DE69920958T2

DE69920958T2 - Flüssigkeitstransportelement für hohe durchflussgeschwindigkeiten zwischen zwei durchgängen

Info

Publication number: DE69920958T2
Application number: DE69920958T
Authority: DE
Inventors: Johannes Bruno EHRNSPERGER; Mattias Schmidt; Naval Fred DESAI; Dean Gary LAVON; Alfred Gerry YOUNG; Michael Karl SCHUMANN; Carroll Donald ROE
Original assignee: Procter and Gamble Co
Current assignee: Procter and Gamble Co
Priority date: 1998-06-29
Filing date: 1999-06-29
Publication date: 2005-10-20
Anticipated expiration: 2019-06-30
Also published as: ES2229730T3; JP2003522551A; TW421590B; WO2000000143A2; ATE278372T1; PE20000797A1; AU4841699A; WO2000000143A3; CA2335774C; AU8272398A; CA2335774A1; EP1139951B1; WO2000000129A1; AR018685A1; EP1139951A2; DE69920958D1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Transportelemente für Flüssigkeiten, die für einen weiten Bereich von Anwendungen nützlich sind, die hohe Fließ- und/oder Fluxmengen erfordern, wobei die Flüssigkeit durch eine solches Element hindurch transportiert werden kann und/oder in oder aus einem solchen Element hinein oder heraus transportiert werden kann. Solche Elemente sind für viele Anwendungen geeignet, wie – ohne darauf beschränkt zu sein – wegwerfbare Hygieneartikel, Bewässerungssysteme, Absorber für Verschüttungen, Öl-/Wasser-Separatoren und dergleichen. Die Erfindung bezieht sich ferner auf Flüssigkeitstransportsysteme mit diesen Flüssigkeits-Transportelementen und auf Artikel, welche diese verwenden.
HINTERGRUND
Das Bedürfnis, Flüssigkeiten von einer Stelle zu einer anderen zu transportieren, ist ein allgemein bekanntes Problem.
Im Allgemeinen wird der Transport von einer Flüssigkeitsquelle durch ein Flüssigkeits-Transportelement hindurch zu einem Flüssigkeitssammelstelle, zum Beispiel von einem Reservoir durch ein Rohr zu einem anderen Reservoir, stattfinden. Es kann Unterschiede in der potentiellen Energie zwischen den Reservoirs geben (wie beispielsweise die hydrostatische Druckhöhe) und es kann Reibungsenergieverluste innerhalb des Transportsystems geben, wie innerhalb des Transportelements, insbesondere dann, wenn das Transportelement eine signifikante Länge in Bezug zu seinem Durchmesser hat.
Für dieses allgemeine Problem des Flüssigkeitstransports gibt es viele Ansätze, eine Druckdifferenz zu erzeugen, um solche Energiedifferenzen oder -verluste zu überwinden, so dass die Flüssigkeiten fließen können. Ein weit verbreitetes Prinzip ist die Verwendung von mechanischer Energie, wie durch Pumpen. Häufig jedoch wird es wünschenswert sein, solche Energieverluste oder -unterschiede ohne die Verwendung von Pumpen zu überwinden, wie beispielsweise durch Ausnutzen der hydrostatischen Druckhöhendifferenz (durch Schwerkraft angetriebener Fluss), oder auf dem Wege von Kapillareffekten (häufig als Ansaugen bezeichnet).
In vielen solchen Anwendungen ist es wünschenswert, die Flüssigkeiten mit hohen Durchsätzen zu transportieren, das heißt, einer hohen Fließrate (Volumen pro Zeit), oder einer hohen Fluxrate (Volumen pro Zeit pro Einheitsfläche im Querschnitt).
Beispiele für Anwendungen von Flüssigkeitstransportelementen oder -teilen sind auf Gebieten zu finden, wie der Bewässerung, wie sie beschrieben ist in EP-A-0 439 890 oder auf dem Hygienegebiet, wie beispielsweise für absorbierende Artikel, wie Babywindeln, sowohl zum Anziehen als auch mit Befestigungselementen, wie Bändern, Übungshöschen, Erwachsenen-Inkontinenzprodukte, Frauen-Schutzeinrichtungen.
Als eine allgemein bekannte und weit verbreitete Ausführung solcher Flüssigkeitstransportelemente sind Kapillarflusselemente, wie beispielsweise Fasermaterialien, wie Löschpapier, in welchen die Flüssigkeit gegen die Schwerkraft angesaugt werden kann. Typischerweise sind solche Materialien in ihren Fließ- und/oder Fluxraten begrenzt, insbesondere dann, wenn die Saughöhe als ein zusätzliches Erfordernis hinzu kommt. Eine Verbesserung insbesondere hinsichtlich hoher Fluxraten bei Saughöhen, die besonders nützlich sind zum Beispiel für die Anwendung in absorbierenden Artikeln, wurde beschrieben in EP-A-0 810 078.
Weitere Kapillarflusselemente können nicht faserige, aber noch poröse Strukturen sein, wie beispielsweise offenzellige Schäume. Insbesondere zum Handhaben von wässrigen Flüssigkeiten, wurden hydrophile polymere Schäume beschrieben, und insbesondere hydrophile offenzellige Schäume, die durch das sogenannte Polymeri sationsverfahren mit einer Emulsion mit hoher innerer Phase (HIPE) in US-A-5,563,179 und US-A-5,387,207 beschrieben wurde.
Trotz jedoch verschiedener Verbesserungen, die an solchen Ausführungen durchgeführt wurden, gibt es nach wie vor ein Bedürfnis dahin gehend, eine signifikante Zunahme der Flüssigkeitstransporteigenschaften von Flüssigkeitstransportelementen zu erhalten.
Insbesondere wäre es erwünscht, Flüssigkeitstransportelemente zu erhalten, die eine Flüssigkeit gegen die Schwerkraft bei sehr hohen Fluxraten transportieren können.
In Situationen, in welchen die Flüssigkeit in ihrer Zusammensetzung (wie beispielsweise eine Lösung von Salz in Wasser) oder in ihren Phasen (wie beispielsweise eine Flüssigkeits-Feststoff-Suspension) homogen ist, kann es erwünscht sein, die Flüssigkeit in ihrer Gesamtheit oder nur in Teilen derselben zu transportieren. Viele Ansätze sind für ihren wahlfreien Transportmechanismus allgemein bekannt, wie beispielsweise in Filtertechnologie.
Zum Beispiel nutzt die Filtrationstechnologie die höhere und geringere Permeabilität eines Elements für ein Material oder einer Phase im Vergleich zu einem anderen Material oder einer anderen Phase aus. Es gibt eine Fülle von Stand der Technik auf diesem Gebiet, insbesondere auch mit Bezug auf die sogenannten Mikro-, Ultra- oder Nanofiltration. Einige der jüngeren Veröffentlichungen sind:

US-A-5,733,581 mit Bezug auf einen schmelzgeblasenen Faserfilter;
US-A-5,728,292 mit Bezug auf einen Nonwoven-Brennstofffilter;
WO-A-97/47375 mit Bezug auf Membranfiltersysteme;
WO-A-97/35656 mit Bezug auf Membranfiltersysteme;
EP-A-0 780 148 mit Bezug auf monolithische Membranstrukturen;
EP-A-0 733 058 mit Bezug auf oleophile Filterstrukturen.

Solche Membranen sind auch zur Verwendung in absorbierenden Systemen offenbart.
In US-A-4,820,293 (Kamme) sind absorbierende Körper offenbart, die in Kompressen oder Verbänden verwenden werden sollen, mit einer fluidabsorbierenden Substanz, die in einem Mantel eingeschlossen ist, der aus einem im Wesentlichen homogenen Material hergestellt ist. Das Fluid kann durch einen beliebigen Teil des Mantels in den Körper eintreten, und es ist kein Mittel vorgesehen, dass die Flüssigkeit den Körper verlassen kann.
Darin können fluidabsorbierende Materialien osmotische Effekte haben oder können Gel bildende absorbierende Substanzen sein, die in semi-permeablen Membranen eingeschlossen sind, wie Zellulose, regenerierte Zellulose, Zellulosenitrat, Zelluloseacetat, Zelluloseacetatbutyrat, Polykarbonat, Polyamid, Faserglas, Polysulfon oder Polytetrafluorethylen, mit Porengrößen von zwischen 0,001 μm und 20 μm, vorzugsweise zwischen 0,005 μm und 8 μm, insbesondere etwa 0,01 μm.
In einem solchen System sollte die Permeabilität der Membrane so ausgelegt sein, dass die absorbierte Flüssigkeit eindringen kann, aber derart, dass das absorbierende Material zurückgehalten wird.
Es wird deshalb erwünscht, Membranen mit hoher Permeabilität k und einer geringen Dicke d zu verwenden, um so eine hohe Flüssigkeitsdurchleitfähigkeit k/d der Schicht zu erreichen, wie dies hier nach beschrieben wird.
Dies kann erreicht werden durch Einbau von Promotern mit hohem Molekulargewicht (z.B. Polyvinylpyrrolidon mit einem hohen Molekulargewicht von 40.000), derart, dass die Membranen größere Poren haben können, die zu einer größeren Membranpermeabilität k führen. Die maximale Porengröße, die hier als für diese Anmeldung als nützlich angesehen wird, ist kleiner als 0,5 μm, wobei Porengrößen von etwa 0,01 μm oder weniger bevorzugt werden. Die Beispielhaften Materialien erlauben die Berechnung von k/d-Werten im Bereich von 3 bis 7 × 10^–14 m.
Da dieses System sehr langsam ist, kann der absorbierende Körper ferner für eine schnelle Ausscheidung von Fluiden ein Flüssigkeitsannahmemittel aufweisen, wie beispielsweise ein herkömmliches Annahmemittel, um für eine Zwischenspeicherung der Fluide zu sorgen, bevor diese langsam absorbiert werden.
Eine weitere Anwendung von Membranen in absorbierenden Paketen ist offenbart in US-A-5,082,723, EP-A-0,365,565 oder US-A-5,108,383 (White; Allied-Signal).
Darin wird ein osmotischer Promoter, nämlich ein Material mit hoher Ionenstärke, wie NaCl oder ein anderes Material mit hoher Osmolalität, wie Glucose oder Saccharose, in einer Membrane angeordnet, die beispielsweise aus Zellulosefilmen hergestellt ist. Wie bei der obigen Offenbarung kann ein Fluid durch einen beliebigen Teil des Mantels in den Körper eindringen und es ist kein Mittel vorgesehen, dass die Flüssigkeit den Körper verlassen könnte. Wenn diese Pakete von wasserhaltigen Flüssigkeiten berührt werden, wie Urin, sorgen die Promoter-Materialien, für eine osmotische Antriebskraft, um die Flüssigkeit durch die Membrane hindurch zu ziehen. Die Membranen sind dadurch gekennzeichnet, dass sie eine geringe Permeabilität für den Promoter haben, und die Pakete erreichten typische Durchsätze von 0,001 ml/cm²/min. Beim Berechnen von Membranen-Durchleitwerten k/d für die hier offenbarten Membranen ergeben sich Werte von etwa 1 bis 2 × 10^–15 m. Eine wesentliche Eigenschaft von Membranen, die in solchen Anwendungen nützlich sind, ist ihre "Salzretention", das heißt, während die Membranen von der Flüssigkeit ohne weiteres durchdrungen werden sollten, müssen sie eine wesentliche Menge des Promoter-Materials in den Taschen zurückhalten. Dieses Erfordernis einer Salzretention sorgt für eine Begrenzung der Porengröße, was den Flüssigkeitsfluss begrenzen wird.
US-A-5,082,723 (Gross et al.) offenbart ein osmotisches Material, wie NaCl, welches durch ein superabsorbierendes Material eingeschlossen ist, wie einem Copolymer einer Acrylsäure und einem Natriumacrylat, wodurch auf eine Verbesserung der Absorptionsfähigkeit abgezielt wird, wie beispielsweise eine verbesserte Absorptionskapazität auf einer "Gramm pro Gramm" Basis und einer verbesserten Absorptionsrate. Die WO 95/28139 offenbart eine Tampon mit zwei Flächen zum Sammeln eines Fluids, die durch ein Sieb mit Perforationen getrennt sind, so dass das Fluid von einer Fläche zu der anderen Fläche fließen kann.
Insgesamt werden solcher Fluidhandhabungselemente zum Verbessern der Absorptionsfähigkeit von Flüssigkeiten verwendet, haben aber nur eine sehr begrenzte Fluidtransportfähigkeit.
So bleibt nach wie vor ein Bedürfnis, die Flüssigkeitstransporteigenschaften zu verbessern, insbesondere, um die Fluss- und/oder Fluxraten in Flüssigkeitstransportsystemen zu steigern.
So ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Flüssigkeitstransportelement zu schaffen, das aus wenigstens zwei Regionen zusammengesetzt ist, die eine Differenz in der Permeabilität zeigen.
Es ist eine weitere Aufgabe, Flüssigkeitstransportelemente zu schaffen, die einen verbesserten Flüssigkeitstransport zeigen, wie sich dieser in signifikant erhöhten Flüssigkeits-Fließraten ausdrückt, und insbesondere in Flüssigkeits-Fluxraten, das heißt, der Menge einer Flüssigkeit, die in einer Zeiteinheit durch einen bestimmten Querschnitt des Flüssigkeitstransportelements hindurch fließt.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen solchen Flüssigkeitstransport gegen die Schwerkraft zu ermöglichen.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine solches verbessertes Flüssigkeitstransportelement für Fluide mit einem breiten Bereich von physikalischen Eigenschaften zu schaffen, wie beispielsweise für wasserhaltige (hydrophile) oder nicht wasserhaltige, ölige oder lipophile Flüssigkeiten.
Es ist eine weitere Aufgabe dieser Erfindung, Flüssigkeitstransportsysteme zu schaffen, die zusätzlich zu dem Flüssigkeitstransportelement eine Flüssigkeitssammelstelle und/oder Flüssigkeitsquelle aufweist.
Es ist noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen der obigen Gegenstände zur Verwendung in absorbierenden Strukturen bereit zu stellen, so dass sie in absorbierenden Hygieneprodukten nützlich sein können, wie in Babywindeln, Erwachsenen-Inkontinenzprodukten, Frauen-Schutzprodukten.
Es ist noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine der obigen Gestände zur Verwendung als Entwässerungssysteme, Absorber für Verschüttungen, Ölabsorber, Wasser-/Ölseparatoren bereit zu stellen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung ist ein Flüssigkeitstransportelement, welches wenigstens einen Bulkbereich und einen luftundurchlässigen Wandbereich aufweist, der den Bulkbereich vollständig umgibt, und wobei der Wandbereich ferner wenigstens einen luftundurchlässigen Eingangs-Anschlussbereich und wenigstens einen luftundurchlässigen Ausgangs-Anschlussbereich aufweist, wobei der Bulkbereich eine mittlere Fluiddurchlässigkeit k_b hat, welche höher ist als die mittlere Fluiddurchlässigkeit k_p der Anschlussbereiche. Der Anschlussbereich hat eine Fluidpermeabilität von wenigstens 10^–11 m² oder von wenigstens 10^–8 m², ganz bevorzugt von wenigstens 10^–7 m², äußerst bevorzugt von wenigstens 10^–5 m², und die Anschlussbereiche und der Bulkbereich haben eine Fluidpermeabilität von wenigstens 10^–11 m², vorzugsweise von wenigstens 10^–8 m², ganz bevorzugt von wenigstens 10^–7 m², äußerst bevorzugt von wenigstens 10^–5 m²; es hat Poren von mehr als 200 μm und/oder eine Porosität von wenigstens 80%.
Die Anschlussbereiche haben ein Verhältnis von Fluidpermeabilität zur Dicke in Richtung des Fluidtransports, k_p/d_p von wenigstens 3 × 10^–15 m, vorzugsweise von wenigstens 7 × 10^–14 m, ganz bevorzugt von wenigstens 3 × 10^–10 m, noch bevorzugter von wenigstens 8 × 10^–8 m oder sogar von wenigstens 5 × 10^–7 m und äußerst bevorzugt von wenigstens 10^–5 m; die Anschlussbereiche haben Poren von 1 μm bis 50 μm.
Die Porengröße, so wie sie hier verwendet wird, ist die mittlere Porengröße. In bevorzugten Ausführungsformen ist die vorliegende Erfindung ein Flüssigkeitstransportelement, in welchem eine erste Region des Elements Materialien umfasst, welche in Kontakt mit einem zusätzlichen Element stehen, welches sich in eine benachbarte zweite Region erstreckt, ohne dabei die Funktionalität der ersten Region zu erstrecken. Eine spezielle Ausführungsform umfasst ein zusätzliches Element, das sich von dem Wandbereich in den äußeren Bereich erstreckt, vorzugsweise mit einem Kapillardruck zum Absorbieren der Flüssigkeit, der geringer ist als der Blasenpunktdruck des Elements. Dieses zusätzliche Element kann eine Weichheitsschicht umfassen.
In einer weiteren Ausführungsform hat der Bulkbereich eine mittlere Porengröße von wenigstens 200 μm, vorzugsweise von wenigstens 500 μm, ganz bevorzugt von wenigstens 1000 μm und äußerst bevorzugt von wenigstens 5000 μm.
In der weiteren Ausführungsform hat der Bulkbereich eine Porosität von wenigstens 80%, ganz bevorzugt von wenigstens 90%, noch bevorzugter von wenigstens 98% und äußerst bevorzugt von wenigstens 99%.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform beträgt das Verhältnis der Permeabilität des Bulkbereichs zur Permeabilität des Anschlussbereichs wenigstens 10, vorzugsweise wenigstens 100, ganz bevorzugt wenigstens 1000 und noch bevorzugter wenigstens 100.000.
In einer noch weiteren bevorzugten Ausführungsform hat das Element einen Blasenpunktdruck, gemessen mit Wasser als Testflüssigkeit, das eine Oberflächenspannung von 72 mN/m aufweist, von wenigstens 1 kPa, vorzugsweise von wenigstens 2 kPa, noch bevorzugter von wenigstens 4,5 kPa, sogar noch bevorzugter von 8,0 kPa, äußerst bevorzugt von 50 kPa hat.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform hat der Anschlussbereich einen Blasenpunktdruck, gemessen mit Wasser als Testflüssigkeit mit einer Oberflächenspannung von 72 mN/m, von wenigstens 1 kPa, vorzugsweise von wenigstens 2 kPa, ganz bevorzugt von wenigstens 4,5 kPa, noch bevorzugter von 8,0 kPa, äußerst bevorzugt von 50 kPa, oder gemessen mit einer wasserhaltigen Testlösung mit einer Oberflächenspannung von 33 mN/m, von wenigstens 0,67 kPa, vorzugsweise von wenigstens 1,3 kPa, äußerst bevorzugt von wenigstens 3,0 kPa, noch bevorzugter von wenigstens 5,3 kPa, äußerst bevorzugt von wenigstens 33 kPa.
In einer besonderen Ausführungsform verliert das Flüssigkeitstransportelement gemäß der vorliegenden Erfindung wenigstens 3% des anfänglichen Flüssigkeitsgewichts, wenn es dem Test im geschlossenen System ausgesetzt wird, wie dies nachfolgend beschrieben wird.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform hat der Bulkbereich eine größere mittlere Porengröße als die Anschlussbereiche, derart, dass das Verhältnis der mittleren Porengröße des Bulkbereich zu der mittleren Porengröße des Anschlussbereichs vorzugsweise wenigstens 10, ganz bevorzugt wenigstens 50, noch bevorzugter wenigstens 100 oder sogar wenigstens 500 und äußerst bevorzugt wenigstens 1000 beträgt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform hat der Anschlussbereich eine Porosität von wenigstens 10%, ganz bevorzugt wenigstens 20%, noch bevorzugter wenigstens 30% und äußerst bevorzugt von wenigstens 50%.
Die Anschlussbereiche haben eine mittlere Porengröße von nicht mehr als 50 μm, ganz bevorzugt von nicht mehr als 10 μm und äußerst bevorzugt von nicht mehr als 5 μm. die Anschlussbereiche haben eine Porengröße von wenigstens 1 μm, ganz bevorzugt wenigstens 3 μm.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform haben die Anschlussbereiche eine mittlere Dicke von nicht mehr als 100 μm, vorzugsweise von nicht mehr als 50 μm, ganz bevorzugt von nicht mehr als 10 μm und äußerst bevorzugt von nicht mehr als 5 μm.
In einer bevorzugten Ausführungsform haben die Bulkbereiche und die Wandbereiche ein Volumenverhältnis (Bulk-zu-Wandbereich) von wenigstens 10, vorzugsweise wenigstens 100, ganz bevorzugt wenigstens 1000 und noch bevorzugter wenigstens 10.000.
In einer weiteren spezifischen Ausführungsform, insbesondere zum Transportieren von wasserhaltigen Flüssigkeiten, ist der Anschlussbereich hydrophil und vorzugsweise aus Materialien mit einem zurückgehenden Kontaktwinkel für die zu transportierende Flüssigkeit von weniger als 70 Grad, vorzugsweise weniger als 50 Grad, ganz bevorzugt weniger als 20 Grad und noch bevorzugter weniger als 10 Grad.
Vorzugsweise vermindern die Anschlussbereiche die Flüssigkeits-Oberflächenspannung der zu transportierenden Flüssigkeit nicht wesentlich.
In einer weiteren spezifischen Ausführungsform, insbesondere zum Transportieren von öligen Flüssigkeiten, ist der Anschlussbereich oleophil und vorzugsweise aus Materialien hergestellt, die einen zurückgehenden Kontaktwinkel für die zu trans portierende Flüssigkeit von weniger als 70 Grad, vorzugsweise weniger als 50 Grad, ganz bevorzugt weniger als 20 Grad und noch bevorzugter weniger als 10 Grad haben.
In einer weiteren spezifischen Ausführungsform kann das Flüssigkeitstransportelement bei Kontakt mit einer Flüssigkeit expandierbar und bei Entfernung derselben kollabierbar sein.
In weiteren spezifischen Ausführungsformen kann das Element eine flächenartige oder zylindrische Form haben, optional ist der Querschnitt des Elements, entlang der Flüssigkeitstransportrichtung nicht konstant. Ferner können die Anschlussbereiche eine größere Fläche als dem mittleren Querschnitt des Elements entlang der Flüssigkeitstransportrichtung haben, vorzugsweise haben die Anschlussbereiche eine Fläche, die größer ist als der mittlere Querschnitt des Elements entlang der Richtung des Flüssigkeitstransports um wenigstens einen Faktor von 2, vorzugsweise einem Faktor von 10, äußerst bevorzugt einem Faktor von 100.
In einer weiteren spezifischen Ausführungsform umfasst das Element ein Bulk- oder Anschlussmaterial, welches während des Flüssigkeitstransports expandieren und wieder zusammenfallen kann und vorzugsweise einen Volumenexpansionsfaktor von wenigstens 5 zwischen dem Ursprungszustand und bei Aktivierung, das heißt, voll in eine Flüssigkeit eingetaucht, hat.
In einer weiteren spezifischen Ausführungsform umfasst der Bulkbereich ein Material, ausgewählt aus den Gruppen von Fasern, Teilchen, Schäumen, Spiralen, Folien, korrugierten Flächengebilden oder Röhren.
In einer weiteren spezifischen Ausführungsform umfasst der Wandbereich ein Material, ausgewählt aus den Gruppen von Fasern, Teilchen, Schäumen, Spiralen, Folien, geriffelten Flächengebilden, Röhren, Gewebebahnen, Gewebe-Fasermaschen, mit Öffnungen versehenen Filmen oder monolithische Filme.
In einer weiteren spezifischen Ausführungsform kann der Bulk- oder Wandbereich ein offenzelliger retikulierter Schaum sein, vorzugsweise ein Schaum ausgewählt aus der Gruppe von Zelluloseschwamm, Polyurethanschaum, HIPE-Schäume.
In noch einer weiteren spezifischen Ausführungsform umfasst das Flüssigkeitstransportelement Fasern, welche herstellt sind aus Polyolefinen, Polyestern, Polyamiden, Polyettern, Polyacrylen, Polyurethanen, Metall, Glas, Zellulose, Zellulosederivaten.
In noch einer weiteren Ausführungsform wird das Flüssigkeitstransportelement hergestellt durch einen porösen Bulkbereich, der durch einen separaten Bandbereich umhüllt ist. In einer speziellen Ausführungsform kann das Element wasserlösliche Materialien aufweisen, zum Beispiel, um eine Permeabilität oder Porengröße bei Kontakt mit der Flüssigkeit in den Bulk- oder Anschlussbereichen zu erhöhen.
In weiteren spezifischen Ausführungsformen wird das Flüssigkeitstransportelement anfänglich durch eine Flüssigkeit benetzt oder im Wesentlichen gefüllt oder befindet sich unter einem Vakuum.
Ein Flüssigkeitstransportelement kann besonders geeignet sein zum Transport von auf Wasser basierenden Flüssigkeiten, viskoelastischen Flüssigkeiten oder für Körperausscheidungen, wie Urin, Blut, Menstruationsfluide, Stuhl oder Schweiß.
Ein Flüssigkeitstransportelement kann auch für den Transport von Öl, Fett oder andere, nicht auf Wasserbasierende Flüssigkeiten geeignet sein und es kann besonders geeignet sein für einen wahlfreien Transport von Öl oder Fett, nicht aber auf Wasser basierenden Flüssigkeiten. In einer speziellen Anwendung können die Anschlussbereiche hydrophob sein.
In noch einer weiteren spezifischen Ausführungsform müssen die Eigenschaften oder Parameter eines der Bereiche des Elements oder das Element selbst nicht während des Transportes des Elements von seiner Produktion zu seiner vorgesehenen Verwendung aufrecht erhalten werden, sondern diese können kurz vorher oder zum Zeitpunkt der Flüssigkeitshandhabung etabliert werden. Dies kann erreicht werden, indem die Aktivierung des Elements erfolgt, wie beispielsweise bei Kontakt mit der transportierten Flüssigkeit, durch einen pH-Wert, durch die Temperatur, durch ein Enzym, durch chemische Reaktion, durch eine Salzkonzentration oder durch eine mechanische Aktivierung. Der Anschlussbereich kann ferner ein durch einen Stimulus aktivierbares Membranmaterial aufweisen, wie beispielsweise eine Membrane, die bei einer Temperaturänderung ihre Hydrophilizität verändert.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft die Kombination eines Flüssigkeitstransportelements mit einer Quelle einer Flüssigkeit und/oder dem Abfluss für eine Flüssigkeit, wobei wenigstens eines dieser außerhalb des Elements positioniert ist.
In einer spezifischen Ausführungsform hat ein Flüssigkeitstransportsystem, das ein Flüssigkeitstransportelement gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst, ein Absorptionskapazität von wenigstens 5 g/g, vorzugsweise wenigstens 10 g/g, ganz bevorzugt wenigstens 20 g/g, auf Gewichtsbasis des Abflussmaterials, gemessen im Test zur Absorptionsfähigkeit auf Abruf.
In noch einer weiteren spezifischen Ausführungsform enthält das Flüssigkeitstransportsystem ein Abflussmaterial, das eine Absorptionskapazität von wenigstens 10 g/g, vorzugsweise wenigstens 20 g/g und ganz bevorzugt wenigstens 50 g/g auf der Basis des Gewichts des Abflussmaterials hat, wenn dieses dem Teebeutel-Zentrifugenkapazitätstest ausgesetzt wird. In einer weiteren Ausführungsform hatte das Abflussmaterial eine Absorptionskapazität von wenigstens 5 g/g, vorzugsweise wenigstens 10 g/g, ganz bevorzugt wenigstens 50 g/g, gemessen in dem Kapillar-Saugtest bei einem Druck bis zum Blasenpunktdruck des Anschlussbereichs, und es hat eine Absorptionskapazität von weniger als 5 g/g, vorzugsweise weniger als 2 g/g, ganz bevorzugt weniger als 1 g/g und äußerst bevorzugt weniger als 0,2 g/g, gemessen im Kapillar-Saugtest bei einem Druck, der dem Blasenpunktdruck des Bereichs übersteigt.
In bestimmten spezifischen Ausführungsformen enthält das Flüssigkeitstransportelement auch superabsorbierende Materialien oder einen Schaum, der entsprechend der Polymerisation einer Emulsion mit hoher innerer Phase hergestellt wird.
Ein noch weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf einen Artikel mit einem Flüssigkeitstransportelement oder einem Flüssigkeitstransportsystem gemäß der vorliegenden Erfindung, wie beispielsweise einen absorbierenden Artikel oder einen absorbierenden Einwegartikel mit einem Flüssigkeitstransportelement. Eine Anwendung, welche besonders von der Verwendung von Elementen gemäß der vorliegenden Erfindung profitieren kann, ist ein wegwerfbarer absorbierende Hygieneartikel, wie eine Baby- oder Erwachsenen-Inkontinenzwindel, ein Frauen-Schutzpad, eine Höscheneinlage, ein Übungshöschen. Weitere geeignete Anwendungen können für einen Verband oder für andere absorbierende Gesundheitspflegesysteme gefunden werden. In einem Aspekt kann der Artikel ein Wassertransportsystem oder -element sein, das optional die Transportfunktionalität mit einer Filtrationsfunktionalität kombiniert, zum Beispiel durch Reinigen von Wasser, welches transportiert wird. Auch das Element kann bei einem Reinigungsvorgang nützlich sein, indem es Flüssigkeiten entfernt oder indem es Fluide in einer kontrollierten Weise frei gibt. Ein Flüssigkeitstransportelement gemäß der vorliegenden Erfindung kann auch ein Öl- oder Fettabsorber sein oder kann zur Separation von öl- und wasserhaltigen Flüssigkeiten verwendet werden.
Noch ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf das Verfahren zum Herstellen eines Flüssigkeitstransportelements, wobei das Verfahren die Schritte umfasst

a) Bereitstellen eines Bulk- oder Innenmaterials;
b) Bereitstellen eines Wandmaterials mit einem Anschlussbereich;
c) Vollständiges Einschließen des Bulkbereichmaterials durch das Wandmaterial;
d) Bereitstellen eines den Transport ermöglichenden Mittels ausgewählt aus d1) Vakuum; d2) Flüssigkeitsfüllung; d3) expandierbare Gummis/Federn.

Optional kann das Verfahren den Schritt umfassen

e) Anwenden eines Aktivierungsmittels als e1) ein sich bei Flüssigkeit auflösender Anschlussbereich; e2) ein sich bei Flüssigkeit auflösende dehnbare Elastifikation/Federn; e3) entfernbares Freigabeelement; e4) entfernbare dichtende Packung.

In einer weiteren Ausführungsform kann das Verfahren die Schritte umfassen

a) Einwickeln eines hoch porösen Bulkmaterials mit einem separaten Bandmaterial, das wenigstens eine durchlässige Anschlussregion enthält,
b) vollständiges Abdichten der Wandregion,
und c) Evakuieren des Elemente von im Wesentlichen Luft.

In einer weiteren spezifischen Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner den Schritt des Benetzens des Elements oder des teilweisen oder im Wesentlichen vollständigen Befüllen des Elements mit Flüssigkeit.
In einer weiteren spezifischen Ausführungsform umfasst das Verfahren zusätzlich den Schritt des Abdichtens des Elements mit einer bei Flüssigkeit lösbaren Schicht wenigstens in den Anschlussbereichen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1: Schematisches Diagramm eines herkömmlichen offenen Siphons.
2: Schematisches Diagramm eines Flüssigkeitstransportelements gemäß der vorliegenden Erfindung.
3A, 3B: Herkömmliches Siphonsystem und ein Flüssigkeitstransportelement gemäß der vorliegenden Erfindung.
4: Schematische Schnittansicht durch ein Flüssigkeitstransportelement.
5A, 5B, 5C: Schematische Darstellung für die Bestimmung einer Einschlussbereichdicke.
6: Korrelation von Permeabilität und Blasenpunktdruck.
7 bis 12A, 12B: Schematische Diagramme verschiedener Ausführungsformen eines Flüssigkeitstransportelements gemäß der vorliegenden Erfindung.
13A, 13B, 13C: Flüssigkeitstransportsysteme gemäß der vorliegenden Erfindung.
14: Schematisches Diagramm eines absorbierenden Artikels.
15 bis 16A, 16B; Absorbierender Artikel mit einem Flüssigkeitstransportelement.
17A, 17B bis 18A, 18B, 18C, 18D: Spezifische Ausführungsformen eines Flüssigkeitstransportelements.
19 bis 20A, 20B: Flüssigkeitspermeabilitätstest.
21A, 21B, 21C, 21D: Kapillarabsorptionstest.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Allgemeine Definitionen
Wie hier verwendet, bezieht sich ein "Flüssigkeitstransportelement" auf ein Material oder eine Kombination von Materialien, welche/welches in der Lage ist, Flüssig keiten zu transportieren. Ein solches Element enthält wenigstens zwei Bereiche, einen "inneren" Bereich, für welchen der Ausdruck "Bulk"-Bereich ersatzweise verwendet werden kann, und einen Wandbereich mit wenigstens einem "Anschluss"-Bereich. Die Ausdrücke "innere" und "äußere" beziehen sich auf die relative Positionierung der Bereiche, nämlich in der Bedeutung, dass der äußere Bereich im Wesentlichen den inneren Bereich umgibt, so wie beispielsweise der Wandbereich einen Bulkbereich umgibt.
Wie hier verwendet, bezieht sich der Ausdruck "Z-Abmessung" auf die Abmessung orthogonal zur Länge und zur Breite des Flüssigkeitstransportelements oder des Artikels. Die Z-Abmessung entspricht gewöhnlich der Dicke des Flüssigkeitstransportelements oder des Artikels. Wie hier verwendet, bezieht sich der Ausdruck "X-Y-Abmessung" auf die Ebene orthogonal zur Dicke des Elements oder Artikels. Die X-Y-Abmessung korrespondiert gewöhnlich mit der Länge bzw. Breite des Flüssigkeitstransportelements oder Artikels. Der Ausdruck Schicht kann auch auf ein Element angewendet werden, welches – wenn es in sphärischen oder zylindrischen Koordinaten beschrieben wird – in einer radialen Richtung viel weniger weit erstreckt als in den anderen. Zum Beispiel würde die Höhe eines Ballons als eine Schicht in diesem Kontext angesehen werden, wobei die Hülle den Wandbereich definieren würde und das luftgefüllte Innenteil den inneren Bereich.
Wie hier verwendet, bezieht sich der Ausdruck "Schicht" auf einen Bereich, dessen primäre Abmessung X-Y ist, das heißt, entlang ihrer Länge und Breite. Es sollte so verstanden sein, dass der Ausdruck Schicht nicht notwendigerweise beschränkt ist auf einzelne Schichten oder Flächengebilde eines Materials. So kann die Schicht Laminate oder Kombinationen von mehreren Flächengebilden oder Bahnen des notwendigen Materialtyps umfassen. Demgemäß umfasst der Ausdruck "Schicht" die Ausdrücke "Schichten" und "geschichtet".
Für Zwecke dieser Erfindung sollte es auch so verstanden sein, dass sich der Ausdruck "obere" auf Elemente, Artikel, wie beispielsweise Schichten, bezieht, die während der vorgesehenen Verwendung oben positioniert sind (das heißt, gegen den Schwerkraftvektor orientiert sind). Zum Beispiel ist mit einem Flüssigkeitstransportelement, dass dazu gedacht ist, eine Flüssigkeit von einem "unteren" Reservoir" zu einem "oberen" zu transportieren, gemeint, dass dieses gegen die Schwerkraft transportiert.
Alle Prozentangaben, Verhältnisse und Anteile, die hier verwendet werden, werden gewichtsabhängig berechnet, sofern dies nicht anders angegeben ist.
Wie hier verwendet, bezieht sich der Ausdruck "absorbierende Artikel" auf Vorrichtungen, welche Körperausscheidungen absorbieren und aufnehmen, und bezieht sich insbesondere auf Vorrichtungen, welche an oder in der Nähe des Körpers des Trägers angeordnet sind und die verschiedenen Ausscheidungen, die vom Körper abgegeben werden, absorbieren und aufnehmen. Wie hier verwendet, umfasst der Ausdruck "Körperfluide" Urin, Menstruationsfluide und vaginale Ausscheidungen, Schweiß und Stuhl, ist aber nicht darauf beschränkt.
Der Ausdruck "Einweg", wie hier verwendet, beschreibt absorbierende Artikel, welche nicht dazu gedacht sind, gewaschen oder in anderer Weise wieder hergestellt oder als absorbierende Artikel wieder verwendet zu werden (das heißt, sie sind dazu gedacht, nach der Benutzung weg geworfen und vorzugsweise wieder aufbereitet, kompostiert oder in anderer umweltverträglichen Art deponiert zu werden).
Wie hier verwendet, bezieht sich der Ausdruck "absorbierender Kern" auf die Komponente des absorbierenden Artikels, die primär verantwortlich ist für Fluidhandhabungseigenschaften des Artikels, einschließlich dem Annehmen, Transportieren, Verteilen und Speichern von Körperfluiden. Als Solches muss der absorbierende Kern typischerweise nicht die Decklage oder Außenlage des absorbierenden Artikels enthalten.
Ein Element oder Material kann durch eine bestimmte Struktur beschrieben werden, wie beispielsweise eine Porosität, welche durch das Verhältnis des Volumens des Feststoffmaterials des Elements oder Materials zum Gesamtvolumens des Elements oder Materials definiert ist. Zum Beispiel kann für eine Faserstruktur aus Polypropylenfasern die Porosität aus dem spezifischen Gewicht (Dichte) der Struktur, der Dicke und dem spezifischen Gewicht (Dichte) der Polypropylenfaser berechnet werden: VLücke/Vtotal = (1 – PBulk/pMaterial)
Der Ausdruck "aktivierbar" bezieht sich auf die Situation, in welcher eine bestimmte Fähigkeit durch ein bestimmtes Mittel eingeschränkt wird, derart, dass bei Freigabe dieses Mittels eine Reaktion, wie beispielsweise eine mechanische Reaktion, erfolgt. Falls zum Beispiel eine Feder durch eine Klammer zusammengehalten wird (und somit aktivierbar sein würde), führt ein Freigeben der Klammer zu einem Aktivieren der Expansion der Feder. Für solche Federn oder anderen Elemente, Materialien oder Systeme mit einem elastischen Verhalten kann die Expansion durch das Elastizitätsmodul definiert werden, wie dies im Stand der Technik allgemein bekannt ist.
Grundprinzipien und Definitionen
Der Flüssigkeitstransportmechanismus in herkömmlichen Kapillarflusssystemen.
Ohne durch eine der folgenden Erläuterungen gebunden sein zu wollen, kann der grundlegende Funktionsmechanismus der vorliegenden Erfindung am besten durch einen Vergleich desselben mit herkömmlichen Materialien erläutert werden.
In Materialien, für welche der Flüssigkeitstransport auf einem Kapillardruck als die Antriebskraft basiert, wird die Flüssigkeit durch die Interaktion der Flüssigkeit mit der Oberfläche der Poren in die Poren gezogen, die anfänglich trocken waren. Das Füllen der Poren mit der Flüssigkeit ersetzt die Luft in diesen Poren. Falls ein solches Material wenigstens teilweise gesättigt ist und falls ferner eine hydrostatische, kapillare oder osmotische Saugkraft auf wenigstens eine Region dieses Materials aufgebracht wird, wird die Flüssigkeit aus diesem Material desorbiert, wenn der Saugdruck größer ist als der Kapillardruck, der die Flüssigkeit in den Poren des Materials zurückhält (siehe z.B. in "Dynamics of fluids in porous media", von J. Bear, Haifa, veröffentlicht Dover Publications Inc. NY, 1988).
Bei einer Desorption wird Luft in die Poren solcher herkömmlichen Kapillarflussmaterialien eindringen. Falls zusätzliche Flüssigkeit verfügbar ist, kann diese Flüssigkeit wieder durch Kapillardruck in die Poren gezogen werden. Falls daher ein herkömmliches Kapillarflussmaterial an einem Ende mit einer Flüssigkeitsquelle (z.B. einem Reservoir) verbunden ist und an dem anderen Ende mit einem Flüssigkeitsabfluss (z.B. einer hydrostatischen Saughöhe), beruht der Flüssigkeitstransport durch dieses Material auf der Absorption/Desorption und Reabsorptionszyklus der einzelnen Poren, wobei die Kapillarkraft an der Flüssigkeit/Luft-Grenzfläche die innere Antriebskraft für die Flüssigkeit durch das Material bereit stellt.
Dies steht im Gegensatz zu dem Transportmechanismus für Flüssigkeiten durch Transportelemente gemäß der vorliegenden Erfindung.
Siphon-Analogie
Eine vereinfachende Erläuterung der Funktionsweise der vorliegenden Erfindung kann damit beginnen, diese mit einem Siphon (siehe 1) zu vergleichen, der aus Drainagesystemen als eine Rohrleitung in Form eines liegenden "S" (101) bekannt ist. Das Prinzip davon ist, dass – wenn die Rohrleitung (102) mit Flüssigkeit (103) gefüllt ist – bei Erhalt einer weiteren Flüssigkeit (wie durch 106 angegeben) –, die an einem Ende in den Siphon eintritt, nahezu unmittelbar Flüssigkeit den Siphon an dem anderen Ende verlässt (wie durch 107 angegeben), da – weil der Siphon mit nicht komprimierbarer Flüssigkeit gefüllt ist – das Eintreten von Flüssigkeit die Flüssigkeit in dem Siphon unmittelbar verschiebt und die Flüssigkeit an dem anderen Ende dazu zwingt, aus dem Siphon auszutreten, wenn es eine Druckdifferenz für die Flüssigkeit zwischen dem Eintrittspunkt und dem Austrittspunkt des Siphons gibt. In einem solchen Siphon tritt die Flüssigkeit durch einen offenen Oberflächeneinlass in das System ein und verlässt dieses durch Ausgangs-"Anschlussbereiche" (104) bzw. 105).
Der Antriebsdruck, um die Flüssigkeit entlang des Siphons zu bewegen, kann über eine Vielzahl von Mechanismen erhalten werden. Falls sich zum Beispiel der Eingang an einer höheren Position als der Ausgang befindet, wird die Schwerkraft eine hydrostatische Druckdifferenz erzeugen, die einen Flüssigkeitsfluss durch das System erzeugt.
Falls alternativ der Ausgangsanschluss höher liegt als der Eingangsanschluss und die Flüssigkeit gegen die Schwerkraft transportiert worden ist, wird die Flüssigkeit durch diesen Siphon nur dann hindurch fließen, wenn eine äußere Druckdifferenz, die größer ist als die hydrostatische Druckdifferenz, angewendet wird. Eine Pumpe könnte zum Beispiel genügend Saugkraft oder Druck erzeugen, um die Flüssigkeit durch diesen Siphon zu bewegen. So wird ein Flüssigkeitsfluss durch einen Siphon oder ein Rohr durch eine gesamte Druckdifferenz zwischen seinem Eingangs- und Ausgangs-Anschlussbereich bewirkt. Dies kann durch allgemein bekannte Modelle beschrieben werden, wie sie in der Bernoulli-Gleichung ausgedrückt wird.
Die Analogie der vorliegenden Erfindung zu diesem Prinzip ist schematisch in 2 als eine spezifische Ausführungsform dargestellt. Darin muss das Flüssigkeitstransportelement (201) nicht unbedingt S-förmig sein, sondern kann eine geradlinige Röhre (202) sein. Das Flüssigkeitstransportelement kann mit einer Flüssigkeit (203) gefüllt sein, falls der Eingang und der Ausgang des Transportelements durch Eingangsanschlussmaterialien (204) und Ausgangsanschlussmaterialien (205) überdeckt sind. Bei Erhalt einer zusätzlichen Flüssigkeit (angegeben durch 206), die ohne Weiteres durch das Eingangsanschlussmaterial (204) hinein dringt, wird die Flüssigkeit (207) unmittelbar das Element durch den Ausgangsbereich (205) durch das Ausgangsanschlussmaterial hindurch verlassen.
So besteht ein wichtiger Unterschied des Prinzips darin, dass die Eingangs- und/oder Ausgangsanschlüsse keine offenen Oberflächen sind, sondern spezielle Permeabilitätsanforderungen aufweisen, wie sie in größerem Detail nachfolgend erläutert werden, die Luft oder Gas daran hindern, in das Transportelement einzudringen, so dass das Transportelement mit Flüssigkeit gefüllt bleibt.
Ein Flüssigkeitstransportelement gemäß der vorliegenden Erfindung kann mit ein oder mehreren Flüssigkeitsquellen und/oder Sammelstellen kombiniert werden, um ein Flüssigkeitstransportsystem zu bilden. Solche Flüssigkeitsquellen oder – sammelstellen können an das Transportelement, wie beispielsweise an dem Eingangs- und/oder Ausgangsbereich, angebracht werden, oder die Sammelstelle oder die Quelle können mit dem Element einstückig sein. Eine Flüssigkeitssammelstelle kann – zum Beispiel – einstückig mit dem Transportelement sein, wenn das Transportelement sein Volumen expandieren kann, um dadurch die transportierte Flüssigkeit aufzunehmen.
Eine weitere vereinfachende Analogie zu einem Siphonsystem im Vergleich zu einem Flüssigkeitstransportsystem kann in 3A (Siphon) und 3B (vorliegende Erfindung) erkannt werden. Wenn ein Flüssigkeits(Quelle)-Reservoir (301) mit einem unteren (in Richtung der Schwerkraft) Flüssigkeits(Sammelstelle)-Reservoir (302) durch eine herkömmliche Röhre oder Rohr mit offenen Enden (303) in Form eines umgekehrten "U" (oder "J") verbunden wird, kann die Flüssigkeit von dem oberen zu dem unteren Reservoir nur dann fließen, wenn die Röhre mit Flüssigkeit gefüllt gehalten wird, indem das obere Ende in Flüssigkeit eingetaucht ist. Falls Luft in das Rohr eintreten kann, wie beispielsweise durch Entfernen des oberen Endes (305) aus der Flüssigkeit, wird der Transport unterbrochen und muss die Röhre neu gefüllt werden, um wieder funktionsbereit zu sein.
Ein Flüssigkeitstransportelement gemäß der vorliegenden Erfindung würde sehr ähnlich in einer analogen Anordnung aussehen, mit Ausnahme der Enden des Transportelements, dem Eingangs- (305) und Ausgangsanschluss (306), die Eingangs- und Ausgangs-Anschlussmaterialien mit speziellen Permeabilitätsanforderungen aufweisen, wie sie in größerem Detail nachfolgend erläutert werden, anstelle offener Flächen. Die Eingangs- und Ausgangsmaterialien verhindern, dass Luft oder Gas in das Transportelement eindringen, und behalten dadurch die Flüssigkeitstransportfähigkeit selbst dann, wenn der Eingang nicht in das Reservoir der Flüssigkeitsquelle eingetaucht ist. Falls das Transportelement nicht in das Reservoir der Flüssigkeitsquelle eingetaucht ist, wird der Flüssigkeitstransport offensichtlich gestoppt, kann aber unmittelbar bei Wiedereintauchung beginnen.
Umfassender ausgedrückt betrifft die vorliegende Erfindung den Flüssigkeitstransport, der auf eine direkte Saugwirkung statt auf Kapillarität beruht. Demnach wird die Flüssigkeit durch einen Bereich hindurch transportiert, durch welchen im Wesentlichen keine Luft (oder ein anderes Gas) in dieses Element eindringen sollte (oder wenigstens nicht in einer signifikanten Menge). Die Antriebskraft für den Flüssigkeitsfluss durch ein solches Element kann durch einen Flüssigkeitsabfluss und eine Flüssigkeitsquelle in Flüssigkeitskommunikation mit dem Element, entweder extern oder intern, erzeugt werden.
Es gibt eine Vielzahl von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, von denen einige nachfolgend in größerem Detail besprochen werden. Zum Beispiel kann es Elemente geben, in welchen die Eingangs- und/oder Ausgangsanschlussmaterialien deutlich unterschiedlich von dem inneren oder Bulkbereich sind, oder es kann Elemente mit einer allmählichen Veränderung in ihren Eigenschaften geben oder es kann Ausführungen von Elementen geben, bei welchen die Quelle oder der Abfluss mit dem Transportelement einstückig ist oder in welchen sich das Eintreten von Flüssigkeit hinsichtlich von Art oder Eigenschaften gegenüber dem Verlassen des Elementes durch die Flüssigkeit unterscheidet.
Ferner basieren alle Ausführungsformen auf einen Eingangs- oder Ausgangsanschlussbereich mit einer für die transportierte Flüssigkeit sowie für das Umgebungsgas, wie beispielsweise Luft, unterschiedlichen Permeabilität in Bezug zu dem Inner-Bulkbereich.
In dem Kontext der vorliegenden Erfindung bezieht sich der Ausdruck "Flüssigkeit" auf Fluide, die aus einer kontinuierlichen flüssigen Phase bestehen, optional mit einer diskontinuierlichen Phase, wie einer nicht mischbaren flüssigen Phase oder Feststoffen oder Gasen, um so eine Suspension, Emulsionen oder dergleichen zu bilden. Die Flüssigkeit kann in ihrer Zusammensetzung homogen sein, Sie kann ein Gemisch aus mischbaren Flüssigkeiten sein, sie kann eine Lösung aus Feststoffen oder Gasen in einer Flüssigkeit sein und Ähnliches mehr. Nicht beschränkende Beispiele für Flüssigkeiten, die durch Elemente gemäß der vorliegenden Erfindung transportiert werden können, umfassen Wasser, rein oder mit Zusatzstoffen oder Verunreinigungen, Salzlösungen, Urin, Blut, Menstruationsfluide, Stuhlmaterial, über einen breiten Bereich von Konsistenzen und Viskositäten, Öl, Lebensmittelfett, Lotionen, Cremes und dergleichen.
Der Ausdruck "transportierte Flüssigkeit" oder "Transportflüssigkeit" bezieht sich auf die Flüssigkeit, welche durch das Transportelement tatsächlich transportiert wird, das heißt, diese kann die Gesamtheit einer homogenen Phase sein oder sie kann das Lösungsmittel in einer Phase mit gelöstem Material sein, zum Beispiel das Wasser einer wässrigen Salzlösung, oder sie kann eine Phase in einer mehrphasigen Flüssigkeit sein oder sie die Gesamtheit der Mehrkomponenten- oder Multiphasenflüssigkeit sein. Somit wird ohne weiteres klar, für welches Flüssigkeit die jeweiligen Flüssigkeitseigenschaften, zum Beispiel die Oberflächenenergie, Viskosität, Dichte, etc. für verschiedene Ausführungsformen relevant sind.
Obwohl häufig die in das Flüssigkeitstransportelement eintretende Flüssigkeit gleich ist oder vom gleichen Typ ist, wie die Flüssigkeit, die das Element verlässt oder darin gespeichert wird, muss dies nicht notwendigerweise der Fall sein. Zum Beispiel dann, wenn das Flüssigkeitstransportelement mit einer wässrigen Flüssigkeit gefüllt ist, und – bei geeignetem Design – eine ölhaltige Flüssigkeit von dem Element aufgenommen wird, kann die wässrige Phase das Element zuerst verlassen. In diesem Fall könnte die wässrige Phase als "austauschbare Flüssigkeit" angesehen werden.
Geometrische Beschreibung von Transportelementbereichen
Ein Flüssigkeitstransportelement im Sinne der vorliegenden Erfindung muss wenigstens zwei Bereiche aufweisen – einen "Bulkbereich" und einen "Wandbereich" mit wenigstens einer flüssigkeitsdurchlässigen "Eingangs-Anschlussregion" und einer "Ausgangs-Anschlussregion". Die Geometrie und insbesondere die Anforderung an den Wandbereich, den Bulkbereich vollständig zu umschließen, wird durch die folgende Beschreibung definiert (siehe 4), welche ein Transportelement zu einem Zeitpunkt betrifft.
Der Bulk/Innenbereich (403) und der Wandbereich (404) sind deutlich unterschiedliche und nicht überlappende geometrische Bereiche im Hinblick aufeinander sowie im Hinblick auf die außenseitige Region (das heißt, "den Rest des Ganzen"). So kann jeder Punkt nur zu einem der Bereiche gehören.
Der Bulkbereich (403) ist zusammenhängend, das heißt, für jeweils zwei Punkte A' und A'' innerhalb des Bulkbereichs (403) gibt es wenigstens eine durchgehenden (gekrümmte oder gerade) Linie, die die zwei Punkte verbindet, ohne den Bulkbereich (403) zu verlassen. Für eine Punkt A innerhalb des Bulkbereichs (403) schneiden alle geraden stabförmigen Strahlen mit einer Stärke im Kreis von wenigstens 2 mm Durchmesser den Bandbereich (404). Ein gerader Strahl hat die geometrische Bedeutung eines Zylinders von unbestimmter Länge in Analogie dazu, dass der Punkt A eine Lichtquelle ist, und die Strahlen Lichtstrahlen sind, diese Strahlen müssen jedoch eine minimale geometrische "Stärke" haben (da andernfalls eine Linie durch die Porenöffnung in den Anschlussregionen (405) hindurch gelangen kann.) Diese geometrische Stärke wird auf 2 mm festgesetzt – was natürlich bei einer Annäherung in der Nähe des Punktes A berücksichtigt werden muss (um nicht eine dreidimensionale Erstreckung auf den stabförmigen Strahl abstimmen zu müssen.
Die Wandregion (404) umschreibt vollständig den Bulkbereich (403). So gilt für alle Punkte A'' – die zum Bulkbereich (403) gehören – und C – die zum äußeren Bereich gehören – dass jeder kontinuierliche, gekrümmte Stab (in analog zu einer kontinuierlichen gekrümmten Linie, die aber eine Kreisstärke von 2 mm Durchmesser aufweist) den Wandbereich (404) schneidet.
Ein Anschlussabschnitt (405) verbindet einen Bulkbereich (403) mit der außenseitigen Region und es gibt wenigstens einen kontinuierlichen gekrümmten Stab, der jeden Punkt A'' aus dem Bulkbereich mit jedem Punkt C aus der "außenseitigen Region" verbindet, eine Kreisstärke von 2 mm aufweist und den Anschlussabschnitt (405) schneidet.
Der Ausdruck "Bereich/Abschnitt" bezieht sich auf dreidimensionale Bereiche, welche eine beliebige Form haben können. Häufig, aber nicht notwendigerweise kann die Dicke des Bereichs dünn sein, derart, dass der Bereich wie eine flache Struktur erscheint, wie beispielsweise eine dünne Folie. Zum Beispiel können Membranen in einer Folienform verwendet werden, welche – in Abhängigkeit von der Porosität – eine Dicke von 100 μm oder viel weniger haben können, so dass viel kleiner sind als die Erstreckung der Membrane senkrecht dazu (das heißt, in der Längen- und Breitenabmessung).
Ein Wandbereich kann um einen Bulkbereich herum in zum Beispiel einer überlappenden Anordnung angeordnet sein, das heißt, dass bestimmte Teile des Wandbereichmaterials miteinander in Kontakt kommen und miteinander, wie beispielsweise durch ein dichtes Verbinden, verbunden sind. Dann sollte diese dichte Verbindung keine Öffnungen haben, welche ausreichend groß sind, die Funktionalität des Ele ments zu unterbrechen, das heißt, die dichte Verbindungslinie könnte als entweder zu einem "undurchlässigen" Wandbereich oder einem Wandbereich zugehörig angesehen werden.
Obwohl ein Bereich so beschrieben werden kann, dass dieser wenigstens eine Eigenschaft aufweist, die ihn in bestimmten Grenzen hält, um so die gemeinsame Funktionalität der Unterregionen dieses Bereich zu definieren, können sich andere Eigenschaften in diesen Unterregionen verändern.
In der gewärtigen Beschreibung sollte der Ausdruck "Bereiche/Abschnitte" so gelesen werden, dass dieser auch den Ausdruck "Bereich/Abschnitt" umschließt, das heißt, falls ein Element bestimmte "Bereiche/Abschnitte" umfasst, sollte die Möglichkeit, nur einen solchen Bereich/Abschnitt aufzuweisen, in diesem Ausdruck enthalten sein, sofern dies nicht ausdrücklich anders erwähnt ist.
Der "Anschluss" und die "Bulk/Innen-"Bereiche können ohne weiteres voneinander unterschieden werden, wie beispielsweise durch einen Lückenraum für einen Bereich und eine Membrane für einen anderen, oder diese Bereiche können einen allmählichen Übergang im Hinblick auf bestimmte relevante Parameter haben, wie dies nachfolgend beschrieben werden wird. So ist es wesentliche, dass ein Transportelement gemäß der vorliegenden Erfindung wenigstens einen Bereich aufweist, der die Anforderungen an den "Innenbereich" erfüllt, und einen Bereich, der die Anforderungen an den "Wandbereich" erfüllt (welche tatsächlich eine sehr kleine Dicke in Bezug zu ihrer Erstreckung in die anderen zwei Richtungen haben kann und somit mehr als eine Oberfläche als ein Volumen erscheint). Der Wandbereich umfasst wenigstens einen Eingangs- und/oder Ausgangsabschnitt.
So kann für ein Flüssigkeitstransportelement der Transportweg definiert werden als der Weg einer in einem Anschlussabschnitt eintretenden Flüssigkeit und der an einem Anschlussabschnitt austretenden Flüssigkeit, wobei der Flüssigkeitstransportweg durch den Bulkbereich hindurch verläuft. Der Transportweg kann auch durch den Weg einer in einen Anschlussabschnitt eintretenden und dann in einen Fluidspeicherbereich eintretenden Flüssigkeit, welcher mit dem inneren Bereich des Transportelements einstückig ist, definiert werden oder alternativ definiert werden als der Weg einer Flüssigkeit aus einem eine Flüssigkeit frei gebenden Quellbereich innerhalb des Innenbereichs des Transportelements zu einem Ausgangs-Anschlussabschnitt.
Der Transportweg eines Flüssigkeitstransportelements kann von erheblicher Länge sein, eine Länge von 100 m oder mehr kann in Betracht kommen, alternativ kann das Flüssigkeitstransportelement auch von sehr kurzer Länge sein, wie beispielsweise einige wenige Millimeter oder sogar weniger. Obwohl es für die vorliegende Erfindung besonders günstig ist, hohe Transportraten zu schaffen und auch zu ermöglichen, dass große Mengen von Flüssigkeit transportiert werden, ist das Letztere keine Bedingung. Es kann auch in Betracht kommen, dass nur kleine Mengen von Flüssigkeit über relativ kurze Zeiten Transportiert werden, zum Beispiel dann, wenn das System dazu verwendet wird, Signale in Form von Flüssigkeiten zu übertragen, um eine bestimmte Reaktion auf das Signal an einer anderen Stelle entlang des Transportelements auszulösen.
In diesem Fall kann das Flüssigkeitstransportelement als eine Echtzeit-Signaleinrichtung funktionieren. Alternativ kann die transportierte Flüssigkeit eine Funktion am Ausgangsanschluss durchführen, wie beispielsweise ein Aktivieren eines Lückenraumes, um mechanische Energie frei zu setzen, und eine dreidimensionale Struktur zu erzeugen. Zum Beispiel kann das Flüssigkeitstransportelement ein Auslösersignal an eine Reaktionseinrichtung mit einem komprimierten Material liefern, das innerhalb eines Beutels in einer Vakuumkomprimierung gehalten wird, wobei wenigstens ein Teil desselben löslich ist (z.B. in Wasser). Wenn ein Schwellenwert der Signalflüssigkeit (z.B. Wasser) von dem Flüssigkeitstransportelement geliefert wird, löst sich ein Teil des wasserlöslichen Bereichs auf und gibt dies kontinuierlich das Vakuum frei, wodurch sich das komprimierte Material expandiert und eine dreidimensionale Struktur bildet. Das komprimierte Material kann zum Beispiel ein elastischer Kunststoffschaum sein, der einen geformten Lückenraum von ausreichendem Volumen hat, um eine Körperausscheidung einzufangen. Alternativ kann das komprimierte Material ein absorbierendes Material sein, das als eine Pumpe funktioniert, indem ein Fluid in dieses eingezogen wird, wenn dieses expandiert (z.B. als eine Flüssigkeitssammelstelle wirkt, wie dies unten beschrieben wird.).
Der Flüssigkeitstransport kann entlang eines einzelnen Transportweges oder entlang mehrerer Wege, welche sich in dem Transportelement aufteilen oder rekombinieren können, stattfinden.
Im Allgemeinen wird der Transportweg eine Transportrichtung definieren, die eine Definition der Transport-Querschnittsebene erlaubt, welche senkrecht zu dem Weg ist. Die Innen/Bulk-Region-Konfiguration wird dann die Transport-Querschnittsfläche bestimmen und die verschiedenen Transportwege kombinieren.
Für unregelmäßig geformte Transportelement und entsprechende Bereiche derselben könnte es notwendig sein, den Transportquerschnitt über die Länge der ein oder mehreren Transportwege zu mitteln, entweder durch Verwenden von Inkrementalannäherungen oder differentiale Annäherungen, wie dies aus geometrischen Berechnungen bekannt ist.
Es ist vorstellbar, dass es Transportelemente geben wird, in welchen der innere Bereich und die Anschlussabschnitte ohne weiteres separierbar und unterscheidbar sind. In anderen Fällen könnte eine größere Anstrengung erforderlich sein, um die unterschiedlichen Bereiche zu unterscheiden und/oder zu separieren.
So sollte, wenn die Erfordernisse für bestimmte Bereiche beschrieben werden, dies so verstanden werden, dass sie auf bestimmte Materialien innerhalb dieser Bereiche angewendet werden. Dadurch kann ein bestimmter Bereich aus einem homogenen Material bestehen oder kann ein Bereich eines solches homogenes Material umfas sen. Auch kann ein Material verschiedene Eigenschaften und/oder Parameter haben und somit mehr als einen Bereich umfassen. Die folgende Beschreibung wird sich auf die Beschreibung von Eigenschaften und Parametern für die funktional definierten Bereiche richten.
Allgemeine funktionale Beschreibung des Transportelements
Wie oben kurz erwähnt, betrifft die vorliegende Erfindung ein Flüssigkeitstransportelement, welches auf eine direkte Saugwirkung basiert, anstatt auf eine Kapillarität. Demnach wird die Flüssigkeit durch einen Bereich hindurch transportiert, in welchen im Wesentlichen keine Luft (oder ein anderes Gas) eintreten sollte (ganz und gar oder wenigstens nicht in einer signifikanten Menge). Die Antriebskraft für den Flüssigkeitsfluss durch ein solches Element kann durch einen Flüssigkeitsabfluss und/oder eine Flüssigkeitsquelle in Flüssigkeitskommunikation mit dem Transportelement, entweder extern oder intern, erzeugt werden.
Die direkte Saugwirkung wird beibehalten, indem gewährleistet wird, dass im Wesentlichen keine Luft oder kein Gas in das Flüssigkeitstransportelement während des Transports eintritt. Dies bedeutet, dass die Wandbereiche, welche die Anschlussabschnitte enthalten, bis zu einem bestimmten Druck, nämlich dem Blasenpunktdruck, wie er in größerem Detail beschrieben werden wird, im Wesentlichen luftundurchlässig sein sollten.
So muss ein Flüssigkeitstransportelement eine bestimmte Flüssigkeitspermeabilität haben (wie nachfolgend beschrieben). Eine höhere Flüssigkeitspermeabilität sorgt für einen geringeren Fließwiderstand und wird somit von diesem Gesichtspunkt aus bevorzugt.
Zudem sollte das Flüssigkeitstransportelement im Wesentlichen undurchlässig für Luft oder Gas während des Flüssigkeitstransports sein.
Für herkömmliche poröse Flüssigkeitstransportmaterialien und insbesondere solche Materialien, die auf Kapillartransportmechanismen basierend funktionieren, wird der Flüssigkeitstransport jedoch im Allgemeinen durch die Interaktion von Porengröße und Permeabilität gesteuert, derart, dass offene, höchst durchlässige Strukturen im Wesentlichen relativ große Poren aufweisen werden. Diese großen Poren liefern hoch permeable Strukturen, diese Strukturen haben jedoch sehr begrenzte Saughöhen für einen gegebenen Satz an jeweiligen Oberflächenenergien, das heißt, einer gegebenen Kombination von Materialtyp und Flüssigkeiten. Die Porengröße kann auch die Flüssigkeitsretention unter normalen Benutzungsbedingungen beeinflussen.
Im Gegensatz zu solchen herkömmlichen durch Kapillarität bestimmten Mechanismen wurden in der vorliegenden Erfindung diese üblichen Beschränkungen überwunden, da sich überraschend heraus gestellt hat, dass Materialien, die eine relativ geringere Permeabilität zeigen, kombiniert werden können mit Materialien, die eine relativ höhere Permeabilität zeigen und in Kombination signifikante synergetische Effekte liefert.
Insbesondere wurde heraus gefunden, dass, wenn ein hoch flüssigkeitsdurchlässiges Material mit großen Poren umgeben ist durch ein Material mit im Wesentlichen keiner Luftpermeabilität bis zu einem bestimmten Druck, den bereits erwähnten Blasenpunktdruck, aber auch mit einer relativ geringen Flüssigkeitspermeabilität, das kombinierte Flüssigkeitstransportelement eine hohe Flüssigkeitspermeabilität und einen hohen Blasenpunktdruck gleichzeitig haben wird, was einen sehr schnellen Flüssigkeitstransport selbst gegen einen äußeren Druck zulässt.
Demgemäß hat das Flüssigkeitstransportelement einen Innenbereich mit einer Flüssigkeitspermeabilität, welche relativ hoch ist, um eine maximale Flüssigkeitstransportrate zu liefern. Die Permeabilität eines Anschlussabschnitts, welcher ein Teil des Wandbereichs sein kann, der den Bulkbereich umgibt, ist wesentlich geringer. Dies wird erreicht durch Anschlussabschnitte mit einer Membranfunktionalität, die für die vorgesehenen Benutzungsbedingungen ausgelegt ist. Die Membrane ist durchlässig für Flüssigkeiten, aber nicht für Gase oder Dämpfe. Eine solche Eigenschaft wird im Allgemeinen ausgedrückt durch den Blasenpunktdruck-Parameter, welcher – in Kürze – definiert wird durch den Druck, bis zu welchem Gas oder Luft nicht durch eine benetzte Membrane hindurch dringt.
Wie in größerem Detail besprochen werden wird, müssen die Anforderungen an die Eigenschaften in Abhängigkeit von dem Flüssigkeitstransport erfüllt werden. Es kann jedoch sein, dass diese erzeugt oder eingestellt werden, indem ein Transportelement aktiviert wird, zum Beispiel vor der Benutzung, was – ohne oder vor einer solchen Aktivierung – die Anforderungen nicht zufrieden stellen würde, dies aber nach Aktivierung tut. Zum Beispiel kann ein Element elastisch komprimiert oder kollabiert sein und sich bei Benetzung expandieren, um dann eine Struktur mit den geforderten Eigenschaften zu erzeugen.
Im Allgemeinen wird zum Zwecke der Berücksichtigung, wie schnell und wie viel Flüssigkeit über eine bestimmte Höhe transportiert werden kann (das heißt, gegen einen bestimmten hydrostatischen Druck), der Kapillarflusstransport durch Mechanismen der Oberflächenenergiewirkungen und der Porenstruktur, welche bestimmt wird durch die Anzahl von Poren sowie von der Form, Größe und auch der Porengrößenverteilung, dominiert.
Falls zum Beispiel in herkömmlichen Kapillarflusssystemen oder -elementen, welche auf einem Kapillardruck als Antriebskraft beruhen, Flüssigkeit an einem Ende eines Kapillarsystems abgeführt wird, wie beispielsweise durch ein Saugmittel, wird diese Flüssigkeit aus auf den Kapillaren am nächsten zu dieser Saugvorrichtung desorbiert, welche dann wenigstens teilweise mit Luft gefüllt werden und welche dann durch Kapillardruck durch eine Flüssigkeit aus benachbarten Kapillaren neu gefüllt werden, welche dann durch Flüssigkeit von folgenden benachbarten Kapillaren gefüllt werden und so weiter.
So basiert der Flüssigkeitstransport durch eine herkömmliche Kapillarflussstruktur hindurch auf der Absorption-Desorption und einem Reabsorptionszyklus der einzelnen Poren.
Der Fluss bzw. der Flux wird bestimmt durch die mittlere Permeabilität entlang des Weges und durch die Saugkraft am Ende des Transportweges. Eine solche örtliche Saugkraft wird im Allgemeinen abhängig sein von der örtlichen Sättigung des Materials, das heißt, falls die Saugeinrichtung in der Lage ist, die Sättigung des Bereichs nahe derselben zu verringern, wird der Fluss/Flux höher sein.
Falls jedoch die Saugkraft an dem Ende des Transportweges höher ist als der Kapillardruck innerhalb der Kapillarstruktur, wird die innere Antriebskraft für die Flüssigkeit durch den Kapillardruck gegeben, was somit die Flüssigkeitstransportraten beschränkt. Zudem können solche Kapillarflussstrukturen eine Flüssigkeit nicht gegen die Schwerkraft über Höhen transportieren, die größer sind als der Kapillardruck, unabhängig von der äußeren Saugkraft.
Eine spezifische idealisierte Ausführung solcher porösen Flüssigkeitstransportelemente sind die sogenannten "Kapillarröhren", welche als parallele Rohre beschrieben werden können, wobei der innere Röhrendurchmesser und die Wanddicke die Gesamt-Offenheit (oder Porosität) des Systems begrenzt. Solche Systeme werden einen relativ großen Flux gegen eine bestimmte Höhe haben, falls diese "monoporös" sind, das heißt, falls die Poren die gleich optimale Porengröße haben. Dann wird der Fluss bestimmt durch die Porenstruktur, die Oberflächenenergierelation und die Querschnittsfläche des porösen Systems und kann durch allgemein bekannte Annäherungen abgeschätzt werden.
Realistische poröse Strukturen, wie faserhaltige oder schaumhaltige Strukturen, werden nicht wie die idealen Strukturen der Kapillarröhren transportieren. Realistische poröse Strukturen haben Poren, die nicht ausgerichtet sind, das heißt, nicht gerade sind, wie die Kapillarröhren und die Porengrößen sind auch nicht gleichför mig. Beide dieser Effekte verringern häufig die Transporteffizienz solcher Kapillarsysteme.
Für einen Aspekt der vorliegenden Erfindung gibt es jedoch wenigstens zwei Bereiche innerhalb des Transportelements mit unterschiedlichen Porengrößen, nämlich die ein oder mehreren Anschlussabschnitte mit kleineren Porengrößen (was in herkömmlichen Systemen zu sehr geringen Fließraten führen würde) und den inneren Bereich mit im Wesentlichen größeren Porengrößen (was in herkömmlichen Systemen zu sehr geringen erreichbaren Transporthöhen führen würde).
Für die vorliegende Erfindung jedoch werden der Gesamtfluss und die Transporthöhe durch das Transportelement synergetisch verbessert durch die hohe Permeabilität des inneren Bereichs (welcher deshalb relativ lang sein kann, während er kleine Querschnittsflächen aufweist) und durch den relativ hohen Blasenpunktdruck der Anschlussabschnitte (welche ausreichend große Oberflächen haben können und/oder eine kleine Dicke). In diesem Aspekt der Erfindung wird der hohe Blasenpunktdruck der Anschlussabschnitte erhalten durch den Kapillardruck der kleinen Poren des Anschlussabschnitts, was – einmal benetzt – verhindert, dass Luft oder Gas in das Transportelement eintritt.
So können sehr hohe Fluidtransportraten durch relativ kleine Querschnittsflächen des Transportelements erhalten werden.
In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung Flüssigkeitstransportelemente, welche – einmal aktiviert und/oder benetzt – wahlfrei sind im Hinblick auf die Fluide, die sie transportieren. Die Anschlussbereiche des Transportelements sind – bis zur einer bestimmten Grenze, wie sie durch den Blasenpunktdruck ausgedrückt werden kann – für das Umgebungsgas (die Luft) geschlossen, aber für die Transportflüssigkeit (wie Wasser) relativ offen.
Die Anschlussbereiche benötigen keine spezifische Ausgerichtetheit ihrer Eigenschaften, das heißt, die darin verwendeten Materialien können in einer beliebigen Orientierung des Flüssigkeitsflusses durch sie hindurch verwendet werden. Noch besteht ein Erfordernis an die Membranen, dass sie unterschiedliche Eigenschaften (wie Permeabilität) im Hinblick auf bestimmte Teile oder Komponenten der Flüssigkeit haben. Dies steht im Gegensatz zu den Membranen, wie sie für osmotisch absorbierende Pakete beschrieben werden in US-A-5,108,383 (White et al.), in welcher die Membranen eine geringe Permeabilität für das Promotermaterial haben müssen, wie beispielsweise für Salz, bzw. Salzionen.
Bulkbereich
In dem folgenden Abschnitt werden die Anforderungen sowie die spezifischen Ausführungen für die "Innenregion" bzw. "Bulkregion" beschrieben.
Eine Schlüsselanforderung an den Bulkbereich besteht darin, einen geringen mittleren Fließwiderstand zu haben, wie dieser ausgedrückt wird durch eine Permeabilität k von wenigstens 10^–11 m², vorzugsweise mehr als 10^–8 m², ganz bevorzugt mehr als 10^–7 m² und äußerst bevorzugt mehr als 10^–5 m².
Ein wichtiges Mittel, solche hohen Permeabilitäten für die Innenbereiche zu erhalten, kann erreicht werden durch Verwenden eines Materials, das eine relativ hohe Porosität liefert.
Eine solche Porosität, welche allgemein als das Verhältnis des Volumens der Materialien, die das poröse Material bilden, zu dem Gesamtvolumen der porösen Materialien definiert ist und auf dem Wege allgemein bekannter Dichtemessungen bestimmt wird, sollte in einer Ausführungsform wenigstens 80%, ganz bevorzugt wenigstens 90% oder sogar 98% oder 99% übersteigend sein. Im Extremen, wenn der Innenbereich im Wesentlichen aus einer einzigen Pore besteht, einem Lückenraum, nähert sich die Porosität oder erreicht sogar 100%. Ein weiteres wichtiges Mittel, solche hohen Permeabilitäten für die Innenbereiche zu erhalten, ist die Verwendung von Materialien mit großen Poren.
Der Innenbereich hat Poren, welche größer sind als etwa 200 μm oder sogar 500 μm, mit einem Durchmesser von 1 mm oder sogar 9 mm oder mehr. Für bestimmte Anwendungen, wie für die Bewässerung oder Ölseparation, kann der Innenbereich Poren haben von bis zu 10 cm – zum Beispiel dann, wenn der Innenbereich einen Lückenraum bildendes Rohr ist.
Solche Poren können vor dem Fluidtransport kleiner sein, derart, dass der Innenbereich ein kleineres Volumen haben kann, und sich kurz vor oder beim Flüssigkeitskontakt expandieren. Vorzugsweise sollten sie, falls solche Poren komprimiert oder kollabiert sind, in der Lage sein, sich durch einen volumetrischen Expansionsfaktor von wenigsten 5, vorzugsweise mehr als 10, zu expandieren. Eine solche Expansion kann durch Materialien mit einem Elastizitätsmodul von mehr als dem Außendruck erreicht werden, welcher jedoch kleiner sein muss als der Blasenpunktdruck.
Hohe Porositäten können erreicht werden durch eine Anzahl von Materialien, die im Stand der Technik als solche allgemein bekannt sind. Zum Beispiel faserige Elemente können solche Porositätswerte erreichen. Nicht beschränkende Beispiele für solche faserigen Materialien, die in dem Bulkbereich enthalten sein können, sind High-Loft-Vliesstoffe, zum Beispiel hergestellt aus Polyolefin- oder Polyesterfasern, wie sie auf dem Gebiet von Hygieneartikeln verwendet werden oder in der Autoindustrie oder für die Polsterung oder die HVAC-Industrie. Weitere Beispiele umfassen Faserbahnen, die aus Zellulosefasern hergestellt sind.
Solche Porositäten können ferner erreicht werden durch poröse, offenzellige Schaumstrukturen, wie beispielsweise – ohne beschränkt zu sein – zum Beispiel retikulierte Polyurethanschäume, Zelluloseschwämme oder offenzellige Schäume, hergestellt durch das Polymerisationsverfahren mit einer Emulsion mit hoher inne rer Phase (HIPE-Schäume), die alle aus einer Vielzahl von Industrieanwendungen, wie beispielsweise der Filtertechnologie, Polsterung, Hygiene usw. bekannt sind.
Solche Porositäten können erreicht werden durch Wandbereiche (wie nachfolgend in größerem Detail erläutert), welche Lückenräume, die den Innenbereich begrenzen, umschließen, wie beispielsweise durch Rohre. Alternativ können mehrere kleinere Rohre gebündelt sein.
Solche Porositäten können ferner erreicht werden durch "Raumhalter", wie beispielsweise Federn, Abstandhalter, Teilchenmaterial, geriffelte Strukturen und dergleichen.
Die Porengrößen oder Permeabilitäten des Innenbereichs können homogen in dem Innenbereich sein oder können inhomogen sein.
Es ist nicht notwendig, dass die hohe Porosität des Innenbereichs über alle Stufen zwischen der Herstellung und der Verwendung des Flüssigkeitstransportelements beibehalten wird, sondern die Lückenräume innerhalb des Innenbereichs können kurz vor oder während seiner gedachten Verwendung erzeugt werden.
Zum Beispiel können durch geeignete Mittel zusammengehaltene bulkartige Strukturen von einem Benutzer aktiviert werden und während seiner Expansion dringt die Flüssigkeit durch einen Anschlussbereich in den sich expandierenden Innenbereich ein, wodurch das Transportelement vollständig oder wenigstens ausreichend gefüllt wird, um den Flüssigkeitsfluss nicht zu behindern.
Alternativ haben offenzellige Schaummaterialien, wie sie beschrieben sind in (US-A-5,563,179 oder US-A-5,387,207) die Neigung, bei Entfernung des Wassers zu kollabieren, und die Fähigkeit, bei Neubenässung wieder zu expandieren. Somit können solche Schäume von der Herstellungsstelle zum Benutzer in relativ trockenem und somit dünnem (oder gering volumigem) Zustand transportiert werden und erst bei Kontakt mit der Flüssigkeitsquelle ihr Volumen steigern, um so die Lücken-Permeabilitätsanforderungen zu erfüllen.
Die Innenbereiche können verschiedene Formen oder Gestaltungen haben. Der Innenbereich kann zylindrisch, ellipsoid, flächenartig, streifenartig sein oder kann irgendeine unregelmäßige Form haben.
Die Innenbereiche können eine konstante Querschnittsfläche haben, mit konstanter oder variierender Querschnittsform, wie rechtwinklig, dreieckig, kreisförmig, elliptisch oder unregelmäßig. Eine Querschnittsfläche wird für die Verwendung hier als ein Querschnitt des Innenbereichs vor der Hinzufügung der Flüssigkeitsquelle definiert, gemessen in der Ebene senkrecht zum Fließweg der Transportflüssigkeit, und diese Definition wird verwendet, um die mittlere Querschnittsfläche des Innenbereichs durch Mittelung einzelner Querschnittsflächen über den oder die gesamten Fließwege zu bestimmten.
Die absolute Größe des Innenbereichs sollte so gewählt werden, dass diese richtig an die geometrischen Erfordernisse der vorgesehenen Verwendung passt. Im Allgemeinen wird es wünschenswert sein, dass die minimale Abmessung für die vorgesehene Verwendung vorliegt. Ein Vorteil der Gestaltungen gemäß der vorliegenden Erfindung ist, viel kleinere Querschnittsflächen als bei herkömmlichen Materialien zuzulassen. Die Abmessungen des Innenbereichs werden bestimmt durch die Permeabilität des Innenbereichs, welche sehr hoch sein kann aufgrund der möglichen großen Poren, da der Innenbereich nicht unter den sich einander gegenüber stehenden Anforderungen an einen hohen Flux (das heißt, große Poren) und einen hohen vertikalen Flüssigkeitstransport (das heißt, kleine Poren) ausgebildet werden muss. Solche großen Permeabilitäten erlauben viel kleinere Querschnitte und somit sehr unterschiedliche Ausbildungen.
Auch die Länge des Innenbereichs kann signifikant größer sein als bei herkömmlichen Systemen, da auch im Hinblick auf diese Parameter das neue Transportele ment längere Strecken und auch größere vertikale Flüssigkeitstransporthöhen überwinden kann.
Der Innenbereich kann im Wesentlichen nicht verformbar sein, das heißt, seine Gestalt, Form, sein Volumen unter den normalen Bedingungen der vorgesehenen wird beibehalten. Bei vielen Anwendungen jedoch wird es wünschenswert sein, dass der Innenbereich dem vollständigen Element ermöglicht, weich und nachgiebig zu bleiben.
Der Innenbereich kann seine Gestalt verändern, wie beispielsweise unter Verformungskräften oder unter Drucken, während der Benutzung, oder unter dem Einfluss des Fluides selbst. Die Verformbarkeit oder das Nichtvorhandensein derselben kann erreicht werden durch eine Auswahl von ein oder mehreren Materialien im Innenbereich (wie beispielsweise ein faseriges Element) oder kann im Wesentlichen bestimmt werden durch die Umgebungsbereiche, wie beispielsweise durch die Wandbereiche des Transportelements. Eine solche Annäherung besteht darin, elastomere Materialien als das Wandmaterial zu verwenden.
Die Lückenräume des Innenbereichs können nur durch Wandbereiche begrenzt sein oder der Innenbereich kann innere Separationen aufweisen.
Falls zum Beispiel der Innenbereich aus parallelen Rohren hergestellt ist, mit undurchlässigen zylindrischen Wänden, würden diese als solche inneren Separationen angesehen werden, wodurch möglicherweise Poren erzeugt werden, welche mit der inneren hohlen Öffnung der Rohre einheitlich sind und möglicherweise andere Poren erzeugt werden, wie die Zwischenräume zwischen den Rohren. Falls der Innenbereich als ein weiteres Beispiel eine faserige Struktur umfasst, kann das Fasermaterial als solche inneren Separationen bildend angesehen werden.
Die inneren Separationen des Innenbereichs können Oberflächenenergien haben, die an die transportierte Flüssigkeit angepasst sind. Um zum Beispiel eine Benutzung und/oder einen Transport von wässrigen Flüssigkeiten zu erleichtern, können die Separationen oder Teile derselben hydrophil sein. So wird in bestimmten Ausführungsformen mit Bezug auf den Transport von wasserhaltigen Flüssigkeiten vorgezogen, dass die Separationen der inneren Bereiche durch solche Flüssigkeiten benetzbar werden, und sogar mehr vorgezogen, dass Haftspannungen von mehr als 65 mN/m, noch bevorzugter von mehr als 70 mN/m vorliegen. In dem Falle, dass die transportierte Flüssigkeit auf Öl beruht, können die Separationen oder Teile derselben oleo- oder lipophil sein.
Die begrenzenden Separationen des Innenbereichs können ferner Materialien umfassen, welche ihre Eigenschaften bei Benetzung signifikant verändern, oder welche sogar sich bei Benetzung auflösen können. So kann der innere Bereich ein offenzelliges Schaummaterial umfassen, das relativ kleine Poren aufweist, die wenigstens aus löslichem Material hergestellt sind, wie beispielsweise aus Polyvinylalkohol oder dergleichen. Die kleine Porosität kann in der Anfangsphase eines Flüssigkeitstransports Flüssigkeit einziehen und sich dann schnell auflösen, so dass dann große Lückenräume, die mit Flüssigkeit gefüllt sind, übrig bleiben.
Alternativ können solche Materialien größere Poren füllen, vollständig oder teilweise. Zum Beispiel kann der innere Bereich lösliche Materialien umfassen, wie Poly(vinyl)alkohol oder Poly(vinyl)acetat. Solche Materialien können die Lückenräume füllen oder einen kollabierten Zustand der Lückenräume unterstützen, bevor das Element mit Flüssigkeit in Kontakt kommt. Beim Kontakt mit einem Fluid, wie Wasser, können sich diese Materialien auflösen und dadurch leere oder expandierte Lückenräume erzeugen.
In einer Ausführungsform werden die Lückenräume des inneren Bereichs (der im Wesentlichen den vollständigen Innenbereich bilden kann) im Wesentlichen vollständig mit einem im Wesentlichen nicht komprimierbaren Fluid gefüllt.
Der Ausdruck "im Wesentlichen vollständig" bezieht sich auf die Situation, in welcher ein ausreichendes Lückenvolumen des inneren Bereichs mit Flüssigkeit gefüllt ist, derart, dass ein kontinuierlicher Fließweg etabliert werden kann. Vorzugsweise ist der größte Teil des Lückenvolumens, vorzugsweise mehr als 90%, ganz bevorzugt mehr als 95% und noch bevorzugter mehr als 99%, einschließlich 100%, mit der Flüssigkeit gefüllt. Der innere Bereich kann so ausgebildet sein, dass dieser die Akkumulation von Gas oder einer anderen Flüssigkeit in Teilen des Bereichs verstärkt, wo dieses/diese weniger zerstörerisch ist. Der Rest der Lückenräume kann dann mit einem anderen Fluid gefüllt werden, wie beispielsweise mit einem Restgas oder restlichen Dämpfen, oder mit einer nicht mischbaren Flüssigkeit, wie Öl, in einem inneren Bereich, der mit wasserhaltigen Flüssigkeiten gefüllt ist, oder es können Feststoffe sein, wie Teilchen, Fasern, Folien.
Die Flüssigkeit, die in dem inneren Bereich vorhanden ist, kann vom gleichen Typ sein, wie die Flüssigkeit, die transportiert werden soll. Wenn zum Beispiel auf Wasser basierende Flüssigkeiten das vorgesehene transportierte Medium sind, kann der innere Bereich des Transportelements mit Wasser gefüllt werden – oder, falls Öl die vorgesehene transportierte Flüssigkeit ist, kann der innere Bereich mit Öl gefüllt werden.
Die Flüssigkeit in dem inneren Bereich kann auch unterschiedlich sein – wobei diese Unterschiede in ihrer Natur relativ klein sein können (wie beispielsweise dann, wenn die vorgesehene Transportflüssigkeit Wasser ist, kann die Flüssigkeit im inneren Bereich eine wasserhaltige Lösung sein und umgekehrt). Alternativ kann die vorgesehene Transportflüssigkeit sehr unterschiedlich in ihren Eigenschaften im Vergleich zu der Flüssigkeit, welche in dem Innenbereich vorgefüllt war, beispielsweise dann, wenn die Quellflüssigkeit Öl ist, welches durch ein anfänglich mit Wasser gefülltes und durch geeignete Eingangs- und Ausgangsanschlüsse verschlossenes Rohr transportiert wird, wobei das Wasser das Element durch einen geeigneten Ausgangs-Anschlussbereich verläst und das Öl in das Element durch einen geeigneten Eingangs-Anschlussbereich eintritt. In dieser spezifischen Ausfüh rungsform ist die Gesamtmenge der transportierten Flüssigkeit durch die Menge begrenzt, die in dem Element aufgenommen werden kann, bzw. die Menge an Flüssigkeit, die ausgetauscht werden kann, sofern es zum Beispiel keine Ausgangs-Anschlussbereiche gäbe, die Materialien mit Eigenschaften aufwiesen, die mit den Flüssigkeiten kompatibel sind, so dass eine Funktionalität mit einem oder mit beiden der Flüssigkeiten möglich ist.
Die Flüssigkeit des inneren Bereichs und die zu transportierende Flüssigkeit können ineinander löslich sein, wie beispielsweise Salzlösungen in Wasser. Falls zum Beispiel das Flüssigkeitstransportelement für den Transport von Blut oder Menstruationsfluiden vorgesehen ist, kann der innere Bereich mit Wasser gefüllt sein.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst der innere Bereich ein Vakuum oder ein Gas oder einen Dampf unterhalb des entsprechenden Gleichgewichts-Umgebungs- oder Außendrucks bei den jeweiligen Temperaturen und volumentrischen Bedingungen. Bei Kontakt mit der transportierten Flüssigkeit kann die Flüssigkeit in dem inneren Bereich durch die durchlässigen Anschlussabschnitte hindurch eintreten (wie nachfolgend beschrieben) und dann die Lückenräume des inneren Bereichs in dem geforderten Maße füllen. Danach funktioniert nun der gefüllte innere Bereich wie ein "vorgefüllter" Bereich, wie dies oben beschrieben wurde.
Die obigen funktionalen Anforderungen und strukturellen Ausführungsformen des Innenbereichs können durch eine Anzahl geeigneter Strukturen erfüllt werden. Ohne beim Erzeugen von Strukturen, welche geeignete innere Bereiche zufriedenstellend bilden können, beschränkt zu sein, beschreibt das Folgende einen Bereich von bevorzugten Ausführungsformen.
Ein einfaches und noch sehr beschreibendes Beispiel für einen inneren Bereich ist ein leeres Rohr, das durch undurchlässige oder halb durchlässige Wände begrenzt ist, wie bereits besprochen wurde und in 2 gezeigt wurde. Der Durchmesser solcher Rohre kann im Vergleich zu den Durchmessern, die üblicherweise für den Transport in Kapillarsystemen verwendet werden, relativ groß sein. Der Durchmesser hängt natürlich in höchstem Maße von dem spezifischen System der vorgesehenen Verwendung ab.
Zum Beispiel wurden für Hygieneanwendungen, wie beispielsweise in Windeln, Porengrößen von 2–9 mm oder mehr als zufriedenstellend funktionierend heraus gefunden.
Auch geeignet ist die Kombination von parallelen Rohren von einem geeigneten Durchmesser von etwa 0,2 mm bis einigen cm zu einem Rohrbündel, wie (im Prinzip) aus anderen ingenieurtechnischen Gestaltungsprinzipien, wie beispielsweise von Wärmeaustauschersystemen, bekannt.
Für bestimmte Anwendungen können Teile von Glasrohren die richtige Funktionalität liefern, für bestimmte Anwendungen jedoch können solche Strukturen einige mechanische Festigkeitsgrenzen haben. Solche Rohre können auch aus Silizium, Gummi, PVC, etc. hergestellt werden, zum Beispiel Masterflex 6404-17 von Norton, vertrieben durch Barnant Company, Barrington, Illinois 60010 U.S.
Eine noch weitere Ausführungsform kann in der Kombination von sich mechanisch expandierenden Elementen, wie Federn, oder solche, welche einen großen Lückenraum in die Struktur aufmachen können, wenn die Expansionsrichtung derart orientiert ist, dass die geeignete Porengröße auch entlang der Fließwegrichtung orientiert ist, gesehen werden.
Solche Materialien sind im Stand der Technik allgemein bekannt und zum Beispiel offenbart in US-A-5,563,179, US-A-5,387,207, US-A-5,632,737, alle mit Bezug auf HIPE-Schaummaterialien, oder in US-A-5,674,917 mit Bezug auf absorbierende Schäume oder in EP-A-0 340 763 mit Bezug auf hoch poröse Faserstrukturen oder Flächengebilde, wie sie hergestellt werden aus PET-Fasern.
Weitere Materialien können geeignet sein, selbst dann, wenn sie nicht alle die obigen Anforderungen gleichzeitig erfüllen, falls dieser Mangel durch andere Gestaltungselemente kompensiert werden kann.
Weitere Materialien mit relativ großen Poren sind Vliesstoff-Filtermaterialien mit großem Loft, wie offenzellige Schäume von Recticel in Brüssel, Belgien, wie Bulpren, Filtren (Filtren TM10 Blau, Filtren TM20 Blau, Filtren TM30 Blau, Filtren Firend 10 Schwarz, Filtren Firend 30 Schwarz, Filtren HC 20 Grau, Filtren Firend HC 30 Grau, Bulpren S10 Schwarz, Bulpren S20 Schwarz, Bulpren S30 Schwarz).
Ein weiteres Material mit relativ großen Poren – obwohl die Porosität nicht besonders hoch ist – ist Sand mit Teilchen von größer als 1 mm, insbesondere Sand mit Teilchen größer als 5 mm. Solche faserigen oder anderen Materialien können zum Beispiel sehr nützlich werden, indem sie geriffelt werden, jedoch eine übermäßige Komprimierung sollte vermieden werden. Eine übermäßige Komprimierung kann zu einer nicht homogenen Porengrößenverteilung mit kleinen Poren innerhalb des inneren Materials und nicht ausreichend offene Poren zwischen den Riffelungen führen.
Der innere Bereich kann absorbierende Materialien umfassen, wie superabsorbierende Geliermaterialien oder andere Materialien, wie sie als geeignet für ein Flüssigkeitsabflussmaterial hier nachfolgend beschrieben werden. Ferner können die Promotermaterialien von Membranosmosepakten (MOP), wie sie offenbart sind in US-A-5,082,723 (White, Allied Signals) geeignet sein, um in dem Innenbereich verwendet zu werden.
Der Innenbereich kann ferner aus mehreren Materialien konstruiert sein, das heißt, zum Beispiel aus Kombinationen des Vorstehenden.
Der innere Bereich kann auch Streifen, Teilchen oder andere nicht homogene Strukturen umfassen, die große Lückenräume zwischen sich selbst erzeugen und als Abstandhalter wirken.
Wie in größeren Details für die Anschlussbereiche beschrieben, müssen die Fluide in den inneren Bereich die Anschlussabschnitte nicht davor bewahren, mit der Transportflüssigkeit gefüllt zu werden.
So muss der Grad des Vakuums zum Beispiel oder der Grad der Mischbarkeit oder der Nicht-Mischbarkeit nicht derart sein, dass Flüssigkeiten vom Anschlussabschnitt in den inneren Bereich gezogen werden, ohne dass der oder die Anschlussabschnitte mit Transportflüssigkeit wieder gefüllt werden.
Wandbereich
Das Flüssigkeitstransportelement gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst zusätzlich zu den inneren Bereichen einen Wandbereich, der den inneren Bereich in der geometrischen Definition wie vorstehend beschrieben, umschließt. Dieser Wandbereich muss wenigstens einen Eingangs-Anschlussabschnitt und einen Ausgangs-Anschlussabschnitt umfassen, wie dies nachfolgend beschrieben wird. Der Wandbereich kann ferner Materialien umfassen, welche im Wesentlichen undurchlässig für Flüssigkeiten und/oder Gase sind, wodurch dieser nicht die flüssigkeitshandhabende Funktionalität der Anschlussabschnitte stört und auch verhindert, dass Umgebungsgase oder -Dämpfe in das Flüssigkeitstransportelement eindringen.
Solche Wände können eine beliebige Struktur oder Form haben und können das Schlüssel-Strukturelement des Flüssigkeitstransportelements darstellen. Solche Wände können in Form eines geraden oder gebogenen Rohres, eines flexiblen Rohres oder in einer kubischen Form usw. vorliegen. Die Wände können sein, flexible Folien sein und den inneren Bereich umschließen. Solche Wände können expan dierbar sein, entweder dauerhaft über eine Verformung oder elastisch über einen elastomeren Film oder bei Aktivierung.
Obwohl die Wandbereiche als solche ein wesentliches Element für die vorliegende Erfindung sind, gilt dies insbesondere für den Anschlussabschnitt, der in solchen Wandbereichen vorhanden ist und im Folgenden beschrieben wird. Die Eigenschaften der verbleibenden Teile der Wandbereiche können für die Gesamtstruktur, für die Elastizität und für andere strukturelle Wirkungen wichtig sein.
Anschlussabschnitt(e)
Die Anschlussabschnitte können im Wesentlichen so beschrieben werden, dass sie Materialien umfassen, welche unterschiedliche Permeabilitäten für unterschiedliche Fluide haben, sie sollten nämlich durchlässig sein für die Transportflüssigkeit, aber nicht für das Umgebungsgas (wie Luft), und zwar ansonsten und gleichen Bedingungen (gleiche Temperatur oder Druck ...) und sobald sie mit der Transportflüssigkeit oder einer ähnlich funktionierenden Flüssigkeit benetzt/gefüllt sind.
Häufig sind solche Materialien als Membranen mit jeweiligen charakteristischen Parametern beschrieben.
In dem Kontext dieser Erfindung ist eine Membrane im Allgemeinen definiert als ein Bereich, der für Flüssigkeit, Gas oder eine Suspension aus Teilchen in einer Flüssigkeit oder einem Gas durchlässig ist. Die Membrane kann zum Beispiel eine mikroporöse Region umfassen, um eine Flüssigkeitspermeabilität durch die Kapillaren hindurch zu schaffen. In einer alternativen Ausführungsform kann die Membrane eine monolithische Region umfassen, die ein Block-Copolymer aufweist, durch welches die Flüssigkeit auf der Wege der Diffusion hindurch transportiert wird.
Für einen gegebenen Satz an Zuständen werden die Membranen häufig selektive Transporteigenschaften für Flüssigkeiten, Gase oder Suspensionen in Abhängigkeit von den zu transportierenden Mediumtyp haben. Sie sind deshalb bei der Filtration von feinen Teilchen aus Suspensionen (z.B. bei der Flüssigkeitsfiltration, Luftfiltration) weit verbreitet. Weitere Typen von Membranen zeigen einen selektiven Transport für unterschiedliche Ionentypen oder Moleküle und sind deshalb in biologischen Systemen zu finden (z.B. Zellmembranen, Molekularsieben) oder in chemieingenieurtechnischen Anwendungen (z.B. Umkehrosmose).
Mikroporöse hydrophobe Membranen werden typischerweise Gasen erlauben, hindurch zu gehen, während auf Wasser basierende Flüssigkeit nicht durch die Membrane hindurch transportiert werden, wenn der Antriebsdruck unter einem Schwellendruck liegt, der im Allgemeinen als ein "Durchschlags"- oder "Uberbrückungs"-Druck bezeichnet wird.
Im Gegensatz dazu werden hydrophile mikroporöse Membranen auf Wasser basierende Flüssigkeiten transportieren. Einmal benetzt, werden jedoch Gase (z.B. Luft) nicht durch die Membrane hindurch gehen, wenn der Antriebsdruck unter einem Schwellendruck liegt, der im Allgemeinen als ein "Blasenpunktdruck" bezeichnet wird.
Hydrophile monolithische Folien werden typischerweise einem Wasserdampf erlauben, hindurch zu gehen, während Gas nicht schnell durch die Membrane hindurch transportiert werden wird.
Ebenso können Membranen auch für nicht auf Wasser basierende Flüssigkeiten, wie Öle, verwendet werden. Zum Beispiel werden die meisten hydrophoben Materialien tatsächlich oleophil sein. Eine hydrophobe mikroporöse Membrane wird deshalb für Öl durchlässig sein, nicht aber für Wasser und kann dazu verwendet werden, Öl zu transportieren oder auch Öl und Wasser zu separieren.
Membranen werden häufig als dünne Flächengebilde hergestellt und sie können alleine oder in Kombination mit einer Stützschicht (z.B. einem Vliesstoff) oder in einem Stützelement (z.B. einem Spiralhalter) verwendet werden. Weitere Formen von Membranen umfassen, sind aber nicht beschränkt darauf, polymere dünne Schichten, die direkt auf ein anderes Material, Beutel, geriffelte Flächengebilde, geschichtet sind.
Weitere bekannte Membranen sind "aktivierbare" oder "schaltbare" Membranen, die ihre Eigenschaften nach Aktivierung oder in Antwort auf einen Stimulus verändern können. Diese Veränderung in ihren Eigenschaften können dauerhaft oder reversibel sein, abhängig von der spezifischen Verwendung. Zum Beispiel kann eine hydrophobe mikroporöse Schicht mit einer dünnen lösbaren Schicht beschichtet sein, zum Beispiel hergestellt aus Poly(vinyl)alkohol. Ein solches Doppelschichtsystem wird undurchlässig sein für Gas. Einmal benetzt und nach Auflösung des Poly(vinyl)-Alkoholfilmes wird das System jedoch für Gas durchlässig sein, aber nach wie vor undurchlässig für wasserhaltige Flüssigkeiten.
Umgekehrt kann, wenn eine hydrophile Membrane durch eine lösliche Schicht beschichtet ist, bei Flüssigkeitskontakt aktiviert werden, um einer Flüssigkeit, nicht aber Luft, zu erlauben, durch sie hindurch zu gelangen.
In einem weiteren Beispiel ist eine hydrophile mikroporöse Membrane anfänglich trocken. In diesem Zustand ist die Membrane durchlässig für Luft. Einmal benetzt mit Wasser ist die Membrane nicht länger luftdurchlässig. Ein weiteres Beispiel für ein reversibles Schalten einer Membrane in Abhängigkeit von einem Stimulus ist eine mikroporöse Membrane, die mit einem grenzflächenaktiven Stoff beschichtet ist, der seine Hydrophilizität in Abhängigkeit von der Temperatur verändert. Zum Beispiel wird die Membrane dann hydrophil sein für eine warme Flüssigkeit und hydrophob für eine kalte Flüssigkeit. Als ein Ergebnis wird die warme Flüssigkeit durch die Membrane hindurch gehen, während die kalte Flüssigkeit dies nicht tun wird. Weitere Beispiele umfassen, sind aber nicht beschränkt darauf, mikroporöse Membranen, die aus einem durch einen Stimulus aktiviertes Gel hergestellt sind, das seine Abmessungen in Abhängigkeit von einem pH-Wert, einer Temperatur, elektrischen Feldern, einer Strahlung oder dergleichen, verändert.
Eigenschaften von Anschlussabschnitten
Die Anschlussabschnitte können durch eine Anzahl von Eigenschaften und Parametern beschrieben werden.
Ein Schlüsselaspekt für den Anschlussbereich ist die Permeabilität.
Die Transporteigenschaft von Membranen können im Allgemeinen durch eine Permeabilitätsfunktion beschrieben werden, indem das Gesetz von Darcy, verwendet wird, welches anwendbar ist auf alle porösen Systeme: q = 1/A·dV/dt = k/η·Δp/L
So wird ein Volumenfluss dV/dt durch die Membrane durch eine Außendruckdifferenz Δp (Antriebsdruck) bewirkt, und die Permeabilitätsfunktion k kann von dem Typ des zu transportierenden Mediums (z.B. Flüssigkeit oder Gas) abhängig sein, durch einen Schwellendruck und einen Stimulus oder eine Aktivierung. Weitere relevante Parameter, die den Flüssigkeitstransport beeinflussen, sind der Querschnitt A, das Volumen V bzw. die Veränderung über die Zeit desselben, und die Länge der Transportbereiche und die Viskosität η der transportierten Flüssigkeit.
Für poröse Membranen hängen die makroskopischen Transporteigenschaften hauptsächlich ab von der Porengrößenverteilung, der Porosität, der Kurvigkeit und der Oberflächeneigenschaften, wie beispielsweise der Hydrophilizität.
Alleine genommen, sollte die Permeabilität der Anschlussabschnitte so groß sein, dass große Fluxraten durch diese hindurch möglich sind. Da jedoch die Permeabilität in sich mit anderen Eigenschaften und Parameter verbunden ist, werden typische Permeabilitätsabschnitte für Anschlussabschnitte oder Anschlussabschnitt-Materialien im Bereich von 3 × 10^–14 m² bis 78 1,2 × 10^–10 m² oder mehr liegen.
Ein weiterer Parameter, der für Anschlussabschnitte und die jeweiligen Materialien relevant ist, ist der Blasenpunktdruck, welcher gemäß dem Verfahren, wie es nachfolgend beschrieben wird, gemessen werden kann.
Geeignete Blasenpunktdruckwerte hängen von dem vorgesehen Anwendungstyp ab.
Die Tabelle unten listet Bereiche von geeigneten Anschlussbereich-Blasenpunktdrucken (bpp) bei einige Anwendung auf, wie sie für jeweilige typische Fluide bestimmt wurden:
In einer allgemeineren Annäherung wurde als nützlich heraus gefunden, den bpp für ein Material unter Verwendung einer standardisierten Testflüssigkeit zu bestimmen, wie dies in den Testverfahren nachfolgend beschrieben wird.
Dicke und Größe des Anschlussabschnitts
Der Anschlussabschnitt eines Flüssigkeitstransportelements ist definiert als der Teil der Wand mit der höchsten Permeabilität. Der Anschlussabschnitt wird auch dadurch definiert, dass dieser die geringste relative Permeabilität hat, wenn man ent lang eines Weges von dem Bulkbereich zu einem Punkt außerhalb des Transportelements schaut.
Der Anschlussabschnitt kann durch einfach wahrnehmbare Materialien konstruiert werden und dann kann sowohl die Dicke als auch die Größe leicht bestimmt werden. Der Anschlussabschnitt kann jedoch einen allmählichen Übergang seiner Eigenschaften zu dem einen oder anderen, den undurchlässigen Bereichen des Wandbereichs oder zu dem Bulkbereich haben. Dann kann die Bestimmung der Dicke und der Größe wie nachfolgend beschrieben durchgeführt werden. Wenn man ein Segment des Wandbereichs betrachtet, wie dies in 5A gezeigt ist, hat dies eine Oberfläche, die durch die Eckpunkte ABCD begrenzt ist und zu dem Innen- bzw. Bulkbereich orientiert ist, und eine Oberfläche EFGH, die in Richtung der Außenseite des Elements orientiert ist. So ist die Dickenabmessung entlang der Linien AE, BF usw. orientiert, das heißt, wenn ein kartesisches Koordinatensystems entlang der Z-Richtung verwendet wird. Analog wird der Wandbereich die Haupterstreckung entlang der zwei senkrechten Richtungen haben, das heißt, der X- und Y-Richtung.
Dann kann die Dicke des Anschlussabschnitts wie folgt bestimmt werden:

a) Im Falle im Wesentlichen homogener Anschlussabschnitt-Eigenschaften wenigstens in der Richtung durch die Dicke der Region hindurch ist die Dicke eines Materials mit einer solchen homogenen Permeabilität (wie mit einer Membranfolie);
b) Es ist die Dicke der Membrane, falls diese mit einen Träger kombiniert wird (ob nun dieser Träger innen oder außerhalb der Membrane liegt) – das hießt, dies bezieht sich auf eine nicht kontinuierliche/stufenweise veränderliche Funktion der Eigenschaften entlang dieses Weges.
c) Für ein Material mit einem (bestimmbaren) kontinuierlichen Gradienten der Permeabilität über ein beliebiges Segment, wie in 5A, können die folgenden Schritte durchgeführt werden, um eine bestimmbare Dicke zu erhalten (wie in 5B):
c0) Erstens ein Permeabilitätsprofil wird entlang der Z-Achse bestimmt und die Kurve k_[örtlich] vs r wird ausgedruckt; für bestimmte Elemente kann die Porositäts- oder Porengrößenkurve eine gewisse Bestimmung mit geeigneten Veränderungen der nachfolgenden Prozedur heran gezogen werden.
c1) Dann wird der Punkt der geringsten Permeabilität (k_min) bestimmt und die korrespondierende Längenablesung (r_[min]) wird genommen.
c2) als dritter Schritt wird die "obere Permeabilität des Anschlussabschnitts "als das 10-fache des Wertes von k_min bestimmt
c3) Da die Kurve ein Minimum bei k_min hat, wird es zwei korrespondierende r_innen und r_außen geben, wie die innere bzw. äußere Grenze des Anschlussabschnitts definieren.
c4) Der Abstand zwischen den zwei Grenzen bestimmt die Dicke und der den Mittelwert k_{Anschluss,Mittelwert} wird darüber bestimmt].

Falls dieser Ansatz dahin gehend versagt, den Gradienten der Permeabilität, Porosität oder Porengröße zu bestimmen, wird die Dicke des Anschlussabschnitts auf 1 Mikrometer gesetzt.
Wie oben angegeben, wird es häufig wünschenswert sein, die Dicke des Anschlussabschnitts zu minimieren, bzw. die darin enthaltenen Membranmaterialien. Typische Dickenwerte liegen im Bereich von weniger als 100 μm, häufig weniger als 50 μm, 10 μm oder sogar weniger als 5 μm.
Sehr analog kann die X-Y-Erstreckung des Anschlussabschnitts bestimmt werden. In bestimmten Ausführungen des Flüssigkeitstransportelements wird es ohne weiteres klar sein, welcher Teil des Wandbereichs Anschlussabschnitte sind. In anderen Gestaltungen mit allmählicher Veränderung der Eigenschaften über den Wandbereich, können örtliche Permeabilitätskurven entlang der X- und Y-Richtung des Wandbereichs bestimmt und analog zu 5B ausdruckt werden, wie dies in 5C gezeigt ist. In diesem Fall jedoch definiert die Maximum-Permeabilität in dem Wandbereich die Anschlussbereiche, somit wird das Maximum bestimmt und der Bereich mit Permeabilitäten von weniger als einem Zehntel der Maximum-Permeabilität um dieses Maximum herum wird als der Anschlussabschnitt definiert.
Noch ein weiterer Parameter, der zum Beschreiben von Aspekten der Anschlussabschnitte nützlich ist, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, ist das Verhältnis von Permeabilität zur Dicke, welches im Kontext der vorliegenden Erfindung auch als die "Membrandurchleitfähigkeit" bezeichnet wird.
Dies reflektiert die Tatsache, dass – für eine gegebene Antriebskraft – die Menge Flüssigkeit, die durch ein Material, wie eine Membrane, hindurch dringt, einerseits proportional zur Permeabilität des Materials ist, das heißt, je höher die Permeabilität ist, desto mehr Flüssigkeit wird hindurch dringen, und andererseits umgekehrt proportional zur Dicke des Materials ist.
So zeigt ein Material mit einer geringeren Permeabilität im Vergleich zu dem gleichen Material mit einer Verminderung in der Dicke, dass die Dicke diesen Permeabilitätsmangel kompensieren kann (wenn hohe Durchsätze betrachtet werden sollen).
So können diese Parameter sehr nützlich zum Gestalten von zu verwendenden Anschlussabschnittsmaterialien sein.
Eine geeignete Durchleitfähigkeit k/d hängt von dem vorgesehenen Anwendungstyp ab. Die Tabelle unten listet Bereiche von typischen k/d-Werten für einige beispielhafte Anwendungen auf:
Natürlich müssen die Anschlussabschnitte durch das Transportfluid benetzbar sein, und die Hydrophilizität oder Lipophilizität sollte in geeigneter Weise gestaltet sein, wie beispielsweise durch Verwenden von hydrophilen Membranen im Falle von dem Transport von wasserhaltigen Flüssigkeiten oder von olophilen Membranen im Falle von lipophilen oder öligen Flüssigkeiten.
Die Oberflächeneigenschaften in dem Anschlussbereich können permanent sein oder sein oder sie können sich mit den Benutzungsbedingungen verändern.
Es wird vorgezogen, dass der rückläufige Kontaktwinkel für zu transportierende Flüssigkeit geringer ist als 70°, ganz bevorzugt geringer als 50°, noch bevorzugter geringer als 20° oder noch bevorzugter geringer als 10°. Ferner wird häufig vorgezogen, dass das Material keinen negativen Einfluss auf die Oberflächenspannung der transportierten Flüssigkeit hat.
Zum Beispiel kann eine lipophile Membrane aus lipophilen Polymeren hergestellt werden, wie Polyethylen oder Polypropylen, und solche Membranen werden während der Benutzung lipophil bleiben.
Ein weiteres Beispiel ist ein hydrophiles Material, das wässrigen Flüssigkeiten erlaubt, transportiert zu werden. Falls ein polymerartiges Polyethylen oder Polypropylen verwendet werden soll, muss dies hydrophil gemacht werden, wie beispielsweise durch grenzflächenaktive Stoffe, die der Oberfläche des Materials hinzu gegeben oder dem Bulk-Polymer hinzu gegeben werden, wie beispielsweise durch Hinzugabe eines hydrophilen Polymers vor dem Bilden des Anschlussmaterials. In beiden Fällen kann die verliehene Hydrophilizität dauerhaft oder nicht dauerhaft sein, zum Beispiel könnte sie mit dem Hindurchgehen der Transportflüssigkeit abgewaschen werden. Es ist jedoch ein wichtiger Aspekt der vorliegenden Erfindung, dass die Anschlussbereiche in einem benetzten Zustand bleiben, um so zu verhindern, dass ein Gas hindurch geht, wobei der Mangel an einem Hydrophilisierungsmittel nicht signifikant sein wird, sobald die Anschlussbereiche benetzt sind.
Aufrechterhalten einer Flüssigkeitsfüllung in der Membrane
Für eine poröse Membrane müssen, damit sie, wenn sie einmal benetzt worden ist, funktioniert (für eine Flüssigkeit durchlässig und für Luft nicht durchlässig) ist, wenigstens eine kontinuierliche Schicht von Poren der Membrane immer mit Flüssigkeit und nicht mit Gas oder Luft gefüllt sein. So kann es wünschenswert sein für bestimmte Anwendungen, die Verdunstung der Flüssigkeit aus den Membranporen zu minimieren, entweder durch eine Abnahme des Dampfdruckes in der Flüssigkeit oder durch eine Zunahme des Dampfdruckes in der Luft. Um dies zu erreichen, umfassen ohne jede Beschränkung:
Ein dichtes Verbinden der Membrane mit einer undurchlässigen Hülle, um eine Verdunstung zwischen der Herstellung und der Benutzung zu vermeiden. Verwenden von starken Trockenmitteln (z.B. CaCl₂) in den Poren oder Verwenden einer Flüssigkeit mit geringem Dampfdruck in den Poren, die sich mit dem transportierten Fluid vermischt, wie beispielsweise Glycerin.
Alternativ kann der Anschlussabschnitt mit löslichen Polymeren dicht verschlossen sein, wie beispielsweise mit Polyvinylalkohol oder Polyvinylacetat, welche bei Kontakt mit Flüssigkeiten aufgelöst werden und welche dadurch die Funktionalität des Transportelements aktivieren.
Neben den Flüssigkeitshandhabungsanforderungen sollten die Anschlussabschnitte bestimmte mechanische Anforderungen erfüllen.
Erstens sollten die Anschlussabschnitte keinen negativen Effekt auf die vorgesehenen Benutzungsbedingungen haben. Wenn zum Beispiel solche Elemente für hygienische absorbierende Artikel vorgesehen sind, darf der Komfort und die Sicherheit nicht negativ beeinflusst werden.
So wird es häufig wünschenswert sein, dass die Anschlussabschnitte weich und flexibel sind, wobei dies möglicherweise nicht immer der Fall ist. Der Anschlussabschnitt sollte jedoch ausreichend fest sein, um praktischen Benutzungsspannungen zu widerstehen, wie beispielsweise einer Reißspannung oder einer Durchstoßspannung oder dergleichen.
In bestimmten Gestaltungen kann es wünschenswert sein, dass die Anschlussabschnittmaterialien dehnbar oder kollabierbar oder biegbar sind.
Sogar ein einzelnes Loch in der Membrane (z.B. verursacht durch eine Durchlochung während der Benutzung), ein Versagen bei der Membranabdichtung (z.B. verursacht durch die Produktion), oder das Reißen einer Membrane (z.B. aufgrund eines Benutzungsdruckes, der ausgeübt wird), kann unter bestimmten Bedingungen zu einem Versagen des Flüssigkeitstransportmechanismusses führen. Obwohl dies als ein destruktives Testverfahren verwendet werden kann, um zu bestimmen, ob Materialien oder ein Element gemäß der vorliegenden Erfindung und so, wie nachfolgend beschrieben, funktioniert, ist dies während der vorgesehenen Verwendung nicht erwünscht. Falls Luft oder ein anderes Gas in den inneren Bereich eindringt, kann dies den Flüssigkeitsfließweg innerhalb des Bereichs blockieren oder es kann auch die Flüssigkeitsverbindung zwischen den Bulk- und Anschlussbereichen unterbrechen.
Eine Möglichkeit, ein einzelnes Element robuster herzustellen, besteht darin, in bestimmten Teilen des inneren Bereichs, entfernt von dem Hauptflüssigkeits-Fließweg, eine Tasche bereit zu stellen, in welcher Luft, die in das System eintritt, gesammelt werden kann, ohne das System nicht funktionierend zu machen.
Ein weiterer Weg, diese Aufgabe anzugehen, besteht darin, mehrere Flüssigkeitstransportelemente in einer (funktionalen oder geometrischen) parallelen Anordnung zu haben, anstatt ein einzelnes Flüssigkeitstransportelement. Falls eines der Elemente versagt, werden die anderen die Funktionalität der "Flüssigkeitstransportelement-Batterie" beibehalten.
Die obigen funktionalen Anforderungen an die Anschlussbereiche können durch einen breiten Bereich von Materialien oder Strukturen erfüllt werden, die durch die folgenden strukturellen Eigenschaften oder Parameter beschrieben werden.
Die Porenstruktur des Bereichs, bzw. der darin vorliegenden Materialien, ist ein wichtiger Parameter, der die Eigenschaften, wie Permeabilität und Blasenpunkdruck, beeinflusst.
Zwei Schlüsselaspekte der Porenstruktur sind die Porengröße und die Porengrößenverteilung. Ein geeignetes Verfahren, um diese Parameter wenigstens auf der Oberfläche des Bereichs zu charakterisieren, ist die optische Analyse. Ein weiteres geeignetes Verfahren für die Charakterisierung dieser Eigenschaften und Parameter ist die Verwendung eines Kapillarfluss-Porosimeters, wie dies nachfolgend beschrieben wird.
Wie oben im Kontext mit der Permeabilität besprochen wurde, wird die Permeabilität durch die Porengröße und die Dicke der Bereiche bzw. durch den Teil der Dicke, welcher die Permeabilität überwiegend bestimmt, beeinflusst.
Die Poren haben eine mittlere Größe von weniger als 50 μm, ganz bevorzugt weniger als 10 μm und sogar weniger als 5 μm. Die Poren sind nicht kleiner als 1 μm.
Es ist ein weiteres wichtiges Merkmal für zum Beispiel dem Blasenpunktdruck, dass dieser abhängig sein wird von dem größten Poren in dem Bereich, welche sich in einer geschlossenen Anordnung darin befinden. Wenn zum Beispiel eine größere Pore eingebettet ist in kleineren, verletzt dies nicht zwingend die Leistungsfähigkeit, während ein "Cluster" größerer Poren zusammen dies sehr wohl machen wird.
Daher wird es wünschenswert sein, engere Porengrößenverteilungen zu haben.
Ein weiterer Aspekt bezieht sich auf die Porenwände, wie die Porenwanddicke, welche in einem Gleichgewicht zwischen Offenheits- und Festigkeitsanforderungen stehen sollte. Auch die Poren sollten gut miteinander entlang der Fließrichtung verbunden sein, um einen Flüssigkeitsdurchgang leicht zu ermöglichen. Da einige der bevorzugten Anschlussabschnittmaterialien dünne Membranmaterialien sein können, können diese selbst nur relativ schwache mechanische Eigenschaften haben. Daher können solche Membranen kombiniert werden mit einer Stützstruktur, wie mit einer gröberen Masche, Fäden oder Filamenten, einem Vliesstoff mit Öffnungen versehenen Folien und dergleichen.
Eine solche Stützstruktur könnte kombiniert werden mit der Membrane, derart, dass sie in Richtung des Innen-/Bulk-Bereichs oder in Richtung der Außenseite des Elements positioniert ist.
Größe/Oberflächenbereich der Anschlussabschnitte
Die Größe der Anschlussabschnitte ist wesentlich für die Gesamtleistung des Transportelements und muss in Kombination mit dem Verhältnis "Permeabilität zur Dicke" (k/d) des Anschlussabschnittes bestimmt werden.
Die Größe muss an die vorgesehene Verwendung angepasst werden, damit die Flüssigkeitshandhabungsanforderungen erfüllt werden. Im Allgemeinen wird es wünschenswert sein, die Flüssigkeitshandhabungsfähigkeit des Innen-/Bulk-Bereichs und der Anschlussabschnitte kompatibel zu haben, derart, dass keines ein starker Begrenzungsfaktor für den Flüssigkeitstransport im Vergleich zu dem anderen ist. Da für eine gegebene Antriebskraft der Flux (das heißt, die Fließrate durch eine Einheitsfläche) des Membrane-Anschlussabschnitts im Allgemeinen geringer ist als der Flux durch den Innenbereich, kann es vorgezogen werden, den Membrane-Anschlussabschnitt relativ dünn hinsichtlich seiner Dicke auszugestalten und/oder größer hinsichtlich seiner Größe (Oberfläche) als der Querschnitt des Innenbereichs.
Dadurch kann die exakte Ausbildung und Form der Anschlussabschnitte über einen breiten Bereich variieren.
Falls zum Beispiel die Transportelementfunktion dazu gedacht ist, eine Auslösung oder ein Signal von einem Anschlussabschnitt zu einem anderen zu liefern, können die Anschlussabschnitte relativ klein sein, wie beispielsweise die Größe des Querschnitts des Innenbereichs, derart, das ein im Wesentlichen kleineres Transportelement ergibt.
Oder das Elemente kann, wenn Flüssigkeiten schnell eingefangen und transportiert, verteilt oder gespeichert werden sollen, zum Beispiel in Form eine Hundeknochens mit relativ großen Anschlussbereichen an jedem Ende des Transportelements geformt sein oder alternativ können die Anschlussabschnitte löffelförmig sein, um so die Aufnahmefläche zu vergrößern.
Alternativ können die Anschlussabschnitte nicht flach sein, wie zum Beispiel korrugiert oder gefaltet oder andere Formen haben, um so relativ große Verhältnisse von Oberflächenbereich zu Volumen zu erzeugen, wie dies in der Filtertechnologie allgemein bekannt ist.
Obwohl der Eingangsanschluss und der Ausgangsanschluss so ausgebildet sein können, dass sie die gleichen Grundanforderungen erfüllen und somit aus ein und demselben Material sein können, muss dies nicht der Fall sein. Die Eingangs- und Ausgangsanschlussbereiche können unterschiedlich sein hinsichtlich eines oder mehrerer Materialien oder Leistungsparameter. Die unterschiedlichen Anschlussbereiche können ohne weiteres wahrnehmbar sein, wie beispielsweise dadurch, dass sie durch unterschiedliche Materialien repräsentiert werden und/oder durch andere Materialien voneinander separiert werden oder die Anschlussabschnitte sich durch einen Eigenschafts- oder Parametergradienten unterscheiden können, welcher kontinuierlich oder schrittweise verlaufen kann.
Ein im Wesentlichen kontinuierliches Material kann einen Gradienten von Eigenschaften entlang beider Oberflächen des Materials haben, in der Dickenrichtung oder in beiderlei Hinsicht, um so in der Lage zu sein, mehrere Teile der Wand oder Eingangs- oder der Ausgangsanschlussbereiche zu repräsentieren.
Die Anschlussabschnitt-Eigenschaften können über die Zeit konstant sein oder sie können sich mit der Zeit verändern, zum Beispiel unterschiedlich sein vor und während der Benutzung.
Zum Beispiel können die Anschlussbereiche Eigenschaften haben, die zum Funktionieren in den Elementen gemäß der vorliegenden Erfindung ungeeignet sind, bis zum Zeitpunkt der Verwendung. Die Anschlussabschnitte können aktiviert werden, zum Beispiel durch eine manuelle Aktivierung, durch einen Eingriff durch die Person unter Verwendung des Elements oder durch automatische Aktivierungsmittel, wie beispielsweise durch ein Benetzen des Transportelements. Weitere alternative Mechanismen zur Aktivierung der Anschlussabschnitte können eine Temperaturveränderung beinhalten, zum Beispiel von einer Umgebungstemperatur zu einer Körpertemperatur eines Trägers, oder einen pH-Wert, zum Beispiel der Transportflüssigkeit oder eines elektrischen oder mechanischen Stimulus.
Wie im Kontext mit den Osmose-Paketmaterialien oben besprochen wurde, haben Membranen, die für die vorliegende Erfindung nützlich sind, keine spezifische Anforderung an eine bestimmte Salzundurchlässigkeit.
Obwohl die Anschlussabschnitte und geeignete Materialien im Hinblick auf ihre Eigenschaften oder beschreibenden Parameter beschrieben wurden, wird das Folgende einige der Materialien beschreiben, welche diese verschiedenen Anforderungen erfüllen, wodurch der Blick auf den Transport von wasserhaltigen Flüssigkeiten gerichtet wird.
Geeignete Materialien können offenzellige Schäume sein, wie beispielsweise Schäume aus einer Emulsion mit hoher innerer Phase, können Zellulosenitratmembranen, Zelluloseacetatmembranen, Polyvinyldifluoridfolien, Vliesstoffe, Gewebematerialien, wie Maschen aus Metall, oder Polymere, wie Polyamid oder Polyester. Weitere geeignete Materialien können mit Öffnungen versehene Folien sein, wie beispielsweise durch ein Vakuum geformt, hydro-geöffnet, mechanisch oder mit Laser geöffnet oder Folien, die durch Elektronen-, Ionen- oder Schwerionenstrahlen behandelt wurden.
Spezifische Materialien sind Zelluloseacetatmembranen, wie sie auch offenbart sind in US 5,108,383 (White, Allied-Signal Inc.), Nitrozellulosemembranen, wie erhältlich von zum Beispiel Advanced Microdevices (PVT) LTD, Ambala Cantt. Indien, bezeichnet CNJ-10 (Lot # F 030328) und CNJ-20 (Lot # F 024248), Zelluloseacetatmembranen, Zellulosenitratmembranen, PTFE-Membranen, Polyamid-Membranen, Polyester-Membranen, wie sie erhältlich sind zum Beispiel von Sartorius in Göttingen, Deutschland und Millipore in Bedford USA, können sehr geeignet sein. Auch mikroporöse Folien, wie ein mit CaCO₃-Teilchen gefüllter PE/PP-Film oder ein Füllstoff, der PET-Filme enthält, wie dies offenbart ist in EP-A-0 451 797.
Weitere Ausführungsformen für solche Anschlussabschnittmaterialien können mit einem Ionenstrahl geöffnete Polymerfolien sein, wie sie hergestellt werden aus PE, wie beispielsweise beschrieben in "Ion Tracks and Microtechnology – Basic Principles and Applications", heraus gegeben von R. Spohr und K. Bethge, veröffentlicht durch Vieweg, Wiesbaden, Deutschland 1990.
Weitere geeignete Materialien sind gewebte polymere Maschen, wie beispielsweise Polyamid- oder Polyethylenmaschen, wie sie erhältlich sind von Verseidag in Geldern-Waldbeck, Deutschland, oder SEFAR in Rüschlikon, Schweiz. Weitere Materialien, welche für die vorliegenden Anwendungen geeignet sein können, sind hydrophilisierte Gewebe, wie sie bekannt sind unter der Bezeichnung DRYLOFT^® von Goretex in Newark, DE 19711, USA.
Ferner sind bestimmte Vliesstoffmaterialien geeignet, wie sie erhältlich sind unter der Bezeichnung CoroGard^® von BBA Corovin, Peine, Deutschland, nämlich dann, wenn solche Bahnen speziell in Richtung auf eine relativ geringe Porengrößenverteilung ausgebildet sind, wie beispielsweise mit "schmelzgeblasene" Bahnen.
Für Anwendungen mit wenig Anforderungen an die Flexibilität der Elemente oder in welchen sogar eine bestimmte Steifigkeit erwünscht ist, können Metallfiltermaschen von geeigneter Porengröße geeignet sein, wie beispielsweise HIGHFLOW von Haver und Böcker in Oelde, Deutschland.
Zusätzliche Elemente
Obwohl die Definition von Bulk-, Wand- und Außenbereich in dem Vorstehenden in Bezug auf die Funktion jedes dieser Bereiche getroffen wurde, können optional Elemente zu den Materialien, die diese Bereiche bilden, hinzu gegeben werden, welche sich in eine benachbarte Region erstrecken können, ohne die Flüssigkeitshandhabungsfunktionalität zu erstrecken, eher aber um weitere Eigenschaften zu verbessern, wie beispielsweise die mechanische Festigkeit oder taktile oder visuelle Aspekte der Materialien, welche die Bereiche oder die vollständige Struktur bilden. Zum Beispiel kann eine Stützstruktur an die Außenseite der Wand oder des Anschlussabschnittes hinzu gefügt werden, welche so offen sein kann, dass die Fluidhandhabungseigenschaften nicht beeinflusst und als solche funktionell als zu dem Außenbereich gehörend angesehen werden würde. Wenn ein solches offenes Stützelement sich von dem Wandbereich in den Innen- oder Bulkbereich erstreckt, wird es funktionell zu dem Bulkbereich gehören. Falls ein allmählicher Übergang zwischen diesen Materialien und/oder Elementen vorliegt, werden die für die jeweiligen funktionellen Bereiche gemachten Definitionen eine klare Unterscheidung der den Bereich bildenden Materialien und der zusätzlichen Elemente ermöglichen.
Ferner können Elemente an dem Flüssigkeitstransportelement angebracht oder mit diesem einstückig sein, um seine Implementierung in ein Absorptionssystem oder in einen Artikel mit einem Flüssigkeitstransportelement zu unterstützen.
Transportelement-Funktionalität
Während der Absorption ziehen sowohl die Flüssigkeitstransportelemente gemäß der vorliegenden Erfindung wie auch bestimmte herkömmliche Materialien keine Luft in ihrer jeweiligen Strukturen, da herkömmliche Materialien, faserige Materialien oder herkömmliche Schäume die in die Struktur gezogene Flüssigkeit Luft in der Struktur verschiebt. Herkömmliche poröse Materialien, wie faserige Strukturen, ziehen jedoch typischerweise Luft in sich selbst während der Desorption, wobei Luft eintritt, wenn Flüssigkeit aus der Struktur gezogen wird. Das Flüssigkeitstransportelement gemäß der vorliegenden Erfindung zieht keine Luft in die Struktur unter normalen Benutzungsbedingungen. Die Eigenschaft, die den Punkt bestimmt, an welchem Luft in das System eintritt, wird hier als Blasenpunktdruck bezeichnet. Die Luft wird nicht in das Transportelement eindringen, bis der Blasenpunktdruck (bpp) erreicht ist, und zwar aufgrund der Membranenfunktionalität des Materials des oder der Anschlussabschnitte.
So wird eine Flüssigkeit, die einmal in das Element eingetreten ist, nicht durch Luft ersetzt – bis zu dem bpp des Elements.
Permeabilität
Eine weitere Eigenschaft des Flüssigkeitstransportelements ist die Permeabilität k (Flüssigkeitstransportelement) als die mittlere Permeabilität entlang des Fließweges der transportierten Flüssigkeit.
Das Flüssigkeitstransportelement gemäß vorliegenden Erfindung hat eine Permeabilität, welche größer ist als die Permeabilität eine Kapillarsystems mit gleicher Flüssigkeitstransportfähigkeit. Diese Eigenschaft wird bezeichnet als eine "kritische Permeabilität "k{crit}. Die kritische Permeabilität des Flüssigkeitstransportelements der vorliegenden Erfindung ist vorzugsweise wenigstens doppelt so hoch wie bei einem kapillaren System mit gleicher vertikaler Flüssigkeitstransportfähigkeit, ganz bevorzugt wenigstens vier Mal so hoch und äußerst bevorzugt wenigsten zehn Mal so hoch wie bei einem Kapillarsystem mit gleicher vertikaler Flüssigkeitstransportfähigkeit.
Für die Kapillarröhren kann die Permeabilität k{crit} auf dem Wege Adhäsionsspannung bestimmt werden, wie sie aus dem Gesetzt von Darcy wie folgt abgeleitet wird: k{crit} = (ε{Flüssigkeitstransportelement}/2)*(σ*cos(Θ))**2/(bpp{Flüssigkeitstransportelement}**2)in welcher
k{crit} die kritische Permeabilität in Einheiten von [m²] ist;
ε{Flüssigkeitstransportelement} die mittlere Porosität des Flüssigkeitstransportelements [–] ist;
σ{liqu} die Oberflächenenergie der Flüssigkeit in [cP] ist;
σ*cos(Θ) die Adhäsionsspannung in [cP] mit dem rückläufigen Kontaktwinkel Θ definiert,
bpp{Flüssigkeitstransportelement} der Blasenpunktdruck des Flüssigkeitstransportelements ist, ausgedrückt in [kPa], wie dies oben besprochen wurde.
Der Maximumwert, welcher für eines solches System erreicht werden kann, kann angenähert werden durch Abschätzen des Maximumwertes für den Term cos(Θ), nämlich 1: k{crit, max} =(ε{Flüssigkeitstransportelement}/2)*σ{Flüssigkeit}**2/(bpp {Flüssigkeitstransportelement})**2
Ein anderer Weg, k {crit} auszudrücken, erfolgt auf dem Wege der Fähigkeit des Elements, eine Flüssigkeit vertikal wenigstens gegen einen hydrostatischen Druck zu transportieren, der einer bestimmten Höhe h und einer Schwerkraftkonstanten g entspricht: k{crit, max} =((ε{Flüssigkeitstransportelement}/2)*σ{liqu}**2/(p{liqu}*g*h)**2.
Die Permeabilität eines Materials oder Transportelements kann bestimmt werden durch verschiedene Verfahren, wie beispielsweise durch Verwenden des Flüssigkeitstransporttests oder durch den Permeabilitätstest, die beide nachfolgend beschrieben werden, und dann durch Vergleich der kritischen Permeabilität, wie sie berechnet wurde aus den obigen Gleichungen.
Obwohl die bpp-Eigenschaft bereits im Kontext mit den Anschlussbereichen besprochen wurde, kann damit auch das ganze Transportelement beschrieben werden. Demgemäß hängt ein geeigneter bpp für das Element von seiner vorgesehen Verwendung ab und geeignete sowie typische Werte und Bereiche sind im Wesentlichen die gleichen für das Element wie für den Anschlussabschnitt, wie dies oben beschrieben wurde.
Ein Flüssigkeitstransportelement gemäß der vorliegenden Erfindung kann auch dadurch beschrieben werden, dass dieser im Wesentlichen luftundurchlässig ist bis zu einem bestimmten bpp, wodurch das Flüssigkeitstransportelement der vorliegenden Erfindung eine gesamte Permeabilität hat, die größer ist als die Permeabilität für ein gegebenes Material mit einer homogenen Porengrößenverteilung und einem äquivalenten bpp.
Noch ein anderer Weg, die Funktionalität eine Flüssigkeitstransportelements zu beschreiben, erfolgt durch Verwenden der mittleren Fluidpermeabilität k_b des Bulk/Innenbereichs und des Blasenpunktdruckes des Elements.
Das Flüssigkeitstransportelement gemäß der vorliegenden Erfindung sollte einen relativ hohen bpp {Flüssigkeitstransportelement} und eine hohe k({Flüssigkeitstransportelement} gleichzeitig haben. Dies kann graphisch dargestellt werden, wenn k{Flüssigkeitstransportelement} über dem bpp in einem doppel-logarithmischen Diagramm dargestellt werden (wie in 6, in welcher der bpp ausgedrückt wird in "cm Höhe Wassersäule", welche dann ohne weiteres in einen Druck umgewandelt werden kann).
Darin kann für eine gegebene Oberflächenenergiekombination der Flüssigkeit und der Elementmaterialien eine Korrelation von im Wesentlichen oben links nach unten rechts beobachtet werden. Elemente gemäß der vorliegenden Erfindung haben Eigenschaften in der oberen rechten Region (I) oberhalb der Trennungslinie (L), während die Eigenschaften herkömmlicher Materialien viel weiter in der linken unteren Ecke in der Region (II) liegen, und die Begrenzungen des reinen Kapillartransportmechanismusses haben, wie dieser schematisch durch die gerade Linie in dem Log-Log-Diagramm angegeben ist.
Noch ein weiterer Weg, die Funktionalität des Flüssigkeitstransportelementes zu beschreiben, besteht darin, den Effekt des Flüssigkeitstransportes als eine Funktion der Antriebskraft anzusehen.
Im Gegensatz dazu ist für Flüssigkeitstransportelemente gemäß der vorliegenden Erfindung der Fließwiderstand unabhängig von der Antriebskraft, solange die Druckdifferenz geringer ist als der bpp des Transportelements. So ist der Flux proportional zu der Antriebskraft (bis zu dem bpp).
Ein Flüssigkeitstransportelement gemäß der vorliegenden Erfindung kann ferner dadurch beschrieben werden, dass diese hohe Fluxraten hat, wie sie berechnet werden an der Querschnittsfläche des Innenbereichs. So sollte das Element eine mittlere Fluxrate bei 0,9 kPa zusätzlicher Saugdruckdifferenz zur Höhe H₀, wenn der Flüssigkeitstransporttest an einer Höhe H₀ durchgeführt wird, so wie er hier nachfolgend beschrieben wird, von wenigstens 0,1 g/s/cm² haben, vorzugsweise von wenigstens 1 g/cm²/s, ganz bevorzugt wenigstens 5 g/cm²/s, noch bevorzugter wenigstens 10 g/cm²/s oder sogar wenigstens 20 g/cm²/s und äußerst bevorzugt wenigstens 50 g/cm²/s.
Zusätzlich zu den obigen Anforderungen sollte das Flüssigkeitstransportelement einen bestimmten mechanischen Widerstand gegenüber einem Außendruck oder äußeren Kräften haben.
Für bestimmte Ausführungsformen kann der mechanische Widerstand gegenüber äußeren Drucken oder Kräften relativ hoch sein, um ein Ausdrücken der Flüssigkeit aus dem Transportelement zu verhindern, was zum Beispiel erreicht werden kann, indem in dem Innenbereich ein steifes/nicht verformbares Material verwendet wird.
Für bestimmte weitere Ausführungsformen kann dieser Widerstand in einem mittleren Bereich liegen und somit eine Ausnutzung eines Außendrucks oder äußere Kräfte auf das Transportelement zum Erzeugen eines "Pumpeffekts" zulassen.
Um geeignete Strukturen für ein Flüssigkeitstransportelement weiter zu erläutern, wird das oben erwähnte einfache Beispiel einer hohlen mit einem Eingang und ei nem Ausgang, wobei der Eingang und der Ausgang durch Membranen abgedeckt, das heißt, verschlossen, ist, betrachtet. Dieser Strukturtyp kann alternativ eine weitere Stützstruktur aufweisen, wie beispielsweise ein offenes Maschenelement, das an der Anschlussabschnittmembrane in Richtung des Innenbereichs angebracht ist.
Dabei kann die Anforderung an die Permeabilität durch die Membrane selbst erfüllt werden, das heißt, ungeachtet der Wirkung der Stützstruktur, falls die Stützstruktur ausreichend geöffnet ist, um keinen negativen auf die gesamte Permeabilität oder auf die Flüssigkeitshandhabungseigenschaften derselben auszuüben. Dann bezieht sich die Dicke des Anschlussabschnittes nur auf die Dicke der Membrane – das heißt, ohne die Dicke der Stützstruktur. Es wird in dem spezifischen Kontext klar, dass, falls zum Beispiel eine solche Stützstruktur als ein Element des Anschlussabschnitts ohne signifikanten Einfluss auf die Eigenschaften des Anschlussabschnittes zu sehen wäre, oder – zum Beispiel, wenn die Stützstruktur eine signifikante Dicke hat und somit einen Einfluss auf die Permeabilität für die Flüssigkeit ausübt, nachdem die Flüssigkeit den Anschlussabschnitt durchdrungen hat – dann gegebenenfalls die Stützstruktur als ein Teil des Innenbereichs angesehen werden sollte. Falls zum Beispiel die Stützstruktur in ihrer Dicke ausgedehnt wird, aber noch mit der Membrane verbunden bleibt, kann sie als eine zum Innenbereich gehörende Funktionalität angesehen werden, wie beispielsweise dann, wenn die Permeabilität des zusammengesetzten "Stützbereich-Innen-Lückenraumes" signifikant durch die Permeabilität der Stützstruktur beeinflusst wird.
Demgemäß sollte dieser Grundsatz für jeden der jeweiligen Aspekte berücksichtigt werden, wie beispielweise dann, wenn der bzw. die Anschlussabschnitte, die Bulkbereiche oder das ganz Transportelement betrachtet werden.
Das Folgende beschreibt, wie verschiedene Elemente kombiniert werden können, um Strukturen zu erzeugen, die als Flüssigkeitstransportelement geeignet sind. Es sollte angemerkt sein, dass, wegen der zahlreichen Gestaltungsmöglichkeiten, die eine oder andere Struktur nicht durch alle die oben beschriebenen Eigenschaften wahr genommen werden könnte, sie aber für den Fachmann ohne weiteres offensichtlich sein wird, um noch weitere Optionen gemäß der allgemeinen Lehren in Kombination mit den spezifischeren Ausführungsformen zu schaffen.
Relative Permeabilität
Falls die Permeabilität sowohl des Innen/Bulkbereichs als auch der Anschlussabschnitte unabhängig bestimmt werden kann, wird vorgezogen, dass einer oder beide der Anschlussabschnitte eine geringere Flüssigkeitspermeabilität hat/haben als der Innenbereich.
So sollte ein Flüssigkeitstransportelement ein Verhältnis der Permeabilität vom Bulkbereich zum Anschlussabschnitt von vorzugsweise wenigstens 10 : 1, ganz bevorzugt wenigstens 100 : 1, noch bevorzugter wenigstens 1000 : 1 haben, wobei Verhältnisse von 10⁵ : 1 geeignet sein können.
Relative Anordnung von Bereichen
In Abhängigkeit von spezifischen Ausführungsformen können verschiedene Kombinationen des Innenbereichs und der Wand mit dem oder den Anschlussabschnitten) vorliegen.
Wenigstens ein Bereich des oder der Anschlussabschnitte müssen in einer Flüssigkeitskommunikation mit dem Innenbereich stehen, um so einem Fluid zu ermöglichen, dahin übertragen zu werden.
Der Innen/Bulkbereich sollte größere Poren als der Wandbereich aufweisen. Das Porengrößenverhältnis der inneren Poren zu dem Poren des Anschlussabschnittes liegt vorzugsweise wenigstens bei 3 : 1, ganz bevorzugt wenigstens bei 10 : 1, noch bevorzugter wenigstens bei 30 : 1 oder sogar bei 100 : 1 und äußerst bevorzugt wenigstens bei 350 : 1.
Die Fläche der Anschlussabschnitte wird typischerweise so groß oder größer sein als der Querschnitt der Innenbereiche, wobei die jeweiligen Regionen zusammen betrachtet werden, nämlich – falls vorhanden – die Eingangsbereiche oder auch die Ausgangsbereiche. In jedem Falle werden die Eingangsanschlüsse doppelt so groß sein wie der Querschnitt des Innenbereichs, häufig vier mal so groß oder sogar 10 mal so groß.
Strukturelles Verhältnis der Bereiche
Die verschiedenen Bereiche können ähnliche strukturelle Eigenschaften haben oder unterschiedliche, möglicherweise komplementäre, strukturelle Eigenschaften, wie Größe, Flexibilität und dergleichen.
Zum Beispiel können alle Bereiche ein flexibles Material aufweisen, das so ausgebildet ist, dass dieses sich kooperativ verformt, wobei der Innenbereich ein Dünn-bis-Nass-Material aufweist, welche sich bei Kontakt mit der transportierten Flüssigkeit expandiert, wobei der oder die Anschlussabschnitte flexible Membranen umfassen und die Wände aus einem flüssigkeitsundurchlässigen flexiblen Film hergestellt sein können.
Das Flüssigkeitstransportelement kann aus verschiedenen Materialien hergestellt sein, wobei jeder Bereich ein oder mehrere Materialien umfassen kann.
Zum Beispiel kann der Innenbereich poröse Materialien umfassen, können die Wände ein Filmmaterial umfassen und können die Anschlüsse ein Membranenmaterialumfassen.
Alternativ kann das Transportelement im Wesentlichen aus einem Material mit unterschiedlichen Eigenschaften in verschiedenen Bereichen bestehen, wie beispielsweise aus einem Schaum mit sehr großen Poren, um die Funktionalität des Innenbe reichs bereit zu stellen, und mit kleineren Poren, welche diese umgeben, mit einer Membrane-Funktionalität als Anschlussmaterialien.
Ein Weg, ein Flüssigkeitstransportelement zu betrachten, besteht darin, den inneren Bereich als durch wenigstens einen Wand- und/oder Anschlussbereich umschlossen anzusehen. Ein sehr einfaches Beispiel dafür ist die oben erwähnte Röhre, die mit einer Flüssigkeit gefüllt ist und durch Membranen an beiden Enden geschlossen ist, wie dies in 7 angegeben ist.
Solche Elemente können als ein "geschlossenes Verteilungselement" angesehen werden, da der Innenbereich (703) durch den Wandbereich (702) mit den Anschlussbereichen (706, 707) "geschlossen" ist. Es ist ein Kennzeichen für solche Systeme, dass – sobald das Transportelement aktiviert ist oder ins Gleichgewicht gebracht ist – ein Durchlöchern des Wandbereiches den Transportmechanismus unterbrechen kann. Der Transportmechanismus kann beibehalten werden, falls nur eine kleine Menge Luft in das System eindringt. Die kleine Menge Luft kann in einem Bereich des Innenbereichs gesammelt werden, wo sie nicht für den Flüssigkeitstransportmechanismus zerstörerisch ist.
Für das Beispiel der hohlen Röhre mit wenigstens einem offenen Anschluss, wird ein Durchlöchern der Wände zu einer sofortigen Unterbrechung des Flüssigkeitstransportes und zu einem Fluidverlust führen.
Dieser Mechanismus kann ausgenutzt werden, um den "geschlossenen Systemtest" zu definieren (wie er unten beschrieben wird), welcher eine "ausreichende, aber nicht notwendige" Bedingung für das Flüssigkeitstransportelement gemäß der vorliegenden Erfindung ist (das heißt, alle Transportelemente, welche diesen erfüllen, können so angesehen werden, dass sie innerhalb der Grundsätze der vorliegenden Erfindung funktionieren, aber nicht alle Transportelement, welche durch diesen Test hindurch fallen, liegen außerhalb des Grundsatzes).
In einer weiteren Ausführungsform, wie sie in 8 gezeigt ist, kann das Flüssigkeitstransportelement mehrere Eingangs- und/oder mehrere Ausgangs-Anschlussabschnitte aufweisen, wie dies zum Beispiel erreicht werden kann, indem eine Anzahl von Röhren (802) miteinander verbunden werden und mehrere Endöffnungen mit Eingangsanschlüssen 806 und einem Ausgangsanschluss 807 geschlossen werden, wodurch der Innenbereich 803 oder ein "Split"-System umschrieben wird, in welchem ein Fluid simultan zu mehr als einer Stelle (mehr als einem Ausgangsanschluss) gleichzeitig transportiert wird. Alternativ kann der Transport zu verschiedenen Stellen wahlfrei sein (z.B. können die Lückenräume in einem Transportmaterial auf dem Weg zu einem Anschluss mit einem wasserlöslichen Material gefüllt sein und können die Lückenräume in dem Transportmaterial auf dem Weg zu einem zweiten Anschluss mit einem öllöslichen Material gefüllt sein. Auch kann das Transportmedium hydrophil und/oder oleophil sein, um die Selektivität weiter zu verbessern.)
In noch einer weiteren Ausführungsform, wie sie in 9 angegeben ist, kann der Innenbereich (903) in mehr als einen Bereich segmentiert sein, wie dies optisch dargestellt werden kann durch Betrachten eines Bündels von parallelen Rohren, die durch irgendein geeignetes Befestigungsmittel (909) in Position gehalten werden und von einem Wandbereich (902) umgeben sind, der Anschlussbereich (906, 907) und die inneren Separationsmittel (908) umfasst. Es kann auch in Betracht gezogen werden, dass wenigstens ein Teil des Membranematerials innerhalb der Innen/Bulkbereiche angeordnet ist und das Membranematerial sogar die Wände der Rohre bilden kann.
In noch einer weiteren Ausführungsform (10) besteht der Wandbereich im Wesentlichen aus einem durchlässigen Anschlussbereich, das heißt, der Innenbereich (1003) ist von gar keinen undurchlässigen Bereich umgeben. Der Anschlussbereich kann die gleiche Durchlässigkeit haben oder kann einen unterschiedlichen Grad an Durchlässigkeit haben, wie dies angegeben wird durch Bereiche (1006) und (1007). So kann der Innenbereich von einem Membranematerial umwickelt sein, wodurch die jeweiligen Eingangs- und Ausgangsanschlussbereiche als Teil des gesamten Anschlussbereich (1006 und 1007) dann durch die Verbindung mit Quellen/Abfluss-Sammelstellen gestimmt werden können, wie dies für Flüssigkeitstransportsysteme weiter beschrieben wird. Auch können der Anschlussbereich und der Innenbereich durch einen allmählichen Übergangsbereich verbunden sein, derart, dass das Transportelement als ein einheitliches Material mit variierenden Eigenschaften erscheint.
In weiteren Ausführungsformen (11) hat das Flüssigkeitstransportelement einen Eingangs-Anschlussbereich (1106) und einen Ausgangs-Anschlussbereich (1107). Zusätzlich zu der Transportfunktionalität, kann ein solches Element eine Flüssigkeit annehmen und/oder frei setzen, indem es verformbare Teile des Wandbereichs (1102) aufweist, derart, dass das Gesamtelement das Volumen des Innenbereich (1103) erhöhen kann, um so das zusätzlich erhaltene Flüssigkeitsvolumen aufzunehmen, oder um so die anfänglich enthaltene Flüssigkeit aufzunehmen, welche dann durch den oder die Anschlussbereiche frei gesetzt werden kann. So kann in diesen Element eine Flüssigkeits-Sammelstelle oder -quelle mit dem Flüssigkeitstransportelement einstückig kombiniert werden und kann das Flüssigkeitstransportelement eine Flüssigkeits-Sammelstelle oder -quelle aufweisen, die darin eingebaut ist, wie beispielweise durch Elemente (1111) in 11 gezeigt.
Zum Beispiel können Strukturen, die gemäß den Lehren aus US-A-5,108,383 (White) hergestellt werden als ein Flüssigkeitstransportelement gemäß der vorliegenden Erfindung angesehen werden, falls – und nur falls – diese gemäß den Anforderungen an den Bulkbereich und an die Anschlussabschnitte, wie sie hier oben definiert wurden, modifiziert werden. Wegen des spezifischen Funktionsmechanismusses fehlt diesen Strukturen andernfalls die breite Anwendbarkeit der vorliegenden Erfindung, die – aufgrund der zusätzlichen Anforderungen nach Innen- und Anschlussbereichen – weder auf osmotische Antriebskräfte (das heißt, das Vorhandensein von Promotern) beschränkt ist, noch dass die Membranen der vorliegenden Er findung die Salz-abweisenden Eigenschaften haben müssen, die durch die MOP-Strukturen gemäß der US-A-5,108,383 erforderlich sind.
Eine weitere Ausführungsform eines solchen Systems mit einer mit dem Flüssigkeitstransportelement einstückigen Flüssigkeits-Sammelstelle ist ein "Dünn-bis-Nass"-Material in Kombination mit einer geeigneten Membrane. Solche Materialien sind allgemein bekannt, wie beispielsweise aus US-A-5,108,383, welche offenzellige poröse hydrophile Schaummaterialien sind, wie sie hergestellt werden durch ein Verfahren mit einer Emulsion mit hoher innerer Phase. Die Porengröße, die Polymerfestigkeit (Einfriertemperatur T_g) und die hydrophilen Eigenschaften sind derart ausgelegt, dass die Poren zusammenfallen, wenn sie entwässert werden und wenigstens teilweise getrocknet werden und bei Benetzung expandieren. Eine spezifische Ausführungsform ist eine Schaumschicht, welche sich bei Absorption von Flüssigkeit auf ihre Stärke expandieren kann und bei Entfernung von Flüssigkeit (wieder) zusammenfallen kann.
In noch einer weiteren Ausführungform kann der Innenbereich am Beginn des Flüssigkeitstransportprozesses flüssigkeitsleer sein (das heißt, er enthält ein Gas bei einem Druck von weniger als dem Umgebungsdruck, der das Flüssigkeitstransportelement umgibt). In solchen Fällen kann die durch eine Flüssigkeitsquelle gelieferte Flüssigkeit durch den oder die Eingangsanschlüsse hindurch dringen, um zuerst die Lückenräume der Membrane und dann den Innenbereich zu füllen. Das Benetzen initiiert dann die Transportmechanismen gemäß der vorliegenden Erfindung, um dadurch das Benetzen und Durchdringen des Ausgangs-Anschlussbereiches. In einem solchen Fall können die Innenbereich möglicherweise nicht vollständig mit dem Transportfluid gefüllt werden, sondern es kann gegebenenfalls eine bestimmte Menge von Restgas oder Dampf zurück gehalten werden. Falls das Gas oder der Dampf in der transportierten Flüssigkeit löslich ist, ist es möglich, dass, nachdem eine gewisse Menge Flüssigkeit durch das Element hindurch gegangen ist, im Wesentlichen die Gesamtheit des anfänglich vorhandenen Gases oder Dampfes entfernt ist und die Innenbereiche im Wesentlichen lückenfrei werden. Natürlich kann in Fällen, in den etwas Restgas oder Restdampf im Innenbereich vorhanden ist, dies den effektiv verfügbaren Querschnitt des Fluidelements verringern, sofern nicht spezifische Maßnahmen getroffen werden, wie sie angegeben sind in 12A und 12B, mit dem Wandbereich (1202), der Anschlussbereiche (1206 und 1207) aufweist, welche den Innenbereich (1203) umgeben, und mit einem Bereich (1210), der das Sammeln von Gas erlaubt.
Eine noch weitere Ausführungsform kann unterschiedliche Typen von Fluid verwenden – zum Beispiel kann das Element mit einer auf Wasser basierenden Flüssigkeit gefüllt sein, und der Transportmechanismus ist derart, dass eine nicht wässrige, möglicherweise nicht mischbare Flüssigkeit (wie Öl) über den Eingangsanschluss in das Flüssigkeitstransportelement eintritt, während die wässrige Flüssigkeit das Element über den Ausgangsanschluss verlässt.
In noch weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können ein oder mehrere der oben beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden.
Flüssigkeitstransportsystem
Das Folgende beschreibt eine geeignete Anordnung eines solchen Flüssigkeitstransportelements, um ein geeignetes Flüssigkeitstransportsystem (LTS) gemäß der vorliegenden Erfindung zu erzeugen.
Ein Flüssigkeitstransportsystem innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung umfasst die Kombination von wenigstens einem Flüssigkeitstransportelement mit wenigstens einer weiteren Flüssigkeits-Sammelstelle oder -quelle in Flüssigkeitskommunikation mit dem Element. Ein System kann ferner mehrere Sammelstellen oder Quellen umfassen und kann auch mehrere Flüssigkeitstransportelemente umfassen, wie beispielsweise bei einer parallelen Funktionalität. Letzteres kann eine Redundanz erzeugen, um so die Funktionalität des Systems zu gewährleisten, selbst dann, wenn das Transportelement versagt.
Die Quelle kann irgendeine Form einer freien Flüssigkeit oder Luft zur gebundene Flüssigkeit sein, so dass diese zur Aufnahme durch das Transportelement ohne weiteres verfügbar ist.
Zum Beispiel ein Flüssigkeitspool oder ein frei fließendes Volumen einer Flüssigkeit oder eine offene poröse Struktur, die mit Flüssigkeit gefüllt ist.
Die Sammelstelle kann eine beliebige Form eines eine Flüssigkeit annehmenden Bereichs haben. In bestimmten Ausführungsformen wird vorgezogen, dass die Flüssigkeit fester gebunden wird, als die Flüssigkeit in der Flüssigkeitsquelle. Die Sammelstelle kann auch ein Element oder eine Region sein, die eine freie Flüssigkeit enthält, derart, dass die Flüssigkeit in der Lage sein würde, von dem Element frei weg zu fließen oder von Schwerkraft weg getrieben zu werden. Alternativ kann die Sammelstelle ein absorbierendes oder superabsorbierendes Material, absorbierende Schäume, expanierbare Schäume, enthalten, alternativ kann sie aus einem durch eine Feder aktivierbares Bulksystem hergestellt sein oder sie kann ein osmotisch funktionierendes Material enthalten oder Kombinationen davon.
Eine Flüssigkeitskommunikation in diesem Kontext bezieht sich auf die Fähigkeit von Flüssigkeiten, sich von der Sammelstelle oder der Quelle zu dem Element zu übertragen oder übertragen zu werden, wie dies ohne weiteres durch ein Berühren der Elemente oder durch ein enges Zusammenbringen der Elemente erreicht werden kann, so dass die Flüssigkeit die verbleibende Lücke überbrücken kann.
Ein solches Flüssigkeitstransportsystem umfasst ein Flüssigkeitstransportelement gemäß der obigen Beschreibung plus wenigstens einer Flüssigkeitssammelstelle oder -quelle. Der Ausdruck wenigstens bezieht sich auf Systeme, in welchen das Flüssigkeitstransportelement selbst Flüssigkeiten speichern oder frei setzen kann, derart, dass ein Flüssigkeitstransportsystem umfasst
eine Sammelstelle und ein eine Flüssigkeit frei setzendes Flüssigkeitstransportelement; oder
eine Quelle und ein eine Flüssigkeit annehmendes Flüssigkeitstransportelement; oder
eine Sammelstelle und eine Quelle und ein Flüssigkeitstransportelement.
In jeder dieser Optionen kann das Flüssigkeitstransportelement flüssigkeitsfreisetzende oder annehmende Eigenschaften zusätzlich zu einer Sammelstelle oder Quelle außerhalb des Elements haben. Ein System kann ferner mehrere Sammelstellen oder Quellen umfassen und kann auch mehrere Flüssigkeitstransportelemente umfassen, wie beispielsweise in einer parallelen Anordnung. Letzteres kann eine Redundanz erzeugen, um so die Funktionalität des Systems zu gewährleisten, selbst dann, wenn ein einzelnes Transportelement versagt.
Wenigstens ein Teil des oder der Anschlussabschnitte muss in einer Flüssigkeitskommunikation mit der Quellenflüssigkeit stehen, und wo anwendbar, auch mit dem Sammelstellenmaterial. Ein Ansatz besteht darin, dass das Anschlussabschnittmaterial von der äußeren Oberfläche des Flüssigkeitstransportelements teilweise oder als Gesamtheit der äußeren Oberfläche vorliegt, um so Flüssigkeiten, wie beispielsweise Flüssigkeiten der Flüssigkeitsquelle oder der Sammelstelle, zu erlauben, ohne weiteres die Anschlussabschnitte zu berühren. Die effektive Anschlussabschnittsgröße kann bestimmt werden durch die Größe der Flüssigkeitskommunikation mit der Sammelstelle bzw. der Quelle. Zum Beispiel kann die Gesamtheit der Anschlussabschnitte in Kontakt mit der Sammelstelle oder der Quelle stehen, oder nur mit einem Teil derselben. Alternativ kann, zum Beispiel dann, wenn es einen homogenen Anschlussabschnitt gibt, dieser in separate effektive Eingangsanschlussabschnitte und effektive Ausgangsanschlussabschnitte unterschieden werden, wenn der Anschlussbereich sich in Kontakt mit der Flüssigkeitsquelle und/oder der Sammelstelle befindet.
Es wird klar, dass eine Sammelstelle in der Lage sein muss, eine Flüssigkeit von dem Element anzunehmen (und wenn verfügbar, von den jeweiligen Anschlussabschnitten) und eine Quelle in der Lage sein muss, Flüssigkeit an das Element frei zu geben (und wo verfügbar, an die jeweiligen Anschlussabschnitte).
Somit eine Flüssigkeitsquelle für ein Flüssigkeitstransportelement gemäß der vorliegenden Erfindung eine frei fließende Flüssigkeit sein, wie Urin, das von dem Träger abgegeben wurde, oder ein offenes Wasserreservoir.
Ein Flüssigkeitsquellenbereich kann auch ein Zwischenreservoir sein, wie beispielsweise ein Flüssigkeitsannahmeelement in absorbierenden Artikeln.
Analog kann eine Flüssigkeits-Sammelstelle ein frei fließender Kanal sein oder ein sich ausdehnendes Reservoir, zum Beispiel ein Bulkelement, das mit mechanischen Ausdehnungs- oder Abstandelementen, wie Federn, kombiniert ist.
Ein Flüssigkeits-Sammelstellenbereich kann auch ein ultimatives Flüssigkeitsspeicherelement von absorbierenden Elementen sein, wie sie nützlich sein in absorbierenden Artikeln und dergleichen.
Zwei oder mehr Flüssigkeitstransportsysteme gemäß der vorliegenden Erfindung können auch in einer "kaskadierenden Ausbildung" (13A, 13B, 13C) angeordnet sein, mit Wandbereichen (1302), Anschlussbereichen (1306) und Flüssigkeits-Sammelstellenmaterialien (1311). Darin wird der gesamte Fluid-Fließweg durch ein Flüssigkeitstransportelement nach dem anderen hindurch gehen. Dadurch kann der Eingangsanschlussabschnitt eines nachfolgenden Flüssigkeitstransportsystems die Sammelstellenfunktionalität eines vorher gehenden Systems übernehmen, wie beispielsweise dann, wenn die Eingangs- und Ausgangsanschlussabschnitte in einer Fluidkommunikation miteinander stehen. Eine solche Fluidkommunikation kann ein direkter Kontakt sein oder kann über ein Zwischenmaterial erfolgen.
Eine spezifische Ausführungsform einer solchen "Kaskade" kann durch Verbinden von zwei oder mehreren "Membrane-Osmosepaketen" gesehen werden, die Membranen mit geeigneten Eigenschaften umfassen, wobei die osmotische Saugkraft mit nachfolgenden Paketen zunimmt. Jedes der Pakete kann dann als ein Flüssigkeitstransportelement angesehen werden, und die Verbindung zwischen den Paketen wird die Eingangs- und Ausgangsanschlussabschnitte jedes Paketes oder Elements definieren. Dadurch können die Pakete durch ein Material (wie beispielsweise einem Typ einer flexiblen Membrane) umschlossen sein, oder es können sogar mehrere Pakete ein einheitliches Membraneelement haben.
In einer bevorzugten Ausführungsform hat ein Flüssigkeitstransportsystem eine Absorptionskapazität von wenigstens 5 g/g, vorzugsweise wenigstens 10 g/g, ganz bevorzugt wenigstens 50 g/g und äußerst bevorzugt wenigstens 75 g/g auf der Basis des Gewichts des Flüssigkeitstransportsystems, wenn dies gemessen wird, in dem nachfolgend beschriebenen Absorption auf Abruf-Test.
In noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform enthält das Flüssigkeitstransportsystem eine Sammelstelle mit einem Absorptionsmaterial, das ein Absorptionskapazität von wenigstens 10 g/g aufweist, vorzugsweise von wenigstens 20 g/g und ganz bevorzugt von wenigstens 50 g/g, und zwar auf Basis des Gewichts des Sammelstellenmaterials, wenn es gemessen wird im hier nachfolgend beschrieben Teebeutel-Zentrifugenkapazitätstest.
In noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das Flüssigkeitstransportsystem ein absorbierendes Material, das ein Absorptionskapazität von wenigstens 5 g/g, vorzugsweise wenigstens 10 g/g, ganz bevorzugt wenigstens 50 g/g oder äußerst bevorzugt von wenigstens 75 g/g bis zur kapillaren Saugkraft bereit stellt, die dem Blasenpunktdruck des Elements entspricht, insbesondere von wenigstens 4 kPa, vorzugsweise wenigstens 10 kPa, wenn dieses dem hier beschriebenen Kapillar-Sorptionstest unterzogen wird. Solche Materialien zeigen vorzugsweise eine geringe Kapazität in dem Absorptionstest oberhalb des Blasenpunktdruckes, wie beispielsweise 4 kPa und sogar 10 kPa von weniger als 5 g/g, vorzugsweise weniger als 2 g/g, aber vorzugsweise weniger als 10 g/g und äußerst bevorzugt weniger als 0,2 g/g.
In bestimmten spezifischen Ausführungsformen kann das Flüssigkeitstransportelement superabsorbierende Materialien oder einen Schaum enthalten, die gemäß der Polymerisation in einer Emulsion mit hoher innerer Phase hergestellt wurden.
Anwendungen
Es gibt ein breites Feld zum Anwenden von Flüssigkeitstransportelementen oder Systemen gemäß der vorliegenden Erfindung. Das Folgende sollte nicht in irgendeiner Weise als beschränkend angesehen werden, sondern nur zu dem Zweck, Bereiche beispielhaft darzustellen, in welchen solche Elemente oder Systeme nützlich sind.
Geeignete Anwendungen können zum Beispiel für einen Verband oder andere absorbierende Gesundheitspflegesysteme gefunden werden. In einem anderen Aspekt kann der Artikel ein Wassertransportsystem oder -element sein, das optional eine Transportfunktionalität mit einer Filtrationsfunktionalität kombiniert, zum Beispiel durch Reinigen von Wasser, welches transportiert wird. Auch kann das Element in einem Reinigungsvorgang nützlich sein, wie zum Beispiel durch Entfernen von Flüssigkeiten, oder durch ein Freisetzen von Fluiden in einer kontrollierten Weise. Ein Flüssigkeitstransportelement gemäß der vorliegenden Erfindung kann auch ein Öl- oder Fettabsorber sein.
Eine spezifische Anwendung kann in sich selbst regulierenden Bewässerungssystemen für Pflanzen gesehen werden. Dabei kann der Eingangsanschluss in ein Reservoir eingetaucht werden und kann das Transportelement in Form einer langen Röhre vorliegen. Im Gegensatz zu bekannten Bewässerungssystemen (wie sie bekannt sind unter BLUMAT, erhältlich von Jade @ National Guild, PO Box 5370, Mt. Crested Bute, CO 81225) wird das System gemäß der vorliegenden Erfindung nicht seine Funktionalität beim Austrocknen des Reservoirs verlieren, sondern funktionsfähig bleiben, bis und nachdem das Reservoir wieder gefüllt ist.
Eine weitere Anwendung kann in Luftkonditionierungssystemen gesehen werden, mit einem ähnlichen Vorteil, wie dieser für Bewässerungssysteme beschrieben wurde. Auch wegen der kleinen Porengrößen der Anschlussbereiche würde dieses System leichter zu reinigen sein als herkömmliche Benetzungshilfen, wie poröse Tonstrukturen oder löschpapierartige Elemente.
Noch eine weitere Anwendung ist der Ersatz von Miniaturpumpen, wie dies in biologischen Systemen in Betracht kommen kann, oder selbst auf dem medizinischen Gebiet.
Eine noch weitere Anwendung kann in einem selektiven Transport von Flüssigkeiten gesehen werden, wie beispielsweise dann, wenn Öl aus einen Öl/Wassergemisch weg transportiert werden soll. Zum Beispiel bei Ölverunreinigungen auf Wasser kann ein Flüssigkeitstransportelement verwendet werden, um das Öl in ein weiteres Reservoir zu übertragen. Alternativ kann Ölin einem Flüssigkeitstransportelement transportiert werden, das darin eine Sammelstellenfunktionalität für Öl enthält.
Eine noch weitere Anwendung verwendet das Flüssigkeitstransportelement gemäß der vorliegenden Erfindung als einen Transmitter für ein Signal. In einer solchen Anwendung muss die gesamte Menge der transportierten Flüssigkeit nicht unbedingt sehr groß sein, statt dessen sollten die Transportzeiten kurz sein. Dies kann erreicht werden, indem ein mit Flüssigkeit gefülltes Transportelement vorliegt, welches bei Aufnahme auch nur einer geringen Menge einer Flüssigkeit am Eingangsanschluss praktisch unmittelbar Flüssigkeit am Ausgangsanschluss frei setzt. Diese Flüssigkeit kann dann dazu verwendet werden, eine weitere Reaktion zu stimulieren, wie beispielsweise ein Signal, oder eine Reaktion zu aktivieren, zum Beispiel ein Auflösen einer Dichtung, um gespeicherte mechanische Energie frei zu geben, um eine dreidimensionale Veränderung in der Form oder Struktur zu erzeugen.
Eine noch weitere Anwendung nutzt die sehr kurzen Reaktionszeiten des Flüssigkeitstransports und die praktisch unmittelbare Reaktionszeit aus.
Eine besonders nützliche Anwendung für solche Flüssigkeitstransportelemente kann auf dem Gebiet von absorbierenden Artikeln gesehen werden, wie beispielsweise wegwerfbare Hygieneartikel, wie Babywindeln oder dergleichen, für einen absorbierenden Einwegartikel.
Absorbierende Artikel – Allgemeine Beschreibung
Ein absorbierender Artikel umfasst im Allgemeinen:

– einen absorbierenden Kern oder eine Kernstruktur (welche die verbesserten Fluidtransportelemente gemäß der vorliegenden Erfindung umfassen kann und welche aus zusätzlichen Unterstrukturen bestehen kann);
– eine fluiddurchlässige Decklage;
– eine im Wesentlichen fluidundurchlässige Außenlage;
– optional weitere Merkmale, wie Verschlusselemente oder eine Elastifikation.

14 ist eine Draufsicht einer beispielhaften Ausführungsform eines absorbierenden Artikels in der Erfindung, die eine Windel ist.
Die Windel 1420 ist in 14 in ihrem flach ausgelegten, nicht zusammengezogenen. Zustand gezeigt (das heißt, mit ausgezogener elastisch induzierter Kontraktion, mit Ausnahme in den Seitenfeldern, in welchen die Gummis in ihrem entspannten Zustand belassen sind), wobei Bereiche der Struktur weg geschnitten sind, um deutlicher den Aufbau der Windel 1420 zu zeigen, und wobei der Bereich der Windel 1420, welcher vom Träger abgewandt ist, die äußere Oberfläche 1452, dem Bet rachter zugewandt ist. Wie in 14 gezeigt ist, umfasst die Windel 1420 eine Aufnahmeeinheit 1422, die vorzugsweise eine flüssigkeitsdurchlässige Decklage 1424 umfasst, eine flüssigkeitsundurchlässige Außenlage 1426, die mit der Decklage 1424 verbunden ist, und einen absorbierenden Kern 1428, der zwischen der Decklage 1424 und der Außenlage 1426 positioniert ist; elastisch gemachte Seitenfelder 1430; elastisch gemachte Beinaufschläge 1432; ein elastisches Taillenmerkmal 1434; und ein Verschlusssystem mit einem Doppelspannungs-Befestigungssystem, das allgemein mehrfach mit 1436 bezeichnet ist. Das Doppelspannungs-Befestigungssystem 1436 umfasst vorzugsweise ein primäres Befestigungssystem 1438 und ein Taillen-Verschlusssystem 1440. Das primäre Befestigungssystem 1438 umfasst vorzugsweise ein Paar Festlegungselemente 1442 und ein Anlageelement 1444. Das Taillen-Verschlusssystem 1440 ist in 14 so gezeigt, dass dieses vorzugsweise ein Paar erste Anbringungskomponenten 1446 und eine zweite Anbringungskomponente 1448 umfasst. Die Windel 1420 umfasst vorzugsweise auch einen Positionierungsflecken 1450, der angrenzend unter jeder ersten Anbringungskomponente 1446 positioniert ist.
Die Windel 1420 ist in 14 so gezeigt, dass sie eine äußere Oberfläche 1452 (dem Betrachter in 4 zugewandt) aufweist, eine innere Oberfläche 1454, entgegen gesetzt zu der äußeren Oberfläche 1452, eine erste Taillenregion 1456, eine zweite Taillenregion 1458, entgegen gesetzt zur ersten Taillenregion 1456 und einen Umfang 1460, welcher durch die äußeren Ränder der Windel 1420 gebildet wird, in welchem die Längsränder mit 1462 bezeichnet sind und die Stirnränder mit 1464 bezeichnet sind. Die innere Oberfläche 1454 der Windel 1420 umfasst den Bereich der Windel 1420, welcher angrenzend an den Körper des Trägers während der Benutzung angeordnet ist (das heißt, die innere Oberfläche 1454 wird im Allgemeinen durch wenigstens einen Bereich der Decklage 1424 und durch andere Komponenten gebildet, die mit der Decklage 1424 verbunden sind). Die äußere Oberfläche 1452 umfasst den Bereich der Windel 1420, welcher vom Körper des Trägers weg positioniert ist (das heißt, die äußere Oberfläche 1452 wird im Allgemeinen durch wenigstens einen Bereich der Außenlage 1426 und durch andere Komponenten gebildet, die mit der Außenlage 1426 verbunden sind). Die erste Taillenregion 1456 und die zweite Taillenregion 1458 erstrecken sich jeweils von den Stirnrändern 1464 des Umfangs 1460 zu der quer verlaufenden Mittellinie 1466 der Windel 1420. Die Taillenregionen umfassen jeweils eine zentrale Region 1468 und ein Paar Seitenfelder, welcher typischerweise die äußeren Querbereiche der Taillenregionen umfassen. Die Seitenfelder, die in der ersten Taillenregion 1456 positioniert sind, sind mit 1470 bezeichnet, während die Seitenfelder in der zweiten Taillenregion 1458 mit ein 1472 bezeichnet sind. Obwohl es nicht notwendig ist, dass die Paare von Seitenfeldern oder jedes Seitenfeld identisch ist, sind sie vorzugsweise Spiegelbilder zueinander. Die Seitenfelder 1472, die in der zweiten Taillenregion 1458 positioniert sind, können elastisch dehnbar sein in der Querrichtung (das heißt, elastisch gemachte Seitenfelder 1430 sein). (Die Querrichtung (X-Richtung oder Breite) ist definiert als die Richtung parallel zur quer verlaufenden Mittellinie 1466 der Windel 1420; die Längsrichtung (Y-Richtung oder Länge) ist als die Richtung definiert, parallel zur längs verlaufenden Mittellinie 1467; und die axiale Richtung (Z-Richtung oder Dicke) ist als die Richtung definiert, die sich durch die Dicke der Windel 1420 hindurch erstreckt.)
14 zeigt eine spezifische Ausbildung der Windel 1420, in welcher die Decklage 1424 und die Außenlage 1426 Längen- und Breitenabmessungen haben, die im Wesentlichen größer sind als diejenigen des absorbierenden Kerns 1428. Die Decklage 1424 und die Außenlage 1426 erstrecken sich über die Ränder des absorbierenden Kerns 1428 hinaus, um dadurch den Umfang 1460 der Windel 1420 zu bilden. Der Umfang 1460 bildet die äußere Kontur oder, mit anderen Worten, die Ränder der Windel 1420. Der Umfang 1460 umfasst die Längsränder 1462 und die Stirnränder 1464.
Obwohl jeder elastisch gemachte Beinaufschlag 1432 so konfiguriert sein kann, dass dieser ähnlich einem der Beinbänder, Seitenklappen, Barrierenaufschlägen oder elastischen Aufschlägen ist, die oben beschrieben wurden, wird bevorzugt, dass jeder elastische Beinaufschlag 1432 wenigstens einen inneren Barrierenaufschlag 1484 aufweist, der eine Barrierenklappe 1485 und ein elastisches Abstandelement 1486 umfasst, wie dies in dem oben erwähnten US Patent 4,909,803 beschrieben ist. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der elastisch gemachte Beinaufschlag 1432 zudem einen elastischen Dichtungsaufschlag 14104 mit ein oder mehreren elastischen Strängen 14105, die außenseitig des Barrierenaufschlag 1484 positioniert sind, wie dies beschrieben ist in dem oben erwähnten US Patent 4,695,278.
Die Windel 1420 kann ferner ein elastisches Taillenmerkmal 1434 umfassen, das einen verbesserten Sitz und eine verbesserte Aufnahme liefert. Das elastische Taillenmerkmal 1434 erstreckt sich wenigstens in Längsrichtung von wenigstens einem der Taillenränder 1483 des absorbierenden Kerns 1428 in wenigstens der zentralen Region 1468 nach außen und bildet ganz allgemein wenigstens einen Bereich des Stirnrandes 1464 der Windel 1420. So umfasst das elastische Taillenmerkmal 1434 den Bereich der Windel, der sich wenigstens von dem Taillenrand 1483 des absorbierenden Kerns 1428 zu dem Stirnrand 1464 der Windel 1420 erstreckt und dazu gedacht ist, angrenzend an die Taille des Trägers angeordnet zu werden. Einwegwindeln werden im Allgemeinen so konstruiert, dass sie zwei elastische Taillenmerkmale haben, eines positioniert in der ersten Taillenregion und eines positioniert in der zweiten Taillenregion.
Das elastische gemachte Taillenband 1435 des elastischen Taillenmerkmals 1434 kann einen Bereich der Decklage 1424 umfassen, einen Bereich der Auslage 1426, der vorzugsweise mechanisch gestreckt wurde, und ein Bilaminatmaterial mit einem elastomeren Element 1476, das zwischen der Decklage 1424 und der Außenlage 1426 positioniert ist, und mit einem elastischen Element 1477, das zwischen der Außenlage 1426 und dem elastomeren Element 1476 positioniert ist.
Dies sowie weitere Komponenten der Windel sind in größerem Detail angegeben in WO 93/16669.
Absorbierender Kern
Der absorbierende Kern sollte im Allgemeinen komprimierbar, anschmiegsam, nicht störend für die Haut des Trägers sein und in der Lage sein, Flüssigkeiten, wie Urin und andere bestimmte Körperausscheidungen, zu absorbieren und zurückzuhalten. Wie in 14 gezeigt ist, hat der absorbierende Kern eine wäscheseitige Oberfläche, eine körperseitige Oberfläche, Seitenränder und Taillenränder. Der absorbierende Kern kann – zusätzlich zu dem Flüssigkeitstransportelement gemäß der vorliegenden Erfindung – eine breite Vielfalt von flüssigkeitsabsorbierenden oder flüssigkeitshandhabenden Materialien haben, die üblicherweise in Einwegwindeln und anderen absorbierenden Artikeln verwendet werden, wie beispielsweise – aber nicht beschränkt darauf – zermahlener Holzzellstoff, welcher allgemein als Luftfilz bezeichnet wird; schmelzgeblasene Polymere, einschließlich Coform; chemisch versteifte, modifizierte oder vernetzte Zellulosefasern; Tissue, einschließlich Tissuehüllen und Tissuelaminate.
Allgemeine Beispiele für absorbierende Strukturen sind beschrieben in US Patent 4,610,678 unter der Bezeichnung "High-Density Absorbent Structures", veröffentlicht für Weisman et al. am 09. September 1986; US Patent 4,673,402 unter der Bezeichnung "Absorbent Articles With Dual-Layered Cores", veröffentlicht für Weisman et al. am 16. Juni 1987; US Patent 4,888,231 unter der Bezeichnung "Absorbent Core Having A Dusting Layer", veröffentlicht für Angstadt am 19. Dezember 19. Dezember 1989; EP-A-0 640 330 von Bewick-Sonntag et al.; US 5,180,622 (Berg et al.); US 5,102,597 (Roe et al.); US 5,387,207 (Dyer et al.). Solche und ähnliche Strukturen könnten so angepasst werden, dass sie mit den unten umrissenen Anforderungen kompatibel sind, um als absorbierender Kern verwendet zu werden.
Der absorbierende Kern kann eine einheitliche Kernstruktur sein oder er kann ein Kombination aus mehreren absorbierenden Strukturen sein, welche wiederum aus ein oder mehreren Substrukturen bestehen können. Jede der Strukturen oder Substrukturen kann eine im Wesentlichen zweidimensionale Erstreckung haben (das heißt, eine Schicht sein) oder eine dreidimensionale Form haben.
Das Flüssigkeitstransportelement gemäß der vorliegenden Erfindung kann wenigstens einen Eingangsanschlussbereich aufweisen, welcher in der Beladungszone des Artikels liegen sollte. Dieser Anschlussbereich kann hergestellt aus einem flexiblen Membranenmaterial, das die Anforderungen erfüllt, die hier beschrieben wurden, welches mit einer hoch elastischen, offenen Faserstruktur verbunden sein kann, welche den Innenbereich bildet und in flexible undurchlässige Filme eingewickelt sein kann, um die Wandbereiche zu bilden, welche haftend an allen Rändern geschlossen sein können, mit Ausnahme des Anschlussbereichs. Um eine gute Gesamtabdichtung zu erlauben, kann der undurchlässige Film den Anschlussbereich ein wenig überlappen, um so auch eine Haftmittelbindung dazwischen zu erlauben.
15 zeigt eine spezifische Ausführungsform eines Artikels, wie er in 14 gezeigt ist – mit analogen Bezugszeichen – und 16 zeigt eine vereinfachte Ansicht im Querschnitt und teilweise in Explosionsdarstellung entlang A-A in 15, wieder mit einer analogen Bezeichnung. Darin ist ein absorbierender Kern (1528/1628) hergestellt aus einem geeigneten Flüssigkeitshandhabungselement, welches aus einem Wandbereich (1502, 1602), Anschlussbereichen (1506, 1507, 1606, 1607) und einem Innenbereich (1503, 1603) hergestellt ist. Das Element kann mit einer Flüssigkeitssammelstelle (1511, 1611) verbunden sein und optional ist eine Decklage (1512, 1612) angebracht. Die Sammelstelle (1511, 1611) kann ein ultimatives Speichermaterial aufweisen, wie ein superabsorbierendes Material oder ein hoch absorbierendes poröses Material.
Die Innenbereiche können mit Flüssigkeit gefüllt sein, wie mit Wasser, um so für einen Flüssigkeitstransport durch sie hindurch bereit zu sein, unmittelbar nach Empfang der Flüssigkeit am Eingangsanschluss. Alternativ kann der Innenbereich unter einem Vakuum stehen, welches Flüssigkeit durch den Eingangsanschluss einsaugen kann, wie beispielsweise bei Aktivierung eines Barrierenfilmes, wie einem Polyvinylalkoholfilm, welcher sich bei Benetzung auflösen kann. Sobald der Innenbereich mit Flüssigkeit gefüllt ist und somit auch der Ausgangsanschlussbereich von der Flüssigkeit benetzt wird, findet der Transportmechanismus für ein vorgefülltes System statt.
Der absorbierende Kern so ausgebildet sein, dass dieser kein weiteres Fluidhandhabungselement benötigt.
Zum Beispiel kann die Fläche des Eingangsanschlussbereiches so auf eine Permeabilität und Dicke eingestellt sein, dass der Anschlussbereich in die Lage versetzt wird, die Flüssigkeit zum Zeitpunkt der Schwallraten unmittelbar anzunehmen, und der Innenbereich kann durch seine Permeabilität und durch seine Querschnittsfläche so eingestellt sein, dass dieser die Flüssigkeit unmittelbar an den ultimativen Speicherbereich weiter leitet.
Alternativ kann der absorbierende Kern weitere Fluidhandhabungselemente umfassen, wie Annahmebereiche oder Zwischenspeicherbereiche oder dergleichen. Auch das "kaskadierende Flüssigkeitstransportelement" oder "MOP" können geeignete Elemente innerhalb der Kernkonstruktion sein.
Verfahren zum Herstellen von Flüssigkeitstransportelementen
Die Flüssigkeitstransportelemente gemäß der vorliegenden Erfindung können durch verschiedene Verfahren produziert werden, welche zusammen die wesentlichen Schritte des Kombinierens eines Bulk- oder Innenbereichs mit einem Wandbereich, der Anschlussbereiche mit einer geeigneten Auswahl von jeweiligen Eigenschaften, wie sie im Vorstehenden beschrieben wurden, haben. Dies kann erreicht werden, indem ausgegangen wird von einem homogenen Material und dem unterschiedliche Eigenschaften verliehen werden. Falls zum Beispiel ein Element ein polymeres Schaummaterial ist, kann dies aus einem Monomer mit variierenden Porengrößen hergestellt werden, welches dann polymerisiert wird, um ein geeignetes Element zu bilden.
Dies kann auch erreicht werden, indem von verschiedenen essentiellen homogenen Materialien ausgegangen wird und diese zu einem Element kombiniert werden. In dieser Ausführung kann ein Wandmaterial vorgesehen sein, welches homogene oder variierende Eigenschaften haben kann, und kann ein Bulkmaterial vorgesehen sein, welches ein offenes poröses Material sein kann oder ein Lückenraum kann geformt werden, der den Bulkbereich darstellt. Die zwei Materialien können durch geeignete Techniken kombiniert werden, wie beispielsweise durch Einhüllen oder Umschließen, wie dies im Stand der Technik allgemein bekannt ist, derart, dass das Wandmaterial den Bulkbereich oder das Bulkbereichmaterial vollständig umgibt.
Um einen Flüssigkeitstransport zu ermöglichen, kann der Bulkbereich mit Flüssigkeit gefüllt werden oder einem Vakuum ausgesetzt werden oder kann mit anderen Hilfen ausgestattet werden, um so ein Vakuum oder eine Flüssigkeitsfüllung zu erzeugen.
Optional kann das Verfahren zum Formen eines Elements gemäß der vorliegenden Erfindung den Schritt des Anwendens eines Aktivierungsmittels umfassen, welches von einer mechanischen Bauart sein kann, wie beispielsweise durch Bereitstellen eines entfernbaren Ablöseelements, wie es zum Beispiels als ein Abziehpapier zum Abdecken von Haftmitteln bekannt ist, oder durch Bereitstellen eines Verpackungsdesigns, welches das Abdichten des Elements bis zu Benutzung erlaubt, wobei zum Zeitpunkt der Verwendung eine solche Verpackungsdichtung entfernt oder geöffnet wird. Dieses Aktivierungsmittel kann auch Materialien umfassen, welche auf die Transportflüssigkeit reagieren, wie beispielsweise sich auflösen. Solche Materialien können in den Anschlussbereichen verwendet werden, zum Beispiel um die Anschlussbereiche bei Benutzung zu öffnen, oder solche Materialien können an den Bulkbereichen angewendet werden, wie beispielsweise um eine Expansion dieser Bereiche bei Benetzung zu erlauben.
Das Herstellen der Elemente gemäß der vorliegenden Erfindung kann in einem im Wesentlichen kontinuierlichen Wege erfolgen, wie beispielsweise durch Bereitstel len verschiedener Materialien in einer Rollenform, welche dann abgewickelt und verarbeitet werden, oder Materialien können in diskreter Form bereit gestellt werden, wie als Schaumstücke oder Teilchen.
Beispiele
Der folgende Abschnitt stellt spezifische geeignete Beispiele für Flüssigkeitstransportelemente und -systeme gemäß der vorliegenden Erfindung bereit, wobei mit dem Beschreiben verschiedener Beispiele begonnen wird, die geeignet sind, um in bestimmten Bereichen dieser Elemente oder Systeme verwendet zu werden.
S-1 Proben, die für Anschlussbereiche geeignet sind:

S-1.1: – Gewebefiltermaschen HIFLO^®, Typ 20, wie sie erhältlich sind von Haver und Boecker, Oelde, Deutschland, hergestellt aus Edelstahl, mit einer Porosität von 61% und einer Dicke von 0,09 mm, ausgebildet zum Herabfiltern von 19 μm auf 20 μm.
S-1.2a: – Polyamidmasche Monodur Typ MON PA 20 N, wie sie erhältlich ist von Verseidag in Geldern-Waldbeck, Deutschland.
S-1.2b: Polyamidmasche Monodur Typ MON PA 42.5 N, wie sie erhältlich ist von Verseidag in Geldern-Waldbeck, Deutschland:
S-1.3a: Polyestermasche, wie 07-20/13 von SEFAR in Rüschlikon, Schweiz.
S-1.3b: Polyamidmasche 03-15/10 von SEFAR in Rüschlikon, Schweiz.
S-1.3c: Polyamidmasche 03-20/14 von SEFAR in Rüschlikon, Schweiz.
S-1.3d: Polyamidmasche 03-1/1 von SEFAR in Rüschlikon, Schweiz.
S-1.3e: Polyamidmasche 03-5/1 von SEFAR in Rüschlikon, Schweiz.
S-1.3f: Polyamidmasche 03-10/2 von SEFAR in Rüschlikon, Schweiz.
S-1.3g: Polyamidmasche 03-11/6 von SEFAR in Rüschlikon, Schweiz.
S-1.4: Zelluloseacetatmembranen, wie sie beschrieben sind in US 5,108,383 (White Allied-Signal Inc.).
S-1.6 Nylonstrümpfe, zum Beispiel 1,5 den-Typ, im Handel erhältlich in Deutschland, wie beispielsweise von Hudson.

S-2 Proben die für Wandbereiche geeignet sind, die keine Anschlussbereiche darstellen

S-2.1: Flexibler haftmittelbeschichteter Film, wie im Handel erhältlich unter dem Markennamen "d-c-fix" von Alkor, Gräfelfing, Deutschland.
S-2.2: Plastiktrichter Katalog # 625 617 20 Fisher Scientific in Nidderau, Deutschland.
S-2.3: Flexible Rohre (Innendurchmesser etwa 8 mm), wie Masterflex 6404-17 von Norton, vertrieben durch die Barnant Company, Barrington, Illinois 60010 USA.
S-2.4: Herkömmlicher Polyethylenfilm, wie er verwendet wird als Außenlagenmaterial in Einwegwindeln, wie er erhältlich ist von Clopay Corp., Cincinnati, OH, US, unter dem Code DH-227.
S-2.5: herkömmlicher Polyethylenfilm, wie er verwendet wird als Außenlagenmaterial in Einwegwindeln, wie beispielsweise erhältlich von Nuova Pansac SpA in Mailand, Italien, unter dem Code BS Code 441118.
S-2.6: Flexibles PVC-Rohr, zum Beispiel Katalog # 620 853 84 von Fisher Scientific in Nidderau, Deutschland.
S-2.7: PTFE-Rohr, zum Beispiel Katalog # 620 456 68 von Fisher Scientific in Nidderau, Deutschland.

S-3 Proben, die für den Innenbereich geeignet sind

S-3.1: Lückenraum, wie er durch irgendeinen steifen Wand/Anschluss-Bereich erzeug wird.
S-3.2: Metallfedern mit einem Außendurchmesser von 4 mm und einer Länge von etwa 6 cm mit beliebiger Federkraft, wie sie erhältlich sind von Federnfabrik Dietz in Neustadt, Deutschland, unter der Bezeichnung "Federn", Artikel # DD/100.
S-3.3: Offenzellige Schäume von Recticel in Brüssel, Belgien, wie Filtren TM10 Blau, Filtren TM20 Blau, Filtren TM30 Blau, Filtren Fierend 10 Schwarz, Filtren Firend 30 Schwarz, Filtren HC 20 Grau, Filtren Firend HC 30 Grau, Bulpren S10 Schwarz, Bulpren S20 Schwarz, Bulpren S30 Schwarz).
S-3.5: Teilchenstücke von S-3.4 oder S-3.3.

S-4 Proben für ein Druckgradient-Erzeugungsmittel

S-4.1: Osmotische Druckgradientmaterialien gemäß den Lehren von US-A-5,108,383 (White, Allied Signal).
S-4.2: Höhendifferenz zwischen Eingang und Ausgang, die eine durch die hydrostatische Druckhöhe erzeugte Druckdifferenz erzeugt.
S-4.3: Verschiedene teilweise gesättigte poröse Materialien (absorbierende Schäume, superabsorbierende Materialien, Teilchen, Sand, Erden), die eine Kapillardruckdifferenz erzeugen.
S-4.4: Differenz im Luftdruck zwischen dem Eingang und dem Ausgang, wie zum Beispiel erzeugt durch eine Vakuumpumpe (luftdicht verbunden) am Ausgang.

Beispiel A für ein Transportelement
Eine Kombination eines Wandbereichs mit Anschlussbereich, eines Innenbereichs mit einer Flüssigkeit gefüllt:
A-1) Eine ca. 20 cm langes Röhre (S-2.6) wird in einer luftdichten Weise mit einem Kunststofftrichter (S-2.2) verbunden. Die Dichtung kann mit einem Parafilm M hergestellt werden (erhältlich von Fischer Scientific in Nidderau, Deutschland, Katalog Nr. 617 800 02). Ein kreisförmiges Stück eines Anschlussmaterials (S-1.1), etwas größer als der Öffnungsbereich des Trichters, wird in luftdichter Weise mit dem Trichter verbunden. Die Dichtung kann mit einem geeigneten Haftmittel hergestellt werden, zum Beispiel Pattex^TM von Henkel KGA, Deutschland.
Optional kann ein Anschlussbereichmaterial (S-1.1) mit dem unteren Ende der Röhre verbunden werden und in einer luftdichten Weise verbunden sein. Die Vorrichtung wird mit einer Flüssigkeit, wie Wasser, gefüllt, indem diese unter die Flüssigkeit gehalten wird und die Luft in der Vorrichtung mit einer Vakuumpumpe, die dicht an dem Anschlussbereich angeschlossen ist, entfernt wird. Um die Funktionalität eines Elements zu demonstrieren, muss das untere Ende nicht notwendigerweise mit einem Anschlussbereich dicht verbunden sein, sondern das untere Ende muss nur in Kontakt mit der Flüssigkeit stehen oder muss der unterste Teil der Vorrichtung sein, um zu verhindern, dass Luft in das System eintritt.
A-2) Zwei kreisförmige (z.B. mit einem Durchmesser von etwa 1,2 cm) Anschlussbereichmaterialien, wie in 5-1.1, werden in luftdichter Weise (z.B. durch Erhitzen der Bereiche, die zu Anschlussbereichen Werden sollen und durch Pressen der Enden von S-2.3 auf diese Bereiche, derart, dass das Kunststoffmaterial von S-2.3 zu schmelzen beginnt, wodurch eine gute Verbindung erzeugt wird) an den zwei Enden von einem ca. 1 m langen Röhre, wie beispielsweise derjenigen von S-2.3 verbunden. Ein Ende der Röhre wird in die Flüssigkeit, wie beispielsweise Wasser, gehalten, während das andere Ende wird mit einer Vakuumpumpe verbunden und einen Luftdruck erzeugt, der wesentlich kleiner ist als der Atmosphärendruck. Die Vakuumpumpe zieht Luft aus der Röhre, bis tatsächlich alle Luft aus der Röhre entfernt ist und durch die Flüssigkeit ersetzt ist. Dann wird die Pumpe von dem Anschluss abgenommen, und das ist Element dann erzeugt.
A-3) Ein ca. 10 cm × 10 cm rechtwinkliges, flächenartiges Schaummaterial (S-3.3), Filtren TM 10 Blau), das auf einer Seite durch ein Wandmaterial, wie beispielsweise S-2.5 mit Abmessungen von ca. 12 cm × 12 cm, auf der anderen Seite durch ein Anschlussbereichmaterial mit den Abmessungen von ca. 12 cm × 12 cm, wie beispielsweise S-1.3a, "sandwichartig" umgeben ist. Das Wandmaterial S-2.5 und das Anschlussbereichmaterial S-1.3a werden im überlappenden Bereich in einer herkömmlichen luftdichten Weise miteinander verbunden, zum Beispiel durch Kleben mit dem oben erwähnten, im Handel erhältlichen Pattex^TM Haftmittel von Henkel KGA, Deutschland. Die Vorrichtung wird unter eine Flüssigkeit, wie beispielsweise Wasser, getaucht, und indem die Vorrichtung ausgedrückt wird, wird die Luft ausgedrückt. Das Wegnehmen des Quetschdruckes von der Vorrichtung, während sie unter Wasser gehalten wird, füllt den Innenbereich mit Flüssigkeit. Optional kann (falls notwendig) eine Vakuumpumpe die verbleibende Luft in der Vorrichtung durch den Anschlussbereich hindurch aussaugen, während sich die Vorrichtung unter Wasser befindet.
A-4) 17A, 17B zeigen schematisch ein Verteilungselement, das zum Beispiel für absorbierende Artikel geeignet ist, wie Einwegwindeln.
Der Eingangsanschlussbereich (1706) ist aus Anschlussbereichmaterial, wie S-1.3a, hergestellt, der Ausgangsanschlussbereich (1705) ist aus Anschlussbereichmaterial, wie S-1.3c hergestellt. In Kombination mit einem undurchlässigen Filmmaterial (1702), wie S-2.3 oder S-2.4, bildet jeder der Anschlussbereiche eine Tasche, welche Abmessungen von etwa 10 cm × 15 cm haben kann für den Eingangsanschlussbereich bzw. 20 cm × 15 cm für den Ausgangsanschlussbereich. Die Anschlussmaterialien der Taschen überlappen in der Schrittregion (1790) des Artikels, und eine Röhre (1760) ist darin positioniert.
Die inneren Bereiche innerhalb der Taschen (1740, 1750) können S-3.3 (Filtren TM 10 Blau) sein, und der Eingangs- und Ausgangsbereich bzw. die Innenbereiche, die durch diese umschlossen sind, können durch Röhre (1760), wie S-2.6, mit einem Innendurchmesser von etwa 8 mm verbunden sein.
Das Wand- und Anschlussmaterial (1702, 1707, 1706) muss ausreichend größer sein als das Innenmaterial, um eine luftdichte Verbindung des Wandmaterials an dem Anschlussmaterial zu erlauben. Ein dichtes Verbinden wird durchgeführt, indem ein ca. 1,5 cm breiter Streifen des Wand- und Anschlussmaterials überlappt wird, und kann in einer beliebigen herkömmlichen luftdichten Weise durchgeführt werden, zum Beispiel durch Verwenden des oben erwähnten Haftmittels Pattex^TM.
Ein dichtes Verbinden der Röhren mit den Innenbereichen (1740 und 1750) ist nicht erforderlich, wenn die Röhre (1706) an den Wandbereichen (1702, 1706, 1705) angebracht ist, derart, dass der Abstand zwischen der Röhre (1760) und den Innenbereichen so ist, dass ein Lückenraum während der Benutzung zwischen diesen erhalten wird. Der Rest des Vorgangs, um ein funktionierendes Flüssigkeitsverteilungselement zu erzeugen, ist auch analog zu A-3. Optional kann die Vorrichtung mit anderen Flüssigkeiten in ähnlicher Weise gefüllt werden.
A5) In 18A, 18B, 18C ist ein weiteres Beispiel für ein Flüssigkeitsverteilungselement (1810) dargestellt, das auch nützlich für die Konstruktion von absorbierenden Einwegartikeln ist, wie zum Beispiel Windeln, und die Verwendung weiterer Elemente, wie Haftmittel und dergleichen weg lässt.
Bei dieser sind die Eingangs (1806)- und Ausgangsanschluss (1807)-Bereiche mit einer Abmessung von etwa 8 cm mal 12 cm aus Flächengebilden eines Anschlussmaterials S-1.2a hergestellt, sind die Außenwandbereiche hergestellt aus Wandmaterial S-2.1. Das Innenmaterial (1840) sind Streifen des Materials S-3.3 (Bulpren S10 Schwarz) mit einer Abmessung von etwa 0,5 cm mal 0,5 cm mal 10 cm, angeordnet in einem Abstand von etwa 1 cm zueinander, und unter den Eingangs- und Ausgangsbereichen (1806, 1807 jeweils) und Abstandsfedern S-3.2 (1812) in den verbleibenden Flächen. Einzelne Schichten (Wand- und Anschlussmaterial) werden dicht miteinander verbunden und weiter mit einer Flüssigkeit gefüllt, wie beispielsweise Wasser, wie dies beschrieben ist in A-3. Optional kann die Vorrichtung mit anderen Flüssigkeiten in einer ähnlichen Weise gefüllt werden.
A6) Abstandmaterialien, wie Federn gemäß S-3.2 werden zwischen einem oberen und einem unteren Flächengebilde von Anschlussmaterial S-1.2b positioniert, mit einer Abmessung von 10 cm mal 50 cm, derart, dass die Federn eine Fläche in einem Bereich von etwa 7 cm mal 47 cm gleichmäßig verteilt sind und einen Außenrand von etwa 1,5 cm frei von Federn belassen, wobei ein Abstand von etwa 2 min zwischen den einzelnen Federn vorliegen soll. Das obere und das untere An schlussmaterial werden in einer luftdichten Weise miteinander verbunden, indem ca. 1,5 cm überlappt werden und in einer herkömmlichen luftdichten Weise verbunden werden, wie beispielsweise durch Verkleben mit dem oben erwähnten Haftmittel Pattex^TM. Die Vorrichtung wird unter die Testflüssigkeit getaucht, indem die Vorrichtung ausgedrückt wird, wird die Luft gezwungen, das Innere der Vorrichtung zu verlassen. Die Wegnahme des Quetschdruckes während des eingetauchten Zustandes füllt das Element mit Flüssigkeit. Optional (falls notwendig) kann eine Vakuumpumpe die verbleibende Luft aus dem Inneren des Elements durch den Anschlussbereich hindurch aussaugen, während sich die Vorrichtung unter der Flüssigkeit befindet.
Beispiel B für ein Transportsystem (das heißt, Element und (Quelle und/oder Sammelstelle))
B-1) Als ein erstes Beispiels für ein Flüssigkeitstransportsystem wird ein Flüssigkeitstransportelement gemäß A-1) mit teilchenförmigem superabsorbierenden Material kombiniert, wie es erhältlich ist unter der Bezeichnung W80232 von HÜLS-Stockhausen GmbH, Marl, Deutschland, mit gröberen Teilchen, die durch Sieben durch ein 300 μm Metallsieb entfernt werden. 7,5 g dieses Materials wurden gleichmäßig über den Ausgangs-Anschlussbereich von A-1 verteilt, wodurch eine Flüssigkeitssammelstelle erzeugt wurde.
B-2) Um die Verwendung von absorbierenden Schaummaterialien beispielhaft darzustellen, die ein absorbierendes System erzeugen sollen, wird ein Flächengebilde aus drei Lagen eines HIPE-Schaumes, der wie beispielsweise in S-1.5 erzeugt wurde, jeweils mit einer Dicke von etwa 2 mm und einer entsprechenden Flächenmasse von etwa 120 g/m² auf dem Ausgangsanschluss eines Flüssigkeitstransportelements gemäß A-1 positioniert. Die Flächengebilde wurden kreisförmig mit einem Durchmesser von etwa 6 cm zugeschnitten, und ein Segment von etwa 10° wurde ausgeschnitten, um eine bessere Anpassung an die Oberfläche des Anschlussbereichs zu schaffen. Optional kann ein Gewicht aufgebracht, das einem Druck von etwa 0,2 psi entspricht, um den Flüssigkeitskontakt zwischen dem Ausgangs- und Sammelstellenmaterial zu verbessern.
B-3) Das Flüssigkeitstransportelement gemäß A-1 wurden mit einem kreisförmigen Ausschnittbereich von ca. 6 cm Durchmesser kombiniert, der aus einem im Handel erhältlichen Windelkern entnommen wurde, bestehend aus einem im Wesentlichen homogenen Gemisch eines superabsorbierenden Materials, wie ASAP2300, im Handel erhältlich von CHEMDAL Corp. UK, und einem herkömmlichen Luftfilz bei einer 60 Gew.-% Superabsorber-Konzentration und einer Flächenmasse des Superabsorptionsmittels von etwa 400 g/m²). Dieser Ausschnitt wird in Flüssigkeitskommunikation mit dem Ausgangsanschlussbereich von A-1 angeordnet, um ein Flüssigkeitstransportsystem zu erzeugen.
B-4) Um eine Anwendung eines Flüssigkeitstransportsystems weiter beispielhaft zu erläutern, wurde ein Flüssigkeitstransportelement A-2 zwischen einem Flüssigkeits-Quellenreservoir und einem Blumentopf positioniert, derart, dass ein Bereich des Eingangs-Anschlussbereichs in dem Flüssigkeitsreservoir eingetaucht ist und der Ausganganschluss in die Erde des Blumentopfs gesteckt wurde. Die relative Höhe des Reservoirs und des Blumentopfes ist nicht relevant für diese Länge des Elements und würde nicht mehr als eine Länge des Elements von etwa 5 cm betragen.
B-5) Eine weitere Anwendung eines Flüssigkeitstransportsystems mit einer integralen Flüssigkeits-Sammelstelle, welche konstruiert werden kann, indem ein Flüssigkeitstransportelement wie in A-3 erzeugt wird, das aber mit Öl (anstatt mit Wasser) gefüllt ist. Wenn das Element ausgedrückt wird (um ein Expandieren von Lückenräumen im Element zu erzeugen) und unmittelbar danach dieses mit Bratöl in Kontakt kommt (um so eine Küchenpfanne zu simulieren), wird das System schnell das Öl in der Pfanne absorbieren.
D-6) Wenn das Flüssigkeitstransportelement gemäß A-4 oder A-5 mit einer Flüssigkeits-Sammelstelle kombiniert ist, wie beispielsweise verwendet in B-1 und B-2, wobei optional das Sammelstellenmaterial durch eine Aufnahmeschicht überdeckt ist, wie beispielsweise eine Vliesstoffbahn, die Struktur als ein Absorptionspad funktionieren, wodurch das Urin das von dem Träger frei gegebenen wird, so angesehen werden kann, dass dieses die Flüssigkeitsquelle bildet.
VERFAHREN
Aktivierung
Da die Eigenschaften, welche für die Flüssigkeitshandhabungsfähigkeit eines Flüssigkeitstransportelements gemäß der vorliegenden Erfindung relevant sind, zum Zeitpunkt des Flüssigkeitstransports beachtlicht sind und da einige Materialien oder Gestaltungen Eigenschaften haben können, welche sich von diesen unterscheiden, zum Beispiel um einen Transport oder eine andere Handhabung zwischen der Herstellung des Elements und seiner vorgesehenen Verwendung zu vereinfachen, sollten solche Elemente auch aktiviert werden, bevor sie einem Test ausgesetzt werden.
Der Ausdruck "Aktivierung" bedeutet, dass das Element in den Benutzungszustand versetzt wird, wie beispielsweise durch Etablieren einer Flüssigkeitskommunikation entlang eines Fließweges oder wie beispielsweise durch Initiieren einer treibenden Druckdifferenz, und dies kann durch eine mechanische Aktivierung erreicht werden, die eine Aktivierung vor Benutzung durch einen Benutzer simuliert (wie beispielsweise die Entfernung eines Einzwängmittels, wie beispielsweise einer Klammer, oder eines Streifens eines Abziehpapiers, wie beispielsweise mit einem Haftmittel, oder die Entfernung einer Verpackungsdichtung, wodurch eine mechanische Expansion erfolgen kann, optional mit der Erzeugung eines Vakuums in dem Element).
Die Aktivierung kann ferner erreicht werden durch einen anderen Stimulus, der auf das Element übertragen wird, wie beispielsweise durch eine pH- oder Temperaturänderung, durch Strahlung oder dergleichen. Die Aktivierung kann auch erreicht werden durch Interaktion mit Flüssigkeiten, wie beispielsweise mit bestimmten Löslichkeitseigenschaften oder verändernden Konzentrationen oder durch Mitführen von Aktivierungs-Inhaltsstoffen, wie Enzymen. Dies kann auch erreicht werden durch die Transportflüssigkeit selbst und in diesen Fällen sollte das Element in eine Testflüssigkeit eingetaucht werden, welche für die Transportflüssigkeit repräsentativ ist, optional unter Entfernung der Luft mittels einer Vakuumpumpe, und indem ein Ausgleich für 30 Minuten zugelassen wird. Dann wird das Element aus der Flüssigkeit entfernt und auf ein grobes Maschengewebe gelegt (wie beispielsweise ein Sieb mit einer Maschenweite 14), um überschüssige Flüssigkeit abtropfen zu lassen.
Test mit geschlossenem System
Prinzip:
Der Test liefert ein einfach auszuführendes Werkzeug, das einfach zu bewerten ist, wenn das Transportmaterial oder -element die Grundzüge der vorliegenden Erfindung erfüllt. Es sollte angemerkt werden, dass dieser Test nicht nützlich ist, um Materialien oder Elemente auszuscheiden, das heißt, falls ein Material oder falls Elemente nicht den Test mit geschlossenem System bestehen, kann es ein Flüssigkeitstransportelement gemäß der vorliegenden Erfindung sein oder nicht.
Ausführung:
Zuerst werden die Testproben wie hier vorstehend beschrieben aktiviert, während das Gewicht überwacht wird. Dann werden die Testproben in einer solchen Position aufgehängt oder abgestützt, dass die längste Erstreckung der Probe im Wesentlichen mit dem Schwerkraftvektor ausgerichtet ist. Zum Beispiel kann die Probe durch eine Stützplatte oder ein Maschengewebe, die/das in einem Winkel von nahe 90° zur Horizontalen angeordnet ist, abgestützt werden, oder die Probe kann durch Schnür oder Bänder in einer vertikalen Position aufgehängt werden.
Als ein nächster Schritt wird der Wandbereich in dem obersten und dem untersten Teil der Probe geöffnet, das heißt, falls die Probe entgegen gesetzte Ecken hat, dann an diesen Ecken, falls die Probe einen gekrümmten oder abgerundeten Umfang hat, dann an der Oberseite und der Unterseite der Probe. Die Größe der Öffnung muss so bemessen sein, dass eine Flüssigkeit durch die untere Öffnung hindurch gehen kann und Luft durch die obere Öffnung hindurch gehen kann, ohne dass Druck hinzu gefügt oder gedrückt werden muss. Typischerweise ist eine Öffnung mit einem umschriebenen Kreisdurchmesser von wenigstens 2 mm geeignet.
Die Öffnung kann durch irgendein geeignetes Mittel eingebracht werden, wie beispielsweise durch Verwenden einer Schere, einer Kneifzange, einer Nadel, einem scharfen Messer oder einem Skalpell und dergleichen. Falls ein Schlitz in die Probe eingebracht wird, sollte dies derart durchgeführt werden, dass sich die Flanken des Schlitzes voneinander weg bewegen können, um so eine zweidimensionale Öffnung zu erzeugen. Alternativ kann ein Schnitt einen Teil des Wandmaterials entfernen, um so eine Öffnung zu erzeugen.
Es sollte Sorge dafür getragen werden, dass kein zusätzliches Gewicht hinzu gefügt wird oder ein Druck oder ein Ausdrücken auf die Probe ausgeübt wird. Ebenso sollte Sorge dafür getragen werden, dass keine Flüssigkeit durch das Öffnungsmittel entfernt wird, es sei denn, dies könnte beim Berechnen der Gewichtsdifferenzen genau berücksichtigt werden.
Das Gewicht derselben wird überwacht (wie beispielsweise durch Einfangen der Flüssigkeit in einer Petri-Schale, welche auf eine Waage gestellt ist). Alternativ kann das Gewicht des Materials oder des Elements nach 10 Minuten bestimmt werden und mit dem Anfangsgewicht verglichen werden.
Es sollte Sorge dafür getragen werden, dass keine übermäßige Verdunstung stattfindet, falls dies der Fall wäre, kann dies bestimmt werden durch Überwachen des Gewichtsverlustes einer Probe über den Testzeitraum, ohne sie geöffnet zu haben und dann durch ein entsprechendes Korrigieren der Ergebnisse.
Falls das fallende Gewicht größer als oder gleich 3% des anfänglichen Flüssigkeitsgewichtes ist, dann hat das getestete Material oder Element diesen Test bestanden und ist ein Flüssigkeitstransportelement gemäß der vorliegenden Erfindung.
Falls das fallende Gewicht geringer ist als 3% des anfänglichen Gesamtgewichts, dann erlaubt dieser Test keine Einschätzung dahin gehend, ob das Material ein Flüssigkeitstransportelement gemäß der vorliegenden Erfindung ist oder nicht.
Blasenpunktdruck (Anschlussbereich)
Das folgende Verfahren wird angewendet, wenn der Blasenpunktdruck eines Anschlussbereichs oder eines Materials, das für Anschlussbereiche nützlich ist, beurteilt werden soll.
Zuerst wird der Anschlussbereich bzw. das Material des Anschlussbereichs mit einem Trichter und einer Röhre verbunden, wie dies in Beispiel A-1 beschrieben ist. Dadurch wird das untere Ende der Röhre offen belassen, das heißt, nicht durch ein Anschlussbereichmaterial überdeckt. Die Röhre sollte Eine ausreichende Länge haben, das heißt, bis zu 10 m Länge kann benötigt werden.
In dem Falle, dass das Testmaterial sehr dünn oder zerbrechlich ist, kann es geeignet sein, dieses durch eine sehr offene Stützstruktur abzustützen (wie z.B. mit einer Schicht aus einem offenporigen Vliesstoffmaterial), bevor dieses mit dem Trichter und der Röhre verbunden wird. In dem Falle, dass die Testprobe nicht ausreichend groß ist, kann der Trichter durch eine kleinere ersetzt werden (z.B. Katalog # 625 616 02 von Fisher Scientific in Nidderau, Deutschland). Falls die Testprobe zu groß ist, kann ein repräsentatives Stück ausgeschnitten werden, so dass dieses an den Trichter passt.
Die Testflüssigkeit kann die transportierte Flüssigkeit sein, aber zur Vereinfachung eines Vergleichs sollte die Testflüssigkeit eine Lösung aus 0,03% TRITON X-100 sein, wie es erhältlich ist von MERCK KGaA, Darmstadt, Deutschland, unter der Katalog Nr. 1.08603, in destilliertem oder deionisiertem Wasser, was zu einer Oberflächenspannung von 33 mN/m führt, wenn diese entsprechend dem Oberflächenspannungsverfahren gemessen wird, wie dieses später beschrieben wird.
Die Vorrichtung wird mit Testflüssigkeit gefüllt, indem diese in ein Reservoir von ausreichender Größe eingetaucht wird, das mit dem Testfluid gefüllt ist, und indem die restliche Luft mit einer Vakuumpumpe entfernt wird.
Während das untere (offene) Ende des Trichters in der Flüssigkeit im Reservoir gehalten wird, wird der Teil des Trichters mit dem Anschlussbereich aus der Flüssigkeit genommen. Falls es geeignet ist – aber nicht notwendigerweise – sollte der Trichter mit dem Anschlussbereichmaterial horizontal ausgerichtet bleiben.
Während langsam damit fort gefahren wird, das Anschlussmaterial über das Reservoir anzuheben, wird die Höhe überwacht und es wird sorgfältig durch den Trichter hindurch oder durch das Anschlussmaterial selbst hindurch beobachtet (optional unterstützt durch eine geeignete Beleuchtung), ob Luftbläschen anfangen, durch das Material in das Innere des Trichters einzutreten. An dieser Stelle wird die Höhe über dem Reservoir als die Blasenpunkthöhe registriert.
Von dieser Höhe H aus wird der Blasenpunktdruck bpp berechnet als:
BPP = p·g·H, mit der Flüssigkeitsdichte p, der Schwerkraftkonstanten g (g ≈ 9,81 m/s²).
Im Einzelnen kann für Blasenpunktdrucke, die etwa 50 kPa übersteigen eine alternative Bestimmung verwendet werden, wie sie beispielsweise verwendet wird zum Bewerten von Blasenpunktdrucken für Membranen, die in Filtrationssystemen verwendet werden.
Dabei trennt die benetzte Membrane zwei mit Gas gefüllte Kammern, wenn eine unter einen erhöhten Gasdruck gesetzt wird (wie beispielweise einem Luftdruck), und es wird der Punkt registriert, bei welchem die ersten Luftbläschen "durchbrechen". Alternativ kann der PMI-Durchlassmesser oder Porositätsmesser, wie nachfolgend im Abschnitt Testverfahrens beschrieben, für die Bestimmung des Blasenpunktdruckes verwendet werden.
Blasenpunktdruck (Flüssigkeitstransportelement)
Zum Messen des Blasenpunktdruckes eines Flüssigkeitstransportelements (anstelle eines Anschlussbereichs oder eines Anschlussbereichmaterials) kann das folgende Verfahren durchgeführt werden.
Erstens wird das Element wie oben beschrieben aktiviert. Die Testflüssigkeit kann die transportierte Flüssigkeit sein, zur Vereinfachung eines Vergleichs sollte die Testflüssigkeit jedoch eine Lösung aus 0,03% TRITON X-100, wie es erhältlich ist von MERCK KGaA, Darmstadt, Deutschland, unter der Katalog Nr. 1.08603, in destilliertem oder deionisiertem Wasser, was zu einer Oberflächenspannung von 33 mN/m führt, wenn diese gemäß dem später beschriebenen Oberflächenspannungsverfahren gemessen wird.
Ein Teil eines unter Bewertung stehenden Anschlussbereichs wird mit einer Vakuumpumpe verbunden, die durch eine luftdichte Röhre/Rohr (wie beispielsweise mit Pattex^TM Haftmittel, wie oben beschrieben) angeschlossen ist.
Es muss Sorge dafür getragen werden, dass nur ein Teil des Anschlussbereichs verbunden wird und ein weiterer Teil des Bereichs, der demjenigen am nächsten ist, der mit der Röhre abgedeckt ist, noch unabgedeckt bleibt und in Kontakt mit Umgebungsluft steht.
Die Vakuumpumpe sollte auf verschiedene Drucke P_vac, zunehmend von Atmosphärendruck P_atm bis etwa 100 kPa, einstellbar sein. Der Aufbau (häufig einstückig mit der Pumpe) sollte ein Überwachen der Druckdifferenz zur Umgebungsluft (Δp = p_atm – p_vac) und die Gasströmung überwachen lassen.
Dann wird die Pumpe gestartet, um ein leichtes Vakuum zu erzeugen, welches während des Tests in einem schrittweisen Vorgang erhöht wird. Die Menge der Druckzunahme wird abhängig sein von der gewünschten Genauigkeit, wobei typische Werte von 0,1 kPa akzeptable Ergebnisse liefern.
An jedem Pegel wird die Strömung über die Zeit überwacht, und direkt nach der Zunahme von Δp wird die Strömung zunehmen, primär wegen der Entfernung von Gas aus dem Rohr zwischen der Pumpe und der Membrane. Diese Strömung wird jedoch sehr schnell abnehmen, und beim Einstellen eines Gleichgewichts Δp wird die Strömung im Wesentlichen stoppen. Dies wird typischerweise nach etwa 3 Minuten erreicht.
Die stufenweise Zunahmen-Veränderung wird bis zum Durchschlagpunkt fortgesetzt, welcher beobachtet werden kann, wenn die Gasströmung sich nach der Schrittänderung des Druckes nicht vermindert, sondern nach Erreichen eines Gleichgewichtspegels über die Zeit im Wesentlichen konstant bleibt.
Der Druck Δp ein Schritt vor dieser Situation ist der bpp des Flüssigkeitstransportelements.
Für Materialien mit Blasenpunktdrucken über etwa 90 kPa wird es ratsam oder notwendig sein, den Umgebungsdruck, der die Testprobe umgibt in einem konstan ten und überwachten Maße steigen zu lassen, was zu dem überwachten Δp addiert wird.
Oberflächenspannungs-Testverfahren
Die Oberflächenspannungs-Messung ist für den Fachmann allgemein bekannt, wie beispielsweise mit einem Tensiometer K10T von Krüss GmbH, Hamburg, Deutschland, unter Verwendung des DuNouy-Ringverfahrens, wie dies beschrieben ist in den Betriebsanleitungen. Nach dem Reinigen der Glasteile mit Isopropanol und deionisiertem Wasser, werden diese bei 105°C getrocknet. Der Platinring wird über einem Bunsenbrenner erhitzt, bis dieser rot glüht. Eine erste Bezugsmessung wird durchgeführt, um die Genauigkeit des Tensiometers zu prüfen. Eine geeignete Anzahl von Test-Replikaten wird heran gezogen, um eine Konsistenz der Daten sicher zu stellen. Die resultierende Oberflächenspannung der Flüssigkeit, wie sie in Einheiten von mN/m ausgedrückt wird, kann dazu verwendet werden, die Haftspannungswerte und den Oberflächenenergie-Parameter der jeweiligen Flüssig-Fest-Gas-Systeme zu bestimmen. Destilliertes Wasser wird im Allgemeinen einen Oberflächenspannungswert von 72 mN/m, eine 0,03% X-100-Lösung in Wasser einen von 33 mN/m zeigen.
Flüssigkeitstransporttest
Der folgende Test kann an Flüssigkeitstransportelementen durchgeführt werden, die definierte Eingangs- und Ausgangsanschlussbereiche mit einer bestimmten Transportweglänge H₀ zwischen dem Eingangs- und Ausgangsanschlussbereich aufweisen. Für Elemente, bei welchen die jeweiligen Anschlussbereiche nicht bestimmt werden können, wie zum Beispiel deshalb, weil sie aus einem homogenen Material hergestellt sind, können diese Bereiche definiert werden, indem die vorgesehene Verwendung in Betracht gezogen wird, um die jeweiligen Anschlussbereiche zu definieren.
For dem Ausführen des Tests sollte das Flüssigkeitstransportelement aktiviert werden, falls notwendig, wie dies oben beschrieben wurde.
Die Testprobe wird in einer vertikalen Position über einem Flüssigkeitsreservoir angeordnet, wie beispielsweise dadurch, dass diese von einem Halter herab hängt, wodurch der Eingangsanschluss vollständig in einer Flüssigkeit im Reservoir eingetaucht bleibt. Der Ausgangsanschluss wird zum Beispiel über ein flexibles Rohr von 6 mm äußerem Durchmesser mit einer Vakuumpumpe verbunden – optional mit einem Separatorkolben, der mit zwischen der Probe und der Pumpe angeschlossen ist – und in einer luftdichten Weise verschlossen, wie dies oben in Bezug zum Blasenpunktdruck-Verfahren für ein Flüssigkeitstransportelement beschrieben wurde. Die Vakuum-Druckdifferenz kann überwacht und eingestellt werden.
Der unterste Punkt des Ausganganschlusses wird auf eine Höhe von H₀ über den Flüssigkeitspegel im Reservoir eingestellt.
Die Druckdifferenz wird langsam auf einen Druck von P₀ = 0,9 kPa + p g H₀ erhöht, wobei die Flüssigkeitsdichte p ist und die Gravitationskonstante g (g ≈ 9,81 m/²).
Nach dem Erreichen der Druckdifferenz wird die Abnahme des Gewichts der Flüssigkeit im Reservoir überwacht, vorzugsweise durch Positionieren des Reservoirs auf einer Waage, die das Gewicht des Reservoirs misst, und durch Verbinden der Waage mit einem Rechneranlage. Nach einer anfänglichen ungleichmäßigen Abnahme (die typischerweise nicht mehr als etwa eine Minute einnimmt), wird die Gewichtsabnahme in dem Reservoir konstant werden (das heißt, eine gerade Linie in einer graphischen Datendarstellung zeigen). Diese konstante Gewichtsabnahme über die Zeit ist die Fließrate (in g/s) des Flüssigkeitstransportelements bei einer Saugkraft von 0,9 kPa und einer Höhe H₀.
Die korrespondierende Fluxrate des Flüssigkeitstransportelement bei 0,9 kPa Saugkraft und einer Höhe H₀ wird aus der Fließrate berechnet, indem die Fließrate mit dem mittleren Querschnitt des Flüssigkeitstransportelements entlang eines Fließweges geteilt wird, ausgedrückt in g/s/cm².
Es sollte Sorge dafür getragen werden, dass das Reservoir groß genug ist, so dass sich der Fluidpegel in dem Reservoir nicht um mehr als 1 mm verändert.
Zudem kann die effektive Permeabilität des Flüssigkeitstransportelements berechnet werden, indem die Fluxrate durch die mittlere Länge entlang eines Fließweges und die antreibende Druckdifferenz (0,9 kPa) geteilt wird.
Flüssigkeitspermeabilitätstest
Ganz allgemein kann der Test mit einem geeigneten Testfluid ausgeführt werden, das das Transportfluid darstellt, wie beispielsweise Jayco SynUrine, wie erhältlich ist von Jayco Pharmaceuticals Company aus Camp Hill, Pennsylvania, und kann unter kontrollierten Laborbedingungen von etwa 23 ± 2°C und bei 50 ± 10% relative Feuchtigkeit gehandhabt werden. Für die vorliegenden Anwendungen jedoch und insbesondere dann, wenn polymere Schaummaterialien verwendet werden, wie dies offenbart ist in US-A-5,563,179 oder US-A-5,387,207, hat es sich als nützlich heraus gestellt, den Test bei einer erhöhten Temperatur von 31°C und unter Verwendung von deionisiertem Wasser als Testfluid durchzuführen.
Der vorliegende Permeabilitätstest liefert ein Maß für die Permeabilität für zwei spezielle Zustände: Entweder kann die Permeabilität gemessen werden für einen breiten Bereich von porösen Materialien (wie Vliesstoffen, die aus synthetischen Fasern hergestellt sind, oder Zellulosestrukturen) bei 100% Sättigung oder für Materialien, welche unterschiedliche Sättigungsgrade mit einer proportionalen Veränderung in der Dicke erreichen, ohne mit Luft (bzw. der außenseitigen Dampfphase) gefüllt zu werden, wie beispielsweise die kollabierbaren polymeren Schäume, für welche die Permeabilität bei verschiedenen Sättigungsgraden ohne weiteres bei verschiedenen Dicken gemessen werden kann.
Im Prinzip basieren diese Tests auf dem Gesetz von Darcy, gemäß welchem die volumetrische Fließrate einer Flüssigkeit durch ein poröses Medium proportional zu dem Druckgradienten ist, wobei die Proportionalitätskonstante auf die Permeabilität bezogen ist. Q/A = (k/η)·(ΔP/L)in welcher:

Q: volumetrische Fließrate [cm³/s]
A: Querschnittsfläche [cm²]
k: Permeabilität (cm²) (mit 1 Darcy entsprechend 9,869·10^–13 m²);
η: Viskosität (Poise) [Pa·s];
ΔP/L: Druckgradient [Pa/m];
L: Dicke der Probe [cm].

Auf diese Weise kann die Permeabilität gemessen werden – für eine festgelegte oder gegebene Proben-Querschnittsfläche und eine Viskosität der Testflüssigkeit – durch Messung des Druckabfalls und der volumetrischen Fließrate durch die Probe: k = (Q/A)·(L/ΔP)·η
Der Test kann in zwei Modifikationen ausgeführt werden, wobei die erste sich auf die transplanare Permeabilität bezieht (das heißt, die Fließrichtung erfolgt im Wesentlichen entlang der Dickenabmessung des Materials), wobei die zweite die In-Ebene-Permeabilität ist (das heißt, die Fließrichtung erfolgt in X-Y-Richtung des Materials).
Der Testaufbau für den transplanaren Permeabilitätstest kann in 19 betrachtet werden, welcher eine schematische Darstellung der Gesamtanlage ist und – als eine Einstiegsdarstellung – eine nicht maßstabgetreue, teilweise Schnitt-Explosionsansicht der Probenzelle ist.
Der Testaufbau umfasst eine im Allgemeinen kreisförmige oder zylindrische Probenzelle (19120) mit einem oberen (19121) und einem unteren (19122). Der Abstand dieser Teile kann gemessen werden und somit mit Hilfe jeweils drei umfänglich angeordneter Dickenmesseinrichtungen (19145) und Einstellschrauben (19140) eingestellt werden. Ferner umfasst die Anlage mehrere Fluidreservoire (19150, 19154, 19156) mit einer Höheneinstellung (19170) für das Eingangsreservoir (19150) sowie Rohren (19180), Schnellauslöseanschlüssen (19189) zum Verbinden der Probenzelle mit dem Rest der Anlage, weiteren Ventilen (19182, 19184, 19186, 19188). Der Differenzdruck-Wandler (19197) ist über ein Rohr (19180) mit der oberen Druck-Erfassungsstelle (19194) und der unteren Druckerfassungstelle (19196) verbunden. Eine Computereinrichtung (19190) zur Steuerung der Ventile ist ferner über Verbindungen (19199) mit dem Differenzdruck-Wandler (19197), einem Temperatur-Messfühler (19192) und Waage-Lastzelle (19198) verbunden.
Die kreisförmige Probe (19110) mit einem Durchmesser von 1 in (etwa 2,54 cm) wird zwischen zwei porösen Sieben (19135) in der Probenzelle (19120) angeordnet, welche aus zwei zylindrischen Stücken (19121, 19122) mit einem Innendurchmesser von 1 in (2,54 cm) hergestellt ist, die über die Eingangsverbindung (19132) an dem Eingangsreservoir (19150) angebracht sind und über die Ausgangsverbindung (19133) an dem Ausgangsreservoir (18154) angebracht sind, und zwar durch ein flexibles Rohr (19180), wie einem Tygon-Rohr. Dichtungen (19115) aus Schaum mit geschlossenen Zellen liefern einen Leckageschutz um die Seiten der Probe herum. Die Testprobe (19110) wird auf die Dicke komprimiert, die der gewünschten Nasskompression entspricht, welche auf 0,2 psi (etwa 1,4 kPa) eingestellt ist, sofern dies nicht anders angegeben ist. Es darf dann Flüssigkeit die Probe (19110) fließen, so das ein stetiger Fließzustand erreicht wird. Sobald ein stetiger Fließzustand durch die Probe (19110) etabliert worden ist, werden die volumetrische Fließrate und der Druckabfall als eine Funktion der Zeit unter Verwendung einer Lastzelle (19198) und des Differenzdruckwandlers (19197) aufgezeichnet. Das Experiment kann bei jeder Druckhöhe bis zu 80 cm Wasser (etwa 7,8 kPa) durchgeführt werden, die durch die Höhen-Einstelleinrichtung (19170) eingestellt werden kann. Aus diesen Messungen kann die Fließraten bei unterschiedlichen Drucken für die Probe bestimmt werden.
Die Anlage ist im Handel erhältlich als ein Flüssigkeits-Permeameter, wie beispielsweise geliefert durch Porous Materials, Inc, Inthaca, New York, US, unter der Bezeichnung PMI Liquid Permeameter, wie dies weiter beschrieben ist in dem jeweiligen Benutzer-Manual von 2/97 und modifiziert gemäß der vorliegenden Beschreibung. Diese Anlage enthält zwei Edelstahlfritten als poröse Siebe (19135), die auch in diesem Heft spezifiziert sind. Die Anlage besteht aus der Probenzelle (19120), einem Eingangsreservoir (19150), dem Ausgangsreservoir (19154) und einem Ausschussreservoir (19156) und jeweiligen Füll- und Entleerungsventilen und Anschlüssen, einer elektronischen Waage und einer Rechner-gesteuerten Überwachungs- und Ventilsteuereinheit (19190).
Das Dichtungsmaterial (19115) ist ein Neoprenschwamm mit geschlossenen Zellen SNC-1 (Weich), wie er geliefert wird durch Netherland Rubber Company, Cincinnati, Ohio, US. Ein Satz von Materialien mit variierender Dicke in Stufen von 1/16'' (etwa 0,159 cm) sollte verfügbar sein, um den Bereich von 1/16''–1/2'' (etwa 0,159 cm bis etwa 1,27 cm) Dicke abzudecken.
Ferner wird eine Druckluftversorgung von wenigstens 60 psi (4,1 bar) benötigt, um die jeweiligen Ventile zu betätigen.
Der Test wird dann durch die folgenden Schritte ausgeführt:
1) Präparierung der Testprobe(n):
In einem Präparationstest wird bestimmt, ob ein oder mehrere Schichten der Testprobe erforderlich sind, wobei der Test, wie er unten umrissen ist, bei dem geringstem und dem höchsten Druck gefahren wird. Die Anzahl von Schichten wird dann so eingestellt, dass die Fließrate während des Test zwischen 0,5 cm³/Sekunden beim niedrigsten Druckabfall und 15 cm³/Sekunden beim höchsten Druckabfall gehalten wird. Die Fließrate für die Probe sollte geringer sein als die Fließrate für den Rohling bei dem gleichen Druckabfall. Falls die Proben-Fließrate diejenige des Rohlings für einen gegebenen Druckabfall übersteigt, sollten mehrere Schichten hinzu gefügt werden, um die Fließrate zu vermindern.
Probengröße: Die Proben sind auf 1'' (etwa 2,54 cm) Durchmesser zugeschnitten, indem eine Bogenstanze verwendet wird, wie sie geliefert wird von McMaster-Carr Supply Company, Cleveland, OH, US. Falls Proben eine zu geringe innere Festigkeit oder Integrität haben, um ihre Struktur während der erforderlichen Manipulation beizubehalten, kann ein herkömmliches Stützmittel mit geringer Flächenmasse hinzu gefügt werden, wie beispielsweise ein PET-Scrim oder -Netz.
Auf diese Weise werden wenigstens zwei Proben (hergestellt jeweils aus der erforderlichen Anzahl von Schichten (falls notwendig) vorgeschnitten. Dann wird eine derselben in deionisiertem Wasser bei der Temperatur, bei der das Experiment durchgeführt werden soll (70°F, (31°C), sofern nicht anders angemerkt) gesättigt.
Die Dicke der nassen Probe wird gemessen (falls notwendig) nach einer Stabilisierungszeit von 30 Sekunden. Unter dem gewünschten Kompressionsdruck, für welchen das Experiment gefahren wird, indem ein herkömmlichen Dicken-Messgerät verwendet wird (wie beispielsweise geliefert von AMES, Waltham, MASS, US) mit einem Druckfuß-Durchmesser von 1 1/8'' (etwa 2,86 cm), der einen Druck von 0,2 psi (etwa 1,4 kPa) auf die Probe 19110) ausübt, sofern nichts anderes erwünscht ist.
Eine geeignete Kombination von Dichtungsmaterialien wird ausgewählt, derart, dass die gesamte Dicke des Dichtungsschaumes (19115) zwischen 150 und 200% der Dicke der nassen Probe beträgt (beachte, dass eine Kombination von verschiedenen Dicken des Dichtungsmaterials notwendig sein kann, um die gesamte gewünschte Dicke zu erhalten). Das Dichtungsmaterial (19115) wird auf eine kreis förmige Größe von 3'' im Durchmesser zugeschnitten und ein Loch von 1 Inch (2,54 cm) wird in das Zentrum geschnitten, indem die Bogenstanze verwendet wird.
In dem Fall, dass die Probenabmessungen sich beim Benetzen verändern, sollte die Probe derart geschnitten sein, dass der benötigte Durchmesser im nassen Zustand eingenommen wird. Dies kann auch in diesem Präparationstest überprüft werden, wobei die jeweiligen Abmessungen überwacht werden. Falls die Veränderungen so sind, dass entweder eine Lücke gebildet wird oder dass die Probe Kniffe bildet, welche sie daran hindern würden, die porösen Siebe oder Fritten glatt zu berühren, sollte der Schnittdurchmesser entsprechend eingestellt werden.
Die Testprobe (19110) wird innerhalb des Loches in dem Dichtungsschaum (19115) angeordnet und der Verbundstoff wird auf der Oberseite der Hälfte des Bodens der Probenzelle angeordnet, wobei dabei sicher gestellt wird, dass die Probe in einem flachen, glatten Kontakt mit dem Sieb (19135) steht und keine Lücken an den Seiten gebildet werden.
Die Oberseite der Testzelle (19121) wird flach auf den Labortisch gelegt (oder auf eine andere horizontale Ebene) und alle drei Dicken-Messgeräte (19145), die darauf montiert sind, werden auf Null gestellt.
Die Oberseite der Testzelle (19121) wird dann auf den Bodenteil (19122) gelegt, derart, dass das Dichtungsmaterial (19115) mit der Testprobe (19110) zwischen den zwei Teilen liegt. Das Ober- und Unterteil werden dann durch die Befestigungsschrauben (19140) dicht angezogen, derart, dass die drei Dicken-Messgeräte auf den gleichen Wert eingestellt sind, wie er für die nasse Probe unter den jeweiligen vorstehenden Druck gemessen wird.
2) Um das Experiment vorzubereiten, wird das Programm auf der rechnerunterstützten Einheit (19190) gestartet und wird eine Probenidentifikation bzw. ein Druck etc. eingegeben.
3) Der Test wird an einer Probe (19110) für mehrere Druckzyklen durchlaufen, wobei der erste Druck der geringste Druck ist. Die Ergebnisse der einzelnen Druckläufe werden durch die rechnerunterstützte Einheit (19190) in den unterschiedlichen Dateien festgehalten. Die Daten werden aus jeder der Dateien für die Berechnungen heran geholt, wie dies unten beschrieben ist. (Eine unterschiedliche Probe sollte für alle nachfolgenden Materialläufe verwendet werden.)
4) Das Eingangs-Flüssigkeitsreservoir (19150) wird auf die erforderliche Höhe gesetzt, und der Test wird auf der rechnerunterstützten Einheit (19190) gestartet.
5) Dann wird die Probenzelle (19120) in der Durchlässigkeits-Messeinheit mit Schnellanschlussstücken (19189) positioniert.
6) Die Probenzelle (19120) wird durch Öffnen des Belüftungsventils (19188) und der Boden-Füllventile (19184, 19186) gefüllt. Während dieses Schrittes muss Sorge dafür getragen werden, dass Luftbläschen aus dem System entweichen, was dadurch erreicht werden kann, dass die Probenzelle vertikal gedreht wird, wodurch Luftblasen – falls vorhanden – dazu gezwungen werden, das Durchlässigkeits-Messgerät durch die Ableitung zu verlassen.
Sobald die Probenzelle bis zu dem Tygon-Rohr geführt ist, das an der Oberseite der Kammer (19121) angebracht ist, sind die Luftbläschen aus dem Rohr in das Ausschuss-Reservoir (19156) entwichen.
7) Nachdem die Luftbläschen sorgfältig entfernt wurden, werden die Boden-Füllventile (19184, 19186) geschlossen und wird das Oberseiten-Füllventil (19182) geöffnet, um so den oberen Teil zu füllen, ebenfalls unter sorgfältiger Entfernung aller Luftbläschen.
8) Das Fluidreservoir wird mit dem Testfluid bis zur Fülllinie (19152) gefüllt.
Dann wird der Fluss durch die Probe gestartet, indem die rechnergesteuerte Einheit (19190) gestartet wird.
Nachdem die Temperatur in der Probenkammer den benötigen Wert erreicht hat, kann das Experiment beginnen.
Beim Starten des Experiments mit Hilfe der rechnerunterstützten Einheit (19190) wird der Flüssigkeits-Ausgangsfluss automatisch vom Ausschuss-Reservoir (19156) zu dem Ausgangs-Reservoir (19154) abgezweigt, und ein Druckabfall und die Temperatur werden als Funktion der Zeit werden über mehrere Minuten überwacht.
Sobald das Programm beendet worden ist, liefert die rechnerunterstützte Einheit die aufgezeichneten Daten (in digitaler und/oder in graphischer Form).
Falls erwünscht, kann die gleiche Testprobe verwendet werden, um die Permeabilität bei variierenden Druckhöhen zu messen, wobei dabei der Druck von Lauf zu Lauf erhöht wird.
Die Anlage sollte alle zwei Wochen gereinigt werden und wenigstens einmal pro Woche kalibriert werden, insbesondere die Fritten, die Lastzelle, die Thermokupplung und der Druckwandler, wobei den Anweisungen des Anlagenlieferanten gefolgt werden soll.
Der Differenzdruck wird mit Hilfe des Diferenzdruck-Wandlers aufgezeichnet, der an Druckfühler-Messpunkten (19194, 19196) im Ober- und Unterteil der Probenzelle angeschlossen ist. Das es andere Fließwiderstände in der Kammer geben kann, die sich zu dem Druck, der aufgezeichnet wird, hinzu addieren, muss jedes Experiment durch einen Leerlauf korrigiert werden. Ein Leerlauf sollte bei 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80 cm angeforderten Druck täglich durchgeführt werden. Der Durchläs sigkeitsmesser wird einen mittleren Testdruck für jedes Experiment und auch eine mittlere Fließrate ausgeben.
Für jeden Druck, für den die Probe getestet worden ist, wird die Fließrate als leerkorrigierter Druck durch die rechnerunterstützte Einheit (19190) aufgezeichnet, welche ferner den mittleren Testdruck (tatsächlichen Druck) bei jeder aufgezeichneten Druckdifferenzhöhe korrigiert, so dass ich der korrigierte Druck ergibt. Dieser korrigierte Druck ist der DP, der in der Permeabilitätsgleichung unten verwendet werden sollte.
Die Permeabilität kann dann an jedem abgerufenen Druck berechnet werden, und alle Permeablilitäten sollten gemittelt werden, um den k für das getestete Material zu bestimmen. Drei Messungen sollten für jede Probe an jeder Druckhöhe durchgeführt werden und die Ergebnisse sollten gemittelt und die Standabweichung berechnet werden. Die gleiche Probe sollte jedoch verwendet werden, die Permeabilität sollte an jeder Druckhöhe gemessen werden und dann sollte eine neue Probe verwendet werden, um die zweite und dritte Wiederholung durchzuführen.
Das Messen der Permeabilität In-Ebene unter den gleichen Bedingungen wie sie oben für die transplanare Permeabilität beschrieben wurde, kann erreicht werden, indem die obige Anlage so modifiziert wird, wie dies schematisch in den 20A und 20B dargestellt ist, die eine teilweise Explosionsdarstellung, nicht maßstabsgetreue Ansicht nur der Probenzelle zeigen. Äquivalente Elemente sind äquivalent bezeichnet, derart, dass die Proben in 20 mit (20210) bezeichnet ist, was dem Bezugszeichen (19110) in 19 entspricht usw. So wird die transplanar vereinfachte Probenzelle (19120) in 19 ersetzt durch die In-Ebene vereinfachte Zelle (20220), welche so ausgebildet ist, dass Flüssigkeit nur in einer Richtung fließen kann (entweder in der Maschinenrichtung oder in der Quermaschinenrichtung, in Abhängigkeit davon, wie die Probe in der Zelle angeordnet ist). Es sollte Sorge dafür getragen werden, dass Kanalisieren von Flüssigkeit entlang der Wände (Wandeffekte) zu minieren, da dies täuschend hohe Permeabilitätsablesungen erge ben kann. Das Testverfahren wird dann sehr analog zu dem transplanaren Test durchgeführt.
Die Probenzelle (20220) ist so ausgebildet, dass sie in der Anlage so positioniert werden kann, wie dies für die Probenzelle (20120) in dem obigen transplanaren Test beschrieben wurde, mit Ausnahme dessen, dass das Füllrohr auf den Eingangsanschluss (20232) des Bodens der Zelle (20220) ausgerichtet ist. 20A zeigt eine teilweise Explosionsansicht der Probenzelle, und 20B zeigt eine Querschnittsansicht durch das Probenniveau.
Die Testzelle (20220) wird aus zwei Teilen hergestellt: ein Bodenteil (20225), welches wie eine rechtwinklige Schachtel mit Flanken aussieht, und einem Oberteil (20223), das in dem Bodenteil (20225) sitzt und auch Flanken aufweist. Die Testprobe wird auf Größe von 2'' in × 2'' in (etwa 5,1 cm × 5,1 cm) geschnitten und in dem Bodenteil angeordnet. Das Oberteil (20223) der Probenkammer wird dann in dem Bodenteil (20225) angeordnet und sitzt auf der Testprobe (20210). Eine nicht komprimierbare Neopren-Gummidichtung (20224) wird auf dem Oberteil (20223) angebracht, so dass diese dicht abdichtet. Die Testflüssigkeit fließt von dem Eingangsreservoir zu dem Probenraum, und zwar über ein Tygon-Rohr und den Eingangsanschluss (20232) weiter durch den Ausgangsanschluss (20233) zu dem Ausgangsreservoir. Da in dieser Testausführung die Temperaturregulierung des Fluiddurchgangs durch die Probenzelle nicht ausreichend sein kann, und zwar aufgrund der geringeren Fließraten, wird die Probe durch die Heizeinrichtung (20226) auf der gewünschten Testtemperatur gehalten, wodurch temperiertes Wasser durch die Heizkammer (20227) gepumpt wird. Die Lücke in der Testzelle wird auf die Dicke entsprechend der gewünschten Nasskomprimierung eingestellt, normalerweise 0,2 psi (etwa 1,4 kPa). Es werden Unterlegplatten (20216) in einem Größenbereich von 0,1 mm bis 20,0 mm verwendet, um die korrekte Dicke einzustellen, optional unter Verwendung von Kombinationen mehrerer Unterlegplatten.
Beim Start des Experiments wird die Testzelle (20220) um 90° (Proben ist vertikal) gedreht, und die Testflüssigkeit kann langsam vom Boden eindringen. Dies ist notwendig, um sicher zu stellen, dass die gesamte Luft aus der Probe und den Eingangs/Ausgangs-Anschlüssen (20232/20233) ausgetrieben wird. Als nächstes wird die Testzelle (20220) zurück in Ursprungsposition gedreht, um so die Probe (20210) horizontal zu stellen. Das nachfolgende Verfahren ist das gleiche, wie dasjenige, das vorher für die transplanare Permeabilität beschrieben wurde, das heißt, das Eingangsreservoir wird auf die gewünschte Höhe eingestellt, der Fluss darf sich ins Gleichgewicht bringen, und die Fließrate und der Druckabfall werden gemessen. Die Permeabilität wird unter Verwendung des Gesetzes von Darcy berechnet. Dieses Verfahren wird auch für höhere Drucke wiederholt.
Für die Proben, die sehr geringer Permeabilität haben, kann es notwendig sein, den Antriebsdruck zu erhöhen, wie beispielsweise durch ein Vergrößern der Höhe oder durch Aufbringen eines zusätzlichen Luftdruckes auf das Reservoir, um eine messbare Fließrate zu erhalten. In der Ebene kann Permeabilität unabhängig von der Maschinen- und Querrichtung gemessen werden, abhängig davon, wie die Probe in der Testzelle angeordnet ist.
Bestimmung der Porengröße
Eine optische Bestimmung der Porengröße wird insbesondere für dünne Schichten eines porösen Systems verwendet, indem Stand-Bildanalyseverfahren verwendet werden, die dem Fachmann bekannt sind.
Das Prinzip des Verfahren besteht aus den folgenden Schritten: 1) Eine dünne Schicht eines Probenmaterials wird Präpariert, entweder durch Schneiden einer dicken Probe in dünnere Flächengebilde, oder falls die Probe selbst dünn ist, durch ein direktes Verwenden derselben. Der Ausdruck "dünn" bezieht auf das Erreichen einer Probendicke, die gering genug ist, um ein klares Schnittbild unter dem Mikroskop zu erhalten. Typische Probendicken liegen unter 200 μm. 2) Ein Mikroskop bild wird erhalten mit Hilfe eines Videomikroskops unter Verwendung der geeigneten Vergrößerung. Die besten Ergebnisse werden erhalten, wenn etwa 10 bis 100 Poren auf dem Bild sichtbar sind. Das Bild wird dann digitalisiert durch ein spezielles Bildanalyse-Programmpaket, wie beispielsweise OPTIMAS von BioScan Corp., welches unter Windows 95 auf einem typischen IBM-kompatiblen PC läuft. Bilderfassungsgeräte mit ausreichender Pixel-Auflösung (vorzugsweise wenigstens 1024 × 1024 Pixel) sollten verwendet werden, um gute Ergebnisse zu erhalten. 3) Das Bild wird unter Verwendung eines geeigneten Schwellenwertpegels in ein binäres Bild konvertiert, derart, dass die auf dem Bild sichtbaren Poren als Objektflächen in Weiß markiert werden und der Rest Schwarz bleibt. Automatische Schwellenwert-Einstellverfahren, wie sie verfügbar sind unter OPTIMAS, können verwendet werden. 4) Die Flächen der einzelnen Poren (Objekte) werden bestimmt. OPTIMAS bietet eine vollständig automatische Bestimmung der Flächen. 5) Der äquivalente Radius jeder Pore wird durch einen Kreis bestimmt, der die gleiche Fläche wie die Pore haben würde. Falls A die Fläche der Pore ist, dann wird der äquivalente Radius gegeben durch r = (A/π)^1/2. Die mittlere Porengröße kann dann bestimmt aus der Porengrößenverteilung unter Verwendung von statistischen Standardregeln. Für Materialien, die keine gleichförmige Porengröße haben, wird die Verwendung von wenigstens 3 Proben für die Bestimmung empfohlen.
Alternative Geräte, die zum Bestimmen von Porengrößen nützlich sind, sind im Handel erhältlich Porosimeter- oder Permeameter-Tester, wie ein Permeameter, geliefert von Porous Materials, Inc. Ithaca, New York, US, unter der Bezeichnung PMI Liquid Permeameter Modell Nr. CFP-1200AEXI, so wie sie im jeweiligen Benutzerhandbuch von 2/97 beschrieben werden.
Absorptionsfähigkeit auf Anforderung – Test
Der Test zur Absorptionsfähigkeit auf Anforderung ist dazu gedacht, die Flüssigkeitskapazität des Flüssigkeitshandhabungselements zu messen und die Absorptionsgeschwindigkeit des Flüssigkeitshandhabungselements gegen einen hydrostati schen Druck Null zu messen. Der Test kann für Vorrichtungen zum Handhaben von Körperflüssigkeiten ausgeführt werden, die ein Flüssigkeitshandhabungselement enthalten.
Die Vorrichtung, die verwendet wird, um diesen Test durchzuführen, besteht aus einem quadratischen Korb von ausreichender Größe, um das Flüssigkeitshandhabungselement an einem Rahmen aufgehängt zu halten. Wenigstens die untere Ebene des quadratischen Korbes besteht aus einem offenen Maschengewebe, welches eine Flüssigkeitseindringung in den Korb ohne wesentlichen Fließwiderstand für die Flüssigkeitsaufnahme erlaubt. Zum Beispiel ist ein offenes Drahtgewebe aus Edelstahl mit einem Öffnungsbereich von wenigstens 70 Prozent und mit einem Drahtdurchmesser von 1 mm und einer Maschen-Öffnungsgröße von etwa 6 mm für den Aufbau des vorliegenden Tests geeignet. Zudem sollte das offene Maschengewebe eine ausreichende Stabilität zeigen, derart, dass es sich im Wesentlichen nicht unter einer Last der Testprobe verformt, wenn die Testprobe bis zu ihrer vollen Kapazität gefüllt ist.
Unter dem Korb ist ein Flüssigkeitsreservoir vorgesehen. Die Höhe des Korbes kann so eingestellt werden, dass eine Testprobe, welche in den Korb gesetzt wird, den Kontakt mit der Oberfläche der Flüssigkeit in dem Flüssigkeitsreservoir gebracht werden kann. Das Flüssigkeitsreservoir wird auf der elektronischen Waage angeordnet, die mit einem Computer verbunden ist, um das Gewicht der Flüssigkeit etwa alle 0,01 s während des Messvorganges abzulesen. Die Abmessungen der Vorrichtungen sind derart gewählt, dass das Flüssigkeitshandhabungselement, das getestet werden soll, in den Korb passt, und derart, dass die vorgesehene Flüssigkeitsannahmezone des Flüssigkeitshandhabungselement sich in Kontakt mit der unteren Ebene des Korbes befindet. Die Abmessungen des Flüssigkeitsreservoirs sind derart gewählt, dass das Niveau der Flüssigkeitsoberfläche in dem Reservoir sich während der Messung nicht wesentlich verändert. Ein typisches Reservoir, das zum Testen von Flüssigkeitshandhabungselementen geeignet ist, hat eine Größe von wenigstens 320 mm × 370 mm und kann wenigstens etwa 4500 g Flüssigkeit halten.
Vor dem Test wird das Flüssigkeitsreservoir mit synthetischem Urin gefüllt. Die Menge von synthetischem Urin und die Größe des Flüssigkeitsreservoirs sollte ausreichend sein, derart, dass das Flüssigkeitsniveau in dem Reservoir sich nicht verändert, wenn die Flüssigkeitskapazität des zu testenden Flüssigkeitshandhabungselements von dem Reservoir weg genommen wird.
Die Temperatur der Flüssigkeit und der Umgebung für den Test sollte Benutzungsbedingungen des Elements reflektieren. Eine typische Temperatur für die Verwendung in Babywindeln ist 32 Grad Celsius für die Umgebung und 37 Grad Celsius für das synthetische Urin. Der Test kann bei Raumtemperatur durchgeführt werden, falls das getestete Element keine signifikante Abhängigkeit seiner absorbierenden Eigenschaften bei Temperatur hat.
Der Test wird aufgebaut, indem der leere Korb abgesenkt wird, bis das Maschengewebe fast vollständig in dem synthetischen Urin in dem Reservoir eingetaucht ist. Der Korb wird dann wieder um etwa 0,5 bis 1 mm angehoben, um eine fast nullwertige hydrostatische Ansaugung zu etablieren, wobei Sorge dafür getragen werden muss, dass die Flüssigkeit in Kontakt mit dem Maschengewebe bleibt. Falls notwendig, muss das Maschengeweben zurück in Kontakt mit der Flüssigkeit gebracht werden und der Nullpegel neu eingestellt werden.
Der Test wird gestartet durch:

1. Starten der Messung der elektronischen Waage;
2. Legen des Flüssigkeitshandhabungselements auf das Maschengewebe, derart, dass die Annahmezone des Elements sich in Kontakt mit der Flüssigkeit befindet;
3. Sofortiges Hinzufügen eines geringen Gewichts auf die Oberseite des Elements, um einen Druck von 165 Pa zur besseren Kontakt des Elements mit dem Maschengewebe zu liefern.

Während des Tests wird die Flüssigkeitsaufnahme durch das Flüssigkeitshandhabungselement auf gezeichnet, indem die Gewichtsabnahme der Flüssigkeit in dem Flüssigkeitsreservoir gemessen wird. Der Test wird nach 30 Minuten gestoppt.
Am Ende des Tests wird die gesamte Flüssigkeitsaufnahme des Flüssigkeitshandhabungselements aufgezeichnet. Zudem wird die Zeit, nach welcher das Flüssigkeitshandhabungselement 80 Prozent seiner gesamten Flüssigkeitsaufnahme absorbiert hatte, aufgezeichnet. Der Null-Zeitpunkt wird definiert als der Zeitpunkt, an welchem die Absorption des Elements beginnt. Die anfängliche Absorptionsgeschwindigkeit des Flüssigkeitshandhabungselements wird von der anfänglichen linearen Steigung des Gewichts gegenüber der Zeit-Messkurve abgelesen.
Kapillare Ansaugkraft
Zweck
Der Zweck dieses Tests besteht darin, die kapillare Ansaugkraft bei der Absorptionskapazität als Funktion der Höhe der absorbierenden Speicherelemente der vorliegenden Erfindung zu messen. Dieser Test kann auch dazu verwendet werden, die kapillare Ansaugkraft der Absorptionskapazität von Einrichtungen zur Handhabung von Körperflüssigkeiten gemäß der vorliegenden Erfindung zu messen. Die kapillare Ansaugkraft ist eine fundamentale Eigenschaft jedes Absorptionsmittels, die bestimmt, wie eine Flüssigkeit in die absorbierende Struktur absorbiert wird. In dem Experiment zur kapillaren Ansaugkraft wird die kapillare Ansaugkraft der Absorptionskapazität als eine Funktion eines Fluiddruckes aufgrund der Höhe der Probe in Bezug dem Test-Fluidreservoir gemessen.
Das Verfahren zum Bestimmen der kapillaren Ansaugkraft ist gut bekannt. Siehe Burgeni, A. A. und Kapur, C., "Capillary Sorption Equilibria in Fiber Masses", Textile Reserarch Journal, 37 (1967), 356–366; Chatterjee, P. K., Absorbency, Textile Science and Technology 7, Kapitel II, Seiten 29–84, Elsevier Science Publishers B. V. 1985; und US Patent Nr. 4,610,678, veröffentlicht am 09. September 1986 für Weisman et al. für eine Diskussion des Verfahrens zum Messen der kapillaren Saugkraft absorbierender Strukturen.
Prinzip
Eine poröse Glasfritte wird über eine ununterbrochene Fluidsäule mit einem Fluidreservoir auf einer Waage verbunden. Die Probe wird während des Experiments unter einem konstanten Grenzgewicht gehalten. Wenn die poröse Struktur auf Anforderung Fluid absorbiert, wird der Gewichtsverlust in dem Waage-Fluidreservoir als Fluidaufnahme aufgezeichnet, die zur Aufnahme der Glasfritte als Funktion der Höhe und der Verdunstung eingestellt ist. Die Aufnahme oder die Kapazität an verschiedenen kapillaren Saugstellen (hydrostatischen Spannungen oder Höhen) wird gemessen. Eine inkrementale Absorption tritt auf, aufgrund des inkrementalen Absenkens der Fritte (das heißt, Abnahme der kapillaren Saugkraft).
Die Zeit wird auch während des Experiments überwacht, um eine Berechnung der anfänglichen effektiven Aufnahmerate (g/g/h) bei einer Höhe von 200 cm zu ermöglichen.
Reagenzmittel
Testflüssigkeit: Synthetisches Urin wird präpariert durch ein vollständiges Auflösen der folgenden Materialien in destilliertem Wasser.
Allgemeine Beschreibung des Geräteaufbaues
Die Anlage zur Messung der kapillaren Saugkraft, wie sie allgemein als 2110 in 21A gezeigt und für diesen Test verwendet wird, wird betrieben unter TAPPI-Bedingungen (50% RH, 25°C). Eine Testprobe wird auf einer Glasfritte angeordnet, die in 21A als 2102 gezeigt ist, die über eine kontinuierliche Säule einer Testflüssigkeit (synthetisches Urin) mit einem Waage-Flüssigkeitsreservoir verbunden ist, gezeigt als 2106, welches die Testflüssigkeit enthält. Dieses Reservoir 2106 wird auf einer Waage 2107 angeordnet, die mit einer Schnittstelle eines Computers (nicht gezeigt) verbunden ist. Die Waage sollte für Ablesungen von 0,001 g geeignet sein; eine solche Waage ist zum Beispiel erhältlich von Mettler Toledo als PR1203 (Hightstown, NJ). Die Glasfritte 2102 ist auf einem vertikalen Schieber angeordnet, der in 21A als 2101 allgemein dargestellt ist, um eine vertikale Bewegung der Testprobe zu erlauben, so dass die Testprobe verschiedenen Saughöhen ausgesetzt werden kann. Der vertikale Schieber kann ein stangenloses Stellglied sein, welches an einem Computer angebracht ist, um Saughöhen aufzuzeichnen und entsprechende Zeiten zum Messen der Flüssigkeitsaufnahme durch die Testprobe. Ein bevorzugtes stangenloses Stellglied ist erhältlich von Industrial Devices (Novato, CA) als Artikel 202X4X34N-1D4B-84-P-C-S-E, welches durch einen Motorantrieb ZETA 6104-83-135 angetrieben werden kann, erhältlich von CompuMotor (Rohnert, CA). Wenn Daten gemessen werden und von dem Stellglied 2101 und der Waage 2107 gesendet werden, kann die kapillare Saugkraft der Absorptionskapazität ohne weiteres für jede Testprobe erzeugt werden. Zudem kann die Computerschnittstelle für das Stellglied 2101 eine gesteuerte vertikale Bewegung der Glasfritte 2102 erlauben. Zum Beispiel kann das Stellglied so dirigiert werden, dass sich die Glasfritte 2102 erst dann vertikal bewegt, nachdem ein "Gleichgewicht" (wie unten definiert) an jeder Saughöhe erreicht ist.
Der Boden der Glasfritte 2102 ist mit einem Tygon^®-Rohr 2103 verbunden, das die Fritte 2105 mit einem Dreiwege-Ablaufhahn 2109 umfasst. Der Ablaufhahn 2109 ist mit dem Flüssigkeitsreservoir 2109 über ein Glasrohr 2104 und ein Absperrhahn 2110 verbunden. (Der Ablaufhahn 2109 ist nur während des Reinigens der Vorrichtung und zur Luftbläschenentfernung geöffnet.) Das Glasrohr 2111 verbindet das Fluidreservoir 2105 mit Waage-Fluidreservoir 2106 über den Absperrhahn 2110. Das Waage-Flüssigkeitsreservoir 2106 besteht aus einer leichtgewichtigen Schale 2106A mit einem Durchmesser von 12 cm und einer Abdeckung 2106B. Die Abdeckung 2106B hat ein Loch, durch welches das Glasrohr 2111 die Flüssigkeit in dem Reservoir 2106 berührt. Das Glastrohr 2111 darf nicht die Abdeckung 2106B berühren, da dies sonst zu einer instabilen Ablesung der Waage führen würde und die Testprobenmessung nicht verwendet werden könnte. In diesem Kontext sei es so verstanden, dass das Volumen des Flüssigkeitsreservoirs mit der Absorptionskapazität des Flüssigkeitshandhabungselements oder der zu testenden Vorrichtung kompatibel sein muss. So kann es notwendig sein, ein unterschiedliches Flüssigkeitsreservoir zu wählen.
Der Glasfrittendurchmesser muss ausreichend sein, um die Kolben/Zylinder-Vorrichtung, wie sie unten beschrieben wird, zum Halten der Testprobe aufzunehmen. Die Glasfritte 2102 ist ummantelt, um eine konstante Temperaturregelung von einem Erwärmungsbad zu ermöglichen. Die Fritte ist ein 350 ml gefritteter Scheibentrichter, der spezifiziert ist dahin gehend, dass er 4 bis 5,5 μm Poren aufweist, erhältlich von Corning Glass Co. (Corning, NY) als #3606-350F. Die Poren sind fein genug, um die Frittenoberflächen an den spezifizierten kapillaren Saughöhen benetzt zu halten. (Die Glasfritte erlaubt keiner Luft, in die kontinuierliche Säule der Testflüssigkeit unterhalb der Glasfritte einzutreten.) Wie angegeben, ist die Fritte 2102 über ein Rohr mit dem Fluidreservoir 2105 oder dem Waage-Flüssigkeitsreservoir 2106 verbunden, je nach der Position des Dreiwege-Absperrhahns 2110.
Die Glastfritte 2102 ist ummantelt, um Wasser aus einem Bad mit konstanter Temperatur auszuhalten. Dies wird sicherstellen, dass die Temperatur der Glastfritte auf einer konstanten Temperatur von 88°F (31°C) während des Testverfahrens gehalten wird. Wie in 21A gezeigt ist, ist die Glasfritte 2102 mit einem Eingangsanschluss 2102A und einem Ausgangsanschluss 2102B ausgestattet, welche eine geschlossene Schleife mit einem zirkulierenden Wärmebad bilden, das allgemein als 2108 gezeigt ist. (Der Glasmantel ist in 21A nicht gezeigt. Das in die ummantelte Glasfritte 2102 aus dem Bad 2108 eingeführte Wasser berührt jedoch nicht die Testflüssigkeit und die Testflüssigkeit wird nicht durch das Bad mit konstanter Temperatur zirkuliert. Das Wasser in dem Bad mit konstanter Temperatur zirkuliert durch die Mantelwände der Glasfritte 2102.)
Das Reservoir 2106 und die Waage 2107 sind in einem Kasten eingeschlossen, um eine Verdunstung von Testflüssigkeit aus dem Waagen-Reservoir zu minimieren und um eine Waagenstabilität während der Durchführung des Experiments zu verbessern. Dieser Kasten, allgemein als 2112 gezeigt, hat einen Deckel und Wände, wobei der Deckel ein Loch aufweist, durch welches ein Rohr 2111 eingeführt ist.
Die Glasfritte 2102 ist in 21B in größerem Detail gezeigt. 21B ist eine Schnittansicht der Glasfritte, gezeigt ohne Eingangsanschluss 2102A und Ausgangsanschluss 2102B. Wie angegeben ist die Glasfritte ein 350 ml gefritteter Scheibentrichter mit spezifizierten 4 bis 5,5 μm Poren. Mit Bezug auf 21B umfasst die Glasfritte 2102 einen zylindrisch ummantelten Trichter, der 2150 bezeichnet ist, und eine Glasfrittenscheibe, die als 2160 bezeichnet ist. Die Glasfritte 2102 umfasst ferner eine Zylinder/Kolben-Anordnung die allgemein als 2165 gezeigt ist (welche einen Zylinder 2166 und einen Kolben 2168 umfasst), welche die Testprobe begrenzt, wie dies bei 2170 gezeigt ist, und einen geringen Grenzdruck auf die Testprobe ausübt. Um eine übermäßige Verdunstung von Testflüssigkeit aus der Glasfrittenscheibe 2160 zu verhindern, wird ein Teflon-Ring, als 2162 gezeigt, auf der Oberseite der Glasfrittenscheibe 2160 angeordnet. Der Teflon^®-Ring 2162 ist 0,0127 cm dick (erhältlich als Flächenware von McMaster Carr als #8569K16 und wird auf Größe zugeschnitten) und wird dazu verwendet, die Frittenscheibenoberfläche außerhalb des Zylinder 2166 abzudecken und somit eine Verdunstung von der Glasfritte zu minimieren. Der Ring-Außendurchmesser und – Innendurchmesser beträgt 7,6 bzw. 6,3 cm. Der Innendurchmesser des Teflon^®-Ringes 2162 ist etwa 2 mm geringer als der Außendurchmesser des Zylinders 2166. Ein Viton^®-O-Ring (erhältlich von McMaster Carr als #AS568A-150 und AL568A-151) 2164 wird auf der Oberseite des Teflon^®-Ringes 2162 angeordnet, um den Raum zwischen der Innenwand des zylindrisch ummantelten Trichters 2150 und des Teflon^®-Ringes 2162 abzudichten, um damit weiter eine Hinderung der Verdunstung zu unterstützen. Falls der Außendurchmesser des O-Ringes den Innendurchmesser des zylindrisch ummantelten Trichters 2150 übersteigt, wird der O-Ring-Durchmesser so reduziert, dass der Trichter passt, und zwar wie folgt: Der O-Ring wird aufgeschnitten, der notwendige Betrag des O-Ring-Materials wird abgeschnitten, und der O-Ring wird wieder zusammengeklebt, derart, dass der O-Ring die Innenwand des zylindrisch ummantelten Trichters 2150 an seinem ganzen Umfang herum berührt. Obwohl die oben beschriebene Fritte ein geeignetes Beispiel einer Fritte darstellt, kann es notwendig sein, eine Fritte mit Abmessungen zu verwenden, die sich von den obigen Abmessungen unterscheiden, um besser an die Abmessungen des Flüssigkeitshandhabungselements oder zu testenden Einrichtung zu passen. Der Oberflächenbereich der Fritte sollte so nah wie möglich an den Oberflächenbereich der Annahmezone des Flüssigkeitshandhabungselement oder der Einrichtung heran kommen, um die Annahmezone vollständig zu nutzen und um eine Verdunstung von der Fritte zu minimieren.
Wie angegeben, begrenzt eine Zylinder/Kolben-Anordnung, die allgemein in 21B als 2165 gezeigt ist, die Testprobe und übt einen kleinen Grenzdruck auf die Testprobe 2170 aus. Mit Bezug auf 21 C besteht die Anordnung 2165 aus einem Zylinder 2166, einem schalenartigen Teflon^®-Kolben, der durch 2168 angegeben ist, und, falls notwendig, einem Gewicht oder Gewichten (nicht gezeigt), das/die in den Kolben 2168 passen. (Ein optionales Gewicht wird verwendet, wenn es notwendig ist, um das kombinierte Gewicht des Kolbens und das optionale Gewicht so einzustellen, dass ein Grenzdruck von 0,2 psi erhalten wird, je nach Trockendurchmesser der Testprobe. Dies wird unten besprochen.) Der Zylinder 2166 ist eine Lexan^®-Stangenware und hat die folgenden Abmessungen: einen Außendurchmesser von 7,0 cm, einen Innendurchmesser von 6,0 cm und eine Höhe von 6,0 cm. Der Teflon^®-Kolben 2168 hat die folgenden Abmessungen: einen Außendurchmesser, der 0,02 cm geringer ist als der Innendurchmesser des Zylinders 2166. Wie in 21D gezeigt ist, ist das Ende des Kolbens 2168, das die Testprobe nicht berührt, durchbohrt, so dass eine Kammer 2190 von 5,0 cm Durchmesser mal etwa 1,8 cm Tiefe ausgebildet wird, um optionale Gewichte (diktiert durch den tatsächlichen Trockendurchmesser der Testprobe) aufzunehmen, die erforderlich sind, um einen Testproben-Grenzdruck von 0,2 psi (1,4 kPa) zu erhalten. Mit anderen Worten, sollte das Gesamtgewicht des Kolbens 2168 und vorhandene optionale Gewichte (in den Figuren nicht gezeigt), geteilt durch den tatsächlichen Durchmesser (im trockenen Zustand) der Testprobe derart sein, dass ein Grenzdruck von 0,2 psi erhalten wird. Der Zylinder 2166 und er Kolben 2168 (und optionale Gewichte) werden bei 31°C für wenigstens 30 Minuten konditioniert, bevor die Messung zur kapillaren Saugkraft der Absorptionskapazität durchgeführt wird. Wieder werden die oben beschriebenen Abmessungen gewählt, um die oben beschriebene beispielhafte Fritte einzupassen. Wenn eine andere Fritte verwendet wird, müssen die Abmessungen der Zylinder/Kolben-Anordnung entsprechend eingestellt werden.
Eine mit Öffnungen versehene Folie, die nicht mit einem grenzflächenaktiven Stoff behandelt wurde oder einen solchen nicht enthält (14 cm × 14 cm) (nicht gezeigt), wird verwendet, um die Glasfritte 2102 während der Experimente zur kapillaren Saugkraft abzudecken, um die Luftdestabilisation um die Probe herum zu minimie ren. Öffnungen sind groß genug, um eine Kondensation an der Unterseite der Folie während des Experiments zu verhindern.
Testprobenpräparierung
Für die vorliegende Vorgehensweise ist es wichtig, dass die Abmessungen der Probe und der Fritte nicht zu unterschiedlich sein sollten. Um dies zu erreichen, können zwei Ansätze getroffen werden.

a) Für die Testproben, welche ohne weiteres auf eine geeignete Größe eingestellt werden können, wie beispielsweise durch ein Zuschneiden derselben, wird sowohl die Größe dieses Zuschnitts als auch der Fritte so gewählt, dass dieser eine kreisförmige Struktur von 5,4 cm Durchmesser ist, wie er zum Beispiel unter Verwendung einer herkömmlichen Bogenstanze erhalten werden kann.
b) Wenn die Testprobe nicht ohne weiteres auf diese Abmessung zugeschnitten werden kann, muss die Größe und Vorzugsweise auch die Form der Fritte auf die Größe und die Form der Testprobe eingestellt werden.

In beiden Fällen kann die Testprobe ein leicht separierbares Element eines Teils oder einer Einrichtung sein, sie kann eine spezielle Komponente von ein und derselben sein oder sei kann eine Kombination von Komponenten derselben sein. Es könnte auch notwendig sein, die Größe des Flüssigkeitsreservoirs so einzustellen, dass die unterschiedlichen Anforderungen erfüllt werden.
Das Trockengewicht der Testprobe (verwendet unten, um die kapillare Saugkraft der Absorptionskapazität zu berechnen) ist das Gewicht der Testprobe, die unter den obigen Umgebungsbedingungen präpariert wurde.
Experimenteller Aufbau

1. Lege eine saubere, trockene Glasfritte 2102 in einen Trichterhalter, der an den vertikalen Schieber 2101 angebracht ist. Bewege den Trichterhalter des vertikalen Schiebers derart, dass sich die Glasfritte auf der Höhe 0 cm befindet.
2. Baue die Gerätekomponenten auf, wie in 21A gezeigt, wie oben besprochen.
3. Stelle das Waage-Flüssigkeitsreservoir 2106 mit dem Durchmesser von 12 cm auf die Waage 2107. Lege einen Plastikdeckel 2106B über das Waage-Flüssigkeitsreservoir 2106 und einen Plastikdeckel über den Waagenkasten 2112, jeweils mit kleinen Löchern darin, durch die das Glasrohr 2111 hindurch passt. Vermeide, dass das Glasrohr den Deckel 2106B des Waage-Flüssigkeitsreservoirs berührt, da sich sonst daraus eine instabile Waagenablesung ergeben wird und die Messung nicht verwendet werden kann.
4. Der Absperrhahn 2110 wird geschlossen für das Rohr 2104 und geöffnet für das Glasrohr 2111. Das Fluidreservoir 2105, das vorher mit dem Testfluid gefüllt wurde, wird geöffnet, so dass das Testfluid in das Rohr 2111 eindringen kann, um das Waage-Fluidreservoir 2106 zu füllen.
5. Die Glasfritte 2102 wird nivelliert und ortsfest festgelegt. Stelle auch sicher, dass die Glasfritte trocken ist.
6. Bringe das Tygon^®-Rohr 2103 an den Absperrhahn 2109 an. (Das Rohr sollte lang genug sein, um die Glasfritte 2102 an ihrer höchsten Stelle von 200 cm ohne Knicke zu erreichen.) Fülle dieses Tygon^®-Rohr mit Testflüssigkeit aus dem Flüssigkeitsreservoir 2105.
7. Bringe das Tygon^®-Rohr 2103 an die nivellierte Glasfritte 2102 an und öffne dann den Absperrhahn 2109 und den Absperrhahn 2110, der vom Fluidreservoir 2105 zur Glasfritte 2102 führt. (Der Absperrhahn 2210 sollte für das Glasrohr 2111 geschlossen sein.) Die Testflüssigkeit füllt die Glasfritte 2102 und entfernt die gesamte eingefangene Luft während des Füllvorgangs der nivellierten Glasfritte. Fahre fort mit dem Füllvorgang, bis das Fluidniveau die Oberseite der Glasfrittenscheibe 2160 über steigt. Leere den Trichter und entferne alle Luftbläschen in dem Rohr und in dem Trichter. Luftbläschen können durch ein Umdrehen der Glasfritte 2102 entfernt werden und indem zugelassen wird, dass Luftbläschen ansteigen und durch den Ablauf des Absperrhahns 2109 entweichen können. (Luftbläschen sammeln sich typischerweise an der Unterseite der Glasfrittenscheibe 2160.) Nivelliere die Fritte neu unter Verwendung eines Pegelmessers, der klein genug ist, dass dieser innerhalb des ummantelten Trichters 2150 passt und auf die Oberfläche der Glasfrittenscheibe 2160 passt.
8. Setze die Glasfritte mit dem Waage-Flüssigkeitsreservoir 2106 auf Null. Um dies durchzuführen, nimm ein Stück des Tygon^®-Rohres von ausreichender Länge und fülle dieses mit der Testflüssigkeit. Lege ein Ende in das Waage-Flüssigkeitsreservoir 2106 und verwende das andere Ende dazu, die Glasfritte 2102 zu positionieren. Der Pegel der Testflüssigkeit, der durch das Rohr angegeben wird (welcher gleich ist mit dem Waage-Flüssigkeitsreservoirpegel) liegt 10 mm unter der Oberseite der Glasfrittenscheibe 2160. Falls dies nicht der Fall ist, muss entweder die Menge der Flüssigkeit in dem Reservoir eingestellt werden oder die Null-Position auf dem vertikalen Schieber 2101 zurückgestellt werden.
9. Bringe des Ausgangs- und Eingangsanschluss des Temperaturbades 2108 über einem Rohr an den Eingangs- und Ausgangsanschluss 2102A bzw. 2102B der Glasfritte an. Gestatte der Temperatur der Glasfrittenscheibe 2160 auf 31°C zu kommen. Dies kann gemessen werden, indem die Glasfritte teilweise mit Testflüssigkeit gefüllt wird und ihre Temperatur gemessen wird, nachdem diese eine Gleichgewichtstemperatur erreicht hat. Das Bad wird auf ein wenig höher als 31°C einzustellen sein, um die Dissipation der Wärme während des Wassertransports aus dem Bad zur Glasfritte zu erlauben.
10. Die Glasfritte wird über 30 Minuten konditioniert.

Parameter zur kapillaren Saugkraft
Das Folgende beschreibt ein Computerprogramm, welches festlegen wird, wie lange die Glasfritte auf jeder Höhe bleibt.
In dem Softwareprogramm zur kapillaren Saugkraft befindet sich eine Testprobe auf irgendeiner spezifizierten Höhe vom Fluidreservoir. Wie oben angegeben, befindet sich das Fluidreservoir auf einer Waage, derart, dass ein Computer die Waage am Ende eines bekannten Zeitintervalls ablesen kann und die Fließrate (Delta-Ablesung/Zeitintervall) zwischen der Testprobe und dem Reservoir berechnen kann. Für die Zwecke dieses Verfahrens wird die Testprobe als in einem Gleichgewicht angesehen, wenn die Fließrate geringer ist als eine spezifizierte Fließrate für eine spezifizierte Anzahl von aufeinander folgenden Zeitintervallen. Es ist klar, dass für ein bestimmtes Material ein tatsächliches Gleichgewicht nicht erreicht werden kann, wenn die spezifizierte "EQUILIBRIUM CONSTANT" erreicht ist. Das Zeitintervall zwischen den Ablesungen beträgt 5 Sekunden.
Die Anzahl von Ablesungen in der Delta-Tabelle ist in dem Menü zur kapillaren Saugkraft als "EQUILIBRIUM SAMPLES" spezifiziert. Die maximale Anzahl von Deltas beträgt 500. Die Fließratenkonstante wird spezifiziert in dem Menü zur kapillaren Sorptionskraft als "EQUILIBRIUM CONSTANT".
Die Gleichgewichtskonstante wird in Einheiten von Gramms eingegeben, und zwar im Bereich von 0,0001 bis 100.000.
Das Folgende ist ein Beispiel der Logik. Die Tabelle zeigt die Waagenablesung und den Delta-Fluss, berechnet für jedes Zeitintervall.

Gleichgewichtsproben = 3

Gleichgewichtskonstante = 0,0015
Delta-Tabelle:
Die Gleichgewichtsaufnahme für das obige vereinfachte Beispiel beträgt 0,318 Gramm.

Das Folgende ist der Quelltext in C-Sprache, der verwendet wird, um die Gleichgewichtsaufnahme zu bestimmen:

Parameter zur kapillaren Saugkraft

Lastbeschreibung (Grenzdruck):	0,2 psi Last
Gleichgewichtsproben (n):	50
Gleichgewichtskonstante:	0,005 g/sec
Einstellhöhe Wert:	100 cm
Endhöhe Wert:	0 cm
Hydrostatische Spitze-Parameter:	200, 180, 160, 120, 100, 90, 80, 70, 60, 50, 45, 40, 35, 30, 25, 20, 15, 10, 5 und 0 cm.

Das Kapillarsorptions-Verfahren wird unter Verwendung all der oben spezifizierten Höhen, in der angegebenen Reihenfolge für die Messung der Kapillarsorptions-Absorptionskapazität durchgeführt. Selbst wenn es erwünscht ist, die Kapillarsorptions-Absorptionskapazität an einer bestimmten Höhe (z.B. 35 cm) zu bestimmen, müssen die gesamten Reihen der hydrostatischen Spitze-Parameter in der spezifizierten Reihenfolge abgeschlossen werden. Obwohl alle diese Höhen bei der Durchführung des Kapillarsorptions-Tests verwendet werden, um Kapillarsorptions-Isotherme für eine Testprobe zu erzeugen, beschreibt die vorliegende Offenbarung die absorbierenden Speicherelemente hinsichtlich ihrer Absorptionseigenschaften an spezifizierten Höhen von 200, 140, 100, 50, 35 und 0 cm.
Kapillarsorptions-Verfahren

1) Folge dem experimentellen Einstellverfahren.
2) Stelle sicher, dass das Temperaturbad 2108 eingeschaltet ist und das Wasser durch die Glasfritte 2102 hindurch zirkuliert und dass die Glasfrittenscheibe 2160 eine Temperatur von 31°C hat.
3) Positioniere die Glasfritte 2102 auf einer Saughöhe von 200 cm. Öffne die Absperrventile 2109 und 2110, um die Glasfritte 2102 mit dem Waage-Flüssigkeitsreservoir 2106 zu verbinden. (Das Absperrventil 2110 wird zum Flüssigkeitsreservoir 2105 geschlossen.). Die Glasfritte 2102 wird für 30 Minuten konditioniert.
4) Gebe die obigen Kapillarsorptions-Parameter in den Computer ein.
5) Schließe die Absperrhähne 2109 und 2110.
6) Bewege die Glasfritte 2102 zu der Aufbauhöhe 100 cm.
7) Lege den Teflon^®-Ring 2162 auf die Oberfläche der Glasfrittenscheibe 2160. Lege den O-Ring 2164 auf den Teflon^®-Ring. Stelle den vorerhitzten Zylinder 2166 konzentrisch auf den Teflon^®-Ring. Lege die Testprobe 2170 konzentrisch in den Zylinder 2166 auf die Glasfrittenscheibe 2160. Setze den Kolben 2168 in den Zylinder 2166. Zusätzliche Begrenzungsgewichte werden in die Kolbenkammer 2190 gelegt, falls es erforderlich ist.
8) Überdecke die Glasfritte 2102 mit einem mit Öffnungen versehenen Film.
9) Die Waagenablesung an dieser Stelle ist der Null-Wert bzw. die Tara-Ablesung.
10) Bewege die Glasfritte 2102 auf 200 cm.
11) Öffne die Absperrventile 2109 und 2110 (Das Absperrventil 2110 ist zum Fluidreservoir 2105 geschlossen) und beginne die Waagen- und Zeitablesungen.

Glasfritten-Korrektur (Leerkorrekturaufbau)
Da die Glasfrittenscheibe 2160 eine poröse Struktur ist, muss die kapillare Sorptions-Absorptionsaufnahme der Glasfritte 2102 (Leerkorrektur-Aufnahme) bestimmt werden und subtrahiert werden, um die wahre kapillare Saugkraft und Absorptionsaufnahme der Testprobe zu erhalten. Die Glasfrittenkorrektur wird für jede neu verwendete Glasfritte durchgeführt. Fahre das Verfahren zur kapillaren Saugkraftermittlung wie oben beschrieben, mit Ausnahme der Testprobe, um so die Leeraufnahme (g) zu erhalten. Die abgelaufene Zeit bei jeder spezifischen Höhe ist gleich der Leerzeit (s).
Verdunstungsverlust-Korrektur

1) Bewege die Glasfritte 2102 auf 2 cm über Null und lasse sie bei dieser Höhe für 30 Minuten mit offenen Absperrventilen 2109 und 2110 (geschlossen zum Reservoir 2105) konditionieren.
2) Schließe die Absperrhähne 2109 und 2110.
3) Lege den Teflon^®-Ring 2162 auf die Oberfläche der Glasfrittenscheibe 2160. Lege den O-Ring 2164 auf den Teflon^®-Ring. Stelle den vorerhitzten Zylinder 2166 konzentrisch auf den Teflon^®-Ring. Stelle den Kolben 2168 in den Zylinder 2166. Lege den mit Öffnungen versehenen Film auf die Glasfritte 2102.
4) Öffne die Absperrhähne 2109 und 2110 (geschlossen zum Reservoir 2105) und zeichne die Waageablesung und die Zeit über 3,5 Stunden auf. Berechne die Probenverdunstung (g/h) wie folgt: [Waageablesung bei 1 h – Waageablesung bei 3,5 h]/2,5 h

Selbst dann nachdem all die obigen Vorkehrungen getroffen worden sind, kann ein gewisser Verdunstungsverlust auftreten, typischerweise um 0,10 g/h sowohl für die Testprobe- als auch die Frittenkorrektur. Idealerweise wird die Probenverdunstung für jede neu installierte Glasfritte 2102 gemessen.
Reinigen der Anlage
Ein neues Tygon^®-Rohr 2103 wird verwendet, wenn eine Glasfritte 2102 neu installiert ist. Das Glasrohr 2104 und 2111, das Fluidreservoir 2105 und das Waage-Flüssigkeitsreservoir 2106 werden mit 50% Clorox Bleach^® in destilliertem Wasser gereinigt, gefolgt von einem Spülen mit destilliertem Wasser, falls eine mikrobielle Verunreinigung sichtbar ist.
a. Reinigen nach jedem Experiment
An dem Ende jedes Experiments (nachdem die Testprobe entfernt worden ist) wird die Glasfritte vorwärts gespült (das heißt, eine Testflüssigkeit wird an der Unterseite der Glasfritte eingeleitet), mit 250 ml Testflüssigkeit vom Flüssigkeitsreservoir 2105, um Testprobenrest von den Glasfrittenscheibenporen zu entfernen. Zum Flüssigkeitsreservoir 2105 geöffneten und zu dem Waage-Flüssigkeitsreservoir 2106 geschlossenen Absperrhähnen 2109 und 2110 wird die Glasfritte von ihrem Halter entfernt, mit ihrer Oberseite nach unten gedreht und zuerst mit Testflüssigkeit ausgespült, gefolgt durch Spülungen mit Azeton und Testflüssigkeit (synthetischem Urin). Während des Spülens muss die Glasfritte mit der Oberseite nach unten gedreht sein und wird das Spülfluid auf der Testprobenkontaktfläche der Glasfrittenscheibe gespritzt. Nach dem Abspülen wird die Glasfritte ein zweites Mal mit 250 ml (synthetischem Urin) vorwärts gespült. Schließlich wird die Glasfritte in ihrem Halter wieder eingebaut und die Frittenoberfläche nivelliert.
b. Überwachen der Glasfrittenleistung
Die Glasfrittenleistung muss nach jedem Reinigungsvorgang und für jede neu installierte Glasfritte überwacht werden, und zwar bei dem Glasfrittenaufbau auf einer 0 cm Position. 50 ml Testflüssigkeit werden auf die nivellierte Glasfritten-Scheibenoberfläche gegossen (ohne Teflon^®-Ring, O-Ring und ohne Zylinder/Kolbenkomponenten). Die Zeit, die erforderlich ist, dass der Testfluidpegel auf 5 mm über der Glasfrittenscheibenoberfläche abfällt, wird aufgezeichnet. Eine periodische Reinigung muss durchgeführt werden, falls diese Zeit 4,5 Minuten übersteigt.
c. Periodische Reinigung
Die Glasfritten werden intensiv periodisch gereinigt (siehe Überwachen der Frittenleistung, oben), um ein Verstopfen zu verhindern. Spülfluide sind destilliertes Wasser, Azeton, 50% Clorox Bleach^® in destilliertem Wasser (um bakterielles Wachstum zu beseitigen) und Testflüssigkeit. Das Reinigen umfasst das Entfernen der Glasfritte aus dem Halter und ein Lösen aller Rohre. Die Glasfritte wird vorwärts gespült (das heißt, die Spülflüssigkeit wird an der Bodenplatte der Glasfritte eingeleitet), wobei die Fritte mit der Oberseite nach unten gedreht ist und geeignete Fluide und Mengen in der folgenden Reihenfolge verwendet werden:

1. 250 m. destilliertes Wasser.
2. 100 ml Azeton.
3. 250 ml destilliertes Wasser.
4. 100 ml 50 : 50 Clorox^®/destilliertes Wasser-Lösung.
5. 250 ml destilliertes Wasser.
6. 250 ml Testfluid.

Das Reinigungsverfahren ist zufriedenstellend, wenn die Glasfrittenleistung innerhalb der eingestellten Kriterien für den Fluidfluss (siehe oben) liegt und wenn kein Rest auf der Glasfrittenscheibenoberfläche zu sehen ist. Falls eine Reinigung nicht erfolgreich durchgeführt werden kann, muss die Fritte ersetzt werden.
Berechnungen
Der Computer ist so eingestellt, dass er einen Report liefert, der aus der kapillaren Saughöhe in cm, der Zeit und der Aufnahme in Gramm an jeder spezifizierten Höhe besteht. Aus diesen Daten kann die kapillare Saugkraft und Absorptionskapazität, welche sowohl für die Frittenaufnahme als auch für den Verdunstungsverlust komgiert ist, berechnet werden. Basierend auf der kapillaren absorbierenden Saugkapazität bei 0 cm kann die kapillare Absorptionseffizienz an den spezifizierten Höhen berechnet werden. Zudem wird die anfängliche effektive Aufnahmerate bei 200 cm berechnet. Leerkorrektur-Aufnahme
Kapillare Saug-Absorptionskapazität ("CSAC")
Anfängliche effektive Aufnahmerate bei 200 cm ("IEUR")
Berichten
Ein Minimum von zwei Messungen sollte für jede Probe durchgeführt werden und die Aufnahme sollte bei jeder Höhe bemittelt werden, um die kapillare Saugkraft und Absorptionskapazität (CSAC) für ein gegebenes Absorptionselement oder ein Oberflächenmaterial mit gegebener Höhe zu berechnen.
Mit diesen Daten können die jeweiligen Werte berechnet werden:

– die kapillare Sorptions- und Desorptionshöhe, bei welcher das Material X% seiner Kapazität bei 0 cm (das heißt, von CSAC 0) abgegeben hat (CSDH x) ausgedrückt in cm;
– die kapillare Sorptions- und Absorptionshöhe, bei welcher das Material Y% seiner Kapazität bei 0 cm (das heißt, von CSAC 0) absorbiert hat (SCAH y) ausgedrückt in cm;
– die kapillare Sorptions- und Absorptionskapazität bei einer bestimmten z (CSAC z), ausgedrückt in Einheiten von g{des Fluids}/g{des Materials}; insbesondere auf der Höhe Null (CSAC 0) und auf den Höhen von 35 cm, 40 cm, etc.;
– die kapillare Sorptions- und Absorptionseffizienz bei einer bestimmten Höhe z (SCAE z), ausgedrückt in %, welches das Verhältnis der Werte von CSAC 0 und CSAC z ist.

Falls zwei Materialien kombiniert werden (wie beispielsweise das erste, das als Annahme/Verteilungs-Material verwendet wird, und das zweite, das als Flüssigkeits speichermaterial verwendet wird), kann der CSAC-Wert (und somit der jeweilige CSAE-Wert) des zweiten Materials für den CSDH x- Wert des ersten Materials bestimmt werden.
Teebeutel-Zentrifugenkapazitätstest (TCC-Test)
Obwohl der TCC-Test speziell für superabsorbierende Materialien entwickelt worden ist, kann dieser ohne weiteres auf andere Materialien angewendet werden.
Der Teebeutel-Zentrifugenkapazitätstest misst die Tee-Zentrifugenkapazitätswerte, welche ein Maß für die Retention von Flüssigkeiten in den Absorptionsmaterialien sind.
Das absorbierende Material wird in einem "Teebeutel" angeordnet, in eine 0,9 Gew.-% Natriumchloridlösung für 20 Minuten eingetaucht und dann für 3 Minuten zentrifugiert. Das Verhältnis des zurückgehaltenen Flüssigkeitsgewichts zu dem Anfangsgewicht des Trockenmaterials ist die absorptive Kapazität des Absorptionsmaterials.
Zwei Liter von 0,9 Gew.-% Natriumchlorid in destilliertem Wasser werden in eine Schale mit den Abmessung 24 cm × 30 cm × 5 cm gegossen. Die Flüssigkeits-Füllstandshöhe sollte etwa 3 cm betragen.
Der Teebeutel hat Abmessungen von 6,5 cm × 6,5 cm und ist erhältlich von Teekanne in Düsseldorf, Deutschland. Der Beutel ist wärmeverschweißt mit einer Standard-Küchen-Plastikbeutelverschweißeinrichtung (z.B. VACUPACK2 PLUS von Krups, Deutschland).
Der Teebeutel wird geöffnet, indem dieser sorgfältig aufgeschnitten wird und dann zurückgewogen wird. Etwa 0,200 g der Probe des absorbierenden Materials, auf ±0,005 g Genauigkeit gewogen, wird in dem Teebeutel angeordnet. Der Teebeutel wird dann mit einem Heißverschließer verschlossen. Dies ist der sogenannte Probenteebeutel. Ein leerer Teebeutel wird dicht verschlossen und als ein Blindprobe verwendet.
Der Probenteebeutel und der leere Teebeutel werden dann auf der Oberfläche der Salzlösung angeordnet und für etwa 5 Sekunden unter Verwendung eines Spatels eingetaucht, so dass sie vollständig benetzen können (Die Teebeutel werden auf der Oberfläche der Salzlösung schwimmen, sind dann aber vollständig benetzt). Der Zeitgeber wird sofort gestartet.
Nach 20 Minuten Einsaugzeit werden der Probenteebeutel und der leere Teebeutel von der Salzlösung entfernt und in einem Bauknecht WS130, Bosch 772, NZK096 oder einer äquivalenten Zentrifuge (Durchmesser 230 mm) angeordnet, so dass jeder Beutel an der äußeren Wand des Zentrifugenkorbes haftet. Der Zentrifugendeckel wird geschlossen, die Zentrifuge gestartet und die Geschwindigkeit schnell auf 1400 rpm erhöht. Sobald die Zentrifuge bei 1400 rpm stabilisiert worden ist, wird der Zeitgeber gestartet. Nach 3 Minuten wird die Zentrifuge angehalten.
Der Probenteebeutel und der leere Teebeutel werden entfernt und separat ausgewogen.
Die Teebeutelzentrifugenkapazität (TCC) für die Probe des absorbierenden Materials wird wie folgt berechnet; TCC = [(Probenteebeutelgewicht nach Zentrifugieren) – (leeres Teebeutelgewicht nach Zentrifugieren) – (Trockengewicht-Absorptionsmaterial)] ÷ (Trockengewicht Absorptionsmaterial). Figurenbeschreibung Fig. 5B

port, upper = oberer Anschluss

local = örtlich

average = Mittelwert

inside = innen

outside = außen

port, inner = innerer Anschluss

port, outer = äußerer Anschluss

Fig. 5C

max = Maximum

lower = unterer

local = örtlich

Port = Anschluss

Wall = Wand

or = oder

Fig. 6

permeability of member (cm²) = Permeabilität eines Elements (cm²)

Bubble point pressure (cm water) = Blasenpunktdruck (cm Wasser)

Claims

Flüssigkeits-Transport-Element (401) mit mindestens einem Bulkbereich (403) und einem den Bulkbereich vollständig begrenzenden Wandbereich (404), wobei der Wandbereich ferner mindestens einen Eingangs-Anschlussabschnitt (706) und mindestens einen Ausgangs-Anschlussabschnitt (707) umfasst, und wobei der Bulkbereich eine durchschnittliche Fluid-Permeabilität k_b aufweist, welche größer als die durchschnittliche Fluid-Permeabilität k_p der Anschlussbereiche ist, dadurch gekennzeichnet, dass k_b mindestens 10^–11 m² ist und k_p mindestens 3 × 10^–14 m² ist, wobei die Anschlussbereiche ein Verhältnis von Fluid-Permeabilitiät zu Dicke in der Richtung des Fluids-Transportes k_p/d_p von mindestens 3 × 10^–15 m aufweisen, und wobei der Anschlussbereich Poren von 1 μm bis 50 μm aufweist, und wobei der Bulkbereich eine Porosität von mindestens 80% und/oder Poren aufweist, die größer als 200 μm sind, und wobei der Wandbereich und die Anschlussbereiche wie hierin definiert luftundurchlässig sind.
Flüssigkeits-Transport-Element (401) nach Anspruch 1, wobei das Verhältnis von Permeabilität des Bulksbereiches (403) und der Permeabilität der Anschlussbereiche (706; 707) mindestens 10, vorzugsweise mindestens 100, bevorzugter mindestens 1000 und noch bevorzugter mindestens 100.000 ist.
Flüssigkeits-Transport-Element (401) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Element einen Blasenpunktdruck, gemessen mit Wasser mit einer Oberflächenspannung von 72 mN/m, von mindestens 1 kPa, vorzugsweise von mindestens 2 kPa, bevorzugter von mindestens 4,5 kPa, noch bevorzugter von mindestens 8 kPa, am Bevorzugtesten von mindestens 50 kPa aufweist.
Flüssigkeits-Transport-Element (401) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Anschlussbereiche (706; 707) einen Blasenpunktdruck, gemessen mit Wasser mit einer Oberflächenspannung von 72 mN/m, von mindestens 1 kPa, vorzugsweise von mindestens 2 kPa, bevorzugter von mindestens 4,5 kPa, noch bevorzugter von mindestens 8 kPa, am Bevorzugtesten von mindestens 50 kPa aufweisen.
Flüssigkeits-Transport-Element (401) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Anschlussbereiche (706; 707) einen Blasenpunktdruck, gemessen mit einer wässrigen Prüflösung mit einer Oberflächenspannung von 33 mN/m, von mindestens 0,67 kPa, vorzugsweise von mindestens 1,3 kPa, bevorzugter von mindestens 3,0 kPa, noch bevorzugter von 5,3 kPa, am Bevorzugtesten von 33 kPa aufweisen.
Flüssigkeits-Transport-Element (401) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Element mehr als 3% der anfänglichen Flüssigkeit in der geschlossenen Systemprüfung freigibt.
Flüssigkeits-Transport-Element (401) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Bulkbereich (403) eine durchschnittliche Porengröße von mindestens 500 μm, bevorzugter von mindestens 1000 μm und am Bevorzugtesten von mindestens 5000 μm aufweist.
Flüssigkeits-Transport-Element (401) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Bulkbereich (403) eine Porosität von mindestens 90%, noch bevorzugter von mindestens 98% und am Bevorzugtesten von mindestens 99% aufweist.
Flüssigkeits-Transport-Element (401) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Anschlussbereiche (706; 707) eine Porengröße von mindestens 3 μm aufweisen.
Flüssigkeits-Transport-Element (401) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Anschlussbereiche (706; 707) eine durchschnittliche Dicke von nicht mehr als 10 μm und am Bevorzugtesten von nicht mehr als 5 μm aufweisen.
Flüssigkeits-Transport-Element (401) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Bulkbereich (403) zu dem Wandbereich (404) ein Volumen-Verhältnis von mindestens 10, vorzugsweise von mindestens 100, bevorzugter von mindestens 1000 und noch bevorzugter von mindestens 10.000 aufweist.
Flüssigkeits-Transport-Element (401) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Anschlussbereiche (706; 707) hydrophil sind, vorzugsweise indem sie einen rückläufigen Kontaktwinkel für die zu transportierende Flüssigkeit von weniger als 70°, vorzugsweise von weniger als 50°, bevorzugter von weniger als 20° und noch bevorzugter von weniger als 10° aufweisen.
Flüssigkeits-Transport-Element (401) nach Anspruch 12, wobei die Anschlussbereiche (706; 707) die Flüssigkeits-Oberflächenspannung der zu transportierenden Flüssigkeit nicht wesentlich reduzieren.
Flüssigkeits-Transport-Element (401) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Bulkbereich (403) deformierbar und dehnbar während eines Flüssigkeits-Transportes ist.
Flüssigkeits-Transport-Element (401) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Element auf Kontakt dehnbar und auf den Flüssigkeitsentfernungs-Bulkbereich zusammenlegbar ist.
Flüssigkeits-Transport-Element (401) nach einem der vorherigen Ansprüche, welches eine blattartige Form oder eine zylindrische Form aufweist.
Flüssigkeits-Transport-Element (401) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Bulkbereich (403) ein Material umfasst, das gewählt ist aus den Gruppen von Fasern, aus Partikeln bestehenden Stoffen, Schaumstoffen, Spiralen, Folien, Wellpappen oder Rohren.
Flüssigkeits-Transport-Element (401) nach Anspruch 17, wobei der Schaumstoff ein offenzelliger retikulärer Schaumstoff ist, der vorzugsweise aus der Gruppe von Zellulose-Schaumstoff, Polyurethan-Schaumstoff, HIPE-Schaumstoffen gewählt ist.
Flüssigkeits-Transport-Element (401) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Element aus einem porösen Bulkbereich (403) hergestellt ist, um welchen ein separater Wandbereich (404) läuft.
Flüssigkeits-Transport-Element (401) nach einem der vorherigen Ansprüche zum Transport von Körper-Ausscheidungen, wie Urin, Blut-Menstruation, Schweiß oder Fäkalien.
Windel für einen Erwachsenen oder ein Baby (1420), Trainingshose, Schutz-Kissen oder Slipeinlage für Damen, umfassend das Flüssigkeits-Transport-Element nach einem der vorherigen Ansprüche.