АБСОРБИРУЮЩАЯ СТРУКТУРА
ABSORBENT STRUCTURE

Настоящее изобретение относится к абсорбирующим структурам, используемым в абсорбирующих изделиях, таких как подгузники, трусы, применяемые при недержании мочи, обучающие трусы, держатели подгузников и пеленки, санитарно-гигиенические предметы и т. п. В частности, настоящее изобретение относится к абсорбирующей структуре, которая обладает желательными потребительскими свойствами.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Абсорбирующие изделия для абсорбции текучих сред предназначены для быстрой абсорбции текучих сред таким образом, чтобы они не оставались в контакте с пользователем. Обычные структуры пористой среды (PM) и суперабсорбирующие полимеры (SAP), используемые в индустрии гигиенических изделий в качестве слоев для накопления и хранения, демонстрируют известный компромисс между движущей силой накопления текучей среды (капиллярное всасывание) и сопротивлением потоку (обратная проницаемость). Это связано с основными физическими характеристиками потока в желаемом материале, которые могут быть эффективно описаны статистическими перколяционными теориями.
В конечном счете структура материала отвечает как за движущую силу, так и за сопротивление потоку таким образом, что всегда, когда структура характеризуется высокими соотношениями поверхности/объема, капиллярное всасывание увеличивается, но проницаемость уменьшается, поскольку поток становится более извилистым. И наоборот, всегда, когда в пористом материале соотношение поверхности/объема является низким, сопротивление потоку уменьшается (высокая проницаемость) за счет капиллярного всасывания.
Эта дихотомия эффективно представлена моделью одиночной капиллярной трубки. Увеличивая радиус капилляра, можно значительно ускорять капиллярный подъем против силы тяжести (представляет наш процесс накопления) за счет движущей силы (капиллярного давления). Это наблюдается в виде уменьшенного равновесного давления (которое в случае абсорбирующих изделий преобразуется в более низкое давление повторного увлажнения и, следовательно, менее надежное хранение). С другой стороны, уменьшение радиуса капилляра позволяет надежно хранить больше текучей среды против давления за счет скорости накопления, поскольку процесс капиллярного подъема становится медленнее.
Таким образом, существует потребность в создании абсорбирующей структуры, в одном пласте которой разорван компромисс между капиллярностью и проницаемостью для создания изделия, которое демонстрирует как высокую капиллярность, так и высокую проницаемость.
ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Описана абсорбирующая структура, содержащая один пласт, который демонстрирует потенциал капиллярной работы, превышающий компромиссную границу потенциала капиллярной работы.
Также описана абсорбирующая структура, содержащая один пласт, который демонстрирует проницаемость, превышающую компромиссную границу потенциала капиллярной работы для данного потенциала капиллярной работы.
Также описана абсорбирующая структура, содержащая один пласт, который демонстрирует потенциал капиллярной работы для установленной проницаемости, превышающий компромиссную границу потенциала капиллярной работы и менее чем в 20 раз превышающий компромиссный потенциал капиллярной работы; и проницаемость, превышающую компромиссную границу потенциала капиллярной работы для данного потенциала капиллярной работы.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Несмотря на то что описание заканчивается формулой изобретения, в которой конкретно указан и определенным образом заявлен объект настоящего изобретения, можно полагать, что изобретение можно лучше понять из следующего описания, которое следует рассматривать вместе с прилагаемыми чертежами, на которых представлено следующее.
На ФИГ. 1 представлен вид сверху абсорбирующего изделия.
На ФИГ. 2 представлен вид в поперечном сечении абсорбирующего изделия, представленного на ФИГ. 1, вдоль линии 2–2.
На ФИГ. 3 представлен вид в поперечном сечении абсорбирующего изделия, представленного на ФИГ. 1, вдоль линии 3–3.
На ФИГ. 4 представлен вид сверху абсорбирующего изделия.
На ФИГ. 5 представлен вид в поперечном сечении абсорбирующего изделия, представленного на ФИГ. 4, вдоль линии 5–5.
На ФИГ. 6 представлен вид в поперечном сечении абсорбирующего изделия, представленного на ФИГ. 4, вдоль линии 6–6.
На ФИГ. 7 представлен вид в поперечном сечении абсорбирующего изделия, представленного на ФИГ. 4, вдоль линии 7–7.
На ФИГ. 8 представлен увеличенный вид участка, представленного на ФИГ. 5.
На ФИГ. 9 представлен вид сверху абсорбирующего изделия.
На ФИГ. 10 представлен вид в поперечном сечении абсорбирующего изделия, представленного на ФИГ. 9, вдоль линии 10–10.
На ФИГ. 11 представлен вид в поперечном сечении абсорбирующего изделия, представленного на ФИГ. 9, вдоль линии 11–11.
На ФИГ. 12 представлен вид в сканирующем электронном микроскопе (SEM) иллюстративного пеноматериала на основе эмульсии с высоким содержанием дисперсной фазы (HIPE).
На ФИГ. 13 представлен увеличенный вид в SEM, представленный на ФИГ. 12.
На ФИГ. 14 представлен вид в поперечном сечении вида в SEM, представленного на ФИГ. 12.
На ФИГ. 15 представлен вид в SEM неоднородной массы, содержащей пеноматериал с открытыми ячейками.
ФИГ. 16 представляет собой увеличенный вид участка ФИГ. 15.
На ФИГ. 17 представлено изображение вида сверху неоднородной массы.
На ФИГ. 18 представлен вид в поперечном сечении неоднородной массы.
На ФИГ. 19 представлен вид в поперечном сечении неоднородной массы.
На ФИГ. 20 представлен график, на котором потенциал капиллярной работы представлен на оси Y, а проницаемость — на оси X.
На ФИГ. 21 показано оборудование, использованное в испытании объема пор.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В контексте настоящего документа термин «двухкомпонентные волокна» относится к волокнам, которые были образованы из по меньшей мере двух разных полимеров, экструдированных из отдельных экструдеров, но сформованных вместе с образованием одного волокна. Двухкомпонентные волокна иногда также называют бикомпонентными волокнами или многокомпонентными волокнами. Полимеры размещены в по существу постоянно расположенных отдельных зонах по поперечному сечению двухкомпонентных волокон и непрерывно проходят вдоль длины двухкомпонентных волокон. Конфигурация такого двухкомпонентного волокна может представлять собой, например, компоновку оболочка/сердцевина, в которой один полимер окружен другим, или может представлять собой компоновку «бок о бок», или иметь вид пирога, или вид «островов в море».
В контексте настоящего документа термин «двусоставные волокна» относится к волокнам, которые были образованы из по меньшей мере двух полимеров, экструдированных из одного экструдера в виде смеси. В двусоставных волокнах различные полимерные компоненты не размещены в относительно постоянно расположенных отдельных зонах по поперечному сечению волокна, и различные полимеры обычно не являются непрерывными по всей длине волокна, вместо этого они обычно образуют фибриллы, которые начинаются и заканчиваются случайным образом. Двусоставные волокна иногда также называют многосоставными волокнами.
В последующем описании используется термин «целлюлозные волокна». Целлюлозные волокна включают природные волокна на основе целлюлозы, такие как, например, хлопок, лен и т. п. Волокна древесной целлюлозы являются одним из примеров целлюлозных волокон в соответствии с настоящим изобретением. Искусственные волокна, полученные из целлюлозы, такие как регенерированная целлюлоза, например производные вискозы или частично или полностью ацетилированной целлюлозы (например, ацетат целлюлозы или триацетат), также считаются целлюлозными волокнами в соответствии с настоящим изобретением.
Термин «одноразовый» в контексте настоящего документа применяется для описания изделий, которые не предназначены для стирки или восстановления иным способом либо повторного использования в качестве изделия (т. е. они предназначены для уничтожения после однократного применения и возможной переработки, преобразования в компост или утилизации иным экологически безопасным образом). Абсорбирующее изделие, содержащее абсорбирующую структуру в соответствии с настоящим изобретением, может представлять собой, например, гигиеническую прокладку, прокладку, прикрепляемую к нижнему белью, изделие для страдающих недержанием взрослых людей, подгузник или любой другой продукт, выполненный с возможностью абсорбции биологических выделений. Абсорбирующая структура настоящего изобретения будет описана в настоящем документе в контексте типичного абсорбирующего изделия, такого как, например, гигиеническая прокладка. Обычно такие изделия могут содержать проницаемый для текучей среды верхний слой, внешний слой и абсорбирующую сердцевину между верхним слоем и внешним слоем.
В контексте настоящего документа термин «элемент, выполненный с возможностью покрытия» относится к элементу, который может быть покрыт пеноматериалом. Элемент, выполненный с возможностью покрытия, может представлять собой, например, волокно, группу волокон, пучок ворса или участок пленки между двумя отверстиями. Следует понимать, что в настоящем изобретении предусмотрены другие элементы.
В контексте настоящего документа термин «волокно» относится к любому материалу, который может представлять собой часть волокнистой структуры. Волокна могут представлять собой натуральные или синтетические волокна. Волокна могут представлять собой абсорбирующие или неабсорбирующие волокна.
В контексте настоящего документа термин «волокнистая структура» относится к материалам, которые могут быть разделены на одно или более волокон. Волокнистая структура может представлять собой абсорбирующую или адсорбирующую структуру. Волокнистая структура может демонстрировать капиллярное действие, а также пористость и проницаемость.
В контексте настоящего документа термин «иммобилизировать» относится к уменьшению или устранению движения или перемещения.
В контексте настоящего документа термин «аэродинамический способ получения из расплава» относится к способу, в котором волокна формируют путем экструдирования расплавленного термопластичного материала через множество мелких, обычно круглых капилляров матрицы в виде расплавленных нитей или волосков в сходящиеся на высокой скорости потоки обычно нагретого газа (например, воздуха), которые ослабляют нити расплавленного термопластичного материала для уменьшения их диаметра. После этого волокна, полученные аэродинамическим способом из расплава, переносятся высокоскоростным потоком газа и наносятся на собирающую поверхность, часто при сохранении липкости, с образованием сетки из произвольно распределенных волокон, полученных аэродинамическим способом из расплава.
В контексте настоящего документа термин «однокомпонентное» волокно относится к волокну, образуемому из одного или более экструдеров с использованием только одного полимера. Это не означает исключения волокон, образованных из одного полимера, к которым добавлено небольшое количество добавок для окрашивания, смазывания, придания антистатических свойств, гидрофильности и т. п. Эти добавки, например диоксид титана для окрашивания, обычно присутствуют в количестве менее приблизительно 5 мас.% и, более типично, приблизительно 2 мас.%.
В контексте настоящего документа термин «некруглые волокна» описывает волокна, имеющие некруглое поперечное сечение, и включает в себя «формованные волокна» и «волокна капиллярного канала». Такие волокна могут представлять собой сплошные или полые волокна, и они могут представлять собой трехгранные, дельтаподобные волокна и могут представлять собой волокна, имеющие на внешних поверхностях капиллярные каналы. Капиллярные каналы могут иметь различные формы поперечного сечения, такие как «U-образная», «H-образная», «C-образная» и «V-образная». Одно используемое на практике волокно капиллярного канала представляет собой волокно T-401, названное волокном 4DG, производства компании Fiber Innovation Technologies, г. Джонсон-Сити, штат Теннесси, США. Волокно T-401 представляет собой полиэтилентерефталат (полиэфир ПЭТ).
В контексте настоящего документа термин «нетканое полотно» относится к полотну, имеющему структуру отдельных волокон или нитей, которые переплетены, но без повторяющегося узора, как в тканом или трикотажном полотне, которые обычно не имеют случайно ориентированных волокон. Нетканые полотна сформированы посредством многих способов, таких как, например, электропрядение, аэродинамический способ получения из расплава, скрепление прядением, гидросплетение, водоструйное скрепление, аэродинамическая укладка и способ кардного соединения полотна, включая кардное термическое соединение. Основную массу нетканых материалов обычно выражают в граммах на квадратный метр (г/м²). Основная масса слоистого полотна состоит из объединенной основной массы составляющих слоев и любых других добавленных компонентов. Диаметры волокна обычно выражают в микронах; размер волокна можно также выражать в денье — единицах массы на длину волокна. Основная масса слоистых полотен, подходящих для использования в изделии настоящего изобретения, может находиться в диапазоне от приблизительно 10 г/м² до приблизительно 100 г/м², в зависимости от вида конечного использования полотна.
В контексте настоящего документа термин «полимер» по существу включает, без ограничений, гомополимеры, сополимеры, такие как, например, блочные, привитые, случайные и чередующиеся сополимеры, терполимеры и т. п., а также их смеси и модификации. Кроме того, если не оговариваются особые ограничения, термин «полимер» включает в себя все возможные геометрические конфигурации материала. Конфигурации включают, без ограничений, изотактическую, атактическую, синдиотактическую и случайную симметрию.
В контексте настоящего документа термин «энергия восстановления» относится к показателю того, насколько хорошо абсорбирующая структура или абсорбирующий продукт может сохранять или восстанавливать первоначальную форму. Конкретнее, «энергия восстановления» является показателем количества работы, которую абсорбирующая структура или абсорбирующий продукт будет выполнять в отношении тела потребителя и/или одежды после сжатия. Не ограничиваясь теорией, верхний предел энергии восстановления должен быть таким же, как энергия сжатия, т. е. соответствовать полностью восстановленному продукту после отстранения от тела/одежды потребителя. Энергия восстановления в сухом состоянии между циклами 1 и 20 должна быть менее 250% энергии сжатия нового продукта в сухом состоянии.
В контексте настоящего документа термин «волокна спанбонда» относится к волокнам малого диаметра, которые формируются путем экструдирования расплавленного термопластичного материала в виде нитей из множества мелких, обычно круглых капилляров фильеры, диаметр которых соответствует диаметру экструдированных волокон, а затем быстро уменьшается. Волокна спанбонда по существу не являются липкими при нанесении на собирающую поверхность. Волокна спанбонда являются по существу непрерывными и имеют средние диаметры (для размера образца из по меньшей мере 10 волокон), превышающие 7 мкм, и более конкретно, от приблизительно 10 до 40 мкм.
В контексте настоящего документа термин «пласты» или «пласт» относится к одному или более слоям, в которых компоненты внутри слоя тесно объединены без необходимости склеивания, соединения прессованием, термосварки, комбинации соединения прессованием и термоскрепления, ультразвуковой сварки или применения аналогичных способов связывания, известных в данной области, так что отдельные компоненты не могут быть полностью отделены от пласта, не влияя на физическую структуру других компонентов. Специалисту в данной области следует понимать, что, хотя между пластами не требуется отдельное связывание, в зависимости от предполагаемого применения могут быть использованы методы связывания для обеспечения дополнительной целостности.
В контексте настоящего документа термин «пучок ворса» или выступающий участок относится к дискретным интегральным расширениям волокон нетканого полотна. Каждый пучок ворса может содержать множество петлеобразных выровненных волокон, проходящих кнаружи от поверхности полотна. Каждый пучок ворса может содержать множество непетлеобразных волокон, проходящих кнаружи от поверхности полотна. Каждый пучок ворса может содержать множество волокон, которые представляют собой интегральные расширения волокон двух или более объединенных нетканых полотен.
В контексте настоящего документа термин «цикл использования» относится к продолжительности использования абсорбирующей структуры после ее перехода из сухого состояния в насыщенное влажное состояние.
Несмотря на то что в настоящем документе показаны и описаны конкретные варианты осуществления настоящего изобретения, специалистам в данной области будет понятно, что допустимы и другие различные изменения и модификации без отступления от сущности и объема изобретения.
ОБЩЕЕ КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
t-o
Настоящее изобретение относится к абсорбирующей структуре, которая является гибкой и во время использования сохраняет свою упругость. Абсорбирующая структура представляет собой один пласт, который демонстрирует потенциал капиллярной работы (CWP), превышающий потенциал капиллярной работы, определенный количественно вдоль компромиссной границы (CWP).
Абсорбирующая структура одного пласта может содержать один или более абсорбирующих слоев. Абсорбирующая структура одного пласта может представлять собой неоднородную массу.
Структура абсорбирующей сердцевины может содержать слой неоднородной массы, подобный тем, что описаны в заявке на патент США № 61/988,565, поданной 5 мая 2014 г.; заявке на патент США № 62/115,921, поданной 13 февраля 2015 г.; или заявке на патент США № 62/018,212. Слой неоднородной массы имеет глубину, ширину и высоту.
Для формирования абсорбирующей структуры, абсорбирующая структура одного пласта может быть объединена с другими элементами абсорбирующей сердцевины, такими как описанные в патенте США № 8,263,820, выданном 11 сентября 2012 г., и № 8,124,827, выданном 28 февраля 2012.
Структура абсорбирующей сердцевины может содержать подложку и слой суперабсорбирующего полимера, подобные тем, что описаны в заявке на патент США № 12/718,244, опубликованной 9 сентября 2010 г.; заявке на патент США № 12/754,935, опубликованной 14 октября 2010 г; или патенте США № 8,674,169, выданном 18 марта 2014 г.
2
2
2
2
Абсорбирующая структура может иметь слой подложки. Слой подложки абсорбирующей структуры может преимущественно содержать волокнистый материал, который по существу не содержит целлюлозных волокон. Утверждение, что слой абсорбирующей сердцевины «по существу не содержит» целлюлозных волокон в контексте настоящего изобретения означает, что внутри своей внутренней структуры слой не должен содержать сколько-нибудь значительного количества целлюлозных волокон. Хотя целлюлозные волокна, которые могут присутствовать на внешней поверхности указанного слоя, например на границе раздела между указанным и смежным слоем, который может представлять собой, например, внешний слой, обертывающий сердцевину, в некоторых случаях могут случайно и в незначительной степени проникать в структуру указанного слоя, это не считается значимым. Значительные количества могут соответствовать количествам, составляющим менее 10 мас.%, менее 5 мас.%, менее 3 мас.% или менее 1 мас.% в расчете на сухую массу указанного слоя абсорбирующей сердцевины. Слой подложки может также иметь основную массу от 25 г/м до 120 г/м или от 35 г/м до 90 г/м.
Абсорбирующая структура может иметь термопластичный слой из термопластичного материала. Термопластичный материал может содержать в целом один термопластичный полимер или смесь термопластичных полимеров, имеющих температуру размягчения, определяемую по методу D-36-95 Американского общества по испытанию материалов (ASTM) «Кольцо и шар», в диапазоне между 50 °C и 300 °C, или в альтернативном варианте осуществления термопластичная композиция может представлять собой термоплавкий адгезив, содержащий по меньшей мере один термопластичный полимер в комбинации с другими термопластичными разбавителями, такими как смолы, повышающие клейкость, пластификаторами и добавками, такими как антиоксиданты.
Термопластичный полимер обычно может иметь молекулярную массу (Mw) более 10 000 и температуру стеклования (Tg) обычно ниже комнатной температуры. Обычные концентрации полимера в расплаве находятся в диапазоне 20–40 мас.%. Для использования в настоящем изобретении может подходить множество разнообразных термопластичных полимеров. Такие термопластичные полимеры обычно могут быть нечувствительными к воде. Примерами полимеров могут являться (стирольные) блоксополимеры, включая трехблочные структуры A-B-A, диблочные структуры A-B и структуры радиальных блоксополимеров (A-B)n, где блоки A могут представлять собой блоки неэластомерных полимеров, которые обычно содержат полистирол, а блоки B могут представлять собой ненасыщенный сопряженный диен или его (частично) гидрогенизированные варианты. Блок B обычно может представлять собой изопрен, бутадиен, этилен/бутилен (гидрогенизированный бутадиен), этилен/пропилен (гидрогенизированный изопрен) и их смеси.
Другими подходящими термопластичными полимерами являются металлоценовые полиолефины, которые являются полимерами этилена, полученными с помощью катализаторов с единым центром полимеризации на металле или металлоценовых катализаторов. В этом отношении по меньшей мере один сомономер может быть полимеризован с этиленом для получения сополимера, терполимера или полимера высшего порядка. Также может допускаться применение аморфных полиолефинов или аморфных полиальфаолефинов (АПАО), которые являются гомополимерами, сополимерами или терполимерами C2–C8 альфа-олефинов.
Смола обычно может иметь Mw ниже 5000 и Tg обычно выше комнатной температуры, причем обычные концентрации смолы в расплаве могут находиться в диапазоне 30–60 мас.%. Пластификатор имеет низкую Mw, обычно менее 1000, и Tg ниже комнатной температуры, типичная концентрация составляет 0–15%.
Термопластичный материал, обычно термоплавкий адгезив, может присутствовать в виде волокон по всей сердцевине, обеспеченный известными способами, т. е. адгезив может являться волокнистым. Обычно волокна могут иметь среднюю толщину 1–100 микрометров и среднюю длину от 5 мм до 50 см. В частности, может быть обеспечен слой термопластичного материала, обычно, например, термоплавкого адгезива, чтобы обеспечивать сетеподобную структуру.
Для повышения адгезивности термопластичного материала к слою подложки или к любому другому слою, в частности к любому другому нетканому слою, такие слои могут быть предварительно обработаны вспомогательным адгезивом.
-7
3
Абсорбирующая структура может иметь абсорбирующий полимерный материал. Без ограничения какой-либо теорией, считается, что такой материал даже в набухшем состоянии, т. е. после абсорбции жидкости, по существу не препятствует потоку жидкости по всему материалу, особенно если дополнительно проницаемость упомянутого материала, выраженная посредством проводимости солевого потока (SFC) абсорбирующего полимерного материала, превышает 10, 20, 30 или 40 единиц SFC, где 1 единица SFC составляет 1 x 10 (см x с)/г. Проводимость солевого потока является хорошо известным в данной области показателем и измеряется в соответствии с испытанием, описанным в EP 752 892 B.
Абсорбирующая структура может представлять собой неоднородную массу. Неоднородная масса имеет глубину, ширину и высоту. Абсорбирующая структура может использоваться в любой части абсорбирующего изделия, включая, например, часть абсорбирующей сердцевины, абсорбирующую сердцевину и/или верхний слой абсорбирующих изделий, таких как гигиенические прокладки, прокладки, прикрепляемые к нижнему белью, тампоны, межгубные устройства, перевязочные изделия, подгузники, изделия, используемые при недержании у взрослых и т. п., которые предназначены для абсорбции биологических жидкостей организма, таких как менструальные выделения или кровь, или выделения из влагалища, или моча. Абсорбирующую структуру можно использовать в любом продукте, используемом для абсорбции и удержания текучей среды, включая поверхностные салфетки. Абсорбирующую структуру можно использовать в качестве бумажного полотенца. Примерами абсорбирующих изделий в контексте настоящего изобретения являются одноразовые абсорбирующие изделия.
Абсорбирующая структура одного пласта может представлять собой неоднородную массу, содержащую элементы, выполненные с возможностью покрытия, и одну или более частей пеноматериалов. Дискретные части пеноматериалов представляют собой пеноматериал с открытыми ячейками. Пеноматериал может представлять собой пеноматериал на основе эмульсии с высоким содержанием дисперсной фазы (HIPE).
Абсорбирующая структура одного пласта может представлять собой абсорбирующую сердцевину абсорбирующего изделия, которая содержит неоднородную массу, содержащую волокна и одну или более дискретных частей пеноматериала, иммобилизованного в неоднородной массе, или объединенного с другими слоями с формированием абсорбирующей сердцевины.
В нижеследующем описании изобретения поверхность изделия или каждого его компонента, которая при использовании обращена в направлении пользователя, называется поверхностью, обращенной к пользователю. И наоборот, поверхность, которая при использовании обращена в направлении одежды, называется поверхностью, обращенной к одежде. Абсорбирующее изделие настоящего изобретения, а также любой его элемент, такой как, например, абсорбирующая сердцевина, имеет поверхность, обращенную к пользователю и поверхность, обращенную к одежде.
Настоящее изобретение относится к абсорбирующей структуре одного пласта, которая содержит один или более дискретных пеноматериалов с открытыми ячейками, встроенных в неоднородную массу, содержащую один или более элементов, выполненных с возможностью покрытия, встроенных в один или более пеноматериалов с открытыми ячейками таким образом, что оба компонента могут переплетаться.
Пеноматериалы с открытыми ячейками могут содержать от 1% по объему неоднородной массы до 99% по объему неоднородной массы, например 5% по объему, 10% по объему, 15% по объему, 20% по объему, 25% по объему, 30% по объему, 35% по объему, 40% по объему, 45% по объему, 50% по объему, 55% по объему, 60% по объему, 65% по объему, 70% по объему, 75% по объему, 80% по объему, 85% по объему, 90% по объему или 95% по объему.
Неоднородная масса может включать в себя пустое пространство, расположенное между элементами, выполненными с возможностью покрытия, между элементами, выполненными с возможностью покрытия, и покрытыми элементами и между покрытыми элементами. Пустое пространство может содержать газ, например воздух. Пустое пространство может составлять от 1% до 95% общего объема для постоянной величины объема неоднородной массы, например 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, 50%, 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90% общего объема для постоянной величины объема неоднородной массы.
Комбинация пеноматериалов с открытыми ячейками и пустого пространства в неоднородной массе может демонстрировать абсорбирующую способность от 10 г/г до 200 г/г, например от 20 г/г до 190 г/г неоднородной массы, например 30 г/г, 40 г/г, 60 г/г, 80 г/г, 100 г/г, 120 г/г, 140 г/г, 160 г/г, 180 г/г или 190 г/г неоднородной массы. Абсорбирующую способность можно количественно определять согласно стандарту Европейской ассоциации производителей нетканых материалов и изделий одноразового использования (EDANA) 10.4-02 «Метод оценки абсорбционных свойств нетканых материалов».
Пеноматериалы с открытыми ячейками представляют собой дискретные пеноматериалы, переплетенные внутри и по всей неоднородной массе таким образом, что пеноматериал с открытыми ячейками покрывает внутри массы один или более элементов, выполненных с возможностью покрытия, таких как, например, волокна. Пеноматериал с открытыми ячейками может полимеризоваться вокруг элементов, выполненных с возможностью покрытия.
Дискретный пеноматериал с открытыми ячейками может покрывать более одного элемента, выполненного с возможностью покрытия. Элементы, выполненные с возможностью покрытия, могут быть покрыты вместе в виде пучка. В альтернативном варианте осуществления более одного элемента, выполненного с возможностью покрытия, может быть покрыто дискретным пеноматериалом с открытыми ячейками без взаимодействия с другим элементом, выполненным с возможностью покрытия.
Дискретный пеноматериал с открытыми ячейками можно иммобилизовать таким образом, что он не меняет положения внутри неоднородной массы во время использования абсорбирующей структуры.
Множество дискретных пеноматериалов с открытыми ячейками можно иммобилизовать таким образом, что они не меняют положения внутри неоднородной массы во время использования абсорбирующей структуры.
Один или более дискретных пеноматериалов можно иммобилизовать внутри неоднородной массы таким образом, что один или более дискретных пеноматериалов не меняют положения после скручивания со скоростью 300 оборотов в минуту в течение 30 секунд.
Пеноматериалы с открытыми ячейками могут являться дискретными. Пеноматериалы с открытыми ячейками считаются дискретными в том смысле, что они не являются непрерывными по всей неоднородной массе. Отсутствие непрерывности по всей неоднородной массе означает, что в любой заданной точке в неоднородной массе абсорбирующий пеноматериал с открытыми ячейками не является непрерывным в по меньшей мере одном из поперечных сечений продольной, вертикальной и поперечной плоскости неоднородной массы. Абсорбирующий пеноматериал может быть непрерывным или может не быть непрерывным в поперечной и вертикальной плоскостях поперечного сечения для заданной точки в неоднородной массе. Абсорбирующий пеноматериал может быть непрерывным или может не быть непрерывным в продольной и вертикальной плоскостях поперечного сечения для заданной точки в неоднородной массе. Абсорбирующий пеноматериал может быть непрерывным или может не быть непрерывным в продольной и поперечной плоскостях поперечного сечения для заданной точки в неоднородной массе.
Если пеноматериал с открытыми ячейками не является непрерывным в по меньшей мере одном из поперечных сечений продольной, вертикальной и поперечной плоскости неоднородной массы, один или оба из элементов, выполненных с возможностью покрытия, или пеноматериалов с открытыми ячейками могут быть непрерывными в обе стороны по всей неоднородной массе.
Пеноматериалы с открытыми ячейками могут быть расположены в любой точке в неоднородной массе. Пеноматериал может быть окружен элементами, дополняющими элементы, выполненные с возможностью покрытия. Пеноматериал может быть расположен на внешнем периметре неоднородной массы таким образом, что только часть пеноматериала связана с элементами неоднородной массы.
Пеноматериалы с открытыми ячейками могут расширяться в результате взаимодействия с текучей средой с образованием канала из дискретных пеноматериалов с открытыми ячейками. Пеноматериалы с открытыми ячейками могут соприкасаться или могут не соприкасаться перед расширением, обусловленным текучей средой.
Перед полимеризацией пеноматериал с открытыми ячейками может быть объединен в одно целое с поверхностью элементов, выполненных с возможностью покрытия. Пеноматериалы с открытыми ячейками могут быть частично полимеризованы перед вкраплением в элементы, выполненные с возможностью покрытия, или на их поверхность таким образом, чтобы обеспечивать их сплетение. После вкрапления в элементы, выполненные с возможностью покрытия, или на их поверхность пеноматериал с открытыми ячейками либо в жидком, либо в застывшем состоянии полимеризуют с образованием одного или более пеноматериалов с открытыми ячейками. Пеноматериал с открытыми ячейками может быть полимеризован любым известным способом, включая, например, воздействие тепла, УФ- или инфракрасного излучения. После полимеризации эмульсии типа «вода в масле» пеноматериала с открытыми ячейками полученный пеноматериал с открытыми ячейками насыщают водной фазой, которую необходимо удалять, чтобы получать по существу сухой пеноматериал с открытыми ячейками. Удаление насыщенной водной фазы или дренаж можно выполнять с помощью прижимных роликов или вакуума. Благодаря использованию прижимного ролика можно также уменьшать толщину неоднородной массы таким образом, что неоднородная масса будет оставаться тонкой до тех пор, пока пеноматериалы с открытыми ячейками, вплетенные в неоднородную массу, не подвергнутся воздействию текучей среды.
В зависимости от желаемой плотности пеноматериала, состава полимера, удельной площади поверхности или размера пор (также называемого размером ячеек), пеноматериал с открытыми ячейками может быть изготовлен с отличающимся химическим составом, физическими свойствами или и тем, и другим. Например, в зависимости от химического состава пеноматериал с открытыми ячейками может обладать плотностью от 0,0010 г/см³ до приблизительно 0,25 г/см³, или от 0,002 г/см³ до приблизительно 0,2 г/см³, или от приблизительно 0,005 г/см³ до приблизительно 0,15 г/см³, или от приблизительно 0,01 г/см³ до приблизительно 0,1 г/см³, или от приблизительно 0,02 г/см³ до приблизительно 0,08 г/см³, или приблизительно 0,04 г/см³.
Размеры ячеек пеноматериала с открытыми ячейками могут иметь средний диаметр в диапазоне от 1 до 800 мкм, например от 50 до 700 мкм, от 100 до 600 мкм, от 200 до 500 мкм, от 300 до 400 мкм.
Пеноматериалы могут иметь ячейки относительно одинакового размера. Например, средний размер ячеек на одной большой поверхности может быть приблизительно одинаковым или может отличаться не более чем на 10% по сравнению с размером ячеек на противоположной большой поверхности. Средний размер ячеек одной большой поверхности пеноматериала может отличаться от размера на противоположной поверхности. Например, при вспенивании термореактивного материала нередко происходит сжатие части ячеек в нижней части ячеистой структуры, что приводит к уменьшению среднего размера ячеек на одной поверхности. Размер ячеек можно определять на основании способа, описанного ниже.
Пеноматериалы, полученные в соответствии с настоящим изобретением, являются пеноматериалами с относительно открытыми ячейками. Это относится к отдельным ячейкам или порам пеноматериала, по существу беспрепятственно сообщающимся со смежными ячейками. Ячейки в таких структурах пеноматериала с по существу открытыми ячейками имеют межклеточные отверстия или просветы, достаточно большие, чтобы обеспечивать переход текучей среды из одной ячейки в другую в пределах структуры пеноматериала. Для целей настоящего изобретения пеноматериал считается «пеноматериалом с открытыми ячейками», если в пеноматериале содержится по меньшей мере приблизительно 80% ячеек со средним диаметром по меньшей мере 1 мкм, которые имеют соединение по текучей среде по меньшей мере с одной смежной ячейкой.
В дополнение к наличию открытых ячеек пеноматериалы могут обладать достаточной гидрофильностью, чтобы обеспечивать способность пеноматериала абсорбировать текучие среды на водной основе, например, внутренним поверхностям пеноматериала можно придавать гидрофильность за счет остаточных поверхностно-активных веществ, придающих гидрофильные свойства, или солей, оставшихся в пеноматериале после полимеризации, с помощью выбранных способов обработки пеноматериала после полимеризации (как подробно описано далее) или с помощью комбинации таковых.
Например, при использовании в определенных абсорбирующих изделиях пеноматериал с открытыми ячейками может обладать гибкостью и адекватной температурой стеклования (Tg). Tg представляет собой среднюю точку перехода между стеклообразным и каучукоподобным состояниями полимера.
Tg участка может составлять менее приблизительно 200 °C для пеноматериалов, используемых в условиях температуры, приближенной к температуре окружающей среды, или при температуре менее приблизительно 90 °C. Tg может составлять менее 50 °C.
Пеноматериалы с открытыми ячейками могут быть распределены любым подходящим образом по всей неоднородной массе. Пеноматериалы с открытыми ячейками могут быть профилированы вдоль вертикальной оси таким образом, что более мелкие фрагменты расположены над более крупными фрагментами. В альтернативном варианте осуществления пеноматериалы могут быть профилированы таким образом, что более мелкие фрагменты расположены под более крупными фрагментами. Пеноматериалы с открытыми ячейками могут быть профилированы вдоль вертикальной оси таким образом, что они чередуются по размеру вдоль оси.
Пеноматериалы с открытыми ячейками могут быть профилированы вдоль продольной оси таким образом, что более мелкие фрагменты расположены перед более крупными фрагментами. В альтернативном варианте осуществления пеноматериалы могут быть профилированы таким образом, что более мелкие фрагменты расположены позади более крупных фрагментов. Пеноматериалы с открытыми ячейками могут быть профилированы вдоль продольной оси таким образом, что они чередуются по размеру вдоль оси.
Пеноматериалы с открытыми ячейками могут быть профилированы вдоль поперечной оси таким образом, что размер фрагментов изменяется от меньшего к большему или от большего к меньшему вдоль поперечной оси. В альтернативном варианте осуществления пеноматериалы с открытыми ячейками могут быть профилированы вдоль поперечной оси таким образом, что они чередуются по размеру вдоль оси.
Пеноматериалы с открытыми ячейками могут быть профилированы вдоль любой одной из продольной, поперечной или вертикальной осей на основании одной или более характеристик пеноматериалов с открытыми ячейками. Характеристики, на основании которых могут быть профилированы в неоднородной массе пеноматериалы с открытыми ячейками, могут включать в себя, например, абсорбирующую способность, плотность, размер ячеек и их комбинации.
Пеноматериалы с открытыми ячейками могут быть профилированы вдоль любой одной из продольной, поперечной или вертикальной осей на основании состава пеноматериала с открытыми ячейками. Расположенные в передней части неоднородной массой пеноматериалы с открытыми ячейками могут иметь один состав, демонстрирующий желаемые характеристики, а пеноматериалы, расположенные в задней части неоднородной массы, могут иметь отличающийся состав, предназначенный для проявления отличающихся характеристик. Профилирование пеноматериалов с открытыми ячейками может быть либо симметричным, либо асимметричным относительно любой из упомянутых выше осей или направлений.
Пеноматериалы с открытыми ячейками могут быть распределены вдоль продольной или поперечной оси неоднородной массы любым подходящим образом. Пеноматериалы с открытыми ячейками могут быть распределены таким образом, который позволяет получать некую конфигурацию или форму, если рассматривать вид сверху в горизонтальной проекции. Пеноматериалы с открытыми ячейками могут быть распределены таким образом, который позволяет получать форму полос, эллипсов, квадратов или любую другую известную форму или узор.
Распределение можно оптимизировать в зависимости от предполагаемого использования неоднородной массы. Например, для абсорбции текучих сред на водной основе, таких как моча (при использовании массы в подгузнике) или вода (при использовании массы в бумажном полотенце), и для абсорбции белковоподобной текучей среды, такой как менструальные выделения, можно выбирать отличающиеся типы распределения. Дополнительно распределение можно оптимизировать для определенных видов использования, например для дозирования активного вещества или для использования пеноматериала в качестве упрочняющего элемента.
В одной неоднородной массе можно использовать различные типы пеноматериалов. Например, некоторые пеноматериалы могут представлять собой полимеризованную HIPE, тогда как другие пеноматериалы могут быть выполнены из полиуретана. Для оптимизации рабочих характеристик неоднородной массы пеноматериалы могут быть расположены в определенных местах внутри массы, исходя из их свойств.
Пеноматериалы могут быть одинаковыми по составу, но демонстрировать отличающиеся свойства. Например, при использовании пеноматериала на основе HIPE некоторые пеноматериалы могут оставаться тонкими до намокания, тогда как другие могут расширяться в пределах неоднородной массы.
Пеноматериалы и элементы, выполненные с возможностью покрытия, можно выбирать таким образом, чтобы они взаимно дополняли друг друга. Например, для прохождения текучей среды сквозь неоднородную массу пеноматериал, который демонстрирует высокую проницаемость с низкой капиллярностью, может покрывать элемент, который демонстрирует высокую капиллярность. Следует понимать, что допускаются другие комбинации, в которых пеноматериалы взаимно дополняют друг друга, или в которых как пеноматериалы, так и элементы, выполненные с возможностью покрытия, демонстрируют аналогичные свойства.
Профилирование может быть выполнено с использованием более чем одной неоднородной массы, причем каждая неоднородная масса содержит один или более типов пеноматериалов. Множество неоднородных масс могут быть размещены слоями так, что пеноматериал профилирован вдоль любой одной из продольной, поперечной или вертикальной осей на основании одной или более характеристик пеноматериалов с открытыми ячейками для всего изделия, которое содержит множество неоднородных масс. Дополнительно каждая неоднородная масса может иметь отличающийся элемент, выполненный с возможностью покрытия, к которому присоединяется пеноматериал. Например, первая неоднородная масса может содержать частицы пеноматериала, покрывающие нетканый материал, тогда как вторая неоднородная масса, смежная с первой неоднородной массой, может содержать частицы пеноматериала, покрывающие пленку или одну поверхность пленки.
Пеноматериал с открытыми ячейками может представлять собой термореактивный пенополимер, полученный путем полимеризации эмульсии с высоким содержанием дисперсной фазы (HIPE), также именуемый поли-HIPE. Для получения HIPE водную фазу и масляную фазу соединяют в соотношении от приблизительно 8 : 1 до 140 : 1. Соотношение водной фазы и масляной фазы может составлять от приблизительно 10 : 1 до приблизительно 75 : 1, и соотношение водной фазы и масляной фазы может составлять от приблизительно 13 : 1 до приблизительно 65 : 1. Это называется соотношением «воды к маслу» или «В : М» и может использоваться для определения плотности полученного пеноматериала на основе поли-HIPE. Как отмечалось, масляная фаза может содержать один или более мономеров, сомономеров, фотоинициаторов, сшивающих агентов и эмульгаторов, а также необязательные компоненты. Водная фаза может содержать воду и один или более компонентов, таких как электролит, инициатор, или необязательные компоненты.
Пеноматериал с открытыми ячейками может быть получен в результате соединения водной и масляной фаз путем воздействия на объединенные фазы перемешивания со сдвигом в смесительной камере или зоне смешивания. Объединенные водную и масляную фазы подвергают перемешиванию со сдвигом для получения стабильной HIPE, имеющей водные капли желаемого размера. Инициатор может присутствовать в водной фазе, или инициатор могут вводить в процессе производства пеноматериала, или после формирования HIPE. Способ производства эмульсии позволяет получать HIPE, где капли водной фазы диспергированы до такой степени, что полученный пеноматериал на основе HIPE будет иметь желаемые структурные характеристики. Эмульгирование комбинации водной и масляной фаз в зоне смешивания может включать использование смешивающего или перемешивающего устройства, такого как лопастная мешалка, путем пропускания объединенных водной и масляной фаз через ряд статических смесителей со скоростью, необходимой для сообщения требуемого сдвига, или комбинацию того и другого. Затем сформированную HIPE извлекают или откачивают из зоны смешивания. Один способ формирования HIPE с помощью непрерывного процесса описан в патенте США № 5,149,720 (DesMarais et al), выданном 22 сентября 1992 г.; патенте США № 5,827,909 (DesMarais), выданном 27 октября 1998 г.; и патенте США № 6,369,121 (Catalfamo et al.), выданном 9 апреля 2002 г.
До полной полимеризации эмульсию можно извлекать или откачивать из зоны смешивания и вводить в массу или наносить на нее. После полной полимеризации пеноматериалы и элементы переплетаются таким образом, что элементы, образующие массу, делят пополам дискретные пеноматериалы таким образом, что части дискретных пеноматериалов покрывают части одного или более элементов, образующих неоднородную массу.
После полимеризации полученные пеноматериалы насыщают водной фазой, которую необходимо удалять для получения по существу сухих пеноматериалов. Большую часть водной фазы можно отжимать из пеноматериалов с помощью компрессии, например, путем пропускания неоднородной массы, содержащей пеноматериалы, через одну или более пар прижимных роликов. Прижимные ролики могут быть расположены так, что они отжимают водную фазу из пеноматериалов. Прижимные ролики могут быть пористыми и содержать вакуум, подаваемый изнутри, таким образом, что они способствуют выведению водной фазы из пеноматериалов. Прижимные ролики могут быть установлены парами так, что первый прижимной ролик располагается над проницаемой для жидкости лентой, такой как лента, имеющая поры или выполненная из сетчатого материала, а второй противоположный прижимной ролик обращен к первому прижимному ролику и располагается под проницаемой для жидкости лентой. Один ролик из пары, например первый прижимной ролик, может находиться под давлением, тогда как другой, например второй прижимной ролик, может быть вакуумирован так, чтобы обеспечивать как выдувание, так и вытягивание водной фазы из пеноматериала. Прижимные ролики могут также подвергаться нагреву, что способствует удалению водной фазы. Прижимные ролики могут применяться для нежестких пеноматериалов, то есть пеноматериалов, стенки которых не разрушаются при сжатии.
Вместо прижимных роликов или в комбинации с ними для удаления водной фазы пеноматериалы могут быть направлены через зону сушки, в которой пеноматериал нагревают, подвергают воздействию вакуума или подвергают комбинированному воздействию тепла и вакуума. Тепло может применяться, например, путем прогона пеноматериала через печь с принудительной подачей воздуха, инфракрасную печь, микроволновую печь или радиоволновую печь. Степень просушивания пеноматериала зависит от применения. Можно удалять более 50% водной фазы. В процессе сушки можно удалять более 90%, а в некоторых вариантах осуществления более 95% водной фазы.
Пеноматериал с открытыми ячейками может быть получен в результате полимеризации мономеров, имеющих непрерывную масляную фазу эмульсии с высоким содержанием дисперсной фазы (HIPE). HIPE может иметь две фазы. Одна фаза представляет собой непрерывную масляную фазу, содержащую мономеры, полимеризованные с образованием пеноматериала на основе HIPE, и эмульгатор для стабилизации HIPE. Масляная фаза также может включать один или более фотоинициаторов. Мономерный компонент может присутствовать в масляной фазе в количестве от приблизительно 80 мас.% до приблизительно 99 мас.%, а в конкретных вариантах осуществления от приблизительно 85 мас.% до приблизительно 95 мас.%. Эмульгирующий компонент, растворимый в масляной фазе и подходящий для формирования стабильной эмульсии типа «вода в масле», может присутствовать в масляной фазе в количестве от приблизительно 1 мас.% до приблизительно 20 мас.% масляной фазы. Эмульсия может быть сформирована при температуре эмульгирования от приблизительно 10 °C до приблизительно 130 °C, а в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 50 °C до приблизительно 100 °C.
4
18
2
18
По существу мономеры будут включать в себя от приблизительно 20 мас.% до приблизительно 97 мас.% масляной фазы по меньшей мере одного по существу не растворимого в воде монофункционального алкилакрилата или алкилметакрилата. Например, мономеры этого типа могут включать C–C алкилакрилаты и C–C метакрилаты, такие как этилгексилакрилат, бутилакрилат, гексилакрилат, октилакрилат, нонилакрилат, децилакрилат, изодецилакрилат, тетрадецилакрилат, бензилакрилат, нонилфенилакрилат, гексилметакрилат, 2-этилгексилметакрилат, октилметакрилат, нонилметакрилат, децилметакрилат, изодецилметакрилат, додецилметакрилат, тетрадецилметакрилат и октадецилметакрилат.
Масляная фаза может также содержать по существу не растворимый в воде полифункциональный сшивающий алкилакрилат или метакрилат в количестве от приблизительно 2 мас.% до приблизительно 40 мас.%, а в отдельных вариантах осуществления от приблизительно 10 мас.% до приблизительно 30 мас.% масляной фазы. Для придания прочности и упругости полученному пеноматериалу на основе HIPE добавляют сшивающий сомономер (или сшиватель). Примеры сшивающих мономеров такого типа могут включать мономеры, содержащие две или более активированные акрилатные, метакрилатные группы или их комбинации. Неограничивающие примеры такой группы включают 1,6-гександиолдиакрилат, 1,4-бутандиолдиметакрилат, триметилолпропан триакрилат, триметилолпропан триметакрилат, 1,12-додецилдиметакрилат, 1,14-тетрадекандиолдиметакрилат, диметакрилат этиленгликоля, диакрилат неопентилгликоля (2,2-диметилпропандиол диакрилат), гександиол акрилат-метакрилат, пентакрилат глюкозы, сорбитан пентакрилат и т. п. Другие примеры сшивателей включают смесь акрилатных и метакрилатных функциональных групп, таких как акрилат-метакрилат этиленгликоля и акрилат-метакрилат неопентилгликоля. Соотношение метакрилатной : акрилатной группы в смешанном сшивателе может по необходимости варьироваться от 50 : 50 до любого другого соотношения.
Для изменения свойств пеноматериалов на основе HIPE в масляную фазу может быть добавлен любой третий по существу нерастворимый в воде сомономер в массовой процентной доле от приблизительно 0 мас.% до приблизительно 15 мас.% масляной фазы, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 2 мас.% до приблизительно 8 мас.%. Могут быть желательны «уплотняющие» мономеры, которые придают прочность полученному пеноматериалу на основе HIPE. К ним относятся мономеры, такие как стирол, винилхлорид, винилиденхлорид, изопрен и хлоропрен. Не ограничиваясь теорией, считается, что такие мономеры способствуют стабилизации HIPE во время полимеризации (также известной как «отверждение») для получения более однородного и лучше сформированного пеноматериала на основе HIPE, что позволяет добиться улучшенной прочности, растяжимости, устойчивости к истиранию и т. п. Мономеры также могут добавлять для придания огнестойкости, как описано в патенте США № 6,160,028 (Dyer), выданном 12 декабря 2000 г. Мономеры также могут добавлять для придания цвета, например винилферроцен, флуоресцентных свойств, стойкости к облучению, непроницаемости для излучения, например тетраакрилат свинца, для рассеивания заряда, для отражения падающего инфракрасного излучения, для поглощения радиоволн, для получения смачиваемой поверхности на опорах пеноматериала на основе HIPE, или для обеспечения любого другого желаемого свойства пеноматериала на основе HIPE. В некоторых случаях такие дополнительные мономеры могут замедлять общий процесс превращения HIPE в пеноматериал на основе HIPE, но такой компромисс необходим для достижения желаемого свойства. Таким образом, такие мономеры могут использоваться для снижения скорости полимеризации HIPE. Примеры мономеров этого типа включают стирол и винилхлорид.
16
24
16
22
12
14
16
24
16
22
12
14
16
24
16
22
12
14
Масляная фаза может дополнительно содержать эмульгатор, используемый для стабилизации HIPE. Эмульгаторы, используемые в HIPE, могут включать: (a) сложные моноэфиры сорбитана и разветвленных C–C жирных кислот; линейных ненасыщенных C–C жирных кислот; и линейных насыщенных C–C жирных кислот, такие как сорбитан моноолеат, сорбитан мономиристат и сложные моноэфиры сорбитана, сорбитан монолаурат диглицерин моноолеат (DGMO), полиглицерин моноизостеарат (PGMIS) и полиглицерин мономиристат (PGMM); (b) сложные моноэфиры полиглицерина и разветвленных C–C жирных кислот, линейных ненасыщенных C–C жирных кислот или линейных насыщенных C–C жирных кислот, такие как диглицерин моноолеат (например, сложные моноэфиры диглицерина и C18:1 жирных кислот), диглицерин мономиристат, диглицерин моноизостеарат и сложные моноэфиры диглицерина; (c) простые моноалифатические эфиры диглицерина и разветвленных C–C спиртов, линейных ненасыщенных C–C спиртов и линейных насыщенных C–C спиртов, и смеси таких эмульгаторов. См. патент США № 5,287,207 (Dyer et al.), выданный 7 февраля 1995 г., и патент США № 5,500,451 (Goldman et al.), выданный 19 марта 1996 г. Другим эмульгатором, который может использоваться, является полиглицеринсукцинат (PGS), который получают из алкилсукцината, глицерина и триглицерина.
12
22
1
4
12
22
1
4
12
22
1
4
12
22
12
22
1
4
1
4
Такие эмульгаторы и их комбинации могут быть добавлены к масляной фазе так, чтобы они составляли от приблизительно 1 мас.% до приблизительно 20% масс., в определенных вариантах осуществления от приблизительно 2 мас.% до приблизительно 15 мас.%, а в определенных других вариантах осуществления от приблизительно 3 мас.% до приблизительно 12 мас.% масляной фазы. Также допускается использование соэмульгаторов для обеспечения дополнительного контроля размера ячеек, распределения ячеек по размеру и стабильности эмульсии, в особенности при повышенных температурах, например более приблизительно 65 °C. Примеры соэмульгаторов включают фосфатидилхолины и фосфатидилхолин-содержащие композиции, алифатические бетаины, длинноцепочечные C–C диалифатические четвертичные аммониевые соли, короткоцепочечные C–C диалифатические четвертичные аммониевые соли, длинноцепочечный C–C диалкоил(алкеноил)-2-гидроксиэтил, короткоцепочечные C–C диалифатические четвертичные аммониевые соли, длинноцепочечные C–C диалифатические имидазолиниевые четвертичные аммониевые соли, короткоцепочечные C–C диалифатические имидазолиниевые четвертичные аммониевые соли, длинноцепочечные C–C моноалифатические четвертичные бензиламмониевые соли, длинноцепочечный C–C диалкоил(алкеноил)-2-аминоэтил, короткоцепочечные C–C моноалифатические четвертичные бензиламмониевые соли, короткоцепочечные C–C моногидроксиалифатические четвертичные аммониевые соли. В качестве соэмульгатора может быть использован метилсульфат диталлоудиметиламмония (DTDMAMS).
Масляная фаза может содержать фотоинициатор в количестве от приблизительно 0,05 мас.% до приблизительно 10 мас.%, а в определенных вариантах осуществления от приблизительно 0,2 мас.% до приблизительно 10 мас.% масляной фазы. Меньшие количества фотоинициатора позволяют свету лучше проникать через пеноматериал на основе HIPE, что может обеспечивать большую глубину полимеризации пеноматериала на основе HIPE. Однако, если полимеризация проводится в кислородсодержащей среде, то количество фотоинициатора должно быть достаточным для инициирования полимеризации и преодоления кислородного ингибирования. Фотоинициаторы могут быстро и эффективно реагировать на источник света, образуя радикалы, катионы и другие частицы, способные инициировать реакцию полимеризации. Фотоинициаторы, используемые в настоящем изобретении, могут поглощать УФ-излучение с длинами волн от приблизительно 200 нанометров (нм) до приблизительно 800 нм, в определенных вариантах осуществления от приблизительно 200 нм до приблизительно 350 нм. Если фотоинициатор находится в масляной фазе, то подходящие типы растворимых в масле фотоинициаторов включают бензилкетали, α-гидроксиалкилфеноны, α-аминоалкилфеноны и ацилфосфиноксиды. Примеры фотоинициаторов включают 2,4,6-[триметилбензоилдифосфин]оксид в сочетании с 2-гидрокси-2-метил-1-фенилпропан-1-оном (смесь 50 : 50 этих двух компонентов доступна для приобретения у компании Ciba Speciality Chemicals (г. Людвигсхафен, Германия) под торговым названием DAROCUR 4265); бензилдиметилкеталь (доступен для приобретения у компании Ciba Geigy под торговым названием IRGACURE 651); α-,α-диметокси-α-гидроксиацетофенон (доступен для приобретения у компании Ciba Speciality Chemicals под торговым названием DAROCUR 1173); 2-метил-1-[4-(метилтио)фенил]-2-морфолинопропан-1-он (доступен для приобретения у компании Ciba Speciality Chemicals под торговым названием IRGACURE 907); 1-гидроксициклогексилфенилкетон (доступен для приобретения у компании Ciba Speciality Chemicals под торговым названием IRGACURE 184); бис(2,4,6-триметилбензоил)-фенилфосфиноксид (доступен для приобретения у компании Ciba Speciality Chemicals под торговым названием IRGACURE 819); диэтоксиацетофенон и 4-(2-гидроксиэтокси)фенил-(2-гидрокси-2-метилпропил)кетон (доступен для приобретения у компании Ciba Speciality Chemicals под торговым названием IRGACURE 2959); и олиго-[2-гидрокси-2-метил-1-[4-(1-метилвинил)фенил]пропанон] (доступен для приобретения у компании Lamberti spa, г. Галларате, Италия, под торговым названием ESACURE KIP EM.
Диспергированная водная фаза HIPE может содержать воду, а также может содержать один или более компонентов, таких как инициатор, фотоинициатор или электролит, причем в определенных вариантах осуществления один или более компонентов являются по меньшей мере частично водорастворимыми.
Один компонент водной фазы может представлять собой водорастворимый электролит. Водная фаза может содержать водорастворимый электролит в количестве от приблизительно 0,2 мас.% до приблизительно 40 мас.%, в определенных вариантах осуществления от приблизительно 2 мас.% до приблизительно 20 мас.% водной фазы. Электролит предельно уменьшает склонность мономеров, сомономеров и сшивателей, которые, в первую очередь, являются растворимыми в масле, к растворению в водной фазе. Примеры электролитов включают в себя хлориды или сульфаты щелочноземельных металлов, таких как кальций или магний, и хлориды или сульфаты щелочноземельных металлов, таких как натрий. Такие электролиты могут включать в себя буферный агент для контроля pH во время полимеризации, включая неорганические противоионы, такие как фосфат, борат и карбонат, и их смеси. Водорастворимые мономеры могут также использоваться в водной фазе, примерами таковых являются акриловая кислота и винилацетат.
Другим компонентом, который может присутствовать в водной фазе, является водорастворимый инициатор свободно-радикальной полимеризации. Инициатор может присутствовать в количестве до приблизительно 20 молярных процентов, исходя из общего количества молярных долей полимеризуемых мономеров, присутствующих в масляной фазе. Инициатор может присутствовать в количестве от приблизительно 0,001 до приблизительно 10 молярных процентов, исходя из общего количества молярных долей полимеризуемых мономеров, присутствующих в масляной фазе. Подходящие инициаторы включают в себя персульфат аммония, персульфат натрия, персульфат калия, 2,2’-азобис(N,N’-диметиленизобутирамидин)дигидрохлорид и другие подходящие азоинициаторы. Чтобы снижать вероятность преждевременной полимеризации, которая может приводить к засорению системы эмульгирования, инициатор следует вводить в мономерную фазу сразу после завершения или ближе к концу эмульгирования.
Фотоинициаторы, присутствующие в водной фазе, могут являться по меньшей мере частично водорастворимыми и могут содержать от приблизительно 0,05 мас.% до приблизительно 10 мас.%, а в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 0,2 мас.% до приблизительно 10% масс. водной фазы. Меньшие количества фотоинициатора позволяют свету лучше проникать через пеноматериал на основе HIPE, что может обеспечивать большую глубину полимеризации пеноматериала на основе HIPE. Однако, если полимеризация проводится в кислородсодержащей среде, то количество фотоинициатора должно быть достаточным для инициирования полимеризации и преодоления кислородного ингибирования. Фотоинициаторы могут быстро и эффективно реагировать на источник света, образуя радикалы, катионы и другие частицы, способные инициировать реакцию полимеризации. Фотоинициаторы, используемые в настоящем изобретении, могут поглощать УФ-излучение с длинами волн от приблизительно 200 нанометров (нм) до приблизительно 800 нм, в определенных вариантах осуществления от приблизительно 200 нм до приблизительно 350 нм, и в определенных вариантах осуществления от приблизительно 350 нм до приблизительно 450 нм. Если фотоинициатор находится в водной фазе, то подходящие типы водорастворимых фотоинициаторов включают в себя бензофеноны, бензилы и тиоксантоны. Примеры фотоинициаторов включают 2,2'-азобис[2-(2-имидазолин-2-ил)пропан]дигидрохлорид; 2,2'-азобис[2-(2-имидазолин-2-ил)пропан]дисульфат дегидрат; 2,2'-азобис(1-имино-1-пирролидино-2-этилпропан)дигидрохлорид; 2,2'-азобис[2-метил-N-(2-гидроксиэтил)пропионамид]; 2,2'-азобис(2-метилпропионамидин)дигидрохлорид; 2,2'-дикарбоксиметоксидибензальацетон, 4,4'-дикарбоксиметоксидибензальацетон, 4,4'-дикарбоксиметоксидибензальциклогексанон, 4-диметиламино-4'-карбоксиметоксидибензальацетон; и 4,4’-дисульфоксиметоксидибензальацетон. Другие подходящие фотоинициаторы, которые могут использоваться в настоящем изобретении, перечислены в патенте США № 4,824,765 (Sperry et al.), выданном 25 апреля 1989 г.
В дополнение к ранее описанным компонентам в водную или масляную фазу HIPE могут быть добавлены другие компоненты. Примеры таковых включают антиоксиданты, например затрудненные фенольные смолы, затрудненные аминовые светостабилизаторы; пластификаторы, например диоктилфталат, динонилсебакат; антивоспламенители, например галогенированные углеводороды, фосфаты, бораты, неорганические соли, такие как триоксид сурьмы, или фосфат аммония, или гидроксид магния; красители и пигменты; люминофоры; частицы наполнителя, например крахмала, диоксида титана, углеродной сажи или карбоната кальция; волокна; агенты переноса цепи; дезодораторы, например частицы активированного угля; растворенные полимеры; растворенные олигомеры и т. п.
Неоднородная масса содержит элементы, выполненные с возможностью покрытия, и дискретные фрагменты пеноматериала. Элементы, выполненные с возможностью покрытия, могут представлять собой полотно, такое как, например, нетканый материал, волокнистая структура, пневмоуложенное полотно, полотно, полученное мокрым холстоформованием, нетканый материал с увеличенным объемом, иглопробивное нетканое полотно, гидросцепленное полотно, волоконная прядь, тканое полотно, вязаное полотно, флокированное полотно, спанбонд, слоистый спанбонд/полотно, полученное аэродинамическим способом из расплава, кардочесанное полотно, коформное полотно из целлюлозного волокна и волокон, полученных аэродинамическим способом из расплава, коформное полотно из штапельных волокон и волокон, полученных аэродинамическим способом из расплава, и слоистые полотна, представляющие собой их слоистые комбинации.
Элементы, выполненные с возможностью покрытия, могут представлять собой, например, традиционные абсорбирующие материалы, такие как крепированная целлюлозная вата, распушенные целлюлозные волокна, волокна древесной целлюлозы также известные как воздушный фетр, и текстильные волокна. Элементы, выполненные с возможностью покрытия, могут также представлять собой волокна, такие как, например, синтетические волокна, термопластичные твердые частицы или волокна, трехкомпонентные волокна и двухкомпонентные волокна, такие как, например, волокна оболочки/сердцевины, содержащие следующие комбинации полимеров: полиэтилен/полипропилен, полиэтиленвинилацетат/полипропилен, полиэтилен/полиэфир, полипропилен/полиэфир, сополиэфир/полиэфир и т. п. Элементы, выполненные с возможностью покрытия, могут представлять собой любую комбинацию вышеперечисленных материалов и/или множество вышеперечисленных материалов, по отдельности или в комбинации.
Элементы, выполненные с возможностью покрытия, могут быть гидрофобными или гидрофильными. Элементы, выполненные с возможностью покрытия, могут быть обработаны для придания им гидрофобности. Элементы, выполненные с возможностью покрытия, могут быть обработаны для придания им гидрофильности.
Волокна, составляющие неоднородную массу, могут состоять из полимеров, таких как полиэтилен, полипропилен, полиэфир и их смеси. Волокна могут представлять собой волокна спанбонда. Волокна могут представлять собой волокна, полученные аэродинамическим способом из расплава. Волокна могут содержать целлюлозу, вискозу, хлопок или другие натуральные материалы, или смеси полимерных и натуральных материалов. Волокна могут также содержать суперабсорбирующий материал, такой как полиакрилат, или любую комбинацию подходящих материалов. Волокна могут являться однокомпонентными, двухкомпонентными и/или двусоставными, некруглыми (например, волокна капиллярного канала) и могут иметь основные размеры поперечного сечения (например, диаметр для круглых волокон) в диапазоне 0,1–500 микрон. Волокна, составляющие исходное нетканое полотно, могут также представлять собой смесь волокон различных типов, отличающихся такими признаками, как химический состав (например, полиэтилен и полипропилен), компонентный состав (одно- и двухкомпонентный), размер в единицах денье (микроденье и > 20 денье), форма (т. е. тонкое и круглое) и т. п. Размер составных волокон может находиться в диапазоне от приблизительно 0,1 денье до приблизительно 100 денье.
В одном аспекте известные полотна абсорбирующих материалов в готовом виде могут считаться полностью однородными. В случае однородности свойства контроля текучей среды полотна абсорбирующего материала не зависят от местоположения, но являются по существу одинаковыми в любой области полотна. Однородность может характеризоваться, например, плотностью, основной массой таким образом, что плотность или основная масса любой определенной части полотна по существу аналогична средней плотности или основной массе полотна. С помощью устройства и способа настоящего изобретения полотна однородных волокнистых абсорбирующих материалов изменяют таким образом, что они утрачивают однородность и становятся неоднородными таким образом, что свойства контроля текучей среды полотна материала зависят от местоположения. Таким образом, в неоднородных абсорбирующих материалах настоящего изобретения в дискретных местоположениях плотность или основная масса полотна может по существу отличаться от средней плотности или основной массы полотна. Неоднородная природа абсорбирующего полотна настоящего изобретения позволяет минимизировать отрицательные аспекты проницаемости или капиллярности путем обеспечения высокой проницаемости дискретных частей и высокой капиллярности других дискретных частей. Аналогично компромисс между проницаемостью и капиллярностью достигается за счет обеспечения относительно высокой проницаемости без уменьшения капиллярности.
Неоднородная масса может также включать в себя суперабсорбирующий материал, который впитывает текучие среды и образует гидрогели. Эти материалы, как правило, способны абсорбировать большие количества физиологических текучих сред и удерживать их под умеренным давлением. Неоднородная масса может включать в себя такие материалы, диспергированные в подходящем носителе, таком как целлюлозные волокна, в форме распушенных или усиленных волокон.
Неоднородная масса может включать в себя термопластичные твердые частицы или волокна. Материалы, в частности термопластичные волокна, могут быть выполнены из множества термопластичных полимеров, включая полиолефины, такие как полиэтилен (например, PULPEX.RTM.) и полипропилен, полиэфиры, сополиэфиры и сополимеры любого из указанного выше.
В зависимости от желаемых характеристик подходящие термопластичные материалы включают в себя гидрофобные волокна, преобразованные в гидрофильные, такие как термопластичные волокна, обработанные поверхностно-активными веществами или обработанные кремнием, полученные из, например, полиолефинов, таких как полиэтилен или полипропилен, полиакрилов, полиамидов, полистиролов и т. п. Поверхности гидрофобного термопластичного волокна можно придавать гидрофильность путем обработки поверхностно-активным веществом, таким как неионное или анионное поверхностно-активное вещество, например, путем опрыскивания волокна поверхностно-активным веществом, путем погружения волокна в поверхностно-активное вещество или путем введения поверхностно-активного вещества в состав полимера, плавящегося при производстве термопластичного волокна. После расплавления и повторного отверждения поверхностно-активное вещество будет стремиться к тому, чтобы оставаться на поверхностях термопластичного волокна. Подходящие поверхностно-активные вещества включают неионные поверхностно-активные вещества, такие как Brij 76 производства компании ICI Americas, Inc., г. Уилмингтон, штат Делавэр, США, и различные поверхностно-активные вещества, продаваемые под товарным знаком Pegosperse.RTM. компанией Glyco Chemical, Inc., г. Гринвич, штат Коннектикут, США. Помимо неионных поверхностно-активных веществ допускается также использование анионных поверхностно-активных веществ. Такие поверхностно-активные вещества могут быть нанесены на термопластичные волокна на уровнях, например, от приблизительно 0,2 до приблизительно 1 г на кв. сантиметр термопластичного волокна.
Подходящие термопластичные волокна могут быть получены из одного полимера (однокомпонентные волокна), или могут быть получены из более чем одного полимера (например, двухкомпонентные волокна). Полимер, составляющий оболочку, обычно плавится при отличающейся, как правило, более низкой температуре, чем полимер, составляющий сердцевину. В результате этого описанные двухкомпонентные волокна обеспечивают термическое соединение благодаря плавлению полимера оболочки, сохраняя при этом желаемые прочностные характеристики полимера сердцевины.
Двухкомпонентные волокна, подходящие для использования в настоящем изобретении, могут включать в себя волокна оболочки/сердцевины, содержащие следующие комбинации полимеров: полиэтилен/полипропилен, полиэтиленвинилацетат/полипропилен, полиэтилен/полиэфир, полипропилен/полиэфир, сополиэфир/полиэфир и т. п. В частности, двухкомпонентные термопластичные волокна, подходящие для использования в настоящем изобретении, представляют собой волокна, имеющие полипропиленовую или полиэфирную сердцевину и легкоплавкую сополиэфирную, полиэтиленвинилацетатную или полиэтиленовую оболочку (например, двухкомпонентные волокна DANAKLON.RTM., CELBOND.RTM. или CHISSO.RTM.). Такие двухкомпонентные волокна могут являться концентрическими или эксцентрическими. В настоящем документе термины «концентрический» и «эксцентрический» относятся к равномерности или неравномерности толщины оболочки в области поперечного сечения двухкомпонентного волокна. Эксцентрические двухкомпонентные волокна могут быть желательными для обеспечения большей прочности при сжатии при более низкой плотности волокон. Двухкомпонентные волокна, подходящие для использования в настоящем изобретении, могут являться либо не извитыми (т. е. не изогнутыми), либо извитыми (т. е. изогнутыми). Извитость двухкомпонентным волокнам можно придавать, используя стандартные текстильные средства, такие как, например, способ гофрирования или способ придания извитости с помощью соприкасающихся шестерен, для обеспечения преимущественно двухмерной или «плоской» извитости.
Длина двухкомпонентных волокон может варьироваться в зависимости от определенных свойств, желательных для процесса формования волокон и полотна. Как правило, в полотне, полученном аэродинамическим способом укладки, такие термопластичные волокна имеют длину от приблизительно 2 мм до приблизительно 12 мм, такую как, например, от приблизительно 2,5 мм до приблизительно 7,5 мм и от приблизительно 3,0 мм до приблизительно 6,0 мм. Волокна нетканых материалов могут иметь длину от 5 мм до 75 мм, такую как, например, длина 10 мм, длина 15 мм, длина 20 мм, длина 25 мм, длина 30 мм, длина 35 мм, длина 40 мм, длина 45 мм, длина 50 мм, длина 55 мм, длина 60 мм, длина 65 мм или длина 70 мм. Свойства таких термопластичных волокон можно также регулировать путем изменения диаметра (калибра) волокон. Диаметр таких термопластичных волокон обычно определяют в единицах денье (граммов на 9000 метров) или единицах децитекс (граммов на 10 000 метров). Размер в единицах децитекс подходящих двухкомпонентных термопластичных волокон, используемых в установке по производству материала аэродинамическим способом укладки, может находиться в диапазоне от приблизительно 1,0 до приблизительно 20, таком как, например, от приблизительно 1,4 до приблизительно 10 и от приблизительно 1,7 до приблизительно 7 децитекс.
Важным также является модуль упругости при сжатии таких термопластичных материалов и, в особенности, термопластичных волокон. На модуль упругости при сжатии термопластичных волокон может влиять не только их длина и диаметр, но и состав и свойства полимера или полимеров, из которых они изготовлены, форма и конфигурация волокон (например, концентрическая или эксцентрическая, извитая или не извитая) и подобные факторы. Отличия модулей упругости при сжатии таких термопластичных волокон могут использоваться для изменения свойств и, в особенности, плотностных характеристик соответствующей термоскрепленной волокнистой матрицы.
Неоднородная масса может также включать в себя синтетические волокна, которые, как правило, не способны функционировать как связующие волокна, но изменяют механические свойства волокнистых полотен. Синтетические волокна включают ацетат целлюлозы, поливинилфторид, поливинилиденхлорид, акрилаты (такие как Orlon), поливинилацетат, нерастворимый поливиниловый спирт, полиэтилен, полипропилен, полиамиды (такие как нейлон), полиэфиры, двухкомпонентные волокна, трехкомпонентные волокна, их смеси и т. п. К ним относятся, например, полиэфирные волокна, такие как полиэтилентерефталат (например, DACRON.RTM. и KODEL.RTM.), тугоплавкие извитые полиэфирные волокна (например, KODEL.RTM. 431 производства компании Eastman Chemical Co.), гидрофильный нейлон (HYDROFIL.RTM.) и т. п. Подходящими волокнами могут также являться гидрофилизированные гидрофобные волокна, такие как термопластичные волокна, обработанные поверхностно-активными веществами или обработанные кремнием, полученные из, например, полиолефинов, таких как полиэтилен или полипропилен, полиакрилов, полиамидов, полистиролов, полиуретанов и т. п. В случае несвязывающих термопластичных волокон их длина может изменяться в зависимости от конкретных свойств, желательных для этих волокон. Как правило, их длина составляет от приблизительно 0,3 до 7,5 см, например от приблизительно 0,9 до приблизительно 1,5 см. Размер в единицах децитекс подходящих несвязывающих термопластичных волокон может находиться в диапазоне от приблизительно 1,5 до приблизительно 35 децитекс, таком как, например, от приблизительно 14 до приблизительно 20 децитекс.
Однако при структурировании общая абсорбирующая способность неоднородной массы, содержащей пеноматериалы, должна соответствовать расчетной нагрузке и использованию массы по назначению. Например, при использовании в абсорбирующем изделии, размер и абсорбирующая способность неоднородной массы могут меняться в зависимости от различных видов применения, например, в прокладках, используемых при недержании, прокладках, прикрепляемых к нижнему белью, обычных гигиенических прокладках или ночных гигиенических прокладках. Неоднородная масса может также включать другие необязательные компоненты, иногда используемые в абсорбирующих полотнах. Например, в соответствующих слоях или между соответствующими слоями неоднородной массы может быть расположен армирующий холст.
Неоднородная масса, содержащая пеноматериалы с открытыми ячейками, полученная в настоящем изобретении, может быть использована в качестве абсорбирующей сердцевины или части абсорбирующей сердцевины в абсорбирующих изделиях, таких как изделия женской гигиены, например прокладки, прокладки, прикрепляемые к нижнему белью, и тампоны; одноразовые подгузники; изделия, используемые при недержании, например прокладки, подгузники для взрослых; предметы домашнего обихода, например салфетки, тампоны, полотенца; и изделия для косметического ухода, например тампоны, салфетки и изделия для ухода за кожей, например, используемые для очистки пор.
Неоднородную массу можно использовать в качестве абсорбирующей сердцевины для абсорбирующего изделия. Абсорбирующая сердцевина может быть относительно тонкой, толщиной менее приблизительно 5 мм, или толщиной менее приблизительно 3 мм, или менее приблизительно 1 мм. В настоящем изобретении также предусмотрены сердцевины, имеющие толщину более 5 мм. Толщина может быть определена путем измерения толщины в средней точке вдоль продольной центральной линии абсорбирующей структуры любыми способами, известными в данной области, при равномерном давлении 1,72 кПа (0,25 фунта на кв. дюйм). Абсорбирующая сердцевина может содержать абсорбирующие гелеобразующие материалы (AGM), включая волокна AGM, известные в данной области.
Неоднородная масса может быть сформирована или отрезана по форме, внешние края которой определяют периферию. Кроме того, неоднородная масса может быть непрерывной, так что она может быть свернута или намотана на себя, с включением или без включения предварительно сформированных линий разреза, разграничивающих неоднородную массу на предварительно сформированные секции.
При использовании в качестве абсорбирующей сердцевины, форма неоднородной массы может быть по существу прямоугольной, круглой, овальной, эллиптической и т. п. Абсорбирующая сердцевина может по существу быть центрирована относительно продольной центральной линии и поперечной центральной линии абсорбирующего изделия. Профиль абсорбирующей сердцевины может быть таким, чтобы больше абсорбента располагалось вблизи центра абсорбирующего изделия. Например, абсорбирующая сердцевина может быть толще посередине и суживаться по краям с помощью различных способов, известных в данной области.
t-o
Не ограничиваясь теорией, было обнаружено, что можно создавать однослойные абсорбирующие структуры, которые демонстрируют поведение, разрывающее компромисс, традиционно обнаруживаемый между проницаемостью и капиллярным всасыванием. Этот компромисс может быть эффективно представлен путем построения графика с внесением всех сведений, где на оси абсцисс представлена проницаемость или эквивалентный показатель обратного сопротивления течению в пористой среде (т. е. проводимость), а на оси ординат представлен потенциал капиллярной работы или эквивалентный показатель капиллярного всасывания (т. е. капиллярное давление при 50%-м насыщении). Стоит отметить, что если показатель, выбранный для представления капиллярного всасывания, представляет собой экстенсивный показатель, такой как потенциал капиллярной работы, то необходимо указывать ограничение достоверности такого показателя для диапазона калибров. В пределах этого графика, представленного на ФИГ. 20, могут быть идентифицированы две области, в которых идеальная структура, представленная пучком капиллярных трубок, является выбранной линией разделения. Линия 88 разделения представляет идеальный случай пучка параллельных капиллярных трубок. Линия 88 разделения представляет компромиссную границу (CWP). Непрерывная линия 88 разделения может быть неверно истолкована как представляющая теоретический максимум для всех существующих пористых сред.
Компромиссная кривая (которая становится прямой линией при преобразовании графика в логарифмический график) может быть описана математически посредством следующего уравнения:
,
2
где ε представляет собой пористость материала или степень пустоты, κ представляет собой проницаемость пористого материала, γ представляет собой поверхностное натяжение поглощенной текучей среды, ρ представляет собой плотность текучей среды, α представляет собой краевой угол смачивания текучей среды и PM, а g представляет гравитационную постоянную, равную 9,81 м/с.
Где CWP обозначает потенциал капиллярной работы и определяется как интеграл кривой капиллярного давления в зависимости от уровня насыщения для всего диапазона насыщений от полностью сухого (S = 0) до полностью влажного (S = 1) или в математических терминах:
В частности, теоретическая компромиссная кривая может быть получена из идеальной структуры модели, то есть пучка параллельных капиллярных трубок одного диаметра, с использованием тех же свойств текучей среды, которые используются для эмпирического измерения CWP в лаборатории (с учетом поверхностного натяжения и краевого угла смачивания). CWP является экстенсивным свойством (т. е. его значение зависит от количества материала), и поэтому он связан с калибром образца материала, используемого для проведения испытания. Авторы настоящего изобретения решили, что будет полезным описать капиллярное всасывание посредством потенциала капиллярной работы для материалов, обычно используемых в действующем отраслевом стандарте для абсорбирующих изделий калибром менее 15 мм. Начиная с одной трубки, пренебрегая воздействием на капиллярное действие гравитационного поля, движущей силой капиллярного всасывания является капиллярное давление, определяемое уравнением Юнга — Лапласа:
Авторы изобретения понимают, что параллельные капиллярные трубки без соединительных элементов будут иметь одинаковое капиллярное давление, поскольку каждая трубка не влияет на формирование мениска в смежной трубке (т. е. если поместить внутрь резервуара некоторое количество N трубок одинакового радиуса, во всех них будет достигнута одинаковая высота, независимо от их количества).
Это будет использовано для оценки потенциала капиллярной работы (CWP) структуры, определяемой интегралом капиллярного давления на объем накопленной текучей среды, идущей от пустого капилляра до полностью насыщенного, как описано в уравнении (4) ниже:
2
В виде величины работы на единицу площади (выраженной в мДж/м), которую пучок трубок будет проявлять в отношении текучей среды для ее перемещения. Чтобы связывать CWP с проницаемостью, нужна формула, связывающая геометрию (радиус) с проницаемостью.
Известно, что проницаемость одной капиллярной трубки может быть получена из закона Дарси (5) в сочетании с уравнением Хагена — Пуазейля:
Что в конечном счете дает:
2
Обычно уравнение (7) использовалось для определения числа Дарси как соотношения между k и R.
С аналогичными переменными для пучка капиллярных трубок было показано, что:
,
где ε представляет собой пористость полученной структуры, которая связана с числом капиллярных трубок в пучке и объемом образца.Вспоминая теперь Ур. (4), имеем:
,
где мы использовали формулу:
Связывание объема текучей среды с физическим объемом капиллярного пучка посредством пористости системы.
Поскольку насыщение просто определяется как отношение объема, занимаемого текучей средой, к общему объему пустот, или, что равносильно, соотношение между высотой уровня текучей среды и общей высотой системы:
,
0
где h представляет собой высоту уровня текучей среды и начинается от 0, когда S = 0, доходя до h, когда S = 1.
Интеграл из уравнения (9) впоследствии можно переписать в виде интеграла высоты уровня текучей среды как:
,
где длина трубок, h0, показана как вклад (с учетом емкости).
Эту величину можно легко рассчитывать из других известных величин, используя условие равновесия при заданном давлении для каждой капиллярной трубки:
Объединив уравнения (12) и (13), получим:
,
2
где ρ представляет собой плотность текучей среды, а g представляет гравитационную постоянную, равную 9,81 м/с.
Подставляя уравнение (8) в уравнение (14), получаем окончательную форму искомого теоретического соотношения для компромисса между капиллярным всасыванием в виде потенциала капиллярной работы и проницаемости:
3
Как показано в уравнении (15), этот компромисс явно зависит от текучей среды через плотность ρ, поверхностное натяжение γ и краевой угол смачивания α). В целях установления теоретического предела мы рассмотрели в расчетах случай пористости ε = 1, что соответствует 100% пористой среде, текучую среду, обладающую полной смачиваемостью (cos(α) = 1) и высоким поверхностным натяжением, составляющим 0,072 Н/м (вода), и плотностью 1 г/см (вода).
Компромиссная линия делит область на два участка:
и
Заявители обнаружили способ систематического пересечения компромиссной границы однослойной системы слева направо, создавая структуры, которые демонстрируют:
Это достигается двухэтапным процессом:
посредством интеграции PM с высоким уровнем капиллярного всасывания в подложку с высокой проницаемостью и посредством обеспечения непрерывной переходной зоны (TZ) между двумя материалами была получена неоднородная структура, которая по своей природе будет естественно располагаться на компромиссной кривой на участке с очень низкими показателями проницаемости (поведение, в котором преобладает наивысшая устойчивость к потоку материала) и высоким капиллярным всасыванием.
S
E
L
F
Формовочные средства, пригодные для раскрытия по существу плоского волокнистого полотна, могут использоваться в настоящем изобретении для преобразования готовых абсорбирующих материалов в абсорбирующие материалы, выходящие за пределы традиционной компромиссной границы капиллярности и проницаемости. Формовочные средства могут включать пару взаимозацепляющихся валков, как правило стальных валков, имеющих взаимозахватывающие гребни или зубья и канавки. Однако допускается использование других средств для выполнения формования, таких как конструкция из деформирующего ролика и корда, описанная в US 2005/0140057, опубликованном 30 июня 2005 г. Таким образом, описание пары валков в настоящем документе считается эквивалентным валку и корду, а заявленная конструкция, к которой относятся два взаимозацепляющихся валка, считается эквивалентной взаимозацепляющимся валку и корду, при этом корд функционирует как гребни сопряженного взаимозацепляющегося валка. В одном варианте осуществления пару взаимозацепляющихся валков настоящего изобретения можно считать эквивалентной валку и взаимозацепляющемуся элементу, где взаимозацепляющийся элемент может представлять собой другой валок, корд, множество кордов, ленту, гибкое полотно или ремни. Аналогично считается, что другие известные технологии формования, такие как крепирование, обжатие/уплотнение, гофрирование, тиснение, аппретирование пуговицами, горячая штамповка, резка ножом или лазером и т. п., позволяют получать абсорбирующие материалы, обладающие в некоторой степени относительно более высокой проницаемостью, без значительного снижения капиллярного давления. Формовочные средства, в которых применяются валки, включают в себя кольцевую прокатку, технологию типа SELF, где SELF (от английского tructural lastic ike ilm) означает структурную эластично-подобную пленку, такую как микро-SELF, и перфорирование дисковым ножом (RKA), как описано в патенте США № 7,935,207 Zhao et al., выданном 3 мая 2011 г.
Как следствие, в процессе раскрытия и расширения увеличивается ширина материала. Дополнительно происходят три явления. Первое явление представляет собой увеличение проницаемости в зависимости от расстояния. Увеличение проницаемости в зависимости от расстояния может быть обусловлено образованием в неоднородной структуре щелей и трещин, причем проницаемость ламината приближается к проницаемости носителя. Второе явление представляет собой уменьшение плотности материала с высоким капиллярным всасыванием в зависимости от растекания (растекание на более широкое расстояние), что приводит к чистому уменьшению CWP. Третье явление представляет собой увеличение собственного капиллярного всасывания в зависимости от линий периметра, что обусловлено увеличением отношения поверхности к объему. Увеличение отношения поверхности к объему связано с созданием новых поверхностей и уменьшением основной массы материала. Не ограничиваясь теорией, важно контролировать степень процесса раскрытия и расширения, чтобы не создавать раскрытие, которое ведет себя как отверстие или проем. Каждая текучая среда может определяться поверхностным натяжением и вязкостью. Поверхностное натяжение текучих сред и вязкость текучих сред (или плотность текучих сред) может использоваться для определения длины капиллярности текучей среды. Например, по оценкам, длина капиллярности артериальной крови человека составляет приблизительно 54 микрона, тогда как этот показатель у 0,9%-го солевого раствора еще больше. Было обнаружено, что для поддержания точки выше и далеко за пределами компромиссной кривой капиллярности и проницаемости механические проемы должны быть ограничены показателем, приблизительно в 5 (пять) раз превышающим длину капиллярности конкретной абсорбируемой текучей среды. Таким образом, для примера с артериальной кровью человека, физическое разделение между механическими проемами в неоднородной структуре должно составлять менее приблизительно 250 микрон (приблизительно в 5 раз больше длины капиллярности). Если физическое разделение проема превышает показатель, который приблизительно в 5 раз больше длины капиллярности, материал больше не будет находиться над компромиссной границей проницаемости и капиллярности и вернется в рамки традиционного компромиссного режима проницаемости и капиллярности.
Из-за природы этих изменений возможно увеличивать проницаемость любой неоднородной структуры при условии, что материал-носитель и абсорбирующая сердцевина имеют различные показатели проницаемости, при этом сохраняя показатель CWP практически постоянным за счет увеличенных линий периметра (периметр трещины в пределах требований длины капиллярности, подробно описанных выше) для любого расстояния ниже коэффициента, равного увеличению CWP, обусловленному линией периметра.
2
2
Таким образом, изобретение позволяет получать абсорбирующие структуры с возможностью достижения капиллярного давления (измеренного как CWP в мДж/м) на уровне, превышающем идеальное поведение (компромиссная кривая) на уровнях проницаемости от 9,9e-11 до 9,9e-09 (от 100 до 10 000) (измеренные в м (дарси)).
2
2
Таким образом, изобретение позволяет получать абсорбирующие структуры с возможностью достижения капиллярного давления (измеренного как CWP в мДж/м) на уровне, превышающем идеальное поведение (компромиссная кривая) на уровнях проницаемости от 9,9e-11 до 9,9e-09 (от 100 до 10 000) (измеренные в м (дарси)).
2
Для ясности, среда с проницаемостью 9,9e-13 м (1 дарси) допускает поток 1 см³/с текучей среды с вязкостью 1 сП (1 мПа·с) при градиенте давления 101 кПа/см (1 атм/см), действующем на площадь 1 см².
Как показано в таблице ниже, дополнительная площадь поверхности и высокая капиллярность позволяют разорвать традиционный компромисс между капиллярностью и проницаемостью. Как показано в таблице ниже, за исключением образца А, все другие образцы предшествующего уровня техники соответствуют или находятся ниже показателя уравнения идеального поведения.
Материал
Осн. масса (г/м²)
k(м<sup>2</sup> (дарси))
CWP (мДж/м<sup>2</sup>)
AQL 60 г/м² + пеноматериал 2 на основе HIPE, заполненный
170
1,3e-11 (13)
5032
Образец A
119
3,1e-10 (316)
4573
Верхний слой (TS) Infinity
14
4,4e-10 (443)
96
Philic Bico 14 г/м²
14
2,8e-10 (286)
88
Philic Bico 28 г/м²
28
1,3e-10 (129)
129
Вспомогательный верхний слой (STS) 77 г/м²
77
6,3e-10 (639)
382
Верхний слой Yanjan 24 г/м²
24
1,0e-09 (1021)
109
SL 30 г/м²
30
6,4e-10 (645)
292
SL 50 г/м²
50
9,9e-10 (999)
234
AQL 43 г/м²
43
1,5e-09 (1547)
115
AQL 60 г/м²
60
2,1e-09 (2112)
144
Сердцевина G2 180 г/м²
180
7,4e-10 (748)
415
Пеноматериал 1 на основе HIPE
86
3,6e-10 (368)
1101
Пеноматериал 2 на основе HIPE
110
8,0e-12 (8)
5754
Пеноматериал 3 на основе HIPE
196
1,3e-11 (13)
3063
Приведенные выше примеры представляют верхние слои (TS), вспомогательные верхние слои (STS), материалы спанлейс (SL), накопительный слой (AQL), двухкомпонентные волокна, суперабсорбирующие сердцевины и слои из пеноматериала. Таблица данных лучше всего иллюстрируется, когда показана в виде графика, который изображен на Фиг. 20. Как показано на ФИГ. 20, все образцы предшествующего уровня техники находятся на линии идеального поведения или ниже нее. Напротив, из-за новых свойств абсорбирующей структуры с одним пластом, образец абсорбирующей структуры с одним пластом находится выше теоретической компромиссной линии. Абсорбирующая структура с одним пластом демонстрирует потенциал капиллярной работы, превышающий компромиссную границу потенциала капиллярной работы. Абсорбирующая структура с одним пластом демонстрирует проницаемость, превышающую компромиссную границу потенциала капиллярной работы для данного потенциала капиллярной работы.
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
Абсорбирующая структура с одним пластом может демонстрировать потенциал капиллярной работы от 100 мДж/м до 10 000 мДж/м и проницаемость от 9,9e-12 м до 9,9e-09 м (от 10 дарси до 10 000 дарси) при условии, что потенциал капиллярной работы превышает компромиссную границу потенциала капиллярной работы. Абсорбирующая структура с одним пластом может демонстрировать потенциал капиллярной работы от 1000 мДж/м до 10 000 мДж/м и проницаемость от 9,9e-12 м до 9,9e-09 м (от 10 дарси до 10 000 дарси) при условии, что потенциал капиллярной работы превышает компромиссную границу потенциала капиллярной работы. Абсорбирующая структура с одним пластом может демонстрировать потенциал капиллярной работы от 1000 мДж/м до 10 000 мДж/м и проницаемость от 9,9e-12 м до 9,9e-10 м (от 10 дарси до 1000 дарси) при условии, что потенциал капиллярной работы превышает компромиссную границу потенциала капиллярной работы.
Абсорбирующая структура с одним пластом может демонстрировать потенциал капиллярной работы для установленной проницаемости, превышающий компромиссную границу потенциала капиллярной работы и менее чем в 20 раз превышающий компромиссный потенциал капиллярной работы, и проницаемость, превышающую компромиссную границу потенциала капиллярной работы для данного потенциала капиллярной работы.
Абсорбирующая структура с одним пластом может быть использована как любая часть абсорбирующего изделия. Абсорбирующая структура с одним пластом может быть использована как абсорбирующая сердцевина абсорбирующего изделия. Абсорбирующая структура с одним пластом может быть использована как часть абсорбирующей сердцевины абсорбирующего изделия. Можно объединять более одной абсорбирующей структуры с одним пластом, причем каждая абсорбирующая структура с одним пластом отличается от по меньшей мере одной другой абсорбирующей структуры с одним пластом либо выбором элементов, выполненных с возможностью покрытия, либо характеристиками пеноматериалов с открытыми ячейками. Две или более различных абсорбирующих структур с одним пластом могут быть объединены с образованием абсорбирующей сердцевины. Абсорбирующее изделие может дополнительно содержать верхний слой и внешний слой.
Абсорбирующая структура с одним пластом может быть использована в качестве верхнего слоя абсорбирующего изделия. Абсорбирующая структура с одним пластом может быть объединена с абсорбирующей сердцевиной или может быть объединена только с внешним слоем.
Абсорбирующая структура с одним пластом может быть объединена с любым другим типом абсорбирующего слоя, таким как, например, аккумулирующий или накопительный слой, содержащий слой целлюлозы, слой, содержащий суперабсорбирующие гелеобразующие материалы, слой абсорбирующих волокон, полученных аэродинамическим способом, или слой абсорбирующего пеноматериала. Предусмотрены и другие, не перечисленные в настоящем документе, абсорбирующие слои.
Абсорбирующая структура с одним пластом может быть использована для абсорбции текучих сред сама по себе, без помещения ее в абсорбирующее изделие.
Абсорбирующее изделие может содержать проницаемый для жидкости верхний слой. Верхний слой, подходящий для использования в настоящем изобретении, может содержать тканые, нетканые и/или трехмерные полотна непроницаемой для текучей среды полимерной пленки, содержащей проницаемые для текучей среды отверстия. Верхний слой для использования в настоящем изобретении может представлять собой единственный слой или иметь множество слоев. Например, обращенная к пользователю и контактная поверхность может быть обеспечена пленочным материалом, который имеет отверстия, выполненные для облегчения транспортировки текучей среды от обращенной к пользователю поверхности к абсорбирующей структуре. Такие проницаемые для жидкости, перфорированные пленки хорошо известны в данной области техники. Они обеспечивают упругую трехмерную структуру, подобную волокнам. Такие пленки были подробно описаны, например, в US 3929135, US 4151240, US 4319868, US 4324426, US 4343314, US 4591523, US 4609518, US 4629643, US 4695422 или WO 96/00548.
Абсорбирующие изделия, показанные на Фиг. 1–11, представляющие варианты осуществления абсорбирующей структуры, могут также содержать внешний слой и верхний слой. Внешний слой может быть использован для предотвращения смачивания абсорбированными и удерживаемыми в абсорбирующей структуре текучими средами материалов, которые контактируют с абсорбирующим изделием, таких как трусы, брюки, пижамы, нижнее белье и рубашки или куртки, тем самым выступая в качестве барьера для транспортировки текучей среды. Внешний слой может также обеспечивать проведение через него по меньшей мере водяного пара, либо водяного пара и воздуха.
В частности, когда абсорбирующее изделие применяется в качестве гигиенической прокладки или прокладки, прикрепляемой к нижнему белью, абсорбирующее изделие может быть также снабжено средствами прикрепления к трусам, которые обеспечивают средства для прикрепления изделия к предмету нижнего белья, например адгезивом для прикрепления к трусам на внешнем слое поверхности, обращенной к одежде. На боковых краях прокладки также могут быть предусмотрены крылышки или боковые клапаны, предназначенные для загибания вокруг края промежностной области нижнего белья.
На ФИГ. 1 представлен вид в горизонтальной проекции гигиенической прокладки 10, содержащей верхний слой 12, внешний слой (не показан), абсорбирующую сердцевину 16, расположенную между верхним слоем 12 и внешним слоем, продольную ось 24 и поперечную ось 26. Абсорбирующая сердцевина 16 состоит из неоднородной массы 18, содержащей элементы 30 и один или более дискретных пеноматериалов 20, которые покрывают по меньшей мере один элемент 30 неоднородной массы 18. Как показано на ФИГ. 1, элементы 30 представляют собой волокна 22. Часть верхнего слоя вырезана для того, чтобы показать нижележащие части.
На ФИГ. 2 и 3 представлены виды в поперечном сечении прокладки, показанной на ФИГ. 1, в которых разрез выполнен в вертикальной плоскости 2–2 вдоль продольной оси 24 и в вертикальной плоскости 3–3 вдоль поперечной оси 26, соответственно. Как показано на ФИГ. 2 и 3, абсорбирующая сердцевина 16 находится между верхним слоем 12 и внешним слоем 14. Как показано в варианте осуществления на ФИГ. 2 и 3, дискретные пеноматериалы 20 распределены по всей абсорбирующей сердцевине и покрывают элементы 30 неоднородной массы 18. Дискретные пеноматериалы 20 могут простираться за пределы элементов, выполненных с возможностью покрытия, с образованием части наружной поверхности неоднородной массы. Дополнительно дискретные пеноматериалы могут быть полностью переплетены внутри неоднородной массы абсорбирующей сердцевины. Между волокнами 22 расположены пустые пространства 28, содержащие газ.
На ФИГ. 4 представлен вид в горизонтальной проекции гигиенической прокладки 10, иллюстрирующий вариант осуществления изобретения. Гигиеническая прокладка 10 содержит верхний слой 12, внешний слой (не показан), абсорбирующую сердцевину 16, расположенную между верхним слоем 12 и внешним слоем, продольную ось 24 и поперечную ось 26. Абсорбирующая сердцевина 16 состоит из неоднородной массы 18, содержащей элементы 30 и один или более дискретных пеноматериалов 20, которые покрывают по меньшей мере один элемент 30 неоднородной массы 18. Как показано на ФИГ. 4, элементы 30 представляют собой волокна 22. Часть верхнего слоя вырезана для того, чтобы показать нижележащие части. Как показано на ФИГ. 4, дискретные пеноматериалы 20 могут быть непрерывными вдоль оси неоднородной массы, такой как, например, продольная ось. Дополнительно дискретный пеноматериал 20 может быть расположен с образованием линии в неоднородной массе. Дискретные пеноматериалы 20 показаны ближе к верхней части неоднородной массы 18, но также могут располагаться на любой вертикальной высоте неоднородной массы 18 таким образом, что элементы 30, выполненные с возможностью покрытия, могут располагаться выше и ниже одного или более дискретных пеноматериалов 20.
На ФИГ. 5, 6 и 7 представлены виды в поперечном сечении прокладки, показанной на ФИГ. 4, в которых разрез выполнен в вертикальных плоскостях 5–5, 6–6 и 7–7 соответственно. Вертикальная плоскость 5–5 проходит параллельно поперечной оси прокладки, а вертикальные плоскости 6–6 и 7–7 проходят параллельно продольной оси. Как показано на ФИГ. 5–7, абсорбирующая сердцевина 16 находится между верхним слоем 12 и внешним слоем 14. Как показано в варианте осуществления на ФИГ. 5, дискретные пеноматериалы 20 распределены по всей абсорбирующей сердцевине и покрывают элементы 30 неоднородной массы 18. Как показано на ФИГ. 6, дискретный пеноматериал 20 может быть непрерывным и проходить вдоль неоднородной массы. Как показано на ФИГ. 7, неоднородная масса может не содержать никаких дискретных пеноматериалов вдоль линии поперечного сечения абсорбирующей сердцевины. Между волокнами 22 расположены пустые пространства 28, содержащие газ.
На ФИГ. 8 представлен увеличенный вид участка с ФИГ. 5, показанного на ФИГ. 5 пунктирной линией, очерчивающей окружность 80. Как показано на ФИГ. 8, неоднородная масса 18 содержит дискретные пеноматериалы 20 и элементы 30, выполненные с возможностью покрытия, в виде волокон 22. Между волокнами 22 расположены пустые пространства 28, содержащие газ.
На ФИГ. 9 представлен вид в горизонтальной проекции гигиенической прокладки 10, иллюстрирующий вариант осуществления изобретения. Гигиеническая прокладка 10 содержит верхний слой 12, внешний слой (не показан), абсорбирующую сердцевину 16, расположенную между верхним слоем 12 и внешним слоем, продольную ось 24 и поперечную ось 26. Абсорбирующая сердцевина 16 состоит из неоднородной массы 18, содержащей элементы 30 и один или более дискретных пеноматериалов 20, которые покрывают по меньшей мере один элемент 30 неоднородной массы 18. Как показано на ФИГ. 9, элементы 30 представляют собой волокна 22. Часть верхнего слоя вырезана для того, чтобы показать нижележащие части. Как показано на ФИГ. 9, дискретные пеноматериалы 20 могут формировать узор, такой как, например, сетка шахматной доски.
На ФИГ. 10 и 11 представлены виды в поперечном сечении прокладки, показанной на ФИГ. 9, в которых разрез выполнен в вертикальных плоскостях 10–10 и 11–11 соответственно. Как показано на ФИГ. 10 и 11, абсорбирующая сердцевина 16 расположена между верхним слоем 12 и внешним слоем 14. Как показано в варианте осуществления на ФИГ. 10 и 11, дискретные пеноматериалы 20 распределены по всей абсорбирующей сердцевине и покрывают элементы 30 в виде волокон 22 неоднородной массы 18. Между волокнами 22 расположены пустые пространства 28, содержащие газ.
На ФИГ. 12–16 представлены выполненные с помощью SEM микрофотографии пеноматериалов 20 на основе HIPE, переплетенных внутри неоднородной массы 18, содержащей нетканые волокна 22. На ФИГ. 12 представлена микрофотография, выполненная с помощью SEM при 15-кратном увеличении. Как показано на ФИГ. 12, дискретный пеноматериал 20 на основе HIPE и элементы 30 в виде волокон 22 переплетаются. Пеноматериал 20 на основе HIPE покрывает одно или более волокон 22 неоднородной массы 18. Волокна 22 неоднородной массы 18 пересекают пеноматериал 20 на основе HIPE. Между волокнами 22 расположены пустые пространства 28, содержащие газ.
На ФИГ. 13 показана абсорбирующая сердцевина, изображенная на ФИГ. 12, в 50-кратном увеличении. Как показано на ФИГ. 13, пеноматериалы 20 на основе HIPE обертывают часть одного или более волокон 22 таким образом, что в пеноматериалах 20 на основе HIPE волокна делятся пополам. Пеноматериалы 20 на основе HIPE покрывают волокна таким образом, что фрагменты не могут свободно перемещаться внутри абсорбирующей сердцевины. Как показано на ФИГ. 13, внутри покрывающего пеноматериала 20 могут существовать вакуоли 32. Вакуоли 32 могут содержать часть элемента 30, выполненного с возможностью покрытия.
На ФИГ. 14 представлена другая выполненная с помощью SEM микрофотография дискретного пеноматериала на основе HIPE в поперечном сечении при 15-кратном увеличении. Как показано на ФИГ. 14, пеноматериал 20 на основе HIPE может простираться за пределы элементов 30 неоднородной массы 18 с образованием части наружной поверхности неоднородной массы 18. Пеноматериалы 20 на основе HIPE покрывают одно или более волокон 22 неоднородной массы 18. Волокна абсорбирующей сердцевины пересекают пеноматериал на основе HIPE. Между волокнами 22 расположены пустые пространства 28, содержащие газ.
На ФИГ. 15 представлена другая выполненная с помощью SEM микрофотография неоднородной массы 18 при 18-кратном увеличении. Как показано на ФИГ. 15, пеноматериал 20 на основе HIPE может располагаться под внешней поверхностью неоднородной массы 18 таким образом, чтобы он не составлял часть наружной поверхности неоднородной массы 18 и был окружен волокнами 22 и пустыми пространствами 28, содержащими газ. Внутри пеноматериала 20 может быть образована одна или более вакуолей 32.
На ФИГ. 16 представлена выполненная с помощью SEM микрофотография неоднородной массы с ФИГ. 15 при 300-кратном увеличении. Как показано на ФИГ. 16, неоднородная масса 18 содержит пеноматериал 20 с открытыми ячейками, который покрывает один или более элементов 30, выполненных с возможностью покрытия, в виде волокон 22. Как показано на ФИГ. 16, внутри покрывающего пеноматериала 20 могут существовать вакуоли 32. Вакуоли 32 могут содержать часть элемента 30, выполненного с возможностью покрытия. Как показано на фигуре, вакуоли 32 имеют площадь поперечного сечения, которая в 1,01–900 000 000 раз превышает площадь поперечного сечения волокон 22 или в 1,26–9 000 000 раз превышает площадь поперечного сечения ячеек 36 в пеноматериале 20 с открытыми ячейками.
На ФИГ. 17 представлена фотография неоднородной массы 18, содержащей элементы 30, выполненные с возможностью покрытия, содержащие нетканое полотно и пеноматериалы 20 с открытыми ячейками, покрывающие элементы 30, выполненные с возможностью покрытия. Как видно на фотографии, пеноматериалы с открытыми ячейками являются дискретными вдоль по меньшей мере одной из боковой, продольной или вертикальной осей неоднородной массы. Как показано на ФИГ. 17, дискретные пеноматериалы с открытыми ячейками могут формировать узор, видимый пользователем при просмотре сверху.
На ФИГ. 18 и 19 представлены выполненные с помощью SEM микрофотографии неоднородной массы 18 при 25-кратном увеличении. Неоднородная масса 18 содержит элементы 30, выполненные с возможностью покрытия, содержащие нетканое полотно и пеноматериалы 20 с открытыми ячейками, покрывающие элементы 30, выполненные с возможностью покрытия. Пеноматериалы 20 с открытыми ячейками, показанные на ФИГ. 18 и 19, являются дискретными и расположены на расстоянии друг от друга в неоднородной массе 18. Как показано на ФИГ. 18, применение дискретных пеноматериалов 20 с открытыми ячейками обеспечивает гибкость между пеноматериалами 20 с открытыми ячейками в неоднородной массе 18. Покрытие волокон пеноматериалами с открытыми ячейками позволяет иммобилизовать пеноматериал с открытыми ячейками внутри неоднородной массы. Как показано на ФИГ. 18–19, пеноматериалы 20 с открытыми ячейками являются дискретными, поскольку они являются прерывистыми вдоль вертикальной и горизонтальной осей. Это продемонстрировано наличием волокон или элементов, выполненных с возможностью покрытия, выше и ниже пеноматериала с открытыми ячейками вдоль вертикальной оси и разрывами между пеноматериалами с открытыми ячейками вдоль горизонтальной оси, что позволяет неоднородной массе быть гибкой.
Примеры:
A. Абсорбирующая структура, содержащая один пласт, который демонстрирует потенциал капиллярной работы, превышающий компромиссную границу потенциала капиллярной работы.
B. Абсорбирующая структура по пункту A, содержащая неоднородную массу, которая содержит элементы, выполненные с возможностью покрытия, и один или более пеноматериалов с открытыми ячейками.
2
2
2
2
C. Абсорбирующая структура по пункту A или B, которая демонстрирует потенциал капиллярной работы от около 100 мДж/м до 10 000 мДж/м и проницаемость от 9,9e-12 м до 9,9e-09 м (от 10 дарси до 10 000 дарси).
2
2
2
2
D. Абсорбирующая структура по любому из пунктов A–C, которая демонстрирует потенциал капиллярной работы от около 1000 мДж/м до 10 000 мДж/м и проницаемость от 9,9e-12 м до 9,9e-09 м (от 10 дарси до 10 000 дарси).
2
2
2
2
E. Абсорбирующая структура по любому из пунктов A–D, которая демонстрирует потенциал капиллярной работы от около 1000 мДж/м до 10 000 мДж/м и проницаемость от 9,9e-12 м до 9,9e-10 м (от 10 дарси до 1000 дарси).
F. Абсорбирующая структура по пункту B, в которой неоднородная масса содержит по меньшей мере 5% дискретных пеноматериалов с открытыми ячейками для обеспечения постоянного объема.
G. Абсорбирующая структура по пункту B, которая содержит менее 30% волокон по объему.
H. Абсорбирующее изделие, содержащее абсорбирующую структуру по любому из пунктов A–G.
I. Абсорбирующая структура по пункту B, в которой элементы, выполненные с возможностью покрытия, выбраны из группы, состоящей из крепированной целлюлозной ваты, распушенных целлюлозных волокон, волокон древесной целлюлозы, также известных как воздушный фетр, текстильных волокон, синтетических волокон, вискозных волокон, абсорбирующих волокон, полученных аэродинамическим способом, термопластичных твердых частиц или волокон, трехкомпонентных волокон, двухкомпонентных волокон, пучков ворса и их комбинаций.
J. Абсорбирующая структура по любому из пунктов A–I, в которой один пласт демонстрирует проницаемость, превышающую компромиссную границу потенциала капиллярной работы для данного потенциала капиллярной работы.
Метод распределения пор по объему
Пористый материал состоит из эффективных и изолированных пор различной формы и размера. Эффективными порами являются те поры, которые взаимосвязаны и в конечном итоге достигают поверхности структуры. Это поры, которые содействуют абсорбирующей способности данной пористой среды. Изолированные поры представляют собой поры, которые полностью окружены твердыми веществами и поэтому неспособны непосредственно влиять на абсорбирующие свойства. Распределение пор по объему является методом косвенного измерения расчетной пористости эффективных пор и распределения пор по размеру через прямое измерение количества текучей среды, поступающей в поры при заданном давлении.
В подходе (i) прикладывают предварительно выбранное, инкрементное, пневматическое давление (воздуха) к материалу, который может абсорбировать/десорбировать текучую среду, через насыщенную текучей средой предварительно спроектированную мембрану и (ii) определяют инкрементное и совокупное количество текучей среды, которая абсорбируется/десорбируется материалом при каждой величине давления. Для обеспечения хорошего контакта между материалом и мембраной и для приложения соответствующего механического ограничивающего давления на материал помещают груз. Распределение пор по объему в образце можно измерять в диапазоне от около 5 мкм до 1000 мкм.
Иллюстративным прибором для измерения является прибор TRI/Autoporosimeter (TRI/Princeton Inc., г. Принстон, штат Нью-Джерси, США), применение и обработка данных в котором описаны в публикации в журнале The Journal of Colloid and Interface Science 162(1994), pp. 163–170, включенной в настоящий документ путем ссылки.
Оборудование показано на Фиг. 21 и состоит из весов 800 с резервуаром 801 для текучей среды, который находится в прямом соединении по текучей среде с образцом 811, находящимся в закрытой герметичной камере 810 для образцов под давлением воздуха.
Определение поглощения по объему пор или распределение пор по размерам включает в себя регистрацию увеличения объема жидкости, которая поступает в пористый материал или выходит из него при изменении окружающего давления воздуха. Образец в испытательной камере подвергали точно контролируемым изменениям давления воздуха. Когда давление воздуха увеличивается или уменьшается, пустые пространства или поры в пористой среде выпускают или поглощают жидкость соответственно. Общее поглощение жидкости определяется как общий объем жидкости, абсорбируемой пористой средой.
Распределение пор по размеру можно дополнительно определять как распределение по объему поглощения для каждого диапазона размеров пор по результатам измерения с помощью прибора при соответствующем давлении. За размер поры принимают эффективный радиус поры, он связан с разностью давлений в соответствии с уравнением Лапласа, приведенным ниже:
,
где γ представляет собой поверхностное натяжение жидкости, а α представляет собой краевой угол смачивания.
Для этого эксперимента использовали раствор тритон-X в концентрации 0,01% с поверхностной энергией γ = 31 дин/см и предполагаемым идеальным смачиванием (cos(α) = 1). Автоматизированное оборудование функционирует под действием точного изменения давления воздуха в испытательной камере с заданными пользователем приращениями, либо посредством уменьшения давления (увеличения размера пор), чтобы вызывать поглощение жидкости пористой средой, либо путем увеличения давления (уменьшения размера пор) для дренирования пористой среды. Объем абсорбированной (дренированной) жидкости при каждом приращении давления определяет распределение пор по размеру. Поглощение жидкости представляет собой кумулятивный объем для всех пор, поглощаемый пористой средой, по мере продвижения к насыщению (например, к заполнению всех пор).
Условия эксперимента

Берут мембранный фильтр 0,22 мкм диаметром 9 см (смешанные сложные эфиры целлюлозы, Millipore GSWP, EMD Millipore Corp., г. Биллерика, штат Массачусетс, США), приклеивают фильтр к пористой фритте Monel 807 диаметром 9 см и толщиной 0,6 см (доступна для приобретения от компании Mott Corp, штат Коннектикут, США) с использованием распылительной краски KRYLON (FilmTools Gloss White Spray Paint #1501). Позволяют фритте/мембране высохнуть перед использованием.
Заполняют внутреннее основание 812 камеры для образцов гексадеканом (доступен для приобретения от компании Sigma-Aldrich, регистрационный номер CAS 544-76-3). Помещают фритту 807 стороной с мембраной кверху на основание камеры 810 для образцов и закрепляют на месте с помощью фиксирующей манжеты 809. Заполняют соединительную трубку 816, резервуар 802 и фритту 807 гексадеканом, убедившись, что в соединительной трубке или порах внутри фритты и мембраны не захвачены пузырьки. Используя ножки основания 811, выравнивают камеру для образцов и совмещают мембрану с верхней поверхностью текучей среды внутри резервуара.
Высекают штампом образец в виде квадрата размером 5,5 см. Измеряют массу образца с точностью до 0,1 мг. Для обеспечения ограничивающего давления 1,72 кПа (0,25 фунта на квадратный дюйм) используют покровную пластину 804 из плексигласа в виде квадрата размером 5,5 см и ограничивающий груз 803.
Помещают верхнюю часть камеры 808 для образцов на место и закрывают камеру. Прикладывают к ячейке соответствующее давление воздуха (соединение 814), чтобы получить эффективный радиус пор 5 мкм (на основе уравнения Лапласа, описанного ранее). Закрывают жидкостный клапан 815. Открывают камеру для образцов, помещают образец 805, покровную пластину 804 и ограничивающий груз 803 в камеру на мембрану 806 и герметично закрывают камеру. Открывают жидкостный клапан 815, чтобы обеспечивать свободное перемещение жидкости на весы.
Продвижение системы через последовательность размеров пор (давлений) происходит следующим образом (эффективный радиус пор в мкм): 5, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 120, 140, 160, 180, 200, 250, 300, 350, 400, 450, 500, 500, 550, 600, 700, 800, 1000, 800, 700, 600, 550, 500, 450, 400, 350, 300, 250, 200, 180, 160, 140, 120, 100, 90, 80, 70, 60, 50, 40, 30, 20, 10, 5, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 120, 140, 160, 180, 200, 250, 300, 350, 400, 450, 500, 500, 550, 600, 700, 800, 1000. Последовательность переходит к следующему радиусу, когда с помощью весов определяется равновесная скорость менее 25 мг/мин.
Аналогичным образом измеряют холостой цикл накопление/дренирование/накопление без образца. На основе инкрементных значений объема рассчитывают значения кумулятивного объема с поправкой на холостой цикл.
3
3
Кумулятивный объем (мм/мг) = [поглощение текучей среды образцом (мг) - поглощение текучей среды при холостом цикле (мг)] / плотность гексадекана (г/см) / масса образца (мг)
Потенциал капиллярной работы (CWP) представляет собой работу, выполняемую образцом, нормированным по площади образца. Для интегрирования i-го давления в зависимости от кумулятивного объема для n точек данных используют правило трапеций:
,
где:
w
m = масса полотна (мг);
3
CV = кумулятивный объем (м/мг);
P = давление воздуха (Па);
w
2
A = площадь (м).
Проницаемость (м
(дарси)) и скорость потока (г/с)
2
Испытание на проницаемость с гидростатическим напором (FHH) представляет собой простое испытание, которое широко используется для оценки проницаемости пористой среды, включая почвы, грунтовые воды и абсорбирующие материалы. В способе измеряют скорость, с которой столб жидкости (с известной исходной высотой) проходит через пористую среду. Показатель проницаемости (k) при гидростатическом напоре рассчитывают из насыщенной гидравлической проводимости (K), которая описывает легкость, с которой жидкость может перемещаться через поровые пространства внутри образца.
Подготовка образцов:
Помещают изделие или слой материала, подлежащий оценке, ровно (в плоской конфигурации) на поверхности и с помощью штамповочного пресса высекают круглый образец диаметром 30 мм. Кондиционирование образца выполняют при приблизительно 23 °C ± 2 °C и относительной влажности воздуха приблизительно 50% ± 2% в течение 2 часов до испытания. Все испытания должны проводиться в этих же условиях. Подготавливают для испытания 10 одинаковых образцов из по существу аналогичных изделий или слоев материала.
Устройство для испытания:
Устройство для испытания представляет собой цилиндрическую колонну, состоящую из трубок из плексигласа с внутренним диаметром 138,2 мм и высотой 20 см. Основание герметично закрывается в углубленном отверстии диаметром 30 мм, расположенным в центре. Основание углубленного отверстия содержит пористую фритту из нержавеющей стали, которая будет поддерживать образец во время испытаний, но не будет значительно влиять на поток текучей среды. Для герметизации образца по периметру во время испытаний используется кольцевой груз, таким образом протекание текучей среды будет ограничено только протеканием через образец. Для соответствия углубленному отверстию в основании резервуара кольцевой груз имеет внутренний диаметр отверстия 26 мм и внешний диаметр 30 мм. Требуется средство для точного измерения высоты водяного столба во время испытания, например ультразвуковой датчик высоты, установленный на верхней части цилиндрического резервуара, который сопряжен с компьютером, чтобы обеспечить возможность регистрации данных с течением времени в ходе эксперимента. Запорный клапан потока ниже фритты позволяет заполнять резервуар текучей средой, а затем открывать во время проведения испытаний.
Процедура проведения испытания:
Помещают вырезанный образец ровно на фритту и кладут сверху на образец кольцевой груз. При закрытом положении клапана аккуратно заполняют резервуар деионизированной водой до высоты 15 см. Ждут 5 минут, чтобы образец полностью насытился текучей средой. Начинают регистрировать данные о высоте с точностью до 0,001 мм с частотой измерения каждые 0,1 секунды. Открывают клапан, чтобы позволить текучей среде протекать через образец. Продолжают собирать данные в течение достаточного промежутка времени для получения линейного выхода данных высоты столба воды с течением времени. Повторяют эту процедуру для всех 10 одинаковых образцов.
После завершения испытания без неоправданной задержки удаляют насыщенный образец и измеряют его калибр. Калибр образца измеряют с помощью высотометра с лапкой диаметром 17,8 мм для прикладывания давления 0,7 кПа (0,1 фунта на квадратный дюйм). Эти значения регистрируют с точностью до 0,01 мм.
Дополнительно необходимо оценить влияние фритты на скорость потока текучей среды, чтобы определить проницаемость фритты в проницаемости образца. Повторяют испытание, как описано выше, не помещая образец на фритту.
Расчеты:
1
2
Используя данные высоты в зависимости от времени, которые были собраны во время эксперимента, наносят на график натуральный логарифм начальной высоты (H), деленный на каждое из последующих значений высоты (H) в зависимости от времени. Вычисляют наклон этой линии. Используют этот наклон для расчета насыщенной гидравлической проводимости (K), используя следующее уравнение:
1
2
K = (aL / At) ln(H / H),
2
2
1
2
где a представляет собой площадь поперечного сечения столба (м), L представляет собой калибр насыщенного материала (м), A представляет собой площадь поперечного сечения образца, доступного для потока (м), t представляет собой время (с), H представляет собой высоту начального столба воды, а H представляет собой высоту столба воды в момент времени (t).
Используя рассчитанное значение насыщенной гидравлической проводимости (K), вычисляют проницаемость (k) образца и преобразуют результат в единицы дарси, используя следующие уравнения:
k = Kµ / pg,
-13
k / 9,87 * 10 = дарси,
3
2
где K представляет собой гидравлическую проводимость (м/с), p представляет собой плотность текучей среды (кг/м), g представляет собой ускорение силы тяжести (м/с), а µ представляет собой вязкость текучей среды (Па*с).
2
Используя значения проницаемости, рассчитанные для фритты с образцом и самой фритты, вычитают значение проницаемости фритты из значения проницаемости фритты с образцом и регистрируют это значение как проницаемость образца. Повторяют эту процедуру для всех 10 одинаковых образцов и рассчитывают среднее статистическое значение всех показателей и регистрируют как показатель проницаемости (k) при гидростатическом напоре с точностью до 9,9e-14 м (0,1 дарси).
Подвесной метод испытания емкости
В подвесном методе испытания емкости исследуют поглощение текучей среды в образце. Образец удерживают в корзине с дном в виде сетки с открытыми ячейками, которая свисает с весов с верхней загрузкой над источником выдачи жидкости. Испытание начинается в тот момент, когда мениск текучей среды приводят в контакт с центром образца, чтобы инициировать капиллярное всасывание. Всасывающее действие (поглощение) продолжается до тех пор, пока образец не достигнет насыщения (равновесная емкость) или испытание не будет прервано или остановлено в заданное время. Точки данных (т. е. масса и время) собирают и анализируют с использованием компьютерной программы. Результаты регистрируют как скорость поглощения в граммах за секунду с течением времени (на графике) и равновесную емкость в граммах текучей среды на грамм образца.
Процедура:
Перед испытанием оставляют все стандарты и образцы для уравновешивания до контролируемой температуры и влажности (постоянная температура и влажность в лаборатории уравновешены на уровне: температура 23 ± 2 °C (73 ± 4 °F), относительная влажность (ОВ) 50 ± 4%) по меньшей мере на 2 (два) часа.
Подготовка образца из готового изделия для определения теоретической емкости:
Вынимают испытываемую прокладку из полиэтиленовой/картонной упаковки и индивидуального обертывающего мешочка. Не снимая разделительную бумагу (RP), вырезают образец «как есть», оставляя разделительную бумагу на месте во время загрузки текучей среды, чтобы предотвратить прилипание адгезива к корзине. Примечание: В некоторых образцах индивидуальный обертывающий мешочек и разделительная бумага являются одной деталью. В этом случае открывают индивидуальный обертывающий мешочек и оставляют при вырезании образцов обертывающий мешочек и разделительную бумагу на месте.
2
Используя гидравлический пресс и круговую матрицу, подготавливают образец (-цы) Punch HGW, вырезав образец размером 25,7 см (2-1/4 в диаметре) из центра испытываемой прокладки.
Предварительное определение основной массы и плотности готового изделия и исходного материала (до проведения испытания):
2
● Площадь: Длина (L) см * ширина (W) см = площадь см
2
2
2
Вычисляют площадь испытываемого образца (например, L * W = площадь см, или, при использовании стандартной круговой матрицы, используют площадь 25,7 см (3,98 дюйма))
2
● Основная масса: Масса в сухом состоянии г / площадь см
2
2
Взвешивают образец с точностью до 0,01 г, используя аналитические весы с ценой деления с двумя десятичными разрядами. Регистрируют массу в виде г/25,7 смили г/дюйм.
2
● Плотность: Масса в сухом состоянии г / площадь см * калибр см
С помощью штангенциркуля определяют толщину образца с точностью до
или
. Умножают толщину на площадь (например, 25,7 см
*
= 48,19 см
или 3,98 дюйма
*
= 2,99 дюйма
). Регистрируют массу в виде г/48,19 см
или г/дюйм
.
2
3
2
3
3
3
0,025 см0,01 дюйма1,88 см0,75 дюйма
Протокол испытания на поглощение текучей среды:
1. Помещают предварительно взвешенный (сухой) образец готового изделия (верхним слоем вниз) в центр корзины-держателя образца над отверстием в нижней части корзины. Защелкивают верхнюю часть корзины на месте и фиксируют ее, используя два замка на обоих концах корзины для образца.
2. Подвешивают корзину для образца в нижней части весов.
3. Помещают статический груз для приложения желаемого ограничивающего давления (нагрузка 0,41 кПа или 1,72 кПа (0,06 фунта на квадратный дюйм или 0,25 фунта на квадратный дюйм)) на верхнюю часть образца, полностью покрывая образец, а затем выравнивают корзину для образца, используя в качестве направляющей пузырьки уровня в верхней части корзины.
4. Заполняют нижний резервуар текучей средой для испытания и запускают перистальтический насос для рециркуляции текучей среды по всей системе HGW и удерживания (приостановки) отделения текучей среды для испытания. Устанавливают скорость потока насоса приблизительно на показателе «2» и при необходимости увеличивают или уменьшают скорость, чтобы предотвратить чрезмерное перемешивание текучей среды и предоставить текучей среде возможность полностью заполнить верхний резервуар и все трубки, ведущие в систему загрузки текучей среды. Аккуратно добавляют дополнительную текучую среду для испытаний в нижний резервуар через контейнер верхнего резервуара (текучая среда будет стекать через переливную трубку в нижний резервуар), если это необходимо, чтобы система оставалась заполненной во время испытания образцов.
5. Используя регулировочную микрокаретку на верхнем резервуаре, убеждаются, что мениск текучей среды для испытания находится приблизительно на 5 мм ниже верхней части отверстия наконечника трубки для подачи текучей среды.
6. Тарируют весы с HGW.
7. Используя лабораторный подъемный столик, поднимают наконечник трубки колонны для загрузки текучей среды, чтобы он был центрирован под отверстием сетки на дне корзины для образца, и устанавливают дистанцию зазора приблизительно на 3 мм от открытой поверхности верхнего слоя образца возле отверстия в сетке.
8. Используя регулировочную микрокаретку на верхнем резервуаре, регулируют мениск так, чтобы мениск текучей среды для испытания соприкасался в виде мостика (контактировал) с образцом. Необходимо убедиться, что наконечник колонны для подачи текучей среды или трубка для подачи воздуха и текучей среды не повисли на корзине или что корзина не была тарирована до начала испытания — при необходимости повторно регулируют позиционирование. Повторно тарируют весы, чтобы устранить ошибку.
9. Запускают на ПК программное обеспечение BalanceLink и шаблон электронной таблицы Excel. Заполняют все описательные поля ввода данных испытания в шаблоне (описание образца, имя оператора, дата и т. п.). Помещают курсор в первую ячейку данных в шаблоне электронной таблицы для получения показателя увеличения массы поглощения образца в нулевой (0) момент времени.
10. Используя предварительно заданные «клавиши быстрого доступа» (например, [PrntScrn] или [F6]), запускают регистратор данных BalanceLink, чтобы получить данные о поглощении.
11. Продолжают следить, чтобы мениск текучей среды соприкасался в виде мостика, и чтобы образец не касался наконечника подачи текучей среды вследствие влажного сминания или набухания образца, и чтобы корзина или любая трубка не сдвинулись с места во время испытания; тщательно регулируют высоту или положение корзины, если она сдвинется или начнется контактирование с ней.
Запускают испытание первого образца в «открытом» режиме, чтобы определить время, необходимое для достижения равновесной емкости
Примечание:
.  Подвесное испытание исходных материалов и испытываемых прокладок занимает приблизительно от 5 до 30 мин. В зависимости от материалов, подлежащих испытанию, некоторые образцы испытывают дольше.
12. .После достижения равновесной емкости (отмечая три или более последовательных скорости поглощения 0,01 грамма в столбце «скорость» в электронной таблице) прекращают сбор данных с помощью «клавиш быстрого доступа». Отключают подачу воздуха или удаляют ограничивающий груз и удаляют образец из корзины.
13. Проверяют и регистрируют прирост массы образца (масса во влажном состоянии - масса в сухом состоянии = прирост массы или равновесная емкость), используя весы с верхней загрузкой. Запускают испытание следующего образца.
14. Предварительно взвешивают 7-слойную стопку фильтровальной бумаги Ahlstrom 989 размером 4 см х 4 см.
1-е повторное намокание
15. : Помещают предварительно взвешенную впитывающую бумагу поверх насыщенного образца и прикладывают нагрузку 1,72 кПа (0,25 фунта на квадратный дюйм) в течение 30 секунд с использованием статического груза 1,72 (0,25 фунта на квадратный дюйм) или пневматического прижимного устройства. В конце интервала 30 секунд снимают и повторно взвешивают стопку фильтровальной бумаги и подсчитывают разницу между массой (г) влажной впитывающей бумаги и массой (г) сухой впитывающей бумаги, чтобы определить количество текучей среды, которая вызывает повторное намокание (выдавливается), возвращаясь вверх через верхний слой.
Регистрируют количество «выдавленной» текучей среды как показатель повторного намокания при нагрузке 1,72 кПа (0,25 фунта на квадратный дюйм).
16. Предварительно взвешивают вторую, новую 7-слойную стопку впитывающей бумаги Ahlstrom 989.
2-е последующее повторное намокание
17. : Помещают стопку впитывающей бумаги поверх насыщенного образца и прикладывают нагрузку 6,9 кПа (1,0 фунта на квадратный дюйм) в течение 15 секунд с использованием статического груза 6,9 кПа (1,0 фунта на квадратный дюйм) или пневматического прижимного устройства. В конце интервала 15 секунд снимают и повторно взвешивают стопку фильтровальной бумаги и подсчитывают разницу между массой (г) влажной впитывающей бумаги и массой (г) сухой впитывающей бумаги, чтобы определить количество текучей среды, которая вызывает повторное намокание (выдавливается), возвращаясь вверх через верхний слой.
Регистрируют количество «выдавленной» текучей среды как показатель повторного намокания при нагрузке 6,9 кПа (1,0 фунта на квадратный дюйм).
18. Взвешивают прокладку после последовательного приложения нагрузок 1,72 кПа и 6,9 кПа (0,25 фунта на квадратный дюйм и 1,0 фунта на квадратный дюйм) для определения удерживаемой емкости образца (г). Подсчитывают разницу между массой влажной прокладки и массой сухой прокладки (г), чтобы определить удерживаемую емкость (г).
Регистрируют результат как показатель удерживаемой емкости с точностью до 0,01 г.
Наносят данные на график
приблизительной средней скорости поглощения (г/с), где время (с) представлено на оси X, а поглощение текучей среды (г) — на оси Y.
Размеры и величины, описанные в настоящем документе, не следует понимать как строго ограниченные перечисленными точными числовыми значениями. Напротив, если не указано иное, каждый такой размер подразумевает как указанное значение, так и функционально эквивалентный диапазон, в который входит это значение. Например, размер, описанный как «40 мм», подразумевает «приблизительно 40 мм».
Величины, описанные в настоящем документе как крайние точки диапазонов, не следует понимать как строго ограниченные перечисленными точными числовыми значениями. Напротив, если не указано иное, каждый числовой диапазон предназначен для обозначения как указанных значений, так и любых целых чисел в пределах диапазона. Например, диапазон, описанный как «от 1 до 10» подразумевает «1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 и 10».
Все документы, процитированные в подробном описании изобретения, в их релевантной части включены в настоящий документ путем ссылки; цитирование любого документа не следует толковать как признание того, что он принадлежит к предшествующему уровню техники по отношению к настоящему изобретению. В случае если какое-либо значение или определение термина в настоящем документе противоречит какому-либо значению или определению этого же термина в документе, включенном путем ссылки, приоритетным является значение или определение, закрепленное за этим термином в настоящем документе.
Несмотря на то что в настоящем документе показаны и описаны конкретные варианты осуществления настоящего изобретения, специалистам в данной области будет понятно, что допустимы и другие различные изменения и модификации без отступления от сущности и объема изобретения. Таким образом, предполагается, что прилагаемая формула изобретения охватывает все такие изменения и модификации в пределах объема данного изобретения.