專利名稱：低密度、開孔、軟質(zhì)、柔性、熱塑性、吸收性泡沫體和制造泡沫體的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的背景本發(fā)明涉及軟質(zhì)和柔性的低密度、開孔、熱塑性、吸收性泡沫體。泡沫體能夠在泡沫聚合物配方中用平衡量的一種或多種表面活性劑和增塑劑來制造。熱塑性彈性體能夠被添加到泡沫體聚合物配方中以改進(jìn)軟度，柔韌性，彈性和回彈性。
熱塑性吸收性泡沫體是由一種或多種聚合物制成的，該聚合物能夠被反復(fù)加熱、成形和冷卻，而該泡沫體通常在工業(yè)上通過使用連續(xù)塑料擠出方法制備。熱塑性吸收性泡沫體可用于生產(chǎn)個(gè)人護(hù)理產(chǎn)品，它們包括但不限于，吸收性制品如一次性尿布，嬰兒擦拭巾，訓(xùn)練褲，幼兒護(hù)理褲，和其它一次性衣服；女性護(hù)理產(chǎn)品，它們包括但不限于，衛(wèi)生巾，擦拭紙巾，月經(jīng)墊片，內(nèi)褲襯層，內(nèi)褲防護(hù)層，衛(wèi)生棉條，和衛(wèi)生棉條施加器；成年人護(hù)理產(chǎn)品，它們包括但不限于，擦拭紙巾，墊片，容器，失禁用產(chǎn)品，和尿防護(hù)產(chǎn)品。除了用于的此類泡沫體個(gè)人護(hù)理產(chǎn)品之外，熱塑性吸收性泡沫體也能夠用于寬范圍的應(yīng)用中，其中包括各種的專業(yè)和消費(fèi)者健康和醫(yī)療護(hù)理產(chǎn)品，該產(chǎn)品包括但不限于，熱或冷凍治療的產(chǎn)品，醫(yī)院睡衣，手術(shù)單，繃帶，傷口敷料，擦拭紙巾，覆蓋材料，容器，過濾器，一次性衣服和床墊，醫(yī)用吸收性衣服，墊片，和類似物，以及衣服組件，過濾器，隔熱和隔音材料，沖擊和緩沖吸收產(chǎn)品，運(yùn)動(dòng)和娛樂產(chǎn)品，結(jié)構(gòu)和包裝材料使用，以及服務(wù)，工業(yè)和家用產(chǎn)品，這些包括但不限于，清洗應(yīng)用，如親油和/或親水性流體的海綿和擦拭紙巾；清洗和消毒用的產(chǎn)品，和覆蓋材料，過濾器，手巾，衛(wèi)生紙，和化妝紙；無紡織物卷筒物品；家庭用舒適產(chǎn)品，其中包括枕頭，墊片，緩沖墊層和面具和身體護(hù)理產(chǎn)品如浴巾，和用于清洗或處理皮膚的產(chǎn)品。低泡沫密度和低模量是高吸收性，軟度，柔性，和理想的手感所需要的，并滿足一些應(yīng)用如尿布，失禁產(chǎn)品，和其它上述產(chǎn)品的美觀性。
擠出的泡沫體具有泡孔結(jié)構(gòu)，其中泡孔由泡孔膜和支撐部(struts)確定。在泡孔膜的交叉點(diǎn)形成支撐部，其中泡孔膜覆蓋在支撐部之間的互聯(lián)泡孔窗。泡孔支撐部的厚度通常比泡孔膜的厚度大2-10倍。擠出泡沫體通常以大體上閉孔生產(chǎn)。閉孔泡沫體的開孔含量一般低于20％?？山邮艿奈招耘菽w具有開孔結(jié)構(gòu)，通常為50％或更高，根據(jù)ASTM D2856所測(cè)量，和適宜地具有受控制的泡孔直徑。特定的泡孔尺寸和泡孔連通性被調(diào)節(jié)例如對(duì)于高毛細(xì)管流體運(yùn)動(dòng)和高吸收能力所需的功能。連接泡孔的泡壁或泡孔膜孔隙具有足夠的數(shù)量和尺寸以使粘性阻力和流動(dòng)阻力最小化，從而產(chǎn)生有效的流體輸送和容納。網(wǎng)狀泡沫體一般具有極小數(shù)量的泡孔窗或不具有泡孔窗(僅僅有支撐部)和，因?yàn)橛凶銐蛐〉淖銐蛄靠紫?，能夠有效地運(yùn)輸毛細(xì)管流體。此類開孔孔隙結(jié)構(gòu)使得它們有快速的流體浸入。
已知有各種可用于制造開孔泡沫體，低密度泡沫體，吸收性泡沫體，以及軟質(zhì)，回彈性，彈性的泡沫體的方法。增強(qiáng)在泡沫體中開孔形成的一種方法例如描述在美國專利No.5,962,545中。在單種泡沫體中所有這些泡沫體品質(zhì)是在許多吸收性產(chǎn)品應(yīng)用中所特別需要的；然而，難以生產(chǎn)此類泡沫體。
將軟質(zhì)、柔性聚合物如熱塑性彈性體發(fā)泡成具有吸收性的低密度是難以實(shí)現(xiàn)的。美國專利No.5,728,406描述了低密度，柔性，非吸收性的泡沫體。如在US專利No.6,451,865中所述，包封可熱膨脹的氣體或液化氣體的可熱膨脹的熱塑性顆粒能夠被添加進(jìn)去以生產(chǎn)此類熱塑性彈性體泡沫。
增塑劑有時(shí)用作在生產(chǎn)泡沫體時(shí)的開孔劑。當(dāng)用作開孔劑時(shí)，這些增塑劑以少量添加到熱塑性泡沫塑料聚合物配方中，如在US專利No.6,071,580中所述。更具體地說，該增塑劑能夠用于提高泡孔膨脹，以產(chǎn)生高膨脹比。當(dāng)泡孔膨脹時(shí)，在泡孔之間的泡孔膜變薄和能夠變成不穩(wěn)定、破裂，并且能夠因此在泡孔之間產(chǎn)生多孔連接。另外，當(dāng)熱塑性聚合物冷卻和因結(jié)晶發(fā)生體積收縮時(shí)，泡孔膜的薄部分能夠破裂足以在泡孔之間產(chǎn)生附加的連接或孔隙，因此產(chǎn)生了開孔。
雖然增塑劑用作軟化劑，但是增塑劑的添加使得發(fā)泡成低密度變得甚至更困難。US專利No.6,653,360描述了含有增塑劑和熱塑性彈性體和添加劑如表面活性劑的高密度，基本上閉孔，不吸收的泡沫體。尤其，增塑劑通常降低聚合物熔體粘度和導(dǎo)致增大的熔體排流，引起發(fā)泡困難和癟泡。事實(shí)上，在某些制造過程，如食品包裝過程中，增塑劑用作消泡劑。
現(xiàn)有各種各樣的可用的FDA批準(zhǔn)的增塑劑。為個(gè)人護(hù)理產(chǎn)品選擇增塑劑的標(biāo)準(zhǔn)包括各種各樣的性能，其中不僅包括它的軟化能力，而且包括在擠出時(shí)的溫度穩(wěn)定性，耐遷移，成本，氣味，生物可降解性，以及制造和消費(fèi)者安全。典型的增塑劑包括檸檬酸酯，鄰苯二甲酸酯，硬脂酸酯，脂肪和油。已知的是甘油脂肪酸，如單硬脂酸甘油酯，通過減少氣體從泡孔中擴(kuò)散的速率來使泡孔穩(wěn)定化。然而，此類甘油脂肪酸不能提供足夠的可潤(rùn)濕性。
因此需要或需求軟質(zhì)，柔性，低密度，開孔，熱塑性，吸收性泡沫體，以及制造此類泡沫體的方法。
本發(fā)明的概述本發(fā)明涉及軟質(zhì)，柔性，低密度，開孔，熱塑性，吸收性泡沫體，以及通過形成包括一種或多種表面活性劑和增塑劑與基礎(chǔ)樹脂的結(jié)合物的泡沫聚合物配方來制造此類泡沫體的方法。因此，本發(fā)明的泡沫體能夠包括一種或多種表面活性劑和增塑劑與基礎(chǔ)樹脂的結(jié)合物。表面活性劑和/或增塑劑的量能夠進(jìn)行調(diào)節(jié)，以控制所得泡沫體的軟度，開孔含量，和泡孔尺寸和結(jié)構(gòu)。另外，熱塑性彈性體能夠與增塑劑一道或代替后者被添加到泡沫聚合物配方中，以增強(qiáng)所得泡沫體的回彈性，柔韌性，軟度和彈性。
泡沫體的開孔含量是大約50％或更高。另外，該吸收性泡沫體可具有大約5％或更多的閉孔，或約10％或更多的閉孔，或約15％或更多的閉孔，以改進(jìn)回彈性和/或抗壓縮強(qiáng)度。該泡沫體是低密度，具有約0.1克/立方厘米(g/cm3)或更低的密度，并且是軟的和柔性的，具有約600毫克或更低的Gurley勁度，和約250克或更低的邊緣壓縮。作為軟度，柔韌性，彈性，和回彈性的另一個(gè)量度，該泡沫體合適地具有約20％壓縮變定或更低的抗壓縮強(qiáng)度。表面活性劑和增塑劑添加到泡沫聚合物配方中也會(huì)增強(qiáng)在泡沫體內(nèi)泡孔分布的均勻性。
該泡沫體是吸收性的和甚至在反復(fù)的洗滌之后合適地保持吸收性。表面活性劑安定性在泡沫體中保持無損，使得在水中浸泡24小時(shí)之后約15％或更低的表面活性劑被洗掉，和另外地，上層清液的表面張力保持大于約40達(dá)因/厘米，和對(duì)于0.9％NaCl鹽水具有約3克/克或更大的飽和容量，根據(jù)在0.5psi負(fù)荷下所測(cè)量，和在第一次玷污之后約1ml/sec/in2或更大的，在第二次玷污之后約1ml/sec/in2或更大的，和在第三次玷污之后約1ml/sec/in2或更大的流體浸入通量。此外，該泡沫體適宜在30分鐘中具有約5cm或更高的垂直芯吸高度。對(duì)于粘性流體，飽和容量是大約3g/g或更大和保持能力是大約1g/g或更大。
該泡沫體可以是薄的，但具有相當(dāng)大的強(qiáng)度。更具體地說，該泡沫體可具有約400克/每平方米或更低的基重，具有約6毫米或更低的在0.02psi負(fù)荷下測(cè)量的總體膨松度，以及各自約300克或更大的縱向(MD)和橫向(CD)截獲(trap)撕裂強(qiáng)度。
制造泡沫體的一種方法包括通過包含增塑劑和表面活性劑兩者與基礎(chǔ)樹脂的結(jié)合物來配制泡沫聚合物配方，加熱泡沫聚合物配方產(chǎn)生聚合物熔體，采用發(fā)泡劑，擠出聚合物熔體，和將聚合物熔體發(fā)泡到約0.1g/cm3或更低的密度，以形成開孔，軟質(zhì)，柔性，熱塑性，吸收性的泡沫體?？商鎿Q地，若不使用單種的表面活性劑，多組分的表面活性劑體系能夠包含在泡沫聚合物配方中。與許多泡沫體形成法不同，本發(fā)明的方法是無水的方法。
合適地，該表面活性劑能夠以相當(dāng)于泡沫聚合物配方的約0.05重量％-約10重量％的含量包含在泡沫聚合物配方中，和增塑劑能夠以相當(dāng)于泡沫聚合物配方的約0.5重量％-約10重量％的含量包含在泡沫聚合物配方中。
該增塑劑通常用于提高在硬質(zhì)聚合物中的柔性和軟度并且還通過提高排流(drainage)在所得泡沫體中產(chǎn)生開孔結(jié)構(gòu)。然而，增塑劑的添加使得更難以獲得低密度的泡沫體。根據(jù)本發(fā)明已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，表面活性劑的添加使得泡沫聚合物配方發(fā)泡成低密度，甚至當(dāng)泡沫聚合物配方包括增塑劑時(shí)也是如此。由于增塑劑在低密度的開孔泡沫體形成方法中的使用所帶來的益處是特別地出乎意外的。用作增塑劑的化學(xué)品有時(shí)用作消泡劑。通過將一種或多種表面活性劑添加到增塑劑中，本發(fā)明抵消了用于泡沫體形成方法中的此類增塑/消泡化學(xué)品的負(fù)面影響。
正如所提到的，泡沫體的開孔含量能夠通過調(diào)節(jié)在泡沫聚合物配方中表面活性劑和/或增塑劑的量來控制。更具體地說，在采用表面活性劑的泡孔穩(wěn)定化與增塑劑的增強(qiáng)的排流(drainage)之間的平衡使得可以控制開孔含量。該表面活性劑同樣地提供可潤(rùn)濕性以使泡沫體吸收流體。已經(jīng)表明，某些表面活性劑經(jīng)由各種方法的引入能夠?qū)е芦@得在反復(fù)洗滌之后有連續(xù)的可潤(rùn)濕性的高度獨(dú)立(substantive)的表面活性劑。例如，HOSTASTATHS-1和其它表面活性劑的使用甚至在用水洗滌后的24小時(shí)之后保持95％(重量)完整量。另外已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，多組分表面活性劑體系能夠在比單組分表面活性劑體系更低的劑量下獲得同等或更好的泡沫體形成。
在某些實(shí)施方案中，熱塑性彈性體能夠包括在泡沫聚合物配方中以改進(jìn)所得泡沫體的軟度，柔性，回彈性，和彈性。
鑒于以上所述，本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)是提供軟質(zhì)和柔性的低密度，開孔，熱塑性，吸收性的泡沫體，和制造其中開孔含量能夠加以控制的此類泡沫體的方法。
附圖的簡(jiǎn)述本發(fā)明的這些和其它目的和特征將從與附圖相關(guān)聯(lián)進(jìn)行的如下詳細(xì)敘述中得到更好理解，其中

圖1是由掃描電子顯微鏡拍取的描述在實(shí)施例1中的泡沫體的橫截面的顯微照片。該顯微照片是在15X的放大倍數(shù)下拍取的。
圖2是由掃描電子顯微鏡拍取的描述在實(shí)施例1中的泡沫體的橫截面的顯微照片。該顯微照片是在15X的放大倍數(shù)下拍取的。
圖3是由掃描電子顯微鏡拍取的描述在實(shí)施例1中的泡沫體的橫截面的顯微照片。該顯微照片是在15X的放大倍數(shù)下拍取的。
圖4-12是由掃描電子顯微鏡拍取的描述在實(shí)施例3中的泡沫體樣品的顯微照片。該顯微照片是在20X的放大倍數(shù)下拍取的。
圖13代表性顯示了飽和容量試驗(yàn)器的部分地切掉頂視圖。
圖14代表性顯示飽和容量試驗(yàn)器的側(cè)視圖。
圖15代表性顯示飽和容量試驗(yàn)器的后視圖。
圖16A-16B代表性分別顯示用于流體浸入通量試驗(yàn)的試驗(yàn)裝置的頂視圖和側(cè)視圖。
圖17是由掃描電子顯微鏡拍取的RYNEL562-B聚氨酯吸收性醫(yī)用級(jí)泡沫體的橫截面的顯微照片。該顯微照片是在45X的放大倍數(shù)下拍取的。
圖18是由掃描電子顯微鏡拍取的GENPAK聚苯乙烯吸收性肉盤泡沫體的橫截面的顯微照片。該顯微照片是在20X的放大倍數(shù)下拍取的。
定義在本說明書的范圍內(nèi)，下面各術(shù)語或短語包括下列意義。
“泡孔”指在泡沫體中所含的空腔。當(dāng)包圍該空腔或圈起的開口的泡孔膜沒有穿孔和保持全部泡孔膜完整時(shí)，泡孔是閉孔的。當(dāng)包圍空腔的泡孔膜的至少一個(gè)壁具有連通于相鄰泡孔的孔或孔隙時(shí)產(chǎn)生了泡孔連通性，使得在相鄰泡孔之間流體的交換是可能的。
“壓縮”指通過在物體上施加力，因此提高物體的密度的一種加壓的過程或結(jié)果。
“彈性體”指具有彈性或橡膠狀性能的材料。彈性體材料，如熱塑性彈性體，在除去變形力時(shí)一般能夠在變形之后恢復(fù)它們的形狀。具體地說，在這里使用的彈性體的是指任何材料的性能當(dāng)施加伸長(zhǎng)力之后，允許該材料可以拉伸到大于該材料松弛長(zhǎng)度的至少約25％的拉伸長(zhǎng)度，并且在拉伸伸長(zhǎng)力解除之后讓材料恢復(fù)其伸長(zhǎng)率的至少40％。在X-Y平面維數(shù)中滿足彈性體材料的這一定義的假想例子將是一(1)英寸的材料樣品，它可以伸長(zhǎng)到至少1.25英寸并且它在伸長(zhǎng)到1.25英寸和釋放之后將恢復(fù)到不超過1.15英寸的長(zhǎng)度。許多彈性體材料可以被拉伸遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其松馳長(zhǎng)度的25％，并且許多這些材料在拉伸、伸長(zhǎng)力解除之后將基本恢復(fù)到它們的最初松馳長(zhǎng)度。除了該材料在包括網(wǎng)幅或片材在內(nèi)的結(jié)構(gòu)的所述X-Y平面維數(shù)中是彈性體的之外，該材料在Z平面維數(shù)中也能夠是彈性體的。具體地說，當(dāng)結(jié)構(gòu)被施加壓縮時(shí)，它顯示出彈性體性能和在松弛之后基本上回復(fù)到它的原始位置。壓縮變定有時(shí)用于描述此類彈性回復(fù)率。
“開孔”指具有至少一個(gè)破裂或缺失膜或在膜中有孔隙的任何泡孔。
“增塑劑”指能夠被添加到硬質(zhì)聚合物中為硬質(zhì)聚合物增加柔性的化學(xué)試劑。增塑劑通常降低玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。
“聚合物”一般包括但不限于，均聚物，共聚物，包括嵌段，接枝，無規(guī)和交替共聚物，三元共聚物等，以及它們的共混物和改性物。此外，除非另外具體地限定，否則該術(shù)語“聚合物”應(yīng)該包括該材料的全部可能的分子幾何構(gòu)型。這些構(gòu)型包括，但不限于全同立構(gòu)的，間同立構(gòu)的和無規(guī)立構(gòu)的對(duì)稱性。
“表面活性劑”是影響流體的表面張力的化合物，如洗滌劑和潤(rùn)濕劑。
“熱塑性”是用于描述一種材料，當(dāng)受熱時(shí)它軟化和/或流動(dòng)和當(dāng)冷卻至室溫時(shí)大體上回復(fù)到它的最初硬化條件。
“吸收性制品”包括，但不限于，個(gè)人護(hù)理吸收性制品，醫(yī)用吸收性制品，吸收性擦拭制品，以及非個(gè)人護(hù)理吸收性制品，包括過濾器，面具，包裝吸收材料，垃圾袋，除漬劑，局部用組合物，洗衣用污垢/油墨吸收劑，洗滌劑聚集器，親油性流體分離器，清洗器，等等。
“個(gè)人護(hù)理吸收性制品”包括，但不限于，吸收性制品如一次性尿布，嬰兒擦拭巾，訓(xùn)練褲，幼兒護(hù)理褲，和其它一次性衣服；女性護(hù)理產(chǎn)品，它們包括衛(wèi)生巾，擦拭紙巾，月經(jīng)墊片，內(nèi)褲襯層，內(nèi)褲防護(hù)層，陰唇間片，衛(wèi)生棉條，和衛(wèi)生棉條施加器；成年人護(hù)理產(chǎn)品，它們包括擦拭紙巾，墊片，容器，失禁用產(chǎn)品，和尿防護(hù)產(chǎn)品，等等。
“醫(yī)用吸收性制品”包括各種的專業(yè)和消費(fèi)者健康護(hù)理產(chǎn)品，其中包括但不限于，實(shí)施熱或冷治療的產(chǎn)品，醫(yī)院睡衣，手術(shù)單，繃帶，傷口敷料，覆蓋材料，容器，過濾器，一次性衣服和床墊，醫(yī)用吸收性衣服，睡衣，墊片，擦拭紙巾，等等。
“吸收性擦拭制品”包括化妝紙，手巾如廚房毛巾，一次性切片，非家庭用的手巾和擦拭器，濕紙巾，海綿，浴巾，衛(wèi)生紙，等等。
“經(jīng)血模擬物”是模擬經(jīng)血的粘彈性和其它性能的材料，它是“復(fù)合液”。在這里使用的短語“經(jīng)血模擬物”或“復(fù)合液”描述了一種液體，一般特征在于包括多種具有不同類的物理和/或化學(xué)性質(zhì)的組分的粘彈性流體。挑戰(zhàn)吸收劑或吸附材料在復(fù)合液的處置中的功效的是多種組分的不均一性能。與復(fù)合液相反，簡(jiǎn)單液體，例如尿，生理鹽水，水等，一般特征在于具有較低的粘度并包括具有均一的物理和/或化學(xué)性質(zhì)的一種或多種組分。作為具有均一性能的結(jié)果，簡(jiǎn)單液體的一種或多種組分在吸收或吸附過程中行為大體上類似，雖然一些組分可以比其它組分更容易地吸收或吸附。雖然復(fù)合液一般在這里被表征為包括具有不均一性能的特定組分，但是復(fù)合液的各特定組分一般具有均一的性能。例如考慮具有三種特定組分的代表性復(fù)合體液紅細(xì)胞，血液蛋白分子和水分子。經(jīng)檢查后，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠容易地根據(jù)它們的一般不均一性能來區(qū)別三種特定組分中的每一種。另外，當(dāng)檢查特殊的特定組分如紅細(xì)胞組分，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠容易地認(rèn)識(shí)到紅細(xì)胞的一般均一的性能。用于本發(fā)明中的“經(jīng)血模擬物”試驗(yàn)用流體是由豬血液組成，后者用豬血漿稀釋得到35％(按體積)的血細(xì)胞比容水平。測(cè)定血細(xì)胞比容水平的合適設(shè)備是可從SeparationTechnology，Inc.(辦公室位于USA佛羅里達(dá)州的Altamonte Springs的商行)獲得的HEMATOSTAT-2系統(tǒng)。另外地可以使用大體上等效的系統(tǒng)。
“粘性流體”指粘度大于水粘度的流體，包括諸如經(jīng)血，經(jīng)血模擬物，排泄流體，排泄流體模擬物等之類的流體。
這些術(shù)語可以用附加語言在說明書的剩余部分中定義。
優(yōu)選實(shí)施方案的敘述根據(jù)本發(fā)明，通過形成包括增塑劑和一種或多種表面活性劑與基礎(chǔ)樹脂的結(jié)合物的泡沫聚合物配方能夠制造軟質(zhì)，柔性，低密度，開孔，熱塑性，吸收性的泡沫體。包括在泡沫聚合物配方中的增塑劑可以進(jìn)一步提高所得泡沫體的軟度，和任選地提高所得泡沫體的開孔含量和泡孔尺寸。
本發(fā)明的泡沫體具有許多的所需性能，歸因于增塑劑和表面活性劑兩者的均衡存在。在泡沫聚合物配方中包含表面活性劑和增塑劑增強(qiáng)了軟度，柔性，吸收性，以及在泡沫體內(nèi)泡孔尺寸分布的均勻性。在這里使用的術(shù)語“泡沫聚合物配方”指在泡沫體形成過程中泡沫體的組成，而術(shù)語“泡沫體”指泡沫體的成品或成形狀態(tài)。泡沫體的組成被認(rèn)為一般等于泡沫聚合物配方的組成。
軟質(zhì)，柔性，低密度，開孔，熱塑性，吸收性的泡沫體特別適合用于各種吸收性制品應(yīng)用，包括但不限于，個(gè)人護(hù)理吸收性制品，醫(yī)用吸收性制品，和吸收性擦拭制品。個(gè)人護(hù)理吸收性制品包括，但不限于，吸收性制品如一次性尿布，嬰兒擦拭巾，訓(xùn)練褲，幼兒護(hù)理褲，泳衣，和其它一次性衣服；女性護(hù)理產(chǎn)品，包括但不限于衛(wèi)生巾，擦拭紙巾，月經(jīng)墊片，內(nèi)褲襯層，內(nèi)褲防護(hù)層，陰唇間片，衛(wèi)生棉條，和衛(wèi)生棉條施加器；成年人護(hù)理產(chǎn)品，包括但不限于擦拭紙巾，墊片，容器，失禁用產(chǎn)品，和尿防護(hù)產(chǎn)品。醫(yī)用吸收性制品包括各種的專業(yè)和消費(fèi)者健康醫(yī)療護(hù)理產(chǎn)品，例如，實(shí)施熱或冷治療的產(chǎn)品，醫(yī)院睡衣，手術(shù)單，繃帶，傷口敷料，擦拭紙巾覆蓋材料，容器，過濾器，一次性衣服和床墊，醫(yī)用吸收性衣服，墊片等。吸收擦拭制品包括化妝紙，浴巾，清洗應(yīng)用品(包括海綿和擦拭紙巾和浸漬的擦拭紙巾)，手巾如廚房毛巾，一次性切片，旅行用的手巾，濕紙巾，衛(wèi)生紙，等等。除了此類泡沫體作為個(gè)人護(hù)理產(chǎn)品的應(yīng)用之外，該泡沫體也能夠用于寬范圍的應(yīng)用中，其中包括各種衣服組件，和非個(gè)人護(hù)理吸收性產(chǎn)品，其中包括過濾器，面具，包裝吸收劑，垃圾袋，除漬劑，局部用組合物，洗衣用污垢/油墨吸收劑，洗滌劑聚集器，親油性流體分離器，清洗器，運(yùn)動(dòng)和娛樂產(chǎn)品，以及結(jié)構(gòu)和包裝應(yīng)用。另外，因?yàn)樵撆菽w是熱塑性，該泡沫體同樣是可回收的。
能夠通過調(diào)節(jié)在泡沫聚合物配方中所包含的表面活性劑和/或增塑劑的量來控制的泡沫體的開孔含量，適宜是通過使用ASTM D2856測(cè)量為約50％或更大，或約70％或更大，或約80％或更大的開孔含量。該泡沫體是低密度的，具有約0.1克/立方厘米(g/cm3)或更低，或約0.05g/cm3或更低，或約0.01g/cm3或更低(在施加任何壓縮以滿足特定的包裝和/或使用要求之前)的密度，并且是軟質(zhì)和柔性的，具有約600毫克或更低，或約300毫克或更低，或約150毫克或更低，或約50毫克或更低的格利(Gurley)勁度；以及是回彈性和彈性的，具有約250克或更低，或約100克或更低，或約35克或更低的邊緣壓縮性。格利勁度能夠使用格利勁度試驗(yàn)方法來測(cè)量，和邊緣壓縮性能夠通過使用邊緣壓縮試驗(yàn)方法來測(cè)量，兩者在下面詳細(xì)描述。軟度，柔性，彈性，和回彈性同樣地通過耐壓縮變定性來說明。本發(fā)明的泡沫體適宜地具有使用ASTM D3575所測(cè)量的約20％壓縮變定或更低，或約15％壓縮變定或更低，或約7％壓縮變定或更低的抗壓強(qiáng)度。
泡沫體甚至在反復(fù)洗滌之后適當(dāng)?shù)乇３治招浴１砻婊钚詣┌捕ㄐ栽谂菽w中保持無損，使得在水中浸泡24小時(shí)之后約15％或更低，或約10％或更低，約5％或更低的表面活性劑被洗掉。表面活性劑安定性試驗(yàn)在下面詳細(xì)描述。表面活性劑安定性的另一個(gè)量度是在同一表面活性劑安定性試驗(yàn)中上層清液的表面張力。更具體地說，表面張力保持大于約40達(dá)因/厘米，或大于約50達(dá)因/厘米，或大于約60達(dá)因/厘米。
含有0.9％NaCl鹽水的吸收性泡沫體具有約3克/克(g/g)或更大，或約15g/g或更大，或約30g/g或更大，或約100g/g或更大的飽和容量，飽和容量根據(jù)使用下面詳細(xì)描述的飽和容量試驗(yàn)方法在0.5psi負(fù)載下測(cè)量，以及在第一次玷污之后約1ml/sec/in2或更大，或約3ml/sec/in2或更大，或約5ml/sec/in2或更大的，在第二次玷污之后約1ml/sec/in2或更大，或約3ml/sec/in2或更大，或約5ml/sec/in2或更大的，和在第三次玷污之后約1ml/sec/in2或更大，或約3ml/sec/in2或更大，或約5ml/sec/in2或更大的流體浸入通量，流體浸入通量使用也在下面詳細(xì)描述的流體浸入通量試驗(yàn)或改進(jìn)流體浸入通量試驗(yàn)方法測(cè)量。此外，根據(jù)使用也在下面詳細(xì)描述的垂直芯吸試驗(yàn)用0.9％NaCl鹽溶液所測(cè)量的結(jié)果，該泡沫體在30分鐘中具有約5厘米(cm)或更高，或約7cm或更高，或約10cm或更高，或約15cm或更高的垂直芯吸高度。對(duì)于粘性流體，根據(jù)使用也在下面詳細(xì)描述的粘性流體飽和量和保持容量試驗(yàn)所測(cè)定，飽和量是大約3g/g或更大，或約25g/g或更大，或約100g/g或更大，和保持容量是約1g/g或更大，或約3g/g或更大，或約8g/g或更大。
熱塑性吸收性泡沫體可以是薄的，但具有相當(dāng)大的強(qiáng)度。更具體地說，該泡沫體可具有約400克/每平方米或更低的基重，具有約6毫米或更低的在0.02psi負(fù)荷下測(cè)量的總體膨松度。適宜地，該泡沫體具有約300克或更大，或約600克或更大，或約1200克或更大的橫向(CD)截獲撕裂強(qiáng)度，以及約300克或更大，或約600克或更大，或約1200克或更大的縱向(MD)截獲撕裂強(qiáng)度?？傮w膨松度能夠使用手動(dòng)測(cè)微計(jì)在避免表面壓縮時(shí)測(cè)量。泡沫體的截獲撕裂MD/CD強(qiáng)度可通過使用ASTM D1117-14來測(cè)量。
在這里公開的泡沫體性能中的任何一個(gè)或多個(gè)可以存在于本發(fā)明的泡沫體中。
包括在用于制造本發(fā)明泡沫體的泡沫聚合物配方中的基礎(chǔ)樹脂或起始原料能夠包括任何合適的熱塑性聚合物，或熱塑性聚合物的共混物，或熱塑性和非熱塑性聚合物的共混物。
適合用于泡沫聚合物配方中的聚合物或基礎(chǔ)樹脂的例子包括苯乙烯聚合物，如聚苯乙烯或聚苯乙烯共聚物或其它鏈烯基芳族聚合物；聚烯烴，包括烯烴的均聚物或共聚物，如聚乙烯，聚丙烯，聚丁烯等；聚酯，如聚對(duì)苯二甲酸亞烷基二醇酯；和它們的結(jié)合物。聚苯乙烯樹脂的商購例子是可從美國密歇根州Midland的Dow Chemical Company獲得的Dow STYRON685D。
輔助劑和相容劑能夠用于共混此類樹脂。交聯(lián)劑也可以用于增強(qiáng)機(jī)械性能，發(fā)泡性和膨脹性。交聯(lián)可通過幾種方式(包括電子束)或通過化學(xué)交聯(lián)劑(包括有機(jī)過氧化物)來進(jìn)行。使用聚合物側(cè)基，在聚合物結(jié)構(gòu)中引入鏈以防止聚合物結(jié)晶，降低玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，降低所給定的聚合物的分子量分布，調(diào)節(jié)熔體流強(qiáng)度和粘彈性(包括聚合物熔體的延伸粘度)，嵌段共聚合，共混聚合物，和使用聚烯烴均聚物和共聚物全部已用來改進(jìn)泡沫體柔性和發(fā)泡性。均聚物能夠用彈性和結(jié)晶領(lǐng)域進(jìn)行工程設(shè)計(jì)。也可以使用間同立構(gòu)的，無規(guī)立構(gòu)的和全同立構(gòu)的聚丙烯，此類聚合物和其它聚合物的共混物。合適的聚烯烴樹脂包括低密度(包括線性低密度)，中等密度和高密度聚乙烯和聚丙烯，它們通常使用齊格勒-納塔或菲利浦(Phillips)催化劑制造并且是相對(duì)線性的；一般更可發(fā)泡的是具有支化聚合物鏈的樹脂。全同立構(gòu)的丙烯均聚物和共混物通過使用基于金屬茂的催化劑來制備。包括烯烴彈性體。
通過使用齊格勒-納塔或金屬茂催化劑制造的乙烯和α-烯烴共聚物能夠生產(chǎn)出具有延伸性的軟質(zhì)，柔性泡沫體。也可以使用用α-烯烴交聯(lián)的聚乙烯和各種乙烯離聚物樹脂。使用乙烯-乙酸乙烯酯共聚物與其它聚烯烴型樹脂能夠生產(chǎn)出軟質(zhì)泡沫體。各種聚合物的普通改性劑也能夠與鏈基團(tuán)反應(yīng)獲得合適的功能性。合適的鏈烯基芳族聚合物包括鏈烯基芳族均聚物以及鏈烯基芳族化合物與可共聚的烯屬不飽和共聚單體的共聚物，其中包含較低比例的非鏈烯基芳族聚合物，以及它們的共混物。還可以使用離聚物樹脂。
可以使用的其它聚合物包括天然和合成有機(jī)聚合物，其中包括纖維素聚合物，甲基纖維素，聚乳酸，聚乙烯基酸，聚丙烯酸酯，聚碳酸酯，基于淀粉的聚合物，聚醚酰亞胺，聚酰胺，聚酯，聚甲基丙烯酸甲酯，和共聚物/聚合物共混物?？梢蕴砑酉鹉z改性聚合物如苯乙烯彈性體，苯乙烯/丁二烯共聚物，乙烯彈性體，丁二烯，和聚丁烯樹脂，乙丙橡膠，EPDM，EPM，和其它橡膠狀均聚物和這些的共聚物來增強(qiáng)軟度和手感。烯烴彈性體也可以用于此類目的。也可以添加橡膠，包括天然橡膠，SBR，聚丁二烯，乙烯丙烯三元共聚物，和硫化橡膠，包括TPV，來改進(jìn)橡膠狀彈性。
熱塑性泡沫吸收性能夠通過用自發(fā)的水凝膠(通常已知為超吸收劑)發(fā)泡來增強(qiáng)。超吸收劑能夠包括聚丙烯酸的堿金屬鹽；聚丙烯酰胺；聚乙烯醇；乙烯馬來酸酐共聚物；聚乙烯醚；羥基丙基纖維素；聚乙烯基嗎啉酮；乙烯基磺酸的聚合物和共聚物，聚丙烯酸酯，聚丙烯酰胺，聚乙烯基吡啶；等等。其它合適聚合物包括水解丙烯腈接枝淀粉，丙烯酸接枝淀粉，羧甲基纖維素，異丁烯馬來酸酐共聚物，和它們的混合物。其它合適聚合物包括無機(jī)聚合物，如聚磷腈，等等。此外，熱塑性泡沫生物可降解性和吸收性能夠通過用基于纖維素和基于淀粉的組分如木材和/或植物纖維紙漿/微粉發(fā)泡而增強(qiáng)。
除任何這些聚合物之外，該泡沫聚合物配方也可以或另外包括二嵌段，三嵌段，四嵌段，或其它多嵌段熱塑性彈性體的和/或柔性的共聚物如基于聚烯烴的熱塑性彈性體，其中包括無規(guī)嵌段共聚物(包括乙烯α-烯烴共聚物)；嵌段共聚物，包括氫化丁二烯-異戊二烯-丁二烯嵌段共聚物；立構(gòu)嵌段聚丙烯；接枝共聚物，包括乙烯-丙烯二烯三元共聚物或乙烯-丙烯-二烯單體(EPDM)，乙烯-丙烯無規(guī)共聚物(EPM)，乙烯丙烯橡膠(EPR)，乙烯-乙酸乙烯酯(EVA)，和乙烯-丙烯酸甲酯(EMA)；和苯乙烯類嵌段共聚物，其中包括二嵌段和三嵌段共聚物如苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯(SIS)，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)，苯乙烯-異戊二烯-丁二烯-苯乙烯(SIBS)，苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯(SEBS)，或苯乙烯-乙烯/丙烯-苯乙烯(SEPS)，它能夠以商標(biāo)KRATON彈性體樹脂從美國俄亥俄州Belpre的Kraton Polymers獲得或以商標(biāo)VECTOR(SIS和SBS聚合物)從美國得克薩斯州休斯敦的ExxonMobil Chemical Company的分公司Dexco獲得，或SEBS聚合物，作為從美國紐約州紐約市的Kuraray America，Inc.獲得的SEPTON系列熱塑性橡膠；熱塑性彈性體與動(dòng)態(tài)硫化的彈性體-熱塑性塑料共混物的共混物；熱塑性聚醚酯彈性體；離聚物熱塑性彈性體；熱塑性彈性聚氨酯，其中包括以商品名LYCRA聚氨酯從美國特拉華州Wilmington的E.I.Du Pont de Nemours獲得的那些，和從美國俄亥俄州Cleveland的Noveon，Inc.獲得的ESTANE；熱塑性彈性聚酰胺，其中包括以商品名PEBAX聚醚嵌段酰胺從美國賓夕法尼亞州費(fèi)城的ATOFINA Chemicals，Inc.獲得的聚醚嵌段酰胺；熱塑性彈性聚酯，其中包括以商品名HYTREL從E.I.Du Pont de NemoursCompany獲得的那些和從美國印地安那州Evansville的DSMEngineering Plastics獲得的ARNITEL，和具有低于約0.89克/立方厘米的密度的單中心或金屬茂催化聚烯烴，如以商品名AFFINTTYTM從美國密歇根州Midland的Dow Chemical Company獲得的金屬茂聚乙烯樹脂；和它們的結(jié)合物。
在這里使用的三嵌段共聚物具有ABA結(jié)構(gòu)，其中A表示類型A的幾個(gè)重復(fù)單元，和B表示類型B的幾個(gè)重復(fù)單元。如上所述，苯乙烯類嵌段共聚物的幾個(gè)實(shí)例是SBS，SIS，SIBS，SEBS和SEPS。在這些共聚物中A嵌段是聚苯乙烯和B嵌段是橡膠狀組分。一般這些三嵌段共聚物具有從低到數(shù)千至高到數(shù)十萬的分子量以及苯乙烯含量能夠是5％-75％，基于三嵌段共聚物的重量。二嵌段共聚物類似于三嵌段但具有AB結(jié)構(gòu)。合適二嵌段包括苯乙烯-異戊二烯二嵌段，它具有相當(dāng)于三嵌段分子量的大約一半的分子量和具有相同的A嵌段與B嵌段的比率。具有不同的A與B嵌段比率或比三嵌段共聚物的一半更大的分子量的二嵌段適合于改進(jìn)泡沫聚合物配方，以便經(jīng)由聚合物擠出法生產(chǎn)低密度、軟質(zhì)、柔性、吸收性的泡沫體。
正如在下面的實(shí)施例4和5中所述，特別有益的是包括具有高二嵌段含量和高分子量的熱塑性彈性體作為泡沫聚合物配方的一部分以擠出得到低密度，軟質(zhì)，柔性，回彈性，吸收性，熱塑性的泡沫體。例如，熱塑性彈性體可具有相當(dāng)于總熱塑性彈性體重量的約50重量％和約80重量％之間的二嵌段含量。
KRATON產(chǎn)品已經(jīng)表明可用作在基于苯乙烯的泡沫體中的非連續(xù)相和當(dāng)以少量使用時(shí)用作開孔產(chǎn)生劑。用于在本發(fā)明泡沫體中的總體泡沫聚合物配方中的KRATON聚合物的量在這樣大的量級(jí)，使得與所賦予的回彈性，柔性，彈性和軟度相比，開孔效果是可以忽略的。
適宜地，該泡沫聚合物配方包括高達(dá)約95重量％的聚苯乙烯，和至少5重量％的熱塑性彈性體。更具體地說，該泡沫聚合物配方可以包括約50重量％和約95重量％的聚苯乙烯，和約5重量％和約50重量％的熱塑性彈性體。另外地，該泡沫聚合物配方可以包括約50重量％-約80重量％之間的聚苯乙烯，和約20重量％和約50重量％之間的熱塑性彈性體。在一個(gè)實(shí)施方案中，例如，該泡沫聚合物配方可以包括等量的聚苯乙烯和熱塑性彈性體。
根據(jù)本發(fā)明，增塑劑能夠包括在泡沫聚合物配方中。增塑劑是賦予柔性，拉伸性和加工性能的化學(xué)試劑。該類型的增塑劑影響到泡沫體凝膠性能，發(fā)泡劑遷移抗性，泡孔結(jié)構(gòu)，其中包括細(xì)泡孔尺寸，和開孔的數(shù)量。增塑劑通常具有低分子量。由增塑劑的引入所導(dǎo)致的聚合物鏈淌度和自由體積的增加通常導(dǎo)致Tg下降，和增塑劑有效性常常由這一量度來表征。石油基的油品，脂肪酸，和酯類是通常使用的并用作外增塑劑或溶劑，因?yàn)樗鼈冊(cè)诮Y(jié)晶時(shí)沒有化學(xué)鍵接于聚合物上但仍然在聚合物基質(zhì)中保持完整。
該增塑劑將利用在泡孔之間薄膜的泡孔連通性提高到在泡孔之間產(chǎn)生孔隙連接的程度；因此，該增塑劑提高開孔含量。適宜地，該增塑劑的含量相當(dāng)于泡沫聚合物配方的約0.5重量％和約10重量％，或約1重量％和約10重量％。在發(fā)泡過程中增塑劑以不斷增大的濃度逐漸地和小心地計(jì)量加入到泡沫聚合物配方中，因?yàn)橐淮翁砑犹嗟脑鏊軇?huì)產(chǎn)生泡孔不穩(wěn)定性，導(dǎo)致泡孔扁癟。
合適增塑劑的例子包括聚乙烯，乙烯-乙酸乙烯酯共聚物，礦物油，棕櫚油，蠟，基于醇和有機(jī)酸的酯，萘油，石蠟油，和它們的結(jié)合物。合適增塑劑的商購例子是在乙烯的催化聚合反應(yīng)時(shí)生產(chǎn)的短鏈聚乙烯；因?yàn)樗牡头肿恿?，它常常被稱為“蠟”。這是以商品名EPOLENEC-10從美國田納西州Kingsport的Eastman Chemical Company獲得的低密度的高度支化聚乙烯“蠟”。
為了讓泡沫體用于個(gè)人護(hù)理和醫(yī)用產(chǎn)品應(yīng)用和許多吸收性擦拭制品和非個(gè)人護(hù)理制品中，泡沫體必須滿足苛刻的化學(xué)和安全準(zhǔn)則。許多增塑劑經(jīng)FDA批準(zhǔn)用于包裝材料。這些增塑劑包括乙酰檸檬酸三丁酯；乙酰檸檬酸三乙酯；水楊酸對(duì)叔丁基苯基酯；硬脂酸丁酯；丁基萘基丁基甘醇酸酯；癸二酸二丁酯；二-(2-乙基己基)鄰苯二甲酸酯；鄰苯二甲酸二乙酯；己二酸二異丁酯；鄰苯二甲酸二異辛酯；二苯基-2-乙基己基磷酸酯；環(huán)氧化大豆油；乙基萘基乙基甘醇酸酯；甘油單油酸酯；單異丙基檸檬酸酯；單-，二-，和三硬脂基檸檬酸酯；甘油三乙酸酯(甘油三乙酸酯)；檸檬酸三乙酯；和3-(2-xenoyl)-1，2-環(huán)氧丙烷。
在某些實(shí)施方案中，用作熱塑性彈性體的相同材料也可用作增塑劑。例如，如上所述的KRATON多相聚合物可以用作熱塑性彈性體和/或增塑劑。在這種情況下，該泡沫聚合物配方可以包括約10重量％和約50重量％的單個(gè)組合物，后者同時(shí)用作熱塑性彈性體和增塑劑。換一種方式描述，泡沫體可以在沒有增塑劑本身的情況下形成；在這種情況下，該泡沫聚合物配方可以包括約10重量％和約50重量％的熱塑性彈性體。這一組合物的例子是在下面實(shí)施例1中的樣品2a。
將軟質(zhì)、柔性聚合物如熱塑性彈性體發(fā)泡到低密度是難以實(shí)現(xiàn)的。添加增塑劑使得發(fā)泡到低密度更難以實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的方法通過在泡沫聚合物配方中包含表面活性劑來克服了這一困難。表面活性劑使泡孔變穩(wěn)定化，因此抵消泡孔扁癟，同時(shí)保持開孔結(jié)構(gòu)。泡孔的這一穩(wěn)定化產(chǎn)生泡孔均勻性和實(shí)現(xiàn)了泡孔結(jié)構(gòu)的控制。除了讓含有增塑的熱塑性彈性體聚合物的泡沫配制劑發(fā)泡到低密度之外，該表面活性劑還提供可潤(rùn)濕性以使所得泡沫體可以吸收流體。
盡管不希望將本發(fā)明限于特定的理論，但是可以相信，通過在含有增塑劑的泡沫聚合物配方中使用表面活性劑可以實(shí)現(xiàn)改進(jìn)的泡孔穩(wěn)定化。增塑劑的添加使得發(fā)泡到低密度更難以實(shí)現(xiàn)。增塑劑如蠟，油，硅質(zhì)消泡劑和小的顆粒狀物在低添加量下提供了在泡沫體泡孔膜中局部的表面張力下降，這會(huì)引起破裂和過早的泡孔扁癟或聚結(jié)。本發(fā)明的方法通過向泡沫聚合物配方中添加表面活性劑來克服了這一困難，這會(huì)抵消在聚合物熔體中氣泡形成的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)不穩(wěn)定性。表面活性劑使泡孔變穩(wěn)定，因此抵消由增塑劑所引起的泡孔扁癟。泡孔的這一穩(wěn)定化產(chǎn)生了就泡孔尺寸和泡孔尺寸分布而言的泡孔均勻性，因此可以控制泡孔結(jié)構(gòu)。因?yàn)樵摫砻婊钚詣┦潜砻婊钚栽噭?，它降低表面或界面張力和因此促進(jìn)氣泡形成。降低的表面張力會(huì)降低為了維持特定尺寸的氣泡所需要的壓差，降低在不同尺寸的氣泡之間的壓差，降低為了維持給定的界面面積所需要的自由能，和因此提高氣泡成核速率。根據(jù)吉布斯(Gibbs)定理解釋，表面活性劑防止泡孔膜的過度變薄和將表面活性劑恢復(fù)富集到表面上并因此作為穩(wěn)定因素；然而，表面活性劑不會(huì)讓液體恢復(fù)到膜上，這導(dǎo)致自修復(fù)的缺乏。馬蘭各尼效應(yīng)(Marangoni effect)描述了液體的阻滯底層的表面流以恢復(fù)膜厚度，它增強(qiáng)了膜彈性和回彈性和因此阻止了泡孔聚結(jié)。這再次成為穩(wěn)定劑。假定這兩個(gè)機(jī)理可信，如果表面活性劑經(jīng)過設(shè)計(jì)使得馬蘭各尼效應(yīng)支配泡沫聚合物配方則表面活性劑是最有效的，因?yàn)槿绻妓剐?yīng)支配，則擴(kuò)散速率太高和不會(huì)發(fā)生自修復(fù)。因此表面活性劑的添加用作控制表面張力的“緩沖劑”或“穩(wěn)定劑”，并且在溫度的控制下，這也影響表面張力，熔體粘度和熔體強(qiáng)度，從而產(chǎn)生膜泡穩(wěn)定性以使得在熱塑性熔體中形成泡孔。這一效果可通過降低表面張力(它將聚合物基質(zhì)保持在一起)來抵消。
由于重力和毛細(xì)管力，氣泡壁典型地排流(drain)。在泡孔支撐部足夠地硬化之前這一排流使得膜泡壁變薄，導(dǎo)致癟泡。拉普拉斯(LaPlace)和Young提出，在兩個(gè)或多個(gè)肋線(ribs)的匯合點(diǎn)上的毛細(xì)壓力較低，因此產(chǎn)生了從膜到肋線的流動(dòng)和因此變薄。由于有足夠量的表面活性劑分子優(yōu)先排列遷移到薄膜狀膜的表面上，表面活性劑在泡孔膜的薄膜表面上的存在提供了抵抗熔化塑料的排流的性能。如果膜層是足夠的厚，如在泡沫體膜中，它能夠進(jìn)一步通過從離子型表面活性劑的取向產(chǎn)生的分子的離子雙層來穩(wěn)定化。如果膜足夠薄，則非離子和離子型表面活性劑能夠顯示出另一種穩(wěn)定力。這通過表面活性劑尾部的定向排列產(chǎn)生雙層結(jié)構(gòu)(如在生物細(xì)胞中存在的)來實(shí)現(xiàn)，這些表面活性劑利用范德華力保持在一起和因此使泡沫體膜穩(wěn)定化。
(參考文獻(xiàn)Polymers Foams，Daniel Klempner和Kurt Frisch編輯，Hanser Publishers，1991；和Foam Extrusion，S.T.Lee編輯，Technomic Publishing Co.，Inc.，2000。)表面活性劑被認(rèn)為還對(duì)于氣體從泡孔擴(kuò)散到環(huán)境中的作用提供抵抗作用，這也有助于防止泡孔扁癟。由于抗排流性所引起的降低氣體滲透性與表面活性劑堆積到氣泡膜表面上的程度有關(guān)并解釋了在各種表面活性劑的性能之間的差異。這一降低的擴(kuò)散速率允許足夠的冷卻便于支撐部形成，從而防止聚結(jié)。該表面活性劑不需要防止排流，但簡(jiǎn)單地使其減緩到足以使泡孔支撐部大體上硬化以防止泡孔聚結(jié)。在通常情況下，可以預(yù)期，在熔體中有高度活動(dòng)性的，高度表面活性的，和能夠緊密堆積和防止膜排流的表面活性劑將提供最佳的泡孔穩(wěn)定化。
該表面活性劑可以是單種表面活性劑，或多組分表面活性劑體系。多組分表面活性劑體系是兩種或多種表面活性劑的結(jié)合物。另外已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，某些多組分表面活性劑體系能夠在比某些單組分表面活性劑體系更低的劑量下獲得同等或更好的泡沫體形成。下面的實(shí)施例3說明了將各種劑量的表面活性劑和表面活性劑混合物添加到聚合物共混物中的效果。例如，在所試驗(yàn)的樣品中，雙組分表面活性劑泡沫體具有與用單種表面活性劑體系的用量的三倍以上用量制造的泡沫體相當(dāng)?shù)拿芏?。表面活性劑是在泡沫聚合物配方中的昂貴的組分。與包括三倍以上表面活性劑的泡沫體相比，某些多組分表面活性劑體系的使用能夠用于在更低成本下獲得具有等同泡沫體性能的泡沫體。
該表面活性劑能夠以相當(dāng)于泡沫聚合物配方的約0.05重量％和約10重量％，或約0.1重量％和約5重量％的用量包含在泡沫聚合物配方中。在表面活性劑是多組分表面活性劑體系的一個(gè)實(shí)施方案中，全部表面活性劑的總共能夠以相當(dāng)于泡沫聚合物配方的約0.05重量％和約8.0重量％，或約0.1重量％和約3.0重量％的量包含在泡沫聚合物配方中。合適表面活性劑的例子包括陽離子，陰離子，兩性，和非離子型表面活性劑。陰離子表面活性劑包括烷基磺酸鹽。商購表面活性劑的例子包括可從美國弗吉尼亞州Winchester的Clariant Corporation獲得的HOSTASTATHS-1；Cognis EMEREST2650，CognisEMEREST2648，和Cognis EMEREST3712，各自可以從美國俄亥俄州Cincinnati的Cognis Corporation獲得；和可從美國密歇根州Midland的Dow Chemical Company獲得的Dow Coming 193。烷基磺酸鹽是相當(dāng)有效的；然而，由于產(chǎn)品安全因素，這一類型的表面活性劑在某些應(yīng)用中的使用會(huì)受到限制。一些結(jié)合物可以獲得出乎意外的益處，其中烷基磺酸鹽在顯著較低水平下與其它表面活性劑聯(lián)合添加，得到良好的發(fā)泡和可潤(rùn)濕性。在一個(gè)實(shí)施方案中，例如，該表面活性劑能夠在氣相中，如通過發(fā)泡劑如超臨界狀態(tài)的二氧化碳的使用，被添加到泡沫聚合物配方中。使用氣態(tài)表面活性劑的一個(gè)益處是表面活性劑能夠完全地穿透和引入到聚合物基質(zhì)中，它能夠改進(jìn)直接性和因此降低表面活性劑不穩(wěn)定性以增強(qiáng)泡沫體的永久可潤(rùn)濕性。
在采用表面活性劑的泡孔穩(wěn)定化與增塑劑的增強(qiáng)的熔體排流(drainage)之間的平衡使得可以控制所得泡沫體的開孔含量。更具體地說，能夠調(diào)節(jié)表面活性劑的量以抵消增塑劑的效果，和/或能夠調(diào)節(jié)增塑劑的量以抵消表面活性劑的效果。例如，如果增塑劑以相當(dāng)于泡沫聚合物配方的約0.5重量％-約5重量％的含量包含在泡沫聚合物配方中，則表面活性劑應(yīng)當(dāng)以相當(dāng)于泡沫聚合物配方的約0.5重量％-約5重量％的含量包含在泡沫聚合物配方中。類似地，如果增塑劑以相當(dāng)于泡沫聚合物配方的約5重量％-約10重量％的含量包含在泡沫聚合物配方中，則表面活性劑應(yīng)當(dāng)以相當(dāng)于泡沫聚合物配方的約2重量％-約10重量％的含量包含在泡沫聚合物配方中。另外，能夠調(diào)節(jié)聚合物樹脂熔體流動(dòng)指數(shù)以補(bǔ)償增塑劑的效果。
其它添加劑能夠包含在泡沫聚合物配方中以增強(qiáng)所得泡沫體的性能。例如，成核劑能夠被添加來改進(jìn)在泡沫聚合物配方中的泡沫氣泡形成。合適成核劑的例子包括滑石，碳酸鎂，納米粘土，硅石，碳酸鈣，改性成核劑復(fù)合物，和它們的結(jié)合物。商購成核劑的例子是從美國得克薩斯州Gonzales的Southern Clay Products，Inc.以商品名CLOISITE20A獲得的納米粘土。該成核劑能夠以相當(dāng)于泡沫聚合物配方的約0.1重量％和約5重量％之間的量被添加到泡沫聚合物配方中。下面更詳細(xì)描述成核劑或成核試劑。
下面更詳細(xì)描述的發(fā)泡劑能夠被添加到泡沫聚合物配方中以促進(jìn)發(fā)泡過程。發(fā)泡劑能夠是在擠出溫度下分解釋放大體積的氣體，揮發(fā)性液體如致冷劑和烴，或環(huán)境氣體如氮?dú)夂投趸迹蛩蛩鼈兊慕Y(jié)合物的化合物。發(fā)泡劑能夠以相當(dāng)于泡沫聚合物配方的約1重量％和約10重量％的量被添加到泡沫聚合物配方中。
一旦混合和形成了包括增塑劑、表面活性劑和任何其它添加劑的泡沫聚合物配方，該泡沫聚合物配方被適宜地混合和加熱到在約100和約500攝氏溫度之間的溫度，以產(chǎn)生聚合物熔體。增塑劑降低聚合物熔體的延伸粘度，這導(dǎo)致發(fā)泡變困難。然而，表面活性劑減輕了增塑劑對(duì)于濃度的影響，因此可以控制所得泡沫體的開孔含量。同樣地，正如所提到的，能夠調(diào)節(jié)聚合物樹脂熔體指數(shù)以補(bǔ)償增塑劑的效果。
聚合物熔體能夠使用本領(lǐng)域中技術(shù)人員已知的任何合適發(fā)泡技術(shù)來發(fā)泡。泡沫體的密度適宜地是約0.1g/cm3或更低，或約0.05g/cm3或更低，或約0.01g/cm3或更低。泡沫膨脹比率一般是約10或更大。適宜地，該吸收性泡沫體可具有大約5％或更多的閉孔，或約10％或更多的閉孔，或約15％或更多的閉孔，以改進(jìn)回彈性和/或抗壓縮強(qiáng)度。
聚合物熔體能夠連續(xù)地?cái)D出以形成軟質(zhì)，柔性，開孔，熱塑性，吸收性的泡沫體。正如以上所解釋，泡沫體的開孔含量通過調(diào)節(jié)添加增塑劑和表面活性劑的量來控制。開孔含量能夠根據(jù)ASTM D2856，方法C，使用氣體比重計(jì)來測(cè)量。所得泡沫體的開孔含量適宜地是約50％或更大，或約70％或更大，或約80％或更大。
為了生產(chǎn)用于一次性個(gè)人護(hù)理產(chǎn)品的熱塑性泡沫體，通常使用連續(xù)塑料擠出過程。(某些注塑和間歇方法也可以使用。)使用常常串聯(lián)螺桿型擠出機(jī)，因?yàn)闉榱松a(chǎn)出開孔泡沫體對(duì)擠出溫度的嚴(yán)密控制的需要。第一擠出機(jī)通常含有幾個(gè)區(qū)段，其中包括進(jìn)料和輸送，壓縮，熔化，計(jì)量和混合區(qū)段，和如果使用一臺(tái)擠出機(jī)，在聚合物熔體出料，發(fā)泡和成形之前使用冷卻區(qū)段。第一擠出機(jī)通常是使用干燥/共混/計(jì)量設(shè)備和/或?qū)⑻砑觿┮氲搅Ａ蠣罹酆衔餄饪s物中如在母料中的裝載樹脂和添加劑的進(jìn)料斗。樹脂，添加劑，和/或母料然后在擠出機(jī)中加熱以形成增塑或熔融的聚合物體系，常常使用擠出機(jī)冷卻/加熱系統(tǒng)實(shí)施區(qū)段溫度控制。通常在熔體溫度已經(jīng)加熱到它的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度或熔化溫度或高于它的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度或熔化溫度的溫度之后添加物理發(fā)泡劑，以形成可發(fā)泡的熔體。物理發(fā)泡劑的入口通常在計(jì)量和混合區(qū)段之間。發(fā)泡劑與熔化聚合物在足夠升高的壓力下徹底混合以防止熔體膨脹。對(duì)于將成核劑和發(fā)泡劑摻混在聚合物熔體中的情況，可發(fā)泡的熔體典型地冷卻到較低溫度以控制所需泡沫體泡孔結(jié)構(gòu)。對(duì)于串聯(lián)的擠出機(jī)，冷卻是在第二擠出機(jī)中進(jìn)行的，它通過加熱的交叉供給管連接到第一擠出機(jī)的下游。在單一型擠出機(jī)中，冷卻通常在排放孔的上游進(jìn)行。具有工藝溫度控制環(huán)管的冷卻/加熱系統(tǒng)常常被引入來嚴(yán)密地控制在熔體內(nèi)的泡沫體氣泡成核/生長(zhǎng)。最佳冷卻溫度通常在或稍微地高于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度或熔體的熔點(diǎn)。熔體然后經(jīng)由沖模擠出到較低壓力(通常為大氣壓或真空)從而引起熱力學(xué)不穩(wěn)定性和發(fā)泡，然后使塑料冷卻和結(jié)晶形成泡沫并固化形成網(wǎng)幅或產(chǎn)品。常常使用圓形，環(huán)形或縫形沖模，包括幕形沖模，等等，常常具有芯軸，從而將該網(wǎng)幅成形和拉伸到所需的規(guī)格，形狀以及隨泡沫膨脹和冷卻的取向。
使用該擠出的各種設(shè)備構(gòu)型能夠用于制造熱塑性膨脹泡沫體，擠塑片材，束狀泡沫體，棒條，管，模塊，板，膜，和珠粒。泡沫層壓材料和復(fù)合材料也能夠用此類設(shè)備制造。各種專用設(shè)備能夠在特殊設(shè)計(jì)的沖模的上游使用以增強(qiáng)混合，冷卻，泡孔結(jié)構(gòu)，計(jì)量，和發(fā)泡，并且包括靜態(tài)混合器，齒輪泵，和各種擠出機(jī)螺桿設(shè)計(jì)。拉伸裝置，包括夾輥，拉幅機(jī)，和傳輸帶，有時(shí)候緊接著在出料口的下游使用以伸長(zhǎng)泡孔形狀增強(qiáng)吸收性。用于交聯(lián)的微波輻射，泡沫體活化，和機(jī)械方法的使用也能夠用于增強(qiáng)泡沫體性能。使用熱成形和其它此類熱加工方法的泡沫體輪廓加工、成形(例如絲網(wǎng)圖案的使用)等等能夠用于控制成形和吸收劑溶脹。
物理和化學(xué)發(fā)泡劑，包括無機(jī)和有機(jī)物理發(fā)泡劑，都用來產(chǎn)生泡沫體。合適的無機(jī)物理發(fā)泡劑包括水，氮，二氧化碳，空氣，氬氣，和氦氣。有機(jī)發(fā)泡劑包括烴如甲烷，乙烷，丙烷，丁烷，戊烷，己烷，等等。也可以使用脂族醇和鹵代烴，包括FREON和HFC-134A，雖然在后者情況下，由于環(huán)境理由一般避免使用它們。在擠出機(jī)料斗中通常添加的吸熱和放熱化學(xué)發(fā)泡劑包括偶氮二甲酰胺，對(duì)甲苯磺酰肼，偶氮二異丁腈，苯磺酰肼，對(duì)-甲苯磺酰肼，偶氮二羧酸鋇，碳酸氫鈉，碳酸鈉，碳酸銨，檸檬酸，甲苯磺酰基氨基脲，二亞硝基-五亞甲基-四胺，苯基四唑硼氫化鈉，等等。各種物理和化學(xué)發(fā)泡劑的混合物和結(jié)合物能夠被使用并常常用于控制泡孔結(jié)構(gòu)。能夠添加發(fā)泡劑活化劑來降低此類化學(xué)發(fā)泡劑的分解溫度/分布。此類活化劑包括鹽，氧化物，或有機(jī)金屬配合物形式的金屬類。
開孔形成能夠通過升高的加工壓力和/或溫度以及使用可同時(shí)控制泡孔密度和泡孔結(jié)構(gòu)的成核劑和化學(xué)發(fā)泡劑來調(diào)節(jié)。各種基礎(chǔ)樹脂有時(shí)用于增寬該發(fā)泡溫度以制造開孔泡沫體。開孔水平能夠通過將少量的各種不混溶的聚合物添加到泡沫聚合物配方中，如將聚乙烯或乙烯/乙酸乙烯酯共聚物添加到基于聚苯乙烯的泡沫體系中產(chǎn)生可以引起泡壁破裂的相間疇來得到促進(jìn)。通過調(diào)節(jié)聚合物體系組分和結(jié)晶引發(fā)溫度，開孔含量和微孔泡孔膜均勻性能夠得到控制。乙烯-苯乙烯互聚物能夠被添加到鏈烯基芳族聚合物中以控制開孔質(zhì)量和改進(jìn)表面質(zhì)量和可加工性。少量的基于聚苯乙烯的聚合物有時(shí)被添加到基于聚烯烴的泡沫體中以提高開孔含量。
添加劑，如成核劑，也可用于獲得所需的細(xì)開孔結(jié)構(gòu)。成核劑的量將根據(jù)所需的泡孔結(jié)構(gòu)，發(fā)泡溫度，壓力，聚合物組成，和所使用的成核劑的類型來變化。通常隨著成核劑增加，泡孔密度和開孔含量會(huì)提高。成核劑包括碳酸鈣，檸檬酸和碳酸氫鈉的摻混物，經(jīng)涂覆的檸檬酸/碳酸氫鈉顆粒，納米粘土，硅石，硬脂酸鋇，硅藻土，二氧化鈦，滑石，粉碎木材，粘土和硬脂酸鈣。硬脂酸，水楊酸，脂肪酸，和金屬氧化物也可以用作發(fā)泡助劑。其它熱塑性聚合物也可以用于此目的。這些物質(zhì)通常被干摻混進(jìn)去或隨聚合物濃縮物添加進(jìn)去。
各種添加劑如潤(rùn)滑劑，除酸劑，穩(wěn)定劑，著色劑，粘合促進(jìn)劑，填料，smart化學(xué)品，泡沫調(diào)節(jié)劑，各種UV/紅外輻射穩(wěn)定劑，抗氧化劑，阻燃劑，防煙劑，防縮劑，熱穩(wěn)定劑，橡膠(包括熱固性材料)，抗靜電劑，滲透性改性劑，和其它加工和擠出助劑，其中包括脫模劑，和防粘連劑和類似物，也能夠被添加到泡沫聚合物配方中。
能夠進(jìn)行二級(jí)后處理過程，以進(jìn)一步改進(jìn)吸收性，配合，和類似性能，其中包括機(jī)械針刺，拉伸，刷，嵌接，緩沖/沙磨，和控制泡孔取向、美觀性和軟化的拉伸。壓延和起皺也可用于軟化和破裂泡孔膜以改進(jìn)泡孔連通性，和熱成形法可用于成形該泡沫體吸收劑。常常在擠出過程中形成泡沫體表面皮，它隨后被切割或切開，針扎，刷，刮削，緩沖，嵌接，沙磨，或穿孔以除去阻隔層。機(jī)械，液壓，熱，或激光穿孔也可以用來軟化泡沫體和進(jìn)一步增加開孔含量。
在擠出之后，泡沫結(jié)構(gòu)的后致密化能夠用于增強(qiáng)功能。本發(fā)明的泡沫體能夠?qū)訅旱狡渌鼘由希瑢?dǎo)致得到了具有各種功能的結(jié)構(gòu)。
實(shí)施例實(shí)施例1泡沫聚合物配方是由Dow STYRON685D聚苯乙烯粒料樹脂和KRATONG1657苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯(SEBS)嵌段共聚物粒料熱塑性彈性體樹脂的共混物組成。將低分子量聚乙烯蠟(EastmanEPOLENEC-10)添加到某些樣品中以增塑該泡沫聚合物配制劑。將可從美國密歇根州Midland的Dow-Corning Company獲得的表面活性劑，Dow-Corning 193添加到某些樣品中以改進(jìn)可潤(rùn)濕性。成核劑，CLOISITE20A也以5重量％的量添加到泡沫聚合物配方中。全部泡沫體通過使用從美國新澤西州Somerville的American LeistritzExtruder Corporation獲得的27-mm Leistritz同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機(jī)被擠出，為二氧化碳?xì)獾闹苯幼⑷攵惭b。泡沫聚合物配方在擠出機(jī)中被加熱至約200攝氏度和隨后使用二氧化碳(以泡沫聚合物配方的6重量％添加)作為發(fā)泡劑來發(fā)泡。調(diào)節(jié)擠出溫度和壓力以實(shí)現(xiàn)最佳泡沫膨脹和開孔連通性。表1顯示了用于所形成的六種樣品中的每一種的泡沫聚合物配方。根據(jù)泡沫聚合物配方的重量百分?jǐn)?shù)來記錄用量，其中泡沫聚合物配方包括聚苯乙烯，SEBS，成核劑，和，或許存在的表面活性劑/聚乙烯蠟。
表1泡沫聚合物配方
樣品中的每一種經(jīng)過試驗(yàn)來測(cè)定泡沫密度，表觀開孔含量，壓縮模量，回彈率，和應(yīng)變。表2顯示每一種樣品的這些泡沫體性能的對(duì)比。用于對(duì)比目的的也包括在表2中的是可從美國緬因州Boothbay的Rynel Ltd.Co.獲得的商購吸收性泡沫體RYNEL562-B。更具體地說，562-B是醫(yī)用級(jí)親水性聚氨酯泡沫體。雖然對(duì)于許多一次用產(chǎn)品應(yīng)用來說顯得昂貴一些并且不易加工再回用，但是熱固性泡沫體已表明對(duì)于個(gè)人護(hù)理和醫(yī)用泡沫體應(yīng)用具有功能吸收性、機(jī)械和美觀性能。
泡沫體密度通過使用在ASTM D1622-98中所述的基重測(cè)量法來計(jì)算，并且該膨松度通過使用手動(dòng)測(cè)微計(jì)來測(cè)量和避免表面壓縮。通過使用ASTM D2856，方法C，由氣體比重計(jì)測(cè)量開孔含量。壓縮模量，回彈率，和應(yīng)變各自通過使用ASTM D3575來測(cè)量。對(duì)ASTM方法進(jìn)行改進(jìn)，以適應(yīng)樣品幾何結(jié)構(gòu)。這一改進(jìn)不改變?cè)囼?yàn)結(jié)果。
表2泡沫體性能
如表2中所示，沒有增塑劑或者表面活性劑的泡沫聚合物配方具有高密度(樣品1a)。樣品2a說明了通過單獨(dú)添加表面活性劑，密度顯著降低。樣品3a說明了通過表面活性劑和增塑劑的結(jié)合使用，密度能夠甚至更多地降低和開孔含量能夠提高。樣品4a和5a說明了相對(duì)于表面活性劑的量過量的增塑劑的有害影響。
樣品5a和6a一起說明了具有較高水平的蠟的泡沫膨脹能夠通過提高表面活性劑的水平來改進(jìn)。對(duì)于樣品5a，在1.6％表面活性劑添加量下，泡沫密度是55lb/ft3，它幾乎是原始未改性的聚苯乙烯(65lb/ft3)的泡沫密度，而對(duì)于樣品6a，在4.8％表面活性劑添加量下(和進(jìn)一步添加KRATON G1657，它比聚苯乙烯更難于發(fā)泡)，該泡沫密度下降到約7lb/ft3。在這些條件下，經(jīng)測(cè)量開孔含量大于80％。
樣品2a，3a，和4a的顯微照片分別提供于圖1-3中。RYNEL562-B泡沫體的顯微照片示于圖17中。
圖1顯示了沒有添加蠟的泡沫聚合物配方。直的泡孔壁顯示了全部泡孔膨脹且在泡沫聚合物配方冷卻的同時(shí)有可能連續(xù)膨脹。
圖2顯示添加4.3％蠟的影響。泡壁是起皺的。氣體從泡孔中損失(可能歸因于泡壁開口)和在泡壁固化之后(但仍然較軟)泡孔開始扁癟。結(jié)果是泡壁的起皺的外觀。
圖3顯示添加17.1％蠟的影響。有沒有發(fā)泡的大面積。這歸因于太多增塑所造成的泡孔的全部扁癟。
實(shí)施例2本實(shí)施例說明了表面活性劑結(jié)構(gòu)對(duì)于允許從聚苯乙烯與軟質(zhì)、柔性聚合物的共混物生產(chǎn)低密度泡沫體的重要性。在本實(shí)施例中的泡沫聚合物配方包括50.0份的Dow STYRON 685D聚苯乙烯和45.2份的KRATON G1657SEBS，和4.8份CLOISITE 20A納米粘土。泡沫擠出方法與實(shí)施例1相同。具有各種表面活性劑的泡沫聚合物配方的樣品，和表面活性劑的水平，和這些樣品的結(jié)果示于表3中。
表3用各種表面活性劑發(fā)泡軟質(zhì)、柔性聚合物
表3中的結(jié)果說明了表面活性劑選擇對(duì)于泡沫密度和可潤(rùn)濕性的影響?？蓾?rùn)濕性是通過五個(gè)水滴經(jīng)由泡沫體的脫皮部分穿透進(jìn)入到5mm厚度泡沫體中來顯示。
樣品1b，沒有表面活性劑的唯一樣品，與包括表面活性劑的每一種樣品相比，具有高得多的密度和低得多的開孔含量。沒有液體穿透進(jìn)入到泡沫體中。用具有硫酸頭的HOSTASTAT HS-1(樣品2b)和Dow的乙氧基化硅表面活性劑(樣品3b)生產(chǎn)的泡沫體具有液體貫入度，而具有PEG 400頭的Cognis表面活性劑(樣品4b-6b)不具有液體貫入度，甚至具有可比的開孔含量(樣品4b對(duì)(比)樣品2b和3b)。
實(shí)施例3這一實(shí)施例說明了與單種表面活性劑相比，多種表面活性劑在泡沫聚合物配方中的效果。表4說明了將各種劑量的表面活性劑和表面活性劑混合物添加到54.45份的Dow STYRON 685D聚苯乙烯，44.55份的KRATON G1657與1份的MISTONVAPOR滑石(用作成核劑，可從美國科羅拉多州Englewood的Luzenac America，Inc.獲得)的聚合物共混物中所獲得的結(jié)果。所使用的表面活性劑是HOSTASTATHS-1，可從美國弗吉尼亞州Winchester的Clariant Corporation獲得的烷基磺酸鹽；MMF 184SW，可從美國喬治亞州Dacula的Siltech LLC獲得的乙氧基化硅氧烷；和MASILSF-19，可從美國新澤西州MountOlive的BASF Corporation獲得的乙氧基化硅氧烷。泡沫擠出方法與實(shí)施例1相同，只是所使用的最高擠出溫度是195攝氏度和二氧化碳加入速率是大約15重量％。
在表4中，泡沫體鹽水浸入速率是通過裁取十二片段的泡沫體，每一片段具有清潔切削面，并將一滴的0.9％NaCl鹽溶液滴在各表面上來定量分析。如果該液滴被足夠快速地吸收且液滴沒有形成彎月面，則該片段被評(píng)分為9。如果該液滴在一秒中或更短時(shí)間中被吸收但形成彎月面，則該片段被評(píng)分為5。如果該液滴在一秒到十秒之間被吸收，則片段評(píng)分為3。如果該液滴在十秒內(nèi)沒有被吸收，則該片段評(píng)分為0。所試驗(yàn)的十二片段的平均值示于表4中。
表4單種表面活性劑和多種表面活性劑體系的對(duì)比
表4中的結(jié)果表明，與按照1份表面活性劑每100份的泡沫聚合物配方，用任何一種單種表面活性劑所生產(chǎn)的泡沫體相比，按照1份表面活性劑每100份泡沫聚合物配方的劑量，表面活性劑的混合物在泡沫聚合物配方中可以生產(chǎn)出具有更低密度的泡沫體。甚至在0.5份的表面活性劑每100份的泡沫聚合物配方的劑量下，兩種表面活性劑體系在生產(chǎn)低密度泡沫體時(shí)顯示出協(xié)同作用。兩種表面活性劑泡沫體具有與用最佳表現(xiàn)的單種表面活性劑體系的用量的三倍以上用量制造的泡沫體相當(dāng)?shù)拿芏?。兩種表面活性劑體系或多或少地降低了鹽水浸入；然而，由于對(duì)于樣品7c和10c而言測(cè)得鹽水浸入速率大于5，低劑量的特定兩種表面活性劑體系自發(fā)的流體浸入仍然是可能的。
在表4中一些泡沫體樣品的顯微照片示于圖4-12中。這些圖進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)了多種表面活性劑體系對(duì)于泡沫擠出的協(xié)同作用。全部顯微照片是在20倍放大倍數(shù)下。泡沫體的表面染色成紅色，以協(xié)助泡孔結(jié)構(gòu)的目視觀察。這些圖顯示了由多種表面活性劑體系所提供的相對(duì)均勻的泡孔結(jié)構(gòu)。
實(shí)施例4這一實(shí)施例說明了二嵌段共聚物含量對(duì)于含有熱塑性彈性體(TPE)的泡沫體的柔性和吸收性能的影響。
表5含有與在本實(shí)施例中使用的KRATON熱塑性彈性體的分子性能有關(guān)的已出版信息。KRATON熱塑性彈性體可以美國俄亥俄州Belpre的Kraton Polymers獲得。
表5KRATON熱塑性彈性體的性能
將各種量的KRATOND1111和KRATOND1119添加到DowSTYRON685D聚苯乙烯，Clariant HOSTASTATHS-1抗靜電劑，Ciba IRGAFOS168，可從美國紐約州Tarrytown的Ciba SpecialtyChemicals，Inc.獲得的用作二級(jí)抗氧化劑的磷酸酯穩(wěn)定劑，和LuzenacMISTRONVapor滑石的共混物中。將這些添加進(jìn)去，以使組成是62.5份的Dow STYRON685D，33.6份的KRATON聚合物，2.8份的Clariant HOSTASTATHS-1，0.9份的Luzenac MISTONVapor滑石和0.2份的Ciba IRGAFOS168。表6(來自已出版的KRATON文獻(xiàn))描述了在各樣品中添加的各KRATON聚合物的量和二嵌段共聚物的有效量。泡沫擠出方法與實(shí)施例1相同，只是所使用的最高擠出溫度是195攝氏度和二氧化碳加入速率是在12重量％-14重量％之間。
表6含有KRATON熱塑性彈性體的樣品的二嵌段含量
泡沫體樣品1d-3d是通過使用為二氧化碳?xì)獾闹苯幼⑷胨惭b的27-mm Leistritz同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機(jī)擠出的。二氧化碳以10-12ml./min.的速率注入，和聚合物在4.5lbs./hr的速率下擠出。調(diào)節(jié)擠出溫度和壓力以獲得最大泡沫膨脹。泡沫體的性能示于表7中。泡沫體模量和彎曲壓力是通過在兩個(gè)板之間的泡沫體樣品的壓縮來測(cè)量的。放置泡沫體樣品，一英寸長(zhǎng)度×低于0.4英寸直徑，長(zhǎng)的維數(shù)垂直于壓縮板放置。兩個(gè)板在5cm/min的恒定速率下被壓縮，記錄實(shí)現(xiàn)這一速率的力。該力通過使用與壓縮板接觸的樣品的橫截面積來標(biāo)稱化，得到壓力的單位。為了彎曲樣品所需要的壓力，它表現(xiàn)為最大壓力，是彎曲壓力。該模量被確定為在零應(yīng)變的極限中壓力的斜率(接近樣品的無壓縮)。
開孔含量通過使用ASTM D2856方法C，用氣體比重計(jì)測(cè)量的。由下列方法測(cè)量泡沫體鹽水流體浸入評(píng)分將試樣切成0.25英寸寬度(泡沫體取向的MD)和進(jìn)行放置使得切割邊緣垂直于重力。將0.9％NaCl鹽溶液的一個(gè)液滴滴在試樣上。如果液滴立即被吸收，則給予該試樣9的浸入評(píng)分。如果該液滴在一秒內(nèi)被吸收但足夠緩慢使得在表面上形成彎月面，試樣的浸入評(píng)分給予5的值。如果該液滴在五秒內(nèi)被吸收，則試樣的流體浸入評(píng)分是3。如果顯著量的流體吸收到泡沫體中但液滴在5秒內(nèi)沒有完全地吸收，則試樣浸入評(píng)分給予1的值。如果很少或沒有液滴在5秒內(nèi)被泡沫體吸收，則試樣浸入評(píng)分是零。報(bào)導(dǎo)的評(píng)分是至少十二個(gè)試樣的平均值。5或5以上的流體浸入評(píng)分是用于高流動(dòng)吸收應(yīng)用如尿布中所希望的。
表7具有各種二嵌段含量的泡沫體的性能
從樣品1d，2d，和3d能夠看出，提高在熱塑性彈性體中二嵌段共聚物的量會(huì)降低泡沫密度和降低泡沫體勁度(由模量和彎曲壓力所測(cè)量)。在熱塑性彈性體中二嵌段含量的提高不影響開孔含量和全部樣品具有高流體浸入評(píng)分。
表8顯示了與商品泡沫體相比，本發(fā)明的泡沫體樣品3d的吸收性能。RYNEL562-B是可從美國緬因州Boothbay的Rynel Ltd.Co.獲得的軟質(zhì)，柔性，醫(yī)用級(jí)親水性聚氨酯泡沫體。從美國紐約州Glens Falls的Genpak LCCFood Service Division獲得的吸收性基于聚苯乙烯的開孔剛性肉盤(meat-tray)泡沫體也提供來進(jìn)行對(duì)比。圖18是GENPAK泡沫體的顯微照片。由本發(fā)明的泡沫體顯示的吸收性能類似于商購Rynel泡沫體的許多吸收性能中。然而，本發(fā)明的泡沫體理想地在于它是熱塑性泡沫體和因此是可回用的，這與熱固性泡沫體如Rynel泡沫體不同。GENPAK聚苯乙烯泡沫體不作為吸收劑并且不像本發(fā)明的泡沫體那樣是軟質(zhì)，柔性，和回彈性的。
更具體地說，列表的泡沫體樣品的吸收容量是根據(jù)這里所述的飽和容量試驗(yàn)方法，使用0.9％NaCl溶液進(jìn)行試驗(yàn)的。粘性流體容量是根據(jù)這里所述的飽和容量和保持能力試驗(yàn)方法，使用經(jīng)血模擬物來進(jìn)行試驗(yàn)的。各泡沫體樣品的流體浸入通量是根據(jù)這里所述的流體浸入通量試驗(yàn)方法(Rynel和Genpak泡沫體)或改進(jìn)流體浸入通量試驗(yàn)(樣品3d)，使用0.9％NaCl溶液來進(jìn)行試驗(yàn)的。另外，各泡沫體樣品的垂直毛細(xì)作用是根據(jù)這里所述的垂直芯吸試驗(yàn)方法，使用0.9％NaCl溶液進(jìn)行試驗(yàn)的。
表8泡沫體的吸收性能
另外，樣品2b(實(shí)施例2)和3d(實(shí)施例4)根據(jù)這里所述的表面活性劑安定性試驗(yàn)來測(cè)試表面活性劑安定性。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在24小時(shí)浸泡之后樣品2b具有從總共可能的0.0325g中溶解的0.00045g的表面活性劑，這是1.39％溶解和98.61％保留在泡沫體中。樣品3d具有從總共可能的0.018g中溶解的0.000288g的表面活性劑，在24小時(shí)浸泡之后它是1.6％溶解和98.4％保留在泡沫體中。
實(shí)施例5本實(shí)施例說明了熱塑性彈性體分子量對(duì)于泡沫體的柔性和吸收性能的影響。
將KRATOND1160和KRATOND1161各自添加到DowSTYRON685D聚苯乙烯，Clariant HOSTASTATHS-1抗靜電劑，Ciba IRGAFOS168，和Luzenac MISTRONVapor滑石的共混物中。將這些添加進(jìn)去，以使組成是62.5份的Dow STYRON685D，33.6份的KRATON聚合物，2.8份的Clariant HOSTASTATHS-1，0.9份的Luzenac MISTRONVapor滑石和0.2份的Ciba IRGAFOS168。這樣做是為了確認(rèn)熱塑性彈性體分子量對(duì)于泡沫體性能的影響，這些性能示于表9中。樣品泡沫體在為了二氧化碳?xì)獾闹苯幼⑷胨惭b的27mm Leistritz同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機(jī)中被擠出。二氧化碳是以6-12重量％載量注入，而聚合物是以4.5lb/hr的速率擠出。調(diào)節(jié)擠出溫度和壓力以獲得最大泡沫膨脹。與KRATOND1160(樣品1e)相比，分子量增加的KRATOND1161(樣品2e)為較低密度的泡沫體而提供。與樣品1e相比，樣品2e的降低模量和彎曲壓力歸因于與KRATOND1160相比，KRATOND1161的增加分子量和降低聚苯乙烯含量的結(jié)合。另外，定性地觀察到，由于在泡沫體樣品中的泡沫聚合物配方中包括TPE，該泡沫體在X、Y和Z平面維數(shù)中是彈性和回彈性的。這可通過本發(fā)明泡沫體的拉伸，恢復(fù)，和壓縮回彈率性能來看出。邊緣壓縮是測(cè)量此類回彈性和彈性特性的一種方式。在這兩種熱塑性彈性體之間的差異也相當(dāng)于在開口含量和0.9％NaCl鹽水流體浸入評(píng)分中的差異。
表9具有不同分子量TPE的泡沫體的泡沫性能
以這些結(jié)果為基礎(chǔ)，希望采用具有高的二嵌段含量和高分子量的熱塑性彈性體作為泡沫聚合物配方的一部分，以擠出低密度，軟質(zhì)，柔性，回彈性，彈性，吸收性，熱塑性的泡沫體。
試驗(yàn)方法飽和容量試驗(yàn)方法通過使用具有Magnahelic真空計(jì)和膠乳節(jié)流栓(dam)的飽和容量(SAT CAP)測(cè)試儀來測(cè)得，與下列描述相比較。參見圖13-15，飽和容量測(cè)試儀真空裝置110包括支撐在四個(gè)支柱元件114上的真空室112。真空室112包括前壁元件116，后壁元件118和雙側(cè)壁120和121。壁元件厚到足以承受預(yù)測(cè)的真空壓力，和經(jīng)過構(gòu)造和安裝獲得具有23.5英寸長(zhǎng)度，14英寸寬度和8英寸深度的外部尺寸的室。
真空泵(未顯示)通過合適的真空管道和真空閥124與真空室112可操作連通。另外，合適的放氣管線經(jīng)由放氣閥126連接到真空室112。懸掛組裝件128適宜地安裝在后壁118上和構(gòu)造成S形曲線末端，以便在遠(yuǎn)離真空裝置110頂部的適當(dāng)位置上提供用于支撐膠乳節(jié)流栓片130的適當(dāng)放置處。合適的懸掛組裝件能夠從0.25英寸直徑不銹鋼棒條構(gòu)造而成。膠乳節(jié)流栓片130環(huán)扣在定位銷元件132上以便于抓緊和讓膠乳節(jié)流栓片130有適當(dāng)?shù)倪\(yùn)動(dòng)和定位。在所示出的位置，定位銷元件132顯示在懸掛組裝件128上被支撐，以便將膠乳節(jié)流栓片130定位在遠(yuǎn)離真空室112頂?shù)拈_放部位。
膠乳節(jié)流栓片130的底部邊緣用合適的緊固設(shè)備如鉸接夾140夾緊在后緣支承構(gòu)件134上。鉸接夾140用合適間隔頂杠141安裝在后壁元件118上，該間隔頂杠141為所需操作提供鉸接夾140的合適取向和校準(zhǔn)。三個(gè)支撐軸142具有0.75英寸直徑和利用托架144活動(dòng)式安裝在真空室112內(nèi)。該托架144一般沿著前壁元件116和后壁元件118等間隔設(shè)置并以配對(duì)進(jìn)行安裝。另外，托架144經(jīng)過構(gòu)造和安裝，合適地定位支撐軸142的最上部分使之與真空室112的前壁、后壁和側(cè)壁元件的頂部齊平。因此，這些支撐軸142大體上彼此平行地定位并且一般與側(cè)壁元件120和121對(duì)齊排列。除了后緣支承元件134之外，真空裝置110還包括支撐元件136和雙側(cè)支撐元件138和139。各側(cè)支撐元件具有約1英寸寬度和約1.25英寸高度。支撐元件的長(zhǎng)度經(jīng)過構(gòu)造以便適宜地包圍真空室112的敞開頂邊緣的周邊，并且經(jīng)過定位從室壁元件的頂邊緣上突出了約0.5英寸的距離。
將一層的蛋裝箱型材料146定位在支撐軸142的頂部和真空室112的壁元件的頂邊緣上。蛋裝箱材料延伸到23.5英寸×14英寸的一般矩形區(qū)域，并且具有約0.38英寸的深度測(cè)量值。蛋裝箱結(jié)構(gòu)的各個(gè)小格具有約0.5平方英寸的尺寸，和包括蛋裝箱材料的薄板材料是由合適材料如聚苯乙烯組成的。例如，蛋裝箱材料能夠是McMaster SupplyCatalog No.162 4K 14，半透明的擴(kuò)散板材料。將一層具有23.5英寸×14英寸尺寸的6mm(0.25英寸)篩目TEFLON-涂覆的篩網(wǎng)148(可以從美國威斯康星州Appleton的Eagle Supply and Plastics，Inc.獲得)放置在蛋裝箱材料146的頂部。
合適的排水管路和排水閥150連接到真空室112的底板元件119，以便提供適當(dāng)?shù)臋C(jī)構(gòu)用于從真空室112排出液體。真空裝置110的各種壁元件和支撐元件可以由合適抗蝕的、耐濕的材料如聚碳酸酯塑料組成。各種組裝件接頭由溶劑熔接法固定，測(cè)試儀的完工組裝件被構(gòu)造成不漏水的。真空計(jì)152經(jīng)由管道以可操作方式連接于該真空室112。合適壓力計(jì)是能夠測(cè)量0-100英寸水柱的真空的Magnahelic差示壓力計(jì)，如可從美國印地安那州Michigan City的Dwyer Instrument獲得的No.2100壓力計(jì)。
干燥產(chǎn)品或其它吸收性結(jié)構(gòu)進(jìn)行稱重，然后放入到過量0.9％NaCl鹽溶液和讓其浸泡二十分鐘。在二十分鐘浸泡時(shí)間之后，將吸收性結(jié)構(gòu)放置于蛋裝箱材料和飽和容量測(cè)試儀真空裝置110的篩目TEFLON涂覆過的篩網(wǎng)上。將膠乳節(jié)流栓片130放置在吸收性結(jié)構(gòu)和整個(gè)蛋裝箱柵板上，以使得當(dāng)在真空裝置110上抽真空時(shí)膠乳節(jié)流栓片130產(chǎn)生密封。在飽和容量試驗(yàn)器真空裝置110中保持0.5磅/平方英寸(psi)的真空五分鐘。真空會(huì)在吸收性結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生壓力，引起一些液體的排流。在0.5psi真空下五分鐘之后，膠乳節(jié)流栓片130卷回，將吸收性結(jié)構(gòu)稱重，得到濕重。
各吸收劑結(jié)構(gòu)的總?cè)萘渴峭ㄟ^從在該程序的這一點(diǎn)測(cè)得的吸收劑的濕重中扣除各吸收劑的干重來測(cè)定的。吸收劑結(jié)構(gòu)的0.5psi SATCAP或SAT CAP(飽和容量)是通過以下公式測(cè)定的SAT CAP＝(濕重-干重)/干重；其中SAT CAP值具有克流體/克吸收劑的單位。對(duì)于總?cè)萘亢蚐ATCAP兩者，各樣品的最少四個(gè)試樣進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果取平均值。如果在浸泡或轉(zhuǎn)移程序中該吸收劑結(jié)構(gòu)具有低的完整性或發(fā)生崩解，則將該吸收劑結(jié)構(gòu)包裹于容納材料如紙巾中，例如由美國威斯康星州Neenah的Kimberly-Clark Corporation制造的SCOTT紙巾。吸收劑結(jié)構(gòu)能夠用外包裝包裹之后進(jìn)行試驗(yàn)，外包裝的容量能夠獨(dú)立地測(cè)定并從總包裹的吸收劑結(jié)構(gòu)的濕重中減去，從而獲得吸收劑濕重。
流體浸入通量試驗(yàn)該流體浸入通量(FIF)試驗(yàn)?zāi)軌驕y(cè)定吸收劑結(jié)構(gòu)，和更具體地說它的泡沫體樣品，浸入(但不一定吸收)已知量的試驗(yàn)溶液(在室溫下氯化鈉在蒸餾水中的0.9wt％溶液)所需要的時(shí)間量。用于進(jìn)行FIF試驗(yàn)的合適裝置示于圖16A和16B中和概括地以200指示。試驗(yàn)裝置200包括上下組裝件，分別概括地以202和204指示，其中下組裝件包括用于支持在試驗(yàn)過程中的吸收性泡沫體樣品的由透明材料如PLEXIGLAS構(gòu)成的一般7英寸×7英寸平方下板206，和在下板206上居中的一般4.5英寸×4.5英寸平方平臺(tái)218。
上組裝件202包括與下板206類似構(gòu)造的并在其中形成了中心開口210的一般方形上板208。具有約一英寸的內(nèi)徑的圓柱形體(流體輸送管)212在中心開口210上固定于上板208上并大體上垂直于上板向上延伸。為了通量測(cè)定，流體輸送管的內(nèi)部尺寸應(yīng)該保持在其與樣品直徑的1∶3和1∶6之間的比率。上板208的中心開口210應(yīng)該具有至少等于圓柱體212的內(nèi)徑的直徑，其中該圓柱體212安裝在上板208的頂部上。然而，中心開口210的直徑可以反而具有足夠大的尺寸以便讓圓柱形體212的外徑可以接受在該開口內(nèi)，這樣圓柱形體212可以固定到在中心開口210內(nèi)的上板208上。
銷元件214定位在下板206的外棱角附近，和在上板208中的相應(yīng)凹口216在尺寸上可以接受銷元件214以便在試驗(yàn)過程中將上組裝件202適當(dāng)?shù)匦?zhǔn)和定位在下組裝件204上。上組裝件202(例如，上板208和圓柱形體212)的重量是大約360克以模擬在FIF試驗(yàn)過程中在吸收性泡沫體樣品上的大約0.11磅/平方英寸(psi)壓力。
為了進(jìn)行FIF試驗(yàn)，對(duì)三英寸直徑的吸收性泡沫體樣品207稱重，以克記錄重量。泡沫體樣品207然后在下組裝件204的平臺(tái)218上居中。為了防止不希望有的泡沫膨脹進(jìn)入中心開口210中，在泡沫體樣品207的頂部上居中地放置了可從亞拉巴馬州Tuscaloosa的PhiferWire Products，Inc.獲得的柔性玻璃纖維標(biāo)準(zhǔn)18×16篩目窗戶防蟲網(wǎng)209的大約1.5英寸直徑片。上組裝件202與下組裝件204按相反位置關(guān)系放置在泡沫體樣品207上，其中下板206的銷元件214位于在上板208中形成的凹口216之內(nèi)和該圓柱形體212一般在泡沫體樣品207上居中。在進(jìn)行FIF試驗(yàn)之前，上述飽和容量試驗(yàn)是針對(duì)泡沫體樣品207進(jìn)行測(cè)量。然后計(jì)算百分之三十三(33％)的飽和容量；例如，如果試驗(yàn)泡沫體具有12g的0.9％NaCl鹽水試驗(yàn)溶液/g的試驗(yàn)泡沫體的飽和容量和三英寸直徑泡沫體樣品207稱重為一克，則將4克的0.9％NaCl鹽水試驗(yàn)溶液(這里指第一次玷污)傾倒在圓柱形體212的頂部和讓其向下流入到吸收性泡沫體樣品207中。當(dāng)?shù)谝坏蔚娜芤航佑|到泡沫體樣品207時(shí)啟動(dòng)計(jì)時(shí)表和當(dāng)在圓柱形體212的邊緣和泡沫體樣品207之間的液環(huán)消失時(shí)停止計(jì)時(shí)表。在計(jì)時(shí)表上的讀數(shù)記錄到兩個(gè)小數(shù)位并表示了第一次玷污進(jìn)入到吸收性泡沫體樣品207中所需要的浸入時(shí)間(秒)。
十五分鐘的時(shí)間過去，在此之后將等于第一次玷污的第二次玷污物傾倒在圓柱形體212的頂部上和再次按以上所述方法測(cè)量浸入時(shí)間。在十五分鐘后，對(duì)于第三次玷污重復(fù)該程序。三次玷污的每一次的浸入通量(毫升/秒)是通過將用于各次玷污的溶液的量(例如，四克)除以對(duì)于相應(yīng)玷污所測(cè)量的浸入時(shí)間來測(cè)定的。浸入速率通過除以流體輸送管的面積即0.79in2而換算成流體浸入通量。
對(duì)各吸收性試驗(yàn)泡沫體的至少三個(gè)樣品進(jìn)行FIF試驗(yàn)，結(jié)果取平均值，以測(cè)定吸收性泡沫體的浸入時(shí)間和浸入通量。
對(duì)于較小泡沫體樣品的改進(jìn)流體浸入通量(FIF)試驗(yàn)該試驗(yàn)按照在前述標(biāo)準(zhǔn)流體浸入通量(FIF)試驗(yàn)中所述的相似的同樣辦法來進(jìn)行；然而，該試驗(yàn)經(jīng)過改進(jìn)以適應(yīng)較小樣品并且仍然保持與在標(biāo)準(zhǔn)FIF試驗(yàn)中相同的流體輸送管與樣品尺寸比率。這些改進(jìn)包括將所要試驗(yàn)的不溶脹泡沫體的小樣品安裝到合適的夾持器中和使用合適的液體輸送管。合適的夾持器能夠是具有1英寸長(zhǎng)的均勻直徑圓柱形輸出管的倒置實(shí)驗(yàn)室玻璃漏斗，它停留在為向下重力流動(dòng)到所定位的可調(diào)節(jié)的實(shí)驗(yàn)室千斤頂平臺(tái)的頂部上。具有足夠直徑(在0.18英寸和0.36英寸之間)和一英寸長(zhǎng)度的泡沫體溫和地放置到倒置漏斗的均勻直徑玻璃管的頂部，后者具有足夠的尺寸以便容納泡沫體但沒有顯著的壓縮，以使一端垂直地面向上(近端)和另一端面向下(遠(yuǎn)端)。玻璃管將泡沫體保持在靜止位置并具有足夠的長(zhǎng)度以便仍然容納泡沫體樣品，然后立即擴(kuò)大到漏斗開口以避免在流體離開泡沫體遠(yuǎn)端之后過量流體的排出流復(fù)雜化。流體輸送管在構(gòu)造上具有0.06英寸直徑孔和進(jìn)料口長(zhǎng)度，該孔擴(kuò)大到可以讓流體容易地分配到該管中的直徑。該擴(kuò)大發(fā)生在孔的上游大約0.25英寸長(zhǎng)度處。流體輸送管直接位于泡沫體樣品和倒置漏斗的近端上，和泡沫體樣品使用實(shí)驗(yàn)室千斤頂升高，以使流體輸送管接觸泡沫體。然后，類似于標(biāo)準(zhǔn)FIF試驗(yàn)，然后計(jì)算泡沫體樣品的百分之三十三(33％)的飽和容量，和將這一體積的0.9％NaCl鹽溶液使用可從美國威斯康星州Middleton的Gilson，Inc.獲得的PIPETMANP-200μl移液管或類似的移液管被分配到具有0.06英寸排放孔直徑的流體輸送管中，與描述在標(biāo)準(zhǔn)FIF試驗(yàn)中的1-英寸直徑不同，和按照前面所述用計(jì)時(shí)表測(cè)量流動(dòng)速率。優(yōu)先使用前面描述的標(biāo)準(zhǔn)FIF試驗(yàn)而不是改進(jìn)FIF試驗(yàn)，和如果存在差異，依賴于標(biāo)準(zhǔn)FIF試驗(yàn)。
垂直芯吸試驗(yàn)方法裁切泡沫體的樣品和安放，以使它在對(duì)于重力垂直取向懸掛，讓暴露的泡沫體邊緣處于大體上橫向取向。通過使用標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室千斤頂將0.9％NaCl鹽水試驗(yàn)溶液的足夠大的貯器提升，這樣泡沫體的水平邊緣在鹽水表面下方延伸大約兩個(gè)毫米。與泡沫體插入鹽水中幾乎同時(shí)啟動(dòng)計(jì)時(shí)器。在三十分鐘后，流體在泡沫體中的高度相對(duì)于鹽水的表面來測(cè)量。如果需要，該鹽水能夠含有非表面活性的、非色層分離的染料，以協(xié)助確定試驗(yàn)流體在泡沫體中的貫入度和芯吸。另外地，泡沫體可以在流體的表面上被標(biāo)記和流體貯器下降進(jìn)一步解除與泡沫體的接觸。為了補(bǔ)償在水合時(shí)可能的泡沫膨脹，在芯吸時(shí)間之后該泡沫體在流體面上被標(biāo)記。使用初始泡沫體維數(shù)測(cè)量在泡沫體中流體高度的方法可以借助于合適的措施來進(jìn)行，這些包括X射線成像，光學(xué)測(cè)量，或裁切泡沫體的片段直至在切片中出現(xiàn)0.9％NaCl鹽水試驗(yàn)溶液為止。例如在樣品3d中，由光學(xué)法測(cè)量垂直芯吸高度并用X射線成像法證實(shí)。樣品3d沒有膨脹；因此，對(duì)于膨脹的補(bǔ)償是不需要的。
表面活性劑安定性試驗(yàn)表面活性劑安定性試驗(yàn)是以表面活性劑添加到水中的表面張力抑制效果為基礎(chǔ)的。表面張力是通過使用可從美國North Caroline州Charlotte的Krüss USA獲得的Krüss Processor Tensiometer-K 12儀器，由杜諾依環(huán)法表面張力儀(duNouy ring tensiometer)方法測(cè)量的。在通常情況下，泡沫體樣品在蒸餾水中浸泡和測(cè)量上層清液的表面張力。將該表面張力與校正曲線對(duì)比，以確定從泡沫體洗出的表面活性劑的量。
試驗(yàn)準(zhǔn)備包括對(duì)于所使用的具體表面活性劑形成校正曲線。這一曲線顯示，隨著表面活性劑濃度提高，溶液表面張力下降。在高于臨界膠束濃度(CMC)的濃度下，從附加的表面活性劑引起的表面張力下降是最小的。
將預(yù)先稱重的泡沫體的樣品放置于蒸餾水中。將樣品在室溫水中浸漬24小時(shí)，讓不牢固的表面活性劑從泡沫體中浸出并溶解到水中。所使用的水量是關(guān)鍵的。如果浸提到水中的表面活性劑的量產(chǎn)生了大于CMC的濃度，則對(duì)于溶液的表面張力測(cè)量?jī)H僅表明該濃度大于CMC。用于洗滌泡沫體的蒸餾水的量是泡沫體重量的100倍。在24小時(shí)浸泡之后，將泡沫體從水/表面活性劑溶液(上層清液)中取出。讓泡沫體中的水瀝出到上層清液中并對(duì)于泡沫體施加溫和的壓力以協(xié)助在泡沫體中過量上層清液的除去。然后測(cè)量總上層清液的表面張力。采用校正曲線，表面張力對(duì)應(yīng)于表面活性劑在水中的重量分?jǐn)?shù)。這一重量分?jǐn)?shù)然后乘以水的總量，得到從泡沫體中浸提的表面活性劑的重量。所除去的表面活性劑的量能夠表達(dá)為總表面活性劑在初始泡沫體中的分?jǐn)?shù)。例如，對(duì)于每90份泡沫體，用10份表面活性劑制造泡沫體。將100克樣品在10000克的蒸餾水中浸泡。上層清液的表面張力測(cè)量表明在上層清液中表面活性劑濃度是0.03％。從泡沫體中溶解的表面活性劑的量是3.0克。在初始泡沫體中表面活性劑的量是10克，因此30％的表面活性劑溶解和70％的表面活性劑保留在泡沫體中。
對(duì)于Clariant HOSTASTATHS-1，CMC為0.03％(重量)的濃度。在低于CMC的濃度下，表面張力是由下式描述的σ＝5ln([s])-18，其中σ是表面張力和[s]是表面活性劑的重量分?jǐn)?shù)。將用2.5份HOSTASTATHS-1與100份聚苯乙烯制造的2.96克開孔聚苯乙烯泡沫體在297.79克的蒸餾水中浸漬24小時(shí)。上層清液的表面張力經(jīng)測(cè)定為39達(dá)因/cm，它對(duì)應(yīng)于0.0027克的表面活性劑溶解到水中，或總表面活性劑的3.7％；因此，在24小時(shí)洗滌之后96.3％的表面活性劑保留在泡沫體中。
粘性流體飽和容量和保持能力試驗(yàn)飽和容量和保持能力能夠通過將吸收性泡沫體的3.81cm×3.81cm×2mm(如果試驗(yàn)較小樣品的話，使用可比的14.5平方厘米表面積，和如果使用較厚的樣品的話，它們需要使用普通的非致密化設(shè)備來切小)樣品在塑料盤中足以完全地飽和該樣品的大約30毫升的經(jīng)血模擬物試驗(yàn)用流體(如下所述)中浸泡三十分鐘來測(cè)定。將預(yù)先稱重的泡沫體放置于一條的紗布狀材料(用于樣品處置)上，然后投入30毫升的試驗(yàn)用流體中確保流體完全地覆蓋樣品。盤子被覆蓋，不致于發(fā)生蒸發(fā)。在浸泡三十分鐘的同時(shí)，監(jiān)測(cè)試驗(yàn)流體量，使得總是有過量流體。泡沫體樣品然后使用紗布取出并放置在兩片的大約4英寸×4英寸的通氣的粘結(jié)-梳理纖維網(wǎng)材料之間和在這一夾層結(jié)構(gòu)之外；將一層大約4英寸×4英寸吸墨紙放置在每一側(cè)上，以使吸墨紙面對(duì)外側(cè)。下面提供這些材料的敘述。施加0.05psi(0.345kPa)的壓力五分鐘以除去液體的任何聚集區(qū)。飽和樣品然后稱重。保持在泡沫體樣品中的液體的重量除以泡沫體樣品的干重是樣品的飽和容量。
在飽和的泡沫體樣品被稱重之后，將吸收性泡沫體樣品放置于離心機(jī)中并在300G下旋轉(zhuǎn)三分鐘，以使自由流體排出。旋轉(zhuǎn)過的泡沫體樣品然后被稱重。保留在旋轉(zhuǎn)過的泡沫體樣品中的液體的重量除以樣品的干重是泡沫體樣品的保持能力。
因此a.飽和容量＝(離心之前的濕重-干重)/(干重)b.保持能力＝(離心之后的濕重-干重)/(干重)合適的通氣的粘結(jié)-梳理纖維網(wǎng)材料具有2.5osy(84.8g/m2)基重，0.024g/cm3密度，并且由60wt％的6旦尼爾，KoSa型295聚酯纖維和40wt％的3旦尼爾，Chisso ESC-HR6雙組分纖維組成。該聚酯纖維可以從KoSa(辦公室位于美國北卡羅來納州Charlotte的商行)獲得，和該雙組分纖維可以從Chisso Corporation(辦公室位于日本大阪的商行)獲得。合適的吸墨紙是可從Georgia Pacific Corporation(辦公室位于美國威斯康星州Menasha的商行)獲得的100-1b VERIGOOD白色吸墨紙。(例如產(chǎn)品目錄號(hào)41101012)?？梢匀芜x地使用大體上等同的材料。
“經(jīng)血模擬物”試驗(yàn)用流體是由用豬血漿稀釋得到35％(按體積)的血細(xì)胞比容水平豬血液組成。測(cè)定血細(xì)胞比容水平的合適設(shè)備是可從Separation Technology，Inc.(辦公室位于USA佛羅里達(dá)州的Altamonte Springs的商行)獲得的HEMATOSTAT-2系統(tǒng)。另外地可以使用大體上等效的系統(tǒng)。
格利(Gurley)勁度試驗(yàn)方法測(cè)定在這里所述的勁度值的合適技術(shù)是格利勁度試驗(yàn)，它的描述已在TAPPI Standard Test T 543om-94(紙張的抗彎性(格利型測(cè)試儀))中闡明。合適的試驗(yàn)裝置是由紐約Troy的Gurley PrecisionInstruments制造的Gurley Digital Stiffness Tester，Model 4171-E。對(duì)于本發(fā)明，所述的格利勁度值希望對(duì)應(yīng)于由“標(biāo)準(zhǔn)”尺寸樣品(1英寸×1.5英寸)產(chǎn)生的值。因此，格利勁度試驗(yàn)機(jī)的標(biāo)度讀數(shù)適當(dāng)?shù)剞D(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)尺寸樣品的勁度，并且在傳統(tǒng)上根據(jù)毫克的力(mgf)來報(bào)道。目前，標(biāo)準(zhǔn)“格利單位”等于1mgf的勁度值，并同樣可以用于報(bào)道該格利勁度。
邊緣壓縮試驗(yàn)方法下面描述測(cè)定邊緣方式壓縮(EC)值的方法。使用吸收性泡沫體的2英寸×12英寸(5.1cm×30.5cm)片段。測(cè)定樣品的重量。材料的厚度通過使用手動(dòng)測(cè)微計(jì)在避免表面壓縮的同時(shí)進(jìn)行測(cè)量。該材料形成為具有2英寸(5.1cm)高度的圓柱體，其中兩端有0-0.125英寸(0-3.18mm)重疊，該材料用三個(gè)訂書釘釘在一起。一個(gè)訂書釘接近產(chǎn)品寬度的中間，另兩個(gè)接近材料寬度的每一邊緣。訂書釘?shù)淖铋L(zhǎng)維數(shù)處于所形成的圓柱形體的圓周上以便最大程度減少訂書釘對(duì)于試驗(yàn)的影響。
拉伸試驗(yàn)機(jī)，如從美國明尼蘇達(dá)州Eden Prairie的MTS SystemsCorporation獲得的那些，被構(gòu)造成具有底部平臺(tái)，該平臺(tái)大于被試驗(yàn)的樣品的圓周并平行于底部平臺(tái)，附著于處于翻轉(zhuǎn)位置中的壓縮載荷室中。將試樣放置于在臺(tái)板之下的平臺(tái)上。該臺(tái)板與試樣接觸，并在25mm/min的速率下壓縮樣品。記錄在將樣品壓縮到它寬度的50％(1英寸)(2.54cm)時(shí)所獲得的最高力。
材料的壓曲(bucking)被確定為壓縮力的最大值并且通常是在材料被壓縮到它的未壓縮長(zhǎng)度的50％之前所觀察到的。在其中吸收劑的長(zhǎng)度低于12英寸(30.5cm)的產(chǎn)品中，材料的EC值能夠按下面方式測(cè)定。以支配壓曲應(yīng)力的理論模型為基礎(chǔ)，在所述的邊緣方式壓縮構(gòu)型中，壓曲應(yīng)力與E*t2/(H2)成正比，比例系數(shù)是H2/(R*t)的函數(shù)，其中E是彈性模量，H是圓柱體的高度，R是圓柱體的半徑，和t是材料的厚度。根據(jù)力/每單位基重表達(dá)該應(yīng)力，可以表明需要保持恒定的參數(shù)是H2/R。因此，對(duì)小于12英寸(30.5cm)的樣品，應(yīng)該構(gòu)造成最大可能的圓和調(diào)節(jié)它的高度(樣品的寬度被切掉)，以使H2/R等于2.1英寸(5.3cm)。邊緣方式壓縮強(qiáng)度的詳細(xì)討論已給出在The Handbook OfPhysical And Mechanical Testing Of Paper And Paperboard，Richard E.Mark編輯，Dekker 1983(1卷)中。
盡管在這里公開的本發(fā)明的實(shí)施方案目前是優(yōu)選的，但是在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的前提下能夠進(jìn)行各種改性和改進(jìn)。本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求限定，并且在等同的意義和范圍內(nèi)的全部變化被認(rèn)為包括在其中。
權(quán)利要求
1.低密度，開孔，熱塑性，吸收性的泡沫體，包括下列物質(zhì)之中的至少兩種基礎(chǔ)樹脂，表面活性劑，熱塑性彈性體，和增塑劑。
2.權(quán)利要求1的泡沫體，包括相當(dāng)于泡沫體的約50重量％-約95重量％的基礎(chǔ)樹脂。
3.權(quán)利要求1或2的泡沫體，其中該基礎(chǔ)樹脂包括選自聚苯乙烯，苯乙烯共聚物，聚烯烴，聚酯，和它們的結(jié)合物中的至少一種。
4.前述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的泡沫體，包括相當(dāng)于泡沫體的約0.05重量％-約10重量％，或約0.1重量％-約5重量％的表面活性劑。
5.前述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的泡沫體，其中該表面活性劑包括選自非離子表面活性劑和多組分表面活性劑體系中的至少一種。
6.前述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的泡沫體，包括相當(dāng)于泡沫體的約5重量％-約50重量％，或約10重量％-約50重量％的熱塑性彈性體。
7.前述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的泡沫體，其中熱塑性彈性體包括下列物質(zhì)中的至少一種苯乙烯類嵌段共聚物，該共聚物包括二嵌段和三嵌段共聚物，它們可以包括苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯(SIS)，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)，苯乙烯-異戊二烯-丁二烯-苯乙烯(SIBS)，苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯(SEBS)，苯乙烯-乙烯/丙烯-苯乙烯(SEPS)；基于聚烯烴的熱塑性彈性體，其中包括無規(guī)嵌段共聚物類，它們包括乙烯α-烯烴共聚物；嵌段共聚物，其中包括氫化丁二烯-異戊二烯-丁二烯嵌段共聚物；立構(gòu)嵌段聚丙烯；接枝共聚物，其中包括乙烯-丙烯-二烯三元共聚物(EPDM)，乙烯-丙烯無規(guī)共聚物(EPM)和乙烯丙烯橡膠(EPR)；熱塑性彈性體與動(dòng)態(tài)硫化的彈性體-熱塑性塑料共混物的共混物；熱塑性聚醚酯彈性體；離聚物熱塑性彈性體；聚酰胺熱塑性彈性體；熱塑性聚氨酯；和它們的結(jié)合物。
8.前述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的泡沫體，其中該熱塑性彈性體具有相當(dāng)于熱塑性彈性體的總重量的約50％-約80％的苯乙烯類嵌段共聚物熱塑性彈性體二嵌段含量。
9.前述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的泡沫體，包括相當(dāng)于泡沫體的約0.5重量％-約10重量％的增塑劑。
10.前述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的泡沫體，其中該增塑劑包括下列物質(zhì)中的至少一種聚乙烯；乙烯-乙酸乙烯酯；礦物油，棕櫚油，蠟，萘油，石蠟油，乙酰檸檬酸三丁基酯；乙酰檸檬酸三乙酯；水楊酸對(duì)叔丁基苯基酯；硬脂酸丁酯；丁基萘基丁基甘醇酸酯；癸二酸二丁酯；二-(2-乙基己基)鄰苯二甲酸酯；鄰苯二甲酸二乙酯；己二酸二異丁酯；鄰苯二甲酸二異辛酯；二苯基-2-乙基己基磷酸酯；環(huán)氧化大豆油；乙基萘基乙基甘醇酸酯；甘油單油酸酯；單異丙基檸檬酸酯；單-，二-，和三硬脂基檸檬酸酯；甘油三乙酸酯(甘油三乙酸酯)；檸檬酸三乙酯；3-(2-xenoyl)-1，2-環(huán)氧丙烷；和它們的結(jié)合物。
11.前述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的泡沫體，其中該熱塑性彈性體也用作增塑劑。
12.前述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的泡沫體，其中該泡沫體表面活性劑安定性在泡沫體內(nèi)保持無損，使得將泡沫體在水中浸泡24小時(shí)所得到的上層清液具有約40達(dá)因/厘米或更大的表面張力。
13.前述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的泡沫體，其中該泡沫體在第一次玷污之后具有約1ml/sec/in2或更大的流體浸入通量，在第二次玷污之后具有約1ml/sec/in2或更大的流體浸入通量，和在第三次玷污之后具有約1ml/sec/in2或更大的流體浸入通量。
14.前述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的泡沫體，其中該泡沫體具有在0.5psi載量下測(cè)量的約3克/克或更大的飽和容量。
15.前述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的泡沫體，其中該泡沫體具有約600毫克或更低，或約300毫克或更低的格利勁度。
16.前述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的泡沫體，其中該泡沫體具有約250克或更低，或約35克或更低的邊緣壓縮。
17.前述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的泡沫體，其中泡沫體具有約3g/g或更大的粘性流體飽和容量和約1g/g或更大的保持能力。
18.前述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的泡沫體，其中該泡沫體包括選自下列這些性能中的至少一種約0.1g/cm3或更低的密度，約50％或更大的開孔含量，約400克/每平方米或更低的基重，約6毫米或更低的總體膨松度，約300克或更大的橫向截獲撕裂強(qiáng)度，約300克或更大的縱向截獲撕裂強(qiáng)度，約20％壓縮變定或更低的抗壓強(qiáng)度，以及約5cm或更大的垂直芯吸高度。
19.包括前述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的泡沫體的吸收性制品。
20.生產(chǎn)前述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的低密度，開孔，熱塑性，吸收性的泡沫體的方法，包括以下步驟提供包括基礎(chǔ)樹脂，增塑劑，和表面活性劑的泡沫聚合物配方；采用發(fā)泡劑，加熱泡沫聚合物配方產(chǎn)生聚合物熔體；將聚合物熔體發(fā)泡成約0.1g/cm3或更低的密度；和將聚合物熔體擠出，形成開孔，軟度，柔性，熱塑性，吸收性的泡沫體。
全文摘要
從包括平衡量的增塑劑和表面活性劑與基礎(chǔ)樹脂的結(jié)合物的泡沫聚合物配方形成軟質(zhì)，柔性，低密度，開孔，熱塑性，吸收性的泡沫體。熱塑性彈性體能夠被添加到泡沫聚合物配方中以改進(jìn)所得泡沫體的軟度，柔性，回彈性，和彈性。該表面活性劑可以是單種表面活性劑，或多組分表面活性劑體系。該泡沫體具有許多品質(zhì)，如軟度和強(qiáng)度，使得該泡沫體特別地適合用于各種個(gè)人護(hù)理產(chǎn)品，醫(yī)用產(chǎn)品，等等中。
文檔編號(hào)A61L15/48GK1890306SQ200480036009
公開日2007年1月3日 申請(qǐng)日期2004年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月5日
發(fā)明者J·J·克呂格爾, F·R·拉萬斯基, M·G·賴奇曼, P·R·埃利克, A·亞希奧伊, R·E·理查, O·P·托馬斯 申請(qǐng)人:金伯利-克拉克環(huán)球有限公司