PL170808B1 - Wyrób chlonny PL PL PL PL PL - Google Patents

Abstract

1 . WYRÓB CHLONNY, ZWLASZCZA DO WCHLANIANIA I ZATRZYMYWANIA PLYNNYCH WYDZIELIN FIZJOLOGICZNYCH ZAWIERAJACYCH PRZEPUSZCZALNA DLA PLYNÓW WARSTWE GÓRNA, STOSUNKOWO NIE- PRZEPUSZCZALNA DLA PLYNÓW PODKLADKE ORAZ RDZEN CHLONNY, ZNAMIENNY TYM, ZE RDZEN CHLONNY ZAWIERA POLIMEROWY MATERIAL PIANKOWY ABSORBUJACY I ZATRZYMUJACY WYDZIELINY FIZJOLOGICZNE, MAJACE HYDROFILOWA, GIETKA STRUKTURE O POLACZONYCH ZE SOBA OTWARTYCH KOMÓRKACH, ZAWIERAJACA RESZTKOWE ILOSCI SRODKA HYDROFILIZUJACEGO, BEDACEGO NIEDRAZNIACYM SRODKIEM POWIERZCHNIOWO— CZYNNYM, NADAJACEGO HYDROFILOWOSC TEJ STRUKTURZE, PRZY CZYM STRUKTURA TA WYKAZUJE W KONTAKCIE Z WODNYMI PLYNAMI USTROJOWYMI OBJETOSC PORÓW 12-100 ML/G, POLE I POWIERZCHNI WLASCIWEJ WYZNACZONE METODA SSANIA KAPILARNEGO W ZAKRESIE 0,5-5,0 M2/G ORAZ ODPORNOSC NA ODKSZTALCENIA SCISKAJACE TAKA, ZE OGRANICZAJACE CISNIENIE 5,1 KPA POWO- DUJE PO 15 MINUTACH NAPREZENIE SCISKAJACE OD 5% DO 95% STRUKTURY, GDY WYSYCONA JEST ONA W TEMPERATURZE 37 C DO STANU SWOBODNEJ POJEMNOSCI CHLONNEJ SYNTETYCZNYM MO- CZEM O NAPIECIU POWIERZCHNIOWYM 65 ± 5 10- 3 N/M. PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest wyrób chłonny.

Wyrób chłonny zawiera porowaty polimerowy materiał piankowy o strukturze otwarto komórkowej, posiadający własności chłonno przepływowe. Wyroby takie zwłaszcza nadają się do wchłaniania wydzielin fizjologicznych, na przykład moczu. Do wyrobów tego typu należą pieluchy, odzież dla osób nie będących w stanie kontrolować wydalania, wkłady do łóżek, wkładki do majtek, opaski przeciwpotne, wkładki do butów i tym podobne.

Rozwój wyrobów o dużej chłonności, takich jak pieluchy, podpaski higieniczne, bandaże i tym podobne, jest przedmiotem stałego zainteresowania przemysłu. Początkowo jako elementy chłonne w wyrobach tego typu stosowano różne tkaniny i włókna bawełniane. Dalszy postęp w dziedzinie materiałów i struktur chłonnych poszedł w kierunku rozwoju różnych, formowanych na sucho materiałów celulozowych, które na ogół są w stanie wchłonąć płynne wydzieliny fizjologiczne, takie jak mocz, w ilości 5-6 krotnie przewyższającej ich własną masę. Ostatnio znacznie zwiększono pojemność chłonną wyrobów chłonnych, takich jak pieluchy, oraz umożliwiono produkcję stosunkowo cienkich pieluch, dostępnych aktualnie na rynku, dzięki żelującym materiałom chłonnym, takim jak poliakrylany, używanym w połączeniu z włóknami celulozowymi. Ale nawet po wprowadzeniu tych nowości nadal trwają poszukiwania jeszcze lepszych materiałów i struktur chłonnych.

Na pierwszy rzut oka wydaje się, że w wyrobach i strukturach chłonnych można z powodzeniem stosować zwykłe materiały gąbkowe, które można w szerokim sensie traktować jako pianki otwarto komórkowe. Na przykład, od niepamiętnych czasów do wycierania wody i innych płynów używano gąbek, zarówno naturalnych jak i sztucznych, celulozowych. Ale po dokładniejszej analizie okazuje się, że gąbki tego typu nie są szczególnie przydatne do stosowanych obecnie wysoko wydajnych wyrobów chłonnych do wydzielin fizjologicznych. Na przykład, wyroby chłonne są początkowo suche. Powszechnie wiadomo, że wiele suchych materiałów gąbkowych jest sztywnych i drażni skórę, w związku z czym nie nadaje się do stosowania w pieluchach i innych wyrobach chłonnych. Ponadto w wielu zwykłych materiałach gąbkowych komórki mają nierównomierne wymiary i są częściowo lub całkowicie zamknięte, co uniemożliwia przesiąkanie i zatrzymywanie w nich płynów. I w końcu, zwykłe materiały gąbkowe są co prawda w stanie wchłonąć dosyć duże ilości płynów, ale równocześnie uwalniają wchłonięte płyny pod działaniem bardzo małego nacisku. W związku z tym materiały gąbkowe tego typu zupełnie nie nadają się na stosowanie w sytuacjach, w których struktura chłonna jest używana w warunkach działania ciśnienia, na przykład w sytuacji, kiedy noszące pieluchę dziecko siada.

W literaturze i praktyce handlowej spotyka się oprócz zwykłych gąbek również opisy różnorodnych typów pianek polimerowych do wchłaniania różnych płynów i przeznaczonych do różnych celów. Znane jest również używanie pewnych typów polimerowych materiałów piankowych jako elementów wyrobów chłonnych, takich jak pieluchy i podpaski higieniczne dla kobiet. Na przykład, w opisie patentowym Stanów Zjedn. Ameryki nr 4,029,100, ujawniono zachowującą kształt pieluchę, w której w obszarze krocza jej wkładki chłonnej może znajdować się element z pianki, zapewniający wkładce wysoką sprężystość w stanie mokrym.

170 808

Ujawniono również kilka typów materiałów piankowych nadających się do wyrobów chłonnych przeznaczonych do wchłaniania, nasiąkania i/lub magazynowania płynnych wydzielin fizjologicznych. Na przykład, w opisie patentowym Stanów Zjedn. Ameryki Nr 3,563,243, ujawniono wkładkę chłonną do pieluch i podobnych wyrobów, w której głównym elementem chłonnym jest arkusz hydrofilowej pianki wykonanej z polimerów hydrofilowych. Podano, że arkusze pianki tego typu są wytwarzane techniką łączenia glikoli polioksyetylenowych z dwuizocyjanianami. W opisie patentowym Stanów Zjedn. Ameryki Nr 4,554,297, ujawniono polimery komórkowe do wchłaniania wydzielin fizjologicznych, które można używać w pieluchach lub podpaskach higienicznych dla kobiet. Polimery komórkowe tego typu stanowią produkt reakcji co najmniej jednej żywicy epoksydowej z zakończonym grupą aminową politlenkiem alkilenowym. W opisie patentowym Stanów Zjedn. Ameryki Nr 4,740,528, ujawniono kompozytowe struktury chłonne, takie jak pieluchy, podpaski higieniczne dla kobiet i podobne wyroby, zaopatrzone w gąbkowe elementy chłonne wykonane z pewnego typu silnie nasiąkliwej, sieciowanej pianki poliuretanowej.

Pomimo znanych zastosowań różnych typów pianek polimerowych jako elementów wyrobów chłonnych do wydzielin fizjologicznych, nadal poszukuje się innych piankowych materiałów chłonnych o optymalnej kombinacji parametrów i własności, dzięki którym pianki te są szczególnie użyteczne w sprzedawanych na rynku wyrobach chłonnych, takich jak pieluchy. Obecnie ustalono, że optymalne pianki chłonne do wydzielin fizjologicznych, a zwłaszcza pianki przeznaczone do pieluch i wyrobów chłonnych dla osób dorosłych, powinny mieć następujące własności:

a) giętkość i, korzystnie, zdolność do odzyskiwania kształtu po ściśnięciu, zapewniające wygodę użytkowania i odpowiednie parametry;

b) odpowiednią szybkość wchłaniania płynów, dzięki czemu są w stanie szybko odebrać i wchłonąć wydalany mocz lub inne płyny;

c) stosunkowo dobrą nasiąkliwość i własności rozprowadzające, umożliwiające im odprowadzenie wchłoniętego moczu lub innych płynów ze strefy, w której dana ciecz zetknęła się początkowo z pianką, do innych, nie wykorzystanych obszarów struktury pianki, co umożliwia przyjmowanie następnych porcji płynu;

d) stosunkowo dużą całkowitą pojemność magazynowania ze stosunkowo wysoką pojemnością pod obciążeniem, to jest pod działaniem sił ściskających; oraz

e) stosunkowo małą gęstość, dzięki czemu pianka ma odpowiednio dużą całkowitą pojemność chłonną przy stosunkowo cienkiej warstwie materiału;

f) stosunkowo dużą chłonność wydzielin fizjologicznych w porównaniu z innymi komponentami wyrobu chłonnego, dzięki czemu materiał piankowy jest w stanie odprowadzić (wchłonąć) płyny z innych komponentów i zmagazynować je w swojej strukturze.

Ocenia się, że pianki chłonne o wymienionych powyżej własnościach mogłyby mieć odpowiednie parametry pod względem wchłaniania, transportu i magazynowania płynów, wymagane z punktu widzenia ich stosowania w wysoko wydajnych wyrobach chłonnych. Korzystnie, pianki optymalne mogłyby również być miękkie w dotyku. Oczywiście, pianki chłonne przeznaczone do używania w styczności lub w pobliżu skóry, nie powinny również jej ranić lub drażnić ani też narażać użytkownika na działanie toksycznych środków chemicznych. W związku z tym, że zalecane zoptymalizowane pianki tego typu są przeznaczone do stosowania w wyrobach jednorazowego użytku, takich jak pieluchy, więc powinny również być stosunkowo tanie i łatwe w produkcji oraz dostosowane do odpowiednich systemów usuwania odpadów, na przykład takich, których funkcjonowanie jest oparte na wyrzucaniu odpadów na wysypiska, ich spalaniu i/lub kompostowaniu.

Producenci wyrobów chłonnych powinni również przekonać się, że zoptymalizowane materiały piankowe opisanego tu typu będą lepsze od dotychczasowych. Wyroby chłonne z takimi piankami powinny posiadać odpowiednią zawartość w stanie mokrym, powinny być odpowiednio dopasowane przez cały okres noszenia wyrobu, nie powinny zmieniać kształtu podczas użytkowania oraz powinny utrzymywać skórę w stanie suchym.

170 808

Ponadto produkcja wyrobów chłonnych z takimi strukturami piankowymi na skalę przemysłową powinna być łatwiejsza. Na przykład, rdzenie wyrobów chłonnych powinny być po prostu wycinane z ciągłych arkuszy pianki oraz powinny być zaprojektowane w taki sposób, żeby miały znacznie większą zawartość i jednorodność niż rdzenie chłonne z materiałów formowanych na sucho. Ponadto z pianek tego typu można by formować wyroby o dowolnych kształtach, a nawet integralne, jednoczęściowe pieluchy lub wyroby podobne do majtek. Alternatywnie, materiały piankowe tego typu można by łączyć, np. mieszać, z innymi konwencjonalnymi komponentami struktur chłonnych.

W niniejszym wynalazku wskazano parametry, które definiują przydatność zoptymalizowanych piankowych materiałów chłonnych do stosowania w wyrobach chłonnych do płynów fizjologicznych, takich jak mocz. Niniejszy wynalazek umożliwia uzyskanie wyrobów chłonnych zawierających pianki chłonne pozbawione wielu wad materiałów piankowych, stosowanych dotychczas w wyrobach chłonnych do wydzielin fizjologicznych.

Wyrób chłonny, zwłaszcza do wchłaniania i zatrzymywania płynnych wydzielin fizjologicznych zawierających przepuszczalną dla płynów warstwę górną, stosunkowo nieprzepuszczalną dla płynów podkładkę oraz rdzeń chłonny, odznacza się według wynalazku tym, że rdzeń chłonny zawiera polimerowy materiał piankowy absorbujący i zatrzymujący wydzieliny fizjologiczne, mające hydrofilową, giętką strukturę o połączonych ze sobą otwartych komórkach, zawierającą resztkowe ilości środkahydrofilizującego, będącego niedrażniącym środkiem powierzchniowo czynnym, nadającego hydrofilowość tej strukturze, przy czym struktura ta wykazuje w kontakcie z wodnymi płynami ustrojowymi objętość porów

12-100 ml/g, pole powierzchni właściwej wyznaczone metodą ssania kapilarnego w zakresie 0,5-5,0 m2/g oraz odporność na odkształcenia ściskające taką, że ograniczające ciśnienie 5,1 kPa powoduje po 15 minutach naprężenie ściskające od 5% do 95% struktury, gdy wysycona jest ona w temperaturze 37°C do stanu swobodnej pojemności chłonnej syntetycznym moczem o napięciu powierzchniowym 65 ± 5 · 10- N/m.

Korzystnie materiał piankowy struktury rdzenia chłonnego zawiera dodatkowy komponent wybrany spośród włókien celulozowych, cząstek lub włókien polimerowych środków żelujących i ich kombinacji i ewentualnie ma konfigurację wielowarstwową, w której górną warstwę stanowią włókna celulozowe wybrane spośród włókien ścieru drzewnego i usztywnionych, skręconych i skędzierzawionych włókien celulozowych, przy czym od 0 do 10% masy warstwy górnej stanowi polimerowy, cząsteczkowy środek żelujący, a warstwę dolną stanowi materiał piankowy.

Korzystnie struktura materiału piankowego ma gęstość od 0,01 do 0,08 g/cm3 po sprowadzeniu do stanu suchego, przeciętny wymiar porów od około 5 do 100 mikrometrów oraz powraca do kształtu po odkształceniu podczas ściskania w taki sposób, że po ściskaniu trwającym jedną minutę, materiał w stanie suchym w temperaturze 20°C odzyskuje w ciągu jednej minuty co najmniej 85% swojej grubości pierwotnej, natomiast materiał nasycony syntetycznym moczem do swojej swobodnej pojemności chłonnej w temperaturze 37°C, odzyskuje się co najmniej 75% swojej pierwotnej grubości, ma swobodną pojemność chłonną w temperaturze 37°C co najmniej 12 ml syntetycznego moczu na gram materiału piankowego w stanie suchym i pojemność chłonną moczu syntetycznego pod ciśnieniem 5,1 kPa utrzymywanym przez 15 minut w temperaturze 37°C, wynoszącą co najmniej 5% jej swobodnej pojemności chłonnej, szybkość nasiąkania pionowego w temperaturze 37°C, taką, że syntetyczny mocz wsiąka wzdłuż pionowego odcinka o długości 5 cm w czasie 30 minut lub krótszym oraz pojemności chłonną nasiąkania pionowego co najmniej 10 ml syntetycznego moczu na gram pianki przy wysokości pionowego nasiąkania wynoszącej 11,4 cm.

Korzystnie polimerowa struktura wyrobu jest wolna od polarnych grup funkcyjnych ale znajduje się w niej od 0,1% do 10% korzystnie 0,1% do 7%, wagowo resztek środka hydrofilizującego, wybranego spośród nie drażniących środków powierzchniowo-czynnych i uwadniających się soli nieorganicznych, korzystnie chlorku wapniowego.

Korzystnie polimerowy materiał piankowy stanowi polimerowy materiał piankowy skurczony, rozkurczający się po zetknięciu się z płynnymi wydzielinami fizjologicznymi, który ma

170 808 postać hydrofitowej, giętkiej struktury niehydrolizowanej z połączonymi ze sobą otwartymi komórkami, której pole powierzchni właściwej ssania kapilarnego wynosi od 0,5 do 5,0 m/g i w której to strukturze znajduje się ponadto od 0,5% do 20%, wagowo resztek nierozpuszczalnego w wodzie środka emulgującego i od 0,1% do 7%, wagowo środka hydrofilizującego w postaci dopuszczalnej ze względów toksycznych, higroskopijnej, uwodnionej soli, przy czym w stanie skurczonym struktura zawiera wodę w ilości od 4% do 15% polimerowego materiału piankowego i posiada gęstość w stanie suchym od 0,08 do 0,3 g/cm³, a w stanie rozkurczonym ma objętość porów od 12 do 100 ml/g, odporność na odkształcanie podczas ściskania taką, że po nasyceniu syntetycznym moczem o napięciu powierzchniowym 65 ± 5 10‘³N/m w temperaturze 37°C do swojej swobodnej pojemności chłonnej, po 15 minutach działania ciśnienia 5,1 kPa wykazuje odkształcenie od 5% do 95% oraz gęstość po nasyceniu do swojej swobodnej pojemności chłonnej syntetycznym moczem, odniesioną do stanu suchego, wynoszącą od około 9% do 28% jej gęstości w stanie skurczonym.

Niniejszy wynalazek dotyczy wchłaniających wydzieliny wyrobów chłonnych, takich jak pieluchy, w których jako co najmniej część rdzenia chłonnego zastosowano materiały chłonne z pianek polimerowych. Zatem, w najszerszym znaczeniu, w wyrobach chłonnych według niniejszego wynalazku będą w zasadzie znajdowały się: stosunkowo nieprzepuszczalna dla płynów podkładka (lub nieprzepuszczalna dla płynów błonka na samej piance) oraz materiał chłonny w postaci pianki polimerowej opisanego powyżej typu. Materiał chłonny w postaci polimerowej pianki jest powiązany z podkładką w taki sposób, że piankowy materiał chłonny znajduje się pomiędzy podkładką a tym obszarem użytkownika wyrobu chłonnego, w którym są wydalane płyny.

Polimerowy materiał piankowy do stosowania w wyrobie chłonnym według wynalazku nadający się zwłaszcza do wchłaniania i magazynowania w sobie płynnych wydzielin fizjologicznych, np. moczu, stanowi hydrofilową i giętką strukturę utworzoną z wielu otwartych, połączonych ze sobą komórek. Komórkowa struktura piankowa tego typu, stosowana jako materiał chłonny, ma objętość porów od około 12 do 100 ml/g i pole powierzchni właściwej, pod kątem ssania kapilarnego, od około 0,5 do 5,0 m²/g. Struktura piankowa tego typu wykazuje również taką odporność na odkształcanie podczas ściskania, że po jej nasyceniu syntetycznym moczem o napięciu powierzchniowym 65 ± 5 . KU N/m i temperaturze 37°C do jej swobodnej pojemności chłonnej, ciśnienie o wartości 5,1 kPa powoduje po 15 minutach działania jej odkształcenie wynoszące od około 5% do 95%.

Zalecane chłonne materiały piankowe o pożądanych własnościach można wytwarzać poprzez polimeryzację specjalnych emulsji typu woda w oleju, zawierających stosunkowo mało fazy olejowej, a stosunkowo dużo fazy wodnej. Taki typ emulsji polimeryzujących znany jest generalnie w technice jako high internal phase emulsion lub HIPE (emulsje o wysokiej zawartości fazy wewnętrznej).

Faza olejowa, wchodząca w skład wybranego typu emulsji HIPE typu woda w oleju, którą można zastosować do sporządzenia zalecanych pianek chłonnych według niniejszego wynalazku, zawiera, masowo, od około 3% do 41% w zasadzie nierozpuszczalnego w wodzie komponentu złożonego z monofunkcyjnych monomerów szklistych, od około 27% do 73% wagowo, w zasadzie nierozpuszczalnego w wodzie komponentu złożonego z monofunkcyjnych komonomerów kauczukopodobnych; od około 8% do 30%, wagowo, w zasadzie nierozpuszczalnego w wodzie komponentu złożonego z wielofunkcyjnego środka sieciującego; oraz od około 2% do 33%, wagowo, komponentu emulgującego, rozpuszczalnego w fazie olejowej i umożliwiającego wytworzenie trwałej emulsji przeznaczonej do polimeryzacji. Woda lub faza wewnętrzna, wchodząca w skład emulsji HIPE typu woda w oleju, które można zastosować do wytworzenia takich zalecanych pianek, stanowi roztwór wodny zawierający od około 0,2% do 40%, wagowo, elektrolitu rozpuszczalnego w wodzie. Stosunek wagowy fazy wodnej do fazy olejowej w emulsjach HIPE typu woda w oleju wynosi od około 12:1 do 100:1.

Emulsje typu woda w oleju, które można zastosować do wytwarzania zalecanych piankowych materiałów chłonnych do wyrobów według niniejszego wynalazku, są polimeryzowane w warunkach umożliwiających powstanie struktur otwarto komórkowych o ustalonych tu

170 808 wcześniej własnościach strukturalnych i odporności na odkształcanie podczas ściskania. W celu nadania materiałom pionkowym odpowiedniej hydrofilowości i gotowości do wchłaniania płynnych wydzielin fizjologicznych, często po zakończeniu polimeryzacji niezbędnajest dodatkowa obróbko.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładzie wykonania no rysunku, na którym fig. 1 przedstawia w przekroju wyrób chłonny według wynalazku w postaci pieluchy jednorazowego użytku z dwuwarstwowym rdzeniem chłonnym, w którym zastosowano pionkowy materiał chłonny w postaci mającego kształt klepsydry elementu magazynują^-rozprowadzającego, fig. 2 przedstawia w przekroju dopasowany do kształtów ciała wyrób chłonny, np. majtki jednorazowego użytku, w których w rdzeniu chłonnym zastosowano strukturę chłonną z pianki HIPE, fig. 3 przedstawia rozłożoną na elementy struktury pieluchę z dwuwarstwowym rdzeniem chłonnym, składającym się z mającej kształt klepsydry warstwy chłonnej leżącej no wykonanej z pianki chłonnej warstwie magazynują^-rozprowadzającej płyny, mającej kształt zmodyfikowanej klepsydry, i fig. 4 przedstawia fotomikrografię szczelin w typowej piance chłonnej HIPE zastosowanej w wyrobie chłonnym według niniejszego wynalazku.

Niniejszy wynalazek dotyczy wyrobów do wchłaniania wydzielin fizjologicznych, w których zastosowano pionkowe struktury chłonne w co najmniej części ich chłonącego płyny rdzenia. Jako wyrób chłonny według niniejszego wynalazku należy rozumieć wyrób użytkowy przystosowany do wchłaniania znacznych ilości moczu lub innych płynów (np. cieczy), takich jak płynne fekalia (powstających w wyniku działania układu wydalania) wydalonych przez użytkownika takiego wyrobu lub osobę nie będącą w stanie opanować wydalania. Jako przykłady takich wyrobów możno wyliczyć pieluchy jednorazowego użytku, bieliznę dla osób nie będących w stanie opanować wydalania, spodenki treningowe jednorazowego użytku, wkłady do łóżek i podobne wyroby. Piankowe struktury chłonne nadają się zwłaszcza do stosowania w takich wyrobach jak pieluchy, wkładki lub bielizna dla osób nie będących w stanie kontrolować wydalania, wkłady ochronne i podobne wyroby.

W najprostszej formie, wyrób chłonny według niniejszego wynalazku musi zawierać tylko stosunkowo nieprzepuszczalną dla płynów podkładkę i jedną lub więcej połączonych z nią pionkowych struktur chłonnych. Pianko chłonna i podkładko są połączone w toki sposób, że materiał pionkowej struktury chłonnej znajduje się pomiędzy podkładką a tym miejscem użytkownik wyrobu chłonnego, w którym wydalana jest wydzielina fizjologiczno. Nieprzepuszczalna dla płynów podkładka może być wykonana z dowolnego materiału, na przykład z polietylenu lub polipropylenu o grubości około 0,038 mm, co pomaga w utrzymaniu płynu wewnątrz wyrobu chłonnego.

Bordzej konwencjonalnie, wyroby chłonne według niniejszego wynalazku są również wyposażone w przepuszczalną dla płynów warstwę górną, pokrywającą tę stronę wyrobu chłonnego, któro dotyka skóry użytkownika. W takiej konfiguracji w skład wyrobu chłonnego wchodzi rdzeń chłonny zawierający jedną lub więcej piankowych struktur chłonnych, umieszczonych pomiędzy podkładką o warstwą górną. W skład przepuszczalnych dlo płynów warstw górnach może wchodzić dowolny materiał, z takich tworzyw, jak żywico poliestrowo, żywica poliolefinowa, regenerowana celulozo i podobne, który jest w zasadzie porowaty i umożliwia łatwy przepływ wydzielin fizjologicznych przez i do leżącego pod spodem rdzenia chłonnego. Korzystnie, ten obszar materiału, zjakiego jest wykonano warstwo górna, który styka się ze skórą użytkownika, nie ma własności umożliwiających mu magazynowanie płynnych wydzielin fizjologicznych.

Rdzeń chłonny w przykładach wykonania wyrobów chłonnych według niniejszego wynalazku może składać się wyłącznie z jednej lub kilku struktur piankowych. No przykład, rdzeń chłonny może zawierać pojedynczy jednolity kawałek pianki wyprofilowany w sposób umożliwiający jego najlepsze pożądane lub konieczne dopasowanie do rodzaju wyrobu chłonnego, w którym ma być stosowany. Alternatywnie, wyrób chłonny może składać się z wielu kawałków lub cząstek pianki, połączonych ze sobą za pomocą kleju, albo po prostu tworzących nie związane ze sobą skupisko, trzymające się razem dzięki owinięciu w torebkę bibułkową lub dzięki odpowiedniemu połączeniu warstwy górnej wyrobu chłonnego z jego podkładką.

170 808

W skład rdzenia chłonnego wyrobu chłonnego według niniejszego wynalazku mogą również wchodzić inne, np. konwencjonalne, elementy lub materiały oprócz jednej lub więcej piankowych struktur chłonnych. Na przykład, w skład wyrobów chłonnych według niniejszego wynalazku może wchodzić rdzeń chłonny składający się z kombinacji, np. mieszanki formowanej na sucho, cząstek lub kawałków piankowych struktur chłonnych i konwencjonalnych materiałów chłonnych takich jak ścier drzewny lub inne włókna celulozowe, i/lub cząstki lub włókna z polimerowych środków żelujących.

W jednym z przykładów wykonania, w którym zastosowano kombinację piankowego materiału chłonnego z innymi materiałami chłonnymi, wyroby chłonne według niniejszego wynalazku mogą zawierać wielowarstwowy rdzeń chłonny, w którym warstwa rdzenia, składająca się z jednej lub więcej piankowych struktur chłonnych, może być stosowana w połączeniu z jednąlub więcej dodatkowych, oddzielnych warstw, wykonanych z konwencjonalnych struktur lub materiałów. Do takich konwencjonalnych struktur lub materiałów mogą należeć, na przykład, formowane na sucho lub na mokro wstęgi ze ścieru drzewnego lub innych włókien celulozowych. W skład takich konwencjonalnych struktur mogą również wchodzić konwencjonalne, np. wielokomórkowe, pianki chłonne lub nawet gąbki. W skład konwencjonalnych struktur chłonnych stosowanych łącznie z piankami chłonnymi mogą również wchodzić, stanowiąc naprzykład do 80% masy, cząstki lub włókna polimerowych materiałów żelujących takiego typu, jaki jest powszechnie stosowany w wyrobach chłonnych przeznaczonych do przyjmowania i zatrzymywania w sobie płynnych wydzielin fizjologicznych. Polimerowe środki żelujące tego typu oraz ich stosowanie w wyrobach chłonnych opisano szczegółowo we wznowionym opisie patentowym Stanów Zjedn. Ameryki Nr Re 32,649.

W jednym z zalecanych typów wyrobu chłonnego według niniejszego wynalazku zastosowano wielowarstwowy rdzeń chłonny z górną warstwą chłonno-rozprowadzającą zawierającą warstwę zmodyfikowanych włókien celulozowych, np. usztywnionych, skędzierzawionych włókien celulozowych, oraz korzystnie polimerowy środek żelujący w ilości do około 10% masy warstwy chłonno-rozprowadzającej. Wielowarstwowy rdzeń chłonny tego typu zawiera również drugą, to jest dolną, warstwę magazynującą i wtórnie rozprowadzającą płyny, zawierającą strukturę piankową. (Dla celów niniejszego wynalazku, warstwą górną wielowarstwowego rdzenia chłonnego jest warstwa znajdująca się stosunkowo blisko ciała użytkownika, np. warstwa znajdująca się najbliżej warstwy górnej wyrobu. W przeciwieństwie do tego, termin warstwa dolna oznacza tę warstwę wielowarstwowego rdzenia chłonnego, która znajduje się stosunkowo dalej od ciała użytkownika, np. warstwę znajdującą się najbliżej podkładki). Korzystnie, zmodyfikowanymi włóknami celulozowymi, stosowanymi w warstwie chłonno-rozprowadzającej w takim zalecanym wyrobie chłonnym, są włókna ścieru drzewnego, usztywnione i skędzierzawione za pomocą obróbki chemicznej i/lub termicznej. Zmodyfikowane włókna celulozowe tego typu są takie same jak zastosowane w wyrobach chłonnych ujawnionych w opisie patentowym Stanów Zjedn. Ameryki Nr 4,935,622. Szczegółowy opis wyrobów chłonnych, w których zastosowano piankowe struktury chłonne jako elementy składowe warstwy magazynującej i wtórnie rozprowadzającej płyny, leżącej pod warstwą chłonno-rozprowadzającą zawierającą usztywnione, skędzierzawione włókna celulozowe, ujawniono w opisie zgłoszenia patentowego Stanów Zjedn. Ameryki Nr seryjny743 950 i opisach zgłoszeń Stanów Zjedn. Ameryki Nr Nr 743 951, 743 957 i 743 950, złożonych równocześnie z niniejszym dokumentem.

Jak już wspomniano, dzięki własnościom chłonno-rozprowadzającym i mechanicznym, piankowe struktury chłonne nadają się zwłaszcza do stosowania w wyrobach chłonnych według wynalazku w postaci pieluch jednorazowego użytku. Pieluchy jednorazowego użytku, zawierające piankowe struktury chłonne, mogą być wytwarzane konwencjonalnymi technikami, ale z zastosowaniem jednej lub więcej struktur piankowych, zamiast lub w uzupełnieniu do stosowanych zazwyczaj w konwencjonalnych pieluchach rdzeni chłonnych z materiałów włóknistych ze ścieru drzewnego (napowietrzany filc) lub ze zmodyfikowanych włókien celulozowych. Zatem struktury piankowe zgodnie z wynalazkiem można stosować w pieluchach w postaci jednej warstwy lub, jak wspomniano powyżej, w różnych wielowarstwowych konfiguracjach

170 808 rdzenia. Wyroby w postaci pieluch jednorazowego użytku ujawniono w opisach patentowych Stanów Zjedn. Ameryki o następujących numerach: Re 26,151, patent udzielony 31 stycznia 1967 Duncanowi i Bakerowi; 3,592,194, udzielony 13 lipca 1971 Duncanowi; 3,489,148, udzielony 13 stycznia 1970 Duncanowi i Gellertowi; 3,869,003, udzielony 14 stycznia 1975 Buellowi; oraz 4,834,735, patent udzielony 30 maja 1989 Alemany'emu i Bergowi.

Zalecany przykład wykonania pieluchy jednorazowego użytku według niniejszego wynalazku przedstawiono na fig. 1 rysunku. Pielucha tego typu składa się z rdzenia chłonnego 50, który z kolei składa się z górnej warstwy chłonnej płynów 51, oraz z leżącej pod nią warstwy magazynującej i wtórnie rozprowadzającej płyny 52, zawierającej piankową strukturę chłonną. Warstwa górna 53, leży na i współbieżnie z jedną powierzchnią rdzenia, natomiast nieprzepuszczalna dla płynów podkładka 54, leży na i współbieżnie z tą powierzchnią rdzenia, która znajduje się po przeciwległej stronie do powierzchni przykrytej warstwą górną. Najbardziej korzystnie, szerokość podkładki jest większa od szerokości rdzenia, dzięki czemu na podkładce tworzą się części boczne, wybiegające poza rdzeń. Korzystnie, pielucha ma kształt klepsydry.

Inny, zalecany typ wyrobu chłonnego według wynalazku, w którym można zastosować struktury chłonne, to wyroby dopasowujące się do kształtu ciała, takie jak spodenki treningowe. Wyroby takiego typu zawierają na ogół włókninowe, giętkie podłoże rozpięte na ramce w postaci spodenek lub szortów. Następnie, w krokowym obszarze takiej ramki można zamocować piankową strukturę chłonną, gdzie będzie służyła jako rdzeń chłonny. Często rdzeń chłonny tego typu jest dodatkowo owijany w kopertę z bibułki lub innego, nieprzepuszczalnego dla płynów, materiału włókninowego. Zatem owinięcie rdzenia tego typu służy jako warstwa górna” wyrobu chłonnego dopasowującego się do kształtu ciała.

Giętkie podłoże, tworzące ramkę wyrobu dopasowującego się do ciała, może być wykonane z tkaniny lub papieru albo z innego typu podkładu włókninowego lub odpowiednio uformowanej folii oraz może być sprężyste lub w inny sposób rozciągliwe. Paski na nogi lub paski taliowe takich wyrobów do spodenek treningowych mogą być konwencjonalnie wykonane jako elementy sprężyste, co poprawia dopasowanie wyrobu. Podkład tego typu powinien być stosunkowo nieprzepuszczalny dla płynów, lub co najmniej przepuszczać płyny z trudnością, co można uzyskać za pomocą obróbki lub powlekania jednej jego powierzchni albo laminowania giętkiego podłoża z innym stosunkowo nieprzepuszczalnym dla płynów podłożem, uzyskując tym samym stosunkowo nieprzepuszczalną dla płynów całą ramkę. W takiej sytuacji sama ramka służy jako podkładka wyrobu dopasowującego się do ciała. Typowe spodenki treningowe tego rodzaju ujawniono w opisie patentowym Stanów Zjedn. Ameryki Nr 4,619,649.

Wyrób chłonny według wynalazku dopasowujący się do ciała, mający postać spodenek treningowych jednorazowego użytku, pokazano na fig. 2 rysunku. Wyrób tego typu składa się z warstwy zewnętrznej 60, przymocowanej z klejem wzdłuż obwodu zewnętrznego do warstwy wyściełającej 61. Na przykład, warstwa wyściełająca 61 może być przymocowana do warstwy zewnętrznej 60 wzdłuż obwodu jednego z pasków nożnych 62; wzdłuż obwodu drugiego z pasków nożnych 63; oraz wzdłuż obwodu paska taliowego 64. Do krokowego obszaru wyrobu jest przymocowany, w zasadzie prostokątny, rdzeń chłonny 65, zawierający piankową strukturę chłonną.

Pianki polimerowe można ogólnie scharakteryzować jako struktury powstające w wyniku rozpraszania pęcherzyków gazu lub cieczy, nie zawierających w zasadzie monomerów w cieczy polimeryzującej zawierającej monomery, a następnie polimeryzacji monomerów polimeryzujących w cieczy zawierającej monomery, otaczającej wspomniane pęcherzyki. Wynikowa spolimeryzowana dyspersja może być porowatą strukturą stałą stanowiącą zbiór komórek, których granice lub ścianki stanowi spolimeryzowany materiał stały. W komórkach znajduje się gaz lub ciecz nie zawierające w zasadzie monomerów, które przed polimeryzacją tworzyły pęcherzyki w płynnej dyspersji.

Jak opisano dokładnie dalej, do zalecanych spienionych materiałów polimerowych, nadających się na wyroby chłonne według niniejszego wynalazku, należą substancje powstające w wyniku polimeryzacji specjalnych emulsji typu woda w oleju. Emulsja tego typu powstaje ze stosunkowo małej ilości polimeryzującej fazy olejowej, zawierającej monomer, i stosunkowo

170 808 dużej ilości fazy wodnej, nie zawierającej w zasadzie monomeru. Zatem nie zawierająca w zasadzie monomeru, nieciągła wewnętrzna faza wodna tworzy rozproszone pęcherzyki otoczone przez ciągłą, polimeryzującą, zawierającą monomer, fazę olejową. W wyniku polimeryzacji monomerów w ciągłej fazie olejowej powstaje struktura piankowa o budowie komórkowej. Wodnisty płyn, pozostały w strukturze piankowej po polimeryzacji, można usunąć wyciskając i/lub susząc piankę.

Pianki polimerowe, w tym zalecane pianki wytworzone z przedstawionych tu emulsji typu woda w oleju, mogą mieć budowę w zasadzie zamknięto lub otwarto komórkową, w zależności od tego czy i/lub w jakim stopniu ścianki lub granice komórek, to jest okienka komórek, są wypełnione lub pokryte materiałem polimerowym. Do spienionych materiałów polimerowych, nadających się do wyrobów chłonnych i struktur według niniejszego wynalazku, należą materiały w zasadzie otwarto komórkowe, czyli takie, w których poszczególne komórki pianki nie są w większości całkowicie odizolowane od siebie przez polimerowy materiał ich ścianek. Zatem w komórkach takich, w zasadzie otwarto komórkowych, struktur piankowych znajdują się międzykomórkowe otwory lub okienka o wielkości wystarczającej do swobodnego przepływu płynu z jednej komórki do drugiej wewnątrz struktury piankowej.

W otwarto komórkowych, w zasadzie, strukturach, nadających się do wykorzystania w niniejszym wynalazku, pianka ma na ogół strukturę siatkową, w której poszczególne komórki są ograniczone licznymi, połączonymi ze sobą paskami o budowie przestrzennej. Nitki materiału polimerowego, tworzące rozgałęzione paski otwarto komórkowej struktury piankowej, można określać jako rozpórki. Pianki otwarto komórkowe o typowej strukturze rozporkowej pokazano przykładowo na fotografii mikroskopowej przedstawionej na fig. 4. Dla celów niniejszego wynalazku, materiał piankowy jest określany jako otwarto komórkowy ' jeżeli co najmniej 80% komórek struktury piankowej jest połączonych przepływowo z co najmniej jedną komórką sąsiednią. Alternatywnie, materiał piankowy można traktować jako w zasadzie otwarto komórkowy, jeżeli dostępna objętość jego porów, zdefiniowana dalej, jest większa od minimalnej wartości tego parametru, również zdefiniowanej dalej.

Polimerowe pianki chłonne do wyrobów według niniejszego wynalazku, oprócz tego że mają budowę otwarto komórkową, są również hydrofilowe. Omawiane tu pianki muszą być hydrofilowe w takim stopniu, że były w stanie wchłaniać płynne wydzieliny fizjologiczne w określonych dalej ilościach. jak wspomniano w dalszej części opisu odnoszącego się do zalecanych typów pianek i sposobów ich wytwarzania, wewnętrznym powierzchniom omawianych tu pianek można nadać własności hydrofilowe w następujący sposób: wybierając odpowiednio monomery do ich wytwarzania; pozostawiając resztkowe ilości środków hydrofilizujących w strukturze pianki po zakończeniu polimeryzacji; albo stosując wybrane procedury obróbki pianki po zakończeniu polimeryzacji, które można wykorzystać do zmiany energii powierzchniowej materiału tworzącego strukturę pianki.

Stopień natężenia hydrofilowych własności spienionych struktur polimerowych, takich jak stosowane w niniejszym wynalazku, można określić liczbowo za pomocą napięcia przylegania wykazywanego przez takie pianki w styczności z wchłanianą cieczą testową. Napięcie przylegania jest wyznaczane z zależności:

AT = τ COS Θ gdzie

AT jest napięciem przylegania;

x jest napięciem powierzchniowym cieczy testowej wchłoniętej przez spieniony materiał;

jest kątsm styczności w stopnisch pomiędzy powierzchnią sf)ien isnego materiału polimerowego a wektorem stycznym do cieczy testowej w punkcie styczności cieczy testowej z powierzchnią spienionego polimeru.

Napięcie przylegania dowolnego danego hydrofitowego materiału piankowego można wyznaczać eksperymentalnie według procedury polegającej na pomiarze masy cieczy testowej, np. syntetycznego moczu, wchłoniętej przez próbkę pianki o znanych wymiarach, i pola powierzchni właściwej ssania kapilarnego. Procedura tego typu została opisana dalej. Do pianek, nadających się do stosowania jako materiały chłonne w wyrobach według niniejszego wynalaz170 808 ku, należą generalnie takie, którym nadano taki stopień hydrofilowości, że^po kapilarnym wchłonięciu syntetycznego moczu o napięciu powierzchniowym 65 ± 5 · 10 N/m wykazują napięcie przylegania od około 15 do około 65 · 10‘³ N/m bardziej korzystnie od około 20 do około 65 · 10'³ N/m.

Polimerowe materiały piankowe, nadające się na elementy wyrobó_{w c}hł_onny_ch _wedł_ug _niniej_szego wynalazku, oprócz tego że mają budowę otwarto ko_mó_rk_ową i _są hyd_rofil_owe, p_owinny również posiadać wybrany zestaw własności sktrukturalnych i _me_ch_ani_czny_ch, _cech l_ub _ch_arakterystyk. Stwierdzono, że pianki polimerowe o takich wybr_any_ch wł_asnoś_ci_ach strukturalnych i mechanicznych, cechach i/lub charakterystykach, mają rówmeż odpo_wied_ni_e parametry, np. chłonno-przepływowe, dzięki którym nadają się i są szczególnie użytec_zne jako elementy chłonne do płynnych wydzielin fizjologicznych.

Stwierdzono, że istotne znaczenie dla realizacji pianek chłonnych szczególnie dostoso_wanych do wchłaniania płynnych wydzielin fizjologicznych, ma szczególn_e po_wiąza_ni_e z_e sobą i zależność własności strukturalnych. Rozumie się samo przez się, że własności strukturalne materiałów piankowych do wyrobów chłonnych według niniejszego wynalazku mogą być, jakiś czas przed zetknięciem się pianki z wchłanianą płynną wydzieliną fizjologiczną, różne od podanych poniżej. Na przykład, na etapie produkcji, transportu, magazynowania, etc. objętość porów, pole powierzchni właściwej, gęstość i/lub wymiary komórek pianek do wyrobów według niniejszego wynalazku, mogą być inne niż podane dalej wartości tych parametrów. Niemniej jednak, piankowe struktury chłonne tego typu nadal mieszczą się w zakresie niniejszego wynalazku, pod warunkiem, że nastąpią w nich później zmiany fizyczne lub reologiczne, w wyniku których co najmniej w pewnej chwili podczas stykania się struktury chłonnej z wchłanianymi płynnymi wydzielinami fizjologicznymi, ich własności strukturalne będą się mieściły w zakresie podanych poniżej wartości. Poniżej omówiono kilka takich istotnych i zalecanych własności strukturalnych pianek chłonnych zawartych w wyrobach według niniejszego wynalazku.

Objętość porów jest miarą objętości otworów lub komórek w porowatych strukturach spienionych, na jednostkę masy materiału stałego (struktura polimeru plus ewentualne resztki substancji stałych) tworzącego strukturę pianki. Objętość porów może w istotny sposób wpływać na wiele parametrów i własności mechanicznych pianek chłonnych wyrobów według wynalazku. Do parametrów tych i własności mechanicznych należą: pojemność chłonna pianek dla płynnych wydzielin fizjologicznych; intensywność i szybkość roprowadzania płynów wewnątrz struktury w wyniku przesiąkania wchłoniętych płynnych wydzielin fizjologicznych z jednej części pianki chłonnej do innej; giętkość pianki; oraz odkształcalność pianki pod obciążeniem ściskającym.

Objętość porów można określić dowolnym, odpowiednim do tego celu, sposobem eksperymentalnym, umożliwiającym uzyskanie dokładnej wartości rzeczywistej objętości porów danej struktury. Sposoby eksperymentalne tego typu polegają w zasadzie na pomiarze objętości i/lub masy cieczy testowej wchłanianej przez strukturę pianki; wyniki tego pomiaru umożliwiają określenie objętości zajmowanej przez otwarte komórki pianki. W związku z tym parametr pianek wyrobów chłonnych według wynalazku, określany jako objętość porów, może być również nazywany dostępną objętością porów.

Jeden z konwencjonalnych sposobów eksperymantalnego wyznaczania dostępnej objętości porów polega na wprowadzeniu z zewnątrz do struktury pianki cieczy o małym napięciu powierzchniowym, na przykład alkoholu izopropylowego. Procedurę wyznaczania dostępnej objętości porów podano poniżej. Rozumie się samo przez się, że do wyznaczania dostępnej objętości porów można stosować również inne ciecze testowe i alternatywne procedury.

Istnieje możliwość wpływania na sterowanie objętością porów w piankach chłonnych, nadających się do użytkowania w wyrobach według niniejszego wynalazku, poprzez dobór liczby składników i parametrów procesu. Na przykład, w przypadku zalecanych według niniejszego wynalazku pianek z emulsji HIPE, zmianę objętości porów można uzyskać przez odpowiedni dobór: stosunku wody do oleju w emulsji HIPE, rodzaju i ilości stosowanego elektrolitu w fazie wodnej, rodzaju i ilości stosowanego środka emulgującego w fazie olejowej, oraz poprzez

778 080 prasowanie pianki po zakończeniu polimeryzacji w celu jej przemycia i/lub zagęszczenia, i stosowanie różnych stopni regeneracji spolimeryzowanej struktury pianki po zakończeniu takich etapów prasowania.

Objętość porów w materiałach spienionych wyrobów chłonnych według niniejszego wynalazku powinna w zasadzie wynosić od około 12 do 100 ml/g; bardziej korzystnie od około 20 do około 70 ml/g, a najbardziej korzystnie, od około 25 do około 50 ml/g. W podanych przedziałach wartości objętości porów uwzględniono definicję teoretycznej objętości porów dla pianek do wyrobów chłonnych według niniejszego wynalazku. Zatem, jeżeli w wyniku pomiaru dowolnym sposobem teoretycznym, po którym można spodziewać się wartości zbliżonych od teoretycznej objętości porów, uzyskuje się wartości mieszczące się w podanych przedziałach, to badane dowolnym takim sposobem materiały spienione znajdują się w zakresie niniejszego wynalazku.

Inną istotną cechą strukturalną materiałów spienionych w wyrobach chłonnych według niniejszego wynalazku jest pole powierzchni właściwej ssania kapilarnego. Parametr ten jest w zasadzie miernikiem dostępnego dla cieczy testowej pola powierzchni sieci polimerowej tworzącej daną piankę, odniesionego do jednostki masy całego materiału pianki (materiał polimerowy stanowiący strukturę pianki plus resztkowe ilości materiału stałego). O wartości pola powierzchni właściwej ssania kapilarnego decydują zarówno wymiary (to jest średnica) komórek w piance jak i wielkość (długość, szerokość i grubość) rozporek tworzących takie komórki. Zatem pole powierzchni właściwej ssania kapilarnego służy do ilościowego określenia całkowitej wielkości tej powierzchni materiału stałego stanowiącego strukturę pianki, która uczestniczy we wchłanianiu.

Pole powierzchni właściwej ssania kapilarnego w otwarto-komórkowych strukturach piankowych, takich jak pianki chłonne dla wyrobów według niniejszego wynalazku, jest tą cechą pianki, która wpływa na jej kapilarność (lub ssanie kapilarne). Stwierdzono konieczność sterowania kapilarnością pianki i takiego jej dobierania, żeby wartość tego parametru dla materiałów piankowych wyrobów według niniejszego wynalazku gwarantowała odpowiednie zatrzymywanie płynów, ale równocześnie nadal umożliwiała w pewnym stopniu przesiąkanie płynu, jakie może wystąpić wewnątrz struktury pianki. Zatem regulacja pola powierzchni właściwej ssania kapilarnego, jak również sterowanie hydrofilowością powierzchni pianek polimerowych, są czynnikami zapewniaj ącymi piankom chłonnym uzyskanie odpowiedniego stopnia kapilarności. Pianki o stosunkowo dużym polu powierzchni właściwej ssania kapilarnego cechuje bardzo pożądana kombinacja takich własności jak duża pojemność (i mała gęstość) i duża kapilarność. Duże pole powierzchni właściwej wynika z niewielkich rozmiarów rozporek tworzących strukturę pianki.

Na wielkość pola powierzchni właściwej ssania kapilarnego pianek chłonnych dla niniejszego wynalazku można wpływać za pomocą tych samych czynników, czyli składu i parametrów procesu, które umożliwiają sterowanie wielkością objętości porów pianki. W przypadku pianek emulsyjnych typu HIPE, do parametrów związanych ze składem należą: stosunek wody do oleju w emulsjach IUPE, oraz rodzaje i ilości monomerów, środków emulgujących i elektrolitów wchodzących w skład emulsji HIPE. Do parametrów procesu, wpływających na pole powierzchni właściwej ssania kapilarnego, należą energia mieszania i temperatura.

Jak już wspomniano, dla celów niniejszego wynalazku, pole powierzchni właściwej dowolnego danego materiału spienionego, przeznaczonego do wyrobu chłonnego według niniejszego wynalazku, można wyznaczać i zazwyczaj wyznacza się według procedury opartej na zasadzie ssania kapilarnego. W procedurze tego typu, pole powierzchni właściwej ssania kapilarnego jest wyznaczane w drodze pomiaru ilości cieczy o małym napięciu powierzchniowym (np. alkoholu etylowego) wchłoniętej kapilarnie przez próbkę pianki o znanej masie i wymiarach. Szczegółowy opis takiej procedury wyznaczania pola powierzchni właściwej pianek metodą ssania kapilarnego przedstawiono dalej. Pole powierzchni właściwej ssania kapilarnego można również wyznaczać dowolnym, nadającym się do tego celu, sposobem alternatywnym.

Do otwarto komórkowych, porowatych pianek chłonnych, nadających się do wyrobów chłonnych według niniejszego wynalazku, należą w zasadzie materiały o pewnych określonych

170 808 wartościach pola powierzchni właściwej ssania kapilarnego. W szczególności, pole powierzchni właściwej ssania kapilarnego pianek chłonnych, powinno zawierać się przedziale wartości od około 0,5 do 5,0 mYjg. bardziej kozzystnie od około 0,75 do 4,5 m²/g, a najbardziej koacystnie od około 1,0 do 4,0 mj/g. Stwierdzono, że w piankach hadrofilowczh o takich wartościach pola powierzchni właściwej ssania kapilarnego istnieje na ogół szczególnie korzystne zrównoważenie takich parametrów jak pojemność chłonna, zatrzymywanie i włoskowaty transport płynów lub rozprowadzanie płynnych wydzielin fizjologicznych takich jak mocz.

Dwiema dodatkowymi własnościami strukturalnymi pianek chłonnych, zawartych w wyrobach według niniejszego wynalazku, powiązanymi z objętością porów i polem powierzchni właściwej ssania kapilarnego, które można wykorzystać jako dodatkowe lub alternatywne parametry, charakteryzujące zalecane pianki chłonne, są gęstość pianki i przeciętna wielkość lub średnica komórek, z jakich się ona składa. Poniżej opisano oba te dodatkowe/alternatywne parametry strukturalne.

Gęstość materiałów piankowych wyrobów według niniejszego wynalazku, podobnie jak objętość porów i pole powierzchni właściwej ssania kapilarnego, może wpływać na wiele parametrów i własności mechanicznych pianek chłonnych. Dotyczy to takich własności, jak pojemność chłonna płynnych wydzielin fizjologicznych, intensywność i szybkość rozprowadzania płynów w piance oraz giętkość pianki i jej odkształcalność podczas ściskania. Istotne znaczenie ma również to, że gęstość materiałów chłonnych wyrobów według wynalazku może decydować o ich ekonomiczności.

Gęstość pianki w gramach pianki na centymetr sześcienny jej objętości w powietrzu, jest wyznaczana po sprowadzeniu do masy suchej materiału. Zatem ciecz wchłonięta na przykład pozostałości cieczy w piance, po polimeryzacji, przemywaniu i/lub hydroflllzowayiu emulsji HIPE, nie są uwzględniane w obliczeniach i wyrażaniu gęstości pianki. Natomiast dla celów niniejszego wynalazku, przy określaniu gęstości pianki uwzględnia się zawarte w spolimeryzowanej piance resztkowe ilości materiałów stałych takich jak elektrolit, środki emulgujące, środki hydrofilizujące, etc. W praktyce takie resztkowe materiały mogą znacznie wpływać na masę materiału pianki.

Gęstość pianki można mierzyć dowolnym znanym sposobem grawimetrycznym, nadającym się do wyznaczania masy stałego materiału spienionego na jednostkę objętości struktury pianki. Na przykład, jednym z możliwych sposobów pomiaru gęstości jest procedura grawimetryczna ASTM szczegółowo opisana dalej. W sytuacjach, w których na wyniki pomiarów gęstości mogą mieć niekorzystny wpływ procedury przygotowania próbek pianki (suszenie, starzenie, wstępne wyginanie, etc.), można również zastosować alternatywne procedury badawcze. Jako przykłady takich alternatywnych sposobów pomiarowych można wymienić grawimetryczne pomiary gęstości za pomocą ziecza testowych wchłanianych przez materiał pianki. Tego typu sposób wyznaczania gęstości może być bardzo użyteczny w odniesieniu do pianek o bardzo małej gęstości, takich jak pianki wyrobów chłonnych według wynalazku, do których gęstość w stanie suchym jest zbliżona do odwrotności objętości porów. (Patrz Chatterjee, Absorbeficy chłonność, Textile Science and Technology Vol. 7, 1985, s. 41). Podobnie jak dla objętości porów i pola powierzchni właściwej ssania kapilarnego, podane dalej przedziały wartości mają w intencji charakter rozszerzający, to jest mają obejmować wartości gęstości, które mogą być wyznaczone dowolną uzasadnioną logicznie metodą eksperymentalną.

Korzystnie, gęstości w stanie suchym pianek chłonnych, w czasie stykania się tych pianek chłonnych z wchłanianymi przez nie płynami, powinny zawierać się przedziale od około 0, 01 do 0,08 g/cm³, bardziej korzystnie, w przedziale od około 0,014 do około 0,05 g/cm³, a najbardziej korzystnie, w przedziale od około 0,02 do około 0,04 g/cm3. Gęstość materiałów piankowych można regulować w podanych powyżej zakresach poprzez sterowanie składem stosowanych do ich wyrobu materiałów i parametrami procesu wytwarzania w taki sam sposób, jak już wspomniano wcześniej w odniesieniu do regulacji objętości porów. Gęstość piankowych materiałów chłonnych nie musi być tako sama w całej strukturze. Gęstość niektórych części lub stref struktury piankowej może być większa lub mniejsza od innych jej części lub stref.

170 808

Następną alternatywną lub uzupełniającą własnością pianek chłonnych zawartych w wyrobach według wynalazku, nie będącą co prawda parametrem obowiązującym, ale użytecznym z punktu widzenia określania zalecanych materiałów piankowych, jest wielkość komórek. Komórki pianki, a zwłaszcza komórki formowane w drodze polimeryzacji fazy olejowej zawierającej monomer, otaczającej pęcherzyki fazy wodnej, nie zawierającej w zasadzie monomeru, często mają kształt zbliżony Oo kulek. Zatem wymiary lub średnica takich w zasadzie kulistych komórek są parametrem powszechnie stosowanym zarówno do ogólnego charakteryzowania własności pianek jak i Oo charakteryzowania pewnych zalecanych pianek chłonnych takiego typu, jakie są używane w wyrobach według wynalazku. W związku z tym, że komórki w danej próbce diαnki polimerowej niekoniecznie muszą mieć te same wymiary, często używa się pojęcia przeciętnej wielkości komórki, to jest przeciętnej średnicy komórki.

Podobnie jak w przypadku gęstości, pola powierzchni właściwej ssania kapilarnego i objętości porów, wymiar komórki jest tym parametrem pianki, który może również wpływać na liczne istotne parametry mechaniczne i własności piankowego materiału chłonnego wyrobu według niniejszego wynalazku. Ponieważ wymiar komórki jest tym parametrem, który wraz z polem powierzchni właściwej ssania kapilarnego, objętością porów i hydrofilowością pianki określa jej kapilarność, więc jest on równocześnie parametrem struktury piankowej, który może bezpośrednio wpływać zarówno na pojemność chłonną jak i na wewnętrzny transport płynów w piankowych materiałach chłonnych. Wymiar komórki może również wpływać na własności mechaniczne pianek chłonnych wyrobów według niniejszego wynalazku, w tym na giętkość oraz odporność na odkształcanie podczas ściskania i zdolność do odzyskania pierwotnej postaci po odkształceniu.

Przeciętną wielkość komórek w piankach można wyznaczyć wielu różnymi sposobami. jednym z nich jest dobrze znany w technice rtęciowy pomiar porowatości. Ale najlepszym sposobem wyznaczenia wielkości komórek w piankach jest zwykły fotograficzny pomiar próbki pianki. Na przykład, na fig. 4 pokazano fotografię mikroskopową powierzchni przełomu typowej piankowej struktury chłonnej HIPE wyrobu według niniejszego wynalazku. Na fotografię mikroskopową nałożono skalę przedstawiającą odcinek o długości 10 mikrometrów. Skalę tę można wykorzystać do wyznaczenia przeciętnego wymiaru komórki techniką analizy obrazów. Istotnie, analiza obrazowa fotografii mikroskopowych próbek pianki jest powszechnym sposobem analitycznym, który można wykorzystać do wyznaczenia przeciętnej wielkości komórki w piankach chłonnych wyrobów według wynalazku. Technikę tego typu przedstawiono bardziej szczegółowo w opisie patentowym Stanów ZjeOn. Ameryki Nr 4,788,225.

Przeciętna wielkość komórek w piankach nadających się na wyroby chłonne Oo wchłaniania płynnych wydzielin fizjologicznych według niniejszego wynalazku, zmierzona techniką bezpośredniego pomiaru na fotografii mikroskopowej, powinna wynosić, korzystnie, od około 5 do 100 mikrometrów. Bardziej korzystnie wielkość komórki powinna wynosić od około 10 0o 90 mikrometrów. Najbardziej korzystnie, wielkość komórki powinna wynosić od około 15 do 80 mikrometrów.

Na wielkość lub średnicę komórek w piankach chłonnych wyrobów według niniejszego wynalazku można wpływać, albo też je regulować, zmieniając w taki sam sposób skład pianki i parametry procesu przetwarzania, jak w przypadku regulacji pola powierzchni właściwej ssania kapilarnego i dostępnej objętości porów. W przypadku zalecanych pianek typu HIPE, do podstawowych parametrów tego typu należą te czynniki, które wpływają na wymiary pęcherzyków fazy wodnej w prekursorze emulsji HIPE polimerowych struktur piankowych. Zatem wymiary komórek można zmieniać regulując stosunek wody Oo oleju w emulsjach HIPE oraz rodzaj i ilość stosowanego Oo ich wytwrzania środka emulgującego. Wymiary komórek można również zmieniać poprzez zwykłe prasowanie stałych struktur piankowych po ich wytworzeniu.

jak już wspomniano wcześniej, wymiary komórek w piankach chłonnych zawartych w wyrobach chłonnych według niniejszego wynalazku w zasadzie nie muszą być równomierne, w związku z czym można i powinno się obliczyć przeciętną wielkość komórek w danej próbce pianki lub strefie próbki pianki. Istnieje oczywiście możliwość stosowania pianek chłonnych z

170 808 dyskretnymi, rozróżnialnymi strefami o stosunkowo dużej lub stosunkowo małej przeciętnej wielkości komórek.

Pianki chłonne, wytworzone z odpowiednich polimerów i charakteryzujące się opisanymi powyżej parametrami strukturalnymi, mają w zasadzie parametry mechaniczne, na przykład odporność na odkształcanie podczas ściskania, giętkość, zdolność odzyskiwania pierwotnej postaci po odkształceniu podczas ściskania, zwartość, miękkość, etc., dzięki którym nadają się do wyrobów chłonnych, takich jak pieluchy jednorazowego użytku. Natomiast, bez łamania wspomnianych powyżej ograniczeń strukturalnych, istnieje możliwość doboru pewnych kombinacji parametrów i/lub pewnych technik i warunków wytwarzania pianek, dzięki którym można otrzymać pianki chłonne o szczególnie pożądanych własnościach mechanicznych. Do szczególnych, powiązanych ze sobą własności mechanicznych, zidentyfikowanych jako własności mające wpływ na otrzymanie pianek szczególnie nadających się do wytwarzania wyrobów chłonnych według wynalazku, należą parametry opisane poniżej.

Najważniejszym parametrem mechanicznym pianek polimerowych wyrobów według niniejszego wynalazku jest wytrzymałość pianki chłonnej, określana jako jej odporność na odkształcanie podczas ściskania. Wykazywana przez pianki chłonne odporność na odkształcanie podczas ściskania, jest funkcją modułu sprężystości polimeru oraz wymiarów rozporek tworzących sieć pianki. Z kolei moduł sprężystości rozporek zależy od polimerów, z jakich są wykonane rozporki i stopnia uplastycznienia rozporek przez resztkowe ilości takich materiałów, jak środki emulgujące, zsyntetyzowanafazawodnalub dodawane później środki hydrofilizujące, które pozostały w strukturze pianki po zakończeniu procesu przetwarzania.

Warunkiem wykorzystania piankowych materiałów chłonnych w strukturach chłonnych w takich wyrobach chłonnych według wynalazku jak pieluchy, jest ich odpowiednia odporność na odkształcanie lub zgniatanie siłami działającymi podczas wchłaniania i zatrzymywania przez nie płynów. Pianki o zbyt małej wytrzymałości z punktu widzenia odporności na odkształcanie podczas ściskania mogą wchłonąć i zmagazynować odpowiednią ilość wydzielin fizjologicznych w warunkach braku obciążenia, natomiast zbyt łatwo pozbywają się tych płynów pod obciążeniem ściskającym, powstającym w wyniku ruchu i aktywności użytkownika wyrobów chłonnych z piankami tego typu.

Odporność pianek chłonnych wyrobów według mniejszego wynalazku na odkształcanie podczas ściskania można określić ilościowo, wyznaczając wielkość odkształcenia próbki nasyconej płynem pianki w warunkach działającego na nią przez określony czas pewnego ciśnienia ograniczającego. Dla celów niniejszego wynalazku pomiary tego typu można wykonać na próbce pianki o znormalizowanych wymiarach (cylindry o grubości 0,8 cm i okrągłym przekroju poprzecznym o polu powierzchni 6,5 cm²). Próbki tego typu są nasycane syntetycznym moczem o napięciu powierzchniowym 65 ± 5 · 10’³ N/m a następnie poddawane przez 15 minut w temperaturze 37°C działaniu ograniczającego ciśnienia o wartości 5,1 kPa. Wielkość powstającego podczas tych badań odkształcenia jest przedstawiana jako procentowy stosunek grubości próbki po ściśnięciu do jej grubości pierwotnej. Sposób przeprowadzenia tego typu badania wartości odporności na odkształcanie podczas ściskania przedstawiono bardziej szczegółowo poniżej.

Do pianek chłonnych, nadających się do wyrobów chłonnych według niniejszego wynalazku, należą takie, których odporność na odkształcanie podczas ściskania jest taka, że po nasyceniu ich do swobodnej pojemności chłonnej syntetycznym moczem o napięciu powierzchniowym 65 ± 5 · N/m pod obciążeniem ograniczającym o wartości 5,1 kPa powstaje w nich odkształcenie od około 5% do 95%. Korzystnie, odkształcenie powstające w takich warunkach wynosi od około 5% do 75%, a najkorzystniej od około 5% do 50%. W przypadku zalecanych pianek HIPE, odporność na odkształcanie podczas ściskania można regulować tak, żeby znalazła się w podanych powyżej przedziałach wartości, dobierając w odpowiedni sposób typy i stężenia monomerów, komonomerów i substancji sieciujących, w połączeniu z doborem odpowiedniej techniki wytwarzania emulsji oraz warunków i technik polimeryzacji emulsji. Jak z tego wynika, zalecane pianki można wytwarzać z materiałów o odpowiednio dużych modułach sprężystości, zapewniających im odpowiednią odporność na odkształcanie podczas ściskania, nawet jeżeli

170 808 pianki te maj ą małą gęstość i bardzo drobne rozporki, zapewniające im wysokie pole powierzchni właściwej.

Pianki chłonne zawarte w wyrobach według wynalazku muszą być odpowiednio giętkie, zwłaszcza w wyrobach chłonnych dopasowujących się do kształtów ciała użytkownika. W związku z tym, określenie pianek chłonnych jako giętkie oznacza, że można je odkształcać lub wyginać w niezbędnym stopniu bez znacznego uszkodzenia ich zwartości strukturalnej lub poważniejszego pogorszenia ich własności chłonnych.

Ponadto zalecane pianki chłonne muszą być na tyle giętkie, żeby były w stanie wytrzymać działanie sił ściskających lub odkształcających, występujących podczas przygotowania, przetwarzania, pakowania, transportu i składowania zawierających je wyrobów chłonnych. Na przykład, pieluchy jednorazowego użytku są na ogół pakowane i dostarczane na rynek w stanie złożonym, w którym ich rdzeń jest poskładany zarówno w kierunku podłużnym jak i poprzecznym. Ponadto pieluchy jednorazowego użytku są również na ogół dostarczane w formie stosów otoczonych i zgniatanych przez inne opakowania. W związku z tym, siły ściskające i odkształcające, działające na pianki chłonne w wyrobach według niniejszego wynalazku podczas przetwarzania i marketingu, są nawet większe niż siły działające na materiały piankowe podczas ich używania.

Znając charakter obciążeń, jakie muszą wytrzymać pianki chłonne, powinny one mieć giętkość dającą się określić ilościowo na podstawie ich odporności na zginanie, bez śladów znaczniejszego uszkodzenia ich zwartości strukturalnej. Poniżej opisano procedurę wyznaczania giętkości pianek chłonnych wyrobów według niniejszego wynalazku, polegającą na określaniu czy można i ile razy można wygiąć próbkę pianki o danych, określonych wymiarach, wokół cylindrycznego trzpienia z daną prędkością, nie powodując jej pęknięcia. Do zalecanych zgodnie z niniejszym wynalazkiem pianek, należą pianki o takiej giętkości, że w chwili ich używania jako wyrobu chłonnego do płynów fizjologicznych, nasycony materiał piankowy w temperaturze 37°C nie pęknie podczas badania tego typu (to jest wytrzymuje co najmniej jeden cykl zginania). Bardziej korzystnie, zalecane pianki można zginać podczas badań tego typu co najmniej 2 razy, a najbardziej korzystnie, co najmniej 5 razy.

Oprócz odporności na odkształcanie podczas ściskania i giętkości, zalecane pianki chłonne powinny również mieć kilka dodatkowych własności mechanicznych. Do tych zalecanych cech mechanicznych należy odpowiedni stopień powrotu do pierwotnej postaci po odkształceniu (to jest sprężystość), zawartość pianki oraz miękkość odczuwana w dotyku. Poniżej opisano bardziej szczegółowo wszystkie wymienione zalecane własności mechaniczne.

Powrót do pierwotnej postaci po odkształceniu ściskania jest związany z tendencją lub skłonnością kawałka spienionego materiału do powrotu do swoich wymiarów pierwotnych po odkształceniu lub ściśnięciu siłami występującymi w procesie produkcji, podczas składania lub użytkowania. Dla celów niniejszego wynalazku, powrót pianek chłonnych wyrobów według niniejszego wynalazku z odkształcenia podczas ściskania, należy wyznaczyć dla pianek o odpowiedniej gęstości w miejscu użytkowania i często w takich warunkach, piankajest nasycona wchłoniętymi wydzielinami fizjologicznymi. W związku z tym, pomiar stopnia powrotu do pierwotnej postaci po odkształceniu podczas ściskania może być przeprowadzony na piankach, które są albo suche albo nasycone syntetycznym moczem.

Procedurę nadającą się do wyznaczania odzysku pierwotnej postaci po odkształceniu podczas ściskania przedstawiono dalej. Na ogół procedura tego typu polega na ściskaniu i zwalnianiu nacisku na próbkę pianki o znormalizowanych wymiarach, suchą lub nasyconą do swojej swobodnej pojemności chłonnej syntetycznym moczem. Próbka jest utrzymywana w stanie 50% ściśnięcia przez ustalony okres czasu, a następnie uwalniana spod nacisku. Miarą skłonności próbki do powrotu do pierwotnej postaci po odkształceniu podczas ściskania (sprężystość) jest stopień odzyskania przez nią grubości po upływie jednej minuty od chwili uwolnienia od działania sił ściskających.

Zalecane pianki chłonne dla wyrobów według niniejszego wynalazku powinny generalnie wykazywać odzysk pierwotnej grubości po upływie jednej minuty wynoszący co najmniej 85% w stanie suchym i/lub co najmniej 75% w stanie mokrym. Bardziej korzystnie, takie zalecane

170 808 materiały piankowe powinien cechować odzysk po odkształceniu podczas ściskania wynoszący co najmniej 90% w stanie suchym i/lub 80% w stanie mokrym.

Korzystnie, pianki chłonne HIPE do wyrobów według wynalazku mają również odpowiednie wartości dodatkowych parametrów mechanicznych, takich jak zwartość strukturalna podczas użytkowania i miękkość w dotyku (nie drażnią skóry), chociaż z punktu widzenia wykonania struktur chłonnych o odpowiednich własnościach użytkowych nie jest to warunek konieczny. Na przykład, na materiały piankowe przeznaczone do takich wyrobów chłonnych jak pieluchy dla dzieci, często działają zarówno siły dynamiczne jak i statyczne, powstające podczas chodzenia, biegania, raczkowania lub skakania użytkownika. Siły te nie tylko mogą ściskać pianki chłonne i wyciskać z nich zgromadzony płyn, ale również niszczyć lub rozrywać, albo w inny sposób rozczłonkowywać strukturę pianki. Oczywiście, korzystnie, struktury piankowe o takim przeznaczeniu powinny posiadać odpowiednią zwartość strukturalną, dzięki której możliwość przedarcia lub pęknięcia pianki podczas użytkowania jest minimalna.

Jak opisano dalej bardziej szczegółowo, elementy piankowe można również stosować w wyrobach chłonnych w takich konfiguracjach, w których powierzchnia materiału piankowego znajduje się w pobliżu, a nawet bezpośrednio styka się ze skórą użytkownika. W związku z tym, pożądane jest, żeby powierzchnia pianek chłonnych była odpowiednio miękka i nie drażniła skóry użytkownika w czasie dotykania.

Pianki chłonne o odpowiednim składzie polimerowym oraz opisanych powyżej własnościach strukturalnych i parametrach mechanicznych będą w zasadzie charakteryzowały się szczególnie pożądanymi i użytecznymi własnościami z punktu widzenia rozprowadzania i wchłaniania wydzielin fizjologicznych. Z kolei własności te są niezbędnymi cechami zalecanych materiałów piankowych, dzięki którym pianki tego typu nadają się na struktury chłonne wyrobów chłonnych według wynalazku przeznaczonych do przyjmowania i zatrzymywania w sobie płynnych wydzielin fizjologicznych.

Do własności chłonnych i zdolności rozprowadzania płynów, mających największe znaczenie z punktu widzenia uzyskania odpowiednich pianek chłonnych należą: A) równowagowa pojemność chłonna pianki, zwłaszcza pod ciśnieniem, B) szybkość pionowego nasiąkania płynami struktury piankowej, C) pojemność chłonna pianki przy określonych, odniesionych, wysokościach nasiąkania, oraz D) zdolność spienionych struktur chłonnych do odprowadzania (wchłaniania) płynów konkurencyjnych struktur chłonnych, z którymi pianka może się stykać. Poniżej zamieszczono szczegółowy opis każdej z tych własności.

Pojemność chłonna jest całkowitą ilością cieczy testowej (syntetycznego moczu), którą dana próbka pianki jest w stanie wchłonąć w swoją strukturę, odniesioną do jednostki masy stałego materiału próbki. Pojemność chłonna pod ciśnieniem odnosi się do ilości tej cieczy trzymanej bez przeciwdziałającego ciśnienia (pojemność swobodna), która zostanie zatrzymana przez piankę w jej strukturze komórkowej, po poddaniu próbki pianki działaniu siły ściskającej. Dla celów niniejszego wynalazku, pomiary pojemności chłonnej są realizowane w warunkach równowagi, tj. dopuszcza się, żeby próbka pianki wchłaniała i/lub zatrzymywała cały płyn, nie ograniczając czasu całkowitego jej nasycenia cieczą testową. Materiały spienione szczególnie nadające się na elementy chłonne w wyrobach chłonnych, takich jak pieluchy, powinny mieć pojemność chłonną większą od minimalnej wartości swobodnej pojemności chłonnej, a także większą od minimalnej pojemności chłonnej pod ciśnieniem.

Przedstawiona szczegółowo poniżej procedura umożliwia wyznaczenie technikami analizy grawimetrycznej swobodnej pojemności chłonnej i pojemności chłonnej pod ciśnieniem każdej próbki pianki. Pomiar taką techniką polega na umieszczaniu próbki pianki o określonych znanych wymiarach i masie w miseczce zawierającej ciecz testową (syntetyczny mocz) i pozwoleniu jej na wchłonięcie cieczy testowej do stanu równowagi. Po wyjęciu nasyconej próbki z cieczy, jest obliczana ilość płynu wchłonięta na gram pianki, tj. zmierzona pojemność swobodna. Następnie nasycona próbka pianki jest poddawana działaniu rosnącego stopniowo ciśnienia, przy czym wyciśnięta w każdym etapie ciecz jest odprowadzana na zewnątrz. Ilość cieczy zatrzymanej w próbce pod każdym ciśnieniem do wartości około 6,9 kPa jest wyznaczona grawimetrycznie.

778 080

Piankowy materiał chłonny, szczególnie nadający się w wchłaniania moczu w wyrobach chłonnych według niniejszego wynalazku, powinien mieć równowagową pojemność chłonną co najmniej około 12 ml, a korzystnie co najmniej około 20 ml, syntetycznego moczu na gram swojej suchej masy. Ponadto pojemność takich spienionych materiałów pod ciśnieniem rzędu 5,1 kPa, działającym przez 15 minut w temperaturze 37°C, powinna wynosić co najmniej około 5%, a korzystniej co najmniej około 20%, ich równowagowej swobodnej pojemności chłonnej.

Kolejnym parametrem charakteryzującym możliwości wchłaniania i transportu płynów pianek chłonnych nadających się do wyrobów według niniejszego wynalazku jest ich zdolność do stosunkowo szybkiego przemieszczania lub nasiąkania ich struktury wewnętrznej wydzielinami fizjologicznymi. Nasiąkanie pionowe, tj. nasiąkanie płynu w kierunku przeciwnym do działania sił grawitacyjnych, stanowi jeden z mierników szczególnie ważnej cechy charakteryzującej transport płynów przez materiały spienione zgodnie z niniejszym wynalazkiem. Wynika to z tego, że materiały te są często wykorzystywane w wyrobach chłonnych w ten sposób, że wchłaniany płyn musi być przemieszczony wewnątrz rdzenia chłonnego w wyrobie, ze stosunkowo niskiego położenia do położenia stosunkowo wysokiego.

Nasiąkanie pionowe jest związane z wielkością siły wymuszającej ssanie kapilarne, przemieszczającej płyn w piance i utrzymującej go w jej strukturze. Zatem parametry charakteryzujące piankę, związane z jej skłonnością do nasiąkania pionowego, świadczą o tym, w jaki sposób zalecane pianki będą działały jako struktury chłonne w wyrobach chłonnych. Skłonność piankowych wyrobów chłonnych według niniejszego wynalazku do nasiąkania można wyznaczyć ilościowo za pomocą testu szybkości nasiąkania pionowego i testu pojemności chłonnej dla nasiąkania pionowego.

Badania szybkości nasiąkania pionowego polegają na pomiarze czasu pionowego wzniesienia się ze zbiornika zabarwionej cieczy testowej (np. syntetycznego moczu) w tasiemce testowej z pianki o określonych wymiarach w temperaturze 37°C na wysokość 5 cm. Test szybkości nasiąkania pionowego tego typu szczegółowo opisano dalej. Warunkiem uznania szczególnej przydatności pianek chłonnych jako elementów wyrobów do wchłaniania moczu, jest czas ich nasiąkania pionowego syntetycznego moczu (65 ± 5 · 10‘³ N/m) na wysokość 5 cm, nie dłuższy niż około 30 minut. Bardziej korzystnie, w zalecanych piankach chłonnych wyrobów według niniejszego wynalazku, czas nasiąkania pionowego syntetycznym moczem na wysokość 5 cm nie powinien być dłuższy niż 5 minut.

Badanie pojemności chłonnej dla nasiąkania pionowego jest wykonywane łącznie z badaniem szybkości nasiąkania pionowego. Podczas badania pojemności chłonnej dla nasiąkania pionowego mierzona jest ilość cieczy testowej na gram pianki chłonnej, która jest wessana do każdego pionowego segmentu o długości 2,54 cm, stanowiącego fragment takiej samej znormalizowanej wymiarowo próbki pianki, jaka została zastosowana w badaniach szybkości nasiąkania pionowego. Wartość tę wyznacza się w zasadzie po umożliwieniu próbce pionowego zasysania cieczy testowej do stanu równowagi (np. po około 18 godzinach). Podobnie jak test szybkości nasiąkania pionowego, badanie pojemności chłonnej dla nasiąkania pionowego opisano szczegółowo dalej.

Pianki chłonne są uznawane za szczególnie przydatne jako materiały do wyrobów chłonnych z punktu widzenia wchłaniania moczu, jeżeli ich pojemność chłonna dla nasiąkania pionowego wynosi tyle, że dla wysokości nasiąkania pionowego wynoszącej 11,4 cm pojemność chłonna testowego paska pianki wynosi co najmniej około 10 ml syntetycznego moczu (65 ± 5 · 10- N/m) na gram pianki chłonnej. Bardziej korzystnie, pojemność chłonna nasiąkania pionowego zalecanych pianek chłonnych powinna wynosić dla wysokości nasiąkania pionowego 11,4 cm od około 20 do 45 ml syntetycznego moczu na gram pianki.

Piankowe struktury chłonne są często stosowane w wyrobach chłonnych równocześnie z innymi typami struktur chłonnych, które również mają swój udział w przyjmowaniu, rozprowadzaniu i/lub magazynowaniu wydalonych wydzielin fizjologicznych. W takich sytuacjach, w których struktury piankowe zgodnie z wynalazkiem mają służyć w wyrobach chłonnych głównie jako elementy magazynujące i wtórnie rozprowadzające płyny, pożądane jest, żeby pianki zastosowane do ich wyrobu wykazywały skłonność do wciągania wydzielin fizjologicznych w

170 808 swoją strukturę z innych elementów wyrobów chłonnych, które również wchłaniają takie płyny. Tako skłonność do odprowadzania płynów z innych elementów wyrobu chłonnego jest znana w technice pod nazwą odciągania. Pojęcie odciągania oraz kilko procedur wyznaczania jego wartości ujawniono na przykład w opisie patentowym Stanów Zjedn. Ameryki Nr 4 610 678. Podczas badania parametrów odciągania za pomocą procedur podobnych do ujawnionych w opisie patentowym Stanów Zjedn. Ameryki Nr 4 610 678, pionkowe struktury chłonne wyrobów według niniejszego wynalazku powinny wykazywać szczególnie pożądane własności pod względem odciągania płynów.

Jak już wspomniano wcześniej, szczególnie zaleconymi pionkowymi materiałami chłonnymi, które można wykonać w ten sposób, że mają opisane wcześniej zarówno odpowiednie i zalecone własności strukturalne i mechaniczne jak i odpowiednie własności chłonno przepływowe, są materiały wytwarzane no drodze polimeryzacji pewnych emulsji typu wodo w oleju, charakteryzujących się wysokim stosunkiem fazy wodnej do fazy olejowej. Emulsje tego typu 0 odpowiednio wysokich stosunkach faz, wodnej do olejowej, są znane w technice pod nazwą high internal phase emulsions (emulsje HIPES lub HIPE) (emulsje o wysokiej zawartości fazy wewnętrznej). Zalecane polimerowe materiały piankowe, wytwarzane drogą polimeryzacji takich emulsji, są tu określane jako pionki HIPE.

Stosunek ilościowy fazy wodnej do olejowej, używanych do wytworzenia prekursorów pianek polimerowych z emulsji HIPE, jest jednym z parametrów, spośród wielu innych, mających istotny wpływ no własności strukturalne, mechaniczne i parametry wytworzonych zalecanych pianek polimerowych. Stosunek wody do oleju w emulsji przeznaczonej na piankę może wpływać zwłaszcza na gęstość pionki, wymiar komórek, pole powierzchni właściwej pianki oraz wymiary rozporek tworzących piankę. Stosunek fazy wodnej do olejowej w emulsjach używanych do wytworzenia zalecanych pianek polimerowych HIPE według niniejszego wynalazku powinien wynosić generalnie od około 12:1 do 100:1; bardziej korzystnie od około 20:1 do 70:1; a najbardziej korzystnie, od około 25:1 do 50:1.

Ciągła faza olejowo emulsji używanej do wytworzenia zaleconych pionek HIPE wyrobów według niniejszego wynalazku składa się z monomerów dających się polimeryzować w taki sposób, że powstaje strukturo piankowa o konsystencji stałej. Manometry tego typu składają się z monomeru podstawowego, komonomeru i środka sieciującego. Odpowiedni dobór jakościowy i ilościowy mocofuckzyjnych(ego) monomerów(u) podstawowych(ego) i komonomerów(u) oraz pollfuykcajnach(ego) środków(o) sieciującego, może mieć istotny wpływ no powstanie pianek chłonnych HIPE o pożądanej kombinacji własności strukturalnych, mechanicznych i chłonno-przepływowych, dzięki którym materiały tego typu są szczególnie korzystne dlo wyrobów według niniejszego wynalazku.

Komponent podstawowy z monomeru mocofuckzajcego, stanowiący składnik fazy olejowej zalecanego prekursora pianki z emulsji HIPE, składa się z jednego lub kilku monomerów, wykazujących skłonność do nadawania powstającym z nich strukturom piankowym własności podobnych do szkło. Monomery tego typu są określone dalej jako monomery szkliste, i dla celów niniejszego wynalazku są określane jako materiały monomerowe, z których można wytworzyć homopolimery o wysokiej masie molekularnej (powyżej 6000) o temperaturze zeszklenia, Tg, ponad około 40°C. Korzystnie, mocofuckcyjcam typem monomeru szklistego jest monomer na osnowie styrenu, przy czym najbardziej zalecanym monomerem tego typu jest monomer samego styrenu. Możno również stosować styren podstawiony, np. jednopodstowiona, taki jak p-metalostcrec. Monofuckcyjny monomer szklisty powinien stanowić zazwyczaj wagowo od około 3% do 41%, bardziej korzystnie od około 7% do 40%, fazy olejowej' emulsji HIPE przeznaczonej do polimeryzacji.

Komponent z komonomerami monofuckcyjcymi, wchodzący w skład fazy olejowej emulsji HIPE razem z komponentem ze szklistymi monomerami podstawowymi, składa się z jednego lub więcej komonomerów, wykazujących skłonność do nadawania powstającym strukturom piankowym własności podobnych do kauczuku. ^monomery tego typu są tu określane jako ^monomery kaucaukopodobce i dla celów niniejszego wynalazku są określane jako materiały monomerowe, z których można wytwarzać homopolimery o wysokiej masie moleku20

170 808 larnej (powyżej 10 000) o temperaturze zeszklenia, Tg, około 40°C lub mniejszej. Do monofunkcyjnych komonomerów kauczukopodobnych tego typu należą na przykład alkiloakrylany, alkilometakrylany, alliloakrylan, butadien, butadieny podstawione, halogenki winylidenu i kombinacje takich komonomerów. Do zalecanych komonomerów kauczukopodobnych należą akrylan butylu, 2-etyloheksyloakrylan, butadien, izopren i kombinacje tych komonomerów. Spośród tych związków najbardziej zalecane są akrylan butylu i 2-etyloheksyloakrylan. Udział wagowy monofunkcyjnego komonomeru kauczukopodobnego w fazie olejowej powinien w zasadzie wynosić od około 27% do 73%, bardziej korzystnie od około 27% do 66%.

W fazie olejowej emulsji HIPE, stosowanych do wytwarzania pianek chłonnych wyrobów według niniejszego wynalazku, musi (muszą) znajdować się zarówno monofunkcyjny(e), szklisty(e) komonomer(y) podstawowy(e) jak i monofunkcyjny(e), komonomer(y) kauczukopodobny(e) w podanych powyżej przedziałach stężeń. Ponadto stosunek molowy monofunkcyjnego monomeru szklistego do monofunkcyjnego monomeru kauczukopodobnego powinien wynosić generalnie od około 1:25 do 1,5:1, a bardziej korzystnie od około 1:0 do 1,5:1.

Łańcuchy polimerowe, utworzone z monomeru(ów) szklistego(ych) i komonomeru(ów) kauczukopodobnego(ych) mają być sieciowane, w związku z czym w fazie olejowej emulsji do wytwarzania zalecanych pianek HIPE, powinien również znajdować się wielofunkcyjny środek sieciujący. Podobnie jak w przypadku monomerów i komonomerów monofunkcyjnych, również dobór typu i ilości środka sieciującego ma istotne znaczenie z punktu widzenia ostatecznych własności strukturalnych, mechanicznych i chłonnych zalecanych pianek polimerowych.

Wielofunkcyjny środek sieciujący, umożliwiający uzyskanie zalecanego prekursora emulsji HIPE do wyrobu zalecanych pianek polimerowych, można wybrać spośród szerokiej grupy monomerów polifunkcyjnych, korzystnie, dwufunkcyjnych. Wyrobu dokonuje się w zależności od rodzaju i ilości zastosowanych monofunkcyjnych monomerów i komonomerów, oraz w zależności od pożądanych parametrów gotowych zalecanych pianek polimerowych. Zatem jako środek sieciujący można używać aromatyczne dwuwinyle, np. dwuwinylobenzen, dwuwinylotoluen lub ftalan allilu. Alternatywnie można również stosować środki sieciujące w postaci dwuwinyli alifatycznych, takie jak dowolne estry kwasu dwuakrylowego i polioli. Stwierdzono, że odpowiednim środkiem sieciującym, umożliwiającym uzyskanie najlepszej pianki z zalecanych emulsji HIPE jest dwuwinylobenzen.

Udział wagowy dowolnego typu środka sieciującego w fazie olejowej, zalecanych według niniejszego wynalazku emulsji do wytwarzania pianek, powinien wynosić od około 8% do 40%, bardziej korzystnie od około 10% do 25%. Ilość(ci) środka(ów) sieciującego(ych) w zakresie podanych przedziałów wartości powinna(y) być w zasadzie tak dobrane, żeby stężenie molowe środka sieciującego w stosunku do całkowitej ilości monomerów występujących w fazie olejowej wynosiło od około 5 procent molowych do około 60 procent molowych.

Główną część fazy olejowej zalecanych emulsji HIPE stanowią wspomniane powyżej monomery, komonomery i środki sieciujące, składające się ostatecznie na zalecane polimerowe pianki chłonne. W związku z tym, istotne jest, żeby te monomery, komonomery i środki sieciujące były nierozpuszczalne w wodzie, a tym samym w fazie wodnej, natomiast były rozpuszczalne głównie w fazie olejowej. Nierozpuszczalność materiałów monomerowych w wodzie gwarantuje wytworzenie zalecanych emulsji HIPE o odpowiednich własnościach i stabilności.

Oczywiście, korzystnie, monomery, komonomery i środki sieciujące, z których wytwarzane są zalecane polimerowe materiały piankowe wyrobów według niniejszego wynalazku, powinny być tak dobrane, że wytworzone z nich gotowe pianki polimerowe nie są toksyczne i są odpowiednio stabilne chemicznie. Zatem, korzystnie, takie monomery, komonomery i środki sieciujące, występujące w bardzo niskich stężeniach szczątkowych, np. podczas przetwarzania po procesie polimeryzacji pianki lub podczas użytkowania, powinny być słabo toksyczne lub nietoksyczne.

Innym istotnym składnikiem fazy olejowej emulsji HIPE, stosowanych do wytwarzania zalecanych pianek polimerowych do wyrobów według niniejszego wynalazku, jest środek emulgujący, umożliwiający wytwarzanie stabilnych emulsji HIPE. Do środków emulgujących

170 808 tego typu należą takie, które są rozpuszczalne w fazie olejowej stosowanej Oo wytwarzania emulsji. Można stosować środki emulgujące niejonowe, kationowe, anionowe lub amfoteryczne pod warunkiem, że dany środek lub kombinacja środków, umożliwia wytwarzanie stabilnej emulsji. Do zalecanych typów środków emulgujących, o odpowiednich własnościach z punktu widzenia stabilności, należą estry kwasów tłuszczowych i sorbitanu, estry kwasów tłuszczowych i poliglicyryny, estry kwasów tłuszczowych i glikolu poli(oksy)etylenowego (POE). Zaleca się zwłaszcza stosowanie estrów kwasów tłuszczowych i sorbitanu, takich jak jed^nolaurynian sorbitanu (SPAN^R 20), jydneoleinian sorbitanu (SPAN^R 80) oraz kombinacje trójoleinianu sorbitanu (SPANR 85) z jed^nooleinianem sorbitanu (SPANR 80). jedną z takich szczególnie zalecanych kombinacji środków emulgujących stanowi kombinacja jednooleinianu sorbitanu z trójoleimanym sorbitanu w proporcjach wagowych powyżej lub równych około 3:1, a korzystnie, około 4:1. Do innych zalecanych środków emulgujących należy TrIODANR 20 - dostępny na rynku ester poligllcyryny (GrindsteO) - oraz eMsOrB 2502. Półtoraoleinian sorbitanu, firmy Henkel.

Środek emulgujący powinien w zasadzie stanowić wagowo od około 2% do 33% fazy olejowej stosowanej do wytwarzania emulsji HIPE, które z kolei są używane do wytworzenia zalecanych pianek polimerowych wyrobów chłonnych wynalazku. Bardziej korzystnie, środek emulgujący powinien stanowić wagowo od około 4% do 25% fazy olejowej.

W skład fazy olejowej, stosowanej Oo wytworzenia polimeryzujących emulsji HIPE, mogą wchodzić, oprócz wymienionych wyżej monomerów i środków emulgujących, również dodatkowe substancje korzystne. jednym z takich składników fazy olejowej może być opisany poniżej, rozpuszczalny w oleju inicjator polimeryzacji ogólnego typu. Innym ewentualnym składnikiem fazy olejowej może być w zasadzie nierozpuszczalny w wodzie rozpuszczalnik do monomerów i środków emulgujących w fazie olejowej. Oczywiście, rozpuszczalnik tego typu nie może rozpuszczać spolimeryzowanych monomerów. Rozpuszczalniki tego typu nie są zalecane, ale w razie ich wprowadzenia ich udział wagowy w fazie olejowej nie może być większy niż około 10%.

jak wskazano, w polimeryzujących emulsjach do wytwarzania zalecanych pianek dla wyrobów według niniejszego wynalazku, opisana wcześniej faza olejowa HIPE stanowi fazę ciągłą. Nieciągłą fazą wewnętrzną w polimeryzujących emulsjach HIPE jest faza wodna, będąca w zasadzie wodnym roztworem zawierającym jeden lub więcej składników rozpuszczalnych. jednym w ważnych składników rozpuszczalnych fazy wodnej jest rozpuszczalny w wodzie elektrolit. Zadaniem rozpuszczonego w fazie wodnej emulsji HIPE elektrolitu jest minimalizacja skłonności monomerów i środków sieciujących, rozpuszczalnych głównie w oleju, do ewentualnego rozpuszczania się również w wodzie. A to z kolei może zminimalizować intensywność z jaką podczas polimeryzacji emulsji materiał polimerowy wypełnia okienka w komórkach w obszarach przejść fazy olejowej w wodną, formowanych przez pęcherzyki fazy wodnej. Zatem obecność elektrolitu, i wynikająca z tego moc jonowa fazy wodnej, może decydować o tym czy i w jakim stopniu powstające zalecane pianki polimerowe będą miały strukturę otwarto komórkową.

Dopuszcza się stosowanie dowolnych elektrolitów nadających fazie wodnej odpowiednią moc jonową. Do zalecanych elektrolitów należą: jedno-, dwu-, lub trójwartościowe sole nieorganiczne, takie jak rozpuszczalne w wodzie halogenki, np. chlorki, azotany i siarczany metali alkalicznych i metali ziem alkalicznych. Do przykładów takich związków należą chlorek sodowy, chlorek wapniowy, siarczan sodowy i siarczan magnezowy. W przykładach wykonania według niniejszego wynalazku zaleca się zwłaszcza stosowanie chlorku wapniowego.

Generalnie, udziały wagowo elektrolitów w fazie wodnej w emulsjach HIPE, będących prekursorami pianek polimerowych stosowanych 0o wyrobów według niniejszego wynalazku, powinny wynosić od około 0,2% do około 40%. Bardziej korzystnie, elektrolit powinien stanowić wagowo od około 0,5% do 20% fazy wodnej.

Zazwyczaj w emulsjach HIPE, stosowanych 0o wytwarzania zalecanych pianek polimerowych, znajduje się również inicjator polimeryzacji. Na ogół taki inicjator jest dodawany do fazy wodnej emulsji HIPE i może to być dowolny rozpuszczalny w wodzie inicjator wolnoroO22

170 808 nikowy. Do substancji tego typu należą związki nadtlenowe, takie jak nadsiarczany sodowe, potasowe i amonowe, nadtlenek kaprylylu, nadtlenek benzoilu, nadtlenek wodoru, wodoronadtlenek kumenu, trzeciorzędowy nadftalan butylowy, trzeciorzędowy nadbenzoesan butylowy, nadoctan sodowy, nadwęglan sodowy i podobne. Można również stosować konwencjonalne inicjatory typu redoks. Inicjatory tego typu powstają w wyniku łączenia wspomnianych wcześniej związków nadtlenowych ze środkami redukującymi, takimi jak wodorosiarczyn sodowy, kwas -askorbinowy łub sole żelazawe.

Inicjator może stanowić wagowo do około 5 procent w stosunku do całkowitej liczby moli monomerów polimeryzujących obecnych w fazie olejowej. Bardziej korzystnie, inicjator stanowi wagowo od około 0,001 do 0,5 procent w stosunku do łącznej liczby moli monomerów polimeryzujących obecnych w fazie olejowej. W przypadku dodawania go do fazy wodnej, wspomniane stężenie można uzyskać kiedy jego udział wagowy w fazie wodnej wynosi od około 0,02% do 0,4%, a bardziej korzystnie, od około 0,1% do 0,2%.

Poniżej opisano szczegółowo proces łączenia wspomnianej wcześniej fazy olejowej z fazą wodną z równoczesnym mieszaniem, dzięki czemu uzyskuje się emulsję w postaci stabilnej pianki. Następnie wytwarza się w powstałej w ten sposób piance HIPE odpowiednie warunki do polimeryzacji, umożliwiające polimeryzację monomerów fazy olejowej, dzięki czemu powstaje komórkowa struktura piankowa w postaci stałej.

Własności chemiczne, wygląd i budowa materiału polimerowego, z którego składają się zalecane struktury piankowe, wynikają zarówno z rodzaju i stężeń monomerów, komonomerów i środków sieciujących, wchodzących w skład emulsji HIPE, jak i z warunków ich polimeryzacji. Powstały materiał polimerowy w zasadzie nie pęcznieje w płynach wodnych w tym sensie, że sam materiał nie jest silnie plastyczny ani nie wchłania płynów wodnych, z jakimi się styka. Natomiast bez względu na skład monomerowy, masę molekularną lub budowę materiału polimerowego, gotowy materiał powinien w zasadzie mieć własności lepkosprężyste. Zatem polimer do wytwarzania zalecanych struktur piankowych powinien mieć zarówno lepkość, tj. powinien być podobny do płynu, jak i sprężystość, tj. powinien być podobny do sprężyny. Istotne znaczenie ma to, żeby materiał polimerowy, tworzący strukturę pianki komórkowej, miał takie własności fizyczne, reologiczne i parametry morfologiczne, dzięki którym w warunkach użytkowania spieniony materiał chłonny uzyskuje odporność na odkształcanie podczas ściskania i jest stabilny wymiarowo.

Korzystnie, w strukturze sieciowanego materiału polimerowego, z którego są wykonane zalecane piankowe struktury chłonne, nie ma w zasadzie polarnych grup funkcyjnych. Zatem bezpośrednio po zakończeniu polimeryzacji polimer, z którego składają się powierzchnie takich zalecanych pianek chłonnych, będzie zazwyczaj w zasadzie hydrofobowy. W związku z tym, zalecane, właśnie spolimeryzowane pianki, mogą wymagać dalszej obróbki, nadającej ich powierzchni własności hydrofilowe, umożliwiające ich zastosowanie jako materiałów chłonnych do wydzielin fizjologicznych. W razie konieczności, po zakończeniu procesu polimeryzacji, powierzchnie pianki można poddać hydrofilizacji polegającej na obróbce struktur piankowych HIPE za pomocą środka hydrofilizującego: szczegółowy opis tego procesu zamieszczono poniżej.

Jako środki hydrolifilizujące można stosować dowolne substancje intensyfikujące zwilżalność wodą powierzchni polimerowych, z którymi się stykają lub na których są osadzone. Środki hydrofilizujące są dobrze znane w technice. Generalnie, do takich znanych środków należą substancje powierzchniowo czynne typu anionowego, kationowego lub niejonowego. W zasadzie środki hydrofilizujące stosuje się w formie płynnej, zazwyczaj w postaci rozpuszczonej w wodzie, w wyniku czego powstaje wodny roztwór hydrofilizujący, którym działa się na powierzchnie pianki HIPE. Dzięki takiemu sposobowi postępowania, środki hydrofilizujące mogą być wchłonięte w powierzchnie polimeru zalecanych struktur piankowych HIPE w ilościach wystarczających do nadania tym powierzchniom odpowiednich własności hydrofitowych, natomiast nie zmieniających pożądanej giętkości pianki i jej odporności na odkształcanie podczas ściskania. W zalecanych piankach, poddanych obróbce za pomocą środków hydrofili170 808 żujących, środek ten wnika do struktury pianki w takich ilościach, że pozostaje tam w szczątkowej zawartości, stanowiącej wagowo od około 0,1% do około 10% masy pianki.

Jednym z odpowiednich typów środków hydrofilizujących są łagodne nie drażniące środki powierzchniowo czynne, nakładane na strukturę pianki w takich ilościach, że ich udział wagowy w stosunku do masy pianki wynosi od około 0,5% do 5,0%, a bardziej korzystnie od około 1% do 3%. Do środków powierzchniowo czynnych tego typu mogą należeć na przykład siarczany alkilowe i siarczany alkilooksyetylenowane takiego typu, jakie są stosowane w dostępnych na rynku płynach do zmywania, takich jak JOY LIQUID DETERGENT. Zazwyczaj pianka HIPE jest zmywana za pomocą wodnych roztworów środków powierzchniowo czynnych tego typu, przy czym operacja ta odbywa się po usunięciu resztkowych ilości fazy wodnej pozostałych tam po procesie polimeryzacji albo, bardziej korzystnie, jako etap przemywania pianki, którego zadaniem jest usunięcie z niej pozostałości fazy wodnej.

Innym zalecanym typem środków hydrofilizujących, są hydratyzujące, a korzystnie higroskopijne lub rozpływające się pod wpływem wilgoci z powietrza, rozpuszczalne w wodzie sole nieorganiczne. Do materiałów tego typu należą, na przykład, dopuszczalne z toksycznego punktu widzenia sole metali ziem alkalicznych. Materiały tego typu, oraz ich stosowanie łącznie z nierozpuszczalnymi w wodzie środkami powierzchniowo czynnymi jako środków hydrofilizujących do pianek, szczegółowo przedstawiono w zgłoszeniu patentowym Stanów Zjedn. Ameryki Thomasa A, DesMaraisa Nr seryjny 743951 złożonym równocześnie z niniejszym dokumentem. Do zalecanych soli tego typu należą halogenki wapnia i magnezu, takie jak chlorek wapniowy, który, jak wspomniano dalej, może być również używany jako elektrolit w fazie wodnej emulsji HIPE stosowanych do wyrobu zalecanych pianek chłonnych.

Środki hydrofilizujące w postaci hydrolizujących soli nieorganicznych można łatwo wprowadzić do pianek chłonnych, obrabiając je za pomocą wodnych roztworów tych soli. Podobnie jak w przypadku powierzchniowo czynnych środków hydrofilizujących, roztwory hydrofilizujących soli nieorganicznych można w zasadzie zastosować do obróbki i hydrofilizacji pianek hydrofobowych po zakończeniu, lub jako etap, procesu usuwania resztek fazy wodnej z właśnie spolimeryzowanych pianek. Korzystnie, stykanie się pianek z takimi roztworami jest wykorzystywane do osadzania na nich niewielkich ilości hydratyzujących soli nieorganicznych, na przykład chlorku sodowego, którego udział wagowy w piance powinien wynosić od około 0,1% do 7%.

Zazwyczaj obróbka hydrofilizująca tych z zalecanych struktur piankowych, które są stosunkowo hydrofobowe po polimeryzacji, powinna być prowadzona z intensywnością konieczną i dostateczną do nadania zalecanym piankom HIPE odpowiedniej hydrofilowości. Ale niektóre pianki z zalecanego typu emulsji HIPE mogą mieć po zakończeniu polimeryzacji odpowiednią hydrofilowość, w związku z czym nie muszą być dodatkowo obrabiane za pomocą środków hydrofilizujących. Dotyczy to zwłaszcza zalecanych pianek HIPE, w których jako środki emulgujące dodawane do fazy olejowej, są stosowane estry kwasów tłuszczowych i sorbitanu, a jako elektrolit w fazie wodnej w prekursorach pianek z emulsji HIPE, chlorek wapniowy. W takiej sytuacji, po zakończeniu polimeryzacji, w resztkach płynnej fazy wodnej wewnątrz pianek może znajdować się, albo też mogą się osadzać, takie ilości chlorku wapniowego, które wystarczają do nadania odpowiedniej hydrofilowości wewnętrznym powierzchniom pianki ze znajdującymi się na nich resztkowymi ilościami środka emulgującego, nawet po odwodnieniu pianek powstałych w wyniku polimeryzacji emulsji.

Pianki chłonne zawarte w wyrobach według wynalazku można wytwarzać dowolnym, nadającym się do tego celu sposobem polimeryzacji i dowolnymi technikami po zakończeniu procesu polimeryzacji oraz z dowolnej, odpowiedniej do tego celu, kombinacji materiałów monomerowych pod warunkiem, że powstające w wyniku tego pianki hydrofilowe mają opisane powyżej istotne, i w razie potrzeby zalecane, własności strukturalne i mechaniczne.

W opisie niniejszego wynalazku ustalono liczne własności struktur chłonnych z pianek HIPE. Wspomniane własności można wyznaczać za pomocą opisanych dalej cieczy testowych i metod badań.

170 808

W niektórych opisanych tu pomiarach stosuje się ciecze testowe, takie jak syntetyczny mocz, alkohol etylowy lub alkohol izopropylowy. Opisany dalej syntetyczny mocz, stosowany w wielu badaniach, jest wykonany z dostępnego na rynku syntetycznego moczu produkowanego przez firmę Jayco Pharmaceuticals (Mechanicsburg, PA, 17055). Syntetyczny mocz Jayco składa się z następujących związków: KCl, 0,2%, N2SO4, 0,2%; NH4H2PO4, 0,085%; (NH4)2HPO4, 0,015%; CaCl2*2H2O, 0,025%; i MgCh*6H2O, 0,05% (Wartości procentowe odniesione do masy). Próbki syntetycznego moczu są przygotowywane za pomocą wody destylowanej według instrukcji na etykiecie. Rozpuszczanie polega na powolnym dodawaniu mieszaniny soli Jayco do wody destylowanej. W razie konieczności próbka jest filtrowana w celu usunięcia z niej wszystkich cząstek stałych. Nie zużyty syntetyczny mocz jest wyrzucany po upływie jednego tygodnia. W celu poprawienia widzialności płynu można do niego dodać 5 kropli błękitnego barwnika spożywczego na litr roztworu syntetycznego moczu. Używany mocz syntetyczny Jayco ma napięcie powierzchniowe 65 ± 5 · 10‘³ N/m.

W wielu opisanych dalej testach należy przygotować i zbadać próbki pianki o ściśle określonych wymiarach. O ile nie podano inaczej, próbki pianki o odpowiednich wymiarach należy wycinać z większych bloków pianki ruchami posuwisto-zwrotnymi za pomocą ostrego noża. Dzięki stosowaniu wspomnianego powyżej, lub równoważnego, ostrego narzędzia tnącego, w zasadzie eliminuje się wady krawędzi próbki, co mogłoby mieć szkodliwy wpływ na dokładność pewnych pomiarów prowadzonych podczas niektórych opisanych dalej procedur badania.

Opis wymiarów próbki na ogół dotyczy również jej kalibru lub grubości. Z punktu widzenia celów niniejszego wynalazku, pomiar kalibru lub grubości próbki należy wykonywać na próbce pianki poddanej działaniu ciśnienia o wartości 350 Pa.

Procedura wyznaczania dostępnej objętości porów polega na pomiarze ilości alkoholu izopropylowego (temperatura zapłonu 12°C) możliwego do wchłonięcia przez strukturę próbki pianki chłonnej. Stosowane w tym pomiarze urządzenia i materiały są doprowadzane do stanu równowagi w temperaturze 22 ± 2°C. Również pomiary są wykonywane w tej temperaturze.

Pociąć próbki suchej pianki na cylindry lub równoważne elementy o powierzchni 6,5 cm2 grubości 0,8 cm. Cylindryczne próbki tego typu można przygotować wycinając je za pomocą ostrego stempla o średnicy 2,87 cm z płata pianki o grubości 0,8 cm. Każdą z tych próbek suchej pianki zważyć, wyznaczając jej masę suchą (dw). Zważyć trzy z takich próbek i wyznaczyć przeciętną masę suchą (DW).

Sposób wyznaczania pomiarowej pojemności swobodnej (MFC) tych próbek:

1) Zanurzyć próbki pianki w alkoholu izopropylowym w krystalizatorze i zostawić je do nasycenia. Można kilkakrotnie ścisnąć próbkę w celu usunięcia z niej powietrza.

2) Wyjąć każdą próbkę bez wyciskania z niej alkoholu izopropylowego. Pozwolić nadmiarowi płynu kapać kropelkami z próbki w położeniu na płasko przez około 30 sekund. Następnie zważyć mokrą próbkę w celu wyznaczenia jej masy mokrej (ww).

3) Powtórzyć jeszcze dwukrotnie kroki 1) i 2) i obliczyć przeciętną masę mokrą (WW).

Pomiarowa pojemność swobodna (MFC, g/g) jest masą alkoholu izopropylowego zawartego w nasyconej piance, sprowadzona do masy suchej pianki. MFC jest obliczana z następującego wzoru:

_{MFC =} [WW(g) - DW(g)]

DW(g)

Następnie obliczyć dostępną objętość porów, dzieląc MFC pianki dla alkoholu izopropylowego przez gęstość alkoholu izopropylowego, wynoszącą 0,785 g/ml. Wynikiem jest dostępna objętość porów pianki w ml/g.

Pole powierzchni właściwej ssania kapilarnego pianek chłonnych można wyznaczyć z równowagowej chłonności masowej cieczy testowej o znanym małym napięciu powierzchniowym. W tym przypadku stosuje się bezwodny alkohol etylowy (temperatura zapłonu 10°C).

W celu przeprowadzenia tego testu należy doprowadzić do stanu równowagi w temperaturze 22 ± 2°C zważony pasek próbki pianki o odpowiednich wymiarach (np. 25 cm długości x cm szerokości x 0,8 cm grubości); umieścić go pionowo i zanurzyć jednym końcem na

170 808 głębokość 1-2 mm w zbiorniczku z alkoholem etylowym, używając do tego celu podnośnika laboratoryjnego. Następnie pozwolić paskowi pionki wchłonąć no zasadzie ssania kapilarnego alkohol etylowy do wysokości równowagowej, któro powinna być mniejsza od długości próbki. Zważyć nasyconą alkoholem etylowym próbkę, trzymając ją w styczności ze zbiorniczkiem, wyznaczając tym samym masę całego wchłoniętego alkoholu etylowego. W celu eliminacji parowania alkoholu etylowego, podczas tego testu próbka powinna być odizolowana, na przykład za pomocą zamkniętego cylindra szklanego.

Pole powierzchni właściwej próbki pianki można obliczyć z następującego wzoru:

_ MeGLn ^C_ MnTe gdzie Sc = pole powierzchni właściwej ssania kapilarnego w cm²/g; Me = masa wchłoniętego płynnego alkoholu etylowego w gramach; G = stała grawitacyjna wynosząca 980 cm/s2; Lc = całkowito długość próbki w cm; Mn = masa suchej próbki w gromach; i Te = napięcie powierzchniowe alkoholu etylowego, wynoszące 22,3 · M^N/m. Następnie uzyskane wartości możno podzielić przez 10 000 cmj/cmj, uzyskując pole powierzchni właściwej ssania kapilarnego w m2/g.

Jedną z możliwych procedur wyznaczania gęstości pianek przedstawiono w normie ASTM Method No. D3574-86, Test A; jest to procedura przeznaczona główcie do badania pianek metanowych, ale możno ją również zastosować do pomiaru gęstości zaleconych pionek chłonnych typu HIPE wyrobów według wynalazku. W szczególności, pomiary gęstości według tej procedury ASTM są prowadzone ca próbkach pianek wstępnie klimatyzowanych w pewien, określony w tym teście, sposób.

Gęstość jest wyznaczana na podstawie pomiaru suchej masy danej próbki pianki i jej objętości w temperaturze 22 ± 2°C. Objętość większych próbek pianki jest obliczana z ich wymiarów zmierzonych bez działającego na nie ciśnienia. Wymiary próbek mniejszych można określić za pomocą czujnika zegarowego, obciążając jego stopkę ciśnieniem o wartości 350 kPa.

Gęstość jest obliczana jako maso odniesiona do jednostki objętości. Dla celów niniejszego wynalazku, gęstość jest na ogół wyrażona w g/cm3.

Dla celów niniejszego wynalazku, wartość odporności ca odkształcanie podczas ściskania możno wyznaczyć mierząc wielkość odkształcenia (% zmniejszenia grubości) próbki pionki, nasyconej syntetycznym moczem, po jej obciążeniu ciśnieciem o wartości 5,1 kPo.

Pomiary te można przeprowadzić na próbkach piacek w kształcie cylindrów, przygotowanych w taki sposób, jak to przedstawiono wcześniej w przypadku wyznaczania dostępnej objętości porów. Próbki, ciecz testową w postaci syntetycznego moczu oraz urządzenie pomiarowe należy doprowadzić najpierw do stacu równowagi w pomieszczeniu o stałej temperaturze 37°C. Również pomiary należy prowadzić w tym pomieszczeniu.

Próbki pianki umieścić w krystalizatorze i casycić syntetycznym moczem JAYCO do ich swobodnej pojemności chłonnej. Następnie umieścić dacą, nasyconą próbkę na sitku o gęstości 25 znajdującym się cod zlewką; ca próbce położyć czujnik zegarowy przystosowany do pomiarów grubości. Możno stosować dowolny czujnik zegarowy zaopatrzony w stopkę o powierzchni co najmniej 6,5 cm2, przystosowany do pomiarów z dokładnością do 0,025 mm. Do przykładów takich czujników należą Ames model 482 (Ames Co., Walthom, MA) lub Ono-Sokki model EG-225, Ono-Sokki Co., Ltd, Japonia). Potrzebne są również obciążniki do czujnika zegarowego, umożliwiające uzyskanie na stopce ciśnień działających ca próbkę pianki o wartościach do 6,9 kPa.

Umieszczona no sitku nasycona próbka pianki jest obciążano ciśnieniem 5,1 kPo przez 15 minut. Pod koniec tego okresu należy zmierzyć czujnikiem zegarowym zmianę grubości próbki w wyniku działania no nią ciśnienia. Na podstawie zmierzonej grubości pierwotnej i końcowej możno obliczyć procentowe odkształcenie próbki.

Giętkość pianki można określić ilościowo za pomocą procedury badawczej stanowiącej modyfikację testu 3.3 według normy ASTM D 3574-86, stosowanego do wyznaczania giętkości wyrobów z pionek komórkowych z polimerów organicznych. W takim zmodyfikowanym teście stosuje się próbkę pianki o wymiarach 7 x 0,8 x 0,8 cm, nasyconą w temperaturze 37°C

178 080 syntetycznym moczem JAYCO do swojej swobodnej pojemności chłonnej. Istotne znaczenie ma eliminacja uszkodzeń krawędzi paska pianki, jakie mogą ewentualnie nastąpić podczas operacji cięcia. Nasycony syntetycznym moczem pasek pianki jest wyginany wokół cylindrycznego trzpienia o średnicy 0,8 cm z równomierną prędkością około 1 pętli w ciągu 5 sekund, do chwili spotkania się jego końców. Piankę uznaje się za giętką jeżeli podczas tego testu nie nastąpi jej zerwanie lub pęknięcie, tj. jeżeli przejdzie pomyślnie cykl zginania.

W badaniach powrotu pianki do pierwotnego kształtu po odkształceniu podczas ściskania, stosowane są próbki podobne do używanych w opisanych wcześniej badaniach dostępnej objętości porów. Są to próbki w kształcie cylindrów o grubości 0,8 cm i kołowym przekroju poprzecznym o polu powierzchni 6,45 cm². Próbki pianek wspomnianego typu można badać w stanie suchym lub po ich nasyceniu syntetycznym moczem JAYCO do swobodnej pojemności chłonnej.

Za pomocą czujnika zegarowego ścisnąć próbkę testową, mokrą lub suchą, w taki sposób, żeby w ciągu 10 sekund jej grubość zmniejszyła się do 50% jej grubości wyjściowej i przytrzymać ją w tym stanie przez 1 minutę. Następnie usunąć nacisk i pozwolić piance przez okres 1 minuty na odzyskiwanie grubości. Procent odzysku jest odnoszony do pierwotnej wysokości pianki w stanie nieobciążonym.

Badanie próbek suchych prowadzić w temperaturze otoczenia, np. 22 ± 2°C. W przypadku badania próbek mokrych, próbka pianki jest nasycona syntetycznym moczem JAYCO o temperaturze 37°C, do swojej swobodnej pojemności chłonnej, w zlewce o średnicy 5 cm. Zlewka działa jak zbiorniczek odbierający wyciskany płyn podczas ściskania oraz również jako zbiorniczek, z którego próbka może wchłonąć płyn wracając do swojego stanu po ściśnięciu.

Pojemności chłonne, zarówno swobodną jak i pod ciśnieniem, można wyznaczyć technikami analizy grawimetrycznej, stosując do tego celu syntetyczny mocz, pełniący rolę płynu, dla którego jest obliczana pojemność chłonna pianki.

W teście tym próbka pianki jest nasycana cieczą testową w postaci syntetycznego moczu, co umożliwia pomiar jej swobodnej pojemności chłonnej, lub pojemności chłonnej bez obciążenia. Następnie wyznaczana jest pojemność chłonna próbki pod stopniowo zmienianym obciążeniem. Pojemność chłonna pod ciśnieniem jest mierzona po upływie określonego czasu trzymania próbki pianki w stanie obciążonym.

Zadaniem niniejszego testu jest pomiar pojemności chłonnej próbki pianki pod zadanymi ciśnieniami, a mianowicie w zakresie od 0 do 6,9 kPa, i przy zadanej temperaturze, tj. 37°C.

Stosowane urządzenia: sitko numer 25, średnica 8 cm; krystalizator o średnicy 15 cm i głębokości 7,5 cm; zlewka, 50 ml; waga analityczna; czujnik zegarowy zaopatrzony w stopkę o powierzchni co najmniej 1 cal 2 (6,5 cm2) do pomiarów z dokładnością o 0,001 cala (0,025 mm), np. Ames model 482 (Ames Co., Waltham, MA) lub Ono-Sokki model EG-225., Ono-Sokki Co., Ltd., Japonia); obciążniki do czujnika zegarowego, umożliwiające uzyskanie ciśnień o wartościach 0,2; 0,74 i 1,0 psi (1,4; 5,1 i 6,9 kPa).

Materiały: mocz syntetyczny JAYCO; próbki pianki. Stosowana procedura:

i) doprowadzić do stanu równowagi opisane powyżej urządzenia i materiały w pomieszczeniu o stałej temperaturze ogrzanym do 37°C. Pomiary prowadzić również w tym pomieszczeniu.

ii) pociąć próbki pianki, podobne do przygotowanych do badania dostępnej objętości porów, na walce o polu powierzchni 6,5 cm²1 gruibości 0,8 cm . Zważyć próbki i wyznaczyć ich przeciętną masę suchą (DW).

iii) sposób wyznaczenia swobodnej pojemności chłonnej (FAC) każdej próbki pianki:

a) zanurzyć próbkę pianki w syntetycznym moczu w krystalizatorze i pozostawić ją do nasycenia. Próbkę można kilkakrotnie wycisnąć w celu usunięcia z niej powietrza,

b) wyjąć piankę bez wyciskania z niej płynu. Pozwolić nadmiarowi płynu kapać kropelkami z próbki w położeniu na płasko przez około 30 sekund, a następnie zważyć mokrą próbkę,

c) powtórzyć jeszcze dwukrotnie kroki a) i b) i obliczyć przeciętną masę mokrą (WW),

d) obliczyć swobodną pojemność chłonną (FAC, g/g z zależności:

170 808

FAC = masa syntetycznego moczu w nasyconej piance) masa sucha pianki = [WW (g) - DW (g)] /DW (g) iv) sposób wyznaczania pojemności chłonnej pod ciśnieniem (desorpcja ciśnieniowa) dla każdej próbki pianki:

a) pod środkiem stopki czujnika zegarowego umieścić zlewkę o pojemności 50 ml, na jej górnej powierzchni położyć sitko, postawić stopkę na sitku,

b) na górnej powierzchni sitka położyć nasyconą próbkę, sprawdzić czy próbka znajduje się nad środkiem zlewki, po czym umieścić czujnik zegarowy w takim położeniu, żeby próbka była obciążona,

c) umieścić na czujniku obciążenie odpowiadające ciśnieniu 1,4 kPa działającemu na próbkę,

d) po 15 minutach zważyć próbkę (WW, 0,2),

e) ponownie nasycić próbkę i powtórzyć kroki a) - d) z tym wyjątkiem, że obciążyć próbkę ciśnieniami 5,1 kPa i 6,9 kPa, co umożliwia wyznaczenie wartości WW, 0,74 i WW, 1,0,

f) wziąć do badania nowe próbki i powtórzyć jeszcze dwukrotnie kroki a) i e) w celu wyznaczenia przeciętnych mas mokrych po trzymaniu ich pod różnymi obciążeniami,

g) sposób obliczenia pojemności chłonnej od obciążeniami (X-obciążenie, g/g: (obciążenie-X pod danym obciążeniem to masa syntetycznego moczu w mokrej piance/masa sucha pianki), pojemność pod ciśnieniem 1,4 kPa X; 0,2)g/g) = [WW; 0,2 (g)-DW (g)] /DW (g) pojemność pod ciśnieniem 5,1 kPa

X; 0,74 (g/g) = [WW; 0,74 (g) - DW (g)] / DW (g) pojemność pod ciśnieniem 6,9 kPa

X; 1,0 (g/g) = [WW; 0,1,0 (g) - DW (g)] / DW (g)

Wartości pojemności chłonnej w ml syntetycznego moczu na gram suchej pianki można uzyskać dzieląc FAC i wartości obciążeń X przez masę właściwą syntetycznego moczu JAYCO, wynoszącą około 1 g/cm³.

Szybkość i pojemność chłonna nasiąkania pionowego pianki są miernikami zdolności suchej pianki do pionowego ssania płynu ze zbiornika. Szybkość nasiąkania pionowego określa się mierząc czas potrzebny do pionowego przemieszczenia się czoła płynu w pasku pianki na długości 5 cm. Pojemność chłonna nasiąkania pionowego jest wyznaczana po dojściu płynu do wysokości równowagowej, jako ilość płynu zatrzymanego w pasku pianki dla danej określonej pionowej wysokości nasiąkania (np. 11,4 cm).

Do wyznaczania szybkości i pojemności chłonnej nasiąkania pionowego tymi sposobami używa się syntetycznego moczu Jayco zabarwionego niebieskim barwnikiem spożywczym. Materiały stosowane w niniejszej procedurze są doprowadzane do stanu równowagi w temperaturze 37°C; badania odbywają się w tej samej temperaturze.

Przygotowanie próbki:

i) Przygotować pasek pianki o przybliżonych wymiarach 25 cm x 2,0 cm x 0,8 cm postępując podobnie jak w badaniach pola powierzchni właściwej ssania kapilarnego.

ii) Umieścić zbiorniczek z płynem na górnej powierzchni podnośnika laboratoryjnego po czym zacisnąć w uchwycie próbkę pianki za jeden koniec w taki sposób, że wisi pionowo nad zbiorniczkiem z płynem.

iii) Obok próbki pianki zacisnąć w uchwycie przymiar w taki sposób że jego dolna część (0 cm) znajduje się około 1 - 2 mm ponad dnem próbki pianki.

iv) Napełnić zbiorniczek zabarwionym roztworem syntetycznego moczu do koło 3/4 pełnej wysokości.

Pomiar szybkości nasiąkania pionowego:

i) Podnieść za pomocą podnośnika laboratoryjnego zbiorniczek do dolnej części próbki pianki. Z chwilą dotknięcia płynu do dolnej części próbki uruchomić stoper.

ii) Natychmiast podnieść zbiorniczek do położenia, w którym ciecz zetknie się z dolną częścią przymiaru.

iii) Zarejestrować czas potrzebny czołu cieczy na osiągnięcie wysokości 5 cm.

170 808 iv) Pozostawić pwnkę an po łożeniu umożliwiającym luymknnii: do osiągniscia stanu równowagi (np. około 18 godzin). Utrzymanie próbki w stanie zanurzonym może wymagać regulacji położenia podnośnika laboratoryjnego o 1 - 2 mm, a ponadto próbka powinna być zabezpieczona przed parowaniem.

Pomiar pojemności chłonnej pianki (ml/g) odniesionej do jej długości w pionie

i) Zdjąć próbkę i szybko położyć na podłożu, które nie jest powierzchnią chłonną.

ii) Natychmiast pociąć próbkę na oddzielne kawałki po 2,54 cm za pomocą odpowiednio ostrego noża, w celu uniknięcia możliwości jej zgniecenia, a następnie każdy taki kawałek zważyć.

iii) Wycisnąć z próbek większość płynu i każdą z nich położyć na ręczniku chłonnym.

iv) Pozostawić każdy kawałek do zupełnego wyschnięcia.

v) Następnie zważyć każdy suchy kawałek i na podstawie różnicy pomiędzy masami, mokrą i suchą, obliczyć jego pojemność chłonną. Dla celów niniejszego wynalazku, najbardziej pożądanym parametrem jest pojemność chłonna segmentu 2,54 cm z materiału, dla którego wysokość nasiąkania wynosi 11,4 cm.

Napięcie przylegania hyąrofilizawanych próbek pianki chłonących ciecz na zasadzie ssania kapilarnego jest iloczynem napięcia powierzchniowego, r, cieczy testowej i Cosinusakąta zwilżenia, 9, dla cieczy testowej stykającej się z wewnętrznymi powierzchniami próbki pianki. Napięcie przylegania można wyznaczyć doświadczalnie mierząc równowagową chłonność masową ssania kapilarnego dla dwóch próbek z tej samej pianki, ale dla dwóch różnych cieczy testowych. Pierwszym krokiem tej procedury jest wyznaczenie pola powierzchni właściwej próbki pianki za pomocą alkoholu etylowego w roli cieczy testowej, tak jak opisano dalej.

Następnie należy powtórzyć procedurę nasiąkania postępując w taki sam sposób jak poprzednio z tym wyjątkiem, że zamiast alkoholu etylowego, jako cieczy testowej należy użyć syntetycznego moczu JAYCO i badania prowadzić w temperaturze 37°C. Następnie należy obliczyć kąt zwilżania z podanego poniżej wzoru, podstawiając do niego znane pole powierzchni właściwej i dane dotyczące wchłaniania syntetycznego moczu:

co M_uGLn

COS0u = v o

M_nY_uSc gdzie

9u = kąt zwilżania dla syntetycznego moczu JAYCO w stopniach;

Mu = masa wchłoniętego syntetycznego moczu JAYCO w gramach;

G = stała grawitacyjna wynosząca 9,8 m/s²; Mn = masa suchej próbki pianki w gramach; Yu = napięcie powierzchniowe syntetycznego moczu JAYCO wynoszące 65 · 10'3 N/m; Sc = pole powierzchni właściwej próbki pianki w cm2/gram, wyznaczone w procedurze wchłaniania za pomocą alkoholu etylowego; oraz Ln = długość próbki pianki w cm.

W przypadku obecności środka powierzchniowo czynnego (na powierzchniach próbki pianki i/lub w stosowanej cieczy testowej) parametry przesuwającego się czoła cieczy są wyznaczone za pomocą równania napięcia przylegania (AT):

gdzie M_t jest masą cieczy testowej wchłoniętej przez próbkę pianki, a G, Ln, Mn i Sc mają te same znaczeniajak powyżej [Patrz Haągsom i Berg, J. Coli, Int. Sei., 121(1), 1988, es. 22-31],

Przy wyznaczaniu napięcia przylegania dla dowolnej danej cieczy testowej nie zakłada się liczbowej wartości napięcia powierzchniowego w żadnym punkcie, w związku z czym nie mają żadnego znaczenia ewentualne zmiany stężenia środka powierzchniowo czynnego na powierzchni próbki i/lub w przemieszczającej się podczas nasiąkania cieczy. Doświadczalna wartość napięcia przylegania ( r cos 9j jestscceeóólnie użytccza a o o óej proądstywienl u nago procent w gąziosioziu do maksymalnego napięcia przylegania, będącego napięciem powiorcchniowym cieczy testowej (np. maksymalne napięcie powierzchniowe dla syntetycznego moczu JAYCO b_ył_ob_y [ 65 w 5] [_co_s 0°] = 65 ±5 - IO^NOiu.

Przykłady. W zamieszczonych poniżej przykładach przedstawiono przygotowanie materiałów chłonnych z pianek Η]Τ>Ε ozżz wygnrżystaniż takiah piazed cpłonnycp w pialgohacO jeanorałowcho nżytku .

170 808

Tabela 1

PARAMETR	PIANKA WG PRZYKŁADU I	jEDNOSTKI
1	2	3
Własności strukturalne
Objętość porów	31,8	ml/g
Pole powierzchni właściwej ssania kapilarnego	1,25	m2/g
Gęstość	0,032	g/cm3
Przeciętny wymiar komórki	37	μ
Własności mechaniczne
Odkształcenie pod ciśnieniem 5,1 kPa	31%	%
Giętkość	>1	cykle zginania
% odzysku kształtu po 50% ściśnięciu	94%	%
Własności chłonno-przepłvwowe
Pojemność chłonna pod ciśnieniem
0,0 kPa (0,0 psi)	31,5	ml/g
1,4 kPa (0,2 psi)	29,1	ml/g
5,1 kPa (0,74 psi)	25,1	ml/g
6,9 kPa (1,0 psi)	14,8	ml/g
% pojemności pod ciśnieniem 5,1 kPa w stosunku 0o pojemności pod ciśnieniem 0,0	79,7	%
Czas pionowego nasiąkania na wysokość 5 cm	120	s
Pojemność chłonna dla wysokości do·
1,3 cm	26,7	ml/g
3,8 cm	26,4	ml/g
6,4 cm	25,3	ml/g
8,9 cm	24,8	ml/g
11,4 cm	24,0	ml/g
14,0 cm	23,3	ml/g
16,5 cm	21,8	ml/g
19,1 cm	14,1	ml/g
Napięcie przylegania dla syntetycznego moczu o napięciu powierzchniowym 65 ± 5 . 103 N/m	37,8 10-3	N/m

170 808

Przykład I. Pielucha jednorazowego użytku jest wykonana w takim układzie i z takich elementów, jak pokazano w stanie rozłożonym na fig. 3. Pielucha tego typu składa się z termicznie spajanej polipropylenowej warstwy górnej, 70, nieprzepuszczalnej dla płynów podkładki polietylenowej ,71, oraz dwuwarstwowego rdzenia chłonnego, umieszczonego pomiędzy warstwą górną a podkładką. Dwuwarstwowy rdzeń chłonny składa się z mającej kształt zmodyfikowanej klepsydry warstwy magazynującej i wtórnie rozprowadzającej płyny, 72 - zawierającej piankę HIPE o własnościach przedstawionych w tabeli I, umieszczoną pod mającą kształt zmodyfikowanej klepsydry warstwą odbierającą, 73. Warstwa górna jest zaopatrzona w dwa, w zasadzie równoległe, barierowe, nożne mankiety paskowe, 74, z elementami elastycznymi. Do podkładki pieluchy są przymocowane dwa prostokątne, elastyczne paski taliowe, 75. Do każdego końca polietylenowej podkładki są również przymocowane dwa taliowe elementy ochronne 76 wykonane z polietylenu. Ponadto do podkładki przymocowane są również dwie równoległe, nożne tasiemki elastyczne 77. Do zewnętrznej powierzchni podkładki jest przymocowany polietylenowy akrusz 78, stanowiący powierzchnię, z którą łączą się dwa, mające kształt litery Y, elementy łączące 79, przeznaczone do mocowania pieluchy na użytkowniku.

Warstwa odbiorcza rdzenia pieluchy jest wykonana z formowanej na mokro mieszaniny usztywnionych, skręconych i skędzierzawionych włókien celulozowych z konwencjonalnymi, nie usztywnionymi włóknami celulozowymi w proporcjach 92%/8%. Usztywnione, skręcone i skędzierzawione włókna celulozowe są wykonane z celulozowej masy siarczanowej z rosnących na południu drzew iglastych (Foley fluff), sieciowanej za pomocą aldehydu glutanowego do stanu, w którym molowa zawartość glikozy sprowadzona do suchych włókien celulozowych wynosi około 2,5 procenta. Wspomniane sieciowanie jest prowadzone według procesu sieciowania suchego opisanego w opisie patentowym Stanów Zjedn. Ameryki Nr 4,822,453.

Usztywnione włókna tego typu są w zasadzie podobne do włókien o parametrach podanych w tabeli 2.

Tabela 2

Usztywnione, skręcone i skędzierzawione włókna celulozowe (STCC)

Typ = siarczanowa masa celulozowa z rosnących na południu drzew iglastych, sieciowana aldehydem glutarowym do stanu, w którym molowa zawartość glikozy po sprowadzeniu do suchych włókien celulozowych wynosi 1,41 procenta.

Liczba skręceń na sucho = 6-8 węzlów/mm

Liczba skręceń na mokro = 5,1 węzłów/mm

Wartość retencji alkoholu izopropylowego = 24%

Wartość retencji wody =37%

Współczynnik skędzierzawienia = 0,63

Konwencjonalne, nie usztywnione włókna celulozowe, stosowane łącznie z włóknami STCC są również wykonane z masy Foley fluff. Nie usztywnione włókna są silnie rozdrobnione do stanu odpowiadającego znormalizowanemu kanadyjskiemu wskaźnikowi chudości (CSF) około 200.

Przeciętna gęstość warstwy odbiorczej na sucho wynosi około 0,07 g/cm3, przeciętna jej gęstość po nasyceniu syntetycznym moczem, po sprowadzeniu do masy suchej, wynosi około 0,08 g/cm³, a przeciętna gramatura około 0,03 g/cm². Masa warstwy odbiorczej w rdzeniu pieluchy wynosi około 9,2 g. Pole powierzchni warstwy odbiorczej wynosi około 302 cm2. Grubość tej warstwy wynosi około 0,44 cm.

Warstwa magazynująca i wtórnie rozprowadzająca płyny, wchodząca w skład rdzenia pieluchy, jest kawałkiem pianki HIPE, w kształcie zmodyfikowanej klepsydry. Do wyrobu warstwy magazynującej i wtórnie rozprowadzającej płyny, posiadającej pole powierzchni około 425 cm²1 grubość około 0,826 cm, zastosowano około 12 gramów pianki HIPE.

Rdzeń w pielusze o takiej szczególnej konfiguracji cechuje się szczególnie pożądanymi i skutecznymi własnościami pod względem zatrzymywania w sobie wydalonego moczu i w związku z tym zapewnia wyjątkowo niski stopień przesiąkania podczas noszenia przez dziecko w normalny sposób.

170 808

Przykład II. Badano pieluchy podobne do opisanych w przykładzie I od kątem ich skuteczności; były to badania panelowe, w których 75 dzieciom płci męskiej zakładano na noc zarówno pieluchy takiego typu jak opisano w przykładzie Ijak i pieluchy kontrolne o konfiguracji konwencjonalnej. W badaniach tego typu, każda z badanych osób nosi w ciągu kolejnych, następujących po sobie nocy 7 pieluch średnich rozmiarów, przy czym 4 były takiego typu jak opisane w przykładzie I, a 3 takiego typu, jaki odpowiada dostępnym w handlu wyrobom LUVS Deluxe dla chłopców. W wyrobie LUVS istnieje dostosowana do użytkownika strefa chłonna w układzie przeznaczonym dla chłopców, w której znajduje się 39,1 grama materiału chłonnego.

Opiekunów poproszono o stosowanie jednej pieluchy w ciągu nocy i rejestrowanie oraz składanie sprawozdań na temat ewentualnego przesiąkania w nocy każdej używanej pieluchy. Następnie gromadzono i analizowano wyniki dotyczące przesiąkania pieluch u wszystkich badanych osób. Po analizie wyników można było wykazać, że podczas badań panelowych tego typu stwierdzono przesiąkanie 13,1% pieluch takiego typu jak w przykładzie oraz 14,0% pieluch typu LUVS.

Wyniki tych badań panelowych wskazują, że pieluchy, w których zastosowano piankowe materiały chłonne według niniejszego wynalazku jako element magazynujący płyny, przesiąkają w stopniu porównywalnym do pieluch kontrolnych dostępnych na rynku, pomimo że w pieluchach według niniejszego wynalazku znajdowało się znacznie mniej materiału chłonnego niż w pieluchach kontrolnych.

Przykład III. Wykonano pieluchę w konfiguracji podobnej do opisanej w przykładzie I, ale jej warstwę magazynującą i wtórnie rozprowadzającą płyny zrobiono z arkusza skurczonej pianki chłonnej cienkiej do zwilżenia, mającej grubość około 0,19 cm i są bardzo podatne do składania. Pianka ponadto zawiera około 11%, wagowo, resztek środka emulgującego, jakim jest jednolaurynian sorbitanu i około 5% wagowo (po sprowadzeniu do stanu bezwodnego) pozostałości środków hydrofilizujących, jakim jest uwodniony chlorek wapniowy. Gęstość pianki w stanie skurczonym wynosi około 0,17 g/cm3. Po rozkurczeniu się pianki w syntetycznym moczu JAYCO do jej swobodnej pojemności chłonnej (26,5 ml/g), pole jej powierzchni właściwej ssania kapilarnego wynosi około 2,24 nf/g, objętość porów około 29,9 cm3/g, a przeciętny wymiar komórek około 15 mikrometrów.

W pielusze tego typu zastosowano warstwę chłonno-rozprowadzającą o masie około 13 gramów wykonaną z usztywnionych, skręconych i skędzierzawionych włókien celulozowych. Masa pianki cienkiej-do-zwilżenia, zastosowanej na warstwę magazynującą i wtórnie rozprowadzającą płyny, również wynosiła około 13 gramów.

Rdzeń w pielusze o takiej szczególnej konfiguracji cechuje się szczególnie pożądanymi i skutecznymi własnościami pod względem zatrzymywania w sobie wydalonego moczu i w związku z tym zapewnia wyjątkowo niski stopień przesiąkania podczas noszenia przez dziecko w normalny sposób.

Arkusze pianki, stosowanej w tym przykładzie, stanowią zalecany przykład wykonania wyrobów cienkich-do-zwilżenia według niniejszego wynalazku, ponieważ mają postać skurczonego materiału spienionego, rozkurczającego się po zetknięciu z wodnymi płynami fizjologicznymi. Po rozkurczu, materiały te są w stanie wchłaniać te płyny fizjologiczne, które spowodowały rozkurcz pianki. Do takich zalecanych, skurczonych pianek, należą wyroby wykonane z niehydrolizowanego materiału polimerowego, którego pole powierzchni właściwej ssania kapilarnego wynosi od około 0,5 do 5,0 m2/g, i w którym znajduje się pozostałość nierozpuszczalnego w wodzie środka emulgującego w ilości od około 0,5% do 20% masy pianki oraz pozostałość dopuszczalnej pod względem toksycznym, higroskopijnej, uwodnionej soli, korzystnie, chlorku wapniowego lub chlorku magnezowego, stanowiącej środek hydrofilizujący, w ilości od około 0,1% do 7% (po sprowadzeniu do jej stanu bezwodnego) masy materiału piankowego.

W stanie skurczonym, w warunkach składowania w temperaturze 22°C i wilgotności względnej 50%, materiał piankowy tego typu zawiera pozostałość wody w ilości od około 4% do 15% masy materiału spolimeryzowanego. Na wspomnianą wodę składa się zarówno woda związana z higroskopijną uwodnioną solą jak i woda swobodna, wchłonięta przez piankę.

170 808

Gęstość takiego skurczonego materiału pionkowego, sprowadzona do jego masy suchej, wynosi od około 0,08 do 0,3 g/cm*.

W stanie rozkurczonym, takie zalecane materiały piankowe określane jako cienkie-dozwilżenia, mają objętość porów od około 12 do 100 ml/g oraz odporność no odkształcanie podczas ściskania taką, że po nasyceniu syntetycznym moczem o napięciu powierzchniowym 65 ± 5 . 10'3 N/m w temperaturze 37°C do swojej swobodnej pojemności chłonnej, po 15 minutach działania ciśnienia 5,1 kPa wykazują odkształcenie od 5% do 95%. Przeciętna wielkość komórek takich zaleconych materiałów piockowych, cienkich-do-zwilżenia, wynosi w stanie rozkurczonym od około 5 do 30 mikrometrów. Gęstość rozkurczonego materiału pionkowego sprowadzono do jego stanu suchego, po nasyceniu do jego swobodnej pojemności chłonnej syntetycznym moczem, wynosi od około 9% do 28% jego gęstości w stocie skurczonym, w odniesieniu do jego masy suchej.

178 080

Fig. 4

Ο ΙΟ//

FIG.3

170 808

FIG.2

170 808

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 6,00 zł

Claims (5)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Wyrób chłonny, zwłaszcza do wchłaniania i zatrzymywania płynnych wydzielin fizjologicznych zawierających przepuszczalną dla płynów warstwę górną, stosunkowo nieprzepuszczalną dla płynów podkładkę oraz rdzeń chłonny, znamienny tym, że rdzeń chłonny zawiera polimerowy materiał piankowy absorbujący i zatrzymujący wydzieliny fizjologiczne, mające hydrofilową, giętką strukturę o połączonych ze sobą otwartych komórkach, zawierającą resztkowe ilości środka hydrofilizującego, będącego niedrażniącym środkiem powierzchniowo-czynnym, nadającego hydrofilowość tej strukturze, przy czym struktura ta wykazuje w kontakcie z wodnymi płynami ustrojowymi objętość porów 12-100 mi/ą, pole powierzchni właściwej wyznaczone metodą ssania kapilarnego w zakresie 0,5-5,0 m/g oraz odporność na odkształcenia ściskające taką, że ograniczające ciśnienie 5,1 kPa powoduje po 15 minutach naprężenie ściskające od 5% do 95% struktury, gdy wysycona jest ona w temperaturze 37°C do stanu swobodnej pojemności chłonnej syntetycznym moczem o napięciu powierzchniowym 65 ± 5 . 10'³ N/m.
2. 2. Wyrób chłonny według zastrz. 1, znamienny tym, że materiał piankowy struktury rdzenia chłonnego zawiera dodatkowy komponent wybrany spośród włókien celulozowych, cząstek lub włókien polimerowych środków żelujących i ich kombinacji i ewentualnie ma konfigurację wielowarstwową, w której górną warstwę stanowią włókna celulozowe wybrane spośród włókien ścieru drzewnego i usztywnionych, skręconych i skędzierzawionych włókien celulozowych, przy czym od 0 do 10% masy warstwy górnej stanowi polimerowy, cząsteczkowy środek żelujący, a warstwę dolną stanowi materiał piankowy.
3. 3. Wyrób chłonny według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że struktura materiału piankowego ma gęstość od 0,01 do 0,08 g/cm3 po sprowadzeniu do stanu suchego, przeciętny wymiar porów od około 5 do 100 mikrometrów oraz powraca do kształtu po odkształceniu podczas ściskania w taki sposób, że po ściskaniu trwającym jedną minutę, materiał w stanie suchym w temperaturze 20°C odzyskuje w ciągu jednej minuty co najmniej 85% swojej grubości pierwotnej, natomiast materiał nasycony syntetycznym moczem do swojej swobodnej pojemności chłonnej w temperaturze 37°C, odzyskuje się co najmniej 75% swojej pierwotnej grubości, na swobodną pojemność chłonną w temperaturze 37°C co najmniej 12 ml syntetycznego moczu na gram materiału piankowego w stanie suchym i pojemność chłonną moczu syntetycznego pod ciśnieniem 5,1 kPa utrzymywanym przez 15 minut w temperaturze 37°C, wynoszącą co najmniej 5% jej swobodnej pojemności chłonnej, szybkość nasiąkania pionowego w temperaturze 37°C taką, że syntetyczny mocz wsiąka wzdłuż pionowego odcinka o długości 5 cm w czasie 30 minut lub krótszym oraz pojemności chłonną nasiąkania pionowego co najmniej 10 ml syntetycznego moczu na gram pianki przy wysokości pionowego nasiąkania wynoszącej 11,4 cm.
4. 4. Wyrób chłonny według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że jego polimerowa struktura jest wolna od polarnych grup funkcyjnych ale znajduje się w niej od 0,1% do 10% korzystnie 0,1 % do 7%, wagowo, resztek środka hydrofilizującego, wybranego spośród nie drażniących środków powierzchniowo czynnych i uwadniających się soli nieorganicznych, korzystnie chlorku wapniowego.
5. 5. Wyrób chłonny według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że polimerowy materiał piankowy stanowi polimerowy materiał piankowy skurczony, rozkurczający się po zetknięciu się z płynnymi wydzielinami fizjologicznymi, który ma postać hydrofilowej, giętkiej struktury niehydrolizowanej z połączonymi ze sobą otwartymi komórkami, której pole powierzchni właściwej ssania kapilarnego wynosi od 0,5 do 5,0 m²/g i w której to strukturze znajduje się ponadto od 0,5% do 20%, wagowo, resztek nierozpuszczalnego w wodzie środka emulgującego i od 0,1% do 7%, wagowo środka hydrofilizującego w postaci dopuszczalnej ze względów toksycznych, higroskopijnej, uwodnionej soli, przy czym w stanie skurczonym struktura zawiera

   170 808 wodę w ilości od 4% do 15% polimerowego materiału piankowego i posiada gęstość w stanie suchym od 0,08 do 0,3 g/cm³, a w stanie rozkurczonym ma objętość porów od 12 do 100 ml/g, odporność na odkształcanie podczas ściskania taką, że po nasyceniu syntetycznym moczem o napięciu powierzchniowym 65 ± 5 · 10'3 N/m w temperaturze 37°C do swojej swobodnej pojemności chłonnej, po 15 minutach działania ciśnienia 5,1 kPa wykazuje odkształcenie od 5% do 95% oraz gęstość po nasyceniu do swojej swobodnej pojemności chłonnej syntetycznym moczem, odniesioną do stanu suchego, wynoszącą od około 9% do 28% jej gęstości w stanie skurczonym.