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Filme
für Ostomie-Anwendungen
sollten gute Geruchsbarriere-Eigenschaften aufweisen und ein minimales
Geräusch
verursachen, wenn sie gebogen oder gefaltet werden, um eine Peinlichkeit
für die
Verwender zu vermeiden. Typischerweise verwenden die gegenwärtig für Ostomie-Anwendungen
verwendeten Filme Polyvinylidenchlorid (PVDC) oder Copolymere von
Vinylidenchlorid mit einem Comonomer wie Methacrylat oder Vinylchlorid
als Gasbarriereschicht eines mehrlagigen Films. Solche mehrlagigen
Filme haben einen guten Widerstand gegen Geruchsübermittlung und sind auch relativ
leise; es wird jedoch auch angenommen, dass diese schädlich für die Umwelt
sind, wenn sie durch Verbrennung entsorgt werden, eine übliche Praxis
in zahlreichen Ländern.
Chlorierte Polymere erzeugen Chlorwasserstoffsäure als Nebenprodukt der Verbrennung
und es wird angenommen, dass sie einen signifikanten Beitrag zur
Chlorwasserstoffsäure-Freisetzung aus Verbrennungsofen-Schlotgasen
leisten. Weiterhin wird angenommen, dass chlorierte Polymere toxische
Dioxinderivate als Nebenprodukte der Verbrennung bilden, die in
den Aschen zurückbleiben
und möglicherweise Probleme
mit der Feststoff-Müllentsorgung
verursachen können.
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Leider
neigen Filme, die aus chlorfreien Barriereharzen gebildet sind dazu,
steifer und lauter zu sein als Filme, die konventionelle PVDC-basierte
Harze verwenden und kommen der Qualität konventioneller chlorierter
Filme zur Verwendung in Ostomie-Anwendungen
nicht gleich. Folglich besteht ein Bedarf an einem mehrlagigen Film,
der chlorfrei ist, durch Coextrudieren aus leicht zugänglichen
Rohmaterialien hergestellt werden kann, heißklebend ist, eine hohe Weichheit
und ein geringes Geräusch
aufweist, wenn er gebogen oder gefaltet wird, und undurchlässig für väkale Gerüche ist.
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Das
US-Patent 5,567,489 offenbart einen mehrlagigen Barrierefilm, in
dem eine chlorfreie Barriereschicht aus amorphem Nylon, kristallinem
Nylon, Copolymeren von Ethylen und Vinylalkohol, oder Mischungen
derselben zusammengesetzt ist. Obwohl in dem Patent dargelegte Daten
andeuten, dass die mehrlagigen Filme vergleichbar in Geräusch losigkeit
zu einigen allgemeinen kommerziell verwendeten chlorierten Filmen seien,
hat die Erfahrung gezeigt, dass solche chlorfreien Filme nichtsdestotrotz
signifikant lauter sind als üblicherweise
für die
Herstellung von Ostomiebeuteln verwendete Chlor enthaltende Filme.
Die allgemeine Beobachtung ist, dass chlorfreie Barriereharze steife
Materialien mit einem hohen Modul sind, die sich nicht zur Herstellung
von Ostomie-Filmen mit niedrigem Geräusch anbieten. Dies stimmt
für alle
Nylon(Polyamid)-Barriereharze, sowohl kristalline als auch amorphe.
Es stimmt auch für
andere bekannte chlorfreie Barriereharze wie hydrolisierte Ethylen-Vinylacetat-Copolymere,
allgemein bekannt als Ethylen-Vinylalkohol-Copolymere, und Copolymere
von Acrylnitril oder Methacrylnitril mit hohem Nitrilgehalt, allgemein
als bekannt als Nitrilharze.
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Andere
Dokumente, die den gegenwärtigen
Stand der Technik hinsichtlich chlorfreier mehrlagiger Filme darstellen,
sind die US-Patente 5496295, 5643375, 5407713 und 5895694. Basierend
auf den Nachteilen des Standes der Technik stellt die vorliegende
Erfindung Produkte, wie in den Ansprüchen 1 bis 19 definiert, bereit.
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Ein
wichtiger Aspekt dieser Erfindung liegt in der Entdeckung, dass
die Geräuscheigenschaften
eines mehrlagigen Films, in dem amorphes Nylon (Polyamid) als Geruchsbarriereschicht
verwendet ist, signifikant verringert werden kann, ohne merklich
die Barriere-Eigenschaften
zu beeinflussen, durch Mischen des Nylons mit einem Anhydrid-modifizierten olefinischen
Polymer oder Copolymer mit einer Dichte von 0,89 g/cc oder weniger.
Das Anhydrid-modifizierte olefinische Polymer oder Copolymer sollte
in einem Bereich von 10 bis 30%, vorzugsweise 15 bis 25%, bezogen
auf das Gesamtgewicht der Barriereschicht anwesend sein.
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Der
mehrlagige Film beinhaltet wenigstens eine Hautschicht, vorzugsweise
zwei solche Hautschichten, die im Wesentlichen aus einem Ethylenpolymer
oder Copolymer bestehen, und eine Klebebindungsschicht, die zwischen
jeder Hautschicht liegt und die gemischte amorphe Nylonbarriereschicht.
Jede Klebebindeschicht ist in erster Linie aus einem Anhydrid-modifizierten
ethylenischen Polymer, wie Polyethylen oder einem Copolymer von
Ethylen und Vinylacetat, zusammengesetzt, das Anhydrid-Gruppen enthält, die
dazu geeignet sind, die Grenzflächenhaftung
mit der Polyamid enthaltenden Barriereschicht zu fördern.
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Das
Ergebnis ist ein heißklebender
mehrlagiger Film, der infolge seiner außergewöhnlichen Geruchsbarriere-Eigenschaften
besonders geeignet ist für
Ostomie-Anwendungen, während
er gleichzeitig relativ weich (niederer Modul) und leise verglichen
mit bekannten chlorfreien Filmen ist, in denen die Geruchsbarriereschicht
ausschließlich
aus Nylon, Ethylen-Vinylalkohol-Copolymeren oder Nitrilharzen gebildet
ist. Hinsichtlich der Erzeugung von Lärm beim Biegen schneidet der
chlorfreie mehrlagige Film dieser Erfindung günstig ab im Vergleich mit bekannten
Ostomie-Filmen, die chlorierte Barriereschichten aufweisen. Ein
aus dem mehrlagigen Film dieser Erfindung geformter Beutel weist
deshalb Eigenschaften auf, die vergleichbar sind mit denjenigen,
die von Beuteln hoher Qualität
gezeigt werden, die aus Chlor enthaltenden Zusammensetzungen geformt
sind, jedoch ohne die oben beschriebenen Umweltnachteile.
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Andere
Merkmale, Vorteile und Aufgaben der Erfindung werden durch die Beschreibung
und Zeichnungen klar.
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Zeichnungen
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1 ist
ein schematischer Querschnitt einer Ausführungsform des mehrlagigen
Barrierefilms dieser Erfindung.
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2 ist
eine Draufsicht auf einen Ostomiebeutel, der aus dem mehrlagigen
Barrierefilm der 1 gebildet wurde.
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Detaillierte
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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Der
mehrlagige chlorfreie Film der vorliegenden Erfindung kann unter
Verwendung von Standard-Coextrudiertechniken hergestellt werden,
die entweder einen Spritzguß oder
ein Treiben (blowing) beinhalten. Vorzugsweise hat der mehrlagige
Film fünf
Schichten – eine
chlorfreie Barriereschicht zwischen zwei Heißkleberhautschichten mit Bindungsschichten
zwischen den Haut- und Barriereschichten – die Vorteile der Erfindung
können
jedoch wenigstens teilweise in einer Dreischichtstruktur erzeilt
werden, die eine Barriereschicht und einzelne Haut- und Bindungs-Schichten
aufweisen.
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1 zeigt
schematisch einen mehrlagigen chlorfreien Film 10 mit einer
Geruchsbarriereschicht 11, die zwischen den Bindungsschichten 12 und 13 und
den Hautschichten 14 und 15 liegt. Die chlorfreie
Barriereschicht 11 ist im wesentlichen zusammengesetzt
aus einer Mischung aus amorphem Polyamid(Nylon)-Harz und einem Anhydrid-modifizierten
olefinischen Polymer oder Copolymer. Anders als kristalline Polyamide,
die vollständig
aromatisch sind, weisen amorphe Polyamide eine partielle aromatische
Struktur auf und werden typischerweise durch Kondensation eines
aliphatischen Diamins mit einer aromatischen Disäure oder einer Kombination
von Disäuren,
in molaren Mengen äquivalent
zu dem verwendeten Diamin, hergestellt. Obwohl angenommen wird,
dass jegliches amorphe Polyamidharz verwendet werden kann, wurden
wirkungsvolle Ergebnisse mit einem Polyamidharz erzielt, das als
Selar PA3426 von der Firma Dupont vertrieben wird. Selar PA3426
ist offenbar im wesentlichen amorph mit einer Dichte von etwa 1,19
Gramm pro Kubikzentimeter (g/cc). Es weist eine hohe Schmelzfestigkeit
auf und kann in einem weiteren Bereich an Verarbeitungsbedingungen
als konventionelle kristalline Nylons verwendet werden. Selar PA3426
wird durch Kondensation von Hexamethylendiamin, Terephthalsäure und
Isophthalsäure
hergestellt, so dass 65% bis 80% der Polymereinheiten sich von Hexamethylen-Isophthalamid
ableiten. Für
weitere Informationen kann Bezug genommen werden auf 52 Fed. Reg.
26,667 (1987).
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Das
amorphe Polyamidharz ist der Hauptbestandteil der Zusammensetzung,
umfassend 70 bis 90 Gew.-% der Mischung. Das Anhydrid-modifizierte
olefinische Polymer oder Copolymer umfasst 10 bis 30%, vorzugsweise
15 bis 25% des Gesamtgewichts der Barriereschicht. Die Dichte des
Anhydrid-modifizierten olefinischen Polymers sollte weniger als
0,89 g/cc, vorzugsweise weniger als 0,87 g/cc, sein. Anhydrid-modifizierte
olefinische Polymere mit Dichten, die höher als 0,89 g/cc sind, können noch
wirksam als zähmachende
Mittel sein, würden
jedoch nicht eine Verringerung des Filmmoduls und des Geräuschs bereitstellen,
das durch die Polymere geringerer Dichte verliehen wird. Das olefinische
Polymer oder Copolymere werden durch reaktive Verarbeitung mit einem
ungesättigten
Carboxylsäureanhydrid
funktionalisiert. Obwohl der Mechanismus der Anhydrid-Modifikation nicht
voll verstanden ist, wird angenommen, dass eine Pfropfreaktion zwischen
dem Polymer und dem ungesättigten
Anhydrid stattfindet. Obwohl angenommen wird, dass andere ungesättigte Carboxylsäureanhydride
verwendet werden können,
um die funktionellen Gruppen zur Verfügung zu stellen, wird Maleinsäureanhydrid
als besonders wirksam für
diesen Zweck angesehen. Der Grad an Maleinsäureanhydrid ist ziemlich niedrig,
weniger als 2 Gew.-%, der erforderlich ist, um das olefinische Polymer
zu funktionalisieren. Die Dichte des olefinischen Polymers ist im
wesentlichen unbeeinflusst durch die Anhydrid-Modifikation bei diesen
niedrigen Graden. Ein Beispiel eines Anhydrid-modifizierten olefinischen
Copolymers ist Fusabond MN493D, das von der Firma Dupont erhältlich ist.
Fusabond MN493D ist ein Ethylen-Octen-Copolymer, das mit 0,5% Maleinsäureanhydrid
modifiziert wurde und eine Dichte von 0,869 g/cc aufweist. Obwohl
bekannt ist, dass es als ein zähmachendes
Mittel für
kristallines Nylon wirkt, leistet Fusabond MN493D hier eine unerwartete
Wirkung im Vermindern des Moduls und des Geräuschs von amorphen Nylon, ohne
die Geruchsbarriereeigenschaften der Schicht 11 zu zerstören oder
signifikant zu vermindern. Eine ähnliche
Leistung kann mit anderen Anhydrid-modifizierten olefinischen Polymeren
erzielt werden, die eine vergleichbar geringe Dichte aufweisen,
wie Ethylen-Propylen-Copolymere und Terpolymere (EPM und EPDM).
EPM und EPDM haben eine Dichte im Bereich von 0,85 bis 0,86 g/cc
und sind geeignet zur Modifikation mit Maleinsäureanhydrid. Infolge der unvermischbaren
Natur dieser Gemische wird das Mischen des Nylons mit dem Anhydrid-modifizierten
olefinischen Polymer am besten in einem separaten Schritt durchgeführt unter
Verwendung eines compoundierenden Doppelschneckenextruders mit entweder
gleichläufig
oder gegenläufig
rotierenden Schnecken. Dies erlaubt eine innige Dispersion der olefinischen
Phase in der Nylonphase. Die compoundierte Mischung wird extrudiert
und in Pellets geschnitten, die zur Extrusion in einem Film verwendet
werden können.
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Die
Hautschichten 14 und 15 werden aus einem Ethylen-basiertem
Polymer oder Copolymer mit einem Alpha-Olefin, wie Hexen oder Octen,
gebildet. Ein geeignetes Harz ist Metallocen-katalysiertes Polyethylen
mit einem Octencomonomer wie dem Ethylenoctencopolymer, das unter
der Bezeichnung Exact 8201 von Exxon Chemical vertrieben wird.
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Die
Bindungsschichten 12 und 13 müssen zum Binden an sowohl die
Hautschichten als auch die Kernbarriereschicht geeignet sein. Polyethylen,
Ethylenvinylacetatcopolymere (EVA) oder Ethylenmethylacrylatcopolymere
(EMA), die mit funktionellen Anhydrid-Gruppen modifiziert sind, werden als
besonders geeignet angesehen. EVA-basierte Anhydrid-modifizierte
Harze wie Bynel 3860 oder Bynel 3861, oder Polyethylen-basierte
Anhydrid-modifizierte Harze wie Bynel 41E557, alle erhältlich von
der Firma Dupont, haben sich als geeignet herausgestellt. Es wird
angenommen, dass die Fähigkeit
dieser Anhydrid-modifizierten Harze als Klebeförderer zu wirken eine Folge
der zwischen den Flächen
stattfindenden Reaktion zwischen den Anhydrid-Gruppen in der Bindungsschicht
und den Amingruppen des Nylons in der Barriereschicht ist.
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Die
Gesamtdicke des mehrlagigen Films sollte unter der Annahme, dass
fünf Schichten
anwesend sind, in den allgemeinen Bereich von 0,0508 bis 0,127 mm
(2 bis 5 mil), vorzugsweise 0,0762 bis 0,1016 mm (3 bis 4 mil) fallen.
Hinsichtlich der Barriereschicht 11 sollte deren Dicke
im allgemeinen in einen Bereich von 0,00254 bis 0,0254 mm (0,1 bis
1,0 mil) fallen, wobei die untere Grenze durch das Leistungsvermögen des Extrusionsverfahrens
festgelegt wird und die obere Grenze durch die physikalischen Eigenschaften,
die von der Barriereschicht dazu beigetragen werden, dass ein mehrlagiger
Film mit niedrigem Modul und niedrigen Geräuscheigenschaften erzielt wird.
Vorzugsweise sollte die Dicke der Barriereschicht in den Bereich
von 0,00508 bis 0,01016 mm (0,2 bis 0,4 mil) fallen, wobei 0,00762
mm (0,3 mil) als optimal angesehen wird, wenn Faktoren wie Geruchsbarriereeigenschaften,
Weichheit, Geräuschlosigkeit
und Extrusionskomfort alle zusammen berücksichtigt werden. Im Gegensatz
dazu sind die Hautschichten 14 und 15 je wesentlich
dicker als die zwischen diesen liegende Barriereschicht. Zum Beispiel
kann jede Hautschicht eine Dicke innerhalb des allgemeinen Bereichs
von 0,0127 bis 0,0635 mm (0,5 bis 2,5 mil), vorzugsweise 0,0254
bis 0,0508 mm (1 bis 2 mil) aufweisen, die annähernd eine Größenordnung
größer sein
kann als die Dicke der Geruchsbarriereschicht 11.
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Die 2 stellt
einen typischen Ostomiebeutel 16 dar, dessen Wände 16a und 16b aus
dem mehrlagigen Film der 1 geformt sind. Die Filme sind
mit ihren Heißkleberhautschichten
einander gegenüberliegend
angeordnet und entlang der äußeren Peripherie
des Beutels, wie bei 17 gezeigt, verklebt. Eine Wand des Beutels
hat eine darin ausgeformte Stoma-empfangende Öffnung 18 und ein
Klebeaufsatzring 19 befindet sich um diese Öffnung zur
Klebebefestigung an die peristomale Hautoberfläche des Patienten. Der Beutel
wie gezeigt ist von dem Typ, der im allgemeinen als eine Einstückanwendung
bezeichnet wird, falls gewünscht
kann jedoch auch ein mechanischer Kupplungsring den Klebering 19 ersetzen,
wodurch der Beutel eine Komponente einer zweiteiligen Ostomieanwendung
wird, wie im Stand der Technik bekannt.
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Damit
die Erfindung besser verstanden werden kann, wird Bezug genommen
auf die folgenden Beispiele, die die Erfindung illustrieren sollen.
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Vergleichsbeispiel 1
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Dieses
Beispiel stellt die Eigenschaften von Mischungen aus amorphen Nylon
(Selar PA3426, Firma Dupont) mit Anhydrid-modifizierten Polyolefinen
(Fusabond MN493D, Firma Dupont) dar. Die zwei Harze wurden compoundiert
und pelletiert unter Verwendung eines compoundierenden Doppelschneckenextruders.
Die compoundierten Harze wurden anschließend unter Verwendung eines
Killion Extruders in eine dreilagige A/B/A-Filmstruktur coextrudiert, worin A ein
Polyethylen und B die Nylonmischung war. Infolge der Abwesenheit
von Bindungsschichten war es möglich,
die Polyethylenhautschichten A von der Nylonmischungsschicht B abzulösen und
die resultierenden einlagigen B-Filme gegen einen einlagigen Film
bestehend aus 100% amorphem Nylon (Selar PA3426) zu testen. Der
Sekantenmodul bei 2% Dehnung der einlagigen Filme wurde in der Maschine
gemessen und schräge
Richtungen entsprechend ASTM D882 bei einer Dehnungsgeschwindigkeit
von 0,254 cm/cm × min
(0,1 in./in.min). Die Ergebnisse sind unten in Tabelle 1 gezeigt:
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Die
Daten in Tabelle 1 zeigen die Verminderung im Modul, die aus der
Zugabe von Fusabond MN493D zu Selar PA3426 resultiert. Die geringeren
Modulwerte zeigen an, dass die compoundierten Harze beträchtlich weicher
sind als das Kontrollharz mit 100% amorphem Nylon. Die Verminderung
im Modul erlaubt die Herstellung von Nylon-basierten mehrlagigen Filmen, die weich
und ruhig sind, wie in den weiteren Beispielen unten gezeigt.
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Beispiel 2
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Ein
fünflagiger
Film wurde entsprechend dieser Erfindung durch Coextrusionsgießen hergestellt,
was zu einem Film mit einer Gesamtdicke von 0,08382 mm (3,3 mil)
und einer Barriereschichtdicke von 0,008128 mm (0,32 mil) führte. Die
Filmstruktur war A/B/C/B/A, worin A ein Polyethylen-basiertes Harz
(Exact 8201, Exxon Chemical Co.) war, das durch Zugabe von 5% eines
Gleit-Antiblock-Konzentrats (EXT4226TSE, A. Schulman Co.) und 3%
eines Polyethylens mit niederer Dichte (LD200.48, Exxon Chemical
Co.) modifiziert war. B sind Bindungsschichten, die aus einem Anhydrid-modifizierten Ethylen-Vinylacetat-Copolymer
(Bynel 3601, Dupont Co.) bestehen und C ist ein Gemisch eines amorphen
Nylons (Selar PA3426) mit einem Anhydrid-modifiziertem gummiartigen Polyolefin
(Fusabond MN493D) bei einem Gewichtsverhältnis von 85% zu 15%.
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Der
Film wurde auf Geräuschlosigkeit
getestet durch das Einbringen einer Probe von 10,16 cm (4 inch) mal
10,16 cm (4 inch) in einen Zylinder und Befestigen desselben auf
einer Testaufspannvorrichtung, worin das eine Ende des Zylinders
fixiert gehalten wurde und das andere um die Zylinderachse in einem
Winkel von 15° mit
70 Umdrehungen pro Minute um die Zylinderachse gedreht wurde. Durch
die Verbiegung des Films erzeugte Geräuschemissionen wurden mit einem
Schallpegelmessgerät
analysiert. Zum Vergleich wurde derselbe Test an einem kommerziellen
Ostomiefilm mit einer chlorierten Barriereschicht durchgeführt. Die
Resultate sind unten gezeigt:
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In
dieser Tabelle ist dBA ein bewerteter Durchschnitt, der die menschliche
Geräuschwahrnehmung über dem
gesamten Frequenzbereich berücksichtigt,
wohingegen die dB-Werte
in den 8 und 16 kHz Oktavbändern
kennzeichnend für
das Geräusch
im höheren
Frequenzbereich sind und die Kontrastreichheit (crispness) des Klangs
darstellen. Die dBA- und dB-Werte zeigen folglich, dass die Filmproben,
die die Erfindung darstellen, beträchtlich leiser sind als die
Kontrollprobe, in der die Kernschicht auf PVDC basiert.
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Beispiel 3
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Ein
fünflagiger
Film wurde entsprechend dieser Erfindung durch Coextrusionsgießen hergestellt,
was zu einem Film mit einer Gesamtdicke von 0,08128 cm (3,2 mil)
und einer Barriereschichtdicke von 0,007112 cm (0,28 mil) führte. Der
Filmaufbau war A/B/C/B/A mit derselben Zusammensetzung wie bei dem
Film des Beispiels 2 mit der Ausnahme, dass die Bindungsschichten
B Polyethylen-basiert waren (Bynel 41E557, Dupont Co.). Der Film
wurde auf Geräuschlosigkeit,
wie in Beispiel 2 beschrieben, getestet. Die Ergebnisse sind in
der unten stehenden Tabelle gezeigt, die eine Kontrollprobe eines
kommerziellen Ostomiefilms mit einer chlorierten Barriereschicht
aus PVDC beinhaltet.
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Wie
in Beispiel 2 zeigen die dBA- und dB-Werte bei 8 und 16 kHz, dass
die Filmprobe des Beispiels 3 beträchtlich leiser ist als die
Kontrollprobe, in der die Kernschicht PVDC ist.
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Beispiel 4
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Die
Filme der Beispiele 2 und 3 wurden auf Geruchsübertragung unter Verwendung
von British Standard 7127, Part 101, Appendix G getestet: Method
for Determining Odour Transmission of Colostomy and Ileostomy Bag
Materials, British Standard Institution, London. Beide Filme bestanden
den Test, was anzeigt, dass die Modifikation der Nylonbarriereschicht
keine nachteilige Wirkung auf die Geruchsbarriereeigenschaften der Filme
hat.
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Zusätzlich wurde
ein quantitativer Test der Barriereeigenschaften des Films des Beispiels
2 unter Verwendung von 3 Modellverbindungen für väkalen Geruch durchgeführt: Dimethyldisulfid,
Indol und Skatol. Zum Vergleich wurde derselbe Test an einem kommerziellen
Ostomiefilm mit einer chlorierten (PVDC) Barriereschicht durchgeführt. Die Analyse
der ausströmenden
Gase wurde mittels Gaschromatographie unter Verwendung eines Flammenionisationsdetektors
durchgeführt.
Die Tabelle 4 zeigt die Durchbruchzeiten und die Konzentration einer
jeden Komponente in dem ausströmenden
Strom nach 60 Stunden.
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Bessere
Barriereeigenschaften werden für
Filme erwartet, die längere
Durchbruchzeiten und eine niedrigere ausströmende Konzentration zeigen.
Der Film des Beispiels 2 ist dem chlorierten Kontrollfilm in beiderlei
Hinsicht überlegen,
was eine überlegene
Leistung als Barriere gegenüber
väkalen
Gerüchen
anzeigt.
