АБСОРБИРУЮЩАЯ СТРУКТУРА
ABSORBENT STRUCTURE

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к абсорбирующим структурам, применимым в абсорбирующих изделиях, таких как подгузники, трусы для страдающих недержанием, трусы для приучения к горшку, удерживающие и прокладочные материалы подгузника, предметы одежды санитарно-гигиенического назначения и т. п. Конкретно, настоящее изобретение относится к абсорбирующей структуре, которая характеризуется необходимыми потребительскими свойствами.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Ранее для абсорбирующих изделий, получаемых для сбора мочи и/или менструальных выделений при ношении на теле требовалось, чтобы продукт обладал запасом прочности для поддержания комфорта и обеспечения защитной целостности продукта после смачивания. Если достаточное структурное усиление не разработано и не осуществлено в таких защитных продуктах, они, как правило, подвергаются быстрому ухудшению полезных структурных свойств, проявление которых необходимо во время ношения/жизненного цикла продукта. Свойственное соотношение комфорт-защита в сухом и влажном состоянии не было достигнуто с помощью основных предложенных линий продуктов в сфере абсорбирующих изделий.
Поэтому существует потребность в создании продукта, который характеризуется необходимым уровнем комфорта в сухом состоянии, а также при смачивании.
ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Описано абсорбирующее изделие, содержащее верхний слой, нижний слой и абсорбирующую сердцевину, содержащую абсорбирующую структуру. Абсорбирующая структура характеризуется жесткостью при изгибе в поперечном направлении от 3 мН·см^2/см до 16 мН·см^2/см (от 0,3 грамм-силы·см^2/см до 1,6 грамм-силы·см^2/см) и жесткостью при изгибе в направлении обработки от 15 мН·см^2/см до 137 мН·см^2/см (от 1,5 грамм-силы·см^2/см до 14 грамм-силы·см^2/см).
Дополнительно описано абсорбирующее изделие, содержащее верхний слой, нижний слой и абсорбирующую сердцевину, содержащую абсорбирующую структуру. Абсорбирующая структура характеризуется отношением жесткости при изгибе в направлении обработки к жесткости при изгибе в поперечном направлении от 2 до 25.
Дополнительно описанный объект представляет собой абсорбирующее изделие, содержащее верхний слой, нижний слой и абсорбирующую сердцевину, содержащую абсорбирующую структуру. Абсорбирующая структура характеризуется жесткостью при изгибе в поперечном направлении от 3 мН·см^2/см до 16 мН·см^2/см (от 0,3 грамм-силы·см^2/см до 1,6 грамм-силы·см^2/см) и жесткостью при изгибе в направлении обработки от 15 мН·см^2/см до 137 мН·см^2/см (от 1,5 грамм-силы·см^2/см до 14 грамм-силы·см^2/см). Абсорбирующая структура содержит композиционный материал из неоднородной массы, содержащий выполненные с возможностью покрытия элементы и пеноматериал с открытыми ячейками.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
Несмотря на то, что описание изобретения заканчивается формулой изобретения, в которой конкретно указан и определенным образом заявлен объект настоящего изобретения, можно полагать, что настоящее изобретение можно лучше понять из следующего описания, которое следует рассматривать вместе с прилагаемыми графическими материалами, на которых:
ФИГ. 1 представляет собой вид сверху типичного приспособления для менструальных выделений, имеющего верхний слой, нижний слой и абсорбирующую сердцевину.
ФИГ. 2 представляет собой СЭМ-микрофотографию одного варианта осуществления настоящего изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Применяемый в данном документе термин «двухкомпонентные волокна» относится к волокнам, которые были образованы из по меньшей мере двух различных полимеров, экструдированных из отдельных экструдеров, но спрядены вместе с образованием одного волокна. Двухкомпонентные волокна также иногда называют сопряженными волокнами или многокомпонентными волокнами. Полимеры расположены в по существу неизменно расположенных различный зонах по всему поперечному сечению двухкомпонентных волокон и проходят непрерывно по длине двухкомпонентных волокон. Конфигурация такого двухкомпонентного волокна может представлять собой, например, расположение «оболочка/сердцевина», где один полимер окружен другим, или может представлять собой расположение «бок о бок», расположение «пирог» или расположение «остров в море».
Применяемый в данном документе термин «двусоставные волокна» относится к волокнам, которые были образованы из по меньшей мере двух полимеров, экструдированных из одного и того же экструдера в виде смеси. Двусоставные волокна не содержат различных полимерных компонентов, расположенных в относительно неизменно расположенных различных зонах по всей площади поперечного сечения волокна, и при этом различные полимеры обычно не являются непрерывными по всей длине волокна, обычно образуя вместо этого элементарные волокна, которые начинаются и заканчиваются в случайном порядке. Двусоставные волокна иногда также называют многосоставными волокнами.
В следующем описании применяют термин «целлюлозные волокна». Целлюлозные волокна включают встречающиеся в природе волокна на основе целлюлозы, такие как, например, хлопок, лен и т. д. Волокна из древесной целлюлозы являются одним из примеров целлюлозных волокон в соответствии с настоящим изобретением. Искусственные волокна, полученные из целлюлозы, такой как регенерированная целлюлоза, например, вискоза или частично или полностью ацетилированные производные целлюлозы (например, ацетат или триацетат целлюлозы), также считаются целлюлозными волокнами в соответствии с настоящим изобретением.
Термин «одноразовый» применяют в настоящем документе для описания изделий, которые не предназначены для стирки или восстановления иным способом или повторного использования в качестве изделия (т. е. после одного использования они подлежат возможной утилизации путем переработки, компостирования или с применением иного экологически безопасного способа утилизации отходов). Абсорбирующее изделие, содержащее абсорбирующую структуру в соответствии с настоящим изобретением, может представлять собой, например, гигиеническую прокладку, гигиеническую прокладку для нижнего белья, продукт для взрослых, страдающих недержанием, подгузник или любой другой продукт, предназначенный для впитывания выделений организма. Абсорбирующая структура в соответствии с настоящим изобретением будет описана в настоящем документе в контексте типичного абсорбирующего изделия, такого как, например, гигиеническая прокладка. Как правило, такие изделия могут содержать проницаемый для жидкости верхний слой, нижний слой и абсорбирующую сердцевину, находящуюся между верхним слоем и нижним слоем.
Применяемый в настоящем документе, термин «жесткость при изгибе» относится к измеряемой величине, которую определяют количественно в граммах(силы на см^2/см).
Применяемый в настоящем документе, термин «поперечное направление» или CD относится к длине по поперечной оси абсорбирующего изделия.
Применяемый в данном документе «выполненный с возможностью покрытия элемент» относится к элементу, который может быть покрыт пеноматериалом. Выполненный с возможностью покрытия элемент может представлять собой, например, волокно, группу волокон, пучок или участок пленки между двумя отверстиями. Понятно, что настоящим изобретением предусмотрены другие элементы.
Термин «волокно», применяемый в данном документе, относится к любому материалу, который может быть частью волокнистой структуры. Волокна могут быть натуральными или синтетическими. Волокна могут быть абсорбирующими или неабсорбирующими.
Термин «волокнистая структура», применяемый в данном документе, относится к материалам, которые могут быть разрушены до одного или более волокон. Волокнистая структура может быть абсорбирующей или адсорбирующей. Волокнистая структура может проявлять капиллярное действие, а также пористость и проницаемость.
Применяемый в данном документе термин «мелтблаун» относится к способу, при котором волокна образуются посредством экструзии расплавленного термопластичного материала в виде расплавленных нитей или элементарных нитей через множество мелких, обычно круглых, капилляров головки в сходящихся высокоскоростных потоках газа (например, воздуха), как правило, нагретого, который вытягивает из расплавленного термопластичного материала элементарные нити с уменьшением их диаметра. После этого волокна мелтблаун переносятся высокоскоростным потоком газа и осаждаются на принимающую поверхность, часто во все еще липком состоянии, с образованием полотна из распределенных случайным образом волокон мелтблаун.
Применяемое в настоящем документе «направление обработки» или MD относится к длине по продольной оси абсорбирующего изделия.
Применяемый в данном документе термин «однокомпонентное» волокно относится к волокну, образованному из одного или более экструдеров с применением только одного полимера. Это не исключает волокна, образованные из одного полимера, к которому были добавлены небольшие количества добавок для окрашивания, придания антистатических свойств, смазочных свойств, гидрофильности и т. д. Такие добавки, например, диоксид титана для окрашивания, обычно присутствуют в количестве менее приблизительно 5 массовых процентов и более, как правило, приблизительно 2 массовых процентов.
Применяемый в данном документе термин «некруглые волокна» описывает волокна с некруглым поперечным сечением и включает «формованные волокна» и «волокна с капиллярным каналом». Такие волокна могут быть сплошными или полыми и они могут быть трехлепестковыми, дельтаобразными, при этом они могут представлять собой волокна с капиллярными каналами на их внешних поверхностях. Капиллярные каналы могут иметь различные формы поперечного сечения, такие как «U-образная», «H-образная», «C-образная» и «V-образная». Одним применяемым на практике волокном с капиллярным каналом является T-401, называемое волокном 4DG, доступное от Fiber Innovation Technologies, Джонсон-Сити, Теннесси. T-401 волокно является полиэтилен-терефталатным (PET сложный полиэфир).
Применяемый в данном документе термин «нетканое полотно» относится к полотну, имеющему структуру из отдельных волокон или нитей, которые переслаиваются, но без повторяющегося узора, как в тканой или трикотажной ткани, которые, как правило, не имеют ориентированных в произвольном порядке волокон. Нетканые полотна или ткани были сформованы в ходе множества процессов, таких как, например, электроспиннинг, мелтблаун-процессы, спанбонд-процессы, процессы гидросплетения и гидроспутывания, процессы воздушной укладки и процессы получения связанного кардочесанного полотна, в том числе связывание термической сваркой с кардованием. Основную массу нетканых материалов обычно выражают в граммах на квадратный метр (г/кв. м). Основную массу многослойного полотна объединяют с основной массой составных слоев и любых других добавленных компонентов. Значения диаметра волокна обычно выражают в микронах; также размер волокна может быть выражен в единице денье, которая представляет собой единицу массы на длину волокна. Основная масса многослойных полотен, подходящих для применения изделии в соответствии с настоящим изобретением, может находиться в диапазоне от приблизительно 10 г/м2 до приблизительно 100 г/м2 в зависимости от конечного применения полотна.
Применяемый в данном документе термин «полимер» обычно включает в себя без ограничения гомополимеры, сополимеры, такие как например, блок-, привитые, статистические и чередующиеся сополимеры, терполимеры и т.д., а также их смеси и модификации. Кроме того, если нет конкретных ограничений, термин «полимер» включает в себя все возможные геометрические конфигурации материала. Данные конфигурации включают без ограничения изотактические, атактические, синдиотактические и статистические симметрии.
Применяемый в настоящем документе термин «энергия восстановления» относится к показателю, указывающему, насколько хорошо абсорбирующая структура или абсорбирующий продукт могут сохранять или восстанавливать свою исходную форму. Более конкретно, «энергия восстановления» представляет собой меру количества работы, которую выполнит абсорбирующая структура или абсорбирующий продукт, чтобы противодействовать воздействию тела потребителя и/или предмета одежды после сжатия. Без ограничения какой-либо теорией, верхний предел энергии восстановления должен соответствовать энергии сжатия, то есть, это полностью восстановленный продукт при удалении с тела потребителя/предмета одежды. Энергия восстановления в сухом состоянии в течение от 1 до 20 циклов должна составляет менее 250% энергии сжатия в сухом состоянии нового продукта.
Применяемые в данном документе «волокна спанбонд» относятся к волокнам небольшого диаметра, которые образованы посредством экструдирования расплавленного термопластичного материала в виде элементарных нитей через множество тонких капилляров обычно с круглым поперечным сечением в фильере, при этом диаметр экструдированных элементарных нитей затем быстро уменьшается. Волокна спанбонд обычно не являются клейкими при их осаждении на принимающую поверхность. Волокна спанбонд обычно являются непрерывными и имеют средние значения диаметра (для размера образца из по меньшей мере 10 волокон) более 7 микрон и более конкретно от приблизительно 10 до 40 микрон.
Применяемые в данном документе «наслоения» или «наслоение» относятся к одному или более слоям, где компоненты в наслоении непосредственно объединены без необходимости адгезионного скрепления, скрепления под давлением, швов тепловой сварки, комбинации связывания под давлением и термоскрепления, гидроспутывания, иглопробивания, ультразвуковой сварки или подобных способов скрепления, известных из уровня техники таким образом, что отдельные компоненты не могут быть полностью отделены от наслоения без воздействия на физическую структуру других компонентов. Специалист в данной области техники должен понимать, что несмотря на то, что отдельное скрепление между наслоениями не требуется, методики скрепления могут быть использованы для обеспечения дополнительной целостности в зависимости от предполагаемого применения.
Применяемые в данном документе «пучок» или кусочки относятся к дискретным цельным удлиненным элементам из волокон нетканого полотна. Каждый пучок может содержать множество петелевидных упорядоченных волокон, проходящих наружу от поверхности полотна. Каждый пучок может содержать множество непетелевидных волокон, которые проходят наружу от поверхности полотна. Каждый пучок может содержать множество волокон, которые представляют собой цельные удлиненные элементы из волокон двух или более объединенных нетканый полотен.
Применяемый в настоящем документе, «цикл использования» относится к продолжительности применения абсорбирующей структуры по мере ее перехода из сухого состояния в насыщенное смоченное 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 настоящего изобретения.
ОБЩЕЕ ОПИСАНИЕ
Настоящее изобретение относится к абсорбирующей структуре, которая является гибкой и сохраняет свою упругость во время использования. Абсорбирующая структура представляет собой единое наслоение, которое преодолевает традиционное компромиссное соотношение комфорт-защита. Абсорбирующий продукт дополнительно поддерживает улучшенный комфорт во время всего цикла ношения. Компромиссное соотношение комфорт-защита преодолевается за счет создания наслоения, которое содержит как выполненные с возможностью покрытия элементы, так и пеноматериал с открытыми ячейками, который расположен в выполненных с возможностью покрытия элементах или на них с образованием неоднородной массы. За счет селективного размещения пеноматериала с открытыми ячейками в структуре или на ней абсорбирующая структура может проявлять структурные свойства (тонкость, гибкость и соответствие толщины), которые обеспечивают потребителю опыт ношения (в сухом или влажном состоянии), почти равноценный ношению только предмета нижнего белья или трусов.
Единое наслоение абсорбирующей структуры может содержать один или более абсорбирующих слоев. Единое наслоение абсорбирующей структуры может представлять собой неоднородную массу.
Абсорбирующая структура может представлять собой неоднородную массу. Неоднородная масса имеет глубину, ширину и высоту. Абсорбирующая структура может применяться в качестве любой части абсорбирующего изделия, в том числе, например, части абсорбирующей сердцевины, в качестве абсорбирующей сердцевины и/или в качестве верхнего слоя для абсорбирующих изделий, таких как гигиенические прокладки, прикладываемые к телу продукты или прикладываемые к нижнему белью продукты, гигиенические прокладки для нижнего белья, тампоны, внутригубные прокладки, повязки на рану, подгузники, изделия для взрослых, страдающих недержанием, и т. п., которые предназначены для абсорбции текучих сред организма, таких как менструальные выделения или кровь, или влагалищные выделения, или моча. Абсорбирующая структура может применяться в любом продукте, используемом для впитывания и удерживания текучей среды, в том числе в салфетках для поверхностей. Абсорбирующая структура может применяться в качестве бумажного полотенца. Иллюстративные абсорбирующие изделия в контексте настоящего изобретения представляют собой одноразовые абсорбирующие изделия.
Единое наслоение абсорбирующих структур 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.
В одном варианте осуществления в одной неоднородной массе можно использовать различные типы пеноматериалов. Например, некоторые пеноматериалы могут представлять собой полимеризованную HIPE, тогда как другие фрагменты могут быть выполнены из полиуретана. Для оптимизации рабочих характеристик неоднородной массы фрагменты могут быть расположены в определенных местах внутри массы, исходя из их свойств.
Единое наслоение абсорбирующей структуры может представлять собой абсорбирующую сердцевину для абсорбирующего изделия, где абсорбирующая сердцевина содержит неоднородную массу, содержащую волокна и одну или более дискретных частей из пеноматериала, которые зафиксированы в неоднородной массе или могут быть объединены с другими слоями с образованием абсорбирующей сердцевины. Другие слои могут содержать абсорбирующие жидкость материалы, подходящие для применения в абсорбирующей сердцевине. Не имеющие ограничительного характера примеры абсорбирующих жидкость материалов, подходящих для применения в слое или в качестве слоя абсорбирующей сердцевины, могут включать измельченную древесную массу, которую обычно называют воздушным войлоком; набивку из крепированной целлюлозной ваты; абсорбирующие гелеобразующие материалы, в том числе суперабсорбирующие полимеры, такие как образующие гидрогель полимерные гелеобразующие средства; химически отвержденные, модифицированные или поперечно сшитые волокна целлюлозы; полимеры мелтблаун, в том числе коформ; синтетические волокна, в том числе извитые волокна на основе сложного полиэфира; ткань, в том числе изолирующие ткани и слоистые ткани; волокна с капиллярным каналом; абсорбирующие пеноматериалы; абсорбирующие губки; синтетические штапельные волокна; торфяной мох; или любой эквивалентный материал; или их комбинации, хорошо известные из уровня техники для изготовления продуктов для менструальных выделений, таких как гигиенические прокладки, гигиенические прокладки для нижнего белья, подкладки для страдающих недержанием и т. п.
В следующем описании настоящего изобретения поверхность изделия или каждого его компонента, которая при применении обращена в направлении к носящему, называют лицевой по отношению к носящему поверхностью. Напротив, поверхность, обращенную при применении в направлении предмета одежды, называют лицевой по отношению к предмету одежды поверхностью. Абсорбирующее изделие в соответствии с настоящим изобретением, а также любой его элемент, такой как, например, абсорбирующая сердцевина, таким образом, имеет лицевую по отношению к носящему поверхность и лицевую по отношению к предмету одежды поверхность.
Настоящее изобретение относится к единому наслоению абсорбирующей структуры, которое содержит один или более дискретных участков пеноматериалов с открытыми ячейками, которые объединены в неоднородную массу, содержащую один или более выполненных с возможностью покрытия элементов, объединенных в один или более пеноматериалов с открытыми ячейками таким образом, что эти два могут переплетаться друг с другом.
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, такой как 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 определить согласно стандарту Европейской ассоциации производителей нетканых материалов и изделий одноразового использования (EDANA) 10.4-02 «Метод оценки абсорбционных свойств нетканых материалов».
Участки пеноматериала с открытыми ячейками могут быть переплетены в неоднородной массе. Участки пеноматериала с открытыми ячейками могут быть переплетены по всей неоднородной массе. Участки пеноматериала с открытыми ячейками могут быть переплетены в части неоднородной массы. Участки пеноматериала с открытыми ячейками могут быть переплетены в неоднородной массе так, что пеноматериал с открытыми ячейками покрывает один или более выполненных с возможностью покрытия элементов, таких как, например, волокна в массе. 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.
Пеноматериалы с открытыми ячейками могут быть 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 диаметральной плоскости неоднородной массы. Абсорбирующий пеноматериал может быть непрерывным или может не быть непрерывным в диаметральной 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 диаметральной 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 диаметральной плоскости неоднородной массы, одно 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 так, что только часть пеноматериала связана с элементами неоднородной массы.
Пеноматериалы с открытыми ячейками могут расширяться в результате взаимодействия с текучей средой, образуя канал 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 обеспечить 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, полимеризуется, образуя один или более пеноматериалов с открытыми ячейками. Пеноматериал с открытыми ячейками может быть полимеризован любым известным способом, включая, например, воздействие тепла, УФ или инфракрасного света. После полимеризации эмульсии типа «вода в масле» пеноматериала с открытыми ячейками полученный пеноматериал с открытыми ячейками насыщают водной фазой, которую необходимо удалить, чтобы получить по существу сухой пеноматериал с открытыми ячейками. Удаление насыщенной водной фазы или дренаж можно выполнить с помощью прижимных роликов или вакуума. Благодаря использованию прижимного ролика можно также уменьшить толщину неоднородной массы так, что неоднородная масса будет оставаться тонкой до тех пор, пока пеноматериалы с открытыми ячейками, вплетенные в неоднородную массу, не подвергнутся воздействию текучей среды.
Вкрапление пеноматериалов с открытыми ячейками может быть выполнено перед полимеризацией внутрь или на поверхность двух или более различных элементов, выполненных с возможностью покрытия, которые объединяют для создания неоднородной смеси элементов, выполненных с возможностью покрытия. Два или более различных элементов, выполненных с возможностью покрытия, могут быть переплетены так, что один элемент, выполненный с возможностью покрытия, может быть окружен множеством других элементов, выполненных с возможностью покрытия, например, путем использования более одного типа волокна в смеси волокон или путем нанесения покрытия в виде поверхностно-активного вещества на одно или более волокон. Два или более различных элементов, выполненных с возможностью покрытия, могут быть размещены слоями внутри неоднородной массы вдоль любой из вертикальной, продольной и/или диаметральной плоскостей таким образом, что элементы, выполненные с возможностью покрытия, образуют внутри неоднородной массы профиль, соответствующий неотъемлемому свойству или физическому свойству элемента, выполненного с возможностью покрытия, такому как, например, гидрофобность, диаметр волокна, волокно или состав. Следует понимать, что в настоящем документе подразумевается любое указанное неотъемлемое свойство или физическое свойство элементов, выполненных с возможностью покрытия.
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 того и другого. Например, в зависимости от химического состава пеноматериал с открытыми ячейками может обладать плотностью от 0,0010 г/куб. см до приблизительно 0,25 г/куб. см, или от 0,002 г/куб. см до приблизительно 0,2 г/куб. см, или от приблизительно 0,005 г/куб. см до приблизительно 0,15 г/куб. см, или от приблизительно 0,01 г/куб. см до приблизительно 0,1 г/куб. см, или от приблизительно 0,02 г/куб. см до приблизительно 0,08 г/куб. см, или составлять приблизительно 0,04 г/куб. см.
Размеры пор пеноматериала с открытыми ячейками могут иметь средний диаметр в диапазоне от 1 до 800 мкм, например, от 2 до 100 мкм, между 2 и 50 мкм, 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 разрушение части ячеек в нижней части ячеистой структуры, что приводит к уменьшению среднего размера ячеек на одной поверхности. Размер ячеек можно определить на основании способа, описанного ниже.
Пеноматериалы, полученный в соответствии с настоящим изобретением, представляют собой таковые 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 обеспечить переход текучей среды из одной ячейки в другую внутри 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 с, по меньшей мере, 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 придать 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 чем приблизительно 200 °C для пеноматериалов, используемых в условиях температуры, приближенной к температуре окружающей среды, или при температуре менее приблизительно 90 °C. Tg может быть 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 фрагменты могут быть профилированы таким образом, что более мелкие фрагменты расположены под более крупными фрагментами. Фрагменты 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 фрагменты могут быть профилированы таким образом, что более мелкие фрагменты расположены позади более крупных фрагментов. Фрагменты 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 диаметральной оси таким образом, что размер фрагментов изменяется от меньшего к большему или от большего к меньшему вдоль диаметральной оси. В альтернативном варианте осуществления фрагменты с открытыми ячейками могут быть профилированы вдоль диаметральной оси таким образом, что они чередуются по размеру вдоль оси.
Пеноматериалы с открытыми ячейками могут быть профилированы вдоль любой одной из продольной, диаметральной 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, диаметральной или вертикальной осей на основании состава пеноматериала с открытыми ячейками. Расположенные перед неоднородной массой пеноматериалы с открытыми ячейками могут иметь один состав, демонстрирующий желаемые характеристики, а пеноматериалы, расположенные позади 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 диаметральной оси неоднородной массы в любой подходящей форме. Пеноматериалы с открытыми ячейками могут быть распределены таким образом, который позволяет получить некую конфигурацию или форму, если смотреть сверху в горизонтальной проекции. Пеноматериалы с открытыми ячейками могут быть распределены таким образом, который позволяет получить 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 белковой текучей среды, такой как менструальные выделения, можно выбрать 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 фрагменты могут быть выполнены из полиуретана. Для оптимизации рабочих характеристик неоднородной массы фрагменты 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 внутри неоднородной массы.
Пеноматериалы и элементы, выполненные с возможностью покрытия, можно выбирать таким образом, чтобы они взаимно дополняли друг друга. Например, для прохода 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 одной неоднородной массы, причем каждая неоднородная масса содержит один или более типов пеноматериалов. Множество неоднородных масс может быть размещено слоями так, что пеноматериал профилирован вдоль любой одной из продольной, диаметральной 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.
В одном варианте осуществления пеноматериал с открытыми ячейками может быть изготовлен из полимерного состава, который может включать любой подходящий термопластичный полимер или смесь термопластичных полимеров, или смесь термопластичных и нетермопластичных полимеров.
Примеры полимеров или базовых смол, подходящих для применения в полимерном составе для пеноматериала, включают стироловые полимеры, такие как полистирол или полистироловые сополимеры, или другие алкенильные ароматические полимеры; полиолефины, в том числе гомо- или сополимеры олефинов, такие как полиэтилен, полипропилен, полибутилен и т. д.; сложные полиэфиры, такие как полиалкилентерефталат; и их комбинаций. Коммерчески доступным примером полистирольной смолы является Dow STYRON 685D, доступный от Dow Chemical Company, Мидленд, Мичиган, США.
Для смешивания таких смол могут использоваться соагенты и улучшающие смешиваемость добавки. Для улучшения механических свойств, вспенивания и расширения также могут использоваться сшивающие средства. Сшивание может быть выполнено несколькими способами, в том числе с помощью электронных пучков или химических сшивающих средств, включающих органические пероксиды. Применение полимерных боковых групп, встраивание цепей в полимерную структуру для предотвращения кристаллизации полимера, снижение температуры стеклования, снижение распределения молекулярной массы данного полимера, регулирование показателя текучести расплава и вязко-упругих свойств, включая продольную вязкость полимерного расплава, блок сополимеризация, смешивания полимеров и применение полиолефиновых гомополимеров и сополимеров были использованы для улучшения гибкости пеноматериала и вспенивания. Гомополимеры могут быть сконструированы с эластичными и кристаллическими участками. Также могут использоваться синдиотактические, атактические и изотактические полипропилены, смеси таких и других полимеров. Подходящие полиолефиновые смолы включают полиэтилен и полипропилен низкой плотности, в том числе линейные полиэтилен и полипропилен низкой плотности, средней плотности и высокой плотности, которые обычно изготавливают с использованием катализаторов Циглера-Натта или Филлипса и которые являются относительно линейными; обычно более вспениваемыми являются смолы с разветвленными полимерными цепями. Изотактические гомополимеры пропилена и смеси получают с использованием катализаторов на основе металлоцена. Включены олефиновые эластомеры.
Сополимеры этилена и α-олефина, изготовленные с использованием либо катализатора Циглера-Натта, либо катализатора на основе металлоцена, могут обеспечивать мягкий, гибкий пеноматериал, характеризующийся растяжимостью. Также можно использовать полиэтилен, сшитый с α-олефинами и различными этиленовыми иономерными смолами. Применение сополимеров этилвинилацетата с другими смолами полиолефинового типа может обеспечить получение мягкого пеноматериала. Обычные модификаторы для различных полимеров также могут вступать в реакцию с группами цепей для достижения подходящих функциональных возможностей. Подходящие алкенилароматические полимеры включают алкенилароматические гомополимеры и сополимеры алкенилароматических соединений и сополимеризуемых этиленненасыщенных сомономеров, включая незначительные доли ароматических полимеров, не относящихся к алкенильным, и их смеси. Также могут использоваться иономерные смолы.
Другие полимеры, которые могут быть использованы, включают природные и синтетические органические полимеры, в том числе целлюлозные полимеры, метилцеллюлозу, формы полимолочной кислоты, формы поливиниловой кислоты, полиакрилаты, поликарбонаты, полимеры на основе крахмала, полиэфиримиды, полиамиды, сложные полиэфиры, полиметилметакрилаты и смеси сополимер/полимер. Для повышения мягкости и мягкости на ощупь можно добавлять модифицированные каучуком полимеры, такие как стирольные эластомеры, стирол/бутадиеновые сополимеры, этиленовые эластомеры, бутадиен и полибутиленовые смолы, этиленпропиленовые каучуки, EPDM, EPM и другие модифицированные каучуком гомополимеры и их сополимеры. Для таких целей также могут быть использованы олефиновые эластомеры. Для улучшения каучукоподобной эластичности также могут добавляться каучуки, в том числе натуральный каучук, SBR, полибутадиен, этиленпропиленовые терполимеры и вулканизированные каучуки, в том числе TPV.
Абсорбционная способность термопластичного пеноматериала может быть повышена за счет вспенивания со спонтанными гидрогелями, общеизвестными под названием суперабсорбенты. Суперабсорбенты могут включать соли форм полиакриловой кислоты со щелочными металлами; полиакриламиды; поливиниловый спирт; сополимеры этиленмалеинового ангидрида; поливиниловые эфиры; гидроксипропилцеллюлозу; поливинилморфолинон; полимеры и сополимеры винилсульфоновой кислоты, полиакрилаты, полиакриламиды, поливинилпиридин; и т. п. Другие подходящие полимеры включают гидролизированный привитой сополимер крахмала и акрилонитрила, привитой сополимер крахмала и акриловой кислоты, карбоксиметилцеллюлозу, сополимеры изобутиленмалеинового ангидрида и их смеси. Дополнительные подходящие полимеры включают неорганические полимеры, такие как полифосфазен и т. п. Кроме того, способность к биологическому разложению и абсорбционная способность термопластичного пеноматериала могут быть повышены за счет вспенивания с компонентами на основе целлюлозы и крахмала, таких как древесная и/или овощная волокнистая масса/мука.
В дополнение к любому из таких полимеров полимерный состав пеноматериала может также или в качестве альтернативы включать диблок-, триблок-, тетраблок- или другие многоблочные термопластичные эластомерные и/или гибкие сополимеры, такие как термопластичные эластомеры на основе полиолефинов, в том числе статистические блок-сополимеры, включающие сополимеры этилена и α-олефинов; блок-сополимеры, включающие гидрогенизированные бутадиен-изопрен-бутадиеновые блок-сополимеры; стереоблочные полипропилены; привитые сополимеры, в том числе этилен-пропилен-диеновый терполимер или этилен-пропилен-диеновый мономер (EPDM), этилен-пропиленовые статистические сополимеры (EPM), этилен-пропиленовые каучуки (EPR), этилен-винилацетат (EVA) и этилен-метилакрилат (ЕМА); и стирольные блок-сополимеры, в том числе диблок- и триблок-сополимеры, такие как стирол-изопрен-стирол (SIS), стирол-бутадиен-стирол (SBS), стирол-изопрен-бутадиен-стирол (SIBS), стирол-этилен/бутилен-стирол (SEBS) или стирол-этилен/пропилен-стирол (SEPS), которые могут быть получены от Kraton Polymers, Белпре, Огайо, США, под торговым обозначением эластомерная смола KRATON, или от Dexco, подразделения ExxonMobil Chemical Company, Хьюстон, Техас, США, под торговым обозначением VECTOR (полимеры SIS и SBS), или полимеры SEBS в виде серии термопластичных каучуков SEPTON от Kuraray America, Inc., Нью-Йорк, Нью-Йорк, США; смеси термопластичных эластомеров с динамически вулканизированными смесями эластомер-термопластичный материал; термопластичные эластомеры на основе сложных полиэфиров; иономерные термопластичные эластомеры; термопластичные эластичные полиуретаны, включающие доступные от E.I. Du Pont de Nemours, Уилмингтон, Нью-Йорк, под торговым наименованием полиуретан LYCRA и ESTANE, доступный от Noveon, Inc., Кливленд, Огайо, США; термопластичные эластичные полиамиды, включающие полиэфирные блок-амиды, доступные от ATOFINA Chemicals, Inc., Филадельфия, Пенсильвания, США, под торговым наименованием полиэфирный блок-амид PEBAX; термопластичные эластичные полиэфиры, включающие доступные от E.I. Du Pont de Nemours, под торговым наименованием HYTREL и ARNITEL от DSM Engineering Plastics, Эвансвилл, Индиана, США, и полиолефины, полученные с применением катализатора с единым центром полимеризации на металле или катализатора на основе металлоцена, имеющие плотность менее приблизительно 0,89 грамма/кубический сантиметр, такие как полиэтиленовые смолы, полученные с применением металлоцена, доступные от Dow Chemical Company, Мидленд, Мичиган, США, под торговым наименованием AFFINITY™; и их комбинаций.
Применяемый в настоящем документе триблок-сополимер имеет структуру ABA, где A представляет собой несколько повторяющихся звеньев типа A, и B представляет несколько повторяющихся единиц типа B. Как упоминалось выше, несколькими примерами стирольных блок-сополимеров являются SBS, SIS, SIBS , SEBS и SEPS. В таких сополимерах блоки A представляют собой полистирол, и блоки B представляют собой каучукоподобный компонент. Как правило, такие триблок-сополимеры имеют молекулярную массу, которая может варьироваться от нескольких тысяч до сотен тысяч, и при этом содержание стирола может находиться в диапазоне от 5 до 75% в пересчете на массу триблок-сополимера. Диблок-сополимер является подобным триблок-, но имеет структуру АВ. Подходящие диблоки включают стирол-изопреновые диблоки, которые имеют молекулярную массу, соответствующую приблизительно половине молекулярной массы для триблока, и имеют такое же отношение блоков А к блокам В. Диблоки с различным отношением блоков А к блокам В или с молекулярной массой, которая больше или больше половины таковой для триблок-сополимеров, могут быть пригодны для улучшения полимерного состава пеноматериала для получения мягкого, гибкого абсорбирующего пеноматериала с низкой плотностью посредством экструзии полимера.
Соответственно, полимерный состав пеноматериала включает не более приблизительно 90% по массе полистирола и по меньшей мере 10% по массе термопластичного эластомера. Более конкретно, полимерный состав пеноматериала может включать от приблизительно 45% до приблизительно 90% по массе полистирола и от приблизительно 10% до приблизительно 55% по массе термопластичного эластомера. В качестве альтернативы, полимерный состав пеноматериала может включать от приблизительно 50% до приблизительно 80% по массе полистирола и от приблизительно 20% до приблизительно 50% по массе термопластичного эластомера. В одном варианте осуществления, например, полимерный состав пеноматериала может включать равные количества полистирола и термопластичного эластомера.
В другом варианте осуществления полимерный состав пеноматериала может включать от приблизительно 40% до приблизительно 80% по массе полистирола и от приблизительно 20% до приблизительно 60% по массе термопластичного эластомера. В другом варианте осуществления полимерный состав пеноматериала может включать от приблизительно 50% до приблизительно 70% по массе полистирола и от приблизительно 30% до приблизительно 50% по массе термопластичного эластомера.
В соответствии с одним вариантом осуществления в полимерный состав пеноматериала может быть включен пластификатор. Пластификатор представляет собой химическое средство, которое придает гибкость, растяжимость и удобообрабатываемость. Тип пластификатора влияет на свойства гелеобразного пеноматериала, миграционную устойчивость порообразующего средства, структуру ячеек, в том числе на размер мелких ячеек и количество открытых ячеек. Как правило, пластификаторы являются низкомолекулярными. Повышение подвижности полимерной цепи и свободного объема, вызванные включением пластификатора, как правило, приводят к снижению Tg, и при этом эффективность пластификатора часто характеризуется данным параметром. Масла на нефтяной основе, жирные кислоты и сложные эфиры являются широко используемыми и выполняют роль внешних пластификаторов или растворителей, поскольку они химически не связываются с полимером, но остаются неизменными в полимерной матрице при кристаллизации.
Пластификатор повышает взаимосвязь ячеек путем утончения мембран между ячейками с образованием пористых соединений между ячейками; таким образом, пластификатор увеличивает содержание открытых ячеек. Соответственно, пластификатор включают в количестве от приблизительно 0,5% до приблизительно 10% или от приблизительно 1% до приблизительно 10% по массе полимерного состава пеноматериала. Пластификатор постепенно и тщательно отмеряют с возрастающей концентрацией в полимерный состав пеноматериала во время процесса вспенивания, поскольку слишком большое сразу добавляемое количество пластификатора приводит к неустойчивости ячеек, что приводит к разрушению ячеек.
Примеры подходящих пластификаторов включают полиэтилен, этиленвинилацетат, минеральное масло, пальмовое масло, воски, сложные эфиры на основе спиртов и органических кислот, нафталиновое масло, парафиновое масло и их комбинации. Коммерчески доступный пример подходящего пластификатора представляет собой короткоцепочечный полиэтилен, который поучают по мере каталитической полимеризации этилена; из-за его низкой молекулярной массы его часто называют «воском». Данный широко разветвленный полиэтиленовый «воск» с низкой плотностью доступен от Eastman Chemical Company, Кингспорт, Теннеси, США, под торговым обозначением EPOLENE C-10.
С целью обеспечения применения пеноматериала в сферах изделий для личной гигиены и медицинских изделий, а также во многих сферах абсорбирующих протирочных изделий и изделий, не относящихся к изделиям для личной гигиены, пеноматериал должен соответствовать строгим требованиям в отношении химического состава и безопасности. Ряд пластификаторов одобрен FDA для использования в упаковочных материалах. Такие пластификаторы включают: ацетилтрибутилцитрат; ацетилтриэтилцитрат; п-трет-бутилфенил-салицилат; бутилстеарат; бутилфталил-бутил-гликолят; дибутилсебацинат; ди-(2-этилгексил)фталат; диэтилфталат; диизобутиладипат; диизооктилфталат; дифенил-2-этилгексилфосфат; эпоксидированное соевое масло; этилфталилэтилгликолят; глицерина моноолеат; моноизопропил цитрат; моно-, ди- и тристеариловый цитрат; триацетин (глицерина триацетат); триэтилцитрат и 3-(2-ксеноил)-1,2-эпоксипропан.
В некоторых вариантах осуществления тот же материал, применяемый в качестве пластификатора, также может использоваться в качестве термопластичного эластомера. Например, полимеры KRATON, описанные выше, могут применяться в качестве термопластичного эластомера и/или пластификатора. В таком случае полимерный состав пеноматериала может включать от приблизительно 10% до приблизительно 50% по массе одной композиции, которая выполняет функцию как термопластичного эластомера, так и пластификатора. В качестве альтернативы, пеноматериал может быть образован без пластификатора per se (в чистом виде); в таком случае полимерный состав пеноматериала может включать от приблизительно 10% до приблизительно 50% по массе термопластичного эластомера.
Пенообразование мягких, гибких полимеров, таких как термопластичные эластомеры, до низкой плотности трудно достигается. Добавление пластификатора делает вспенивание до низких плотностей еще более затруднительным для достижения. С помощью способа в соответствии с настоящим изобретением устраняют данное затруднение посредством включения поверхностно-активного вещества в полимерный состав пеноматериала. Поверхностно-активное вещество стабилизирует ячейки, тем самым препятствуя разрушению ячеек с сохранением при этом структуры с открытыми ячейками. Данная стабилизация ячеек обеспечивает однородность ячеек и регуляцию ячеистой структуры. В дополнение к возможности вспенивания составов для пеноматериала, содержащих пластифицированный термопластичный эластомерный полимер, до низких плотностей, поверхностно-активное вещество также обеспечивает смачиваемость с обеспечением полученному пеноматериалу возможности впитывать текучую среду.
Участки пеноматериала могут быть изготовлены из термопластичного абсорбирующего пеноматериала, такого как полиуретановый пеноматериал. Термопластичный пеноматериал может содержать поверхностно-активное вещество и пластификатор. Полиуретановые полимеры обычно образуют посредством реакции по меньшей мере одного полиизоцианатного компонента с по меньшей мере одним полиольным компонентом. Полиизоцианатный компонент может содержать один или более полиизоцианатов. Полиольный компонент может содержать один или более полиолов. Концентрация полиола может быть выражена в отношении общего содержания полиольного компонента. Концентрация полиола или полиизоцианата, в качестве альтернативы, может быть выражена в отношении общей концентрации полиуретана. Различные алифатические и ароматические полиизоцианаты были описаны в уровне техники. Полиизоцианат, используемый для образования полиуретанового пеноматериала, как правило, характеризуется функциональностью от 2 до 3. В некоторых вариантах осуществления функциональность составляет не более приблизительно 2,5.
В одном варианте осуществления пеноматериал получают из по меньшей мере одного ароматического полиизоцианата. Примеры ароматических полиизоцианатов включают таковые с одним ароматическим кольцом, такие как, толуол 2,4- и -2,6-диизоцианат (TDI) и нафтилен-1,5-диизоцианат; а также таковые с по меньшей мере двумя ароматическими кольцами, такие как дифенилметан-4,4'-, -2,4'- и -2,2'-диизоцианат (MDI).
В предпочтительных вариантах осуществления пеноматериал получают из одного или более (например, ароматических) полимерных полиизоцианатов. Полимерные полиизоцианаты, как правило, характеризуются (средневесовой) молекулярной массой, которая больше таковой для мономерного полиизоцианата (без повторяющихся звеньев), но ниже таковой для полиуретанового форполимера. Таким образом, полиуретановый пеноматериал получают из по меньшей мере одного полимерного полиизоцианата, который не содержит уретановые мостики. Другими словами, полиуретановый пеноматериал получают из полимерного изоцианата, который не является полиуретановым форполимером. Полимерные полиизоцианаты содержат другие мостиковые группы между повторяющимися звеньями, такие как изоциануратные группы, биуретовые группы, карбодиимидные группы, уретониминовые группы, уретдионовые группы и т. д., известные из уровня техники.
Некоторые полимерные полиизоцианаты могут называть «модифицированным мономерным изоцианатом». Например, чистый 4,4'-метилен-дифенил-диизоцианат (MDI) представляет собой твердое вещество с точкой плавления 38°C и эквивалентной массой 125 г/эквивалент. Однако модифицированные MDI представляют собой жидкость при 38°C и имеют более высокую эквивалентную массу (например 143 г/эквивалент). Полагают, что различие в отношении точки плавления и эквивалентной массы обусловлено незначительной степенью полимеризация, например, из-за включения мостиковых групп, как описано выше.
Полимерные полиизоцианаты, в том числе модифицированный мономерный изоцианат, могут содержать смесь мономера в комбинации с полимерными частицами, в том числе олигомерными частицами. Например, сообщается, что полимерный MDI содержит 25-80% мономерного 4,4'-метилен-дифенил-диизоцианата, а также олигомеры, содержащие 3-6 колец, и другие второстепенные изомеры, такие как 2,2'-изомер.
Полимерные полиизоцианаты, как правило, имеют низкую вязкость по сравнению с форполимерами. Полимерные изоцианаты, используемые в настоящем документе, как правило, имеют вязкость не более приблизительно 300 сП при 25°C и в некоторых вариантах осуществления — не более 200 сП или 100 сП при 25°C. Вязкость, как правило, составляет по меньшей мере приблизительно 10, 15, 20 или 25 сП при 25°C.
Эквивалентная масса полимерных полиизоцианатов также, как правило, ниже таковой для форполимеров. Полимерные изоцианаты, используемые в настоящем документе, как правило, имеют эквивалентную массу, составляющую не более приблизительно 250 г/эквивалент и в некоторых вариантах осуществления не более 200 г/эквивалент или 175 г/эквивалент. В некоторых вариантах осуществления эквивалентная масса составляет по меньшей мере 130 г/эквивалент.
Средняя молекулярная масса (Mw) полимерных полиизоцианатов также, как правило, ниже таковой для полиуретановых форполимеров. Полимерные изоцианаты, используемые в настоящем документе, как правило, имеют среднюю молекулярную массу (Mw) не более приблизительно 500 Да и в некоторых вариантах осуществления не более 450, 400 или 350 Да. В некоторых вариантах осуществления полиуретан получают из одного полимерного изоцианата или смеси полимерных изоцианатов. Таким образом, 100% изоцианатного компонента составляет полимерный изоцианат(-ы). В других вариантах осуществления большая часть изоцианатного компонента представляет собой один полимерный изоцианат или смесь полимерных изоцианатов. В таких вариантах осуществления по меньшей мере 50, 60, 70, 75, 80, 85 или 90 мас. % изоцианатного компонента составляет полимерный изоцианат(-ы).
Некоторые иллюстративные полиизоцианаты включают, например, полимерный диизоцианат MDI от Huntsman Chemical Company, Зе-Вудлендс, Техас, под торговым обозначением «RUBINATE 1245»; и модифицированный изоцианат MDI, доступный от Huntsman Chemical Company под торговым обозначением «SUPRASEC 9561».
Вышеуказанные изоцианаты вводят в реакцию с полиолом с получением полиуретанового пеноматериала. Полиуретановые пеноматериалы являются гидрофильными настолько, что пеноматериал абсорбирует водные жидкости, в частности, текучие среды организма. Гидрофильность полиуретановых пеноматериалов, как правило, обусловлена применением реакционно-способного в отношении изоцианата компонента, такого как полиэфир с концевыми гидроксильными группами, с высоким содержанием этиленоксида.
Примеры применимых полиолов включают аддукты [например, полиэтиленоксид, полипропиленоксид и сополимер этиленоксид-пропиленоксид] двухатомных или трехатомных спиртов (например, этиленгликоль, пропиленгликоль, глицерин, гексантриол и триэтаноламин) и алкиленоксидов (например, этиленоксид, пропиленоксид и бутиленоксид). Полиолы с высоким содержанием этиленоксида также могут быть получены с помощью других методик, известных из уровня техники. Подходящие полиолы, как правило, имеют молекулярную массу (Mw) от 100 до 5000 Да и характеризуются средней функциональностью от 2 до 3.
Полиуретановый пеноматериал, как правило, получают из (или, другими словами, он представляет собой продукт реакции) по меньшей мере одного полиэфира с концевыми гидроксильными группами, содержащего этиленоксидные (например, повторяющиеся) звенья. Полиэфир с концевыми гидроксильными группами, как правило, характеризуется содержанием этиленоксида, составляющим по меньшей мере 10, 15, 20 или 25 мас. % и, как правило, не более 75 мас. %. Такой полиэфир с концевыми гидроксильными группами характеризуется более высокой функциональностью по сравнению с полиизоцианатом. В некоторых вариантах осуществления средняя функциональность составляет приблизительно 3. Полиэфир с концевыми гидроксильными группами, как правило, имеет вязкость не более 1000 сП при 25°C и в некоторых вариантах осуществления не более 900, 800 или 700 сП. Молекулярная масса полиэфира с концевыми гидроксильными группами, как правило, составляет по меньшей мере 500 или 1000 Да и в некоторых вариантах осуществления не более 4000 или 3500 или 3000 Да. Такой полиэфир с концевыми гидроксильными группами, как правило, характеризуется гидроксильным числом, составляющим по меньшей мере 125, 130 или 140. Иллюстративный полиол включает, например, продукт в виде полиэфира с концевыми гидроксильными группами, полученный от Carpenter Company, Ричмонд, Вирджиния, под обозначением «полиэфир с концевыми гидроксильными группами CDB-33142», «CARPOL GP-5171».
В некоторых вариантах осуществления один или более полиэфиров с концевыми гидроксильными группами с высоким содержанием этиленоксида и молекулярной массой (Mw) не более 5500, или 5000, или 4500, или 4000, или 3500, или 3000 Да, как описано выше, представляют собой первичные или единственные полиэфиры с концевыми гидроксильными группами в полиуретановом пеноматериале. Например, такие полиэфиры с концевыми гидроксильными группами составляют по меньшей мере 50, 60, 70, 80, 90, 95 или 100 мас. % всего полиольного компонента. Таким образом, полиуретановый пеноматериал может содержать по меньшей мере 25, 30, 35, 40, 45 или 50 мас. % полимеризованных звеньев, полученных из таких полиэфиров с концевыми гидроксильными группами.
В других вариантах осуществления один или более полиэфиров с концевыми гидроксильными группами с высоким содержанием этиленоксида используют в комбинации с другими полиолами. В некоторых вариантах осуществления другие полиолы составляют по меньшей мере 1, 2, 3, 4 или 5 мас. % всего полиольного компонента. Концентрация таких других полиолов, как правило, не превышает 40, или 35, или 30, или 25, или 20, или 15, или 10 мас. % всего полиольного компонента, то есть не превышает 20 мас. %, или 17,5 мас. %, или 15 мас. %, или 12,5 мас. %, или 10 мас. %, или 7,5 мас. %, или 5 мас. % полиуретана. Другие иллюстративные полиолы включают продукт в виде полиэфира с концевыми гидроксильными группами (номер по Химической реферативной службе 25791-96-2), который может быть получен от Carpenter Company, Ричмонд, Вирджиния, под обозначением «полиэфир с концевыми гидроксильными группами CARPOL GP-700», и продукт в виде полиэфира с концевыми гидроксильными группами (номер по Химической реферативной службе 9082-00-2), который может быть получен от Bayer Material Science, Питтсбург, Вирджиния, под торговым обозначением «ARCOL E-434». В некоторых вариантах осуществления такие необязательные другие полиолы могут содержать полипропиленовые (например, повторяющиеся) звенья.
Полиуретановый пеноматериал обычно характеризуется содержанием этиленоксида, составляющим по меньшей мере 10, 11 или 12 мас. % и не более 20, 19 или 18 мас. %. В некоторых вариантах осуществления полиуретановый пеноматериал характеризуется содержанием этиленоксида не более 17 или 16 мас. %.
Типы и количества полиизоцианатных и полиольных компонентов выбирают так, чтобы полиуретановый пеноматериал был относительно мягким, но упругим. Такие свойства могут быть охарактеризованы, например, по жесткости при вдавливании и постоянной остаточной деформации при сжатии, измеряемым в соответствии с методами испытания, описанными в примерах. В некоторых вариантах осуществления полиуретановый пеноматериал характеризуется жесткостью при вдавливании, составляющей менее 75 Н при 50%. Жесткость при вдавливании при 50% может составлять менее 70 Н, или 65 Н, или 60 Н. В некоторых вариантах осуществления полиуретановый пеноматериал характеризуется жесткостью при вдавливании, составляющей менее 100 Н при 65%. Жесткость при вдавливании при 65% может составлять менее 90 Н, или 80 Н, или 70 Н, или 65N, или 60 Н. В некоторых вариантах осуществления жесткость при вдавливании при 50% или 65%, как правило, составляет по меньшей мере 30 Н или 35 Н. Постоянная остаточная деформация при сжатии при 50% деформации может составлять нуль и, как правило, составляет по меньшей мере 0,5, 1 или 2% и обычно не более 35%. В некоторых вариантах осуществления постоянная остаточная деформация при сжатии при 50% деформации составляет не более 30%, или 25%, или 20%, или 15%, или 10%.
Полиуретановый пеноматериал может содержать известные и традиционные катализаторы для образования полиуретана, такие как органические соединения олова и/или катализатор аминного типа. Катализаторы предпочтительно применяют в количестве от 0,01 до 5 мас. % полиуретана. Катализатор аминного типа, как правило, представляет собой третичный амин. Примеры подходящего третичного амина включают моноамины, такие как триэтиламин и диметилциклогексиламин; диамины, такие как тетраметилэтилендиамин и тетраметилгександиамин; триамины, такие как тетраметилгуанидин; циклические амины, такие как триэтилендиамин, диметилпиперадин и метилморфорин; аминоспирты, такие как диметиламиноэтанол, триметиламиноэтилэтаноламин и гидроксиэтилморфорин; аминоэфиры, такие как бисдиметиламиноэтилэтанол; диазабициклоалкены, такие как 1,5-диазабицикло(5,4,0)ундецен-7 (DBU) и 1,5-диазабицикло(4,3,0)нонен-5; и соли органических кислот с диазабициклоалкенами, такие как фенольная соль, 2-этилгексаноат и формиат DBU. Такие амины могут применяться либо сами по себе, либо в комбинации. Катализатор аминного типа может применяться в количестве не более 4, 3, 2, 1 или 0,5 мас. % полиуретана.
Полиуретан, как правило, содержит поверхностно-активное вещество для стабилизации пеноматериала. Различные поверхностно-активные вещества были описаны в уровне техники. В одном варианте осуществления используют силиконовое поверхностно-активное вещество, которое содержит этиленоксидные (например, повторяющиеся) звенья необязательно в комбинации с пропиленоксидными (например, повторяющийся) звеньями, такое как коммерчески доступное от Air Products под торговым обозначением «DABCO DC- 198». В некоторых вариантах осуществления концентрация гидрофильного поверхностно-активного вещества, как правило, находится в диапазоне от приблизительно 0,05 до 1 или 2 мас. % полиуретана.
Полиуретановый пеноматериал может содержать различные добавки, такие как поверхностно-активные вещества, стабилизаторы пены, регуляторы ячеек, блокирующие средства для замедления каталитических реакций, антипирены, удлинители цепи, сшивающие средства, внешние и внутренние смазки для форм, наполнители, пигменты (диоксид титана), красители, оптические отбеливатели, антиоксиданты, стабилизаторы, ингибиторы гидролиза, а также противогрибковые и антибактериальные вещества. Такие другие добавки, как правило, используют вместе при концентрациях, находящихся в диапазоне от 0,05 до 10 мас. % полиуретана.
В некоторых вариантах осуществления абсорбирующий пеноматериал имеет белый цвет. Некоторые стабилизаторы на основе затрудненных аминов могут приводить к изменению цвета, например, пожелтению абсорбирующего пеноматериала. В некоторых вариантах осуществления абсорбирующий пеноматериал не содержит стабилизатора на основе дифениламина и/или стабилизатора на основе фенотиазин.
В других вариантах осуществления абсорбирующий пеноматериал может быть окрашен (то есть иметь цвет, отличный от белого). Белый или окрашенный абсорбирующий пеноматериал может включать пигмент в по меньшей мере одном из компонентов. В предпочтительных вариантах осуществления пигмент объединяют с полиольным носителем и добавляют в жидкий поток полиола во время изготовления полиуретанового пеноматериала. Коммерчески доступные пигменты включают, например, белый 2226 DispersiTech™, фиолетовый 2401 DispersiTech™, голубой 2425 DispersiTech™, желтый 2660 DispersiTech™ и красный 28000 DispersiTech™ от Milliken, Спартанбург, Южная Каролина, и оранжевый 34-68020 Pdi от Ferro, Кливленд, Огайо.
При получении полиуретановых пеноматериалов полиизоцианатный компонент и полиольный компонент вводят в реакцию так, что отношение изоцианатных групп к сумме гидроксильных групп составляет не более 1 к 1. В некоторых вариантах осуществления компоненты вводят в реакцию так, что имеет место избыток гидроксильных групп (например, избыток полиола). В таких вариантах осуществления отношение изоцианатных групп к сумме гидроксильных групп составляет по меньшей мере 0,7 к 1. Например, отношение может составлять по меньшей мере 0,75: 1 или по меньшей мере 0,8: 1.
Гидрофильный (например, полиольный(-ые)) компонент(-ы) (например, полиуретанового) полимерного пеноматериала обеспечивает необходимую абсорбционную способность пеноматериала. Таким образом, пеноматериал может не содержать суперабсорбирующего полимера. Кроме того, полиуретановый пеноматериал не содержит аминного или иминного комплексообразующего средства, такого как этиленимин, полиэтиленимин, поливиниламин, карбоксиметилированные полиэтиленамины, фосфонометилированные полиэтиленимины, кватернизованные полиэтиленамины и/или дитиокарбамизированные полиэтиленимины; как описано, например, в документах US 6852905 и US 6855739.
3
3
3
3
Полимерный (например, полиуретановый) пеноматериал, как правило, имеет среднюю основную массу, составляющую по меньшей мере 100, 150, 200 или 250 г/м2 и, как правило, не более 500 г/м2. В некоторых вариантах осуществления средняя основная масса составляет не более 450 или 400 г/м2. Средняя плотность (например, полиуретанового) полимерного пеноматериала, как правило, составляет по меньшей мере 48, 56 или 64 кг/м (3, 3,5 или 4 фунта/фут) и не более 112 кг/м (7 фунтов/фут).
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, соединений, сшивающих линейные полимеры, 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 повергают перемешиванию со сдвигом для получения стабильной эмульсии HIPE, имеющей водные капли желаемого размера. Инициатор может присутствовать в водной фазе, или инициатор вводят в процессе производства пеноматериала, или после формирования HIPE. Способ производства эмульсии позволяет получить 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 эмульсию HIPE извлекают или откачивают из зоны смешивания. Один способ формирования эмульсий 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 извлечь или откачать из зоны смешивания и ввести в массу или нанести на нее. После полной полимеризации пеноматериалы и элементы переплетаются так, 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 удалить для получения по существу сухих пеноматериалов. Большую часть водной фазы можно отжать из пеноматериалов с помощью компрессии, например, пропустив неоднородную массу, содержащую 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, 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 обеспечить 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 удалить более 50% водной фазы. В процессе сушки можно удалить 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 для получения пеноматериала на основе HIPE, и эмульгатор для стабилизации HIPE. Масляная фаза также может включать в себя один или более фотоинициаторов. Мономерный компонент может присутствовать в масляной фазе в количестве от приблизительно 80 масс.% до приблизительно 99 масс.%, а в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 85 масс.% до приблизительно 95 масс.%. 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 масс.% до приблизительно 20 масс.% 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.
В общем, мономеры будут включать в себя от приблизительно 20 масс.% до приблизительно 97 масс.% масляной фазы, по меньшей мере один по существу не растворимый в воде монофункциональный алкилакрилат или алкилметакрилат. Например, мономеры данного типа могут включать в себя C4-C18алкилакрилаты и C2-C18метакрилаты, 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 метакрилата в количестве от приблизительно 2 масс.% до приблизительно 40 масс.%, а в отдельных вариантах осуществления от приблизительно 10 масс.% до приблизительно 30 масс.% 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 этой группы включают в себя 1,6-гександиол диакрилат, 1,4-бутандиол диметакрилат, триметилолпропан триакрилат, триметилолпропан триметакрилат, 1,12-додецил диметакрилат, 1,14-тетрадекандиол диметакрилат, 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 фрагментов, 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 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 масс.% до приблизительно 15 масс.% масляной фазы, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 2 масс.% до приблизительно 8 масс.%. Могут быть желательны «уплотняющие» мономеры, которые придают плотность 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 эмульсии HIPE во время полимеризации (также известной как «отверждение») для получения более однородного и лучше сформированного пеноматериала на основе HIPE, что позволяет добиться улучшенной плотности, прочности при растяжении, устойчивости к истиранию и т. п. Мономеры также добавляют для придания огнестойкости, как описано в патенте США № 6,160,028 (Dyer), выданном 12 декабря 2000 г. Мономеры можно 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 эмульсии HIPE в пеноматериал на основе HIPE, но такой компромисс необходим для достижения желаемого свойства. Таким образом, такие мономеры могут использоваться для замедления скорости полимеризации HIPE. Примеры мономеров этого типа включают стирол и винилхлорид.
Масляная фаза может дополнительно содержать эмульгатор, используемый для стабилизации HIPE. Эмульгаторы, используемые в HIPE, могут включать в себя: (a) сложные моноэфиры сорбитана и разветвленных C16-C24 жирных кислот; линейных ненасыщенных C16-C22 жирных кислот и линейных насыщенных C12-C14 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 C16-C24 жирных кислот, линейных ненасыщенных C16-C22 жирных кислот или линейных насыщенных C12-C14 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 C16-C24спиртов, линейных ненасыщенных C16-C22спиртов и линейных насыщенных C12-C14спиртов, 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.
Такие эмульгаторы и их комбинации могут быть добавлены к масляной фазе так, чтобы они составляли от приблизительно 1 масс.% до приблизительно 20 масс.%, в определенных вариантах осуществления от приблизительно 2 масс.% до приблизительно 15 масс.%, а в определенных других вариантах осуществления от приблизительно 3 масс.% до приблизительно 12 масс.% 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, больше, чем приблизительно 65 °C. Примеры соэмульгаторов включают в себя фосфатидилхолины и фосфатидилхолин-содержащие композиции, алифатические бетаины, длинноцепочечные C12-C22 диалифатические четвертичные аммониевые соли, короткоцепочечные C1-C4 диалифатические четвертичные аммониевые соли, длинноцепочечный C12-C22 диалкоил(алкеноил)-2-гидроксиэтил, короткоцепочечные C1-C4 диалифатические четвертичные аммониевые соли, длинноцепочечные C12-C22 диалифатические имидазолиниевые четвертичные аммониевые соли, короткоцепочечные C1-C4 диалифатические имидазолиниевые четвертичные аммониевые соли, длинноцепочечные C12-C22 моноалифатические четвертичные бензиламмониевые соли, длинноцепочечный C12-C22 диалкоил(алкеноил)-2-аминоэтил, короткоцепочечные C1-C4 моноалифатические четвертичные бензиламмониевые соли, короткоцепочечные C1-C4 моногидроксиалифатические четвертичные аммониевые соли. В качестве соэмульгатора может быть использован диталлоудиметиламмония метилсульфат (DTDMAMS).
Масляная фаза может содержать фотоинициатор в количестве от приблизительно 0,05 масс.% до приблизительно 10 масс.%, а в определенных вариантах осуществления от приблизительно 0,2 масс.% до приблизительно 10 масс.% масляной фазы. Меньшие количества фотоинициатора позволяют свету лучше проникать через пеноматериал на основе HIPE, что может обеспечить 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 в себя бензилкетали, α-гидроксиалкилфеноны, α-аминоалкилфеноны и ацилфосфиноксиды. Примеры фотоинициаторов включают в себя 2,4,6-[триметилбензоилдифосфин]оксид в сочетании с 2-гидрокси-2-метил-1-фенилпропан-1-оном (смесь 50 : 50 этих двух компонентов продает компания Ciba Speciality Chemicals (г. Людвигсхафен, Германия) под названием DAROCUR 4265); бензилдиметилкеталь (продает компания Ciba Geigy под названием IRGACURE 651); α-,α-диметокси-α-гидроксиацетофенон (продает компания Ciba Speciality Chemicals под названием DAROCUR 1173); 2-метил-1-[4-(метилтио)фенил]-2-морфолинопропан-1-он (продает компания Ciba Speciality Chemicals под названием IRGACURE 907); 1-гидроксициклогексилфенилкетон (продает компания Ciba Speciality Chemicals под названием IRGACURE 184); бис(2,4,6-триметилбензоил)-фенилфосфиноксид (продает компания Ciba Speciality Chemicals под названием IRGACURE 819); диэтоксиацетофенон и 4-(2-гидроксиэтокси)фенил-(2-гидрокси-2-метилпропил)кетон (продает компания Ciba Speciality Chemicals под названием IRGACURE 2959); и олиго-[2-гидрокси-2-метил-1-[4-(1-метилвинил)фенил]пропанон] (продает компания Lamberti spa, Gallarate (Италия) под 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 масс.% до приблизительно 40 масс.%, в определенных вариантах осуществления от приблизительно 2 масс.% до приблизительно 20 масс.% 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 и 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 снизить вероятность преждевременной полимеризации, которая может привести к засорению системы эмульгирования, инициатор следует вводить в мономерную фазу сразу после завершения или ближе к концу эмульгирования.
Фотоинициаторы, присутствующие в водной фазе, могут быть по меньшей мере частично водорастворимыми и могут содержать от приблизительно 0,05 масс.% до приблизительно 10 масс.%, а в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 0,2 масс.% до приблизительно 10 масс.% водной фазы. Меньшие количества фотоинициатора позволяют свету лучше проникать через пеноматериал на основе HIPE, что может обеспечить 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 в себя 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 в себя 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, кардочесанный нетканый материал, 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, полученное с помощью электроспиннинга (нановолоконное) полотно 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 мелтблаун или нановолокна. 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 быть 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. Составные волокна исходного нетканого полотна могут также представлять собой смесь волокон различных типов, отличающихся такими признаками как химический состав (например, полиэтилен и полипропилен), компонентный состав (одно- и двух-), размер в единицах денье (микроденье и >20 денье), форма (т. е. тонкое и круглое) и т. п. Размер составных волокон может варьироваться 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 так, что свойства контроля текучей среды полотна материала зависят от местоположения. Таким образом, в неоднородных абсорбирующих материалах настоящего изобретения в дискретных местах 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 этому, 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 гидрогель. 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 придать гидрофильность с помощью 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 остаться на поверхности термопластичного волокна. Подходящие поверхностно-активные вещества включают в себя 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 быть 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 быть либо не извитыми (т. е. не изогнутыми), либо извитыми (т. е. изогнутыми). Извитость двухкомпонентным волокнам можно придать, 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 волокна и полотна. В случае технологии спанбонд волокна могут быть непрерывными. 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 приблизительно 5 мм до 75 мм, если применяются в кардочесанном нетканом полотне, 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 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 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 в себя 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 быть 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 термопластичных волокон может быть в диапазоне от приблизительно 1,5 до приблизительно 35 децитекс, таком как, например, от приблизительно 14 до приблизительно 20 децитекс.
Однако общая абсорбирующая способность неоднородной массы, содержащей участки пеноматериала, должна соответствовать расчетной нагрузке и использованию массы по назначению. Например, при применении в абсорбирующем изделии размер и абсорбирующая способность неоднородной массы может изменяться для обеспечения различных применений, таких как прокладки, используемые при недержании, прокладки гигиенические для нижнего белья, ежедневные гигиенические прокладки или ночные гигиенические прокладки. Неоднородная масса может также включать в себя другие необязательные компоненты, иногда применяемый в абсорбирующих полотнах. Например, в соответствующих слоях или между соответствующими слоями из неоднородной массы может быть расположена усиливающая сетка.
Неоднородная масса, содержащая участки пеноматериала с открытыми ячейками, полученная в соответствии с настоящим изобретением, может применяться с абсорбирующей сердцевиной или частью абсорбирующей сердцевины в абсорбирующем изделии, таком как гигиенические изделия для женщин, например, подкладки, прокладки гигиенические для нижнего белья и тампоны; одноразовые подгузники; изделия для страдающих недержанием, например, подкладки, подгузники для взрослых; изделия для ухода на дому, например, влажные салфетки, подкладки, полотенца; и изделия для косметического ухода, например, подкладки, влажные салфетки, и изделия для ухода за кожей, такие как применяемые для чистки пор.
Неоднородная масса может применяться в качестве абсорбирующей сердцевины для абсорбирующего изделия. Абсорбирующая сердцевина может быть относительно тонкой, менее приблизительно 5 мм в толщину, или менее приблизительно 3 мм, или менее приблизительно 1 мм в толщину. Сердцевины с толщиной более 5 мм также предусмотрены в настоящем документе. Толщина может быть определена путем измерения толщины в срединной точке по продольной средней линии абсорбирующей структуры с помощью любого средства, известного из уровня техники для выполнения измерения при равномерном давлении 1,72 кПа (0,25 фунта/кв. дюйм). Абсорбирующая сердцевина может содержать абсорбирующие гелеобразующие материалы (AGM), в том числе волокна AGM, известные из уровня техники.
Неоднородная масса может быть сформована или подрезана по форме, внешние края которой образуют контур. Кроме того, неоднородная масса может быть такой непрерывной, что она может быть свернутой или намотанной на саму себя с включением предварительно сформованных линий разреза или без них, разделяющих неоднородную массу на предварительно сформированные участки.
При применении в качестве абсорбирующей сердцевины форма неоднородной массы обычно может быть прямоугольной, круговой, овальной, эллиптической или т. п. Абсорбирующая сердцевина обычно может быть расположена по центру относительно продольной средней линии и поперечной средней линии абсорбирующего изделия. Профиль абсорбирующей сердцевины может быть таким, что более абсорбирующий участок расположен ближе к центру абсорбирующего изделия. Например, абсорбирующая сердцевина может быть толще посредине и при этом с уменьшением толщины по краям различным образом, известным из уровня техники.
Без ограничения какой-либо теорией, полагают, что один из ключевых технических механизмов, обусловливающих нарушение характерного соотношения комфорта и защиты/устойчивости, заключается в способности, которую однозначно и стратегически предписывают HIPE в отношении жесткости и абсорбирующих свойств защитной абсорбирующей структуры. Это обеспечивается за счет образования композиционной структуры пеноматериал на основе HIPE/выполненные с возможностью покрытия элементы, из которой получают неоднородную массу, а также за счет образования одной или более переходных зон в абсорбирующей структуре. Выполненные с возможностью покрытия элементы в форме волокон NW переплетают в HIPE, после чего неожиданно, структурные свойства композиционного материала из неоднородной массы усиливаются с обеспечением кумулятивных или отклоняющихся жесткости/гибкости.
Структурное испытание показало, что в композиционной абсорбирующей сердцевине из неоднородной массы может быть достигнута 20-кратная дифференциальная жесткость при изгибе в направление обработки (MD) и в поперечном направлении (CD) без какого-либо механического ослабления за счет твердофазного образования (SSF) и/или перфорирования в абсорбирующей структуре из неоднородной массы прорезей, точек или отверстий других геометрических форм.
Без ограничения какой-либо теорией, полагают, что механическая деформация абсорбирующей структуры из неоднородной массы в сочетании с целенаправленным размещением HIPE в или на массе из выполненных с возможностью покрытия элементов с образованием полимеризованной неоднородной массы позволяет оптимизировать жесткость и гибкость для комфорта, а также устойчивость формы продукта с оптимизацией в то же время абсорбирующего материала, где необходимо, в сердцевине и основе продукта.
Один из важных аспектов применения заключается в усилении дифференциальной жесткости при изгибе с обеспечением устойчивой формы продукта в CD. За счет ориентирования жесткого направления массы выполненных с возможностью покрытия элементов в форме нетканой подложки(-ек) из композиционного материала из неоднородной массы в CD продукта обеспечивают более устойчивый продукт в направлении CD. Без ограничения какой-либо теорией, полагают, что жесткость и упругость в направлении CD необходимы потребителю, который нуждается в продукте, для обеспечения большей площади охвата и предоставления потребителю защиты при совершении им движений на протяжении всего дня. Данная жесткость может быть оптимизирована, обеспечивая ему мгновенное прилегание и охват, при этом обеспечивая удобную форму, которая образуется и перемещается вместе с ним за счет ориентации менее жесткого направления, совмещенного с MD продукта, что обеспечивает повышенное соответствие формы продукта от спереди назад.
Существует несколько регулируемых параметров, которые доступны для регуляции конечной жесткости композиционного материала из неоднородной массы, при этом таковые включают, без ограничения, выбор подложки (направленность основной подложки), состав HIPE (BW, размер ячеек) и количество переходных зон. Соотношение воды и масла в эмульсии, размер/толщина переходной зоны, натяжение NW подложки, односторонность NW и то, на какой NW наносят эмульсию, могут также влиять на конечную гибкость композиционного материала.
Традиционный представленный на рынке пеноматериал на основе HIPE содержит два слоя, обладающих свойствами изотропной жесткости в плоскости продукта. Слой пеноматериала на основе HIPE, который представляет собой абсорбирующий слой из композиционного материала из неоднородной массы, является изотропным по жесткости, однако если слой HIPE нанесен на NW подложку во время изготовления до полимеризации, HIPE покрывает части NW подложек и усиливает жесткость как NW, так и пеноматериала на основе HIPE после полимеризации. Неожиданно, как показано в таблице ниже, конечная жесткость при изгибе абсорбирующего композиционного материала из неоднородной массы превышает суммарную жесткость при изгибе NW подложки и слоя пеноматериала на основе HIPE при добавлении по отдельности.
В таблице 1 показано, что жесткость при изгибе для направлений MD и CD составляющих материалов (позиции 1 и 2) не равняется конечной жесткости при изгибе для абсорбирующего композиционного материала из неоднородной массы (позиция 3).
Таблица 1. Жесткость при изгибе нетканого материала, слоя пеноматериала на основе HIPE и абсорбирующего композиционного материала из неоднородной массы
Как рассчитано выше, жесткость при изгибе абсорбирующего композиционного материала из неоднородной массы больше в 8 раз или в 8X и 2,5X жестче в направлении обработки и поперечном направлении соответственно по сравнению с суммой для отдельных составляющих.
Дифференциальная жесткость при изгибе дополнительно усиливается за счет образования наслоения, содержащего более чем один плоский нетканый материал, который покрыт пеноматериалом с открытыми ячейками. Пеноматериал с открытыми ячейками покрывает часть каждого плоского нетканого материала с образованием участка перехода между каждым нетканым плоским материалом и пеноматериалом с открытыми ячейками по вертикальной оси. За счет размещения эмульсии в контакте с первым плоским слоем из нетканых волокон на первой поверхности эмульсии и вторым плоским слоем из нетканых волокон на В таблице 1 показано, что дифференциальная жесткость в MD и CD соответствует приблизительно 4,5X для абсорбирующего композиционного материала из неоднородной массы одной переходной зоны (образованного одним плоским нетканым материалом). В таблице 2 показано, что дифференциальная жесткость при изгибе сандвич-структуры материала с основной массой 55 г/м2, полученного по технологии спанлейс-HIPE-материал с основной массой 55 г/м2, полученного по технологии спанлейс составляет более 20X в MD и CD.
Описание композиционного материала
Жесткость при изгибе (мН·см^2/см (грамм-силы·см^2/см))
MD/CD
MD
CD
Настоящее изобретение A: нетканый материал с HIPE с основной массой 55 г/м2
92,73 (9,456)
4,335 (0,442)
21,4
Настоящее изобретение B: нетканый материал с HIPE с основной массой 55 г/м2
115,9 (11,82)
6,286 (0,641)
18,4
В таблице 3 показано, насколько дифференциальная жесткость при изгибе для одной переходной зоны подобной конструкции, как показано в таблице 2, может снизить дифференциальные свойства приблизительно в 5x для композиционной структуры при удалении переходной зоны.
Таблица 3. Одна переходная зона для подобной конструкции
Описание композиционного материала
Жесткость при изгибе (мН·см^2/см (грамм-силы·см^2/см))
MD/CD
MD
CD
Настоящее изобретение F: нетканый материал с HIPE с основной массой 55 г/м2
25,03 (2,552)
5,305 (0,541)
4,7
Величина жесткости при изгибе может регулироваться за счет размер ячеек из эмульсии. Данные в таблице 4 демонстрируют, что большие значения размера ячеек имеют тенденцию к обеспечению создания структур, которые являются менее гибкими, чем аналог со стандартным размером ячеек.
Таблица 4. Влияние размера ячеек из эмульсии на жесткость при изгибе
Описание композиционного материала
Жесткость при изгибе (мН·см^2/см (грамм-силы·см^2/см))
MD/CD
MD
CD
Настоящее изобретение C: нетканый материал с HIPE с основной массой 60 г/м2
> 137 (14)
22,27 (2,271)
Настоящее изобретение E: нетканый материал с HIPE с основной массой 60 г/м2
42,56 (4,340)
10,08 (1,028)
4,2
Как показано в таблицах выше, абсорбирующая структура может характеризоваться жесткостью при изгибе в поперечном направлении от 3,0 мН·см^2/см до 5,9 мН·см^2/см (от 0,3 грамм-силы·см^2/см до 0,6 грамм-силы·см^2/см) и жесткостью при изгибе в направлении обработки от 15 мН·см^2/см до 137 мН·см^2/см (от 1,5 грамм-силы·см^2/см до 14 грамм-силы·см^2/см). Абсорбирующая структура может характеризоваться жесткостью при изгибе в поперечном направлении от 5 мН·см^2/см до 10 мН·см^2/см (от 0,5 грамм-силы·см^2/см до 1 грамм-силы·см^2/см) и жесткостью при изгибе в направлении обработки от 20 мН·см^2/см до 118 мН·см^2/см (2 грамм-силы·см^2/см до 12 грамм-силы·см^2/см). Как показано в таблицах выше, абсорбирующая структура может характеризоваться жесткостью при изгибе в поперечном направлении от 2,0 мН·см^2/см до 16 мН·см^2/см (от 0,2 грамм-силы·см^2/см до 1,6 грамм-силы·см^2/см), такой как, например, от 3,0 мН·см^2/см до 14 мН·см^2/см, от 3,0 мН·см^2/см до 12 мН·см^2/см, от 3,0 мН·см^2/см до 10 мН·см^2/см, от 3,0 мН·см^2/см до 7,8 мН·см^2/см или от 3,0 мН·см^2/см до 5,9 мН·см^2/см (от 0,3 грамм-силы·см^2/см до 1,4 грамм-силы·см^2/см, от 0,3 грамм-силы·см^2/см до 1,2 грамм-силы·см^2/см, от 0,3 грамм-силы·см^2/см до 1,0 грамм-силы·см^2/см, от 0,3 грамм-силы·см^2/см до 0,8 грамм-силы·см^2/см или от 0,3 грамм-силы·см^2/см до 0,6 грамм-силы·см^2/см). Как показано в таблицах выше, абсорбирующая структура может характеризоваться жесткостью при изгибе в направлении обработки от 15 мН·см^2/см до 147 мН·см^2/см (от 1,5 грамм-силы·см^2/см до 15 грамм-силы·см^2/см), такой как, например, от 15 мН·см^2/см до 118 мН·см^2/см, от 20 мН·см^2/см до 88 мН·см^2/см, от 20 мН·см^2/см до 59 мН·см^2/см, от 20 мН·см^2/см до 49 мН·см^2/см или от 20 мН·см^2/см до 39 мН·см^2/см (от 1,5 грамм-силы·см^2/см до 12 грамм-силы·см^2/см, от 2 грамм-силы·см^2/см до 9 грамм-силы·см^2/см, от 2 грамм-силы·см^2/см до 6 грамм-силы·см^2/см, от 2 грамм-силы·см^2/см до 5 грамм-силы·см^2/см или от 2 грамм-силы·см^2/см до 4 грамм-силы·см^2/см).
Как показано в таблицах выше, абсорбирующая структура может характеризоваться отношением жесткости при изгибе в направлении обработки к жесткости при изгибе в поперечном направлении от 2 до 25. Абсорбирующая структура может характеризоваться отношением жесткости при изгибе в направлении обработки к жесткости при изгибе в поперечном направлении от 5 до 15.
Как обсуждалось ранее, внутреннее противоречие, с которым сталкиваются разработчики абсорбирующих изделий, обеспечивает возможность превосходной защиты при обеспечении комфорта, подобного предмету одежды. Неожиданно, посредством образования абсорбирующего композиционного материала из неоднородной массы с применением нетканой подложки и пеноматериала с открытыми ячейками удалось обеспечить технологию получения тонкой абсорбирующей сердцевины, которая характеризуется необходимой дифференциальной жесткостью при изгибе (в направлении MD и CD). Продукты с дифференциальной гибкостью могут обладать улучшенной совместимостью и лучше соответствовать телу потребителя за счет ключевой регулировки жесткости и гибкости.
Для материалов, представленных в таблицах 2-4, для этих материалов предусмотрены сгруппированные свойства сжатия в двух разных направлениях в более слабой ориентации волокон MD и в более прочной ориентации волокон CD.
Единое наслоение абсорбирующей структуры может выполнять функцию любой части абсорбирующего изделия. Единое наслоение абсорбирующей структуры может выполнять функцию абсорбирующей сердцевины абсорбирующего изделия. Единое наслоение абсорбирующей структуры может выполнять функцию части абсорбирующей сердцевины абсорбирующего изделия. Более чем одно единое наслоение абсорбирующей структуры может быть объединено, при этом каждое единое наслоение абсорбирующей структуры отличается от по меньшей мере одного другого единого наслоения абсорбирующей структуры либо по выбору выполненных с возможностью покрытия элементов, либо по характеристике его участков пеноматериала с открытыми ячейками. Различные два или более единых наслоений абсорбирующих структур могут быть объединены с образованием абсорбирующей сердцевины. Абсорбирующее изделие может дополнительно содержать верхний слой и нижний слой.
Единое наслоение абсорбирующей структуры может применяться в качестве верхнего слоя для абсорбирующего изделия. Единое наслоение абсорбирующей структуры может быть объединено с абсорбирующей сердцевиной или может быть объединено только с нижним слоем.
Единое наслоение абсорбирующей структуры может быть объединено с абсорбирующим слоем любого другого типа, таким как, например, слой для хранения или сбора, содержащий слой целлюлозы, слой, содержащий суперабсорбирующие гелеобразующие материалы, слой абсорбирующих волокон, полученных путем воздушной укладки, или слой абсорбирующего пеноматериала. Другие не перечисленные абсорбирующие слои предусмотрены в настоящем документе.
Единое наслоение абсорбирующей структуры может использоваться само по себе для абсорбции текучих сред без размещения в абсорбирующем изделии.
Абсорбирующее изделие может содержать проницаемый для жидкости верхний слой. Верхний слой, подходящий для применения в данном документе, может содержать тканые, нетканые и/или трехмерные полотна из непроницаемой для жидкости полимерной пленки, содержащей проницаемые для жидкости отверстия. Верхний слой для применения в данном документе может представлять собой один слой или может иметь множество слоев. Например, лицевая по отношению к носящему и соприкасающаяся с ним поверхность может быть выполнена из пленочного материала, имеющего отверстия, которые предусмотрены для облегчения переноса жидкости с лицевой по отношению к носящему поверхности в абсорбирующую структуру. Такие проницаемые для жидкости пленки с отверстиями широко известны из уровня техники. Они обеспечивают упругую трехмерную подобную волокну структуру. Такие пленки были описаны подробно, например, в US 3929135, US 4151240, US 4319868, US 4324426, US 4343314, US 4591523, US 4609518, US 4629643, US 4695422 или WO 96/00548.
Как показано на ФИГ. 1, абсорбирующее изделие 10 имеет соприкасающуюся с телом поверхность 12 в форме верхнего слоя 14, нижний слой 16 и абсорбирующую сердцевину 18, находящуюся между верхним слоем 14 и нижним слоем 16. Абсорбирующее изделие 10, показанное на ФИГ. 1, может содержать моющую композицию 22, нанесенную на него. Моющая композиция 22 может быть нанесена в виде параллельных полос на внутреннюю поверхность нижнего слоя 16. Абсорбирующее изделие 10, показанное на ФИГ. 1, может иметь вторичный верхний слой (не показан).
Абсорбирующее изделие может содержать любой известный или иным образом эффективный верхний слой, такой как слой, который является деформируемым, мягким на ощупь и не раздражающим тело носящего. Подходящие материалы для верхнего слоя включают проницаемый для жидкости материал, который направлен в сторону тела носящего и соприкасается с ним, позволяющий выделениям организма быстро проникать через него без возможности для текучей среды вытекать обратно через верхний слой к коже носящего. Верхний слой, способный обеспечить быстрый перенос текучей среды через него, также обеспечивает перенос или миграцию моющей композиции на внешнюю или внутреннюю часть тела носящего. Подходящий верхний слой может быть выполнен из различных материалов, таких как тканые и нетканые материалы; перфорированные пленочные материалы, в том числе перфорированные формованные термопластичные пленки, перфорированные пластмассовые пленки и перфорированные пленки из переплетенных волокон; гидроформованные термопластичные пленки; пористые пеноматериалы; сетчатые пеноматериалы; сетчатые термопластичные пленки; термопластичные холсты; или их комбинации, хорошо известные из уровня техники для изготовления продуктов для менструальных выделений, таких как гигиенические прокладки, гигиенические прокладки для нижнего белья, подкладки для страдающих недержанием и т. п.
Когда верхний слой содержит нетканый волокнистый материал в форме нетканого полотна, при этом нетканое полотно может быть получено с помощью любой известной процедуры для изготовления нетканых полотен, не имеющие ограничительного характера примеры которой включают спанбонд-процессы, кардочесание, влажное холстоформирование, воздушную укладку, мелтблаун-процессы, иглопробивание, механическое сплетение, термомеханическое сплетение и гидросплетение.
Приспособление для менструальных выделений в соответствии с настоящим изобретением также содержит нижний слой. Нижний слой может представлять собой любой известный или иным образом эффективный материал для нижнего слоя, при условии, что нижний слой предотвращает внешние протечки выделений, абсорбированных и содержащихся в приспособлении для менструальных выделений. Гибкие материалы, подходящие для применения в качестве нижнего слоя, включают, без ограничения, тканые и нетканые материалы, слоистую ткань, полимерные пленки, такие как термопластичные пленки из полиэтилена и/или полипропилена, композиционные материалы, такие как покрытый пленкой нетканый материал, или их комбинации, хорошо известные из уровня техники для изготовления продуктов для менструальных выделений, таких как гигиенические прокладки, гигиенические прокладки для нижнего белья, подкладки для страдающих недержанием и т. п.
Приспособление для менструальных выделений также содержит абсорбирующую сердцевину. Абсорбирующая сердцевина, как правило, расположена между верхним слоем и нижним слоем. Применяемый в настоящем документе, термин «абсорбирующая сердцевина» относится к материалу или комбинации материалов, подходящим для поглощения, распределения и хранения водных текучих сред, таких как моча, кровь, менструальные выделения и вода, находящаяся в выделениях организма. Размер и форма абсорбирующей сердцевины может изменяться для удовлетворения требований в отношении абсорбирующей способности, а также для обеспечения комфорта носящему/пользователю.
В таблице 5 представлены дополнительные примеры в соответствии с настоящим изобретением, а также таковые, перечисленные выше. Как показано в таблице, абсорбирующая структура может характеризоваться жесткостью при изгибе в поперечном направлении от 3,0 мН·см^2/см до 16 мН·см^2/см (от 0,3 грамм-силы·см^2/см до 1,6 грамм-силы·см^2/см) и жесткостью при изгибе в направлении обработки от 15 мН·см^2/см до 147 мН·см^2/см (от 1,5 грамм-силы·см^2/см до 15 грамм-силы·см^2/см). Значения жесткости при изгибе в MD и CD переводят в отношение жесткости при изгибе в направлении обработки к жесткости при изгибе в поперечном направлении, составляющее от 2 до 25, такое как, например, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23 и 24.
Описание композиционного материала
Жесткость при изгибе (мН·см^2/см (грамм-силы·см^2/см))
MD/CD
MD
CD
Настоящее изобретение A: нетканый материал с HIPE с основной массой 55 г/м2 плюс нетканый с основной массой 55 г/м2
92,73 (9,456)
4,335 (0,442)
21,4
Настоящее изобретение B: нетканый материал с HIPE с основной массой 55 г/м2 плюс нетканый с основной массой 55 г/м2
115,9 (11,82)
6,286 (0,641)
18,4
Настоящее изобретение C: нетканый материал с HIPE с основной массой 60 г/м2 плюс нетканый с основной массой 55 г/м2
> 137,3 (14)
22,27 (2,271)
Настоящее изобретение D: Абсорбирующий композиционный материал из неоднородной массы
24,0 (2,45)
5,20 (0,53)
4,62
Настоящее изобретение E: нетканый материал с HIPE с основной массой 60 г/м2 плюс нетканый с основной массой 55 г/м2
42,56 (4,34)
10,08 (1,028)
4,2
Настоящее изобретение F: нетканый материал с HIPE с основной массой 55 г/м2
25,03 (2,552)
5,305 (0,541)
4,7
Пример G: нетканый материал с HIPE с основной массой 60 г/м2 плюс нетканый с основной массой 55 г/м2
34,9 (3,56)
6,9 (0,7)
5,09
Пример H: нетканый материал с HIPE с основной массой 60 г/м2
29,6 (3,02)
5,20 (0,53)
5,68
Пример I: нетканый материал с HIPE с основной массой 45 г/м2
20,8 (2,12)
3,63 (0,37)
5,69
Пример J: нетканый материал с HIPE с основной массой 60 г/м2
23,4 (2,39)
3,9 (0,4)
5,96
Пример K: нетканый материал с HIPE с основной массой 60 г/м2
25,6 (2,61)
3,43 (0,35)
7,4
Как показано в таблице 5, абсорбирующая структура может характеризоваться жесткостью при изгибе в поперечном направлении от 2,0 мН·см^2/см до 16 мН·см^2/см (от 0,2 грамм-силы·см^2/см до 1,6 грамм-силы·см^2/см), такой как, например, от 3,0 мН·см^2/см до 14 мН·см^2/см, от 3,0 мН·см^2/см до 12 мН·см^2/см, от 3,0 мН·см^2/см до 10 мН·см^2/см, от 3,0 мН·см^2/см до 7,8 мН·см^2/см или от 3,0 мН·см^2/см до 5,9 мН·см^2/см (от 0,3 грамм-силы·см^2/см до 1,4 грамм-силы·см^2/см, от 0,3 грамм-силы·см^2/см до 1,2 грамм-силы·см^2/см, от 0,3 грамм-силы·см^2/см до 1,0 грамм-силы·см^2/см, от 0,3 грамм-силы·см^2/см до 0,8 грамм-силы·см^2/см или от 0,3 грамм-силы·см^2/см до 0,6 грамм-силы·см^2/см). Абсорбирующая структура может характеризоваться жесткостью при изгибе в направлении обработки от 15 мН·см^2/см до 147 мН·см^2/см (от 1,5 грамм-силы·см^2/см до 15 грамм-силы·см^2/см), такой как, например, от 15 мН·см^2/см до 118 мН·см^2/см, от 20 мН·см^2/см до 88 мН·см^2/см, от 20 мН·см^2/см до 59 мН·см^2/см, от 20 мН·см^2/см до 50 мН·см^2/см или от 20 мН·см^2/см до 39 мН·см^2/см (от 1,5 грамм-силы·см^2/см до 12 грамм-силы·см^2/см, от 2 грамм-силы·см^2/см до 9 грамм-силы·см^2/см, от 2 грамм-силы·см^2/см до 6 грамм-силы·см^2/см, от 2 грамм-силы·см^2/см до 5 грамм-силы·см^2/см или от 2 грамм-силы·см^2/см до 4 грамм-силы·см^2/см).
Таблица 6. Изгиб в MD/CD для представленных на рынке сердцевин
Описание композиционного материала
Жесткость при изгибе (мН·см^2/см (грамм-силы·см^2/см))
MD/CD
MD
CD
Представленная на рынке конструкция 1 сердцевины
15,7 (1,60)
16,4 (1,67)
0,96
Представленная на рынке конструкция 2 сердцевины
9,0 (0,92)
5,10 (0,52)
1,79
Таблица 6 включает жесткость при изгибе в MD и CD для двух представленных в настоящий момент на рынке сердцевин. Как показано в таблице, отношение MD/CD составляет меньше двух для обеих сердцевин.
ФИГ. 2 представляет собой СЭМ-микрофотографию одного варианта осуществления настоящего изобретения. Как показано на ФИГ. 2, абсорбирующее наслоение 30 представляет собой неоднородную массу 32, содержащую первый плоский нетканый материал 34, имеющий первую поверхность 36 и вторую поверхность 38, и второй плоский нетканый материал 40, имеющий первую поверхность 42 и вторую поверхность 44. Участок 46 пеноматериала с открытыми ячейками покрывает часть первого плоского нетканого материала 34 и часть второго плоского нетканого материала 40. Конкретно, участок 46 пеноматериала с открытыми ячейками покрывает выполненные с возможностью покрытия элементы 48 как на второй поверхности 38 первого плоского нетканого материала 34, так и на первой поверхности 42 второго плоского нетканого материала 40.
Примеры:
A. Абсорбирующее изделие, содержащее верхний слой, нижний слой и абсорбирующую сердцевину, содержащую абсорбирующую структуру, где абсорбирующая структура характеризуется жесткостью при изгибе в поперечном направлении от 3 мН·см^2/см до 16 мН·см^2/см (от 0,3 грамм-силы·см^2/см до 1,6 грамм-силы·см^2/см) и жесткостью при изгибе в направлении обработки от 15 мН·см^2/см до 137 мН·см^2/см (от 1,5 грамм-силы·см^2/см до 14 грамм-силы·см^2/см).
B. Абсорбирующее изделие по п. A, где абсорбирующая структура характеризуется отношением жесткости при изгибе в направлении обработки к жесткости при изгибе в поперечном направлении от 2 до 25.
C. Абсорбирующее изделие по п. A или п. B, где абсорбирующая структура характеризуется жесткостью при изгибе в поперечном направлении от 5 мН·см^2/см до 10 мН·см^2/см (от 0,5 грамм-силы·см^2/см до 1 грамм-силы·см^2/см) и жесткостью при изгибе в направлении обработки от 20 мН·см^2/см до 118 мН·см^2/см (2 грамм-силы·см^2/см до 12 грамм-силы·см^2/см).
D. Абсорбирующее изделие по любому из пп. A-C, где абсорбирующая структура характеризуется отношением жесткости при изгибе в направлении обработки к жесткости при изгибе в поперечном направлении от 5 до 15.
E. Абсорбирующее изделие по любому из пп. A-D, где абсорбирующая структура содержит одно или более нетканых волокон.
F. Абсорбирующее изделие по любому из пп. A-E, где абсорбирующая структура содержит пеноматериал с открытыми ячейками.
G. Абсорбирующее изделие по любому из пп. A-F, где абсорбирующая сердцевина содержит суперабсорбирующий материал.
H. Абсорбирующее изделие по любому из пп. A-G, где абсорбирующая структура объединена с одним или более слоями с образованием абсорбирующей сердцевины.
I. Абсорбирующее изделие, содержащее верхний слой, нижний слой и абсорбирующую сердцевину, содержащую абсорбирующую структуру, где абсорбирующая структура характеризуется отношением жесткости при изгибе в направлении обработки к жесткости при изгибе в поперечном направлении от 2 до 25.
J. Абсорбирующее изделие по п. I, где абсорбирующая структура характеризуется жесткостью при изгибе в направлении CD от 5 мН·см^2/см до 10 мН·см^2/см (от 0,5 грамм-силы·см^2/см до 1 грамм-силы·см^2/см) и жесткостью при изгибе в направлении MD от 20 мН·см^2/см до 118 мН·см^2/см (от 2 грамм-силы·см^2/см до 12 грамм-силы·см^2/см).
K. Абсорбирующее изделие по п. I или п. J, где абсорбирующая сердцевина характеризуется отношением жесткости при изгибе в направлении обработки к жесткости при изгибе в поперечном направлении от 5 до 15.
L. Абсорбирующее изделие по любому из пп. I-K, где абсорбирующая структура содержит одно или более нетканых волокон.
M. Абсорбирующее изделие по любому из пп. I-L, где абсорбирующая структура содержит пеноматериал с открытыми ячейками.
N. Абсорбирующее изделие по любому из пп. I-M, где абсорбирующая сердцевина содержит суперабсорбирующий материал.
O. Абсорбирующее изделие по любому из пп. I-N, где абсорбирующая структура объединена с одним или более слоями с образованием абсорбирующей сердцевины.
P. Абсорбирующее изделие, содержащее верхний слой, нижний слой и абсорбирующую сердцевину, содержащую абсорбирующую структуру, где абсорбирующая структура характеризуется жесткостью при изгибе в поперечном направлении от 3 мН·см^2/см до 16 мН·см^2/см (от 0,3 грамм-силы·см^2/см до 1,6 грамм-силы·см^2/см) и жесткостью при изгибе в направлении обработки от 15 мН·см^2/см до 137 мН·см^2/см (от 1,5 грамм-силы·см^2/см до 14 грамм-силы·см^2/см), при этом абсорбирующая структура содержит композиционный материал из неоднородной массы, содержащий выполненные с возможностью покрытия элементы и пеноматериал с открытыми ячейками.
Q. Абсорбирующее изделие по п. P, где выполненные с возможностью покрытия элементы содержат два или более нетканых материалов.
R. Абсорбирующее изделие по п. P или Q, где два или более нетканых материалов образованы первым нетканым плоским слоем и вторым нетканым плоским слоем, где нетканый материал первого нетканого плоского слоя является отличным от нетканого материала второго нетканого плоского слоя, при этом пеноматериал с открытыми ячейками покрывает часть первого нетканого плоского слоя и часть второго нетканого плоского слоя.
S. Абсорбирующее изделие по любому из пп. P-R, где выполненные с возможностью покрытия элементы выбраны из группы, состоящей из нетканого материала, волокнистой структуры, пневмоуложенного полотна, полотна, полученного мокрым холстоформованием, нетканого материала с увеличенным объемом, иглопробивного нетканого полотна, гидросцепленного полотна, волоконной пряди, тканого полотна, вязаного полотна, флокированного полотна, материала спанбонд, слоистого материала спанбонд/полотна, полученного аэродинамическим способом из расплава, кардочесанного полотна, коформного полотна из целлюлозного волокна и волокон, полученных аэродинамическим способом из расплава, коформного полотна из штапельных волокон и волокон, полученных аэродинамическим способом из расплава, и слоистых полотен, которые представляют собой комбинации на их основе.
МЕТОД KAWABATA
2
Жесткость при изгибе измеряют с применением Kawabata Evaluation System KES-FB2-A, датчика для испытания на плоский изгиб (доступного от Kato Tech Co., Япония), и приводят в грамм-силы·см/см как для направления обработки(MD), так и для поперечного направления (CD). Прибор калибруют согласно инструкциям производителя. Все испытания выполняют в при температуре приблизительно 23°C ± 2°C и относительной влажности воздуха приблизительно 50% ± 2%.
−1
−1
−1
−1
−1
−1
Жесткость при изгибе измеряют по наклону от 0,5 смдо 1,5 сми от −0,5 смдо −1,5 см. Параметры прибора устанавливают для максимальной кривизны: Kmax = ±2,5 см, циклы = 1, скорость изгиба = 2,5 см/с. Чувствительность устанавливают для жесткости образца, но при этом номинальная величина 50 является характерной.
Изделия или материалы предварительно кондиционируют при приблизительно 23°C ± 2°C и относительной влажности воздуха приблизительно 50% ± 2% в течение 2 часов до испытания. Если образец представляет собой изделие, удаляют интересующий слой из изделия с использованием крио-аэрозоля по мере необходимости. «Стандартное условие» для размера образца для испытания составляет 20,0 см x 20,0 см и должно использоваться, когда он доступен. Если стандартный размер не доступен, подрезают ширину образца для испытания с точностью до сантиметра (например, если ширина составляет 17,4 см, то ее подрезают до 17,0 см), затем применяют настройку «Необязательное условие» на приборе, чтобы указать ширину с точностью до см. При необходимости, исходя из жесткости образца для испытания, ширина может быть уменьшена, чтобы можно было измерить образец для испытания в пределах характеристики прибора. Получают всего шесть (6) образцов для испытания, по три для испытания в каждом из направлений MD и CD.
2
2
2
2
Вставляют образец для испытания в прибор так, чтобы деформация изгиба была приложена по отношению к направлению по ширине. Начинают испытание и фиксируют жесткость при изгибе с точностью до 0,1 мН·см/см (0,01 грамм-силы·см/см). Повторяют испытание для всех образцов для испытания. Рассчитывают жесткость при изгибе в виде геометрического среднего для трех образцов для испытания в CD и трех образцов для испытания в MD и приводят по отдельности с точностью до 0,1 мН·см/см (0,01 грамм-силы·см/см).
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. Вместо этого, 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.