−4−ヒドロキシ−3−メチルフェニルフェニル)プロピオン酸と一価又は多価アルコール類のエステル類、例えばメタノール、エタノール、n−オクタノール、イソオクタノール、オクタデカノール、1,6−ヘキサンジオール、1,9−ノナンジオール、エチレングリコール、1,2−プロパンジオール、ネオペンチルグリコール、チオジエチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ペンタエリスリトール、トリス(ヒドロキシエチル)イソシアヌレート、N,N’−ビス(ヒドロキシエチル)シュウ酸ジアミド、3−チアウンデカノール、3−チアペンタデカノール、トリメチルヘキサンジオール、トリメチロールプロパン及び4−ヒドロキシメチル−1−ホスファ−2,6,7−トリオキサビシクロ[2.2.2]オクタンとのエステル類。
−β−(3,5−ジシクロヘキシル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオン酸と一価−又は多価アルコール類とのエステル類、例えばメタノール、エタノール、オクタノール、オクタデカノール、1,6−ヘキサンジオール、1,9−ノナンジオール、エチレングリコール、1,2−プロパンジオール、ネオペンチルグリコール、チオジエチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ペンタエリスリトール、トリス(ヒドロキシエチル)イソシアヌレート、N,N’−ビス(ヒドロキシエチル)シュウ酸ジアミド、3−チアウンデカノール、3−チアペンタデカノール、トリメチルヘキサンジオール、トリメチロールプロパン及び4−ヒドロキシメチル−1−ホスファ−2,6,7−トリオキサビシクロ[2.2.2]オクタンとのエステル類。
−3,5−ジ(tert−ブチル)−4−ヒドロキシフェニル酢酸と一価−又は多価アルコール類とのエステル類、例えばメタノール、エタノール、オクタノール、オクタデカノール、1,6−ヘキサンジオール、1,9−ノナンジオール、エチレングリコール、1,2−プロパンジオール、ネオペンチルグリコール、チオジエチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ペンタエリスリトール、トリス(ヒドロキシエチル)イソシアヌレート、N,N’−ビス(ヒドロキシエチル)シュウ酸ジアミド、3−チアウンデカノール、3−チアペンタデカノール、トリメチルヘキサンジオール、トリメチロールプロパン及び4−ヒドロキシメチル−1−ホスファ−2,6,7−トリオキサビシクロ[2.2.2]オクタンとのエステル類。
−β−(3,5−ジ(tert−ブチル)−4−ヒドロキシフェニル)プロピオン酸のアミド類、例えばN,N’−ビス(3,5−ジ(tert−ブチル)−4−ヒドロキシフェニルプロピオニル)ヘキサメチレンジアミン、N,N’−ビス(3,5−ジ(tert−ブチル)−4−ヒドロキシフェニルプロピオニル)トリメチレンジアミン、N,N’−ビス(3,5−ジ(tert−ブチル)−4−ヒドロキシフェニルプロピオニル)ヒドロラジン及びN,N’−ビス[2−(3−[3,5−ジ(tert−ブチル)−4−ヒドロキシフェニル]プロピオニルオキシ)エチル]オキサミド(例えば、ユニロイヤル(Uniroyal)からのナウガード(Naugard)(登録商標)XL−1)。
−アスコルビン酸(ビタミンC)。
−アミン系酸化防止剤、例えばN,N’−ジイソプロピル−p−フェニレンジアミン、N,N’−ジ(sec−ブチル)−p−フェニレンジアミン、N,N’−ビス(1,4−ジメチルペンチル)−p−フェニレンジアミン、N,N’−ビス(1−エチル−3−メチルペンチル)−p−フェニレンジアミン、N,N’−ビス(1−メチルヘプチル)−p−フェニレンジアミン、N,N’−ジシクロヘキシル−p−フェニレンジアミン、N,N’−ジフェニル−p−フェニレンジアミン、N,N’−ビス(2−ナフチル)−p−フェニレンジアミン、N−イソプロピル−N’−フェニル−p−フェニレンジアミン、N−(1,3−ジメチルブチル)−N’−フェニル−p−フェニレンジアミン、N−(1−メチルヘプチル)−N’−フェニル−p−フェニレンジアミン、N−シクロヘキシル−N’−フェニル−p−フェニレンジアミン、4−(p−トリルスルファモイル)ジフェニルアミン、N,N’−ジメチル−N,N’−ジ(sec−ブチル)−p−フェニレンジアミン、ジフェニルアミン、N−アリルジフェニルアミン、4−イソプロポキシジフェニルアミン、N−フェニル−1−ナフチルアミン、N−(4−(tert−オクチル)フェニル)−1−ナフチルアミン、N−フェニル−2−ナフチルアミン、オクチル化ジフェニルアミン、例えばp,p’−ジ(tert−オクチル)ジフェニルアミン、4−(N−ブチルアミノ)フェノール、4−ブチリルアミノフェノール、4−ノナノイルアミノフェノール、4−ドデカノイルアミノフェノール、4−オクタデカノイルアミノフェノール、ビス(4−メトキシフェニル)アミン、2,6−ジ(tert−ブチル)−4−ジメチルアミノメチルフェノール、2,4’−ジアミノジフェニルメタン、4,4’−ジアミノジフェニルメタン、N,N,N’,N’−テトラメチル−4,4’−ジアミノジフェニルメタン、1,2−ビス[(2−メチルフェニル)アミノ]エタン、1,2−ビス(フェニルアミノ)プロパン、(o−トリル)ビグアニド、ビス[4−(1’,3’−ジメチルブチル)フェニル]アミン、tert−オクチル化N−フェニル−1−ナフチルアミン、モノ−及びジアルキル化tert−ブチル/tert−オクチルジフェニルアミン類の混合物、モノ−及びジアルキル化ノニルジフェニルアミン類の混合物、モノ−及びジアルキル化ドデシルジフェニルアミン類の混合物、モノ−及びジアルキル化イソプロピル/イソヘキシルジフェニルアミン類の混合物、モノ−及びジアルキル化tert−ブチルジフェニルアミン類の混合物、2,3−ジヒドロ−3,3−ジメチル−4H−1,4−ベンゾチアジン、フェノチアジン、モノ−及びジアルキル化tert−ブチル/tert−オクチルフェノチアジン類の混合物、モノ−及びジアルキル化tert−オクチルフェノチアジン類の混合物、N−アリルフェノチアジン、N,N,N’,N’−テトラフェニル−1,4−ジアミノブタ−2−エン、N,N−ビス(2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−4−イル)ヘキサメチレンジアミン、ビス(2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−4−イル)セバケート、2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−4−オン、2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−4−オール、4−ヒドロキシ−2,2,6,6−テトラメチル−1−ピペリジンエタノールとのジメチルスクシネートポリマー[CAS番号65447−77−0](例えば、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ(Ciba Specialty Chemicals Inc.)からのチヌビン(Tinuvin)(登録商標)622)及び2,2,4,4−テトラメチル−7−オキサ−3,20−ジアザジスピロ[5.1.11.2]ヘニコサン−21−オン及びエピクロロヒドリンのポリマー[CAS番号:202483−55−4](例えば、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ(Ciba Specialty Chemicals Inc.)からのホスタビン(Hostavin)(登録商標)30。
好ましい酸化防止剤は、アルキル化モノフェノール類、ヒドロキノン類及びアルキル化ヒドロキノン類、トコフェロール及びその誘導体、クロマノール及びその誘導体、アスコルビン酸、及びイルガノックス(Irganox)1010である。
酸化防止剤は、固体又は液体材料、溶液又は水性分散体の形態として使用され、好ましくはフィルム形成ポリマー分散体又はフィルム形成ポリマー溶液中に可溶性又は分散性である添加剤として使用される。固体は、通常、キャリアガスによって細塵として装置に噴出される。分散体は、好ましくは、第1の工程にて固体材料及び水から分散体を調製し、第2の工程では流動床に、ノズルを介して素早く導入することによって高速撹拌機で好ましくは適用される。液体又は溶液は、ノズルによって適用されることが好ましい。
酸化防止剤は、好ましくはポリウレタン(又はその他のフィルム形成ポリマー)と共に適用でき、又は別個のノズルを介して別個の分散体としてポリウレタンと同時に、又はポリウレタンと異なる時に適用できる。
特に好ましい実施形態、特にポリウレタンを用いる実施形態において、酸化防止剤は、フィルム形成ポリマー分散体又はフィルム形成ポリマー溶液の合成中、合成前又は合成後に、既にそこに添加されている。
好ましい実施形態において、酸化防止剤は、フィルム形成ポリマーの重量に基づいて、0〜6.0重量%の範囲、好ましくは3重量%未満、特に0.1重量%〜2.5重量%の範囲、及び最も好ましくは1.0重量%〜1.5重量%の範囲の量で使用される。
本発明の別の実施形態において、融合剤はスプレーコーティング工程a)にて添加される。
融合剤は、好ましくは少なくとも部分的に水溶性の有機溶媒である。水溶性とは、融合剤が水に完全に混和性であり、又は25℃及び0.1MPa(1bar)の周囲気圧にて水と少なくとも10重量%、好ましくは少なくとも25重量%混和性であることを意味する。水性フィルムポリマー形成分散体又は溶液に混合し、この分散体又は溶液が吸水性ポリマー粒子上にコーティングされた後に、フィルムの形成を促進するいずれかの有機溶媒は、融合剤として機能するのに適している。好ましい実施形態の1つでは、水性ポリマー分散体は、工程a)にてスプレーコーティングされる。
融合剤としては、アルコール類、例えばメタノール、エタノール、n−プロパノール、イソプロパノール、n−ブタノール、tert−ブタノール、sec−ブタノール、エチレングリコール、1,2−プロパンジオール、1,3−プロパンジオール、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、グリセロール、2−メチル−2,4−ペンタンジオール、プロピレングリコールブチルエーテル、ジ(エチレングリコール)ブチルエーテル、3−メトキシ−1−ブチルアセテート及びメトキシエタノール及び水溶性エーテル類、例えばテトラヒドロフラン及びジオキサンが挙げられるが、これらに限定されない。融合剤は、コーティング後に後続の熱処理工程中にて蒸発させてもよく、蒸発させなくてもよい。
融合剤は、水性フィルム形成ポリマー分散体又は溶液にブレンド又は溶解できる液体材料として使用される。
融合剤は、好ましくは、ポリウレタン(又はその他のフィルム形成ポリマー)及び/又は酸化防止剤と共に適用でき、或いは別個のノズルを介して別個の溶液としてフィルム形成ポリマーと同時に、又はフィルム形成ポリマーと異なる時に適用できる。
好ましい実施形態において、融合剤は、フィルム形成ポリマーの重量に基づいて、0〜10重量%の範囲、好ましくは8重量%未満、特に0.1〜6重量%の範囲、より好ましくは0.5重量%〜4重量%の範囲、最も好ましくは1.0〜3.0重量%の範囲の量で使用される。
好ましい実施形態において、融合剤は、工程a)にて添加され、酸化防止剤は工程a)及び/又はb)にて添加される。好ましい実施形態において、融合剤及び酸化防止剤は工程a)にて添加される。
別の実施形態において、工程b)の熱処理にてポリウレタン類を架橋できる少なくとも1つの剤、例えばこれらに限定されないがイソシアネート類又はカルボジイミド類が工程a)にて添加される。好ましい実施形態において、融合剤、酸化防止剤及びポリウレタン用の架橋剤は、工程a)に添加される。
好ましい実施形態において、脱凝集助剤は、熱処理工程の前に、コーティングされるべき粒子、又は好ましくは既にコーティングされた粒子に添加される。脱凝集助剤は、当業者に既知であり、例えば有機及び無機塩類及びこれらの混合物、並びにまたワックス類及び界面活性剤から選択される超微粒子状非水溶性塩である。非水溶性塩とは、本明細書において、pH7において、5g/L未満、好ましくは3g/L未満、特に2g/L未満及び最も好ましくは1g/L未満(25℃及び0.1MPa(1bar)にて)の水への溶解度を有する塩のことを指す。非水溶性塩の使用により、特に熱処理過程にて現れる、フィルム形成ポリマー、特にポリウレタンに起因して粘着性を低減できる。
非水溶性塩類は、固体材料として、又は分散体、好ましくは水性分散体の形態で使用される。固体は、通常、キャリアガスによって細塵として装置に噴出される。分散体は、好ましくは、第1の工程にて固体材料及び水から分散体を調製し、第2の工程では流動床に好ましくはノズルを介して素早く導入することによって高速撹拌機で適用される。好ましくは両方の工程は、同じ装置で行われる。水性分散体は、適切な場合、ポリウレタン(又はその他のフィルム形成ポリマー)と共に適用でき、又は別個のノズルを介して別個の分散体としてポリウレタンと同時に、又はポリウレタンと異なる時に適用できる。フィルム形成ポリマーを適用後、後続の熱処理工程の前に、脱凝集助剤を適用するのが特に好ましい。任意に、添加は熱処理工程の後に繰り返されてもよい。
非水溶性塩の好適な陽イオンは、例えばCa2+、Mg2+、Sr2+、Ba2+、Al3+、Sc3+、Y3+、Ln3+(ここで、Lnはランタノイド類を示す)、Ti4+、Zr4+、Li、K、Na又はZn2+である。好適な無機陰イオン性対イオンは、例えばカーボネート、サルフェート、バイカーボネート、オルトホスフェート、シリケート、酸化物又は水酸化物である。塩が種々の結晶形態で生じる場合、全ての塩の結晶形態が包含される。非水溶性の無機塩類は、好ましくは、硫酸カルシウム、炭酸カルシウム、リン酸カルシウム、ケイ酸カルシウム、フッ化カルシウム、アパタイト、リン酸マグネシウム、水酸化マグネシウム、酸化マグネシウム、炭酸マグネシウム、ドロマイト、炭酸リチウム、リン酸リチウム、炭酸ストロンチウム、硫酸ストロンチウム、硫酸バリウム、酸化亜鉛、リン酸亜鉛、ランタノイド類の酸化物類、ランタノイド類の水酸化物類、ランタノイド類の炭酸塩類、及びランタノイド類のリン酸塩類、硫酸ナトリウムランタノイド、硫酸スカンジウム、硫酸イットリウム、硫酸ランタン、水酸化物スカンジウム、酸化スカンジウム、酸化アルミニウム、水和酸化アルミニウム及びこれらの混合物から選択される。アパタイトとは、フルオロアパタイト、ヒドロキシルアパタイト、クロロアパタイト、カーボネートアパタイト、及びカーボネートフルオロアパタイトを指す。特に好適なのは、カルシウム及びマグネシウム塩類、例えば炭酸カルシウム、リン酸カルシウム、炭酸マグネシウム、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、硫酸カルシウム及びこれらの混合物である。酸化アルミニウム、二酸化チタン及び二酸化ケイ素の非晶質又は結晶形態も好適である。少なくとも1つの前記金属陽イオン及び任意にその他のいずれかの金属陽イオンを含み、ペロブスカイト又はスピネル構造を示す混合金属酸化物類は、粉末として白色又は黄色を示す限り好適である。これらの脱凝集助剤はまた、それらの水和物形態で使用できる。有用な脱凝集助剤は更に、多くの粘土類、タルカム及びゼオライト類を含む。二酸化ケイ素は、好ましくは非晶質形態で使用され、例えば5〜75nmの範囲の粒径を有する燻蒸シリカ類としての親水性又は疎水性のエアロシル(Aerosil)(登録商標)として使用される。選択的にまた、市販の水性シリカゾル、例えば5〜75nmの範囲の粒径を有するレバシル(Levasil)(登録商標)Kieselsole(H.C.スターク(H.C. Starck GmbH))としての水溶性の形態を使用できる。
超微粒子状非水溶性塩の平均一次粒径は、通常、200μm未満、好ましくは100μm未満、特に50μm未満、より好ましくは20μm未満、さらにより好ましくは10μm未満、最も好ましくは5μm未満の範囲である。燻蒸シリカ類は、例えば50nm未満、好ましくは30nm未満、さらにより好ましくは20nm未満の一次粒径のさらに細かい粒子として使用されることが多い。
好ましい実施形態において、超微粒子状非水溶性塩は、吸水性ポリマー粒子の重量に基づいて、0.001重量%〜20重量%の範囲、好ましくは10重量%未満、特に0.001重量%〜5重量%、より好ましくは0.001重量%〜2重量%の範囲、最も好ましくは0.001〜1重量%の量で使用される。
上記の無機塩類の代わりに、又はそれに加えて、水性分散体の形態で同様に使用できるその他の既知の脱凝集助剤、例えばワックス類及び好ましくは微紛化若しくは好ましくは部分的に酸化されたポリエチレン系ワックス類を使用することも可能である。こうしたワックス類は、本明細書に参考として明示的に組み込まれるEP0755964に記載されている。
更に、凝集を防止するために、高いTg(>50℃)を有する別のポリマーの分散体又は溶液による第2のコーティングを行うことができる。
有用な脱凝集助剤としては更に、ステアリン酸、ステアレート類、例えば、ステアリン酸マグネシウム、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸アルミニウム、及び更にポリオキシエチレン−20−ソルビタンモノラウレート及びまたポリエチレングリコール400モノステアレートが挙げられる。
有用な脱凝集助剤としては、同様に界面活性剤が挙げられる。界面活性剤は、単独で使用でき、又は上述の脱凝集助剤、好ましくは非水溶性塩の1つと混合できる。
添加はフィルム形成ポリマーと共に、フィルム形成ポリマーの添加の前に、又はフィルム形成ポリマーの添加後に行うことができる。一般に、好ましくは熱処理前に添加できる。界面活性剤は更に、後架橋操作の間に適用できる。
好ましい実施形態において、脱凝集助剤、好ましくは少なくとも2つの異なる脱凝集助剤は、工程a)にて、及び工程b)の後にて添加される。
別の実施形態において、脱凝集助剤は、工程b)の後にのみ添加される。
有用な界面活性剤としては、非イオン性、陰イオン性及び陽イオン性界面活性剤、及びまたこれらの混合物が挙げられる。吸水性材料は、好ましくは非イオン性界面活性剤を含む。有用な非イオン性界面活性剤としては、例えばソルビタンエステル類、例えばソルビタン類とC〜C18カルボン酸類、例えばラウリル酸、パルミチン酸、ステアリン酸及びオレイン酸類とのモノ−、ジ−又はトリエステル類;ポリソルベート類;8〜22個、及び好ましくは10〜18個の炭素原子をアルキル鎖に有し、1〜20個及び好ましくは1.1〜5個のグルコシドユニットを有するアルキルポリグルコシド類;N−アルキルグルカミド類;アルキルアミンアルコキシラート類又はアルキルアミドエトキシレート類;アルコキシル化C〜C22−アルコール類、例えば脂肪族アルコールアルコキシラート類又はオキソアルコールアルコキシラート類;エチレンオキシド、プロピレンオキシド及び/又はブチレンオキシドのブロックポリマー類;C〜C14−アルキル鎖及び5〜30モルのエチレンオキシドユニットを有するアルキルフェノールエトキシレート類が挙げられる。
界面活性剤の量は、一般に、吸水性材料の重量に基づいて、0.01重量%〜0.5重量%、好ましくは0.1重量%未満、特に0.05重量%未満の範囲である。
熱処理は、50℃を越える温度、好ましくは100℃〜200℃、特に120〜180℃の範囲の温度で行う。理論に束縛されるものではないが、熱処理は、適用されるフィルム形成ポリマー、好ましくはポリウレタンを流動化させ、ポリマーフィルムを形成させることによってポリマー鎖を絡ませる。熱処理の持続時間は、選択される熱処理温度並びにフィルム形成ポリマーのガラス転移温度及び融解温度に依存する。一般に、30分〜120分の範囲の熱処理時間で十分であることがわかるであろう。しかし、ポリマーフィルムの所望の形成はまた、例えば流動床乾燥機にて30分未満で熱処理が行われる場合でも達成できる。より長い時間も勿論可能であるが、特により高温では、ポリマーフィルム又は吸水性材料に損傷をきたすことがある。
吸水性材料の性能は最適化でき、所与の温度での熱処理に必要な時間は、熱処理乾燥機から特定の予め定められた滞留時間にてコーティングされた吸水性材料からサンプルを取り出す場合に、最小限にできることがわかっている。熱処理の開始時にて、生成物のCS−SFC値は徐々に増加するが、次いでしばらくすると、特定のレベルに減少するか、若しくは安定する。故に、工程b)において、得られたポリマー粒子のCS−SFC値が、最適なCS−SFC値の少なくとも10%、好ましくは少なくとも30%、特に少なくとも50%、更により好ましくは少なくとも80%、最も好ましくは95%であるように、熱処理の持続時間を選択することが、本発明の実施形態の1つである。驚くべきことに、熱処理の最適な時間は更に、融合剤及び/又は酸化防止剤の添加によって影響を受けることもわかっている。ポリウレタン用の架橋剤の存在も、最適な時間に影響する場合がある。
最適なCS−SFC値は、コーティングされた吸水性ポリマー粒子のバッチを、撹拌しながら一定に保たれた所与の生成物温度にて処理し、そのバッチから少量のサンプルを定期的に抽出することによって容易に測定される。これらのサンプルから吸水性材料の特性を測定し、滞留時間に対して性能データーを一覧にするか又はプロットすることによって、使用される特定の装置における最適な熱処理時間を決定することができる。一般に性能最適値/最大値が観測される。生成物サンプルは、通常、例えば5分毎〜10分毎の予め定められた滞留時間後に取り出される。当業者は、通常、熱処理の開始時から滞留時間に到達するまで約5以上のサンプルを取り、その後、CS−SFCデーターが安定するか又は減少するこのサンプル集合から少なくとも2つの続くサンプルを得た。最適な条件を決定するために、十分な数の生成物サンプルを取り、これらのサンプルに関してCS−SFC及びその他のそれぞれの吸収性データーを得る必要がある。次いで、このデーターは滞留時間に対してプロットされ、最適な滞留時間は図形にて決定できる。或いは、当業者は最適な滞留時間を決定するためにフィットアルゴリズム(fit-algorithms)を使用する。さらに、このプロセスは、熱処理生成物温度についても最適化するために異なる熱処理温度について繰り返すのが好ましい。最適なCS−SFCは最大CS−SFCである。しかし、特定の吸水性材料の製造に関して、最適CS−SFCの望ましい画分を得るために必要な滞留時間と同時に、そのCCRC又はその他の関連する性能特性を最大にするために必要とされる滞留時間を決定するのが望ましい場合があり、それは上述した同じ手順を用いてこれらパラメータの両方又は全てを滞留時間に対してプロットするか、又は評価することによって達成できる。当業者はまた、上記の手順に従う場合に加熱曲線のような装置の特定の効果を考慮する。
本明細書の実施形態の1つでは、吸水性材料を含む吸収性構造体であって、
a)流動床反応器にて0℃〜150℃の範囲の温度で弾性フィルム形成ポリマーを用いて吸水性ポリマー粒子をスプレーコーティングする工程、及び
b)50℃を越える温度で前記コーティングされたポリマー粒子を熱処理する工程、
によって得ることができ、工程a)及び/又はb)では酸化防止剤又は工程b)では融合剤を添加し、工程b)の熱処理の持続時間は得られたポリマー粒子のCS−SFC値が最適なCS−SFC値の少なくとも10%となるように選択される;
或いは次の工程を含むプロセスによって得ることができる。
a)0℃〜150℃の範囲で流動床反応器にて弾性フィルム形成ポリマーで吸水性ポリマー粒子をスプレーコーティングする工程、及び
b)50℃を越える温度にて前記コーティングされた粒子を熱処理する工程、
によって得ることができ、工程a)にて酸化防止剤及び融合剤を添加し、工程b)の熱処理の持続時間は得られたポリマー粒子のCS−SFC値が最適なCS−SFC値の少なくとも10%となるように選択される。
任意にポリウレタン用の架橋剤を工程a)にて添加してもよい。
熱処理は、例えば流動床乾燥機、トンネル乾燥機、トレー乾燥機、タワー乾燥機、1以上の加熱スクリュー又はディスク乾燥機、又はナラ(Nara)(登録商標)乾燥機にて行う。熱処理は、強制空気オーブンにてトレー上で行うことができる。この場合、熱処理の前にコーティングされたポリマーを脱凝集助剤で処理するのが望ましい。或いは、トレーは粘着防止コーティングされ得、次いで共に燒結するのを避けるために単粒子層としてトレー上にコーティングされたポリマーを配置する。
熱処理は、好ましくは流動床反応器にて行われ、より好ましくは連続流動床反応器、特にワースター(Wurster)コーターにて直接行われる。コーティング工程a)及び熱処理工程b)は、流動床反応器、特に非常に好ましくは連続流動床反応器にて行うのが特に望ましい。
コーティング、熱処理及び冷却のプロセス工程に関して、不活性ガスの使用が可能な場合もあるが、一般的には、必須ではない。本発明によれば、これらの工程それぞれにおいて空気、除湿空気又は乾燥空気、又はこれらの1以上のプロセス工程にて空気と不活性ガスとの混合物を使用することができる。好ましい実施形態において、熱処理工程のガス流の酸素含有量は、8体積%未満、好ましくは1体積%未満である。
本発明に従うプロセスによって得られる吸水性材料は、均質フィルムで覆われていると考えられる。理論に束縛されることを望むわけではないが、シェルが膨潤中及び膨潤後に維持される限り、膨潤中に現れる物理的応力が粒子表面上のポリマーフィルムによって膨潤した吸水性粒子にほぼ均一に分配される限り、封入モルホロジーは特に重要ではない。コーティング速度及び吸収性ポリマー粒子に基づいて適用されるポリマー量並びに適用方法によって、ポリマーフィルムは、考えられる限り、完全に連続しておらず、覆われていない領域、例えば島を有する場合がある。この実施形態も本発明に包含される。欠陥のあるコーティング、例えばホールを有するコーティングは、超吸収性ポリマー粒子がコーティングされて、実質的に欠陥のないコーティングの場合と同様な実質的な機械応力を、コーティングされた吸水性ポリマー粒子の膨潤時に生じる限り、コーティングの欠陥に拘わらず不利ではない。ポリマーの親水性は、この実施形態において重要でない。充填剤又はポリマー添加剤を分散体に使用することによって、こうした不完全性を故意に組み込むことは、特許請求された材料の吸収速度を増大させる手段を提供し、利点として使用され得る。コーティングされた吸水性材料の膨潤中に後で溶解する水溶性充填剤をコーティングに包含させるのが有利な場合がある。実施形態の1つでは、フィルム形成ポリマーは、実質上全てのコーティングされた吸水性ポリマー粒子の表面に部分的に穿孔のあるフィルムを形成する。
物理的応力の均一分配は、膨潤吸水性材料の顕微鏡観察によって視覚可能になる。個々の粒子は、それらが非常に不規則な吸水性ポリマー粒子から製造される場合であっても丸い又は球状の形状を示す傾向がある。理論に束縛されるものではないが、所与のバッチ中の大部分、又は全ての吸水性ポリマー粒子が均一にコーティングされるのが好ましい。このような吸水性材料をその他の顆粒状のコーティングされていない超吸収性ポリマー類といずれかの比で混合して使用することも可能な場合がある。
一般に、欠陥のない粒子及び欠陥のある粒子は近接して存在することが観察され、これは染色方法によって顕微鏡にて視覚化できる。
こうした場合、以下に詳述されるように、吸収性ポリマー粒子は後架橋されるのが有利な場合がある。既に後架橋された吸水性ポリマー粒子を、フィルム形成ポリマー、特にポリウレタンでコーティングできる。熱処理の前まで、すなわち好ましくは流動床にてフィルム形成ポリマーと同時に、特にポリウレタンと同時に、又はフィルム形成ポリマーのコーティング工程後まで、後架橋剤を適用しないことも同様に可能である。プロセスの後者の場合には、これは、例えば脱凝集助剤の好ましい添加と同時に達成できる。全ての場合において、熱処理は、50℃〜200℃の範囲の温度で行われ、最も好ましくは120℃〜180℃の範囲の温度で行われる。
ある場合には、弾性フィルム形成ポリマー類でコーティングされた吸水性粒子の粉末流及び圧縮特性は、工程b)としての熱処理後に悪化(deteriote)することがわかっている。それらは、温かい状態並びに周囲温度にまで冷却した後、例えば大きな袋で重量圧力下にて長時間貯蔵された後に粘着し、凝集する傾向がある。最終のプロセス工程にて既にコーティングされ、熱処理された吸水性粒子上に脱凝集助剤を適用することによって、粘着性を低減又は削除でき、流動性(すなわち流速)を顕著に改善できる。好ましい実施形態において、脱凝集助剤は、流動床にて熱い吸水性粒子上に分散体として噴出される。これによる利益はコーティングされた粒子の部分冷却であり、そのため塊全体をある温度に冷却するための時間及びエネルギーを節約し、大きな袋に放出可能にする。こうした脱凝集助剤は、この目的のために、0.001〜10重量%、好ましくは0.01〜5重量%、より好ましくは0.05〜1.0重量%、最も好ましくは0.5〜0.8重量%の量で使用される。典型的な凝集助剤は上述されている。
熱処理工程が完了した後、乾燥した吸水性ポリマー材料を冷却する。そのために、温かく乾燥したポリマーは、好ましくは連続的に下流冷却器に移される。これは、例えばディスク冷却器、ナラ(Nara)パドル冷却器又はスクリュー冷却器であり得る。冷却は、冷却器の壁及び適切な場合は撹拌要素によって、好適な冷却媒体、例えば温かい又は冷たい水を流して行う。水又は添加剤の水溶液若しくは分散体は、好ましくは冷却器中でスプレーされてもよく、これは、冷却効率(水の部分的な蒸発)を増大させ、最終生成物中の残留水分含有量を、0重量%〜15重量%の範囲、好ましくは0.01重量%〜6重量%の範囲、より好ましくは0.1重量%〜3重量%の範囲の値に調節できる。増大した残留水分含有量は、生成物の塵含有量を低減し、こうした吸水性材料が水性液体と接触する場合に膨潤を促進するのに役立つ。添加剤の例は、トリエタノールアミン、界面活性剤、シリカ又は硫酸アルミニウムである。
しかし、任意に、冷却のためだけの冷却器を使用し、下流の別個の混合器にて水及び添加剤の添加を行うこともできる。冷却により、生成物が容易にプラスチック袋又はサイロトラック内に収容できる程度にまでだけ生成物温度を下げる。冷却後の生成物温度は、通常90℃未満、好ましくは60℃未満、最も好ましくは40℃未満、好ましくは−20℃を越える。
流動床冷却器を使用するのが好ましい場合がある。
コーティング及び熱処理の両方が流動床で行われる場合、2つの操作は、別個の装置又は連通チャンバを有する1つの装置にて行うことができる。冷却も流動床冷却器で行われる場合、別個の装置又は任意に第3の反応チャンバを有するただ1つの装置にて他の2つの工程と併せて行うことができる。互いに連続して連結した複数のチャンバにてコーティング工程のような特定の工程を行うのが望ましい場合があるので、より多くの反応チャンバが可能であり、その結果、吸収性ポリマー粒子は、その粒子を次々に連続的に各チャンバを通過させることによって各チャンバー内でフィルム形成ポリマーシェルを連続的に構築する。
本明細書に記載されるプロセスは、良好な時空間収率にて優れた吸収特性を有する吸水性ポリマー粒子を製造するという事実において注目に値する。更に、特に少なくとも1つの酸化防止剤を使用する場合に酸素を含有するガス流中にて作用させることができるようになる。
本発明に従って得られる水膨潤性材料は、好ましくは20重量%未満の水、更に10重量%未満、更に8重量%未満、更に5重量%未満の水を含むか、又は更には水を含まない。水膨潤性材料の水含量は、EDANA試験、番号ERT430.1−99(1999年2月)によって測定され得、その試験は、水膨潤性材料を105℃で3時間乾燥させ、乾燥後の水膨潤性材料の重量損失によって水分含有量を測定することを含む。
水膨潤性材料は、水膨潤性ポリマー類を2回以上コーティングすることによって得ることができるコーティング剤の2以上の層(シェル)を含むことが可能である。これは同じコーティング剤であっても異なるコーティング剤であってもよい。しかし、経済的理由から、フィルム形成ポリマー、好ましくはポリウレタンを有する単一のコーティングが好ましい。
膨潤吸収性コア上の応力が、表面を覆う弾性ポリマーの覆いの反発応力によって分配されて、膨潤プロセス中及び使用中に、弾性ポリマーの覆いがこの点に関して実質的にそのモルホロジー特性を保持するので、乾燥時に不規則形状を有する粒子が、膨潤時にはより丸い形状/モルホロジーになるという事実のため、本発明に従って得られる吸水性材料は注目に値する。覆うフィルム形成ポリマー、特にポリウレタンは、生理食塩水に対して透過性であるので、ポリマー粒子は、CS−CRC(コア・シェル遠心分離保持能)及びCCRC(シリンダー遠心分離保持能)試験において優れた吸収値を達成し、またCS−SFC試験においても良好な透過性を達成する。
本発明に従うプロセスによって達成される、コア・シェル遠心分離保持能(CS−CRC)値が20g/g以上、好ましくは25g/g以上の吸水性材料が好ましい。
同様に、本発明に従うプロセスによって達成されるCS−CRC及びCS−SFC(コア・シェル塩水流能)が次の式を満たす吸水性材料が好ましい:Log(CS−SFC’/150)>3.36−0.133xCS−CRC、式中、CS−SFC’=CS−SFC×10であり、150の次元は[cms/g]である。
同様に、本発明に従うプロセスによって達成されるCS−CRC及びCS−SFC(コア・シェル塩水流能)が次の式を満たす吸水性材料が好ましい:Log(CS−SFC’/150)>2.5−0.095xCS−CRC、式中、CS−SFC’=CS−SFC×10であり、150の次元は[cms/g]である。
本発明に従うプロセスによって達成される、シリンダー遠心分離保持能(CCRC)値が20g/g以上、好ましくは25g/g以上の吸水性材料が好ましい。
同様に、本発明に従うプロセスによって達成されるCCRC及びCS−SFC(コア・シェル塩水流能)が次の式を満たす吸水性材料が好ましい:Log(CS−SFC’/150)>3.36−0.133xCCRC、式中、CS−SFC’=CS−SFC×10であり、150の次元は[cms/g]である。
同様に、本発明に従うプロセスによって達成されるCCRC及びCS−SFC(コア・シェル塩水流能)が次の式を満たす吸水性材料が好ましい:Log(CS−SFC’/150)>2.5−0.095xCCRC、式中、CS−SFC’=CS−SFC×10であり、150の次元は[cms/g]である。
実施形態の1つでは、得られた吸水性材料が、少なくとも350×10−7cms/g、又は好ましくは少なくとも(at elast)400×10−7cms/g又は更に少なくとも450×10−7cms/gのCS−SFCを有するのが好ましい場合がある。別の実施形態では、得られた本明細書の吸水性材料が少なくとも540×10−7cms/g、又は更に好ましくは少なくとも600×10−7cms/gのCS−SFCを有するのが更に好ましい場合がある。
更に、本発明のプロセスによって製造される吸水性材料は、高い湿潤多孔性を有する(すなわち、これは、ある量の本発明の水膨潤性材料が一旦液体を吸収し、膨潤したら、それは通常は(ヒドロ)ゲル又は(ヒドロ)ゲル床を形成し、これは特にコーティングされていない吸水性ポリマー粒子に比べて、本明細書に参考として明示的に組み込まれる米国特許第5,562,646号に開示されているPHL試験を用いて測定できるように、特定の湿潤多孔性を有することを意味し、吸水性材料及び吸水性ポリマー粒子が、試験方法に記載されるのとは異なる圧力で試験される場合、この試験に使用される重量は準拠して調整されるべきである。
更に、本発明のプロセスによって製造される吸水性材料は、本明細書に記載されるCS−SFC試験を用いて測定できるように、ゲル床を通る液体流に関して高い透過性を有する。
以降、ヒドロゲル形成ポリマーとも称される吸水性材料を、本明細書にて以下に記載される試験方法によって試験した。
方法:
特に記載しない限り、23±2℃の周囲温度及び50±10%の相対湿度にて測定を行うべきである。吸水性ポリマー粒子は、測定の前に完全に混合される。次の方法の趣旨上、AGMは「吸収性ゲル化材料」を意味し、吸水性ポリマー粒子並びに吸水性材料に関連付けることができる。それぞれの意味は、以下の例に与えられるデーターによって明確に規定される。
CRC(遠心分離保持能)
この方法は、ティーバッグ中のヒドロゲルの自由膨潤能力を測定する。CRCを測定するために、0.2000+/−0.0050gの乾燥ヒドロゲル(粒径画分106〜850μm、又は続く実施例にて具体的に示される)を60×85mmサイズのディーバッグに計量し、続いて密封する。ティーバッグを、過剰量の0.9重量%の塩化ナトリウム溶液(少なくとも0.83Lの塩化ナトリウム溶液/1gのポリマー粉末)に30分置く。このティーバッグを続いて250gにて3分間遠心分離する。液体量は、遠心分離されたティーバッグを計量することによって測定される。手順は、EDANA推奨試験方法番号441.2−02(EDANA=欧州使い捨て不織布協会(European Disposables and Nonwovens Association))に相当する。ティーバッグ材料及びまた遠心分離及び評価はそこに規定されるている通りである。
CS−CRC(コア・シェル遠心分離保持能)
CS−CRCは、サンプルの膨潤時間を30分から240分に延長すること以外、CRCと完全に同様に行われる。
CCRC方法は以下に記載される。
AUL(荷重4.8kPa(0.7psi)の下での吸収性)
荷重下での吸収性は、各実施例に関して、実施例に報告される粒径分布を有する実際のサンプルを測定する以外、、EDANA(EDANA=欧州使い捨て不織布協会(European Disposables and Nonwovens Association))が推奨する圧力下での吸収性試験方法番号442.2−02と同様に測定される。
AUL4.8kPa(0.7psi)を測定するための測定セルは、内径60mm及び高さ50mmのプレキシガラス(Plexiglas)シリンダーである。36μmのメッシュサイズを有するステンレススチールシーブボトムを、その下面に接着させる。測定セルはさらに、59mmの直径を有するプラスチックプレートと、そのプラスチックプレートと共に測定セルに置くことができる重りを包含する。プラスチックプレート及び重りは合わせて1345gの重さである。AUL4.8kPa(0.7psi)は、空のプレキシグラスシリンダー及びプラスチックプレートの重量を測定し、それをWとして記録することによって測定される。次いで0.900+/−0.005gのヒドロゲル形成ポリマー(粒径分布150〜800μm又は続く実施例で具体的に報告される)をプレキシガラス(Plexiglas)シリンダー内で計量し、ステンレススチールシーブボトム上に極めて均一に分配する。次いで、プラスチックプレートをプレキシガラス(Plexiglas)シリンダーに注意深く置き、ユニット全体を計量し、その重さをWとして記録する。次いでプレキシガラス(Plexiglas)シリンダー内のプラスチックプレート上に重りを置く。次いで、直径120mm、高さ10mm及び多孔性が0のセラミックフィルタープレート(ショット(Schott)からのデュラン(Duran))を、直径200mm及び高さ30mmのペトリ皿の中央に置き、十分な0.9重量%の塩化ナトリウム溶液を、フィルタープレートの表面を濡らすことなく、フィルタープレート表面と同じレベルまで液体面を導入する。直径90mm及び孔径<20mmの丸い濾紙(シュライヒャー・アンド・シュル(Schleicher & Schull)からのS&S589Schwarzband)を続けてセラミックプレート上に置く。ヒドロゲル形成ポリマーを保持するプレキシガラス(Plexiglas)シリンダーを、次いで濾紙の上部にてプラスチックプレート及び重りと共に置き、そこで60分間放置する。この期間の終わりに、完全なユニットを濾紙からペトリ皿の外に取り、次いで重りをプレキシガラス(Plexiglas)シリンダーから取り除く。膨潤したヒドロゲルを保持するプレキシガラス(Plexiglas)シリンダーをプラスチックプレートと共に計量し、
その重さをWとして記録する。
荷重下での吸収性(AUL)は次のように計算される:
AUL4.8kPa(0.7psi)[g/g]=[W−W]/[W−W
AUL2.1kPa(0.3psi)及び3.4kPa(0.5psi)は、適切なより低い圧力にて同様に測定される。
CS−AUL(荷重4.8kPa(0.7psi)下でのコア・シェル吸収性)
CS−AUL4.8kPa(0.7psi)を測定するための測定セルは、内径60mm及び高さ50mmのプレキシグラス(Plexiglas)シリンダーである。36μmのメッシュサイズを有するステンレススチールシーブボトム(Weisse&Eschrichからのスチール(Steel)1.4401、ワイア直径0.028mm)をその下面に接着させる。測定セルは更に、59mmの直径を有するプラスチックプレートと、そのプラスチックプレートと共に測定セルに置くことができる重りとを含む。プラスチックプレート及び重りは合わせて1345gの重さである。AUL4.8kPa(0.7psi)は、空のプレキシグラスシリンダー及びプラスチックプレートの重量を測定し、それをWとして記録することによって測定される。次いで0.900+/−0.005gのヒドロゲル形成ポリマー(粒径分布150〜800μm又は続く実施例で具体的に報告される)をプレキシガラス(Plexiglas)シリンダー内で計量し、ステンレススチールシーブボトム上に極めて均一に分配する。次いで、プラスチックプレートをプレキシガラス(Plexiglas)シリンダーに注意深く置き、ユニット全体を計量し、その重さをWとして記録する。次いでプレキシガラス(Plexiglas)シリンダー内のプラスチックプレート上に重りを置く。直径90mmの丸い濾紙(Schleicher & Schullからの597番)を、直径115mm及び高さ65mmの500mL結晶化皿(ショット(Schott)から)の中央部に置く。200mLの0.9重量%塩化ナトリウム溶液を、次いで導入し、ヒドロゲル形成ポリマーを保持するプレキシガラス(Plexiglas)シリンダーを、次いで濾紙の上部にプラスチックプレートと重りと共に、240分間そこに放置する。この期間の終わりに、完全なユニットを濾紙からペトリ皿の外にとり、粘着性の液体を5秒間排出する。次いで重りをプレキシガラス(Plexiglas)シリンダーから取り除く。膨潤したヒドロゲルを保持するプレキシガラス(Plexiglas)シリンダーをプラスチックプレートと共に計量し、その重さをWとして記録する。
荷重下での吸収性(AUL)は次のように計算される:
AUL4.8kPa(0.7psi)[g/g]=[W−W]/[W−W
AUL2.1(0.3psi)及び3.4kPa(0.5psi)は、適切なより低い圧力にて同様に測定される。
塩水流伝導度(SFC)
膨潤ゲル層の透過性を測定する方法は、「ゲル層透過性(Gel Layer Permeability)」としても知られる「塩水流伝導度(Saline Flow Conductivity)」であり、EPA640330に記載されている。この方法のために使用される装備は、以下に記載されるように変更されている。
図1は、空気アドミタンスAのための開放末端管、再充填用の栓B、一定の静水頭部リザーバC、ラボジャッキD、配送チューブE、ストップコックF、リングスタンド支持体G、受容容器H、てんびんI及びSFC装置Lを備えた透過性測定装置を示す。
図2は、金属重りM、プランジャーシャフトN、蓋O、センタープランジャーP及びシリンダーQからなるSFC装置Lを示す。
シリンダーQは、6.00cmの内径を有する(面積=28.27cm)。シリンダ−Qの底部は、取付ける前にピンと張るようにニ軸に伸ばしたステンレススチールスクリーンクロス(メッシュ幅:0.036mm;ワイア直径:0.028mm)に面している。プランジャーは、21.15mm直径のプランジャーシャフトN(上部26.0mmは15.8mmの直径を有し、カラーを形成する)、伸ばされたステンレススチールスクリーン(メッシュ幅:0.036mm:ワイア直径:0.028mm)で覆われた穿孔センタープランジャーP及び環状ステンレススチールの重りMから成る。環状ステンレススチール重りMは、センターボアを有し、プランジャーシャフトにはまり、カラー上に止まることができる。センタープランジャーP、シャフト及びステンレススチール重りMの合わせた重量は、596g(±6g)にならなければならず、これはシリンダーの面積に対して2.1kPa(0.30PSI)に対応する。シリンダーの蓋Oは、プランジャーシャフトNを垂直に位置合わせするために中央に開口部、及びシリンダーQにリザーバからの液体を導入するために縁部付近に第2の開口部を有する。
シリンダーQの仕様詳細は次の通りである:
シリンダーの外側直径:70.35mm
シリンダーの内径:60.0mm
シリンダー高さ:60.5mm
シリンダーの蓋Oの仕様詳細は次の通りである:
SFC蓋の外側直径:76.05mm
SFC蓋の内径:70.5mm
SFC蓋の合計外側高さ:12.7mm
カラーのないSFC蓋の高さ:6.35mm
中央部に配置されるプランジャーシャフトのためのホール直径:22.25mm
SFC蓋のホールの直径:12.7mm
上述の2つのホールの中央距離:23.5mm
金属重りMの仕様詳細は次の通りである:
金属重りのためのプランジャーシャフトの直径:16.0mm
金属重りの直径:50.0mm
金属重りの高さ:39.00mm
図3は、プランジャーセンターPの仕様詳細を示す
SFCプランジャーセンターの直径m:59.7mm
SFCプランジャーセンターの高さn:16.5mm
9.65mmの直径を有し、47.8mmボルトサークル上に等しく間隔を置いた14個のホールo、及び
9.65mmの直径を有し、26.7mmボルトサークル上に等しく間隔を置いた7個のホールp
1.6cm(5/8インチ)のスレッドq
使用する前に、SFC装置のステンレススチールスクリーンは、故障、ホール又は伸び過ぎについて正確に調査すべきであり、必要に応じて取り替える。損傷したスクリーンを有するSFC装置は、間違ったSFC結果を導く可能性があり、スクリーンが完全に取り替えられるまで使用してはならない。
シリンダーの底部に取付けられたスクリーンの上方5.00cm(±0.05cm)の高さを測定し、パーマネント・ファイン・マーカーにて、シリンダーに明確にマークをつける。これは、分析中に維持されるべき流体レベルをマークしている。正確で一定の流体レベル(静水圧力)を維持することは、測定の正確度に重要である。
一定の静水頭部リザーバCは、シリンダーにNaCl溶液を送達し、シリンダーの底部に取付けられたスクリーンの上方5.0cmの高さに溶液のレベルを維持するために使用される。リザーバの空気取り込み管Aの底部の末端部は、測定の間必要とされる5.0cmの高さにシリンダーの流体レベルを維持するために配置され、すなわち、ベンチトップから空気管Aの底部の高さは、受容容器上方の支持スクリーンにある場合、シリンダー上の5.0cmのマークのベンチトップからの高さと同じである。空気取り込み管Aとシリンダー上の5.0cmの流体高さマークとの適切な高さ位置合わせは、分析に重要である。好適なリザーバは、流体を配送するための水平に配向したL型の配送チューブE、リザーバ内の固定された高さにて空気を入れるための開口末端垂直管A及びリザーバを再充填するための栓Bを含有するジャーから成る。リザーバCの底部付近に配置される配送チューブEは、流体の配送を開始/停止するためのストップコックFを含有する。管の出口は、シリンダー蓋Oでの開口部を通して挿入されるべき寸法であり、その末端部は、(5cm高さを得た後)シリンダーの流体表面より小さく配置される。空気取り込み管は、0環カラーと一緒の位置に保持される。リザーバは、シリンダーの高さに対してその高さを調節するために実験用ジャッキD上に配置できる。リザーバの構成要素は、必要な高さ(すなわち、静水頭部)にシリンダーを素早く満たすような大きさに作られ、測定の持続時間の間この高さを維持する。リザーバは、少なくとも10分間、最小3g/秒の流速にて液体を配送できなければならない。
16メッシュの剛性ステンレススチール支持スクリーン(又は等価物)を有する環スタンド上にプランジャー/シリンダー装置を配置する。この支持スクリーンは、流体の流れを妨害しないために十分透過性であり、伸張を妨げるステンレススチールメッシュクロスを支持するのに十分剛性である。支持スクリーンは、試験の間、シリンダー装置の傾きを妨げるため平坦で水平でなければならない。支持スクリーンより下方に配置される(が、支持しない)回収リザーバにおいてスクリーンを通過する流体を回収する。回収リザーバは、少なくとも0.01gまでの正確さで天秤に配置される。天秤のデジタル出力は、コンピュータ処理されたデーター獲得システムに連結される。
試薬の調製
標準1リットル体積について次の調製を言及する。1リットルを超える調製に関して、全ての成分は適切に計算されなければならない。
ジェイコ合成尿
1Lのメスフラスコを脱イオン水でその体積の80%を満たし、攪拌棒を加えて、攪拌プレート上に置く。別に、計量紙又はビーカーを用い、化学てんびんを用いて次の乾燥成分の量を(±0.01gでの正確さで)計量し、それらが以下に列挙される同じ順番でメスフラスコに添加される。全ての固形分が溶解するまで混合し、次いで攪拌棒を取り除き、1Lの体積まで蒸留水で希釈する。攪拌棒を再び添加し、数分間更に攪拌プレート上にて混合する。調製された溶液の伝導度は、7.6±0.23mS/cmでなければならない。
無水の化学式[水和]
塩化カリウム(KCl)2.00g
硫酸ナトリウム(Na2SO4)2.00g
リン酸ニ水素アンモニウム(NH4H2PO4)0.85g
リン酸アンモニウム,二塩基((NH4)2HPO4)0.15g
塩化カルシウム(CaCl2)0.19g−[塩化カルシウム水和物(2H2O)0.25g]
塩化マグネシウム(MgCl2)0.23g−[塩化マグネシウム水和物(6H2O)0.50g]
調製をより早くするために、次が添加される前に各塩が全て溶解するまで待つ。ジェイコは、2週間清浄なガラス容器に保存してもよい。溶液が曇ったら使用しない。清浄なプラスチック容器中での貯蔵寿命は10日間である。
0.118Mの塩化ナトリウム(NaCl)溶液
計量紙又はビーカーを用いて6.90gの塩化ナトリウムを1Lのメスフラスコ内で(±0.01gの正確さで)計量し、脱イオン水を用いて体積まで充填する。攪拌棒を添加し、全ての固形分が溶解するまで攪拌プレート上にて混合する。調製された溶液の伝導度は、12.50±0.38mS/cmでなければならない。
試験調製
参照金属シリンダー(直径40mm;高さ140mm)を用いて、キャリパーゲージ(例えば、ミトトヨ・ディジマティック・ヘイト・ゲージ(Mitotoyo Digimatic Height Gage))を0と計測されるように設定する。この操作は、滑らかで水平なベンチトップにて行うのが都合が良い。キャリパーゲージ下でAGMなしでSFC装置を配置し、0.01mmの単位でL1としてキャリパーを記録する。
一定の静水頭部リザーバを0.118MのNaCl溶液で満たす。測定の間、SFCシリンダー中の液体メニスカスの上方部分を必要な5.0cm高さに維持するために、リザーバ空気取り込み管Aの底部を配置する。空気取り込み管Aをシリンダー上の5cmの流体高さマークにて適切な高さに位置合わせすることは、分析に重要である。
ディスクの上部に過剰の合成尿を添加することによって8cmのフリットディスク(厚さ7mm:例えばケムガラス(Chemglass Inc.)#CG201−51、粗い多孔性)を飽和させる。ディスクが飽和するまで繰り返す。飽和したフリットディスクを水和皿に置き、合成尿をディスクのレベルに到達するまで添加する。流体の高さはディスクの高さを越えてはならない。
天秤上に回収リザーバを置き、コンピュータ処理されたデーター獲得システムに天秤のデジタル出力を連結する。回収皿上方の16メッシュの剛性ステンレススチール支持スクリーンを有する環スタンドを配置する。この16メッシュスクリーンは、測定の間、SFC装置を支持するために十分剛性でなければならない。支持スクリーンは平坦で水平でなければならない。
AGMサンプリング
AGMサンプルは、閉じた瓶に保存され、一定の低湿度環境に維持すべきである。粒径を均一に分配するためにサンプルを混合する。スパチュラを用いて容器の中央部から試験されるべき材料の代表的なサンプルを取り出す。サンプル分割器(divider)の使用は、サンプルの粒径分布の均質性を増加させるために推奨される。
SFC手順
化学天秤プレート上に計量漏斗を配置し、天秤を0にする。スパチュラを用いて、0.9g(±0.05g)のAGMを計量漏斗内で計量する。ベンチにSFCシリンダーを配置し、計量漏斗を取り、指で優しく叩きながら、AGMをシリンダー内に移し、スクリーン上での均一な分散が確実にする。AGMを移す間、シリンダーを徐々に回転させ、分散を促進し均質分布を得る。スクリーン上の均一な粒子分配は最も高い正確さを得るために重要である。分配の終盤にて、AGM材料がシリンダー壁に付着してはならない。プランジャーシャフトを蓋のセンターホールに挿入し、次いでプランジャーセンターを数センチメートルに亘ってシリンダーに挿入する。プランジャーセンターをAGMから離し続けて、シリンダーに蓋を挿入し、2つの位置合わせが達成されるまで注意深く回転させる。プランジャーを注意深く回転させ、蓋と位置合わせをし、次いで乾燥AGMの上部に止まるように降ろす。ステンレススチール重りをプランジャーロッドに挿入し、蓋が自由に動くかどうかを確かめる。蓋の適切な位置付けにより、重りの結合を防止し、ゲル床に対する重りの均一な分配を確実にする。
シリンダー底部の薄いスクリーンは、容易に伸張される。伸張を防止するために、装置のシリンダー部分を掴みながら、蓋のすぐ上にあるプランジャーロッド上に人差し指で横からの圧力を適用する。これにより、シリンダー内側に対して適切な位置にプランジャーを「ロックし」、その結果装置を持ち上げることができる。フリットディスク上の装置全体を水和皿に置く。皿の流体レベルは、フリットディスクの高さを超えるべきではない。この手順の間に、層が流体を放出又は空気を取り入れないように注意すべきである。皿に利用可能な流体は、全膨潤面に十分な量でなければならない。必要により、水和期間中、更に流体を皿に添加し、十分な合成尿を確実に得られるようにする。60分後、キャリバーゲージ下にSFC装置を置き、キャリパーをL2として0.01mmの単位で記録する。L2−L1の差によって、ゲル層の厚さL0を±0.1mmの単位で計算する。計測値が経時的に変化する場合、最初の値だけを記録する。
SFC装置を回収皿上方の支持スクリーンに移す。装置を持ち上げる場合、シリンダー内側に対して適切な位置にプランジャーがロックされているかを確認する。一定の静水頭部リザーバを、配送チューブがシリンダー蓋のホールを通って置かれるように配置する。次の順序で測定を開始する:
a)一定の静水頭部リザーバのストップコックを開き、流体を5cmマークに到達させる。この流体レベルは、ストップコックを開いて10秒以内に得られるべきである。
b)5cmの流体が達成されたら、直ちにデーター回収プログラムを開始する。
てんびんに取り付けられたコンピュータを得て、ゲル層を通過する流体の量を、10分間に亘り、20秒間隔で記録する。10分間の終わりに、リザーバのストップコックを閉める。60秒から実験の終わりまでのデーターが計算に使用される。60秒前に回収されたデーターは、計算には含まれない。各AGMサンプルについて試験を3回行う。
測定の評価は、EP−A640330から変更がないままである。通過流量は、自動的に取り込まれる。
塩水流伝導度(SFC)は次のように計算される:
SFC[cms/g]=(Fg(t=0)×L)/(d×A×WP)、
式中、Fg(t=0)はg/s単位でのNaCl溶液の通過流量であり、これは通過流量測定のFg(t)データーのt=0に外挿することによる線形回帰分析から得られ、Lはcm単位のゲル層の厚さであり、dはg/cm単位のNaCl溶液の密度であり、Aはcm単位のゲル層の面積であり、WPはdyn/cm単位のゲル層上方の静水圧力である。
CS−SFC(コア・シェル塩水流伝導度)
CS−SFCは次の変更を伴ってSFCと完全に同様に測定される:
SFCを変更するために、当業者は、供給ラインの流体学的抵抗を低くすることで、評価に実際に使用される測定の開始時間に先立ってSFC(5cm)の場合と同一の流体力学的圧力を得、それを評価に使用される測定時間に亘って一定に保つような方法でストップコックを含む供給ラインを設計するであろう。
−使用されるAGMの重量は1.50+/−0.05gである
−0.9重量%の塩化ナトリウム溶液は、AGMサンプルをプレ膨潤するための溶液として、通過流量測定のために使用される
−測定用のサンプルのプレ膨潤時間は240分である
−プレ膨潤のために、直径90mmの濾紙(シュライヒャー・アンド・シュラ−(Schleicher & Schull)、597番)を500mLの結晶化皿(ショット(Schott)、直径=115mm、高さ=65mm)に置き、250mLの0.9重量%の塩化ナトリウム溶液を添加し、次いでサンプルを有するSFC測定セルを濾紙上に置き、240分間膨潤させる
−通過流量データーは、5秒毎に合計3分間記録する
−10秒から180秒間に測定された点は評価に使用され、Fg(t=0)はg/s単位でのNaCl溶液の通過流量であり、これは通過流量測定のFg(t)のt=0に外挿することによる線形回帰分析から得られる
−通過流量溶液のためのSFC測定装置におけるストックリザーバ瓶は、約5kgの塩化ナトリウム溶液を含有する。
コーティングポリマー類を分析するための方法:
弾性フィルム形成ポリマーのフィルムの調製
本明細書に使用される弾性フィルム形成ポリマーを湿潤伸び試験を含む以下の一部の試験方法に供するために、フィルムをそのポリマー類から得る必要がある。
本明細書の試験方法にて評価するための(乾燥)フィルムの好ましい平均(以下に示すような)キャリパーは、およそ60μmである。
フィルムを調製するための方法は、一般に当業者に既知であり、通常は、溶媒キャスト、ホットメルト押出成形又はメルトブロウンフィルムを含む。こうした方法によって調製されたフィルムは、フィルムが引き延ばされるか又は引張られる方向として画定される機械方向を有することも可能である。機械方向に垂直な方向は、横断方向と定義される。
本発明の趣旨上、以下の試験方法に使用されるフィルムは、弾性フィルム形成ポリマーが、以下に列挙される任意の溶媒からの溶液又は分散体に製造できない場合を除いて、溶媒キャストによって形成され、製造できない場合、フィルムは、以下に記載されるようにホットメルト押出成形によって製造される。(後者は、室温で2〜48時間、溶解若しくは分散を試みた後、弾性フィルム形成ポリマーからの粒子状物質が、材料若しくはコーティング剤及び溶媒の混合物中で依然として目に見える場合、又は溶液若しくは分散体の粘度が高すぎてフィルムキャストできない場合である。)
得られたフィルムは、滑らかな表面を有さなければならず、空泡又はクラックのような目に見える欠陥があってはならない。
弾性フィルム形成ポリマーからの本明細書の溶媒キャストフィルムを調製するための例:
本明細書の試験に供されるべきフィルムは、次のように前記材料又はコーティング剤の溶液又は分散液からフィルムをキャストすることによって調製できる:
溶液若しくは分散液は弾性フィルム形成ポリマーを10重量%で水に、又はこれが不可能な場合にはTHF(テトラヒドロフラン)に、又はこれが不可能な場合にはジメチルホルムアミド(DMF)に、又はこれが不可能な場合にはメチルエチルケトン(MEK)に、又はこれが不可能な場合にはジクロロメタンに、又はこれが不可能な場合にはトルエンに、又はこれが不可能な場合にはシクロヘキサンに、溶解又は分散させることによって調製される(これが不可能な場合には以下のホットメルト押出成形プロセスを使用してフィルムを形成する)。次に、その分散液又は溶液を、テフロン皿へと注ぎ、蒸発を遅らせるためにアルミホイルで覆い、溶媒又は分散剤をそのポリマーの最低のフィルム形成温度よりも高い温度で、典型的には約25℃で長時間に亘り、例えば少なくとも48時間、又は更には7日までの間に亘りゆっくりと蒸発させる。次いで、フィルムを真空オーブンに25℃にて6時間置き、残存溶媒の除去を確実にする。
水性分散体からフィルムを形成するためのプロセスは次の通りである:
分散液は、粘度がフィルムを引き延ばすのに十分高く(0.2〜0.5Pa・s(200〜500cps))ある限り、供給元から得られるものを使用してもよく、又は水で希釈してもよい。分散体(5〜10mL)は、引き下げテーブル(draw down table)のステージに取り付けられたアルミホイルの一片に置かれる。ポリマー分散体は、ガードナー(Gardner)測定ロッド#30又は#60を用いて引き延ばされ、乾燥後50〜100ミクロンの厚さのフィルムに引き延ばされる。分散剤は、ポリマーの最小フィルム形成温度を超える温度、通常約25℃にて長期間、例えば少なくとも48時間又は更に7日間までに亘って徐々に蒸発される。フィルムは、最小5分から2時間まで150℃で真空オーブンにて加熱され、次いで基材からフィルムを取り除くために5〜10分間温水浴に浸漬することによってフィルムをホイル基材から取り除く。取り除かれたフィルムは、次いでテフロンシート上に置かれ、24時間周囲条件の下で乾燥される。試験を行うことができるまで、乾燥されたフィルムは、次いでプラスチックバッグにて密封される。
本明細書のホットメルト押出成形フィルムを調製するプロセスは次の通りである:
溶媒キャスティング方法が不可能な場合、弾性フィルム形成ポリマーを流動させる十分に高い温度で動作する一連の回転単軸スクリュー押出機器を使用して、本明細書の弾性フィルム形成ポリマーのフィルムをホットメルトから押出してよい。ポリマーが融解温度Tmを有する場合、押出成形は、そのTmを超えて少なくとも20K高温で行うべきである。ポリマーが非晶質である(すなわちTmを有さない)場合には、定常剪断粘度測定を行ってポリマーについての秩序無秩序転移、又は粘度が劇的に低下する温度を測定することができる。フィルムを押出成形機から引き延ばす方向は、機械方向と定義され、引き延ばし方向に垂直な方向は横断方向と定義される。
Figure 2008529591
フィルムの熱処理:
フィルムの熱処理は、下記の試験方法目的のためには、使用される弾性フィルム形成ポリマーの最も高いTgよりも約20K高い温度で真空オーブン中にフィルムを設置することによって行われなければならず、これは13.3Pa(0.1Torr)未満の真空オーブン中で2時間行われるが、但し弾性フィルム形成ポリマーが融解温度Tmを有する場合には、熱処理温度はTmよりも少なくとも20K低く、その場合好ましくは最も高いTgよりも20K高い温度(に近い温度)である。Tgに達すると、温度は、フィルム中に泡をもたらすことのあるガスの放出を回避するために最も高いTgを超えてゆっくりと上昇させなければならない。例えば、70℃のハードセグメントTgを有する材料は、90℃で10分間熱処理されてもよく、続いて、熱処理温度に到達するまで徐々に温度を上昇させる。
弾性フィルム形成ポリマーがTmを有する場合には、(上述したように調製され及び下記の方法によって試験される)フィルムの前記熱処理は、その(最も高い)Tgよりも高く、そのTmよりも少なくとも20℃低く、その(最も高い)Tgよりも20K(近く)高い温度で行われる。例えば、135℃のTm及び100℃の(ハードセグメントの)最も高いTgを有する湿潤伸張可能な材料は、115℃で熱処理される。
測定可能なTg又はTmが存在しない場合、この方法の熱処理温度は、吸水性材料を製造するためのプロセスに使用される場合と同じである。
適用可能な場合のフィルムの取り外し
乾燥され、所望により熱処理されたフィルムをフィルム形成基材から取り除くのが困難な場合、それらを温水浴に30秒から5分間置き、基材からフィルムを除去してもよい。次に、続いて、フィルムを25℃で6〜24時間乾燥させる。
湿潤伸び試験及び湿潤引張応力試験:
この試験方法は、一軸ひずみを平らなサンプルに適用してサンプルを伸長するために必要な力を測定することにより、本明細書で用いられるような弾性フィルム形成ポリマー類のフィルムの、破断時の湿潤伸び(破断伸び)及び引張特性を測定するために用いられる。適用可能な場合、本明細書の横断方向のフィルムサンプルにひずみを与える。
試験を行うための好ましい設備の1つは、MTSシステムズ社(MTS Systems Corporation)(米国、ミネソタ州、エデンプレイリー(Eden Prairie)、テクノロジードライブ(Technology Drive)14000)から入手可能な、25N又は50Nロードセルを有するMTSシナジー(MTS Synergie)100又はMTSアリアンス(MTS Alliance)のような引張試験機である。これは定速伸張を測定し、ここで引張グリップは等速で動き、応力測定機構は応力の増大につれて無視できる程度の距離(0.13mm未満)を移動する。ロードセルは、試験されるサンプルの測定される荷重(例えば応力)がロードセルの能力の10〜90%になるように選択される。
各サンプルはフィルムからダイカットされ、各サンプルは上述したように2.5×2.5cm(1×1インチ)であり、フィルムをサンプルへと切断するためにアンビル液圧プレスダイを使用している(従って、フィルムがいずれの配向も導入しないプロセスにより作製される場合には、フィルムはどの方向で試験されてもよい)。試験試料(最小で3つ)は、空泡、ホール、内包物及び切れ目のような目に見える欠陥が実質的にないものが選択される。それらはまた、鋭く実質的に欠陥のない縁端部を有していなければならない。
各乾燥試料の厚さを、約0.7kPa(0.1psi)の圧力を用いて、ミツトヨ(Mitutoyo)キャリパーゲージのような低圧キャリパーゲージにより0.001mmの精度で測定する。サンプルの3つの異なる領域を測定し、平均キャリパーを決定する。各試料の乾燥重量を、標準化学天秤を用いて0.001gの精度で測定し、記録する。乾燥試料を、本明細書に使用される乾燥伸び、乾燥割線弾性率、及び乾燥引張応力値を決定するために更に調製されることなく試験する。
湿潤試験に関しては、予め計量された乾燥フィルム試料を食塩水溶液[0.9%(w/w)NaCl]に周囲温度(23±2℃)で24時間浸漬する。フィルムを120メッシュの耐食性金属スクリーンを備えたバスに固定し、サンプルが丸まったり、互いにくっついたりするのを防止する。フィルムをバスから取り出し、バウンティ(Bounty)(著作権)タオルのような吸収性ティッシュを用いて拭き取り乾燥させ、余分な、又は吸収されなかった溶液を表面から取り除く。湿潤キャリパーを、乾燥サンプルについて記述されたように測定する。湿潤試料を、更に調製することなく引張試験のために使用する。試験は調製が完了した後、5分以内に完了すべきである。湿潤試料を、湿潤伸び、湿潤割線弾性率及び湿潤引張応力を決定するために評価する。
本発明の趣旨上、破断するための(又は破断)伸びは、破断するための(又は破断)湿潤伸びと呼ばれ、破断時の引張応力は、破断湿潤応力と呼ばれる。(破断時、破断するための伸び%は、本明細書で使用される破断湿潤伸張性である。)
引張試験は、テストワークス(Testworks)4ソフトウェアを備えたMTSアリアンス(Alliance)引張試験機のような、コンピュータインターフェースを備えた定速伸張の引張試験機にて行われる。ロードセルは、測定される力がセル容量の10〜90%以内に入るように選択される。平坦な2.5cm(1インチ)平方のゴム面をもつグリップを搭載した空気圧つかみ具を設定し、2.5cm(1インチ)のゲージ長さを得る。試料は、観測可能なゆるみを排除するのに十分であるが、0.05N未満の張力で荷重される。試料は、この試料が完全に破断するまで25.4cm/分(10インチ/分)の一定のクロスヘッド速度にて伸張される。試料がグリップ接触面で破断し、又はグリップ内での滑りが検出される場合、そのデーターは無視し、新しい試料で試験を繰り返し、グリップ圧を適切に調整する。フィルム変動を考慮して、サンプルは3つのものについて行われる。
得られた引張力変位データーは、初期の試料寸法を用いて応力−ひずみ曲線に変換され、その曲線から本明細書で使用される伸び、引張応力、及び弾性率が導かれる。破断引張応力は、試料が破断したときに測定される最大応力として画定され、MPa単位で報告する。破断点を、測定された応力がその最大値の90%になる応力ひずみ曲線の点として定義する。破断伸びを、その破断点におけるひずみとして定義し、初期ゲージ長さと比較してパーセンテージで報告する。400%伸びでの割線弾性率を、0%と400%のひずみ時における応力ひずみ曲線を横切る線の傾きとして定義する。3つの応力−ひずみ曲線が、評価されるエラストマーフィルムコーティングそれぞれについて得られる。本明細書で使用する伸び、引張応力及び弾性率は、各曲線から得られるそれぞれの値の平均値である。
400%伸びでの乾燥割線弾性率(SMdry400%)は、上述した方法(但し0.9%NaCl溶液に浸漬しない)によって得ることが可能であるような乾燥フィルムを、上述したのと同様の引張試験に供し、次に上記で行ったようにゼロ切片及び400%においてひずみ−応力曲線と交差する直線の傾きを計算することによって計算される。
ガラス転移温度
ガラス転移温度(Tg’s)は、示差走査熱量測定(DSC)によって本発明の目的のために測定される。熱量計は、試験されるべきサンプルの予想されるTgを含む温度範囲、例えば−90℃〜250℃にわたって少なくとも20℃/分の速度で加熱/冷却が可能でなければならず、熱量計は約0.2μWの感度を有していなければならない。TAインスツルメンツ(TA Instruments)Q1000DSCが本明細書にて言及されるTg’sの測定に非常に適している。対象とする材料は、温度プログラム、例えば−90℃での平衡、20℃/分で120℃までの傾斜(ramp)、5分間の等温維持、20℃/分で−90℃までの傾斜(ramp)、5分間の等温維持、20℃/分で250℃までの傾斜(ramp)を用いて分析され得る。第2の加熱サイクルからのデーター(熱流量対温度)を使用して、標準半外挿熱容量温度アルゴリズム(standard half extrapolated heat capacity temperature algorithm)によってTgを計算する。典型的には、3〜5gのサンプル物質をクリンプ蓋を有するアルミニウムDSCパン内に量り入れる(±0.1g)。
本明細書で使用する時、TgはTgより低い温度である。
ポリマー分子量
多角度光散乱検出器を備えたゲル浸透クロマトグラフィー(GPC−MALS)を使用して、本明細書の弾性フィルム形成ポリマー類の分子量を決定してもよい。本明細書で言及される分子量は、重量平均モル質量(Mw)である。こうした測定を行う好適なシステムは、DAWN DSPレーザーホトメーター(ワイアット・テクノロジー(Wyatt Technology))、オプティラボDSP干渉屈折計(ワイアット・テクノロジー(Wyatt Technology))、及び標準HPLCポンプ例えばウォーターズ(Waters)600Eシステムからなり、全て、ASTRAソフトウェア(ワイアット・テクノロジー(Wyatt Technology))によって行われる。
いかなるクロマトグラフ分離でもそうであるように、溶媒、カラム、温度及び溶出プロファイル及び条件の選択は、試験される特定ポリマーに左右される。以下の条件は、本明細書で言及される弾性フィルム形成ポリマー類に一般的に適用可能であることが見出された、溶媒及び移動相としてテトラヒドロフラン(THF)を使用し、1mL/分の流量を、直列に配置され40〜45℃に加熱された2本の300×7.5mm、5μm、PLゲル、混合−C GPCカラム(ポリマー・ラボ(Polymer Labs))に通し(オプティラボ(Optilab)屈折計を同じ温度に保持する)、THF溶液中0.2%ポリマー溶液100μLを分析のために注入する。dn/dc値は、入手可能である場合は文献から得るか又はアストラ・ユーティリティー(ASTRA utility)を用いて計算する。重量平均モル質量(Mw)は、Zimmフィット法を用いてASTRAソフトフェアを用いることによって計算される。
水蒸気透過率方法(MVTR方法)
MVTR方法は、特定温度及び湿度下でフィルムを通過する水蒸気の量を測定する。通過した蒸気は、CaCl乾燥剤によって吸収され、重力測定的に測定される。サンプルを、ポジティブコントロールとして使用される、確立された透過性を有する参照フィルムサンプル(例えば、エクソン(Exxon)エグザイア(Exxaire)ミクロ孔質材料#XBF−110W)と共に3回評価する。
この試験はフランジ付きカップ(デルリン(Delrin)(マクマスター−カー(McMaster-Carr)カタログ#8572K34)から機械加工される)及び無水CaCl(ワコー・ピュア・ケミカル・インダストリーズ(Wako Pure Chemical Industries)、バージニア州リッチモンド(Richmond);カタログ030−00525)を使用する。カップの高さは55mmであり、内径30mm、外径45mmである。カップは、このカップを完全に封止するためのシリコーンガスケットとネジ(thumb screws)用の3つの穴を有するふたとを備える。乾燥剤粒子は、8番シーブを通過するが、10番シーブは通らない大きさである。明らかな欠陥のない、およそ3.8cm×6.4cm(1.5インチ×2.5インチ)のフィルム試料を分析に使用する。フィルムは、カップ開口部A0.0007065mを完全に覆わなければならない。
カップには最上部の1cm以内にCaClを入れる。カップを軽く台に10回叩き、CaClの表面を水平にする。CaClの量は、フィルム表面とCaClの最上部とのヘッドスペースが1.0cmになるまで調整する。フィルムを開口部(30mm)に亘ってカップの最上部に置き、シリコーンガスケット、保持リング及びネジを用いて固定する。適切に設置されれば、試料はしわが寄ることも、伸びることもないはずである。サンプルアセンブリを化学天秤で計量し、±0.001gで記録する。アセンブリを一定温度(40±3℃)及び湿度(75±3%RH)のチャンバーに5.0時間±5分間置く。サンプルアセンブリを取り出し、サランラップ(Saran Wrap)(登録商標)で覆い、ゴムバンドで固定する。サンプルを室温で30分間平衡化し、プラスチックラップを取り除き、アセンブリを再計量し、重量を±0.001gで記録する。吸収された湿分Mは、最初のアセンブリ重量と最終のアセンブリ重量との差である。g/m/24時間(g/m/日)単位のMVTRは次のように計算される:
MVTR=M/(A*0.208日)
反復結果を平均し、100g/m/24時間単位で近似し、例えば、2865g/m/24時間は本明細書では2900g/m/24時間となり、275g/m/24時間は300g/m/24hrとなる。
フィルム形成ポリマーの水膨潤能を測定する方法
室温(25℃)にて過剰の脱イオン水に3日間浸漬した後のポリマー試料の重量をWとして得る。このポリマー試料の乾燥前の重量はW0として得る。水膨潤能は、次いで次のように計算される:
WSC[g/g]=(W−W)/W0−
水膨潤能は、乾燥ポリマー1gあたり水1gでのポリマー試料の水取り込み量である。この試験方法のために、適度にポリマー類を膨潤させるのに通常1.0mm以下の厚さのポリマー試料を調製する必要がある。3日後に平衡膨潤を得るために低膨潤ポリマー類の0.5mm未満の厚さを有するポリマーフィルムを調製する必要がある場合もある。当業者は、3日後に平衡膨潤条件を得るように厚さ及び乾燥サンプル重量を調節する。
シリンダー遠心分離保持能CCRC(4時間CCRC)
シリンダー遠心分離保持能(CCRC)方法は、本明細書では吸収能力と呼ばれる水膨潤材料又はポリマー類(サンプル)の流体保持能力を、250gの加速での遠心分離後に測定する。遠心分離前に、サンプルを、メッシュボトムとオープントップを有する硬質サンプルシリンダーにて過剰の塩水溶液に膨潤させる。
2つのサンプル試料を試験される材料それぞれについて評価し、その平均値を報告する。
CCRCは、サンプル材料(1.0+/−0.001g)を予め計量された(+/−−0.01g)プレキシガラスサンプル容器に入れることによって、周囲条件で測定できるが、この容器は、最上部が開放され、最下部がステンレススチールメッシュ(400)で閉じられており、塩水は容易にシリンダーに流入できるが、評価される吸収性粒子は保持される。サンプルシリンダーは、丸くなった端部をもつ高さ寸法が67mmの方形プリズムに近い。ベース寸法(78×58mmOD、67.2×47.2MM ID)は、本明細書にてシリンダースタンドと称されるモジュラー管アダプター寸法に正確に合い、遠心分離器(ヘレウス・メガフュージ(Heraeus Megafuge)1.0;ヘレウス番号75003491、VWR番号20300−016)の方形ローターバケット(ヘレウス番号75002252、VWR番号20300−084)に収まる。
装填されたサンプルシリンダーをメッシュ表面に亘ってサンプルを均一に分配するようにゆっくり振とうし、次いで塩水溶液を含むパンに直立させる。塩水溶液のメッシュボトムを通る自由流動が確実になるようにシリンダーを配置すべきである。シリンダーは、互いに触れてはならず、パンの壁にもあたってはならず、又はパンボトムを封止してはならない。サンプルは、封圧なしで、4時間、過剰の塩水に膨潤させる。
4時間後、シリンダーを溶液から直ちに取り出す。各シリンダーをシリンダースタンドに(メッシュ側を下にして)置き、得られたアセンブリは、2つのサンプルアセンブリが遠心分離器ローターにてバランスのとれた位置にあるようにローターバスケットに入れられる。
サンプルは、シリンダースタンドの底部にて250±5gの遠心分離加速度を発生させるのに必要な回転速度に到達した後、3分間(±10秒))遠心分離する。適用される遠心力により吸収体から追い出された溶液は、シリンダースタンドの開口部によって、サンプルからその溶液が含まれるべきローターバケットの最下部に流される。ローターを休止させた後サンプルシリンダーを即座に取り出し、0.01g単位で計量する。
サンプル材料のグラムあたりに吸収される塩水溶液のグラムとして表されるシリンダー遠心分離保持能は、次のようにそれぞれの場合について計算される:
Figure 2008529591
式中、
CS:遠心分離後のサンプルを有するシリンダー質量[g]
Cb:サンプルのない乾燥シリンダー質量[g]
:塩水溶液を含まないサンプルの質量[g]
本明細書にて言及されるCCRCは、0.01g/gの単位で報告される2つのサンプルの平均である。
本明細書の水膨潤性材料の理論等価シェルキャリパーを決定するための方法
吸水性材料に含まれているフィルム形成ポリマーの量がわかっている場合には、以下に定義するようにして理論等価平均キャリパーを決定してもよい。
この方法は、本明細書の吸水性材料上のコーティング層又はシェルの平均キャリパーを、その吸水性材料が単分散物であり、球状であるものとするという想定に基づいて(実際にはそうでない場合もある)計算する。不規則形状粒子の場合であっても、この方法はシェルの平均キャリパーを良好に見積ると考えられる。
Figure 2008529591

(注:この記述において、パーセントで表されるcはすべて、0〜100%と等価である0〜1の範囲を有する。
Figure 2008529591
Figure 2008529591
Figure 2008529591
計算例:
D_AGM_dry:=0.4mm(400μm);Rho_AGM_固有:=Rho_ポリマー_シェル:=1.5g/cc
Figure 2008529591
本発明の実施例:
以下の全ての実施例及び比較例において−異なるように記載されない限り、コーティングのために使用されるコーティングポリマー及び脱凝集助剤の量は、超吸収性ポリマーの量に基づく固形分として表現される。
Figure 2008529591
比較例1−パーマックス(Permax)200を用いたASAP510Z市販品のコーティング
150〜500μmの画分は、次の特性を有する市販品ASAP510Z(BASAG)からふるい分け、次いで以下の手順に従ってパーマックス(Permax)200でコーティングした:
ASAP510Z(150〜500μm画分のみの特性):
CCRC=25.4g/g
CS−AUL4.8kPa(0.7psi)=23.9g/g
CS−SFC=55×10−7[cms/g]
ワースターチューブ(Wurster-tube)を有していないFa.ワルドナー(Fa. Waldner)からのワースター(Wurster)実験室用コーターを使用し、バッチあたりの吸収性ポリマー(ASAP510Z、この場合150〜500μm)の量は2000gであった。ワースター(Wurster)装置は、300mmの上部直径まで延びる150mmの下方直径を有する円錐形であり、キャリアガスは30℃の温度を有する窒素であり、このガス流速は0.2MPa(2bar)の圧力にて1.4m/sであった。装置のボトムプレートは、直径1.5mmの穿孔を有し、4.2%の空気通過流のための有効な開放断面を有していた。
コーティング剤(ポリマー分散液:パーマックス(Permax)200、ノベオン(Noveon Inc.)、脱凝集剤:レバシル(Levasil)50、H.C.スターク(H.C. Starck GmbH)))を噴霧し、ボトムスプレーモードで操作する開口直径が1.2mm、窒素温度25℃であるFa.シュリック(Fa. Schlick)(ドイツ)からの窒素駆動二材料ノゾルを用いてスプレーコーティングした。コーティング剤は、23℃の温度にて20重量%の水性分散液からそれぞれスプレーされている。まず水性ポリマー分散液をスプレーし、続いてその後直ちに脱凝集剤の水性分散液をスプレーした。
吸収性ポリマーの重量に基づいて、2.5重量%のパーマックス(Permax)200及び0.5重量%のレバシル(Levasil)を、コーティングのために使用した。ポリマー分散体のスプレー時間は30分であり、脱凝集助剤は5分であった。
コーティングされた材料は、続いて取り出され、オイル加熱ジャケット(オイル温度約200℃)を用いて予め加熱されたLodigeプラウシェアミキサータイプM5Rに1000g移した。材料を約2.1rad/s(20rpm)にてゆっくり撹拌し、20分以内に165℃の生成物温度に加熱した。コーティングされた材料を連続的に撹拌し、更に60分間その温度を保持した。この熱処理工程の間、窒素ブランケットを適用した。その後、それをステンレススチールトレイ上に直ちに注ぎ、室温まで冷却させた。1000μmスクリーン上での粗いふるいにより塊をコーティング材料から取り除き、続いて、コーティングされた材料を性能に関して試験した。
−実施例A1−パーマックス(Permax)200及び融合助剤としてのn−ブタノールを用いたASAP510Z市販品のコーティング
本発明の実施例は、水性パーマックス(Permax)200−分散体の固形分重量に基づいて1重量%のn−ブタノール(=0.5g)を融合助剤として、スプレーコーティング用にその分散体を用いる前に分散体に添加した以外、比較例1と全く同じように行った。
−比較例A2−アスタシン・フィニッシュ(Astacin Finish)LD1603を用いたASAP510Z市販品のコーティング
比較例は、アスタシン・フィニッシュ(Astacin Finish)LD1603をポリマー分散体として使用した以外、比較例1と全く同じように行った。
吸収性ポリマーの重量に基づいて、1.0重量%のアスタシン・フィニッシュ(Astacin Finish)LD1603及び0.5重量%のレバシル(Levasil)をコーティングのために使用した。ポリマー分散体のスプレー時間は13分間であり、脱凝集助剤は5分間であった。
−実施例A2−アスタシン・フィニッシュ(Astacin Finish)LD1603及び融合助剤としてのn−ブタノールを用いたASAP510Z市販品のコーティング
本発明の実施例は、水性アスタシン・フィニッシュ(Astacin Finish)LD1603−分散体の固形分重量に基づいて2.5重量%のn−ブタノール(=0.5g)を融合助剤として、スプレーコーティングのためにその分散体を使用する前に分散体に添加した以外、比較例2と全く同じように行った。
−比較例A3−60%アスタシン・フィニッシュ(Astacin Finish)LD1603及び40%レプトン(Lepton)TOP LBの混合物を用いたASAP510Z市販品のコーティング
比較例は、アスタシン・フィニッシュ(Astacin Finish)LD1603及びレプトン(Lepton)TOP LBのブレンドをポリマー分散体として使用した以外、比較例1と全く同じように行った。吸収性ポリマーの重量に基づいて、0.6重量%のアスタシン・フィニッシュ(Astacin Finish)LD1603及び0.4重量%のレプトン(Lepton)TOP LB、並びに最後に0.5重量%のレバシル(Levasil)をコーティングに使用した。2つの分散体をコーティングの前にブレンドした。ポリマー分散体ブレンドのスプレー時間は13分間であり、脱凝集助剤は5分間であった。
−実施例A3−60重量%アスタシン・フィニッシュ(Astacin Finish)LD1603及び40%レプトン(Lepton)TOP LBの混合物並びに融合助剤としてのn−ブタノールを用いたASAP510Z市販品のコーティング
本発明の実施例は、水性アスタシン・フィニッシュ(Astacin Finish)LD1603−分散体の固形分重量に基づいて2.5重量%のn−ブタノール(=0.3g)を融合助剤として、スプレーコーティングのためにその分散体をブレンドし、使用する前に分散体に添加した以外、比較例3と全く同じように行った。
表:実施例A1〜A3の性能データー
Figure 2008529591
以上のように、本発明の実施例は、極めて良好にコーティングされ、同じ実験条件の下でより高いCS−SFCを示す。
−比較例A4−脱凝集剤を用いないパーマックス(Permax)200によるASAP510Z市販品のコーティング
150〜500μmの画分は、次の特性を有する市販品ASAP510Z(BASAG)からふるい分け、次いで以下の手順に従ってパーマックス(Permax)200でコーティングした:
ASAP510Z(150〜500μm画分のみの特性):
CCRC=25.4g/g
CS−AUL4.8kPa(0.7psi)=23.9g/g
CS−SFC=55×10−7[cms/g]
ワースターチューブ(Wurster-tube)を有していないFa.ワルドナー(Fa. Waldner)からのワースター(Wurster)実験室用コーターを使用し、バッチあたりの吸収性ポリマー(ASAP510Z、この場合150〜500μm)の量は900gであった。ワースター(Wurster)装置は、300mmの上部直径まで延びる150mmの下方直径を有する円錐形であり、キャリアガスは30℃の温度を有する窒素であり、このガス流速は0.2MPa(2bar)の圧力にて1.4m/sであった。装置のボトムプレートは、直径1.5mmの穿孔を有し、4.2%の空気通過流のための有効な開放断面を有していた。
コーティング剤(ポリマー分散体:パーマックス(Permax)200、ノベオン(Noveon Inc.))を噴霧し、ボトムスプレーモードで操作する開口直径が1.2mm、窒素温度25℃であるFa.シュリック(Fa. Schlick)(ドイツ)からの窒素駆動二材料ノゾルを用いてスプレーコーティングした。コーティング剤は、23℃の温度にて11重量%の水性分散体からスプレーされた。
吸収性ポリマーの重量に基づいて、1.0重量%のパーマックス(Permax)200を コーティングのために使用した。
コーティングされた材料を続いて取り出し、第2の実験室用流動床コーターに移して、そこで窒素流の下、185℃で45分間保持して熱処理した。その後、それをステンレススチールトレイ上に直ちに注ぎ、室温まで冷却させた。1000μmスクリーン上での粗いふるいにより塊をコーティング材料から取り除き、続いて、コーティングされた材料を性能に関して試験した。
−実施例A4−パーマックス(Permax)200及び融合助剤としてのポリエチレングリコール−400による、脱凝集助剤を用いない、ASAP510Z市販品のコーティング
本発明の実施例は、水性パーマックス(Permax)200−分散体の固形分重量に基づいて2.5重量%のポリエチレングリコール−400を融合助剤として、スプレーコーティングのためにその分散体を用いる前に分散体に添加した以外、比較例4と全く同じように行った。
−比較例A5−実験室用に調製されたポリウレタン分散体1805−40による、脱凝集助剤を用いない、ASAP510Z市販品のコーティング
比較例A5は、パーマックス(Permax)200を1重量%の実験室用に製造されたポリウレタン分散体1805−40で置き換えた以外、比較例A4と同じに行った。
ポリウレタン分散体1805−40は次のように調製した:
還流冷却器、撹拌器を備え、オイルバスによって加熱された丸口(round-neck)フラスコに、イソフタル酸、アジピン酸及びOH数が56mg/gのヘキサンジオール−1.6から調製された800g(0.40モル)のポリエステロール(Polyesterole)を添加し、次いで80.4g(0.60モル)DMPA(ジメチロールプロピオン酸)及び36.0g(0.40モル)のブタンジオール−1,4添加する。
反応塊を105℃(オイルバス温度)に加熱し、400g(1.80モル)のIPDI(イソホロンジイソシアネート)及び160gのアセトンを添加する。105℃で4時間 撹拌した後、反応塊を1600gのアセトンで希釈する。
この溶液のNCO含有量は1.11%であった。
溶液を45℃に冷却し、68.0g(0.40モル)IPDA(イソホロンジアミン)を添加する。90分後、溶液を、50.0g(0.73モル)の水性アンモニア(水中25%)を添加することによって中和した。次いで反応塊を3000gの脱イオン水に再び分散させ、アセトンを真空下で除去する。
固形含有量が30重量%の透明なポリウレタン分散体を得る。
−実施例A5−実験室用に調製されたポリウレタン分散体1805−40及び融合助剤としてのn−ブタノールによる、脱凝集助剤を用いない、ASAP510Z市販品のコーティング
本発明の実施例は、水性1805−40−ポリウレタン分散体の固形分重量に基づいて2.5重量%のn−ブタノールを融合助剤として、スプレーコーティングのためにその分散体を使用する前に分散体に添加した以外、比較例5と全く同じように行った。
表:実施例A4〜A5の性能データー
Figure 2008529591
−実施例A7〜A17−異なる融合助剤を用いるパーマックス(Permax)200によるASAP510Z市販品のコーティング
150〜850μmの画分は、次の特性を有する市販品ASAP510Z(BASF(BASF AG))からふるい分け、次いで以下の手順に従ってパーマックス(Permax)200でコーティングした:
ASAP510Z(150〜850μm画分のみの特性):
CCRC=30.7g/g
CS−AUL4.8kPa(0.7psi)=24.8g/g
CS−SFC=35x10−7[cms/g]
ワースターチューブ(Wurster-tube)を有していないFa.ワルドナー(Fa. Waldner)からのワースター(Wurster)実験室用コーターを使用し、バッチあたりの吸収性ポリマー(ASAP510Z、この場合150〜500μm)の量は500gであった。ワースター(Wurster)装置は、300mmの上部直径まで延びる150mmの下方直径を有する円錐形であり、キャリアガスは30℃の温度を有する窒素であり、このガス流速は0.2MPa(2bar)の圧力にて1.4m/sであった。装置のボトムプレートは、直径1.5mmの穿孔を有し、4.2%の空気通過流のための有効な開放断面を有していた。
コーティング剤(ポリマー分散体:パーマックス(Permax)200、ノベオン(Noveon Inc.))を噴霧し、ボトムスプレーモードで操作する開口直径が1.2mm、窒素温度25℃であるFa.シュリック(Fa. Schlick)(ドイツ)からの窒素駆動二材料ノゾルを用いてスプレーコーティングした。コーティング剤は、23℃の温度にて11重量%の水性分散体からスプレーされた。
吸収性ポリマーの重量に基づいて、2.5重量%のパーマックス(Permax)200を全ての実施例においてコーティングのために使用した。融合助剤は以下の表に示されるように、パーマックス(Permax)分散体に混合するか、又は後でパーマックス(Permax)−フィルムに別にスプレーして使用した。融合助剤の量は、常にパーマックス(Permax)200の固形分の量に基づいて計算した。
コーティングされた材料を続いて取り出し、テフロン加工されたトレイに移し、真空オーブン中にて150℃で2時間乾燥した。
その後、室温まで冷却させた。1000μmスクリーン上での粗いふるいにより塊をコーティング材料から取り除き、続いて、コーティングされた材料を性能に関して試験した。
比較例A6−融合助剤を用いないパーマックス(Permax)200によるASAP510Z市販品のコーティング
比較例A6は、融合助剤を使用しなかった以外、本発明の実施例A7〜A17と全く同じように行った。
表:実施例A7〜A17の性能データー
Figure 2008529591
*)パーマックス200固形分に基づく
ブレンド:スプレーコーティングの前に融合助剤をパーマックス(Permax)に添加した
別個:パーマックス(Permax)によるコーティングの後に融合助剤を別に噴霧した
−実施例A18−最適な熱処理期間の測定
コーティングされた材料をテフロン加工されたトレイ上では乾燥させずに、その後、コーターから取り出し、第2の実験用流動床乾燥器に移し、そこで窒素流の下で185℃にて45分間保持して熱処理した以外、実施例A13を再現した。
10分毎に、少量のサンプルをとり、室温まで冷却させた。1000μmスクリーン上での粗いふるいにより塊をコーティング材料のサンプルから取り除き、コーティングされた材料を、続いて、性能に関して試験した。
CS−SFCを熱処理時間に対してプロットする場合、明らかな最大値は30分後に見出される。
表:実施例A18の最適な熱処理期間の測定
Figure 2008529591
−実施例A19−最適な熱処理期間の測定
コーティングされた材料をテフロン加工されたトレイ上では乾燥させずに、その後、コーターから取り出し、第2の実験用流動床乾燥器に移し、そこで窒素流の下で185℃にて45分間保持して熱処理した以外、実施例A15を再現した。
10分毎に、少量のサンプルをとり、室温まで冷却させた。1000μmスクリーン上での粗いふるいにより塊をコーティング材料のサンプルから取り除き、コーティングされた材料を、続いて、性能に関して試験した。
表:実施例A19の最適な熱処理期間の測定
Figure 2008529591
ブレンド実施例
−実施例B1〜B13:非ポリウレタン分散体、ポリウレタン分散体及び分散体のブレンドによるASAP510Z市販品のコーティング
次の実施例では、非ポリウレタン分散体又は分散体のブレンドを表に与えられる量で使用した以外、比較例1と全く同じように全てのサンプルを調製した。重量%によるそれぞれの量は、使用される吸水性ポリマー粒子の重量に基づく。
ブレンドは、少なくとも2つのポリマー分散体を共に混合することによって得られた。
20重量%の濃縮分散体からの2.5重量%のポリマーコーティングに関して、スプレー時間は比較例1と同様に約30分であった。
1. 5重量%ではスプレー時間は約20分であり、1.0重量%ではスプレー時間は約13分であった。
Figure 2008529591
表:実施例B1〜B13の性能データー
Figure 2008529591
全ての量は、吸水性ポリマー粒子に基づく重量%にて示される。
−比較例C1−酸化防止剤を含有しないポリウレタン分散体によるASAP510Z市販品のコーティング
150〜500μmの画分は、次の特性を有する市販品ASAP510Z(BASAG)からふるい分け、次いで以下の手順に従ってパーマックス(Permax)200でコーティングした:
ASAP510Z(150〜500μm画分のみの特性):
CCRC=25.4g/g
CS−AUL4.8kPa(0.7psi)=23.9g/g
CS−SFC=55×10−7[cms/g]
ワースターチューブ(Wurster-tube)を有していないFa.ワルドナー(Fa. Waldner)からのワースター(Wurster)実験室用コーターを使用し、バッチあたりの吸収性ポリマー(ASAP510Z、この場合150〜500μm)の量は2000gであった。ワースター(Wurster)装置は、300mmの上部直径まで延びる150mmの下方直径を有する円錐形であり、キャリアガスは30℃の温度を有する窒素であり、このガス流速は0.2MPa(2bar)の圧力にて1.4m/sであった。装置のボトムプレートは、直径1.5mmの穿孔を有し、4.2%の空気通過流のための有効な開放断面を有していた。
コーティング剤(ポリマー分散体:以下に示される1805−40の配合通り、脱凝集剤:レバシル(Levasil)50、H.C.スターク(H.C. Starck GmbH)))を噴霧し、ボトムスプレーモードで操作する開口直径が1.2mm、窒素温度25℃であるFa.シュリック(Fa. Schlick)(ドイツ)からの窒素駆動二材料ノゾルを用いてスプレーコーティングした。コーティング剤は、23℃の温度にて20重量%の水性分散体からそれぞれスプレーされた。まず水性ポリマー分散体をスプレーし、続いて、その後直ちに脱凝集剤の水性分散体をスプレーした。
吸収性ポリマーの重量に基づいて、2.5重量%のポリマー分散体及び0.5重量%のレバシル(Levasil)をコーティングのために使用した。ポリマー分散体のスプレー時間は30分であり、脱凝集助剤は5分であった。
コーティングされた材料を続いて取り出し、200gを実験室用流動床乾燥器に移して、空気流中で185℃にてそれぞれ10分及び20分乾燥させた。それぞれの時間にて、10gの少量のサンプルを分析のために抽出した。その後、それをステンレススチールトレイ上に直ちに注ぎ、室温まで冷却させた。1000μmスクリーン上での粗いふるいにより塊をコーティング材料から取り除き、続いて、コーティングされた材料を性能に関して試験した。
ポリマー分散体の調製:
ポリウレタン分散体1805−40は次のように調製した:
還流冷却器、撹拌器を備え、オイルバスによって加熱された丸口(round-neck)フラスコに、イソフタル酸、アジピン酸及びOH数が56mg/gのヘキサンジオール−1.6から調製された800g(0.40モル)のポリエステロール(Polyesterole)を添加し、次いで80.4g(0.60モル)DMPA(ジメチロールプロピオン酸)及び36.0g(0.40モル)のブタンジオール−1,4を添加する。
反応塊を105℃(オイルバス温度)に加熱し、400g(1.80モル)のIPDI(イソホロンジイソシアネート)及び160gのアセトンを添加する。105℃で4時間撹拌した後、反応塊を1600gのアセトンで希釈する。
この溶液のNCO含有量は1.11%であった。
溶液を45℃に冷却し、68.0g(0.40モル)のIPDA(イソホロンジアミン)を添加した。90分後、50.0g(0.73モル)の水性アンモニア(水中25%)を添加することによって溶液を中和した。次いで反応塊を3000gの脱イオン水に再び分散させ、アセトンを真空下で除去する。
固形含有量が30重量%の透明なポリウレタン分散体を得る。
−比較例C2−酸化防止剤を含有しないポリウレタン分散体によるASAP510Z市販品のコーティング
この例は、窒素流を熱処理工程に使用した以外、比較例C1と全く同じように行った。
実施例C1〜C8−酸化防止剤を含有するポリウレタン分散体によるASAP510Z市販品のコーティング
実施例C1〜C8は、次の表に列挙されるそれぞれの酸化防止剤を水性アンモニアの添加前にポリウレタン溶液に添加した以外、比較例C1と全く同じように行った。
それぞれの分散体においてポリウレタンポリマーの含有量に基づいて3重量%又は4.5重量%の酸化防止剤を有するマスターバッチを調製した。これらのマスターバッチは、次の表に列挙される分散体を得るために、酸化防止剤を含まないように調製した同じ分散体で更に希釈した。
表:実施例C1〜C8の性能データー
Figure 2008529591
*この混合物中の個々の構成成分のブレンド重量比は:クロマノール/ビタミンE/イルガノックス(Irganox)1010=1/6.2/8.6である。
** *)に記載される混合物の総使用量
***コーティングのために使用されるポリマー分散体中の固形分に基づく重量%
イルガノックス(Irganox)1010:
チバ(CIBA GmbH)の商標製品
ペンタエリスリテトラキス(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート
CAS番号006683−19−8
本発明の特定の実施形態について例証し説明したが、本発明の範囲内にある様々な他の変更及び修正が当業者には明白であろう。値が本明細書に規定される特定の特性又は次元によって規定される各実施形態は、機能的に等価な特性又は寸法を有する実施形態を包含すると理解すべきである、例えば0.5cmの寸法は、「約0.5cm」を意味すると理解されるべきである。
透過性設備設定の概略図。 SFCシリンダー/プランジャー装置の詳細な図。 SFCプランジャーの詳細図。

Claims (13)

  1. 成人用若しくは幼児用おむつ又は婦人衛生物品に好適であり、或いは成人用若しくは幼児用おむつ又は婦人衛生物品である吸収性構造体であって、前記吸収性構造体は、フィルムコーティングを含む吸水性粒子からなる吸水性材料を含んでなり、該フィルムコーティングは弾性フィルム形成ポリマー及び融合剤を含んでなることを特徴とする、吸収性構造体。
  2. 吸水性材料を含む吸収性構造体であって、
    a)流動床反応器にて0℃〜150℃の範囲の温度で弾性フィルム形成ポリマーを用いて吸水性ポリマー粒子をスプレーコーティングする工程、及び
    b)50℃を越える温度で前記コーティングされたポリマー粒子を熱処理する工程、によって得ることができ
    工程a)及び/又はb)において融合剤を添加する、吸収性構造体。
  3. 前記フィルムコーティングが熱処理又はアニールされたフィルムコーティングである、請求項1に記載の吸収性構造体。
  4. 前記吸水性ポリマー粒子が後架橋される、請求項2に記載の吸収性構造体。
  5. 前記弾性フィルム形成ポリマーがポリウレタンである、請求項1又は2に記載の吸収性構造体。
  6. 前記弾性フィルム形成ポリマーが、ポリ−コ(エチレン−ビニルアセテート)、ポリアセテート、並びにアクリロニトリル、ブタジエン、スチレン、(メタ−)アクリレート、イソプレン又はビニルピロリドンのホモ−及びコポリマー類から成る群から選択される少なくとも1つのポリマー分散体とブレンドされたポリウレタン分散体である、請求項5に記載の吸収性構造体。
  7. 前記融合剤がアルコール、好ましくはブタノールである、請求項1又は2のいずれか1項に記載の吸収性構造体。
  8. 工程b)の前記熱処理が100℃〜200℃の範囲の温度で行われ、前記熱処理の持続時間が、前記得られたポリマー粒子のCS−SFC値がその最適なCS−SFC値の少なくとも10%となるように選択される、請求項2に記載の吸収性構造体。
  9. 前記コーティングが酸化防止剤及び/又は脱凝集助剤を含む、請求項1又は2のいずれかに記載の吸収性構造体。
  10. 前記得られたフィルムコーティングが均質である、請求項1〜10のいずれか一項に記載の吸収性構造体。
  11. 使い捨て吸収性構造体であって、成人用若しくは幼児用おむつ又は婦人衛生物品であり、前記吸水性材料及び前記吸水性材料の20重量%未満の繊維性の吸収性材料を含む吸収性コアを含み、前記コアが好ましくは吸収性の繊維性材料を実質的に含まない、請求項1又は2に記載の吸収性構造体。
  12. 前記コアが繊維性の接着剤材料、好ましくは熱可塑性の繊維性接着剤材料を含む、請求項11に記載の使い捨て吸収性構造体。
  13. 前記吸水性材料が、25g/g以上のCCRC及びCRC、並びに/或いは少なくとも540×10−7cms/g、好ましくは少なくとも600×10−7cms/gのCS−SFCを有する、請求項1又は2に記載の使い捨て吸収性構造体。
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