CZ288496B6 - Absorption article absorbent member being particularly suitable for absorption and retention of aqueous body fluids - Google Patents

Description

Absorpční součást absorpčního výrobku, zvláště vhodného pro absorpci a zadržování vodnatých tělových fluid

Oblast techniky

Vynález se týká pružných, mikroporézních absorpčních materiálů, jejichž charakteristické rysy absorpce a retence fluid je činí obzvláště vhodnými pro pohlcování vodnatých tělových fluid, například moči, krve, mensesu, výtoků zraň apod. Vynález se zejména týká použití regionů s podélnými štěrbinami v absorpčních součástech vytvořených z polymerových pěnových materiálů s otevřenou celulámí strukturou, jež mají potenciál rozšiřovat se alespoň v jednom směru uvnitř roviny dané absorpční součásti, když absorpční pěnový materiál pohlcuje tato tělová fluida.

Dosavadní stav techniky

Vývoj vysoce absorpčních výrobků jako jsou jednorázové pleny, vložky a kalhotky při inkontinenci dospělých, výrobky užívané při mensesu jako jsou hygienické vložky a v jednorázových lékařských produktech jako jsou například bandáže a obvazy, je předmětem značného obchodního zájmu. Velmi žádanou charakteristikou těchto produktů je jejich tenkost. Například, tenčí pleny jsou méně objemné při nošení, lépe sedí pod spodním prádlem a jsou méně nápadné. Tenké výrobky mají rovněž kompaktnější balení, což je činí pro spotřebitele snadné k nošení a přechovávání. Kompaktnost při balení vede rovněž ke sníženým nákladům jejich distribuce pro výrobce a distributora, včetně menšího regálového prostoru potřebného v obchodě pro tyto výrobky.

Schopnost zajistit tenčí absorpční výrobky jako jsou pleny závisí na schopnosti vyvinout relativně tenká absorpční jádra, nebo struktury, jež mohou přijímat a uchovávat velká množství vyměšovaných tělových fluid, zejména moči. V tomto ohledu je použití konkrétních absorpčních polymerů, na něž se často odkazuje jako na „hydrogely“, „superabsorbenty“ nebo „hydrokoloidní“ materiály, obzvláště důležité. Viz například patenty US 3 699 103 a US 3 770 731, z nichž je známo použití těchto konkrétních absorpčních polymerů v absorpčních výrobcích. Vývoj tenčích plen byl přímým důsledkem tenčích absorpčních jader, využívajících schopnosti těchto konkrétních absorpčních polymerů pohlcovat velká množství vylučovaných vodnatých tělových fluid a obvykle používaných v kombinaci s vláknitou matricí, jak je známo například z patentu US 4 637 402 a 4 935 022. Oba patenty uvádějí struktuiy jádra s duální vrstvou, obsahující vláknitou matrici a konkrétní absorpční polymery, vhodné pro výrobu tenkých, kompaktních, neobjemných plen.

Tyto jednotlivé absorpční polymery mají schopnost uchovávat velké objemy vodnatých tělových fluid jako je, například, moč. Reprezentativním příkladem těchto konkrétních absorpčních polymerů jsou nepatrně zesítěné polyakryláty. Jako mnoho jiných polymerů, tyto nepatrně zesítěné polyakryláty zahrnují mnohost aniontových (nabitých) karboxyskupin, připojených k polymerové páteři. Jsou to tyto nabité karboxyskupiny, které umožňují polymeru absorbovat vodnatá tělová fluida následkem osmotických sil.

Vedle osmotických sil je v mnoha absorpčních výrobních, včetně plen, také důležitá absorbence založená na kapilárních silách. Kapilární síly jsou důležité při různých každodenních situacích, jako je například vytření rozlitých tekutin papírovým ručníkem. Kapilární absorbenty mohou nabídnout superiomí výkon pokud jde o míru přijímání fluida a průsaku, tj. schopnost přemístit vodnaté fluidum z bodu počátečního kontaktu. Skutečně, absorpční struktury s jádry s duální strukturou, výše uvedené, používají vláknitou matrici jako primární kapilární přepravní prostředek k pohybu původně přijatého vodnatého tělového fluida skrze dané absorpční jádro tak, že může být absorbováno a zadrženo specifickým absorpčním polymerem, umístěným ve vrstvách nebo zónách tohoto jádra.

-1 CZ 288496 B6

Jiné absorpční materiály s kapilární schopností přemisťování fluid jsou polymerové pěny s otevřenou celulámí strukturou. Pokud jsou vhodně vyrobeny, mají charakteristické rysy kapilárního přijímání fluid, jejich přemisťování a uchovávání, potřebné pro použití ve vysoce výkonných absorpčních jádrech absorpčních výrobků, jako například plen. Absorpční výrobky obsahující tyto pěny mají žádoucí integritu za mokra, poskytují vhodné posazení během celé doby svého nošení a nepodléhají během nebo degradaci tvaru. Navíc, absorpční výrobky obsahující tyto pěnové struktury, se snáze vyrábějí v obchodním měřítku. Například, jádra absorpčních plen mohou být prostě vyříznuta z kontinuálních pěnových vrstev a mohla by být navržena, aby měla značně větší integritu a stejnoměrnost, než vzduchem ložená vláknitá absorpční jádra, obsahující částicové absorpční polymery. Tyto pěny by mohly být rovněž tvarovány do jakéhokoli požadovaného tvaru, či dokonce formovány do integrálních jednotkových plen.

Je známa řada různých druhů polymerových pěn, jež mohou nasakovat množství fluid pro množství účelů, jakož i použití určitých druhů polymerového pěnového materiálu jako prvků absorpčních výrobků, jako například plen a produktů při menstruaci. Viz například patent US 4 029 100, jenž uvádí tvar si podržující plenu, užívající pěnový prvek v rozkrokové ploše sestavy' absorpční vložky, aby se zajistila vysoká pružnost za mokra. Jsou rovněž známy určité druhy polymerových pěnových materiálů pro absorpční výrobky pro účely vlastního nasakování, průsaku a/nebo retence vodnatých tělových fluid. Viz například patent US 3 563 243, popisující absorpční vložku pro pleny a podobně, kde je primárním absorbentem hydrofílní polyuretanová pěnová vrstva. Dále viz patent US 4 554 297, popisující tělová fluida pohlcující celulámí polymery, jež mohou být užity v plenách nebo produktech při menstruaci, dále viz patent US 4 740 528, popisující absorpční kompozitní struktury jako pleny, produkty dámské hygieny a podobně, jež obsahují houbovité absorbenty vyrobené z určitých typů super-průsakových, zesítěných polyuretanových pěn či patent US 5 147 345, ilustrující konfiguraci možného absorpčního výrobku, vhodnou pro použití u absorpčních výrobků zformovaných z těchto polymerových materiálů. Absorpční výrobek, jako plena, používá ve svém absorpčním jádru první tekutiny přijímající/rozdělující komponentu a druhou tekutiny zadržující/nově rozdělující komponentu udržovanou v tekutinové komunikaci s první komponentou. První komponenta může být pórovitá hydrofílní, tj. vláknitá či pěnového základu, z materiálu s počátečním stupněm přijímání tekutiny alespoň 2 ml syntetické moči za sec a může tedy přednostně poskytnout po dobu 30 min vertikální tampon o výšce alespoň 2 cm, zejména chemicky ztuhlá vinutá celulosová vlákna. Druhá komponenta může být hydrofílní pružná polymemí pěna s otevřenými komůrkami o volné absorpční kapacitě alespoň 12 ml syntetické moči na gram suché pěny a absorpční kapacitě pod 5,1 kPa hraničního tlaku, zejména polymerizovaná absorpční pěna s vysokým stupněm soudržnosti emulze.

Byly vyvinuty i absorpční polymerové pěny s otevřenou celulámí strukturou („otevřenými buňkami“), jež lze charakterizovat poměrně větší afinitou pro absorpci tělových fluid než vykazují jiné komponenty absorpčního výrobku tak, že daný pěnový materiál může odvodňovat (rozdělovat) fluida z těchto druhých komponentů a udržovat fluida uchovaná ve struktuře pěny, dále relativně dobrými charakteristikami průsaku a distribuce fluida k přepravě nasáklé moči a jiných tělových fluid, pryč od zóny původního kontaktu s ním a do nevyužité části pěnové struktury, čímž se umožňuje přizpůsobení se jejich následným přívalům a relativně velkou schopností přechovávání s relativně vysokou kapacitou fluida při zatížení, tj. pod kompresními silami.

Jak bylo výše poznamenáno, tenčí absorpční jádro je obvyklý požadavek při výrobě relativně tenkých absorpčních výrobků, jako jsou např. pleny. Avšak, zajištění absorpčních polymerových materiálů, jež zůstávají relativně tenkými, dokud nejsou navlhčeny vodnatými tělovými fluidy, není přímočaré. Absorpční pěnový materiál potřebuje zůstat relativně tenkým při normálním skladování a použití před navlhčením. Tento relativně tenký polymerový pěnový materiál musí mít absorpční charakteristiky výše popsané, pokud má být užitečný ve vysoce výkonných absorpčních jádrech. Výroba relativně tenkých polymerových pěn, jež jsou dostatečně měkké a ohebné pro pohodlí nositele, není vždy triviálním úkolem.

-2CZ 288496 B6

Byly vyvinuty relativně tenké, zhroucené (tj. neroztažené) polymerové pěnové materiály, jež se při kontaktu svodnatými tělovými fluidy rozšiřují a absorbují tato fluida. Tyto absorpční polymerové pěnové materiály obsahují hydrofilní, pružnou, neiontovou strukturu polymerové pěny ze vzájemně propojených otevřených buněk. Takovéto složené polymerové pěnové materiály zůstávají relativně tenké během normální přepravy, skladování a uživatelských podmínek, dokud nejsou navlhčeny vodnatými tělovými fluidy, přičemž v tomto bodě se rozšiřují. Kvůli jejich vynikajícím absorbenčním charakteristikám, včetně kapilární schopnosti přemisťovat fluida, jsou tyto složené polymerové pěnové materiály výjimečně užitečné ve vysoce výkonných absorpčních jádrech absorpčních výrobků, jako jsou například jednorázové pleny, vložky a kalhotky při inkontinenci dospělých, výrobky používané při mensesu jako hygienické vložky a jednorázové lékařské produkty jako například bandáže, obvazy a podobně. Tyto složené polymerové pěnové materiály jsou popsány v patentu US 5 397 316, vztahujícím se k použití děrovaných regionů v absorpčních členech tvořených uvedenými materiály. Jedno a vícevrstvé absorpční členy obsahují odkryté děrované regiony, případně i předsunuté děrování pohárovitého tvaru pro zvýšení počátečního příjmu tekutiny. Takové regiony v kombinaci s vlastností rovinného rozšiřování ve dvou směrech umožní absorpčnímu členu reagovat dynamicky podle podmínek různé tekutinové zátěže a tvořit užitečné strukturální rysy. Děrované regiony v kombinaci s absorpčními materiály majícími roztažitelnost alespoň v jednom směru v rovině absorpčního členu vyvolávají prohnutí a/nebo deformaci děrovaných regionů vně z roviny absorpčního členu a tím umožňují na štěrbinových površích odstranit hranatosti a/nebo vzájemná přeložení, což zlepšuje přijímací schopnosti. Nálevkovité počáteční děrování umožňuje absorpčnímu členu zrychlit přijetí a absorpci tekutin a je částečně využito pro odvodnění mokrých odpadových materiálů a odvod vysoce viskózních tekutin a/nebo takových, které mají vysokou koncentraci částic materiálů, jako krev, menses či hnis.

Z patentu US 4 294 240 je znám vycpávkový materiál s perforacemi ve tvaru uzavřených, ohraničených otvorů, používaný v ortopedických prostředcích a způsobilý průchodu potu z lidské kůže skrze něj, pružně stlačitelný, elastický v podélném směru. Materiál zahrnuje proříznutí povrchu, která jsou v roztažném stavu vycpávkového materiálu roztažená, čímž vzniká perforování ve tvaru šestiúhelníků. Tvar perforování závisí na stupni roztažení materiálu. Při vysokém stupni roztažení jsou perforace kosočtvercové. Proříznutí povrchu jsou upravena ve vzájemně rovnoběžných řadách, mezilehle, přičemž ale proříznutí jsou delší než vzdálenosti mezi nimi, takže se proříznutí sousedních řad částečně překrývají. Řady jsou kolmé k podélnému směru vycpávky, každá perforace tak tvoří uzavřenou komůrku, oddělenou úzkými pásy pěnového materiálu od sousedních perforací.

Ačkoli tyto polymerové pěnové materiály vykazují superiomí uchovávací kapacitu a výhodnou tenkou podobu do navlhčení, jsou často pomalejší při přijímání fluid než jiné materiály. Výsledkem je, že náhlé výrony fluida mohou jednoduše stéci z povrchu takové absorpční součásti. Toto zase může vést k předčasnému unikání produktu před tím, než je dosaženo skutečné absorpční kapacity daného výrobku. Navíc, užití srovnatelně tlustších, či dodatečných vrstev polymerového pěnového materiálu ke zvýšení zásobní kapacity zvyšuje výslednou tuhost absorpčního výrobku, bez zvýšení míry (rychlosti) přijímání.

Je tedy cílem vynálezu vyvinout absorpční součást, jež by měla adekvátní nebo superiomí přijímací charakteristiky, aby byla žádoucí ve vysoce výkonných absorpční jádrech, užívaných v absorpčních výrobcích jako jsou jednorázové pleny, vložky a kalhotky při inkontinenci, výrobky používané při mensesu jako jsou hygienické vložky, a jednorázové lékařské produkty, jako jsou například bandáže, obvazy a podobně, byla by dostatečně ohebná a měkká, aby zajistila vysoký stupeň pohodlí svému nositeli a využívala kombinace mechanických rysů a vlastností materiálu k produkci výhodných dynamických struktur a mohla být vyráběna v komerčním měřítku za poměrně rozumných nebo nízkých nákladů.

-3CZ 288496 B6

Podstata vynálezu

Tento vynález se týká použití regionů podélných štěrbin v absorpčních součástech, vytvořených z absorpčních materiálů, jež mají schopnost rozšiřovat se alespoň v jednom směru uvnitř roviny dané absorpční součásti, když absorbují vodnatá tělová fluida.

Obzvláště se tento vynález týká absorpční součásti absorpčního výrobku, zvláště vhodného pro absorpci a zadržování vodnatých tělových fluid, která má obvodový region a region usazování sdružený s obvodovým regionem a obvodovým regionem laterálně obklopený, která má dále alespoň jednu vrstvu absorpčního materiálu při kontaktu svodnatými tělovými fluidy se rozšiřující a obsahující stlačitelný polymemí pěnový materiál s hydrofilní, flexibilní strukturou ze vzájemně propojených otevřených prostorů, kde uvedená vrstva má planparalelní homí plochu a dolní plochu, definující rovinu a v ní ležící rovinný směr a k němu kolmý normální směr a absorpční materiál je roztažitelný v alespoň jednom rovinném směru v reakci na absorpci vodnatého tělového fluida do vzájemně propojených otevřených prostorů absorpčního materiálu, jejíž podstata spočívá v tom, že má alespoň jeden štěrbinový region s alespoň jednou štěrbinou, procházející v normálním směru alespoň částečně tloušťkou vrstvy absorpčního materiálu, přičemž štěrbina je ohraničena alespoň dvěma štěrbinovými povrchy, které jsou pro urychlení absorpce do regionu usazování zavedeného vodnatého tělového fluida do propojených otevřených prostorů absorpčního materiálu posunovatelné jeden vůči druhému ze vzájemně přilehlé polohy při uzavřené štěrbině do vzájemně oddálené polohy pro své vystavení vodnatému tělovému fluidu při otevřené štěrbině, přičemž polymemí pěnový materiál je v absorpčním materiálu obsažen ve zhrouceném stavu.

V regionech podélných štěrbin v absorpčních součástech z poměrně tenkých, zhroucených (tj., neroztažených) polymerových pěnových materiálů, jež mají kapacitu rozšiřovat se alespoň v jednom směru uvnitř roviny dané absorpční součásti, když absorbují vodnatá tělová fluida a přednostně zahrnují hydrofilní, pružnou strukturu polymerové pěny ze vzájemně propojených, otevřených buněk, která se při kontaktu s vodnatými tělovými fluidy rozšiřuje směrem ven všemi směry a pohlcuje tato fluida je díky užitým pěnovým materiálům tento expanzní proces reversibilní a když fluidum opustí danou absorpční součást důsledkem vypaření nebo migrace do jiných absorpčních součástí, pěnový materiál se alespoň částečně hroutí a je použitelný v další potenciální dávce vyměšovaného fluida.

Ve srovnání s neštěrbinovými regiony absorpční součásti, štěrbinové regiony přijímají fluidum mnohem rychleji, vzhledem ke zvýšené ploše povrchu poskytované okraji daných štěrbin. Jak se tento materiál rozšiřuje, povrchová plocha štěrbinového regionu se dramaticky zvětšuje a tato zvětšená povrchová plocha vede k dalšímu zvýšení míry přijímání. Přijímání více fluida vede k většímu rozšíření a zvýšené povrchové ploše atd., dokud není zavedeno více fluida nebo dokud pěnový materiál nedosáhne svého úplně rozšířeného stavu, cokoli z toho nastane dříve.

Kromě zvýšené míry přijímání a zvýšené flexibility, štěrbinové regiony kde probíhá přijímání fluida ve spojení s neštěrbinovými a/nebo srovnatelně suššími okolními regiony a vlastnostmi planámí expanze pěnového materiálu, umožňují absorpční součásti, aby dynamicky reagovala na různé stavy zatížení fluidy a generovala prospěšné, strukturální charakteristické rysy.

V jednom výhodném provedení obsahuje absorpční součást alespoň dvě vrstvy absorpčního materiálu, z nichž každá má planparalelní homí a dolní plochu, definující rovinný a kněmu kolmý normální směr, přičemž absorpční materiál je roztažitelný v alespoň jednom rovinném směru a štěrbina štěrbinového regionu prochází alespoň částečně jednou z vrstev absorpčního materiálu.

Je výhodné, když štěrbinové povrchy jsou před zavedením vodnatého tělového fluida vzájemně orientovány ve směrech odlišných od paralelních a ohraničují nálevkovitý tvar štěrbiny.

V jedné výhodné konfiguraci je region usazování fluid v absorpční součásti z polymerové pěny opatřen pluralitou podélných štěrbin, aby vytvářel štěrbinový region, alespoň částečně laterálně obklopený alespoň jedním neštěrbinovým regionem protahujícím se směrem ven od tohoto štěrbinového regionu. Region neštěrbinového obvodu zajišťuje větší strukturální integritu

-4CZ 288496 B6 absorpční součástí během nošení uživatelem. Když je fluidum zavedeno do absorpční součásti přes štěrbinový region se rozšiřuje rychleji a do většího rozsahu, než obklopující neštěrbinový region. Štěrbinový region je na svých okrajích omezen pomaleji se rozšiřujícím neštěrbinovým regionem a tudíž jeho pokračující expanze v rovině absorpční součásti ho nutí deformovat se a vyboulovat ven z roviny absorpční součásti, vytvářeje alespoň jednu kopulovitou strukturu.

Tento kopulovitý efekt zapříčiňuje, že se štěrbiny otevírají a štěrbinový povrch se posouvá angulámě nebo překladově, alespoň částečně vystavujíce štěrbinové plochy k zajištění zvýšené povrchové plochy pro následné dávky fluida. Kopulovitý efekt rovněž vytváří prázdný prostor pod absorpční součástí, do něhož se fluidem dostává skrze otevřené štěrbiny. Tento prázdný prostor zajišťuje dočasnou, vzrostlou kapacitu pro zachycení a izolování přebytečného fluida, než bude pohlceno a uloženo absorpční součástí.

Polymemí pěnový materiál ve zhrouceném stavu může mít výhodně expanzní potenciál v alespoň jednom rovinném směru nejméně 5% nebo v alespoň dvou vzájemně nezávislých rovinných směrech alespoň 3%. Tento materiál dále může výhodně mít expanzní potenciál ve směru paralelním se směrem alespoň jedné štěrbiny, přičemž přednostně má expanzní potenciál ve směru kolmém ke směru alespoň jedné štěrbiny.

Podle dalšího výhodného provedení vynálezu má polymemí pěnový materiál specifickou povrchovou plochu na objem absorpčního materiálu alespoň 0,025 čtverečních metrů na gram, obsahuje alespoň 0,1 % hmotnostního toxikologicky přijatelné hydroskopické hydratované soli, dále má ve svém zhrouceném stavu expanzní tlak nejvýše 30 kPa a ve svém rozšířeném stavu má hustotu při saturaci do své volné absorpční kapacity za teploty 31,1 °C syntetické moči s povrchovým napětím v rozmezí od 60 do 70.10”⁵N/cm od 10% do 50% hustoty své suché báze ve svém zhrouceném stavu.

V dalším výhodném provedení je absorpční součást opatřena připevňovacími prostředky pro své sdružení se zadní, k regionu vyměšování vodnatého tělového fluida nositelem absorpčního výrobku přivrácenou vrstvou absorpčního výrobku.

Absorpční součást výše popsaná může být použita v tekuté komunikaci s neštěrbinovou absorpční součástí z polymerové pěny ve vícevrstvé konfiguraci. Když je zavedeno fluidum do regionu usazování štěrbinové vrstvy, štěrbinová vrstva pracuje jak uvedeno výše. Neštěrbinová vrstva pak začíná přijímat tekutinu ze štěrbinové vrstvy a jak ktomu dochází, štěrbinová vrstva se začíná navracet do svého zhrouceného stavu, zatímco vrstva neštěrbinová se rozšiřuje v rovině absorpční součásti. Důsledkem omezujících sil mezi dvěmi vrstvami, jež brání klouzavému relativnímu pohybu mezi nimi (zajištěného tím, že vrstvy jsou v přímém doteku nebo spojeny mezilehlým členem, jež brání relativnímu pohybu), rozšiřující se neštěrbinová vrstva je příčinou, že štěrbiny ve štěrbinové vrstvě zůstávají otevřeny a/nebo se dále otevírají, když se štěrbinová vrstva hroutí a/nebo rozděluje fluidum do neštěrbinové vrstvy. Tento efekt je zvýšen kontrakcí v planámím směru jednotlivých pruhů pěnového materiálu mezi danými štěrbinami.

Plochy štěrbin rovněž nabývají výhodný nálevkovitý tvar (ve srovnání sjejich obvyklou rovnostěnnou paralelní orientací), v protikladu k pouhému otevření, což dále zvyšuje schopnost absorpční součásti rychle přijmout následnou dávku fluida v důsledku vystavení zvýšené povrchové plochy přicházejícímu fluidu. Tento nálevkovitý tvar je vytvořen důsledkem kontrakce volného povrchu štěrbinové vrstvy, zatímco plocha štěrbinové vrstvy v kontaktu s neštěrbinovou vrstvou je omezena, protože je držena v kontaktu s neštěrbinovou vrstvou, čímž se vytváří rozdíl pnutí uvnitř štěrbinové vrstvy v normálním směru k rovině absorpční součásti.

Výše uvedený nálevkový štěrbinový efekt může být produkován provedením operace odvodnění dané pěny pomocí absorpční součásti polymerové pěny přilnuté k tuhému substrátu, či jakýmkoli jiným postupem, jímž jsou štěrbiny formovány do nálevkovitého tvaru, když je pěnový materiál suchý a připravený k zapracování do absorpčního produktu. Absorpční součásti takto produkované pak mohou být zapracovány do absorpčních výrobků se štěrbinami již předem vytvořenými v otevřené konfiguraci, aby se umožnila zvýšená povrchová plocha pro rychlé přijímání fluid. Na základě přijímání fluida se štěrbinové povrchy jeden druhému přibližují a stávají se víc paralelními, když se pěnový materiál mezi danými štěrbinami navrací do svého

-5CZ 288496 B6 rozšířeného stavu. Předem zformovaná nálevkovitá štěrbinová orientace je rovněž obzvláště důležitá pro zadržování a odvodňování vlhkého a tekutého fekálního materiálu, stejně jako přijímání fluid s vyšší viskozitou a/nebo těch, jež mají v sobě vyšší koncentraci částicového materiálu, jako například krve, mensesu, či tekutin z poranění.

Přehled obrázků na výkresech

Tento vynález bude snáze pochopen pomocí reference na následující podrobný popis a příslušné doprovodné výkresy, v nichž představují:

Obr. 1 - mikrosnímek (1500x zvětšený) okrajového pohledu na uřízlou část vzorku absorpční polymerové pěny podle tohoto vynálezu v jejím zhrouceném stavu.

Obr. 2 - mikrosnímek (lOOOx zvětšený) řezu části vzorku absorpční polymerové pěny podle tohoto vynálezu v jejím rozšířeném stavu.

Obr. 3 - mikrosnímek (lOOOx zvětšený) řezu části vzorku absorpční polymerové pěny podle tohoto vynálezu, jež je připravena z emulze, obsahující přednostní koemulgační systém.

Obr. 4 - půdorysný pohled na absorpční součást podle prvního ztvárnění tohoto vynálezu.

Obr. 5 - bokorys absorpční součástí z obr. 4, podél linie 5-5.

Obr. 6 - dílčí bokorys absorpční součásti z obr. 4, zobrazující jednotlivou štěrbinu.

Obr. 7, 8 - bokorysné pohledy (pohled ve směrech Y a X) absorpční součástí z obr. 4, v částečně navlhčeném stavu.

Obr. 9 - perspektivní pohled na absorpční součást z obr. 4, v částečně navlhčeném stavu.

Obr. 10 - bokoiysný pohled na částečně navlhčenou absorpční součást z obr. 9, učiněný podél linie 10-10.

Obr. 11 - perspektivní pohled na vícevrstvou absorpční součást podle druhého ztvárnění tohoto vynálezu.

Obr. 12,13 - bokorysy absorpční součásti z obr. 11, v částečně navlhčeném stavu, učiněné podél linií 12-12 a 13-13, v tomto pořadí.

Obr. 14 - půdorysný pohled na absorpční součást podle třetího ztvárnění tohoto vynálezu.

Obr. 15 - bokoiysný pohled, podobný tomu na obr. 5, absorpční součástí z obr. 14.

Obr. 16 - dílčí bokorys absorpční součásti z obr. 14, představující zvětšený pohled na individuální štěrbinu v jejím předem zformovaném stavu.

Obr. 17,18 - názorně zobrazují dva možné způsoby formování štěrbinových regionů v absorpčních součástech podle tohoto vynálezu.

Příklady provedení vynálezu

Ač jsou principy tohoto vynálezu aplikovatelné na absorpční součásti vytvářené z jakéhokoli absorpčního materiálu, majícího vzájemně propojenou síť otevřených prostorů, jež jsou schopné přemisťovat vodnatá tělová fluida uvnitř absorpční součásti a jež se rozšiřují na základě nabytí těchto fluid, zde upřednostňovaným materiálem k použití podle tohoto vynálezu je polymerový pěnový materiál.

Polymerové pěny typu, na něž je zde odkazováno, mohou být charakterizovány jako struktury, jež vedou, když je dispergována tekutina relativně prostá monomerů, ke kapičkám nebo „bublinkám“ v polymerizovatelné, monomer obsahující tekutině, následováno polymerizací monomerů v tekutině obsahující monomery, jež obklopují tyto kapičky. Výsledná polymerizovaná disperze může být v podobě porézní ztužené struktury, jež je agregátem buněk, hranic a/nebo

-6CZ 288496 B6 stěn, jejichž buňky obsahují tuhý polymerizovaný materiál. Buňky samotné obsahují tekutinu relativně prostou monomeru, jež před polymerizací tvořila kapičky v disperzi dané tekutiny.

Polymerové pěny, včetně pěn připravených z emulzí oleje ve vodě, mohou být s charakterem relativně zavřených nebo relativně otevřených buněk, v závislosti na míře v níž jsou buňky naplněny či jsou prázdné, polymerovým materiálem. Polymerové pěnové materiály užité v absorpčních strukturách a strukturách tohoto vynálezu jsou ty, jež mají relativně otevřené buňky vtom, že tyto jednotlivé buňky pěny jsou většinou neúplně izolovány jedna od druhé pomocí polymerového materiálu buněčných stěn. Tudíž, buňky v takových v podstatě otevřených strukturách mají intercelulámí otvory, či „okna“, jež jsou dostatečně velké, aby umožnily pohotový přesun fluida zjedná buňky do druhé v rámci dané pěnové struktury.

V otevřených celulámích strukturách typů užitých v tomto materiálu, tato pěna obecně má retikulovaný charakter s individuálními buňkami definovanými pluralitou vzájemně spojených, troj rozměrově rozvětvených struktur. Prameny polymerového materiálu, jež vytvářejí rozvětvené struktury pěnové struktury s otevřenými buňkami, mohou být nazývány „rozpěrkami“. Pěny s otevřenými buňkami, mající typickou strukturu rozpěrkového typu, jsou znázorněny pomocí příkladu na mikrosnímku na obr. 2. Pro účely tohoto významu je pěnový materiál materiálem s „otevřenými buňkami“, když alespoň 80 % buněk struktury pěny, jež jsou alespoň velikosti 1 mikronu, je v tekuté komunikaci s alespoň jednou přilehlou buňkou. Alternativně může být pěnový materiál považován za v podstatě s otevřenými buňkami, když má změřený objem použitelného póru, jenž je nejméně 80 % z teoreticky použitelného pórového objemu, například, jak je stanoven pomocí poměru vody k oleji v emulzi, z níž je vytvořen daný pěnový materiál.

Navíc ktomu, že mají otevřené buňky, polymerové materiály užité v tomto vynálezu jsou hydrofilního charakteru. Pěny zde musí být dostatečně hydrofílní, aby umožnily pěně pohlcovat vodnatá tělová fluida v množstvích zde dále specifikovaných. Jak je zde následně pojednáno, se zřetelem na přednostní druhy pěn a způsoby přípravy pěn, vnitřní plochy struktur pěny zde mohou být učiněny hydrofilními účinkem reziduálních hydrofilizujících činidel, zbylých ve struktuře pěny po polymerizací a/nebo účinkem vybraných procedur popolymerizačního ošetření dané pěny, jež mohou být použity ke změně povrchové energie materiálu, který vytváří strukturu pěny.

Rozsah, v němž jsou struktuiy polymerové pěny, jako ty užité v tomto vynálezu, „hydrofílní“, může být kvantifikován odkazem na „adhezní napětí“, vyvíjené těmito pěnami v kontaktu s absorbovatelnou testovací tekutinou.

Adhezní napětí je definováno vzorcem:

AT = y . cos Θ, v němž AT je adhezní napětí v N/cm, y je povrchové napětí testovací tekutiny pohlcené pěnovým materiálem v N/cm a Θ je úhel kontaktu ve stupních mezi povrchem polymerové pěny a vektorem, jenž je tečnou k testované tekutině v bodě, kde tato kontaktuje povrch pěny.

Pro jakýkoli daný hydrofílní pěnový materiál může být experimentálně určeno adhezní napětí vyvíjené pěnou, použitím způsobu, v němž je příjem váhy testovací tekutiny, například syntetické moči nebo propanolu, měřen pro vzorek pěny známých rozměrů a specifické povrchové plochy kapilárního sání. Pěny užitečné jako absorbenty v tomto vynálezu, jsou celkově ty, jež byly učiněny hydrofilními v rozsahu, že vykazují adhezní napětí od 15 do 65.10⁵ N/cm, přednostněji od 20 do 65, jak je stanoveno příjmem kapilárního sání syntetické moči s povrchovým napětím 60 až 70.10'⁵ N/cm.

Vlastnosti, charakteristické rysy a/nebo charakteristiky polymerových pěnových materiálů, užitečných v tomto vynálezu, jsou ve vzájemném vztahu a vzájemně závislé, ale mohou být v podstatě kategorizovány podle následujícího: ty, jež jsou obzvláště relevantní kjeho zhroucenému stavu, ty, jež jsou obzvláště relevantní kjeho rozšířenému stavu, ty, jež jsou stejně relevantní jak kjeho zhroucenému, tak jeho rozšířenému stavu, a ty, jež jsou obzvláště relevantní kjeho absorbenci, když je v kontaktu s vodnatými tělovými fluidy.

-7CZ 288496 B6

Následují tomu odpovídající číslované Části I-IV, vysvětlující podrobněji výše uvedené vlastnosti, charakteristické rysy a/nebo charakteristiky. Část V stanoví příslušné charakteristické ?'sy a charakteristiky poskytované štěrbinovými regiony v takovýchto absorpčních součástech, a ást VI popisuje užitečné postupy při přípravě zde upřednostňovaného typu polymerového pěnového materiálu. Konečně, jsou prezentovány příklady, jež stanoví jednotlivé polymerové pěnové materiály, jež byly shledány obzvláště užitečnými v souladu s tímto vynálezem.

Následující části se obzvláště vztahují k v současnosti upřednostňované mnohosti polymerových pěnových materiálů, ačkoli principy tam zvlášť stanovené jsou aplikovatelné na ostatní variety pěnových materiálů a jiné absorpční materiály, mající rovněž podobné charakteristiky expanze.

Část I - Zhroucený stav polymerových pěnových materiálů

Polymerové pěnové materiály užité v tomto vynálezu jsou obvykle získávány polymerizací emulze, jak je dále popsáno, typu vody v oleji (dále HIPE) a mají poměrně malou velikost olejové fáze a poměrně větší velikost vodní fáze. Podle toho, po polymerizací, výsledná pěna obsahuje podstatné množství vody. Tato voda může být vytlačena z pěny kompresními silami a/nebo redukována termálním sušením, jako je zahřívání v sušárně, či vakuovým odvodňováním ve spojení se silami stlačování. Po stlačení a/nebo sušení je polymerový pěnový materiál v trojrozměrně zhrouceném (anebo neroztaženém) stavu.

Celulámí struktura vzorové zhroucené pěny HIPE, z níž byla vytlačena voda stlačením, je uvedena na obr. 1. Jak znázorňuje obr. 1, celulámí struktura pěny je zhroucená, zejména ve srovnání se strukturou pěny HIPE zobrazenou na obr. 2 v jejím roztaženém stavu. Jak je vidět na obr. 1, prázdné prostory nebo póry (tmavé plochy) ve struktuře pěny byly zploštěny a/nebo elongovány. V pěnové struktuře rovněž neexistuje žádný nebo jen minimální kontakt mezi přilehlými rozpěrkami pěnové struktury.

Po stlačení a/nebo sušení může zhroucený polymerový pěnový materiál potenciálně reexpandovat, obzvláště je-li namočen vodnatými tělovými fluidy. Viz obr. 2, jenž zobrazuje typickou strukturu pěny HIPE užitou v tomto vynálezu, v jejím roztaženém stavu. Kupodivu, tyto polymerové pěnové materiály zůstávají v tomto zhrouceném, či neroztaženém, stavu po značnou dobu, například nejméně asi 1 rok. Věří se, že schopnost těchto polymerových pěnových materiálů setrvat v tomto zhrouceném či neroztaženém stavu je důsledkem kapilárních sil, a obzvláště kapilárních tlaků, vyvíjených uvnitř pěnové struktury. Zde používaný pojem „kapilární tlak“ se týká tlakového rozdílu napříč tekutého/vzduchového rozhraní v důsledku zakřivení menisku v omezeních z těsnění pórů v dané pěně. Viz Chatterjee, „Absorbency“, Textile Science and Technology, Svazek 7, 1985, str. 36. Pro zvlhčující tekutiny je toto v podstatě pokles tlaku ve srovnání s atmosférickým tlakem.

Po stlačení a/či sušení má polymerový pěnový materiál reziduální vodu obsahující jak vodu hydratace sdruženou s hydroskopickou, hydratovanou solí v sobě (jak dále popsáno), tak rovněž volnou vodu absorbovanou v pěně. Je to tato reziduální voda (s pomocí hydratovaných solí), o níž se věří, že vyvíjí kapilární tlaky na výslednou zhroucenou pěnovou strukturu. Zhroucené polymerové pěnové materiály užité v tomto vynálezu mohou mít obsah reziduální vody alespoň 4 %, typicky od 4 do 30 % váhy pěny, když je skladována za vnějších podmínek 22 °C a 50% vlhkosti. Přednostní zhroucené polymerové pěnové materiály užité v tomto vynálezu mají obsah reziduální vody od 5 % do 15 % váhy pěny.

Ve zhrouceném stavu se kapilární tlaky vyvíjené uvnitř struktuiy pěny alespoň rovnají silám vyvíjeným elastickým dopružováním nebo modulem stlačeného polymeru. Jinými slovy, kapilární tlak nezbytný k udržení zhrouceného pěnového materiálu relativně tenkým je určen pomocí vyrovnávající síly vyvíjené stlačenou polymerovou pěnou, když se pokouší „skočit zpátky“. Tendence dopružení polymerových pěn může být určena z experimentů zatěžování pnutím, v nichž je rozšířená pěna stlačována do asi 25 % svého originálu rozšířené hmotnosti (tloušťky), a pak držena v tomto stlačeném stavu, dokud se nezměří hodnota ekvilibria nebo uvolněného napětí. Alternativně, hodnota ekvilibria uvolněného napětí je stanovena z měření na polymerové pěně v jejím zhrouceném stavu, když je v kontaktu s vodnatými fluidy, například,

-8CZ 288496 B6 vodou. Tato alternativní hodnota uvolněného napětí se následně nazývá „expanzním tlakem“ pěny.

Expanzní tlak polymerových pěn je 30 kPa nebo méně a typicky od 7 do 20 kPa, tj. expanzní tlak je uvnitř relativně úzkého rozpětí. To znamená, že tendence dopružení typických polymerových pěn užitých v tomto vynálezu je poměrně konstantní. Podle toho, kapilární tlaky nezbytné k zajištění zhroucených, nerozšířených polymerových pěnových materiálů, rovněž typicky spadají do konstantního rozpětí.

Pro účely tohoto vynálezu bylo zjištěno, že specifická povrchová plocha na objem pěny je obzvláště užitečná pro empirické definování pěnových struktur užitých v tomto vynálezu, jež zůstávají ve zhrouceném stavu. Jak se zde používá pojem „specifická povrchová plocha na objem pěny“, tento se týká kapilárního sání specifické povrchové plochy dané pěnové struktury krát hustota pěny. Tato hodnota specifické povrchové plochy na objem pěny je charakterizována jako „empirická“ v tom, že je odvozena od specifické povrchové plochy kapilárního sání, jež se měří během navlhčování suché pěnové struktury a hustoty expandované pěnové struktury po navlhčení do nasycení, spíše než přímým měřením suché, zhroucené pěnové struktury. I tak bylo zjištěno, že určité minimální hodnoty specifické povrchové plochy na objem pěny jsou korelovatelné ke schopnosti pěnové struktury zůstat ve zhrouceném stavu. Dále je podrobněji pojednáno o specifické povrchové ploše kapilárního sání, hustotě pěny a faktorech velikosti buněk relevantních pro kapilární tlak a/nebo expanzní tlak polymerové pěny.

A) Specifická povrchová plocha kapilárního sání

Specifická povrchová plocha kapilárního sání je, obecně, míra povrchové plochy přístupné testovací tekutině polymerové sítě tvořící konkrétní pěnu na jednotkovou hmotnost objemového materiálu pěny (polymerový strukturální materiál, plus tuhý reziduální materiál). Specifická povrchová plocha kapilárního sání je určována jak rozměry celulámích jednotek v dané pěně, tak hustotou polymeru. Specifická povrchová plocha kapilárního sání je tudíž způsob kvantifikace úplné velikosti tuhé plochy, jíž poskytuje síť dané pěny vůči rozsahu, v němž se tato plocha podílí na absorbenci.

Specifická povrchová plocha kapilárního sání je zejména relevantní pro to, zda jsou uvnitř pěnové struktury vyvíjeny adekvátní kapilární tlaky k jejímu udržování ve zhrouceném stavu, než bude navlhčena vodnatými tělovými fluidy. Kapilární tlak vyvíjený uvnitř pěnové struktury je proporcionální ke specifické povrchové ploše kapilárního sání. Předpokládaje, že jiné faktory jako je hustota pěny a adhezní tenze fluida jsou konstantní, zejména to, že když se specifická povrchová plocha kapilárního sání zvyšuje (anebo snižuje), kapilární tlak uvnitř pěnové struktury se rovněž proporcionálně zvyšuje (snižuje).

Pro účely tohoto vynálezu se specifická povrchová plocha kapilárního sání stanoví změřením velikosti kapilárního příjmu tekutiny s nízkou povrchovou tenzí (například etanol), k němuž dochází uvnitř vzorku pěny známé hmotnosti a rozměrů. Pro určování specifické povrchové plochy kapilárního sání je možno použít rovněž jakýkoli jiný způsob.

Zhroucené absorpční polymerové pěny s otevřenými buňkami, jež jsou užité v tomto vynálezu, jsou ty, jež mají specifickou povrchovou plochu kapilárního sání nejméně 0,3 m²/g. Typicky se specifická povrchová plocha kapilárního sání pohybuje v rozmezí od 0,7 do 8 m²/g, přednostně od 1 do 7 m²/g, a nepřednostněji od 1,5 do 6 m²/g. Pro pórové objemy, jež budou definovány dále, hydrofilní pěny mající tyto hodnoty specifické povrchové plochy kapilárního sání, budou nositelem obzvláště žádoucí bilance absorpční kapacity, zadržování tekutin, průsaku tekutinami nebo distribučních charakteristik vodnatých tělových tekutin jako je například moč. Navíc, pěny s těmito specifickými povrchovými plochami kapilárního sání mohou vyvíjet dostatečný kapilární tlak k udržování dané pěny ve zhrouceném stavu, dokud nebude navlhčena těmito vodnatými tělovými fluidy.

B) Hustota pěny

Hustota pěny v gramech na krychlový centimetr objemu pěny ve vzduchu, je zde specifikována na suchém základě. Tudíž při kalkulaci a vyjadřování hustoty pěny se nebere ohled na množství

-9CZ 288496 B6 absorbované vodnaté tělové tekutiny, například reziduálních solí a tekutiny ponechané vdané pěně, například po polymerizaci emulze HIPE, vymývání a/nebo hydrofílizaci. Hustota pěny, jak je specifikována v tomto materiálu, však obsahuje jiné reziduální materiály, jako jsou emulgátory přítomné v polymerizované pěně. Takovéto reziduální materiály mohou ve skutečnosti přispět značnou hmotností k pěnovému materiálu.

K měření hustoty pěny může být použito jakékoli vhodné gravimetrické metody (způsobu), jež zajistí stanovení hmotnosti tuhého materiálu pěny na jednotkový objem struktury pěny. Pokud jde o situace, v nichž mohou postupy přípravy vzorku pěny (sušení, stárnutí, předpínání atd.) neodvratitelně změnit získané měření hustoty, pak mohou být použity i alternativní testy určování hustoty. Tyto alternativní testy mohou, například, obsahovat gravimetrická měření hustoty použitím testovací tekutiny absorbované uvnitř materiálu pěny. Tento typ určování hustoty může být užitečný pro charakterizování pěn s velmi nízkou hustotou, jako jsou například pěny v tomto materiálu, v nichž se suchá hustota přibližuje inverzi pórového objemu dané pěny. Viz Chatterjee, „Absorbency“, Textile Science and Technology, Svazek 7, 1985, str. 41. Jako u specifické povrchové plochy kapilárního sání, rozpětí hustoty pěny dále stanovená jsou zamýšlena jako inkluzivní, tj. aby zahrnovala hodnoty hustoty, jež mohou být stanoveny jakýmkoli rozumným experimentálním testovacím způsobem.

Zhroucené absorpční polymerové pěny užité v tomto vynálezu mají hodnoty husté suché báze v rozpětí od 0,05 do 0,4 g/cm³, přednostně od 0,07 do 0,25 g/cm³ a nejpřednostněji od 0,1 do 0,2g/cm³. Hustota pěnových materiálů může být upravena do předchozích rozpětí řízením obzvláště poměru voda/olej v pěně HIPE.

C) Velikost buněk

Alternativní charakteristický rys, jenž může být užitečný v definici přednostních zhroucených materiálů polymerové pěny, je velikost buňky. Buňky pěny a zejména ty, jež jsou formovány polymerizaci monomer obsahující olejové fáze, jež obklopuje kapičky vodní fáze relativně bez monomeru, budou často v podstatě sférického tvaru. Velikost nebo „průměr“ takovýchto v podstatě sférických buněk je tudíž ještě jeden běžně používaný parametr pro charakteristiku pěn celkově, stejně jako charakterizování přednostních pěnových struktur užitých v tomto vynálezu. Protože buňky v daném vzorku polymerové pěny nebudou nezbytně přibližně stejné velikosti, průměrná velikost buňky, tj. průměr průměrné buňky, bude často předepsána.

Pro určování průměrné velikosti buněk pěn jsou k dispozici početné techniky. Tyto techniky obsahují způsoby rtuťové porozimetrie, jež jsou dobře známé v příslušné technice. Nejužitečnější techniky určování velikosti buněk v pěnách však obsahují jednoduché měření, založené na skenování elektronového mikrosnímku vzorku pěny. Obr. 2, například, znázorňuje typickou strukturu pěny HIPE v jejím expandovaném stavu. K mikrosnímku je superponováno měřítko představující rozměr 20 mikronů. Toto měřítko může být užito k určování průměrné velikosti buněk pomocí procedury analýzy snímku. Obrazová analýza mikrosnímků vzorků pěn je ve skutečnosti běžně používaným analytickým nástrojem, který může být použit v tomto dokumentu ke stanovování průměrné velikosti buněk. Taková technika je podrobněji popsána v patentu US 4 788 225, jenž je zde zapracován referencí.

Měření velikosti buněk podané v tomto materiálu je založeno na číslu velikosti průměrné buňky pěny v jejím roztaženém stavu, např. jak je znázorněno na obr. 2. Pěny užité jako absorbenty vodnatých tělových fluid v souladu s tímto vynálezem budou mít přednostně průměrnou velikost průměrné buňky 50 mikronů, či méně a typicky v rozpětí od 5 do 50 mikronů, přednostněji v rozmezí od 5 do 40 mikronů a nejpřednostněji od 5 do 35 mikronů.

Část II - Rozšířený stav polymerových pěnových materiálů

A) Hustota při nasycení syntetickou močí

Zvlášť důležitou vlastností absorpčních pěn vjejich roztaženém stavu, je jejich hustota při saturaci vodnatými tělovými fluidy, vztahující se k hustotě báze za sucha absorpční pěny v jejím zhrouceném stavu. Hustota rozšířené pěny při nasycení vodnatými tělovými fluidy ve vztahu

-10CZ 288496 B6 k její hustotě suché báze v jejím zhrouceném (stlačeném) vztahu, zajišťuje míru relativní tloušťky pěny v jejím roztaženém stavu. Toto poskytuje zvlášť relevantní míru, jak tenká je daná pěna, když je rozšířena a když je nasycena vodnatými tělovými fluidy.

Pro účely tohoto vynálezu se hustota absorpčních pěn vjejich roztaženém stavu měří, když jsou saturovány při teplotě 31,1 °C do své volné absorpční kapacity pomocí syntetické moči s povrchovým napětím 60 až 70.10⁵N/cm. Hustota absorpční pěny v jejím roztaženém, nasyceném stavu, je pak vztažena, jako procentový poměr, k hustotě suché báze pěny v jejím zhrouceném stavu. Pro účely tohoto vynálezu, hustota pěn vjejich roztaženém stavu při nasycení do jejich volné absorpční kapacity syntetickou močí, může být v rozmezí od asi 10 do asi 50 % jejich hustoty suché báze v jejich zhrouceném stavu a je přednostně v rozmezí od asi 10 do 30 %, nejpřednostněji od 15 do 25 %.

B) Porézní objem

Porézní objem je velikost objemu otvorů nebo buněk v porézní pěnové struktuře na jednotkovou hmotnost tuhého materiálu (polymerová struktura plus jakékoli reziduální tuhé látky), jenž tvoří pěnovou strukturu. Porézní objem může být důležitý při ovlivnění řady výkonnostních a mechanických charakteristik absorpčních pěn zde, obzvláště vjejich roztaženém stavu. Tato výkonnost a mechanické charakteristiky obsahují absorpční kapacitu pěn pro vodnatá tělová fluida, pěnovou flexibilitu a charakteristiky odchylky (deflekce) stlačením pěny.

Porézní objem může být stanoven jakýmkoli vhodným experimentálním způsobem, dávajícím přesnou indikaci skutečného porézního objemu struktury. Tyto experimentální způsoby obecně obsahují měření objemu a/nebo hmotnosti testovací tekutiny, jež může být zaváděna do pěnové struktury a jež je tudíž představitelem objemu zaujímaného v pěně otevřenými buňkami. Z tohoto důvodu je možno parametr porézního objemu pěn zde též nazývat jako „použitelným porézním objemem“.

Jeden tradiční způsob určování, experimentálně, porézního objemu obsahuje zavedení nepolymerové bobtnající tekutiny s nízkou povrchovou tenzí, jako například 2-propanolu, do pěnové struktury. Při určování porézní velikosti je možno použít alternativních testovacích tekutin a postupů.

C) Odolnost vůči odchylce (deflekci) stlačením

Důležitým mechanickým rysem polymerových pěn, jež jsou užité v tomto vynálezu, je pevnost dané absorpční pěny vjejím roztaženém stavu jak je určena její odolností vůči odchylce stlačením. Odolnost vůči odchylce stlačením vyvíjená pěnou zde je funkce polymerového elastického modulu a hustoty sítě pěny. Polymerový elastický modul je zase stanoven: a) složením polymeru, b) rozsahem, v němž je daná polymerová pěna plastikována reziduálním materiálem, např. emulgátory, ponechanými v pěnové struktuře po zpracování, a c) stavem, v němž byla daná pěna polymerizována.

Aby byla užitá jako absorpční struktura absorpčních výrobků, například v plenách, absorpční pěnové materiály musí být vhodně odolné vůči deformaci nebo stlačení silami, jimž tyto absorpční materiály čelí při absorpci a retenci daných fluid. Pěny bez dostatečné pevnosti, vyjádřené odolností vůči odchylce stlačením, mohou dokázat přijímat a uchovávat přijatelná množství tělových fluid za podmínek bez zatížení, ale rovněž se snadno těchto fluid vzdát na základě zátěže stlačením, způsobené pohybem a činností nositele absorpčního výrobku, jenž obsahuje pěnu.

Odolnost vůči odchylce stlačením vyvíjená polymerovými pěnami užitými v tomto vynálezu, může být kvantifikována pomocí stanovení velikosti napětí produkovaného ve vzorku nasyceného pěnového materiálu, udržovaného za určitého omezujícího tlaku po specifikovaný časový úsek. Pro účely tohoto vynálezu mohou být tato měření učiněna na vzorku pěny standardní velikosti (válečky tlusté 0,25 cm a s příčnou cirkulámí plochou 6,5 cm²). Tyto vzorky jsou saturovány pomocí syntetické moči s povrchovým napětím 60 až 70.10^-5 N/cm a jsou dále podrobeny omezujícímu tlaku 5,1 kPa na dobu 15 minut při teplotě 31,1 °C. Velikost

-11CZ 288496 B6 produkovaného napětí v tomto testování se uvádí jako procento saturované a úplně rozšířené tloušťky vzorku, jíž představuje stlačená tloušťka daného vzorku.

Absorpční pěny užité v tomto vynálezu jsou ty, jež vykazují odolnost vůči odchylce stlačením takovou, že tlak 5,1 kPa produkuje napětí typicky od 2 do 80 % stlačení struktury pěny, když byla nasycena do své volné absorpční kapacity pomocí syntetické moči s povrchovým napětím 60 až 70.10“⁵ N/cm. Přednostně bude napětí produkované za těchto podmínek v rozmezí od 5 do 40 %, nejpřednostněji od 5 do 25 %. Pro upřednostňované pěny HIPE odolnost vůči odchylce stlačením může být upravena vůči hodnotám napětí v rámci předchozích rozmezí a to pomocí příslušného výběru monomerových, komonomerových a zesíťovacích typů a koncentrací, ve spojení s výběrem příslušné formace emulze a podmínek a technik polymerizace emulze. Tudíž, takové upřednostňované pěny mohou být vytvářeny z materiálů pomocí elastických modulů velkých dostatečně, aby zajistily adekvátní odolnost vůči odchylce stlačením, ačkoli tyto pěny mají velmi nízkou hustotu a velmi jemné rozpěrky.

D) Zotavení se z odchylky (deflekce) stlačením

Zotavení se z odchylky stlačením se týká tendence nebo náchylnosti kusu pěnového materiálu navracet se do svých původních rozměrů potom, co byly deformován a/nebo stlačen silami, jímž čelí při výrobě, skladování nebo užívání. Pro účely tohoto vynálezu je zde zotavení se z odchylky stlačením přednostních absorpčních pěn měřeno na pěnách, jež jsou ve svém roztaženém stavu a obsahují pohlcené tělové fluidum. Podle toho, zotavení se z odchylky stlačením se měří na roztažených pěnách, jež jsou saturovány pomocí syntetické moče.

Vhodný postup určování zotavení se z odchylky stlačením celkově obsahuje stlačení a uvolnění vzorku pěny standardní velikosti, jenž byl saturován do své volné absorpční kapacity pomocí syntetické moči. Vzorky jsou udržovány pod 50% stlačením po stanovený časový úsek a pak uvolněny z tlaku. Rozsah, do něhož se daný vzorek zotaví do své tloušťky, za přítomnosti použitelné volné tekutiny, v jednominutovém intervalu po uvolnění síly stlačení, je brán jako míra náchylnosti k zotavení se z odchylky stlačením (pružnost) daného vzorku.

Přednostní absorpční pěny užité v tomto vynálezu budou obecně vykazovat po jedné minutě zotavení alespoň 75% z rozšířené hmotnosti za mokra. Přednostněji budou mít zotavení z odchylky stlačením za mokra nejméně 80 %.

Část III - Zhroucený nebo rozšířený stav polymerových pěnových materiálů

A) Flexibilita

Absorpční pěny užité v tomto vynálezu by měly být dostatečně flexibilní, aby mohly být použity v absorpčních výrobcích, jež se budou přizpůsobovat tvaru těla nositele. Což znamená, že tyto pěny mohou být deformovány nebo ohýbány v rozsahu nezbytném k užití v těchto absorpčních výrobcích, bez signifikantního poškození jejich strukturální integrity nebo ztráty jejich absorpčních vlastností.

Přednostní absorpční pěny užité v tomto vynálezu by měly rovněž být dostatečně flexibilní, aby vydržely síly stlačení a deformace, jimž jsou vystaveny během přípravy, zpracování, balení, zasílání a skladování absorpčních výrobků, obsahujících tyto pěnové materiály. Jednorázové pleny jsou př. obecně baleny a prodávány v přehnutém stavu, v němž je jádro pleny přehnuto jak v podélném, tak příčném směru. Jednorázové pleny jsou též prodávány ve formě nakupení přehnutých plen, jež jsou stlačeny pomocí sousedních balení. Podle toho, síly stlačení a deformace, jimž zde mohou být pěnové absorbenty podrobeny během zpracování a prodeje, mohou být dokonce větší, než ty na ně aplikované při používání.

Část IV - Charakteristiky absorbce a zvládání fluid polymerových pěnových materiálů

Absorpční pěny s vhodnými polymerovými směsemi a strukturálními charakteristikami a mechanickými lysy jak zde bylo výše popsáno, budou obecně vykazovat zvláště žádoucí charakteristiky absorpce a zvládání tělových fluid. Tyto charakteristiky absorpce a zvládání fluid jsou zase atributy přednostních pěnových materiálů zde, jež činí tyto pěny zvláště vhodné pro

-12CZ 288496 B6 použití jako absorpční struktury v absorpčních výrobcích navržených k přijímání a zadržování vodnatých tělových fluid.

Charakteristiky absorpce a zvládání fluid, jež jsou nejvíce relevantní pro realizaci vhodných absorpčních pěn jsou volná absorpční kapacita dané pěny, míra vertikálního prosakování fluida strukturou pěny a absorpční kapacita pěny ve specifických referenčních výškách prosakování. Každá z těchto charakteristik je následně popsána podrobněji.

A) Volná absorpční kapacita

Volná absorpční kapacita je celkové množství testovacího fluida (syntetické moči), jíž daný vzorek pěny absorbuje do své celulámí struktury na jednotkovou hmotnost tuhého materiálu ve vzorku. Tato měření volné absorpční kapacity jsou pro účely tohoto materiálu vypočítávána vekvilibriu, tj., potom co bylo vzorku pěny umožněno aby přijal a/nebo udržoval všechno fluidum, jež může, bez ohledu na časový úsek potřebný k vytvoření kompletně saturovaného vzorku pěny pomocí testovacího fluida. Pěnové materiály obzvláště vhodné jako absorpční struktury v absorpčních výrobcích, jako jsou například pleny, budou alespoň splňovat minimální volnou absorpční kapacitu.

Volná absorpční kapacita může být určena například pro jakýkoli daný vzorek pěny pomocí techniky gravimetrické analýzy. V této technice je pěnový vzorek specifické známé velikosti a váhy umístěn v nádobě testovacího fluida (syntetická moč) a je mu umožněno absorbování této tekutiny do ekvilibria. Po odstranění nasyceného vzorku z fluida je pak vypočítáno množství fluida zadržovaného na gram dané pěny, tj. měřená volná kapacita. Aby byly zejména vhodné pro absorbování moči v absorpčních výrobcích podle tohoto vynálezu, absorpční pěny by měly mít volnou kapacitu alespoň 12 a přednostně alespoň 20 ml syntetické moči na gram suchého materiálu.

B) Výkon vertikálního prosakování

Ještě další atribut zvládání tekutin absorpčními pěnami se týká jejich schopnosti iychle pohybovat, či „knotového efektu“, přijatelná množství tělových fluid skrze jejich pěnové struktury. Výkon vertikálního prosakování, tj. prosakování tekutin ve směru opačném gravitační síle, je zejména žádoucí. Je to proto, že tyto materiály se často používají v absorpčních výrobcích způsobem, že tekutina, jež má být pohlcována, se musí pohybovat uvnitř daného výrobku z relativně nižší polohy do relativně vyšší polohy uvnitř absorpčního jádra tohoto výrobku.

Výkon vertikálního prosakování se týká mohutnosti hnací síly kapilárního sání, jež pohybuje tekutinu pěnou a drží jí v pěnové struktuře. Parametry charakterizující pěnu, jež se vztahují k náchylnosti vertikálnímu prosakování takto zajišťují indikaci pokud jde o to, jak preferované pěny tohoto dokumentu budou pracovat jako absorpční struktury v absorpčních výrobcích. U pěnových absorbentů užitečných v tomto vynálezu může být tendence k prosakování fluida kvantifikována pomocí odkazu jak na test míry vertikálního průsaku, tak test absorpční kapacity vertikálního průsaku.

Při jednom způsobu stanovení míry (rychlosti) vertikálního prosakování se měří čas potřebný k tomu, aby barevná testovací tekutina (např. syntetická moč) z nádržky prosákla do vertikální vzdálenosti 5 cm skrze testovaný proužek pěny specifikované velikosti, když je test prováděn při teplotě 37 °C. Aby byly zvláště užitečné v absorpčních výrobcích pro absorbování moči, pěnové absorbenty budou přednostně mít míru vertikálního průsaku 5 cm za ne více než 30 minut, při nasakování syntetické moči. Přednostní pěnové absorbenty pro užití v tomto vynálezu budou mít míru vertikálního prosakování 5 cm za ne více než 5 minut při nasakování syntetické moči.

Test absorpční kapacity vertikálního prosakování se provádí ve spojení s testem vertikálního nasakování. Test absorpční kapacity vertikálního prosakování měří množství testovací tekutiny na gram absorpční pěny, jež je nasakováno do 2,54 cm vertikální sekce stejného vzorku pěny standardní velikosti, použitého v testu míry kapacity vertikálního prosakování. Toto určení se obecně dělá potom, co bylo danému vzorku umožněno vertikálně nasáknout testovací tekutinu do ekvilibria (např. po 18 hodinách).

-13CZ 288496 B6

Aby byly zvláště užitečné v absorpčních výrobcích pro absorbování moči, přednostní pěnové absorbenty budou mít obecně absorpční kapacitu vertikálního průsaku takovou, že při výšce vertikálního prosakování 11,4 cm proužek testovací pěny nasákne nejméně 50 %, nejpřednostněji % své volné absorpční kapacity.

Část V - Regiony podélných štěrbin polymerových pěnových materiálů

Pro účely tohoto vynálezu je obzvláště důležité zahrnutí štěrbinových regionů uvnitř absorpční součásti polymerové pěny.

Zdokonalené absorpční součásti z pěnového materiálu podle tohoto vynálezu mají zapracovanou pluralitu štěrbin, protahujících se alespoň částečně skrze tloušťku absorpční součásti a tvořících štěrbinový region. V přednostní konfiguraci, jako je na obr. 4, v kontextu jednorázových plen je štěrbinový region umístěn primárně v typickém regionu usazování (rozkrok), zatímco je udržována hranice pěnového materiálu obklopujícího tento region. Štěrbiny mohou být zformovány, když je pěnový materiál ve svém suchém, zhrouceném stavu, či zatímco je stále ještě ve svém suchém, zhrouceném stavu, či zatímco je stále ještě ve svém roztaženém stavu před odvodněním a přednostně se protahují zcela skrze tloušťku daného materiálu. Velikost štěrbinové plochy může být měněna podle potřeby, a podélné rozřezání může být jakéhokoli požadovaného vzoru, ač se dává přednost alternativě vzoru „cihlového provedení“, uvedeného na obr. 4.

Orientace štěrbin hraje roli v migraci fluida uvnitř absorpční součásti. V současnosti (zde) upřednostňovaný vzor na obr. 4, udržuje relativně přímou dráhu fluida ve směru X z regionu usazování jak do koncových regionů absorpční součásti, tak takto podporuje i rovnoměrnější distribuci fluida a lepší využití zásobní kapacity daného pěnového materiálu. Naopak, štěrbinové orientace, jež jsou více ve směru Y, poskytují obtížnější dráhu fluida pohybujícího se ve směru X, protože fluidum se musí pohybovat okolo konců každé štěrbiny, když jsou štěrbinové plochy uspořádány jedna od druhé.

Obr. 4 znázorňuje absorpční součást 10, zformovanou z polymerového pěnového materiálu v podstatě v nenavlhčeném, zhrouceném stavu, který byl opatřen štěrbinovým regionem 20 podle tohoto vynálezu. Štěrbinový region 20 přednostně obsahuje pluralitu jednotlivých štěrbin 30 a je přednostně alespoň částečně obklopen neštěrbinovým hraničním regionem 40. Koncové regiony 50 a 60 jsou přednostně rovněž neštěrbinované. Štěrbinový region 20 je přednostně v podstatě omezen k regionu typického usazování tekutin, když je absorpční součást 10 umístěna v nějakém absorpčním výrobku a nošena, ač je v rámci tohoto vynálezu, že alespoň část štěrbinového regionu 20 může spadat mimo typický region usazování a/nebo, že část regionu usazování může zůstat neštěrbinovaná (nerozříznutá).

Na obr. 4 je rovněž znázorněn souřadnicový systém, definovaný absorpční součástí 10, jež je vhodný pro použití v jednorázové pleně nebo výrobku pro inkontinenci dospělých. Znázorněný směr X je podélný směr, procházející mezi nohama daného uživatele od zadního regionu 50 (blízko předního pasu individua) do zadního regionu 60 (blízko zadního pasu individua). Znázorněný směr Y je laterální směr, protažený mezi nohama daného uživatele od jedné boční hranice - hraničního regionu 40 - k druhé. Směr Z je ortogonální jak ke směru X, tak Y a je celkově normální k hornímu a dolnímu povrchu 11 a 12, v tomto pořadí, absorpční součásti 10.

Jak je jasně zdůrazněno na obr. 5, jenž je pohledem příčným řezem z obr. 4, učiněným podél linie 5-5, každou individuální štěrbinu 30 tvoří dva štěrbinové povrchy 31 a 32. V přednostní konfiguraci se štěrbiny 30 protahují zcela skrze absorpční součást 10 ve směru celkově normálním (kolmém) k jejich hornímu a dolnímu povrchu 11 a 12. U celkově planámí absorpční součásti 10, jež je popsána na obr. 4, plochy štěrbin 31 a 32 mají celkově obdélníkový tvar definovaný na každém konci zakončení dané štěrbiny 30 a na každé straně pomocí horního a dolního povrchu 11 a 12. v tomto pořadí, absorpční součásti jO. Obr. 6 je dílčí bokorysný pohled na absorpční součást 10 v blízkosti jednotlivé štěrbiny 30, zobrazující štěrbinový povrch 31 ohraničený konci 33 a 34 a horním a dolním povrchem 11 a 12.

Když je absorpční součást ve svém zhrouceném, relativně vlhku prostém stavu, štěrbinové povrchy každé jednotlivé štěrbiny jsou v těsné blízkosti jedna k druhé a jsou celkově v ose jedna

-14CZ 288496 B6 s druhou. Protože z absorpční součásti není odstraněn žádný materiál při formování štěrbin, nepřítomnost jakýchkoli sil aplikovaných na absorpční součást, štěrbinové povrchy jsou typicky v kontaktu jeden s druhým v podstatě ve své celé povrchové ploše.

Region usazování této absorpční součásti typicky koreluje srozkrokovým regionem nositele během použití. Zatímco celkový obrys obvodu absorpční součásti v jeho nesloženém a nedeformovaném stavu je navržen tak, aby se alespoň částečně přizpůsoboval anatomickým charakteristikám typického nositele, použití štěrbin v konkrétních místech umožňuje absorpční součásti, aby se lépe přizpůsobovala anatomickým charakteristikám nositele v těchto regionech, obzvláště když se nositel pohybuje. To vede k pohodlnějšímu posazení, stejně jako potenciálu omezeného prosakování pomocí minimalizace mezer v posazení.

Zatímco užití štěrbin zajišťuje zvýšenou flexibilitu v absorpčních součástech, tyto štěrbiny rovněž zvyšují účinnou povrchovou plochu absorpční součásti. Plochy každé štěrbiny přispívají ke zvýšení povrchové plochy, obzvláště daného zvýšení ve výšce ploch štěrbin v důsledku rozšiřování (expanze) absorpční součásti ve směru Z. To zase zajišťuje zvýšení míry, v níž daná absorpční součást přijímá a uchovává fluida. Toto zvýšení míry přijímání je záležitostí stupně a je vysoce závislé na materiálu použitém pro pěnovou absorpční součást a jiné absorpční komponenty (tj. celulozová vlákna, absorpční gelovací materiály atd.), zejména těch, jež hrají roli při počátečním příjmu fluida. Míra přijímání je rovněž velmi závislá na omezovacím tlaku (tj., vnějším tlaku) vyvíjeném na danou absorpční součást, když je nošena, na základě reálných uživatelských podmínek. Pomocí zvýšení povrchové plochy se přijímá více fluida, což vede k většímu rozšiřování, atd., dokud není využita úplná zásobní kapacita daného pěnového materiálu.

V podstatě ve vlhku prostém stavu je otevřená celulámí struktura pěnového materiálu ve zhrouceném stavu a když je navlhčena fluidem, tato struktura se navrací do svého rozšířeného stavu, uchovávaje porovnatelně velké kvantum fluida ve vnitřních prázdných prostorách. Tato vlastnost expanze přímo souvisí s přijímáním fluida, takže regiony, jež přijímají fluidum, se rozšiřují rychleji než regiony přijímající fluidum pomaleji.

Kromě zvýšené míiy přijímání a zvýšené flexibility, štěrbinové regiony v kombinaci s neštěrbinovými a/nebo relativně suššími obklopujícími regiony, umožňují absorpční součásti, aby dynamicky reagovala na různé stavy zatížení fluidem. Vlastnost expanze vplanámím směru absorpčních součástí z polymerové pěny přednostních pro použití v tomto vynálezu, takto zajišťují neočekávaný dodatečný prospěch ve spojení s použitím štěrbinového regionu při generování dynamických strukturálních konfigurací, jež dále zvyšují kapacity přijímání fluida absorpčních součástí.

Obr. 7, 8 a 9 znázorňují absorpční součást z obr. 4, když je ve stavu částečného zatížení fluidem. Když je fluidum zavedeno do regionu usazování, štěrbinový region se rozšiřuje ve všech třech hlavních směrech rychleji a ve větším rozsahu, než obklopující neštěrbinový region. Zvláštní důležitostí je schopnost přednostních pěnových materiálů roztahovat se alespoň v jednom směru v rovině absorpční součásti, a v tomto případě se rozšiřovat v rovině absorpční součásti všemi směry a rovněž v normálním směru.

Horní povrch 11 a dolní povrch 12 jsou, v přednostní konfiguraci, v podstatě paralelní a v takovém stavu může být planámí směr definován odkazem na celkovou rovinu definovanou oběma povrchy 11, 12. Pokud, však tyto oba povrchy 11, 12 nejsou v podstatě paralelní, pro účely tohoto vynálezu může být planámí rovina definována pomocí roviny, jež může být sestavena uprostřed celkových rovin obou povrchů 11, 12. Jakmile je jednou planámí rovina vytvořena jedním nebo druhým způsobem, je rovněž definován normální směr kolmý k planámí rovině.

Štěrbinový region je na svých okrajích omezen neštěrbinovými regiony pomalejší expanze a tudíž jeho pokračující expanze nutí deformovat se a vyboulovat z roviny absorpční součásti a vytvářet jednu nebo více kopulovitých struktur. Tento kopulovitý efekt zapříčiňuje, že se štěrbiny otevírají a štěrbinový povrch se posouvá angulámě a/nebo překladově, dále vystavujíce štěrbinové plochy k zajištění zvýšené povrchové plochy pro následné dávky fluida. Tento

-15CZ 288496 B6 kopulovitý efekt rovněž vytváří prázdný prostor pod absorpční součástí, do něhož se fluidum dostává skrze otevřené štěrbiny. Tento prázdný prostor zajišťuje dočasnou vzrostlou kapacitu pro zachycení a izolování přebytečného fluida, než bude moci být pohlceno a uloženo absorpční součástí.

V kontextu tohoto vynálezu, popisem posunutí štěrbinového povrchu jako „angulámího“, je zamýšleným jevem k popsání rotace štěrbinových ploch z jejich celkově paralelní počáteční orientace do v podstatě neparalelní, produkujícím to, co zhruba připomíná nálevkovité „V“ či tvar poháru. Nálevkovitý tvar zajišťuje projekci směrem nahoru vystaveného povrchu každého štěrbinového povrchu, zajišťujíce zvýšenou schopnost přijímání fluida.

Tento tvar zformovaný štěrbinovými povrchy zvyšuje účinnost štěrbin při bránění toku fluid napříč povrchem absorpční součásti, okraje štěrbin takto zpomalují fluidum a umožňují pěnovému materiálu ho zachytit.

Podobně je zamýšleným jevem k popsání užití pojmu „překladové“ posunutí, což je relativní pohyb dvou povrchů štěrbin jakékoli jednotlivé, individuální štěrbiny z jejich počáteční orientace (v níž jsou jejich homí okraje celkově koextenzivní a jejich dolní okraje jsou celkově koextenzivní) do orientace, v níž je jeden homí okraj jedné štěrbiny poněkud vyšší než druhý homí okraj a podobně, je jeden dolní okraj jedné štěrbiny poněkud vyšší než druhý dolní okraj. To vytváří něco, co může být popsáno jako orientace „průsakového“ typu a zajišťuje laterální projekci vystavené plochy každého štěrbinového povrchu a zase zvyšuje schopnost přijímání fluida.

Když fluidum migruje do obklopujících regionů absorpční součásti a protože tyto relativně sušší regiony tendují k přitahování fluida od štěrbinového a původně navlhčeného regionu, kopulový efekt a posunutí štěrbin mají tendenci se zmenšovat, když se expanze obklopujících regionů přibližuje té, jíž má štěrbinový region. Ve skutečnosti, jakmile je jednou obsah vlhkosti absorpční součásti relativně stejnoměrný, absorpční součást se navrací do celkově popsané konfigurace na obr. 4, ač je roztažena ve všech směrech.

Absorpční součásti podle tohoto vynálezu mohou mít fakticky více než jeden štěrbinový region, či mohou být štěrbinovány přes v podstatě celý povrch. Tímto způsobem mohou být štěrbiny využity pro své jiné prospěšné charakteristiky, jako je například zvýšená flexibilita.

Navíc, v závislosti na uspořádání štěrbin, může být generována více než jedna zhroucená, či kopulovitá struktura, dokonce i uvnitř jednoho štěrbinového regionu (jak je uvedeno na obr. 9, v níž jsou zobrazeny dvě takové struktury) tak, že absorpční součást má vlnitý tvar, jenž působí k větší expozici štěrbinových povrchů.

Kritickou charakteristikou polymerových pěnových materiálů, pokud se týče této dynamické struktury, je schopnost dané pěny roztahovat se alespoň v jednom směru uvnitř roviny absorpční součásti. To může být popsáno pomocí pojmů expanzního potenciálu tak, že daný zhroucený polymerový pěnový materiál má potenciál se rozšiřovat určité procento za svoji zhroucenou velikost při zatížení fluidem. Absorpční materiály typu zde upřednostňovaného k užití v tomto vynálezu, budou mít expanzní potenciál při úplném zatížení fluidem nejméně 5 %, pokud expanzní potenciál existuje jen v jednom směru uvnitř roviny X-Y a nejméně 3%, pokud expanzní potenciál existuje ve dvou a/nebo více směrech uvnitř roviny X-Y. Takové materiály mají přednostně expanzní potenciál ve směru Z nejméně 200 %. Přednostněji, tyto materiály mají expanzní potenciál nejméně 10 % ve směrech uvnitř roviny X-Y a alespoň 300 % ve směru Z, když jsou plně zatíženy fluidem. Zde upřednostňovaná polymerová pěna HIPE se rozšiřuje přibližně 12 % ve směru X (podélný směr během výroby), asi 15 % ve směru Y (příčný směr během výroby) a asi 500 % ve směru Z (tloušťka), když je plně zatížena fluidem.

Obr. 10 je bokorysným pohledem na fluidem částečně navlhčenou (zatíženou) absorpční součást z obr. 9. Hledisko pohledu obr. 10 je v podstatě jako na obr. 7, s linií části 10-10 protínající jednu z kopulovitých struktur na obr. 9 (ale neprotínající žádné jednotlivé štěrbiny). Daný obrázek jasně zobrazuje expanzi a vyboulení pěnového materiálu, k němuž dochází ve štěrbinovém

-16CZ 288496 B6 regionu v ploše přijímání fluida. Je to expanze a vyboulení, jak je zvýrazněno obr. 10, jež produkuje otevírání a posun štěrbinových povrchů podle tohoto vynálezu.

Celkově, expanzní potenciál produkuje ve směru paralelním ke směru štěrbin jev překladového posunutí jako primární jev a může sekundárně produkovat určité úhlové posunutí, zatímco expanzní potenciál produkuje v kolmém směru ke směru štěrbin jev úhlového posunu jako primární jev a může sekundárně produkovat určité překladové posunutí. V pěnových materiálech, jež jsou zde upřednostňovány, expanzní potenciál ve všech směrech, zejména jak paralelní, tak kolmý ke směru štěrbin, produkuje jak úhlové, tak překladové posunutí povrchů v regionech, kde dochází k dané expanzi během absorpce vodnatého tělového fluida. Tato kombinace jak úhlového, tak překladového posunutí zajišťuje optimální konfiguraci vyjádřeno v míře přijímání fluida, protože maximalizuje nepravidelnost povrchu a povrchovou plochu pro přijímání.

Pokud jde o míru přijímání, velikost deformace vykazovaná absorpčními součástmi tohoto vynálezu je též vysoce závislá na takových faktorech jako je délka štěrbiny, její vzor a hustota, tloušťka vrstvy a vlastnosti expanze a míra přijímání pěnového materiálu samotného. Plocha usazování fluida a přítomnost nebo absence neštěrbinových regionů může též ovlivňovat velikost vykazovaných deformací.

Obr. 11 zobrazuje vícevrstvé ztvárnění štěrbinové absorpční součásti podle tohoto vynálezu, v níž alespoň jedna vrstva zahrnuje vrstvu polymerové pěny a obsahuje štěrbinový region. Horní vrstva 110 v této ilustraci je opatřena štěrbinovými a neštěrbinovými regiony jak výše popsáno. Alespoň jedna z dolních vrstev, zde vrstvy 120 a 130, není přednostně opatřena štěrbinovými regiony tak, aby zajistila pod štěrbinovým regionem(y) horní vrstvy(ev) nepřerušenou plochu a zvýšila celkovou strukturální integritu absorpční součásti. Ač obr. 11 zvýrazňuje tři vrstvy mající v podstatě stejnou velikost a tvar, mohou existovat více než tři vrstvy a tyto vrstvy mohou mít rozdílné velikosti a/nebo tvary.

Ve vícevrstvých konfiguracích, horní štěrbinová vrstva funguje v podstatě jak je popsáno výše, pokud se týče počátečního příjmu tekutin. Ve vícevrstvých konfiguracích, jež obsahují přilehlé mnohonásobné vrstvy polymerového pěnového materiálu, jakmile horní vrstva přijala fluidum, horní a přilehlé vrstvy spolu reagují a produkují unikátní a výhodnou strukturální konfiguraci. Ve vícevrstvých konfiguracích, kde je pěnovým materiálem jen jedna vrstva a další vrstvy nemají takové expanzní charakteristiky, chování pěnové vrstvy je v podstatě stejné jako chování jediné vrstvy popsané výše.

U většiny vícevrstvých absorpčních součástí, v nichž každá vrstva sama má náchylnost k přijímání a uchování fluida, vrstvy, jež mají menší obsah vlhkosti budou mít tendenci táhnout fluidum z vrstev s vyšším obsahem vlhkosti (jev běžně nazývaný „rozdělováním“). V absorpční součásti s vrstvami majícími zhruba stejné absorpční charakteristiky bude fluidum tendovat k migraci skrze vrstvy absorpční součásti, dokud nedojde k dosažení zhruba stejnému rozdělení fluida v absorpční součásti.

Nejvrchnější vrstva (či jakákoli vrstva umístěná v blízkosti zdroje tělového fluida) má typicky vyšší obsah vlhkosti, alespoň na počátku, než další nižší vrstva, čímž se směrem do absorpční součásti vytváří gradient vlhkosti. Další spodní vrstva bude tedy tendovat k vytahování fluida z nejvrchnější vrstvy jejich kontaktujícími se plochami, aby se dosáhlo ekvilibria mezi vrstvami se zřetelem k obsahu vlhkosti.

Důsledkem unikátních schopností polymerových pěnových materiálů, upřednostňovaných v souladu s tímto vynálezem, pěnový materiál vrstev přijímajících fluidum se bude rozšiřovat, zatímco materiál ve vrstvách, jež se vzdávají fluida se bude stahovat. Navíc, povrchy polymerového pěnového materiálu mají tendenci mít porovnatelně vysoký koeficient tření při navlhčování a tyto povrchy tendují být taženy k sobě kapilárními silami. Jako takové, když jsou přilehlé povrchy přilehlých vrstev navlhčeny, relativní klouzavý pohyb mezi nimi je značně redukován.

Jak uvádí obr. 12, jenž je příčným řezem absorpční součástí z obr. 11, tyto vlastnosti polymerového pěnového materiálu generují prospěšnou strukturální konfiguraci, když se užijí

-17CZ 288496 B6 mnohonásobné vrstvy zhroucené polymerové pěny. Síly vyvíjené na různé regiony pěnového materiálu jsou zdůrazněny malými šipkami na obr. 12, a jak je zobrazeno, dolní vrstvy 120 a 130 mají tendenci roztahovat se směrem ven (vlastně ve všech třech směrech), zatímco nej vrchnější vrstva 110 se stahuje pomocí své odpovídající ztráty fluida vůči další dolní nižší vrstvě 120. Protože dolní povrch vrstvy 110 a homí povrch vrstvy 120 se nemůže pohybovat ve vztahu jeden k druhému a v důsledku výše popsaného jevu tření/kapilámího sání, směrem ven expandující vrstva 120 má tendenci udržet otevřenými anebo dále táhnout k otevření štěrbiny nejvrchnější vrstvy 110. jak je na obr. 12. Tento efekt je znásoben kontrakcí jednotlivých pruhů pěnového materiálu 115 mezi štěrbinami a na okrajích homí vrstvy 110. Nálevkovitý tvar nastává v důsledku kontrakce volného povrchu štěrbinové vrstvy, zatímco povrch štěrbinové vrstvy v kontaktu s neštěrbinovou vrstvou je omezen a držen v kontaktu s neštěrbinovou vrstvou, čímž se vytváří rozdíl napětí uvnitř štěrbinové vrstvy ve směru kolmém k rovině absorpční součásti.

Opravdu, když se pěnový materiál v homí vrstvě 110 dále stahuje ve vztahu k další nižší vrstvě 120, boční stěny štěrbin mají tendenci se více zakřivovat do nálevkovitého stavu, jak uvádí obr. 13. Tato nálevkovitá struktura je obzvláště výhodná vtom, že štěrbinové povrchy zůstávají vystaveny pro následné dávky tekutiny a působí jako nálevka k řízení fluida do štěrbin a směrem dolů do spodních vrstev. Tato struktura je rovněž výhodná v kontextu zadržování a odvodňování vlhkého nebo tekutého fekálního materiálu, protože takový materiál bude rovněž směrován směrem dolů do štěrbin, spíše než aby se laterálně pohyboval přes povrch dané absorpční součásti.

Tento výhodný nálevkovitý tvar může být fakticky formován během procesu výroby absorpční součásti tak, že jednotlivé vrstvy pěnového materiálu mohou vykazovat tuto strukturální konfiguraci ještě před příjmem fluida. Obr. 15 je pohled v řezu podobný obr. 5 a ilustruje takovou předem zformovanou jednotlivou vrstvu polymerového pěnového materiálu se štěrbinami zformovanými do otevřené nálevkovité konfiguraci a označený číslicí 210. Obr. 14 je půdorysný pohled na takovou absorpční součást a obr. 16 je dílčím půdorysným pohledem na absorpční součást z obr. 14, představující zvětšený pohled na individuální štěrbinu v jejím předem zformovaném stavu.

Při přípravě této absorpční součásti jsou do pěnového materiálu vyříznuty štěrbiny přednostně před procesem odvodnění. Pěnový materiál je potom odvodňován, přednostně pomocí vzduchu a/nebo termálního sušení, s dolním povrchem přilnutým k plochému, neporéznímu substrátu. Alternativně, daný materiál by mohl být odvodněn a štěrbiny zformovány v podstatě ve vlhku prostém pěnovém materiálu a materiál pak rehydratován, po čemž by stejně následoval odvodňovací proces ve spojení s daným substrátem. Za vlhkého stavu dolní vrstva nebude na substrátu klouzat v důsledku vysokého koeficientu tření navlhčené pěny a kapilárního sání. Jak pěnový materiál schne a stahuje se, dolní povrch si udržuje svou orientaci uzavřených štěrbin, protože se daný povrch nemůže stahovat zatímco je v kontaktu s daným substrátem. V protikladu s tím se homí povrch volně stahuje pomocí ztráty fluida, a jednotlivé pruhy pěnového materiálu mezi štěrbinami se stahují. Výsledný rozdíl v roztahování mezi horním a dolním povrchem absorpční součásti se stává „uzamčeným“, jakmile je pěnový materiál důkladně vysušen a pak může být odloupnut ze substrátu k dalšímu zpracování.

Předem zformovaný poháru podobný tvar tedy představuje povrch předem otevřených štěrbin pro první dávku fluida a/či depozitum fekálního materiálu, a zvýšená povrchová plocha ve srovnání s tradičně prořízlými absorpčními součástmi poskytuje zvýšenou míru přijímání. Jakmile nabyde absorpční součást fluidum, a distribuce vlhkosti uvnitř absorpční součásti se vyrovná (v kontextu jedné vrstvy), štěrbiny budou mít tendenci ztrácet svůj pohárovitý tvar a celkově se navracet do konfigurace znázorněné na obr. 4.

Tyto předformované konfigurace štěrbin jsou obzvláště důležité pro zadržování a odvodňování vlhkého nebo tekutého fekálního materiálu, stejně jako přijímání fluid s vyšší viskozitou a/nebo těch, jež mají vyšší koncentraci částicového materiálu v sobě, jako například krve, mensesu, či tekutin z poranění. Otevřené nálevkovité regiony fungují jako objímky pro zachycování těchto materiálů a jejich zadržení, dokud vlhkost, jíž obsahují, nebude absorbována do pěnového

-18CZ 288496 B6 materiálu. Tyto předformované štěrbiny rovněž omezují tendenci fluid stékat s povrchu pěnového materiálu zajištěním povrchu s velkými otvoiy, do nichž proniká fluidum skrze vrchní otvor.

Ve vícevrstvé konfiguraci tyto předformované štěrbiny mohou rovněž dovolit okamžitý přístup fluida do další níže ležící vrstvy (v konfiguraci, v níž jsou štěrbiny v podstatě otevřeny od horního povrchu do dolního povrchu), ač stále ještě udržují srovnatelně vysoký stupeň povrchové plochy, vystavené přicházejícímu fluidu. To umožňuje níže ležící vrstvě, aby začala přijímat fluidum okamžitě a přímo, spíše než pomocí rozdělovači akce od vrchní vrstvy a tudíž dále zvyšuje celkovou míru přijímání absorpční součásti.

Ve vícevrstvých ztvárněních, jedna nebo více vrstev absorpčních součástí mohou obsahovat určitý materiál jiný než polymerovou pěnu, jako je tradičnější absorpční materiál. Takové vrstvy jiného materiálu mohou být využívány jako přijímací vrstva přes jednu a/nebo více vrstev pěnového materiálu s regiony se štěrbinou(ami) a/nebo jako zásobní vrstva, ležící pod touto vrstvou(ami) pěnového materiálu se štěrbinami. Tyto materiály mohou být rovněž užity mezi vrstvami pěnového materiálu. Některé materiály, jež mohou být vhodné, obsahují celulózová vlákna, upravená celulózová vlákna, umělé hedvábí, polyesterová vlákna jako polyetylentereftalát (DACRON), hydrofobní nylon (HYDROFIL) a podobně. Absorpční struktury zformované z termálně spojených, vzduchem ložených celulózových materiálů mohou být rovněž použity. Spolu s těmito vláknitými materiály mohou být rovněž žádoucí absorpční gelovací materiály, zejména v ěásticové anebo vrstvové podobě. Použití štěrbin může být také výhodné pro absorpční gelovací materiály ve vrstvové podobě ke zvýšenému přijímání fluida.

Obr. 17 a 18 názorně zobrazují dva možné způsoby formování štěrbinových regionů ve vrstvách materiálů polymerové pěny. Na obr. 17, vrstva pěnového materiálu 300 prochází mezi válcem s noži 310 a kovadlinovým válcem 320. Válec s noži 310 obsahuje řadu malých, jako nůž ostrých nožovitých čepelí požadovaného vzoru a rozmístění a tyto čepele prořezávají pěnový materiál 300, když je stlačen mezi těmito válci 310, 320 a vytváří štěrbinový region. Obr. 18 znázorňuje vyrážecí operaci, ve které raznice 410 obsahuje řadu malých, ostrých nožovitých čepelí požadovaného vzoru a rozmístění a je s kovadlinou 420 přiváděna dohromady k zachycení a stlačení pěnové vrstvy 400. Čepele v raznici takto prořezávají pěnový materiál 300 a vytvářejí štěrbinový region. Mohou být rovněž užity jiné postupy, například individuálních nebo sekvenčních nožů nebo jiná zařízení.

Se zřetelem ke každému z předchozích ztvárnění, se zde upřednostňuje, aby se štěrbiny protahovaly skrze absorpční součást úplně, ač může být dosaženo alespoň některých výhod tohoto vynálezu, jsou-li štěrbiny protaženy jen částečně tloušťkou dané absorpční součásti.

Je možné také formovat žlábky nebo kanálky v absorpční součásti, raději než štěrbiny, ale použití štěrbin je zde přednostní k minimalizaci velikosti ztráty materiálu, která může proces žlábkování doprovázet a podržení plné absorpční kapacity.

Celkový tvar a/nebo velikost absorpční součásti může být uzpůsoben podle požadavku specifické aplikace, a celkový tvar a/nebo velikost štěrbinového regionu(ů) může být také upraven podle potřeby.

V návrhu štěrbinového regionu mohou být uvažovány jiné výkonnostní aspekty, jako je uživatelská integrita absorpční součásti, flexibilita a elasticita/roztažení. Pevnost štěrbiny, její hustota a orientace, jsou všechno charakteristiky, jež mohou být přizpůsobeny k optimalizaci celkové výkonnosti absorpční součásti v pojmech míry přijímání a mechanického výkonu.

Stupeň deformace v kontextu jednotlivé vrstvy nebo více vrstev a velikost vyhloubení užité v přípravě předem zformovaných otevřených štěrbin, jsou všechny ovlivněny délkou štěrbiny, hustotou vzoru štěrbiny, tloušťkou vrstvy a vlastnostmi daného materiálu. Obecně se má za to, že tenčí tloušťka vrstvy redukuje úroveň dynamických efektů vykazovaných v důsledku odpovídající redukce pěnového materiálu na jednotkovou plochu a redukce rozdílu napětí mezi horními a dolními povrchy. Má se za to, že čím jsou obecně vzory s vyšší hustotou, tyto snižují velikost posunutí a vykazovaný stupeň vyhloubení. Má se za to, že čím jsou délky štěrbin kratší, tyto snižují velikost posunutí a vykazovanou velikost vyhloubení. Materiály vykazující pomalejší

-19CZ 288496 B6 míry expanze celkově vedou k pomalejším dynamickým odpovědím a materiály s menším potenciálem expanze v rovině dané struktury celkově vykazují menší dynamické odpovědi než materiály s většími potenciály expanze.

V ploše předformování štěrbin v otevřené konfiguraci, teplota, při níž je provedena operace odvodnění se má rovněž za důležitou. Je-li to provedeno za anebo pod teplotami okolí, výsledná struktura se jeví být celkově tužší a tudíž se nesnadno hroutí k vytváření předem otevřených štěrbin v nálevkovité konfiguraci. Je-li to provedeno za vyšších teplot, polymerová struktura typicky zůstává měkčí a více poddajná a tudíž pohotověji formuje předem otevřené štěrbiny v pohárovité konfiguraci.

Ač mohou být absorpční součásti podle tohoto vynálezu užívány samostatně, tj. bez doprovodných struktur, k užití pro absorbování vodnatých tělových fluid jsou tyto absorpční součásti přednostně zapracovány do nějakého druhu absorpčního výrobku. Jako takový, absorpční výrobek obecně obsahuje jednu nebo více absorpčních součástí podle tohoto vynálezu a nějaký druh zadní vrstvy, s prostředky pro připevnění absorpčního výrobku k nositeli tak, aby se region usazování absorpční součásti udržoval v blízkosti zdroje vodnatého tělového fluida.

V přednostním typu absorpčního výrobku bude mít zadní vrstva v podstatě tekutinám nepropustný charakter, aby se zabránilo kontaktu oblečení, ložního prádla atd., s navlhčenou absorpční součástí.

Bylo zjištěno, že absorpční součásti podle tohoto vynálezu jsou obzvláště vhodné k použití v absorpčních výrobcích v podobě jednorázových plen a součástek oděvu při inkontinenci dospělých. V tomto kontextu zde upřednostňovaná podoba absorpčního výrobku pro užití s absorpčními součástmi podle tohoto vynálezu je prezentována ve výše odkazovaném patentu US 5 147 345, jenž je zde zapracován referencí.

Část VI - Příprava zhroucených polymerových pěnových materiálů

Jak dříve poznamenáno, zhroucené polymerové pěny užité v tomto vynálezu mohou být vyráběny polymerizací určitých emulzí vody v oleji, s relativně vysokým poměrem vodní fáze k olejové fázi. Emulze tohoto druhu, jež mají tyto relativně vysoké poměry vodní fáze k olejové fázi, jsou běžně známy v dané technice jako high intemal phase emulsions (emulze „HIPEs“ nebo „HIPE“). Polymerové pěnové materiály vzniklé z polymerizace takových emulzí se v tomto materiálu nazývají „pěny HIPE“.

Relativní množství vodní a olejové fáze užité k tvorbě pěn HIPE jsou, mezi mnoha jinými parametry, důležitá při určování strukturálních, mechanických a výkonnostních vlastností výsledných polymerových pěn. Obzvláště poměr vody k oleji v pěnu vytvářející emulzi může ovlivnit hustotu dané pěny, velikost buněk a specifickou povrchovou plochu kapilárního sání pěny a rozměry rozpěrek, formujících pěnu. Emulze používané k přípravě zde upřednostňovaných pěn HIPE budou mít obecně poměry fáze vody koleji v rozmezí od 12 : 1 do 100: 1, přednostněji od 20 : 1 do 70 : 1 a nejpřednostněji od 25 : 1 do 50 : 1.

A) Komponenty olejové fáze

Spojitá olejová fáze pěny HIPE obsahuje monomery, jež jsou polymerizovány a vytváří tuhou pěnovou strukturu. Tento monomerový komponent obsahuje „skelný“ monomer, „gumovitý“ komonomer a zesíťovací činidlo. Výběr jednotlivých druhů a množství monofunkčního monomeru(ů) a komonomeru(ů) a polyfunkčního zesíťovacího činidla(el), může být důležitý k realizaci absorpčních pěn HIPE s žádoucí kombinací struktury, mechanických a fluida zvládajících vlastností, jež činí tyto materiály vhodnými pro použití v tomto vynálezu.

Monomerový komponent používaný v olejové fázi pěn HIPE, obsahuje jeden nebo více monofimkčních monomerů, jež mají tendenci udělovat sklovité vlastnosti výsledné polymerové pěnové struktuře. Tyto monomery jsou dále nazývány jako „skelné“ monomery a jsou, pro účely tohoto vynálezu, definovány jako monomerové materiály, jež produkují homopolymery s vysokou molekulovou vahou (větší než 6000), se skelnou přechodovou teplotou, T_g, nad asi 40 °C. Tyto druhy monofunkčních skelných monomerů obsahují monomery na metakrylátové

-20CZ 288496 B6 bázi (např., metylmetakiylát) a monomery na styrenové bázi (např., styren). Přednostní typ monofunkčního skelného monomeru je monomer na bázi styrenu, se styrenem samotným jako nej přednostnějším monomerem tohoto druhu. Substituovaný, např., monosubstituovaný, styren jako metylstyren-p může být rovněž použit. Monofunkční skelný monomer bude normálně obsahovat od 5 do 40%, přednostněji od 10 do 30%, přednostněji od 15 do 25% a nejpřednostněji 20 % hmotnostních, monomerového komponentu.

Monomerový komponent rovněž obsahuje jeden nebo více monofunkčních komonomerů, jež mají tendenci udělovat gumovité vlastnosti výsledné polymerové pěnové struktuře. Tyto komonomery jsou dále nazývány jako „gumovité“ komonomery a jsou, pro účely tohoto vynálezu, definovány jako monomerové materiály, jež produkují homopolymery s vysokou molekulovou vahou (větší než 10 000), se skelnou přechodovou teplotou, T_g, okolo 40 °C anebo nižší. Tyto druhy monofunkčních gumovitých komonomerů obsahují například alkylakryláty C4-C12, alkylmetakryláty C6-C14 a kombinace těchto komonomerů. Z těchto komonomerů je nejvíce upřednostňován butylakrylát-n a etylhexylakrylát-2. Monofunkční gumovitý komonomer bude normálně obsahovat od 30 do 80 %, přednostněji od 50 do 70 %, a nejpřednostněji od 55 % do 65 % hmotnostních monomerového komponentu.

Protože polymerové řetězy vytvořené ze skelného monomeru(ů) a gumovitého komonomeru(ů) mají být zesítěny, daný monomerový komponent rovněž obsahuje polyfunkční zesíťovací činidlo. Jako u monofunkčních monomerů a komonomerů, výběr jednotlivých druhů a množství zesíťovacího činidla je velmi důležitý v eventuální realizaci přednostních absorpčních pěn, se žádoucí kombinací strukturálních, mechanických a fluida zvládajících vlastností.

V závislosti na typu a množstvích použitých monofunkčních monomerů a komonomerů, a v závislosti dále na žádoucích charakteristikách výsledných polymerových pěn, polyfunkční zesíťovací činidlo může být zvoleno ze široké variety polyfunkčních, přednostně disfunkčních monomerů. Tudíž, zesíťovací činidlo může být divinylový aromatický materiál jako divinylbenzen, divinyltoluen nebo dialylftalát. Alternativně mohou být použita divinylalifatická zesíťovadla, jako například jakékoli z esterů diakrylové nebo dimetylakrylové kyseliny z polyolů jako je 1,6-hexandiol a jeho homology. Zesíťovací činidlo zvláště vhodné k přípravě upřednostňovaných emulzí HIPE zde, je divinylbenzen. V olejové fázi pěnu vytvářejících emulzí zde může být obecně použito zesíťovací činidlo jakéhokoli druhu v množství od 10 do 40%, přednostněji od 10 do 25 %, a nejpřednostněji 20 % hmotnostních monomerového komponentu.

Dalším esenciálním komponentem olejové fáze je emulgátor, jenž umožňuje stabilní formaci pěn HIPE. Takové emulgátory jsou ty, které jsou rozpustné v olejové fázi užité k formování dané emulze. Použité emulgátory jsou typicky neiontové a obsahují estery mastné kyseliny sorbitanu, estery mastné kyseliny polyglycerolu a jejich kombinace. Přednostní emulgátory obsahují sorbitanlauran, sorbitanoleát, kombinace sorbitanlauranu a sorbitanpalmitátu ve váhovém poměru od 1:1 do 3 : 1, a zejména kombinace sorbitanlauranu s určitými estery mastné kyseliny polyglycerolu, jež zde budou následně popsány.

Olejová fáze užitá k vytvoření pěn HIPE bude obecně obsahovat od 67 do 98 % váhy monomerového komponentu a od 2 do 33 % hmotnostních emulgátorového komponentu. Přednostně bude olejová fáze obsahovat od 80 do 95 % hmotnostních monomerového komponentu a od 5 do 20 % hmotnostních emulgátorového komponentu.

Navíc kmonomerovým a emulgátorovým komponentům, může olejová fáze obsahovat jiné volitelné komponenty. Jedním z nich je v oleji rozpustný iniciátor polymerizace obecně typu dále popsaného. Dalším možným volitelným komponentem olejové fáze je v podstatě ve vodě nerozpustné ředidlo pro monomerové a emulgátorové komponenty. Ředidlo tohoto druhu nesmí být, zajisté, schopné rozpouštění výsledné polymerové pěny. Užití takového ředidla není upřednostňováno, ale pokud je takové ředidlo užito, nebude celkově obsahovat více než 10 % hmotnostních olejové fáze.

B) Komponenty vodní fáze

-21CZ 288496 B6

Nespojitá vnitřní fáze pěn HIPE je vodní fáze, jež bude obecně vodným roztokem, obsahujícím jeden nebo více rozpuštěných komponentů. Jedním esenciálním rozpuštěným komponentem vodní fáze je ve vodě rozpustný elektrolyt. Rozpuštěný elektrolyt ve vodní fázi emulze HIPE slouží minimalizaci tendence monomerů a zesíťovadel, jež jsou primárně ve vodě rozpustné, též se ve vodní fázi rozpouštět. To, zase se má zato, minimalizuje rozsah, do něhož během polymerizace emulze, polymerový materiál plní okna buněk v rozhraních olej/voda tvořených kapičkami vodní fáze. Tedy, přítomnost elektrolytu a výsledná iontová pevnost vodní fáze se má zato, že určuje zda a do jakého stupně může mít výsledná přednostní polymerová pěna otevřené buňky.

Může být použit jakýkoli elektrolyt, který poskytuje iontové specie k udělení iontové pevnosti vodní fázi. Přednostními elektrolyty jsou mono-, di-, či tri- valentní anorganické soli jako ve vodě rozpustné haloidy, jako např. chloridy, nitráty a sírany alkalických kovů a kovů alkalických zemin. Příklady obsahují chlorid sodný, chlorid vápenatý, síran sodný a síran hořečnatý. Chlorid vápenatý je nej upřednostňovanější k použití v pěnových materiálech zde přednostních pro užití v tomto vynálezu. Obecně budou elektrolyty používány ve vodní fázi emulzí HIPE v koncentraci od 0,2 do 20 % hmotnostních vodní fáze. Přednostněji budou elektrolyty obsahovat od 1 do 10 % hmotnostních vodní fáze.

Pěny HIPE budou rovněž typicky obsahovat iniciátor polymerizace. Tento iniciátorový komponent je celkově přidáván do vodní fáze pěn HIPE a může být jakýmkoli tradičním, ve vodě rozpustným iniciátorem s volným radikálem. Materiály tohoto typu obsahují peroxygenové sloučeniny jako například peroxodvojsíran sodný, draselný a amonný, peroxid vodíku, peracetát sodný, uhličitan sodný a podobně. Tradiční oxidačně redukční iniciátorové systémy mohou byl rovněž použity. Tyto systémy jsou vytvářeny kombinací předchozích peroxygenových sloučenin s redukujícími činidly jako je například hydrosiřičitan sodný, kyselina askorbová-L anebo železité soli.

Materiál iniciátoru může obsahovat až do 5 moloprocent založených na celkových molech polymerizovaných monomerů přítomných v olejové fázi. Přednostněji, iniciátor obsahuje od 0,001 do 0,5 moloprocent založených na celkových molech polymerizovaných monomerů přítomných v olejové fázi. Pokud se používá ve vodní fázi, koncentrace tohoto iniciátoru mohou být realizovány přidáním iniciátoru do vodní fáze v rozsahu od 0,02 do 0,40 %, přednostněji od 0,1 do 0,2 % hmotnostních vodní fáze.

C) Hydrofílizující činidla a hydratovatelné soli

Zesítěný polymerový materiál, jenž formuje přednostní zhroucené absorpční pěnové struktury v tomto dokumentu budou v podstatě prostý na své polymerové struktuře polárních funkčních skupin. Tudíž, ihned po kroku polymerizace, polymerový materiál, tvořící plochy pěnové struktury těchto přednostních absorpčních pěn, bude normálně povahou relativně hydrofobní. Podle toho, přednostní právě polymerizované pěny mohou potřebovat další ošetření, aby se plochy pěnové struktury staly relativně více hydrofílními tak, aby tyto pěny mohly být použity jako absorbenty vodnatých tělových fluid. Hydrofilizace pěnových povrchů, je-li nutná, může být obecně dosažena ošetřením polymerizovaných struktur pěny HIPE pomocí hydrofilizujícího činidla způsobem dále podrobněji popsaným.

Hydrofílizující činidla jsou jakékoli materiály, jež budou zvyšovat smáčivost polymerových povrchů, s nimiž jsou v kontaktu a na něž jsou usazeny. Hydrofílizující činidla jsou dobře známá dané technice a mohou obsahovat materiály aktivních povrchových činidel (surfactantů) přednostně neiontového typu. Hydrofílizující činidla mohou být obecně použita v tekuté podobě a mohou být rozpuštěna nebo dispergována v hydrofílizujícím roztoku, jenž je aplikován na plochy pěny HIPE. Tímto způsobem mohou být hydrofílizující činidla absorbována do polymerových povrchů přednostních struktur pěny HIPE v množstvích vhodných pro učinění těchto ploch v podstatě hydrofílními, ale bez změny žádoucí flexibility a charakteristik odchylky (deflekce) při stlačení dané pěny. V přednostních pěnách, jež byly ošetřeny hydrofílizujícími Činidly je hydrofílizující činidlo zapracováno do struktury pěny tak, že reziduální množství

-22CZ 288496 B6 tohoto činidla, jež zůstanou v pěnové struktuře, jsou v rozmezí od 0,5 % do 20 %, přednostně od % do 12 % hmotnostních dané pěny.

Jedním typem vhodného hydrofilizujícího činidla je nedráždivé povrchové v oleji rozpustné činidlo. Takovéto surfactanty mohou obsahovat všechny dříve popsané k použití jako emulgátoiy pro olejovou fázi pěny HIPE, jako je sorbitanlauran a kombinace sorbitanlauranu s určitými estery mastné kyseliny polyglycerolu, jež zde budou následně popsány. Takovéto hydrofilizující surfactanty mohou být zapracovány do dané pěny během tvorby pěny HIPE a polymerizace anebo mohou být zapracovány ošetřením polymerové pěny pomocí roztoku nebo suspenze daného surfactantu rozpuštěného nebo dispergovaného ve vhodném nosiči nebo rozpouštědle.

Dalším materiálem, jehož je třeba zapracovat do struktury pěny HIPE je hydratovatelná a přednostně hydroskopická, či rozpustná ve vodě, anorganická sůl. Takové soli obsahují, například, toxikologicky přijatelné soli kovů alkalických zemin. Materiály tohoto druhu a jejich užití ve spojení s v oleji rozpustnými surfactanty, jako je pěnu hydrofilizující činidlo, jsou podrobněji popsány v publikované přihlášce PCT WO 93/04113, a obsah této publikace je zde tímto zapracován referencí. Přednostní soli tohoto typu obsahují haloidy vápna jako je chlorid vápenatý, jenž, jak dříve poznamenáno, může být rovněž použit jako elektrolyt ve vodní fázi pěn HIPE používaných k přípravě polymerových pěn.

Hydratovatelné anorganické soli mohou být snadno zapracovávány do polymerových pěn v tomto dokumentu, ošetřením pěn pomocí vodných roztoků těchto solí. Roztoky hydratovatelných solí mohou být obecně používány k ošetření daných pěn po dokončení, či její části, procesu odstraňování fáze reziduální vodní fáze z právě polymerizovaných pěn. Kontakt těchto pěn s těmito roztoky se přednostně užívá k usazení hydratovatelných anorganických solí, jako je chlorid vápenatý, v reziduálních množstvích alespoň 0,1 % váhy pěny, a typicky v rozmezí od 0,1 do 8 %, přednostně od 3 do 6 %, váhy dané pěny.

Ošetření přednostních pěnových struktur, jež jsou relativně hydrofobní, když jsou polymerizovány pomocí hydrofilizujících činidel (s anebo bez hydratovatelných solí), bude typicky prováděno do rozsahu, jenž je nezbytný a dostatečný k udělení vhodné hydrofility přednostním pěnám HIPE tohoto vynálezu. Některé pěny přednostně, však, mohou být vhodně hydrofilní jak jsou vyrobeny a mohou mít v sobě zapracována dostatečná množství hydratovatelných solí, tudíž nevyžadují žádné dodatečné ošetření pomocí hydrofilizujících činidel nebo hydratovatelných solí. Obzvláště těmito přednostními pěnami HIPE mohou být ty, v nichž jsou estery mastné kyseliny sorbitanové, jako sorbitanlauran či kombinace sorbitanlauranu s určitými estery mastné kyseliny polyglycerolové, a jež budou popsány dále, jsou užívány jako emulgátory přidávané do olejové fáze a chlorid vápenatý se používá jako elektrolyt ve vodní fázi pěny HIPE. V tomto případě, vnitřní povrchy polymerizované pěny obsahující reziduální emulgátor, budou vhodně hydrofilní a reziduální tekutina vodní fáze bude obsahovat nebo usazovat dostatečná množství chloridu vápenatého, dokonce i potom, co byly polymerové pěny odvodněny.

D) Podmínky zpracování pro získání pěn HIPE

Příprava pěny zde upřednostňované pro použití v tomto vynálezu, typicky obsahuje kroky vytvoření stabilní pěny HIPE (high intemal phase emulsion), polymerizace/vytvrzení této stabilní emulze za podmínek vhodných pro vytvoření tuhé polymerové pěnové struktury, vymytí tuhé polymerové pěnové struktury k odstranění původní reziduální vodní fáze ze struktury polymerové pěny a, je-li to nezbytné, ošetření struktury polymerové pěny pomocí hydrofilizujícího činidla/hydratovatelné soli, a posléze odvodnění této struktury polymerové pěny (přednostně zahrnující stlačení ve směru Z) do rozsahu nezbytného k zajištění zhrouceného, nerozšířeného polymerového pěnového materiálu, užitečného jako absorbent pro vodnatá tělová fluida.

Aby se stále získával zhroucený, nerozšířený polymerový pěnový materiál užitečný v tomto vynálezu, bylo zjištěno, že je obzvláště důležité provádět tvorbu emulze a kroky polymerizace způsobem takovým, že je minimalizováno nebo redukováno shlukování kapiček vody v pěně HIPE. Pěny HIPE nejsou vždy stabilní, zejména jsou-li podrobeny podmínkám vyšší teploty k provedení polymerizace a vytvrzení. Když se pěna HIPE destabilizuje, v ní přítomné vodní kapičky se mohou agregovat dohromady a shlukováním vytvářet daleko větší kapičky. Vskutku,

-23CZ 288496 B6 během polymerizace a vytvrzování emulze jde v podstatě o závod mezi solidifikací struktury pěny a shlukováním vodních kapiček. Musí být dosaženo příslušné rovnováhy, aby toto shlukování vodních kapiček bylo omezeno a přitom ještě může být polymerizace a vytvrzování struktury pěny provedeno v rozumném čase. (Ač může být určité shlukování tolerováno, jsou-li zbývající vodní kapičky velmi malé velikosti, tyto nestejnoměrné velikosti buněk ve výsledné pěně mohou nepříznivě postihnout přepravní vlastnosti fluida pěnou, obzvláště její míru prosakování).

Redukce shlukování vodních kapek v pěně HIPE vede k menší průměrné velikosti buněk ve výsledné struktuře pěny po polymerizaci a vytvrzování. Věří se, že tato výsledná menší průměrná velikost buněk v polymerovém pěnovém materiálu je klíčovým mechanismem za konsistentní formací relativně tenkých, zhroucených polymerových pěnových materiálů, zde upřednostňovaným k použití v tomto vynálezu. (Má se za to, že stejnoměrně malé velikosti buněk ve výsledné pěně vedou k dobré absorbenci, a zejména charakteristikám přemisťování fluida, například, prosakování). Průměrná velikost buňky v polymerovém pěnovém materiálu je asi okolo 50 mikronů nebo menší a je typicky v rozpětí od 5 do 50 mikronů, přednostněji od 5 do 40 mikronů a nejpřednostněji od 5 do 35 mikronů, když jsou připraveny za podmínek, které omezují shlukování vodních kapek v emulzi HIPE. Techniky pro trvalou redukci shlukování vodních kapek v emulzi HIPE budou diskutovány podrobněji v následujícím popisu formace emulze a kroků polymerizace/vytvrzování k dosažení zhroucených polymerových pěn.

Pěna HIPE je formována spojením komponentů olejové fáze s komponenty vodní fáze ve dříve specifikovaných váhových poměrech. Olejová fáze bude obsahovat dříve specifikované esenciální komponenty jako jsou potřebné monomery, komonomery, zesíťovadla a emulgátory, a může rovněž obsahovat volitelné komponenty jako jsou rozpouštědla a iniciátory polymerizace. Použitá vodní fáze bude obsahovat dříve specifikované elektrolyty jako esenciální komponent a může rovněž obsahovat volitelné komponenty jako například ve vodě rozpustné emulgátory, a/nebo iniciátory polymerizace. Pěna HIPE může být vytvořena spojením komponentů olejové fáze s komponenty vodní fáze podrobením těchto spojených fází nůžkovému promíchávání. Nůžkové promíchání se použije obecně do rozsahu a po dobu nezbytnou ke zformování stabilní emulze z kombinované vodní a olejové fáze. Tento postup může být prováděn buď po várkách, nebo kontinuálně a je obecně prováděn za podmínek vhodných pro vytvoření emulze, v níž jsou dispergovány kapky vodní fáze do takového rozsahu, že výsledná polymerová pěna bude mít potřebnou porézní velikost a jiné strukturální charakteristiky. Emulzifíkace spojení olejové fáze a vodní fáze bude často obsahovat užití mísícího nebo promíchávacího zařízení jako je oběžné kolo s kolíky.

Jeden přednostní způsob formování pěn HIPE, jenž zde může být použit, obsahuje kontinuální proces spojování a emulzifíkování potřebné olejové a vodní fáze. V tomto postupu je vytvořen proud tekutiny, obsahující olejovou fázi a zajištěn v míře toku v rozpětí od 0,08 do 1,5 ml/sec. Současně je též vytvořen tekutý proud obsahující vodní fázi a zajištěn v míře toku v rozpětí od 4 do 50 ml/sec. Při mírách toku v rámci výše uvedených rozpětí jsou pak tyto dva proudy spojeny ve vhodné míchací komoře anebo zóně tak, že množství vody potřebné k váhovým poměrům olejové fáze, jak byly výše specifikovány, je přiblíženo, dosaženo a udržováno.

V mísící komoře nebo zóně, jsou spojené proudy celkově podrobeny nůžkovému míchání, jež poskytuje například oběžné kolo s kolíky vhodné konfigurace a rozměrů. Toto míchání bude typicky aplikováno do rozsahu od 1000 do 2500 sec.^-1. Časy setrvání v mísící komoře budou často v rozmezí od 5 do 30 vteřin. Jakmile je vytvořená, stabilní pěna HIPE v tekuté podobě může být stahována z mísící komory nebo zóny mírou toku od 4 do 52 ml/sec. Tento přednostní způsob tvoření pěn HIPE prostřednictvím kontinuálního postupu je podrobněji popisován v patentu US 5 149 720, jenž je zde zapracován referencí.

Při konsistentním snižování shlukování vodních kapiček přítomných v pěně HIPE, se zejména upřednostňuje používat určité typy emulgátorových systémů v olejové fázi, obzvláště pokud má být pěna HIPE polymerizována nebo vytvrzena v teplotách nad 50 °C. Tyto přednostní emulgátorové systémy zahrnují kombinaci sorbitanlauranu (například, SPÁN⁰ 20) s určitými estery mastné kyseliny polyglycerolu (PGEs) jako koemulgátorů. Váhový poměr sorbitanlauranu

-24CZ 288496 B6 k PGE je obvykle uvnitř rozmezí od 10 : 1 do 1 : 10. Přednostně je tento váhový poměr v rozpětí od 4 : 1 do 1 : 1.

PGE obzvláště užitečné jako koemulgátory se sorbitanlauranem jsou obvykle připravovány z polyglycerolů, vyznačujících se vysokými úrovněmi lineárních (tj., homopolámích) diglycerolů, sníženými úrovněmi tri- nebo vyšších polyglycerolů, a sníženými úrovněmi cyklických diglycerolů. Vhodné polyglycerolové reagující složky (dále reaktanty, váhová báze) mají obvykle úroveň lineárního diglycerolů alespoň 60 % (typické rozpětí od 60 do 90 %), úroveň tri- nebo vyššího polyglycerolů ne vyšší než 40 % (typické rozpětí od 10 do 40 %), a úroveň cyklického diglycerolů ne více než 10 % (typické rozpětí od 0 do 10 %). Přednostně mají tyto polyglyceroly úroveň lineárního diglycerolů od 60 do 80 %, úroveň tri- nebo vyšších polyglycerolů, od 20 do 40 % a úroveň cyklického diglycerolů ne více než 10 %.

PGE obzvláště užitečné jako koemulgátory se sorbitanlauranem jsou též připravovány z reaktantů mastných kyselin, vyznačujících se směsemi mastných kyselin, jež mají vyšší úroveň kombinovaných nasycených mastných kyselin C]₂ a a redukované úrovně jiných mastných kyselin. Vhodné reaktanty mastných kyselin mají směsi mastných kyselin, kde je kombinovaná úroveň nasycených mastných kyselin Ci₂ a C]₄ alespoň asi 40 % (typické rozpětí od 40 do 85 %), úroveň nasycené mastné kyseliny Ci₆ není vyšší než 25 % (typické rozpětí od 5 do 25 %), kombinovaná úroveň nasycené mastné kyseliny Cu nebo vyšších nasycených mastných kyselin není vyšší než asi 10 % (typické rozpětí od 2 do 10 %), kombinovaná úroveň Cio nebo nižších nasycených mastných kyselin není vyšší než 10 % (typické rozpětí od 0,3 do 10 %), a bilanci jiných mastných kyselin, jimiž jsou primárně mononenasycené mastné kyseliny Cj_g. Přednostně je směs mastné kyseliny reaktantů těchto mastných kyselin alespoň 65 % kombinovaných nasycených mastných kyselin Cj₂ a C_]4 (typické rozpětí od 65 do 75 %), ne více než 15 % nasycené mastné kyseliny Ci₆ (typické rozpětí od 10 do 15 %), ne více než asi 4 % kombinované nasycené mastné kyseliny C_Jg nebo vyšších nasycených mastných kyselin (typické rozpětí od 2 do 4 %), a ne více než 3 % Cio a/nebo nižších nasycených mastných kyselin (typické rozpětí od 0,3 do 3 %).

PGE užité jako koemulgátory se sorbitanlauranem jsou obvykle charakterizovány jako udělující minimální mezifázové napětí (IFT) olej/voda, kde olejová fáze obsahuje monomery používané v emulzi HIPE a vodní fáze obsahuje chlorid draselný. Vhodné koemulgátory PGE obvykle udělují minimální IFT olej/voda nejméně 0,06.10^-5 N/cm, s typickým rozpětím od 0,06 do 1,0.10”⁵ N/cm. Obzvláště přednostní PGEs udělují minimální IFT olej/voda nejméně 0,09.10“⁵ N/cm, s typickým rozpětím od 0,09 do 0,3 . 10~⁵ N/cm. PGE užité jako koemulgátory se sorbitanmonolauranem mohou být připravovány způsoby dobře známými příslušné technice. Viz např. patent US 3 637 774 či publikace „Polyglycerolové estery“, J. Am. Oil Chem. Soc., Svazek 56, č. 11 (1979) str. 835A-840A, jež jsou zde zapracovány referencí a jež popisují způsoby pro přípravu polyglycerolů a jejich konverzi na PGEs. PGEs jsou typicky připravovány esterifíkováním polyglycerolů pomocí mastných kyselin. Vhodné kombinace polyglycerolů mohou být připravovány smícháním polyglycerolů získaných z komerčních zdrojů nebo syntetizovaných použitím známých způsobů, jako těch, jež jsou popsány v patentu US 3 637 774. Vhodné kombinace mastných kyselin mohou být připravovány smícháním nasycených mastných kyselin a/nebo směsí nasycených kyselin, získaných z komerčních zdrojů. Při výrobě PGEs užitečných jako koemulgátory, je váhový poměr polyglycerolů k mastné kyselině obvykle od 50 : 50 do 70 : 70, přednostně od 60 :40 do 70 : 30.

Podmínky typické reakce pro přípravu vhodných koemulgátorů PGE obsahují esterifikování polyglycerolů mastnými kyselinami v přítomnosti 0,1-0,2% hydroxidu sodného jako katalyzátoru esterifíkace. Reakce je iniciována za atmosferického tlaku, při asi 210-220 °C, za mechanického míchání a kropení dusíkem. Jak reakce postupuje, volných mastných kyselin ubývá a vakuum se postupně zvyšuje. Když se úroveň volných mastných kyselin zmenšuje pod méně než 0,5 %, katalyzátor je pak neutralizován roztokem kyseliny fosforečné a směs reakce rychle ochlazena na 60 °C. Tato hrubá směs reakce pak může být podrobena sedimentaci nebo jiným tradičním krokům purifikace (například k redukci úrovně nereagovaného polyglycerolů) k produkci žádoucích PGEs.

-25CZ 288496 B6

Vytvořená pěna HIPE bude obecně sbírána nebo lita do vhodné reakční nádoby, kontejneru nebo regionu, aby byla polymerizována nebo vytvrzena. V jednom ztvárnění zde, obsahuje reakční nádoba vanu sestavenou z poletylenu, z níž může být konečně polymerizovaný/vytvrzený tuhý pěnový materiál snadno odstraněn k dalšímu zpracování po provedení polymerizace/vytvrzování do žádoucího rozsahu. Obvykle se upřednostňuje, aby teplota, při níž je emulze HIPE lita do dané nádoby byla přibližně stejná jako teplota polymerizace/vytvrzování.

Podmínky polymerizace/vytvrzování, jimž bude pěna HIPE podrobena, se budou lišit v závislosti na monomerové a jiné úpravě olejové a vodní fáze dané emulze, obzvláště užitých emulgátorových systémů a typu a množství iniciátorů polymerizace. Často však podmínky polymerizace/vytvrzování budou zahrnovat udržování emulze HIPE za zvýšených teplot nad 30 °C, přednostněji nad 35 °C po časový úsek v rozmezí od 4 do 24 hodin, přednostněji od 4 do 18 hodin.

Při redukci shlukování vodních kapiček v pěně HIPE se zejména upřednostňuje provádět polymerizaci/vytvrzování za relativně nižších teplot, obzvláště pokud není přednostní kombinace sorbitanlauranu a koemulgátorů PGE použita v přípravě pěny HIPE. Za těchto situací jsou vhodné nižší teploty polymerizace/vytvrzování v rozpětí od 30 °C do 50 °C, přednostně od 35 °C do 45 °C, a nepřednostněji 40 °C. Když je polymerizace/vytvrzování provedeno za teplot vysoko nad 50 °C, termální zátěž na danou emulzi může způsobit, že se přítomné vodní kapičky budou spojovat v celek a shlukovat, čímž budou ve výsledné polymerové pěně formovány mnohem větší buňky, obzvláště pokud přednostní kombinace sorbitanlauranu a koemulgátorů PGE není použita v přípravě pěny HIPE. To může vést k polymerovým pěnám, jež nedokáží zůstat po odvodnění ve zhrouceném, nerozšířeném stavu.

Objemná tuhá polymerizovaná pěna je typicky získána, když je pěna HIPE polymerizována/tvrzena v reakční nádobě, jako je například káď. Tato objemná polymerizovaná pěna HIPE je typicky řezána nebo krájena do vrstvové podoby. Vrstvy polymerizované pěny HIPE se snadněji zpracovávají během následného ošetření/vymytí a kroků odvodňování, stejně jako v přípravě pěny HIPE pro použití v absorpčních výrobcích. Objemná tuhá polymerizovaná pěna HIPE je typicky řezána/krájena, aby poskytovala hmatnost řezu v rozpětí od asi 0,08 do asi 2,5 cm. Během následného odvodnění to typicky vede ke zhrouceným pěnám HIPE s hmatností v rozpětí od asi 0,008 do asi 1,25 cm.

Tuhá polymerizovaná pěna HIPE, jež je vytvořena, bude celkově flexibilní, s porézní strukturou s otevřenými buňkami, naplněnými reziduálním materiálem vodní fáze, užitým k přípravě emulze HIPE. Tento reziduální materiál vodní fáze, jenž obecně obsahuje vodný roztok elektrolytu, reziduální emulgátor a iniciátor polymerizace, by měl být alespoň částečně odstraněn ze struktury pěny v tomto bodě, před dalším zpracováváním a použitím určité pěny. Odstranění originálního materiálu vodní fáze bude obvykle prováděno stlačením pěnové struktury k vytlačení reziduální tekutiny a/nebo vymytím pěnové struktury vodou nebo jinými vodnými pracími roztoky. Často bude použito několik kroků stlačení a vymytí, například, od 2 do 4 cyklů.

Potom, co byl odstraněn původní materiál vodní fáze ze struktury pěny do požadovaného rozsahu, pěna HIPE, je-li to potřeba, může být ošetřena, například, pokračovaným vymytím pomocí vodného roztoku vhodného hydrofilizujícího činidla a/nebo hydratovatelné soli. Hydrofilizující činidla a hydratovatelné soli, jež mohou být použity, již byly dříve popsány a obsahují sorbitanlauran (například, SPÁN⁰ 20) a chlorid vápenatý. Jak poznamenáno, ošetření struktuiy pěny HIPE pomocí hydrofilizujícího činidla a hydratovatelné soli pokračuje, je-li to nezbytné, dokud není dostatečné množství hydrofilizujícího činidla a hydratovatelné soli zapracováno a dokud daná pěna nevykazuje žádoucí hodnotu adhezní tenze pro jakoukoli zvolenou testovací tekutinu.

Potom, co byla pěna HIPE ošetřena/vymyta do rozsahu nezbytného, aby byla učiněna konečně suchá pěna vhodně hydrofilní, a volitelně zapracováno dostatečné množství hydratovatelné soli, přednostně chloridu vápenatého, pěna bude celkově odvodněna. Odvodnění může být provedeno stlačením pěny (přednostně ve směru Z) k vytlačení reziduální vody, podrobením pěny, či vody v ní, zvýšené teplotě, např. termálnímu sušení v teplotách od 60 °C do 200 °C, či mikrovlnnému

-26CZ 288496 B6 ošetření, vakuovému odvodnění nebo kombinaci stlačení a technik sušení/mikrovlnného/vakuového odvodnění. Odvodňovací krok zpracování pěny HIPE bude obecně prováděn dokud je pěna HIPE připravena k použití a je suchá, jak je to praktické. Často budou mít tyto stlačením odvodněné pěny obsah vody (vlhkost) od 50 do 500 %, přednostněji od 50 do 200 % váhy na základě suché báze. Následně mohou být stlačené pěny termálně sušeny (např., zahřátím) na obsah vlhkosti od 5 do 40 %, přednostněji do 5 do 15 %, na základě suché báze. Výsledná stlačená/suchá pěna bude ve zhrouceném nerozšířeném stavu.

Příprava zhroucených absorpčních pěn HIPE typu zde upřednostňovaného pro užití v absorpčních součástech tohoto vynálezu a charakteristiky těchto zhroucených pěn, jsou ilustrovány následujícími příklady, z nichž Příklad IIA je zde upřednostňovaný materiál.

Příklad I

Tento příklad ilustruje přípravu zhroucené absorpční pěny HIPE, spadající do rámce tohoto vynálezu.

Bezvodý chlorid vápenatý (36,32 kg) a peroxodvojsíran draselný (568 g) jsou rozpuštěny v 378 litrech vody. To zajišťuje proud vodní fáze k užití v kontinuálním procesu tvorby pěny HIPE. Kmonomerové kombinaci obsahující styren (1600 g), divinylbenzen 55% technické jakosti (1600 g) a etylhexylakrylát-2 (4800 g), je přidán sorbitanlauran (960 g, jako SPÁN⁰ 20). Po smíchání je tato kombinace materiálů ponechána přes noc sedimentovat. Povrch je stažen a užit jako olejová fáze v kontinuálním postupu tvorby pěny HIPE. (Asi 75 g lepkavého rezidua je dáno do odpadu).

Při teplotě vodní fáze 48-50 °C a teplotě olejové fáze 22 °C, jsou oddělené proudy olejové a vodní fáze dodávány do dynamického míchacího přístroje. Míchání spojených proudů v dynamickém míchacím přístroji se provádí pomocí oběžného kola s kolíky. V tomto měřítku provozu zahrnuje vhodné oběžné kolo s kolíky válcovitou hřídel asi 21,6 cm dlouhou, s průměrem asi 1,9 cm. Hřídel drží 4 řady kolíků, 2 řady se 17 kolíky a 2 řady se 16 kolíky, každý s průměrem 0,5 cm, protahující se směrem od středové osy hřídele do délky 1,6 cm. Oběžné kolo s kolíky je upevněno ve válcovitém rukávu, jenž formuje dynamický míchací přístroj a kolíky mají mezeru 0,8 mm od stěn válcovitého rukávu.

Po proudu dynamického míchacího přístroje je namontován spirálový statický mixer, k zajištění zpětného tlaku v dynamické míchačce a zajištění zvýšeného vpravení komponentů do emulze, jež je nakonec formována. Tento statický mixer je 35,6 cm dlouhý, s vnějším průměrem 1,3 cm. Statický mixer je TAH Industries Model 070-821, upravený odříznutím 6,1 cm.

Spojená sestava míchacího přístroje je naplněna olejovou a vodní fází v poměru 2 dílů vody na 1 díl oleje. Dynamický míchací přístroj je odvzdušněn, aby se umožnil únik vzduchu, zatímco přístroj se úplně naplní. Toky proudu při plnění jsou 1,127 g/sec. olejové fáze a 2,19 cm³/sec. vodní fáze.

Jakmile je nastavení přístroje naplněno, začíná míchání v dynamickém mixeru, s oběžným kolem otáčejícím se rychlostí 1800 otáček/min. Míra toku vodní fáze je pak po době 130 vteřin plynule zvýšena na 35,56 cm³/sec. Zpětný tlak vytvářený dynamickým a statickým mixerem je v tomto bodě 51,75 kPa. Rychlost oběžného kola je pak po 60 vteřinách plynule snížena na rychlost 1200 otáček/min. Zpětný tlak klesá na 31,05kPa. V tomto bodě je rychlost oběžného kola okamžitě zvýšena na 1800 otáček/min.

Zpětný tlak systému zůstává poté konstantní, při 31,05 kPa.

Vytvořená emulze, vytékající ze statického mixeru, je v tomto bodě sbírána do krabic na potraviny Rubbermaid Economy Cold Storage Box, Model 3500. Tyto krabice jsou sestaveny z polyetylénu potravinářské kvality a mají nominální rozměry 45,7 cm x 66 cm x 22,9 cm. Skutečné vnitřní rozměry těchto krabic jsou 38,1 cm x 58,4 cm x 22,9 cm. Tyto krabice jsou předem ošetřeny filmem s roztokem, obsahujícím 20 % roztoku SPÁN⁰ 20 ve stejné váhové

-27CZ 288496 B6 směsi rozpouštědla z xylenu a propanolu-2. Směsi rozpouštědla je umožněno aby se vypařila a zůstává pouze SPÁN⁰ 20. Do každé krabice se umístí čtyřicet sedm litrů emulze.

Emulzi obsahující krabice jsou přechovávány v místnosti za po dobu 18 hodin k přivození polymerizace emulze v těchto krabicích a tímto vytvoření polymerové pěny.

Potom, co je vytvrzení ukončeno, mokrá tvrzená pěna je odstraněna z vytvrzovacích krabic. Pěna v tomto bodě obsahuje asi 30-40 krát váhu polymerizovaného materiálu (30-40x) reziduální vodní fáze obsahující rozpuštěné emulgátory, elektrolyt a iniciátor. Pěna je krájena reciproční pilovou čepelí do vrstev o síle 0,89 cm. Tyto vrstvy jsou pak podrobeny stlačení v řadě 3 svěracích válců, jež postupně snižují obsah reziduální vodní fáze pěny do asi 6 krát váhy polymerizovaného materiálu. V tomto bodě jsou tyto vrstvy resaturovány pomocí 1% roztoku CaCl₂ za 60 °C, jsou stlačeny ve svěru do obsahu vodní fáze asi lOx, resaturovány pomocí 1% roztoku CaCl₂ za 60 °C a pak opět stlačeny ve svěru do obsahu vodní fáze asi lOx.

Pěnové vrstvy, jež nyní obsahují asi 10x toho co je v podstatě 1% roztok CaCl₂, jsou proháněny konečným svěrem vybaveným vakuovou štěrbinou. Poslední svěř redukuje obsah roztoku CaCl₂ do asi 5 krát váhy polymeru. Pěna zůstává stlačena po konečném svěru v síle 0,2 cm. Pěna je pak sušena v sušárně s cirkulujícím vzduchem při 60 °C po dobu třech hodin. Toto sušení snižuje obsah vlhkosti na asi 5-7 % váhy polymerizovaného materiálu. V tomto bodě mají pěnové vrstvy sílu 5,7 cm a jsou velmi řasitelné. Pěna rovněž obsahuje asi 11 % váhy reziduálního emulgátoru sorbitanlauranu a asi 5 % váhy (bezvodá báze) reziduálního hydratovaného chloridu vápenatého. Ve zhrouceném stavu je hustota této pěny asi 0,17 g/cm³. Když je rozšířena v syntetické moči Jayco, její volná absorpční kapacita je asi 30,2 ml/g. Rozšířená pěna má specifickou plochu kapilárního sání asi 2,24 m²/g, porézní objem asi 31 ml/g, velikost průměrné velikosti buňky asi 15 mikronů, adhezní napětí asi 35.1O⁵N/cm, a absorpční kapacitu vertikálního sání asi 26,7 ml/g nebo asi 88 % její volné absorpční kapacity.

Příklad II

Následující příklady ilustrují přípravu pěn HIPE použitím koemulgátorových systémů sorbitanlauranu (SPÁN⁰ 20) a esteru mastné kyseliny polyglycerolu (PGE) anebo sorbitanpalmitátu (SPÁN⁰ 40).

Příklad IIA

Bezvodý chlorid vápenatý (36,32 kg) a peroxodvojsíran draselný (568 g) jsou rozpuštěny v 378 litech vody. To zajišťuje proud vodní fáze k použití v kontinuálním procesu tvorby emulze HIPE.

K monomerové směsi obsahující styren (1600 g), divinylbenzen (55% technické jakosti, 1600 g) a etylhexylakrylát-2 (4800 g), je přidán sorbitanlauran (960 g, jako SPÁN⁰ 20). Do ještě další várky poloviční velikosti ze směsi téhož monomeru je přidán emulgátor PGE (480 g), jenž uděluje minimální IFT olej/voda 0,09.10⁵N/cm. Tento PGE je získán esterifikováním polyglycerolů mastnými kyselinami ve váhovém poměru 64 : 36, použitím hydroxidu sodného jako katalyzátoru při 210 °C za podmínek mechanického míchání, kropení dusíkem a postupného zvyšování vakua, s následnou neutralizací kyselinou fosforečnou, ochlazením na asi 60 °C a sedimentací k redukci nereagovaného polyglycerolu. Směs polyglycerolů a mastných kyselin použitých při výrobě PGE je znázorněna v následující tabulce.

-28CZ 288496 B6

Polyglyceroly	% váhy
lineární diglyceroly	63,5
triglycerol	36,0
nebo vyšší
cyklické diglyceroly	0,4
Mastné kyseliny	% váhy
C8	-
C10	-
C12	31,7
C14	37,2
C16	11,5
C18:0	3,2
C18:l	13,8
C18:2	1,5

Po smíchání je každá várka olejové fáze ponechána přes noc sedimentovat. Z každé várky je stažen plovoucí povrch a smíchán v poměru 2 Částí SPÁN⁰ 20 obsahujícího olejovou fázi k 1 části PGE obsahujícího olejovou fázi, (Asi 75 g lepkavého rezidua z každé várky je dáno do odpadu).

Při teplotě vodní fáze 43 °C až 45 °C a teplotě olejové fáze 22 °C, jsou oddělené proudy olejové a vodní fáze dodávány do dynamického mixeru v podobě oběžného kola s kolíky. Toto oběžné kolo má válcovitou hřídel asi 21,6 cm dlouhou, s průměrem asi 1,9 cm. Hřídel drží 4 řady kolíků, 2 řady se 17 kolíky a 2 řady se 16 kolíky, každý s průměrem 0,5 cm protahující se směrem od středové osy hřídele do délky 1,6 cm. Oběžné kolo s kolíky je namontováno ve válcovitém rukávu, s kolíky majícími mezeru 0,8 mm od vnitřní stěny.

Po proudu od dynamického mixeru je namontován spirálový statický mixer, 35,6 cm dlouhý s vnějším průměrem 1,3 cm, TAH Industries Model 070-821, upravený odříznutím 6,1 cm, k zajištění zpětného tlaku v dynamické míchačce a zajištění stejnoměrnosti pěny HIPE. Spojené zařízení dynamického a statického mixeru je naplněno olejovou a vodní fází v poměru 2 dílů vody na 1 díl oleje. Zařízení je odvzdušněno, aby se umožnil únik vzduchu, zatímco se úplně naplní. Toky proudu při plnění jsou 3,0 g/sec. olejové fáze a 4,5 g/sec. vodní fáze.

Jakmile je zařízení naplněno, začíná míchání, s oběžným kolem otáčejícím se rychlostí 1100 otáček/min. Míra toku vodní fáze je pak po 120 vteřinách plynule zvýšena na 46,5 g/sec, a tok olejové fáze plynule snížen na 1,77 g/sec. Zpětný tlak vytvářený dynamickým a statickým mixerem je v tomto bodě 33,81 kPa. Po časovém úseku 30 vteřin je rychlost oběžného kola snížena na rychlost 1000 otáček/min. Když zpětný tlak klesne přibližně na 20,7 kPa, rychlost oběžného kola je okamžitě zvýšena na 1800 otáček/min. a zpětný tlak zvýšen na 37,95 kPa. Vodní a olejové toky jsou pak upraveny na 47,8 g/sec. a 1,66 g/sec., v tomto pořadí.

Pěna HIPE je sbírána ve formách (oblé kádě s centrálním jádrem). Tyto formy jsou předem ošetřeny filmem roztoku obsahujícího 20 % SPÁN⁰ 20 v xylenu, jenž byl ponechán přes noc sedimentovat, aby se odstranily nerozpustné části.

Tyto formy jsou předehřívány, aby se usnadnilo vypaření xylenu a zůstal pouze SPÁN⁰ 20. Naplněné formy jsou přechovávány v místnosti za teploty 65 °C po dobu 18 hodin k umožnění vytvrzení. Po vytvrzení pěn jsou tyto rozřezány do požadované tloušťky, jako v Příkladě I.

-29CZ 288496 B6

Struktury vytvrzené pěny jsou pak vymyty pomocí 1% roztoku chloridu vápenatého. Reziduální roztok podržený v pěně před vysušením má 5x váhu pěny.

Obr. 3 je mikrosnímek (1000 krát zvětšený), jenž zobrazuje vzorovou polymerovou pěnu, připravenou z pěny HIPE použitím koemulgátorového systému SPÁN⁰ 20/PGE, jako je ten v tomto případě. Pěnová struktura zobrazená na obr. 3 je ve svém rozšířeném stavu. Jak je vidět, tato pěnová struktura má relativně malé póry relativně stejnoměrné velikosti, tj. daná pěnová struktura je relativně homogenní. To poskytuje důkaz omezeného shlukování vodních kapiček v průběhu tvrzení pěny HIPE.

Příklad IIB

Tak jako v Příkladě II A, je připravena vodní fáze obsahující chlorid vápenatý/peroxodvoj síran draselný a monomerová směs olejové fáze obsahující SPÁN⁰ 20. K monomerové směsi je přidán sorbitanlauran (480 g, jako SPÁN⁰ 20) a směs sorbitanlauranu (240 g) a sorbitanpalmitátu (240 g, jako SPÁN⁰ 40). Po smíchání je olejová fáze ponechána přes noc sedimentovat a povrch je stažen k použití při tvorbě pěny HIPE.

Vodní fáze (48-50 °C) a olejová fáze jsou poté dodávány do dynamického a statického míchacího přístroje jako v Příkladě II A. Spojené zařízení je naplněno olejovou a vodní fází v poměru 2 dílů vody na 1 díl oleje, zatímco je zařízení odvzdušňováno, aby se umožnil únik vzduchu, zatímco se zařízení úplně naplní. Míry toku během naplnění jsou 3,0 g/sec. olejové fáze a 6 g/sec. vodní fáze.

Jakmile je zařízení naplněno, začíná míchání, s oběžným kolem otáčejícím se rychlostí 1800 otáček/min. Míra toku vodní fáze je pak po časovém úseku 120 sekund plynule zvýšena na 42,3 g/sec. a tok olejové fáze plynule snížen na 1,5 g/sec. Zpětný tlak je 31,05 kPa. Emulze HIPE je sbírána do forem (oblé kádě s centrálním jádrem) a pak přechovávána v místnosti za udržované teploty 65 °C po dobu 18 hodin k umožnění vytvrzení, jako v Příkladě II A. Po vytvrzení pěn, jsou tyto rozřezány do požadované tloušťky jako je tomu v Příkladě I. Struktury vytvrzené pěny jsou pak vymyty pomocí 1% roztoku chloridu vápenatého. Reziduální roztok podržený v pěně před vysoušením je 5x těžší než váha pěny.

Zatímco byly znázorněny a popsány jednotlivé podoby tohoto vynálezu, tomu, kdo je sběhlý v příslušném stavu techniky je zřejmé, že je možno provést různé jiné změny a úpravy, aniž by se šlo za duch a rámec tohoto vynálezu.

Claims (9)

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Absorpční součást absorpčního výrobku, zvláště vhodného pro absorpci a zadržování vodnatých tělových fluid, která má obvodový region a region usazování, sdružený s obvodovým regionem a obvodovým regionem laterálně obklopený, která má dále alespoň jednu vrstvu (10, 110, 120, 130) absorpčního materiálu při kontaktu svodnatými tělovými fluidy se rozšiřující a obsahující stlačitelný polymemí pěnový materiál (115) shydrofilní, flexibilní strukturou ze vzájemně propojených otevřených prostorů, kde uvedená vrstva (10, 110, 120, 130) má planparalelní horní plochu (11) a dolní plochu (12), definující rovinu a v ní ležící rovinný směr a k němu kolmý normální směr a absorpční materiál je roztažitelný v alespoň jednom rovinném směru v reakci na absorpci vodnatého tělového fluida do vzájemně propojených otevřených prostorů absorpčního materiálu, vyznačující se tím, že má alespoň jeden štěrbinový region (20) s alespoň jednou štěrbinou (30), procházející v normálním směru alespoň částečně tloušťkou vrstvy (10, 110, 120, 130) absorpčního materiálu, přičemž štěrbina (30) je ohraničena alespoň dvěma štěrbinovými povrchy (31, 32), které jsou pro urychlení absorpce do regionu usazování zavedeného vodnatého tělového fluida do propojených otevřených prostorů absorpčního materiálu posunovatelné jeden vůči druhému ze vzájemně přilehlé polohy při

-30CZ 288496 B6 uzavřené štěrbině (30) do vzájemně oddálené polohy pro své vystavení vodnatému tělovému fluidu při otevřené štěrbině (30), přičemž polymemí pěnový materiál (115) je v absorpčním materiálu obsažen ve zhrouceném stavu.

2. Absorpční součást podle nároku 1, vyznačující se tím, že obsahuje alespoň dvě vrstvy (110, 120, 130) absorpčního materiálu, z nichž každá má planparalelní horní a dolní plochu (11, 12), definující rovinný a k němu kolmý normální směr, přičemž absorpční materiál je roztažitelný v alespoň jednom rovinném směru a štěrbina (30) štěrbinového regionu (20) prochází alespoň částečně jednou z vrstev (110, 120, 130) absorpčního materiálu.

3. Absorpční součást podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že štěrbinové povrchy (31, 32) jsou před zavedením vodnatého tělového fluida vzájemně orientovány ve směrech odlišných od paralelních a ohraničují nálevkovitý tvar (210) štěrbiny (30).

4. Absorpční součást podle některého z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že obsahuje neštěrbinový region, alespoň částečně laterálně obklopující alespoň jeden štěrbinový region (20) a protahující se směrem ven od tohoto štěrbinového regionu (20).

5. Absorpční součást podle nároku 1, vyznačující se tím, že polymerový pěnový materiál (115) má expanzní potenciál v alespoň jednom rovinném směru nejméně 5 %.

6. Absorpční součást podle nároku 4, vyznačující se tím, že polymerový pěnový materiál (115) má expanzní potenciál v alespoň dvou vzájemně nezávislých rovinných směrech alespoň 3 %.

7. Absorpční součást podle nároku 4, vyznačující se tím, že polymerový pěnový materiál (115) má expanzní potenciál ve směru paralelním se směrem alespoň jedné štěrbiny (30), přičemž přednostně má expanzní potenciál ve směru kolmém ke směru alespoň jedné štěrbiny (30).

8. Absorpční součást podle nároku 4, vyznačující se tím, že polymerový pěnový materiál (115) má specifickou povrchovou plochu na objem absorpčního materiálu alespoň 0,025 čtverečních metrů na gram, obsahuje alespoň 0,1 % hmotnostního toxikologicky přijatelné hydroskopické hydratované soli, dále má ve svém zhrouceném stavu expanzní tlak nejvýše 30 kPa a ve svém rozšířeném stavu má hustotu při saturaci do své volné absorpční kapacity za teploty 31,1 °C syntetické moči s povrchovým napětím v rozmezí od 60 do 70 . 10^-5 N/cm od 10 % do 50 % hustoty své suché báze ve svém zhrouceném stavu.

9. Absorpční součást podle některého z předcházejících nároků, vy z n ač uj í c í se tím, že je opatřena připevňovacími prostředky pro své sdružení se zadní, k regionu vyměšování vodnatého tělového fluida nositelem absorpčního výrobku (10) přivrácenou, vrstvou absorpčního výrobku (10).