PL170804B1 - Sposób wytwarzania hydrofilizowanego polimerowego materialu piankowegoi hydrofilizowany polimerowy material piankowy PL PL - Google Patents

Abstract

1. Sposób wytwarzania hydrofilizowanego polimerowego materialu piankowego, znamienny tym, ze: A) wprowadza sie do polimerowego, korzystnie otwartokomórkowego, korzystnie poliuretanowego materialu piankowego, który zasadniczo nie zawierajac dodanych lub resztkowych srodków hydrofili- zujacych jest hydrofobowy, nierozpuszczalny w wodzie, lagodny, stosunkowo nie drazniacy, srodek powierzchniowo czynny, korzystnie wybrany sposród estrów sorbitanu z kwasami tluszczowymi, estrów poligliceryny z kwasami tluszczowymi i polioksyetylenowanych kwasów i estrów tluszczowych, oraz roztwór soli bedacej srodkiem hydrofilizujacym w rozpuszczalniku, korzystnie wybranym sposród wody, izopropanolu i ich mieszanin, oraz rozpuszczonej soli bedacej srodkiem hydrofilizujacym, wybranej sposród toksykologicznie dopuszczalnych, uwodnionych lub ulegajacych hydratacji soli wapniowych i magnezowych, korzystnie wybranych sposród halogenków wapnia, halogenków magnezu i ich mieszanin; oraz B) suszy sie polimerowy m aterial piankowy z usunieciem z niego rozpuszczalnika, korzystnie w takim stopniu, ze zawiera on nie wiecej niz 50% wagowych wolnej wody w stosunku do pianki, z wytworzeniem polimerowego materialu piankowego z wprowadzonym, równomiernie rozmieszczonym srodkiem powie- rzchniowo czynnym i srodkiem hydrofilizujacym, w ilosciach zapewniajacych hydrofilowosc, korzystnie co najmniej 0,05% wagowych. 4. Hydrofilizowany polimerowy material piankowy nadajacy sie do wchlaniania hydrofilowych cieczy, znamienny tym, ze zawiera polimerowy, korzystnie otwartokomórkowy, korzystnie poliuretanowy material piankowy, który zasadniczo nie zawierajac dodanych lub resztkowych srodków hydrofilizujacych jest hydrofo- bowy; równomiernie rozprowadzona hydrolilizujaca ilosc stanowiaca co najmniej 0,05% wagowych materialu piankowego, kombinacji nierozpuszczalnego w wodzie, lagodnego, nie drazniacego srodka powierzchniowo czynnego, korzystnie wybranego sposród estrów sorbitanu z kwasami tluszczowymi, estrów poligliceryny z kwasami tluszczowymi i polioksyetylenowanych kwasów i estrów tluszczowych, oraz soli bedacej srodkiem hydrofilizujacym wybranej sposród toksykologicznie dopuszczalnych, uwodnionych lub ulegajacych hydratacji soli wapniowych i magnezowych, korzystnie wybranych sposród halogenków wapnia, halogenków magnezu i ich mieszanin, wprowadzonej do materialu piankowego; oraz nie wiecej niz 50% wagowych, w stosunku do materialu piankowego, wolnej wody wprowad/.onej do materialu piankowego. PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwairzania hydrofilizowanego polimerowego materiału piankowego i hydrofilizowany polimerowy materiał piankowy. Pianki hydrofilizowane są przydatne do stosowania w elementach absorpcyjnych, takich jak pieluszki, wkładki dla osób dorosłych nie trzymających moczu, podpaski, bandaże, szczególnie odpowiednie do wchłaniania różnych, opartych na wodzie płynów ustrojowych.

Znanych jest wiele różnych materiałów piankowych, powszechnie określanych jako gąbki, które skutecznie chłoną wilgoć. Zazwyczaj są to pianki o strukturze otwartokomórkowej, zawierające różne materiały celulozowe lub polimerowe. Tak na przykład różne poliuretany i inne podobne materiały od dawna stosowane są do wytwarzania syntetycznych pianek. Jak wiadomo, materiały piankowe skuteczniej działają jako absorbenty uwodnionych cieczy, gdy ich powierzchnie są zasadniczo hydrofitowe. Jednakże wiele syntetycznych pianek wytwarza się w wyniku polimeryzacji monomerów organicznych, z których uzyskuje się pianki polimerowe o zasadniczo hydrofobowym charakterze. W związku z tym zwrócono znaczną uwagę na znalezienie sposobów umożliwiających nadanie hydrofobowym syntetycznym piankom właściwości hydrofitowych.

Tak np. wiadomo, że pewne typy pianek wytwarza się przy stosowaniu pewnych wybranych monomerów·', które same nadają co najmniej pewien stopień hydrofilowości uzyskiwanej pianki polimerowej. Monomery takie wbudowuje się w podstawową strukturę siatki pianki w czasie polimeryzacji. Niestety hydrofitowe podstawniki w takich monomerach mogą niekorzystnie modyfikować podstawowe właściwości wytwarzanej pianki. I tak mimo iż uzyskana pianka wykazuje pożądany hydrofitowy charakter, może ona utracić pewne inne pożądane cechy strukturalne lub właściwości użytkowe. Ponadto takie specjalne, hydrofilowe monomery mogą być znacznie droższe od zwykłych monomerów wykorzystywanych do wytwarzania pianek i ich zastosowanie może zwiększyć ogólny koszt pianki.

Zgodnie z innymi sposobami pewne pianki poddaje się obróbce w celu wprowadzenia do struktur polimerowych podstawników w postaci grup anionowych takich jak grupy karboksylanowe lub sulfonianowe. Takie anionowe podstawniki mogą skutecznie hydrofilizować powierzchnię pianki, ale ich stosowanie może niestety doprowadzić do tego, że uzyskana pianka będzie raczej sztywna i mało sprężysta pianki takie nie zapewniają optymalnej wygody gdy stosowane są w sąsiedztwie z ludzką skórą, np. w pieluszkach i sanitariach.

W pewnych przypadkach syntetycznym hydrofobowym piankom można nadać hydrofilowość wprowadzając niewielkie ilości środków powierzchniowo czynnych do matrycy pianki. Jakkolwiek może to nadać piance hydrofilowość, tak że będzie ona nadawać się do pewnych zastosowań, to pianki zawierające środki powierzchniowo czynne nie zawsze nadają się do stosowania w przypadku przedłużonego zetknięcia ze skórą, gdyż

170 804 środek powierzchniowo czynny może powodować podrażnienie skóry. Na dodatek pewne środki powierzchniowo czynne mogą desorbować z pianki i rozpuszczać się w płynie wchłanianym przez piankę. Może to znacznie zmienić napięcie powierzchniowe płynu i zdecydowanie wpłynąć na siłę, z jaką zatrzymywany jest on przez piankę.

Przy wytwarzaniu hydrofilowych pianek do stosowania jako absorbenty płynu w wyrobach sanitarnych, zwłaszcza w jednorazowych pieluszkach i podpaskach, niezbędne jest, aby pianka nie tylko wykazywała doskonałą zdolność zatrzymywania płynu, ale również była przyjemna dla osoby, która ją nosi, oraz bezpieczna przy stosowaniu w bliskim sąsiedztwie ludzkiej skóry przy dłuższym noszeniu. Ponadto dla właściwości użytkowych pianek przeznaczonych do stosowania w pieluszkach i sanitariach, istotne jest, aby środek hydrofilizujący nie wpływał w znaczący sposób na płyny ustrojowe jak mocz i płyny miesiączkowe w takim samym stopniu jaki zdarza się przy stosowaniu pewnych środków powierzchniowo czynnych, np. rozpuszczalnych w wodzie, do hydrofilizowania pianek absorpcyjnych. W związku z tym istnieje znaczne zainteresowanie producentów takich wyrobów bezpiecznymi, skutecznymi i niedrogimi środkami do hydrofilizowania pianek absorpcyjnych. Wynalazek zapewnia sposób wytwarzania hydrofilizowanego materiału piankowego. Jest to sposób bezpieczny, skuteczny, spełnia on powyższe wymagania.

Opis patentowy Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 3 563 243 dotyczy stosowania pianek z oksyalkileno-podstawionych poliuretanów w pieluszkach. Patrz również Kao, japońskie zgłoszenie patentowe nr 02-239863.

Opisy patentowe Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4 612 334 oraz 4 606 958 dotyczą pianek zawierających jako podstawniki grupy karboksylowe i inne grupy anionowe.

Europejskie zgłoszenia patentowe nr 299 762 dotyczy zastosowania chlorku wapniowego przy wytwarzaniu pianek emulsyjnych o dużej zawartości fazy wewnętrznej.

Opis patentowy Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4 985 467 ujawnia hydrofilową piankę poliuretanową zawierającą materiał superabsorpcyjny. W opisie tym zacytowano również następujące opisy dotyczące pianek absorpcyjnych i/lub innych materiałów absorpcyjnych: opisy Stanów Zjednoczonych Ameryki nr: 4 104 435, 4 717 738, 4 725 629, 4 076 663, 4 454 268, 4 337 181, 4 133 784, 3 669 103, 4 464 428, 4 394 930,

900 030, 4 239 043, 4 711 391, 3 021 290, 3 171 820, 3 175 025, 4 359 558,

521 544, japońskie opisy patentowe nr 55-168104 (1982) oraz 57-92032 (1982).

Opis patentowy Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4 797 310 oraz nr 4 788 225 oraz 4 522 953 dotyczą porowatych materiałów polimerowych, pianek, przy czym pewne z tych materiałów zawierają środki powierzchniowo czynne, a przeważnie są hydrofitowe.

Sposób wytwarzania hydrofilizowanego polimerowego materiału piankowego charakteryzuje się tym, że: A) wprowadza się do polimerowego, korzystnie otwartokomórkowego, korzystnie poliuretanowego materiału piankowego, który zasadniczo nie zawierając dodanych lub resztkowych środków hydrofilizujących jest hydrofobowy, nierozpuszczalny w wodzie, łagodny, stosunkowo nie drażniący, środek powierzchniowo czynny, korzystnie wybrany spośród estrów sorbitanu z kwasami tłuszczowymi, estrów poligliceryny z kwasami tłuszczowymi i polioksyetylenowanych kwasów i estrów tłuszczowych, oraz roztwór soli będącej środkiem hydrofilizującym wytworzony z rozpuszczalnika, korzystnie wybranego spośród wody, izopropanolu i ich mieszanin, oraz rozpuszczonej soli będącej środkiem hydrofilizującym, wybranej spośród toksykologicznie dopuszczalnych, uwodnionych lub ulegających hydratacji soli wapzniowych i magnezowych, korzystnie wybranych spośród halogenków wapnia, halogenków magnezu i ich mieszanin; oraz B) suszy się polimerowy materiał piankowy z usunięciem z niego rozpuszczalnika, korzystnie w takim stopniu, że będzie on zawierać nie więcej niż 50% wagowych wolnej wody w stosunku do pianki, z wytworzeniem polimerowego materiału piankowego z wprowadzonym, równomiernie rozmieszczonym środkiem powierzchniowo czynnym i środkiem hydrofilizującym, w ilościach zapewniających hydrofilowość, korzystnie co najmniej 0,05% wagowych.

W sposobie według wynalazku korzystnie jako polimerowy materiał piankowy stosuje się piankę polimeryzowaną w emulsji typu woda w oleju, korzystnie zawierającą

170 804 spolimeryzowane monomery wybrane z grupy obejmującej styren, (met)akrylany alkilu, diwinylobenzen i kombinację tych monomerów.

W sposobie według wynalazku korzystnie A) wprowadza się wodny roztwór zawierający 1-10%, korzystnie 1-5% wagowych chlorku wapniowego w wodzie do polimerowego materiału piankowego wytworzonego w wyniku polimeryzacji emulsji typu woda w oleju zawierającej ulegające polimeryzacji monomery, oraz 0,5-20% wagowych, w stosunku do monomerów ulegających polimeryzacji, środka powierzchniowo czynnego wybranego spośród monooleinianu sorbitanu i mieszanin monooleinianu sorbitanu i trioleinianu sorbitanu w fazie olejowej emulsji; oraz B) suszy się polimerowy materiał piankowy z usunięciem z niego wody i pozostawieniem w tym materiale piankowym co najmniej 0,005%, korzystnie 01,-7% wagowych w stosunku do materiału piankowego, środka powierzchniowo czynnego oraz chlorku wapniowego, a także nie więcej niż 50%, korzystnie nie więcej niż 10% wagowych, w stosunku do materiału piankowego, wolnej wody.

Hydrofilizowany polimerowy materiał piankowy nadający się do wchłaniania hydrofitowych cieczy według wynalazku charakteryzuje się tym, że zawiera polimerowy, korzystnie otwartokomórkowy, korzystnie poliuretanowy materiał piankowy, który zasadniczo nie zawierając dodanych lub resztkowych środków hydrofilizujących jest zasadniczo hydrofobowy; równomiernie rozprowadzoną hydrofilizującą ilość stanowiącą co najmniej 0,05% wagowych materiału piankowego, kombinacji nierozpuszczalnego w wodzie, łagodnego, stosunkowo nie drażniącego środka powierzchniowo czynnego, korzystnie wy (branego spośród estrów sorbitanu z kwasami tłuszczowymi, estrów poligliceryny z kwasami tłuszczowymi i polioksyetylenowych kwasów i estrów tłuszczowych, oraz soli będącej środkiem hydrofilizującym wybranej spośród toksykologicznie dopuszczalnych, uwodnionych lub ulegających hydratacji soli wapniowych i magnezowych, korzystnie wybranych spośród halogenków wapnia, halogenków magnezu i ich mieszanin, wprowadzonej do materiału piankowego; oraz nie więcej niż 50% wagowych, w stosunku do materiału piankowego, wolnej wody wprowadzonej do materiału piankowego.

Hydrofilizowany polimerowy materiał piankowy według wynalazku korzystnie charakteryzuje się tym, że ilość środka powierzchniowo czynnego wprowadzonego do materiału piankowego stanowi 0,5-20% wagowych materiału piankowego, przy czym środek powierzchniowo czynny korzystnie wybrany jest spośród monooleinianu sorbitanu; ilość soli będącej środkiem hydrofilizującym wprowadzonej do materiału piankowego stanowi 0,1-7% wagowych materiału piankowego; zawartość wolnej wody wprowadzonej do materiału piankowego stanowi nie więcej niż 10% wagowych materiału piankowego; a sole będące środkami hydrofilizującymi, korzystnie chlorek wapniowy, są całkowicie uwodnione.

Hydrofilizowany polimerowy materiał piankowy według wynalazku korzystnie charakteryzuje się tym, że polimerowy materiał piankowy stanowi pianka ze spolimeryzowanej emulsji typu woda w oleju, korzystnie zawierająca spolimeryzowane monomery wybrane z grupy obejmującej styren, (met)akrylany alkilu, diwinylobenzen i kombinację tych monomerów.

Na figurze 1 przedstawiono mikrofotografię komórek typowej hydrofilizowanej pianki absorpcyjnej według wynalazku.

Na figurze 2 pokazano w rozłożeniu widok składników struktury pieluszki z dwuwarstwowym rdzeniem absorbentu, w której wykorzystuje się hydrofilizowany piankowy materiał absorpcyjny jako jeden z elementów.

Sposób wytwarzania hydrofilizowanego polimerowego materiału piankowego według wynalazku dotyczy obróbki polimerowych materiałów piankowych nadających się do wchłaniania cieczy przez ich struktury piankowe. Pianki polimerowe można ogólnie określić jako struktury powstałe wówczas, gdy względnie pozbawiony monomeru gaz lub względnie pozbawioną monomeru ciecz zdysperguje się w postaci pęcherzyków w cieczy zawierającej polimeryzujący monomer, po czym przeprowadza się polimeryzację monomerów ulegających polimeryzacji w cieczy zawierającej monomer, która otacza pęcherzyki. Uzyskana spolimeryzowana dyspersja może być w postaci porowatej zestalonej

170 804 struktury, która stanowi zespół komórek, przy czym granice lub ścianki komórek stanowi stały spolimeryzowany materiał. Same komórki zawierają względnie pozbawiony monomeru gaz lub względnie pozbawioną monomeru ciecz, które to materiały utworzyły przez polimeryzację pęcherzyki w ciekłej dyspersji.

Jak to zostanie dokładniej opisane poniżej, korzystnymi polimerowymi materiałami piankowymi wykorzystywanymi zgodnie ze sposobem według wynalazku są te materiały, które zostały wytworzone w wyniku polimeryzacji szczególnego typu emulsji woda w oleju. Emulsję taką uzyskuje się ze względnie niewielkiej ilości fazy olejowej zawierającej polimeryzujący monomer oraz względnie dużej ilości fazy wodnej względnie pozbawionej monomeru. Powstaje w ten sposób względnie pozbawiona monomeru, nieciągła wewnętrzna faza wodna tworząca zdyspergowane pęcherzyki otoczone ciągłą fazą olejową zawierającą polimeryzujący monomer. W wyniku prowadzonej następnie polimeryzacji monomerów w ciągłej fazie olejowej powstaje komórkowa struktura piankowa. Ciecz zawierającą wodę pozostającą w strukturze piankowej powstałej w wyniku polimeryzacji można usunąć na drodze wyciskania i/lub suszenia.

Do wysoce korzystnych polimerowych materiałów piankowych wykorzystywanych zgodnie ze sposobem według wynalazku należą materiały wytworzone w wyniku polimeryzacji emulsji woda w oleju zawierających pewne polimeryzujące monomery takie jak styren, (met)akrylany alkilu i/lub diwinylobenzen w fazie olejowej takich emulsji. Do najkorzystniejszych polimerowych materiałów piankowych tego typu należą materiały opisane w równocześnie wzniesionym w USA zgłoszeniu patentowym DesMarais’a, Stone’a, Thompsona, Younga, LaVona i Dyera, (P&G sprawa 4451), zatytułowanym Absorbent Foam Materials for Aqueous Body Fluids and Absorbent Articles Containing Such Materials, które wprowadza się tu jako źródło literaturowe. W takich wysoce korzystnych materiałach piankowych objętość porów wynosi zazwyczaj od około 12 do 100 ml/g, a powierzchnia właściwa ssania kapilarnego od około 0,5 do 5,0 m²/g. Pianki takie wytwarza się z emulsji woda w oleju, w których stosunek wagowy wody do oleju wynosi od około 1:1 do 100:1, a jeszcze korzystniej od około 20:1 do 70:1.

Do innych znanych polimerowych materiałów piankowych przydatnych zgodnie ze sposobem według wynalazku należą poliuretany. Pianki poliureatnowe wytwarza się w reakcji poliizocyjanianu takiego jak diizocyjanian z materiałem zawierającym grupy hydroksylowe takim jak polieteropoliol w obecności wody i katalizatora. Przy powstawaniu polimeru woda reaguje z grupami izocyjanianowymi powodując usieciowanie. Wydziela się również dwutlenek węgla, powodujący spienienie. Stosować można także trifluorometan lub inne lotne materiały jako środki spieniające.

Polimerowe pianki, w tym korzystne pianki wytworzone z polimeryzujących emulsji woda w oleju mogą mieć charakter względnie zamkniętokomórkowy lub względnie otwartokomórkowy, w zależności od tego czy i/lub w jakim stopniu ścianki lub granice komórek, czyli okienka komórek zostaną wypełnione lub zajęte przez polimeryczny materiał. Do polimerowych materiałów piankowych przydatnych zgodnie ze sposobem według wynalazku należą materiały względnie otwartokomórkowe, w których poszczególne komórki pianki nie są w większości całkowicie oddzielone od siebie przez polimerowy materiał ścianek komórkowych. W związku z'tym komórki w takich zasadniczo otwartokomórkowych strukturach piankowych zawierają międzykomórkowe otwory lub okienka na tyle duże, aby umożliwić łatwe przemieszczanie się cieczy z jednej komórki do drugiej wewnątrz struktury piankowej.

W zasadniczo otwartokomórkowych strukturach przydatnych zgodnie ze sposobem według wynalazku pianka będzie zazwyczaj miała charakter siatkowy, tak że poszczególne komórki będą określone przez szereg wzajemnie połączonych, trójwymiarowo rozgałęzionych pasm. Wiązki materiału polimerowego tworzące rozgałęzione pasma otwartokomórkowej struktury pianki można określić jako podpórki. Otwartokomórkowe pianki o typowej strukturze podpórkowej przedstawiono przykładowo na mikrofotografii pokazanej na fig. 1. W znaczeniu użytym w opisie materiał piankowy określa się jako

170 804 otwartokomórkowy, jeśli co najmniej 80% komórek w strukturze pianki jest połączonych z co najmniej jedną sąsiadującą komórką w sposób umożliwiający przepływ cieczy.

Materiały polimerowe tworzące piankę, przydatne jako materiały wyjściowe w sposobie według wynalazku zasadniczo nie ulegają pęcznieniu w cieczach opartych na wodzie i zazwyczaj nie zawierają polarnych grup funkcyjnych w strukturach polimerowych. W związku z tym po wytworzeniu struktur takich pianek powierzchnię ich będą stanowić materiały polimerowe, które w nieobecności jakichkolwiek resztkowych lub dodanych środków powierzchniowo czynnych lub innych środków hydrofilizujących będą miały zasadniczo hydrofobowy charakter.

Stopień hydrofobowości lub hydrofilowości polimerowych materiałów piankowych można określić ilościowo na podstawie napięcia zwilżania wykazywanego przez takie pianki w kontakcie z ulegającą absorpcji testową cieczą. Napięcie zwilżania określa się równaniem

AT = y cios Θ gdzie: - AT oznacza napięcie zwilżania w N/m

- y ozrnacza napięcie powiezcchniowe tettowej ciecy zaabsorbowanej przez materiał piankowy w N/m

- Θ oznacza kąt wilżania w «stopniach rmędzy poweerzchnią polimerowego materiału piankowego i wektorem stycznym do cieczy testowej w punkcie, w którym testowa ciecz styka się z powierzchnią polimeru piankowego.

Dla dowolnego danego materiału piankowego napięcie zwilżania wykazywane przez piankę można wyznaczyć doświadczalnie wykorzystując procedurę, zgodnie z którą miesię wagowo ilość hydrofitowej cieczy testowej, np. syntetycznego moczu, wchłoniętego peoeo próbkę pianki o zpanzah wymiarach i powierzchni właściwej kapilar ssących. Procedurę taką opisano dokładniej poniżej w części Metody badań.

W opisie nipiejszegρ wynalazku konkretny materiał piankowy uważa się za zasadniczo hydrofobowy jeśli zasadniczo w nieobecności jakichkolwiek dodanych lub resztkowych środków powieezahhipwp czynnych lub innych środków hzdepfilizujączah jego napięcie zwilżania będzie niższe od 15 -10j3 N/m, przy ozpaczaniu chłonności kapilarnej syntetycznego moczu o napięciu powierzchniowym 65 ± 5-10’³ N/m. I odwrotnie polimerowy materiał piankowy uważa się za względnie hydrofitowy, gdy wykazuje napięcie zwilżania 15 -10³ N/m lub powyżej, a korzystnie 20-10’³ N/m lub powyżej, przy ozpnazapiu chłonności kapilarnej tego samego syntetycznego moczu.

W pierwszym etapie sposobu według wynalazku zasadniczo hydrofobową piankę polimerową poddaje się takiej obróbce, aby wprowadzić do materiału piankowego αrówno pewnego typu środek powierzchniowo czynny jak i roztwór zawierający środek hydrofilizujący określonego typu, rozpuszczony w odpowiednim rozpuszczalniku. Środek powitezchhipwp czynny, który wprowadza się do materiału piankowego może stanowić dowolny zasadniczo mtrpzpuszczzlhy w wodzie, łagodny, względnie nieęeażhiący związek powierzchhipwp czyhhy, który wykazuje zdolność zwiększania zwilżalności powierzchni polimerowych, z którymi styka się i na których może zostać osadzony. Do takich środków powierzchhiowp czzhhych należą np. estry sρebitahu z kwasami tłuszczowymi, estry ppligliceryny z kwasami tłuszczowymi oraz polioksyety]ehpwane (POE) kwasy tłuszczowe i estry. Do przykładowych środków powierzchniowo czynnych tego typu należy TRIODAN®, będący dostępnym w handlu estrem poliglictryny, produkowany przez Grihdsttd, oraz EMSORB®, seskwioleinizh sorbitanu produkowany przez Henkel.

Szczególnie korzystne są estry sorbitahu z kwasami tłuszczowymi takie jak mohPlauIyniah spebitahu (SPAN® 20), mPhppleinIah sorbitami (SPAN® 80) oraz kombinacje tripleiniahu sorbitahu (SPAN®85) i mohpoleihizhu sorbitanu (SPAN® 80). Jedną z takich szczególnie korzystnych kombinacji środków powierzchniowo czynnych stanowi kombinacja mphooltihiazu sorbitahu i teiρltihiahu sorb^nu w stosunku wagowym > około 3:1, a jeszcze korzystniej powyżej około 4:1.

170 804

Innym szczególnie korzystnym estrem sorbitanu z kwasem tłuszczowym jest, jak to zaznaczono, monolaurynian sorbitanu (SPAN® 20). Monolaurynian sorbitanu jest w zasadzie tak korzystny w nadawaniu charakterystyk hydrofilowości piankom absorpcyjnym, że jego zastosowanie jako środka hydrofilizującego jest przedmiotem odrębnego, równocześnie wniesionego zgłoszenia patentowego w USA DesMarais’a i Stone’a, (P&G sprawa nr 4455), które wprowadza się tu jako źródło literaturowe. Taki materiał w postaci monolaurynianu sorbitanu jest w związku z tym wysoce korzystny jako środek powierzchniowo czynny wprowadzany do pianek zgodnie ze sposobem według wynalazku.

Materiały w postaci środków powierzchniowo czynnych powyższego typu wprowadzać można do materiałów piankowych według wynalazku w dowolny odpowiedni sposób zapewniający kontakt jednego lub więcej środków powierzchniowo czynnych z powierzchnią polimerowego materiału piankowego. Najkorzystniej można to osiągnąć stosując jeden lub więcej środków powierzchniowo czynnych jako składniki w procesie wytwarzania materiałów piankowych. W przypadku korzystnych pianek według wynalazku, które wytwarza się w wyniku polimeryzacji emulsji typu woda w oleju, zasadniczo nierozpuszczalne w wodzie materiały w postaci środków powierzchniowo czynnych dodawać można jako emulgatory do zawierającej monomer fazy olejowej takich emulsji. W ten sposób materiały w postaci środków powierzchniowo czynnych spełniają podwójną rolę stabilizowania polimeryzujących emulsji oraz działania jako resztkowe środki hydrofilizujące, które stykają się z powierzchniami polimerowymi struktury piankowej po jej powstaniu, a korzystnie powlekają te powierzchnie. Materiały w postaci środków powierzchniowo czynnych dodawać można do fazy olejowej zawierającej polimeryzujący monomer w ilości od 0,5 do 20% wagowych w stosunku do polimeryzujących monomerów w fazie olejowej.

Alternatywnie materiały w postaci środków powierzchniowo czynnych stosowane zgodnie ze sposobem według wynalazku można wprowadzać lub ponownie wprowadzać do materiału piankowego, który nie zawiera środka powierzchniowo czynnego po wytworzeniu, lub z którego resztki środków powierzchniowo czynnych zostały usunięte. Takie wprowadzanie lub ponowne wprowadzanie środka powierzchniowo czynnego osiągnąć można w wyniku poddania takich pianek obróbce odpowiednim roztworem lub zawiesiną środka powierzchniowo czynnego. I tak nierozpuszczalne w wodzie środki powierzchniowo czynne rozpuścić można lub zdyspergować w odpowiednim rozpuszczalniku lub nośniku takim jak izopropanol i uzyskany roztwór lub zawiesinę można połączyć z materiałem piankowym w celu przeprowadzenia obróbki. W taki sposób materiały w postaci środków powierzchniowo czynnych wprowadzić można do pustych przestrzeni struktury piankowej.

Materiały w postaci środków powierzchniowo czynnych stosowane zgodnie ze sposobem według wynalazku wprowadza się zazwyczaj do materiałów piankowych w ilościach nadających, w połączeniu ze składnikiem w postaci soli będącej środkiem hydrofilizującym, odpowiednią charakterystykę hydrofilowości piankom poddawanym obróbce. Często takie ilości wprowadzanego środka powierzchniowo czynnego będą wynosić od 0,5 do 20% wagowych w stosunku do spolimeryzowanego materiału piankowego, a jeszcze korzystniej od 1 do 16% wagowych w stosunku do spolimeryzowanego materiału piankowego.

Jak to zaznaczono, pierwszy etap sposobu według wynalazku obejmuje również wprowadzanie do materiałów piankowych roztworu pewnego typu soli będącej środkiem hydrofilizującym. Zasadniczym składnikiem takiego roztworu soli będącej środkiem hydrofilizującym jest sól będąca środkiem hydrofilizującym, wybrana spośród toksykologicznie dopuszczalnych, uwodnionych lub ulegających hydratacji soli wapniowych i magnezowych.

Do przykładowych, ale nie wyłącznych soli będących środkami hydrofilizującymi należą uwodnione lub ulegające hydratacji materiały, takie jak czterohydrat winianu wapniowego, sześciohydrat tiosiarczanu wapniowego, sześciohydrat chlorku wapniowego, czterohydrat chlorku wapniowego, czterohydrat cytrynianu wapniowego, trójhydrat bromku

170 804 wapniowego, sześciohydrat bromku wapniowego, dwuhydrat siarczanu wapniowego, ośmiohydrat ortofosforanu magnezowego, pięciohydrat winianu magnezowego, sześciohydrat chlorku magnezowego, pięciohydrat cytrynianu magnezowego, ośmiohydrat jodku magnezowego, siedmiohydrat siarczanu magnezowego oraz czterohydrat salicylanu magnezowego. Do korzystnych środków hydrofilizujących należą higroskopowe lub rozpływające się sole, takie jak chlorek wapniowy, bromek wapniowy, chlorek magnezowy i jodek magnezowy. Można także stosować mieszaniny takich soli.

Sole wapniowe i magnezowe stosowane zgodnie ze sposobem według wynalazku powinny być oczywiście toksykologicznie dopuszczalne. Toksykologicznie dopuszczalne są takie sole, które stwarzają minimalne lub nie stwarzają żadnego zagrożenia dla ludzi lub zwierząt, jeśli przypadkowo przedostaną się do organizmu na skutek połknięcia lub wdychania w ilościach, które mogłyby się pojawić w czasie stosowania lub wytwarzania, albo po wyrzuceniu hydrofilizowanych pianek. Tak np. uwodniony arsenian magnezu byłby bardzo przydatny do wytwarzania pianek o odpowiedniej hydrofilowości, jednakże sól ta po spożywaniu lub wdychaniu jest toksyczna i nie jest objęta zakresem wynalazku.

Sole będące środkami hydrofilizującymi opisane powyżej zasadniczo rozpuszcza się w odpowiednim rozpuszczalniku uzyskując roztwór, który można wprowadzać do materiału w postaci pianki polimerowej, która ma być zastosowana w sposobie według wynalazku. Woda jest korzystnym rozpuszczalnikiem do wytwarzania takiego roztworu do obróbki, z tym że można również stosować różne alkohole i/lub rozpuszczalniki wodnoalkoholowe. Środek hydrofilizujący wprowadzać można do roztworu w dowolnym odpowiednim stężeniu. Zazwyczaj stosuje się roztwory zawierające od 1 do 10% wagowych środka hydrofilizującego, z tym że stosować można także roztwory o wyższym stężeniu, a nawet roztwory nasycone. Jeśli chlorek wapniowy stosuje się jako środek hydrofilizujący, to zazwyczaj jego stężenie w roztworze wodnym wynosi od 1 do 5% wagowych.

Podobnie jak w przypadku środka powierzchniowo czynnego roztwór zawierający sól będącą środkiem hydrofilizującym można wprowadzać do struktury zasadniczo hydrofobowej pianki polimerowej w dowolny odpowiedni sposób zapewniający wypełnienie roztworem wystarczającej ilości komórek pianki. Najkorzystniej można to osiągnąć stosując po prostu roztwór środka hydrofilizującego w procesie wytwarzania struktury piankowej. Tak np. odpowiednią sól wapniową i/lub magnezową dodać można do fazy wodnej emulsji typu woda w oleju, którą stosuje się do wytwarzania pianki polimerowej. Jeśli taką emulsję następnie polimeryzuje się, to stała komórkowa struktura pianki zostanie utworzona wokół pozostałej fazy wodnej, w której rozpuszczony jest pożądany środek hydrofilizujący.

Alternatywnie pianki uzyskane bez stosowania przy ich wytwarzaniu jakiegokolwiek roztworu środka hydrofilizującego można po wytworzeniu poddać obróbce powtarzając kontaktowanie i przemywanie odpowiednim roztworem soli będącej środkiem hydrofilizującym, w celu wprowadzenia w ten sposób roztworu do pianki. Jednakże taka obróbka zasadniczo hydrofobowych materiałów piankowych po ich wytworzeniu może być trudna, gdyż roztwory środków hydrofilizujących mogą nie być łatwo wchłaniane przez hydrofobowe pianki. W takich przypadkach niezbędne może okazać się wtłaczanie roztworu środka hydrofilizującego do struktury piankowej z wykorzystaniem ciśnienia lub powtarzając etapy przemywania i/lub wyciskania. Niezbędne może okazać się, np. w przypadku hydrofobowych pianek o względnie dużych komórkach (> 90μ), takich jak pianki poliuretanowe, stosowanie alkoholowego lub wodno-alkoholowego rozpuszczalnika środka hydrofilizującego, aby umożliwić uzyskanie dopuszczalnego równomiernego rozprowadzenia soli będącej środkiem hydrofilizującym w strukturze piankowej.

Można oczywiście stosować kombinację powyższych sposobów wprowadzania roztworu soli będącej środkiem hydrofilizującym do struktury piankowej poddawanej obróbre. Tak np. częś^r pkżądanyj soh będącej środkiem hydrofilizwjącym wprowadzać można do cieczy procesowych stosswanych do wytwarzania piaok^. Po wCtworzenió takiej pianki dodatkową lub zastępującą sól będącą środkiem ncarofilizującym wprowadzić

170 804 można w wyniku obróbki po wytworzeniu pianki, np. w wyniku przemywania pianki roztworem środka hydrofilizującego.

W drugim etapie sposobu według wynalazku polimerowy materiał piankowy z wprowadzonym środkiem powierzchniowo czynnym i wprowadzonym roztworem soli będącej środkiem hydrofilizującym poddaje się suszeniu w celu usunięcia rozpuszczalnika z roztworu soli będącej środkiem hydrofilizującym. Suszenie przeprowadzić można na powietrzu, w wyniku ogrzewania lub za pomocą obróbki mikrofalowej, albo innymi odpowiednimi sposobami usuwania ze struktury piankowej rozpuszczalnika, ale bez usuwania nadmiernej ilości zawartej w nim soli będącej środkiem hydrofilizującym.

Według wynalazku możliwe byłoby całkowite usunięcie z pianki rozpuszczalnika, który zastosowano do wprowadzania soli będącej środkiem hydrofilizującym do pianki. W wyniku takiego całkowitego usunięcia rozpuszczalnika na drodze suszenia uzyskanoby drobne cząstki soli będącej środkiem hydrofilizującym osadzone na powierzchniach pianki. Z przedstawionej poniżej dyskusji w sposób oczywisty wyniknie, że pianka poddana obróbce w taki sposób mogłaby zostać określona jako przesuszona, gdyż w wyniku pełnego wysuszenia sól będąca środkiem hydrofilizującym utraci wodę hydratacyjną. W związku z tym uzyskana pianka stanie się hydrofobowa. Jednakże przy wilgotności względnej powyżej około 40% odtworzona zostanie hydrofilowość powierzchni takiej całkowicie wysuszonej pianki. Korzystnie pianki nie należy wysuszyć całkowicie, aby osiągnąć taki stan. Należy raczej tak ustalić warunki suszenia, aby sól będąca środkiem hydrofilizującym zachowała swą wodę hydratacyjną, tak że uzyskana pianka będzie po wytworzeniu hydrofilowa. Często rozpuszczalnik będzie usuwany ze struktur piankowych w sposobie według wynalazku w taki sposób, aby pozostałość rozpuszczalnika, np. wolnej wody w piance stanowiła nie więcej niż 50% wagowych (suchej) pianki, a jeszcze korzystniej nie więcej niż 10% wagowych (suchej) pianki.

Zrozumiałe jest, że ilość soli będącej środkiem hydrofilizującym wprowadzanej do struktury piankowej i na powierzchnie struktury piankowej sposobem według wynalazku może zmieniać się w zależności od wymaganej hydrofilowości oraz od skuteczności wybranej soli będącej środkiem hydrofilizującym. Tak np. przy stosowaniu rzeczywiście rozpływających się soli będących środkami hydrofilizującymi w celu uzyskania zadawalających wyników potrzebne będą mniejsze ich ilości. W przypadku soli tworzących niższe hydraty może zaistnieć konieczność stosowania większej ilości soli będącej środkiem hydrofilizującym. Zasadniczo celem wynalazku jest wprowadzenie hydrofilizującej ilości środka powierzchniowo czynnego oraz jednej lub kilku soli wapniowych i/lub magnezowych do struktury piankowej i na jej powierzchnie. Ilość taką można określić jako ilość środka powierzchniowo czynnego i jednej lub kilku soli wapniowych i/lub magnezowych, które, w przypadku gdy sole są całkowicie uwodnione, zapewniają uzyskanie pianki, która wykazuje napięcie zwilżania co najmniej 15 -10'³ N/m, korzystnie co najmniej 20-10'³ N/m, przy oznaczaniu w 37°C chłonności kapilarnej syntetycznego moczu o napięciu powierzchniowym 65±5-10’³ N/m.

Zazwyczaj wysuszona pianka będzie zawierać co najmniej 0,05% wagowych środka powierzchniowo czynnego i soli będącej środkiem hydrofilizującym. Gdy stosuje się takie materiały jak chlorek wapniowy, pianka będzie zazwyczaj zawierać od 0,1 do 7% wagowych soli będącej środkiem hydrofilizującym, w stosunku do masy materiału pianki. Stosować można większe ilości, z tym że należy zdawać sobie sprawę, że nadmierne ilości soli będącej środkiem hydrofilizującym zazwyczaj nie przyniosą żadnych korzyści, a mogą spowodować, że uzyskana pianka będzie wydzielać pyliste cząstki na skutek przeładowania wysuszoną solą będącą środkiem hydrofilizującym.

Zrozumiałe jest, że aby środek powierzchniowo czynny i sól będąca środkiem hydrofilizującym skutecznie nadawały hydrofilowy charakter piance poddawanej obróbce, zarówno środek powierzchniowo czynny jak i sól będąca środkiem hydrofilizującym powinny być równomiernie rozprowadzone na wewnętrznej powierzchni pianki. Gdy środek powierzchniowo czynny i/lub sól będące środkiem hydrofilizującym zostanie osadzona

170 804 jedynie w odrębnych nieciągłych obszarach, co może zdarzyć się gdy roztwór środka powierzchniowo czynnego lub soli będącej środkiem hydrofilizującym tworzy perełki lub kropelki w strukturze pianki utworzone przez polimerowe podpórki, można nie osiągnąć efektu pełnego hydrofiłowania pianki uzyskiwanego sposobem według wynalazku.

Sposobem według wynalazku nadaje się polimerowym materiałom piankowym zdolność wchłaniania hydrofilowych cieczy. Nie ograniczając się żadną teorią uważa się, że środek powierzchniowo czynny i określona sól będąca środkiem hydrofilizującym w zasadzie nie oddziaływują chemicznie z polimerowym materiałem piankowym. Wydaje się, że działanie soli będących środkami hydrofilizującymi polega po prostu na zapewnieniu równomiernego rozmieszczenia cząsteczek wody hydratacyjnej na powierzchni pianki. Jak to stwierdzono, pianki poddane obróbce solami będącymi środkami hydrofilizującymi można przesuszyć usuwając wodę hydratacyjną z soli w piance. Takie przesuszone pianki będą miały charakter hydrofobowy. Pianki takie można jednak umieścić w środowisku o wysokiej wilgotności na względnie krótki okres czasu, dzięki czemu w znacznym stopniu odtworzyć można ich charakter hydrofitowy.

W środowiskach, w których pianki według wynalazku mają być stosowane, zwłaszcza w podpaskach, pieluszkach itp., wilgotność w sąsiedztwie organizmu lub w zetknięciu ze skórą wynosi prawie 100%. Pianki wytworzone sposobem według wynalazku, poddane obróbce uwodnionymi lub ulegającymi hydratacji solami będącymi środkami hydrofilizującymi, zachowują charakter hydrofitowy w obecności wody (lub właściwości te mogą zostać odtworzone). Tak więc sole ulegające hydratacji mogą w pełni ulec hydratacji lub ponownej hydratacji pod wpływem wilgoci z powietrza lub wilgoci wynikającej z bliskiego sąsiedztwa ciała. W ten sposób uzyskać można odpowiednie hydrofilowe pianki nadające się do wchłaniania zawierających wodę płynów ustrojowych. Bez względu na mechanizm uwodnione lub ulegające hydratacji sole będące środkami hydrofilizującymi w połączeniu ze środkiem powierzchniowo czynnym działają w oczekiwany sposób nadając piankom hydrofilowość bez pewnych wspomnianych wyżej wad dotyczących innych sposobów hydrofilizowania pianek o charakterze hydrofobowym.

Hydrofilizowane materiały piankowe według wynalazku są szczególnie przydatne jako absorbenty opartych na wodzie płynów ustrojowych w wyrobach absorpcyjnych takich jak pieluszki, wkładki dla osób dorosłych nie trzymających moczu, sanitaria itp. Hydrofitowy charakter takich poddanych obróbce pianek absorpcyjnych umożliwia łatwe wchłanianie przez struktury piankowe takich materiałów płynów ustrojowych jak mocz lub płyny miesiączkowe. Hydrofilizowane materiały piankowe będą zasadniczo wykazywać pożądaną zdolność transportu płynów, np. działanie ssące w stosunku do opartych na wodzie płynów takich jak płyny ustrojowe, tak że wchłonięty płyn będzie przemieszczać się w materiale z jednego obszaru pianki absorpcyjnej do drugiego.

Szybkość zasysania wykazywana przez polimerowy materiał piankowy, zwłaszcza zasysanie płynu opartego na wodzie w kierunku pionowym można wykorzystać w badaniu selekcjonującym w celu ustalenia stopnia zachowania hydrofilowości przez dany polimerowy materiał piankowy. Szybkość zasysania pionowego można określić mierząc okres czasu, w jakim badany pasek pianki o określonej wielkości zassie zabarwiony testowy płyn, np. syntetyczny mocz na określoną wysokość (np. na 5 cm w przypadku pianek, które mają zasysać płyny na taką wysokość). Taki sposób określania szybkości zasysania pionowego jest dokładnie opisany poniżej w części Metody badań.

Jeszcze prostszym badaniem selekcjonującym przydatnym do określania względnej hydrofilowości próbek pianki poddanej obróbce jest pomiar czasu zatapiania próbki pianki. W badaniu takim próbki pianki wrzuca się do zlewki z testowym płynem opartym na wodzie, np. z syntetycznym moczem i mierzy się czas do zatopienia próbek. Krótsze czasy zatapiania obserwuje się dla próbek o większej hydrofilowości. Typowy pomiar czasu zatapiania opisano dokładniej w części Metody badań.

170 804

W powyższym opisie wynalazku wymieniono pewne właściwości absorpcyjnych materiałów piankowych. Wspomniane właściwości można określać wykorzystując następujące płyny testowe i metody badań.

I Płyny testowe i przygotowywanie próbek pianki

A) Płyn testowy - syntetyczny mocz

Szereg pomiarów opisanych w badaniach obejmuje stosowanie testowego płynu takiego jak syntetyczny mocz lub etanol. Syntetyczny mocz stosowany w testach opisanych poniżej przyrządza się z dostępnego w handlu preparatu syntetycznego moczu, wytwarzanego przez Jayco Pharmaceuticals (Mechanicsburg, PA, 17055). Taki syntetyczny mocz Jayco wykonany z preparatu zawiera 0,2% KC1, 0,2% Na2SO 4, 0,085% NH4 H2PO 4, 0,015% (NH4)zHPO4, 0,025% CaCl2-2H₂O i 0,05% MgCk-óHzO (% wag.). Próbki syntetycznego moczu wykonano zgodnie z instrukcją na etykiecie stosując wodę destylowaną. Aby ułatwić rozpuszczanie preparatu mieszankę soli Jayco powoli dodaje się do wody. Próbkę sączy się w razie potrzeby w celu usunięcia jakichkolwiek stałych cząstek. Nie wykorzystany syntetyczny mocz wylewa się po tygodniu. W celu lepszego uwidocznienia płynu na litr roztworu syntetycznego moczu dodać można 5 kropli błękitnego barwnika spożywczego. Stosowany syntetyczny mocz Jayco wykazuje napięcie powierzchniowe 65 ±5-10³ N/m.

B) Przygotowywanie próbek pianki

Opisane poniżej badania napięcia zwilżania i szybkości pionowego zasysania obejmują przygotowywanie i badanie próbek pianki o określonej wielkości. Takie próbki pianki o wymaganej wielkości powinny być wycięte z większych bloków pianki za pomocą ostrej piły nożowej o ruchu posuwisto-zwrotnym. Urządzenia do cięcia pianki takiego lub równoważnego typu stosuje się w celu zasadniczego wyeliminowania strzępienia się krawędzi próbki pianki, które mogłyby niekorzystnie wpłynąć na wyniki pewnych pomiarów prowadzonych w badaniach opisanych poniżej.

Wymagania odnośnie wielkości próbki obejmują również grubość próbki pianki. W zakresie objętym wynalazkiem pomiar grubości wykonuje się, gdy próbka pianki znajduje się pod obciążeniem ściskającym 350 Pa.

II Pomiar napięcia zwilżania

Napięcie zwilżania wykazywane przez próbki hydrofilizowanej pianki, która chłonie testowe płyny na skutek ssania kapilarnego, stanowi iloczyn napięcia powierzchniowego y testowego płynu oraz cosinusa kąta zwilżania Θ, wykazywanego przez testowy płyn w zetknięciu z wewnętrznymi powierzchniami próbki pianki. Napięcie zwilżania wyznaczyć można doświadczalnie mierząc równowagowy przyrost wagi spowodowany chłonnością kapilarną, wykazywany przez dwie próbki z tej samej pianki w odniesieniu do dwóch różnych testowych cieczy. W pierwszym etapie takiego badania wyznacza się powierzchnię właściwą próbki pianki z wykorzystaniem etanolu jako płynu testowego. Tak wyznaczoną powierzchnię właściwą. wykorzystuje się następnie jako jeden czynnik w doświadczalnym wyznaczaniu napięcia zwilżania poprzez pomiar spowodowanej ssaniem kapilarnym chłonności drugiego testowego płynu, syntetycznego moczu.

A) Pomiary powierzchni właściwej

Powierzchnię właściwą ssania kapilarnego absorbentów piankowych według wynala_zku wyznaczyć można na podstawie równowagowego przyrostu masy próbki w _ci_eczy testowej o znanym niskim napięciu powierzchniowym. W konkretnym przypadku zastosowano absolutny etanol o temperaturze zapłonu 10°C.

Przy wykonywaniu pomiaru zważony pasek pianki o odpowiednich wymiarach (np. długość 25 cm x szerokość 2 cm x grubnść 0,8 cm), doprowadzony do s tanu równowagi w 20 - 22°C, zawiesza się pionowo i zanurza jednym końcem na głębokość 1-2 m_m w zbiorniku z etanolem, wykon^w^jąc podnośnik ^laborćtorsrns. Całoś^ć pozo_stawi_{a s}ię

170 804 do zassania etanolu przez pasek pianki na równowagową wysokość, która powinna być mniejsza od długości próbki. Pasek nasączony etanolem waży się następnie tak, że dotyka on przez cały czas zbiornika, w celu ustalenia masy wchłoniętego etanolu. W czasie pomiaru próbka powinna być osłonięta, aby zapobiec odparowaniu etanolu.

Powierzchnię właściwą próbki pianki można wyliczyć z następującego wzoru:

MeGL_n s_c =

M_ny_e w którym:

Sc oznacza powierzchnię właściwą ssania kapilarnego w cm²/g,

Me oznacza masę wchłoniętego etanolu w g;

G oznacza przyspieszenie ziemskie wynoszące 980 cm/s²;

Ln oznacza całkowitą długość próbki w cm;

Mn oznacza masę suchej próbki w g;

ye oznacza napięcie powierzchniowe etanolu, wynoszące 22,3 · 10'³ N/m.

B) Pomiary napięcća zwilżania

Opisaną powyżej procedurę ssania kapilarnego wykorzystywaną do pomiaru powierzchni właściwej próbki pinakl powtarza się stosując inne próbki tej samej pianki w identyczny sposób jak w przypadku etanolu, ale używając syntetyczny mocz JAYCO jako płyn testowy oraz wykonując pomiar w 37°C. Następnie wyliczyć można kąt zwilżania syntetycznego moczu na podstawie zanaej powierzchni właściwej i pomiaru chłonności syntetycznego moczu:

MuGLn cos$u - MnYuSc gdzie:

$ _u = kąt zwllżama syneetycznego mozzu ayyco w stopnaach;

M_u = man wchtonćęeego syneetycznego moczu Javco w g;

G = przyspieszenie ziemkkie wynoszące 980 cmi,

Mn = masa suchet próbkt p^nkt w g;

y_u = ΓΜρίςηίε powierzchniowe moczu JAYCO wynoszące 65 -10'³ n/m;

S_c = powiei-zchma waaćciwa piankt w gAmi², wyznaczona w ροη©ηζο chłonności etanolu;

L_n = długość próbki pianki w cm.

Gdy obecny jest środek powierzchniowo czynny (np. resztki emulgatora na powierzcCniacC próbki pianki i/lub w podnoszącej się testowej cieczy), sracu/^ frontu w_znos_zącej się cieczy przeprowadza się w oparciu o równanie napięcia zwilżaai_n (AT)

MtGLn

AT

M/Sc

170 804 gdzie:

Mt oznacza masę cieczy testowej wchłoniętej przez próbkę pianki, a G, Ln, Mn i Sc mają znaczenie podane wyżej.

[Patrz Hodgson i Berg, J. Coli. Int. Sci., 121(1), 1988, 22-31].

Przy wyznaczaniu napięcia zwilżania dla dowolnej danej cieczy testowej nie przyjmuje się żadnych założonych wielkości napięcia powierzchniowego w jakimkolwiek momencie czasu, tak że ewentualne zmiany stężenia środka powierzchniowo czynnego na powierzchniach próbki i/lub we wznoszącej się cieczy w czasie zachodzącego ssania są bez znaczenia. Wielkość doświadczalna napięcia zwilżania (ycosń) jest szczególnie przydatna, gdy przedstawi się ją jako procent maksymalnego napięcia zwilżania będącego napięciem powierzchniowym cieczy testowej (tak np. maksymalne napięcie zwilżania przy wykorzystaniu syntetycznego moczu JAYCO powinno wynosić [65±5] [cosO°] = 65±5-10'³ N/m.

III Oznaczanie szybkości zasysania pionowego

Szybkość zasysania pionowego jest miarą zdolności suchej pianki do zasysania płynu pionowo ze zbiornika. Zmierzyć można czas niezbędny du osiągmęcia przez: front. ^płynu wysokości ^e zm ra pasku pianki uzyskując sz.Io^zśió nasy-sania ^mronozego, prz^ajmmej w pok^adku pnne^ dla którwh rówuowagawe w^akość zagysanio piongwa^ęe Iwracza 5 cm.

Syn tctyczny mocz Jayco zabarwiony błękitnym barwnikiem spożywczym stosuje się do wyzaaczayⁱę s^^^ości ^^ζζζΗ piny owego w nzet^opuJąc^u rposób. Pyzmd tyzjprowadoan.em pnóby materiafy dy^nwa^a si^o do stanu r^ęgujowagⁱ w 2^z° C, z pom^r ww tonzje w tbj smmej ^tem^ynga^suoey.

1) Przygotowanie grózei

i)	Pasek pianki n wymiarach nenło 25 x 2 x 0,8 cm groagntowuże się w sposób opisany powyżej w oznaczaniu napięcia zwilżania.
ii)	Zbiornik płynu umieszcza się na gnynośnieu laZortΠorΎżrlym, po czym jeden enniec próbki giaęei mocuje się tak, aby zwisała ona pionown nad oZinrnikiem płynu.
iii)	W sąsiedztwie prózei pianki oamocnwuje się linijkę tak, że jej pnyząlee (0 cm) znajduje się neołn 1-2 mm pnważęj' dnlnego brzegu próbki pianki.
iv)	ZZinrnik płynu napełnia się w nkołn 3/4 zaZerwinnym roztworem syntetycznego mnczu.

2) Pomiar soabeośyi zasysania pinnnwegn

i)	Zbiornik gnynosi się za gnmncą pnyęośnika laboratoryjnego tak, aby dntenąć dolnegn brzegu próbki pianki. W momencie dotknięcia płynu przez dolny koniec próbki pianki włącza się sekundomierz.
ii)	Zbiornik ęetachmiasl poynnsi się aż ciecz dolenir dnlnrj' krawędzi linijki. Konieczne może być rrgulnwanie za pomocą podnośnika laboraloIażnrgo, aby utrzymać zanurzenie 1-2 mm prób^. Próbka powinna być nsłonięta, aby zapobiec parowaniu.

170 804 iii)

Rejestruje się czas, po upływie którego front cieczy osiągnął wysokość 5 cm. W celach porównawczych wyznacza się również czasy wznoszenia się płynu na wysokości 2 i 10 cm, gdy próbka pianki wykazuje charakterystykę umożliwiającą zasysanie płynu na takie wysokości.

IV Wyznaczanie czasu zatapiania

Z większych kawałków pianki wycina się cylindryczne próbki pianki o średnicy 2,86 cm i dowolnej odpowiedniej grubości (np. 0,8 cm). Cylindryczne próbki upuszcza się z wysokości 5 - 7,6 cm do 250-ml zlewki zawierającej około 100 ml syntetycznego moczu Jayco, w taki sposób, że płaska powierzchnia cylindra będzie stykać się z płynu testowym w zlewce. Uruchamia się sekundomierz w momencie, gdy spód próbki pianki dotknie powierzchni płynu. Obserwuje się próbkę do momentu aż testowy płyn dojdzie do górnej powierzchni próbki. Gdy górna powierzchnia próbki pianki będzie zasadniczo mokra, wyłącza się sekundomierz, rejestrując w ten sposób czas zatapiania.

Temperatura płynu testowego może w znaczący sposób wpływać na czas zatapiania, zwłaszcza w przypadku korzystnych pianek według wynalazku wytwarzanych w emulsji typu woda w oleju. W związku z tym płyn testowy powinien być utrzymywany w tej samej temperaturze w przypadku wszystkich porównawczo badanych próbek w selekcjonującym teście określania czasu zatapiania. Często wykorzystuje się zimny płyn testowy o temperaturze 21 - 27°C oraz gorący płyn testowy o temperaturze 43 - 49°C.

Przykłady. Poniższe przykłady ilustrują wytwarzanie hydrofilizowanych absorpcyjnych materiałów piankowych, charakterystyki takich hydrofilizowanych materiałów piankowych oraz wykorzystanie ich w pieluszkach jednorazowych.

Przykład I. Przykład ten ilustruje wytwarzanie hydrofilizowanego absorbentu piankowego w instalacji a skali półtechnicznej.

Wytwarzanie emulsji

Chlorek wapniowy (320 g) i nadsiarczan potasowy (48 g) rozpuszcza się w 32 litrach wody destylowanej. Uzyskuje się w ten sposób fazę wodną stosowaną do wytwarzania emulsji o wysokiej zawartości fazy wewnętrznej.

Do mieszanki monomerów zawierającej styren (900 g), diwinylobenzen (1260 g) i akrylan 2-etyloheksylu (3840 g) dodaje się monooleinian sorbitanu (960 g, SPAN® 80) i trioleinian sorbitanu (240 g, SPAN® 85). Po wymieszaniu uzyskuje się fazę olejową stosowaną do wytwarzania emulsji o wysokiej zawartości fazy wewnętrznej.

W temperaturach w zakresie 55 - 65°C odrębne strumienie fazy olejowej i fazy wodnej wprowadza się do komory dynamicznego mieszania. Dokładne wymiesz.anie połączonych strumieni w komorze dynamicznego mieszania osiąga się stosując wirnik kołkowy. W tej skali odpowiedni wirnik kołkowy stanowi cylindryczny wał o długości 22 cm i średnicy 1,9 cm. Na wale znajdują się po dwa rzędy 17 i po dwa rzędy 16 cylindrycznych kołków, przy czym każdy kołek o średnicy 0,5 cm wystaje promieniowo na zewnątrz od głównej osi wału na odległość 1,6 cm. 4 rzędy rozmieszczone są co 90° wokół obwodu wału wirnika. Rzędy, prostopadłe względem siebie, są rozmieszczone wzdłuż wału tak, że w tej samej płaszczyźnie rozchodzącej się promieniowo od osi nie ma kołków, które są prostopadłe względem siebie. Wirnik kołkowy zamontowany jest w cylindrycznej tulei tworzącej komorę dynamicznego mieszania, przy czym między ścianką cylindrycznej tulei i kołkami wirnika istnieje prześwit 0,8 mm. Wirnik obraca się z szybkością 800 obrotów/minutę.

Mieszalnik statyczny (o długości 34,4 cm, średnicy zewnętrznej 1,2 cm i średnicy wewnętrznej 1 cm zamontowany jest za komorą dynamicznego mieszania, aby ułatwić wytworzenie pewnego ciśnienia wstecznego. Ułatwia to utrzymywanie całkowicie napełnionej komory dynamicznego mieszania zawierającej cylindryczną tuleję z kołkowym wirnikiem.

170 804

Ułatwia to również zapewnienie odpowiedniego i pełnego wymieszania fazy wodnej z olejową.

Emulsję o wymaganym stosunku fazy wodnej do olejowej uzyskuje się stopniowo. Najpierw szybkości przepływu nastawia się tak, aby wprowadzać 3 części wagowe fazy wodnej i 1 część wagową fazy olejowej do komory dynamicznego mieszania z wirnikiem kołkowym, przy szybkości przepływu fazy olejowej 0,75 g/s. Stosunek fazy wzawej' do olejowej zwiększa się w ciągu kilku minut aż do uzyskania stosunku fazy wzawej do olejowej 29:1, wprowadzanych do komory dynamicznego mieszania z szybkością 23 ml/s. Wzrokowo na tym stadium z otworu mieszalnika statycznego wypływa emulsja o konsystencji bitej śmietany, która zsiada się tak, że uzyskuje się konsystencję przypominającą kremowy jogurt.

Polimeryzacja emulsji

Emulsja opuszczająca mieszalnik statyczny jest gotowa do utwardzenia. Emulsję wprowadza się do zasadniczo prostokątnej formy wykonanej z polietylenu, o wymiarach: długość 38 cm x szerokość 25 cm x głębokość 22 cm. Emulsją napełnia się formy tak, że każda z form zawiera około 22000 ml emulsji, która ma być utwardzona.

Utwardzanie przeprowadza się umieszczając formy zawierające emulsję w piecu do utwardzania w 60°C na około 16 godzin. Po utwardzeniu uzyskana stała spolimeryzowana pianka zawiera do 98% wody, jest miękka i wilgotna w dotyku.

Przemywanie i nydrzfilizowanie pianki

Materiał w postaci wilgotnej utwardzonej pianki wyjmuje się z formy do utwardzania i poddaje dalszej obróbce. Resztę fazy wodnej wyciska się przykładając odpowiednie ciśnienie do materiału piankowego, albo do cienkich płatów materiału piankowego, tak aby wycisnąć co najmniej 90% zachowanej wyjściowej ilości fazy wodnej.

Próbkę pianki przemywa się następnie przez 20 s w 60°C wodą zawierającą chlorek wapniowy jako sól będącą środkiem nydrzfilikującym. Taki roztwór nyarzfilizująąy zawiera 1% wagowych chlorku wapniowego.

Roztwór chlorku wapniowego stosowany w pierwszym płukaniu wyciska się pod ciśnieniem, po czym piankę przemywa się po raz drugi roztworem chlorku wapniowego w 60°C. To drugie płukanie przeprowadza się w celu pozostawienia zarówno emulgatora/środka powierzchniowo czynnego (16% wagowych) jak i chlorku wapniowego w piance, dzięki czemu nadaje się wewnętrznym powierzchniom pianki względną hydrofilzwość.

Odwadnianie pianki

Dwukrotnie hyarofilizowawą piankę ponownie sprasowuje się w celu usunięcia nadmiaru hcdrofilikującego roztworu z jej porowatej struktury. Materiał piankowy suszy się następnie w suszarce przez 12 godzin w 60°C. Po wysuszeniu piankę tnie się na drobne kawałki odpowiednie do wykonania pomiarów szybkości zasysania pionowego, w sposób opisany poniżej.

Przykład II. Inny polimerowy materiał piankowy wytwarza się w zasadniczo taki sam sposób jak w przykładzie I. W tym przykładzie wytwarzanie emulsji, polimeryzację, przemywanie, hyarzfilizowawie i suszenie przeprowadza się jak w przykładzie I, z tym że jako fazę wodną stosuje się 10% roztwór CaCl₂ (3200 g CaCh).

Przykład III. W tym przykładzie zbadano zdolność polimerowych materiałów piankowych w^^;t\óorkznycn zgodnie z ogólnymi procedurami opisanymi w przykładach I i II do pionowego zasysania syntetycznego moczu. Zbadano również porównawcze materiały piankowe poddane różnym operacjom płukania w celu usunięcia lub zastąpienia CaCl2 jako soli będącej środkiem hydrofilizującym.

170 804

Wszystkie pianki nlroamano w sgnsóZ ngisana pnważrj, a pomiary szybkości oasasanie pionowegn i czasu zatapiania wykonano w sposób opisany gnwyżej w części Metody badań. Dane odnośnie próbek, rnzlwnr2w proemawającayh do nZróZki pianki oraz uzyskane szybkości zasasenia ginnowego i czasy zatapiania próbek pianki pow tabeli 1.

Tabela 1

Szybkości gionowrgo zasysanie

Typ pienki	Czas zasysanie ne wysokość (min:sek)	Czas zeleglanie w 22°C (s)
2 cm	5 cm	10 cm
Przykład I (CaCl2)	0:28	1:56	12:43	29
Przykład I (taleo wnWe)a	4:44	8:33	>60:00	159
Przykład I (FeS O4 -7H2O )b	>60:00	-	-	>360
Przykład I (CuCfc/	12:37	>60:00	-	>360
Przykład II (CaCi2)	0:48	2:42	9:23	6
Przykład II H2O)X	-	10:10	21:36	308
Przykład II (Mg^/	0:15	1:17	39	4

A ^- θ ¹ *

- Pienke z przykładu I przemyte w 60 C w^ą woWoyiągnwą bez yoWetku soli Pienka z groaełeyu I groemale w 60°C w^oWą woWoyiągową zawierającą 2 % FeSO4 °7H20 c - Pienke z przykładu I groemale w 60^OC w^dą wodociągową zawierającą 1% CuCl₂ x - Pienke z gro^ełaWu II przemyta w 60^OC wnyą wodociągową bez yoyaleu soli y - Pianka z groyełeWu II przemyta w 60^oC wodą woyoyiągnwą zawierającą 1% MgCl2

Wyniki w tabeli 3 wskazują, że nZróZka materiałów gieneooayh z przykładów I i II za pomocą CaClą i MgCl₂ zapewnia pożądane wysokie szybkości zasysania pinnowrgo i pożąWane kr2lkir czasy zatapiania. Z drugiej strony nZróZka sama wodą lub innymi uwnWnionymi albo ulegającymi hydratacji snlami jest znacznie mniej skuteczna w zachowaniu hadrnfilowości pianki, o czym świadczą w-zglęcinie niskie szabknści zasysania pionowego i względnie długie czasy zatapiania waeeoao.tęe przez pianki po takiej obróbce.

Przykład IV. Otrzymaną piankę z przykładu II hayrnliznwann za pnmncą 10% woWnych roztworów następujących soli: CaCl₂:MgCl₂ (mieszanina 1:1 wagnwo); MgSOą i MgJ₂.

Przykład V. Piankę gnliurelannwą wykonano w owaeła sgns2Z z tolurnnyiizncyjanlanu i polieleropnlinlu. Piankę szereg razy moczono i wyciskam w 10% roztworze CaCl₂ i monooleinianu sorZitanu-trinlrinianu snrZitanu w izogroganolu. Nadmiar roztworu wyciśnięto ręcznie. Piankę poznstawiono Wo wyschnięcia na powietrzu; osiągnięto w ten sposób haWrorilizowanie pianki dzięki pnzoslająyam w niej resztkami środka gnwieroyhniowo czynnego i CaCl2.

Przykład VI. JeWęoraonwe pieluszki dla Woleyl zawierające haWrofilionwana eZsnrZenl gianknwy wytworonęa spnsoZrm według wynalazku wykonano w następujący sposób wykorzystując układ i składniki przrWslewioęr w gnwlększrniu w stanie rnzłnżnnam na fig. 2. Pieluszka taka zawiera zgrzany wierzchni arkusz polipropylenowy 70, gnWwójną warstwę rdzenia aZsorgcaJęegn umieszczoną między arkuszem wierzchnim i sgnWnim. Podwójna warstwa rdzenia aZsorpcyjęrgn zawiera warstwę 72 o zmoWariknwanym kształcie gloZoiWalnam, utrzymującą i rozprowadzającą płyn, zawierającą hyWrofilizowana piankę absorpcyjną z przykładu I, umieszczoną poniżej warstwy 73 n zmoWarieowznam kształcie gloZniWalnam, przejmującej i rozprowadzającej płyn. Arkusz wierzchni zawiera dwa zasadniczo równoległe· elastyczne paski 74 stanowiące uszczelnienie przy nogach. Do arkusza spodniego pieluszki przymocowane są dwa prostokątne uelastyyznlnęr elementy npasujące 75. Do każdego końca arkusza spnWniego z gnlie18

170 804 tylenu przymocowane są również dwa elementy osłaniające pas 76, wykonane z polietylenu. Do arkusza spodniego przytwierdzone są także dwa elastyczne paski nożne 77. Arkusz polietylenowy 78 przymocowany jest na zewnątrz arkusza spodniego jako powierzchnia przeznaczona do mocowania dwóch elementów 79 w kształcie litery Y, które można wykorzystać do mocowania pieluszki wokół użytkownika.

Warstwa przejmująca/rozprowadzająca rdzenia pieluszki zawiera nawarstwianą na mokro mieszankę 92%/8% usztywnionych, skręcanych i kędzierzawionych włókien celulozowych oraz zwykłych, nieusztywnionych włókien celulozowych. Usztywnione, skręcane, kędzierzawione włókna celulozowe wykonane są z siarczanowej masy celulozowej z południowych drzew iglastych (puchu Foley’a), usieciowanej aldehydem glurarowym w ilości około 2,5% molowych w stosunku do zawartości anhydroglikozy w suchych włóknach celulozowych. Włókna usieciowano sposobem sieciowania na sucho opisanym w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4 822 453.

Takie usztywnione włókna są podobne do włókien, których charakterystykę przedstawiono poniżej w tabeli 2.

Tabela 2

Usztywnione, skręcane, kędzierzawione włókna celulozowe (STCC)

Typ = siarczanowa masa celulozowa z południowych drzew iglastych usieciowana aldehydem glutarowym w ilości 1,41% molowych w stosunku do zawartości anhydroglikozy w suchych włóknach celulozowych

Liczba skręcania na sucho = 6,8 węzłów/mm Liczba skręcania na mokro = 5,1 węzłów/mm Zatrzymywanie alkoholu izopropylowego = 24%

Zatrzymywanie wody = 37%

Wskaźnik kędzierzawienia = 0,63

Zwykłe, nieusztywnione włókna celulozowe stosowane w kombinacji z włóknami STCC również wykonano z puchu Foley’a. Takie nieuszlywzioze włókna celulozowe rafinowano do uzyskania około 200 CSF (Canadian Standard Freeness, kanadyjska chudość standardowa).

Przeciętna gęstość na sucho warstwy przejmującej/rozprowadzającej wynosi 0,07 g/cm³, średnia gęstość po nasyceniu syntetycznym moczem, w przeliczeniu na suchą masę, 0,08 g/cm³ oraz gramaturę 0,03 g/cm². Rdzeń pieluszki zawiera 9,2 g warstwy przejmującej/rozprowadzającej. Powierzchnia warstwy przejmujayej/rozprowadzającej wynosi 302 cm , a jej grubość 0,44 mm.

Warstwę utrzymującą/rozprowadzającą rdzenia pieluszki stanowi element o zmodyfikowanym kształcie globoidalnym z hydrofilizowanej pianki absorpcyjnej opisanej powyżej w przykładzie I. Do wykonania takiej warstwy utrzymującej/rozprowadzającej o powierzchni 424 cm2 i grubości 0,826 cm stosuje się 12 g, pianki.

Pieluszka o takiej konstrukcji rdzenia zapewnia szczególnie korzystne i skuteczne wykorzystanie rdzenia do utrzymywania wydalonego moczu i w związku z tym prawdopodobieństwo jego wycieku przy noszeniu przez niemowlę w zwykły sposób jest wyjątkowo niskie.

Przykład VII. Lekka wkładka do majteczek przydatna do stosowania między okresami miesiączkowania zawiera wkład z hydrofilizowanej pianki z przykładu II (powierzchnia 117 cm², grubość 1,5 mm), przy czym wkład ten znajduje się między porowatym arkuszem wierzchnim z folii, według opisu patent^owego Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4 463 045, orraz arkuszem spodnim z folii polietylenowej o grubości 0,03 mm.

Przykład VIII. Podpaskę wykonuje się jak w przykładzie VII, z tym, że stosując wkład z hydrofilizowanej pianki z przykładu I o grubości 4 mm, oraz porowaty,

170 804 nie błyszczący wierzchni arkusz uformowany z folii. Konstrukcja podpaski opisana jest w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4 687 478.

Przykład IX. W przykładzie tym zilustrowano wytwarzanie innego typu materiału piankowego HIPE hydrρfilizpwantgp środkiem powierzchniowo czynnym /CaCł2, objętego zakresem wynalazku.

Wytwarzanie emulsji

Chlorek wapniowy (36,32 kg) i nadsiarczan potasowy (568 g) rozpuszcza się w 378 litrach wody. Uzyskuje się w ten sposób strumień fazy wodnej stosowany w ciągłym procesie wytwarzania emulsji o wysokiej zawartości fazy wewnętrznej (HIPE).

Do mieszanki monomerów zawierającej styren (1600 g), 55% techniczny diwinylobenzen (1600 g) i akrylan 2-etylohtksylu (4800 g) dodaje się mρnplnuryziap sorbitanu (960 g SPAN® 20). Po wymieszaniu uzyskaną mieszankę pozostawia się na noc do rozwarstwienia. Ciecz znad osadu zlewa się i stosuje jako fazę olejową w ciągłym procesie o·yt.'oarzzziz ulegającej polimeIyczcji emulsji HIPE. Około 75 g lepkiej pozostałości odrzuca się.

Przy temperaturze fazy wodnej 48-50°C i temperaturze fazy olejowej 22°C odrębne strumienie fazy olejowej i fazy wodnej wprowadza się do komory dynamicznego mieszania. Dokładne wymieszanie połączonych strumieni w komorze dynamicznego mieszania osiąga się stosując wii-nik kołkowy. W tej skali odpowiedni wirnik kołkowy stanowi cylindryczny wał o długości około 21,6 cm i średnicy około 1,9 cm. Na wale, jak to opisano w przykładzie I, się 4 rzędy kołków, po dwa rzędy z 17 i po dwa rzędy z 16 cylindrycznymi kołkami, z których każdy o średnicy 0,5 cm wystaje promieniowo na zewnątrz od głównej osi wału pz odległość 1,6 cm. Wirnik kołkowy zamontowany jest w cylindrycznej tulei tworzącej komorę dynamicznego mieszania, przy czym między ścianką cylindrycznej tulei i kołkami wirnika istnieje prześwit 0,8 mm.

Mieszalnik statyczny zamoptρwapz jest za komorą dynamicznego mieszania, aby zapewnić wytworzenie ciśnienia wstecznego w mieszalniku dynamicznym i lepsze wprowadzenie składników do emulsji, która w efekcie tworzy się. Długość tego statycznego mieszalnika wynosi 35,6 cm, a jego średnica zewnętrzna 1,3 cm. Zastosowano mieszalnik statyczny TAH Industries Model 070-821, zmodyfikowany przez obcięcie 6,1 cm.

Kombinowany zestaw mieszalników napełnia się fazą olejową i wodną w stosunku 2 części wody na 1 część oleju. Urządzenie do mieszania dypamiacpegp odpowietrza się w celu usunięcia powietrza, tak aby urządzenie napełnić w całości. W czasie napełniania szybkość przepływu fazy olejowej wynosi 1,127 g/s, a fazy wodnej 2,19 cm3/s.

Po napełnieniu zestawu urządzeń uruchamia się mieszanie w mieszalniku dynamicznym przy szybkości wirnika 1800 obrotów/minutę (RPM). Następnie szybkość przepływu fazy wodnej zwiększa się w sposób ciągły do 35,56 cm3/s w ciągu 130 s. W tym momencie ciśnienie wsteczne wytworzone przez mieszalnik statyczny i dynamiczny wynosi 51,75 kPa. Następnie szybkość wirnika zmniejsza się w sposób ciągły do 1200 RPM w ciągu 60 s. Ciśnienie wsteczne spada do 31,05 kPa. Szybkość wirnika zwiększa się momentalnie do 1800 RPM. Ciśnienie wsteczne w układzie pozostaje na stałym poziomie, 31,05 kPa.

Polimeryzacja emulsji

Od tego momentu wytworzoną emulsję wypływającą z mieszalnika statycznego zbiera się w pudełkach Rubbermaid E^nony Cold Food Storage Boxes, Model 3500. Pudełka o aonunalnycC wzmiarzcC 45,7 x 66 x 22,9 cm wykonane są z polietylenu do środków spożywczych. Rotczzwiste wymiary wewnętrzne pudełek są następujące: 38,1 x 58,4 x 22,9 cm. Na powierzchnie pudełek nanosi się wstępnie warstwę roztworu stanowiącego 20% roztwór SPAN®20 w równowagowej mieszaninie rozpuszczalników, ksylenu i ^propanolu.

170 804

Pudełka pozostawia się do odparowania mieszaniny rozpuszczalników i pozostawienie samego środka SPAN® 20. W każdym z pudełek zbiera się po 47 litrów emulsji.

Pudełka z emulsją przetrzymuj się w pomieszczeniu w 65°C przez 18 godzin w celu przeprowadzenia polimeryzacji emullji w pudełkach i uzyskanie polimerowego materiału piankowego.

Przemywanie, hydrofϊlizowanin i odwadnianie pianki

Po pełnym utwardzeniu wilgotny utwardzony materiał piankowy wyjmuje się z pudełek. Na tym etapie pianka zawiera fazę wodną z rozpuszczonymi emulgatorami, elektrolitem i inicjatorem w ilości 30 - 40 razy większej (30-40Χ) od wagi spolimeryzowanego materiału. Materiał piankowy rozcina się za pomocą ostrej piły nożowej o ruchu posuwisto-zwrotnym na arkusze o grubości 0,89 cm. Arkusze te wyciska się w serii 3 walców wyciskających, gdzie następuje stopniowe zmniejszenie zawartości fazy wodnej do ilości 6 razy większej (6X) od masy spblimeryzowanegb materiału. W takim stanie arkusze wysyca się 1% CaCh w 60°C i wyciska się na walcach do uzyskania i znowu wyciska się na walcach do zawartości fazy wodnej około 10 razy większej od masy spolimeryzowanego materiału (10Χ).

Arkusze pianki, zawierające zasadniczo 1% roztwór CaCh w ilości około 10Χ, przepuszcza się przez końcowy zestaw walców ze szczeliną próżniową. Ostatnie walce zmniejszają zawartość roztworu C0CI2 do ilości około 5 razy większej (5X) od masy polimeru. Po przepuszczeniu przez ostatnie walce pianka pozostaje ściśnięta na grubość 0,2 cm. Piankę suszy się w suszarce z obiegiem powietrza w 60°C przez 3 godziny. Takie suszenie zmniejsza zawartość wilgoci do 5 - 7% wagowych w stosunku do spolimeryzowanngb materiału. W tym stadium, uzyskuje się arkusze pianki o grubości 0,19 cm, łatwo układające się. Pianka zawiera również 5% wagowych (na suchą masę) resztkowego uwodnionego chlorku wapniowego będącego środkiem hydrofilizującym, a także 11% resztkowego monolaurynianu sorbitanu (SML). W stanie zapadniętym gęstość pianki wynosi 0,17 g/cm³. Po rozszerzeniu się i uzyskaniu swobodnej pojemności absorpcyjnej (26,5 ml/g) w syntetycznym moczu JAYCO ekspandowana pianka wykazuje powierzchnię właściwą ssania kapilarnego 2,24 m²/g, objętość porów 29,5 cm³/g i średnią wielkość porów 15μ m.

Arkusze pianki hydrofilizowane SML/CaCk wytworzone w przykładzie IX stanowią korzystne roewiązani e denkiej wż do zamoezema piobki wedfog zyrnalazku, gdy^a oa^e a^mze jdrofilizawanec panki aą w postaci zapadniętego małeri ato pianowego, któiy ^będzto ΐΌ/^ζοί'ζηό się ne kootak eto w opzrZymi na wodzto ptyot^nii us tśo-zaⁿmⁱ. Po rozszerzeniu sto moterięfy pionkowe m og^p wyhlonąć ptyOy uśtsojowe, któjo sp^odowoly toh rozsuerzęnie się. Takimi kowzysmym wapn^jTym ^oiezkbmⁱ są materizśy ^wćiirkwwo wytwonone z eto hydzklⁱrywbnego mhierⁱgłu pohmećgwego, o powiz.rzCⁱ^in^l wtośdwej wyrna kapiⁱarćz^yo h^y 0,5 do ^z,0 gm^ zawieraś^bce GS w 20% reśzr^wowogh ymu^-gaiGjo ^s 0,ⁿ - ^k% wa^zno^bc^o (w pgzeliczenⁱu ea suwhą maję materiału pian^kbwe^gb) toksytotogicznie dopw-ećzo^lnyj, ^włgrojkopnwej , uwodniony soU, korzystano zMowke wa^towogo lub zhlorto mamizzowogo, ρΑο woU bęcktezj śrołtotom ^bydsoⁿⁱizuj^yc^ćm.

W rtanto zapachjlym basztowa zdwajtość woó. w Sg^rbm jdcofilizowanym materiale p ianlrowym bjzie ^mesto 4 45% wagośvych^, dz stoszakn do gpolimb^Gzzwhnhgo ma-eji ału, gd^w p ankę ta pzzeiłrowuje sw w wary,n^oas^b otau zdo ia pimy ⁱo^o^w^bto^ed wzgtodzzj 5^g% . 'Wodę zawartą w pance stanwłd aarówzco wod h^zdba^grr^yno leriązana w ^roztopową, uwodnion^w soj w ak ^- wełna notoa oaaborbwwanć przez piynkę. Gęst-zto zw proefczemu na wod^ mas^ tatoej z.apzcbiięte- ptonki wynwsto bjzto ^g,0^z a 0,3 jtm³.

W simie ćtezpandowanym takto ©-^^Ζιζ 2topⁱzto aż do oam oęzema materiały pirnkowe Itydroitoizowanz ^bM^nsCaC^{ie n}ędą oywtora^{2 e}ory w 12 - 10ⁿ neg/^{- s p}ędą a^nWaćyogć odpornoto na odksztatoenid ściskoj²ce. tak że wytwórz¹ łię dsntonto 5,1 GG py 15 minutach odksz ta^bććgⁱa do Giśni ęcia o ^ą e 95% sjro^oSoIy wysyc ane, w 37⁵Ο eynśetyu⁵nⁿm moczem o napędu powiezzętoni owym ⁹⁵ ±^^iea’³ Nj sio osjgn^cia swzbo^ynej pn.jhhrno^jrⁱ absorpcyjnej. Sze²nia widko.G komórek koo z^ta^h cia nktoh

170 804 aż do zamoczenia hydrofilizowanych materiałów piankowych w stanie ekspandowanym będzie wynosić 5 - 30 μ m. Gęstość w przeliczeniu na suchą masę ekspandowanego hydrofilizowanego materiału piankowego po wysyceniu do stanu swobodnej pojemności absorpcyjnej w syntetycznym moczu będzie stanowić 8 - 28% gęstości (w przeliczeniu na suchą masę) w stanie zapadniętym.

Przykład X. Materiał piankowy wytworzony ogólnym sposobem opisanym w przykładzie IX zbadano w celu określenia jego hydrofilowości wykorzystując pomiar czasu zatapiania opisany w części 'Metody badań. Materiał piankowy poddano również różnym obróbkom w celu usunięcia z niego dodanych lub resztkowych środków hydrofilizujących oraz selektywnego wprowadzenia pewnych materiałów w celu zbadania ich skuteczności w nadawaniu hydrofilowej charakterystyki materiałowi piankowemu.

Dane odnośnie materiału piankowego, środków stosowanych w obróbce oraz wyniki pomiarów czasu zatapiania podano poniżej w tabeli 3.

Tabela 3

Rodzaj pianki	CaCl2 % wag.	SML1 % wag.	Czas zatapiania w syntetycznym moczu JAYCO
Na zimno (~21-27°C)	Na gorąco ~ 43-49°C
Po wytworzeniu	3,7%	11%	70s	3 s
Po przemyciu wodą W stanie ekspandowanym	0	11%	>20 min	4 s
W stanie zapadniętym	0	11%	300 s	2 s
Po ponownej obróbce CaCl2 (z wody)	3,6%	11%	180 s	3 s
2 Po przemyciu IPA	0	0	* *Pływa nieskończenie długo**
Po ponownej obróbce CaCl2 (z IPA)	~5%	0	Pływa przez godziny	Piywa przez >15 min
Po ponownej obróbce SML (z IPA)	0	11%	~5 s	~ 1 s
Po ponownej obróbce SMO/STO3 (z IPA)	0	19%	~300s	~ 180 s

T SML = Monolaurynian sorbitanu (SPAN ® 20)

IPA = Izopropanol _ _

SMO/STO = Monooleinian sorbitanu (SPAN ®80) i trioleinian sorbitanu (SPAN ® 85) w stosunku wagowym 4 1.

Analizując łącznie dane z tabeli 1 (przykład III) i z tabeli 3 można stwierdzić, że kombinacja CaCh i środka powierzchniowo czynnego wprowadzana do próbek pianki z przykładów I, II i IX zapewnia uzyskanie pianek o hydrofilowości zasadniczo przewyższającej pianki, do których nie wprowadzono żadnych środków hydrofilizujących, albo wprowadzono tylko CaCh lub środek powierzchniowo czynny.

Przykład XI. Pieluszkę o konstrukcji zasadniczo podobnej do pieluszki opisanej w przykładzie IV wykonano stosując jako warstwę utrzymującą/rozprowadzającą arkusz cienkiej aż do zamoczenia, zapadniętej pianki absorpcyjnej hydrofilizowanej SML/CaCh, opisanej w przykładzie IX. W pieluszce tej zastosowano warstwę przejmującą/rozprowadzającą zawierającą usztywnione, skręcane i kędzierzawione włókno celulozowe w ilości około 13 g. Warstwę utrzymującą/rozprowadzającą z cienkiej aż do zamoczenia, zapadniętej pianki absorpcyjnej hydrofilizowanej SML/CaCh zastosowano również w ilości około 13 g.

170 804

Pieluszka o takiej konstrukcji zapewnia szczególnie korzystne i skuteczne wykorzystanie rdzenia do utrzymywania wydalonego moczu i w związku z tym prawdopodobieństwo jego wycieku przy aoszeaiu przez niemowlę w zwykły sposób jest wyjątkowo niskie.

170 804

FIG. 2

170 804

Fig.1

l·—I

O 10 u

Drgartamręl Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 4,00 zł

Claims (6)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób wytwarzania hydrofilizowanego polimerowego materiału piankowego, znamienny tym, że: A) wprowadza się do polimerowego, korzystnie otwartokomórkowego, korzystnie poliuretanowego materiału piankowego, który zasadniczo nie zawierając dodanych lub resztkowych środków hydrofilizujących jest hydrofobowy, nierozpuszczalny w wodzie, łagodny, stosunkowo nie drażniący, środek powierzchniowo czynny, korzystnie wybrany spośród estrów sorbitanu z kwasami tłuszczowymi, estrów poligliceryny z kwasami tłuszczowymi i polioksyetylenowanych kwasów i estrów tłuszczowych, oraz roztwór soli będącej środkiem hydrofilizującym w rozpuszczalniku, korzystnie wybranym spośród wody, izopropanolu i ich mieszanin, oraz rozpuszczonej soli będącej środkiem hydrofilizującym, wybranej spośród toksykologicznie dopuszczalnych, uwodnionych lub ulegających hydratacji soli wapniowych i magnezowych, korzystnie wybranych spośród halogenków wapnia, halogenków magnezu i ich mieszanin; oraz B) suszy się polimerowy materiał piankowy z usunięciem z niego rozpuszczalnika, korzystnie w takim stopniu, że zawiera on nie więcej niż 50% wagowych wolnej wody w stosunku do pianki, z wytworzeniem polimerowego materiału piankowego z wprowadzonym, równomiernie rozmieszczonym środkiem powierzchniowo czynnym i środkiem hydrofilizującym, w ilościach zapewniających hydrofilowość, korzystnie co najmniej 0,05% wagowych.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako polimerowy materiał piankowy stosuje się piankę polimeryzowaną w emulsji typu woda w oleju, korzystnie zawierającą spolimeryzowane monomery wybrane z grupy obejmującej styren, (met)akrylany alkilu, diwinylobenzen i kombinacje tych monomerów'.
3. 3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że A) wprowadza się wodny roztwór zawierający 1-10%, korzystnie 1-5% wagowych chlorku wapniowego w wodzie do polimerowego materiału piankowego wytworzonego w wyniku polimeryzacji emulsji typu woda w oleju zawierającej ulegające polimeryzacji monomery, oraz 0,5-20% wagowych, w stosunku do monomerów ulegających polimeryzacji, środka powierzchniowo czynnego wybranego spośród monooleinianu sorbitanu i mieszanin monooleinianu sorbitanu i trioleinianu sorbitanu w fazie olejowej emulsji; oraz B) suszy się polimerowy materiał piankowy z usunięciem z niego wody i pozostawieniem w tym materiale piankowym co najmniej 0,05%, korzystnie 0,1-7% wagowych w stosunku do materiału piankowego, środka powierzchniowo czynnego oraz chlorku wapniowego, a także nie więcej niż 50%, korzystnie nie więcej niż 10% wagowych, w stosunku do materiału piankowego, wolnej wody.
4. 4. Hydrofilizowany polimerowy materiał piankowy nadający się do wchłaniania hydrofilowych cieczy, znamienny tym, że zawiera polimerowy, korzystnie otwartokomórkowy, korzystnie poliuretanowy materiał piankowy, który zasadniczo nie żawierając dodanych lub resztkowych środków hydrofilizujących jest hydrofobowy; równomiernie rozprowadzoną hydrofilizującą ilość stanowiącą co najmniej 0,05% wagowych materiału piankowego, kombinacji nierozpuszczalnego w wodzie, łagodnego, nie drażniącego środka powierzchniowo czynnego, korzystnie wybranego spośród estrów sorbitanu z kwasami tłuszczowymi, estrów poligliceryny z kwasami tłuszczowymi i polioksyetylenowanych kwasów i estrów tłuszczowych, oraz soli będącej środkiem hydrofilizującym wybranej spośród toksykologicznie dopuszczalnych, uwodnionych lub ulegających hydratacji soli wapniowych i magnezowych, korzystnie wybranych spośród halogenków wapnia, halogenków magnezu i ich mieszanin, wprowadzonej do materiału piankowego; oraz nie więcej niż 50% wagowych, w stosunku do materiału piankowego, wolnej wody wprowadzonej do materiału piankowego.

   170 804
5. 5. Hydrofilizowany polimerowy materiał piankowy według zastrz. 4, znamienny tym, że zawiera środek powierzchniowo czynny w ilości 0,5-20% wagowych w przeliczeniu na materiał piankowy, korzystnie wybrany spośród monooleinianu sorbitanu i mieszanin monooleinianu sorbitanu i trioleinianu sorbitanu; przy czym jako środek hydrofilizujący zawiera sól wprowadzoną do materiału piankowego w ilości 0,1-7% wagowych w przeliczeniu na materiał piankowy; oraz zawiera nie więcej niż 10% wagowych w przeliczeniu na materiał piankowy wolnej wody wprowadzonej do materiału piankowego; przy czym jako środki hydrofilizujące zawiera całkowicie uwodnione sole, korzystnie chlorek wapniowy.
6. 6. Hydrofilizowany polimerowy' materiał piankowy według zastrz. 4 albo 5, znamienny tym, że jako polimerowy materiał piankowy zawiera piankę ze spolimeryzowanej emulsji typu woda w oleju, korzystnie zawierającą spolimeryzowane monomery wybrane z grupy obejmującej styren, (met)akrylany alkilu, diwinylobenzen i kombinację tych monomerów.

   * * *