PL169462B1 - Element chłonny zawierający superabsorbent tworzący hydrożel - Google Patents

Abstract

1. Element chłonny zawierający superabsorbent tworzący hydrożel składający się z materiału nośnego i zawartych w nim licznych cząstek nierozpuszczalnego w wodzie, absorpcyjnego, tworzącego hydrożel, materiału polimerowego, które to cząstki materiału polimerowego są wytwarzane technikami polimeryzacji rozpuszczalnikowych, znamienny tym, że cząstki materiału polimerowego mają takie wymiary, ze podczas ich badania według Testu Sitowego, co najmniej 80% z nich, korzystnie co najmniej 85%, bardziej korzystnie co najmniej 90%, a najbardziej korzystnie co najmniej 95%, wagowo, przechodzi przez sito o numerze 50 według normy Stanów Zjednoczonych z oczkami o wielkości 297 mikrometrów, ajest zatrzymywane na sicie o numerze 140 według normy Stanów Zjednoczonych z oczkami o wielkości 105 mikrometrów.

Description

Przedmiotem wynalazku jest element chłonny zawierający superabsorbent tworzący hydrożel. Element chłonny według niniejszego wynalazku jest przeznaczony zwłaszcza do wyrobów chłonnych jednorazowego użytku, takich jak pieluchy, podpaski higieniczne i podobne.

Stosowany w niniejszym dokumencie termin „superabsorbent tworzący hydrożel odnosi się do w zasadzie nierozpuszczalnych w wodzie, chłonnych substancji polimerowych, będących w stanie wchłaniać duże ilości, w stosunku do swojej masy, takich płynów jak woda i wydzieliny fizjologiczne, i tworzących wskutek tego hydrożele. Materiały tego typu mogą zazwyczaj przetrzymać wchłonięte płyny przy umiarkowanych ciśnieniach. Superabsorbenty tworzące hydrożele mogą być również określane jako „superabsorbenty, „hydrokoloidy lub „absorbenty żelujące.

Dzięki swoim właściwościom absorpcyjnym i kosztom, superabsorbenty tworzące hydrożele nadają się zwłaszcza do elementów chłonnych, w szczególności stosowanych do wyrobów chłonnych jednorazowego użytku, takich jak pieluchy jednorazowego użytku. Kilka przykładów zastosowań proszkowych superabsorbentów tworzących hydrożele w wyrobach chłonnych ujawniono w opisach patentowych Stanów Zjedn. Ameryki nr 3 699 103 oraz nr 3 670731.

169 462

Poządanejest, zeby niektóre wyroby chłonne były możliwie cienkie. Zaletą wyrobów cienkich jest wygoda i odczucia użytkownika. Jednym ze sposobów wytwarzania wyrobów cienkich z zachowaniem odpowiedniej całkowitej pojemności zgromadzonego płynu jest zmniejszanie ilości włókien zawartych w rdzeniu chłonnym wyrobu z jednoczesnym zwiększaniem w nim ilości proszkowego superabsorbentu tworzącego hydrożel.

Jednakże z dotychczasowych doświadczeń w stosowaniu wyrobów chłonnych zawierających elementy chłonne z superabsorsbentami (zwłaszcza o wysokiej zawartśoci superabsorbentów, to jest w przypadku ich udziału wagowego równego lub wyższego od 25%) wynika nieuchronność stosowania rozwiązań kompromisowych pomiędzy wprowadzaniem superabsorbentów do wyrobów chłonnych a szybkością wchłaniania i rozprowadzania płynów przez wyroby chłonne. Ograniczeniem wyrobów chłonnych jednorazowego użytku, zawierających proszkowe superabsorbenty tworzące hydrożele o standardowym składzie granulometrycznym (zwłaszcza w przypadku dużych stężeń tych materiałów) jest ich dużo mniejsza szybkość wchłaniania płynów od konwencjonalnych materiałów z włókien celulozowych. Termin „szybkość wchłaniania płynów odnosi się do szybkości z jaką płyny są wchłaniane przez wyrób chłonny w kierunku do płaszczyzny wyrobu chłonnego (to jest w „kierunku z). Odnosi się to szczególnie do proszkowych superabsorbentów tworzących hydrożele o stosunkowo dużej przeciętnej wielkości cząstek.

Istnieje w zasadzie możliwość zwiększenia szybkości wchłaniania płynów takich wyrobów chłonnych poprzez zmniejszenie przeciętnej wielkości cząstek superabsorbentu w wyrobie. Jednakże w przypadku stosowania tych substancji łącznie z materiałami włóknistymi, bardzo drobne cząstki (lub „drobne cząstki), spęcznione po zetknięciu się z płynami, wykazują skonność do łatwego wnikania do wnętrza kapilar pomiędzy włóknami materiału. Drobne cząstki, spęcznione całkowicie lub częściowo, mogą również tworzyć skoagulowany żel utrzymywany w takim stanie przez siły napięcia powierzchniowego płynu, w wyniku czego powstaje bariera żelowa. W obu przypadkach w miarę blokowania kanalików przepływu płynu przez materiał włóknisty, lub przez zżelowaną masę, rośnie opór wyrobu na przenikanie cieczy, w wyniku czego znacznie spada jego przepuszczalność. Zjawiska tego typu, zakłócające głównie transport płynów w płaszczyźnie wyrobu chłonnego (w płaszczyźnie „x-y) są powszechnie określane jako „blokada żelowa. Ponadto, w związku z tym, ze wyroby chłonne tego typu nie są w stanie szybko lub skutecznie poradzić sobie z cieczami (to jest nie są w stanie ich wchłonąć, rozprowadzić i zmagazynować) zwiększa się prawdopodobieństwo ich uszkodzenia.

Podjęto szereg wysiłków mających na celu rozwiązanie problemów z wprowadzaniem superabsorbentów do elementów chłonnych. Na przykład w Europejskim Biuletynie Zgłoszeń Patentowych opublikowano zgłoszenie numer 0 339461, w którym ujawniono wysiłki skierowane na dobór wymiarów cząstek superabsorbentu w taki sposób, żeby pozostawał w pewnym określonym stosunku do wymiarów porów w wyrobie chłonnym. Opis patentowy Stanów Zjedn. Ameryki nr 4 699 823 dotyczy rozmieszczenia superabsorbentu w taki sposób, żeby gradient jego stężenia był dodatni co najmniej w części grubości warstwy chłonnej. Inne wysiłki skierowano na wymiary cząstek, np. w opisie patentowym Stanów Zjedn. Ameryki nr 4 105 033. Wiele innych dotyczy wymiarów cząstek w różnych aspektach, na przykład w opisach patentowych Stanów Zjedn. Ameryki nr 4 102 340, nr 4 604 313 oraz nr 466(5975.

Jeszcze inne wysiłki skierowano na próby polepszania różnych parametrów cząstek superabsorbenta poprzez dodawanie do nich proszków nieorganicznych lub innych materiałów. Kilka przykładów takich usiłowań ujawniono w opisach patentowych Stanów Zjedn. Ameryki nr 3 932 322, nr 4 055 184, nr 4 286 082 oraz nr 4 500 670.

Jednakże w żadnym ze wspomnianych powyżej rozwiązań nie uwzględniono w odpowiedni sposób problemów związanych z szybkością transportu cieczy zarówno w płaszczyźnie x-y jak i w kierunku z.

Niniejszy wynalazek dotyczy poszukiwania sposobu rozwiązania powyższych problemów poprzez opracowanie lepszych elementów chłonnych zawierających superabsorbent tworzący hydrożel, cechujący się lepszymi szybkościami wchłaniania i rozprowadzania płynów.

169 462

Element chłonny zawierający superabsorbent tworzący hydrozel według wynalazku składający się z materiału nośnego i zawartych w nim licznych cząstek nierozpuszczalnego w wodzie, absorpcyjnego, tworzącego hydrożel, materiału polimerowego, które to cząstki materiału polimerowego są wytwarzane technikami polimeryzacji rozpuszczalnikowych, charakteryzuje się tym, ze cząstki materiału polimerowego mają takie wymiary, ze podczas ich badania według Testu Sitowego, co najmniej około 80% z nich, korzystnie co najmniej około 85% , bardziej korzystnie co najmniej 90%, a najbardziej korzystnie co najmniej około 95%, wagowo, przechodzi przez sito o numerze 50 według normy Stanów Zjednoczonych z oczkami o wielkości 297 mikrometrów, a jest zatrzymywane na sicie o numerze 140 według normy Stanów Zjednoczonych z oczkami o wielkości 105 mikrometrów.

Korzystnie stężenie cząstek, odpowiednio, przechodzących przez i zatrzymywanych na wspomnianych sitach, wynosi od około 25% do około 90%, korzystnie od około 35% do około 90%, bardziej korzystnie od około 50% do około 90%, a najbardziej korzystnie od około 70% do około 90%, wagowo, na co najmniej liczącej 25 centymetrów kwadratowych części wspomnianego, odpowiedniego elementu chłonnego, przy czym stężenie to jest mierzone według procentowej analizy wagowej.

Korzystnie materiał nośny co najmniej częściowo składa się z materiału włóknistego, a materiał polimerowy jest zmieszany z materiałem włóknistym.

Korzystnie, materiał nośny składa się z dwóch lub więcej arkuszy włókninowego materiału włóknistego, a cząstki są umieszczone pomiędzy arkuszami włóknin.

Korzystnie całkowity stosunek wagowy włókien do materiału polimerowego wynosi od około 95:5 do około 2:98, lub korzystnie od około 75:25 do około 2:98

Korzystnie materiał polimerowy jest wybrany z grupy obejmującej częściowo zobojętniony kwas poliakrylowy, hydrolizowane kopolimery szczepione skrobi z akrylonitrylem, częściowo zobojętnione kopolimery szczepione skrobi akrylonitrylem, kopolimery szczepione skrobi z kwasem akrylowym, częściowo zobojętnione kopolimery szczepione skrobi z kwasem akrylowym, zmydlone kopolimery octanu winylu z estrem kwasu akrylowego, hyrolizowane kopolimery akrylonitrylu z amidem kwasu akrylowego, oraz słabo usieciowane wyroby na bazie dowolnego z wymienionych powyżej kopolimerów.

Korzystnie co najmniej niektóre z cząstek polimeru są sieciowane powierzchniowo.

W innej odmianie wynalazku, element chłonny charakteryzuje się tym, ze cząstki materiału polimerowego mają takie wymiary, ze podczas ich badania według Testu Sitowego, co najmniej około 80% z nich, korzystnie co najmniej około 85%, bardziej korzystnie co najmniej 90%, a najbardziej korzystnie co najmniej około 95%, wagowo, przechodzi przez sito o numerze 50 według normy Stanów Zjednoczonych z oczkami o wielkości 297 mikrometrów, a jest zatrzymywane na sicie o numerze 140 według normy Stanów Zjednoczonych z oczkami o wielkości 105 mikrometrów, przy czym cząstki materiału polimerowego, które przechodzą i które są zatrzymywane na sitach są zmieszane z nieorganicznym proszkiem tworząc kompozyt proszkowy.

Korzystnie proszek nieorganiczny jest wybrany z grupy obejmującej krzemionkę,dwutlenek krzemu, dwutlenek tytanu, tlenek glinu lub glinki takie jak kaolinowa lub montmorylonitowa lub dowolne kombinacje wymienionych powyżej materiałów nieorganicznych, a korzystnie jest to amorficzna krzemionka.

Korzystnie stężenie cząstek, odpowiednio, przechodzących przez i zatrzymywanych na wspomnianych sitach, wynosi od około 25% do około 90%, korzystnie od około 35% do około 90%, bardziej korzystnie od około 50% do około 90%, a najbardziej korzystnie od około 70% do około 90%, wagowo, na co najmniej liczącej 25 centymetrów kwadratowych części wspomnianego, odpowiedniego elementu chłonnego, przy czym stężenie to jest mierzone według procentowej analizy wagowej.

Korzystnie materiał nośny co najmniej częściowo składa się z materiału włóknistego, a materiał polimerowy jest zmieszany z materiałem włóknistym.

Korzystnie materiał nośny składa się z dwóch lub więcej arkuszy włókninowego materiału włóknistego, a cząstki są umieszczone pomiędzy arkuszami włóknin.

Korzystnie całkowity stosunek wagowy włókien do materiału polimerowego wynosi od około 95:5 do około 2:98, lub korzystnie od około 75:25 do około 2:98.

169 462

Korzystnie materiał polimerowy jest wybrany z grupy obejmującej częściowo zobojętniony kwas poliakrylowy, hydrolizowane kopolimery szczepione skrobi z akrylonitrylem, częściowo zobojętnione kopolimery szczepione skrobi z akrylonitrylem, kopolimery szczepione skrobi z kwasem akrylowym częściowo zobojętnione kopolimery szczepione skrobi z kwasem akrylowym, zmydlone kopolimery octanu winylu z estrem kwasu akrylowego, hydrolizowane kopolimery akrylonitrylu z amidem kwasu akrylowego, oraz słabo usieciowane wyroby na bazie dowolnego z wymienionych powyżej kopolimerów.

Korzystnie co najmniej niektóre z cząstek polimeru są sieciowane powierzchniowo.

Niniejszy wynalazek eliminuje wiele ograniczeń w mechanizmie wchłaniania płynów przez elementy chłonne zawierające superabsorbenty tworzące hydrożele.

Nie istnieje co prawda odpowiednia teoria, ale wydaje się, ze niezdolność odpowienio szybkiego wchłaniania płynów przez duże cząstki superabsorbentu wynika z niskiego stosunku pola ich powierzchni do masy.

Stosunek pola powierzchni do masy, a tym samym szybkość wchłaniania płynów, można w istotny sposób zwiększać poprzez obniżenie przeciętnej wielkości cząstek w zawierającym superabsorbent materiale. Ponieważ w elementach chłonnych według niniejszego wynalazku zastosowano frakcje o wymiarach cząstek z wąskiego przedziału wartości, nie zawierające cząstek o dużych wymiarach, więc są one w stanie szybko wchłaniać i gromadzić płyny. Ponadto, w związku ze zmniejszeniem ilości bardzo drobnyh cząstek superabsorbentu, znacznie poprawiły się szybkości rozprowadzania płynów w porównaniu z materiałem o dowolnym składzie granulometrycznym.

Pomimo braku odpowiedniej teorii, uważa się, ze dodanie nieorganicznego proszku do cząstek superabsorbentu powoduje dalszy wzrost szybkości wchłaniania i rozprowadzania płynów w wyniku działania jednego lub kilku mechanizmów. Proszek nieorganiczny może zwiększyć efektywną odporność żelu cząstek superabsorbentu na ścinanie. Alternatywnie, lub dodatkowo, proszek morganiczny może działać jako środek powierzchniowo czynny, intensyfikujący rozprowadzanie płynów. Duża powierzchnia właściwa (pole powierzchni/masa jednostkowa) drobnego proszku nieorganicznego może rówież zapewniać większe siły wymuszające transport płynu wewnątrz elementu chłonnego. Istniej również możliwość występowania innych mechanizmów.

Niniejszy wynalazek umożliwia wytwarzanie wyrobów chłonnych o szybkich wchłanianiu, rozprowadzaniu i magazynowaniu płynów. W wyrobach chłonnych według mniejszego wynalazku w zasadzie zmniejszono lub wyeliminowano problemy napotykane w wielu wcześniejszych wyrobach chłonnych. W elementach chłonnych tych wyrobów znajdują się mniejsze ilości stosunkowo dużych cząstek superabsorbentu o stosunkowo powolnym wchłanianiu płynów, jak również mniejsze ilości stosunkowo drobnych cząstek, wykazujących skłonność do blokady żelowej i spowalniania przepływu płynów w płaszczyźnie x-y. Proszek nieorganiczny, który jest mieszany z cząstkami superabsorbentu, dodatkowo zwiększa szybkości wchłaniania i rozprowadzania płynów, zwłaszcza w przypadku kiedy w elementach chłonnych znajduje się superabsorbent w dużych stężeniach. _

Wyroby chłonne zawierające element chłonny według niniejszego wynalazku mają lepsze parametry z punktu widzenia zatrzymywania płynów (a tym samym wykazują mniejszą skłonność do przeciekania) ponieważ są w stanie szybko wchłonąć i rozprowadzić wnikające w nie płyny.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia powiększony przekrój poprzeczny fragmentu warstowego elementu chłonnego według niniejszego wynalazku, fig. 2 przedstawia rzut główny poziomy pieluchy jednorazowego użytku zawierającej element chłonny według niniejszego wynalazku, przy czym usunięto większość warstwy górnej w celu wyraźniejszego pokazania lezącego pod nią rdzenia chłonnego z elementem chonnym, fig. 3- przekrój podłużny rdzenia chłonnego z elementem chłonnym pieluchy jednorazowego użytku, poprowadzony na fig. 2 wzdłuż linii 3-3, fig. 4- przekrój poprzeczny rdzenia chłonnego pieluchy jednorazowego użytku, poprowadzony na fig. 2 wzdłuż linii 4-4, fig. 5 - rzut aksonometryczny elementu chłonnego zastosowanego jako rdzeń chłonny w pielusze jednorazowego użytku pokazanej na fig. 2, fig. 6 - rzut aksonometryczny alternatywnego przykładu wykonania dwuwarstwowego elementu chłonnego, fig. 7 - przekrój dwuwarstwowego elementu chłonnego

169 462 z fig. 6, poprowadzony na fig. 6 wzdłuz linii 7-7, fig. 8 - rzut główny poziomy kolejnego alternatywnego przykładu wykonania elementu chłonnego według mniejszego wynalazku, fig. 9- rzut aksonometryczny innego alternatywnego przykładu wykonania elementu chłonnego według niniejszego wynalazku, fig. 10- przekrojowy rzut aksonometryczny pieluchy jednorazowego użytku z rdzeniem chłonnym pokazanym na fig. 9, fig. 11 - rzut z góry części rdzenia chłonnego zawierającego element chłonny, na którym widać jeden z przykładowych kształtów wykonania strefy chłonnej, fig. 12 i 13 przedstawiają schematy urządzenia stosowanego do testu chłonności, fig. 14Ai B - w powiększeniu i schematycznie wchłanianie 11 rozprowadzanie płynów w rdzeniu chłonnym, fig 15 przedstawia graficznie charakterystyki wchłaniania i rozprowadzania płynów przez superabsorbenty o różnych składach granulometrycznych w wyrobach składających się, pod względem udziału wagowego, w 50% z superabsorbentu i 50% włókien celulozowych, fig. 16 przedstawia graficznie dane odnoszące się do przykładów 1-3 i przykładów porówna.wczych C¹-C3, przytoczonych w tabeli 4.

Przedmiotem wynalazkujest element chłonny do wyrobów chłonnych jednorazowego użytku.

Element chłonny według mniejszego wynalazku zawiera cząstki superabsorbentu albo kompozyt proszkowy Kompozyt proszkowy składa się z cząstek superabsorbentu tworzącego hydrozel, zmieszanych z niewielką ilością proszku nieorganicznego. Skład granulometryczny cząstek superabsorbentu, stosowanego w elementach chłonnych według niniejszego wynalazku, mieści się w określonym, stosunkowo wąskim, przedziale wartości.

Elementy chłonne według niniejszego wynalazku cechują się wyższymi szybkościami wchłaniania i rozprowadzania płynów w porównaniu z elementami chłonnymi zawierającymi superabsorbenty proszkowe z cząstkami o standardowych składach granulometrycznych. Elementy chłonne według niniejszego wynalazku cechują się również wyższymi szybkościami wchłaniania i rozprowadzania płynów od elementów chłonnych zawierających sam superabsorbent.

Kompozyt proszkowy zawarty w elemencie według wynalazku składa się z cząstek superabsorbentu tworzącego hydrożel, zmieszanych z niewielkimi ilościami proszku nieorganicznego

Zastosowane w niniejszym wynalazku superabsorbenty tworzące hydrożel są polimerami chłonnymi, w zasadzie nierozpuszczalnymi w wodzie, cechującymi się możliwością wchłaniania dużych ilości płynów, takich jak woda i wydzielmy fizjologiczne, w stosunku do swojej masy, i tworzącymi hydrożele podczas tego procesu. Materiały tego typu mają zazwyczaj również możliwość utrzymywania w sobie takich wchłoniętych płynów w warunkach umiarkowanych ciśnień. Superabsorbenty tworzące hydrożele mogą być również określane jako po prostu „superabsorbenty, „polimery, „hydrokoloidy lub „chłonne materiały żelujące. Asortyment superabsorpcyjnych polimerów tworzących hydrożele, które mogą być zastosowane w niniejszym wynalazku, jest bardzo szeroki.

Superabsorbenty tworzące hydrożele, zalecane do stosowania w niniejszym wynalazku, mają pojemność absorpcyjną (mierzoną podanymi w niniejszym dokumencie sposobami) wynoszącą co najmniej około 18-20 gramów, a korzystniej co najmniej około 25 gramów, syntetycznego moczu na gram superabsorbentu (w jego stanie suchym). Superabsorbenty tworzące hydrożele, stosowane w niniejszym wynalazku, mają pojemność absorpcyjną od około 30 do około 45 gramów syntetycznego moczu na gram superabsorbentu. Superabsorbenty tworzące hydrożele o pojemności absoprcyjnej z tego przedziału wartości szczególnie nadają się do elementów chłonnych i wyrobów chłonnych, ponieważ są w stanie zatrzymać duże ilości usuniętych wydzielin fizjologicznych, takich jak mocz, przy umiarkowanych ciśnieniach, imitujących naturalne warunki użytkowania.

Odpowiednimi do stosowania w niniejszym wynalazku typami proszków mogą być również substancje proszkowe określane jako „prekursory, znane z opisów patentowych US nr 07/502942, 07/503393, 07/503499, 07/503500, 07/503501, 07/503506.

Proszki superabsorpcyjne tworzące hydrożele mogą być korzystnie obrabiane powierzchniowo znanymi sposobami przedstawionymi w opisach patentowych US nr 4824901, 4666983, 4734478. Proszki superabsorpcyjne mogą być sieciowane powierzchniowo poprzez działanie substancją sieciującą powierzchniowo na cząstki i reagowanie substancji sieciującej powierzchniowo z materiałem polimerowym na powierzchni cząstek.

Superabsorbenty tworzące hydrożele mogą również zawierać nadający się do ekstrakcji polimer

169 462

W skład polimerów, zalecanych do stosowania jako proszki superabsorpcyjne tworzące hydrożele, wchodzi grupa karboksylowa. Do polimerów tych należą hydrolizowane kopolimery szczepione skrobi z akrylonitrylem, częściowo zobojętnione kopolimery szczepione skrobi z akrylonitrylem, kopolimery szczepione skrobi z kwasem akrylowym, częściowo zobojętnione kopolimery szczepione skrobi z kwasem akrylowym, zmydlone kopolimery octanu winylu z estrem kwasu akrylowego, hydrolizowane kopolimery akrylonitrylu lub amidu kwasu akrylowego, słabo usieciowane odmiany każdego z wymienionych powyżej kopolimerów, częściowo zobojętniony kwas poliakrylowy i słabo usieciowane odmiany częściowo zobojętnionego kwasu poliakrylowego. Wymienione polimery można stosować niezależnie od siebie albo w postaci mieszanek dwóch lub więcej monomerów, związków lub podobnych struktur.

Szczególnie zalecanymi polimerami do stosowania jako proszki superabsorpcyjne tworzące hydrożele są słabo usieciowane odmiany częściwo zobojętnionych kwasów poliakrylowych oraz ich pochodne z udziałem skrobi. Zaleca się zwłaszcza stosowanie substancji zawierających od około 50 do około 95%, korzystnie około 75%, zobojętnionego, częściowo usieciowanego kwasu poliakrylowego (np. kopolimeru akrylanu sodowego z kwasem akrylowym).

Poszczególne cząstki polimeru można wytwarzać w dowolny znany sposób. Do zalecanych sposobów wytwarzania cząstek polimerów należy polimeryzacja w roztworach wodnych lub w innych roztworach w przeciwieństwie do polimeryzacji w fazie odwróconej (znanej również pod nazwą „polimeryzacja z inwersją fazy lub polimeryzacja emulsyjna). Polimeryzacja w roztworze wodnym dotyczy stosowania dowolnej wodnej mieszaniny reakcyjnej do przeprowadzenia polimeryzacji umożliwiającej wytworzenie cząstek.

Superabsorbenty tworzące hydrożele stosowane w elementach chłonnych według niniejszego wynalazku mają postać proszków. W stosowanym w niniejszym dokumencie sensie, termin „proszek oznacza, ze superabsorbenty tworzące hydrożele mają postać pojedynczych zespołów określanych mianem „cząstek. Pod pojęciem cząstek należy rozumieć granulki, substancje proszkowe, kulki, agregaty lub aglomeraty. Jednakże, typowo, ujawnione w niniejszym dokumencie cząstki będą w większości strukturami różnymi od agregatów. Cząstki mogą mieć każdy pożądany kształt, taki jak. sześcienny; wielościenny; sferyczny, zaokrąglony; kątowy; nieregularny; lub nieregularny o przypadkowych rozmiarach (np. postać proszków wytwarzanych poprzez ścieranie lub proszkowan ie).

Krytycznym czynnikiem wpływającym na parametry elementów chłonnych jest skład granulometryczny cząstek superabsorbentu tworzącego hydrożele. Dotyczy to zwłaszcza elementów chłonnych o stosunkowo wysokim stężeniu proszkowych superabsorbentów tworzących hydrożele. Wpływ cząstek superabsorbentu tworzącego hydrożele na całkowitą chłonność i rozprowadzanie płynów przez element chłonny znacznie rośnie przy wyższych stężeniach; wynika to z tego, że jest w nim mniej włókien, których niekorzystne oddziaływanie na szybkości wchłaniania i rozprowadzania płynów oraz pojemność chłonną wymaga kompensacji przez superabsorbent.

Duże cząstki superabsorbentu tworzącego hydrożele pęcznieją bardzo powoli i znacznie zmniejszają potencjalną szybkość wchłaniania płynów (to jest, szybkość wnikania płynu do elementu chłonnego w kierunku z). Bardzo małe cząstki (lub „pył) mają skłonność do gwałtownego pęcznienia, ale łatwo wnikają do przestrzeni kapilarnych, zmniejszając przepuszczalność elementu i znacznie zmniejszając szybkość rozprowadzania w nim płynów, zwłaszcza w płaszczyźnie x-y. Ponadto, występujące w wysokim stężeniu drobne cząstki mogą często koagulować w masę żelową, działającą jako bariera ograniczająca rozprowadzanie płynów. Są to zjawiska towarzyszące obecności bardzo drobnych cząstek określane powyżej jako „blokada żelowa.

Znaczne zmniejszenie lub całkowitą eliminację wspomnianych powyżej ograniczeń we wchłanianiu i rozrowadzaniu płynów, związanych zarówno z cząstkami o dużych jak i małych wymiarach, można uzyskać poprzez stosowanie w elementach chłonnych z superabsorbentami tworzącymi hydrożele cząstek o określonym, stosunkowo wąskim, składzie granulometrycznym. Nie ma co prawda ścisłej teorii, ale uważa się, ze przeciętna wielkość cząstek w istotny sposób wpływa na potencjalną szybkość wchłaniania płynów przez element chłonny. Taki pogląd jest słuszny, ponieważ szybkość wchłaniania płynów zależy od całkowitego pola powierzchni superabsorbentu

169 462 tworzącego hydrożele, odniesionego do jego masy jdnostkowej. Przedział wielkości cząstek (lub „rozrzut wymiarów cząstek) wpływa zarówno na potencjalną szybkość wchłaniania jak i rozprowadzania płynów przez element chłonny. Idealnym rozwiązaniem jest bardzo wąski przedział wymiarów cząstek.

Niniejszy wynalazek odnosi się do stosowania cząstek o składzie granulometrycznym z przedziału wartości około 100-300 mikrometrów, przy czym najbardziej zalecaną przeciętną wielkością cząstek jest 125-250 mikrometrów. Rozrzut powinien być tak dobrany, żeby wymiary co najmniej około 95% cząstek różniły się od przeciętnej wielkości cząstek o 100 mikrometrów (ale o 50 mikrometrów w stosunku do przeciętnej wielkości cząstek w dolnym zakresie powyższych przedziałów). Najbardziej zalecanym rozwiązaniem jest stosowanie materiałów, w których co najmniej 95%, wagowo, cząstek superabsorbentu tworzącego hydrożel różni się od przeciętnej wielkości cząstek o 75 mikrometrów (i o 50 mikrometrów w dolnym zakresie podanych powyżej przedziałów).

Określony skład granulometryczny superabsorbentu tworzącego hydrożel, stosowanego w niniejszym wynalazku, można wyrazić za pomocą rzeczywistych wielkości cząstek. Proces określania rzeczywistych wymiarów cząstek może być stosunkowo skomplikowany ze względu na różne kształty i wymiary, jakie cząstki te mogą przybierać. W związku z tym, w celu uproszczenia, wymiary cząstek w elementach chłonnych według niniejszego wynalazku są wyrażane w inny sposób.

Dla celów niniejszego wynalazku, termin „wymiar cząstki jest definiowany jako wymiar cząstki, który jest wyznaczany za pomocą analizy sitowej według szczegółowo opisanego dalej Testu Sitowego. Próbka proszku jest przesiewana przez sito według zamieszczonego opisu, a uzyskane wyniki są rejestrowane. Należy zdawać sobie sprawę z tego, ze w przypadku cząstek o kształcie różnym od sferycznego, analiza sitowa umożliwia określanie tylko pewnych wymiarów określonych cząstek. Jednakże dla celów niniejszego wynalazku wyniki takiej analizy sitowej umożliwiają na wystarczające zdefiniowanie wymiarów cząstek. Wyniki analizy sitowej można wyrazić za pomocą dwóch równoważnych sposobów w kategoriach parametrów stosowanych sit.

Jednym sposobem wyrażania wiekości cząstek jest odniesienie go do wielkości oczek sit. Na przykład, według tej zasady, cząstka, która zostaje na sicie z oczkami o wielkości 149 mikrometrów jest traktowana dla celów niniejszego wynalazku jako cząstka o wielkości większej lub równej 149 mikrometrów. Cząstka, która przechodzi przez sito z oczkami o wielkości 297 mikrometrów, natomiast zostaje na sicie z oczkami o wielkości 149 mikrometrów, jest traktowana jako cząstka o wielkości od 149 do 297 mikrometrów. Cząstka, która przechodzi przez sito z oczkami o wielkości 149 mikrometrów jest traktowana jako cząstka o wielkości poniżej 149 mikrometrów.

Innym sposobem wyrażania wiekości cząstek w kategoriach wyników analizy sitowej jest stosowanie pojęć z zakresu oznaczeń sit. Na przykład, cząstka, która przechodzi przez sito Nr 50 według Normy USA, natomiast nie przechodzi przez sito Nr 100 według Normy USA, jest traktowana jako cząstka o wielkości 50/100. W zalecanych przykładach wykonania niniejszego wynalazku, do stosownych składów granulometrycznych cząstek, ale nie wyłącznie, należą cząstki zdefiniowane przez następujące numery sit: 35/170, 35/140, 35/120, 40/100, 40/120, 40/140, 40/170, 50/170,50/140,50/120,50/100, 45/120,45/140, 45/170,45/100, 60/100, 60/120, 50/70, 60/80170/100. Zaleca się zwłaszcza stosowanie materiałów z cząstkami o składach granulometrycznych zdefiniowanych następującymi numerami sit: 50/100, 50/120, 50/140, 50/170, 45/120, 45/140, 60/100, 60/120, 50/70 i 60/80.

Przedstawione powyżej sposoby opisu wyników można ławo zobrazować w inny sposób, odwołując się do tabel analizy sitowej i znajdując w nich odpowiednie wartości. Tego typu tabele analizy sitowej można znaleźć w tabeli 21-6 w publikacji Perry's Chemical Engineers' Handbook, Wydanie Szóste, (McGraw-Hill Book Company, 1984) na stronie 21-15, na którą niniejszym się powołujemy. A zatem istnieje możliwość zestawienia w takiej tabeli zalecanych wymiarów cząstek, wyrażonych powyżej w kategoriach wielkości oczek sit. (Należy jednak zdawać sobie sprawę z tego, ze mniejsze liczby w każdym z oznaczeń sit w lewej kolumnie tej tabeli odpowiadają większym wymiarowm cząstek w przedziałach wymienionych w prawej kolumnie tabeli).

169 462

Tabela 1

Przedziały wielkości cząstek wyrażone w kategoriach analizy sitowej

Wymiary cząstek wyrażone w kategoriach numerów sit według Normy USA	Wymiary cząstek wyrażone w kategoriach wielkości oczek sit (mikrometry)
35/170	88-500
35/140	105-500
35/120	125-500
40/170	88-420
40/140	105-420
40/120	125-420
40/100	149-420
45/170	88-354
45/140	105-354
45/120	125-354
45/100	149-354
50/170	88-297
50/140	105-297
50/120	125-297
50/100	149-297
50/70	210-297
60/120	125-250
60/100	149-250
60/80	177-250
70/100	149-210

Dobrze wiadomo, że w większości analiz sitowych pewne cząstki mogą przechodzić lub być zatrzymywane na sicie w danym teście, a w innym, takim samym, wyniki są inne. Wynika to z kształtu cząstek i różnej ich orientacji względem oczek sita, przyjmowanej w każdym teście. Z tego względu wyniki badań są na ogół wyrażane w kategoriach procentowego udziału wagowego cząstek, które zazwyczaj przechodzą przez sito o jednej wielkości i są zatrzymywane na sicie o drugiej wielkości. Korzystnie, w mniejszym wynalazku, udział wagowy cząstek o wymiarach większych niż oczka sita o numerze 50 lub mniejszych niż oczka sita o numerze 170, nie powinien być większy niż około 20%, korzystniej, nie większy niż około 10%, a najkorzystniej, nie większy niż 5%.

Opisane powyżej określone składy granulometryczne można uzyskać dowolnym nadającym się do tego spodobem. Materiały o określonych składach granulometrycznych można uzyskać, przynajmniej w stosunkowo niewielkich ilościach, poprzez przesiewanie za pomocą sita.

Następnie cząstki superabsorbentu o opisanych powyżej składach granulometrycznych można zmieszać z drobnym proszkiem nieorganicznym. Cząstki drobnego proszku nieorganicznego mogą, typowo, przywierać do powierzchni cząstek polimeru, tworząc cząstki absorbentu o złożonej strukturze, albo tez mogą być luźno powiązane z cząstkami polimeru w formie mieszaniny fizycznej.

Drobnym proszkiem nieorganicznym, albo po prostu „proszkiem nieorganicznym, może być dowolny proszek nieorganiczny. Do odpowiednich do tego celu proszków nieorganicznych należą, ale nie wyłącznie, krzemionka, dwutlenek krzemu, krzemionka amorficzna, tlenek glinowy, dwutlenek tytanu, glinki takie jak glinka kaolinowa i montmorylonitowa oraz wszelkie materiały powstałe w wyniku łączenia ze sobą wspomnianych powyżej substancji nieorganicznych. Korzystnie, w skład stosowanych tu proszków nieorganicznych wchodzi drobna amorficzna krzemionka, taka jak występuje w postaci wyrobu określanego nazwą AEROSIL200.

Korzystnie, wymiary cząstek proszku nieorganicznego wynoszą poniżej około 1 mikrometra, a korzystniej, poniżej około 0,1 mikrometra. Wymiary cząstek proszku nieorganicznego można mierzyć dowolnym, nadającym się do tego sposobem, i za pomocą dowolnych i niezawodnych urządzeń. (Należy jednak zdawać sobie sprawę z tego, ze wymiary cząstek proszku nieorganicznego nie są na ogół mierzone metodami opisanej tu analizy sitowej, ponieważ cząstki materiałów nieorganicznych są zbyt małe).

169 462

Korzystnie, proszek nieorganiczny jest mieszany z cząstkami superabsorbentu w proporcjach wagowych wynoszących od około 0,1% do około 5% w stosunku do cząstek superabsorbentu (to jest, od około 0,1 do około 5 części proszku nieorganicznego na sto części). Proszek nieorganiczny można mieszać z cząstkami superabsorbentu w zasadzie w stanie suchym, albo z dodatkiem wody,w proporcjach wagowych rzędu 10 części wody na 100 części superabsorbentu polimerowego.

Sposób mieszania proszku nieorganicznego z cząstkami superabsorbentu jest dowolny, na przykład ujawniony w opisach patentowych Stanów Zjedn. Ameryki nr 4 286082 i nr 4 500 670.

Mieszanina cząstek superabsorbentu z proszkiem nieorganicznym jest określana w mniejszym dokumencie jako „kompozyt proszkowy. W przypadku przywierania cząstek proszku nieorganicznego do powierzchni cząstek polimeru mogą powstawać agregaty lub aglomeraty. Termin „kompozyt proszkowy wprowadzono z intencją objęcia nim wszystkich możliwych materiałów powstających w wyniku mieszania cząstek polimeru z proszkiem nieorganicznym, włącznie z takimi agregatami. W przypadku agregatów, cząstki wchodzące w skład kompozytu proszkowego mogą być określane jako „cząstki absorbentu o strukturze złozonej.

Kompozyt proszkowy umożliwia wytwarzanie wyrobów chłonnych o pewnych korzystnych właściwościach w porównaniu z wyrobami chłonnymi zawierającymi superabsorbenty nie zmieszane z opisanymi powyżej proszkami nieorganicznymi. Korzystne właściwości stają się bardziej wyraźne po wprowadzeniu kompozytu proszkowego do elementów chłonnych.

Dzięki opisanym tutaj składom granulometrycznym elementy chłonne uzyskują większe szybkości wchłaniania i rozprowadzania płynów. Dodanie proszku nieorganicznego do cząstek o określonym w wąskim przedziale wartości składzie granulometrycznym zapewnia stopniowe zwiększenie szybkości wchłaniania i rozprowadzania płynów przez takie elementy chłonne. Wspomniane powyżej korzystne właciwości stają się wyraźne w przypadku porównania z elementami chłonnymi z samymi superabsorbentami (to jest bez dodatku proszku nieorganicznego) o dowolnych składach granulometrycznych. Właściwości te stają się również wyraźne w porównaniu z elementami chłonnymi z samymi superabsorbentami (z cząstkami o określonych powyżej składach granulometrycznych).

Zastosowanie proszków nieorganicznych umożliwiło również wprowadzenie do elementów chłonnych materiałów z cząstkami o wielkości z szerszego przedziału wartości, bez zasadniczej zmiany wyników w porównaniu z elementami chłonnymi zawierającymi cząstki superabsorbentów o składzie granulometrycznym z węższego przedziału wartości, nie zmieszane z proszkiem nieorganicznym.

Korzyści, wynikające ze stosowania kompozytowych elementów chłonnych, stwierdzono w elementach chłonnych o wielu różnych stężeniach superabsorbentu. Jednakże szczególnie wyraźne są one w elementach chłonnych zawierających cząstki superabsorbentu w wysokim stężeniu (np. w przypadku kiedy w niektórych częściach wyrobu chłonnego udział wagowy superabsorbentu jest większy lub równy około 25%). Ponadto stwierdzono zwiększone korzyści w przypadku elementów chłonnych zawierających superabsorbent w jeszcze wyższych stężeniach (np. w przypadku ich udziału wagowego wynoszącego 50%).

Opisany powyżej superabsorbent lub kompozyt proszkowy można zastosować łącznie z innymi materiałami do wytworzenia lepszych rdzeni chłonnych, takich jakie przedstawiono na fig. 1-11.

Rdzenie chłonne według niniejszego wynalazku zostaną opisane w niniejszym dokumencie w odniesieniu do ich zastosowania w wyrobach chłonnych, jednakże należy rozumieć, że potencjalne zastosowania elementów chłonnych nie powinny być ograniczane do opisanych tu określonych wyrobów chłonnych.

Rdzenie chłonne według niniejszego wynalazku są zdolne do wchłaniania i zatrzymywania w sobie płynów. Płynami tymi mogą być, ale nie wyłącznie, woda i pewne wydzieliny fizjologiczne. Korzystnie, elementy chłonne, stosowane w wyrobach chłonnych, są na ogół ściśliwe, dostosowujące się kształtem do podłoża i nie drażniące skóry.

Jako materiały do wytwarzania elementów chłonnych według mniejszego wynalazku można stosować wyroby o dowolnej strukturze pod warunkiem, że ich budowa umożliwia transport

169 462 płynów pomiędzy ich poszczególnymi elementami strukturalnymi. Termin „elementy strukturalne, w stosowanym tu znaczeniu, należy rozumieć jako poszczególne włókna, nitki przędzy, sploty, luźne cząstki i podobne elementy, wchodzące w skład takiej struktury.

Typowo, w skład elementów chłonnych według niniejszego wynalazku co najmniej w pewnym stopniu wchodzi pewien typ materiału nośnego. Termin „materiał nośny, w stosowanym tu znaczeniu, należy rozumieć jako strukturę lub matrycę, w której, lub na której, można osadzić lub rozproszyć superabsorbent albo kompozyt proszkowy, podczas jego wprowadzania w element chłonny.

Materiał nośny będzie zazwyczaj określał wymiary elementu chłonnego według niniejszego wynalazku. W związku z tym, w przypadku kiedy w niniejszym dokumencie jest opisywany pewien sposób rozprowadzenia superabsorbentu lub kompozytu proszkowego w elemencie chłonnym, to będzie on w zasadzie odnosił się do podobnego sposobu rozprowadzania go względem materiału nośnego.

Korzystnie, w skład elementów chłonnych według niniejszego wynalazku wchodzi materiał nośny, taki jak arkusz, taśma lub inna mieszanina materiału włóknistego z opisanym tutaj kompozytem proszkowym. Arkusze tego rodzaju zazwyczaj składają się ze splątanych włókien (innymi słowy jest to materiał włóknisty). Należy jednak rozumieć, ze z punktu widzenia celów niniejszego wynalazku element chłonny nie musi być koniecznie arkuszem lub podobnym elementem w postaci materiału jednowarstwowego. Zatem element chłonny może w praktyce być wykonany z laminatów, arkuszy lub kombinacji kilku warstw lub arkuszy opisanych poniżej typów materiałów. W związku z tym,w stosowanym tu znaczeniu, termin „materiał obejmuje pojęciowo termin „materiały oraz terminy „warstwy lub warstwowy

Do wyrobu elementów chłonnych według niniejszego wynalazku można stosować różne typy materiałów włóknistych. Dowolny typ materiału włóknistego, nadającego się do stosowania w konwencjonalnych wyrobach chłonnych, można również stosować do opisanych tu elementów chłonnych. Do wybranych przykładów takich materiałów włóknistych należą włókna celulozowe, włókna z celulozy modyfikowanej, włókna z celulozy regenerowanej, polipropylen oraz włókna poliestrowe, takie jak politereftalan etylenowy (DACRON), nylon hydrofilowy (HYDROFIL) i podobne. Do innych materiałów włóknistych należą octan celulozy, polifluorek winylu, polichlorek winylidenu, żywice akrylowe, polioctan winylu, poliamidy (taki jak nylon), włókna dwuskładnikowe, włókna trójskładnikowe, ich mieszaniny i podobne wyroby. Zaleca się jednak stosowanie hydrofilowych materiałów włóknistych.

W stosowanym tutaj znaczeniu termin „hydrofilowy oznacza włókna lub powierzchnie włókien ulegające zwilżeniu po osadzeniu na nich płynów. (To jest, włókno jego powierzhia są uważane za hydrofilowe jeżeli woda lub wodne, płynne wydzielmy fizjologiczne łatwo rozpływają się na lub po powierzchni włókna bez względu na to czy w danej chwili włókno wchłania płyn lub tworzy żel czy tez nie). W dziedzinie zwilżania materiałów definiuje się hydrofilność (i zwilżalność) w kategoriach kątów zwilżania i napięcia powierzchniowego cieczy i stykających się z nimi ciał stałych.

Do przykładów hydrofilowych materiałów włóknistych, oprócz już wspominianych, należą hydrofilizowane włókna hydrofobowe. Zalicza się do nich pochodne włókien termoplastycznych poddane obróbce za pomocą środków powierzchnowo czynnych lub krzemionki, na przykład poliolefiny, takie jak polietylen lub polipropylen, poliakrylany, poliamidy, polistyreny, poliuretany i podobne. Istotnie, hydrofilizowane włókna hydrofobowe, które same nie mają dobrych właściwości chłonnych i z których, z tego względu, nie można wytwarzać materiałów o odpowiedniej pojemności absorpcyjnej, umożliwiającej ich stosowanie w konwencjonalnych wyrobach chłonnych, można stosować w elementach chłonnych według niniejszego wynalazku, ze względu na ich dobre właściwości z punktu widzenia rozprowadzania płynów. Wynika to z tego, że odpowiednio dobre rozprowadzanie płynów przez włókna jest równie istotne, o ile nie istotniejsze, od pojemności absorpcyjnej samego materiału włóknistego. Jest to związane z dużą szybkością wchłaniania płynów i eliminacją właściwości powodujących blokadę żelową z superabsorpcyjnych materiałów tworzących hydrożele, stosowanych w elementach chłonnych według niniejszego wynalazku. Można również stosować hydrofobowe włókna syntetyczne, ale są one mniej zalecane.

169 462

Ze względu na dostępność i koszty zaleca się w zasadzie, stosowanie w opisanych tu elementach chłonnych jako hydrofilowy materiał włóknisty włókna celulozowe. Zaleca się zwłaszcza stosowanie włókien ze ścieru drzewnego, ułożonych w postać luźnej, napowietrzonej pilśni.

Innymi celulozowymi materiałami włóknistymi,które można z powodzeniem stosować w pewnych opisanych tu elementach chłonnych, są włókna celulozowe usztywniane chemicznie. Do zalecanych włókien celulozowych usztywnianych chemicznie należą usztywnione, skręcone, skędzierzawione włókna celulozowe, które można wytwarzać poprzez wewnętrzne sieciowanie włókien celulozowych za pomocą środków sieciujących.

Względną zawartość materiału włóknistego (lub innego odpowiedniego typu materiału) i superabsorbentu lub kompozyt proszkowego, stosowanych w elementach chłonnych, można wygodniej wyrazić w kategoriach procentowego udziału wagowego różnych składników elementu chłonnego.

W celu uproszczenia zagadnienia i ułatwienia pomiarów, stosowane tutaj procentowe udziały wagowe są wyrażane tylko w kategoriach masy cząstek polimeru, a me w kategoriach masy kompozytu proszkowego. Konwencję taką zastosowano również z tego względu, ze masa niewielkich ilości dodanego proszku nieorganicznego jest tak mała, iż masa cząstek polimeru jest zbliżona do masy cząstek w kompozycie proszkowym.

Korzystnie, udział wagowy cząstek polimeru (lub superabsorbentu) w elementach chłonnych wynosi od około 5% do około 98%, korzystnie od około 10% do około 98%. Stężenie cząstek polimeru można równie wyrazić w kategoriach stosunku masy włókien (lub innego materiału) do masy cząstek polimeru. Stosunek ten może wynosić do około 90:10 do około 2:98. W przypadku większości elemlentów chłonnych optymalny całkowity stosunek masy włókien do masy cząstek wynosi od około 90:10 do około 15:85.

Superabsorbent lub kompozyt proszkowy można w zasadzie równomiernie rozproszyć w całym obszarze elementu chłonnego.

W innych typach elementów chłonnych superabsorbent lub kompozyt proszkowy może być rozproszony w różnych proporcjach wagowych w różnych miejscach i na różnych głębokościach obszaru elementu chłonnego. Na przykład, mieszanina materiału włóknistego i superabsorbentu lub kompozytu proszkowego może być umieszczona tylko w pewnych częściach elementu chłonnego.

Superabsorbent lub kompozyt proszkowy może być alternatywnie rozmieszczony w taki sposób, ze stężenie cząstek w niektórych obszarach lub strefach jest wyższe niż w innych. Rdzenie chłonne mogą zawierać superabsorbenty rozprowadzone z dodatnim gradientem na co najmniej części grubości elementu chłonnego. Rozkład tego typu może być stosowany w elelmentach chłonnych według niniejszego wynalazku.

Bez względu na jednorodność rozkładu superabsorbentu lub kompozytu proszkowego w danym wyrobie, odpowiedni według niniejszego wynalazku procentowy udział wagowy polimeru wynosi od około 5 do około 98%, korzystnie od około 10 do około 98%, a najbardziej korzystnie, od około 25% do około 98%, w co najmniej w pewnej części elementu chłonnego. Procentowy udział wagowy polimeru może znajdować się w węższym przedziale wartości, leżącym wewnątrz wspomnianego powyżej zakresu. Do takich węższych przedziałów wartości mogą należeć, ale nie są ograniczone wyłącznie do nich, następujące: od około 5%, 10%, 15% lub 25% do około 70%, 75%, 80% lub 90%. Niektórymi wybranymi procentowymi udziałami wagowymi polimeru, korzystnymi z punktu widzenia niniejszego wynalazku, są następujące, ale nie wyłącznie, wartości z podanych powyżej przedziałów: 35%, 50% i 70%.

Z punktu widzenia celów niniejszego wynalazku, element chłonny będzie uważany za posiadający procentowy udział wagowy określony w załączonych zastrzeżeniach patentowych o ile dany procentowy udział wagowy można stwierdzić na co najmniej jednej części elementu chłonnego o powierzchni 25 centymetrów kwadratowych. Część o powierzchni 25 centymetrów kwadratowych jest wybierana według opisanego poniżej testu określania procentowego udziału wagowego superabsorbentu.

169 462

Analiza procentowego udziału wagowego

Pomiar procentowego udziału wagowego polega na wycięciu matrycowym reprezentatywnej części elementu chłonnego, stanowiącej próbkę. W stosowanym tutaj znaczeniu termin „reprezentatywna część odnosi się do części materiału nośnego, w której znajduje się superabsorbent i która jest charakterystyczną częścią elementu chłonnego, zawierającą superabsorbent polimerowy w najwyższym stężeniu.

Reprezentatywna część jest wycinana za pomocą matrycy przystosowanej do wycinania próbek o polu powierzchni 25 centymetrów kwadratowych. Kształt matrycy może być dowolny, wybrany w taki sposób, żeby żaden z wymiarów wycinanej powierzchni nie był większy od 8,5 cm.

Reprezentatywna część elementu chłonnego może znajdować się w różnych miejscach danego elementu chłonengo. Na przykład, jeżeli element chłonny znajduje się w rdzeniu (lub innym składniku chłonnym) pieluchy lub innego wyrobu chłonnego, reprezentatywna część będzie znajdowała się zazwyczaj w obszarze rdzenia, który można zdefiniować w granicach obszaru w kształcie prostokąta, ustawionego centrycznie względem podłużnej osi wyrobu chłonnego i mającego wymiary rzędu 2,5 cala X 10 cali (około 6,4 cm X około 25 cm).

Wspomniany obszar w kształcie prostokąta jest usytuowany w ten sposób, ze jego dłuższe boki biegną w tym samym kierunku co oś podłużna wyrobu chłonnego. Jeden z krótszych boków prostokątnego obszaru (określany tutaj jako „górna krawędź) będzie sąsiadował z przednią krawędzią rdzenia. „Przednia krawędź rdzenia jest poprzeczną krawędzią rdzenia, znajdującą się z przodu użytkownika po założeniu wyrobu chłonnego. Wspomniana górna krawędź prostokątnego obszaru powinna znajdować się w odległości około 1 cala (około 2,54 cm) od przedniej krawędzi rdzenia. Jednakże należy rozumieć, ze reprezentatywna część pieluchy lub innego wyrobu chłonnego nie musi leżeć we wspomnianym prostokątnym obszarze.

W celu uzyskania próbki należy przeciąć całkowicie tę część elementu chłonnego, z której ma być pobrana próbka o polu powierzchni 25 centymetrów kwadratowych. Jednakże w przypadku kiedy element chłonny składa się z więcej niż jednej oddzielnej warstwy lub strefy (tak jak ma to miejsce, i tylko dla przykładu, w przykładzie wykonania elementu chłonnego według niniejszego wynalazku, pokazanym na fig. 7, gdzie warstwa przepuszczalna znajduje się nad warstwą chłonną), należy pobrać oddzielne próbki w tych warstwach lub strefach.

Jeżeli w próbce pobranej z każdej takiej warstwy lub strefy znajduje się superabsorbent polimerowy, którego procentowy udział wagowy ma wyspecyfikowaną wartość, to należy uważać, ze element chłonny ma część, w której procentowy udział wagowy znajduje się w wyspecyfikowanym przedziale wartości. Takie założenie jest słuszne bez względu na to czy w innych warstwach lub strefach procentowy udział wagowy ma wyspecyfikowaną wartość. Warunkiem uzyskania rzeczywiście reprezentatywnych próbek elementu chłonnego jest rozsądne stosowanie przedstawionego powyżej sposobu, bez prób świadomego wykluczania takich części danego elementu chłonnego, które w przeciwnym przypadku mogłyby spełnić wymogi określone w załączonych zastrzeżeniach patento wych.

Gęstość opisanych tu elementów chłonnych może być również ważna z kilku innych względów. Może ona mieć znaczenie dla wyznaczania właściwości absorpcyjnych wyrobów, w których takie elementy chłonne mogą być używane. Gęstość opisanych tu elementów chłonnych będzie w zasadzie w przedziale wartości od około 0,06 g/cm³ do około 0,5 g/cm³, a korzystniej w przedziale od około 0,08 g/cm do około 0,35 g/cm . Gęstości takich elementów są obliczane na podstawie ich gramatury i grubości. Grubość jest mierzona pod „lekkim obciążeniem wynoszącym 10 gramów/cm². Gramatura jest określana poprzez wycięcie matrycowe próbki o pewnych wymiarach i jej zważenie na standardowej wadze. Masa i powierzchnia próbki określają jej gramaturę. Gęstość i gramatura są zależne od masy kompozytu proszkowego.

W elementach chłonnych według niniejszego wynalazku mogą znajdować się oprócz materiałów włóknistych (lub innych odpowiednich materiałów) i kompozytów proszkowych różne inne materiały korzystne. Takimi materiałami mogą być, na przykład, dodatki intensyfikujące rozprowadzanie płynów, środki do zwalaczania drobnoustrojów, środki regulujące pH, środki przeciwwodorowe, substancje zapachowe, etc. Jeżeli środki tego typu są obecne, to ich procentowy udział wagowy nie powinien wynosić więcej niż około 30% masy elementów chłonnych.

169 462

Opisane tutaj zalecane włókniste elementy chłonne mogą być wykonane dowolnym sposobem lub techniką, umożliwiającymi wytworzenie materiałów złożonych z włókien i superabsorbentu lub komozytu proszkowego. Korzystne, elementy chłonne tego typu są formowane poprzez napowietrzanie w zasadzie suchej mieszaniny włókien i superabsorbentu lub kompozytu proszkowego i w razie potrzeby lub konieczności, prasowanie powstałego materiału. Technikę tego typu (przeznaczoną do cząstek superabsorbentu bez dodatku proszku nieorganicznego) przedstawiono szczegółowo w opisie patentowym Stanów Zjedn. Ameryki nr 4 6 — 678, na który już powoływano się w niniejszym dokumencie. Jak wskazano w tym opisie wytworzone tą techniką materiały napowietrzane zawierają, korzystnie, w zasadzie nie związane włókna. Materiały tego typu zawierają wilgoć w ilości, korzystnie, 10% lub mniejszej.

W jednym z alternatywnych przykładów wykonania wyrobu według niniejszego wynalazku, element chłonny może być wykonany z laminatu (warstwowy element chłonny) składającego się z co najmniej jednej warstwy, a korzystnie dwóch lub więcej warstw, rozproszonego superabsorbentu lub kompozytu proszkowego. Korzystnie, w laminacie tego typu znajdują się warstwy lub arkusze materiałów włóknistych.

W stosowanym tu znaczeniu, termin „arkusz materiału włóknistego oznacza arkusz cienkiego, w zasadzie przylegającego materiału, mającego dwie, w zasadzie równoległe powierzchnie. Teoretycznie, arkusz materiału włóknistego nie musi być płaski ani gładki, ale jest lub może być rozkadany w formie w zasadzie płaskiej struktury dwuwymiarowej o nieskończonej długości i nieskończonej szerokości, rozciągającej się w dwóch wymiarach. Do przykładów arkuszy materiałów włóknistych stosowanych w warstwowych elementach chłonnych według niniejszego wynalazku należy wiele materiałów papierniczych i włóknin. Jako arkusze materiałów włóknistych stosowanych w niniejszym wynalazku są używane, korzystnie, arkusze materiałów chłonnych, korzystniej, arkusze papierów chłonnych, a najkorzystniej bibułki chłonne. Poszczególne arkusze materiałów włóknistych mogą być wszystkie z tego samego materiału włóknistego lub z różnych materiałów włóknistych.

Korzystnie, jeżeli w skład elementu chłonnego według niniejszego wynalazku wchodzi laminat, to superabsorbent lub kompozyt proszkowy jest rozłożony co najmniej na części takiego elementu chłonnego w taki sposób, że stężenie wagowe samego polimeru lub w kompozycie proszkowym w odniesieniu do masy elementu chłonnego wynosi co najmniej około 35%, a korzystniej co najmniej około 40% w odniesieniu do masy elementu chłonnego.

Na fig. 1 przedstawiono przykładowe rozwiązanie laminatu warstwowego elementu chłonnego 70 według wynalazku. Warstwowy element chłonny 70 według niniejszego wynalazku ma powierzchnię górną 71 i powierzchnię dolną 72. Pokazany na fig. 1, zalecany warstwowy element chłonny 70, składa się z czterech arkuszy materiału włóknistego: arkusza najwyższego 81, najniższego 84, oraz arkuszy środkowych 82 i83. Pomiędzy sąsiednimi arkuszami warstwowego elementu chłonnego 70 są powierzchnie przejściowe 86,87 i 88 z cząstkami superabsorbentu lub kompozytu proszkowego 75, tworzącymi nieciągłą warstwę na każdej z powierzchni przejściowych 86, 87 i 88. Jak widać na fig. 1, w górnej powierzchni 71 warstwowego elementu chłonnego 70 są uformowane, korzystnie, stożkowe występy 90, którym odpowiadają stożkowe zagłębienia 91 w dolnej powierzchni 72.

Korzystnie, arkusze materiałów włóknistych są połączone ze sobą w’ warstwowe elementy chłonne 70 według niniejszego wynalazku w sposób umożliwiający ich rozdzielanie (to jest połączenia dają się stosunkowo łatwo rozrywać). Połączenie może w zasadzie być wykonane całkowicie na zasadzie splątania włókien ze stykających się powierzchni sąsiadujących ze sobą arkuszy na powierzchniach przejściowych, na których znajdują się cząstki 75.

Cząstki 75 superabsorbentu lub kompozytu proszkowego mogą być utrzymywane na miejscu różnymi sposobami. Na przykład, cząstki 75 mogą być unieruchomione na powierzchniach przejściowych 86,87 ’ 88 poprzez ich uwięzienie we włóknach. Alternatywnym sposobem unieruchomienia cząstek 75 jest ich związanie na kilka różnych sposobów z jednym lub kilku arkuszami. Korzystnie, bez względu na sposób utrzymywania cząstek 75 na miejscu, powinny one mieć możliwość swobodnego pęcznienia. Umożliwia to maksymalne wykorzystanie pojemności superabsorbentu.

169 462

Innym alternatywnym rozwiązaniem warstwowych elementów chłonnych według niniejszego wynalazku jest stosowanie „torebek z superabsorbentem lub kompozytem proszkowym. Torebka może być opisanym powyżej warstwowym elementem chłonnym, w którym liczba arkuszy włóknistych wynosi dwa. Arkusze włókniste są łączone ze sobą na obrzeżach, wskutek czego powstaje pomiędzy nimi duża kieszeń. Superabsorbent lub kompozyt proszkowy 75 są umieszczane pomiędzy arkuszami włóknistymi w kieszeni. Jak z tego wynika, torebka przypomina torebkę jednoporcjową do herbaty, w której cząstki superabsorbentu mają możliwość swobodnego pącznienia i wchłaniania. Korzystnie, arkusze włókniste tworzące torebkę mogą być wykonane z dowolnej, znanej w technice, włókniny. Arkusze z włókniny mogą być termozgrzewane na krawędziach, ale można również stosować dowolne inne, znane w technice, sposoby ich łączenia ze sobą, takie jak klejenie lub zgrzewanie ultradźwiękowe.

Elementy chłonne według mniejszego wynalazku, takie jak element chłonny 70, są szczególnie przydatne do stosowania zarówno jako elementy rdzeni chłonnych jak i rdzenie chłonne w wyrobach chłonnych, zwłaszcza w wyrobach chłonnych jednorazowego użytku.

W stosowanym tu znaczeniu, termin „wyrób chłonny odnosi się do wyrobów wchłaniających i zatrzymujących w sobie wydzieliny fizjologiczne i inne płyny. W szczególności, w stosowanym tu znaczeniu, termin „wyrób chłonny odnosi się ogólnie do wyrobów, umieszczanych na lub w pobliżu ciała użytkownika, z przeznaczeniem do wchłaniania i zatrzymywania różnych wydzielin fizjologicznych. W stosowanym tu znaczeniu, termin „wyroby chłonne jednorazowego użytku odnosi się do wyrobów chłonnych przeznaczonych do wyrzucenia po jednorazowym wykorzystaniu (to jest, pierwotny wyrób chłonny w całości nie jest przeznaczony do prania lub innej obróbki uzdatniającej lub regenerującej, umożliwiającej jego ponowne stosowanie w postaci wyrobu chłonnego, chociaż niektóre materiały lub cały wyrób chłonny może być poddawany zabiegom mającym na celu jego zawrócenie do obiegu, ponowne wykorzystanie lub kompostowanie).

Zalecany przykład wykonania wyrobu chłonnego, pieluchę 20, przedstawiono na fig. 2. W stosowanym tu znaczeniu, termin „pielucha odnosi się do wyrobu zakładnego na ogół dzieciom i osobom, nie będącym w stanie zapanować nad wydalaniem wydzielin fizjologicznych, na dolną część tułowia. Należy jednak rozumieć, ze mniejszy wynalazek można również stosować w innych wyrobach chłonnych, takich jak majtki i podpaski dla osób nie panujących nad wydalaniem wydzielin fizjologicznych, majtki treningowe, wkładki pieluchowe, podpaski higieniczne, chusteczki higieniczne, ręczniki papierowe i podobne.

Na fig 2 pokazano rzut główny poziomy pieluchy 20 według mniejszego wynalazku, rozłożonej płasko i w stanie nie ściągniętym (to jest po usunięciu z niej wszystkich elastycznych ściągaczy). W celu wyraźniejszego pokazania budowy pieluchy 20, niektóre jej części usunięto. Stykająca się z ciałem powierzchnia 20a pieluchy 20 (ta część pieluchy, która styka się z ciałem użytkownika) jest zwrócona na fig. 2 w kierunku osoby patrzącej na rysunek. W pokazanej na fig. 2 pielusze 20 można wyróżnić obszar przedniego paska taliowego 22, obszar tylnego paska taliowego 24, obszar krocza 26 i obrzeże 28. Obrzeże 28 wyznaczają zewnętrzne krawędzie pieluchy 20. Podłużne krawędzie pieluchy 20 oznaczono liczbą 30, a krawędzie końcowe liczbą 32. Ponadto w pielusze 20 można wyróżnić oś poprzeczną, oznaczoną liczbą 34, i oś podłużną, oznaczoną liczbą 36.

Korzystnie, pielucha 20 składa się z przepuszczalnej dla płynów warstwy górnej 38; nieprzepuszczalnej dla płynów podkładki 40, połączonej z warstwą górną 38; rdzenia chłonnego 42 (którego co najmniej część może stanowić jeden lub kilka elementów chłonnych 70), umieszczonego pomiędzy warstwą górną 38 a podkładką 40; członów elastycznych 44; oraz łączników paskowych 46. Warstwa górna 38, podkładka 40, rdzeń chłonny 42 oraz człony elastyczne 44 mogą być połączone ze sobą w zespół na różne, dobrze znane sposoby.

Na fig. 2 przedstawiono zalecany przykład wykonania pieluchy 20, w której warstwa górna 381 podkładka 40 pokrywają się ze sobą pod względem kształtu, a ich długość i szerokość są w zasadzie większe od odpowiednich wymiarów rdzenia chłonnego 42. Warstwa górna 38 jest połączona z podkładką 40 i leży na niej, w wyniku czego powstaje obrzeże 28 pieluchy 20.

Obszary przedniego i tylnego paska taliowego, odpowiednio 22 i 24, pieluchy 20, biegną od krawędzi końcowych 32 obrzeza 28 ku osi poprzecznej 34 pieluchy 20. Korzystnie, obszary przedniego 22 i tylnego 24 paska taliowego ciągną się na odległość rzędu 5% długości pieluchy 20.

169 462

W obszarach pasków znajdują się górne części pieluchy 20, które po jej założeniu otaczają talię użytkownika. Obszar krocza 26 jest tą częścią pieluchy 20, która znajduje się pomiędzy obszarami pasków taliowych 22 i 24. W obszarze krocza 26 znajduje się ta część pieluchy 20, która po jej założeniu zajmuje położenie pomiędzy nogami użytkownika i pokrywa dolną część jego tułowia. Zatem obszar krocza 26 stanowi to pole pieluchy 20 lub innego wyrobu chłonnego jednorazowego użytku, w obszarze którego zazwyczaj wydzielane są płyny.

Warstwa górna 38 jest wygodna, miękka w odczuciu i nie drażniąca skóry użytkownika. Ponadto warstwa górna 38 jest przepuszczalna dla płynów i umożliwia im łatwe przechodzenie przez siebie Warstwa górna 38 o odpowiednich właściwościach może być wytwarzana z szerokiego asortymentu materiałów, takich jak porowate pianki, pianki sitkowe, perforowane folie z tworzyw sztucznych, włókna naturalne (np., włókna drzewne lub bawełna), włókna syntetyczne (np., włókna poliestrowe lub polipropylenowe) lub materiały kombinowane wykonane z włókien naturalnych i syntetycznych. Korzystnie, warstwa górna 38 jest wykonana z materiału hydrofobowego w celu odizolowania skóry użytkownika od płynów zawartych w rdzeniu chłonnym 42.

Szczególnie zalecana warstwa górna 38 zawiera cięte podłużnie włókna polipropylenowe o numerze denier około 1,5, takie jak polipropylen Hercules typ 151. W stosowanym tu znaczeniu, termin „cięte podłużnie włókna odnosi się do włókien, których długość wynosi co najmniej około 15,9 mm (0,62 cala).

Istnieje wiele technologu wytwarzania, możliwych do wykorzystania do produkcji warstwy górnej 38. Na przykład, warstwa górna 38 może być wytwarzana jako tkanina, włóknina, metodę sklejania włókien, zgrzeblenia lub podobnymi. Zalecana warstwa górna jest wytwarzana techniką zgrzeblenia i wiązania termicznego włókien za pomocą urządzeń dobrze znanym profesjonalistom z dziedziny produkcji włókien. Korzystnie, gramatura warstwy górnej 38 wynosi od około 18 do około 25 gramów na metr kwadratowy, minimalna wytrzymałość na rozciąganie w stanie suchym co najmme około 400 gramów na centymetr w kierunku maszynowym, a wytrzymałość na rozciąganie w stanie mokrym co najmniej około 55 gramów na centymetr w kierunku poprzecznym do maszynowego.

Podkładka 40 jest nieprzepuszczalna dla płynów i jest wytwarzana, korzystnie, z cienkich folii z tworzyw sztucznych, ale dopuszcza się również stosowanie innych giętkich materiałów nieprzepuszczalnych dla płynów. W stosowanym tu znaczeniu, termin „giętki odnosi się do materiałów podatnych i łatwo dostosowujących się do kształtów i konturów ciała użytkownika. Podkładka 40 zapobiega moczeniu innych wyrobów stykających się z pieluchą 20, takich jak prześcieradła i bielizna, przez wydzielmy wchłonięte i zmagazynowane w rdzeniu chłonnym 42. Korzystnie, podkładka 40 jest wykonana z folii polietylenowej o grubości od około 0,012 mm (0,5 mila) do około 0,051 centymetra (2,0milów).

Odpowiednia do tego celu folia polietylenowa jest wytwarzana przez firmę Monsanto Chemical Corporation i sprzedawana jako Film No. 8020. Korzystnie, podkładka 40 jest wytłaczana wzorzyście i/lub matowana w celu upodobnienia jej do części odzieży. Ponadto podkładka 40 może umożliwiać ucieczkę par z rdzenia chłonnego 42 ale jednocześnie zapobiegać przechodzeniu przez siebie wydzielin fizjologicznych.

Wymiary podkładki 40 wynikają z wymiarów rdzenia chłonnego 42 i dokładnie wybranego wzoru pieluchy. W zalecanym przykładzie wykonania podkładka 40 ma kształt zmodyfikownej klepsydry rozciągającej się poza kontury rdzenia chłonnego 42 na minimalną odległość od co najmniej 1,3 centymetra do koło 2,5 centymetra (około 0,5 do około 1 cala) wokół całego obrzeza 28 pieluchy.

Warstwa górna 38 jest połączona z podkładką 40 w dowolny, odpowiedni do tego sposób. W stosowanym tu znaczeniu,termin „połączona obejmuje takie stuacje, w których warstwa górna 38 jest bezpośrednio połączona z podkładką 40 poprzez jej bezpośrednie przymocowanie do podkładki 40, oraz takie sytuacje, w których warstwa górna 38 jest połączona z podkładką 40 w sposób pośredni poprzez przymocowanie jej do elementów pośrednich, przymocowanych z kolei do podkładki 40. W zalecanym przykładzie wykonania, warstwa górna 38 i podkładka 40 są przymocowane do siebie w sposób bezpośredni w obszarze obrzeża 28 pieluchy za pomocą odpwiednich elementów łączących, takich jak klej lub dowolne inne elementy łączące, znane w technice.

169 462

Do przykładów takich elementów łączących może być zaliczone stosowanie ciągłej równomiernej warstwy kleju, warstwy kleju naniesionej według pewnego wzoru lub w postaci siatki oddzielnych linii albo kropek kleju.

Łączniki paskowe 46 są zazwyczaj sytuowane w obszarze tylnego paska takowego 24 pieluchy 20 z zadaniem pełnienia roli elementów mocujących, przytrzymujących pieluchę 20 na użytkowniku. Na fig. 2 pokazano tylko jeden z takich łączników paskowych. Można stosować dowolne, znane w tej dziedzinie techniki, łączniki paskowe 46, na przykład takie jak ujawnione w opisie patentowym Stanów Zjedn. Ameryki nr 3 848 594, udzielonym 19 listopada 1974 Kennethowi B. Buellowi. Łączniki paskowe 46 tego typu, lub inne elementy mocujące pieluchę, są zazwyczaj lokowane w pobliżu naroży pieluchy 20.

Elastyczne człony 44 znajdują się w pobliżu obrzeza 28 pieluchy 20 korzystnie, wzdłuż każdej krawędzi podłużnej 30, i działają w taki sposób, ze ściągają i przytrzymują pieluchę 20 wokół nóg użytkownika. Alternatywnym rozwiązaniem jest umieszczenie członów elastycznych 44 w pobliżu jednej lub obu krawędzi końcowych 32 pieluchy, gdzie tworzą paski taliowe jak i (lub raczej zamiast) mankiety na nogi.

Człony elastyczne 44 są mocowane do pieluchy 20 w stanie elastycznego skurczu, wskutek czego w normalnej konfiguracji, bez obciążenia, skutecznie ściągają lub kurczą pieluchę 20. Istnieje możliwość mocowania członów elastycznych 44 w stanie elastycznego skurczu na co najmniej dwa sposoby. Na przykład, człony elastyczne 44 mogą być rozciągnięte i przymocowane do pieluchy 20 w chwili kiedy pielucha nie jest skurczona. Alternatywnym rozwiązaniem jest skurczenie pieluchy 20, na przykład poprzez jej sfałdowanie, i przymocowanie do niej w takiej sytuacji elastycznych członów 44, znajdujących się w stanie swobodnym lub nie rozciągniętym.

W rozwiązaniu pokazanym na fig. 2, człony elastyczne 44 biegną w zasadzie wzdłuż całej długości obszaru krocza 26 pieluchy 20. Alternatywnie, człony te mogą biec wzdłuż całej długości pieluchy 20, lub wzdłuż dowolnej innej długości, stanowiącej elastycznie ściąganą linię. Długość członów elastycznych 44 wynika ze wzoru pieluchy.

Kształt i wymiary członów elastycznych 44 mogą być zupełnie dowolne. Na przykład, szerokość członów elastycznych może wynosić od około 0,25 milimetra (0,01 cala) do około 25 milimetrów (1,0 cal) lub więcej. Człony elastyczne 44 mogą składać się z pojedynczego paska materiału elastycznego lub z kilku równoległych lub nierównolrgłych pasków materiału elastycznego. Człony elastyczne 44 mogą być prostokątne lub krzywoliniowe. Ponadto człony elastyczne mogą być mocowane do pieluchy w dowolny, znany w technice, sposób. Na przykład, człony elastyczne 44 mogą być mocowane do pieluchy 20 techniką zgrzewania ultradźwiękowego zgrzewania termicznego lub ciśnieniowego według różnych wzorów rozmieszczenia połączeń, lub po prostu mogą być przyklejane do pieluchy 20.

Rdzeń chłonny 42 pieluchy 20 znajduje się pomiędzy warstwą górną 38 a podkładką 40. Rdzeń chłonny 42 może mieć dowolne wymiary i kształty (np. może być prostokątny, przypominający klepsydrę, asymetryczny, etc.) i może być wykonany z wielu różnych materiałów. Jednakże całkowita pojemność absorpcyjna rdzenia chłonnego 42 musi odpowiadać obliczeniowemu obciążeniu płynem, określonemu w zależności od przeznaczenia wyrobu chłonnego lub pieluchy. Ponadto wymiary i pojemność absorpcyjna rdzenia chłonnego 42 mogą być różne w zależności od tego, czy są przeznaczone dla dzieci czy też użytkowników dorosłych. Korzystnie, co najmniej pewną część rdzenia chłonnego 42 stanowi element chłonny według niniejszego wynalazku, taki jak element chłonny 70, w którego skład wchodzi opisana tu mieszanka materiału włóknistego i superabsorbentu lub kompozytu proszkowego.

W zalecanym przykładzie wykonania, w pielusze 20 znajduje się rdzeń chłonny 42 w kształcie zmodyfikowanej klepsydry. Korzystnie, rdzeń chłonny 42 stanowi element chłonny 70, składający się z arkusza lub wkładki ze spilśnionych włókien ze ścieru drzewnego, oraz rozmieszczonego w nim superabsorbentu lub kompozytu proszkowego (fig. 3, 4).

W innych rozwiązaniach alternatywnych rdzeń chłonny 42 może zawierać wyłącznie opisany tu superabsorbent lub kompozyt proszkowy; kombinację warstw z superabsorbentem lub kompozytem proszkowym (z opisanymi tu laminatami); lub dowolne inne konfiguracje elementu chłonnego, znane w tej dziedzinie, z wprowadzonym do niego, opisanym tu superabsorbentem lub kompozytem proszkowym.

169 462

Szczególnie zalecany przykład wykonania rdzenia chłonnego 42, nadającego się do wykorzystania w niniejszym wynalazku, pokazano na fig. 5. Rdzeń chłonny 42 posiada strefę magazynowania 58 i strefę wnikania 56 Strefa wnikania 56 ma niższą gęstość przeciętną i niższą gramaturę na jednostkę powierzchni niż strefa magazynowania 58, dzięki czemu strefa wnikania 56 może skutecznie i sprawnie, szybko przejmować wydzielane płyny.

Pokazany na fig. 5 rdzeń chłonny 42 wykonany, korzystnie, poprzez dodanie superabsorbentu lub kompozytu proszkowego do napowietrzonego strumienia włókien, dzięki czemu uzyskano ich równomierny rozkład. Napowietrzony strumień włókien jest natryskiwany na odpowiednio wyprofilowaną grubościowo kształtkę wstępną rdzenia chłonnego. Początkowo, w wyprofilowanym grubościowo rdzeniu chłonnym znajdują się obszary o wyższej gramaturze, wyznaczające strefę magazynowania 58, i obszary o niższej gramaturze, wyznaczające strefę wnikania 56. Korzystnie, kształtka wstępna rdzenia chłonnego 42 jest kalandrowana za pomocą walców kalandrujących o stałej szczelinie w celu zagęszczenia rdzenia chłonnego 42 w taki sposób, żeby uzyskał co najmniej równomierną grubość w obszarze wnikania. Dzięki takiemu rozwiązaniu powstaje strefa wnikania 56 o niższej przeciętnej gęstości i niższej przeciętnej gramaturze na jednostkę pola powierzchni w stosunku do odpowiednich wartości dla strefy magazynowania 58.

Na fig. 6 i 7 pokazano kolejne alternatywne zalecane przykłady wykonania rdzenia chłonnego 642 według niniejszego wynalazku. W przykładzie wykonania pokazanym na fig. 6 i 7, warstwa wnikania 674 znajduje się nad elementem chłonnym 670, wskutek czego powstaje dwuwarstwowy rdzeń chłonny 642. Element chłonny 670 ma postać opisanego powyżej i pokazanego na fig. 2-5 rdzenia chłonnego 42 (chociaż w innym układzie).

Na fig. 8 przedstawiono kolejny, alternatywny przykład wykonania rdzenia chłonnego 842 z elementem chłonnym 870 według niniejszego wynalazku. Rdzeń chłonny 842 ma kształt zmodyfikowanej klepsydry, asymetrycznej względem swojej osi poprzecznej. Rdzeń chłonny 842 można podzielić na obszary odpowiadające z grubsza obszarom w rdzeniu chłonnym 42, pokazanym na fig. 2-5. Jednakże w pokazanym na fig. 8 przykładzie wykonania gęstości i gramatury w obszarach skrzydełek 860 i 862 oraz w sekcji tylnej 848 są inne od odpowiednich parametrów strefy magazynowania 858, znajdującej się w obszarze centralnym 864.

W przedstawionym przykładzie wykonania koszt takiego rdzenia chłonnego 842 jest niższy, ponieważ zmniejszono ilość dodatkowego materiału znajdującego się w obszarach skrzydełek i sekcji tylnej, gdzie i tak nie dawał żadnych specjalnych korzyści z punktu widzenia ochrony przed przeciekami. (Należy rozumieć, że całe lub części sekcji tylnej 848 i obszarów skrzydełek 860 i 862 można alternatywnie kalandrować do mniejszej grubości niż obszar centralny 864, dobranej w taki sposób, żeby ich przeciętna gęstość była w przybliżeniu równa lub większa od gęstości strefy magazynowania 858). Ponadto w sekcji tylnej 848 nie musi być skrzydłem, chociaż, jak to pokazano na fig. 8, są one korzystne.

Na fig. 9 przedstawiono kolejny alternatywny zalecany przykład wykonania według niniejszego wynalazku, w którym w rdzeniu chłonnym 942 znajduje się element chłonny 970 składający się z materiału włóknistego o strukturze warstwowej oraz mieszaniny materiału włóknistego i superabsorsbentu lub cząstek kompozytu proszkowego 75. W rdzeniu chłonnym 942 można wyróżnić strefę magazynowania 958 oraz warstwę wnikania/rozprowadzania w postaci napylonej warstwy 902. W przedstawionym tam rozwiązaniu, pomiędzy strefę magazynowania 958 a innymi częściami rdzenia chłonnego 942 istnieje większy obszar, w którym panuje gradient ciśnienia kapilarnego, co zapewnia dużo skuteczniejsze wykorzystanie strefy magazynowania 958, a zwłaszcza cząstek suprabsorbentu.

Na fig. 10 pokazano rzut aksonometryczny alternatywnego przykładu wykonania pieluchy według niniejszego wynalazku, w której rdzeń chłonny 942 z fig. 9 jest zamknięty w kieszeni utworzonej pomiędzy warstwą górną 1002 a podkładką 1004, dzięki czemu powstaje pielucha jednorazowego użytku 1000. Korzystnie, rdzeń chłonny 942 jest usytuowany w taki sposób, ze warstwa napylona 902 znajduje się w sąsiedztwie podkładki 1004.

Na fig. 11 pokazano kolejny alternatywny przykład wykonania według niniejszego wynalazku, w którym strefa wnikania 1156 (przedstawiona liniami przerywanymi) ma „kształt głowy lisa. (Nazwano ją tak ponieważ przypomina z wyglądu profil głowy lisa w widoku z przodu). Strefa wnikania 1156 w kształcie głowy lisa intensywniej rozprowadza płyny w przypadku stosowania jej w wyrobach przeznaczonych dla kobiet.

169 462

W innych rozwiązaniach alternatywnych względem opisanych powyżej przykładów wykonania, w celu wytwarzania strefy wnikania i magazynowania można zmieniać wymiary porów włókien w rdzeniach chłonnych bez konieczności zmieniania gęstości włókien. Na przykład, z korzyścią można zastosować bardzo drobne wymiary włókien z trocin z drzew liściastych, zastępując w strefie magazynowania włókna z drzew iglastych co najmniej w 50%, a korzystnie około 80% do 100%, drobnymi trocinami z drzew liściastych o w przybliżeniu takiej samej gęstości jak trociny z drzew iglastych o niższej gęstości. Rozwiązanie takie można zastosować z tego względu, ze trociny z drzew liściastych mają pory o mniejszych wymiarach niż trociny z drzew iglastych. W wyniku tego uzyskuje się różne właściwości kapilarne zgodnie z wynalazkiem, nawet w przypadku takich samych gęstości w każdej strefie. Zatem, na przykład, istnieje możliwość uzyskania rdzenia chłonnego ze strefą wnikania wykonaną z materiału o przeważającej zawartości ścieru z drzew iglastych z porami o drobnej strukturze i strefą magazynowania, wykonaną z materiału o przeważającej zawartości drobnego ścieru z drzew liściastych.

Podczas użytkowania, pielucha 20 jest zakładana w taki sposób, ze obszar tylnego paska taliowego 24 znajduje się pod jego plecami, a pozostała część pieluchy 20 jest przeciągana pomiędzy nogami użytkownika w taki sposób, ze obszar przedniego paska taliowego 22 jest umieszczany w poprzek przedniej części ciała użytkownika. Następnie, korzystnie, do zwróconych na zewnątrz obszarów pieluchy 20 mocowane są łączniki paskowe 46.

Właściwości elementu chłonnego bada się następującymi sposobami w znormalizowanych warunkach laboratoryjnych w temperaturze 296 K i wilgotności względnej 50%.

A. Pojemność absorpcyjna

Pojemność absorpcyjna superabsorbentu tworzącego hydrożel jest określana w następujący sposób: suprabsorbent tworzący hydrożel jest wkładany do woreczka przypominającego „torebkę jednoporcjową do herbaty; torebka wraz z zawartością jest zanurzana w odpowiedniej, nadmiernej ilości Syntetycznego Moczu na pewien określony czas; następnie, po wyjęciu z Syntetycznego Moczu, torebka jest odwirowywana przez określony czas. Pojemność absorpcyjna jest określana jako stosunek różnicy pomiędzy końcową masą superabsorbentu tworzącego hydrożel po zakończeniu wirowania a masą początkową (przyrost wagowy płynu netto) do masy początkowej.

Materiał do wyrobu torebki, przypominającej torebkę jednoporcjową do herbaty, jest wycinany za pomocą matrycy tnącej o wymiarach 6 cm X 12 cm, składany w połowie długości i łączony wzdłuż dwóch boków za pomocą T-owej elektrody zgrzewającej, w wyniku czego powstaje kwadratowa torebka o wymiarach 6 cm X 6 cm. Materiał zastosowany do wykonania torebki, jest materiałem termozgrzewalnym 1234, który można uzyskać z firmy C.H. Dexter, Wydziału firmy Dexter Corp., Windsor Locks, Connecticut, USA, lub równoważnym. W razie konieczności zatrzymania cząstek o znacznie mniejszych wymiarach należy zastosować materiał o mniejszej porowatości. Po wykonaniu torebki, odważano na tackę do ważenia 0,200 grama, plus minus 0,005 grama, superabsorbentu tworzącego hydrożel i przenoszono go do torebki, a następnie zgrzewano jej górny (otwarty) bok. Zgrzewano również górny bok pustej torebki, która służyła jako obiekt porównawczy. Do zlewki o pojemności 1000 mililitrów nalewano około 300 mililitrów syntetycznego moczu.

Stosowany w metodach badawczych według niniejszego wynalazku określony mocz syntetyczny jest nazywany w niniejszym dokumencie „syntetycznym moczem. Syntetyczny mocz jest powszechnie znany jako Jayco SynUrine firmy Jayco Pharmaceuticals Company z Camp Hill, Pennsylvania. Jego skład jest następujący: 2,0 g/l KCl; 2,0 g/l Na2SO4; 0,85 g/l (NH4)H2PO4; 0,15 g/l (NH4FHPO4; 0,19 g/l CaCE; i 0,23 g/l MgCU Wszystkie wymienione substancje chemiczne są odczynnikami czystymi do analizy. Wartość pH syntetycznego moczu zawiera się w przedziale od 6,0 do 6,4.

W zlewce z syntetycznym moczem jest zanurzana torebka porównawcza. Torebkę z superabsorbentem (torebka z próbką) trzyma się w położeniu poziomym w celu równomiernego rozprowadzenia materiału w jej wnętrzu. Następnie torebkę z próbką kładzie się na powierzchnię syntetycznego moczu, po czym pozwala jej się nasiąkać przez okres nie dłuższy niż jedna minuta, po którym zanurza się ją całkowicie i moczy przez 60 minut.

169 462

Po upłynięciu około dwóch minut od chwili zanurzenia pierwszej próbki, zanurza się w taki sam sposób i pozostawia do nasiąkania przez 60 minut drugi zestaw torebek, przygotowany w taki sam sposób jak pierwszy zestaw, złożony z torebki z próbką i porównawczej. Po upłynięciu wyznaczonego czasu nasiąkania dla każdego zestawu torebek z próbkami, są one szybko wyciągane (za pomocą szczypiec) z syntetycznego moczu. Następnie próbki są odwirowywane w opisany poniżej sposób.

Stosowano wirówkę Delux Dynac II Centrifuge, Fisher Model nr 05-100-26, z firmy Fisher Scientific Co. z Pittsburgha, PA; dopuszcza się możliwość stosowania urządzeń ewiwalentnych. Wirówka powinna być wyposażona w obrotomierz z odczytem bezpośrednim i hamulec elektryczny. Ponadto powinna ona być wyposażona w cylindryczny bęben wkładkowy ze ścianką zewnętrzną o wysokości około 2,5 cala (6,35 cm), średnicą zewnętrzną 8,435 cala (21,425 cm), średnicą wewnętrzną 7,935 cala (20,155 cm), oraz z 9 rzędami okrągłych otworów, po około 106 otworów o średnicy 3/32 cala (0,238 cm) każdy,równomiernie rozmieszczony na obwodzie ścianki zewnętrznej, oraz z dnem bębna, w którym znajduje się sześć okrągłych otworów drenażowych o średnicy 1/4 cala (0,635 cm), równomiernie rozmieszczonych na obwodzie dna bębna w taki sposób, ze ich środki znajdują się w odległości 1/2 cala (1,27 cm) od wewnętrznej powierzchni ścianki zewnętrznej, lub ekwiwalentny. Bęben jest osadzany w wirówce w taki sposób, żeby mógł się obracać, jak i hamować, zgodnie z odpowiednimi ruchami wirówki.

Torebki z próbkami są wkładane do bębna wirówki w taki sposób, żeby ich założony bok był zwrócony w kierunku zgodnym z obrotami wirówki, co ma na celu zamortyzowanie siły początkowej. Puste torebki prównawcze są umieszczane po obu stronach odpwiednich torebek z próbkami. W celu rdpwiedmego zrównoważenia wirówki, torebka z próbką z drugiego zestawu musi być umieszczona naprzeciwko torebki z próbką z pierwszego zestawu, natomiast pusta torebka porównawcza z drugiego zestawu musi być umieszczona naprzeciwko pustej torebki z pierwszego zestawu. Wirówka jest uruchamiana i bardzo szybko doprowadzana do ustalonej prędkości 1500 obrotów na minutę. Po ustabilizowaniu się obrotów wirówki na poziomie 1500 obrotów na minutę, ustawiany jest stoper na czas 3 minuty. Po upływie 3 minut wirówka jest wyłączana po czym włączany jest hamulec.

Wyjmowana jest pierwsza torebka z próbką i pierwsza pusta torebka porównawcza i ważone oddzielnie. Taka sama procedura jest powtarzana w przypadku drugiej torebki z próbką i drugiej pustej torebki porówna wczej.

Sposób obliczania pojemności absorpcyjnej (ac) każdej próbki: ac = ( masa torebki z próbką po wirowaniu minus masa pustej torebki porównawczej po wirowaniu minus masa suchego absorbentu tworzącego hydrożel) podzielona przez (masę suchego superabsorbentu tworzącego hydrożel). Pojemność absorpcyjna dla celów niniejszego wynalazku stanowi przeciętną wartość pojemności absorpcyjnych z obu próbek.

B. Wyznaczanie wielkości cząstek za pomocą analizy sitowej („Test sitowy)

Wielkość cząstek superabsorbentu tworzącego hydrożel, stosowanego w elementach chłonnych według niniejszego wynalazku, jest określana poprzez pobranie reprezentatywnej próbki cząstek superabsorbentu, a następnie przesianie tej próbki przez zestaw sit o zmniejszającej się wielkości oczek.

Sposób badania. Sto gramów reprezentatywnej próbki superabsorbentu tworzącego hydrożel jest dzielonych na cztery do ośmiu, w przybliżeniu takie same, frakcje.

Następnie jedna z tych frakcji jest przenoszona na stos sit. W niniejszym teście są stosowane sita znormalizowane według normy USA. W stosie sit powinny znajdować się sita o rozmiarach odpowiadających potrzebom eksperymentu. W przytoczonych poniżej Przykładach Porównawczych analizy składu granulometrycznego materiału luzem, w stosie sit znajdowały się następujące sita, od góry, sito znormalizowane nr 20 (oczka o wielkości 841 mikrometrów), sito znormalizowane nr 30 (595 mikrometrów), sito znormalizowane nr 50 (297 mikrometrów), sito znormalizowane nr 100 (149 mikrometrów), sito znormalizowane nr 325 (44 mikrometry) i tacka podsitowa.

W podanych poniżej przykładach analizy składów granulometrycznych określonych w bardzo wąskim przedziale wartości (jak również w przypadku składów granulometrycznych ustalonych w załączonych zastrzeżeniach patentowych), w skład zestawu sit wchodziły następujące sita, od góry,

169 462 sito znormalizowane nr 50 (297 mikrometrów), sito znormalizowane nr 70 (210 mikrometrów), sito znormalizowane nr 140 (105 mikrometrów), sito znormalizowane nr 170 (88 mikrometrów) oraz tacka podsitowa.

Frakcja cząstkowa superabsorbentu jest przesiewana na Badawczej Wstrząsarce do Sit ROTAP Model SS-5 , zgodnie z instrukcją producenta. Wstrząsarkę do sit pokazano na fig. 21-17 na stronie 21-19 przytaczanej juz w tym dokumencie publikacji Perry's Chemical Engineers' Handbook, Sixth Edition, (McGraw-Hill Book Company, 1984). We wstrząsarce RO-TAPjest osadzany zestaw sit, po czym wstrząsarka obraca nimi i wstrząsa mechanicznie wykonując ruchy podobne do przesiewania ręcznego. Wstrząsanie jest wzbudzane za pomocą zespołu podobnego do młota, działającego na „korek znajdujący się w środku wieka, pokrywającego stos sit.

Wstrząsarka do sit, wszystkie sita i tacka podsitowa pochodziły z firmy VWR Scmntific z Chicago, IL. Frakcja cząstkowa jest wstrząsana przez 10 minut w następujących warunkach. Wstrząsarka powinna działać z intensywnością około 140-160 wstrząsów na minutę. Wstrząsarka powinna wykonywać ruchy oscylacyjne z szybkością około 270-300 obrotów na minutę. Znadjujący się w środku wieka wstrząsarki do sit korek powinien na początku badań wystawać na długość dokładnie 3/16 cala (0,48 cm). Po zakończeniu badania, zatrzymany na każdym sicie i tacce podsitowej superabsorbent jest wazony a uzyskany wynik zapisywany.

C Sposób badania chłonności

Podstawiony sposób stanowi odmianę standardowego testu badania zwilżalności. Badania chłonności opisano w publikacji Charte^e, P.K. (Ed.) Absorbency, Chapter II, ss. 60-62, Elsevier Science Publischer B.B., Amsterdam, Holandia (1985).

Stosowane w tych badaniach urządzenie przedstawiono schematycznie na fig. 12 i 13. Urządzenie 100 składa się z kwadratowego kosza testowego 102 zawieszonego na ramie 104. Wewnętrzne wymiary kosza wynoszą 4 X 4 (10,2 cm X 10,2 cm). Wysokość kosza 102jest regulowana za pomocą przekładni 106. Bezpośrednio pod koszem testowym znajduje się zbiornik cieczy 108 umieszczony na wadze elektronicznej 110. Waga 110 jest połączona z komputerem 112.

W zależności od wersji realizowanego testu można zastosować dwa różne typy koszy testowych. Wersjami tymi są badania w kierunku z i badania w płaszczyźnie x-y. Różne wersje tego testu są stosowane do pomiaru szybkości wchłaniania przez próbkę rdzenia chłonnego, lub innego elementu chłonnego, płynów, które mogą przemieszczać się w próbce w różnych kierunkach, w kierunku z i w kieunkach w płaszczyźnie x-y.

W stosowanym tu znaczeniu termin „kierunek z odnosi się do orientacji względem wyrobu chłonnego 20 zawierającego rdzeń według niniejszego wynalazku w sytuacji, kiedy wyrób chłonny 20 jest umieszczany w kartezjańskim układzie współrzędnych w taki sposób, ze leży płasko w stanie rozłożonym, pokazanym na fig. 2 i tak, ze powierzchnia 20b wyrobu chłonnego 20, będąca powierzchnią zwróconą ku odzieży, leży w płaszczyźnie utworzonej przez osie x i y ( to jest poziomo). Osie, podłużna i poprzeczna (np., 36 i 34) wyrobu chłonnego lezą w płaszczyźnie x-y. „Kierunek z jest kierunkiem prostopadłym do płaszczyzny obu powierzchni wyrobu chłonnego 20, kiedy znajduje się on w stanie płasko rozłożonym.

Kierunek z pokazano schematycznie na fig. 14A. W przypadku testu w kierunku z, całe dno kosza 102 o wymiarach 4 X 4 stanowi siatka o dużych oczkach 114. W związku z tym próbka 116 styka się z płynem F w sposób pokazany na fig. 12. W teście tym bada się możliwości transportu płynów przez próbkę 116 styka się z płynem F w sposób pokazany na fig. 12. W teście tym bada się możliwości transportu płynów przez próbkę 116 tylko wzdłuż jej grubości w kierunku pionowym, lub kierunku z Ta wersja testu umożliwia pomiar potencjalnej szybkości wchłaniania płynów przez próbkę.

Test w płaszczyźnie x-y przedstawiono schematycznie na fig. 14B. W tym przypadku siatka 114 znajduje się tylko na obszarze 118 o wymiarach 1 X 4 (2,54 cm X 10,2 cm) lezącym wzdłuż jednej krawędzi 120 dna kosza testowego. Pozostała część dna kosza testowego, oznaczona liczbą 122, jest wykonana z pleksiglasu i jest nieprzepuszczalna dla płynów. Te boki kosza testowego, które stykają się z próbką są również wykonane z pleksiglasu i są nieprzepuszczalne dla płynów (zarówno podczas testu w płaszczyźnie x-yjak i testu w kierunku z). Jak widać na fig. 14B, badanie to polega na tym, ze próbka 116 musi najpierw wchłonąć płyn w kierunku z, a następnie przetransportować go na maksymalną odległość 3cvali (7,62 cm) w płaszczyźnie poziomej (x-y). Wyniki testu w

169 462 płaszczyźnie x-y umożliwiają pomiar zdolności próbki do rozprowadzania płynu w potencjalnych warunkah użytkowania Oba testy, w kierunku z jak i w płaszczyźnie x-y, są wykonywane w ten sposób, ze podczas badania górna powierzchnia próbki 116 elementu chłonnego jest obciążona równomiernie rozłożonym ciśnieniem o wartości 1,4 kPa

Sposób badania. Pierwszym krokiem jest wycięcie próbki elementu chłonnego o wymiarach 4 X 4 (10,2 cm X 10,2 cm). Zbiornik 108 płynu jest napełniany około 6800 ml syntetycznego moczu i ustawiany na wadze elektronicznej 110 pod aparatem badawczym 100. Następnie kosz testowy 102 jest obniżany do położenia, w którym poziom płynu jest dokładnie na poziomie w pobliżu górnej części siatki 114. Na siatkę 114, znajdującą się na dnie kosza 102, kładzie się kawałek dostępnego w handlu dwuwarstwowego ręcznika papierowego BOUNTY^R 124 o wymiarach 4 X 4 (w przypadku testu w kierunku z) lub 1 X 4 (w przypadku testu w płaszczyźnie x-y). Ręcznik BOUNTYR 124 zapewnia równomierną styczność płynu ze spodnią częścią próbki rdzenia 116 podczas całego badania.

Do kwadratowej płytki metalowej 128, o wymiarach nieco mniejszych od wewnętrznych wymiarów kosza testowego 102, jest mocowane odpowiednie obciążenie 126. Następnie do dna wspomnianej powyżej płytki 128 jest mocowana za pośrednictwem taśmy dwustronnej 130, lub kleju w aerozolu, górna powierzchnia próbki rdzenia 116. W chwili = zero, próbka 116 jest wkładana do kosza testowego 102 i uruchamiany jest komputerowy program zbierania i przetwarzania danych. Po 30 minutach badanie jest przerywane a zgromadzone dane analizowane i wykreślane graficznie.

Jednym z najważniejszych wyników analizy danych jest 30 minutowa Chłonność Syntetycznego Moczu próbki 30 minutowa chłonnego próbki jest wyrażana w gramach Syntetycznego Moczu wchłoniętego przez próbkę w ciągu 30 minut na gram zawartego w próbce superabsorbentu. Ilość Syntetycznego Moczu wchłoniętego przez próbkę w ciągu 30 minut jest wyznaczana jako różnica pomiędzy masą Syntetycznego Moczu w zbiorniku na początku badania, a masą Syntetycznego Moczu w zbiorniku po 30 minutach.

Do innych ważnych właściwości próbki należą jej szybkości wchłaniania i rozprowadzania płynów. Czas, w którym próbka osiąga 90% swojej chłonności 30 minutowej, stanowi prosty miernik przeciętnej szybkości wchłaniania płynów przez badany element chłonny. Jest on oznaczany jako czas t90 i mierzony w sekundach. Czas t90 można mierzyć zarówno podczas testu w kierunku z, określając tym samym szybkość wchłaniania płynów przez próbkę, jak i w płaszczyźnie x-y, określając tym samym szybkość rozprowadzania płynów przez próbkę.

PRZYKŁADY

Podobne poniżej przykłady pokazują różnice pomiędzy czasami t90 dla testów w kierunku z i w płaszczyźnie x-y przeprowadzonych dla elementów chłonnych zaliczanych do trzech głównych kategorii: (1) elementy chłonne z superabsorbentem o dowolnym przypadkowym składzie granulometrycznym, dostarczanym luzem; (2) elementy chłonne z superabsorbentem o wybranych składach granulometrycznych bez proszku nieorganicznego; oraz (3) elementy chłonne z superabsorbentem o wybranych składach granulometrycznych z dodatkiem proszku nieorganicznego do cząstek superabsorbentu.

W przedstawionych poniżej przykładach stosowano elementy chłonne wytwarzane z rozdrobnionej masy celulozowej, proszkowe hydrożele od różnych dostawców oraz amorficzną krzemionkę AEROSIL200. Elementy chłonne można, w zasadzie, wytwarzać sposobem i za pomocą urządzenia, ujawnionymi w Patencie Stanów Zjedn. Ameryki nr 4 610678, udzielonym Weismanowi i innym.

W każdym z opisanych poniżej przykładów cząstki superabsorbentu o podanym w tabeli 3 poniżej składzie granulometrycznym są mieszane z amorficzną krzemionką AEROSIL 200 w ilości odpowiadającej jej udziałowi wagowemu 1,0% (lub tez nie mieszane z amorficzną krzemionką, jak wskazano w tabeli 3) w zasadzie w stanie suchym. Częstki superabsorbentu z krzemionką, jeżeli tak wskazano) i włókna celulozowe w odpowiednim procentowym udziale wagowym są równomiernie mieszane ze sobą w strumieniu powietrza i natryskiwane powietrzem na poruszającą się wstęgę, w wyniku czego powstaje element chłonny o odpowiedniej gramaturze. Następnie elementy chłonne są prasowane pomiędzy walcami prasującymi od odpowiedniej gęstości. Podane w przykładach gęstości są mierzone pod ciśnieniem rzędu około 0,7 kPa.

169 462

W każdym przykładzie istotne znaczenie ma skład granulometryczny superabsorbentu. Niektóre przykłady Porównawcze dotyczą superabsorbentu o przypadkowych składach granulometrycznych bez krzemionki i o ściśle określonych składach granulometrycznych bez krzemionki. Superabsorbent stosowany w elementach chłonnych opisanych w przykładach uzyskiwano od trzech różnych dostawców takich materiałów (Próbki 1, 2 i 3). Poziomy nadającego się do ekstrakcji polimeru w dostarczonych superabsorbentach były zgodne ze specyfikacją określoną w opisie patentowym Stanów Zjedn. Ameryki Re. 32 649, udzielonym 19 kwietnia 1988 Brandtowi i innym

Poniżej zamieszczono składy granulomtryczne materiału luzem (określone za pomocą analizy sitowej) dla każdej badanej próbki.

Tabela 2

Składy granulometryczne materiału luzem

	Próbka i#1	Próbka #2	Próbka #t3
% na sicie 20 (841 mikrometrów)	0,1	0,1	0,02
% na sicie 30 (595 mikrometrów)	9	19,4
% na sicie 50 (297 mikrometrów)	44	56,6	88,5
% na sicie 100 (149 mikrometrów)	30	16,0	10,0
% na sicie 325 (44 mikrometrów)	16	7,3	1,4
% przechodzący przez sito 325	1,6	0,7	0,02

Najwęższe przedziały wartości składów granulometrycznych superabsorbentu są wytwarzane poprzez przesiewanie porównawczego materiału luzem. Materiałem o określonych składach granulometrycznych, stosowanym w elementach chłonnych, jest ten, który przechodzi przez pierwsze sito wymienione w tabeli 3 a zostaje na drugim podanym sicie.

Pojemności absorpcyjne pewnych wybranych próbek o przypadkowych składach granulometrycznych jak i o niektórych ściśle określonych, zalecanych składach granulometrycznych podano w następującej tabeli (tabela 2A):

Tabela 2A Pojemności absorpcyjne

Próbka	Pojemność absorpcyjna (g/g)
Próbka # 1 Luzem	41,9
Próbka # 1 sito 50/100	41,6
Próbka# 2 Luzem	39,9
Próbka# 2 sito 50/100	40,0
Próbka# 3 Luzem	41,1
Próbka # 3 sito 50/100	42,1

Pozostałe warunki dla każdego Przykładu i Przykładu Porównawczego przedstawiono szczegółowo w tabeli 3. Wyniki testów chłonności w kierunku z i w płaszczyźnie x-y dla każdego przykładowego elementu chłonnego zamieszczono w tabeli 4. W tabelach 31 4, przykład oznaczony tylko samą liczbą dotychy elementu chłonnego według niniejszego wynalazku (element chłonny zawierający kompozyt proszkowy). W niniejszym dokumencie są one określane jako Przykłady. Przykład oznaczony literą C jest określany jako Przykład Porównawczy. Przykłady Porównawcze na ogół dotyczą elementów chłonnych bez krzemionki. W związku z tym Przykłady Porównawcze mogą dotyczyć polimrów o przypadkowym składzie granulometrycznym lub polimeru o wybranym składzie granulometrycznym, pokazanym w tabeli 3).

169 462

Tabela 3

Dane dotyczące elementu chłonnego

	Przykład typ Hydrożelu	Frakcja sitowa	Masa hydro- żelu %	Gramatura (g/cm2)	Gęstość (g'cm3)	Krzemionka (masa %)
1	Próbka=#’	50./100	50	0 046	0 25	1 0
2	Próbka:# 1	50/140	50	0 046	0 25	1 0
3	Próbka #t1	50/170	35	0 065	0 11	1 0
C’	Próbka # 1	50/100	50	0 044	0 23	0
C2	Próbka # 1	50/140	50	0 040	0 21	0
C3	Próbka # 1	50/170	35	0 065	0 13	0
C4	Próbka # 1	luz sgx	50	0 044	0 17	0
C5	Próbka # 1	50/70	50	0 044	0 23	0
C6	Próbka # ’	100/170	50	0 043	0 37	0
C7	Próbka .# 2	luz sg	50	0 041	0 21	0
C8	Próbka #2	50/100	50	0 041	0 20	0
C9	Próbka #2	40/120	50	0 038	0 18	0
C10	Próbka $ 3	luz sg	50	0 040	0 17	0
C’’	Próbka #£3	50/100	50	0 038	0 19	0
C’2	Próbka 3	50/120	50	0 041	0 18	0

skład granulometryczny

Tabela 4

Wyniki badania chłonności

Przykład	Chłonność płynu (Kierunek z)	Rozprowadzanie płynu (Płaszczyzna x-y)
(t90) (sek)	30 minut Pojemność (g/g)	(t90) (sek)	30 minut Pojemność (g/g)
1	200	22 6	275	24 8
2	180	23 4	335	25 4
3	165	20 9	192	21 2
C’	260	26 4	350	25 9
C2	255	22 9	495	28 0
C3	184	20 7	206	21 2
C4	575	22 1	480	22 8
C5	290	24 2	410	24 5
C6	80	21 2	980	23 8
C7	770	19 3	700	24 5
C8	330	18 9	305	23 0
C9	400	22 3	520	22 8
C10	620	20 4	590	23 1
O’’	290	21 3	445	23 6
C’2	245	20 2	355	22 9

Wyniki testów w kierunku z i w płaszczyźnie x-y dla Przykładów Porównawczych (z których wszystkie zawierają wagowo 50% włókien celulozowych i 50% wagowo superabsorbentu) można przedstawić łącznie na wykresie pokazanym na fig. 15. (Należy zdawać sobie sprawę z tego, ze na fig. 15 przedstawiono nie tylko dane z tabeli 4 odnoszące się do mieszanek 50%, ale również innych składach granulometrycznych w mieszankach 50%).

Na osi x wykresu przedstawiono czas w sekundach jaki potrzebuje badana próbka do osiągnięcia swojej 90% chłonności podczas testu w kierunku z. Na osi y wykresu przedstawiono czas w sekundach jaki potrzebuje próbka do osiągnięcia swojej 90% chłonności podczas testu w płaszczyźnie x-y

169 462

Składy granulometryczne podane w prawym górnym rogu wykresu odnoszą się do materiałów o stosunkowo szeroko rozrzuconych składach granulometrycznych, w których znajdują się stosunkowo duże cząstki obecne zazwyczaj w materiałach otrzymywanych od producentów. Z wykresu widać, ze w arkuszach zawierających cząstki tego typu czas osiągnięcia odpowiedniej pojemności w kierunku z i w płaszczyźnie x-y jest stosunkowo długi.

Składy granulometryczne podane w górnym lewym rogu wykresu odnoszą się do materiałów zawierających stosunkowo drobne cząstki. Z wykresu wynika, ze arkusze z cząstki bardzo drobnymi wchłaniają płyny z dużą szybkością w kierunku z, ale stosukowo wolno osiągają pojemność w płaszczyźnie x-y. Jest to skutkiem przedstawionej juz wcześniej blokady żelowej.

Materiały o idealnych składach granulometrycznych znajdują się w lewym dolnym rogu wykresu. Są to arkusze z cząstkami o wymiarach umożliwiających najszybsze dojście do 90% pojemności zarówno w kierunku z jak i w płaszczyźnie x-y. Takie składy granulometryczne są reprezentatywne dla określonych składów z wąskiego przedziału wartości charakterystycznych dla superabsorbentów tworzących hydrożele, stosowanych w niniejszym wynalazku.

Elementami chłonnymi według niniejszego wynalazku są takie elementy, w których co najmniej część posiada typowo czasy t90 chłonności w kierunku i w płaszczyźnie x-y (lub szybkości wchłaniania) mniejsze lub równe około 500 sekund w przypadku badania elementu chłonnego według Testu chłonności (zarówno w kierunu z jak i w płaszczyźnie x-y). W Teście chłonności część badanego rdzenia jest wybierana według kryteriów ustalonych w procentowej Analizie Wagowej, z wyjątkiem sytuacji, kiedy część próbki jest próbką standardową o wymiarach 4 X 4 (10,2 cm X 10,2 cm), a nie częścią o powierzchni 25 centymetrów kwadratowych.

Korzystnie, dla opisanych tu elementów chłonnyh czasy t90 (lub szybkości) wchłaniania w kierunku z i w płaszczyźnie x-y wynoszą po niżej lub są równe około 500 sekund, korzystnie poniżej lub równe 400 sekund, korzystniej, poniżej lub równe około 300 sekund, a najkorzystniej, poniżej lub równe około 225 sekund, dla każdego testu.

Czasy wchłaniania są ściśle związane ze stężeniami superabsorbentu stosowanego w elementach chłonnych. N przykład, w elementach chłonnych o określonych powyżej trzech ostatnich czasach t90 (to jest 400, 3001 225 sekund) w zasadzie stężenia superabsorbenta wynosiły odpowiednio 50%, 35% i 25%.

Na fig. 16 przedstawiono graficznie dane na temat chłonności odnoszące się do Przykładów 1-3 i dla Przykładów Porównawczych C¹-C³ z tabeli 4. Z rysunku tego wyraźnie wynika, ze wprowadzenie drobnego proszku nieorganicznego (w tym przypadku AEROSIL200 w przykładach 1 -3) poprawia szybkości wchłaniania zarówno w kierunku z jak i w płaszczyźnie x-y. Z fig. 16 wynika również wyraźnie, ze korzyści uzyskiwane wskutek stosowania superabsorbentu o określonych składach granulometrycznych zmieszanego z krzemionką są nawet większe niż osiągane w przypadku stosowania elementów chłonnych z wyższymi stężeniami superabsorbentu.

2/10

Fig. 3

Fig. 4

862

Fig. 8

Fig. 11

169 462

169 462

TEST W KIERUNKU Z i

- .116 ^/114 z

Przepływ (Q)

Fig. 14A

Przepływ

Fig. 14B

169 462

FRAKCJE CZĄSTEK O ROŻNYCH OKREŚLONYCH WYMIARACH CHŁONNOŚĆ - ή ‘i kftt

1000 —

800

Płaszczyzna X-Y (90 (sek)

600 —

400·

200 —

200

400

600

800

1000

Kierunek Z t90 (sek)

Fis. 15

Płaszczyzna x-y 190 (sek)

WPŁYW DODANIA PR0S7KU NIEORGANICZNEGO PRÓBKA #1

600

500

400

300

200

100 ▲ Pr.

□ Pr.

Pr.

Δ Pr.

• Pr.

O Pr.

100 200 300 400 500

Kierunek Z t90 (sek) ¹ Fig. 16

C2 ~

C1

C3

169 462

Fig. i

Departament Wydawnictw UP RP Nakład 90 egz Cena 6,00 zł

Claims (18)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Element chłonny zawierający superabsorbent tworzący hydrożel składający się z materiału nośnego i zawartych w nim licznych cząstek nierozpuszczalnego w wodzie, absorpcyjnego, tworzącego hydrożel, materiału polimerowego, które to cząstki materiału polimerowego są wytwarzane technikami polimeryzacji rozpuszczalnikowych, znamienny tym, ze cząstki materiału polimerowego mają takie wymiary, ze podczas ich badania według Testu Sitowego, co najmniej 80% z nich, korzystnie co najmniej 85%, bardziej korzystnie co najmniej 90%, a najbardziej korzystnie co najmniej 95%, wagowo, przechodzi przez sito o numerze 50 według normy Stanów Zjednoczonych z oczkami o wielkości 297 mikrometrów, a jest zatrzymywane na sicie o numerze 140 według normy Stanów Zjednoczonych z oczkami o wielkości 105 mikrometrów.
2. 2. Element chłonny według zastrz. 1, znamienny tym, ze stężenie cząstek, odpowiednio, przechodzących przez i zatrzymywanych na wspomnianych sitach, wynosi od 25% do 90%, korzystnie od 35% do 90%, bardziej korzystnie od 50% do 90%, a najbardziej korzystnie od 70% do 90% wagowo, na co najmniej liczącej 25 centymetrów kwadratowych części wspomnianego, odpowiedniego elementu chłonnego, przy czym stężenie to jest mierzone według procentowej analizy wagowej
3. 3 Element chłonny według zastrz. 1, znamienny tym, ze materiał nośny co najmniej częściowo składa się z materiału włóknistego, a materiał polimerowy jest zmieszany z matriałem włóknistym.
4. 4. Element chłonny według zastrz. 1, znamienny tym, że materiał nośny składa się z dwóch lub więcej arkuszy włókninowego materiału włóknistego, a cząstki są umieszczone pomiędzy arkuszami włóknin.
5. 5. Element chłonny według zastrz. 3 albo 4, znamienny tym, że całkowity stosunek wagowy włókien do materiału polimerowego wynosi od 95:5 do 2:98, lub korzystnie do 75:25 do 2:98.
6. 6. Element chłonny według zastrz. 5, znamienny tym, że materiał polimerowy jest wybrany z grupy obejmującej częściowo zobojętniony kwas poliakrylowy, hydrolizowane kopolimery szczepione skrobi z akrylonitrylem, częściowo zobojętnione kopolimery szczepione skrobi z akrylonitrylem, kopolimery szczepione skrobi z kwasem akrylowym, częściowo zobojętnione kopolimery szczepione skrobi z kwasem akrylowym, zmydlone kopolimery octanu winylu z estrem kwasu akrylowego, hydrolizowane kopolimery akrylonitrylu z amidem kwasu akrylowego, oraz słabo usieciowane wyroby na bazie dowolnego z wymienionych powyżej kopolimerów.
7. 7. Element chłonny według zastrz. 6, znamienny tym, ze co najmniej niektóre z cząstek polimeru są sieciowane powierzchniowo.
8. 8. Element chłonny zawierający superabsorbent tworzący hydrożel składający się z materiału nośnego i zawartych w nim licznych cząstek nierozpuszczalnego w wodzie, absorpcyjnego, tworzącego hydrożel, materiału polimerowego, które to cząstki materiału polimerowego są wytwarzane technikami polimeryzacji rozpuszczalnikowych, znamienny tym, że cząstki materiału polimerowego mają takie wymiary, ze podczas ich badania według Testu Sitowego, co najmniej 80% z nich, korzystnie co najmniej 85%, bardziej korzystnie co najmniej 90%, a najbardziej korzystnie co najmniej 95%, wagowo, przechodzi przez sito o numerze 50 według normy Stanów Zjednoczonych z oczkami o wielkości 297 mikrometrów, a jest zatrzymywane na sicie o numerze 140 według normy Stanów Zjednoczonych z oczkami o wielkości 105 mikrometrów, przy czym cząstki materiału polimerowego, które przechodzą i które są zatrzymywane na sitach są zmieszane z nieorganicznym proszkiem tworząc kompozyt proszkowy.
9. 9 Element chłonny według zastrz. 8, znamienny tym, ze proszek nieorganiczny jest wybrany z grupy obejmującej krzemionkę, dwutlenek krzemu, dwutlenek tytanu, tlenek glinu lub glinki takie jak kaolinowa lub montmorylonitowa lub dowolne kombinacje wymienionych powyżej matnałów morgamcznych, a korzystnie jest to amorficzna krzemionka.

   169 462
10. 10. Element chłonny według zastrz. 8, znamienny tym, ze stężenie cząstek, odpowiednio, przechodzących przez i zatrzymywanych na wspomnianych sitach, wynosi od 25% do 90%, korzystnie od 35% do 90%, bardziej korzystnie od 50% do 90%, a najbardziej korzystnie od 70% do 90%, wagowo, na co najmniej liczącej 25 centymetrów kwadratowych części wspomnianego, odpowiedniego elementu chłonnego, przy czym stężenie to jest mierzone według procentowej analizy wagowej.
11. 11. Element chłonny według zastrz. 8 albo 10, znamienny tym, że materiał nośny co najmniej częściowo składa się z materiału włóknistego, a materiał polimerowy jest zmieszany z materiałem włóknistym.
12. 12. Element chłonny według zastrz. 8 albo 9 albo 10, znamienny tym, ze materiał nośny składa się z dwóch lub więcej arkuszy włókninowego materiału włóknistego, a cząstki są umieszczone pomiędzy arkuszami włóknin.
13. 13. Element chłonny według zastrz. 11, znamienny tym, ze całkowity stosunek wagowy włókien do materiału polimerowego wynosi od 95:5 do 2:98, lub korzystnie od 75.25 do 2.98.
14. 14. Element chłonny według zastrz. 13, znamienny tym, że materiał polimerowy jest wybrany z grupy obejmującej częściowo zobojętniony kwas poliakrylowy, hydrolizowane kopolimery szczepione skrobi z akrylonitrylem, częściowo zobojętnione kopolimery szczepione skrobi z akrylonitrylem, kopolimery szczepione skrobi z kwasem akrylowym, częściowo zobojętnione kopolimery szczepione skrobi z kwasem akrylowym, zmydlone kopolimery octanu winylu z estrem kwasu akrylowego, hydrolizowane kopolimery akrylonitrylu z amidem kwasu akrylowego, oraz słabo usieciowane wyroby na bazie dowolnego z wymienionych powyżej kopolimerów.
15. 15. Element chłonny według zastrz. 14, znamienny tym, że co najmniej niektóre z cząstek polimeru są sieciowane powierzchniowo.
16. 16. Element chłonny według zastrz. 12, znamienny tym, ze całkowity stosunek wagowy włókien do materiału polimerowego wynosi od 95:5 do 2:98, lub korzystnie do 75:25 do 2:98.
17. 17. Element chłonny według zastrz. 16, znamienny tym, ze materiał polimerowy jest wybrany z grupy obejmującej częściowo zobojętniony kwas poliakrylowy, hydrolizowane kopolimery szczepione skrobi z akrylonitrylem, częściowo zobojętnione kopolimery szczepione skrobi z akrylonitrylem, kopolimery szczepione skrobi z kwasem akrylowym, częściowo zobojętnione kopolimery szczepione skrobi z kwasem akrylowym, zmydlone kopolimery octanu winylu z estrem kwasu akrylowego, hydrolizowane kopolimery akrylonitrylu z amidem kwasu akrylowego, oraz słabo usieciowane wyroby na bazie dowolnego z wymienionych powyżej kopolimerów.
18. 18. Element chłonny według zastrz. 17, znamienny tym, ze co najmniej niektóre z czątek polimeru są sieciowane powierzchniowo.