Влаговпитывающая подстилка

Полезная модель относится к средствам санитарно-гигиенического обеспечения и касается конструкции пеленок одноразовых впитывающих, которые подкладывают под младенцев, лежачих людей или животных для поглощения естественных выделений жизнедеятельности организма, во время болезни или при других обстоятельствах.
Так известна подстилка (пеленка) подкладная одноразовая впитывающая для ухода за лежачими больными и новорожденными, содержащая впитывающий слой со стороны поступления жидкости, размещенный на влагонепроницаемом слое из полимера (RU 129394, A61F13/15, опубл. 27.06.2013 г.).
Принято в качестве прототипа для заявленного объекта.
Эта подстилка одноразовая впитывающая содержит влагонепроницаемый тыльный слой (например, из полиэтилена), являющийся наружным слоем, лицевой слой со стороны приложения к телу пользователя, выполненный с функцией пропускания влаги (например, из нетканого гидрофильного полипропилена), и расположенный между этими слоями внутренний слой, выполненный с функцией абсорбции влаги, поступающей через лицевой слой (например, из распушенной целлюлозы).
Известная пеленка выполнена прямоугольной формы в плане, центральная часть которой заполнена слоем распушенной целлюлозы, а края тыльного и лицевого слоев по периметру термически соединены между собой. Габариты такой пеленки рассчитаны на покрытие площади, достаточной для расположения больного или животного с учетом их естественных движений. Такие подкладные пеленки относятся к категории одноразовых. Это обусловлено тем, что при промокании пеленки небольшой площади, например, при попадании нескольких капель жидкости, такая пеленка считается использованной и подлежит утилизации, несмотря на то, что по большей площади пеленка остается функциональной для поглощения влаги.
В последнее время в сведениях рекламного характера, относящихся к предложениям к продаже одноразовых влаговпитывающих подстилок, часто указывают, что объем впитывания влаги для подстилок размером 90х60 см примерно равен от 1,3 л до 1,5 л. Практика показывает, что эти цифры относятся к случаю, когда пеленка находится не под весом лежащего больного или животного, а просто замочена до предела водой. В реальности попавшая в слой распушенной целлюлозы влага выдавливается весом лежащего в свободные области, то есть в месте расположения лежащего больного влага смачивает целлюлозу и давлением перенаправляется в другие области этого слоя. Поэтому при избытке поступившей влаги (например, если больному недержанием длительно в течение длительного времени не была своевременно проведена замена подстилки) слой распушенной целлюлозы переполняется в свободных от внешнего придавливания зонах. Перемещения больного в этом случае с одного участка подстилки на другой (заполненный влагой) приводит к тому, что влага не успевает перетечь на высвобожденный участок: происходят разрывы наружных слоев подстилки. Несмотря на то, что распушенная целлюлоза является прекрасным поглотителем влаги и прекрасно ее принимает в полости между волокнами, но этот материал не удерживает влагу между волокнами по типу мокрой ваты. Вода прекрасно вытекает из полостей между волокнами целлюлозы. В связи с этим, если подстилка будет заполнена увеличенным объемом влаги (например, как указано в рекламе, 1,3 л), то подстилка превращается в заполненный водой пакет, в котором вода может перетекать из одной области в другую. Этот крайний случай показывает, что, в реальности, подстилка переведена в категорию одноразовой именно по той причине, что при первом намокании (после недержания) необходимо подстилку заменить на свежую, чтобы не создавать неудобства лежащему больному. Если же помощь не была предоставлена своевременно, то подстилка переполняется влагой, которой ничто не мешает перемещаться по слою распушенной целлюлозы.
Настоящая полезная модель направлена на достижение технического результата, заключающегося в повышении эксплуатационных свойств впитывающей подстилки за счет связывания влаги и исключения ее перетекания по впитывающему слою.
Указанный технический результат достигается тем, что во влаговпитывающей подстилке, содержащей влагонепроницаемый тыльный слой, лицевой слой со стороны приложения к телу пользователя, выполненный с функцией пропускания влаги, и расположенный между этими слоями внутренний слой, содержащий распушенную целлюлозу с функцией абсорбции влаги, поступающей через лицевой слой, внутренний слой содержит в виде гранул размером не более 0,4 мм неорганические добавки с пористой структурой с функцией абсорбции влаги в этой структуре и с функцией адсорбции влаги в этой структуре.
Внутренний слой содержит неорганические добавки в объеме от 7 до 12 масс. % от распушенной целлюлозы.
При этом в качестве неорганических добавок с пористой структурой с функцией абсорбции влаги в этой структуре может быть использована смесь цеолита, бентонита и диатомита, а в качестве неорганической добавки с пористой структурой с функцией адсорбции влаги в этой структуре используется активированный уголь. Кроме того, в подстилке внутренний слой дополнительно может содержать полимерный суперабсорбент на основе акриловой кислоты в объеме от 8 до 14 масс. % от распушенной целлюлозы.
Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.
Настоящая полезная модель поясняется конкретным примером исполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения требуемого технического результата.
На фиг. 1 изображена подстилка с демонстрацией ее слоистой структуры.
Согласно заявленной полезной модели рассматривается устройство подстилки влаговпитывающей, которую подкладывают под лежачего человека или животного для поглощения естественных выделений жизнедеятельности организма во время болезни или при других обстоятельствах.
В общем случае, конструктивно, подстилка содержит влагонепроницаемый тыльный слой 1, лицевой слой 2 со стороны приложения к телу пользователя, выполненный с функцией пропускания влаги, и расположенный между этими слоями внутренний слой 3, содержащий в своем составе распушенную целлюлозу, реализующую функцию абсорбции влаги, поступающей через лицевой слой.
Главное назначение впитывающих пелёнок подстилок (пеленок) - это абсорбция влаги. Основным компонентом абсорбции во впитывающих изделиях является целлюлоза. Волокнистая структура этого материала в распушенном виде позволяет равномерно распределять и удерживать в своей массе поступившую влагу.
Распушенная и пространственно-сформированная целлюлоза с одной стороны ограничена влагопроницаемым (например, полипропиленовое волокно – нетканный материал) и с другой стороны влагонепроницаемым (например, полиэтиленом) поверхностными материалами. Благодаря такой конструкции влага, прошедшая через водопроницаемый слой, контактирует с волокнами целлюлозы и задерживается в ней. Водонепроницаемый слой в свою очередь не позволяет этой влаге проникнуть сквозь нижний слой пелёнки, тем самым запирая её в пределах изделия.
Особенностью заявленной подстилки является то, что во внутренний слой из распушенной целлюлозы введены нежидкостные (желательно в порошковой форме или мелкодисперсной форме, или в виде гранул) неорганические добавки с пористой структурой с функцией абсорбции влаги в этой структуре и с функцией адсорбции влаги в этой структуре. При этом эти неорганические добавки предпочтительно применяются в объеме от 7 до 12 масс. % от распушенной целлюлозы.
При производстве подстилок для животных (технология производства идентична производству пелёнок для людей)  вместо или совместно с суперабсорбентом в состав пуховой подушки вводятся неорганические добавки. Речь идёт о цеолитовых, диатомитовых добавках и активированном угле.
Цеолиты – это обобщённое название пористых минералов, каркасных алюмосиликатов различного происхождения. Структура цеолитов представляет собой тетраэдры - оксиды кремния и алюминия, связанные в жесткую кристаллическую решетку, которая образует систему каналов и полостей. В полостях находятся молекулы воды и катионы щелочных и щелочноземельных металлов, которые компенсируют отрицательный заряд решетки. Цеолиты обладают сорбционными, ионообменными, каталитическими свойствами. Цеолит NaA (4A) - представляет собой шарики практически идеальной круглой формы диаметром 1,6 - 2,5 мм (http://sorbis-group.com/products/tseolity/tseolit-naa-4a-sharik.php#)
Диатомит – это  осадочная порода биогенного происхождения, сложенная мельчайшими створками диатомитовых водорослей. Диатомит характеризуется высоким содержанием аморфного кремния, пористой структурой, малой плотностью, низкой теплопроводностью, кислотостойкостью, адсорбирующие, фильтровальные, каталитические, связывающие и другие полезные свойства.
Цеолиты и диатомиты находят широкое применение в наполнителях для кошачьих туалетов благодаря их свойствам: экологическая чистота, быстро и эффективно поглощает влагу (до 70% по массе), удерживает влагу и неприятный запах внутри гранул, абсолютная химическая инертность.
Активированный уголь является адсорбирующим веществом, в отличие от абсорбента он не впитывает влагу, а блокирует растворённые во влаге вещества. Тем самым препятствует распространению запахов (http://sorbis-group.com/products/ugli.php#-уголь).
Возможно так же применение в качестве дополнения к неорганическим добавкам наполнителя бентонитового производится на основе природного материала — бентонитовой глины. На рынке такой компонент присутствует в виде мелкие гранул до 3 мм (http://sorbis-group.com/products/napolniteli-koshachikh-tualetov/napolnitel-bentonite.php#).
В пелёнку неорганические добавки присутствуют в виде гранул размерами не более 0.4 мм. Для измельчения исходного размера сырья, используются жерновые - низко-оборотистые мельницы.
За счёт эффекта взаимодействий компонентов во впитывающем слое подстилки, достигается максимальный эффект абсорбирующих и адсорбирующих свойств изделия, блокирования запахов, уменьшения скорости размножения патогенной микрофлоры, повышаются антисептические свойства.
Под эффектом взаимодействия понимается комбинированное воздействие на поступающую в полость внутреннего слоя влагу.  При использовании распушенной целлюлозы, напылением обогащенной порошковыми частицами или микрогранулами неорганических добавок (понимается смесь цеолита, диатомита и активированного угля или каждый из этих компонентов отдельно вводится распылением в слой распушенной целлюлозы) внутренний слой получает новое свойство, заключающееся не только в приеме влаги как жидкостного компонента в имеющиеся в этом слое межволоконные полости, но и удержание ее от перемещения блокированием влаги на поверхности или в порах неорганических компонентов. Попадающая во внутренний слой влага оседает в порах микрогранул, надежно удерживаясь в них, или контактирует с поверхностью гранул, вступая в связь с ними. Оставшаяся влага задерживается в полостях волокон целлюлозы. Так как гранулы добавок в процессе изготовления внутреннего слоя практически равномерно распределены по объему этого слоя, то формируется сеточная система расположения микрогранул, которая не пропускает незадействованную влагу из одной части подстилки в другую. То есть влага не перемещается, а остается как бы запертой в ячейках этой сетки. Выбор размера гранул (не более 0,4 мм) обусловлен тем, чтобы при взаимодействии с влагой гранулы, увеличиваясь в размере и приобретая некоторую твердость, не создавали (даже при некотором комковании) сгруппированных больших комков, которые создавали бы неудобство лежания на подстилке. При таком размере микрогранул их присутствие практически неощутимо для пользователя.
При выполнении гранул размером менее 0,4 мм частицы превращаются в порошок, в котором сильно проявляется зависимость от влажности окружающей среды, что приводит его к комкованию и затруднению распыления дозаторами при производстве внутреннего слоя. А превышение размера гранул более 0,4 мм приводит к тому, что случайно образующиеся во внутреннем слое комки (соединения близко расположенных друг к другу гранул между собой) при попадании на них влаги, начинают чувствоваться пользователем и рукой на ощупь. Это создает дискомфорт при лежании. Кроме того, большие комки образуют между собой расширенные каналы по перетеканию влаги между волокнами целлюлозы.
Выбор размера гранул - есть результат ряда экспериментов и представляет собой оптимальный размер гранул для выбранных компонентов добавок.
2/4
2/4
4
−
Выбор трех основных неорганических добавок - цеолита (из группы цеолитов — натролит, шабазит, гейландит, стильбит (десмин), морденит, томсонит, ломонтит, клиноптилолит), диатомита и активированного угля - обусловлен тем, что каждый из них имеет собственную природу происхождения и, соответственно, собственные свойства, которые не присущи другим по происхождению неорганическим компонентам. А компонентный состав естественных влаговыделений разных биологических организмов (человека или животного) является сложным и не может быть подавлен только одним природным компонентом. Например, кристаллическая структура цеолитов природных и искусственных образована тетраэдрическими группами SiO и AlO, объединёнными общими вершинами в трёхмерный каркас, пронизанный полостями и каналами (окнами) размером 2—15 ангстремов. Открытая каркасно-полостная структура цеолитов [AlSi]O имеет отрицательный заряд, компенсирующийся противоионами (катионами металлов, аммония, алкиламмония и др. ионов, введённых по механизму ионного обмена) и легко дегидратирующимися молекулами воды. Каждый вид цеолитов характеризуется определённым размером окон, поэтому молекулы других веществ поглощаются и пропускаются (при фильтрации) цеолитами избирательно. Это явление называют молекулярно-ситовым эффектом. Аналогичное касается и других используемых неорганических добавок.
В связи с этим, а также учитывая сложный состав влаговыделений, в заявленной полезной модели используется комбинационная неорганическая добавка, состоящая из трех взаимодополняющих компонентов - цеолит,  диатомит и активированный уголь, - которые позволяют в такой комбинаторике не только поглощать влагу, но и трансформировать ее в нейтральную субстанцию, независимо от химического состава поглощаемых влаговыделений. Кроме того, процесс поглощения влаги распушенной целлюлозой является кратковременным процессом, а время влагонасыщения добавками превышает время поглощения целлюлозой влаги. Поэтому после проникновения влаги во внутренний слой происходит постепенное удаление влаги из целлюлозы и переход ее в поры добавок. Межволоконные полости целлюлозы высвобождаются и могут принимать новую порцию влаги. При насыщении влагой частицы добавок выстраиваются в сеточный каркас, обладающий некоторой подвижностью и упругостью, что не влияет на удобство лежания на подстилке. Но главное, что наличие влаги во внутреннем слое не является дискомфортным, так как влага блокирована и нейтрализована, т. е. переведена как бы на "хранение" не в целлюлозе, а в порах добавок.
Ниже приводятся примеры составов внутреннего слоя подстилок
Базовый вариантПеленка с добавками
Пеленка с САП(SAP) и добавками
Целлюлоза-89%
Целлюлоза-76%
Добавки- 11%
Суперабсорбент-13%
Добавки-11%
Состав (рецептура) пухового ядра трёх типоразмеров во впитывающем изделии с применением неорганических добавок
Пуховое ядро 320х520 мм
Пуховое ядро 520х520 мм
Пуховое ядро 520х820 мм
Целлюлоза-75%
Целлюлоза-74%
Целлюлоза-78%
Суперабсорбент-14%
Суперабсорбент-14%
Суперабсорбент-12%
Добавки-11%
Добавки-12%
Добавки-10%
Процентное соотношение всех используемых материалов при производстве впитывающих пелёнок (по массе) с применением неорганических добавок. Три типоразмера готовой продукции
Пелёнка 60х40 - 25гр.
Пелёнка 60х60 - 35гр.
Пелёнка 60х90 - 55гр.
Целлюлоза: 54%
Целлюлоза:51%
Целлюлоза: 55%
Суперабсорбент: 10%
Суперабсорбент: 10%
Суперабсорбент: 8%
Нетканый материал: 11%
Нетканый материал: 12%
Нетканый материал: 11,7%
Клей расплав: 3%
Клей расплав: 3%
Клей расплав: 3.6%
Полиэтилен: 14%
Полиэтилен: 15%
Полиэтилен: 14,7%
Добавки: 8% -(цеолит ,наполнитель бентонитовый,диатомит, активированный уголь)
Добавки: 9%-(цеолит,наполнитель бентонитовый,диатомит, активированный уголь)
Добавки: 7%-(цеолит, наполнитель бентонитовый, диатомит, активированный
Добавление (необязательное) наполнителя бентонитового (бентонит (или бентонитовая глина) - природный глинистый минерал, образующийся из вулканического пепла и воды), в состав внутреннего слоя позволяет сформировать крепкие нераспадающиеся комочки из компонентов внутреннего слоя после поглощения ими влаги (для исключения перехода добавок в гелеобразное или кашеобразное состояние).
Для усиления абсорбирующих свойств внутреннего слоя может использоваться добавка в виде гранулированного полимерного суперабсорбента (САП или SAP) на основе акриловой кислоты. Его свойства позволяют впитывать и удерживать жидкость весом до двух раз более собственного веса. Применение суперабсорбента позволяют моногократно увеличить основные свойства подстилок, как средства для впитывания и удержания влаги. Суперабсорбент в виде суперабсорбирующего порошка вводится в состав целлюлозы пропорциональным дозированием при формировании пуховой подушки и равномерно распределяется по всей её массе.
Но у суперабсорбентов, полученных с использованием акриловой кислоты и гидроксида натрия, есть одно важное свойство, которое не учитывают производители – обратимость реакции. После насыщения влагой суперабсорбент переходит в гелевое состояние. Если положить полученный гель в тепло, то через некоторое время порошок «отпустит» воду, которую можно будет слить, а порошок отделить и высушить для повторного применения. Обратный процесс можно ускорить, посыпав гель солью (правда, потом соль смешается с порошком, что не очень удобно). Процесс недержания сопровождается у больного выделением влаги, которая, проходя через лицевой влагопропускающий слой подстилки, поглощается распушенной целлюлозой и порошком суперабсорбента. Задача удержания влаги решена за счет распространения влаги между волокнами распушенной целлюлозы и поглощением части влаги порошком, который тут же переходит в гелевое состояние. Но, если больной остается на подстилке, то своим теплом он нагревает под собой место лежания, и это тепло через лицевой материал передается гелю. Как известно, даже при небольшом нагревании (при температуре теплой воды) гель начинает отдавать влагу во внешнюю среду, и эта влага переходит в распушенную целлюлозу.
Ещё одним элементом впитывающего слоя изделий является бумага тиссью – санитарно-гигиенического назначения. Она используется совместно с целлюлозой и абсорбентом или без них. Помимо её впитывающих свойств, тиссью играет роль мембраны, препятствующей обратному выходу сквозь влагопроницаемый слой пелёнки – суперабасорбента, насыщенным водой и принявшим гелеобразное состояние.
В рамках настоящей полезной модели применение тиссью и суперабсорбента не обязательно, но возможно, как варианты исполнения подстилки.
Изготовление слоя распушенной целлюлозы представляет собой известный процесс и поэтому в рамках настоящей заявки не рассматривается подробно.
А для ввода добавок (сорбентов) в пуховую подушку подстилки, прокладки или пеленки используется промышленный дозатор сыпучих гранулированных материалов, вибрационного или червячного (роторного) типа, синхронизированный с производственной линией по скорости и объёму дозировки.
Сорбенты в виде гранул вводятся дозатором в воздушный поток с распушенной целлюлозой. За счёт турбулентности, сорбенты равномерно перемешиваются с распушенной целлюлозой, полученным составом формируется впитывающий слой подстилки.
Новизна технологического процесса заключается в установке дополнительного дозатора или нескольких дозаторов сыпучих веществ, для ввода разных, дополнительных компонентов в пуховую подушку впитывающих изделий (всё зависит от рецептуры и количества видов сыпучих материалов). Наличие определённого количества дозаторов, сопряженных с производственной линией исключает подготовку (смешивание, соблюдение) массы добавок. Исключает обязательное опустошение накопительного бункера для перехода на другой вид продукции, убирает проблему неоднородности смеси, связанную с фракционным составом, массой, плотностью.
Дополнительный дозатор или дозаторы, позволяют использовать конкретные добавки согласно рецептуре в нужном количестве, с определённой пропорцией, гибко подходить к дозировке продукта. При ненадобности есть возможность их отключить вообще.