ES2229730T3

ES2229730T3 - Elemento de transporte de liquidos para caudales elevados entre dos regiones de paso.

Info

Publication number: ES2229730T3
Application number: ES99932018T
Authority: ES
Inventors: Bruno Johannes Ehrnsperger; Mattias Schmidt; Fred Naval Desai; Gary Dean Lavon; Gerry Alfred Young; Karl Michael Schumann; Donald Carroll 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: 2005-04-16
Anticipated expiration: 2019-06-29
Also published as: AR018685A1; AU4841699A; ATE278372T1; JP2003522551A; PE20000797A1; AU8272398A; DE69920958T2; WO2000000143A3; WO2000000143A2; TW421590B; EP1139951B1; CA2335774C; DE69920958D1; WO2000000129A1; EP1139951A2; CA2335774A1

Abstract

Elemento (401) de transporte de líquido que comprende al menos una región abultada (403) y una región (404) de pared que circunscribe completamente dicha región abultada, caracterizado porque dicha región de pared comprende además al menos una región (706) de puerta de entrada y al menos una región (707) de puerta de salida, y porque dicha región abultada tiene una permeabilidad media kb de fluido que es más alta que la permeabilidad media kp de fluido de las regiones de las puertas, caracterizado porque kb es al menos 10-11 m2, y kp es al menos 3*10-14 m2, dichas regiones de las puertas tienen una relación entre la permeabilidad al fluido y el espesor en la dirección del transporte de fluido, kp/dp, de al menos 3*10-15 m y la región de la puerta tiene poros de 1 ìm a 50 ìm y la región abultada tiene una porosidad de al menos el 80% y/o poros mayores que 200 ìm; y la región de la pared y las regiones de las puertas son impermeables al aire, según se define aquí.

Description

Elemento de transporte de líquidos para caudales elevados entre dos regiones de paso.

Campo de la invención

La presente invención está relacionada con elementos de transporte de líquidos, útiles para una amplia gama de aplicaciones que requieren una alta tasa de caudal y/o flujo, en las que el líquido puede ser transportado a través del tal elemento, y/o ser transportado hacia dentro o hacia fuera de tal elemento. Tales elementos son adecuados para muchas aplicaciones como, sin limitarse a ellas, artículos higiénicos desechables, sistemas de riego de agua, absorbentes de vertidos, separadores de aceite/agua y similares. La invención está relacionada también con sistemas de transporte de líquidos que comprenden dichos elementos y artículos que utilizan estos.

Antecedentes

La necesidad de transportar líquidos desde un lugar a otro es un problema muy conocido.

Generalmente, el transporte tendrá lugar desde una fuente de líquido a través de un elemento de transporte de líquido hacia un sumidero de líquido, por ejemplo un depósito a través de una tubería hacia otro depósito. Puede haber diferencias en la energía potencial entre los depósitos (tales como la altura hidrostática) y puede haber pérdidas de energía por rozamiento dentro del sistema de transporte, por ejemplo dentro del elemento de transporte, en particular si el elemento de transporte tiene una longitud significativa con relación al diámetro del mismo.

Para este problema general del transporte de líquidos, existen muchos enfoques para crear un diferencial de presión para superar las diferencias de energía o las pérdidas, de manera que hagan fluir a los líquidos. Un principio ampliamente utilizado es el uso de energía mecánica, tal como la de las bombas. Sin embargo, frecuentemente será deseable superar las pérdidas o diferencias de energía sin el uso de bombas, por ejemplo la explotación del diferencial de altura hidrostática (flujo ocasionado por la gravedad), o por medio de efectos capilares (a menudo denominados efectos de mecha).

En muchas de tales aplicaciones, es deseable transportar los líquidos con regímenes altos, es decir, con un caudal alto (volumen por unidad de tiempo), o con una tasa de flujo alta (volumen por unidad de tiempo por unidad de superficie de la sección transversal).

Ejemplos de aplicaciones de elementos o miembros de transporte de líquidos pueden encontrarse en campos como el riego por agua, tal como el descrito en el documento EP-A-0.439.890, o en el campo de la higiene, tal como para artículos absorbentes como pañales para niños, ya sean del tipo de ponerse tirando de ellos o con elementos de sujeción como cintas, pantalones de aprendizaje, productos de incontinencia de adultos, dispositivos de protección femenina.

Una ejecución bien conocida y ampliamente utilizada de tales elementos de transporte de líquidos son los elementos de flujo capilar, tales como materiales fibrosos como el papel secante, en los que el líquido puede realizar el efecto de mecha en contra de la gravedad. Típicamente, tales materiales están limitados en sus tasas de caudal y/o flujo, especialmente cuando se añade la altura del efecto mecha como un requisito adicional. En el documento EP-A-0.810.078 se ha descrito una mejora particularmente para altas tasas de flujo en alturas de efecto mecha, particularmente útiles por ejemplo para la aplicación en artículos absorbentes.

Otros elementos de flujo capilar pueden ser no fibrosos, sino estructuras porosas, tales como las espumas de células abiertas. En particular, para manejar líquidos acuosos, se han descrito espumas de polímero y, especialmente, se han descrito espumas hidrófilas de células abiertas hechas por el proceso de polimerización denominado de Emulsión de Fase Interna Alta (HIPE), en los documentos US-A-5.563.179 y US-A-5.387.207.

Sin embargo, a pesar de las diversas mejoras hechas en tales realizaciones, sigue existiendo la necesidad de obtener un aumento significativo en las propiedades de transporte de líquidos de los elementos de transporte de líquidos.

En particular, sería deseable obtener elementos de transporte de líquidos que puedan transportar líquido en contra de la gravedad con unas tasas de flujo muy altas.

En situaciones en las que el líquido no es homogéneo en su composición (tal como una solución de sal en agua), o en sus fases (tal como una suspensión de líquido/sólido), puede ser deseable transportar el líquido en su totalidad, o solamente partes del mismo. Se conocen muchas soluciones para su mecanismo de transporte selectivo, tal como la tecnología de filtros.

Por ejemplo, la tecnología de la filtración explota la mayor y menor permeabilidad de un elemento de un material o fase en comparación con otro material o fase. Hay abundancia de técnicas en este campo, en particular las relativas también a la denominada micro-, ultra- o nano-filtración. Algunas de las publicaciones más recientes son:

Documento US-A-5.733.581, relativo a un filtro fibroso soplado cuando está fundido;

Documento US-A-5.728.292 relativo a un filtro de fuel no tejido;

Documento WO-A-97/47375 relativo a sistemas de filtros de membrana;

Documento WO-A-97/35656 relativo a sistemas de filtros de membrana;

Documento EP-A-0.780.148 relativo a estructuras de membranas monolíticas;

Documento EP-A-0.773.058 relativo a estructuras de filtros oleófilos.

Se divulgan también tales membranas para ser utilizadas en sistemas absorbentes.

En el documento US-A-4.820.293 (de CAME) se divulgan cuerpos absorbentes, para ser utilizados en compresas, o vendajes, que tiene una sustancia absorbente de fluidos alojada en una funda hecha de un material esencialmente homogéneo. El fluido puede entrar en el cuerpo a través de cualquier parte de la funda, y no se prevé ningún medio para que el líquido abandone el cuerpo.

En ellos, los materiales absorbentes pueden tener efectos osmóticos, o pueden ser sustancias absorbentes de formación de gel alojadas en membranas semipermeables, tales como la celulosa, la celulosa regenerada, el nitrato de celulosa, el acetato de celulosa, el butirato-acetato de celulosa, el policarbonato, la poliamida, la fibra de vidrio, la polisulfona de polytetrafluoroetileno, que tienen tamaños de poro entre 0,001 \mum y 20 \mum, preferiblemente entre 0,005 \mum y 8 \mum, especialmente alrededor de 0,01 \mum.

En tal sistema, se pretende que la permeabilidad de la membrana sea tal que el líquido absorbido pueda penetrar, pero que se retenga el material absorbente.

Se desea por tanto la utilización de membranas con una alta permeabilidad k y un bajo espesor d, de manera que se consiga una alta conductividad k/d del líquido del estrato, como se describe más adelante.

Esto puede conseguirse incorporando estimuladores con alto peso molecular (por ejemplo, pirrolidona de polivinilo con un peso molecular de 40.000), de forma tal que las membranas puedan tener poros más grandes que conlleven una permeabilidad k de la membrana mayor. El máximo tamaño del poro establecido en ellos para que sean útiles en esta aplicación es inferior a 0,5 \mum, pero son preferibles con tamaños de poro de alrededor de 0,01 \mum o inferiores. Los materiales del ejemplo permiten el cálculo de valores k/d en la gama de 3 a 7 * 10^{-14} m.

Como este sistema es bastante lento, el cuerpo absorbente puede comprender además para una rápida descarga de fluidos un medio de adquisición de líquido, tal como los medios convencionales de adquisición para proporcionar un almacenamiento transitorio de los fluidos antes de que éstos se absorban lentamente.

Una aplicación adicional de membranas en paquetes absorbentes está divulgada en los documentos US-A-
5.082.723, EP-A-0.365.565, o US-A-5.108.383 (de White; Allied Signal).

En ellos, se coloca un estimulador osmótico, es decir, un material de alta resistencia iónica tal como el ClNa, u otro material de altas propiedades osmóticas como la glucosa o la sacarosa dentro de una membrana tal como la hecha a partir de películas de celulosa. Al igual que en la divulgación anterior, el fluido puede entrar a través de cualquier parte de la funda, y no se prevé ninguna manera de que el líquido abandone el cuerpo. Cuando estos paquetes entran en contacto con líquidos acuosos, tales como la orina, los materiales estimuladores proporcionan una fuerza de accionamiento osmótico para tirar del líquido a través de las membranas. Las membranas están caracterizadas por tener una baja permeabilidad para el estimulador, y los paquetes consiguen unas tasas típicas de 0,001 ml/cm^{2}/min. Cuando se calcula los valores de conductividad k/d de la membrana para las membranas divulgadas en ellos, se obtienen como resultado unos valores de alrededor de 1 a 2 * 10^{-15} m. Una propiedad esencial de las membranas, útiles para tales aplicaciones, es su "retención de sal", es decir, aunque las membranas deben ser fácilmente penetrables por el líquido, deben retener una cantidad sustancial de material estimulante dentro de los paquetes. Estos requisitos de retención de sal proporcionan una limitación en el tamaño del poro que limitará el flujo de líquido.

El documento US-A-5.082.723 (de Gross y otros colaboradores) divulga un material osmótico como el ClNa que está encerrado por un material superabsorbente, tal como un copolímero o ácido acrílico y acrilato de sodio, intentando con ellos mejorar la absorbencia, tal como la capacidad de absorción reforzada sobre la base de "gramo a gramo" y la tasa de absorción.

El documento WO 95/28139 divulga un tampón con dos zonas de recogida de fluido, separadas por una pantalla con perforaciones, de manera que el fluido puede fluir desde una zona a la otra.

En términos globales, tales elementos de manejo de fluidos se utilizan para una absorbencia mejorada de los líquidos, pero tienen solamente una capacidad de transporte de fluidos muy limitada.

Por tanto, sigue permaneciendo una necesidad de mejorar las propiedades de transporte de líquidos, en particular para aumentar las tasas de caudal y/o flujo en sistemas de transporte de líquidos.

Como consecuencia, es un objeto de la presente invención proporcionar un elemento de transporte de líquidos compuesto al menos de dos regiones que presenten una diferencia de permeabilidad.

Es un objeto adicional proporcionar elementos de transporte de líquidos que presenten un transporte de líquidos mejorado, expresado con un aumento significativo de las tasas de caudal de líquido y, especialmente, tasas de flujo de líquido, es decir, la cantidad de líquido que fluye en una unidad de tiempo a través de una cierta sección transversal del elemento de transporte de líquidos.

Es un objeto adicional de la presente invención permitir tal transporte de líquidos en contra de la gravedad.

Es un objeto adicional de la presente invención proporcionar tal elemento de transporte de líquidos mejorado para fluidos con una amplia gama de propiedades físicas, tales como líquidos acuosos (hidrófilos) o no acuosos, aceitosos o lipófilos.

Es un objeto adicional de esta invención proporcionar sistemas de transporte de líquidos que comprendan, además del elemento de transporte de líquidos, un sumidero de líquido y/o una fuente de líquido.

Es un objeto adicional más de la presente invención proporcionar cualquiera de los objetos anteriores para ser utilizados en estructuras absorbentes, tales como las que pueden ser útiles en productos higiénicos absorbentes, tales como pañales para niños, productos de incontinencia para adultos, productos de protección femenina.

Es un objeto adicional más de la presente invención proporcionar cualquiera de los objetos anteriores para ser utilizados como sistemas de riego por agua, absorbentes de vertidos, absorbentes de aceite, separadores de agua/aceite.

Sumario de la invención

La presente invención es un elemento de transporte de líquido que comprende al menos una región abultada y una región de pared impermeable al aire que circunda completamente a la región abultada, y donde la región abultada comprende al menos una región de puerta de entrada impermeable al aire y al menos una región de puerta de salida impermeable al aire, donde la región abultada tiene una permeabilidad de fluidos media k_{b} que es mayor que la permeabilidad media de fluidos k_{p} de las regiones de la puerta. La región abultada tiene una permeabilidad de fluidos de al menos 10^{-11} m^{2}, o de al menos 10^{-8} m^{2}, más preferiblemente de al menos 10^{-7} m^{2} y, lo más preferible de al menos 10^{-5} m^{2}, y las regiones de la puerta tienen una permeabilidad de fluidos de al menos 10^{-11} m^{2}, preferiblemente de al menos 10^{-8} m^{2}, más preferiblemente de al menos 10^{-7} m^{2}, más preferiblemente de al menos 10^{-5} m^{2}; tiene poros de más de 200 \mum y/o una porosidad de al menos 80%.

Las regiones de la puerta tienen una relación de permeabilidad de fluidos a espesor, en la dirección del transporte del fluido, k_{p}/d_{p}, de al menos 3*10^{-15} m, preferiblemente de al menos 7*10^{-14} m, más preferiblemente de al menos 3*10^{-10} m, aún más preferiblemente de al menos 8*10^{-8} m, o incluso de al menos 5*10^{-7} m y, lo más preferible de al menos 10^{-5} m; las regiones de la puerta tienen poros de 1 \mum a 50 \mum. El tamaño del poro utilizado aquí es el tamaño medio del poro.

En modos de realización preferidos, la presente invención es un elemento de transporte de líquidos en el que una primera región del elemento comprende materiales que están en contacto con un elemento adicional que se extiende a una segunda región vecina sin ampliar la funcionalidad de la primera región. Un modo de realización particular comprende un elemento adicional que se extiende desde la región de la pared hacia el interior de la región exterior, teniendo preferiblemente una presión capilar para absorber el líquido que está por debajo de la presión del punto de burbujeo de dicho elemento. Este elemento adicional puede comprender una capa de suavización.

En un modo de realización, la región abultada tiene un tamaño medio del poro de al menos 200 \mum, preferiblemente de al menos 500 \mum, más preferiblemente de al menos 1000 \mum y, lo más preferible, de al menos 5000 \mum.

En el otro modo de realización, la región abultada tiene una porosidad de al menos 80%, más preferiblemente de al menos 90%, aún más preferiblemente de al menos 98% y, lo más preferible, de al menos 99%.

En un modo de realización adicional preferido, la relación entre la permeabilidad de la región abultada y la permeabilidad de la región de la puerta es de al menos 10, preferiblemente de al menos 100, más preferiblemente de al menos 1000, y aún más preferiblemente de al menos 100.000.

En un modo más de realización adicional, el elemento tiene una presión del punto de burbujeo, cuando se mide con agua como líquido de prueba con una tensión superficial de 72 mN/m, de al menos 1 kPa, preferiblemente de al menos 2 kPa, más preferiblemente de al menos 4,5 kPa, aún más preferiblemente de 8,0 kPa y, lo más preferible, de 50 kPa.

En un modo de realización adicional preferido, la región de la puerta tiene una presión del punto de burbujeo, cuando se mide con agua como líquido de prueba con una tensión superficial de 72 mN/m, de al menos 1 kPa, preferiblemente de al menos 2 kPa, más preferiblemente de al menos 4,5 kPa, aún más preferiblemente 8,0 kPa, y, lo más preferible, 50 kPa, o cuando se mide con una solución acuosa de prueba con una tensión superficial de 33 mN/m, de al menos 0,67 kPa, preferiblemente de al menos 1,3 kPa, más preferiblemente de al menos 3,0 kPa, aún más preferiblemente de 5,3 kPa y, lo más preferible, 33 kPa.

En un modo de realización particular, el elemento de transporte de líquidos de acuerdo con la presente invención pierde al menos 3% del peso inicial del líquido cuando se somete a la prueba del Sistema Cerrado, como se describe más adelante.

En un modo de realización preferido adicional, la región abultada tiene un tamaño medio del poro mayor que dichas regiones de las puertas, de forma tal que la relación entre tamaño medio del poro de la región abultada y el tamaño medio del poro de la región de la puerta es preferiblemente al menos 10, más preferiblemente al menos 50, aún más preferiblemente al menos 100, o incluso al menos 500 y, lo más preferible, al menos 1000.

En otro modo de realización preferido, la región de la puerta tiene una porosidad de al menos 10%, más preferiblemente de al menos 20%, aún más preferible de al menos 30% y lo más preferible de al menos 50%.

Las regiones de la puerta tienen un tamaño medio del poro de no más de 50 \mum, más preferiblemente de no más de 10 \mum, y lo más preferible de no más de 5 \mum. Las regiones de la puerta tienen un tamaño del poro de al menos 1 \mum, más preferiblemente de al menos 3 \mum.

En otro modo de realización preferido, las regiones de la puerta tienen un espesor medio de no más de 100 \mum, preferiblemente de no más de 50 \mum, más preferiblemente de no más de 10 \mum y lo más preferible de no más de
5 \mum.

En otro modo de realización preferido, las regiones abultadas y las regiones de la pared tienen una relación de volumen (de la región abultada a la de la pared) de al menos 10, preferiblemente de al menos 100, más preferiblemente de al menos 1000, y aún más preferiblemente de al menos 10.000.

En otro modo de realización específico, en particular para transportar líquidos acuosos, la región de la puerta es hidrófila y, preferiblemente, está hecha de materiales que tienen un ángulo decreciente de contacto para el líquido a transportar de menos de 70 grados, preferiblemente de menos de 50 grados, más preferiblemente de menos de 20 grados, y aún más preferiblemente de menos de 10 grados. Preferiblemente, las regiones de la puerta no disminuyen sustancialmente la tensión superficial del líquido que ha de ser transportado.

En otro modo de realización específico, en particular para transportar líquidos aceitosos, la región de la puerta es oleófila y, preferiblemente, está hecha de materiales que tienen un ángulo decreciente de contacto para el líquido a transportar de menos de 70 grados, preferiblemente de menos de 50 grados, más preferiblemente de menos de 20 grados, y aún más preferiblemente de menos de 10 grados.

En otro modo de realización específico, el elemento de transporte de líquidos puede expandirse en contacto con líquido, o colapsarse al retirar el líquido.

En otros modos de realización específicos, el elemento puede tener una forma de lámina o cilíndrica, opcionalmente la sección transversal del elemento a lo largo de la dirección del transporte del líquido no es constante. Además, las regiones de la puerta pueden tener una superficie mayor que la sección transversal media del elemento a lo largo de la dirección del transporte del líquido, preferiblemente las regiones de la puerta tienen una superficie que es mayor que la sección transversal media del elemento a lo largo de la dirección del transporte del líquido en al menos un factor de 2, preferiblemente un factor de 10 y más preferiblemente un factor de 100.

En otro modo de realización específico, el elemento comprende un material abultado o de la puerta que puede expandirse y volverse a colapsar durante el transporte del líquido y, preferiblemente, tiene un factor de expansión del volumen de al menos 5 entre el estado original y el estado cuando está activado, es decir, totalmente inmerso en el líquido.

En otro modo de realización específico, la región abultada comprende un material seleccionado entre los grupos de fibras, partículas, espumas, espirales, películas, láminas onduladas o tubos.

En otro modo de realización específico, la región de la pared comprende un material seleccionado entre los grupos de fibras, partículas, espumas, espirales, películas, láminas onduladas, tubos, telas tejidas, mallas de tela tejida, películas con aberturas, o películas monolíticas.

En otro modo de realización específico, la región abultada o la de la pared puede tener una espuma reticulada de células abiertas, preferiblemente una espuma seleccionada entre un grupo de esponja de celulosa, espuma de poliuretano, espumas HIPE.

En otro modo de realización específico, el elemento de transporte de líquido comprende fibras, que están hechas de poliolefinas, poliésteres, poliamidas, poliéteres, poliacrílicos, poliuretanos, metal, vidrio, celulosa, derivados de la celulosa.

En un modo de realización más, el elemento de transporte de líquidos está hecho con una región abultada porosa que está envuelta por una región de pared independiente. En un modo de realización especial, el elemento puede comprender materiales solubles en agua, por ejemplo, para aumentar la permeabilidad o el tamaño del poro al entrar en contacto con el líquido en las regiones abultada o de puerta.

En modos de realización adicionales específicos, el elemento de transporte de líquidos está inicialmente mojado o esencialmente lleno con el líquido, o está en condiciones de vacío.

Un elemento de transporte de líquidos puede ser particularmente adecuado para transportar líquidos basados en agua, o líquidos visco-elásticos, o para exudados corporales tales como la orina, la sangre, la menstruación, las heces o el sudor.

Un elemento de transporte de líquidos puede ser adecuado también para transportar aceite, grasa u otros líquidos no basados en agua, y puede ser particularmente adecuado para el transporte selectivo de aceite o grasa, pero no para líquidos basados en agua. En una aplicación especial, las regiones de la puerta pueden ser hidró-
fobas.

En un modo de realización específico más, las propiedades o parámetros de cualquiera de las regiones del elemento, o del propio elemento, no necesitan ser mantenidas durante el transporte del elemento desde su producción hasta el uso pretendido, sino que se establecen justamente antes o en el momento del manejo del líquido. Esto puede conseguirse efectuando una activación del elemento, tal como el contacto con el líquido transportado, con el pH, con la temperatura, con encimas, con reacción química, con la concentración de sal o por activación mecánica. La región de la puerta puede comprender además un material de membrana activable por estímulos, tal como una membrana que cambie su propiedad hidrófila con un cambio de temperatura.

Otro aspecto de la presente invención concierne a la combinación de un elemento de transporte de líquidos con una fuente de líquido y/o el sumidero del líquido, estando situado al menos uno de ellos fuera del elemento.

En un modo de realización específico, el sistema de transporte de líquidos que comprende un elemento de transporte de líquidos según la presente invención, donde el sistema tiene una capacidad de absorción de al menos 5 g/g, preferiblemente de al menos 10 g/g, más preferiblemente de al menos 20 g/g, sobre la base del peso del material del sumidero cuando se mide con la prueba de Absorción Demandada.

En otro modo de realización específico, el sistema de transporte de líquidos contiene un material del sumidero que tiene una capacidad de absorción de al menos 10 g/g, preferiblemente de al menos 20 g/g y más preferiblemente de al menos 50 g/g sobre la base del peso del material del sumidero, cuando se somete a la prueba de Capacidad Centrífuga de la Bolsa de Té. En un modo de realización adicional, el material del sumidero, que tiene una capacidad de absorbencia de al menos 5 g/g, preferiblemente de al menos 10 g/g, más preferiblemente de al menos 50 g/g cuando se mide en la prueba de Succión Capilar, a una presión de hasta la presión del punto de burbujeo de la región de la puerta, y que tiene una capacidad absorbente de menos de 5 g/g, preferiblemente de menos de 2 g/g, más preferiblemente de menos de 1 g/g y, lo más preferible, de menos de 0,2 g/g cuando se mide con la Prueba de Succión Capilar a una presión que excede de la presión del punto de burbujeo de la región.

En ciertos modos de realización específicos, el elemento de transporte de líquidos contiene también materiales superabsorbentes o espuma hecha de acuerdo con la polimerización de la Emulsión de Fase Interna Alta.

Un aspecto adicional de la presente invención está relacionado con un artículo que comprende un elemento de transporte de líquidos o un sistema de transporte de líquidos de acuerdo con la presente invención, tal como un artículo absorbente o un artículo absorbente desechable que comprende un elemento de transporte de líquidos. Una aplicación que puede beneficiarse particularmente de la utilización de elementos de acuerdo con la presente invención es un artículo higiénico absorbente desechable, tal como un pañal para niños o de incontinencia para adultos, un apósito de protección femenina, un forro de braga, o un pantalón de aprendizaje. Otras aplicaciones adecuadas se pueden encontrar en vendajes, u otros sistemas absorbentes de atención sanitaria. En otro aspecto, el artículo puede ser un sistema o elemento de transporte de agua, combinando opcionalmente la funcionalidad del transporte con la funcionalidad de la filtración, por ejemplo purificando el agua que se transporta. Además, el elemento puede ser útil en operaciones de limpieza, por ejemplo eliminando líquidos o liberando líquidos de una manera controlada. Un elemento de transporte de líquidos de acuerdo con la presente invención puede ser también un absorbente de aceite o grasa, o puede utilizarse para la separación de líquidos aceitosos o acuosos.

Un aspecto más de la presente invención está relacionado con el método de fabricar el elemento de transporte de líquidos, donde el método comprende los pasos de

a): proporcionar un material abultado o interno;

b): proporcionar un material de pared que comprende una región de puerta;

c): encerrar completamente dicha región abultada dentro de dicho material de pared;

d): proporcionar un medio de habilitación del transporte seleccionado entre

d1): el vacío

d2): relleno líquido

d3): elásticos/resortes expansibles

Opcionalmente, el método puede comprender el paso de

e): aplicar medios de activación de

e1): región de puerta para la disolución de líquido;

e2): elásticos/resortes expansibles para la disolución de líquidos;

e3): elemento de sellado extraíble;

e4): empaquetadura de sellado extraíble.

En otro modo de realización, el método puede comprender los pasos de

a): envolver un material abultado altamente poroso con un material de pared independiente que contenga al menos una región de puerta permeable,

b): sellar completamente la región de la pared, y

c): evacuar el elemento esencialmente de aire.

En un modo de realización específico adicional, el método comprende además el paso de humedecer el elemento, o llenar parcial o, esencialmente, totalmente el elemento con líquido.

En un modo de realización adicional específico, el método comprende el paso de sellar el elemento con una capa soluble en líquido al menos en las regiones de la puerta.

Breve descripción de los dibujos

Figura 1: Diagrama esquemático de un sifón convencional abierto.

Figura 2: Diagrama esquemático de un elemento de transporte de líquido de acuerdo con la presente invención.

Figura 3 A, B: Sistema de sifón convencional y elemento de transporte de líquido de acuerdo con la presente invención.

Figura 4: Vista esquemática en sección transversal a través de un elemento de transporte de líquido.

Figuras 5 A, B, C: Representación esquemática para la determinación del espesor de la región de la puerta.

Figura 6: Correlación de la permeabilidad y de la presión del punto de burbujeo.

Figura 7 a 12A, B: Diagramas esquemáticos de diversos modos de realización del elemento de transporte de líquido de acuerdo con la presente invención.

Figura 13A, B, C: Sistemas de transporte de líquido de acuerdo con la presente invención.

Figura 14: Diagrama esquemático de un artículo absorbente.

Figura 15 a 16A, B: Artículo absorbente que comprende un elemento de transporte de líquido.

Figura 17A, B a 18A, B, C, D: Modos de realización específicos del elemento de transporte de líquido.

Figuras 19 a 20 A, B: Prueba de permeabilidad de líquido.

Figuras 21A, B, C, D: Prueba de absorción capilar.

Descripción detallada de la invención Definiciones generales

Según se utiliza aquí, un "elemento de transporte de líquidos" se refiere a un material o a una combinación de materiales, que es capaz de transportar líquidos. Tal elemento contiene al menos dos regiones, una región "interior" para la cual puede utilizarse el término "abultada" de manera alternativa, y una región de pared que comprende al menos una región de "puerta". Los términos "interior" y "exterior" se refieren a la situación relativa de las regiones, es decir, que quieren decir que la región exterior circunda generalmente a una región abultada.

Según se utiliza aquí, el término "dimensión Z" se refiere a la dimensión ortogonal a la longitud y anchura del elemento de transporte de líquido del artículo. La dimensión Z corresponde normalmente al espesor del elemento de transporte de líquido del artículo. Según se utiliza aquí, el término "dimensión X-Y" se refiere al plano ortogonal al espesor del elemento o artículo. La dimensión X-Y corresponde normalmente a la longitud y anchura, respectivamente, del elemento de transporte de líquido o artículo. El término capa puede aplicarse también a un elemento, el cual, cuando se describe en coordenadas esféricas o cilíndricas, se extiende en dirección radial mucho menos que las otras. Por ejemplo, la piel de un globo sería considerada una capa en este contexto, por lo que la piel definiría la región de la pared y la parte central llena de aire definiría la región interior.

Según se usa aquí, el término "capa" se refiere a la región cuya dimensión principal es X-Y, es decir, a lo largo de su longitud y de su anchura. Debe entenderse que el término capa no está limitado necesariamente a simples capas o láminas de material. Así, la capa puede comprender láminas o combinaciones de varias hojas o tejidos de materiales del tipo que cumple los requisitos. Consecuentemente, el término "capa" incluye los términos "capas" y "en capas".

Para los fines de esta invención, debe entenderse que el término "superior" se refiere a elementos, artículos tales como capas, que están situados en la parte superior (es decir, orientados en contra del vector de gravedad) durante el uso pretendido. Por ejemplo, para un elemento de transporte de líquido que se destina al transporte de líquido desde un depósito "inferior" a un depósito "superior", esto significa que transporta contra la gravedad.

Todos los porcentajes, relaciones y proporciones utilizados aquí son calculados en peso, a menos que se especifique lo contrario.

Según se utiliza aquí, el término "artículos absorbentes" se refiere a dispositivos que absorben y contienen exudados corporales y, más específicamente, se refiere a dispositivos que están colocados contra el cuerpo del portador o en la proximidad del mismo para absorber y contener los diversos exudados descargados por el cuerpo. Según se utiliza aquí, el término "fluidos corporales" incluye, aunque no está limitado a ellos, orina, menstruación y descargas vaginales, sudor y heces.

El término "desechable" se utiliza aquí para describir artículos absorbentes que no se pretende lavar o restaurar de alguna otra forma o reutilizar como artículo absorbente (es decir, están destinados a desecharlos tras el uso y, preferiblemente, a ser reciclados, convertidos en abono o desechados de alguna otra manera en una forma compatible con el medio ambiente).

Según se utiliza aquí, el término ``núcleo absorbente se refiere al componente del artículo absorbente que es el responsable principal de las propiedades de manejo de fluidos del artículo, incluyendo la adquisición, el transporte, la distribución y el almacenamiento de fluidos corporales. Como tal, el núcleo absorbente no incluye típicamente la lámina superior ni la posterior del artículo absorbente.

Un elemento o material puede ser descrito por poseer una cierta estructura, tal como la porosidad, que es definida por la relación entre el volumen de la materia sólida del elemento o material y el volumen total del elemento o material. Por ejemplo, para una estructura fibrosa hecha de fibras de polipropileno, la porosidad puede ser calculada a partir del peso específico (densidad) de la estructura, el calibre y el peso específico (densidad) de la fibra de polipropileno:

V_{vac\text{í}o} / V_{total} = ( 1 - \rho_{abult}. / \rho_{material})

El término "activable" se refiere a la situación en la que hay restringida una cierta capacidad por ciertos medios, de forma tal que al liberar estos medios tiene lugar una reacción tal como una respuesta mecánica. Por ejemplo, si se sujeta un resorte por medio de una pinza (y por tanto, sería activable), al liberar la pinza se obtiene como resultado la activación de la expansión del resorte. Para tales resortes u otros elementos, materiales o sistemas que tengan un comportamiento elástico, la expansión puede ser definida por el módulo de elasticidad, como es bien sabido en la técnica.

Principios básicos y definiciones

Mecanismo de transporte de líquidos en sistemas convencionales de flujo capilar.

Sin desear estar limitado por ninguna de las explicaciones siguientes, el mecanismo básico de funcionamiento de la presente invención puede ser explicado mejor comparándolo con materiales convencionales.

En los materiales para los cuales el transporte de líquido está basado en la presión capilar como fuerza de activación, el líquido es extraído hacia el interior de los poros que estaban inicialmente secos, por la interacción de líquido con la superficie de los poros. Al llenar los poros con líquido se sustituye el aire en estos poros. Si tal material está al menos parcialmente saturado y se aplica además una fuerza de succión hidrostática, capilar u osmótica al menos a una región de ese material, el líquido será desabsorbido de este material si la presión de succión es mayor que la presión capilar que retiene el líquido en los poros de los materiales (se hace referencia, por ejemplo, a "Dinámica de fluidos en medios porosos" de J. Bear, Haifa, publicación de Dover Publications Inc., NY, 1988).

Al tener lugar la desorción, el aire entrará en los poros de tales materiales convencionales de flujo capilar. Si hay disponible líquido adicional, este líquido será extraído hacia el interior de los poros nuevamente por la presión capilar. Si se conecta por tanto un material convencional de flujo capilar en un extremo de una fuente de líquido (por ejemplo, un depósito) y el otro extremo a un sumidero de líquido (por ejemplo, una succión hidrostática), el transporte de líquido a través de este material está basado en el ciclo de absorción/desorción y re-absorción de los poros individuales con la fuerza capilar en el interfaz líquido/aire, proporcionando la fuerza de activación interna para el líquido a través del material.

Esto contrasta con el mecanismo de transporte para líquidos a través de elementos de transporte de acuerdo con la presente invención.

Analogía del sifón

Una explicación simplificada del funcionamiento de la presente invención puede comenzar comparándola con un sifón (véase la figura 1), bien conocido en los sistemas de drenaje como un tubo en forma de "S" tumbada (101). El principio del mismo es que, una vez que el tubo (102) está lleno de líquido (103), al recibir líquido adicional (como se indica con 106) que entra en el sifón por un extremo, casi inmediatamente el líquido abandona el sifón por el otro extremo (como se indica con 107), ya que, debido a que el sifón está lleno de líquido incompresible, el líquido que entra desplaza inmediatamente el líquido en el sifón forzando al líquido del otro extremo a salir del sifón, si hay una diferencia de presión en el líquido entre el punto de entrada y el punto de salida de dicho sifón. En tal sifón, el líquido entra y sale del sistema a través de unas "regiones de puerta" (104 y 105, respectivamente) de entrada y de salida con una superficie abierta.

La presión de activación para desplazar el líquido a lo largo del sifón puede ser obtenida a través de una diversidad de mecanismos. Por ejemplo, si la entrada está en una posición más alta que la salida, la gravedad generará una diferencia de presión hidrostática que genera un flujo de líquido a través del sistema.

Alternativamente, si la puerta de salida está más alta que la puerta de entrada, y el líquido ha de ser transportado en contra de la gravedad, el líquido fluirá a través de este sifón solamente si se aplica una diferencia de presión exterior mayor que la diferencia de presión hidrostática. Por ejemplo, una bomba podría generar una succión o presión suficiente para desplazar el líquido a través de este sifón. Así, el flujo de líquido a través de un sifón o tubería está originado por una diferencia global de presión entre su región de puerta de entrada y de salida. Esto puede describirse por medio de modelos bien conocidos, tales como los expresados en la ecuación de Bernouilli.

La analogía de la presente invención con este principio está representada esquemáticamente en la figura 2 como un modo de realización específico. En él, el elemento (201) de transporte de líquido no necesita tener forma de S, sino que puede ser un tubo recto (202). El elemento de transporte de líquido puede estar lleno de líquido (203), si la entrada y la salida del elemento de transporte están cubiertas por materiales (204) de la puerta de entrada y materiales (205) de la puerta de salida. Al recibir el líquido adicional (indicado como 206), que penetra fácilmente a través del material (204) de la puerta de entrada, el líquido (207) abandonará inmediatamente el elemento a través de la región (205) de salida, a través del material de la puerta de salida.

Así, en principio, una diferencia clave es que las puertas de entrada y/o de salida no son superficies abiertas, sino que tienen unos requisitos especiales de permeabilidad como se explica con más detalle más adelante, que impiden que el aire o el gas penetren en el elemento de transporte, por lo que el elemento de transporte permanece lleno de líquido.

Un elemento de transporte de líquido de acuerdo con la presente invención puede ser combinado con una o más fuentes y/o sumideros de líquido para formar un sistema de transporte de líquidos. Tales fuentes o sumideros de líquido pueden ser unidos al elemento de transporte en las regiones de entrada y/o de salida o bien el sumidero o la fuente pueden estar integrados con el elemento. Un sumidero de líquido puede estar, por ejemplo, integrado con el elemento de transporte cuando el elemento de transporte puede expandir su volumen para recibir así el líquido transportado.

En la figura 3 A (sifón) y en la figura 3 B (presente invención) puede observarse una analogía de simplificación adicional con un sistema de sifón en comparación con un Sistema de Transporte de Líquido. Cuando se conecta un depósito (fuente) (301) de líquido con un depósito (sumidero) (302) de líquido inferior (en la dirección de la gravedad), por medio de un tubo o manguera con extremos abiertos (303) en forma de una "U" (o "J") invertida, el líquido puede fluir desde el depósito superior al depósito inferior solamente si el tubo se mantiene lleno de líquido teniendo el extremo superior sumergido en el líquido. Si puede entrar aire en el tubo, por ejemplo al retirar el extremo superior (305) del líquido, el transporte se interrumpirá, y el tubo debe rellenarse de nuevo para que funcione.

Un elemento de transporte de líquido de acuerdo con la presente invención sería muy similar en una configuración análoga, excepto que los extremos del elemento de transporte, puerta de entrada (305) y puerta de salida (306), que comprenden materiales de puerta de entrada y de salida con requisitos especiales de permeabilidad, como se explica con más detalle más adelante, en lugar de zonas abiertas. Los materiales de entrada y de salida impiden que el aire o el gas penetre en el elemento de transporte, y por eso mantienen la capacidad de transporte de líquidos aún cuando la entrada no esté sumergida en el depósito de la fuente de líquido. Si el elemento de transporte no está sumergido en el depósito de la fuente de líquido, el transporte de líquido se detendrá obviamente, pero puede comenzar de nuevo al volverse a sumergir.

En términos más amplios, la presente invención está relacionada con el transporte de líquidos basado en la succión directa en lugar de la capilaridad. En ella, el líquido es transportado a través de una región a través de la cual no debe entrar sustancialmente ningún aire (u otro gas) en este elemento (o al menos en una cantidad significativa). La fuerza de accionamiento para que el líquido fluya a través de tal elemento puede ser creada por un sumidero de líquido y una fuente de líquido en comunicación fluídica con el elemento, ya sea externamente o internamente.

Hay una multitud de modos de realización de la presente invención, algunos de los cuales serán descritos con más detalle más adelante. Por ejemplo, puede haber elementos en los que los materiales de la puerta de entrada y/o salida son diferentes de la región interior o abultada, o puede haber elementos con un cambio gradual de las propiedades, o puede haber realizaciones de elementos en los que la fuente o el sumidero están integrados con el elemento de transporte, o en los que el líquido que entra es diferente en el tipo de propiedades del líquido que abandona el elemento.

No obstante, todos los modos de realización se basan en que la región de la puerta de entrada o de salida tiene una permeabilidad diferente para el líquido transportado así como para el gas, tal como el aire, que la región interior/abultada.

Dentro del contexto de la presente invención, el término "líquido" se refiere a fluidos que consisten en una fase líquida continua, comprendiendo opcionalmente una fase discontinua tal como una fase líquida no miscible, o sólidos o gases, de manera que formen una suspensión, emulsiones o similares. El líquido puede ser homogéneo en su composición, puede ser una mezcla de líquidos miscibles, puede ser una solución de sólidos o gases en un líquido y similares. Ejemplos no limitativos de líquidos que pueden ser transportados a través de elementos de acuerdo con la presente invención incluyen el agua, pura o con aditivos o contaminantes, soluciones salinas, orina, sangre, fluidos menstruales, materia fecal en una amplia gama de consistencias y viscosidades, aceite, grasa alimentaria, lociones, cremas y similares.

El término "liquido transportado" o "liquido de transporte" se refiere al líquido que es realmente transportado por el elemento de transporte, es decir, puede ser el total de la fase homogénea, o puede ser el disolvente en una fase que comprende materia disuelta, por ejemplo, el agua de una solución salina acuosa, o puede ser una fase en un líquido multifase, o puede ser el total del líquido de múltiples componentes o fases. Por tanto, será fácilmente evidente para qué líquidos son relevantes las respectivas propiedades del líquido, por ejemplo, energía superficial, viscosidad, densidad, etc., para los distintos modos de realización.

Aunque a menudo el líquido que entra en el elemento de transporte de líquidos será el mismo o del mismo tipo que el líquido que abandona el elemento o que está almacenado en él, éste no el caso necesariamente. Por ejemplo, cuando el elemento de transporte de líquido se llena con un líquido acuoso y, con un diseño apropiado, se recibe un elemento aceitoso en el elemento, la fase acuosa puede ser la primera que abandone el elemento. En este caso, la fase acuosa podría ser considerada como "líquido sustituible".

Descripción geométrica de las regiones del elemento de transporte

Un elemento de transporte de líquido en el sentido de la presente invención, tiene que comprender al menos dos regiones, una "región abultada" y una "región de pared", comprendiendo al menos una "región de puerta de entrada" y una "región de puerta de salida" permeables a los líquidos. La geometría, y especialmente el requisito de que la región de pared circunde completamente la región abultada, está definida por la descripción siguiente (se hace referencia a la figura 4), que considera un elemento de transporte en un momento dado.

La región abultada/interior (403) y la región (404) de pared son regiones geométricas diferenciadas y no solapadas una con respecto a la otra y también con respecto a la región exterior (es decir, "el resto del universo"). Así, cualquier punto solamente puede pertenecer a una de las regiones.

La región abultada (403) está conectada, es decir, para cada dos puntos cualesquiera A' y A'' dentro de la región abultada (403), hay al menos una línea continua (curvada o recta) que conecta los dos puntos sin abandonar la región abultada (403).

Para cualquier punto A dentro de la región abultada (403), todos los rayos rectos en forma de varilla que tengan un espesor circular de al menos 2 mm de diámetro tienen una intersección con la región (404) de la pared. Un rayo recto tiene el significado geométrico de un cilindro de longitud infinita en analogía con el punto A como fuente de luz y como si los rayos fueran rayos de luz; sin embargo, estos rayos necesitan tener un "espesor" geométrico mínimo (pues en otro caso una línea puede pasar a través de la abertura de los poros de las regiones (405) de la puerta. Este espesor geométrico se fija en 2 mm, lo cual debe considerarse naturalmente como una aproximación en la proximidad del punto A (que no tiene una extensión tridimensional que coincida con tal rayo en forma de varilla).

La región (404) de la puerta circunscribe completamente a la región abultada (403). Así, para dos puntos cualesquiera A'', que pertenece a la región abultada (403) y C, que pertenece a la región exterior, cualquier varilla curvada continua (en analogía con una línea curvada continua que tenga un espesor circular de 2 mm de diámetro) forma una intersección con la región (404) de la puerta.

Una región (405) de puerta conecta una región abultada (403) con la región exterior, y existe al menos una varilla continua curvada que conecta cualquier punto A'' de la región abultada con cualquier punto C de la "región exterior", que tiene un espesor circular de 2mm, que efectúa una intersección con la región (405) de puerta.

El término "región" se refiere a regiones tridimensionales que pueden ser de cualquier forma. A menudo, pero no necesariamente, el espesor de la región puede ser delgado, de forma tal que la región aparece como una estructura plana, tal como una película delgada. Por ejemplo, pueden emplearse membranas en forma de película las cuales, dependiendo de la porosidad, pueden tener un espesor de 100 \mum o muy inferior, siendo así mucho menores que la extensión de la membrana perpendicular a ellas (es decir, la dimensión de la longitud y de la anchura).

Puede disponerse una región de pared alrededor de una pared abultada, por ejemplo, en una configuración de solapamiento, es decir, que ciertas partes del material de la región de la pared están en contacto mutuo y están conectadas mutuamente por ejemplo mediante un sellado. Por tanto, este sellado no debe tener aberturas que sean suficientemente grandes para interrumpir la funcionalidad del elemento, es decir, la línea de sellado debe ser considerada como perteneciente a una región de pared (impermeable) o a una región de pared.

Aunque una región puede ser descrita teniendo al menos una propiedad que permanezca dentro de ciertos límites de manera que defina la funcionalidad común de las sub-regiones de esta región, dentro de estas sub-regiones puede haber otras propiedades que cambien.

Dentro de la descripción actual, el término "regiones" debe entenderse que abarca también el término "región", es decir, si un elemento comprende ciertas "regiones", la posibilidad de comprender solamente una de tales regiones debe ser incluido en este término, a menos que se mencione explícitamente lo contrario.

Las regiones de "puerta" y "abultada/interior" pueden distinguirse fácilmente una de la otra, por ejemplo un espacio vacío para una región y una membrana para la otra, o estas regiones pueden tener una transición gradual con respecto a ciertos parámetros relevantes como se describirá más adelante. Por tanto, es esencial que un elemento de transporte de acuerdo con la presente invención tenga al menos una región que satisfaga los requisitos de la "región interior" y una región que satisfaga los requisitos de una "región de pared", (que en realidad puede tener un espesor muy pequeño con relación a su extensión en las otras dos dimensiones y puede aparecer, por tanto, más como una superficie que como un volumen). La región de pared comprende al menos una región de entrada y una de salida.

Así, para el elemento de transporte de líquido, el camino de transporte puede definirse como el camino de un líquido que entra en una región de puerta y el líquido que sale de una región de puerta, por lo que el camino de transporte de líquido pasa a través de la región abultada. El camino de transporte puede definirse también como el camino de un líquido que entra en la región de puerta y que entra después en una región de almacenamiento de fluido, que está integrada dentro de la región interior del elemento de transporte o, alternativamente, puede ser definido como el camino de un líquido desde una región de liberación de líquido dentro de la región interior del elemento de transporte hasta una región de puerta de salida.

El camino de transporte de un elemento de transporte de líquido puede ser de una longitud sustancial, puede contemplarse una longitud de 100 m o incluso más; alternativamente, el elemento de transporte de líquido puede ser también de una longitud bastante corta, por ejemplo unos cuantos milímetros o incluso menos. Aunque es un beneficio particular de la presente invención proporcionar tasas de transporte altas, y también permitir el transporte de grandes cantidades de líquido, esto último no es un requisito. También puede contemplarse que solamente se transporten pequeñas cantidades de líquido en tiempos relativamente cortos, por ejemplo, cuando se usa el sistema para transmitir señales en forma de líquidos con el fin de desencadenar una cierta respuesta a la señal en un punto alternativo a lo largo del elemento de transporte.

En este caso, el elemento de transporte de líquido puede funcionar como un dispositivo de señalización en tiempo real. Alternativamente, el líquido transportado puede realizar una función en la puerta de salida, tal como la activación de un vacío para liberar energía mecánica y crear una estructura tridimensional. Por ejemplo, el elemento de transporte de líquido puede entregar una señal de disparo a un dispositivo de respuesta que comprenda un material comprimido que se mantiene en una compresión de vacío dentro de una bolsa, de la cual es soluble al menos una parte (por ejemplo, en agua). Cuando un nivel umbral del líquido de señalización (por ejemplo, agua), entregado por el elemento de transporte de líquido disuelve una parte de la región soluble en agua y libera el vacío discontinuamente, el material comprimido se expande para formar una estructura tridimensional. El material comprimido, por ejemplo, puede ser espuma elástica de plástico que tenga una forma en vacío de suficiente volumen para capturar los desechos corporales. Alternativamente, el material comprimido puede ser un material absorbente que funciona como una bomba extrayendo fluido hacia su cuerpo a medida que se expande (por ejemplo, puede funcionar como un sumidero de líquido como se describe más adelante).

El transporte de líquido puede tener lugar a lo largo de un solo camino de transporte o a lo largo de caminos múltiples, que pueden dividirse o recombinarse a través del elemento de transporte.

Generalmente, el camino de transporte definirá una dirección de transporte, permitiendo la definición del plano de la sección transversal del transporte que es perpendicular a dicho camino. La configuración de la región interior/abultada definirá entonces la superficie de la sección transversal del transporte combinando los diversos caminos de transporte.

Para elementos de transporte con forma irregular, y las respectivas regiones de los mismos, podría ser necesario promediar la sección transversal de transporte en una longitud de uno o más caminos de transporte, ya sea utilizando aproximaciones incrementales o aproximaciones diferenciales, como es bien sabido en los cálculos geométricos.

Se puede concebir que habrá elementos de transporte en los que la región interior y las regiones de la puerta se puedan separar y distinguir fácilmente. En otros ejemplos, podría costar mayor esfuerzo distinguir y/o separar las distintas regiones.

Así, cuando se describen los requisitos para ciertas regiones, debe entenderse que esto es aplicable a ciertos materiales dentro de estas regiones. Por eso, una cierta región puede consistir en un material homogéneo, o una región puede comprender tal material homogéneo. Además, un material puede tener propiedades y/o parámetros variables, y comprender así más de una región. La descripción siguiente se enfocará en describir las propiedades y parámetros de las regiones definidas funcionalmente.

Descripción funcional general del elemento de transporte

Como se ha mencionado brevemente en la anterior, la presente invención está relacionada con un elemento de transporte de líquido, que está basado en la succión directa en lugar de la capilaridad. En él, el líquido es transportado a través de una región dentro de la cual no debe entrar (en absoluto o al menos en una cantidad significativa) aire (u otro gas). La fuerza de activación para el líquido que fluye a través de tal elemento puede ser creada por medio de un sumidero de líquido y/o una fuente de líquido en comunicación líquida con el elemento de transporte, ya sea externamente o internamente.

La succión directa se mantiene asegurando que no entra sustancialmente aire o gas en el elemento de transporte de líquido durante el transporte. Esto significa que las regiones de la pared que incluyen las regiones de las puertas deben ser sustancialmente impermeables hasta una cierta presión, que es la presión del punto de burbujeo como será descrito con más detalle.

Así, un elemento de transporte de líquido debe tener cierta permeabilidad al líquido (como se describirá más adelante). Una permeabilidad al líquido más alta proporciona menos resistencia al flujo y, por tanto, es preferible desde este punto de vista.

Además, el elemento de transporte de líquido debe ser sustancialmente impermeable al aire o al gas durante el transporte del líquido.

Sin embargo, para materiales porosos de transporte de líquido convencionales, y en particular los materiales que funcionan basándose en mecanismos de transporte capilares, el transporte de líquidos se controla generalmente por la interacción del tamaño del poro y de la permeabilidad, de forma tal que las estructuras abiertas altamente permeables comprenderán generalmente poros relativamente grandes. Estos poros grandes proporcionan estructuras altamente permeables, sin embargo, estas estructuras tienen alturas de efecto mecha muy limitadas para un conjunto dado de respectivas energías superficiales, es decir, una combinación dada del tipo de material y de líquidos. El tamaño del poro puede afectar también a la retención de líquidos en condiciones de uso normales.

Como contraste a tales mecanismos convencionales gobernados por capilaridad, en la presente invención estas limitaciones convencionales han sido superadas, ya que se ha averiguado sorprendentemente que los materiales que presentan una permeabilidad relativamente inferior pueden ser combinados con materiales que presentan una permeabilidad relativamente más alta, y la combinación proporciona unos efectos de sinergia significativos.

En particular, se ha averiguado que cuando un material altamente permeable a los líquidos con poros grandes está rodeado por un material que no tiene esencialmente permeabilidad al aire a una cierta presión, la presión ya referida del punto de burbujeo, pero que tiene también una permeabilidad al líquido relativamente baja, el elemento combinado de transporte de líquido tendrá una alta permeabilidad a los líquidos y una alta presión del punto de burbujeo al mismo tiempo, permitiendo así un transporte de líquido muy rápido incluso en contra de una presión exterior.

Consecuentemente, el elemento de transporte de líquido tiene una región interior con una permeabilidad a los líquidos que es relativamente alta para proporcionar la tasa máxima de transporte de líquido. La permeabilidad de una región de puerta, que puede ser parte de la región de pared que circunda la región abultada, es sustancialmente menor. Esto se consigue por medio de regiones de puerta que tengan una funcionalidad de membranas, diseñada para las condiciones de uso pretendidas. La membrana es permeable a los líquidos, pero no a los gases ni a los vapores. Tal propiedad se expresa generalmente por el parámetro de la presión del punto de burbujeo que está definida, en términos breves, por la presión hasta la cual el gas o el aire no penetra a través de una membrana mojada.

Como será descrito con más detalle, los requisitos de las propiedades han de ser cumplidos en el momento del transporte de líquido. Sin embargo, puede ser que éstos sean creados o ajustados activando un elemento de transporte, por ejemplo, antes del uso, el cual, sin tal activación o antes de ella, no satisfaría los requisitos pero si después de la activación. Por ejemplo, un elemento puede ser comprimido o aplastado elásticamente y expandirse al mojarse para crear así una estructura con las propiedades requeridas.

Generalmente, para considerar cómo de rápido y cuánto líquido puede ser transportado a una cierta altura (es decir, en contra de cierta presión hidrostática) el transporte de flujo capilar es dominado por los mecanismos de efectos de energía superficial y estructura de los poros, que está determinada por el número de poros, así como por la forma, el tamaño y también por la distribución de tamaños de los poros.

Por ejemplo, si en los sistemas o elementos de flujo capilar convencionales que están basados en la presión capilar como fuerza de activación, se extrae el líquido en un extremo del sistema capilar, por ejemplo por medios de succión, este líquido es desabsorbido hacia el exterior de los capilares más cercanos al dispositivo de succión, que están al menos parcialmente llenos de aire, y que son vueltos a llenar a través de la presión capilar de líquido de los capilares contiguos, que son entonces llenados por líquido de los capilares contiguos, y así sucesivamente.

Por tanto, el transporte de líquido a través de una estructura de flujo capilar convencional está basado en el ciclo de absorción-desorción y re-absorción de los poros individuales.

El caudal, y respectivamente el flujo, están determinados por la permeabilidad media a lo largo del camino y por la succión en el extremo del camino de transporte. Tal succión local será dependiente también, generalmente, de la saturación local del material, es decir, si el dispositivo de succión es capaz de reducir la saturación de la región cercana a él, el caudal/flujo será más alto.

Sin embargo, aún cuando la succión en el extremo del camino de transporte sea más alta que la presión capilar dentro de la estructura capilar, la fuerza interna de accionamiento para el líquido viene dada por la presión capilar, limitando así las tasas de transporte de líquido. Además, tales estructuras de flujo capilar no pueden transportar líquido en contra de la gravedad para alturas superiores a la presión capilar, independientemente de la succión externa.

Una ejecución específica ideal de tal elemento poroso de transporte de líquido son los denominados "tubos capilares", que pueden ser descritos como tuberías paralelas con un diámetro interior del tubo y un espesor de su pared que define la abertura global (o porosidad) del sistema. Tales sistemas tendrán un flujo relativamente grande en contra de una cierta altura si éstas son "monoporosas", es decir, si los poros tienen el mismo tamaño óptimo del poro. Entonces el flujo se determina por la estructura del poro, la relación de la energía superficial y la superficie de la sección transversal del sistema poroso, y puede ser estimada por aproximaciones bien conocidas.

Las estructuras porosas realistas, tales como las estructuras fibrosas o del tipo de espuma, no transportarán líquido como las estructuras ideales de los tubos capilares. Las estructuras porosas realistas tienen poros que no están alineados, es decir, no son rectas como los tubos capilares y los tamaños de los poros son también no uniformes. Ambos efectos reducen frecuentemente la eficiencia del transporte de tales sistemas capilares.

Sin embargo, para un aspecto de la presente invención, hay al menos dos regiones dentro del elemento de transporte con tamaños de poros diferentes, que son la una o más regiones de las puertas que tienen tamaños de poros menores (que en los sistemas convencionales darían como resultado caudales muy bajos) y la región interior que tiene sustancialmente tamaños de poro mayores (que en sistemas convencionales darían como resultado alturas de transporte viables muy bajas).

Sin embargo, para la presente invención, el flujo global y la altura de transporte a través del elemento de transporte se mejoran sinérgicamente por la alta permeabilidad de la región interior, (que puede ser, por tanto, relativamente larga al tiempo que tiene unas superficies pequeñas de las secciones transversales), y por la relativamente alta presión del punto de burbujeo de las regiones de las puertas (que pueden tener superficies suficientemente grandes, y/o espesores pequeños). En este aspecto de la invención, la alta presión del punto de burbujeo de las regiones de las puertas se obtiene por la presión capilar de los pequeños poros de dicha regiones de las puertas, las cuales, una vez humedecidas, impiden que el aire o un gas entren en el elemento de transporte.

Así, pueden conseguirse tasas de transporte de líquido muy altas a través de unas superficies transversales relativamente pequeñas del elemento de transporte.

En otro aspecto, la presente invención está relacionada con elementos de transporte de líquidos, los cuales, una vez activados y/o humedecidos, son selectivos con relación a los fluidos que transportan. Las regiones de las puertas del elemento de transporte están cerradas (hasta un cierto límite que puede ser expresado por la presión del punto de burbujeo), para el gas ambiente (como el aire), pero están relativamente abiertas para el líquido de transporte (como el agua).

Las regiones de las puertas no requieren una direccionalidad específica de sus propiedades, es decir, los materiales utilizados en ellas pueden ser utilizados en cualquiera de las orientaciones del flujo de líquido a su través. Tampoco es un requisito que las membranas tengan propiedades diferentes (tales como la permeabilidad), con relación a ciertas partes o componentes del líquido. Esto contrasta con las membranas que se describen para paquetes absorbentes osmóticos del documento US-A-5.108.383 (de White y otros colaboradores), donde las membranas han de tener una baja permeabilidad para el material activador, tal como la sal o iones de sal respectivamente.

Región abultada

En la sección siguiente, se describirán los requisitos así como las ejecuciones específicas de la "región interior" o "región abultada".

Un requisito clave de la región abultada es tener una resistencia media al flujo baja, tal como la expresada por una permeabilidad k de al menos 10^{-11} m^{2}, preferiblemente de más de 10^{-8} m^{2}, más preferiblemente de más de 10^{-7} m^{2} y, lo más preferible, de más de 10^{-5} m^{2}.

Un medio importante para conseguir tales permeabilidades altas para la región interior es la utilización de un material que proporcione una porosidad relativamente alta.

Tal porosidad, que es definida comúnmente como la relación entre el volumen que compone los materiales porosos y el volumen total de los materiales porosos, y que está determinada a través de las mediciones de densidad conocidas comúnmente, debe ser, en un modo de realización, de al menos el 80%, más preferiblemente de al menos el 90% e incluso excediendo del 98% o 99%. En el extremo de la región interior, que consiste esencialmente en un espacio hueco de un solo poro, la porosidad se acerca e incluso alcanza el 100%. Otro medio importante para conseguir tales permeabilidades altas en las regiones interiores es la utilización de materiales con poros grandes.

La región interior debe tener poros mayores de alrededor de 200 \mum, o incluso 500 \mum, 1 mm o incluso 9 mm de diámetro o más. Para ciertas aplicaciones, tales como el riego o la separación de aceite, la región interior puede tener poros de hasta 10 cm, por ejemplo cuando la región interior es un tubo hueco.

Tales poros pueden ser menores antes del transporte del fluido, de manera que la región interna puede tener un volumen menor, y expandirse justamente antes o con el contacto con el líquido. Preferiblemente, si tales poros se comprimen o se aplastan, deberían ser capaces de expandirse en un factor de expansión volumétrica de al menos 5, preferiblemente más de 10. Tal expansión puede conseguirse con materiales que tengan un módulo de elasticidad mayor que la presión exterior la cual, sin embargo, debe ser menor que la presión del punto de burbujeo.

Pueden conseguirse porosidades altas con diversos materiales, bien conocidos en la técnica como tales. Por ejemplo, los elementos fibrosos pueden conseguir fácilmente tales valores de porosidad. Ejemplos no limitativos de tales materiales fibrosos, que pueden estar comprendidos en la región abultada, son los fieltros "highloft" (rústicos) hechos, por ejemplo, de fibras de poliolefina o poliéster como las que se usan en el campo de los artículos higiénicos, o en la industria del automóvil, o para tapicería o la industria HVAC: Otros ejemplos comprenden telas de fibra hechas de fibras de celulosa.

Tales porosidades pueden conseguirse también por medio de estructuras porosas de espuma de células abiertas, tales como, sin pretender ninguna limitación, por ejemplo las espumas reticuladas de poliuretano, esponjas de celulosa, o espumas de células abiertas como las hechas para el proceso de Polimerización de Emulsiones de Fase Interna (espumas HIPE), como es bien sabido para una diversidad de aplicaciones industriales, tales como la tecnología de filtrado, tapicería, higiene y similares.

Tales porosidades pueden conseguirse por medio de regiones de pared (como se explica con más detalle más adelante), que rodean a huecos que definen la región interior, de la que son un ejemplo los tubos. Alternativamente, puede hacerse un manojo de varios tubos más pequeños.

Tales porosidades pueden conseguirse también por medio de "soportes de espacio", tales como resortes, arandelas, material en partículas, estructuras onduladas y similares.

Los tamaños del poro de la región interna o las permeabilidades, pueden ser homogéneos en toda la región interna, o pueden ser no homogéneas.

No es necesario que se mantenga alta la porosidad de la región interior en todas las etapas entre la fabricación y el uso del elemento de transporte de líquido, pero los huecos dentro de la región interior pueden ser creados poco tiempo antes o durante su uso pretendido.

Por ejemplo, las estructuras en forma de fuelle que se sujetan conjuntamente por medios adecuados pueden ser activadas por un usuario y, durante su expansión, el líquido penetra a través de una región de puerta en la región expansible interior, llenando así el elemento de transporte completamente, o al menos suficientemente para no entorpecer el flujo de líquido.

Alternativamente, loa materiales de espuma de células abiertas, tales como los descritos en los documentos US-A-5.563.179 o US-A-5.387.207, tienen la tendencia a aplastarse al retirar el agua y la capacidad de volverse a expandir al volverlos a mojar. Así, tales espumas pueden ser transportadas desde el lugar de fabricación hasta el usuario con un estado relativamente seco, y por tanto delgado (o de poco volumen), y solamente en contacto con la fuente de líquido aumentarán su volumen, de manera que satisfacen los requisitos de permeabilidad en los huecos.

Las regiones internas pueden tener diversas formas o configuraciones. La región interna puede ser cilíndrica, elipsoidal, en forma de lámina, en forma de tira, o puede tener una forma irregular.

Las regiones internas pueden tener una superficie constante en su sección transversal, con una forma de su sección transversal constante o variable, como por ejemplo, rectangular, triangular, circular, elíptica o irregular. La superficie de una sección transversal se define para su utilización aquí como una sección transversal de la región interior, antes de la adición de la fuente de líquido cuando se mide en el plano perpendicular al camino del flujo de transporte de líquido, y esta definición se utilizará para determinar la superficie media de la sección transversal de la región interior, promediando las superficies individuales de las secciones transversales en todo el camino (o caminos) del flujo.

El tamaño absoluto de la región interior debe ser seleccionado de forma tal que coincida adecuadamente con los requisitos del uso pretendido. Generalmente, será deseable disponer de la dimensión mínima para el uso pretendido. Un beneficio de los diseños de acuerdo con la presente invención, es permitir superficies de las secciones transversales mucho menores que los materiales convencionales. Las dimensiones de la región interior están determinadas por la permeabilidad de dicha región interior, que puede ser muy alta debido a posibles poros grandes, ya que la región interior no tiene que ser diseñada bajo los requisitos contradictorios de alto flujo (es decir, poros grandes) y alta tasa de transporte vertical del líquido (es decir, poros pequeños). Tales permeabilidades grandes permiten secciones transversales mucho menores, y por tanto diseños muy diferentes.

Además, la longitud de la región interior puede ser significativamente mayor que la de los sistemas convencionales, ya que también con relación a este parámetro, el elemento de transporte nuevo puede hacer de puente en distancias mayores y también mayores alturas verticales de transporte del líquido.

La región interior puede ser esencialmente no deformable, es decir, mantiene su forma, configuración, volumen en condiciones normales del uso pretendido. Sin embargo, en muchos usos, será deseable que la región interior permita al elemento completo permanecer blando y plegable.

La región interior puede cambiar su forma, por ejemplo bajo fuerzas o presiones deformadoras durante el uso, o bajo la influencia del propio fluido. La deformabilidad o ausencia de la misma puede conseguirse mediante la selección de uno o más materiales en la región interior (tal como un elemento fibroso), o puede estar esencialmente determinado por las regiones circundantes, tales como las regiones de las paredes del elemento de transporte. Uno de tales enfoques es utilizar materiales elastoméricos como material de las paredes.

Los huecos de la región interior pueden estar confinados por las regiones de las paredes solamente, o la región interior puede comprender separaciones internas en ella.

Por ejemplo, si la región interior está compuesta de tubos paralelos, con paredes impermeables cilíndricas, éstas serían consideradas como tales separaciones internas, creando así posiblemente poros que son unitarios en la abertura interior hueca de los tubos, y posiblemente otros poros creados por los espacios intersticiales entre los tubos. Como ejemplo adicional, si la región interna comprende una estructura fibrosa, puede considerarse que el material de la fibra forma tales separaciones internas.

Las separaciones internas de la región interior pueden tener energías superficiales adaptadas para el líquido transportado. Por ejemplo, con el fin de facilitar el humedecimiento y/o el transporte de líquidos acuosos, las separaciones o partes de las mismas pueden ser hidrófilas. Así, en ciertos modos de realización relativos al transporte de líquidos acuosos, es preferible disponer las separaciones de las regiones internas para que puedan ser humedecidas por tales líquidos, e incluso puede ser más preferible tener unas tensiones de adhesión de más de 65 mN/m, más preferiblemente de más de 70 mN/m. En el caso de que el líquido transportado esté basado en el aceite, las separaciones o partes de las mismas pueden ser oleófilas o lipófilas.

Las separaciones de confinamiento de la región interior pueden comprender además materiales que cambien significativamente sus propiedades al humedecerse, o que incluso puedan disolverse al humedecerse. Así, la región interior puede comprender un material de espuma de células abiertas que tenga un poro relativamente pequeño que esté hecho, al menos parcialmente, de un material soluble, tal como el alcohol de polivinilo o similar. La porosidad pequeña puede extraer líquido en la fase inicial del transporte de líquido, y después puede disolverse rápidamente para dejar después huecos grandes llenos de líquido.

Alternativamente, tales materiales pueden llenar poros más grandes, completa o parcialmente. Por ejemplo, la región interna puede comprender materiales solubles, tales como el alcohol de polivinilo o el acetato de polivinilo. Tales materiales pueden llenar los huecos, o mantener un estado aplastado de los huecos antes de que el elemento entre en contacto con el líquido. Al tener contacto con el líquido, tal como el agua, estos materiales pueden disolverse y crear así huecos vacíos o expandidos.

En un modo de realización, los huecos de la región interior (que pueden componer esencialmente la región interior completa), están esencialmente llenos de un fluido esencialmente incompresible.

El término "esencialmente completa" se refiere a la situación en la que se llena suficientemente un volumen de hueco de la región interna con el líquido, de manera que puede establecerse un camino de flujo continuo.

Preferiblemente, la mayor parte del volumen hueco, preferiblemente más del 90%, más preferiblemente más del 95% y aún más preferiblemente más del 99%, incluso el 100%, está lleno de líquido. La región interna puede ser diseñada para reforzar la acumulación de gas o de otro líquido en partes de la región donde sea menos perjudicial. El resto de los huecos puede ser llenado con otro fluido, tal como gas o vapores residuales, o líquido no miscible, como aceite, en una región interior llena de líquidos acuosos, o pueden ser sólidos, tales como partículas, fibras o
películas.

El líquido comprendido en la región interior puede ser del mismo tipo que el líquido que se pretende transportar. Por ejemplo, cuando el medio del transporte pretendido son líquidos basados en agua, la región interior del medio de transporte puede rellenarse con agua, o bien, si el líquido de transporte pretendido es aceite, la región interior puede rellenarse con aceite.

El líquido de la región interior puede ser también diferente, por lo que estas diferencias pueden ser relativamente pequeñas en su naturaleza (por ejemplo cuando el líquido de transporte pretendido es agua, el líquido de la región interior puede ser una solución acuosa y viceversa). Alternativamente, el líquido de transporte pretendido puede ser bastante diferente en sus propiedades, cuando se compara con el líquido que ha sido pre-llenado en la región interior, por ejemplo cuando el líquido de la fuente es aceite, el cual es transportado a través de una tubería que está inicialmente llena con agua y cerrada por puertas de entrada y salida adecuadas, por lo que el agua abandona el elemento por una región de puerta de salida adecuada, y el aceite entra en el elemento por medio de una región de puerta de entrada adecuada. En este modo específico de realización, la cantidad total de líquido transportado está limitada por la cantidad que puede ser recibida dentro del elemento con respecto a la cantidad de líquido intercambiado, a menos que hubiera por ejemplo, regiones de puerta de salida que comprendieran materiales con propiedades compatibles con los líquidos, de manera que permitan la funcionalidad con uno o ambos líquidos.

El líquido de la región interior y el líquido a transportar pueden ser mutuamente solubles, por ejemplo las soluciones salinas en agua. Por ejemplo, si el elemento de transporte de líquido se destina al transporte de sangre o menstruación, la región interior puede llenarse con agua.

En otro modo de realización, la región interior comprende un vacío, o un gas o vapor por debajo del correspondiente equilibrio, presión ambiental o externa, presión a temperaturas respectivas y condiciones volumétricas. En contacto con el líquido transportado, el líquido puede entrar en la región interna por las regiones de puerta permeables (como se describe más adelante), y después llenar los huecos de la región interna en el grado requerido. De ahí en adelante, la región interior ya llena funciona como una región "pre-llenada" como se ha descrito anteriormente.

Los requisitos funcionales y los modos de realización estructurales mencionados anteriormente pueden ser satisfechos por diversas estructuras adecuadas. Sin limitarse en la creación de estructuras que satisfagan regiones interiores adecuadas, a continuación se describe una gama de modos de realización preferidos.

Un ejemplo sencillo y sin embargo muy descriptivo para la región interior es un tubo vacío definido por paredes impermeables o semipermeables, como ya se ha descrito y representado en la figura 2. El diámetro de tales tubos puede ser relativamente grande en comparación con los diámetros utilizados comúnmente para el transporte en sistemas capilares. El diámetro depende mucho, naturalmente, del sistema específico y del uso pretendido.

Por ejemplo, para aplicaciones higiénicas tales como pañales, se ha averiguado que los tamaños de poros de 2 - 9 mm o más funcionan satisfactoriamente.

También es adecuada la combinación de tubos paralelos de un diámetro adecuado desde alrededor de 0,2 mm hasta varios cm como un manojo de tubos, tales como(en principio) son conocidos a partir de otros principios de diseño de ingeniería, tales como los sistemas intercambiadores de calor.

Para ciertas aplicaciones, trozos de tubos de vidrio pueden proporcionar la funcionalidad correcta; sin embargo, para ciertas aplicaciones tales estructuras pueden tener algunas restricciones de resistencia mecánica. Los tubos adecuados pueden estar hechos también de silicio, caucho, PVC, etc., por ejemplo el Masterflex 6404-17 de Norton, distribuido por la Compañía Barnant, de Barrington, Illinois, 60010, Estados Unidos.

Puede observarse otro modo más de realización en combinación de elementos mecánicamente expansibles, tales como resortes, o que puedan alojar un espacio hueco en la estructura si la dirección de expansión se orienta de forma tal que el tamaño de poro apropiado queda orientado también a lo largo de la dirección del camino de flujo.

Tales materiales son bien conocidos en la técnica y, por ejemplo, están divulgados en los documentos de Estados Unidos US-A-5.563.179, US-A-5.387.207, US-A-5.632.737, todos ellos relativos a materiales de espuma HIPE, o en el documento US-A-5.674.917 relativo a espumas absorbentes, o en el documento EP-A-0.340.763, relativo a estructuras o láminas fibrosas altamente porosas, tales como las hechas a partir de fibras PET.

Pueden ser adecuados otros materiales aún cuando no satisfagan todos los requisitos anteriores al mismo tiempo, si esta deficiencia se puede compensar con otros elementos de diseño.

Otros materiales que tienen poros relativamente grandes son los materiales no tejidos de filtro rústico, como las espumas de células abiertas de Recticel de Bruselas, Bélgica, tales como el Bulpren, Filtren (Filtren TM10 azul, Filtren TM20 azul, Filtren TM30 azul, Filtren Firend 10 negro, Filtren Firend 30 negro, Filtren HC 20 gris, Filtren Firend HC 30 gris, Bulpren S10 negro, Bulpren S20 negro, Bulpren S30 negro).

Otro material que tiene poros relativamente grandes, aún cuando la porosidad no es particularmente alta, es arena con partículas mayores que 1 mm, específicamente arena con partículas mayores que 5 mm. Tales materiales fibrosos u otros materiales pueden hacerse muy útiles, por ejemplo, al hacerlos ondulados; sin embargo, debe evitarse la compresión excesiva. La compresión excesiva puede dar como resultado una distribución del tamaño del poro no homogénea, con poros pequeños dentro del material interior, y poros insuficientemente abiertos entre las ondulaciones.

La región interior puede comprender materiales absorbentes, tales como materiales de geles superabsorbentes u otros materiales como se describe más adelante, adecuados como material de sumidero de líquido. Además, los materiales activadores en paquetes osmóticos de membrana (MOP), tales como los descritos en el documento US-A-5.082.723 (de White, Allied Signals) pueden ser adecuados para su utilización en la región interior.

La región interior puede ser construida además a partir de diversos materiales, es decir, por ejemplo a partir de combinaciones de los anteriores.

La región interior puede comprender también tiras, partículas u otras estructuras homogéneas que generen huecos grandes entre ellas mismas y actúan como contenedores de espacio.

Como se describirá con más detalles para las regiones de las puertas, los fluidos en la región interior no deben impedir que las regiones de las puertas se llenen con el líquido de transporte.

Así, el grado de vacío, por ejemplo, o el grado de miscibilidad o no miscibilidad no debe ser tal que se extraigan líquidos de la región de la puerta hacia la región interior sin que las regiones de la puerta sean rellenadas con el líquido de transporte.

Región de la pared

El elemento de transporte de líquido de acuerdo con la presente invención comprende, además de las regiones interiores, una región de pared que circunscribe a esta región interior en la definición geométrica como la que se ha descrito anteriormente. Esta región de pared debe comprender al menos una región de puerta de entrada y una región de puerta de salida, como se describe más adelante. La región de la pared puede comprender además materiales que son esencialmente impermeables a los líquidos y/o a los gases, por lo que no interfieren con la funcionalidad de manejo de líquido de las regiones de las puertas, e impidiendo además que los gases o los vapores del ambiente penetren en el elemento de transporte de líquido.

Tales paredes pueden ser de cualquier estructura o forma, y pueden representar el elemento estructural clave del elemento de transporte de líquido. Tales paredes pueden ser en forma de un tubo recto o doblado, o un tubo flexible, o de una forma cúbica y similares. Las paredes pueden ser películas delgadas, flexibles que circunscriben la región interna. Tales paredes pueden ser expansibles, ya sea permanentemente por medio de una deformación, o elásticamente por medio de una película de elastómero, o por activación.

Aunque las regiones de las paredes como tales son un elemento esencial para la presente invención, esto es particularmente cierto para la región de la puerta comprendida en tales regiones de las paredes y que se describen a continuación. Las propiedades de las partes restantes de las regiones de las paredes pueden ser importantes para la estructura global, para la elasticidad y para otros efectos estructurales.

Región o regiones de las puertas

Las regiones de las puertas pueden ser descritas en general de manera que comprendan materiales que tengan permeabilidades diferentes para distintos fluidos, es decir, deben ser permeables para el transporte de líquido, pero no para el gas ambiente (como el aire), aunque bajo las mismas condiciones (como temperatura o presión) y una vez que están humedecidas o llenas con el líquido de transporte o líquido que funcione de forma similar.

A menudo, tales materiales son descritos como membranas con sus respectivos parámetros característicos.

En el contexto de esta invención, una membrana se define generalmente como una región que es permeable al líquido, gas o suspensión de partículas en un líquido o en un gas. La membrana puede comprender, por ejemplo, una región microporosa para proporcionar permeabilidad a los líquidos a través de los capilares. En un modo de realización alternativo, la membrana puede comprender una región monolítica que comprenda un copolímero de bloques a través del cual se transporta el líquido por medio de una difusión.

Para un conjunto dado de condiciones, las membranas tendrán a menudo propiedades selectivas de transporte para los líquidos, gases o suspensiones dependiendo del tipo de medio a transportar. Son ampliamente utilizados por tanto en el filtrado de partículas finas en las suspensiones (por ejemplo, en el filtrado de líquidos, filtrado del aire). Otros tipos de membranas muestran un transporte selectivo para distintos tipos de iones o moléculas y se encuentran por tanto en los sistemas biológicos (por ejemplo, membranas celulares, tamices moleculares) o en aplicaciones de ingeniería química (por ejemplo, para ósmosis inversa).

Las membranas hidrófobas microporosas serán típicamente permeables al gas, mientras que no se transportarán líquidos basados en agua a través de la membrana si la presión de activación está por debajo de una presión umbral denominada comúnmente como presión de "ruptura" o de "puenteado".

Como contraste, las membranas microporosas hidrófilas transportarán líquidos basados en agua. Sin embargo, una vez humedecidas, los gases (por ejemplo, el aire) no pasarán esencialmente a través de la membrana si la presión de activación está por debajo de una presión umbral denominada comúnmente como "presión del punto de burbujeo".

Las películas monolíticas hidrófilas permitirán típicamente la permeabilización del vapor de agua, mientras que el gas no será transportado rápidamente a través de la membrana.

De forma similar, las membranas pueden ser utilizadas también para líquidos no basados en agua, tales como los aceites. Por ejemplo, la mayoría de los materiales hidrófobos serán en realidad oleófilos. Una membrana microporosa hidrófoba será por tanto permeable al aceite pero no al agua, y puede utilizarse para transportar aceite, o también para separar el aceite y el agua.

Las membranas son producidas a menudo como láminas delgadas, y pueden ser utilizadas solas o en combinación con una capa de soporte (por ejemplo un material no tejido) o en un elemento de soporte (por ejemplo, un soporte en espiral). Otras formas de membranas incluyen, aunque no están limitadas a ellas, capas de polímero revestidas directamente sobre otro material, bolsas, láminas onduladas.

Otras membranas conocidas son membranas "activables" o "conmutables" que pueden cambiar sus propiedades tras la activación o en respuesta a un estímulo. Este cambio de propiedades puede ser permanente o reversible, dependiendo del uso específico. Por ejemplo, una capa microporosa hidrófoba puede estar revestida con una capa delgada soluble hecha, por ejemplo, de alcohol de polivinilo. Tal sistema de doble capa será impermeable al gas. Sin embargo, una vez humedecido y con la película de alcohol de polivinilo disuelta, el sistema será permeable al gas pero seguirá siendo impermeable a líquidos acuosos.

Por el contrario, si se reviste una membrana hidrófila con tal capa soluble, puede quedar activada en contacto con el líquido para permitir que el líquido pase a su través, pero no el aire.

En otro ejemplo, la membrana hidrófila microporosa está inicialmente seca. En este estado, la membrana es permeable para el aire. Una vez humedecida con agua, la membrana ya no es permeable al aire. Otro ejemplo de una conmutación reversible de una membrana como respuesta a un estímulo es una membrana microporosa recubierta con un agente tensioactivo que cambia su hidrofilidad dependiendo de la temperatura. Por ejemplo, la membrana será hidrófila para un líquido caliente e hidrófoba para un líquido frío. Como resultado, el líquido caliente pasará a través de la membrana mientras que el líquido frío no lo hará. Otros ejemplos incluyen, aunque no están limitados a ello, membranas microporosas hechas de un gel activado por un estímulo que cambia sus dimensiones como respuesta al pH, la temperatura, los campos eléctricos, la radiación y similares.

Propiedades de las regiones de las puertas

Las regiones de las puertas pueden ser descritas mediante diversas propiedades y parámetros.

Un aspecto clave de la región de la puerta es la permeabilidad.

Las propiedades de transporte de las membranas pueden ser descritas en general por medio de una función de permeabilidad que utiliza la ley de Darcy, que es aplicable a todos los sistemas porosos:

q = 1/a * dV/dt = k/\eta * \Deltap/L

Así, un flujo volumétrico dV/dt a través de la membrana es originado por una diferencia de presión externa \Deltap (presión de activación), y la función k de permeabilidad puede depender del tipo de medio a transportar (por ejemplo, líquido o gas), de una presión umbral, y de un estímulo o activación. Otros parámetros relevantes que impactan sobre el transporte de líquido son la sección transversal A, el volumen V y respectivamente el cambio con el tiempo del mismo, y la longitud L de las regiones de transporte, y la viscosidad \eta del líquido transportado.

Para membranas porosas, las propiedades macroscópicas de transporte son dependientes principalmente de la distribución de tamaños de los poros, la porosidad, la tortuosidad y las propiedades superficiales tales como la hidrofilidad.

Si se considera aisladamente, la permeabilidad de las regiones de las puertas debe ser suficientemente alta para permitir grandes tasa de flujo a su través. Sin embargo, como la permeabilidad está conectada intrínsecamente a otras propiedades y parámetros, los valores típicos de permeabilidad para las regiones de las puertas o para los materiales de las regiones de las puertas tendrán un recorrido desde alrededor de 3*10^{-14} m^{2} hasta 1,2*10^{-10} m^{2} o más.

Un parámetro relevante adicional para las regiones de las puertas y los materiales respectivos es la presión del punto de burbujeo, que puede ser medida de acuerdo con el método que se describe a continuación.

Tales valores de la presión del punto de burbujeo dependen del tipo de aplicación que se tiene en mente. La tabla siguiente da un listado del recorrido de la presión adecuada del punto de burbujeo (bpp) de la región de las puertas para algunas aplicaciones, como se determina para los respectivos fluidos típicos:

Aplicación	bpp (Kpa)
	recorrido amplio	recorrido típico
Pañales	4,5 a 35	4,5 a 8
Protección femenina	1 a 35	1 a 5
Riego	<2 a >50	8 a 50
Absorción de grasa	1 a 20	1 a 5
Separación de aceite	<1 hasta alrededor de 50

En un enfoque más general, se ha encontrado útil determinar la bpp para un material utilizando un líquido de prueba estándar, como se describe en los métodos de prueba a continuación.

Espesor y tamaño de la región de la puerta

La región de la puerta de un elemento de transporte de líquido está definida como la parte de la pared que tiene la permeabilidad más alta. La región de la puerta se define también como la que tiene la permeabilidad relativa más baja cuando se mira a lo largo de un camino desde la región abultada a un punto fuera del elemento de transporte.

La región de la puerta puede ser construida por medio de materiales que puedan discernirse fácilmente y que entonces puedan determinarse fácilmente el espesor y el tamaño. Sin embargo, la región de la puerta puede tener una transición gradual de sus propiedades a otras regiones impermeables de la región de la pared o bien a la región abultada. Entonces, la determinación del espesor y del tamaño puede hacerse como se describe a continuación. Cuando se mira a un segmento de la región de la pared, tal como se representa en la figura 5A, éste tendrá una superficie, definida por las esquinas ABCD, que está orientada hacia la región interior o abultada, y una superficie EFGH orientada hacia el exterior del elemento. Así, la dimensión del espesor queda orientada a lo largo de las líneas AE, BF, y así sucesivamente, es decir, cuando se usan coordenadas cartesianas, a lo largo de la dirección Z. Análogamente, la región de la pared tendrá la extensión mayor a lo largo de dos direcciones perpendiculares, es decir las direcciones x e y.

Entonces, el espesor de la región de la puerta puede ser determinado como sigue:

a) en el caso de propiedades de la región de la puerta esencialmente homogéneas, al menos en la dirección a través del espesor de la región, es el espesor de un material que tenga tal permeabilidad homogénea (tal como una película de membrana);

b) Es el espesor de la membrana si esta se combina con una portadora (sea esta portadora dentro o fuera de la membrana), es decir, se refiere a la función no continua/que cambia en escalones de las propiedades a lo largo de este camino.

c) Para un material que tenga un gradiente de permeabilidad continuo (que pueda ser determinado) a través de cualquier segmento de la figura 5A, pueden realizarse los pasos siguientes para alcanzar un espesor que pueda determinarse (véase la figura 5B):

c0) En primer lugar, se determina un perfil de permeabilidad a lo largo del eje z y se dibuja la curva K_{(local)} en función de r; para ciertos elementos, también puede tomarse la curva de porosidad o de tamaño del poro para esta determinación, con los cambios apropiados del procedimiento subsiguiente.

\newpage

c1) Después se determina el punto de permeabilidad más baja (k_{min}) y se toma la correspondiente lectura de la longitud (r_{(min)}).

c2) Como tercer paso, se determina la "permeabilidad de la región de puerta superior", como 10 veces el valor de k_{min}.

c3) Como la curva tiene un mínimo en k_{min}, habrá dos correspondientes r_{interior} y r_{exterior} que definen el límite interior y exterior de la región de la puerta, respectivamente.

c4) La distancia entre los dos límites define el espesor, y se determinará el promedio k_{puerta \ media} a través del mismo.

Si este enfoque falla debido a que no puede determinarse el gradiente de permeabilidad, la porosidad o el tamaño del poro, se fijará el espesor de la región de la puerta en 1 micra.

Como se ha indicado anteriormente, a menudo será deseable hacer mínimo el espesor de la región de la puerta, y respectivamente los materiales de la membrana comprendidos en ella. Los valores típicos del espesor están en la gama de menos de 100 \mum, a menudo menos de 50 \mum, 10 \mum, o incluso menos de 5 \mum.

De manera muy análoga puede determinarse la extensión x-y de la región de la puerta. En ciertos diseños de elementos de transporte de líquidos, será muy evidente qué parte de la región de la pared son las regiones de las puertas. En otros diseños, con propiedades que cambian gradualmente a lo largo de la región de la pared, pueden determinarse las curvas de permeabilidad local a lo largo de la dirección x e y de la región de la pared y ser dibujadas análogamente a la figura 5B como se muestra en la figura 5C. Sin embargo, en este ejemplo, la permeabilidad máxima en la región de la pared define las regiones de las puertas, de donde se determinará el máximo, y la región con permeabilidades no inferiores a un décimo de la permeabilidad máxima que rodea a este máximo se define como la región de la puerta.

Otro parámetro más que es útil para describir aspectos de las regiones de las puertas, útiles para la presente invención, es la relación entre la permeabilidad y el espesor, que en el contexto de la presente invención se denomina también "conductividad de la membrana".

Esto refleja el hecho de que, para una fuerza de activación dada, la cantidad de líquido que penetra a través de un material, tal como una membrana, es proporcional en un lado a la permeabilidad del material, es decir, cuanto mayor es la permeabilidad, más líquido penetrará, y en el otro lado es inversamente proporcional al espesor del material.

Por tanto, un material que tenga una permeabilidad más baja en comparación con el mismo material con una disminución del espesor, muestra que el espesor puede compensar esta deficiencia de permeabilidad (cuando se contempla que son deseables tasas altas).

Así, este parámetro puede ser muy útil para diseñar los materiales de la región de la puerta que se van a utilizar.

La conductividad adecuada k/d depende del tipo de aplicación que se tiene en mente. La tabla siguiente da una lista de las gamas típicas de k/d para algunos ejemplos de aplicaciones:

Aplicación	k/d (10^{-9} m)
	recorrido amplio	recorrido típico
Pañales	10^{-6} a 1000	150 a 300
Protección femenina		100 a 500
Riego	........	1 a 300
Absorción de grasa	........	100 a 500
Separación de aceite		1 a 500

Naturalmente, las regiones de las puertas han de ser humedecibles por el fluido de transporte, y la hidrofilidad o lipofilidad debe ser diseñada apropiadamente, tal como el uso de membranas hidrófilas en el caso de transportar líquidos acuosos, o membranas oleófilas en el caso de líquidos lipófilos o aceitosos.

Las propiedades superficiales en la región de la puerta pueden ser permanentes, o pueden cambiar con el tiempo o con las condiciones de uso.

Es preferible que el ángulo decreciente de contacto sea inferior a 70º, más preferible inferior a 50º, aún más preferible inferior a 20º, e incluso inferior a 10º. Además, es preferible a menudo que el material no tenga impacto negativo sobre la tensión superficial del líquido transportado.

Por ejemplo, una membrana lipófila puede estar hecha de polímeros lipófilos, tales como el polietileno o polipropileno, y tales membranas permanecerán lipófilas durante el uso.

Otro ejemplo es un material hidrófilo que permita transportar líquidos acuosos. Si ha de usarse un polímero tal como el polietileno o el polipropileno, este ha de ser hidrofilizado, por ejemplo añadiendo agentes tensioactivos a la superficie del material o al polímero abultado, por ejemplo añadiendo un polímero hidrófilo antes de formar el material de la puerta. En ambos ejemplos, la hidrofilidad impartida puede ser permanente o no, por ejemplo, podría ser eliminada con el lavado del líquido de transporte que pasa a su través. Sin embargo, como es un aspecto importante de la presente invención que las regiones de las puertas permanezcan en estado humedecido para impedir que el gas pase a su través, la falta de un agente hidrofilizador no será significativa una vez que las regiones de las puertas estén humedecidas.

Mantenimiento del llenado de líquido de la membrana

Para que una membrana porosa funcione una vez humedecida, (permeable al líquido, no permeable al aire), siempre se necesita llenar con líquido y no con gas al menos una capa continua de poros de la membrana. Así, puede ser deseable para aplicaciones particulares hacer mínima la evaporación del líquido desde los poros de la membrana, ya sea mediante una disminución de la presión del vapor en el líquido o bien mediante un aumento de la presión del vapor en el aire. Las posibles formas de hacer esto incluyen, sin limitación:

Sellar la membrana con una envoltura impermeable para evitar la evaporación entre la fabricación y el uso. Utilizar desecantes fuertes (por ejemplo Cl_{2}Ca) en los poros, o utilizar un líquido con baja presión de vapor en los poros que se mezcle con el líquido transportado, tal como la glicerina.

Alternativamente, la región de la puerta puede ser sellada con polímeros solubles, tales como alcohol de polivinilo o acetato de polivinilo, que se disuelven en contacto con los líquidos y que activan por tanto la funcionalidad del elemento de transporte.

Aparte de los requisitos de manejo de los líquidos, las regiones de las puertas deben satisfacer ciertos requisitos mecánicos.

En primer lugar, las regiones de las puertas no deben tener un efecto negativo sobre las condiciones de uso pretendidas. Por ejemplo, cuando tales elementos están destinados a artículos higiénicos absorbentes, no deben quedar impactados negativamente el confort y la seguridad.

Por tanto, a menudo será deseable que las regiones de las puertas sean blandas y flexibles, pero este puede no siempre ser el caso. Sin embargo, la región de la puerta debe ser suficientemente fuerte para que soporte el esfuerzo del uso en la práctica, tal como el esfuerzo del desgarro o de la perforación o similares.

En ciertos diseños, podría ser deseable que los materiales de las regiones de las puertas sean extensibles o puedan aplastarse o doblarse.

Incluso un simple orificio en la membrana (por ejemplo, originado por la perforación durante el uso), un fallo en el sellado de la membrana (por ejemplo debido a la fabricación), o el desgarro de la membrana (por ejemplo, debido a la presión ejercida durante el uso), pueden conducir, bajo ciertas condiciones, a un fallo del mecanismo de transporte del líquido. Aunque esto puede ser utilizado como un método de prueba destructiva para determinar si un material o un elemento funciona de acuerdo con la presente invención, y como se describe más adelante, esto no es deseable durante su uso pretendido. Si el aire u otro gas penetra en la región interior, esto puede bloquear el camino de flujo de líquido dentro de la región, o también puede interrumpir la conexión de líquido entre las regiones abultada y de las
puertas.

Una posibilidad de hacer más robusto un elemento individual es disponer un bolsillo, en ciertas partes de la región interior distantes del camino principal de flujo de líquido, donde se permite que el aire que entra en el sistema se acumule sin hacer que el sistema deje de funcionar.

Una manera adicional de abordar este problema es disponer varios elementos de transporte de líquido en una disposición paralela (funcional o geométricamente) en lugar de un solo elemento de transporte de líquido. Si uno de estos elementos falla, los demás mantendrán la funcionalidad de la "batería de elementos de transporte de líquido".

Los requisitos funcionales anteriores de las regiones de las puertas pueden ser satisfechos por una amplia gama de materiales o estructuras descritas por las siguientes propiedades o parámetros estructurales.

La estructura de los poros de la región, y también de los materiales de la misma, es un parámetro importante que impacta las propiedades como la permeabilidad y la presión del punto de burbujeo.

Dos aspectos clave de la estructura de los poros son el tamaño de los poros y la distribución del tamaño de los poros. Un método adecuado para caracterizar estos parámetros, al menos en la superficie de la región, es por medio de un análisis óptico. Otro método adecuado para la caracterización de estas propiedades y parámetros es el uso de un Porosímetro de Flujo Capilar, tal como se describe más adelante.

Como se ha descrito anteriormente en el contexto de la permeabilidad, la permeabilidad está influenciada por el tamaño de los poros y por el espesor de las regiones, y también por la parte del espesor que determina la permeabilidad de forma predominante.

Los poros tienen un tamaño medio inferior a 50 \mum, más preferiblemente inferior a 10 \mum o incluso inferior a 5 \mum. Los poros no son menores que 1 \mum.

Es una característica importante, por ejemplo de la presión del punto de burbujeo, que ésta dependa de los poros más grandes de la región, que están dentro de ella en una disposición conectada. Por ejemplo, tener un poro grande incorporado entre poros pequeños no daña necesariamente el rendimiento, mientras que una "agrupación" de poros grandes juntos sí podría hacerlo.

Por tanto, será deseable disponer de gamas estrechas de distribución del tamaño de los poros.

Otro aspecto está relacionado con las paredes de los poros, tal como el espesor de la pared del poro, que debe ser un equilibrio entre los requisitos de abertura y resistencia. Además los poros deben estar bien conectados entre sí a lo largo de la dirección del flujo para permitir que el líquido pase fácilmente a su través.

Como algunos materiales preferidos de la región de las puertas pueden ser materiales de membrana fina, estos pueden tener por sí mismos unas propiedades mecánicas relativamente pobres. Por tanto, tales membranas pueden ser combinadas con una estructura de soporte, tal como una malla más gruesa, hebras o filamentos, un material no tejido, películas con aberturas o similares.

Tal estructura de soporte podría ser combinada con la membrana de forma tal que quede situada hacia la región interior/abultada o hacia el exterior del elemento.

Tamaño/superficie de las regiones de las puertas

El tamaño de las regiones de las puertas es esencial para el rendimiento global del elemento de transporte, y es necesario determinarlo en combinación con la relación "permeabilidad a espesor" (k/d) de la región de la puerta.

El tamaño tiene que ser adaptado al uso pretendido, de manera que satisfaga los requisitos de manejo del líquido. Generalmente, será deseable disponer de una capacidad de manejo del líquido de la región interior/abultada y de las regiones de las puertas que sea compatible, de forma tal que tampoco sea un factor muy limitativo para el transporte de líquido en comparación con el otro. Como para una fuerza de activación dada, el flujo (es decir, el caudal a través de una superficie unitaria) de la región de puerta de la membrana será generalmente más bajo que el flujo a través de la región interior, puede ser preferible diseñar la región de puerta de la membrana relativamente delgada en cuanto a espesor y/o mayor en tamaño (superficie) que la sección transversal de la región interior.

Por eso, el diseño exacto y la forma de las regiones de las puertas puede variar en una amplia gama.

Por ejemplo, si se pretende que la función de los elementos de transporte proporcione o desencadene una señal desde una región de puerta hasta otra, las regiones de las puertas pueden ser relativamente pequeñas, tales como alrededor del tamaño de la sección transversal de la región interior, de forma tal que se obtiene como resultado un elemento de transporte sustancialmente menor.

O bien, cuando los líquidos tienen que ser capturados y transportados, distribuidos o almacenados rápidamente, el elemento puede tener, por ejemplo, la forma de hueso para perros con regiones de puerta relativamente grandes en cualquiera de los extremos del elemento de transporte o, alternativamente, las regiones de las puertas pueden tener forma de cuchara para aumentar la zona de recepción.

Alternativamente, las regiones de las puertas pueden no ser planas, por ejemplo, pueden ser onduladas o plisadas, o tener otras formas para poder crear relaciones relativamente grandes de la superficie con respecto al volumen, tal como es bien conocido en la tecnología de filtros.

Aunque la puerta de entrada y la puerta de salida pueden ser diseñadas de manera que satisfagan los mismos requisitos básicos, y por tanto pueden ser de un único y mismo material, esto no es necesariamente el caso. Las regiones de las puertas de entrada y de salida pueden ser diferentes con relación a uno o más parámetros del material o del rendimiento. Las diferentes regiones de las puertas pueden ser fácilmente discernibles, por ejemplo estando representadas por distintos materiales y/o separadas por otros materiales, o bien las regiones de las puertas pueden diferir en el gradiente de propiedad o parámetro, que puede ser continuo o escalonado.

Un material esencialmente continuo puede tener un gradiente de sus propiedades a lo largo de la superficie del material, en la dimensión del espesor, o en ambas cosas, de manera que sea capaz de representar varias partes de las regiones de la pared o de las puertas de entrada o salida.

Las propiedades de las regiones de las puertas pueden ser constantes en el tiempo, o bien pueden cambiar con el tiempo, por ejemplo siendo diferentes antes del uso y durante el mismo.

Por ejemplo, las regiones de las puertas pueden tener propiedades no adecuadas para funcionar en elementos de acuerdo con la presente invención, hasta el momento del uso. Las regiones de las puertas pueden ser activadas, por ejemplo, mediante una activación manual, la intervención de una persona que utiliza el elemento, o bien mediante medios de activación automática, por ejemplo con el humedecimiento del elemento de transporte. Otros mecanismos alternativos para la activación de las regiones de las puertas pueden incluir el cambio de temperatura, por ejemplo desde una temperatura ambiente a la temperatura corporal del portador, o el pH, por ejemplo del líquido transportado, o un estímulo eléctrico o mecánico.

Como ha sido descrito en el contexto anterior de los materiales osmóticos empaquetados, las membranas útiles para la presente invención no tienen un requisito específico de una cierta impermeabilidad a la sal.

Aunque se han descrito las regiones de las puertas y los materiales adecuados con relación a sus propiedades o parámetros descriptivos, a continuación se describirán algunos de los materiales que satisfacen estos requisitos diversos, enfocándose con ello en el transporte de líquidos acuosos.

Los materiales adecuados pueden ser espumas de células abiertas, tales como las espumas de Emulsión de Fase Interna Alta, pueden ser Membranas de Nitratos de Celulosa, Membranas de Acetatos de Celulosa, películas de difluoruro de polivinilo, materiales no tejidos, materiales tejidos tales como mallas hechas de metal, o polímeros tales como la Poliamida o el Poliéster. Otros materiales adecuados pueden ser películas con aberturas, por ejemplo formadas en el vacío, con hidroaberturas, con aberturas mecánicas o por Láser, o películas tratadas con rayos de electrones, iones o iones pesados.

Materiales específicos son las membranas de acetato de celulosa, tales como las descritas en el documento de Estados Unidos 5.108.383 (de White Allied-Signal Inc), membranas de nitrocelulosa, tales como las disponibles por ejemplo en Advanced Microdevices (PVT) LTD, de Ambala Cantt. INDIA, denominadas CNJ-10 (Lote # F 030328) y CNJ-20 (Lote # F 024248), membranas de acetato de celulosa, membranas de nitrato de celulosa, membranas PTFE, membranas de Poliamida, membranas de poliéster como las disponibles por ejemplo en Sartorius de Göttingen, Alemania y Millipore en Bedford, Estados Unidos, que pueden ser muy adecuados. También películas microporosas, tales como la película PE/PP rellena con partículas de CO_{3}Ca, o relleno que contenga películas PET como se divulga en el documento EP-A-0.451.797.

Otros modos de realización para tales materiales de las regiones de las puertas pueden ser películas de polímero con aberturas por haz de iones, tales como las hechas de PE como se describe en "Pistas de iones y Microtecnología - Principios Básicos y Aplicaciones" editado por R. Spohr y K. Bethge, publicado por Vieweg, Wiesbaden, Alemania, 1990.

Otros materiales adecuados son las mallas tejidas de polímero, tales como las mallas de poliamida o polietileno como las disponibles por Verseidag de Geldern-Waldbeck, Alemania, o por SEFAR de Rüschlikon, Suiza. Otros materiales que pueden ser adecuados para las presentes aplicaciones son los tejidos hidrofilizados, tales como los conocidos con la designación de DRYLOFT® de Goretex en Newwark, DE 19711, Estados Unidos.

Además, son adecuados ciertos materiales no tejidos, tales como los disponibles bajo la designación de CoroGard® de BBA Corowin, Peine, Alemania, si tales telas están especialmente diseñadas con una distribución relativamente estrecha del tamaño de los poros, por ejemplo comprendiendo telas "fundidas-sopladas".

Para aplicaciones con pequeños requisitos de flexibilidad de los elementos, o en las que incluso es deseable cierta rigidez, pueden ser adecuadas mallas de filtro metálico con el tamaño de poro adecuado, tales como las HIGHFLOW de Haver & Böcker, de Oeide, Alemania.

Elementos adicionales

Aunque anteriormente se ha hecho una definición de las regiones abultada, de la pared y exterior, con relación a la función de cada una de estas regiones, pueden añadirse opcionalmente elementos a los materiales que forman estas regiones, que pueden extenderse a una región vecina sin ampliar la funcionalidad de manejo del líquido, sino más bien mejoran otras propiedades, tales como la resistencia mecánica, o los aspectos táctiles o visuales de los materiales que forman las regiones o la estructura completa. Por ejemplo, puede añadirse una estructura de soporte en el exterior de la región de la pared o de la puerta, que puede estar abierta de manera que no tiene impacto en las propiedades de manejo de los fluidos, y como tal sería considerada funcionalmente perteneciente a la región exterior. Cuando tal elemento de soporte abierto se extiende desde la región de la pared hacia la región interior o abultada, pertenecerá funcionalmente a la región abultada. Si hay una transición gradual entre estos materiales y/o elementos, las definiciones hechas para las respectivas regiones funcionales permitirán una distinción clara de los materiales que forman la región y de los elementos adicionales.

Además, puede haber elementos unidos o integrados con el elemento de transporte de líquido para ayudar a su implantación en un sistema absorbente, o en un artículo que comprenda un elemento de transporte de líquido.

Funcionalidad del elemento de transporte

Durante la absorción, ambos elementos de transporte de acuerdo con la invención, así como ciertos materiales convencionales no absorben aire en sus respectivas estructuras; para materiales convencionales, materiales fibrosos o espumas convencionales, el líquido absorbido en la estructura desplaza el aire del interior de la estructura. Sin embargo, los materiales porosos convencionales, tales como las estructuras fibrosas, si absorben aire típicamente hacia ellos mismos durante la desorción y el aire entra a medida que el líquido es desplazado hacia el exterior de la estructura. El elemento de transporte de líquido de acuerdo con la presente invención no absorbe aire hacia el interior de la estructura en condiciones de uso normales. La propiedad que determina el punto en el cual entrará el aire en el sistema es denominada aquí como presión del punto de burbujeo. El aire no entrará en el elemento de transporte hasta que se alcance la presión del punto de burbujeo (bpp), debido a la funcionalidad de la membrana del material de la región o regiones de las puertas.

Así, una vez que el líquido ha entrado en el elemento, no será sustituido por aire hasta la bpp del elemento.

Permeabilidad

Una propiedad adicional del elemento de transporte de líquido es la permeabilidad k (elemento de transporte de líquido), como la permeabilidad media a lo largo del camino del flujo del líquido transportado.

El elemento de transporte de líquido de acuerdo con la presente invención tiene una permeabilidad que es mayor que la permeabilidad de un sistema capilar con la misma capacidad de transporte de líquido. Esta propiedad es denominada "permeabilidad crítica" k{crit}. La permeabilidad crítica del elemento de transporte de líquido de la presente invención es, preferiblemente, al menos el doble de la de un sistema capilar con la misma capacidad de transporte vertical de líquido, más preferiblemente al menos cuatro veces más alta, y lo más preferible al menos diez veces mayor que la de un sistema capilar con la misma capacidad de transporte vertical del líquido.

Para tubos capilares, la permeabilidad k{crit} puede ser determinada a través de la tensión de adhesión obtenida a partir de la ley de Darcy, de la manera siguiente:

k\{crit\} = (\varepsilon\{\text{elemento de transporte de líquido}\}/2 \text{*}\sigma \text{*}cos(\Theta))\text{**}2/bpp\{\text{elemento de transporte de líquido}\}\text{**}2)

donde

k{crit} es la permeabilidad crítica en unidades de [m^{2}];

\varepsilon{elemento de transporte de líquido} es la porosidad media del elemento de transporte de líquido [-];

\sigma{liqu} es la energía superficial del líquido en [cP];

\sigma*cos(\Theta) define la tensión de adhesión en [cP] con un ángulo de contacto decreciente \Theta,

bpp {elemento de transporte de líquido} es la presión del punto de burbujeo del elemento de transporte de líquido, expresado en [kPa], como se ha descrito anteriormente.

El valor máximo que puede alcanzarse para tal sistema puede ser aproximado suponiendo el valor máximo del término cos(\Theta), es decir 1;

k\{crit, máx\} = (\varepsilon\{\text{elemento de transporte de líquido}\}/2)\text{*}\sigma\{liqu\}\text{**}2/bpp\{\text{elemento de transporte de líquido}\}\text{**}2)

Otra forma de expresar la k{crit} es a través de la capacidad del elemento para transportar líquido verticalmente al menos contra una presión hidrostática correspondiente a cierta altura h y a una gravedad constante g:

k\{crit, máx\} = (\varepsilon\{\text{elemento de transporte de líquido}\}/2)\text{*}\sigma\{liqu\}\text{**}2/(\rho\{liqu\}\text{*}g\text{*}h)\text{**}2.

La permeabilidad de un material o elemento de transporte puede ser determinada por diversos métodos, tales como la utilización de la Prueba de Transporte de Líquido o por la Prueba de Permeabilidad, ambos descritos más adelante, y comparándola después a la permeabilidad crítica calculada a partir de las ecuaciones anteriores.

Aunque la propiedad de la bpp ha sido ya descrita en el contexto de las regiones de las puertas, también pueden describirse con ella el elemento de transporte completo. Consecuentemente, la bpp adecuada para elemento depende del uso pretendido, y los valores y gamas adecuados así como los típicos son esencialmente los mismos para el elemento y para la región de la puerta como se ha descrito anteriormente.

Se puede describir también un elemento de transporte de líquido de acuerdo con la presente invención como sustancialmente impermeable al aire hasta una cierta bpp, por lo que el elemento de transporte de líquido de la presente invención tiene una permeabilidad global que es más alta que la permeabilidad para un material dado que tenga una distribución del tamaño del poro homogénea y una bpp equivalente.

Otra manera de describir la funcionalidad de un elemento de transporte de líquido es mediante la utilización de la permeabilidad media de fluido k_{b} de la región abultada/interior y la presión del punto de burbujeo de elemento.

El elemento de transporte de líquido de acuerdo con la presente invención debe tener una bpp{elemento de transporte de líquido} relativamente alta y una k{elemento de transporte de líquido} alta al mismo tiempo. Esto puede representarse gráficamente al dibujar la k{elemento de transporte de líquido} en función de la bpp en un diagrama doblemente logarítmico (como en la figura 6, en la que la bpp se expresa en "cm de altura de columna de agua", que puede ser convertida fácilmente en una presión).

Ahí, para una combinación dada de energía superficial del líquido y de los materiales del elemento, puede observarse generalmente una correlación desde la parte superior izquierda hasta la parte inferior derecha. Los elementos de acuerdo con la presente invención tienen las propiedades de la región superior derecha (I) por encima de la línea (L) de separación, mientras que las propiedades de los materiales convencionales están mucho más en la esquina inferior izquierda en la región (II), y tienen las limitaciones del mecanismo del transporte capilar puro, como se indica esquemáticamente con la línea recta del diagrama log-log.

Otra manera de describir la funcionalidad del elemento de transporte de líquido es considerar el efecto del transporte de líquido en función de la fuerza de activación.

Como contraste, para elementos de transporte de líquidos de acuerdo con la presente invención, la resistencia al flujo es independiente de la fuerza de activación, siempre que el diferencial de presión sea inferior a la bpp del elemento transparente. Así, el flujo es proporcional a la presión de activación (hasta la bpp).

Un elemento de transporte de líquido de acuerdo con la presente invención puede ser descrito además como el que posee tasa de flujo como las que se calculan en la superficie de la sección transversal de la región interior. Así, el elemento debe tener una tasa media de flujo, con un diferencial de presión de succión adicional de 0,9 kPa a la altura H_{0} cuando se prueba con la Prueba de Transporte de Líquido con una altura H_{0}, como se describe más adelante, de al menos 0,1 g/s/cm^{2}, preferiblemente de al menos 1 g/cm^{2}, más preferiblemente de al menos 5 g/cm^{2}, aún más preferible de al menos 10 g/cm^{2}, o incluso de al menos 20 g/cm^{2}, y lo más preferible de al menos 50 g/cm^{2}.

Además de los requisitos anteriores, el elemento de transporte de líquido debe tener cierta resistencia mecánica a las presiones o fuerzas externas.

Para ciertos modos de realización, la resistencia mecánica a las presiones o fuerzas externas puede ser relativamente alta para impedir que se escurra líquido fuera del elemento de transporte, lo cual puede conseguirse, por ejemplo, utilizando material rígido /no deformable en la región interior.

Para ciertos modos de realización, esta resistencia puede estar en una gama media, permitiendo así la explotación de las presiones o fuerzas externas sobre el elemento de transporte para crear un "efecto de bombeo".

Con el fin de explicar mejor las estructuras adecuadas para un elemento de transporte de líquido, se considera el sencillo ejemplo antes mencionado de un tubo hueco que tenga una entrada y una salida, estando dichas entrada y salida cubiertas, es decir, cerradas, mediante membranas. Este tipo de estructura puede incluir alternativamente, una estructura de soporte adicional, tal como una malla abierta unida a la membrana de la región de la puerta hacia la región interior.

Ahí, el requisito de la permeabilidad puede ser satisfecho por la propia membrana, es decir, sin considerar el efecto de la estructura de soporte, si la estructura de soporte está suficientemente abierta para no tener un impacto negativo en la permeabilidad global o en las propiedades de manejo de líquido de la misma. Entonces, el espesor de la región de la puerta se refiere al espesor de la membrana solamente, es decir, sin incluir el espesor de la estructura de soporte. Será evidente en el contexto específico si, por ejemplo, tal estructura de soporte debe ser vista como un elemento de la región de la puerta que tenga un impacto significativo sobre las propiedades de la región de la puerta o, por ejemplo, si la estructura de soporte tiene un espesor significativo y por tanto tiene un impacto en la permeabilidad para el líquido una vez que la región de la puerta ha sido penetrada, si la estructura de soporte debe ser considerada como parte de la región interior. Por ejemplo, si la estructura de soporte se hace más extensa en espesor, pero siguiendo conectada a la membrana, puede seguir siendo considerada como funcionalmente perteneciente a la región interior, por ejemplo cuando la permeabilidad de la composición "soporte-hueco interior" queda impactada significativamente por la permeabilidad de la estructura de soporte.

Consecuentemente, este principio debe ser considerado para cada uno de los respectivos aspectos, por ejemplo cuando se mira a la región o regiones de las puertas, a las regiones abultadas o al elemento de transporte completo.

A continuación se describe cómo pueden combinarse diversos elementos para crear estructuras adecuadas como un elemento de transporte de líquido. Debe observarse que, debido a las múltiples opciones de diseño, podría no discernirse entre una u otra estructura por medio de todas las propiedades descritas anteriormente, sino que será fácilmente evidente para la persona experta diseñar aún más opciones siguiendo las enseñanzas generales en combinación con los modos de realización más específicos.

Permeabilidad relativa

Si la permeabilidad de ambas regiones interior/abultada y las regiones de las puertas puede ser determinada independientemente, es preferible que una o ambas regiones de las puertas tengan una permeabilidad al líquido inferior que la de la región interior.

Así, un elemento de transporte de líquido debe tener una relación entre la permeabilidad de la región abultada y la de la región de las puertas de, preferiblemente, al menos 10:1, más preferiblemente de al menos 100:1, aún más preferiblemente de al menos 1000:1, incluso pueden ser adecuadas relaciones de 10^{5}:1.

Disposición relativa de las regiones

Dependiendo de los modos de realización específicos, puede haber diversas combinaciones de la región interior y de la pared con la región o regiones de las puertas.

Al menos una parte de la región o regiones de las puertas tiene que estar en comunicación fluídica con la región interior, de manera que permita transferir fluido a ellas.

La región interior/abultada debe comprender poros más grandes que la región de la pared. La relación de tamaños de los poros de la región interior a los poros de la región de las puertas es preferiblemente de al menos 3:1, más preferiblemente de al menos 10:1, aún más preferible de al menos 30:1 o incluso de 100:1 y lo más preferible de al menos 350:1.

La superficie de las regiones de las puertas será típicamente tan grande o mayor que la sección transversal de las regiones interiores, considerando así juntas las respectivas regiones, es decir, si están presentes, las regiones de entrada o respectivamente las regiones de salida. En la mayoría de los casos, las regiones de las puertas serán dos veces mayores que dicha sección transversal de la región interior, a menudo cuatro veces mayor, o incluso 10 veces mayor.

Relaciones estructurales de las regiones

Las diversas regiones pueden tener propiedades estructurales similares o diferentes, tales como resistencia, flexibilidad y similares.

Por ejemplo, todas las regiones pueden comprender un material flexible diseñado para deformarse cooperativamente, por lo que la región interior comprende un material que es delgado hasta que se humedece y que se expande en contacto con el líquido transportado, la región o regiones de las puertas comprenden membranas flexibles y las paredes pueden estar hechas de película flexible impermeable a los líquidos.

El elemento de transporte de líquido puede estar hecho de diversos materiales, por lo que cada región puede comprender uno o más materiales.

Por ejemplo, la región interior puede comprender materiales porosos, las paredes pueden comprender un material en forma de película y las puertas pueden comprender un material de membrana.

Alternativamente, el elemento de transporte puede consistir esencialmente en un material con propiedades diferentes en las diversas regiones, tales como una espuma con poros muy grandes para proporcionar la funcionalidad de la región interior, y poros más pequeños rodeando a éstos con funcionalidad de membrana como materiales de las puertas.

Una manera de considerar un elemento de transporte de líquido es viendo que la región interior está encerrada por al menos una región de pared y/o de puerta. Un ejemplo muy sencillo para esto es el anteriormente mencionado tubo lleno de líquido y cerrado con membranas en ambos extremos, como se indica en la figura 7.

Tales elementos pueden ser considerados como un "Elemento Cerrado de Distribución", ya que la región interior (703) está "encerrada" por la región (702) de la pared que comprende las regiones (706, 707) de las puertas. Es una característica de tales sistemas que, una vez activado o equilibrado el elemento de transporte, una perforación de la región de la pared puede interrumpir el mecanismo de transporte. El mecanismo de transporte puede ser mantenido si solamente entra en el sistema una pequeña cantidad de aire. Esta pequeña cantidad de aire puede ser acumulada en una zona de la región interior en la que no origina perjuicios al mecanismo de transporte de líquido.

Para el ejemplo del tubo hueco con al menos una puerta abierta, la perforación de las paredes dará como resultado una interrupción inmediata del transporte de líquido y una pérdida de fluido.

Este mecanismo puede ser explotado para definir la "Prueba del Sistema Cerrado", (como se describe más adelante), que es una condición "suficiente pero no necesaria" para el elemento de transporte de líquido de acuerdo con la presente invención (es decir, todos los elementos de transporte que satisfacen esta prueba pueden ser considerados como que funcionan dentro de los principios de la presente invención, pero no todos los elementos de transporte que no pasan esta prueba están fuera de los principios).

En un modo de realización adicional, como el representado en la figura 8, el elemento de transporte de líquido puede comprender varias regiones de puerta de entrada y/o varias regiones de puerta de salida, como puede conseguirse por ejemplo conectando varios tubos (802) juntos y cerrando varias aberturas extremas con puertas 806 de entrada y una puerta 807 de salida, circunscribiendo así la región interior 803, o un sistema "repartido" en el que el fluido se transporta simultáneamente a más de un lugar, (más de una puerta de salida). Alternativamente, el transporte a diferentes lugares puede ser selectivo (por ejemplo, los huecos en un material de transporte en el camino hacia una puerta pueden rellenarse con un material soluble en agua, y los huecos en el material de transporte en el camino hacia una segunda puerta pueden rellenarse con un material soluble en aceite. Además, el medio de transporte puede ser hidrófilo y/o oleófilo para reforzar más la selectividad).

En otro modo más de realización, como el indicado en la figura 9, la región interior (903) puede ser segmentada en más de una región, tal como puede ser visualizado mirando a un manojo de tubos paralelos, mantenidos en su posición mediante unos medios de fijación adecuados (909), rodeados por una región (902) de pared, comprendiendo las regiones (906, 907) de las puertas y los medios interiores (908) de separación. También puede ser contemplado, que al menos parte del material de la membrana se coloque dentro de las regiones interior/abultada y el material de la membrana puede incluso formar las paredes de los tubos.

En otro modo más de realización (figura 10), la región de la pared consiste esencialmente en una región de puerta permeable, es decir, la región interior (1003) no está rodeada por ninguna región impermeable en absoluto. La región de la puerta puede tener la misma permeabilidad, o puede tener un grado de permeabilidad diferente, tal como se indica por las regiones (1006) y (1007). Así, la región interior puede quedar envuelta por un material de membrana, por lo que las respectivas regiones de las puertas de entrada y de salida, como parte de la región global de las puertas (1006 y 1007), pueden quedar determinadas por la conexión a las fuentes/sumideros, como se ha descrito con más detalle para los sistemas de transporte de líquidos. Además, la región de la puerta y la región interior pueden estar conectadas por una región de transición gradual, de forma tal que el elemento de transporte aparece como un material único con propiedades variables.

En modos de realización adicionales (figura 11), el elemento de transporte de líquido tiene regiones (1106) de una puerta de entrada y regiones (1107) de una puerta de salida. Además de la funcionalidad de transporte, tal elemento puede recibir y/o liberar líquido teniendo partes de la región (1102) de la pared deformables, de forma tal que el elemento completo puede aumentar el volumen de la región interior (1103), para acomodar el volumen de líquido recibido adicionalmente, o bien para acomodar el líquido contenido inicialmente, que puede ser liberado entonces a través de la región o regiones de las puertas. Así, en estos elementos, un sumidero o una fuente de líquido puede ser combinada de forma integrada con el elemento de transporte de líquido, y el elemento de transporte de líquido puede tener un sumidero o una fuente de líquido incorporadas de forma integrada en él, tal como se representa por los elementos (1111) de la figura 11.

Por ejemplo, las estructuras hechas de acuerdo con las enseñanzas de la divulgación del documento US-A-5.108.383 (de White), pueden ser consideradas como un elemento de transporte de líquido de acuerdo con la presente invención si, y solo si, éstas se modifican de acuerdo con los requisitos para la región abultada y las regiones de las puertas como se han definido anteriormente. Debido al mecanismo específico de funcionamiento, a estas estructuras les falta la amplia aplicabilidad de la presente invención, que no está restringida, debido a los requisitos adicionales para las regiones interior y de las puertas, por las fuerzas osmóticas de activación (es decir, por la presencia de estimuladores), ni tampoco las membranas de la presente invención tienen que satisfacer las propiedades de rechazo de la sal requeridas por las estructuras MPO de acuerdo con el documento US-A-5.108.383.

Un modo de realización adicional de tal sistema con un sumidero de líquido integrado con el elemento de transporte es el material "Delgado hasta que se humedece" en combinación con una membrana adecuada. Tales materiales son bien conocidos, por ejemplo por el documento US-A-5.108.383, que son materiales de espuma porosa hidrófila de células abiertas, tal como el fabricado por el proceso de Emulsión de Fase Interna Alta. El tamaño del poro, la resistencia del polímero (Temperatura de Transición del Vidrio, T_{g}) y las propiedades hidrófilas están diseñadas de forma tal que los poros se aplastan cuando se les extrae el agua y están parcialmente secos, y se expanden al humedecerse. Un modo de realización específico es una capa de espuma, que puede expandir su calibre al absorber líquido, y (volver a) colapsarse al extraer el líquido.

En un modo de realización adicional, la región interna puede estar sin líquido al comienzo del proceso de transporte de líquido (es decir, contiene un gas a una presión inferior a la presión ambiente que rodea al elemento de transporte de líquido). En tales casos, el líquido suministrado por una fuente de líquido puede penetrar a través de la región o regiones de las puertas para llenar primero los huecos de la membrana y después la región interior. El humedecimiento inicia entonces los mecanismos de transporte de acuerdo con la presente invención, humedeciendo así y penetrando en la región de la puerta de salida. En tal ejemplo, las regiones interiores pueden no ser llenadas por completo con el fluido de transporte, sino que puede ser retenida una cierta cantidad de gas o vapor residual. Si el gas o vapor son solubles en el líquido transportado, es posible que, después de pasar algo de líquido a través del elemento, se elimine sustancialmente todo el gas o vapor inicialmente presentes, y las regiones interiores queden sustancialmente libres de huecos. Naturalmente, en los casos en que haya presentes algún gas o vapor residuales en la región interior, esto puede reducir la sección transversal efectiva disponible del elemento de fluido, a menos que se tomen medidas específicas, tales como las indicadas en las figuras 12A y B, donde la región (1202) de la pared comprende las regiones (1206 y 1207) de las puertas rodeando a la región interior (1203) y donde la región (1210) permite la acumulación de gas.

Otro modo de realización puede utilizar distintos tipos de fluido, por ejemplo, puede llenarse el elemento con un líquido de base acuosa, y el mecanismo de transporte es tal que un líquido no acuoso, posiblemente no miscible (como el aceite) entra en el elemento de transporte de líquido a través de la puerta de entrada, mientras que el líquido acuoso abandona el elemento a través de la puerta de salida.

En otros modos de realización adicionales de la presente invención, pueden combinarse uno o más de los modos de realización descritos anteriormente.

Sistema de transporte de líquido

A continuación se describe una disposición adecuada de tal elemento de transporte de líquido para crear un sistema de transporte de líquido (LTS) adecuado de acuerdo con la presente invención.

Un sistema de transporte de líquido dentro del ámbito de la presente invención comprende la combinación de al menos un elemento de transporte de líquido con al menos un sumidero o fuente de líquido adicionales en comunicación fluídica con el elemento. Un sistema puede comprender además sumideros o fuentes múltiples, y pueden comprender también múltiples elementos de transporte de líquido, por ejemplo en una funcionalidad paralela. Este último puede crear una redundancia para asegurar la funcionalidad del sistema, aún cuando falle un elemento de transporte.

La fuente puede ser de cualquier forma de líquido libre, o líquido débilmente limitado, de manera que quede fácilmente disponible para ser recibido por el elemento de transporte.

Por ejemplo, un depósito de líquido, o un volumen de líquido que fluya libremente, o una estructura porosa abierta llena de líquido.

El sumidero puede tener cualquier forma de región receptora de líquido. En ciertos modos de realización, es preferible tener el líquido más estrechamente limitado que el líquido de la fuente de líquido. El sumidero puede ser también un elemento o región que contenga líquido libre, de forma tal que el líquido sea capaz de fluir libremente o de ser conducido por la gravedad alejándose del elemento. Alternativamente, sumidero puede contener material absorbente, o superabsorbente, espumas absorbentes, espumas expansibles, puede estar hecho alternativamente con un sistema de fuelle activado por resortes, o puede contener material que funcione osmóticamente, o combinaciones de los mismos.

La comunicación fluídica en este contexto se refiere a la capacidad de los líquidos para transferirse o ser transferidos desde el sumidero o fuente hasta el elemento, como puede conseguirse por ejemplo poniendo en contacto los elementos o poniéndolos tan cerca que el líquido puede hacer un puente en el hueco que queda.

Tal sistema de transporte de líquido comprende un elemento de transporte de líquido de acuerdo con la descripción anterior mas al menos un sumidero o fuente de líquido. El término al menos es aplicable a sistemas en los que el propio elemento de transporte de líquido puede almacenar o liberar líquidos, de forma tal que un sistema de transporte de líquidos comprende:

un sumidero y un elemento de transporte de líquido que libere líquidos; o

una fuente y un elemento de transporte de líquido que reciba líquidos; o

un sumidero y una fuente y un elemento de transporte de líquido.

En cada una de estas opciones el elemento de transporte de líquido puede tener propiedades de liberación o recepción de líquido, además de un sumidero o una fuente fuera del elemento. Un sistema puede comprender además múltiples sumideros o fuentes, y puede comprender también múltiples elementos de transporte de líquido, por ejemplo en una disposición paralela.

Esta última puede crear una redundancia, de manera que asegura la funcionalidad del sistema, aún cuando falle un elemento de transporte individual.

Al menos una parte de la región o regiones de las puertas debe estar en comunicación fluídica con el líquido de la fuente y, donde sea aplicable, con el material del sumidero. Una solución es disponer el material de la región de la puerta de manera que forme la superficie exterior del elemento de transporte de líquido, ya sea en parte o en la totalidad de la superficie exterior, de manera que permita a los líquidos, tales como los de la fuente o sumidero de líquido, ponerse en contacto fácilmente con las regiones de las puertas. El tamaño efectivo de la región de la puerta puede ser determinado por la dimensión de la comunicación fluídica con el sumidero o fuente, respectivamente. Por ejemplo, el total de las regiones de las puertas puede estar en contacto con el sumidero o la fuente, o solamente con parte de los mismos. Alternativamente, por ejemplo cuando hay una región de puerta homogénea, ésta puede distinguirse en regiones efectivas independientes de la puerta de entrada y regiones efectivas independientes de la puerta de salida, donde la región de la puerta está en contacto con la fuente y/o el sumidero de líquido, respectivamente.

Será evidente que un sumidero debe ser capaz de recibir líquido desde el elemento (y, donde sea aplicable, desde las respectivas regiones de las puertas), y una fuente debe ser capaz de liberar líquido hacia el elemento (y, donde sea aplicable, a las respectiva regiones de las puertas).

Por tanto, una fuente de líquido para un elemento de transporte de líquido de acuerdo con la presente invención puede ser un líquido que fluya libremente, tal como la orina liberada por un portador, o un depósito de agua abierto.

Una región de fuente de líquido puede ser un depósito intermedio, tal como un elemento de adquisición de líquido en artículos absorbentes.

Análogamente, un sumidero de líquido puede ser un canal de flujo libre, o un depósito en expansión, por ejemplo un elemento en forma de fuelle combinado con la expansión mecánica o medios separadores, tales como resortes.

Una región de sumidero de líquido puede ser también un elemento de almacenamiento final de líquido en los elementos absorbentes, tales como los que son útiles en artículos absorbentes y similares.

Dos o más sistemas de transporte de líquido de acuerdo con la presente invención pueden ser dispuestos también en un "diseño en cascada" (figuras 13A, B, C), con regiones de pared (1302), regiones de puerta (1306) y materiales de sumidero de líquido (1311). En ellos, el camino global de flujo de líquido pasará a través de un sistema de transporte de líquido tras el siguiente. Por ello, la región de la puerta de entrada de un subsiguiente sistema de transporte de líquido puede adoptar la funcionalidad de sumidero de un sistema anterior, por ejemplo cuando las regiones de la puerta de entrada y de salida están en comunicación fluídica mutua. Tal comunicación fluídica puede estar en contacto directo, o puede ser a través de un material intermedio.

Un modo de realización específico de tal "cascada" puede ser observado al conectar dos o más "paquetes osmóticos de membrana" que comprendan membranas de propiedades adecuadas, en los que la potencia de succión osmótica aumenta con los paquetes subsiguientes. Cada uno de los paquetes puede ser considerado como un elemento de transporte de líquido, y la conexión entre los paquetes definirá las regiones de las puertas de entrada y de salida de cada paquete o elemento. Por eso, los paquetes pueden ser encerrados dentro de un material (tal como un tipo de membrana flexible), o incluso varios paquetes pueden tener un elemento de membrana único.

En un modo de realización preferido, un sistema de transporte de líquido tiene una capacidad de absorción de al menos 5 g/g, preferiblemente de al menos 10 g/g, más preferiblemente de al menos 50 g/g y, lo más preferible, de al menos 75 g/g sobre las base del peso del elemento de transporte de líquido, cuando se mide con la Prueba de Absorbencia de Demanda, como se describe más adelante.

En otro modo adicional de realización preferido, el sistema de transporte de líquido comprende un material absorbente que proporciona una capacidad absorbente de al menos 5 g/, preferiblemente de al menos 10 g/g, y más preferible de al menos 50 g/g sobre la base del peso del material del sumidero, cuando se mide con la Prueba de Capacidad Centrífuga de la Bolsa de Té, como se describe más adelante.

En otro modo de realización adicional preferido, el sistema de transporte de líquido comprende un material absorbente que proporciona una capacidad absorbente de al menos 5 g/g, preferiblemente de al menos 10 g/g, más preferiblemente de al menos 50 g/g o, lo más preferible, de al menos 75 g/g hasta la succión capilar correspondiente a la presión del punto de burbujeo del elemento, especialmente de al menos 4 kPa, preferiblemente de al menos 10 kPa, cuando se somete a la prueba de Sorción Capilar como se describe en esta memoria. Tales materiales presentan preferiblemente una capacidad baja en la prueba de Sorción por encima de la presión del punto de burbujeo, tal como 4 kPa, o incluso 10 kPa, de menos de 5 g/g, preferiblemente de menos de 2 g/g, más preferiblemente de menos de 1 g/g y, lo más preferible, de menos de 02, g/g.

En ciertos modos de realización específicos, el elemento de transporte de líquido puede contener materiales superabsorbentes o espuma hecha de acuerdo con la polimerización por Emulsión de Fase Interna Alta.

Aplicaciones

Existe un campo muy amplio de aplicación de los elementos o sistemas de transporte de líquido de acuerdo con la presente invención. Lo que se presenta a continuación no debe ser visto como limitativo de ninguna manera, sino más bien áreas de ejemplos en los que tales miembros o sistemas son útiles.

Las aplicaciones adecuadas pueden encontrarse en vendajes u otros sistemas sanitarios absorbentes. En otro aspecto, el artículo puede ser un sistema o elemento de transporte de agua, combinando opcionalmente la funcionalidad de transporte con la funcionalidad de filtración, por ejemplo, purificando el agua que se transporta. Además, el elemento puede ser útil en operaciones de limpieza, de manera que se eliminan líquidos o se liberan fluidos de una manera controlada. Un elemento de transporte de líquido de acuerdo con la presente invención puede ser también un absorbente de aceite o grasa.

Una aplicación específica puede observarse en los sistemas de riego auto-regulados para las plantas. En ellos, la puerta de entrada puede estar sumergida en un depósito y el elemento de transporte puede tener la forma de un tubo largo. Como contraste a los sistemas de riego conocidos, (tales como el conocido por BLUMAT, disponible por la compañía Jade @ National Guild, Apartado de Correos 5370, Mt Crested Butte, CO 81225), el sistema de acuerdo con la presente invención no perderá su funcionalidad al secarse el depósito, sino que permanecerá funcionando hasta que el depósito se vuelve a llenar y después de ello.

Una aplicación adicional puede observarse en sistemas de aire acondicionado, con una ventaja similar a la descrita para los sistemas de riego. Además, debido a los pequeños tamaños de los poros de las regiones de las puertas, este sistema sería más fácil de limpiar que las ayudas convencionales para humedecimiento, tales como las estructuras porosas de arcilla, o elementos del tipo de papel secante.

Una aplicación más es la sustitución de bombas en miniatura, tales como pueden concebirse para sistemas biológicos, o incluso en el campo médico.

Una aplicación más puede observarse en el transporte selectivo de líquidos, por ejemplo cuando se desea transportar aceite sacándolo de una mezcla de aceite/agua. Por ejemplo, al derramar aceite en el agua, se puede utilizar un elemento de transporte de líquido para transferir el aceite en un depósito adicional. Alternativamente, puede transportarse el aceite en un elemento de transporte de líquido que comprenda una funcionalidad de sumidero para el aceite.

Una aplicación adicional utiliza el elemento de transporte de líquido de acuerdo con la presente invención como un transmisor para una señal. En tal aplicación, la cantidad total de líquido transportado no necesita ser muy grande, sino más bien los tiempos de transporte deben ser cortos. Esto puede conseguirse disponiendo un elemento de transporte lleno de líquido el cual, al recibir incluso una pequeña cantidad de líquido en la puerta de entrada, libera líquido prácticamente de inmediato en la puerta de salida. Este líquido puede ser utilizado para estimular una reacción adicional, tal como una señal, o puede ser activado como respuesta, por ejemplo disolviendo un cierre hermético para liberar energía mecánica almacenada para crear un cambio tridimensional de la forma o de la estructura.

Una aplicación adicional más explota estos tiempos de respuesta muy cortos del transporte de líquido y el tiempo de respuesta prácticamente inmediatos.

Una aplicación particularmente útil de tales elementos de transporte de líquido puede observarse en el campo de los artículos absorbentes, tales como artículos higiénicos desechables, como pañales para niños o artículos absorbentes desechables similares.

Artículos absorbentes - descripción general

Un artículo absorbente comprende generalmente:

-: un núcleo absorbente o estructura de núcleo (que puede comprender los elementos de transporte de fluido mejorados de acuerdo con la presente invención, y que pueden consistir en sub-estructuras adicionales);

-: una lámina cubierta permeable al fluido;

-: una lámina posterior sustancialmente impermeable al fluido;

-: opcionalmente, características adicionales como elementos de cierre o elasticidad.

La figura 14 es una vista en planta de un ejemplo de modo de realización de un artículo absorbente de la invención que es un pañal.

El pañal 1420 está ilustrado en la figura 14 en su estado plano, no contraído (es decir, con tirantez por la contracción elástica inducida excepto en los paneles laterales en los que el elástico se deja en su posición relajada) con partes de la estructura mostradas en cortes para ilustrar con mayor claridad la construcción del pañal 1420 y con la parte del pañal 1420 que mira hacia el exterior del portador, mirando hacia el observador la superficie exterior 1452. Como se ilustra en la figura 14, el pañal 1420 comprende un conjunto 1422 de almacenamiento que comprende preferiblemente una lámina 1422 de cubierta, permeable al líquido, una lámina posterior impermeable 1426 unida a la lámina superior 1424, y un núcleo absorbente 1428 situado entre la lámina superior 1424 y la lámina posterior 1426; paneles laterales elásticos 1430; puños elásticos 1432 de las piernas; una disposición 1434 de elasticidad de la cintura; y un sistema de cierre que comprende un sistema de sujeción de tensión doble, generalmente múltiple, designado como 1436. El sistema 1436 de sujeción de tensión doble comprende generalmente un sistema principal 1438 de sujeción y un sistema 1440 de cierre de la cintura. El sistema principal 1438 de sujeción comprende preferiblemente una pareja de elementos 1442 de seguridad y un elemento 1444 de enganche. El sistema 1440 de cierre de la cintura se muestra en la figura 14 comprendiendo preferiblemente una pareja de primeros componentes 1446 de unión y un segundo componente 1448 de unión. El pañal 1420 comprende también, preferiblemente, una placa 1450 de colocación, situada de forma subyacente en cada primer componente 1446 de unión.

El pañal 1420 se muestra en la figura 14 con una superficie exterior 1452 (mirando hacia el observador en la figura 14), una superficie interior 1454, opuesta a la superficie exterior 1452, una primera región 1456 de la cintura, una segunda región 1458 de la cintura opuesta a la primera región 1456 de la cintura, y una periferia 1460 que está definida por los bordes exteriores del pañal 1420, en el que los bordes longitudinales están designados como 1462 y los bordes finales están designados como 1464. La superficie interior 1454 del pañal 1420 comprende la parte del pañal 1420 que está situada contiguamente al cuerpo del portador durante el uso (es decir, la superficie interior 1454 está formada generalmente por al menos una parte de la lámina superior 1424 y otros componentes unidos a la lámina superior 1424). La superficie exterior 1452 comprende la parte del pañal 1420 que está situada en la parte alejada del cuerpo del portador (es decir, la superficie exterior 1452 está formada generalmente por al menos una parte de la lámina posterior 1426 y otros componentes unidos a la lámina posterior 1426). La primera región 1456 de la cintura y la segunda región 1458 de la cintura se extienden, respectivamente, desde los bordes finales 1464 de la periferia 1460 hasta la línea central lateral 1466 del pañal 1420. Las regiones de la cintura comprenden, cada una de ellas, una región central 1468 y una pareja de paneles laterales que comprenden típicamente, las partes laterales exteriores de las regiones de la cintura. Los paneles laterales situados en la primera región 1456 de la cintura están designados como 1470, mientras que los paneles laterales de la segunda región 1458 de la cintura están designados como 1472. Aunque no es necesario que las parejas de paneles laterales o cada uno de los paneles laterales sean idénticos, son preferiblemente imágenes especulares el uno del otro. Los paneles laterales 1472 situados en la segunda región 1458 de la cintura pueden ser elásticamente extensibles en la dirección lateral (es decir, los paneles laterales elásticos 1430). (La dirección lateral (dirección x o anchura) está definida como la dirección paralela a la línea central lateral 1466 del pañal 1420; la dirección longitudinal (dirección y o longitud) está definida como la dirección paralela a la línea central longitudinal 1467; y la dirección axial (dirección Z o espesor) está definida como la dirección que se extiende a través del espesor del pañal 1420).

La figura 14 muestra una vista específica del pañal 1420 en el cual la lámina superior 1424 y la lámina posterior 1426 tienen unas dimensiones de longitud y anchura generalmente mayores que las del núcleo absorbente 1428. La lámina superior 1424 y la lámina posterior 1426 se extienden más allá de los bordes del núcleo absorbente 1428, para formar así la periferia 1460 del pañal 1420. La periferia 1460 define el perímetro exterior o bien, en otras palabras, los bordes del pañal 1420. La periferia 1460 comprende los bordes longitudinales 1462 y los bordes finales 1464.

Aunque cada uno de los puños elásticos 1432 de las piernas puede estar configurado para que sea similar a cualquiera de las bandas de las piernas, aletas laterales, puños de contención, o puños elásticos descritos anteriormente, es preferible que cada uno de los puños elásticos 1432 de las piernas comprenda al menos un puño de contención interno 1484 que comprenda una aleta de contención 1485 y un miembro separador elástico 1486 tal como el descrito en la patente de Estados Unidos 4.909.803 antes referenciada. En un modo de realización preferido, el puño elástico 1432 de la pierna comprende adicionalmente un puño elástico 14104 de unión con una o más hebras de unión 14105 situadas fuera del puño 1484 de contención, tal como se ha descrito en la patente de Estados Unidos 4.695.278 antes referenciada.

El pañal 1420 puede comprender además un elemento de elasticidad 1434 en la cintura que proporciona un ajuste y una contención mejorados. El elemento de elasticidad 1434 en la cintura se extiende al menos longitudinalmente hacia fuera desde al menos uno de los bordes 1483 de la cintura del núcleo absorbente 1428 en al menos la región central 1468 y forma generalmente al menos una parte del borde final 1464 del pañal 1420. Por tanto, el elemento de elasticidad 1434 en la cintura comprende aquella parte del pañal que se extiende al menos desde el borde 1483 de la cintura del núcleo absorbente 1428 hasta el borde final 1464 del pañal 1420 y está destinado a ser colocado contiguamente a la cintura del portador. Los pañales desechables están construidos generalmente de manera que tienen dos elementos elásticos de cintura, uno situado en la primera región de la cintura y otro situado en la segunda región de la cintura.

La banda elástica 1435 de la cintura del elemento elástico 1434 de cintura puede comprender una parte de la lámina superior 1424, una parte de la lámina posterior 1426 que ha sido preferiblemente estrechada mecánicamente, y un material bi-laminar que comprende un miembro elastomérico 1476 situado entre la lámina superior 1424 y la lámina posterior 1426 y estando situado el miembro elástico 1477 entre la lámina posterior 1428 y el miembro elastomérico 1476.

Estos, así como otros componentes del pañal, están descritos con más detalle en el documento WO 93/16669.

Núcleo absorbente

El núcleo absorbente debe ser generalmente compresible, conformable, no irritante para la piel del portador, y capaz de absorber y retener líquidos tales como la orina y otros determinados exudados del cuerpo. Como se ilustra en la figura 14, el núcleo absorbente tiene una superficie de la prenda, unos bordes laterales y unos bordes de cintura. El núcleo absorbente puede comprender, además del elemento de transporte de líquido de acuerdo con la presente invención, una amplia variedad de materiales absorbentes de líquido o de manejo de líquidos comúnmente utilizados en pañales desechables y otros artículos absorbentes tales como, aunque no limitándose a ellos, pulpa de madera triturada que se denomina generalmente "airfelt"; polímeros fundidos soplados incluyendo el "conform"; fibras de celulosa químicamente rigidizadas, modificadas o unidas por entrelazado; tejidos que incluyen las envolturas de tejido y los laminados de tejido.

Ejemplos generales de estructuras absorbentes están descritos en la patente de Estados Unidos 4.610.678, titulada "Estructuras absorbentes de alta densidad", publicada para Weisman y otros colaboradores el 9 de Septiembre de 1986; patente de Estados Unidos 4.673.402 titulada "Artículos absorbentes con núcleos de doble capa". publicada para Weisman y otros colaboradores el 16 de Junio de 1987; patente de Estados Unidos 4.888.231 titulada "Núcleo absorbente con una capa espolvoreada" publicada para Angstadt el 19 de Diciembre de 1989; documento EP-A-0 640 330 de Bewick-Sonntag y otros colaboradores; documento US 5 180 622 (de Berg y otros colaboradores); documento US 5 102 597 (de Roe y otros colaboradores); documento US 5 387 207 (de Dyer y otros colaboradores). Tales estructuras y similares podrían ser adaptadas para ser compatibles con los requisitos descritos a continuación para ser utilizados como núcleo absorbente.

El núcleo absorbente puede ser una estructura unitaria de núcleo, o puede ser una combinación de varias estructuras absorbentes, que a su vez puede consistir en una o más sub-estructuras. Cada una de las estructuras o sub-estructuras puede tener una dimensión esencialmente bidimensional (es decir, una capa) o de forma tridimensional.

El elemento de transporte de líquido de acuerdo con la presente invención puede comprender al menos una región de puerta de entrada, que debe estar situada en la zona de carga del artículo. Esta región de puerta puede estar hecha de un material de membrana flexible que satisfaga los requisitos descritos en esta memoria, que puede estar conectada con una región interior que forma una estructura fibrosa abierta de alta elasticidad, que puede estar envuelta en películas impermeables flexibles para formar las regiones de la pared, las cuales pueden estar adhesivamente cerradas en todos los bordes, excepto en la región de la puerta. Con el fin de permitir un buen cierre hermético global, la película impermeable puede solapar la región de la puerta de alguna manera, para permitir también la unión adhesiva entre ellas.

La figura 15 muestra un modo de realización específico de un artículo como se ilustra en la figura 14 (con números análogos), y la figura 16 muestra una vista en sección simplificada, parcialmente despiezada, a lo largo de la línea A - A de la figura 15, nuevamente con numeración análoga. En ella, un núcleo absorbente (1528/1628) está hecho de un elemento adecuado de manejo de líquidos que está construido a partir de una región (1502, 1602) de pared, unas regiones (1506, 1507, 1606, 1607) de las puertas, y una región interior (1503, 1603). El elemento puede estar conectado a un sumidero (1511, 1611) de líquido y opcionalmente tiene unida una lámina superior (1512, 1612). El sumidero (1511, 1611) puede comprender un material de almacenamiento final, tal como un material superabsorbente o un material poroso altamente absorbente.

Las regiones interiores pueden estar llenas de líquido, tal como el agua, para estar listas para el transporte de líquido a su través inmediatamente después de la recepción de líquido en la puerta de entrada. Alternativamente, la región interior puede estar bajo el vacío, que puede aspirar líquido a través de la puerta de entrada por ejemplo con la activación de una película de contención tal como una película de alcohol de polivinilo, que puede disolverse al humedecerse. Una vez que la región interior está llena de líquido, y por tanto se humedece también la región de la puerta de salida, tiene lugar el mecanismo de transporte igual que un sistema prellenado.

El núcleo absorbente puede estar diseñado de manera que no requiera ningún elemento adicional de manejo de fluido.

Por ejemplo, la región de la puerta de entrada puede ser ajustada a su permeabilidad y calibre de manera que permita adquirir líquido inmediatamente a la región de la puerta con una tasa torrencial, y la región interior puede ser ajustada por su permeabilidad y sección transversal de manera que transmita líquido inmediatamente a la región final de almacenamiento.

Alternativamente, el núcleo absorbente puede comprender otros elementos de manejo de fluido, tales como regiones de adquisición, o regiones de almacenamiento intermedio, o similares. Además, dentro de la construcción del núcleo, pueden ser elementos adecuados el "elemento de transporte de líquido en cascada" o el "MOP".

Método para fabricar elementos de transporte de líquido

Los elementos de transporte de líquido de acuerdo con la presente invención pueden ser fabricados por diversos métodos, que han de tener en común los pasos esenciales de combinar una región abultada o interior con una región de pared que comprende regiones de las puertas con la selección apropiada de las respectivas propiedades descritas anteriormente. Esto puede conseguirse comenzando a partir de un material homogéneo e impartiendo en él las diversas propiedades. Por ejemplo, si el elemento es un material de espuma polimérica, éste puede ser fabricado a partir de un monómero con tamaños de poros variables, que serán polimerizados después para formar un elemento
adecuado.

Esto puede conseguirse también comenzando a partir de diversos materiales esencialmente homogéneos y combinándolos en un elemento. En esta ejecución, puede disponerse un material de pared, que puede tener propiedades homogéneas o variables, y puede disponerse un material abultado, que puede ser un material poroso, o puede definirse un espacio hueco para representar la región abultada. Los dos materiales pueden ser combinados mediante técnicas adecuadas, tales como una envoltura o un recubrimiento, como es bien conocido en la técnica, de forma tal que el material de la pared puede circunscribir completamente la región abultada o el material de la región abultada.

Con el fin de permitir el transporte de líquido, la región abultada puede ser llenada con líquido, o puede estar sometida al vacío, o puede estar equipada con otras ayudas para crear el vacío o el llenado de líquido.

Opcionalmente, el método de formar un elemento de acuerdo con la presente invención puede comprender el paso de aplicar medios de activación, que pueden ser del tipo mecánico, tal como proporcionar un elemento de liberación extraíble, como el ejemplo bien conocido de un papel liberable para cubrir adhesivos, o proporcionando un diseño de empaquetamiento que permita el cierre hermético del elemento hasta su utilización, por lo que, en el momento de su utilización, se retira o se abre tal cierre hermético de empaquetamiento. Estos medios de activación pueden comprender también materiales que reaccionan con el líquido del transporte, por ejemplo disolviéndolos. Tales materiales pueden ser aplicados en las regiones de las puertas, por ejemplo para abrir las regiones de las puertas para su utilización, o tales materiales pueden ser aplicados a las regiones abultadas, por ejemplo para permitir la expansión de estas regiones al humedecerse.

La fabricación de elementos de acuerdo con la presente invención puede ser hecha de una manera esencialmente continua, por ejemplo disponiendo diversos materiales en forma de rollo, que se desenrollan y procesan después, o puede disponerse cualquiera de los materiales en forma discreta, por ejemplo en piezas de espuma o en partículas.

Ejemplos

La sección siguiente proporciona ejemplos específicos adecuados de elementos y sistemas de transporte de líquido de acuerdo con la presente invención, empezando con ello la descripción de diversos ejemplos adecuados para ser utilizados en ciertas regiones de estos elementos o sistemas.

Muestras S-1 adecuadas para las regiones de las puertas

S-1.1: -Malla de filtro tejido HIFLO®, tipo 20, tal como la disponible por Haver & Boecker, Oeide, Alemania, hecha de acero inoxidable, que tiene una porosidad del 61%, y un calibre de 0,09 mm, diseñada para filtrar hasta 19 \mum a 20 \mum.

S-1.2a: - Malla de poliamida Monodur Tipo MON PA 20 N, tal como la disponible por Verseidag en Geldern-Waldbeck, Alemania.

S-1.2b: Malla de poliamida Monodur Tipo MON PA 42,5 N, tal como la disponible por Verseidag en Geldern-Waldbeck, Alemania.

S-1.3a: Malla de poliéster, tal como la 07-20/13 de SEFAR, en Rüschlikon, Suiza.

S-1.3b: Malla de poliamida 03-15/10 de SEFAR en Rüschlikon, Suiza.

S-1.3c: Malla de poliamida 03-20/14 de SEFAR en Rüschlikon, Suiza.

S-1.3d: Malla de poliamida 03-1/1 de SEFAR en Rüschlikon, Suiza.

S-1.3e: Malla de poliamida 03-5/1 de SEFAR en Rüschlikon, Suiza.

S-1.3f: Malla de poliamida 03-10/2 de SEFAR en Rüschlikon, Suiza.

S-1.3g: Malla de poliamida 03-11/6 de SEFAR en Rüschlikon, Suiza.

S-1.4: Membranas de acetato de celulosa, tales como las descritas en el documento US 5,108,383 (de White, Allied-Signal Inc.).

S-1.6: Medias de Nylon, por ejemplo del tipo 1,5 den, disponibles comercialmente en Alemania, por ejemplo de Hudson.

Muestras S-2 adecuadas para las regiones de la pared que no representan las regiones de las puertas

S-2.1: Película flexible recubierta de adhesivo, tal como la disponible comercialmente bajo la marca comercial "d-c-fix" de Alkor, Gräfelfing, Alemania.

S-2.2: Catálogo de embudos de plástico # 625 617 20 de Fisher Scientific en Nidderau, Alemania.

S-2.3: Tubos Flexibles (diámetro interior alrededor de 8 mm) tales como el Masterflex 6404-17 de Norton, distribuido por Barnant Company, Barrington, Illinois, 60010 Estados Unidos.

S-2.4: Película convencional de polietileno, tal como la utilizada como material de la lámina posterior en pañales desechables, tales como las disponibles por Clopay Corp., Cincinatti, OH, Estados Unidos, bajo el código DH-227.

S-2.5: Película convencional de polietileno, tal como la utilizada como material de la lámina posterior en pañales desechables, tales como las disponibles por Nuova Pansac SpA en Milano, Italia, bajo el código BS código 441118.

S-2.6: Tubo flexible de PVC, por ejemplo el catálogo # 620 853 84 de Fisher Scientific en Nidderau, Alemania.

S-2.7: Tubo PTFE, por ejemplo el Catálogo # 620 456 68 de Fisher Scientific en Nidderau, Alemania.

Muestras S-3 adecuadas para la región interior

S-3.1: Huecos como los creados por cualquier región rígida de la pared/puerta.

S-3.2: Resortes metálicos que tienen un diámetro exterior de 4 mm y una longitud de alrededor de 6 cm con una fuerza aplicada, como los disponibles por Federnfabrik Dietz en Neustadt, Alemania, bajo la designación de artículo "federn" # DD/100.

S-3.3: Espumas de células abiertas de Reticel en Bruselas, Bélgica, tales como las Filtren TM10 azules, Filtren TM20 azules, Filtren TM30 azules, Filtren Firend 10 negras, Filtren Firend 30 negras, Filtren HC 20 grises, Filtren Firend HC 30 grises, Bulpren S10 negras, Bulpren S20 negras, Bulpren S30 negras).

S-3.5: Piezas en partículas de S-3.4 o S-3.3

Muestras S-4 para medios de creación de gradiente de presión

S-4.1: Materiales de gradiente de presión osmótica de acuerdo con las enseñanzas del documento US-A-5.108.383 (de White, Allied Signal).

S-4.2: Diferencia de altura entre la entrada y la salida que genera una diferencia de presión generada por altura hidrostática.

S-4.3: Diversos materiales porosos parcialmente saturados (Espumas absorbentes, materiales superabsorbentes, partículas, arena, tierras) que generan una diferencia de presión capilar).

S-4.4: Diferencia en la presión del aire en la entrada y en la salida generada, por ejemplo, por una bomba de vacío (con cierre hermético) en la salida.

Ejemplo A

Para elemento de transporte

Combinación de una región de pared con una región de puerta, con la región interior llena de líquido:

A-1) Un tubo de 20 cm de largo (s-2.6) está conectado de una manera hermética con un embudo de plástico (S-2.2). El sellado puede hacerse con Parafina M (disponible en Fischer Scientific, de Nidderau, Alemania, número de catálogo 617 800 02). Una pieza circular de material de la puerta (S-1.1), ligeramente mayor que la zona abierta del embudo, está sellada herméticamente con el embudo. El sellado se hace con adhesivo adecuado, por ejemplo con Pattex^{TM} de Henkel KGA, Alemania.

Opcionalmente pueden haber conectado un material (S-1.1) de la región de la puerta con el extremo inferior del tubo y estar sellado de manera hermética. El dispositivo se llena con un líquido, tal como el agua, poniéndolo bajo el líquido y eliminando el aire del interior del dispositivo con una bomba de vacío herméticamente conectada a la región de la puerta. Con el fin de demostrar la funcionalidad de un elemento, el extremo inferior no necesita estar sellado con una región de puerta, sino que el extremo inferior necesita estar en contacto con el líquido, o necesita estar en la parte más baja del dispositivo con el fin de no permitir que entre el aire en el sistema.

A-2) Dos materiales circulares, como en S-1.1, de la región de la puerta (por ejemplo de un diámetro de alrededor de 1,2 cm) se sellan herméticamente (por ejemplo calentando las zonas que se pretende convertir en regiones de las puertas y presionando los extremos de S-2.3 sobre estas zonas, de forma tal que el material plástico de S-2.3 comienza a derretirse, creando así una buena conexión) en los dos extremos de un tubo de 1 cm de largo como el de S-2.3. Un extremo del tubo se deja caer en el líquido, tal como el agua, el otro extremo se conecta a una bomba de vacío, creando una presión de aire sustancialmente menor que la presión atmosférica. La bomba de vacío extrae aire del tubo hasta que se elimina efectivamente todo el aire del tubo y se sustituye por líquido. Después, la bomba se desconecta de la puerta y así se crea el elemento.

A-3) Una lámina rectangular de 10 cm x 10 cm de material de espuma (S-3.3 Filtren TM 10 azul) "intercalada" por un lado por el material de la pared como en S-2.5 de dimensiones 12 cm x 12 cm, y por el otro lado por un material de región de puerta de dimensiones 12 cm x 12 cm como en S-1.3a. El material de la pared S-2.5 y el material de la región de la puerta S-1.3a están sellados conjuntamente en la región de solapamiento de una manera hermética conveniente, por ejemplo pegándolos con el adhesivo Pattex^{TM} antes mencionado, disponible comercialmente por Henkel KGA, Alemania. El dispositivo se sumerge en líquido, tal como el agua y, al exprimir el dispositivo, se fuerza a que el aire salga. Liberando la presión de exprimido del dispositivo, al tiempo que se mantiene bajo el líquido, la región interior se llena de líquido. Opcionalmente, (si fuera necesario), una bomba de vacío puede aspirar el resto del aire que queda dentro del dispositivo, a través de la región de la puerta mientras que el dispositivo está bajo el agua.

A-4) La figura 17 A, B muestra esquemáticamente un elemento de distribución, adecuado como ejemplo de artículos absorbentes, tal como los pañales desechables.

La región (1706) de la puerta de entrada está hecha de un material de región de puerta tal como el S-1.3a, la región (1705) de la puerta de salida está hecha de un material de región de la puerta tal como el S-1.3c. En combinación con un material de (1702) de película impermeable, tal como el S-2.3 o el S-2.4, cada una de las regiones de las puertas forman una bolsa, que puede tener unas dimensiones de alrededor de 10 cm por 15 cm para la región de la puerta de entrada y, respectivamente, de 20 cm por 15 cm para la región de la puerta de salida. Los materiales de puerta de las bolsas solapan la región de la entrepierna (1790) del artículo, y en ella hay situado un tubo (1760).

Las regiones interiores dentro de las bolsas (1740, 1750) pueden ser S-3.3 (Filtren TM 10 azul), y las regiones de entrada y de salida y, respectivamente, las regiones interiores, encerradas por ellas, pueden estar conectadas por tubos (1760) tales como el S-2.6 de diámetro interior de alrededor de 8 mm.

El material de la pared y de la puerta (1702, 1707, 1706) debe ser suficientemente mayor que el material interior para permitir el cierre hermético del material de la pared con el material de la puerta. El sellado se hace solapando una tira de 1,5 cm de ancha de material de pared y de puerta y puede hacerse de cualquier manera hermética conveniente, por ejemplo utilizando el adhesivo antes mencionado Pattex^{TM}. No se requiere el sellado de los tubos de las regiones interiores (1740 y 1750) si el tubo (1760) está unido a las regiones (1702, 1706, 1705) de la pared, de forma tal que la distancia entre el tubo (1760) y las regiones interiores sea tal que se mantenga un espacio hueco entre ellas durante el uso. El resto de la operación para crear un elemento de distribución de líquido que funcione es también análoga a A-3. Opcionalmente, el dispositivo puede llenarse con otros líquidos de una manera similar.

A5) En la figura 18 A, B, C se representa esquemáticamente un ejemplo adicional de un elemento de distribución de líquido (1810) también útil para la construcción de artículos absorbentes desechables, tal como los pañales, omitiendo otros elementos tales como adhesivos y similares.

En ella, las regiones de puerta de entrada (1806) y de salida (1807), que tienen una dimensión de alrededor de 8 cm por 12 cm, están hechas a partir de láminas de material de la puerta S-1.2a y las otras regiones de la pared están hechas de material de pared S-2.1. El material interior (1840) son tiras de material S.3.3 (Bulpren S10 negro) que tienen una dimensión de alrededor de 0,5 cm por 0,5 cm por 10 cm, colocadas a una distancia mutua de alrededor de 1 cm, bajo las regiones de entrada y de salida (1806, 1807 respectivamente) y unos resortes separadores S-3.2 (1812) en el resto de las zonas. Las capas individuales (de la pared y del material de las puertas) están selladas y llenas también con un líquido tal como el agua, como se describe en A-3. Opcionalmente, el dispositivo puede estar lleno de otros líquidos de una forma similar.

A6) Materiales separadores tales como resortes de acuerdo con S-3.2, están situados entre una lámina superior y una inferior del material de las puertas S- 1.2b, que tienen una dimensión de 10 cm por 50 cm, de forma tal que los resortes están igualmente distribuidos por la zona en una región de alrededor de 7 cm por 47 cm, dejando el borde exterior de alrededor de 1,5 cm libre de resortes, con una distancia de alrededor de 2 mm entre los resortes individuales. El material de las puertas superior e inferior está sellado de una manera hermética mediante el solapamiento de 1,5 cm y mediante el sellado de una manera hermética conveniente por ejemplo pegándolos con el adhesivo Pattex^{TM} antes mencionado. El dispositivo se sumerge en el líquido de prueba exprimiendo el aire en su interior para forzarlo a que abandone el interior del dispositivo. Al liberar la presión de compresión cuando está sumergido, el elemento se llenará de líquido. Opcionalmente (si fuera necesario), una bomba de vacío puede aspirar el aire restante del interior del elemento a través de la región de la puerta, mientras que el dispositivo está bajo el líquido.

Ejemplo B

Para el sistema de transporte (es decir, elemento y (fuente y/o sumidero)

B-1) Como primer ejemplo de un sistema de transporte de líquido, un elemento de transporte de líquido de acuerdo con A-1) se combina con un material superabsorbente en partículas, tal como el disponible bajo la denominación W80232 de HÜLS-Stockhausen GMBH, Marl, Alemania, con las partículas gruesas eliminadas mediante el cribado a través de una criba metálica de 300 \mum. Sobre la región de la puerta de salida de A-1 se hace un rociado uniforme de 7,5 g de este material, creando así un sumidero de líquido.

B-2) Para dar un ejemplo del uso de materiales de espuma absorbente y crear un sistema absorbente, se sitúan en la puerta de salida de un elemento de transporte de líquido de acuerdo con A-1, una lámina de tres capas de espuma HIPE fabricada como en S-1.5, cada una de ellas con un espesor de alrededor de 2 mm y un correspondiente peso de la base de alrededor de 120 g/m^{2}. Las láminas fueron cortadas en forma circular con un diámetro de alrededor de 6 cm, y se cortó un segmento de alrededor de 10º para proporcionar una conformidad mejor en la superficie de la región de la puerta. Opcionalmente, puede aplicarse un peso correspondiente a una presión de alrededor de 0,2 psi para mejorar el contacto del líquido entre el material de la puerta y del sumidero.

B-3) El elemento de transporte de líquido de acuerdo con A-1 ha sido combinado con una sección de corte circular de 6 cm de diámetro, tomada de un núcleo de un pañal disponible comercialmente, consistente en una mezcla esencialmente homogénea de material superabsorbente, tal como el ASAP2300 disponible comercialmente por CHEMDAL Corp. UK, y "airfelt" convencional a un 60% en peso de concentración superabsorbente y un peso de la base del superabsorbente de alrededor de 400 g/m^{2}). Este corte se coloca en comunicación fluídica con la región de la puerta de salida de A-1 para crear un sistema de transporte de líquido.

B-4) Para dar un ejemplo más de una aplicación de un sistema de transporte de líquido, el elemento de transporte de líquido de A-2 ha sido situado entre un depósito fuente de líquido y una maceta, de forma tal que la región de entrada queda sumergida en el depósito de líquido y la puerta de salida está colocada en la tierra de la maceta. La altura relativa del depósito y de la maceta no tiene relevancia para esta longitud del elemento y no la tendría hasta una longitud del elemento de hasta alrededor de 50 cm.

B-5) Una aplicación adicional de un sistema de transporte de líquido con un sumidero de líquido integrado, puede construirse creando un elemento de transporte de líquido como en A-3, pero llenándolo con aceite (en lugar de agua). Cuando se exprime el elemento, para crear unos huecos expandidos dentro del elemento), y poniéndolo en contacto inmediatamente después con aceite de cocina (para simular una sartén freidora de cocina), el sistema absorberá rápidamente el aceite de la sartén.

B-6) Cuando se combina un elemento de transporte de líquido de acuerdo con A-4 o A-5 con un sumidero de líquido tal como el utilizado en B-1 o B-2, que cubra opcionalmente el material del sumidero con una capa de contención, tal como una tela no tejida, la estructura puede funcionar como una almohadilla absorbente, donde la orina liberada por el portador puede ser considerada como la fuente de líquido.

Métodos Activación

Como las propiedades que son relevantes para la capacidad de manejo de líquido de un elemento de transporte de líquido de acuerdo con la presente invención, son consideradas en el momento del transporte de líquido, y como algunos de los materiales o diseños podrían tener propiedades que difieren de éstas, por ejemplo para facilitar el transporte u otra manipulación entre la fabricación del elemento y su uso pretendido, tales elementos deben ser activados también antes de ser sometidos a una prueba.

El término "activación" significa que el elemento se pone en condiciones de utilización, por ejemplo estableciendo una comunicación fluídica a lo largo del camino del flujo, o por ejemplo iniciando un diferencial de presión de activación, y esto puede conseguirse mediante activación mecánica simulando una activación antes de la utilización por un usuario (por ejemplo la retirada de unos medios de sujeción tales como una pinza, o una tira de papel liberable tal como el utilizado con adhesivo, o la retirada de un cierre de empaquetamiento, permitiendo así la expansión mecánica opcionalmente con la creación de un vacío dentro del elemento).

La activación puede conseguirse también transmitiendo otro estímulo al elemento, tal como un cambio de pH o de temperatura, mediante radiación o similar. La activación puede conseguirse también mediante la interacción con líquidos, por ejemplo con ciertas propiedades de solubilidad, o cambiando las concentraciones, o que contengan ingredientes de activación, tales como las encimas. Esto puede conseguirse también mediante el transporte del propio líquido y, en estos ejemplos, el elemento debe ser sumergido en líquido de prueba que debe ser representativo del líquido de transporte, eliminando opcionalmente el aire por medio de una bomba de vacío, y permitiendo alcanzar el equilibrio en 30 minutos. Después, se retira el elemento del líquido, y se coloca en una malla gruesa (tal como una criba de malla 14) para permitir que se pierda por goteo el exceso de líquido.

Prueba del sistema cerrado Principio

La prueba proporciona una herramienta sencilla de ejecutar para asegurarse de si un material o elemento de transporte satisface los principios de la presente invención. Debe observarse que esta prueba no es útil para excluir materiales o elementos, es decir, si un material o elemento no pasa la Prueba del Sistema Cerrado, puede ser o no un elemento de transporte de líquido de acuerdo con la presente invención.

Ejecución

En primer lugar, la muestra de la prueba es activada como se ha descrito anteriormente, mientras se vigila el peso. Después, la muestra de la prueba se suspende o soporta en una posición tal que la extensión más larga de la muestra está esencialmente alineada con el vector de gravedad. Por ejemplo, la muestra puede estar soportada por un tablero o malla de soporte dispuesta formando un ángulo de cerca de 90º con la horizontal, o puede suspenderse la muestra mediante cintas o bandas en posición vertical.

Como paso siguiente, se abre la región de la pared en su parte superior y en la parte inferior de la muestra, es decir, si la muestra tiene esquinas opuestas, en esas esquinas, y si la muestra tiene una periferia curvada o redondeada, en la parte superior e inferior de la muestra. El tamaño de la abertura ha de ser tal que permita pasar al líquido a través de la abertura inferior y el aire a través de la abertura superior, sin añadir presión o sin exprimirlo. Típicamente, es adecuada una abertura que tenga un diámetro inscrito circular de al menos 2 mm.

La abertura puede hacerse por cualquier medio adecuado, por ejemplo utilizando unas tijeras, una cuchilla de corte, una aguja, un cuchillo afilado o un escalpelo o similar. Si se aplica una hendidura a la muestra, debe ser hecha de forma tal que los costados de la hendidura puedan alejarse uno del otro, de manera que se cree una abertura bidimensional. Alternativamente, puede hacerse un corte que elimine una parte del material de la pared para crear así una abertura.

Debe tenerse cuidado de no añadir peso adicional, o de no ejercer presión o compresión sobre la muestra. De forma similar, debe tenerse cuidado de no eliminar líquido por los medios de abertura, a menos que esto pudiera considerarse con precisión cuando se calculan las diferencias de peso.

Se vigila el peso (por ejemplo, recogiendo el líquido en un plato de Petri que se pone sobre una báscula). Alternativamente, el peso del material o elemento puede ser determinado pasados 10 minutos y comparándolo con el peso inicial.

Debe tenerse cuidado de que no tenga lugar una evaporación excesiva; si este fuera el caso, puede ser determinada vigilando la pérdida de peso de una muestra sin abrirla durante el tiempo de la prueba, y corrigiendo después los resultados consecuentemente.

Si el peso del goteo es mayor o igual al 3% del peso inicial del líquido, el material o elemento comprobado ha pasado la prueba, y es un elemento de transporte de líquido de acuerdo con la presente invención.

Si el peso del goteo es inferior al 3% del peso total inicial, esta prueba no permite asegurar si el material es un elemento de transporte de líquido de acuerdo con la presente invención o no.

Presión del punto de burbujeo (región de la puerta)

El procedimiento siguiente se aplica cuando se desea determinar la presión del punto de burbujeo de una región de puerta o de un material útil para las regiones de las puertas.

En primer lugar, la región de la puerta y, respectivamente, el material de la región de la puerta, están conectados con un embudo y un tubo como se ha descrito en el ejemplo A-1. Con ello, el extremo inferior del tubo se deja abierto, es decir, sin cubrir por un material de la región de la puerta. El tubo debe ser de una longitud suficiente, es decir, pueden requerirse hasta 10 m de longitud.

En el caso de que el material de prueba sea muy delgado, o frágil, puede ser apropiado soportarlo con una estructura de soporte muy abierta (como por ejemplo una capa de material no tejido de poros abiertos) antes de conectarlo con el embudo y con el tubo. En el caso de que la muestra de la prueba no sea de un tamaño suficiente, el embudo puede ser sustituido por uno más pequeño, (por ejemplo del Catálogo # 625 616 02, de Fisher Scientific, de Nidderau, Alemania). Si la muestra de la prueba es de un tamaño demasiado grande, puede cortarse una pieza representativa de manera que se ajuste al embudo.

El líquido de prueba puede ser el líquido transportado pero, por facilidad de comparación, el líquido de prueba debe ser una solución al 0,03% de TRITON x-100, tal como la disponible por MERCK KGaA, de Darmstadt, Alemania, bajo el número de catálogo 1.08603, en agua destilada o desionizada, dando así como resultado una tensión superficial de 33mN/m, cuando es medida de acuerdo con el método de tensión superficial que se ha descrito con más detalle.

Se llena el dispositivo con líquido de prueba sumergiéndolo en un depósito de tamaño suficiente lleno de fluido de prueba y eliminando el aire restante con una bomba de vacío.

Manteniendo el extremo inferior (abierto) del embudo dentro del líquido del depósito, se saca del líquido la parte del embudo con la región de la puerta. Si fuera apropiado, aunque no necesario, el embudo con el material de la región de la puerta deberá permanecer alineado horizontalmente.

Al continuar levantando lentamente el material de la puerta por encima del depósito, se vigila la altura y se observa cuidadosamente a través del embudo o a través del propio material de la puerta (ayudándose opcionalmente con una iluminación apropiada), si empiezan a entrar burbujas de aire a través del material en el interior del embudo. En este punto, se registra la altura por encima del depósito como la altura del punto de burbujeo.

A partir de esta altura H, se calcula la presión del punto de burbujeo, bpp, como:

BPP = \rho. g. H, siendo \rho la densidad del líquido, y g la constante de la gravedad (g = 9,81 m/s^{2}).

En particular, para presiones del punto de burbujeo que excedan de alrededor de 50kPa, puede utilizarse una determinación alternativa, por ejemplo la utilizada comúnmente para determinar las presiones del punto de burbujeo en las membranas utilizadas en sistemas de filtración.

En ellos, la membrana humedecida está separando dos cámaras llenas de gas, donde una de ellas está fijada bajo una presión de gas incrementada (tal como la presión del aire), y se registra el punto en el que "rompen" las primeras burbujas de aire. Alternativamente, se puede utilizar el medidor de permeabilidad PMI o el medidor de porosidad, como se describe en la sección posterior del método de prueba, para la determinación de la presión del punto de burbujeo.

Presión del punto de burbujeo (elemento de transporte de líquido)

Para medir la presión del punto de burbujeo de un elemento de transporte de líquido (en lugar de una región de puerta o de un material de la región de puerta), se puede seguir el procedimiento siguiente.

En primer lugar, se activa el elemento como se ha descrito anteriormente. El líquido de prueba puede ser líquido transportado pero, por facilidad de comparación, el líquido de prueba debe ser una solución al 0,03% de TRITON X- 100, tal como la disponible por MERCK KGaA, de Darmstadt, Alemania, bajo el número de catálogo 1.08603, en agua destilada o desionizada, dando así como resultado una tensión superficial de 33 mN/m, cuando es medida de acuerdo con el método de tensión superficial que se ha descrito con más detalle.

Una parte de la región bajo evaluación está conectada a una bomba de vacío por medio de un tubo/tubería sellado herméticamente (por ejemplo con el adhesivo Pattex^{TM} descrito anteriormente).

Debe tenerse cuidado de que solamente esté conectada una parte de la región de la puerta, y que quede sin cubrir una parte adicional de la región cercana a la cubierta con el tubo y esté en contacto con el aire del ambiente.

La bomba de vacío debe permitir fijar diversas presiones p_{vac}, aumentando a partir de la presión atmosférica P_{atm} hasta alrededor de 100 kPa. La disposición ( a menudo integrada con la bomba) debe permitir la supervisión del diferencial de presión con el aire del ambiente (\Deltap = P_{atm}- p_{vac}) y del flujo de gas.

Después, se arranca la bomba para crear un ligero vacío, que se incrementa durante la prueba escalonadamente. La cantidad de aumento de presión dependerá de la presión deseada, proporcionando resultados aceptables unos valores típicos de 0,1 kPa.

En cada nivel, se supervisará el flujo en función del tiempo y, directamente tras el incremento de \Deltap, el flujo aumentará principalmente debido a la eliminación de gas del tubo entre la bomba y la membrana. Sin embargo, este flujo se desnivelará de manera más bien rápida y, al restablecerse un \Deltap de equilibrio, el flujo se detendrá esencialmente. Esto se alcanza típicamente tras alrededor de 3 minutos.

Este incremento en el cambio escalonado se continúa hasta el punto de ruptura, que puede observarse porque el flujo de gas no disminuye tras el cambio escalonado de la presión, sino que permanece después de haber alcanzado un nivel de equilibrio esencialmente constante con el tiempo.

La presión \Deltap en un paso anterior a esta situación es la bpp del elemento de transporte de líquido.

Para materiales con presiones del punto de burbujeo en exceso de alrededor de 90 kPa, será aconsejable o necesario aumentar la presión ambiental que rodea a la muestra de la prueba en grado constante y vigilado, que es añadido a \Deltap según se supervisa.

Método de prueba de la tensión superficial

La medición de la tensión superficial es bien conocida para la persona experta en la materia, por ejemplo con un Tensiómetro K10T de Krüss GMBH, Hamburgo, Alemania, utilizando el método del anillo de DuNouy como se describe en las instrucciones del equipo. Tras limpiar los cristales con iso-propanol y agua desionizada, se seca a 105ºC. El anillo de platino se calienta en un quemador Bunsen hasta que alcanza el rojo vivo. Se toma una primera medición de referencia para comprobar la precisión del tensiómetro. Se toma un número adecuado de réplicas de la prueba para asegurar la consistencia de los datos. La tensión superficial resultante del líquido expresada en unidades de mN/m puede ser utilizada para determinar los valores de tensión de adhesión y el parámetro de energía superficial de los respectivos sistemas de líquido/sólido/gas. El agua destilada presentará generalmente un valor de tensión superficial de 72 mN/m, una solución al 0,03% X-100 en agua de 33 mN/m.

Prueba del transporte de líquido

La prueba siguiente puede ser aplicada a los elementos de transporte de líquido que tienen definidas regiones de puertas de entrada y de salida con una cierta longitud H_{0} del camino de transporte entre las regiones de la puerta de entrada y de salida. Para elementos en los que no pueden determinarse las respectivas regiones, por ejemplo debido a que están hechas de un material homogéneo, estas regiones pueden ser definidas considerando el uso pretendido, definiendo así las respectivas regiones de las puertas.

Antes de ejecutar la prueba, el elemento de transporte de líquido debe ser activado si fuera necesario, como se ha descrito anteriormente.

La muestra de la prueba se coloca en posición vertical sobre un depósito de líquido, por ejemplo estando suspendido de un elemento de sujeción, por lo que la puerta de entrada permanece completamente sumergida en el líquido del depósito. La puerta de salida está conectada por ejemplo a través de una tubería flexible de 6 mm de diámetro exterior a una bomba de vacío, opcionalmente con un frasco separador conectado entre la muestra y la bomba, y sellado de forma hermética como se describe en el método anterior de la presión del punto de burbujeo para un elemento de transporte de líquido. El diferencial de presión de aspiración del vacío puede ser supervisado y ajustado.

El punto más bajo de la puerta de salida está ajustado a una altura H_{0} por encima del nivel de líquido del depósito.

Se incrementa lentamente el diferencial de presión hasta una presión P0 = 0,9kPa + \rho g H_{0}, en que \rho es la densidad del líquido y g la constante gravitacional (g \sim 9,81 m/s^2).

Tras alcanzar este diferencial de presión, se vigila la disminución del peso del líquido en el depósito, preferiblemente colocando el depósito sobre una báscula que mida el peso del depósito, y conectando la báscula a un equipo informático. Tras una disminución inicial inestable, (típicamente no tarda más de un minuto), la disminución del peso en el depósito se hará constante (es decir, mostrará una línea recta en una presentación gráfica de los datos). Esta disminución constante del peso con el tiempo es el caudal (en g/s) del elemento de transporte de líquido con una aspiración de 0,9 kPa y una altura H_{0}.

La tasa de flujo correspondiente del elemento de transporte de líquido con una aspiración de 0,9 kPa y una altura H_{0} se calcula a partir del caudal dividiendo el caudal por la sección transversal media del elemento de transporte de líquido a lo largo del camino del flujo, expresado en g/s/cm^{2}.

Debe tenerse cuidado de que el depósito sea lo suficientemente grande para que el nivel de fluido en el depósito no cambie más de 1 mm.

Además, la permeabilidad efectiva del elemento de transporte de líquido puede ser calculada dividiendo la tasa de flujo por la longitud media a lo largo del camino del flujo y por la diferencia de presión de activación (0,9 kPa).

Prueba de permeabilidad del líquido

Generalmente, la prueba puede ser llevada a cabo con un fluido de prueba adecuado que represente el fluido de transporte, por ejemplo con Jayco SynUrine, disponible en Jayco Pharmaceuticals Company de Camp Hill, Pennsylvania, y puede ser ejecutada bajo unas condiciones de laboratorio controladas de alrededor de 23 +/- 2ºC y 50 +/-10% de humedad relativa. Sin embargo, para las aplicaciones actuales, y en particular cuando se utilizan materiales poliméricos de espuma, tales como los divulgados en el documento US-A-5.563.179 o en el documento US-A-5.387.207, se ha averiguado que es más útil ejecutar la prueba a una temperatura elevada de 31ºC, y utilizando agua desionizada como líquido de prueba.

La presente prueba de permeabilidad proporciona una medición de la permeabilidad para dos condiciones especiales: puede medirse la permeabilidad para una amplia gama de materiales porosos (tales como los materiales no tejidos de fibras sintéticas, o estructuras de celulosa) con una saturación del 100%, o bien para materiales que alcancen distintos grados de saturación con un cambio proporcional en el calibre sin estar llenos de aire (o, respectivamente, con la fase de vapor exterior), como las espumas poliméricas colapsables, para las cuales la permeabilidad a distintos grados de saturación puede ser medida fácilmente con espesores diversos.

En principio, estas pruebas están basadas en la ley de Darcy, de acuerdo con la cual el caudal volumétrico de un líquido a través de cualquier medio poroso es proporcional al gradiente de presión, estando relacionada la constante de proporcionalidad con la permeabilidad.

Q/A = (k/\eta)*(\DeltaP/L)

donde:

Q = Caudal volumétrico [cm^{3}/s];

A = Área de la sección transversal [cm^{2}];

k = Permeabilidad (cm^{2}) (correspondiendo 1 Darcy a 9,869*10^{-13} m^{2});

\eta = Viscosidad (en Poises) [Pa*s];

\DeltaP/L = Gradiente de Presión [Pa/m];

L = calibre de la muestra [cm]

De aquí que la permeabilidad pueda ser calculada, para un área de la sección transversal de la muestra y una viscosidad del líquido de la prueba fijas o dadas, midiendo la caída de presión y el flujo volumétrico a través de la muestra.

k = (Q/A)*(L/\DeltaP)* \eta

La prueba puede ejecutarse con dos modificaciones, la primera de las cuales se refiere a la permeabilidad transplanar (es decir, la dirección del flujo es esencialmente a lo largo de la dimensión del espesor del material), siendo la segunda de ellas en la permeabilidad en-el-plano (es decir, siendo la dirección del flujo en la dirección x-y del material).

La disposición de la prueba para la permeabilidad transplanar puede verse en la figura 19, que es un diagrama esquemático del equipo global y, como diagrama insertado, una sección transversal parcialmente despiezada, que no es una vista a escala de la célula de la muestra.

La disposición de la prueba comprende una célula generalmente circular o cilíndrica (19120) de la muestra, que tiene una parte superior (19121) y una parte inferior (19122). La distancia de estas partes puede ser medida y por tanto ajustada por medio de tres galgas calibradoras (19145) dispuestas circunferencialmente y unos tornillos (19140) de ajuste. Además, el equipo comprende varios depósitos (19150, 19154, 19156) de fluido que incluyen un ajuste (19170) de altura para el depósito (19150) de entrada, así como tubos (19180), accesorios (19189) de liberación rápida para conectar la célula de la muestra con el resto del equipo, válvulas adicionales (19182, 19184, 19186, 19188). El transductor (19197) de presión diferencial está conectado a través de un tubo (19180) al punto (19194) de detección de presión superior y al punto (19196) de detección de presión inferior. Un dispositivo informático (19190) para controlar las válvulas está conectado además, a través de las conexiones (19199), al transductor (19197) de presión diferencial, a la sonda (19192) de temperatura y a la célula (19198) de carga de la báscula.

La muestra circular (19110), que tiene un diámetro de una pulgada (alrededor de 2,54 cm), está situada entre dos cribas porosas (19135) dentro de la célula (19120) de la muestra, que está hecha de dos piezas cilíndricas (19121, 19122) de una pulgada (2,54 cm) de diámetro interior unidas a través de la conexión (19132) de entrada al depósito (19150) de entrada y a través de la conexión (19133) de salida al depósito (19154) de salida por medio de un tubo flexible (19180), tal como un tubo de tygon. Las juntas (19115) de espuma de células cerradas proporcionan una protección contra las fugas alrededor de los lados de la muestra. La muestra (19110) de la prueba es comprimida hasta el calibre correspondiente a la compresión húmeda deseada, que se fija en 0,2 psi (alrededor de 1,4 kPa), a menos que se mencione lo contrario. Se permite que fluya el líquido a través de la muestra (19110) para conseguir un flujo en régimen estable. Una vez establecido el régimen estable del flujo a través de la muestra (19110), se registran el caudal volumétrico y la caída de presión en función del tiempo, utilizando una célula (19198) de carga y el transductor (19197) de presión diferencial. El experimento puede ser realizado a cualquier presión que alcance hasta 80 cm de agua (alrededor de 7,8 kPa), que puede ser ajustada por el dispositivo (19170) de ajuste de altura. A partir de estas mediciones, puede determinarse el caudal a distintas presiones para la
muestra.

El equipo está disponible comercialmente como un Medidor de Permeabilidad de líquido suministrado por Porous Materials, Inc, Ithaca, Nueva York, Estados Unidos, bajo la denominación PMI Liquid Permeameter, tal y como se describe en el respectivo manual de usuario 2/97 y modificado de acuerdo con la presente descripción. Este equipo incluye dos elementos porosos de acero inoxidable como cribas porosas (19135), que también se especifican en dicho catálogo. El equipo consiste en la célula (19120) de la muestra, el depósito (19150) de entrada, el depósito (19154) de salida, y el depósito (19156) de deshechos, con las respectivas válvulas y conexiones de llenado y vaciado, una báscula electrónica y una unidad informática (19190) de supervisión y control de las válvulas.

El material (19115) de las juntas es una esponja de neopreno de células cerradas SNC-1 (blanda), tal como la suministrada por Netherland Rubber Company, Cincinnati, Ohio, Estados Unidos. Debe haber disponible un conjunto de materiales de espesor variable en pasos de 1/16 de pulgada (alrededor de 0,159 cm) para cubrir la gama desde 1/16''-1/2'' (desde alrededor de 0,159 cm hasta alrededor de 1,27 cm) de espesor.

Además se requiere una toma de aire presurizado, de al menos 60 psi (4,1 bares) para hacer funcionar las respectivas válvulas.

La prueba se ejecuta después en los pasos siguientes:

1) Preparación de la muestra o muestras de la prueba

En una prueba preparatoria, se determina si se requieren una o más capas de la muestra de prueba, en la cual se ejecuta la prueba que se define a continuación con el nivel de presión más alto. Después se ajusta el número de capas para mantener el caudal durante la prueba entre 0,5 cm^{3}/s con la caída de presión más baja y 15 cm^{3}/s a la caída de presión más alta. El caudal para la muestra debe ser inferior al caudal sin muestra con la misma caída de presión. Si el caudal de la muestra excede del caudal sin la muestra para una caída de presión dada, deben añadirse más capas para disminuir el caudal.

Tamaño de la muestra: Se cortan las muestras con 1'' (alrededor de 2,54 cm) de diámetro, utilizando un perforador arqueado, tal como el suministrado por McMaster-Carr Supply Company, Cleveland, OH, Estados Unidos. Si las muestras tienen una resistencia o integridad interna demasiado pequeña para mantener su estructura durante la manipulación requerida, puede añadirse un medio de soporte convencional con peso básico bajo, tal como una pieza PET sinterizada o una red.

Así, se hacen un pre-cortado de al menos dos muestras (hechas cada una de ellas con el número de capas requerido, si fuera necesario). Después, una de éstas se satura en agua desionizada a la temperatura que se ha de realizar el experimento (70ºF (31ºC), a menos que se indique lo contrario).

Se mide el calibre de la muestra húmeda (si fuera necesario tras un tiempo de estabilización de 30 segundos), bajo la presión de compresión deseada para la cual se ejecutará el experimento utilizando una galga calibradora convencional (tal como la suministrada por AMES, Waltham, Massachussets, Estados Unidos), que tiene un diámetro a un pie de presión de 1 1/8'' (alrededor de 2,86 cm), ejerciendo una presión de 0,2 psi (alrededor de 1,4 kPa) sobre la muestra (19110), a menos que se desee lo contrario.

Se elige una combinación apropiada de materiales de las juntas, de forma tal que el espesor de la espuma de unión (19115) esté entre 150 y 200% del espesor de la muestra húmeda (obsérvese que puede ser necesaria una combinación de espesores variables de material de las juntas para conseguir el espesor global deseado). El material de las juntas (19115) se corta con una forma circular de 3'' de diámetro, y se hace un orificio de 1 pulgada (2,54 cm) en el centro, utilizando el perforador arqueado.

En el caso de que las dimensiones de la muestra cambien al humedecerse, la muestra debe ser cortada de forma tal que se tome el diámetro requerido en estado húmedo. Esto puede determinarse también en esta prueba preparatoria supervisando las respectivas dimensiones. Si éstas cambian de manera que se forma un hueco o bien la muestra presenta arrugas que impedirían que entrase en contacto suavemente con las cribas o piezas sinterizadas, el diámetro cortado debe ser ajustado de manera consecuente.

La muestra (19110) de la prueba se coloca en el orificio de la espuma de la junta (19115), y la composición se coloca en la parte superior de la mitad inferior de la célula de la muestra, asegurando que la muestra está en contacto plano y suave con la criba (19135) y que no se forman huecos en los lados.

La parte superior de la célula de prueba (19121) se tiende de forma plana sobre el banco de pruebas (u otro plano horizontal) y se ponen a cero tres galgas calibradoras (19145) montadas sobre ella.

Se coloca entonces la parte superior de la célula (19121) de prueba sobre la parte inferior (19122), de forma tal que el material (19115) de la unión con la muestra (19110) de prueba queda entre las dos partes. Se aprietan después la parte superior e inferior por medio de tornillos (19140) de fijación, de forma tal que las tres galgas calibradoras quedan ajustadas con el mismo valor medido para la muestra humedecida bajo la respectiva presión
anterior.

2) Para preparar el experimento, se inicia el programa en la unidad informática (19190) y se introduce la identificación de la muestra, la presión respectiva, etc.

3) Se ejecutará la prueba sobre la muestra (19110) para varios ciclos de presión, siendo la primera presión la más baja. Los resultados de las distintas ejecuciones con presiones individuales se colocan en ficheros de resultados diferentes por medio de la unidad informática (19190). Se toman los datos de cada uno de estos ficheros para los cálculos que se describen a continuación. (Para cualquier ejecución subsiguiente se debe utilizar una muestra diferente de material).

4) El depósito (19150) de líquido de entrada se fija a la altura requerida y se inicia la prueba en la unidad informática (19190).

5) Después, la célula (19120) de la muestra se sitúa sobre la unidad medidora de permeabilidad con los accesorios de desconexión rápida (19189).

6) La célula (19120) de la muestra se llena por medio de la válvula (19188) de aliviadero y las válvulas de llenado inferiores (19184, 19186). Durante este paso, debe tenerse cuidado de eliminar las burbujas de aire del sistema, lo cual puede conseguirse girando la célula de la muestra verticalmente para forzar a que salgan las burbujas de aire (si las hay) del medidor de permeabilidad a través del drenaje.

Una vez que la célula de muestra está llena con tubo de tygon unido a la parte superior de la cámara (19121), se eliminan las burbujas de aire de este tubo en el depósito (19156) de desechos.

7) Tras haber eliminado cuidadosamente las burbujas de aire, se cierran las válvulas inferiores de llenado (19184, 19186), y se abre la válvula superior (19182) de llenado, de manera que se llene la parte superior, eliminando también cuidadosamente las burbujas de aire.

8) Se llena el depósito de fluido con el fluido de prueba hasta la línea de llenado (19152).

Después, se inicia el flujo a través de la muestra iniciando la unidad informática (19190).

Una vez alcanzado el valor requerido de la temperatura en la cámara de la muestra, el experimento está listo para empezar.

Al iniciar el experimento a través de la unidad informática (19190), el flujo de salida de líquido es automáticamente desviado desde del depósito (19156) de desechos hasta el depósito (19154) de salida, y se vigilan la caída de presión y la temperatura en función del tiempo durante varios minutos.

Una vez que el programa ha terminado, la unidad informática proporciona los datos registrados (en forma numérica y/o en forma gráfica).

Si se desea, puede utilizarse la misma muestra de prueba para medir la permeabilidad a distintas alturas de presión, incrementando la presión de una ejecución a otra.

Debe limpiarse el equipo cada dos semanas, y debe ser calibrado al menos una vez a la semana, especialmente las piezas sinterizadas, la célula de carga, el termopar y el transductor de presión, siguiendo con ello las instrucciones del suministrador del equipo.

Se registra la presión diferencial a través del transductor de presión diferencial conectado a los puntos de medición (19194, 19196) de las sondas de presión en la parte superior e inferior de la célula de la muestra. Como puede haber otras muchas resistencias al flujo dentro de la cámara que se añaden a la presión que se registra, cada uno de los experimentos debe ser corregido con una ejecución sin muestra. Debe hacerse una ejecución diaria sin muestra a una presión requerida de 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70 y 80 cm. El medidor de permeabilidad entregará a la salida una Presión Media de la Prueba para cada experimento y también una caudal medio.

Para cada presión a la que se ha comprobado la muestra, se registra el caudal como Presión Corregida sin Muestra por la unidad informática (19190), que corrige además la Presión Media de la Prueba (Presión Real) para cada diferencial de presión de altura registrada para dar como resultado la Presión Corregida. Esta presión corregido es el término DP que debe ser utilizado en la ecuación de permeabilidad que se cita más adelante.

La permeabilidad puede ser calculada para cada presión requerida y deben promediarse todas las permeabilidades para determinar la constante k para el material que se está comprobando.

Estas mediciones deber ser tomadas para cada muestra y cada altura, y los resultados deben ser promediados y se debe calcular la desviación típica. Sin embargo, debe ser utilizada la misma muestra, debe ser medida la permeabilidad para cada altura y después debe ser utilizada una nueva muestra para efectuar la segunda y tercera réplicas.

La medición de permeabilidad en-el-plano, bajo las mismas condiciones que la de la permeabilidad transplanar descritas anteriormente, puede conseguirse modificando el equipo anterior tal como se representa esquemáticamente en las figuras 20A y 20B que muestran, parcialmente despiezadas, no en una vista a escala, de la célula de la muestra solamente. Los elementos equivalentes se designan de manera equivalente, de forma tal que la célula de la muestra de la figura 20 se designa como (20210), en correlación con la referencia numérica (19110) de la figura 19 y así sucesivamente. Por tanto, la célula de la muestra transplanar simplificada (19120) de la figura 19 es sustituida por la célula simplificada (20220) en-el-plano, que está diseñada de manera que el líquido puede fluir solamente en una dirección (ya sea en dirección longitudinal o en dirección transversal dependiendo de cómo esté colocada la muestra en la célula). Debe tenerse cuidado de hacer mínima la canalización del líquido a lo largo de las paredes (efectos de pared), ya que esto pude dar erróneamente una lectura de permeabilidad alta. El procedimiento de la prueba se ejecuta entonces de una manera bastante análoga a la de la prueba
transplanar.

La célula (20220) de la muestra está diseñada para quedar situada dentro del equipo, esencialmente como se ha descrito para la célula (20120) de la muestra en la prueba transplanar anterior, excepto que el tubo de llenado está dirigido hacia la conexión (20323) de entrada en el fondo de la célula (20220). La figura 20A muestra una vista parcialmente despiezada de la célula de la muestra, y la figura 20B una vista en sección transversal a través del nivel de la muestra.

La célula (20220) de la prueba está hecha de dos piezas: una pieza inferior (20225), que es como una caja rectangular con pestañas, y una pieza superior (20223) que se ajusta dentro de la pieza inferior (202225) y que también tiene pestañas. La muestra de la prueba se corta con un tamaño de 2'' x 2'' (alrededor de 5,1 cm por 5,1 cm) y se coloca dentro de la pieza inferior. La pieza superior (20223) de la cámara de la muestra se coloca entonces en la pieza inferior (20225) y se asienta sobre la muestra (20210) de la prueba. Un cierre hermético (20224) de caucho de neopreno incomprensible está unido a la pieza superior (20223) para proporcionar un cierre hermético. El líquido de prueba fluye desde el depósito de entrada hasta el espacio de salida a través de un tubo de Tygon y de la conexión (20232) de entrada y sigue a través de la conexión (20233) de salida hasta del depósito de salida. Como en esta ejecución de la prueba el control de la temperatura del fluido que pasa a través de la muestra puede ser insuficiente debido a la bajas tasa de flujo, la muestra se mantiene a la temperatura deseada de la prueba mediante el dispositivo (202269 de caldeo, por el que el agua controlada por termostato es bombeada a través de la cámara (20227) de caldeo. El hueco en la célula de prueba es fijado al calibre correspondiente a la compresión húmeda deseada, normalmente 0,2 psi (alrededor de 1,4 kPa). Se utilizan unas cuñas (20216) que tienen una gama de tamaños desde 0,1 mm hasta 20,0 mm para corregir el calibre, utilizando opcionalmente combinaciones de varias
cuñas.

Al inicio del experimento, la célula (20220) de prueba se gira 90º (la muestra está vertical) y se permite al líquido de prueba entrar lentamente en la parte inferior. Esto es necesario para asegurar que todo el aire es expulsado de la muestra y de las conexiones (20232/20233) de entrada/salida). A continuación la célula (20220) de la prueba se vuelve a girar a su posición original para poner la muestra (20210) horizontal. El procedimiento subsiguiente es el mismo que el descrito anteriormente para la permeabilidad transplanar, es decir, el depósito de entrada se coloca a la altura deseada, se permite el equilibrio del flujo, y se miden el caudal y la caída de presión. Se calcula la permeabilidad utilizando la ley de Darcy. Este procedimiento se repite también para presiones más altas.

Para muestras que tienen una permeabilidad muy baja, puede ser necesario incrementar la presión de activación, por ejemplo ampliando la altura o aplicando una presión de aire adicional sobre el depósito con el fin de obtener un caudal medible. La permeabilidad en-el-plano puede ser medida independientemente en las direcciones longitudinal y transversal, dependiendo de cómo se coloque la muestra en la célula de la prueba.

Determinación del tamaño del poro

La determinación óptica del tamaño del poro es utilizada esencialmente para capas delgadas del sistema poroso utilizando procedimientos de análisis de imágenes estándar conocidos para el experto en la materia.

El principio del método consiste en los pasos siguientes: 1) Se prepara una capa delgada del material de la muestra, ya sea haciendo láminas más delgadas a partir de una muestra gruesa, o utilizando directamente la propia muestra si ésta es delgada. El término "delgada" se refiere a conseguir un calibre de la muestra suficientemente bajo para permitir una imagen clara de la sección transversal en el microscopio. Los calibres de muestra típicos están por debajo de 200 \mum. 2) Se obtiene una imagen microscópica a través de un vídeo-microscopio que utiliza una amplificación apropiada. Los mejores resultados se obtienen si son visibles alrededor de 10 a 100 poros en dicha imagen. La imagen se digitaliza después por medio de un paquete estándar de análisis de imágenes, tal como el OPTIMAS de BioScan Corp. que se ejecuta bajo Windows 95 en un PC típico compatible con IBM. Para obtener buenos resultados, debe utilizarse un registrador de tramas de una resolución en píxeles suficiente (preferiblemente, al menos 1024 x 1024 píxeles). 3) La imagen es convertida en una imagen binaria utilizando un nivel umbral apropiado de forma tal que los poros visibles sobre la imagen estén marcados como zonas objeto en blanco y el resto permanezca negro. Pueden utilizarse procedimientos automáticos de fijación de umbrales, tales como los disponibles en OPTIMAS. 4) Se determinan las zonas de los poros individuales (objetos). OPTIMAS ofrece una determinación totalmente automática de las zonas. 5) Se determina el radio equivalente para cada poro mediante un círculo que tuviera la misma superficie que el poro. Si A es la superficie del poro, el radio equivalente viene dado por r = (A/\pi)^{1/2}. El tamaño medio del poro puede ser determinado a partir de la distribución de tamaños de los poros utilizando reglas estadísticas estándar. Para materiales que no tengan un tamaño de poro muy uniforme se recomienda el uso de al menos tres muestras para la
determinación.

Los equipos alternativos útiles para determinar tamaños de los poros son el Porosímetro o Comprobador de Permeabilidad disponibles comercialmente, tal como el medidor de permeabilidad suministrado por Porous Materials, Inc, Ithaca, Nueva York, Estados Unidos, bajo la denominación de PMI Liquid Permeameter, número de modelo CFP-1200AEXI, tal como se describe con más detalle en el respectivo manual de usuario de 2/97.

Prueba de absorbencia de demanda

La prueba de absorbencia de demanda intenta medir la capacidad de líquido del elemento de manejo de líquido y medir la velocidad de absorción del elemento de manejo de líquido contra una presión hidrostática nula. La prueba puede ser llevada a cabo para dispositivos que manejen los líquidos corporales que contengan un elemento de manejo de líquidos.

El aparato utilizado para realizar esta prueba consiste en una cesta cuadrada de un tamaño suficiente para mantener el elemento de manejo de líquido suspendido en un bastidor. Al menos el plano inferior de la cesta cuadrada consiste en una malla abierta que permite la penetración del líquido en la cesta sin una resistencia sustancial al flujo para la toma de líquido. Por ejemplo, una malla de alambre abierta hecha de acero inoxidable que tenga una superficie abierta de al menos un 70 por ciento y un diámetro del alambre de 1 mm, y un tamaño de la abertura de la malla de alrededor de 6 mm es adecuada para la puesta en funcionamiento de la presente prueba. Además, la malla abierta debe presentar estabilidad suficiente de forma tal que no se deforme sustancialmente bajo la carga de la muestra de la prueba cuando esta muestra se llena hasta su capacidad total.

Por debajo de la cesta se dispone un depósito de líquido. La altura de la cesta puede ser ajustada de manera que una muestra de prueba colocada dentro de la cesta puede ser puesta en contacto con la superficie del líquido del depósito de líquido. El depósito de líquido se coloca en una balanza electrónica conectada a un ordenador para leer el peso del líquido cada 0,01 segundos aproximadamente durante la medición. Las dimensiones del aparato se eligen de tal manera que el elemento de manejo de líquido a comprobar quepa en la cesta y de forma tal que la zona de adquisición de líquido pretendida del elemento de manejo de líquido esté en contacto con el plano inferior de la cesta. Las dimensiones del depósito de líquido se eligen de forma tal que el nivel de la superficie del líquido en el depósito no cambie sustancialmente durante la medición. Un depósito típico útil para comprobar elementos de manejo de líquidos tiene un tamaño de al menos 320 mm x 370 mm y puede sostener al menos alrededor de 4500 g de
líquido.

Antes de la prueba, se llena el depósito de líquido con orina sintética. La cantidad de orina sintética y el tamaño del depósito de liquido debe ser suficiente para que el nivel de líquido en el depósito no cambie cuando se elimina del depósito la capacidad de líquido del elemento de manejo de líquido a probar.

La temperatura del líquido y el entorno para la prueba debe reflejar las condiciones de utilización del elemento. La temperatura típica a utilizar en los pañales para niños es de 32 grados Celsius para el ambiente y de 37 grados Celsius para la orina sintética. La prueba puede hacerse a temperatura ambiente si el elemento comprobado no tiene una dependencia significativa de sus propiedades absorbentes con la temperatura.

La prueba se monta haciendo descender la cesta vacía hasta que la malla queda completamente sumergida en la orina sintética del depósito. Entonces se eleva de nuevo la cesta alrededor de 0,5 a 1 mm con el fin de establecer una aspiración hidrostática casi nula, teniendo cuidado de que el líquido siga en contacto con la malla. Si fuera necesario, la malla debe volverse a poner en contacto con el líquido y se debe volver a ajustar el nivel cero.

La prueba se inicia con:

1.: iniciando la medición de la báscula electrónica;

2.: colocando el elemento de manejo de líquido sobre la malla de manera tal que la zona de adquisición del elemento esté en contacto con el líquido;

3.: añadiendo inmediatamente un peso bajo sobre la parte superior del elemento con el fin de proporcionar una presión de 165 Pa para un mejor contacto del elemento con la malla.

Durante la prueba, la toma de líquido por el elemento de manejo de líquido es registrada midiendo la disminución de peso del líquido en el depósito de líquido. La prueba se detiene pasados 30 minutos.

Al final de la prueba, se registra la toma total de líquido del elemento de manejo de líquido. Además, se registra el tiempo tras el cual el elemento de manejo de líquido ha absorbido el 80 por ciento de su capacidad total de adquisición de líquido. El tiempo cero se define como el tiempo en el que comienza la absorción del elemento. La velocidad inicial de absorción del elemento de manejo de líquido se obtiene de la curva de medición de la pendiente lineal inicial del peso en función del tiempo.

Sorción Capilar Propósito

El propósito de esta prueba es medir la capacidad absorbente de sorción capilar en función de la altura de los elementos absorbentes de almacenamiento de la presente invención. Esta prueba puede ser utilizada para medir la capacidad absorbente de sorción capilar de dispositivos para el manejo de líquidos corporales de acuerdo con la presente invención. La sorción capilar es una propiedad fundamental de cualquier absorbente que gobierna la forma en la que se absorbe el líquido en la estructura absorbente. En el experimento de sorción capilar, se mide la capacidad absorbente de sorción capilar en función de la presión del fluido debida a la altura de la muestra con relación al depósito de fluido de prueba.

El método para determinar la sorción capilar está muy reconocido. Véase el artículo de Burgeni, A.A. y Kapur, C., "Equilibrio de la sorción capilar en las masas de fibra", Textile Research Journal (Revista de Investigación Textil), 37 (1967), páginas 356-366; o el de Chatterjee, P-K., Absorbencia, Textile Science and Technology (Ciencia y Tecnología Textil) 7, capítulo II, páginas 29-84, Elsevier Science Publishers B.V, 1985; y el de la patente de Estados Unidos núm. 4.610.678, publicada el 9 de Septiembre de 1986 para Weisman y otros colaboradores, para una discusión del método para medir la sorción capilar de estructuras absorbentes.

Principio

Se conecta una pieza sinterizada de vidrio poroso a través de una columna ininterrumpida de fluido a un depósito de fluido en equilibrio. La muestra se mantiene bajo un peso limitador constante durante el experimento. Como la estructura porosa absorbe el fluido bajo demanda, la pérdida de peso en el depósito de fluido de equilibrio es registrada como adquisición de fluido, ajustada por la adquisición de la pieza sinterizada de vidrio en función de la altura y de la evaporación. Se mide la adquisición o capacidad a diversas aspiraciones capilares (tensiones o alturas hidrostáticas). La absorción incremental tiene lugar debido a la disminución incremental de la pieza sinterizada (es decir, a la aspiración capilar decreciente).

Se supervisa también el tiempo durante el experimento para permitir el cálculo de la tasa de adquisición inicial efectiva (g/g/h) a una altura de 200 cm.

Reactivos

Líquido de prueba: Orina sintética preparada mediante la completa disolución de los materiales siguientes en agua destilada.

Compuesto	Peso	Concentración (g/l)
ClK	74,6	2,0
SO_{4}Na_{2}	142	2,0
PO_{4}H_{2}(NH_{4})	115	0,85
PO_{4}H(NH_{4})_{2}	132	0,15
Cl_{2}Ca.2H_{2}0	147	0,25
Cl_{2}Mg.6H_{2}0	203	0,5

Descripción general de la puesta en funcionamiento del aparato

El equipo de sorción capilar, representado en general como 2120 en la figura 21A, utilizado para esta prueba, se pone en funcionamiento en condiciones TAPPI (50% HR, 25ºC). Se coloca una muestra de prueba sobre la pieza sinterizada de vidrio ilustrada en la figura 21A como 2102, que está conectada a través de una columna continua de líquido de prueba (orina sintética) a un depósito de líquido de la báscula, ilustrado como 2106, que contiene el líquido de prueba. Este depósito 2106 es colocado sobre una báscula 2107 que tiene un interfaz con un ordenador (no ilustrado). La báscula debe ser capaz de leer hasta 0,001 g; tal báscula está disponible en Mettler Toledo como PR1203 (de Highstown, NJ). La pieza sinterizada de vidrio 2102 se coloca sobre una corredera vertical, ilustrada en general como 2101 en la figura 21A, para permitir el movimiento vertical de la muestra de la prueba para exponer la muestra de la prueba a altura de aspiración variables. La corredera vertical puede ser un accionamiento sin biela que está unido a un ordenador para registrar las alturas de aspiración y los tiempos correspondientes para medir la adquisición de líquido por la muestra de prueba. Un accionamiento sin biela preferido es el disponible por Industrial Devices (Novato, CA) como entrada 202X4X34N-1D4B-84-P-C-S-E, que puede ser accionado por un accionamiento motorizado ZETA 6104-83-135, disponible en CompuMotor (Rohnert, CA). Cuando se miden los datos y se envían desde el accionamiento 2101 y la báscula 2107, los datos de capacidad absorbente de sorción capilar pueden ser generados fácilmente para cada muestra de prueba. Además, el interfaz del ordenador con el accionamiento 2101 puede permitir el movimiento vertical controlado de la pieza sinterizada de vidrio 2102. Por ejemplo, el accionamiento puede ser dirigido para desplazar la pieza sinterizada de vidrio 2102 verticalmente, solamente después de que se haya alcanzado el "equilibrio" (como se define más adelante) para cada altura de
aspiración.

La parte inferior de la pieza sinterizada de vidrio 2102 es conectada a un tubo 2103 de Tygon® que conecta la pieza sinterizada de vidrio 2105 con la llave de paso de tres vías 2109 del drenaje. La llave de paso 2109 del drenaje es conectada al depósito 2105 de líquido a través del tubo 2104 de vidrio y de la llave de paso 2110. (La llave de paso 2109 está abierta para el drenaje solamente durante la limpieza del aparato o la eliminación de burbujas de aire). El tubo 2111 de vidrio conecta el depósito 2105 de fluido con el depósito 2106 de fluido de la báscula a través de la llave de paso 2110. El depósito 2106 de líquido de la báscula consiste en un plato de vidrio 2106A de poco peso y 12 cm de diámetro y una tapa 2106B. La tapa 2106B tiene un orificio a través del cual el tubo 2111 de vidrio se pone en contacto con el líquido del depósito 2106. El tubo 2111 de vidrio no debe estar en contacto con la tapa 2106B pues la báscula daría una lectura inestable y no podría utilizarse la medición de la muestra de prueba. En este contexto, debe entenderse que el volumen del depósito de líquido necesita ser compatible con la capacidad absorbente del elemento de manejo de líquido o del dispositivo a comprobar. Por tanto, puede ser necesario elegir un depósito de líquido
diferente.

El diámetro de la pieza de vidrio sinterizada debe ser suficiente para acomodar el aparato de pistón/cilindro, descrito más adelante, para sostener la muestra de prueba. La pieza sinterizada de vidrio 2102 está cubierta para permitir un control de temperatura constante por un baño de caldeo. La pieza sinterizada es un embudo de disco sinterizado de 350 ml especificado con poros de 4 a 5,5 \mum, disponible por Corning Glass Company (Corning, NY) como #36060-350F. Los poros son suficientemente finos para mantener la superficie de la pieza sinterizada en condiciones de humedad a alturas de aspiración capilar especificadas (la pieza sinterizada de vidrio no permite entrar al aire en la columna continua de líquido de prueba por debajo de la pieza sinterizada de vidrio).

Como se ha indicado, la pieza sinterizada 2102 está conectada a través de un tubo al depósito 2105 de fluido o al depósito 2106 de líquido de la báscula, dependiendo de la posición de la llave de paso de tres vías 2110.

La pieza sinterizada de vidrio 2102 está cubierta para aceptar agua de un baño de temperatura constante. Esto asegurará que la temperatura de la pieza sinterizada de vidrio se mantiene a una temperatura constante de 88ºF (31ºC) durante el procedimiento de prueba. Como se representa en la figura 21A, la pieza sinterizada de vidrio 2102 está equipada con una puerta 2102A de entrada y una puerta 2102B de salida, que forman un bucle cerrado con un baño de calor circulante ilustrado en general como 2108. (La cubierta de vidrio no está representada en la figura 21A. Sin embargo, el agua introducida a la pieza sinterizada de vidrio cubierta 2102 desde el baño 2108 no está en contacto con el líquido de prueba y el líquido de prueba no circula a través del baño de temperatura constante. El agua del baño de temperatura constante circula a través de las paredes cubiertas de la pieza sinterizada de vidrio
2102).

El depósito 2106 y la báscula 2107 están encerrados en una caja para hacer mínima la evaporación del líquido de prueba del depósito de la báscula y para reforzar la estabilidad de la báscula durante la realización del experimento. Esta caja, ilustrada en general como 2112, tiene una parte superior y unas paredes, donde la parte superior tiene un orificio a través del cual se inserta el tubo 2111.

La pieza sinterizada de vidrio 2102 se muestra con más detalle en la figura 21B. La figura 21B es una vista en sección transversal de la pieza sinterizada de vidrio, ilustrada sin la puerta de entrada 2102A y sin la puerta de salida 2102B. Como está indicado, la pieza sinterizada de vidrio es un embudo de disco sinterizado de 350 ml que tiene poros especificados entre 4 y 5,5 \mum. Haciendo referencia a la figura 21B, la pieza sinterizada de vidrio 2102 comprende un embudo cilíndrico cubierto designado como 2150 y un disco sinterizado de vidrio ilustrado como 2160. La pieza sinterizada de vidrio 2102 comprende además un conjunto cilindro/pistón ilustrado en general como 2165 (que comprende el cilindro 2166 y el pistón 2168), que confina la muestra de prueba, ilustrada como 2170, y proporciona una pequeña presión de confinamiento a la muestra de prueba. Para impedir una excesiva evaporación del líquido de la prueba del disco sinterizado de vidrio 2160, se coloca un anillo de Teflón ilustrado como 2162 sobre la parte superior del disco de vidrio sinterizado 2160. El anillo de Teflón® 2162 es de 0,0127 cm de espesor(disponible como una lámina en McMasterCarr con el número #8569K16 y se corta al tamaño adecuado) y se utiliza para cubrir la superficie del disco sinterizado exterior al cilindro 2166, y así se hace mínima la evaporación desde la pieza sinterizada de vidrio. El diámetro exterior del anillo y el diámetro interior del mismo son de 7,6 y 6,3 cm, respectivamente. El diámetro interior del anillo de Teflón® 2162 es alrededor de 2 mm menos que el diámetro exterior del cilindro 2166. Se coloca una junta tórica 2164 de Vitón® (disponible en McMasterCarr con el número #AS568A-150 y AS568A-151) sobre la parte superior del anillo 2162 de Teflón® para cerrar herméticamente el espacio entre la pared interior del embudo cilíndrico cubierto 2150 y el anillo 2162 de Teflón®, para ayudar aún más a impedir la evaporación. Si el diámetro exterior de la junta tórica excede del diámetro interior el embudo cilíndrico cubierto 2150, el diámetro de la junta tórica se reduce para que quepa en el embudo de la manera siguiente: se corta la junta tórica para que quede abierta, cortando la cantidad necesaria de material de la junta tórica y se vuelve a pegar la junta tórica de forma tal que ésta entre en contacto con la pared interior del embudo cilíndrico cubierto 2150 en toda su periferia. Aunque la pieza sinterizada descrita anteriormente representa un ejemplo adecuado de la misma, puede ser necesario utilizarla con dimensiones diferentes de las anteriores para que se ajuste mejor a las dimensiones del elemento de manejo de líquido o del dispositivo a comprobar. La superficie de la pieza sinterizada debe asemejarse en la mayor medida posible a la superficie de la zona de adquisición del elemento de manejo de fluido o del dispositivo con el fin de utilizar completamente la zona de adquisición con el fin de hacer mínima la evaporación desde la pieza
sinterizada.

Como se ha indicado, un conjunto de cilindro/pistón ilustrado en general en la figura 21B como 2165, confina la muestra de prueba y proporciona una pequeña presión de confinamiento a la muestra de prueba 2170. Haciendo referencia a la figura 21C, el conjunto 2165 consiste en un cilindro 2166, un pistón de Teflón® en forma de copa indicado como 2168 y, cuando sea necesario, un peso o pesos (no ilustrados) que se ajustan dentro del pistón 2168. (El peso opcional será utilizado cuando sea necesario para ajustar el peso combinado del pistón y el peso opcional de manera que se alcance una presión de confinamiento de 0,2 psi dependiendo del diámetro en seco de la muestra de la prueba. Esto se describe más adelante). El cilindro 2166 es una pieza de una barra de Lexán® y tiene las dimensiones siguientes: un diámetro exterior de 7,0 cm, un diámetro interior de 6,0 cm y una altura de 6,0 cm. El pistón de Teflón® 2168 tiene las dimensiones siguientes: un diámetro exterior que tiene 0,02 cm menos que el diámetro interior del cilindro 2166. Como se ilustra en la figura 21D, el extremo del pistón 2168 que no está en contacto con la muestra de la prueba está hueco para proporcionar una cámara 2190 de 5,0 cm de diámetro por alrededor de 1,8 cm de profundidad para recibir pesos opcionales (que vienen condicionados por el diámetro real en seco de la muestra de la prueba) requeridos para alcanzar una presión de confinamiento de la muestra de la prueba de 0,2 psi (1,4 kPa). En otras palabras, el peso total del pistón 2168 y de cualquier otro peso opcional (no ilustrado en las figuras), dividido por el diámetro real de la muestra de la prueba (cuando está seca) debe ser tal que se alcance una presión de confinamiento de 0,2 psi. El cilindro 2166 y el pistón 2168 (y los pesos opcionales) están equilibrados a 31ºC durante al menos 30 minutos antes de llevar a cabo la medición de capacidad absorbente de sorción capilar. De nuevo, las dimensiones descritas anteriormente se eligen de manera que se ajusten al ejemplo de pieza sinterizada descrita anteriormente. Cuando se elige una pieza sinterizada diferente, es necesario ajustar consecuentemente las dimensiones del conjunto pistón/
cilindro.

Se utiliza una película (de 14 cm x 14 cm) con aberturas, que no está tratada con un agente tensioactivo ni lo tiene incorporado, para cubrir la pieza de vidrio sinterizada 2102 durante los experimentos de sorción capilar para hacer mínima la desestabilización del aire alrededor de la muestra. Las aberturas son lo suficientemente grandes para impedir que se forme condensación en el lado inferior de la película durante el experimento.

Preparación de la muestra de la prueba

Para el presente procedimiento, es importante que las dimensiones de la muestra y de la pieza sinterizada no sean muy diferentes. Para conseguir esto, se pueden adoptar dos soluciones:

a) Para muestras de prueba que puedan ser ajustadas fácilmente a un tamaño adecuado, por ejemplo cortándolas, tanto el tamaño de este corte como el de la pieza sinterizada se eligen como una estructura con forma circular de 5,4 cm de diámetro, como puede hacerse utilizando un perforador arqueado convencional.

b) Cuando la muestra de la prueba no puede ser cortada fácilmente con esta dimensión, el tamaño y, preferiblemente, también la forma de la pieza sinterizada, han de ser ajustados al tamaño y la forma de la muestra de la
prueba.

En ambos casos, la muestra de la prueba puede ser un elemento fácilmente separable de un elemento o dispositivo, puede ser un componente particular de cualquiera de éstos, o puede ser una combinación de componentes de los mismos. También podría ser necesario ajustar el tamaño del depósito de líquido para que se adapte a requisitos variables.

El peso en seco de la muestra de la prueba (utilizada a continuación para calcular la capacidad absorbente de sorción capilar) es el peso de la muestra de la prueba preparada bajo las condiciones ambientales anteriores.

Puesta en funcionamiento experimental

1.: Colocar una pieza sinterizada de vidrio 2102 limpia y seca en un soporte de embudo unido a la corredera vertical 2101. Desplazar el soporte del embudo de la corredera vertical de forma tal que la pieza sinterizada de vidrio esté a una altura de 0 cm.

2.: Disponer los componentes del aparato como se ilustra en la figura 21A, como se ha descrito anteriormente.

3.: Colocar un depósito 2106 de líquido de la báscula de 12 cm de diámetro en la báscula 2107. Colocar una tapa de plástico 2106B sobre este depósito 2106 de líquido de la báscula y una tapa de plástico sobre la caja 2112 de la báscula, teniendo cada una de ellas unos pequeños orificios para permitir que el tubo 2111 de vidrio se ajuste a su través. No permitir que el tubo de vidrio toque la tapa 2106B del depósito de líquido de la báscula o se tendrá como resultado una lectura inestable en la báscula, lo que hará que la medición no pueda ser utilizada.

4.: La llave de paso 2110 está cerrada para el tubo 2104 y abierta para el tubo de vidrio 2111. El depósito 2105 de fluido, que se ha llenado previamente con fluido de prueba, se abre para permitir que el fluido de prueba entre en el tubo 2111, para llenar el depósito 2106 de fluido de la báscula.

5.: Se nivela la pieza sinterizada de vidrio 2102 y se fija en su sitio. Asegurarse también que la pieza sinterizada de vidrio esté seca.

6.: Unir el tubo 2103 de Tygon® a la llave de paso 2109. El tubo debe ser suficientemente largo para alcanzar la pieza sinterizada de vidrio 2102 en su punto más alto de 200 cm sin pliegues). Llenar este tubo de Tygon® con líquido de prueba del depósito 2105 de líquido.

7.: Unir el tubo 2103 de Tygon® a la pieza sinterizada niveladora de vidrio 2102 y abrir después la llave de paso 2109 y la llave de paso 2110 que conducen desde el depósito 2105 de fluido hasta la pieza sinterizada 2102. (La llave de paso 2110 debe estar cerrada para el tubo 2111 de vidrio). El líquido de prueba llena la pieza sinterizada 2102 y elimina todo el aire atrapado durante el llenado de la pieza sinterizada niveladora de vidrio. Continuar llenando hasta que el nivel de fluido excede de la parte superior del disco 2160 de la pieza sinterizada de vidrio. Vaciar el embudo y eliminar las burbujas de aire en el tubo y dentro del embudo. Las burbujas de aire pueden ser eliminadas invirtiendo la pieza sinterizada de vidrio 2102 y permitiendo que las burbujas de aire se eleven y escapen a través del drenaje de la llave de paso 2109. (Las burbujas de aire son recogidas típicamente en el fondo del disco 2160 de la pieza sinterizada de vidrio). Volver a nivelar la pieza sinterizada utilizando un nivel suficientemente pequeño de manera que se ajuste dentro del embudo recubierto 2150 y sobre la superficie del disco 2160 de la pieza sinterizada de vidrio.

8.: Poner a cero la pieza sinterizada de vidrio con el depósito 2106 de líquido de la báscula. Para hacer esto, tomar una pieza de tubo de Tygon® de longitud suficiente y llenarla con el líquido de prueba. Colocar un extremo en el depósito 2106 de líquido de la báscula y utilizar el otro extremo para colocar en su posición la pieza sinterizada de vidrio 2102. El nivel del líquido de prueba indicado por el tubo (que es equivalente al nivel del depósito de líquido de la báscula) está 10 mm por debajo de la parte superior del disco 2160 de la pieza sinterizada de vidrio. Si éste no es el caso, ajustar la cantidad de líquido en el depósito o bien volver a colocar la posición cero sobre la corredera vertical 2101.

9.: Unir las puertas de entrada y de salida del baño 2108 de temperatura a través de tubos a las puertas 2102A y 2102B de entrada y de salida, respectivamente, de la pieza sinterizada de vidrio. Dejar que la temperatura del disco 2160 de la pieza sinterizada de vidrio vaya a los 31ºC. Esto puede medirse llenando parcialmente la pieza sinterizada de vidrio con líquido de prueba y midiendo su temperatura una vez que ha alcanzado la temperatura de equilibrio. El baño necesitará ser fijado a una temperatura algo más alta de 31ºC para permitir la disipación de calor durante el recorrido del agua desde el baño a la pieza sinterizada de vidrio.

10.: Se equilibra la pieza sinterizada de vidrio durante 30 minutos.

Parámetros de sorción capilar

A continuación se describe un programa de ordenador que determinará el tiempo que la pieza sinterizada de vidrio permanece en cada altura.

En el programa de software de la sorción capilar, una muestra de prueba está a cierta altura especificada desde el depósito de fluido. Como se ha indicado anteriormente, el depósito de fluido está sobre una báscula, de forma tal que un ordenador puede leer la báscula al final de un intervalo de tiempo conocido y calcular el caudal (Delta de lectura/intervalo de tiempo) entre la muestra de prueba y el depósito. Para los fines de este método, se considera que la muestra de prueba está en equilibrio cuando el caudal es inferior a un caudal especificado para un número especificado de intervalos de tiempo consecutivos. Se reconoce que, para un cierto material, puede no alcanzarse el equilibrio real cuando se alcanza la "CONSTANTE DE EQUILIBRIO" especificada. El intervalo de tiempo entre lecturas es de 5 segundos.

El número de lecturas en la tabla de deltas está especificado en el menú de sorción capilar como "MUESTRAS DE EQUILIBRIO". El número máximo de deltas es 500. La constante del caudal está especificada en el menú de sorción capilar como "CONSTANTE DE EQUILIBRIO".

Se introduce la constante de equilibrio en unidades de gramos/segundo, con una gama desde 0,0001 hasta
100.000.

El siguiente es un ejemplo simplificado de la lógica. La tabla muestra la lectura de la báscula y el Delta de Flujo para cada Intervalo de Tiempo.

Muestras de equilibrio = 3.

Constante de equilibrio = 0,0015

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\vskip1.000000\baselineskip

Intervalo	Valor en	Delta de
de tiempo	la báscula (g)	flujo (g/s)
0	0
1	0,090	0,0180
2	0,165	0,0150
3	0,225	0,0120
4	0,270	0,0090
5	0,295	0,0050
6	0,305	0,0020

(Continuación)

Intervalo	Valor en	Delta de
de tiempo	la báscula (g)	flujo (g/s)
7	0,312	0,0014
8	0,316	0,0008
9	0,318	0,0004

\vskip1.000000\baselineskip

Tabla de deltas

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Tiempo	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Delta1	9999	0,0180	0,0180	0,0180	0,0090	0,0090	0,0090	0,0014	0,0014	0,0014
Delta2	9999	9999	0,0150	0,0150	0,0150	0,0050	0,0050	0,0050	0,0008	0,0008
Delta3	9999	9999	9999	0,0120	0,0120	0,0120	0,0020	0,0020	0,0020	0,0004

La adquisición de equilibrio para el ejemplo simplificado anterior es de 0,318 gramos.

A continuación se describe el código en lenguaje C utilizado para determinar la adquisición de equilibrio:

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\vskip1.000000\baselineskip

24

25

26

Parámetros de sorción capilar

Descripción de la carga (Presión de confinamiento): carga de 0,2 psi

Muestras de equilibrio (n): 50

Constante de equilibrio: 0,0005 g/s

Valor de la altura al poner en funcionamiento: 100 cm

Valor de la altura al terminar: 0 cm

Parámetros de altura hidrostática:	200, 180, 160, 140, 120, 100, 90, 80, 70, 60, 50, 45, 40, 35, 30, 25, 20, 15,
	10,5 y 0 cm.

El procedimiento de sorción capilar se lleva a cabo utilizando todas las alturas antes especificadas, en el orden establecido, para la medición de la capacidad absorbente de sorción capilar. Aún cuando se desee determinar la capacidad absorbente de la sorción capilar a una altura en particular (por ejemplo: 35 cm), debe completarse toda la serie de parámetros de alturas hidrostáticas en el orden especificado. Aunque todas estas alturas son utilizadas en el rendimiento de la prueba de sorción capilar para generar isotermas de sorción capilar para la muestra de prueba, la presente divulgación describe los elementos absorbentes de almacenamiento en función de sus propiedades absorbentes a alturas especificadas de 200, 140, 100, 50, 35 y 0 cm.

Procedimiento de sorción capilar

1): Seguir el procedimiento de puesta en funcionamiento experimental.

2): Asegurarse de que el baño 2108 de temperatura está activado y de que el agua está circulando a través de la pieza sinterizada 2102 de vidrio y la temperatura del disco 2160 de la pieza sinterizada de vidrio es 31ºC.

3): Situar la pieza sinterizada de vidrio 2102 a una altura de aspiración de 200 cm. Abrir las llaves de paso 2109 y 2110 para conectar la pieza sinterizada de vidrio 2102 con el depósito 2106 de líquido de la báscula (la llave de paso 2110 está cerrada para el depósito 2105 de líquido). La pieza sinterizada de vidrio 2102 es equilibrada durante 30 minutos.

4): Introducir los anteriores parámetros de sorción capilar en el ordenador.

5): Cerrar las llaves de paso 2109 y 2110.

6): Desplazar la pieza sinterizada de vidrio 2101 a la altura de puesta en funcionamiento de 100 cm.

7): Colocar el anillo 2162 de Teflón® sobre la superficie del disco 2160 de la pieza sinterizada de vidrio. Poner la junta tórica 2164 sobre el anillo de Teflón®. Colocar el cilindro precalentado 2166 de manera concéntrica sobre al anillo de Teflón®. Colocar la muestra 2170 de manera concéntrica en el cilindro 2166 sobre el disco 2160 de la pieza sinterizada de vidrio. Colocar el pistón 2168 dentro del cilindro 2166. Se colocan pesos adicionales de confinamiento dentro de la cámara 2190 del pistón, si fuera requerido.

8): Cubrir la pieza sinterizada de vidrio 2102 con una película que tenga aberturas.

9): La lectura de la báscula en este punto establece la lectura de cero o tara.

10): Desplazar la pieza sinterizada de vidrio 2102 a 200 cm.

11): Abrir las llaves de paso 2109 y 2110 (la llave de paso 2110 está cerrada para el depósito 2105 de fluido) y comenzar las lecturas de la báscula y de los tiempos.

Corrección de la pieza sinterizada de vidrio (adquisición con corrección sin muestra)

Como el disco 2160 de la pieza sinterizada de vidrio es una estructura porosa, la toma de absorción de sorción capilar de la pieza sinterizada de vidrio 2102 (adquisición con corrección sin muestra) debe ser determinada y restada para obtener la verdadera adquisición de absorción de sorción capilar de la muestra de la prueba. La corrección de la pieza de vidrio sinterizada se efectúa para cada nueva pieza sinterizada de vidrio utilizada. Ejecutar el procedimiento de sorción capilar como se ha descrito anteriormente, excepto que se efectúa sin la muestra de prueba, para obtener la Adquisición (g) sin Muestra. El tiempo transcurrido para cada altura especificada es igual al Tiempo (s) sin
Muestra.

Corrección por pérdida de evaporación

1): Desplazar la pieza sinterizada 2102 de vidrio a 2 cm por encima de cero y dejar que se equilibre a esta altura durante 30 minutos con las llaves de paso 2109 y 2110 abiertas (cerradas para el depósito 2105).

2): Cerrar las llaves de paso 2109 y 2110.

3): Colocar el anillo 2162 de Teflón® sobre la superficie del disco 2160 de la pieza sinterizada de vidrio. Poner la junta tórica 2164 sobre el anillo de Teflón®. Colocar el cilindro precalentado 2166 de manera concéntrica sobre el anillo de Teflón®. Colocar el pistón 2168 dentro del cilindro 2166. Colocar la película con aberturas sobre la pieza sinterizada de vidrio 2102.

4): Abrir las llaves de paso 2109 y 2110 (cerradas para el depósito 2105) y registrar la lectura de la báscula y el tiempo durante 3,5 horas. Calcular la Evaporación de la Muestra (g/hora) como sigue:

: [lectura de la báscula a 1 hora - lectura de la báscula a 3,5 horas] /2,5 horas.

Después de tomar todas las precauciones anteriores, tendrá lugar alguna pérdida por evaporación, típicamente alrededor de 0,10 g/hora, tanto para la muestra de la prueba como para la corrección de la pieza sinterizada. Idealmente, se mide la evaporación de la muestra para cada nueva pieza sinterizada de vidrio 2102 instalada.

Limpieza del equipo

Se utiliza un nuevo tubo de Tygón® 2103 cuando se instala nuevamente una pieza sinterizada de vidrio 2102. Se limpian los tubos 2104 y 2111 de vidrio, el depósito 2105 de fluido, y el depósito 2106 de líquido de la báscula con blanqueador Clorox Bleach® al 50% en agua destilada, seguido de un enjuague con agua destilada si es visible una contaminación microbiana.

a. Limpieza después de cada experimento

Al final de cada experimento (después de haber sido retirada la muestra de la prueba), se enjuaga en dirección de avance, con un chorro de agua, la pieza sinterizada de vidrio (es decir, se introduce el líquido de prueba en el fondo de la pieza sinterizada de vidrio), con 250 ml de líquido de prueba del depósito 2105 de líquido para eliminar la muestra de prueba residual de los poros del disco de la pieza sinterizada de vidrio. Con las llaves de paso 2109 y 2110 abiertas para el depósito 2105 de líquido y cerradas para el depósito 2106 de líquido de la báscula, se retira la pieza sinterizada de vidrio de su soporte, se invierte y se enjuaga primero con un líquido de prueba, seguido de enjuagues con acetona y líquido de prueba (orina sintética). Durante el enjuague, la pieza sinterizada de vidrio debe ser invertida y se riega con el fluido de enjuague sobre la superficie de contacto de la muestra de prueba del disco de la pieza sinterizada de vidrio. Tras el enjuague, la pieza sinterizada de vidrio se enjuaga en dirección de avance por segunda vez, con 250 ml de líquido de prueba (orina sintética). Finalmente, la pieza sinterizada de vidrio vuelve a ser instalada en su soporte y se nivela la superficie de la pieza sinterizada de vidrio.

b. Supervisión del rendimiento de la pieza sinterizada de vidrio

El rendimiento de la pieza sinterizada de vidrio debe ser supervisado tras cada procedimiento de limpieza y para cada pieza sinterizada de vidrio que se instale de nuevo, quedando dispuesta la pieza sinterizada de vidrio en la posición de 0 cm. Se vierten 50 ml de líquido de prueba sobre la superficie del disco de la pieza sinterizada de vidrio nivelada (sin los componentes del anillo de Teflón®, de la junta tórica y del cilindro/pistón). Se registra el tiempo que tarda en caer el nivel del fluido de prueba hasta los 5 mm por encima de la superficie del disco de la pieza sinterizada de vidrio. Se debe hacer una limpieza periódica si este tiempo excede de 4,5 minutos.

c. Limpieza periódica

Periódicamente, (véase la supervisión del rendimiento de la pieza sinterizada anterior), se limpian con profusión las piezas sinterizadas de vidrio para impedir atascos. Los fluidos de enjuague son agua destilada, acetona, Clorox Bleach® al 50% en agua destilada (para eliminar el desarrollo bacteriano) y líquido de prueba. La limpieza implica la retirada de la pieza sinterizada de vidrio del soporte y la desconexión de todos los tubos. Se enjuaga con un chorro en sentido de avance la pieza sinterizada de vidrio (es decir, se introduce el líquido de enjuague en el fondo de la pieza sinterizada de vidrio) con la pieza sinterizada invertida, con los fluidos y cantidades apropiados en el orden siguiente:

1. 250 ml de agua destilada.

2. 100 ml de acetona.

3. 250 ml de agua destilada.

4. 100 ml solución al 50:50 de Clorox®/agua destilada

5. 250 ml de agua destilada.

6. 250 ml de fluido de prueba.

El procedimiento de limpieza es satisfactorio cuando el rendimiento de la pieza sinterizada de vidrio está dentro de los criterios establecidos de flujo de fluido (véase lo anterior) y cuando no se observa ningún residuo sobre la superficie del disco de la pieza sinterizada de vidrio. Si no puede realizarse con éxito la limpieza, la pieza sinterizada debe ser sustituida.

Cálculos

Se dispone el ordenador para que proporcione un informe consistente en la altura de la aspiración capilar en cm, el tiempo, y la adquisición en gramos para cada altura especificada. A partir de estos datos, puede calcularse la capacidad absorbente de aspiración capilar, que está corregida por la adquisición de la pieza sinterizada y por la pérdida por evaporación. Además, basándose en la capacidad absorbente de aspiración capilar a 0 cm, puede calcularse la eficiencia de la absorción capilar a alturas especificadas. Además, se calcula la tasa de adquisición efectiva inicial a 200 cm.

Adquisición con corrección sin muestra

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260

Capacidad absorbente de Aspiración capilar ("CSAC")

\vskip1.000000\baselineskip

270

Tasa de adquisición efectiva inicial a 200 cm ("IEUR")

\vskip1.000000\baselineskip

280

Informes

Deben tomarse un mínimo de dos mediciones para cada muestra y debe promediarse la adquisición para cada altura con el fin de calcular la Capacidad Absorbente de Sorción Capilar (CSAC) para un elemento absorbente dado o para un material dado con un área grande de su superficie.

Con estos datos, pueden calcularse los respectivos valores:

-: La altura de Desorción de la Sorción Capilar a la cual el material ha liberado el x% de su capacidad a 0 cm (es decir, de CSAC 0), (CSDH x) expresada en cm;

-: La altura de Absorción de la Sorción Capilar a la cual el material ha absorbido el y% de su capacidad a 0 cm (es decir, de CSAC 0), (CSAH y) expresada en cm;

-: La capacidad absorbente de la Sorción Capilar a una cierta altura z (CSAZ z), expresada en unidades de g {de fluido} / g {de material}; especialmente a la altura cero (CSAC 0), y a alturas de 35 cm, 40 cm, etc;

-: La eficiencia de la Absorción de la Sorción Capilar a una cierta altura z (CSAE z) expresada en %, que es la relación de valores para CSAC 0 y CSAC z.

Si se combinan dos materiales (por ejemplo utilizando el primero de ellos como material de adquisición/distribución y el segundo como material de almacenamiento de líquido), el valor de CSAC (y por tanto el respectivo valor de CSAE) del segundo material puede ser determinado para el valor de CSDH x del primer material.

Prueba de capacidad centrífuga de la bolsa de té (Prueba TCC)

Aunque la prueba TCC ha sido desarrollada específicamente para materiales superabsorbentes, puede ser aplicada fácilmente a otros materiales absorbentes.

La Prueba de Capacidad Centrífuga de la Bolsa de Té mide los valores de la Capacidad Centrífuga de la Bolsa de Té, que son una medida de la retención de líquidos en los materiales absorbentes.

Se coloca el material absorbente dentro de una "bolsa de té", sumergida en una solución al 0,9% en peso de cloruro de sodio durante 20 minutos, y después se centrifuga durante 3 minutos. La relación del peso de líquido retenido al peso inicial del material seco es la capacidad de absorción del material absorbente.

Se vierten dos litros de cloruro sódico al 0,9% en peso en agua destilada en una bandeja con dimensiones de 24 cm x 30 cm x 5 cm. La altura de llenado de líquido debe ser de alrededor de 3 cm.

La bolsa de té tiene unas dimensiones de 6,5 cm x 6,5 cm y está disponible en Teekanne de Dusseldorf, Alemania. La bolsa puede ser cerrada herméticamente con un dispositivo estándar de cierre hermético de bolsas de plástico (por ejemplo, con VACUPACK2 PLUS de Krups, Alemania).

Se abre la bolsa de té cortándola con cuidado parcialmente y se pesa. Se colocan en la bolsa de té alrededor de 0,200 g de la muestra de material absorbente, pesado con precisión de +/- 0,005 g. Se cierra después la bolsa de té con un cierre por caldeo. Esta es denominada bolsa de té de la muestra. Se cierra herméticamente una bolsa de té vacía y se utiliza con bolsa sin muestra.

Después se deja reposar la bolsa de té de la muestra y la bolsa de té sin muestra sobre la superficie de la solución salina y se sumergen alrededor de 5 segundos utilizando una espátula para permitir el humedecimiento completo (las bolsas de té flotarán en la superficie de la solución salina, pero están completamente mojadas). Se inicia inmediatamente el temporizador.

Tras 20 minutos de tiempo de remojo, se retira la bolsa de té de la muestra y la bolsa de té sin muestra de la solución salina, y se colocan en un centrifugador Bauknecht WS130, Bosch 772 NZK096 o equivalentes (de 230 mm de diámetro, de manera que cada una de las bolsas se pegue en la pared exterior de la cesta centrífuga. Se cierra la tapa del centrifugador, se arranca el centrifugador y se eleva rápidamente la velocidad hasta 1400 rpm. Una vez que se ha estabilizado el centrifugador a 1400 rpm, se inicia el temporizador. Pasados 3 minutos, se para el centrifugador.

Se retira la bolsa de té de la muestra y la bolsa de té sin muestra y se pesan separadamente.

La Capacidad Centrífuga de la Bolsa de Té (TCC) para la muestra del material absorbente se calcula como sigue:

TCC = [(peso de la bolsa de té de la muestra tras la centrifugación) - (peso de la bolsa de té sin muestra tras la centrifugación) - (peso del material absorbente seco)] / (peso del material absorbente seco).

Claims

1. Elemento (401) de transporte de líquido que comprende al menos una región abultada (403) y una región (404) de pared que circunscribe completamente dicha región abultada, caracterizado porque dicha región de pared comprende además al menos una región (706) de puerta de entrada y al menos una región (707) de puerta de salida, y porque dicha región abultada tiene una permeabilidad media k_{b} de fluido que es más alta que la permeabilidad media k_{p} de fluido de las regiones de las puertas, caracterizado porque k_{b} es al menos 10^{-11} m^{2}, y k_{p} es al menos 3*10^{-14} m^{2}, dichas regiones de las puertas tienen una relación entre la permeabilidad al fluido y el espesor en la dirección del transporte de fluido, k_{p}/d_{p}, de al menos 3*10^{-15} m y la región de la puerta tiene poros de 1 \mum a 50 \mum y la región abultada tiene una porosidad de al menos el 80% y/o poros mayores que 200 \mum; y la región de la pared y las regiones de las puertas son impermeables al aire, según se define aquí.

2. Elemento (401) de transporte de líquido de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en el que la relación entre la permeabilidad de la región abultada (403) y la permeabilidad de las regiones (706, 707) de las puertas es al menos 10, preferiblemente al menos 100, más preferiblemente al menos 1000 y aún más preferible de al menos 100.000.

3. Elemento (401) de transporte de líquido de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el elemento tiene una presión del punto de burbujeo, cuando se mide con agua que tiene una tensión superficial de 72 mN/m, de al menos 1 kPa, preferiblemente de al menos 2 kPa, más preferiblemente de al menos 4,5 kPa, aún más preferible de al menos 8 kPa y, lo más preferible, de al menos 50 kPa.

4. Elemento (401) de transporte de líquido de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que las regiones (706, 707) de las puertas tienen una presión del punto de burbujeo, cuando se mide con agua que tiene una tensión superficial de 72 mN/m, de al menos 1 kPa, preferiblemente de al menos 2 kPa, más preferiblemente de al menos 4,5 kPa, aún más preferible de al menos 8 kPa y, lo más preferible, de al menos 50 kPa.

5. Elemento (401) de transporte de líquido de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que las regiones (706, 707) de las puertas tienen una presión del punto de burbujeo, cuando se mide con una solución acuosa de prueba que tiene una tensión superficial de 33 mN/m, de al menos 0,67 kPa, preferiblemente de al menos 1,3 kPa, más preferiblemente de al menos 3,0 kPa, aún más preferiblemente de 5,3 kPa y, lo más preferible, de
33 kPa.

6. Elemento (401) de transporte de líquido de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que dicho elemento pierde más del 3% del líquido inicial en la prueba del sistema cerrado.

7. Elemento (401) de transporte de líquido de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que dicha región abultada (403) tiene un tamaño medio del poro de al menos 500 \mum, más preferiblemente de al menos 1000 \mum y, lo más preferible, de al menos 5000 \mum.

8. Elemento (401) de transporte de líquido de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que dicha región abultada (403) tiene una porosidad de al menos el 90%, aún más preferiblemente de al menos el 98% y, lo más preferible, de al menos el 99%.

9. Elemento (401) de transporte de líquido de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que dichas regiones (706, 707) de las puertas tienen un tamaño del poro de al menos 3 \mum.

10. Elemento (401) de transporte de líquido de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que dichas regiones (706, 707) de las puertas tienen un espesor medio de no más de 10 \mum y, lo más preferible, de no más de 5 \mum.

11. Elemento (401) de transporte de líquido de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que dicha región abultada (403) tiene, con relación a dicha región (404) de la pared, una relación de volumen de al menos 10, preferiblemente de al menos 100, más preferiblemente de al menos 1000 y, aún más preferiblemente, de al menos 10.000.

12. Elemento (401) de transporte de líquido de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que las regiones (706, 707) de las puertas son hidrófilas, teniendo preferiblemente un ángulo de contacto decreciente para el líquido a transportar de menos de 70 grados, preferiblemente de menos de 50 grados, más preferiblemente de menos de 20 grados y, aún más preferiblemente, de menos de 10 grados.

13. Elemento (401) de transporte de líquido de acuerdo con la reivindicación 12, en el que las regiones (706, 707) de las puertas no disminuyen sustancialmente la tensión superficial del líquido que ha de ser transportado.

14. Elemento (401) de transporte de líquido de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que dicha región abultada (403) es deformable y expansible durante el transporte de líquido.

15. Elemento (401) de transporte de líquido de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que dicho elemento es expansible con el contacto del líquido de la región abultada y colapsable con la retirada del líquido de la región abultada.

16. Elemento (401) de transporte de líquido de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que tiene una forma similar a una lámina, o una forma similar a la cilíndrica.

17. Elemento (401) de transporte de líquido de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que dicha región abultada (403) comprende un material seleccionado entre los grupos de fibras, partículas, espumas, espirales, películas, láminas onduladas o tubos.

18. Elemento (401) de transporte de líquido de acuerdo con la reivindicación 17, en el que dicha espuma es una espuma reticulada de células abiertas, seleccionada preferiblemente entre el grupo de esponja de celulosa, espuma de poliuretano, espumas HIPE.

19. Elemento (401) de transporte de líquido de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el elemento está hecho de una región (403) abultada porosa que está envuelta por una región (404) de pared independiente.

20. Elemento (401) de transporte de líquido de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, para el transporte de descargas corporales tales como orina, menstruación, sudor o heces.

21. Un pañal (1420), un pantalón de aprendizaje, una compresa de protección femenina o un forro para una braga para adultos o niños, que comprenden el elemento de transporte de líquido de cualquier reivindicación precedente.