ВЫСОКОЭФФЕКТИВНЫЙ ПОГЛОЩАЮЩИЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ АБСОРБИРУЮЩИХ ИЗДЕЛИЙ Российский патент 2003 года по МПК A61F13/15 A61F13/20 

Изобретение относится к изделиям, содержащим абсорбенты, в частности структуры с абсорбентами, которые являются пригодными для использования в изделиях для личной гигиены, таких как одноразовые подгузники, изделия для страдающих недержанием, изолирующая одежда для детей или гигиенические прокладки. Более конкретно, настоящее изобретение относится к абсорбирующим изделиям, которые содержат часть, сконструированную для быстрого приема жидкости, кратковременного распределения жидкости и последующего выхода многократно поступающих порций жидкости в другую часть изделия.

Изделия личной гигиены представляют собой содержащие абсорбент изделия, включая подгузники, изолирующую одежду, изделия для гигиены женщин, такие как гигиенические прокладки, устройства для страдающих недержанием и тому подобное. Эти изделия сконструированы для поглощения и удержания телесных выделений и, как правило, представляют собой одноразовые или заменяемые изделия, которые выбрасываются после относительно короткого периода использования (как правило, в течение нескольких часов) и не предназначаются для стирки и повторного использования. Такие изделия, как правило, размещают рядом с телом пользователя или поблизости от него для поглощения или удержания различных выделений из тела. Все эти изделия, как правило, включают проницаемую для жидкости прокладку или покрытие на стороне, прилегающей к телу, непроницаемое для жидкости наружное покрытие или внешний слой и содержащую абсорбент структуру, расположенную между прилегающей к телу прокладкой и наружным покрытием. Содержащая абсорбент структура может включать поглощающий слой, следующий за прилегающей к телу прокладкой и позволяющий сообщение жидкости с прилегающей к телу прокладкой, и содержащей абсорбент - наполнитель, часто формируемый из различных смесей вспушенных волокон целлюлозы и гелеобразных частиц абсорбента, следующий за поглощающим слоем и позволяющий сообщение жидкости с поглощающим слоем.

Желательно, чтобы содержащие абсорбент изделия для личной гигиены проявляли низкую протечку из изделия и чувство сухости для пользователя. Как обнаружено, мочеиспускание может осуществляться со скоростями вплоть до 15-20 мл/с и со скоростями вплоть до 280 см/с, и что содержащее абсорбент изделие, такое как подгузник, может давать протечку в областях, прилегающих к бедрам, или в передней или задней широких областях. Неспособность содержащего абсорбент продукта к быстрому впитыванию жидкости может также приводить к избыточному накоплению жидкости на прилегающей к телу поверхности внутренней прокладки до того, как жидкость впитается содержащей абсорбент структурой. Такая скопившаяся жидкость может смачивать кожу пользователя и может протекать через боковые, передние или задние щели в содержащем абсорбент изделии, вызывая дискомфорт, возможные проблемы с заболеваниями кожи, а также пачкать верхнюю одежду или постельное белье пользователя.

Протечки и накопления могут вызываться множеством недостатков в работе или конструкции изделия, или отдельных материалов внутри изделия. Одна из причин таких проблем представляет собой недостаточную скорость впитывания жидкости содержащим абсорбент внутренним слоем, который функционирует, поглощая и удерживая телесные выделения. Следовательно, скорость впитывания жидкости данным абсорбирующим изделием, в частности прилегающей к телу прокладкой и поглощающими материалами, используемыми в абсорбирующем изделии, должно, хотя бы в принципе, быть равным или превосходить скорости поступления жидкости в абсорбирующее изделие. Недостаточная скорость впитывания становится еще более вредной для рабочих характеристик изделия при втором, третьем или четвертом поступлениях жидкости. Кроме того, протечка может осуществляться из-за плохого прилегания мокрого продукта, что приводит к тому, что, когда множество поступлений скапливаются в области, где поступает жидкость, они вызывают прогиб и провисание влажной, тяжелой структуры удерживающего материала.

Для уменьшения или устранения протечек из содержащих абсорбенты изделий для личной гигиены предпринимались различные подходы. Например, в такие содержащие абсорбент изделия включались физические барьеры, такие как эластичные края вырезов для бедер и эластичные удерживающие крылышки. Количество и конфигурация материала абсорбента в зоне структуры абсорбента, в которой, как правило, происходят выделения жидкости (иногда упоминается как зона, где поступает жидкость), также модифицировались.

Другие подходы для улучшения общего впитывания жидкости изделиями, содержащими абсорбенты, сосредотачивались на прилегающей к телу прокладке и ее способности быстро пропускать жидкость к содержащей абсорбент структуре изделия, содержащего абсорбент. Нетканые материалы, включая нетканые кардовые материалы и нетканые материалы, полученные из расплава, широко используются в качестве прилегающих к телу прокладок. Такие нетканые материалы, как правило, должны быть достаточно открытыми и/или пористыми, чтобы давать возможность жидкости быстро проходить через них, при этом также функционируя для поддержания кожи пользователя на удалении от смоченного абсорбента, лежащего под прокладкой. Попытки улучшить впитывание жидкости материалами прокладки включают, например, проделывание отверстий в материале прокладки, обработку волокон, образующих материал прокладки, поверхностно-активными веществами для увеличения смачиваемости прокладки, и изменение времени действия таких поверхностно-активных веществ.

Еще один подход представляет собой введение одного или нескольких дополнительных слоев материала, как правило, между прилегающей к телу прокладкой и внутренним слоем абсорбента, для улучшения рабочих характеристик впитывания жидкости абсорбирующим изделием и для обеспечения разделения между внутренним слоем абсорбента и внутренней прокладкой, прилегающей к коже пользователя. Один из таких дополнительных слоев, как правило, упоминаемый как поглощающий слой, может быть соответствующим образом сформирован из толстых, пухлых нетканых материалов. Поглощающие слои, в частности волокнистые структуры с высокой шероховатостью, высоким объемом, устойчивые к сжатию, обеспечивают функцию кратковременного удержания или абсорбции для жидкости, еще не поглощенной внутренним слоем абсорбента, который имеет тенденцию уменьшить обратный поток или обратное выделение жидкости из внутреннего слоя абсорбента в прокладку.

Несмотря на эти усовершенствования, существует потребность в дальнейшем усовершенствовании рабочих характеристик поглощения жидкости для материалов прокладок, используемых в абсорбирующих изделиях. В частности, существует потребность в материалах прокладок, которые могут быстро впитывать, а затем контролировать распространение поступившей порции жидкости в лежащие под ними слои. Усовершенствованное действие является критичным для конструирования содержащих абсорбенты изделий, узких в области промежности, которые используют меньше удерживающего материала в области, где поступает жидкость, и включают распределяющие детали, которые удаляют жидкость для удерживания в отдаленных областях в порядке устранения проблем с прилеганием как средства для уменьшения протечки. Настоящее изобретение предусматривает гетерогенный поглощающий материал, который обеспечивает такое улучшенное впитывание и контролируемое распределение жидкости, когда он используется в содержащих абсорбент изделиях.

Задачи настоящего изобретения решаются с помощью поглощающего материала для изделий личной гигиены, который является материалом из волокон диаметром 30 мкм, где материал имеет проницаемость, изменяющуюся в пределах между примерно 250 и 1500 дарси, капиллярное натяжение, изменяющееся в пределах между примерно 1,5 и 5 см, и который поддерживает эти проницаемость и капиллярное поверхностное натяжение в течение всей жизни материала. Является предпочтительным, чтобы этот материал имел плотность, изменяющуюся в пределах между примерно 0,02 и 0,07 г/куб.см.

Такой поглощающий материал является пригодным для использования в изделиях личной гигиены с узкой промежностью, например для использования в подгузниках, имеющих максимальную ширину в промежности не более 7,6 см.

Чертеж представляет карман для испытательного теста MIST, вид сбоку.

ОПРЕДЕЛЕНИЯ
"Одноразовое" включает изделие, заменяемое, как правило, после одного использования и не предназначенное для стирки и повторного использования.

"Передний" и "задний" используются в настоящем описании для обозначения соответствия скорее по отношению к самой одежде, чем предусматривает какое-либо положение одежды в предположении, что она надета на пользователе.

"Гидрофильный" описывает волокна или поверхности волокон, которые смачиваются содержащими воду жидкостями, соприкасающимися с волокнами. Степень смачивания материалов может, в свою очередь, описываться в терминах контактных углов и поверхностных натяжений используемых жидкостей и материалов. Оборудование и методики, пригодные для использования при измерении смачиваемости конкретных волокнистых материалов, могут обеспечиваться Cahn SFA-222 Surfase Force Analyzer System или по существу эквивалентной системой. При измерении с помощью этой системы жидкости, имеющие контактные углы, меньшие 90^o, обозначаются как "смачиваемые" или гидрофильные, в то время как волокна, имеющие контактные углы, равные или большие 90^o, обозначаются как "несмачиваемые" или гидрофобные.

"Внутренний" и "внешний" относятся к положениям по отношению к центру содержащего абсорбент предмета одежды и, в частности, в поперечном и/или продольном направлении более близком или более далеком от продольного или поперечного центра содержащего абсорбент предмета одежды.

"Слой", когда он используется в единственном числе, может иметь двойное значение как единственного элемента или множества элементов.

"Жидкость" означает негазообразное вещество и/или материал, который течет и может принимать внутреннюю форму контейнера, в который его наливают или размещают.

"Сообщение жидкости" означает, что жидкость, такая как моча, способна перемещаться из одной области в другую область.

"Продольный" и "поперечный" имеют их обычные значения. Продольная ось лежит в плоскости изделия, когда оно расположено на плоскости и полностью разложено, и является в целом параллельной к вертикальной плоскости, которая рассекает стоящего пользователя на левую и правую половины тела, когда изделие уже надето. Поперечная ось лежит в плоскости изделия, в целом, перпендикулярной к продольной оси.

"Частицы" относится к любой геометрической форме, такой как, но, не ограничиваясь этим, сферические зерна, цилиндрические волокна или нити и тому подобное.

"Распыление" и его вариации включают принудительное выбрасывание жидкости, либо в виде потока, такого как закрученные нити, либо как распыляемые частицы, через отверстия, сопло и тому подобное, посредством приложенного давления воздуха или другого газа, с помощью силы тяжести или посредством центробежной силы. Распыление может быть непрерывным или не непрерывным.

"Полученные из расплава волокна" относится к волокнам малого диаметра, которые формируются путем экструдирования расплавленного термопластичного материала в виде нитей из множества тонких, как правило, кругового сечения капилляров из многоканального мундштука, при этом диаметр экструдированных нитей затем быстро уменьшают, например, как в патенте США 4340563 Appel et al. , и патенте США 3692618 Dorschner et al., патенте США 3802817 Matsuki et al., в патентах США 3338992 и 3341394 Kinney, патенте США 3502763 Hortman, и в патенте США 3542615 Dodo et al. Полученные из расплава волокна обычно не являются липкими, когда их осаждают на поверхность коллектора. Полученные из расплава волокна обычно являются непрерывными и имеют средние диаметры (по образцу, содержащему по меньшей мере 10 волокон), большие 7 мкм, более конкретно между примерно 10 и 20 мкм. Волокна также могут иметь такие формы, как те, которые описаны в патентах США 5277976 Hogle et al., патенте США 5466410 Hills и 5069970 и 5057368 Largman et al., которые описывают волокна необычной формы.

"Волокна, полученные из расплава аэродинамическим способом" обозначает волокна, сформированные путем экструдирования расплавленного термопластичного материала через множество тонких, как правило, кругового сечения капилляров фильер в виде расплавленных волокон или нитей в сходящиеся с большой скоростью потоки, как правило, горячего газа (например, воздуха), которые вытягивают нити из расплавленного термопластичного материала для уменьшения их диаметра, который может достигать диаметра микроволокон. Затем полученные аэродинамическим способом из расплава волокна уносятся потоками газа высокой скорости и осаждаются на поверхности коллектора с образованием материала из беспорядочно переплетенных волокон, получаемых из расплава аэродинамическим способом. Такой способ описан, например, в патенте США 3849241. Полученные из расплава аэродинамическим способом волокна являются микроволокнами, которые могут быть сплошными и прерывистыми, имеют средний диаметр, как правило, меньший 10 мкм, и являются, как правило, липкими, когда осаждаются на поверхность коллектора.

Как он используется здесь, термин "совместное формирование" обозначает способ, в котором по меньшей мере одна из головок экструдера для получения волокон из расплава аэродинамическим способом расположена вблизи желоба, через который другие материалы добавляются к материалу, когда он формируется. Эти другие материалы могут, например, быть древесной массой, частицами суперабсорбента, волокнами целлюлозы или штапельными волокнами. Способы совместного формирования представлены в совместных патентах США 4818464 Lau и 4100324 Anderson et al. Материалы, полученные с помощью способов совместного формирования, упоминаются, как правило, как материалы совместного формирования.

"Бикомпонентные волокна" относится к волокнам, которые формируются из двух по меньшей мере источников полимера, экструдируемых из различных экструдеров, но спряденных вместе с образованием одного волокна. Бикомпонентные волокна также иногда упоминаются как многокомпонентные или двухкомпонентные волокна. Полимеры, как правило, отличаются друг от друга, хотя бикомпонентные волокна могут быть и однокомпонентными волокнами. Полимеры располагаются в равномерно, по существу, расположенных различных зонах по поперечному сечению бикомпонентных волокон и проходят непрерывно по всей длине бикомпонентных волокон. Конфигурация такого бикомпонентного волокна может быть, например, конфигурацией оболочка/сердцевина, где один полимер окружен другим, или может быть конфигурацией, где полимеры расположены рядом, слоистой конфигурацией или конфигурацией "острова в океане", Бикомпонентные волокна рассмотрены в патенте США 5108820 Kaneko et al., патенте США 5336552 Starck et al. , и патенте США 5382400 Pike et al. Для двухкомпонентных волокон полимеры могут быть представлены а отношениях 75/25, 50/50, 25/75 или в других желаемых соотношениях. Волокна также могут иметь такие формы как те, которые описаны в патентах США 5277976 Hogle et al., и 5069970, и 5057368 Largman et al., которые включаются сюда в качестве ссылок по всей их полноте, и которые описывают волокна необычной формы.

"Неупорядоченные бикомпонентные волокна" относятся к волокнам, которые формируются из двух по меньшей мере полимеров, экструдируемых из одного и того же экструдера в виде смеси. Термин "смесь" определяется ниже. Неупорядоченные бикомпонентные волокна не имеют различных полимерных компонентов, расположенных в относительно равномерно расположенных различных зонах по поперечному сечению волокна, и различные полимеры, как правило, не располагаются непрерывно по всей длине волокна; вместо этого они, как правило, образуют фибриллы или протофибриллы, которые начинаются и заканчиваются беспорядочно. Неупорядоченные бикомпонентные волокна иногда упоминаются как многокомпонентные волокна. Волокна этого общего типа обсуждаются, например, в патенте США 5108827, Gessner. Двухкомпонентные и неупорядоченные бикомпонентные волокна также обсуждаются в справочнике Polymer Blends and Composites, John A. Manson and Leslie H. Sperling, copyright 1976 by Plenum Press, подразделение Plenum Publishing Corporation of New York, IBSN 0-306-30831-2, страницы 273-277.

"Нетканый кардовый материал" относится к материалам, которые производятся из штапельных волокон, которые проходят через текстурирующий или кардочесальный узел, который отделяет или размалывает их и располагает штапельные волокна в направлении вдоль по ходу процесса с получением в целом ориентированного по ходу процесса нетканого волокнистого материала. Такие волокна обычно приобретаются в кипах, которые помещают в открыватель/смеситель или сортировщик, который разделяет волокна перед поступлением в кардочесальный узел. Когда материал формируется, он затем склеивается с помощью одного или нескольких известных способов связывания. Один из таких способов связывания представляет собой порошковое склеивание, при котором по материалу распределяют порошкообразный адгезив, а затем активируют, как правило, путем нагрева материала и адгезива с помощью горячего воздуха. Другим пригодным для использования способом склеивания является структурированное связывание, при котором нагретые каландровые валки или оборудование ультразвукового склеивания используют для связывания волокон друг с другом, как правило, со структурой локализованных связей, хотя материал может быть склеен и по всей его поверхности, если это желательно. Другим пригодным для использования и хорошо известным способом связывания, особенно при использовании бикомпонентных штапельных волокон, является прямое связывание на воздухе.

"Наслаивание на воздухе" представляет собой хорошо известный способ, с помощью которого может быть сформирован слой из нетканых волокон. В способе наслаивания на воздухе пучки мелких волокон, имеющие типичные длины в диапазоне от около 3 до около 19 мм, разделяются и вводятся в устройство для подачи воздуха, а затем осаждаются на формирующее сито, как правило, с помощью вакуумного устройства. Беспорядочно расположенные волокна затем связываются друг с другом, используя, например, горячий воздух или распыляемый адгезив.

"Изделие личной гигиены" обозначает подгузники, изолирующие одежду, поглощающее нижнее белье, изделия для страдающих недержанием взрослых и изделия гигиены женщин.

МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ
Испытание с многократными поступлениями (испытание MIST): при этом исследовании ткань, материал или структура, состоящая из двух или более материалов, размещается в акриловом кармане для симуляции кривизны тела пользователя, такого как маленький ребенок. Карман имеет ширину 33 см и его концы не замкнуты, высоту 19 см, внутреннее расстояние между верхними краями 30,5 см и угол между верхними краями 60^o. Карман имеет щель шириной 6,5 мм в нижней точке по длине кармана вглубь страницы.

Материал, подвергаемый испытанию, размещают на куске полиэтиленовой пленки того же размера, что и образец, и размещают в кармане. Затем материал, подвергаемый испытанию, подвергают воздействию 100 мл солевого раствора с концентрацией 8,5 г хлорида натрия на 1 л со скоростью 20 куб.см/с с помощью сопла, расположенного по нормали к центру материала на 1/4 дюйма (6,4 мм) выше материала. Количество непоглощенной жидкости регистрируют. Материал немедленно удаляют из кармана, взвешивают и размещают на сухом слое из древесной массы/суперабсорбента в отношении 40/60, имеющей плотность 0,2 г/куб. см, в горизонтальном положении при давлении 0,01 фунт/дюйм² (0,62 г/кв. см) и взвешивают через 5, 15 и 30 мин для определения десорбции жидкости из материала в слой суперабсорбента, а также удержания жидкости в материале. Древесная масса и суперабсорбент, используемые в этом испытании, представляют собой древесную массу Kimberly-Clark's (Dallas TX) CR-2054 и суперабсорбент Stockhausen Company's (Greensboro, NC 27406) FAVOR 870, хотя могут быть использованы и другие сравнимые древесные массы и суперабсорбенты при условии, что их выход при десорбции в слой с удельной массой 500 г/кв.м и плотностью 0,2 г/куб.см, который после погружения в солевой раствор при условиях без набухания в течение 5 минут содержит по меньшей мере 20 граммов солевого раствора на грамм десорбционного слоя, после того как подвергается воздействию разности давлений воздуха, например, с помощью вакуумного отсоса, около 0,5 фунт/дюйм² (около 3,45 кПа), прилагаемого по толщине слоя в течение 5 мин. Если исследуемый образец сделан из других компонентов (например, является ламинатом), компоненты или слои разделяют и взвешивают для определения распределения жидкости между ними, а затем повторно собирают после каждого взвешивания и помещают опять на древесную массу/суперабсорбент. Это испытание повторяют, используя свежие десорбционные слои для каждой порции жидкости, так что в целом вводят три порции жидкости и измеряют распределение жидкости в течение 1,5 ч с 30-минутными перерывами между порциями. Рекомендуется проведение пяти испытаний каждого образца материала.

Проницаемость. Проницаемость (k) может быть вычислена с помощью уравнения Козени-Кармана (см. табл. А). Это широко используемый метод. Ссылки включают статью R. W. Hoyland and R. Field в журнале Paper Technology and Industry, December 1976, p. 291-299 и в книге Porous Media Fluid Transport and Pore Structure by F.A.L. Dullien, 1979, Academic Press, Inc. ISBN 0-12-223650-5.

Вычисление проницаемости образца
Для структуры, которая содержит 57% древесных волокон полыни, 40% суперабсорбента и 3% связующих волокон и имеет удельную массу 617,58 г/кв.м и объемную толщину 5,97 мм при 0,5 фунт дюйм² (3,1 г/кв.см), следует вычисление проницаемости образца.

Свойства компонентов даны в табл. В (заметим, что форма является приблизительной).

Мерная толщина материала (толщина). Мерная толщина материала является мерой толщины и измеряется при 0,05 фунт/дюйм² с помощью объемного тестера типа Starret, в единицах миллиметров.

Плотность. Плотность материалов вычисляется путем деления массы на единицу площади образца в граммах на квадратный метр (г/кв.м) на объем образца в миллиметрах (мм) при 68,9 Паскаля и умножения результата на 0,001 с преобразованием величины в граммы на кубический сантиметр (г/куб.см). В целом три образца должны оцениваться и усредняться для получения величин плотности.

Время капиллярного затекания и вертикальный поток жидкости структуры, содержащей абсорбент. Полоска образца материала размером приблизительно 2 дюйма (5 см) на 15 дюймов (38 см) размещается таким образом, что, когда полоска образца располагается выше резервуара с жидкостью в начале испытаний, нижний край полоски образца должен как раз касаться поверхности жидкости. Используемая жидкость представляет собой солевой раствор с концентрацией 8,5 г/л. Относительная влажность во время испытания должна поддерживаться в пределах от около 90 до около 98%. Полоску материала размещают над жидкостью с известной массой и объемом, и, как только нижний край полоски образца коснется поверхности раствора, включают хронометр.

Регистрируется вертикальное расстояние, проходимое фронтом жидкости вверх по полоске образца, и масса жидкости, абсорбируемая полоской образца при различных временах. График зависимости времени от высоты фронта жидкости используется для определения времени натекания для высоты около 5 см и при высоте около 15 см. Масса жидкости, абсорбированной полоской образца от начала испытаний до достижения высоты около 5 см и до около 15 см также определяется из этих данных. Значение вертикального потока жидкости полоски образца для конкретной высоты вычисляют путем деления граммов жидкости, абсорбированной полоской образца, на каждый из следующих параметров: удельная масса (г/кв.м) полоски образца; время в минутах, необходимое жидкости для достижения конкретной высоты; и ширина в дюймах полоски образца. Капиллярное поверхностное натяжение в материалах, не содержащих суперабсорбентов (например, в поглощающих материалах) измеряется просто с помощью равновесной высоты вертикального натекания солевого раствора с концентрацией 8,5 г/л через 30 мин.

Традиционные системы абсорбентов для изделий личной гигиены могут быть определены в общем виде как имеющие функции распределения выделений и их удержания или SC.

Материалы для распределения выделений, "S" в SC, предназначены для быстрого приема поступающей порции жидкости и либо поглощения, либо удержания, либо каналирования жидкости или ее распределения другим образом, таким образом, чтобы она не вытекала наружу из изделия. Поглощающий слой также может упоминаться как приемный слой, транспортный слой, слой для переноса, и тому подобное. Поглощающий материал должен, как правило, быть способен к приему приходящей порции жидкости от около 60 до около 100 куб.см с объемной скоростью поступления этой порции от около 5 до около 20 куб.см/с, например, для маленьких детей.

Удерживающие или сохраняющие материалы, "С" в SC, должны абсорбировать приходящую порцию жидкости быстро и эффективно. Они должны быть способны извлекать жидкость из распределительного слоя и абсорбировать жидкость без значительной "блокировки, вызванной гелеобразованием" или блокировки проникновения жидкости далее в абсорбент из-за расширения наружных слоев абсорбента. Удерживающие материалы часто представляют собой материалы - суперабсорбенты с высокой скоростью абсорбции, такие как смеси полиакрилатного суперабсорбента и вспушенных древесных волокон. Эти материалы быстро абсорбируют и удерживают жидкость.

Как указано выше, традиционные системы абсорбентов, имеющие функции распределения и удерживания выделений, как правило, удерживают основную часть любого поступления в области, где поступает жидкость, как правило, в области промежности. Это приводит к тому, что изделия для личной гигиены имеют промежности, которые являются очень широкими. Примеры удерживающей способности и областей удерживания для различных коммерческих подгузников представлены в таблице 3 заявки на патент США номер 08/755136, зарегистрированной в тот же день и теми же авторами, что и настоящая заявка, и озаглавленной СОДЕРЖАЩИЕ АБСОРБЕНТЫ ИЗДЕЛИЯ С КОНТРОЛИРУЕМЫМИ ЗАПОЛНЯЕМЫМИ СТРУКТУРАМИ.

В противоположность традиционным системам абсорбентов заявка на патент СОДЕРЖАЩИЕ АБСОРБЕНТЫ ИЗДЕЛИЯ С КОНТРОЛИРУЕМЫМИ ЗАПОЛНЯЕМЫМИ СТРУКТУРАМИ представляет собой систему абсорбентов, которая включает компоненты, которые сконструированы, расположены и собраны вместе таким образом, что в пределах определенного времени после каждого поступления жидкость будет располагаться в заданной области системы абсорбентов, то есть удаляться из области, куда поступает жидкость. Используя систему абсорбентов, произвольным образом разделенную на пять зон, эти системы абсорбентов имеют "отношение заполнения" в граммах жидкости, расположенной в центральной конечной зоне, как правило, в промежности, к каждой из двух конечных зон, которое составляет меньше чем 5:1, после трех поступлений по 100 мл через каждые 30 мин. Является предпочтительным, чтобы это отношение заполнения было меньшим, чем 3:1, а наиболее предпочтительно, чтобы оно было меньшим, чем 2,5:1. Многие доступные в настоящее время коммерческие подгузники имеют отношения заполнения 20:1, 50:1 или даже больше, то есть они удерживают большую часть поступающей жидкости в промежности.

В дополнение к материалам для распределения и удерживания выделений в традиционных системах абсорбентов, в последней работе вводится еще один слой, расположенный между слоями S и С. Этот новый слой представляет собой распределительный слой, создающий систему с контролем, распределением и удерживанием выделений или "SDC".

Распределительные материалы, "D" в SDC, должны быть способны перемещать жидкость от точки начального осаждения до области, где является желательным удерживание. Распределение должно иметь место с приемлемой скоростью так, чтобы область, где поступает жидкость, как правило, область промежности, была готова для следующего выделения. Под "готовой для следующего выделения" подразумевается, что значительная часть жидкости перемещается из зоны, где поступает жидкость, так что следующее поступление приводит к поглощению и оттоку жидкости в пределах приемлемых объемов. Время между поступлениями может изменяться от нескольких минут до часов и зависит, как правило, от возраста пользователя.

Содержащие абсорбент изделия, такие как, например, подгузники, как правило, также имеют прокладку, которая обращена к пользователю, и покрытие с обратной стороны, которое представляет собой самый наружный слой. Абсорбирующее изделие может также содержать другие слои, такие как мультифункциональные материалы, описанные в заявке на патент номер 08/754414, поданной в тот же день и принадлежащей тем же авторам, что и настоящая заявка, и озаглавленной МУЛЬТИФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ СОДЕРЖАЩИЕ АБСОРБЕНТ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ ИЗ НИХ. Хотя это может показаться очевидным, необходимо отметить, что в порядке эффективного функционирования материалы, используемые в абсорбирующих системах изделий личной гигиены, должны иметь достаточный контакт для переноса жидкости между ними.

Прокладка иногда упоминается как прокладка, прилегающая к телу, или верхнее покрытие и является прилегающей к поглощающему материалу. В направлении вдоль по толщине изделия материал прокладки представляет собой слой, находящийся рядом с кожей пользователя, и таким образом, первый слой при контакте с жидкостью или другим выделением пользователя. Кроме того, прокладка дополнительно служит для изоляции кожи пользователя от жидкостей, удерживаемых в структуре абсорбентов, и должна быть приятной, мягкой на ощупь и не вызывающей раздражения.

Различные материалы могут быть использованы при формировании прилегающей к телу прокладки по настоящему изобретению, включая апертурированные пластиковые пленки, тканые материалы, нетканые материалы, пористые пены, мозаичные пены и тому подобное. Нетканые материалы, как обнаружено, являются особенно пригодными для использования при формировании прилегающей к телу прокладки, включая полученные из расплава непосредственно или аэродинамическим способом материалы из нитей полиолефинов, полиэфиров, полиамидов (или других подобных волокнообразующих полимеров) или нетканые кардовые материалы из природных полимеров (например, волокна хлопка или вискозы) и/или волокон синтетических полимеров (например, полипропилена или полиэфиров). Например, прилегающая к телу прокладка может быть нетканым, полученным из расплава материалом из волокон синтетического полипропилена, имеющим средний размер волокна (по образцу, содержащему по меньшей мере 10 волокон), изменяющийся в пределах от около 12 до около 48 мкм, а более конкретно от около 18 до около 43 мкм. Нетканый материал может иметь удельную массу (например, изменяющуюся в пределах от около 10 до около 68 г/кв.м, а более конкретно от около 14 до около 42 г/кв. м), объем или толщину, изменяющуюся в пределах от около 0,13 мм до около 1,0 мм, а более конкретно от около 0,18 до около 0,55 мм, и плотность между примерно 0,025 и около 0,12 г/куб.см, а более конкретно между примерно 0,068 и около 0,083 г/куб.см. Кроме того, проницаемость такого нетканого материала может составлять от около 150 до около 5000 дарси. Нетканый материал может быть поверхностно обработан заданным количеством поверхностно-активного вещества, такого как поверхностно-активное вещество Triton X-102 с концентрацией 0,28%, или обработан другим способом для придания заданного уровня смачиваемости и гидрофильности. Если используется поверхностно-активное вещество, оно может быть внутренней добавкой или наноситься на материал с помощью любых обычных средств, таких как распыление, нанесение с помощью валиков, погружение, покрытие с помощью кисти и тому подобное.

Поглощающий слой чаще всего располагается между прилегающей к телу прокладкой и другим слоем, таким как распределительный или удерживающий слой, и находится с ними в тесном контакте, делающем возможным сообщение жидкости. Поглощающий слой, как правило, располагается вслед за внутренней (не открытой) поверхностью прилегающей к телу прокладки. Для дальнейшего увеличения переноса жидкости может быть желательным прикрепить верхнюю и/или нижнюю поверхности поглощающего слоя к прокладке и распределительному слою соответственно. Могут быть использованы соответствующие обычные методики прикрепления, включая, без ограничения, адгезивное связывание (используя адгезивы на основе воды, на основе растворителей и термически активируемые адгезивы), термическое связывание, ультразвуковое связывание, иглопробивное связывание и игольчатое апертурирование, а также сочетания указанных выше и других соответствующих способов скрепления. Если, например, поглощающий слой адгезивно связан с прилегающей к телу прокладкой, количество добавляемого адгезива должно быть достаточным для обеспечения желаемого уровня (уровней) связывания без излишнего ограничения потока жидкости из прокладки в поглощающий слой. Поглощающий материал по настоящему изобретению будет обсуждаться более подробно ниже.

Как описано в упоминаемой ранее совместной заявке на патент МУЛЬТИФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ СОДЕРЖАЩИЕ АБСОРБЕНТ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ ИЗ НИХ, мультифункциональный материал сконструирован таким образом, чтобы помочь функционировать поглощающему материалу 1) принимая часть объема выделения во время принудительного потока, то есть во время самого выделения, 2) десорбируя жидкость из поглощающего материала во время и после выделений, 3) давая возможность части объема выделения проходить через него (мультифункциональный материал) в распределительный материал, и 4) непрерывно поглощая часть выделяемой жидкости. Если используется такой мультифункциональный материал, этот мультифункциональный материал и поглощающий материал должны быть сконструированы для совместного функционирования, как описано в упоминаемой ранее заявке на патент МУЛЬТИФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ СОДЕРЖАЩИЕ АБСОРБЕНТ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ ИЗ НИХ. Основной структурой мультифункционального материала является уникальная смесь из материала суперабсорбента, упругих древесных волокон, сохраняющих большой объем во влажном состоянии, и компонента, стабилизирующего структуру, такого как связующее из полиолефиновых волокон. Мультифункциональный материал обладает проницаемостью примерно 100 и 10000 дарси, капиллярным поверхностным натяжением между примерно 2 и 15 см, скоростью оттока, меньшей 25 мл на 100 мл выделения, в течение всего времени жизни. "Жизнь" мультифункционального материала, как предполагается, составляет три выделения по 100 мл каждое, при этом перерывы между выделениями составляют 30 мин. В порядке достижения требуемого капиллярного поверхностного натяжения и проницаемости является предпочтительным, чтобы мультифункциональный материал содержал между 30 и 75 мас.% суперабсорбента с медленной абсорбцией, между 25 и 70 мас.% древесных волокон и вплоть до примерно 10% связующего компонента. Материал может иметь плотность в пределах между примерно 0,05 и 0,5 г/куб. см. Удельная масса материала будет изменяться в зависимости от применения продукта, но в целом должна составлять между примерно 200 и 700 г/кв. м. Мультифункциональный материал предпочтительно располагается между поглощающим и распределительным слоями.

Распределительный слой должен быть способен перемещать жидкость из точки начального поступления в область, где ее хранение является желательным. Распределение должно иметь место при такой приемлемой скорости, чтобы конечная область выделения, как правило, область промежности, была готова к следующему выделению. Время между поступлениями выделений может изменяться в пределах от всего нескольких минут до часов, как правило, завися от возраста пользователя. В порядке достижения этой функции переноса распределительный слой должен иметь высокое значение капиллярного поверхностного натяжения. Капиллярное поверхностное натяжение в распределительных материалах измеряется просто путем опускания в равновесии в солевой раствор с концентрацией 8,5 г/мл согласно тесту на вертикальную скорость потока, а не с помощью метода тестирования, применяемого для материалов, содержащих суперабсорбенты. Успешно работающий распределительный слой должен иметь капиллярное поверхностное натяжение, большее чем соседний слой (по направлению к пользователю), и предпочтительно капиллярное поверхностное натяжение по меньшей мере около 15 см. Из-за обратного, как правило, соотношения между капиллярным поверхностным натяжением и проницаемостью такое высокое капиллярное поверхностное натяжение указывает на то, что распределительный слой будет, как правило, иметь низкую проницаемость.

Другим свойством в отношении переноса жидкости, желательным для соответствующего распределительного материала, является то, чтобы он проявлял скорость вертикального потока жидкости на высоте около 15 см хотя бы по меньшей мере около 0,002 г/кв.м распределительного материала и на дюйм ширины поперечного сечения распределительного материала, г/(мин•г/кв. м•дюйм), вплоть до примерно 0,01 г/ (мин•г/кв. м•дюйм) (0,004 г/(мин•г/кв. м•см)). Как она здесь используется, величина скорости вертикального потока жидкости для распределительного материала, как подразумевается, представляет собой количество жидкости, переносимое через границу на заданном вертикальном расстоянии от положения централизованного выделения жидкости в минуту на нормированное количество распределительного материала. Скорость вертикального потока жидкости на высоте около 15 см для распределительного материала может быть измерена согласно методу испытаний, описанному здесь.

Другим свойством в отношении переноса жидкости, желательным для распределительного материала, является то, чтобы он проявлял скорость вертикального потока жидкости на высоте около 5 см хотя бы по меньшей мере от около 0,01 г/(мин•г/кв.м•дюйм) (0,004 г/(мин•г/кв.м•см)) до около 0,5 г/(мин•г/кв. м•дюйм) (0,02 г/(мин•г/кв.м•см)). Скорость вертикального потока жидкости на высоте около 5 см для структуры абсорбента может быть измерена согласно методу испытаний, описанному здесь.

Материалы, из которых может быть сделан распределительный слой, включают тканые материалы и нетканые материалы. Например, распределительный слой может быть слоем нетканого материала, состоящего из полученной из расплава непосредственно или аэродинамическим способом сетки из волокон полиолефинов, полиэфиров, полиамидов (или других образующих сетки полимеров). Такие слои нетканого материала могут включать бикомпонентные, неупорядоченные двухкомпонентные и гомополимерные волокна малой или другой длины и смеси таких волокон с другими типами волокон. Распределительный слой также может представлять собой нетканый кардовый материал, полученную на воздухе сетку или полученную из влажных древесных волокон структуру, состоящую из природных и/или синтетических волокон, или их сочетание. Распределительный слой может иметь удельную массу 35 - 300 г/м², или более предпочтительно 80 - 200 г/кв.м, плотность между около 0,1 до 0,5 г/куб.см и проницаемость между примерно 50 и 1000 дарси.

Удерживающие материалы, как правило, представляют собой целлюлозные материалы или суперабсорбенты, или их смеси. Такие материалы, как правило, конструируются для быстрого поглощения жидкостей и их удерживания, как правило, без высвобождения. Суперабсорбенты являются коммерчески доступными от ряда производителей, включая Dow Chemical Company, Midland, MI и Stockhausen GmbH. Как описано в упоминаемой ранее совместной заявке на патент, озаглавленной СОДЕРЖАЩИЕ АБСОРБЕНТ ИЗДЕЛИЯ С КОНТРОЛИРУЕМЫМИ ЗАПОЛНЯЕМЫМИ СТРУКТУРАМИ, удерживающие материалы могут быть разделены на зоны, и их композиция может быть выбрана для переноса жидкостей из зоны, где поступает жидкость, до более удаленных областей хранения. Такая конструкция более эффективно использует изделие с абсорбентом в целом, и в случае подгузника, например, помогает сделать возможным производство изделия с более узкой промежностью. Заполняемые структуры и материалы, рассмотренные в заявке СОДЕРЖАЩИЕ АБСОРБЕНТ ИЗДЕЛИЯ С КОНТРОЛИРУЕМЫМИ ЗАПОЛНЯЕМЫМИ СТРУКТУРАМИ, приводят к тому, что масса жидкости в зоне, где поступает жидкость, составляет в 5 раз меньше, чем в удаленных областях для хранения, после многократных (вплоть до трех) поступлений по 100 мл, а это является значительным усовершенствованием по сравнению с предыдущими конструкциями.

Обратное покрытие иногда упоминается как наружное покрытие и является самым удаленным от пользователя слоем. Наружное покрытие, как правило, формируется из тонкой термопластичной пленки, такой как полиэтиленовая пленка, которая по существу непроницаема для жидкости. Наружное покрытие функционирует, чтобы предотвратить смачивание или загрязнение телесными выделениями, находящимися в структуре, содержащей абсорбент, одежды или постельного белья пользователя или других материалов, соприкасающихся с подгузником. Наружное покрытие может, например, быть полиэтиленовой пленкой, имеющей начальную толщину от около 0,5 мил (0,012 мм) до около 5,0 мил (0,12 мм). Наружное покрытие из полимерной пленки может быть профилировано и/или иметь матовую отделку для придания более эстетичного внешнего вида. Другие альтернативные конструкции для наружного покрытия включают тканые или нетканые материалы из волокон, которые конструируются или обрабатываются для придания желаемого уровня проницаемости для жидкости, или ламинаты, сформированные из тканого или нетканого материала и термопластичной пленки. Наружное покрытие необязательно может состоять из проницаемого для паров или газов микропористого "дышащего" материала, который является проницаемым для паров или газов, но остается по существу непроницаемым для жидкости. Такая проницаемость может придаваться полимерным пленкам, например, путем использования наполнителей при приготовлении полимера или пленки, экструдирования препарата наполнитель/полимер в виде пленки, а затем растягивания пленки в степени, достаточной, чтобы образовать пустоты вокруг частиц наполнителя, тем самым создавая дышащую пленку. Как правило, чем больше используется наполнителя и чем больше степень растяжения, тем больше степень проницаемости для паров и газов. Подкладки могут также исполнять функцию подкладочной детали для механических креплений в случае, например, когда нетканый материал является наружной поверхностью.

В отношении поглощающих материалов, для конструирования поглощающего слоя могут быть использованы различные ткани и нетканые материалы. Например, поглощающий слой может быть слоем нетканого материала, состоящего из полученной из расплава непосредственно или аэродинамическим способом сетки из полиолефиновых нитей. Такие слои нетканого материала могут включать бикомпонентные, неупорядоченные двухкомпонентные и гомополимерные волокна малой или иной длины и смеси таких волокон с другими типами волокон. Поглощающий слой также может быть нетканым кардовым материалом или полученным на воздухе материалом, состоящим из природных и/или синтетических волокон. Нетканый кардовый материал может, например, быть кардовым материалом, склеенным с помощью порошка, кардовым материалом, склеенным с помощью инфракрасного излучения, или склеенным на воздухе кардовым материалом. Нетканые кардовые материалы могут необязательно включать различные смеси из различных волокон, и длины волокон в выбранном материале могут изменяться в пределах от около 3 до около 60 мм. Используемые ранее поглощающие
слои имели удельную массу по меньшей мере около 0,50 унции на квадратный ярд (около 17 г/м²), плотность по меньшей мере около 0,010 г/куб.см при давлении 68,9 Па, толщину по меньшей мере около 1,0 мм при давлении 68,9 Па, восстановление объема по меньшей мере примерно на 75%, проницаемость от около 500 до около 5000 дарси, и площадь поверхности на единичный объем пустот по меньшей мере около 20 см²/куб.см. Примеры поглощающих материалов могут быть найдены в патенте США 5490846 Ellis et al. и в патенте США 5364382 Latimer. Поглощающие слои могут состоять из гидрофобного по существу материала, и гидрофобный материал может необязательно обрабатываться поверхностно-активным веществом или обрабатываться другим образом для придания желаемого уровня смачиваемости и гидрофильности. Поглощающие слои могут иметь в целом однородную толщину и площадь поперечного сечения.

Поглощающий материал по настоящему изобретению сконструирован с учетом ряда критически важных аспектов поглощения и контроля распространения жидкости. Эти критически важные аспекты включают проницаемость, капиллярное поверхностное натяжение, пористую структуру, однородность и восстановление объема.

Структуры поглощающих материалов по настоящему изобретению должны иметь уровни проницаемости от 250 до 1500 дарси в течение всей жизни изделия, чтобы сделать возможным быстрое впитывание жидкости при многократных поступлениях. В сочетании с необходимым диапазоном значений проницаемости поглощающий материал должен иметь уровень капиллярного поверхностного натяжения 1,5-5 см. Этот диапазон значений капиллярного поверхностного натяжения обеспечивает высокую степень контроля жидкости внутри поглощающего материала, в другом случае эта жидкость распространялась бы неконтролируемо при движениях пользователя, вызывая протечки, особенно в конструкциях с узкими промежностями. Когда упоминаются подгузники и изолирующая одежда, узкая промежность - эта такая, которая составляет не более 7,6 см в ширину, более конкретно не более 5 см в ширину.

Желаемый диапазон значений капиллярного поверхностного натяжения достигается путем включения таких смачиваемых волокон, как целлюлозные или синтетические, в сетку поглощающего материала. Поглощающий материал может быть смесью таких целлюлозных и синтетических волокон, или может быть гомогенной структурой из волокон одного типа. Сетка из поглощающего материала должна быть смачиваемой, но не все волокна должны смачиваться до одной и той же степени. Авторы обнаружили, что является выгодным, если по меньшей мере 10 мас.% из этих целлюлозных или синтетических волокон являются хорошо смачиваемым, при этом они должны иметь постоянный контактный угол с синтетической мочой, меньший 50^o. Смачиваемость может достигаться с помощью добавления внутрь или, чаще всего, обработки поверхностно-активным веществом. Далее, диапазон размеров волокон в сетке поглощающего материала составляет от долей денье (0,5 денье или 6,8 мкм) до 30 мкм в диаметре (около 6 денье), а более предпочтительно диапазон значений размеров волокон составляет от 9,6 до около 22 мкм в диаметре. Плотность сетки в поглощающем материале по настоящему изобретению должна быть относительно низкой, предпочтительно изменяясь в пределах от примерно 0,02 до около 0,07 г/куб.см.

Сочетание тонких волокон и низкой плотности обеспечивает большую площадь поверхности волокна при очень высокой степени контроля движения жидкости. Это сочетание также будет приводить к порам в этом типе структуры, которые в значительной степени сообщаются друг с другом. Это означает, что жидкость может двигаться вдоль тонких волокон, достигая объема пустот, создаваемого порами внутри структуры. Тонкие волокна создают поры, которые могут захватывать и удерживать жидкость для улучшенного контроля жидкости по сравнению с ранее известными структурами. Однако, поскольку поры сообщаются в высокой степени, плотно удерживаемая и контролируемая жидкость все еще может десорбироваться практически полностью в лежащие ниже удерживающие (или другие) материалы.

В еще одном аспекте настоящего изобретения волокна, которые формируют поглощающий материал по настоящему изобретению, должны быть распределены в нем равномерно. Равномерное распределение волокон является желательным для того, чтобы обеспечить желаемые свойства капиллярного поверхностного натяжения и проницаемости, представленные по всему объему структуры. Однородность является также важной, чтобы обеспечить возможность сообщения пор, обеспечиваемых данным диапазоном значений размеров волокон и плотности.

Наконец, восстановление объема поглощающего материала помогает поддерживать соответствующие объемы пустот в порядке впитывания и распределения поступающих выделений жидкости, которые могут превосходить 100 мл и составляют от 30 до 150 мл в течение всей жизни материала. "Время жизни материала", как оно здесь используется, моделируется с помощью по меньшей мере трех поступлений, по 100 мл каждое, с перерывами между ними по 30 мин, а "соответствующие объемы пустот" означают объемы пустот в пределах между около 30 и 150 мл. Свойства восстановления объема этих поглощающих материалов обеспечивается с помощью связывания, которое осуществляется во множестве точек пересечения, обеспечиваемых редко расположенными тонкими волокнами.

Ряд структур испытывается с многократными поступающими выделениями в испытаниях, которые используют акриловый карман, который изогнут, чтобы соответствовать кривизне тела реальных пользователей, таких как маленькие дети, которые носят одноразовые подгузники, согласно испытанию MIST. Результаты приведены в таблице 1, где размеры образца приведены в дюймах, n обозначает число раз, которое испытывают структуру, отток после каждого из трех поступлений представлен в миллиметрах, и удерживаемая жидкость представлена в граммах жидкости на 1 г испытуемого материала. Структуры размещают в кармане симметричным образом, так что выделение поступает в центральную часть образца. Объем поступления составляет 100 мл, и оно вводится со скоростью 20 мл/с. Значения оттока регистрируются, а затем образец удаляют из кармана и помещают на структуру удерживающего абсорбента на 5 мин при 0,01 фунта/кв. дюйм (0,62 г/кв.см). Структура абсорбента представляет собой смесь 40/60 вспушенной целлюлозы и гелеобразного суперабсорбента. Через 30 мин поглощающий материал помещают опять в карман, поступает жидкость и регистрируется значение оттока. Процедура поступления жидкости повторяется три раза, чтобы моделировать реальную ситуацию с многократным поступлением жидкости.

Примеры 1-8 представляют собой образцы размерами 4 дюйма (11 см) по ширине на 8 дюймов (23 см) по длине в виде слоев, способных обеспечить 100 мл доступного объема пустот. Примеры 9-11 представляют собой образцы размерами 2 дюйма (5 см) по ширине на 6 дюймов (17 см) по длине в виде слоев, способных обеспечить 100 мл доступного объема пустот. Заметим, что исследуемые образцы содержат примерно 150 куб.см общего объема, вычисленного путем умножения длины на ширину и на толщину. Испытываемая конфигурация, однако, приводит к общей длине, меньшей 10,2 см, доступной и используемой для удерживания поступлений, что соответствует примерно 100 куб.см доступного объема пустот. Эмпирически обнаружено, что образцы в кармане для испытаний MIST используют около 2 дюймов по длине в каждую сторону от точки поступления, или 4 дюйма (10,2 см), а не всю длину образца, что и приводит при вычислениях к объему пустот 100 куб.см.

В то время как таблица 1 иллюстрирует функциональные данные для образцов, которые относятся к области действия настоящего изобретения, таблица 2 иллюстрирует данные относительно структуры композиции для тех же образцов. Материалы в таблице 2 связываются на воздухе. Размеры волокон, весовой процент и типы волокон представлены под заголовками "Волокно 1" и "Волокно 2", и свойства представлены в нумерованных столбцах в указанных единицах. Хотя образцы включают только технологии нетканого кардового материала и склеивания на воздухе, другие технологии также могут обеспечить те структурные особенности, которые создают желаемое функциональное поведение. Заметим, что все нетканые кардовые ткани используют волокна от BASF Fibers, 6805 Morrison Boulevard, Charlotte, NC 28211-3577, и представляют собой бикомпонентные полиэтилен/полиэтилентерефталатные волокна (ПЭ/ПЭТ) типа оболочка/сердцевина с наружным покрытием С S-2 на основе полиэтиленгликоля в качестве Волокна 1. Все склеенные на воздухе материалы используют связующие волокна от Hercules Inc. , Fibers Division, 7107 Alcovy Rd, Covington, GA 30209-2508, которые представляют собой короткие нарезанные бикомпонентные волокна полиэтилен/полипропилен (ПЭ/ПП) типа оболочка/сердцевина типа Т-425 в качестве Волокна 1. Волокна вискозы представляют собой волокна Megre 18453, 1,5 денье от Courtaulds Fibers Incorporated of Axis, Alabama. Вспушенная целлюлоза представляет собой целлюлозу CR 1654 от Kimberly-Clark Corporation of Dallas, TX и является преимущественно полученной с помощью валков древесной массой полыни.

Для поглощающего материала по настоящему изобретению значение оттока для первого поступления должно быть равным или меньшим 30 мл для 100 мл выделения, поступающего со скоростью 20 мл/с, при этом для оставшихся двух поступлений оно равно или меньше 45 мл, для каждого. В наиболее предпочтительных воплощениях все три поступления имеют значения оттока, равные или меньшие 25 мл.

В примерах, которые следуют ниже, свойства компонентов, используемые при вычислениях, являются следующими (табл. 5 и 6).

Заметим, что соотношение между денье и диаметром является следующим:
Диаметр (мкм)=(денье/π•плотность волокна•9•10⁵)^1/2•10⁴.

ПРИМЕРЫ
Пример 1 представляет собой нетканый кардовый материал, который демонстрирует хорошее соотношение желаемых свойств. Эта структура содержит 90 весовых % бикомпонентных волокон ПЭ/ПЭТ типа оболочка/сердцевина, 3 денье, 4,5 дюйма (11,3 см). Стойкая смачиваемая природа у этого материала придается целлюлозой (вискоза, 1,5 денье), присутствующей в количестве 10 вес.%. Уровень капиллярного поверхностного натяжения составляет 1,7 см. При этом уровне целлюлоза не подвергается значительному коллапсу при поступлении жидкости, так что желаемые структурные свойства практически не изменяются во время всех трех поступлений и желаемые свойства распределения жидкости не изменяются существенно во время многократных поступлений. Далее, поскольку в этой структуре присутствует два типа волокон, 1,5 денье или 3 денье, слабо изменяющийся уровень порывистости поддерживает примерно одинаковый диапазон размеров пор в структуре, в результате чего создается структура хорошо сообщающихся пор, в которой десорбция происходит ниже наиболее предпочтительного значения 2 г/г. Материал с хорошей десорбцией подготавливает структуру для следующего поступления путем регенерации объема пустот.

Примеры 2 и 3 представляют склеенные на воздухе материалы, которые включают более высокие уровни целлюлозы (70-80 вес.% вспушенной целлюлозы), чтобы обеспечить природу материала с более продолжительной смачиваемостью. Начальные структурные свойства и начальные уровни капиллярного поверхностного натяжения являются хорошими, и это отражается в очень низких уровнях первых оттоков, однако высокое содержание целлюлозы ведет к значительному коллапсу во влажном состоянии. Конечные свойства и работоспособность трудно поддерживать из-за коллапса во влажном состоянии, и материал примера 3 с 80% вспушенной целлюлозы отказывает при третьем поступлении. Деформация пользователем в рабочем состоянии должна вызывать даже более высокий уровень коллапса для такого материала с высоким содержанием целлюлозы, и уровни протечки должны, вероятно, быть более высокими, чем в примере 1.

Примеры 4 и 5 представляют собой нетканые кардовые материалы и проявляют тенденцию к коллапсу во влажном состоянии и к удержанию жидкости, когда концентрация компонента с низким модулем жесткости во влажном состоянии увеличивается. Пример 4 содержит 10% вискозы, 1,5 денье, чтобы придать смачиваемость поглощающему материалу, в то время как пример 5 содержит 50% вискозы, 1,5 денье, для придания таких свойств. Оба материала имеют приемлемые значения оттока, но материал примера 5 с более высоким содержанием целлюлозы коллапсирует во влажном состоянии, и по этой причине имеет более высокие значения второго и третьего оттока.

В примере 6 содержание целлюлозы вспушенной составляет 40 вес.% гораздо меньше, чем 80% уровень в склеенных на воздухе материалах примера 3. При этом уровне в 40%, с 60% синтетического компонента, 6 денье, значения оттока являются низкими и сохраняются от одного поступления до другого, поскольку структурные свойства материала изменяются меньше. Пример 6 иллюстрирует предпочтительное соотношение свойств для технологии склеивания на воздухе.

Примеры 7-9 опять представляют собой материалы из нетканой кардовой сетки, но в отличие от примера 1 эти примеры используют 100% синтетику с обработкой для смачиваемости, чтобы обеспечить смачиваемую природу. Эти образцы обладают необходимым капиллярным поверхностным натяжением и проницаемостью, но создаются на основе полностью синтетических волокон с поверхностной обработкой для придания смачиваемости. Поверхностные обработки поверхностно-активными веществами с соответствующим временем жизни могут способствовать созданию соответствующих структур материалов по настоящему изобретению.

Хотя все примеры материалов работают достаточно хорошо, структуры с более высоким капиллярным поверхностным натяжением и с более низкой проницаемостью обеспечивают лучшие рабочие характеристики этих образцов. Функциональные данные иллюстрируют, что структуры материалов по настоящему изобретению могут также обеспечить необходимые значения оттока для конструкций с узкой промежностью. Однако низкая проницаемость, происходящая от более высокой плотности, приводит к возможным ограничениям впитывания при высоких объемах пустот. Далее, при высокой плотности для создания соответствующего объема пустот требуется более высокая масса. Наиболее предпочтительные структуры для наиболее низких значений оттока при многократных поступлениях, наилучших скоростей впитывания и наиболее низкой массы для требуемого объема пустот должны содержать волокна самого маленького диаметра (0,5 денье) и с наиболее смачиваемой поверхностью (контактный угол с мочой ≤ 30^o), и иметь наиболее однородную, стабильную структуру на уровне пор.

Технология и недостатки природных материалов ограничивают сборку требуемой структуры для оптимального соотношения рабочих характеристик впитывания, но этот материал может быть определен и моделироваться с помощью современных средств математического моделирования. Модельные примеры из таблицы 3 иллюстрируют подходящие структуры из средств математического моделирования, которые создаются путем подбора размера волокон, плотности материала и контактного угла в пределах существующих ограничений и вычисления других параметров для достижения желаемой проницаемости. Модельные примеры могут быть вычислены путем использования модели проницаемости, подобной уравнению Козени-Кармана, которое известно специалистам в данной области. Согласие между вычисленными и измеренными значениями проницаемости можно увидеть с помощью данных в таблице 2, где примеры 1-6 представляют как измеренные, так и вычисленные проницаемости, которые согласуются удовлетворительно. Как только размер волокна и плотность материала устанавливаются, контактный угол, требуемый для достижения желаемого капиллярного поверхностного натяжения, вычисляется с помощью использования, например, уравнения Лапласа, которое хорошо известно специалистам в данной области.

Используя данные таблицы 3 и сравнивая модельный пример А с В, С с D, и Е с F, можно увидеть преимущества уменьшения размера волокна и плотности материала в отношении массы, необходимой для достижения определенного уровня объема пустот. Необходимо отметить, что для заданного уменьшения размера волокна, плотность материала должна также быть уменьшена в порядке поддержания заданного уровня проницаемости. Сравнивая модельный пример А с С, можно увидеть, что дополнительная масса требуется для обеспечения объема пустот для структуры с более низкой проницаемостью, когда используется волокно одного и того же размера. Сравнивая модельные образцы В, D, G, можно увидеть, что плотность материала определяет требования к массе, необходимой для достижения заданного объема пустот. Преимущество использования меньших размеров волокон заключается в способности достижения более низкой проницаемости при той же массе волокон.

Таблица 4 описывает материалы сравнительных примеров, которые не попадают в область действия настоящего изобретения. Все они являются образцами размером 4 дюйма (11 см) на 8 дюймов (23 см). В таблице 4 "техн. формирования" относится к способу получения материала, где BCW означает нетканый кардовый материал, а получение из расплава и склеивание на воздухе имеют их обычные значения. Плотность приведена в г/куб.см, К представляет собой вычисленную проницаемость в дарси, BW представляет удельную плотность в граммах на квадратный метр, а отток для трех поступлений представлен в мл. Первые три примера в этой таблице иллюстрируют материалы, полученные согласно патенту США 5364382.

Сравнительный пример 1 представляет нетканый кардовый материал, который является смесью волокон хлопка малого диаметра (1,5 денье) и ПЭТ большого диаметра (40 денье). Эта большая разница в размерах волокон создает разброс размеров пор, что ухудшает сообщаемость пор внутри структуры. Большие размеры пор поддерживают уровень капиллярного поверхностного натяжения низким и вне рамок настоящего изобретения, несмотря на то, что в структуре содержится смачиваемый компонент (хлопок). Далее, разброс размеров пор приводит к возникновению локальных областей, которые имеют уровни проницаемости, превышающие средние вычисленные и представленные в таблице 4 уровни. Эти области в материале очень слабо контролируют жидкость. Низкое капиллярное поверхностное натяжение и присутствие областей с высокой проницаемостью приводят к высоким значениям оттока, которые лежат вне рамок настоящего изобретения.

Сравнительный пример 2 также представляет нетканый кардовый материал, где смешаны волокна с широким диапазоном размеров. В этом случае капиллярное поверхностное натяжение является низким, а проницаемость является высокой по всей структуре, что приводит к неприемлемым, даже более высоким значениям оттока.

Сравнительный пример 3 представляет технологию формирования из расплава, снова с очень широким диапазоном размеров волокон, как показывает среднеквадратичное стандартное отклонение, что приводит к возникновению локальных областей с высокой проницаемостью, и по этой причине, с пониженным контролем над жидкостью.

Последние четыре структуры в таблице 4 иллюстрируют материалы, полученные склеиванием на воздухе и нетканые кардовые материалы, которые также на попадают в область действия настоящего изобретения.

Сравнительный пример 4, например, имеет начальный уровень капиллярного поверхностного натяжения, который превышает желаемый уровень 5 см, и проницаемость, более низкую, чем желаемый предел 250 дарси. Хотя эти уровни делают возможными приемлемые значения оттока при первом поступлении, высокое содержание целлюлозы в сочетании с более тонкими волокнами не дает возможности поддерживать работоспособность. Коллапс во влажном состоянии вызывает увеличение капиллярного поверхностного давления и уменьшение проницаемости, что приводит к высоким и неприемлемым значениям оттока при втором и третьем поступлении. Сравнительный пример 5 иллюстрирует подобный же механизм коллапса во влажном состоянии при высоких оттоках для второго и третьего поступлений.

Сравнительный пример 6 представляет структуру нетканого кардового материала, которая находится вблизи допустимых пределов по уровням, как капиллярного поверхностного натяжения, так и проницаемости, но смесь больших и малых волокон приводит к тому, что эти два свойства не являются однородно поддерживаемыми по всей структуре. Хотя разница в размерах волокон не является такой большой, как в сравнительных примерах 1, 2 и 3, эта разница является достаточно большой, чтобы вызвать разброс в размерах пор и неадекватный контроль над жидкостью.

Наконец, сравнительный пример 7 представляет собой полученную склеенную на воздухе структуру, которая использует очень высокое содержание целлюлозы (80%). С таким содержанием вспушенной целлюлозы начальная функциональная характеристика является хорошей, но коллапс во влажном состоянии не дает возможности получения хорошей работоспособности при втором и третьем поступлениях.

Хотя только немногие примерные воплощения настоящего изобретения подробно описаны выше, специалисты в данной области легко обнаружат, что множество таких модификаций являются возможными в отношении этих примерных воплощений без существенного отклонения от новых особенностей и преимуществ настоящего изобретения. Соответственно, все такие модификации, как предполагается, должны включаться в рамки области действия настоящего изобретения, определяемой ниже в формуле изобретения. В формуле изобретения зависимые и независимые пункты предназначаются для включения в них структур, описанных здесь, в качестве осуществляющих упомянутую функцию, и не только структурных эквивалентов, но также и эквивалентных структур. Так, хотя гвоздь и шуруп не могут быть структурными эквивалентами, потому что гвоздь использует цилиндрическую поверхность для скрепления деревянных деталей вместе, в то время как шуруп использует геликоидальную поверхность, в окружении скрепляемых деревянных деталей гвоздь и шуруп могут быть эквивалентными структурами.

Изобретение относится к изделиям гигиены, содержащим структуры с абсорбентами, которые используются в одноразовых подгузниках, изделиях для страдающих недержанием, в изолирующей одежде для детей или гигиенических прокладках. Поглощающий материал, предназначенный для изделий личной гигиены, представляет собой смачиваемый материал из волокон диаметром не более 30 мкм. Материал имеет проницаемость, изменяющуюся в пределах между примерно 250 и 1500 дарси, капиллярное натяжение, изменяющееся в пределах между примерно 1,5 и 5 см. Проницаемость и капиллярное поверхностное натяжение поддерживаются в течение всего периода использования материала. Является предпочтительным, чтобы этот материал имел плотность, изменяющуюся в пределах между примерно 0,02 и 0,07 г/куб.см. Материал позволяет быстро впитывать, а затем контролировать распределение поступившей порции жидкости по слоям. 6 с. и 13 з.п. ф-лы, 1 ил., 8 табл.

1. Поглощающий материал, предназначенный для изделий личной гигиены, включающий смачиваемый материал из волокон диаметром не более 30 мкм, причем материал имеет проницаемость, изменяющуюся в пределах между примерно 250 и 1500 дарси, капиллярное поверхностное натяжение, изменяющееся в пределах между примерно 1,5 и 5 см, и который поддерживает эту проницаемость и капиллярное поверхностное натяжение в течение всей жизни материала. 2. Изделие личной гигиены, выполненное из поглощающего материала по п.1, выбираемое из группы, состоящей из подгузников, изолирующей одежды, поглощающего белья, изделий для взрослых, страдающих недержанием, и изделий гигиены женщин. 3. Изделие по п.2, в котором указанное изделие личной гигиены представляет собой изделие гигиены женщин. 4. Изделие по п.2, в котором указанное изделие личной гигиены представляет собой изделие для взрослых, страдающих недержанием. 5. Изделие по п.2, в котором указанное изделие личной гигиены представляет собой подгузник. 6. Изделие по п.5, имеющее ширину промежности не более 7,6 см. 7. Изделие по п.2, в котором поглощающий материал имеет значение оттока менее 25 мл для каждого из трех поступлений по 100 мл, поступающих со скоростью 20 мл/с через интервалы 30 мин между поступлениями, согласно испытанию с многократными поступлениями. 8. Поглощающий материал, предназначенный для изделий личной гигиены, включающий материал, имеющий по меньшей мере 10 вес.% смачиваемых волокон диаметром не более 30 мкм, причем указанный материал получают с помощью способа, выбранного из группы, состоящей из кардирования и связывания, и склеивания на воздухе, и где указанный материал имеет плотность от около 0,02 до около 0,07 г/куб.см и капиллярное поверхностное натяжение между около 1,5 и 5 см. 9. Изделие личной гигиены, выполненное из поглощающего материала по п.8, выбираемое из группы, состоящей из подгузников, изолирующей одежды, поглощающего белья, изделий для взрослых, страдающих недержанием, и изделий гигиены женщин. 10. Изделие по п.9, в котором указанное изделие личной гигиены представляет собой изделие гигиены женщин. 11. Изделие по п.9, в котором указанное изделие личной гигиены представляет собой изделие для взрослых, страдающих недержанием. 12. Изделие по п.9, в котором указанное изделие личной гигиены представляет собой подгузник. 13. Изделие по п.12, имеющее ширину промежности не более 7,6 см. 14. Поглощающий материал, предназначенный для изделий личной гигиены, включающий материал из около 10 до 100 вес.% смачиваемых волокон диаметром не более 30 мкм, причем указанный материал имеет плотность от около 0,02 до около 0,07 г/куб.см, проницаемость между примерно 250 и 1500 дарси, капиллярное поверхностное натяжение между около 1,5 и 5 см, и который поддерживает указанные проницаемость и капиллярное поверхностное натяжение в течение трех поступлений жидкости по 100 мл каждое, где перерывы между поступлениями составляют 30 мин. 15. Изделие личной гигиены, выполненное из поглощающего материала по п. 14, выбираемое из группы, состоящей из подгузников, изолирующей одежды, поглощающего белья, изделий для взрослых, страдающих недержанием, и изделий гигиены женщин. 16. Изделие по п.15, в котором указанное изделие личной гигиены представляет собой изделие гигиены женщин. 17. Изделие по п.15, в котором указанное изделие личной гигиены представляет собой изделие для взрослых, страдающих недержанием. 18. Изделие по п.15, в котором указанное изделие личной гигиены представляет собой подгузник. 19. Изделие по п.16, имеющее ширину промежности не более 7,6 см.