PL206003B1

PL206003B1 - Materiał piankowy, polimerowy, otwarto komórkowy, wchłaniający ciecz i zastosowanie materiału piankowego

Info

Publication number: PL206003B1
Application number: PL353473A
Authority: PL
Inventors: Kent Malmgren; Bengt Widberg; Shabira Abbas; Åsa Östman; Jeanette Annergren
Original assignee: Sca Hygiene Prod Ab
Priority date: 1999-08-30
Filing date: 2000-08-23
Publication date: 2010-06-30
Also published as: SE9903071L; CA2380867A1; WO2001015643A1; WO2001016220A8; SK1362002A3; KR20020019986A; MXPA02001641A; ATE432680T1; WO2001016220A1; AU6885000A; MX232410B; TW470639B; EP1208139A1; RU2251397C2; EP1207830B1; CO5170429A1; SE9903071D0; US20090131898A1; BR0013599A; AU6885100A

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest materiał piankowy, polimerowy, otwarto komórkowy, wchłaniający ciecz i zastosowanie tego materiału piankowego. Wynalazek dotyczy otwarto komórkowego, polimerowego materiału piankowego wchłaniającego ciecz o właściwościach, które czynią go odpowiednim do stosowania jako struktura chłonna w wyrobach chłonnych takich jak pieluchy, pieluchomajtki, podpaski higieniczne, wyroby ochronne dla osób nie panujących nad wydalaniem, opatrunki do ran, wyroby ochronne do łóżek, itp.

Wyroby chłonne wspomnianego powyżej typu są przeznaczone do używania do wchłaniania płynów ustrojowych, takich jak mocz i krew. W ich skład wchodzi zazwyczaj przepuszczalna dla cieczy warstwa górna, która, w trakcie używania, ma być zwrócona ku ciału użytkownika, np. wykonana z materiał u wł ókninowego typu spunbond, materiał u typu meltblown, grę plowanej spajanej watoliny, itp. W ich skład wchodzi ponadto nieprzepuszczalna dla cieczy podkładka, np. z folii z tworzywa sztucznego, powlekanej tworzywem sztucznym włókniny lub hydrofobowej włókniny, oraz wkład chłonny umieszczony pomiędzy przepuszczalnym dla cieczy materiałem warstwy górnej a nieprzepuszczalną dla cieczy podkładką. Struktura chłonna tego typu może być złożona z kilku warstw, takich jak warstwa odbiorcza, warstwa magazynująca i warstwa rozprowadzająca w celu pełnienia funkcji, jakich się żąda od struktury chłonnej: szybkiego odbierania cieczy, rozprowadzania jej w strukturze i magazynowania.

Na ogół warstwa odbiorcza cieczy jest wykonana z materiału porowatego o wysokiej chwilowej zdolności do odbioru cieczy. Takie materiały są otwartymi przestrzennymi strukturami z dużymi kapilarami, na przykład jest to puszysta pulpa celulozowa typu termomechanicznego lub chemotermomechanicznego (CTMP), usztywnione chemicznie włókna celulozowe, struktury różnych typów z syntetycznych włókien oraz porowate materiały piankowe, itp.

Jako warstwę magazynującą stosuje się zwykle puszystą pulpę celulozową wymieszaną z tak zwanymi superabsorbentami, którymi są polimery zdolne do wchłaniania płynów ustrojowych w ilości kilka razy przekraczającej ich własną wagę (10 lub więcej razy). Istnieje również możliwość użycia chłonnego materiału piankowego jako warstwy magazynującej. Jako warstwę rozprowadzającą można używać puszystą pulpę celulozową, warstwy bibułki, piankę, włókna syntetyczne i podobne o wysokiej zdolności do rozprowadzania cieczy. Istnieje również możliwość łączenia dwóch lub więcej funkcji, takich jak odbieranie, magazynowanie i rozprowadzanie w jednej i tej samej warstwie.

Znane jest już z patentów US-A-3,512,450, EP-A-0 293 208 i EP-A-0 804 913 stosowanie sprasowanych materiałów piankowych z regenerowanej celulozy, np. z wiskozy, jako struktury chłonnej w wyrobie chł onnym wspomnianego powyż ej typu, np. w podpasce higienicznej. Wtedy wyrób moż e być bardzo cienki, zachowując nadal wysoką pojemność chłonną. Sprasowana pianka wiskozowa szybko rozszerza się w kierunku „z”, kiedy ciecz jest wchłaniana przez materiał po zmoczeniu.

Z dotychczasowych opisów patentowych WO 94/00512 i EP-A-0 747 420 znane jest wytwarzanie pianek chłonnych na bazie polisacharydów poprzez spienianie wodnego roztworu polisacharydu i ś rodka powierzchniowo czynnego w wyniku mechanicznego mieszania lub doprowadzania gazu, a następnie stabilizowanie pianki techniką sieciowania za pomocą kowalentnego lub jonowego ś rodka sieciującego. Piankę tę można używać, na przykład, jako materiał nośny w zastosowaniach medycznych i w opatrunkach do ran. Nic nie wspomina się o specyficznych właściwościach chłonnych.

W opisie WO 95/31500 opisano wytwarzanie porowatych pianek chł onnych o ś redniej wielkoś ci porów poniżej 100 μm. Piankę tę wytwarza się rozpuszczając polimer ze środkiem sieciującym w rozpuszczalniku, po czym następuje faza oddzielania w fazie ze skoncentrowanym polimerem i fazie z rozpuszczonym polimerem, przy czym sieciowanie przebiega w fazie skoncentrowanej. Utrzymuje się, że wytwarzana pianka ma pojemność chłonną co najmniej 2, a korzystnie co najmniej 10 g/g, i nadaje się jako materiał chłonny do, na przykład, pieluch.

W opisie EP-B 0 598 833 ujawniono materiał piankowy przeznaczony na strukturę chłonną wspomnianego powyżej typu. Materiał piankowy ma określoną objętość porów, pole powierzchni właściwej oraz zdolność do powrotu do swojej objętości po sprasowaniu. Pianką jest tak zwana pianka „HIPE” (emulsja o wysokiej fazie wewnętrznej), co oznacza, że piankę tę wytwarza się polimeryzując emulsję wody w oleju. Faza lita w piance wytwarza system kapilarny, który odbiera, rozprowadza i magazynuje ciecz. Nie ma wskazówek co do pojemności chłonnej pianki dla cieczy, mierzonej techniką CRC (wirówkowa pojemność retencyjna), będącej miarą zdolności pianki do trwałego wiązania cieczy, tak zwanej cieczy żelowej, w jej fazie stałej poprzez spęczanie ścianek komórek.

PL 206 003 B1

Celem wynalazku jest zapewnienie materiału piankowego odpowiedniego do stosowania jako struktura chłonna w wyrobie chłonnym wspomnianego powyżej typu, cechującego się właściwościami wielofunkcyjnymi w taki sposób, że równocześnie pełni funkcję warstwy odbiorczej cieczy, warstwy magazynującej i warstwy rozprowadzającej, a mianowicie jest zdolny do szybkiego odbierania cieczy, rozprowadzania jej w strukturze i magazynowania jej.

Materiał piankowy, polimerowy, otwarto komórkowy, wchłaniający ciecz, mający zastosowanie jako struktura chłonna w wyrobach chłonnych takich jak pieluchy, pieluchomajtki, podpaski higieniczne, wyroby ochronne dla osób nie panujących nad wydalaniem, opatrunki na rany, ochrony na łóżka, według wynalazku charakteryzuje się tym, że materiał piankowy ma szybkość wchłaniania przy zmoczeniu co najmniej 0,4 ml/s dla okrągłej próbki o średnicy 50 mm, zdolność do rozprowadzania cieczy przy pochyleniu 30° co najmniej 15 g/g oraz zdolność do magazynowania cieczy co najmniej 9% mierzona metodą CRC (wirówkowa zdolność retencyjna), a wchłanianie cieczy żelowej wynosi co najmniej 4 g/g, a korzystnie co najmniej 5 g/g syntetycznego moczu, w którym pianka jest pianką polisacharydową wybraną spośród pianki z karboksymetolocelulozy (CMC), karboksyetylocelulozy i pochodnych skrobi oraz zawiera hydrofilowe włókna naturalne lub syntetyczne w jej układzie porów.

Korzystnie jego zdolność wchłaniania przy zmoczeniu wynosi co najmniej 0,5 ml/s, jego zdolność do rozprowadzania cieczy przy pochyleniu 30° wynosi co najmniej 16 g/g, a jego zdolność do magazynowania cieczy mierzona metodą CRC wynosi co najmniej 11%.

Korzystnie wchłanianie cieczy kapilarnej, określane jako całkowita ilość cieczy w porach o wielkości pomiędzy 3-100 μm na podstawie pomiarów PVD, wynosi co najmniej 8 ml/g, a korzystnie co najmniej 10 ml/g.

Zastosowanie materiału piankowego, polimerowego, otwarto komórkowego, wchłaniającego ciecz, określonego powyżej jako struktury chłonnej w wyrobie chłonnym, takim jak pielucha, pieluchomajtki, podpaska higieniczna, wyrób ochronny dla osób nie panujących nad wydalaniem, opatrunki na rany, ochrony łóżek.

Korzystnie wspomniany materiał piankowy wchodzi w skład struktury chłonnej jako jedyny składnik.

Korzystnie materiał piankowy ma trójwymiarowy kształt anatomiczny.

Przedmiot wynalazku w przykładach wykonania uwidoczniono na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia urządzenie pomiarowe do pomiaru szybkości wchłaniania, fig. 2 - przykład wykresu wchłaniania uzyskanego na urządzeniu pomiarowym z fig. 1, fig. 3 - urządzenie pomiarowe do określania szybkości rozprowadzania cieczy, a fig. 4 a i b - rozkład objętości porów w materiale piankowym według wynalazku.

Wynalazek dotyczy wchłaniających ciecz materiałów piankowych ze szczególnymi dobrze określonymi właściwościami, co czyni je odpowiednimi do użycia jako elementy wchłaniające płyny ustrojowe, takie jak mocz, krew i wydzieliny z ran. Zatem taki materiał piankowy może być użyty jako cała lub część struktury chłonnej w wyrobach chłonnych takich jak pieluchy, pieluchomajtki, podpaski higieniczne, wyroby ochronne dla osób nie panujących nad wydalaniem, opatrunki do ran, ochrony do łóżek, itp.

Pianka jest wykonana z ciągłej trójwymiarowej siatki lub struktury komórkowej z fazy stałej lub ciekłej, która otacza rozproszoną w niej fazę gazową. W piance polimerowej faza stała jest materiałem polimerowym, który tworzy ścianki komórki w ciągłej fazie komórkowej. Komórki te mogą mieć różne kształty, wymiary i topografię oraz mogą być otwarte lub zamknięte. W tym wypadku struktura komórkowa jest otwarta, co oznacza, że komórki łączą się ze sobą. Termin pianka, w znaczeniu stosowanym w wynalazku, obejmuje również takie materiały, w których w skład struktury komórkowej wchodzą włókna różnych typów.

Pianki polimerowe są wytwarzane z samego polimeru albo z monomerów, które mają być polimeryzowane, ewentualnie z dodatkiem środków sieciujących, dodatków pianotwórczych i/lub dodatków do stabilizacji komórek. Istnieją różne sposoby wytwarzania pianki, takie jak mieszanie mechaniczne, wtryskiwanie powietrza, ogrzewanie, wytwarzanie gazu, odparowywanie, rozkład enzymatyczny i techniki rozdzielania faz.

Kilka otwarto komórkowych polimerowych materiałów piankowych działa dobrze jako absorbenty cieczy i mogą być silnie ściśnięte, a następnie pęcznieją w styczności z cieczą, przy czym ciecz jest wchłaniana w strukturę komórkową pianki.

Według wynalazku, rozważano takie otwarto komórkowe polimerowe materiały piankowe, które mają wielofunkcyjne właściwości chłonne pod względem zdolności do odbioru cieczy, zdolności do rozprowadzania cieczy i zdolności do jej magazynowania. Zatem materiał taki powinien być w stanie

PL 206 003 B1 równocześnie pełnić funkcje warstwy odbiorczej cieczy, warstwy rozprowadzającej i warstwy magazynującej.

Według korzystnego przykładu wykonania wynalazku, materiał piankowy według wynalazku stanowi jedyny składnik struktury chłonnej wyrobu chłonnego. Może on również zastępować przepuszczalną dla cieczy warstwę górną, która normalnie pokrywa strukturę chłonną i która jest przeznaczona do umieszczania najbliżej skóry użytkownika.

Warunkiem posiadania przez materiał chłonny pożądanych właściwości wielofunkcyjnych jest stosunkowo szeroki rozkład objętości porów, tj. powinien on w swojej strukturze kapilarnej mieć pory o zmiennej ś redniej wielkoś ci porów w przedziale 0-500 μ m. Rozkł ad obję tości porów (PVD) jest wyznaczany za pomocą urządzenia PVD wytwarzanego przez Textile Research Institute, Princeton, USA. Działanie urządzenia PVD szczegółowo opisali Miller B. i Tyomkin L. w czasopiśmie Textile Research Journal 56 (1986) 35.

Warunkiem posiadania przez piankę wielofunkcyjnych właściwości chłonnych jest rozkład jej zdolności chłonnej w postaci cieczy kapilarnej i cieczy żelowej. Ciecz żelowa odnosi się do cieczy trzymanej w porach mniejszych niż 3 μm, a ciecz kapilarna odnosi się do luźno związanej cieczy w porach większych niż 3 μm i aż do 500 μm. Ciecz żelowa jest cieczą najsilniej trzymaną w strukturze. Jest pożądane, aby wchłanianie cieczy żelowej, określone jako całkowita ilość cieczy w porach poniżej 3 μm, mierzona techniką PVD, wynosiło co najmniej 4 g/g, a korzystnie co najmniej 5 g/g syntetycznego moczu. Wchłanianie cieczy kapilarnej, określane jako całkowita ilość cieczy w porach o wymiarach 3-100 um, mierzona techniką PVD, powinno wynosić co najmniej około 8 ml/g, korzystnie co najmniej około 10 ml/g.

Jak stwierdzono powyżej, materiał piankowy według wynalazku powinien mieć, odpowiednio, określone wartości odbioru cieczy, zdolności do rozprowadzania i magazynowania cieczy. Zatem powinien on mieć szybkość wchłaniania przy zmoczeniu co najmniej 0,4 ml/s dla okrągłej próbki o średnicy 50 mm, którą to szybkość wchłaniania wyznacza się opisanym dalej sposobem pomiarowym dla zdolności do odbioru cieczy. Korzystnie, jego szybkość wchłaniania powinna wynosić co najmniej 0,5 ml/s. Zdolność do rozprowadzania cieczy przy pochyleniu 30° powinna wynosić co najmniej 15 g/g, a korzystnie co najmniej 16 g/g, mierzona zgodnie ze zdefiniowaną dalej metodą pomiarową zdolności do rozprowadzania. Ponadto pianka powinna mieć zdolność do magazynowania cieczy co najmniej 9%, a korzystnie co najmniej 11%, mierzoną opisaną poniżej metodą pomiarową dla zdolności do magazynowania (CRC = wirówkowa pojemność retencyjna).

Ciecz testowa

We wszystkich przypadkach cieczą testową był syntetyczny mocz sporządzony według następującej receptury: 0,66 g/l MgSO4, 4,47 g/l KCl, 7,60 g/l NaCl, 18,00 g/l NH2CONH2 (mocznik), 3,54 g/l KH2PO4, 0,754 g/l Na2HPO4, 1 ml/l 0,1% roztworu środka Triton X-100, będącego środkiem powierzchniowo czynnym sprzedawanym przez firmę Aldrich. Substancje te rozpuszczano w dejonizowanej wodzie.

Szybkość wchłaniania

Zdolność do odbioru cieczy mierzono za pomocą opisanego dalej urządzenia pomiarowego do wyznaczania szybkości wchłaniania próbki. Urządzenie pomiarowe pokazano na fig. 1, a w jego skład wchodzi stojak 10 z uchwytem 11 do szklanej płytki filtracyjnej (porowatość 1, dostawca Werner-Glas AB, Stockholm) i uchwytem 13 do grubościomierza 14. Na szklaną płytkę filtracyjną 12 nanosi się ciecz (syntetyczny mocz) ze szklanego naczynia 15 umieszczonego na wadze 16. Położenie uchwytu 11 do szklanej płytki filtracyjnej 12 można regulować w pionie, co umożliwia regulowanie ciśnienia hydrostatycznego. Poziom cieczy w naczyniu 15 powinien wynosić tylko 2 cm poniżej poziomu szklanej płytki filtracyjnej 12. Przy takim ciśnieniu hydrostatycznym, pory o wielkości do 250 um zostaną wypełnione cieczą pod warunkiem, że kąt zwilżania pomiędzy próbką, która znajduje się na szklanej płytce filtracyjnej 12, a cieczą będzie wynosił 70°. Sygnały pomiarowe z wagi i grubościomierza są przekazywane do komputera z prędkością 15 danych/s przy okresie pomiarowym do 60 sekund. Przy dłuższych okresach pomiarowych prędkość sygnałów staje się mniejsza. Pomiar zaczyna się automatycznie po zetknięciu się próbki ze szklaną płytką filtracyjną 12. Wynik pomiaru jest drukowany na drukarce w funkcji czasu.

Z materiału piankowego wykrojono okrągłe próbki o średnicy 50 mm. Materiał piankowy kondycjonowano przed badaniem co najmniej przez 4 godziny przy 50% wilgotności względnej i w temperaturze 23°C. Szklana płytka filtracyjna 12 powinna być nasycona cieczą testową (syntetycznym moczem), kiedy pomiar się rozpoczyna. Próbki są mocowane do szklanej płytki filtracyjnej za pomocą

PL 206 003 B1 pary minimalnych kawałków dwustronnej taśmy przylepnej. W trakcie pomiarów próbki obciążano ciśnieniem 0,57 kPa.

Przebieg wchłaniania można podzielić na trzy fazy:

1) „Faza wstępna”. Próbka wchłania ciecz nierównomiernie na powierzchni, która styka się ze szklaną płytką filtracyjną. Natychmiast po pokryciu całej powierzchni cieczą, zaczyna się następna faza „stanu ustalonego”.

2) „Stan ustalony”. Tutaj ciecz rozprasza się jak front w górę przez próbkę, tj. wchłanianie przebiega tylko w kierunku „z”. Ilość wchłoniętej cieczy zwiększa się liniowo w funkcji czasu.

3) „Faza końcowa”. Teraz ciecz doszła do górnej powierzchni próbki i zaczyna rozprzestrzeniać się na całej górnej powierzchni ograniczającej. Po pokryciu cieczą całej górnej powierzchni następuje zatrzymanie wchłaniania.

Jeden przykład wykresu wchłaniania pokazano na fig. 2, gdzie krzywa I obrazuje postęp wchłaniania, a krzywa II obrazuje zmianę grubości próbki w trakcie wchłaniania.

Szybkość wchłaniania w „stanie ustalonym” jest obliczana na podstawie liniowej części krzywej wchłaniania, gdzie ilość wchłoniętej cieczy zwiększa się liniowo w funkcji czasu, tj. jak współczynnik kierunkowy i jest wyrażana w ml/s.

Zdolność do rozprowadzania cieczy

W sposobie tym mierzy się ilość cieczy, która jest wchłaniana i rozprowadzana podczas 60 minut przez materiał, który jest pochylony pod kątem 30°. Wykrojono próbki o wymiarach 1,5 x 28 cm. Próbki te były kondycjonowane w warunkach 50% wilgotności względnej (RH) i w temperaturze 23°C przez 24h ± 2h. Następnie próbki te można magazynować w ciemności w torebkach z tworzywa sztucznego przez okres do 14 dni. Badania prowadzono w klimatyzowanym pomieszczeniu przy wilgotności względnej 50% i w temperaturze 23°C.

Do badania używano urządzenia pomiarowego, które pokazano schematycznie na fig. 3.

W skład urządzenia pomiarowego wchodzi waga 17, płytka 18 z pleksiglasu oraz pojemnik 19 do cieczy, w którym powierzchnię cieczy oznaczono 20. Pojemnik 19 na ciecz znajduje się w sąsiedztwie wagi 17, przy czym istotne znaczenie ma to, żeby oba zajmowały położenie poziome. Pleksiglasowa płytka 18 znajduje się na wadze pod kątem 30° względem płaszczyzny poziomej, nie dotykając pojemnika 19 na ciecz. Do pojemnika 19 na ciecz wlewa się ciecz testową tak, żeby 20 mm płytki pleksiglasowej znajdowało się pod powierzchnią 20 cieczy. Próbkę waży się z dokładnością 0,1 g i umieszcza na pleksiglasowe j płytce 18 tak, żeby próbka nie dotykała cieczy. Następnie wzorcuje się wagę. Następnie przemieszcza się próbkę wzdłuż pleksiglasowej płytki 18 tak, żeby 20 mm próbki znalazło się pod powierzchnią cieczy, tj. żeby koniec próbki znalazł się 10 mm pod powierzchnią cieczy, patrząc w kierunku pionowym, po czym próbkę mocuje się w tym położeniu za pomocą zacisku. Dokładnie po 60 minutach przerywa się pomiar i ponownie waży próbkę. Mierzy się również na jakiej długości próbka została zmoczona na, odpowiednio, powierzchni spodniej i powierzchni górnej. Zdolność do rozprowadzania cieczy oblicza się następująco: m2/m1 (g/g), gdzie m2 jest wagą próbki po pomiarze, a m1 jest wagą suchą próbki przed pomiarem.

Zdolność do magazynowania

Zdolność pianki do magazynowania mierzono tak zwaną metodą CRC (wirówkowa pojemność retencyjna). Metoda ta polega na tym, że umożliwia się próbce swobodne wchłanianie cieczy do nasycenia, po czym waży się ją i uzyskuje wagę(w stanie nasyconym). Następnie próbka jest wirowana przez 10 minut z prędkością obrotową 1500 obr/min., co odpowiada w przybliżeniu obciążeniu 300 g. Po wirowaniu waży się próbkę, uzyskując wagę(po odwirowaniu). Następnie, obliczając stosunek wagi(po odwirowaniu) do wagi(w stanie nasyconym) i mnożąc przez 100, uzyskuje się zdolność próbki do magazynowania w procentach.

Sposób wytwarzania materiału piankowego według wynalazku

Poniżej ujawniono sposób wytwarzania materiału piankowego według wynalazku. Pierwszym krokiem w produkcji pianki jest sporządzenie roztworu polimerowego polegające na rozpuszczeniu polimeru w rozpuszczalniku, korzystnie, w wodzie. Korzystnie, polimer ten jest polimerem zawierającym grupy funkcyjne zdolne do sieciowania, np. grupy karboksylowe, hydroksylowe lub aminowe, np. polisacharydowe lub polipeptydowe. Przykładami odpowiednich do tego celu polisacharydów są karboksymetyloceluloza (CMC), karboksyetyloceluloza, pochodne skrobi, itp.

W przypadku CMC odpowiednie stężenie roztworu polimeru wynosi 0,5-10% wagowych, przy czym rozpuszczalnikiem jest woda. Jednakże stężenie to trzeba przystosować do używanego polimeru.

PL 206 003 B1

Następnie dodaje się odpowiedni środek powierzchniowo czynny, po czym wytwarza się piankę w wyniku mechanicznego mieszania. Alternatywnie, do wytwarzania pianki mo ż na uż y ć wtryskiwanie powietrza. Ewentualnie, w celu regulowania takich właściwości pianki jak porowatość i stabilność, do roztworu dodaje się jeden lub więcej różnych środków powierzchniowo czynnych.

W przypadku kiedy pożądane jest, żeby w skład pianki wchodziły włókna, dodaje się je w trakcie spieniania roztworu polimeru. Włókna te używa się głównie do polepszania właściwości mechanicznych wytwarzanej pianki. Z jednej strony powoduje to zwiększenie wytrzymałości pianki na rozciąganie i ścinanie, a z drugiej strony zwiększa jej ściśliwość, tj. możliwość jej ściskania do wysokich gęstości z równoczesnym zachowaniem zdolności do rozszerzania się po zmoczeniu. Ta druga cecha polepsza oczywiście kapilarną pojemność chłonną pianki po ściśnięciu, a ponieważ często usiłuje się zmniejszyć grubość wyrobów chłonnych, dodanie włókien może stanowić specjalną zaletę. Poza tym dodanie włókien może polepszyć właściwości pianki pod względem rozprowadzania cieczy.

Odpowiednimi do tego celu włóknami są różne rodzaje hydrofilowych włókien naturalnych lub syntetycznych. Korzystnie, stosuje się włókna pulpy, zwłaszcza pulpy chemicznej.

W przypadku używania CMC jako substancji polimerowej, dodaje się, korzystnie, związek alkaliczny, np. NaOH, w celu uaktywnienia CMC do reakcji ze środkiem sieciującym. Ilość związku alkalicznego w stosunku do ilości środka sieciującego przyspiesza prędkość reakcji, która zwiększa się ze wzrostem ilości związku alkalicznego. Kolejność dodawania polisacharydu (CMC), środka powierzchniowo czynnego, ewentualnych włókien i związku alkalicznego można zmieniać, a także istnieje możliwość równoczesnego wymieszania wszystkich tych składników. Natomiast istotne znaczenie ma ich dobre wymieszanie oraz wymieszanie z materiałem powietrza lub ewentualnie jakiegoś innego gazu tak, żeby powstała porowata pianka. Sposobem mieszania i wytwarzania pianki może być mieszanie mechaniczne, wtryskiwanie gazu lub wytłaczanie pod zmniejszonym ciśnieniem.

W następnym kroku należy dodać środek sieciujący. Pożądane jest jego równomierne rozprowadzenie w materiale przed rozpoczęciem reakcji sieciowania. Z tego względu korzystne byłoby prowadzenie prac w niskich temperaturach, ponieważ temperatura jest ważna dla prędkości reakcji. Przed dodaniem środka sieciującego, piankę można ochłodzić, na przykład, do temperatury w pobliżu 0°C. Może jednak okazać się, że możliwe jest osiągnięcie dobrych wyników również za pomocą pianek hartowanych w temperaturach pokojowych, zwłaszcza przy zmniejszeniu ilości dodawanego związku alkalicznego.

Odpowiednimi środkami sieciującymi są chlorek cyjanurowy, formaldehyd, dimetylomocznik, dwuepoksydy, aldehyd glutarowy, glioksal, diwinylosulfon, epichlorohydryna, itp. Środek sieciujący dodaje się w trakcie intensywnego mieszania mechanicznego w celu uzyskania dobrego wymieszania. Środek sieciujący można ewentualnie rozpuścić w małej ilości rozpuszczalnika w celu intensyfikacji jego rozprowadzenia w piance.

Po tym etapie kształtuje się lepką, ale ciekłą piankę, umieszczając ją w odpowiedniej formie. Następnie pianka jest zamrażana. Po rozmrożeniu zamrożonej pianki, jest ona przekształcana ze stanu ciekłego do stanu stałego, porowatego i chłonącego ciecz z unikatowymi właściwościami pod względem odbierania, rozprowadzania i magazynowania cieczy.

Według teorii, którą jednak wynalazek nie jest związany, w trakcie etapu zamrażania mają miejsce następujące wydarzenia:

a) woda krzepnie w formie kryształków lodu, które rozrywają strukturę pianki i nadają jej porowatość po usunięciu wody. Ma to korzystny wpływ na pojemność chłonną materiału.

b) w wyniku oddzielenia wody w powiązaniu z tworzeniem się kryształków lodu, następuje koncentracja polimeru pomiędzy tymi kryształkami. Powoduje to zbliżanie się łańcuchów polimerowych do siebie, przy czym zmniejszona odległość pomiędzy łańcuchami polimeru zwiększa możliwość wystąpienia reakcji sieciowania.

c) skutkiem oddzielenia wody jest również zwiększenie ilości związku alkalicznego znajdującego się w pobliżu łańcuchów polimerowych, co zwiększa ich skłonność do reagowania ze środkiem sieciującym.

Po zamrożeniu i rozmrożeniu, pianka jest płukana w celu usunięcia z niej niepożądanych związków chemicznych i zabezpieczenia w taki sposób, żeby materiał był nieszkodliwy z punktu widzenia bezpieczeństwa wyrobów. Korzystnie, etap ten jest łączony z usunięciem spęcznienia materiału i usuwaniem wody. Piankę płucze się w odpowiednim rozpuszczalniku, który może ją przywrócić do stanu niespęczonego i rozpuścić wodę. Przykładami takich rozpuszczalników są etanol, aceton i metanol. Na końcu materiał jest suszony poprzez odparowanie cieczy.

PL 206 003 B1

Sporządzona w ten sposób pianka ma stałą porowatą strukturę, a ponadto jest miękka i giętka. Ma ona znakomite właściwości chłonne, co umożliwia jej stosowanie w różnych typach wspomnianych powyżej wyrobów chłonnych. Można ją również kształtować do pożądanego kształtu trzywymiarowego, jaki wynika z kształtu formy, w której znajduje się pianka podczas etapu zamrażania. Pianka może być sprasowana do wysokiej gęstości, a następnie może ponownie spęcznieć podczas wchłaniania cieczy. Ta ostatnia właściwość jest godna uwagi jeżeli pianka ma być użyta w cienkich wyrobach.

Przykłady 1-3 poniżej opisują produkcję niektórych różnych typów materiałów piankowych według wynalazku, a w tabeli 1 przedstawiono właściwości chłonne materiałów w porównaniu z niektórymi materiałami porównawczymi.

Surowce używane do produkcji pianki

Karboksymetyloceluloza z firmy Metsa Chemicals.

Bardzo lepka o stopniu podstawienia około 0,8. Karboksymetyloceluloza z firmy Metsa Chemicals.

Bardzo lepka o stopniu podstawienia około 1.2.

SCA Graphic Paper, Sundsvall, Szwecja

Merck-Schuchardt. Stopień czystości: do syntezy. Niejonowy środek powierzchniowo czynny firmy Akzo. Anionowy środek powierzchniowo czynny firmy Akzo Nobel. EKA Nobel. Stopień czystości: min. 97%

EKA Nobel. Stopień czystości: do syntezy

Cekol 50000

Celpol RX

Pulpa siarczanowa z drzew iglastych Chlorek cyjanurowy Berol 048 Berocell 451 Wodorotlenek sodu Keton metylowy

P r z y k ł a d 1

Wytwarzano płynną piankę energicznie mieszając za pomocą elektrycznego trzepaka mieszaninę o następującym składzie: 220 g 3% roztworu środka Celpol RX w wodzie, 2,82 g bielonej pulpy siarczanowej z drzew iglastych, 80 g wody, 0,13 g NaOH, 1,0 g środka Berocell 451 i 1,0 g środka Berol 048. Piankę studzono do temperatury około 2°C, po czym do mieszanki piankowej dodano 0,264 g chlorku cyjanurowego rozpuszczonego w 5 g ketonu metylo-etylowego.

Po energicznym mieszaniu przez 3 minuty piankę rozproszono w postaci warstwy o polu powierzchni około 1600 cm² na równej powierzchni tworzywa sztucznego (PVC) i zamrożono do temperatury około -18°C. Po około 20 godzinach, zdjęto zamrożoną piankę z powierzchni tworzywa sztucznego i rozmrożono w kąpieli wodnej. Woda rozpuściła się, natomiast uzyskano nierozpuszczalną piankę. Piankę tę przepłukano i skasowano jej spęczenie ługując za pomocą etanolu, po czym wysuszono ją w temperaturze pokojowej. Po suszeniu stałą piankę sprasowano pomiędzy walcami w kalandrze laboratoryjnym klasy Kiisters do objętości właściwej około 3,0 cm³/g.

P r z y k ł a d 2

Sporządzono dwie płynne pianki, energicznie mieszając dwie następujące mieszanki:

1. 110 g 3% roztworu środka Celpol RX w wodzie, 1,41 g bielonej pulpy siarczanowej z drzew iglastych, 40 g wody, 0,057 g NaOH, 0,5 g środka Berocell 451 i 0,5 g środka Berol 048.

2. 110 g 3% roztworu środka Cekol 50000 w wodzie, 1,41 g bielonej pulpy siarczanowej z drzew iglastych, 40 g wody, 0,091 g NaOH, 0,5 g środka Berocell 451 i 0,5 g środka Berol 048.

Obie pianki oziębiono do temperatury około 2°C, po czym do pierwszej wspomnianej mieszanki piany dodano 0,264 g chlorku cyjanurowego rozpuszczonego w 5 g ketonu metylo-etylowego. Po energicznym mieszaniu przez 3 minuty, pianki dokładnie mieszano przez około 2 minuty.

₂

Następnie piankę rozproszono w postaci warstwy o polu powierzchni około 1600 cm² na powierzchni z tworzywa sztucznego (PVC) i zamrożono do temperatury około -18°C. Po około 20 godzinach, zdjęto zamrożoną piankę z powierzchni tworzywa sztucznego i rozmrożono w kąpieli wodnej. Woda rozpuściła się, natomiast uzyskano nierozpuszczalną piankę. Piankę tę przepłukano i skasowano jej spęczenie ługując za pomocą etanolu oraz wysuszono ją w temperaturze pokojowej. Po suszeniu stałą piankę sprasowano pomiędzy walcami w kalandrze do objętości właściwej około 3,1 cm³/g.

P r z y k ł a d 3

PL 206 003 B1

Obie pianki oziębiono do temperatury około 2°C, po czym do pierwszej wspomnianej mieszanki piany dodano 0,264 g chlorku cyjanurowego rozpuszczonego w 10 g ketonu metylo-etylowego. Po energicznym mieszaniu przez około 3 minuty, pianki dokładnie mieszano przez około 2 minuty.

Następnie piankę rozproszono w postaci warstwy o polu powierzchni około 1600 cm² na powierzchni z tworzywa sztucznego (PVC) i zamrożono do temperatury około -18°C. Po około 20 godzinach, zdjęto zamrożoną piankę z powierzchni tworzywa sztucznego i rozmrożono w kąpieli wodnej. Woda rozpuściła się, natomiast uzyskano nierozpuszczalną piankę. Piankę tę przepłukano i skasowano jej spęczenie ługując za pomocą etanolu, po czym wysuszono ją w temperaturze pokojowej. Po suszeniu stałą piankę sprasowano pomiędzy walcami w kalandrze do objętości właściwej około 2,4 cm³/g. Wyniki pomiarów właściwości chłonnych

W Tabeli 1 poniżej przedstawiono wyniki pomiarów dotyczących szybkości wchłaniania, zdolności do rozprowadzania cieczy oraz zdolności do magazynowania cieczy, które mierzono dla różnych pianek testowych 1, 2 i 3 według Przykładów 1, 2 i 3 powyżej, porównując je do pewnych materiałów odniesienia w postaci pary dostępnych na rynku materiałów piankowych, a mianowicie Vileda firmy Freudenberg Household Products AB i Vibrofoam firmy Nova-Sorb Ltd.

T a b l i c a 1

Szybkość Zdolność Zdolność wchłaniania (ml/s) do rozprowadzania (g/g) do magazynowania

Pianka testowa 1	0,48	16,1	30
Pianka testowa 2	0,53	18,8	26
Pianka testowa 3	0,63	24,2	12
Vileda	2,1	4,5	5,5
Vibrofoam	0,015	-	53

Z uzyskanych wyników widać, że materiały piankowe według wynalazku mają wysoką szybkość wchłaniania, zdolność do rozprowadzania cieczy, a także zdolność do magazynowania, natomiast materiały odniesienia mają albo wysoką szybkość wchłaniania (Vileda) albo wysoką zdolność do magazynowania (Vibrofoam).

Pomiary rozkładu objętości porów (PVD)

Rozkład objętości porów materiałów piankowych z przykładu 3 wyznaczano za pomocą urządzenia PVD z firmy Textile Research Institute, Princeton, USA. Materiał ten doprowadzano do napęcznienia w syntetycznym moczu w ciągu około 1 godziny, po czym określano dla niego rozkład objętości porów. Materiał ten badano pod obciążeniem mechanicznym 0,57 kPa. Na fig. 4a pokazano rozkład objętości porów, a na fig. 4b objętość łączną w cieczy w ml/g suchej próbki, w porach pomiędzy 3 urn, a uzyskaną wartość zapisano na osi „x”.

W trakcie pomiarów objętości porów nie można usunąć cieczy trzymanej w porach o wielkości poniżej 3 urn i wykres rozkładu opisuje zatem tylko rozkład objętości porów dla porów o wielkości 3 um i większej. Wskutek tego możliwe jest poprzez ważenie próbki po zakończonym pomiarze wyznaczenie całkowitej ilości cieczy w porach poniżej 3 um. To stężenie cieczy w g/g suchego materiału jest określane jako ciecz żelowa i wynosiło, w tym pomiarze 5,62 g/g.

Claims

1. Materiał piankowy, polimerowy, otwarto komórkowy, wchłaniający ciecz, mający zastosowanie jako struktura chłonna w wyrobach chłonnych takich jak pieluchy, pieluchomajtki, podpaski higieniczne, wyroby ochronne dla osób nie panujących nad wydalaniem, opatrunki na rany, ochrony na łóżka, znamienny tym, że materiał piankowy ma szybkość wchłaniania przy zmoczeniu co najmniej 0,4 ml/s dla okrągłej próbki o średnicy 50 mm, zdolność do rozprowadzania cieczy przy pochyleniu 30° co najmniej 15 g/g oraz zdolność do magazynowania cieczy co najmniej 9% mierzona metodą CRC (wirówkowa zdolność retencyjna), a wchłanianie cieczy żelowej wynosi co najmniej 4 g/g, a korzystnie co najmniej 5 g/g syntetycznego moczu, w którym pianka jest pianką polisacharydową wybraną spośród

PL 206 003 B1 pianki z karboksymetolocelulozy (CMC), karboksyetylocelulozy i pochodnych skrobi oraz zawiera hydrofilowe włókna naturalne lub syntetyczne w jej układzie porów.

2. Materiał według zastrz. 1, znamienny tym, że jego zdolność wchłaniania przy zmoczeniu wynosi co najmniej 0,5 ml/s, jego zdolność do rozprowadzania cieczy przy pochyleniu 30° wynosi co najmniej 16 g/g, a jego zdolność do magazynowania cieczy mierzona metodą CRC wynosi co najmniej 11%.

3. Materiał według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że wchłanianie cieczy kapilarnej, określane jako całkowita ilość cieczy w porach o wielkości pomiędzy 3-100 μm na podstawie pomiarów PVD, wynosi co najmniej 8 ml/g, a korzystnie co najmniej 10 ml/g.

4. Zastosowanie materiału piankowego, polimerowego, otwarto komórkowego, wchłaniającego ciecz, określonego w zastrzeżeniach 1-3 jako struktury chłonnej w wyrobie chłonnym, takim jak pielucha, pieluchomajtki, podpaska higieniczna, wyrób ochronny dla osób nie panujących nad wydalaniem, opatrunki na rany, ochrony łóżek.

5. Zastosowanie według zastrz. 4, znamienne tym, że wspomniany materiał piankowy wchodzi w skład struktury chłonnej jako jedyny składnik.

6. Zastosowanie według zastrz. 4 albo 5, znamienne tym, że materiał piankowy ma trójwymiarowy kształt anatomiczny.