PL186732B1 - Materiał wielofunkcyjny, struktura kompozytowa dowyrobów higieny osobistej, wyrób higieny osobistej i pielucha - Google Patents

Abstract

1 . M aterial wielofunkcyjny, znamienny tym, ze zawiera od 30 do ponizej 75% wagowych materialu superchlonnego, od 25 do ponizej 70% wagowych pulpy i od 0,2 do okolo 10% wa- gowych skladnika spajajacego, a ponadto ma przepuszczalnosc od 100 do 10 000 Darcy, zas cisnienie kapilarne od okolo 2 do 15 cm w ciagu swojej zywotnosci. 19. Pielucha zawierajaca m aterial pokryciowy, material odbierajacy, sasiadujacy z tym mate- rialem pokryciowym, warstwe rozprowadzajaca, m aterial retencyjny i podkladke, znamienna tym, ze material odbierajacy jest zdolny do odbierania naplywajacej porcji cieczy w ilosci od 60 do 100 cm3 przy objetosciowym natezeniu przeplywu od okolo 5 do okolo 20 cm3 /s; i z tym materialem odbierajacym jest polaczona przeplywowo warstwa materialu wielofunkcyjnego, przy czym ten material wielofunkcyjny zawiera od 30 do ponizej 75% wagowych materialu superchlonnego, od 25 do ponizej 70% wagowych pulpy i od 0,2 do okolo 10% wagowych skladnika spajajacego, i ma funkcje przepuszczania cieczy, która desorbuje równiez material odbierajacy w okresie czasu zgodnym z warunkami uzytkownika i uwalnia ciecz w celu jej roz- prowadzenia do dalszych miejsc magazynowania, zas warstwa rozprowadzajaca jest polaczona prze- plywowo ze wspomnianym m aterialem wielofunkcyjnym i ma cisnienie kapilarne powyzej 15 cm, które powoduje przemieszczanie cieczy ze wspomnianego materialu wielofunkcyjnego do dal- szych miejsc magazynowania, a material retencyjny, jest polaczony przeplywowo ze wspomnia- na warstwa rozprowadzajaca i magazynuje ciecz, a ponadto pielucha ma obszar krokowy o szero- kosci co najwyzej 5 cm. PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest materiał wielofunkcyjny, struktura kompozytowa do wyrobów higieny osobistej, wyrób higieny osobistej i pielucha.

Ogólnie, wynalazek dotyczy struktury materiałowej w wyrobie chłonnym do środków higieny osobistej takich jak pieluchy, spodenki gimnastyczne, wyroby ochronne dla osób nie panujących nad wydalaniem lub podpaski higieniczne.

Tradycyjne układy chłonne do środków higieny osobistej magazynują w zasadzie wszystkie ciekłe wydaliny w obszarze krokowym. Wskutek tego obszar ten jest silnie zmoczony podczas pierwszego wydalania i może w rezultacie nie mieć wystarczającej pojemności na wchłonięcie drugiej, trzeciej lub dalszych porcji płynów ustrojowych. Takie silne zmoczenie obszaru krokowego może spowodować odstawanie wyrobu od użytkownika, z czym wiąże się dyskomfort dla użytkownika i możliwość wystąpienia przecieków. Magazynowanie porcji płynów ustrój owych w obszarze krokowym wymaga również jego rozszerzenia w stopniu większym niż jest to możliwe w układzie magazynującym płyny w innym miejscu. Rozszerzenie obszaru krokowego również wiąże się z dyskomfortem użytkownika. Ponadto skutkiem magazynowania w obszarze krokowym jest niepełne wykorzystanie całego obszaru wyrobu do magazynowania, z czym wiążą się straty materiału chłonnego, który jest zazwyczaj rozmieszczony w całym obszarze wyrobu. Z tego względu magazynowanie głównie w obszarze krokowym podwyższa koszty wyrobu wskutek niedostatecznego wykorzystania materiałów. Korzystną konstrukcją obszaru krokowego byłby taki system, w którym płyny ustrojowe mogłyby być przyjmowane przez wyrób higieny osobistej i rozprowadzane do jego dalszych obszarów w celu ich zmagazynowania z dala od obszaru krokowego tak, żeby obszar ten mógł

186 732 być wolny i gotowy do przyjęcia następnych porcji płynów. System tego typu mógłby zmaksymalizować wykorzystanie powierzchni wyrobu, zmniejszyć jego osiadanie i umożliwić wytwarzanie wyrobów higieny osobistej z węższą i bardziej wygodną częścią krokową. Bardziej skuteczne wykorzystanie materiałów, z jakich jest wykonany wyrób, może zmniejszyć koszty użytkownika.

W związku z tym, celem wynalazku jest zapewnienie wielofunkcyjnego materiału kompozytowego nadającego się do użycia w połączeniu przepływowym z materiałem rozprowadzającym w zastosowaniach związanych z wchłanianiem i rozprowadzaniem moczu. Materiał tego typu wchłania płyny ustrojowe wydalane przez użytkownika, magazynuje pewną ich ilość przez pewien okres czasu i wydala w sposób kontrolowany dużą część porcji płynów do materiału rozprowadzającego, który przemieszcza ciecz do dalszych miejsc magazynowania. Celem wynalazku jest ponadto zapewnienie wyrobów higieny osobistej o węższej konstrukcji obszaru krokowego.

Materiał wielofunkcyjny, według wynalazku charakteryzuje się tym, że zawiera od 30 do poniżej 75% wagowych materiału superchłonnego, od 25 do poniżej 70% wagowych pulpy i od 0,2 do około 10% wagowych składnika spajającego, a ponadto ma przepuszczalność od 100 do 10 000 Darcy, zaś ciśnienie kapilarne od około 2 do 15 cm w ciągu swojej żywotności.

Materiał ma gęstość od około 0,05 do około 0,5 g/cm³.

Materiał ma gramaturę od około 200 do około 700 g/m².

Materiał superchłonny ma wskaźnik czasu wchłaniania powyżej 5 minut.

Materiał superchłonny ma wskaźnik czasu wchłaniania powyżej 10 minut.

Materiał superchłonny należy do grupy złożonej z cząstek, perełek i włókien.

Element spajający należy do grupy złożonej z klejów ciekłych i włóknistych.

Element spajający jest aktywowanym cieplnie włóknem przylepnym.

Włókno należy do grupy złożonej z polietylenu/politereftalanu etylenu, poliestru/politereftalanu etylenu i polietylenu/polipropylenu.

Struktura kompozytowa do wyrobów higieny osobistej według wynalazku charakteryzuje się tym, że zawiera materiał odbierający sąsiadujący z materiałem wielofunkcyjnym, który zawiera od 30 do poniżej 75% wagowych materiału superchłonnego, od 25 do poniżej 70% wagowych pulpy i od 0,2 do około 10% wagowych składnika spajającego, a ponadto ma przepuszczalność od 100 do 10 000 Darcy, zaś ciśnienie kapilarne od około 2 do 15 cm w ciągu swojej żywotności, a ten materiał wielofunkcyjny sąsiaduje z materiałem rozprowadzającym.

Materiał wielofunkcyjny ma ciśnienie kapilarne większe niż materiał odbierający, a mniejsze niż materiał rozprowadzający.

Struktura ponadto zawiera materiał retencyjny sąsiadujący ze wspomnianym materiałem rozprowadzającym, przy czym materiał rozprowadzający rozprowadza ciecz ze wspomnianego materiału wielofunkcyjnego do wspomnianego materiału retencyjnego.

Wyrób higieny osobistej, zwłaszcza należący do grupy złożonej z pieluch, spodenek gimnastycznych, wkładów chłonnych do bielizny, wyrobów ochronnych dla osób dorosłych nie panujących nad wydalaniem i wyrobów higienicznych dla kobiet, zawierający materiał pokryciowy, podkładkę i materiały magazynujące, usytuowane pomiędzy materiałem pokryciowym a podkładką, według wynalazku charakteryzuje się tym, że ponadto zawiera materiał wielofunkcyjny, usytuowany pomiędzy materiałem pokryciowym a materiałem magazynującym i ten materiał wielofunkcyjny zawiera od 30 do poniżej 75% wagowych materiału superchłonnego, od 25 do poniżej 70% wagowych pulpy i od 0,2 do około 10% wagowych składnika spajającego, a ponadto ten materiał wielofunkcyjny ma przepuszczalność od 100 do 10 000 Darcy, zaś ciśnienie kapilarne od około 2 do 15 cm w ciągu swojej żywotności.

Wyrób może być wyrobem higienicznym dla kobiet lub wyrobem ochronnym dla osób dorosłych nie panujących nad wydalaniem, lub może być pieluchą.

Pielucha ma szerokość obszaru krokowego co najwyżej 7,6 cm.

Pielucha, zawierająca materiał pokryciowy, materiał odbierający, sąsiadujący z tym materiałem pokryciowym, warstwę rozprowadzającą, materiał retencyjny i podkładkę, według wynalazku charakteryzuje się tym, że zawiera warstwę materiału wielofunkcyjnego połączoną przepływowo ze wspomnianym materiałem odbierającym i zawierającą od około 35 do mniej

186 732 niż 60% wagowych materiału superchłonnego o niskiej prędkości wchłaniania, od 40 do mniej niż 65% wagowych pulpy i od około 1 do około 7% elementu spajającego, przy czym wspomniane materiały wielofunkcyjne mają w ciągu swojej żywotności przepuszczalność od 250 do 10 000 Darcy i ciśnienie kapilarne od około 2 do około 15 cm; warstwę rozprowadzającą, sąsiadującą z warstwą materiału wielofunkcyjnego; materiał retencyjny połączony przepływowo ze wspomnianą warstwą rozprowadzającą i magazynujący ciecz; oraz podkładkę, sąsiadującą z materiałem retencyjnym, przy czym pielucha ma obszar krokowy o szerokości co najwyżej 5 cm i wskaźnik odciekania poniżej 25 ml na 100 ml porcji wydalonej cieczy.

Pielucha zawierająca materiał pokryciowy, materiał odbierający, sąsiadujący z tym materiałem pokryciowym, warstwę rozprowadzającą, materiał retencyjny i podkładkę, według wynalazku charakteryzuje się tym, że posiada materiał odbierający zdolny do odbierania napływającej porcji cieczy w ilości od 60 do 100 cm³ przy objętościowym natężeniu przepływu od około 5 do około 20 cm3/s; warstwę materiału wielofunkcyjnego połączoną przepływowo ze wspomnianym materiałem odbierającym, przy czym ten materiał wielofunkcyjny zawiera od 30 do poniżej 75% wagowych materiału superchłonnego, od 25 do poniżej 70% wagowych pulpy i od 0,2 do około 10% wagowych składnika spajającego, i ma funkcję przepuszczania cieczy, która desorbuje również materiał odbierający w okresie czasu zgodnym z warunkami użytkownika i uwalnia ciecz w celu jej rozprowadzenia do dalszych miejsc magazynowania; warstwę rozprowadzającą połączoną przepływowo ze wspomnianym materiałem wielofunkcyjnym, mającą ciśnienie kapilarne powyżej 15 cm, które powoduje przemieszczanie cieczy ze wspomnianego materiału wielofunkcyjnego do dalszych miejsc magazynowania; materiał retencyjny połączony przepływowo ze wspomnianą warstwą rozprowadzającą, który magazynuje ciecz, a ponadto pielucha ma obszar krokowy o szerokości co najwyżej 5 cm. Materiał według wynalazku ma taką własność przepływową, że odbiera ciecz podczas jej wydalania, a następnie rozprowadza wydalony materiał w ciągu pewnego okresu czasu w zależności od warunków użytkownika oraz uwalnia ciecz w celu jej rozprowadzenia do dalszych miejsc magazynowania. Materiał ten, po połączeniu z materiałami odbierającymi i rozprowadzającymi, składa się na kompozytową, strukturę do wyrobów higieny osobistej. Wyroby higieny osobistej, w których stosuje się ten materiał, mogą mieć węższy obszar krokowy niż wyroby znane dotychczas, ze względu na jego znakomite własności.

Przedmiot wynalazku uwidoczniono w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia pieluchę z wielofunkcyjnym materiałem według wynalazku, w przekroju poprzecznym, w rzucie z boku; fig. 2 - stanowisko do przeprowadzania testu MIST Evaluation w rzucie z boku; fig. 3 - wykres danych AUT porównawczych dla materiału z przykładu 1 i dostępnej na rynku pieluchy Huggies(R) Ultratrim(R); fig. 4 - pieluchę z przykładu 1 w rzucie z boku; fig. 5 - wykres wyników odciekania dla przykładu 1 (linia ciągła) i dla pieluchy Huggies(R) Supreme(R) (linia przerywana); fig. 6 - wykres ilustrujący rozkład cieczy w strukturze z przykładu 1 po pierwszej wydalonej porcji płynu, na którym przedstawiono ilość cieczy w gramach na osi y i czas na osi x. Pierwszy słupek w każdym zespole złożonym z trzech słupków wskazuje ciecz w materiale ją odbierającym. Drugi słupek wskazuje ciecz w materiale wielofunkcyjnym. Trzeci słupek wskazuje ciecz w materiale rozprowadzającym; fig. 7 - wykres ilustrujący rozkład cieczy w strukturze z przykładu 1 po drugiej porcji cieczy, z zastosowaniem tych samych oznaczeń co na fig. 6; fig. 8 - wykres ilustrujący rozkład cieczy w strukturze z przykładu 1 po trzecim wydaleniu porcji cieczy, z zastosowaniem tych samych oznaczeń co na fig. 6; fig. 9 - wykres porównawczy profilu rozkładu cieczy w systemie z użyciem materiału według wynalazku z porcją 100 ml (linia przerywana) . i po trzech porcjach, każda po 100 ml (linia ciągła). Odległość od miejsca wydalenia porcji przedstawiono na osi x.

Definicje

Termin jednorazowego użytku” oznacza element wyrzucany po użyciu i nie przeznaczony do prania ani do ponownego użycia.

Terminy „przód” i „tył” stosuje się w całym niniejszym opisie do oznaczania położeń względem samej odzieży, a nie do sugerowania położenia zajmowanego przez odzież po umieszczeniu na użytkowniku.

186 732

Termin „hydrofitowy” opisuje włókna lub powierzchnie włókien, które są zwilżane przez stykające się z nimi ciecze wodne. Stopień zwilżenia materiałów można z kolei opisać w kategoriach kątów zwilżania i napięć powierzchniowych w danych cieczach i materiałach. Wyposażenie i techniki nadające się do pomiaru zwilżalności konkretnych materiałów włóknistych można zapewnić stosując system Cahn SFA-222 Surface Force Analyzer System, albo równoważny. Mierząc za pomocą tego systemu, włókna o kątach zwilżania poniżej 90° oznacza się jako „zwilżalne” lub hydrofitowe, natomiast włókna o kątach zwilżania równych lub większych niż 90° oznacza się jako „niezwilżalne” lub hydrofobowe.

Terminy „wewnętrzny” i „zewnętrzny” odnoszą, się do położeń względem środka wyrobu chłonnego, a zwłaszcza w kierunku poprzecznym i/lub podłużnym do bliższego lub dalszego położenia od podłużnego i poprzecznego środka wyrobu chłonnego.

Termin „warstwa”, stosowany w liczbie pojedynczej może mieć podwójne znaczenie, jako pojedynczy element lub jako wiele elementów.

Termin „ciecz” oznacza substancję i/lub materiał, które płyną i mogą przyjmować kształt wnętrza pojemnika, do którego je wlano lub w którym je umieszczono.

Termin „połączenie przepływowe” oznacza, że ciecz, taka jak mocz, jest w stanie płynąć z jednej warstwy do drugiej.

Terminy „podłużny” i „poprzeczny” mają swoje znaczenie techniczne, jak pokazano za pomocą linii przekrojowej x-x na fig. x. Oś podłużna znajduje się w płaszczyźnie płasko leżącego i całkowicie rozciągniętego wyrobu i jest w przybliżeniu równoległa do pionowej płaszczyzny przecinającej stojącego użytkownika na lewą i prawą połowę ciała po założeniu przez niego wyrobu. Oś poprzeczna leży w płaszczyźnie wyrobu ogólnie prostopadle do osi podłużnej. Wyrób, w pokazanym stanie, jest dłuższy w kierunku podłużnym niż w kierunku poprzecznym.

Termin „cząstki” odnosi się do dowolnej formy geometrycznej takiej jak, ale nie wyłącznie, kuliste ziarna, cylindryczne włókna lub żyły, płaskie powierzchnie lub powierzchnie chropowate, płaty, wstęgi, struny, paski lub podobne.

Termin „rozpylanie” i jego odmiany obejmuje wymuszony wypływ cieczy, w postaci strumienia lub zawirowanych włókien, albo rozpylonych cząstek przez otwory, dysze lub podobne, w wyniku działającego ciśnienia powietrza lub innych gazów, pod działaniem grawitacji albo sił odśrodkowych. Rozpylanie może mieć charakter ciągły lub nieciągły.

Termin „włókna spod filier/’ odnosi się do włókien o małej średnicy, formowanych techniką wytłaczania stopionego materiału termoplastycznego w postaci włókien z wielu drobnych, zazwyczaj okrągłych kapilar Włosienicy, których średnica jest następnie gwałtownie zmniejszana w sposób ujawniony, na przykład, w opisach do patentów Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4,340,563 udzielonego Appelowi i innym, nr 3,692,618 udzielonego Dorschnerowi i innym, nr 3,802,817, udzielonego Matsuki'emu i innym, nr 3,338,992 i 3,341,394 udzielonego Kinneyowi, nr 3,502,763 udzielonego Hartmanowi oraz nr 3,542,615, udzielonego Dobo i innym. Włókna „spod filiery” na ogół nie są kleiste po osadzeniu na powierzchni zbiorczej. Włókna „spod filiery” są na ogół ciągłe, a ich przeciętna średnica (z próbki wynoszącej co najmniej 10 sztuk) jest większa niż 7 mikrometrów, a zwłaszcza wynosi od około 10 do około 30 mikrometrów. Włókna te mogą mieć również takie kształty jak ujawnione w opisach do patentów Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 5,277,976, udzielonego Hogle'owi i innym, nr 5,466,410, udzielonego Hillsowi, nr 5,069,970 i 5,057,368 udzielonych Largmanowi i innym, gdzie opisano włókna o niekonwencjonalnych kształtach.

Termin „włókna formowane podmuchowo ze stopionego surowca” oznacza włókna formowane techniką wytłaczania stopionego materiału termoplastycznego przez wiele drobnych, zazwyczaj okrągłych, kapilar matrycowych w postaci stopionych nitek lub włókienek ciągłych do zwężającego, płynącego z dużą prędkością strumienia gorącego gazu (np. powietrza), który zmniejsza średnicę, włókien ze stopionego materiału termoplastycznego do średnicy mikrowłókien. Następnie włókna formowane podmuchowo ze stopionego materiału są niesione przez płynący z dużą prędkością strumień gazu i osadzane na powierzchni zbierającej, gdzie tworzą wstęgę z losowo rozmieszczonych włókien ze stopionego materiału. Technologię tego typu ujawniono, na przykład, w opisie do patentu Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 3,849,241. Włókna formowane podmuchowo ze stopionego materiału są mikrowłóknami, które mogą

186 732 być ciągłe lub nieciągłe, mają na ogół przeciętną średnicę mniejszą niż 10 mikrometrów i są na ogół kleiste po osadzeniu na powierzchni zbierającej.

Termin „włókna sprzężone” odnosi się do włókien uformowanych z co najmniej dwóch polimerów wytłaczanych z oddzielnych wytłaczarek, ale spajanych ze sobą tak, że powstaje jedno włókno. Włókna sprzężone nazywa się również czasami włóknami wieloelementowymi albo włóknami dwuelementowymi. Zazwyczaj zastosowane w nich polimery różnią się między sobą, ale włókna sprzężone mogą być również włóknami jednoelementowymi. Polimery te są ułożone we w zasadzie stale rozmieszczanych różnych strefach w przekroju poprzecznym włókien sprzężonych i biegną w sposób ciągły wzdłuż długości włókien sprzężonych. Układ takiego włókna sprzężonego może mieć, na przykład, charakter typu osłonka/rdzeń, gdzie jeden z polimerów jest otoczony drugim, albo też może to być układ jeden polimer obok drugiego, układ podobny do placka z nadzieniem albo układ typu wyspowego. Włókna sprzężone ujawniono w opisach do patentów Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 5,108,820 udzielonego Kaneko i innym, nr 5,336,552 udzielonego Strackowi i innym, oraz nr 5,382,400, udzielonego Pike'owi i innym. We włóknach dwuelementowych udziały poszczególnych polimerów mogą wynosić 75/25, 50/50, 25/75 lub każdy inny pożądany z jakiegoś powodu. Włókna te również mogą mieć kształty podobne do ujawnionych w opisach do patentów Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 5,277,976 udzielonego Hogle'owi i innym oraz nr 5,069,970 i 5,057,368, udzielonego Largmanowi i innym, do których odwołuje się w całości niniejszy dokument jako do opisów włókien o nietypowych kształtach.

Termin „włókna dwuskładnikowe” odnosi się do włókien formowanych z co najmniej dwóch polimerów wytłaczanych z tej samej wytłaczarki w postaci mieszanki. Termin „mieszanka” zdefiniowano dalej. Włókna dwuskładnikowe nie mają różnych składników polimerowych rozmieszczonych w stosunkowo stałych pozycyjnie różnych strefach w przekroju poprzecznym włókna oraz te różne polimery nie są zazwyczaj ciągłe wzdłuż całej długości włókna, natomiast mają zazwyczaj postać fibryli lub protofibryli o przypadkowym początku i końcu. Włókna dwuskładnikowe określa się również czasami jako włókna wieloskładnikowe. Włókna takiego typu omówiono, na przykład, w opisie do patentu Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 5,108,827 udzielonego Gessnerowi. Włókna dwuelementowe i dwuskładnikowe omówiono również w podręczniku Polimer Blends and Composites Johna A. Mansona i Lcslie H. Sperling, wydanego w 1976 przez Plenum Press, oddział Plenum Pubbshing Corporation of New York, IBSN 0-306-30831-2, na stronach 273 do 277.

Termin „spojona wstęga zgrzebna” odnosi się do wstęg wykonanych z włókien staplowych, które przepuszcza się przez czesarkę lub gręplarkę, gdzie są rozdzielane lub odrywane od siebie oraz układane w formie włókien stasiowych w kierunku zgodnym z maszynowym, tworząc włóknistą wstęgę włókninową, zorientowaną w przybliżeniu w kierunku maszynowym. Zazwyczaj włókna tego typu kupuje się w belach, które umieszcza się w rozlużniace/mieszarce lub maszynie czółenkowej, która oddziela włókna przed gręplarką. Po utworzeniu takiej wstęgi spaja się ją następnie jedną łub kilku znanymi technikami spajania. Jednym z takich sposobów spajania jest spajanie proszkowe, gdzie klej w proszku rozprowadza się we wstędze a następnie uaktywnia, zazwyczaj ogrzewając wstęgę wraz z klejem za pomocą gorącego powietrza. Innym, odpowiednim do tego celu sposobem spajania jest spajanie modelowe polegające na spajaniu ze sobą włókien, zazwyczaj lokalnie, chociaż, w razie takiej potrzeby, można też wstęgę spajać na całej powierzchni, za pomocą ogrzanych walców kalandrujących lub ultradźwiękowych urządzeń spajających. Inną odpowiednią do tego celu i dobrze znaną techniką spajania, zwłaszcza w przypadku używania dwuelementowych włókien staplowych, jest przelotowe spajanie za pomocą powietrza.

Termin „formowanie pneumatyczne” odnosi się do dobrze znanej techniki, za pomocą której można formować włóknistą wstęgę włókninową W procesie formowania pneumatycznego oddziela się wiązki małych włókien o typowych długościach w zakresie od około 3 do około 19 milimetrów (mm) i wprowadza je w strumień powietrza po czym osadza na sicie formującym, zazwyczaj z pomocą podciśnienia. Następnie osadzone chaotycznie włókna spaja się ze sobą za pomocą, na przykład, gorącego powietrza albo rozpylonego kleju.

186 732

Termin „wyrób higieny osobistej” odnosi się do pieluch, spodenek gimnastycznych, wkładów chłonnych do bielizny, wyrobów ochronnych dla osób dorosłych nie panujących nad wydalaniem oraz do higienicznych wyrobów dla kobiet.

Metody badań

Wskaźnik Czasu Wchłaniania (ATI): W teście tym określa się pojemność chłonną materiału superchlonnego w funkcji czasu do 200 minut pod niewielkim ciśnieniem, np. około 0,01 osi.

Suchy materiał superchłonny w ilości 0,16 +/- 0,005 grama wkłada się do cylindra o średnicy wewnętrznej 25,4 mm z integralną siatką o numerze 100 ze stali nierdzewnej znajdującą się na jednym jego końcu. Materiał superchłonny należy delikatnie wkładać do cylindra tak, żeby nie przywarł do boków cylindra. Następnie należy delikatnie poruszać cylindrem w celu bardziej równomiernego rozprowadzenia materiału superchlonnego na siatce. Następnie do cylindra wkłada się tłok z tworzywa sztucznego o wadze 4,4 grama i średnicy 25,273 mm, po czym waży się zespół złożony z cylindra, tłoka i materiału superchlonnego. Cały zespół wkłada się do miseczki z cieczą o wymiarach 76,4 mm na 76,4 mm zawierającej 0,875% wagowych roztworu wodnego NaCl, zanurzając go na głębokość 1 cm. Następnie delikatnie porusza się cylindrem w celu usunięcia powietrza uwięzionego pod nim i utrzymuje przez cały czas badań głębokość roztworu soli na poziomie 1 cm.

Należy użyć stopera zdolnego do pomiaru czasu do 200 minut w odstępach co jedną sekundę. Uruchomić stoper i po 5 minutach przebywania zespołu w roztworze wyjąć go i osuszyć na bibule. Zaleca się stosowanie bibuły Kleenex(R) Premium Dinner Napkins firmy KimberlyClark Corp., co nie wyklucza jednak stosowania również innych odpowiednich do tego celu bibuł. Podczas osuszania docisnąć szczelnie bibułę do cylindra w celu zapewnienia dokładnej styczności. Dotknąć cylindrem trzy razy do suchego papieru, przy czym za trzecim razem ilość usuniętej cieczy powinna być bardzo mała. Zważyć zespół i włożyć z powrotem do miseczki. Osuszanie za pomocą bibuły i ważenie powinno zająć około 5 sekund, przy czym stoper powinien cały czas chodzić podczas testu. Dokonać pomiarów w 5, 10, 15, 30, 45, 60, 75, 90, 120, 160 i 200 minucie. Przy każdym odczycie stosować nowe suche podpaski higieniczne.

Po końcowym odczycie obliczyć ilość gramów cieczy wchłoniętej na gram materiału superchlonnego. Ilość cieczy wchłoniętej w konkretnych chwilach czasu podzielona przez ilość wchłonięta w ciągu 200 minut można wykreślić w funkcji czasu w celu graficznego przedstawienia szybkości wchłaniania.

Wskaźnik ATI oblicza się w następujący sposób:

ATI = (ti0 + t20 + t30 + f-to + tso + t60 + t70 + t80 + t9<0)/9 gdzie t„ jest czasem w minutach, przy jakim w ciągu 200 minut zostało zużyte n procent pojemności chłonnej, np. t30 jest czasem, przy którym zostało zużyte 30% całkowitej pojemności.

Test chłonności pod obciążeniem (AUT): Test ten jest zmodyfikowaną wersją metody TAPPI T561pm-96 zatytułowanej „wskaźnik sorpcji i pojemności chłonnej wyrobów z papieru bibułowego') na zasadzie grawimetrycznej”. W Załączniku A2 do metody Tappi T561pm-96 omówiono odmiany niestandardowe.

Próbkę badanego materiału umieszcza się na poziomej płycie testowej w taki sposób, że jej dolna powierzchnia spoczywa na płycie, a jej powierzchnia górna jest przyciśnięta odważnikiem testowym. Próbkę otacza element utwierdzający, tak, że może ona rozszerzać się tylko w jednym kierunku: a mianowicie w kierunku przykrytym obciążnikiem. Płyta testowa jest połączona ze zbiornikiem cieczy za pormocą rurki syfonowej. Próbka styka się z cieczą (roztwór soli o składzie 8,5 g/l) w rurce syfonowej, przy czym podczas testu można regulować położenie górnej powierzchni zbiornika cieczy względem próbki. Zbiornik z cieczą umieszcza się na odpowiedniej wadze. Podczas badań próbka wchłania ciecz, co powoduje zmniejszenie ilości cieczy w zbiorniku z cieczą, które się mierzy za pomocą wagi. Zmniejszenie wagi cieczy w zbiorniku można bezpośrednio wykreślić lub podzielić je przez wagę próbki w gramach, uzyskując w ten sposób pojemność chłonną na gram próbki w funkcji czasu.

W użytej tu procedurze badawczej zastosowano próbkę o średnicy 6,25 cm, natomiast wysokość próbki i waga zależały od jej gęstości. Próbka była otoczona przez pierścień szklany o średnicy 6,25 cm, który ograniczał możliwość jej rozszerzania się w poziomie. Waga obciążnika

186 732 testowego wynosiła 674,14 gramów, co zapewniało utrzymanie ciśnienia na próbkę około 1750Pa. Różnice wysokości pomiędzy powierzchnią zbiornika cieczy a próbką utrzymywano na poziomie zera centymetrów.

Test wieloporcjowy (ocena MIST): W teście tym umieszcza się tkaninę, materiał lub strukturę złożoną z dwóch Iub więcej materiałów w akrylowej kołysce, symulując w ten sposób krzywiznę ciała użytkownika, na przykład niemowlęcia. Kołyskę tego typu pokazano na fig. 2. Jak widać, szerokość kołyski w płaszczyźnie rysunku wynosi 33 cm, a jej końce są zablokowane, wysokość 19 cm, wewnętrzna odległość pomiędzy górnymi ramionami wynosi 30,5 cm a kąt pomiędzy ramionami górnymi 60 stopni. Kołyska ma w najniższym swoim punkcie szczelinę o szerokości 6,5 mm biegnącą wzdłuż długości kołyski ku płaszczyźnie rysunku.

Przeznaczony do badania materiał umieszcza się na polietylenowej folii o takich samych wymiarach jak próbka i wkłada w kołyskę. Przeznaczony do badania materiał nasyca się 100 ml roztworu soli o stężeniu 8,5 grama chlorku sodowego na litr, z wydajnością 20 cm³/s za pomocą dyszy normalnej do środka materiału, znajdującej się 6,4 mm nad materiałem. Ilość wyciekającej cieczy jest rejestrowana. Materiał wyjmuje się natychmiast z kołyski, waży i umieszcza na suchej podkładce o składzie 40/60 pulpa/materiał superchłonny o gęstości 0,2 g/cm3 w położeniu poziomym pod ciśnieniem 70Pa i waży po 5, 15 i 30 minutach w celu wyznaczenia desorpcji cieczy z materiału do podkładki z materiału superchłonnego, jak również zatrzymywanie cieczy w materiale. Używaną w tym teście spulchnioną pulpą i materiałem superchłonnym jest pulpa firmy Kimberly Clark (Dallas TX) CR-2054 i materiał superchłonny firmy Stockhausen Company (z Greensboro, NC 27406) FAVOR 870, chociaż można również stosować inne porównywalne pulpy materiały superchłonne pod warunkiem, że można z nich wykonać podkładkę desorpcyjną o wadze 500 g/m² i gęstości 0,2 g/cm3, która po zanurzeniu na 5 minut w roztworze soli w warunkach swobodnego pęcznienia zatrzymuje co najmniej około 20 gramów roztworu soli na gram podkładki desorpcyjnej po wystawieniu jej na różnicę ciśnień powietrza, na przykład wytwarzając podciśnienie, około 3,45 kPa działającego w poprzek grubości podkładki przez 5 minut. Jeżeli badany kawałek jest wykonany z innych elementów składowych (np. jest laminatem), to rozdziela się elementy składowe lub warstwy i waży w celu określenia rozkładu cieczy pomiędzy nimi, a następnie ponownie składa po każdym ważeniu i umieszcza z powrotem na podkładce ze spulchnionej pulpy celulozowej i materiału superchłonnego. Test ten powtarza się używając świeżych podkładek desorpcyjnych na każdą porcję cieczy tak, żeby łączna liczba porcji cieczy wyniosła trzy a rozkład cieczy był mierzony przez 1,5 godziny co 30 minut pomiędzy wydalanymi porcjami cieczy. Zaleca się przeprowadzenie pięciu testów na każdy testowany materiał.

Badania rentgenograficzne: Test ten jest jednym ze sposobów używanych do określenia ilości cieczy w każdej z pięciu stref układów chłonnych. Badania rentgenograficzne są znane w technice i omawiane, na przykład w artykule zatytułowanym „Liquid Distribution: comparison of X-ray Imaging Data” Davida F. Ringa, Oscara Lijapa i Josepha Pascente w czasopiśmie Nonwovens World, lato 1995, na stronach 65-70. Ogólnie, procedura ta umożliwia porównywanie obrazów rentgenowskich mokrych i suchych próbkę w celu obliczenia zawartości cieczy. Tego typu systemy rentgenowskie można nabyć w firmie Tronix Inc. z 31 Business Park Drive, Branford, CT 06045, jako model nr 10561 HF 100 z obudową. W systemie tym stosuje się oprogramowanie Optumus hic. z Ft. Collins, CO jako Bio-scan Optimatte® S/N OPM4101105461 wersja 4.11.

Ciśnienie kapilarne: Ciśnienie kapilarne (c.t.) wyrażone w centymetrach (cm) cieczy oblicza się z charakterystyk włókna i wstęgi porównując ciśnienie kapilarne wywierane przez materiał z ciśnieniem hydrostatycznym słupa cieczy metodą znaną w technice i wspominaną w wielu bibliografiach, na przykład w Textile Science and Technology, vol. 7, napisanym przez Pronoya K. Chatterjee, opublikowanym przez Elsevier Science Publishers B.V. 1985, ISBN 0-444-42377-Χ vol. 7), rozdziały 2, 4, 5. W obliczeniach tych zakłada się napięcie powierzchniowe o wartości 0,068 N/m dla roztworu soli o stężeniu 8,5 grama/l stosowanego jako substancja zbliżona Iub symulującą mocz. Napięcie powierzchniowe moczu może być dość zmienne.

186 732

Ciśnienie kapilarne można obliczyć lub wyznaczyć doświadczalnie opisanym tu sposobem pomiaru wysokości przesiąkania w kierunku pionowym. Obliczenia wykonuje się w obecności cieczy testowej, zwłaszcza materiałów zawierających materiały superchłonne, na które działa roztwór soli.

c.t. =

Zmienna

Wymiary cm solanki y/π y P web P avg J X:

980 α = V —-⁵—cos(o) Vr,,_effp, cm /g

Pavg r ν’ y A x . P.y g/cm³

BW

O³

V.

^Pweb 10³t g/cm³

Cm

SA, dla długich cylindrów ‘i.eff (cm) = dla kul ¹ i.eff (cm) = %d,L

Kd³ 3~8~

Kd² d,

4xl0⁴ d,

6xl0⁴ •J gdzie γ = napięcie powierzchniowe cieczy (1 -10' N/m) (dyny/cm) p, = kątawilżania ciaco-ciało stałe (w stohniach)dla elementu składowego i Π - 3,1415906 r_Web1 = gąstośćwstig- (g/cm³) r,_Vg = ^r^e^dnic^a masowagęstość elementu składowego (g/cm ) d! = średnia elmenb- składowego - (mikrometr)) r = gęstość elementu składowego i (g/cm³)

Xj = udziałmasowy elementu składowego i we wstędze r1efF = efektywny promień wlókna(crn)

BW = waga próbki,pole p^ovi^^ιt^i^ł'^ni (g/m²) t = grubość próbki (mm) pod ciśnieniem 350 Paskala

L = długość cylindra (cm)

V₁ = objętość elementu składowego i (cm?)

SA = pole powierzchni elementu składowego i (cm²)

Przykład obliczania ciśnienia kapilarnego

W przypadku struktury zawierającej 57% pulpy z drzew iglastych z południa, 40% materiału supe^^l^^lon^ego i 3% włókien spajających, mającej gramaturę 617,58 g/m2 i grubość swobodną 5,97 mm pod obciążeniem 350Pa, przedstawiono następujący przykład obliczania ciśnienia kapilarnego dla solanki.

186 732

Właściwości elementów składowych są następujące:

Element składowy	Kształt	Średnica d, (mikrometry)	Kąt zwilżania P.	Gęstość r (g/cm3)	Udział masowy X1
Drewno z południowych drzew iglastych	Cylinder	13,3	45	1,55'	0,57
Materiał superchłonny	Kulki	1125,0	30	1,49	0,40
Włókna spajające	Cylinder	17,5	90	0,91	0,03

Należy zwrócić uwagę, że kształty i kąty zwilżania są przybliżone.

Zmienna α (cm²/g) = V ——— cos(o)

7W.

α (cm²/g)

0,57cos(45)

13,3

4xl0⁴

Τxl,55

Ο,40 cos(30)

0,03 cos(90)

1125

6xl0⁴ xl,49

17,5

4xl0⁴ x 0,925 α (cm²/g) - 794,5 Pav_g (g/cm³) = f^ —

X > Pl 7

P avg (g/cm³) ^0,57 0,40 0,03 Ί ,1,55 ⁺ 1,49 ⁺ 0,925)

P_avg (g/cm ) = 1,496 p_web(g/^cm )=

10³t

Pweb^cm ) =

617,58 (5,97>0³

Pweb (g/cm³) = 0,1034

c.t. (cm salinę) =

980

186 732

c.t. (cm salinę) =

7π i__1^_

0,1034 1,496

794,5

980

c.t. (cm saline) = 6,91

Przepuszczalność: Przepuszczalność (k) można obliczyć z równania Kozery-Carman. Jest to metoda szeroko stosowana. Jako bibliografię można podać artykuł R.W. Hoylanda i R. Fidela w czasopiśmie Paper Technology and Industry, grudzień 1976, strona 291-299 oraz Porous Media Liquid Transport and Pore Structure F.A.L. Dulliena, 1979, Academic Press, Inc. ISDN 0-12-223650-5.

Obliczana zmienna	Równanie	Wymiary
Przepuszczalność =	k- F?		1	Darcy
	KS2(1-	ε)2 9,87x10’
Stała Kozen/ego =	K-(,33 ,., 11 + 570-4]	bezwymiarowa
Pole powierzchni na masę materiału =	SX	ya X, . hcffP		cm2/g
Średnia gęstość elementu składowego ważona masą	Pavg —	< . Pi>	-1	g/cm3
Pole = powierzchni na objętość ciała stałego materiału	So =	' SvPavg		cm
Porowatość =	ε=1<	P,	bezwymiarowa
Efektywny = promień włókna	E.eff	V, SA,		cm
Gęstość wstęgi =	fweb	_ BW ’103-t		g/cm3
dla długich cylindrów	nd?L 4	d,
	Seff ud.L 4xl04
dla kul	4 πά3

₌ 3 8 _ d, πά² 6xl0⁴ gdzie d, = średnica elementu składowego i mikrometry

186 732 r, = gęstość elementu składo- g/m3 wego i

Xj = udział masowy elementu składowego i we wstędze

BW = waga próbki/pole po- g/cm² wierzchni t = grubość próbki w mm (mm) pod ciśnieniem 350

Paskala

Przykład obliczania przepuszczalności

W przypadku struktury zawierającej 57% pulpy z drzew iglastych z południa, 40% materiału superchłonnego i 3% włókien spajających, mającej gramaturę 617,58 g/m² i grubość swobodną 5,97 mm pod obciążeniem 350 Paskala przedstawiono następujący przykład obliczania przepuszczalności.

Właściwości elementów składowych są następujące (zwracamy uwagę na to, że kształt jest przybliżony):

Element składowy	Kształt	Średnica dj (mikrometry)	Gęstość p1 (g/cm3)	Udział masowy x
Drewno z południowych drzew iglastych	Cylinder	13,3	1,550	0,57
Materiał superchłonny	Kulki	1125,0	1,500	0,40
Włókna spajające	Cylinder	17,5	0,925	0,03

Pweb (g/cm³)

BW 10³ · t

Pweb (g/cm³)

617,58 (5,97)10³

Pweb (g/cm³) = 0,1034

web

P, = 1-0,57

0,1034

1,55

-0,40

0,1034

1,49

0,03

0,1034

0,925 ε = 0,9309

186 732

S_v (cm²/g) =

0,57

0,40

13,3

4xl0⁴ xl,55

1125

6xl0⁴

Τxl,49

Ο,03

17,5

4xl0⁴ x 0,925

S_v (cm²/g)=1194

Pav_g(g/cm³) = γ x/ < . P,>

Pavg(g/^Cm3) =

0,57 0,40 0,03 + —— + 1,55 1,49 0,925

Pav_g(g^/cm3) = t496

S₀(cm’’) = S_vp_avg

S₀(cm’) = 1194x1,496 S₀(cm’ ) = 1786

3,5ε³ (l-ε)⁰⁵ [ΐ+57(1-ε)>]

3,5(0,9309)³ (1-0,93 09)^0-5 [l +57(1-0,9309)³]

K = 10,94

KS²(l-_e)² 9,87Χίο-⁹ _(0,9309)³__1 (10,94)(1786)²(l- 0,9309)² 9,87 χ ΙΟ’⁹ k = 491 darcys

Kaliber materiału (grubość): Kaliber materiału jest miarą grubości i mierzy się go przy ciśnieniu 350Pa za pomocą testera typu Starret w milimetrach.

Gęstość: Gęstość materiału oblicza się dzieląc wagę na jednostkę pola powierzchni próbki w gramach na metr kwadratowy (g/m²) przez masę objętościową próbki w milimetrach (mm) przy ciśnieniu 68,9 Paskala i mnożąc uzyskany wyniki przez 0,001 w celu przeliczenia

186 732 go na gramy na centymetr sześcienny (g/cm ). Ocenia się łącznie trzy próbki i uśrednia pod względem wartości gęstości.

Czas przesiąkania i Pionowy Strumień Cieczy w Strukturze Chłonnej: Pasek materiału o wymiarach około 5 cm na 38 cm umieszcza się pionowo w taki sposób, że po umieszczeniu go nad zbiornikiem z cieczą na początku testu dolna część paska próbkowego prawie dotyka powierzchni cieczy. Użytą cieczą był roztwór soli o stężeniu 8,5 g/l. Podczas oceny należy utrzymywać wilgotność względną na poziomie około 90 do około 98%. Pasek próbki umieszcza się nad cieczą o znanej wadze i objętości, po czym uruchamia się stoper w chwili dotknięcia dolnej krawędzi paska próbki do powierzchni roztworu.

Rejestruje się pionową odległość czoła cieczy wędrującego w górę paska próbki oraz wagę cieczy wchłoniętej przez pasek próbki w różnych czasach. Wykreśla się czas w funkcji wysokości czoła cieczy w celu określenia Czasu Przesiąkania na poziomie około 5 centymetrów i około 15 centymetrów. Z danych tych wyznacza się również wagę cieczy wchłoniętej przez pasek próbki od początku oceny na wysokość około 5 centymetrów i na około 15 centymetrów. Oblicza się wartość Pionowego Strumienia Cieczy dla paska próbki na konkretnej wysokości dzieląc gramy cieczy wchłoniętej przez pasek próbki przez każdą z wartości: gramaturę (g/m²) paska próbki; czas, w minutach, potrzebny na osiągnięcie przez ciecz konkretnej wysokości; oraz szerokość, w centymetrach, paska próbki. Ciśnienie kapilarne w materiałach nie zawierających materiałów superchlonnych (np. w materiałach pochłaniających) mierzy się po prostu na podstawie pionowej wysokości przesiąkania roztworu soli o stężeniu 8,5 g/l po 30 minutach.

Szczegółowy opis wynalazku

Dotychczasowe próby poprawy efektywności wyrobów higieny osobistej jednorazowego użytku obejmowały rozmieszczanie cząstek spulchnionej celulozy lub materiał superchłonnego (SAM) w konkretnych obszarach wyrobu Iub zapewnianie różnie ukształtowanych obszarów magazynowania lub przetrzymywania, wchłaniających porcje cieczy przed ich wchłonięciem przez wkład chłonny. W tego typu metodach na ogół nie wykorzystuje się całej dostępnej powierzchni wewnętrznej wyrobu w takim samym stopniu, co pogarsza efektywność wykorzystania jego głównej części.

Rezultatem dotychczasowych prób są również struktury, w których większość cieczy, jaka ma być wchłonięta pozostaje w krokowej części wyrobu. Tak skonstruowana struktura musi być dość szeroka w kroku i dlatego niewygodna dla użytkownika, zwłaszcza po wchłonięciu cieczy przez rdzeń chłonny i następnie spęczeniu materiału chłonnego. Magazynowanie w części krokowej zwiększa również skłonność wyrobu do odstawania od ciała użytkownika.

W związku z tym zachodzi potrzeba opracowania wyrobu higieny osobistej jednorazowego użytku, w którym duża część dostępnego pola powierzchni wyrobu służy do wchłaniania wydalanych porcji płynów ustrojowych i w którym w krokowym obszarze nie pozostaje większość wydalanej porcji cieczy. Umożliwiłoby to wytwarzanie wyrobów o węższej części krokowej i bardziej dopasowanych do ciała, a tym samym lepiej pasujących do użytkownika i zapewniających mu większy komfort, a także bardziej efektywne wykorzystanie materiałów. Jeżeli chodzi o pieluchy i spodenki gimnastyczne, to za wąską część krokową uważa się taką, której szerokość wynosi co najwyżej 7,6 cm, a zwłaszcza co najwyżej 5 cm.

Można uogólnić, że tradycyjne układy chłonne do wyrobów higieny osobistej to wyroby mające funkcje odbierania (kontrola wchłaniania) i utrzymywania (zatrzymywania) lub SC.

Materiały kontrolujące wchłanianie, litera „S” w skrócie SC, służą do szybkiego odbierania wydalanej porcji cieczy tak, żeby nie wyciekła na zewnątrz wyrobu. Warstwę odbiorczą można również określać jako warstwę chwytającą, warstwę przekazującą, warstwę transportową i podobne. Materiał odbiorczy musi, typowo, być w stanie odebrać porcję wydalanej cieczy w ilości od około 60 do 100 cm3 z objętościowym natężeniem przepływu, na przykład, dla niemowląt, od około 5 do około 20 cm3/s.

Materiały magazynujące lub retencyjne, litera „C” w skrócie SC, muszą szybko i wydajnie wchłonąć wydaloną porcję cieczy. Powinny one być w stanie wchłonąć ciecz bez znaczniejszego „blokowania żelowego” albo blokowania wnikania cieczy w dalsze części materiału chłonnego w wyniku rozszerzania się jego warstw zewnętrznych. Materiały retencyjne są często materiałami superchłonnymi o dużej wydajności, takimi jak mieszanki poliakiylowego materiału

186 732 superchłonnego ze spulchnioną celulozą. Materiały te szybko wchłaniają i zatrzymują ciecz. Przykłady materiałów retencyjnych można znaleźć w opisie do patentu Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 5,350,370 wydanego Jacksonowi i innym.

Jak już wspomniano, tradycyjne układy chłonne mające funkcje odbierania i zatrzymywania zazwyczaj trzymają większość wydalonej porcji cieczy w obszarze docelowym, zazwyczaj w części krokowej. Ciecz odprowadza się z tej części krokowej w takich układach tylko po wypełnieniu objętości tej części. Rezultatem są wyroby higieny osobistej o dość szerokiej części krokowej. Przykłady zdolności do przetrzymywania i położenia magazynowej części w różnych dostępnych na rynku pieluchach przedstawiono w tabeli 3 zgłoszenia patentowego Stanów Zjednoczonych Ameryki numer 08/755,136 złożonego tego samego dnia i upełnomocnionego przez tego samego pełnomocnika co niniejsze zgłoszenie, a zatytułowanego WYROBY CHŁONNE Z MOŻLIWYMI DO KONTROLOWANIA UKŁADAMI WYPEŁNIENIA.

W odróżnieniu od tradycyjnych układów chłonnych, zgłoszenie patentowe WYROBY CHŁONNE Z MOŻLIWYMI DO KONTROLOWANIA UKŁADAMI WYPEŁNIENIA przedstawia układ chłonny z elementami składowymi, które skonstruowano, rozmieszczono i złożono w taki sposób, że w ciągu pewnego czasu po każdym wydaleniu porcji cieczy, ciecz ta jest rozmieszczana w zadanym obszarze układu chłonnego, tj. z dala od obszaru, w jaki została wydalona. Dzięki użyciu układu chłonnego podzielonego z góry na pięć stref, układy te mają „wskaźnik wypełnienia” w gramach cieczy znajdującej się w środkowej strefie będącej celem dla wydalanej porgi cieczy, zazwyczaj w części krokowej, do każdej z dwóch stref skrajnych wynoszący poniżej 5:1 po trzech porcjach cieczy w ilości 100 ml w odstępach 30 minut. Korzystnie, ten stosunek wypełnienia wynosi poniżej 3:1, a najbardziej korzystnie poniżej 2,5:1. W wielu dostępnych na rynku pieluchach stosunki wypełnienia wynoszą 20:1, 50:1 a nawet są większe, tj. utrzymują one większość wydalonej cieczy w części krokowej.

Oprócz materiałów odbierających i magazynujących w tradycyjnych układach chłonnych, najnowsze prace w tej dziedzinie wprowadzają inny element składowy umieszczony pomiędzy warstwami S i C. Tym nowym elementem składowym jest materiał rozprowadzający, dzięki któremu powstaje układ z możliwością regulacji odbierania wydalanych porcji cieczy, rozprowadzania i magazynowania lub układ „SDC”.

Materiały rozprowadzające, litera „D” w skrócie SDC, muszą być zdolne do przemieszczania cieczy z miejsca początkowego jej wydalenia do miejsca pożądanego magazynowania. Rozprowadzanie musi przebiegać z odpowiednią wydajnością, taką, żeby docelowy obszar wydalania porcji cieczy, na ogół obszar krokowy, był gotowy do odebrania następnej porcji cieczy. Pojęcie „gotowy do odebrania następnej porcji cieczy” oznacza, że ze strefy docelowej została odprowadzona ilość cieczy umożliwiająca ewentualne wchłonięcie następnej porcji i odprowadzenie jej z możliwą do akceptacji szybkością. Czas pomiędzy wydalanymi porcjami cieczy może wynosić od kilku minut do godzin, na ogół zależy od wieku użytkownika.

Wielofunkcyjny materiał według wynalazku znajduje się pomiędzy materiałem odbierającym a materiałem rozprowadzającym, jak widać na fig. 1, na której przedstawiono przekrój poprzeczny przez wyrób higieny osobistej, w tym przypadku przez pieluchę. W skład pieluchy 1 wchodzi materiał odbierający 2 w obszarze odbiorczym, wielofunkcyjny materiał 3 pod materiałem odbierającym 2, materiał rozprowadzający 4 pod materiałem wielofunkcyjnym 3 oraz materiał retencyjny/magazynujący 5, 6 na obu końcach pieluchy 1. W wyrobach tego typu znajduje się zazwyczaj również materiał pokryciowy i podkładkowy (dla czytelności nie pokazano). Pomimo oczywistości, należy zauważyć, że w celu skutecznego działania, materiały użyte w wynalazku muszą, być w odpowiedniej styczności umożliwiającej przepływ cieczy pomiędzy nimi.

Materiał pokryciowy często określa się jako zwrócony ku ciału materiał pokryciowy lub warstwa górna, przy czym materiał ten sąsiaduje z materiałem odbierającym. Materiał pokryciowy jest warstwą leżącą na skórze użytkownika, a tym samym pierwszą warstwą, z którą styka się ciecz lub inne odchody użytkownika. Warstwa pokryciowa służy również do izolowania skóry użytkownika od cieczy znajdującej się w strukturze chłonnej i powinna być podatna, miękka w dotyku i nie drażniąca.

Do wytwarzania zwróconej ku ciału użytkownika warstwy pokryciowej według wynalazku można stosować różne materiały, takie jak perforowane folie z tworzyw sztucznych,

186 732 tkaniny, materiały włókninowe, porowate pianki, pianki siatkowe i podobne. Stwierdzono, że na zwróconą ku ciału warstwę pokrycóową nadają się zwłaszcza materiały włókninowe, w tym materiały „spod filiery” lub formowane podmuchowo z surowca w stanie stopionym z włókien poliolefinowych, .poliestrowych, poliamidowych (lub innych podobnych polimerów, z których można formować włókna), albo spajane wstęgi gręplowane z polimerów naturOnych (na przykład ze sztucznego jedwabiu lub włókien bawełny) i/lub z polimerów syntetycznych (na przykład z włókien polipropylenowych lub poliestrowych). Na przykład, zwrócona ku ciału warstwa pokryciowa może być wykonana z włókninowej wstęgi „spod filiery” z syntetycznych włókien polipropylenowych. Włókninowa wstęga może mieć gramaturę w zakresie od 10,0 gramów na metr kwadratowy (g/m2) do około 68,0 g/m2, a zwłaszcza od około 14,0 g/m2 do około 42,0 g/m2, miąższość lub grubość od około 0,13 milimetrów (mm) do około 1,0 mm, a zwłaszcza od około 0,18 mm do około 0,55 mm, a gęstość pomiędzy około 0,025 gramów na centymetr sześcienny (g/cm3) do około 0,12 g/cm3, a zwłaszcza od około 0,068 g/cm3 do około 0,083 g/cm3. Ponadto, przepuszczalność takiej włókninowej wstęgi może wynosić od około 150 Darcy do około 5000 Darcy. Włókninowa wstęga może być obrobiona powierzchniowo za pomocą wybranej ilości środka powierzchniowo czynnego, takiego jak około 0,28% Triton Χ-102, lub w inny sposób przetworzona w celu nadania jej pożądanego poziomu zwilżalności i hydrofilowości. W przypadku stosowania środka powierzchniowo czynnego, można go nakładać na wstęgę za pomocą dowolnych znanych środków, takich jak natryskiwanie, drukowanie, nanoszenie za pomocą pędzla i podobne.

Warstwa odbierająca znajduje się najczęściej pomiędzy i w bezpośredniej styczności przepływowej z warstwą zwróconą ku ciału i inna warstwią taką jak warstwa rozprowadzająca lub retencyjna chociaż, według wynalazku, jest ona w styczności z materiałem wielofunkcyjnym według wynalazku. Warstwa odbierająca znajduje się zazwyczaj pod i w sąsiedztwie wewnętrznej (nie odsłoniętej) powierzchni zwróconej ku ciału warstwy pokryciowej. W celu dalszej intensyfikacji przenoszenia cieczy może okazać się pożądane przyłączenie górnej i/lub dolnej powierzchni warstwy odbierającej do, odpowiednio, warstwy pokryciowej i warstwy rozprowadzającej. Można w tym celu wykorzystać bez ograniczeń odpowiednie konwencjonalne techniki mocowania, takie jak spajanie za pomocą kleju (używając klejów wodnych, rozpuszczalnikowych i aktywowanych termicznie), spajanie termiczne, spajanie ultradźwiękowe, igłowanie i kołkowanie, jak również kombinowane techniki z udziałem wspomnianych powyżej lub za pomocą innych, odpowiednich do tego celu sposobów mocowania. Jeżeli, na przykład, warstwa odbierająca jest spojona ze zwróconą ku ciału warstwą pokryciową za pomocą kleju, to ilość używanego kleju powinna być wystarczająca do zapewnienia odpowiedniego poziomu (odpowiednich poziomów) spajania, bez nadmiernego ograniczania przepływu cieczy z warstwy pokryciowej do warstwy odbierającej. Jeden z przykładowych materiałów odbierających można znaleźć w zgłoszeniu patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki numer 08/755,514, złożonym w tym samym dniu i upełnomocnionym przez tego samego pełnomocnika co niniejsze zgłoszenie, a zatytułowanym BARDZO SKUTECZNY MATERIAŁ ODBIERAJĄCY DO WYROBOW CHŁONNYCH, w którym przedstawiono materiał odbierający będący wstęgą z włókien zwilżalnych o średnicy 30 mikrometrów lub mniejszej, który jest w zasadzie jednorodny, i gdzie przepuszczalność wstęgi wynosi od około 250 do około 1500 Darcy, a ciśnienie kapilarne od około 1,5 do około 5 cm.

Do budowy warstwy odbierającej można stosować różnorodne materiały włókniste i wstęgi włókninowe. Na przykład, warstwa odbierająca może być wykonana z włókninowej warstwy materiału złożonego ze wstęgi z włókien poliolefinowych wytworzonych techniką formowania podmuchowego z substancji stopionej lub techniką „spod filiery”. Takie włókninowe warstwy materiału mogą zawierać włókna sprzężone, dwuskładnikowe i homopolimerowe o długości staplowej lub innych długościach oraz mieszanki takich włókien z włóknami innych typów. Warstwa odbierająca może również być spajaną wstęgą gręplowaną, lub wstęgą formowaną pneumatycznie złożoną z włókien naturalnych i/lub syntetycznych. Spajana wstęga gręplowana może być, na przykład, wstęgą gręplowaną spajaną techniką proszkową, wstęgą gręplowaną spajaną za pomocą promieniowania podczerwonego albo wstęga gręplowaną spajaną za pomocą powietrza techniką przedmuchową. W skład spajanych wstęg gręplowanych

186 732 może ewentualnie wchodzić mieszanka lub mieszanina różnych włókien, przy czym długości włókien w wybranej wstędze mogą wynosić od około 3 mm do około 60 mm. Przykładowe warstwy odbierające mogą mieć gramaturę co najmniej około 17 gramów na metr kwadratowy, gęstość co najmniej około 0,010 grama na centymetr sześcienny przy ciśnieniu 68,9 Paskali, miąższość co najmniej około 1,0 mm przy ciśnieniu 68,9 Paskali, stopień odzysku miąższości co najmniej około 75%, przepuszczalność około 500 do około 5000 Darcy oraz pole powierzchni na objętość porów co najmniej około 20 centymetrów kwadratowych na centymetr sześcienny. Warstwa zbierająca może być złożona z materiału w zasadzie hydrofobowego, natomiast materiał hydrofobowy może być ewentualnie obrobiony za pomocą środka powierzchniowo czynnego lub w inny sposób, w celu nadania mu pożądanego poziomu zwilżalności i hydrofilowości. Warstwa odbierająca może mieć na ogół jednakową grubość i pole powierzchni przekroju poprzecznego.

Warstwa rozprowadzająca musi być w stanie przemieścić ciecz z miejsca jej początkowego wydalenia do miejsca, w którym pożądane jest magazynowanie. Rozprowadzenie to musi nastąpić z dopuszczalnym natężeniem przepływu takim, żeby docelowy obszar wydalania, na ogół obszar krokowy, był gotowy do przyjęcia następnej porcji wydalanej cieczy. Czas pomiędzy wydalaniem kolejnych porcji cieczy może zmieniać się w zakresie od kilku minut do godzin, na ogół w zależności od wieku użytkownika. W celu osiągnięcia takiej funkcji transportowej, warstwa rozprowadzająca musi mieć wysoką wartość ciśnienia kapilarnego. Ciśnienie kapilarne w materiałach rozprowadzających i innych nie zawierających materiałów superchłonnych mierzy się po prostu na podstawie pionowej wysokości przesiąkania roztworu soli o stężeniu 8,5 g/l zgodnie z testem pomiaru natężenia przepływu Pionowego Strumienia Cieczy, a nie według testu dla materiałów zawierających materiały superchłonne. Odpowiednia do tego celu warstwa rozprowadzająca musi mieć ciśnienie kapilarne większe niż materiał z nią sąsiadujący, z którego odbiera ona ciecz (na stronie zwróconej ku użytkownikowi) i, korzystnie, ciśnienie to powinno wynosić co najmniej około 15 cm. Ze względu na przeciwną, na ogół, zależność pomiędzy ciśnieniem kapilarnym a przepuszczalnością, skutkiem tak wysokiego ciśnienia kapilarnego jest zazwyczaj mała przepuszczalność warstwy rozprowadzającej.

Inną właściwością pod względem transportu cieczy pożądaną dla odpowiedniego materiału rozprowadzającego jest jego natężenie przepływu Pionowego Strumienia Cieczy na wysokość około 15 centymetrów, wynosząca, korzystnie, co najmniej około 0,002 grama cieczy na minutę na metr kwadratowy (g/m2) materiału rozprowadzającego na 2,5 cm nego materiału rozprowadzającego g/(min*g/m2*2,5 cm) do o

W stosowanym tu znaczeniu wartość natężenia przepływu Pionowego Strumienia Cieczy dla materiału rozprowadzającego oznacza ilość cieczy transportowanej przez granicę na określoną odległość w pionie od centralnego położenia miejsca odbioru cieczy na minutę na znormalizowaną ilość materiału rozprowadzaaącego. Natężenie przepływu Pionowego Strumienia Cieczy, na wysokość około 15 centymetrów, dla materiału rozprowadzającego można mierzyć opisaną tu metodą testową.

Inną właściwością pod względem transportu cieczy pożądaną dla odpowiedniego materiału rozprowadzającego jest natężenie przepływu Pionowego Strumienia Cieczy na wysokość około 5 centymetrów, wynosząca, korzystnie, co najmniej około 0,01 g/(min*g/m2*2,5 cm) do około 0,5 g/(min*g/m“*2,5 cm). Natężenie przepływu Pionowego Strumienia Cieczy, na wysokość około 5 centymetrów, dla struktury chłonnej można mierzyć opisaną tu metodą testową.

Do materiałów, z jakich można wytwarzać warstwę rozprowadzającą, należą materiały tkaninowe i włókninowe, piankowe i mikrowłókienkowe. Na przykład, warstwa rozprowadzająca może być wykonana z warstwy włókninowej złożonej ze wstęgi wykonanej techniką formowania podmuchowego z surowca w stanie stopionym lub techniką „spod filiery” z włókien poliolefinowych, poliestrowych, poliamidowych (lub innych polimerów tworzących wstęgi). Takie włókninowe warstwy materiału mogą zawierać włókna sprzężone, dwuskładnikowe i homopolimerowe o długości staplowej lub innych długościach oraz mieszanki takich włókien z włóknami innych typów. Warstwa rozprowadzająca może również być spajaną wstęgą gręplowaną lub wstęgą formowaną pneumatycznie lub strukturą z pulpy formowaną na mokro, złożoną z włókien naturalnych i/lub syntetycznych, albo z ich kombinacji. Warstwa rozprowadzająca może mieć gramaturę od około 35 do 300 g/m2 albo, bardziej korzystnie, od szerokości przekroju poprzeczcoło 0,1 g/(min*g/m2*2,5 cm).

186 732 prowadzająca może mieć gramaturę od około 35 do 300 g/m² albo, bardziej korzystnie, od około 80 do około 200 g/m, gęstość od około 0,08 do około 0,5 g/cm³, a przepuszczalność od około 50 do około 1000 Darcy.

Podkładkę określa się czasami jako zewnętrzną warstwę pokryciową - jest to warstwa najdalsza od użytkownika. Zewnętrzna warstwa pokryciowa jest na ogół wykonana z cienkiej folii termoplastycznej, takiej jak folia polietylenowa, która jest w zasadzie nieprzepuszczalna dla cieczy. Zewnętrzna warstwa pokryciowa zapobiega moczeniu lub brudzeniu odzieży użytkownika, pościeli lub innych materiałów stykających się z pieluchąprzez znajdujące się w strukturze chłonnej płyny ustrój owe. Zewnętrzna warstwa pokryciowa może być, na przykład, z folii polietylenowej o początkowej grubości od około 0,012 milimetra do około 0,12 milimetra. Wykonana z folii polimerowej zewnętrzna warstwa pokryciowa może być gofrowana i/lub matowana, wskutek czego ma bardziej estetyczny wygląd. Do innych alternatywnych konstrukcji zewnętrznej warstwy pokryciowej należą tkaninowe lub włókninowe wstęgi włókniste, które skonstruowano lub obrobiono nadając im pożądany poziom nieprzepuszczalności dla cieczy, albo laminaty wykonane z tkaninowych lub włókninowych materiałów włóknistych i folii termoplastycznych. Zewnętrzna warstwa pokryciowa może być ewentualnie wykonana z przepuszczalnego dla par lub gazów, mikroporowatego materiału „przewiewnego”, to jest przepuszczalnego dla par lub gazów, natomiast nieprzepuszczalnego dla cieczy. Przewiewność można nadać foliom polimerowym za pomocą, na przykład, wypełniaczy stanowiących elementy składowe folii polimerowej, wytłaczania folii z substancji złożonej z wypełniacza i polimeru a następnie rozciągania folii w stopniu wystarczającym do utworzenia pustych przestrzeni wokół cząstek wypełniacza, w wyniku czego folia staje się przewiewna. Generalnie, im więcej stosuje się wypełniacza i większy jest stopień rozciągania, tym większy stopień przewiewności.

Wielofunkcyjny materiał według wynalazku znajduje się w pobliżu materiału odbierającego, pomiędzy materiałem odbierającym a materiałem rozprowadzającym, oraz przyjmuje i zatrzymuje ciecz pochodzącą z wydalonej porcji do czasu kiedy materiał rozprowadzający będzie w stanie przemieścić ciecz poza strefę odbioru. Podstawową strukturą materiału wielofunkcyjnego według wynalazku jest unikatowa kombinacja materiału superchłonnego, korzystnie materiału superchłonnego o niskiej prędkości wchłaniania, z wytrzymałą na mokro pulpą o dużej pojemności i elementem stabilizującym strukturę, takim jak poliolefinowe włókna spajające w strukturze kompozytowej.

Pod pojęciem materiału superchłonnego „o niskiej prędkości wchłaniania” należy rozumieć materiał superchłonny o wskaźniku czasu wchłaniania (ATI) co najmniej 5 minut, a korzystnie powyżej 10 minut. Regulację wydajności wchłaniania materiału superchłonnego można uzyskać poprzez modyfikację wielkości cząstek, własności powierzchniowych i własności chemicznych polimeru. Należy zauważyć, że co prawda zaleca się i mówi tu o materiałach superchłonnych o niskiej prędkości wchłaniania, to z równym powodzeniem można stosować mieszankę materiałów superchłonnych o niskiej prędkości wchłaniania, pod warunkiem, że przepuszczalność i ciśnienie kapilarne materiału wielofunkcyjnego są w wymaganych, ustalonych tu zakresach.

Opracowano materiał wielofunkcyjny z zadaniem wspomagania materiału odbierającego 1) poprzez przyjmowanie części objętości wydalanej porcji cieczy podczas wymuszonego przepływu, tj. podczas rzeczywistego wydalenia cieczy, 2) poprzez desorpcję cieczy z materiału odbierającego podczas i po wydaleniu porcji cieczy, 3) poprzez umożliwienie przepływu przez siebie (tj. przez materiał wielofunkcyjny) części wydalonej porcji cieczy podczas wydalania do materiału rozprowadzającego oraz 4) poprzez trwałe wchłanianie części wydalonej porcji cieczy. Materiał wielofunkcyjny musi realizować te funkcje pomimo rzeczywistych ciśnień występujących w warunkach użytkowania oraz pomimo efektów grawitacyjnych wywołanych ruchami użytkownika.

Podczas i po wydaleniu porcji cieczy, opisany tu materiał wielofunkcyjny przyjmuje nadmiar cieczy zatrzymanej w materiale odbierającym i uwalnia określoną część cieczy do materiału rozprowadzającego w celu jej przemieszczenia do końcowego miejsca magazynowania. Materiał wielofunkcyjny zapewnia trwałe magazynowanie części cieczy, ale zalety dotyczące dopasowania wyrobu oraz jego wielkości można osiągnąć tylko pod warunkiem

186 732 zmagazynowania w nim w obszarze docelowym dla wydalanej porcji stosunkowo małej części cieczy. Poprawę parametrów wyrobu uzyskuje się pod warunkiem, że ciecz zmagazynowana w materiale wielofunkcyjnym w docelowej strefie wydalania nie pogarsza pozostałych trzech funkcji realizowanych przez materiał wielofunkcyjny. Wszystkie te funkcje muszą być realizowane podczas wydalania wielu porcji cieczy, co wymaga regeneracji objętości luk wewnętrznych w materiale wielofunkcyjnym, z równoczesnym utrzymywaniem odpowiedniego współdziałania z materiałami odbierającymi i rozprowadzającymi.

Jednym ze sposobów zilustrowania wchłaniania przez materiał wielofunkcyjny według wynalazku jest zbadanie go podczas testu AUT i porównanie jego chłonności z innymi znanymi materiałami chłonnymi. Na fig. 3 pokazano wyniki badań AUT materiału z przykładu 1 poniżej oraz materiału chłonnego pobranego z dostępnej na rynku pieluchy Huggies(R) Ultratrim(R). W skład pieluchy Ultratrim(R) wchodzi 32% materiału superchłonnego Stockhausen FAVOR 880 i 68% pulpy z rosnących na południu drzew iglastych, przy czym jego gęstość wynosi 0,183 g/cm3 a gramatura 814 g/m2. Na fig. 3 pokazano wyraźnie, że materiał z przykładu 1 nie wchłaniał wydalonej porcji cieczy tak szybko jak pielucha Ultratrim(R), dzięki czemu ciecz mogła być pozostać dostępna i mogła przepłynąć do materiału rozprowadzającego, skąd mogła być w końcu doprowadzona do ostatecznego miejsca magazynowania gdzie indziej.

Całkowitą wydajność odbierania materiału wielofunkcyjnego oraz zdolność do umożliwiania pewnej ilości cieczy natychmiastowego przepływu przez materiał rozprowadzający reguluje się za pomocą przepuszczalności i ciśnienia kapilarnego materiału wielofunkcyjnego względem materiałów, z którymi materiał wielofunkcyjny jest w styczności przepływowej. W szczególności, przepuszczalność materiału wielofunkcyjnego powinna być większa niż 100 Darcy lub, bardziej korzystnie, większa niż 250 Darcy. Górną granicą dla przepuszczalności materiału wielofunkcyjnego jest najbardziej prawdopodobnie około 10 000 Darcy. Ciśnienie kapilarne materiału wielofunkcyjnego musi być większe niż materiału odbierającego i mniejsze niż materiału rozprowadzającego, co umożliwia przepływ przez niego cieczy. Ponieważ materiały odbierające na ogół mają ciśnienia kapilarne poniżej 2 cm, a materiały rozprowadzające mają na ogół ciśnienia kapilarne powyżej 15 cm, zaleca się, żeby ciśnienie kapilarne dla materiału wielofunkcyjnego, w okresie jego żywotności, wynosiło w zakresie od około 2 do około 15 centymetrów. W początkowym stanie suchym, materiał wielofunkcyjny według wynalazku z przykładu 1 ma przepuszczalność, na przykład, 490 Darcy i ciśnienie kapilarne 5,7 cm. Należy zwrócić uwagę, że ciśnienie kapilarne dla materiałów zawierających materiały superchłonne oblicza się sposobem podanym w rozdziale poświęconym metodom badawczym, a nie metodą przesiąkania równowagowego.

O ile chocki oprzepuszcealność,to uważa się, żq w miarę pęaznieniamatiniału euperchłonnego o niskiej prędkości wchłaniania zwiększa się kaliber materiału wielofunkcyjnego oraz układ geometryczny cząstek suaerśhłoonyc0 i włókien otwiera strukturę utrzymując odpowiednią przepuszczalność dla zapewnienia funkcji odbierania i przepuszczania dla następnych wydalanych porcji. Po spęcznieniu cząstek suaerchłoonyś0 i zwiększeniu grubości materiału, zakładając, że dodatkowa ciecz pozostaje wewnątrz saęczonyśh wyrobów superchłonnych po czasie wyrównania 30 minut i mierząc grubość i pole zwilżonej aowiezoś00i, można obliczyć udział masowy poszczególnych elementów składowych, średnicę i gęstość cząstek, porowatość wstęgi, przeauszśzaloouć i ciśnienie kapilarne zgodnie z metodami badawczymi, dla wszystkich poziomów nasycenia wstęgi. Oprócz utrzymywania odpowiedniej przepuszczalności w celu szybkiego wchłaniania cieczy, układ cząstek i włókien zapewnia odpowiednią objętość pustych przestrzeni w ciągu wielu procesów wydalania cieczy.

Ciśnienie kapilarne jest ważne ze względu na możliwość kontrolowania, jak się uważa, funkcji chwilowego zatrzymania cieczy i zdolności do desorpcji materiału odbierającego za pomocą struktury matrycy kapilar międzywęzłowych otaczających materiał superc0łoooy. Ciecz musi być trzymana w kapnarach utworzonych przez matrycę międzywęzłową na poziomie ciśnienia kapilarnego, to jest na tyle wysokiego, żeby była tam utrzymywana i nie mogła być uwalniana podczas gwałtownych zmian położenia wyrobu. Ponadto poziom ciśnienia kapilarnego materiału wielofunkcyjnego musi utrzymywać się powyżej poziomu ciśnienia kapilarnego materiału odbierającego w ciągu żywotności układu lub wyrobu tak, żeby występowała

186 732 desorpcja materiału odbierającego i tak, żeby resztki cieczy nie mogły ponownie moczyć materiału odbierającego od strony materiału wielofunkcyjnego.

Oprócz usuwania cieczy z materiału odbierającego, materiał wielofunkcyjny musi uwalniać ciecz do materiału rozprowadzającego. To uwalnianie cieczy z materiału wielofunkcyjnego do materiału rozprowadzającego w celu jej trwałego zmagazynowania w innym miejscu jest realizowane w wyniku przeciwstawienia wydajności wchłaniania cieczy przez materiał superchłonny a wydajności przenoszenia kapilarnego lub przesiąkania do leżącego pod spodem materiału rozprowadzającego, które odciągają ciecz z matrycy włókien otaczających cząstki superchłonne. Jeżeli wydajności te są zbliżone, to ilość cieczy uwalnianej do warstwy rozprowadzającej jest prawie taka sama jak ilość zmagazynowana w materiale wielofunkcyjnym. Jeżeli wydajności te nie są zrównoważone, to rozkład cieczy się zmienia. Na przykład, jeżeli materiał superchłonny wchłania szybciej niż ciecz przesiąka przez materiał rozprowadzający, to więcej cieczy będzie trwale magazynowana w materiale wielofunkcyjnym. Wskutek takich przeciwstawnych wydajności przepływu różnice ciśnień kapilarnych pomiędzy materiałem wielofunkcyjnym a materiałem rozprowadzającym stają się ważne z punktu widzenia zapewnienia pożądanego rozkładu cieczy. Z tego względu utrzymanie wystarczająco niskiego ciśnienia kapilarnego w materiale wielofunkcyjnym ma istotne znaczenie. Na możliwości kapilarne materiału wielofunkcyjnego ma wptyw zarówno charakterystyka materiału superchlonnego jak i charakterystyka znajdującej się pomiędzy nim matrycy włókien. Istotne znaczenie ma odporność matrycy włókien na zapadanie się ku sobie po zmoczeniu struktury. W takim zapobieganiu zapadania się, a tym samym wspomaganiu utrzymania własności kapilarnych na dopuszczalnym poziomie, pomaga wprowadzenie włókien o wysokim module na mokro i/lub elementów wiążących. Własności kapilarne zależą również od wymiarów i kształtu cząstek materiału superchłonnego, ponieważ, na przykład w przypadku cząstek, po spęcznieniu duże cząstki powodują szybki spadek własności kapilarnych po wydaleniu porcji cieczy niż cząstki małe. Z tego względu funkcjonalność materiału superchłonnego jest powiązana z wymiarami i kształtem jego cząstek oraz z prędkością pęcznienia. Na szybkość pęcznienia wpływają z kolei skład i własności chemiczne materiału superchłonnego, własności powierzchniowe, np. wpływ jakiejś obróbki powierzchniowej, oraz kształt i wymiary. Dostępne na rynku materiały superchłonne mają różnorodne kształty i postacie, takie jak perełki, cząstki, pianki, folie i włókna. W rezultacie, ponieważ podano tu zalecany zakres zawartości materiału wielofunkcyjnego, należy pamiętać, że ilość materiału superchłonnego powyżej tych zakresów może również być odpowiednia o ile spełnione są w ciągu jego eksploatacji wymagania dotyczące własności kapilarnych i przepuszczalności.

Innym czynnikiem, na który ma znaczny wpływ materiał superchłonny jest , szybkość odciekania wydalonej porcji cieczy. Szybkość odciekania jest dość ważna w wyrobach higieny osobistej takich jak pieluchy, ponieważ ciecze nie wchłonięte przez wyrób mogą swobodnie z niego wyciekać brudząc odzież lub pościel użytkownika. Na szybkość odciekania z materiału wielofunkcyjnego mają między innymi wpływ własności kapilarne materiału wielofunkcyjnego, ze względu na to, że małe ciśnienie kapilarne powoduje wolniejsze wnikanie cieczy w materiał wielofunkcyjny. Szybkości odciekania dla struktur zawierających materiał wielofunkcyjny według wynalazku wynoszą poniżej 25 ml na każde 100 ml wydalonej cieczy dla trzech wydalonych porcji w odstępach co 30 minut dla próbek o wymiarach podanych w przykładach.

Pomimo oczywistości, należy zauważyć, że w celu skutecznego działania, materiały użyte w wynalazku muszą być w odpowiedniej styczności umożliwiającej przepływ cieczy pomiędzy nimi.

Materiał wielofunkcyjny musi być stabilny mechanicznie w celu przetrwania zarówno w suchych jak i mokrych warunkach użytkowania. Spójność kompozytów zawierających duże ilości materiału superchłonnego można zapewnić za pomocą, na przykład, małych ilości aktywowanych termicznie sprzężonych włókien spajających, albo za pomocą dowolnych innych odpowiednich środków, takich jak włókna dwuskładnikowe, kleje w płynie lub kleje błonowe aktywowane cieplnie. Przykładowymi włóknami spajającymi są włókna sprzężone z tworzyw poliolefinowych i/lub poliamidowych oraz mikrowłókna homopolimerowe takie jak formowane

186 732 podmuchowo z surowca w stanie stopionym włókna polipropylenowe współformowane z innym składnikami w celu ich fizycznego splątania ze sobą i/lub spojenia za pomocą kleju.

Jak już wspomniano, podstawową strukturą materiału wielofunkcyjnego według wynalazku jest unikatowa mieszanka materiału superchłonnego, wytrzymałej na mokro pulpy o dużej pojemności i elementu stabilizującego strukturę, takiego jak poliolefinowe włókno spajające. Materiał wielofunkcyjny ma przepuszczalność od około 100 do 10000 Darcy, ciśnienie kapilarne od około 2 do około 15 cm. Struktura złożona z materiału odbierającego i materiału rozprowadzającego jak również z materiału wielofunkcyjnego według wynalazku ma w ciągu swojego życia szybkość odciekania poniżej 25 ml na 100 ml wydalonej cieczy. Dla celów wynalazku, za „długość życia” materiału wielofunkcyjnego uważa się trzy porcje wydalonej cieczy po 100 ml każda w odstępach co 30 minut.

W celu uzyskania wymaganego ciśnienia kapilarnego i przepuszczalności, zaleca się, żeby materiał wielofunkcyjny według wynalazku zawierał od 30 do 75% wagowych materiału superchłonnego o niskiej prędkości wchłaniania, od około 25 do 70% wagowych pulpy oraz od większej od 0 do około 10% składnika spajającego. W szczególności, materiał wielofunkcyjny według wynalazku powinien mieć od 35 do 60% wagowych materiału superchłonnego o niskiej prędkości wchłaniania, od 40 do 65% wagowych pulpy oraz od około 1 do około 7% składnika spajającego. Jeszcze bardziej konkretnie, materiał wielofunkcyjny według wynalazku powinien mieć od 40 do 55% wagowych materiału superchłonnego o niskiej prędkości wchłaniania, od 45 do 60% wagowych pulpy oraz od około 2 do około 5% składnika spajającego. Co prawda nie jest to wymagane, ale zaleca się zwłaszcza używanie pulpy o wysokim module na mokro. Materiał powinien mieć gęstość od około 0,05 do 0,5 g/cm³. Gramatura materiału zmienia się w zależności od zastosowania wyrobu, ale powinna na ogół wynosić od około 200 do około 700 g/m².

Materiał wielofunkcyjny może być wprowadzany w strukturę kompozytową takiego typu, jaki używa się w wyrobach higieny osobistej, dodając materiał odbierający w pobliżu jednego boku i materiał rozprowadzający w pobliżu drugiego boku. Oczywiście, istotne znaczenie ma umożliwianie przez każdy materiał odbierający, zastosowany z materiałem wielofunkcyjnym, przepływu cieczy do materiału wielofunkcyjnego i/lub łatwość uwalniania przez niego cieczy do materiału wielofunkcyjnego. W skład struktury kompozytowej może również wchodzić materiał retencyjny sąsiadujący z materiałem rozprowadzającym, taki, żeby materiał rozprowadzający przemieszczał ciecz z materiału wielofunkcyjnego do materiału retencyjnego.

W poniższych przykładach, własności elementów składowych, zastosowane do obliczania przepuszczalności i ciśnienia kapilarnego, były następujące:

Element składowy	Kształt	Średnica (mm)	Kąt zwilżania	Gęstość (g/cm3)
Pulpa CR 1654	Cylinder	13,3	30	1,550
Pulpa CR 2054	Cylinder	13,3	30	1,550
HBAFF	Cylinder	13,3	45	1,550
Obrabiana za pomocą Kymene pulpa CR 1654 lub 2054	Cylinder	13,3	60	1,550
XL AFA-126-15*	Kula	1125,0	90	1,490
Favor 880	Kula	450,0	30	1,490
Włókno spajające Danakon z PE/PP o grubości 2 demer	Cylinder	17,5	90	0,925

Należy zwrócić uwagę, że kształt i kąty zwilżania są przybliżone.

♦Perełki z poliakrylanu XL AFA-126-15 są z firmy The Dow Chemical Company z Midland, Michigan, 48674.

Przykład 1

W przykładzie tym w skład materiału wielofunkcyjnego wchodzi 40% wagowych materiału superchłonnego o niskiej prędkości wchłaniania, 57% wagowych nie zawierającej formaldehydu pulpy (HBAFF) Weyerhaeuser o wysokiej wydajności oraz 3% wagowych sprzężonych

186 732 włókien spajających Danaklon złożonych z krótko ciętych włókien typu osłonka/rdzeń z polietylenu/polipropylenu (PE/PP) o grubości 2 denier.

Zastosowanym materiałem superchłonnym o niskiej prędkości wchłaniania były polimeryzowane w zawiesinie perełki poliakrylanowe o grubości 850 do 1400 mikrometrów z firmy The Dow Chemical Company z Midland, MI, oznaczony XL AFA-126-15. Niską szybkość wchłaniania uzyskano dzięki odpowiedniemu doborowi wymiarów cząstek, własności powierzchniowych i własności chemicznych.

Zastosowaną wysokowydajną pulpą z dodatkami była pulpa z usieciowanych włókien o zwiększonym module w stanie mokrym, którą można zakupić na rynku z firmy Weyerhaeuser Paper Company pod marką HBAFF. Włókna pulpy poddano obróbce mechanicznej w celu nadania im skręcenia i zwichrowania. Podczas tego skręcania i wichrowania następuje obróbka chemiczna, która dodatkowo nadaje włóknom większą sztywność i wytrzymałość zarówno w stanie suchym jak i na mokro. Usztywnione włókna pulpy łączono z włóknami spajającymi, uzyskując dające się rozwłókniać płyty celulozowe. Włókna spajające pochodziły z firmy Danaklon a/s, z siedzibą w Engdraget 22, KD-6800 Varde, Dania i były to sprzężone włókna PE/PP typu osłonka/rdzeń o grubości 2 denier, cięte na odcinki o długości 6 mm.

Materiał wielofunkcyjny formowano pneumatycznie za pomocą laboratoryjnego, ręcznego urządzenia formującego, uzyskując strukturę mieszaną o gramaturze 620 gramów/metr kwadratowy (g/m2). Strukturę tę stabilizowano w utwierdzonej prasie termicznej pracującej w temperaturze około 150°C przez 1 minutę, w celu uaktywnienia włókien spajających i uzyskania docelowej gęstości około 0,1 g/cm3. Do wytwarzania tego materiału można zastosować dowolną inną odpowiednią do tego celu procedurę powszechnie znaną w tej dziedzinie techniki.

Oprócz materiału wielofunkcyjnego, w badaniach funkcjonalnych zastosowano dwa inne materiały w celu udowodnienia parametrów całej struktury kompozytowej.

Pierwszym materiałem była warstwa odbierająca z materiału włókninowego składająca się w 90% wagowych ze stasiowych włókien sprzężonych o grubości 3 denier typu osłonka/rdzeń z polietylenu i polieerefeαlanu etylenu i w 10% wagowych z włókien sztucznego jedwabiu o grubości 1,5 denier. Włókna warstwy odbierającej gręplowano i spajano termicznie w temperaturze 132°C do uzyskania gęstości 0,045 g/cm- i gramatury 100 g/m2. Przepuszczalność materiału odbierającego wynosiła 1600 Darcy a ciśnienie kapilarne dla niego wynosiło 1,5 do 2 cm, mierząc techniką przesiąkania pionowego.

Struktura odbierająca była próbką o wymiarach 5 cm x 15 cm, której nadano formę warstwy tak, żeby uzyskać dopuszczalną objętość pustych przestrzeni 100 ml. Należy zauważyć, że próbki badawcze zawierały 150 cm3 całkowitej objętości obliczonej w wyniku mnożenia długości przez szerokość i grubość. Jednakże z warunków badawczych wynikło poniżej 10,2 cm dopuszczalnej długości całkowitej nadającej się do wykorzystania do odbioru porcji cieczy, dając w wyniku 100 cm3 dostępnej objętości pustych przestrzeni. Stwierdzono doświadczalnie że próbki w teście kołyskowym MIST wykorzystują 5 cm długości z każdej strony punktu odbioru cieczy, albo 10,2 cm, nie na całej długości próbki, w wyniku czego otrzymuje się obliczeniową objętość pustych przestrzeni 100 cm3.

Drugim materiałem była warstwa rozprowadzająca, wykonana z formowanej na mokro pulpy o gramaturze 200 gjm2 o gęstości 0,17 g/cm3. Przepuszczalność materiału rozprowadzającego wynosiła 50-100 Darcy, a ciśnienie kapilarne było większe niż 15 cm, mierząc techniką przesiąkania pionowego.

Trzy materiały złożono warstwowo razem w element o szerokości 5 cm z przeznaczeniem do testów funkcjonalnych symulujących wąską konstrukcję obszaru krokowego w kolejności materiał odbierający, materiał wielofunkcyjny i materiał rozprowadzający. Na fig. 4 pokazano rzut z boku, na którym widać warstwę odbierającą 7, materiał wielofunkcyjny 8 i warstwę rozprowadzającą 9. Trzy elementy składowe umieszczono w akrylowej kołysce w celu symulacji krzywizny ciała użytkownika, takiego jak niemowlę i badano według testu oceny MIST. Trzy elementy składowe z warstwą odbierającą na górze zmoczono 100 ml roztworu soli o stężeniu 8,5 g/l z wydajnością 20 cm3/s za pomocą dyszy normalnej do środka materiału odbierającego. Rejestrowano ilość odciekającej cieczy. Trzy elementy składowe natychmiast wyjmowano z kołyski i ważono pojedynczo w celu określenia rozkładu cieczy

186 732 pomiędzy nimi. Po zważeniu ponownie je składano i umieszczano na podkładce o składzie 40/60 spulchnionej celulozy i materiału superchłonnego w położeniu poziomym. Na układ działano ciśnieniem 70Pa, po czym materiały rozkładano z tej konfiguracji po 5 minutach, 15 minutach i 30 minutach i rozdzielano, ważąc pojedynczo każdy z nich w celu określenia rozkładu cieczy w tych ramach czasowych. Próbki ponownie składano w tej samej kolejności po każdym ważeniu i umieszczano z powrotem w kołysce w celu ponownego symulowania krzywizny ciała. Test ten powtarzano tak, żeby wprowadzić w zespół trzy porcje wydalanej cieczy oraz mierzono rozkład cieczy w ciągu 1,5 godziny. Uzyskane wyniki przedstawiono w tabeli 1, gdzie podano wartości w gramach cieczy w materiale natychmiast po wprowadzeniu porcji cieczy oraz po 5, 15 i 30 minutach dla każdej warstwy dla każdej z trzech porcji. Podano również odciekanie ze struktury oraz z materiału wielofunkcyjnego, ciśnienie kapilarne i przepuszczalność po każdej wprowadzonej porcji cieczy.

Należy zauważyć, że pokazane w tabeli ilości mogą w dodawaniu różnić się od wartości dokładnych lub oczekiwanych ze względu na zaokrąglenia.

Tabela 1

	g cieczy w materiale
Natychmiast	5 min.	15 min.	30 min.
1-wsza porcja	Odbierająca	51,26	6,94	5,36	3,75
Wielofunkcyjna	27,76	9,72	11,43	12,88
Rozprowadzaj ąca	15,72	18,19	15,21	12,79
2-ga porcja	Odbierająca	59,21	13,00	7,80	6,00
Wielofunkcyjna	40,00	32,50	26,80	28,40
Rozprowadzaj ąca	21,40	31,00	26,20	21,30
3-cia porcja	Odbierająca	60,70	28,50	19,10	12,60
Wielofunkcyjna	53,50	37,40	38,20	39,20
Rozprowadzaj ąca	29,30	28,60	27,80	26,30

Porcja	1-sza	2-ga	3-cia
Odciekanie	4,1	6,8	9,3
Ciśnienie kapilarne	6,9	5,6	6,5
Przepuszczalność	490,0	1160,0	660,0
Grubość (mm)	6,0	10,0	12,0
Zmoczone pole powierzchni (cm2)	0,0	56,4	56,4

Na figurze 5 przedstawiono graficznie linią ciągłą wyniki testu odciekania z tabeli 1. Uzyskane z badań wyniki dowodzą niskich wartości odciekania dla struktury materiału o szerokości 5 cm według wynalazku w połączeniu z elementami odbierającymi i rozprowadzającymi, przy czym na osi x przedstawiono liczbę wprowadzonych porcji cieczy a na osi y wartość odciekania w gramach. Dla porównania, na fig. 5 również pokazano wyniki testów odciekania dla mającej 10 cm szerokości części krokowej z dostępnej na rynku pieluchy Huggies(R) Supreme(R) firmy Kimberly-Clark Corporation z Dallas, TX, przedstawione linią przerywaną. Dane te dowodzą, że wielofunkcyjna struktura kompozytowa wąskiej części krokowej według wynalazku ma lepsze parametry techniczne dla wszystkich trzech porcji wprowadzonej cieczy.

Wykresy na fig. 6, 7 i 8 przedstawiają unikatowe charakterystyki transportowe wielofunkcyjnego materiału kompozytowego włącznie z funkcją natychmiastowej przepustowości, desorpcją materiału odbierającego oraz uwalnianiem cieczy z kompozytu wielofunkcyjnego do materiału rozprowadzającego w funkcji czasu. Na fig. 6, 7 i 8 przedstawiono graficznie dane z tabeli 1 dla, odpowiednio, pierwszej, drugiej i trzeciej porcji wydalanej cieczy, obrazując natychmiastowe, po 5 minutach, po 15 minutach i po 30 minutach ilości cieczy w gramach (oś y) w każdej warstwie. Na fig. 6, 7 i 8 parametry materiału odbierającego przedstawiono na

186 732 pierwszym słupku z każdego zestawu, materiału wielofunkcyjnego na drugim słupku z każdego zestawu i materiału rozprowadzającego na trzecim słupku.

Pierwszy zespół kolumn na wykresie z fig. 6 obrazuje podział cieczy pomiędzy trzy elementy składowe natychmiast po wprowadzeniu jej pierwszej porcji. Kolumny te obrazują że materiał odbierający zatrzymuje około połowy Iub 50 ml ze 100 ml wprowadzonej porcji cieczy, natomiast materiał wielofunkcyjny według wynalazku zatrzymuje około 30 ml. Około 15 ml zatrzymuje się w materiale rozprowadzającym pod materiałem wielofunkcyjnym. Świadczy to o tym, że materiał wielofunkcyjny ma wystarczająco wysoką przepuszczalność początkową dla umożliwienia natychmiastowego przepływu pewnej ilości cieczy przez materiał rozprowadzający.

Po pięciu minutach czasu desorpcji, drugi zespół kolumn na wykresie z fig. 6 obrazuje desorpcję materiału odbierającego do poziomu około 5 ml. Ponieważ znajduje się on nad materiałem wielofunkcyjnym przez całą procedurę badawczą, ciecz przepływa podczas tej fazy desorpcji przez materiał wielofunkcyjny.

Drugi zespół kolumn na wykresie z fig. 6 pokazuje, że materiał wielofunkcyjny uwolnił około 20 ml cieczy podczas fazy desorpcji. Wspiera to kryterium konstrukcyjne, według którego część cieczy jest odciągana z matrycy materiału wielofunkcyjnego, natomiast część jest przekazywana do materiału superchłonnego o niskiej prędkości wchłaniania znajdującego się w materiale wielofunkcyjnym, gdzie jest trwale magazynowana.

Wykres na fig. 7 obrazuje podział cieczy po jej drugiej wprowadzonej porcji w ilości 100 ml. Pierwszy zestaw słupków pokazuje ponownie, że materiał odbierający przejął około 50 ml. Należy zauważyć, że pierwszy słupek wskazuje około 55 ml łącznie ale również, że materiał odbierający zatrzymał 5 ml po pierwszej porcji, w wyniku czego całkowita ilość przejętej cieczy odpowiadała pierwszej porcji. Drugi słupek w pierwszym zestawie słupków ilustruje wchłonięcie przez materiał wielofunkcyjny około 30 ml podobnie do wchłonięcia przez niego pierwszej porcji cieczy. Należy zauważyć, że co prawda na słupku tym widać 40 ml, ale materiał wielofunkcyjny zatrzymał 10 ml na końcu pierwszego okresu desorpcji tak, że podczas drugiego okresu wchłonął tylko 30 ml.

Materiał rozprowadzający wykazuje podobne poziomy nasycenia przez całe badanie desorpcji. Podczas badania desorpcji materiał rozprowadzający styka się z podkładką retencyjną desorpcji używaną w tej konfiguracji badania. Po nasyceniu materiału rozprowadzającego pierwszą porcją cieczy jego poziom nasycenia pozostaje w przybliżeniu stały, ponieważ jest on zasilany przez ciecz uwalnianą z kompozytu wielofunkcyjnego i uwalnia ciecz do materiału retencyjnego z podobną wydajnością.

Na wykresie z fig. 8 pokazano rozkład cieczy w fazie desorpcji po trzeciej porcji i potwierdzenie wniosków wyciągniętych z fig. 6 i 7.

Przykład 2

W przykładzie tym w skład materiału wielofunkcyjnego wchodziło mniej niż 40% wagowych tego samego materiału superchłonnego o niskiej prędkości wchłaniania jak w przykładzie 1 i mniej niż 60% wagowych spulchnionej celulozy firmy Kimberly-Clark CR2054 z rosnących na południu drzew iglastych obrobionej za pomocą 0,2% wagowych płynnego spoiwa. Jako konkretne płynne spoiwo używano spoiwo Kymene(R) 557LX fi^my Hercules Inc. z Wilmington, DE. Płynne spoiwo uaktywniano dodając 20% wagowych wody i ogrzewając do około 105°C przez około 10 minut.

Materiał wielofunkcyjny formowano pneumatycznie za pomocą ręcznego, laboratoryjnego urządzenia do formowania płyt do uzyskania wymieszanej struktury o gramaturze 440 g/m. Docelowa gęstość struktury wynosiła około 0,22 g/cm³.

Otrzymany materiał wielofunkcyjny badano z tymi samymi warstwami odbierającymi i rozprowadzającymi jak w przykładzie 1 w taki sam sposób rozmieszczonymi względem siebie, a uzyskane wyniki podano w tabeli 2.

186 732

Tabela 2

	g cieczy w materiale
Natychmiast	5 min.	15 min.	30 min.
1-wsza porcja	Odbierająca	44,4	4,7	3,5	3,1
Wielofunkcyjna	19,8	19,7	22,0	24,3
Rozprowadzająca	14,4	21,6	17,7	10,6
2-ga porcja	Odbierająca	51,4	5,5	3,9	3,4
Wielofunkcyjna	45,4	40,5	41,0	41,9
Rozprowadzająca	23,0	26,8	24,0	20,2
3-cia porcja	Odbierająca	54,6	6,7	4,6	4,1
Wielofunkcyjna	58,8	55,4	53,8	53,1
Rozprowadzaj ąca	27,2	29,8	27,4	23,2

Porcja	1-sza	2-ga	3-cia
Odciekanie	19,0	20,0	23,0
Ciśnienie kapilarne	16,3	6,1	6,9
Przepuszczalność	140,0	840,0	660,0
Grubość (mm)	2,0	7,0	8,4
Zmoczone pole powierzchni (cm2)	0,0	118,0	118,0

Przykład 3

W przykładzie tym używano materiału wielofunkcyjnego złożonego z 60% wagowych tego samego materiału superchłonnego o niskiej prędkości wchłaniania jak w przykładzie 1, około 37% wagowych spulchnionej celulozy Kimberly-Clark CR1654 i około 3% wagowych sprzężonych włókien spajających Danaklon.

Materiał wielofunkcyjny formowano pneumatycznie za pomocą ręcznego, laboratoryjnego urządzenia do formowania płyt do uzyskania wymieszanej struktury o gramaturze 660 g/m. Docelowa gęstość struktury wynosiła około 0,12 g/cm3. Otrzymany materiał wielofunkcyjny badano z tymi samymi warstwami odbierającymi i rozprowadzającymi jak w przykładzie 1 w taki sam sposób rozmieszczonymi względem siebie, a uzyskane wyniki podano w tabeli 3. Należy zauważyć, że chociaż nie obliczano po każdej porcji wydalonej cieczy ciśnienia kapilarnego i przepuszczalności, to należy oczekiwać, że byłyby one podobne do wartości z przykładu 1 ze względu na podobieństwo składu materiałów.

Tabela 3

	g cieczy w materiale
Natychmiast	5 min.	15 min.	30 min.
1-wsza porcja	Odbierająca	51,9	4,9	2,7	2,00
Wielofunkcyjna	20,3	12,8	16,7	18,38
Rozprowadzająca	14,6	18,3	13,5	10,00
2-ga porcja	Odbierająca	58,0	8,4	5,2	3,80
Wielofunkcyjna	39,7	32,2	35,6	37,90
Rozprowadzająca	19,6	20,7	15,8	11,90
3-cia porcja	Odbierająca	64,2	22,9	11,9	6,40
Wielofunkcyjna	58,6	50,8	53,9	56,90
Rozprowadzaj ąca	20,0	21,1	20,3	18,10

186 732

Porcja	1-sza	2-ga	3-cia
Odciekanie	10,5	9,8	7,4
Ciśnienie kapilarne	5,4	NA*	NA
Przepuszczalność	800,0	NA	NA
Grubość (mm)	0,5	NA	NA
Zmoczone pole powierzchni (cm2)	0,0	NA	NA

*Uwaga. NA oznacza brak danych

Przykład 4

W przykładzie tym używano materiału wielofunkcyjnego złożonego z 60% wagowych tego samego materiału superchłonnego o niskiej prędkości wchłaniania, około 37% wagowych tej samej pulpy celulozowej jak w przykładzie 1 i około 3% wagowych sprzężonych włókien spajających Danaklon.

Użyty materiał superchłonny o niskiej prędkości wchłaniania był tym samym materiałem co w przykładzie 1.

Materiał wielofunkcyjny formowano pneumatycznie za pomocą ręcznego, laboratoryjnego urządzenia do formowania płyt do uzyskania wymieszanej struktury o gramaturze 440 g/m2. Docelowa gęstość struktury wynosiła około 0,09 g/cm3.

Otrzymany materiał wielofunkcyjny badano z tymi samymi warstwami odbierającymi i rozprowadzającymi jak w przykładzie 1 w taki sam sposób rozmieszczonymi względem siebie, a uzyskane wyniki podano w tabeli 4.

Tabela 4

	g cieczy w materiale
Natychmiast	5 min.	15 min.	30 min.
1-wsza porcja	Odbierająca	53,4	4,3	3,4	2,7
Wielofunkcyjna	21,9	13,3	14,4	15,1
Rozprowadzająca	15,2	12,5	10,1	8,5
2-ga porcja	Odbierająca	58,2	7,4	4,8	4,0
Wielofunkcyjna	38,0	31,4	32,7	33,7
Rozprowadzająca	17,9	27,8	19,3	15,3
3-cia porcja	Odbierająca	65,4	11,0	6,7	5,1
Wielofunkcyjna	53,0	44,2	45,9	47,0
Rozprowadzająca	24,2	25,3	22,8	21,9

Porcja	1-wsza	2-ga	3-cia
Odciekanie	7,6	6,9	5,5
Ciśnienie kapilarne	3,8	2,0	2,3
Przepuszczalność	1370,0	9150,0	5980,0
Grubość (mm)	5,0	12,5	14,0
Zmoczone pole powierzchni (cm2)	0,0	84,0	84,0

Przykład 5

W przykładzie tym używano materiału wielofunkcyjnego złożonego z 70% wagowych tego samego materiału superchłonnego o niskiej prędkości wchłaniania jak w przykładzie 4, około 27% wagowych tej samej pulpy celulozowej jak w przykładzie 1 i około 3% wagowych sprzężonych włókien spajających Danaklon.

186 732

Materiał wielofunkcyjny formowano pneumatycznie za pomocą ręcznego, laboratoryjnego urządzenia do formowania płyt do uzyskania wymieszanej struktury o gramaturze 500 g/m. Docelowa gęstość struktury wynosiła około 0,12 g/cm3.

Otrzymany materiał wielofunkcyjny badano z tymi samymi warstwami odbierającymi i rozprowadzającymi jak w przykładnie 1 w talki sam sposób rozmieszczonymi względem siebie, a uzyskane wyniki podano w tabeli 5. Należy zauważyć, że małe ciśnienie kapilarne materiału wielofunkcyjnego wstrzymywało desorpcję cieczy z warstwy odbierającej. Sądzi się, że to niskie ciśnienie kapilarne wynikało z dużej wielkości i hydrofobowej natury cząstek superchłonnych używanych w przykładzie 5 w celu uzyskania pożądanej małej prędkości wchłaniania. Gdyby małą prędkość wchłaniania materiału wielofunkcyjnego osiągnięto sposobem innym niż wielkość cząstek i hydrofobowość, materiał wielofunkcyjny o zawartości 70% wagowych materiału superchłonnego powinien działać odpowiednio dobrze w zakresie objętym wynalazkiem. Istotnie, korzystając z informacji o drugiej i trzeciej informacji porcji wydalanej cieczy z przykładu 5, potrzebnych do przewidzenia przepuszczalności o własności kapilarnych, oraz przyjmując materiał wielofunkcyjny o zawartości 70% wagowych materiału superchłonnego o wymiarach 450 mikrometrów i kącie zwilżania 30 stopni, obliczono ciśnienie kapilarne i przepuszczalność zgodne z wynalazkiem, przedstawiając je poniżej (należy zauważyć, że ze względu na brak rzeczywistego materiału nie ma danych dotyczących wyciekania):

Porcja	1-sza	2-ga	3-cia
Ciśnienie kapilarne	4,1	3,1	2,9
Przepuszczalność	1325,0	3590,0	3880,0

Tabela 5

	g cieczy w materiale
Natychmiast	5 min.	15 min.	30 min.
1-wsza porcja	Odbierająca	56,0	38,1	34,0	31,1
Wielofunkcyjna	13,9	9,9	13,7	16,5
Rozprowadzaj ąca	13,3	13,0	9,7	8,3
2-ga porcja	Odbierająca	60,4	55,0	50,6	46,7
Wielofunkcyjna	31,1	25,2	28,5	30,9
Rozprowadzająca	18,0	14,4	12,4	10,9
3-cia porcja	Odbierająca	65,8	56,2	52,6	49,7
Wielofunkcyjna	48,5	38,6	40,5	41,6
Rozprowadzaj ąca	20,5	13.5	11,9	10,0

Porcja	1-sza	2-ga	3-cia
Odciekanie	16,5	43,3	43,4
Ciśnienie kapilarne	3,9	2,4	2,1
Przepuszczalność	1490,0	5670,0	7060,0
Grubość (mm)	4,0	10,0	14,0
Zmoczone pole powierzchni (cm2)	0,0	71,6	71,6

Na końcu, na wykresie z fig. 9 przedstawiono dane dotyczące rozkładu cieczy w całym układzie chłonnym z materiałami odbierającym, wielofunkcyjnym i rozprowadzającym z przykładu 1 umieszczonych w strukturze pieluchy i przebadanych na dzieciach. Tego typu układ chłonny przypomina pokazany na fig. 1 i ma w odpowiednich miejscach kompozyty retencyjne do trwałego magazynowania. Kompozyty retencyjne do trwałego magazynowania wykonano w 60% wagowych z silnie usieciowanego powierzchniowo materiału superchłonnego FAVOR 870 firmy Stockhausen Company, 38% wagowych pulpy CR 2054 firmy Kimberly Clark i około 2% wagowych płynnego spoiwa Kymene(R). Pieluchy umieszczono na 20 dzieciach

186 732 i nasycono trzema porcjami o wielkości 100 ml roztworu soli o stężeniu 8,5 g/l w odstępach co 30 minut. Pieluchy zdejmowano z dzieci na końcu 30 minuty i 90 minuty i badano je rentgenograficznie w celu określenia rozkładu cieczy. Na wykresie na fig. 9 pokazano przemieszczenie się cieczy na końce wyrobu zarówno po 100 ml porcji jak i 300 ml. Dowodzi to, że charakterystyki rozdzielania cieczy przez materiał wielofunkcyjny działają również w całym układzie chłonnym i umożliwiają rozprowadzanie cieczy w symulowanych warunkach rzeczywistych.

Reasumując, przykład danych dla materiału wielofunkcyjnego ilustruje unikatowe wymuszone regulowanie przepływu cieczy oraz charakterystyki kapilarne rozdzielania przepływu cieczy materiału i struktury według wynalazku. Dane obrazują niskie wartości wyciekania dla wąskiej w krokowej części wielofunkcyjnej struktury kompozytowej. Ponadto, przykładowe dane doświadczalne świadczą o tym, że struktura kompozytowa ma funkcję przepływową, desorbuje materiał odbierający w pewnych ramach czasowych zgodnych z warunkami odnoszącymi się do użytkownika (np. około 90 minut) oraz uwalnia ciecz ze swojej matrycy międzywęzłowej w celu jej rozprowadzenia do dalszych miejsc magazynowania zamiast trzymania większości wydalonej porcji w obszarze odbioru. Korzyści z rozprowadzania przez materiał wielofunkcyjny udowodniono w pełnym układzie chłonnym, przeprowadzając badania struktury w ramach konstrukcji pieluchy na rzeczywistych niemowlętach.

Powyżej szczegółowo opisano tylko kilka przykładów wykonania według wynalazku, ale osoby znające tę dziedzinę łatwo zorientują się w możliwości dokonania modyfikacji przedstawionych przykładów wykonania bez wychodzenia poza zakres i zalety wynalazku. W związku z tym wszystkie takie modyfikacje należy traktować jako mieszczące się w zakresie wynalazku zdefiniowanym w załączonych zastrzeżeniach. W zastrzeżeniach, zastrzeżenia dotyczące środków i funkcji obejmują opisane tu struktury w odniesieniu do realizowanych funkcji i nie wyłącznie jako równoważniki strukturi^hie., ale również jako struktury równoważne. Zatem chociaż gwóźdź i śruba nie są równoważnikami strukturalnymi w tym sensie, że gwóźdź ma cylindryczną powierzchnię do mocowania ze sobą drewnianych części, natomiast śruba ma powierzchnię spiralną, to w sensie łączenia drewnianych części, zarówno gwóźdź jak i śruba mogą być strukturami równoważnymi.

186 732

FIG. 3

FIG. 4

186 732

.. .
- X**	-------HUGGIES SUPREME _ DOTWl· An 4
	r r\2-Y f\<LAU 1

gramy ⁴⁰

ODCIEKANIA 30

2 3

PORCJA CIECZY

FIG. 5

GRAMY

CIECZY

FIG. 6

186 732

FIG. 7

FIG. 8

186 732

FIG. 9

186 732

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 70 egz. Cena 6,00 zł.

Claims (19)

Zastrzeżenia patentowe

1. Materiał wielofunkcyjny, znamienny tym, że zawiera od 30 do poniżej 75% wagowych materiału superchłonnego, od 25 do poniżej 70% wagowych pulpy i od 0,2 do około 10% wagowych składnika spajającego, a ponadto ma przepuszczalność od 100 do 10 000 Darcy, zaś ciśnienie kapilarne od około 2 do 15 cm w ciągu swojej żywotności.

2. Materiał według zastrz. 1, znamienny tym, że ma gęstość od około 0,05 do około 0,5 g/cm³.

3. Materiał według zastrz. 1, znamienny tym, że ma gramaturę od około 200 do około 700 g/m².

4. Materiał według zastrz. 1, znamienny tym, że materiał superchłonny ma wskaźnik czasu wchłaniania powyżej 5 minut.

5. Materiał według zastrz. 1, znamienny tym, że materiał superchłonny ma wskaźnik czasu wchłaniania powyżej 10 minut.

6. Materiał według zastrz. 1, znamienny tym, że materiał superchłonny należy do grupy złożonej z cząstek, perełek i włókien.

7. Materiał według zastrz. 1, znamienny tym, że element spajający należy do grupy złożonej z klejów ciekłych i włóknistych.

8. Materiał według zastrz. 8, znamienny tym, że element spajający jest aktywowanym cieplnie włóknem przylepnym.

9. Materiał według zastrz. 8, znamienny tym, że włókno należy do grupy złożonej z polietylenu/politereftalanu etylenu, poliestru/politerefłalanu etylenu i polietylenu/polipropylenu.

10. Struktura kompozytowa do wyrobów higieny osobistej, znamienna tym, że zawiera materiał odbierający sąsiadujący z materiałem wielofunkcyjnym, który zawiera od 30 do poniżej 75% wagowych materiału superchłonnego, od 25 do poniżej 70% wagowych pulpy i od 0,2 do około 10% wagowych składnika spajającego, a ponadto ma przepuszczalność od 100 do 10 000 Darcy, zaś ciśnienie kapilarne od około 2 do 15 cm w ciągu swojej żywotności, a ten materiał wielofunkcyjny sąsiaduje z materiałem rozprowadzającym.

11. Struktura według zastrz. 10, znamienna tym, że materiał wielofunkcyjny ma ciśnienie kapilarne większe niż materiał odbierający, a mniejsze niż materiał rozprowadzający.

12. Struktura według zastrz. 10, znamienna tym, że ponadto zawiera materiał retencyjny sąsiadujący ze wspomnianym materiałem rozprowadzającym, przy czym materiał rozprowadzający rozprowadza ciecz ze wspomnianego materiału wielofunkcyjnego do wspomnianego materiału retencyjnego.

13. Wyrób higieny osobistej, zwłaszcza należący do grupy złożonej z pieluch, spodenek gimnastycznych, wkładów chłonnych do bielizny, wyrobów ochronnych dla osób dorosłych nie panujących nad wydalaniem i wyrobów higienicznych dla kobiet, zawierający materiał pokryciowy, podkładkę i materiały magazynujące, usytuowane pomiędzy materiałem pokryciowym a podkładką znamienny tym, że ponadto zawiera materiał wielofunkcyjny, usytuowany pomiędzy materiałem pokryciowym a materiałem magazynującym i ten materiał wielofunkcyjny zawiera od 30 do poniżej 75% wagowych materiału superchłonnego, od 25 do poniżej 70% wagowych pulpy i od 0,2 do około 10% wagowych składnika spajającego, a ponadto ten materiał wielofunkcyjny ma przepuszczalność od 100 do 10 000 Darcy, zaś ciśnienie kapilarne od około 2 do 15 cm w ciągu swojej żywotności.

14. Wyrób według zastrz. 13, znamienny tym, że jest wyrobem higienicznym dla kobiet.

15. Wyrób według zastrz. 13, znamienny tym, że jest wyrobem ochronnym dla osób dorosłych nie panujących nad wydalaniem.

16. Wyrób według zastrz. 13, znamienny tym, że jest pieluchą.

186 732

17. Wyrób według zastrz. 16, znamienny tym, że pielucha ma szerokość obszaru krokowego co najwyżej 7,6 cm.

18. Pielucha, zawierająca materiał pokryciowy, materiał odbierający, sąsiadujący z tym materiałem pokryciowym, warstwę rozprowadzającą, materiał retencyjny i podkładkę, znamienna tym, że zawiera warstwę materiału wielofunkcyjnego połączoną przepływowo ze wspomnianym materiałem odbierającymi zawierającą od około 35 do mniej niż 60% wagowych materiału superchłonnego o niskiej prędkości wchłaniania, od 40 do mniej niż 65% wagowych pulpy i od około 1 do około 7% elementu spajającego, przy czym wspomniane materiały wielofunkcyjne mają w ciągu swojej żywotności przepuszczalność od 250 do 10 000 Darcy i ciśnienie kapilarne od około 2 do około 15 cm; warstwę rozprowadzającą, sąsiadującą z warstwą materiału wielofunkcyjnego; materiał retencyjny połączony przepływowo ze wspomnianą warstwą rozprowadzającą i magazynujący ciecz; oraz podkładkę, sąsiadującą z materiałem retencyjnym, przy czym pielucha ma obszar krokowy o szerokości co najwyżej 5 cm i wskaźnik odciekania poniżej 25 ml na 100 ml porcji wydalonej cieczy.

19. Pielucha, zawierająca materiał pokryciowy, materiał odbierający, sąsiadujący z tym materiałem pokryciowym, warstwę rozprowadzającą, materiał retencyjny i podkładkę, znamienna tym, że materiał odbierający jest zdolny do odbierania napływającej porcji cieczy w ilości od 60 do 100 cm³ przy objętościowym natężeniu przepływu od około 5 do około 20 cm³/s;

i z tym materiałem odbierającym jest połączona przepływowo warstwa materiału wielofunkcyjnego, przy czym ten materiał wielofunkcyjny zawiera od 30 do poniżej 75% wagowych materiału superchłonnego, od 25 do poniżej 70% wagowych pulpy i od 0,2 do około 10% wagowych składnika spajającego, i ma funkcję przepuszczania cieczy, która desorbuje również materiał odbierający w okresie czasu zgodnym z warunkami użytkownika i uwalnia ciecz w celu jej rozprowadzenia do dalszych miejsc magazynowania, zaś warstwa rozprowadzająca jest połączona przepływowo ze wspomnianym materiałem wielofunkcyjnym i ma ciśnienie kapilarne powyżej 15 cm, które powoduje przemieszczanie cieczy ze wspomnianego materiału wielofunkcyjnego do dalszych miejsc magazynowania, a materiał retencyjny, jest połączony przepływowo ze wspomnianą warstwą rozprowadzającą i magazynuje ciecz, a ponadto pielucha ma obszar krokowy o szerokości co najwyżej 5 cm.