тонкая, обладающая высокой впитывающей способностью структура и способ ее изготовления

Формула изобретения

1. Однослойная впитывающая подушечка, содержащая один уплотненный слой, включающий между 30 и 85 мас.% супервпитывающего материала, равномерно смешанного с распушенной пульпой в количестве от 15 до 70 мас.%, причем супервпитывающий материал имеет прочность геля по меньшей мере 0,65; при этом однослойную впитывающую подушечку сжимали до плотности, превышающей около 0,28 г/см³ , и толщины между 0,5 и 3,0 мм, и при этом она имеет впитывающую способность между 14 до 40 г раствора соли концентрацией 0,9 мас./об.% на 1 г впитывающей подушечки и энергию бокового сжатия между 2726,3 и 3614,8 до 50% сжатия.

2. Впитывающая подушечка по п.1, где впитывающая подушечка обладает плотностью, превышающей 0,30 г/см³.

3. Впитывающая подушечка по п.1, где впитывающая подушечка обладает плотностью, превышающей 0,32 г/см³.

4. Впитывающая подушечка по пп.1-3, где впитывающая подушечка содержит от 40 до 80 мас.% супервпитывающего материала.

5. Впитывающая подушечка по пп.1-3, где впитывающая подушечка содержит от 50 до 75 мас.% супервпитывающего материала.

6. Впитывающая подушечка по п.1, дополнительно содержащая множество искусственных волокон.

7. Впитывающая подушечка по п.1, дополнительно содержащая множество частиц носителя.

8. Впитывающая подушечка по п.1, где впитывающая подушечка имеет толщину от 0,6 до 2,5 мм.

9. Впитывающая подушечка по п.1, где впитывающая подушечка имеет толщину от 0,7 до 2,0 мм.

10. Впитывающая подушечка по п.1, где впитывающая подушечка имеет впитывающую способность, составляющую по меньшей мере 18 г раствора соли на 1 г впитывающей подушечки.

11. Впитывающая подушечка по п.1, в которой супервпитывающий материал обладает прочностью геля, равной по меньшей мере 0,75.

12. Впитывающая подушечка по п.1, в которой супервпитывающий материал образует градиент внутри впитывающей подушечки.

13. Впитывающая подушечка по п.12, в которой впитывающая подушечка включает больше супервпитывающего материала на первом конце, чем на втором конце, противоположном первому концу.

14. Впитывающая подушечка по п.12, в которой впитывающая подушечка включает больше супервпитывающего материала вдоль первой поверхности, чем вдоль второй поверхности, противоположной первой поверхности.

15. Впитывающая подушечка по пп.12-14, в которой концентрация супервпитывающего материала изменяется по градиенту на от 0,05 до 0,35 г/см³.

16. Впитывающая подушечка по любому из пп.1-14, дополнительно содержащая оберточный материал, окружающий впитывающую подушечку.

17. Впитывающее изделие, содержащее впитывающую подушечку по любому из пп.1-15.

18. Впитывающее изделие по п.17, в котором впитывающее изделие выбрано из группы, состоящей из подгузника, тренировочных трусов, одежды для плавания и изделий женской гигиены.

19. Способ изготовления впитывающей подушечки по любому из пп.1-15, предусматривающий стадии

равномерного смешивания супервпитывающего материала и распушенной пульпы в формирующей камере барабанной формирующей машины, встроенной в технологическую линию;

обертывания пористого материала на формирующее сито на формирующем барабане барабанной формирующей машины;

формирования впитывающей подушечки из равномерно смешанных супервпитывающего материала и распушенной пульпы, когда равномерно смешанный супервпитывающий материал и распушенная пульпа выходят из формирующей камеры на формирующее сито; и сжатия впитывающей подушечки до плотности, превышающей 0,28 г/см ³, после выгрузки впитывающей подушечки с формирующего сита.

20. Способ по п.19, дополнительно предусматривающий направления дополнительной массы равномерно смешанного супервпитывающего материала и распушенной пульпы по меньшей мере на одну область впитывающей подушечки.

21. Способ по п.19, дополнительно предусматривающий стадию увлажнения равномерно смешанного супервпитывающего материала и распушенной пульпы.

22. Способ по п.19, дополнительно предусматривающий стадию нанесения на впитывающую подушечку выдавливаемого узора.

Приоритеты:

20.12.2000 - пп.1, 2, 4-10, 16-22;

24.08.2001 - пп.3, 11-15, п.1 в части значения прочности геля по меньшей мере 0,65.

Описание изобретения к патенту

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к тонкой, гибкой, обладающей высокой впитывающей способностью впитывающей подушечке. Впитывающую подушечку можно изготовить с помощью барабанной формирующей машины, встроенной в технологическую линию.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Многие известные впитывающие композитные материалы, которые включают материал, обладающий высокой впитывающей способностью, содержат этот материал, обладающий высокой впитывающей способностью, в относительно низких концентрациях. То есть многие впитывающие композитные материалы включают целлюлозные волокна, полученные аэродинамическим способом, и менее 30 мас.% материала, обладающего высокой впитывающей способностью. Это обусловлено несколькими факторами.

Многие материалы, обладающие высокой впитывающей способностью, неспособны впитывать жидкость с той скоростью, с которой жидкость поступает во впитывающие композитные материалы во время их использования. В связи с этим для того, чтобы временно удерживать жидкость, пока материал, обладающий высокой впитывающей способностью, сможет впитать ее, желательна относительно высокая концентрация волокнистого материала. Кроме того, волокна служат для разделения частиц материала, обладающего высокой впитывающей способностью, так чтобы не происходило блокирование геля. Блокирование геля относится к ситуации, в которой частицы материала, обладающего высокой впитывающей способностью, при набухании деформируются и блокируют промежутки между частицами или между частицами и волокнами, что препятствует протеканию жидкости через эти промежутки.

В патенте США US №5147343, выданном 15 сентября 1992 г. (Келленбергер), описан впитывающий композитный материал, приспособленный для преодоления затруднений, связанных с блокированием геля. В патенте США US №5147343 описано использование сверхвпитывающего материала, который может впитывать по меньшей мере 27 мл водного раствора хлорида натрия концентрацией 0,9 мас.% на 1 г сверхвпитывающего материала, когда сверхвпитывающий материал находится под действием удерживающего давления, составляющего 21000 дин/см². Когда сверхвпитывающий материал находится в виде дискретных частиц, по меньшей мере около 50 мас.% сверхвпитывающего материала имеет размер, превышающий средний размер пор пористой волокнистой матрицы, находящейся во влажном состоянии. Утверждают, что описанные композитные впитывающие материалы содержат до около 90 мас.% сверхвпитывающего материала.

Наличие относительно низкой концентрации материала, обладающего высокой впитывающей способностью, и относительно высокой концентрации волокнистого материала приводит к производству композитного впитывающего материала, который становится относительно толстыми. В некоторых случаях использование относительно толстого композитного впитывающего материала в одноразовом впитывающем изделии является приемлемым. Однако в последние годы становится все более желательным изготавливать композитные впитывающие материалы, которые являются тонкими по сравнению с более традиционными композитными впитывающими материалами, но которые все же обладают такой же впитывающей способностью. Тонкие впитывающие материалы придают изделию внешний вид, более похожий на предмет одежды, а также более значительную свободу движений при ношении под одеждой. Желание изготовить относительно тонкие композитные впитывающие материалы привело к желанию включать в композитные впитывающие материалы все большее количество материала, обладающего высокой впитывающей способностью. Это обусловлено тем, что впитывающая способность таких материалов, обладающих высокой впитывающей способностью, по существу во много раз превышает впитывающую способность волокнистых материалов. Например, волокнистая матрица, изготовленная из распушенной древесной пульпы, может впитать примерно 7-9 г жидкости (такой как раствор соли концентрации 0,9 мас.%) на 1 г распушенной древесной пульпы, тогда как материал, обладающий высокой впитывающей способностью, может впитать по меньшей мере около 15, предпочтительно - по меньшей мере около 20, а часто - по меньшей мере около 25 г жидкости, такой как раствор соли концентрации 0,9 мас.%, на 1 г материала, обладающего высокой впитывающей способностью.

В патенте США US №5601542, выданном 11 февраля 1997 г. (Melius и др.), описан композитный впитывающий материал, включающий супервпитывающий материал, содержащийся в средствах удерживания. Супервпитывающий материал обладает коэффициентом впитывания при надавливании, равным по меньшей мере 100, и количеством экстрагирующихся за 16 ч веществ, равным менее около 13 мас.%;

показателем повышения давления при впитывании, равным по меньшей мере 100, и временем вихревой обработки, равным менее около 45 с; или коэффициентом впитывания при надавливании, равным по меньшей мере 110. Супервпитывающий материал содержится в средствах удерживания в количестве от около 30 до около 100 мас.% в расчете на суммарную массу средств удерживания и супервпитывающего материала.

Патент США US №5149335, выданный 22 сентября 1992 г. Kellenberger, относится к впитывающей структуре, содержащей супервпитывающий материал в относительно высокой концентрации. Точнее, в патенте США US №5149335 описано использование супервпитывающего материала, обладающего некоторыми характеристиками впитывания, которые желательны для использования супервпитывающего материала при относительно высоких концентрациях. Точнее, описан супервпитывающий материал, обладающий значением 5-минутной впитывающей способности под нагрузкой, равной по меньшей мере 15 г/г, и длительностью набухания в свободном состоянии, равной по меньшей мере около 60 с.

При стремлении получить тонкие композитные впитывающие материалы часто ухудшаются другие желательные характеристики, такие как впитывающая способность и эластичность. Очень часто в случаях, когда впитывающие подушечки уплотняют для придания большой впитывающей способности в тонком виде, в подушечке образуются местные уплотнения, что приводит к жесткости и неоднородности впитывающего материала, содержащегося в подушечках. С другой стороны, если изготовить тонкие подушечки, обладающие меньшей плотностью, то полученные подушечки могут быть эластичными, однако тонкими, обладающие низкой плотностью подушечки обладают низкой впитывающей способностью. Обладающие низкой плотностью и высокой впитывающей способностью подушечки, которые являются эластичными, обычно оказываются толстыми и объемными, выглядят на пользователе громоздкими и кажутся пользователям неудобными.

Известны разные способы изготовления впитывающих подушечек. Впитывающие подушечки, обладающие высокой впитывающей способностью, обычно изготавливают на обычной барабанной машине, формирующей впитывающие материалы путем проводимого в формирующей камере смешивания супервпитывающего материала и распушенной пульпы. Высокие концентрации супервпитывающего полимера и равномерное перемешивание впитывающих компонентов может привести к затруднениям в обеспечении удерживания супервпитывающего полимера как во время формирования, так и в готовом изделии. Потери супервпитывающего полимера, происходящие во время формирования подушечки, могут привести к значительной неоднородности распределения супервпитывающего полимера, несогласованным рабочим характеристикам, большим отходам сырья и нарушениям нормального технологического режима вследствие загрузки системы утилизации супервпитывающим полимером.

Необходимы или желательны впитывающие подушечки, которые являются тонкими, эластичными и обладают высокой впитывающей способностью.

Также необходим или желателен способ изготовления хорошо перемешанных, однородных впитывающих подушечек.

Также необходим или желателен способ изготовления впитывающих подушечек, в котором можно было бы свести к минимуму потери супервпитывающего полимера.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к тонкой, эластичной, обладающей высокой впитывающей способностью подушечке и способу изготовления такой впитывающей подушечки. Впитывающая подушечка в больших концентрациях содержит супервпитывающий полимер (СВП), равномерно перемешанный с распушенной целлюлозной пульпой. Альтернативно, СВП может быть размещен во впитывающей подушечке по градиентной схеме. Впитывающую подушечку подвергают сжатию до высокой плотности, чтобы получить тонкую, обладающую высокой впитывающей способностью подушечку, соответствующую настоящему изобретению. Впитывающую подушечку включают непосредственно во впитывающее изделие. Впитывающая подушечка обладает толщиной между около 0,5 и 3,0 мм, и впитывающей способностью, измеренной с помощью описанного в настоящем изобретении испытания на впитывающую способность при давлении, равном 0,5 фунт/дюйм, составляющей между около 80 до 800 г раствора соли производства компании Ricca Chemical Company of Arlington, TX, обладающего концентрацией, равной 0,9 мас./об.%. Уплотненная подушечка обладает хорошими характеристиками бокового сжатия, обеспечивающими удобство и приемлемость для пользователя. Впитывающая способность тонкой, обладающей высокой впитывающей способностью подушечки сравнима со впитывающей способностью традиционной, не столь тонкой, обладающей низкой плотностью впитывающей подушечки. Во впитывающую подушечку также можно добавить другие компоненты, такие как искусственные волокна, частицы материала-носителя и различные химические добавки или лечебные средства.

Тонкую, обладающую высокой впитывающей способностью подушечку по изобретению, можно изготовить на традиционной встроенной в технологическую линию барабанной машине для формирования впитывающих материалов путем проводимого в формирующей камере равномерного перемешивания больших количеств СВП и распушенной пульпы. Потери СВП можно свести к минимуму посредством использования тканого полиэфирного материала, предпочтительно обладающего порами, размером около 300 мкм, обернутого вокруг формирующего барабана для закрывания формирующих сит. Альтернативно, можно использовать микроперфорированные формирующие сита, обладающие отверстиями, размером, около 300 мкм или менее. Отверстия в материале или сите должны быть достаточно малыми, чтобы захватить большую часть частиц СВП, при этом оставаясь достаточно большими, чтобы обеспечить высокую проницаемость, достаточную для формирования подушечки. В отличие от случая использования автономной барабанной формирующей машины, при использовании барабанной формирующей машины, встроенной в технологическую линию, на участки, на которых впитывающий материал особенно необходим, можно нанести дополнительное количество впитывающего материала и придать им дополнительную впитывающую способность. Например, можно сформировать подушечку специальной формы, такой как форма песочных часов и т.п., или дополнительное количество материала можно разместить на конкретном участке путем создания более глубокого кармана в формирующем сите. В верхней передней части формирующей камеры можно разместить специальную форсунку для диспергирования СВП, что обеспечит равномерное перемешивание СВП с распушенной пульпой. Подушечку можно поместить на ткань-носитель, оберточную ткань или аналогичный материал. После формирования впитывающей подушечки она выходит из формирующей камеры в состоянии с низкой плотностью и затем ее необходимо уплотнить. Уплотнение можно выполнить с помощью традиционного уплотняющего валка или каландра с подогревом. Увлажнение композитного материала может улучшить уплотнение и способствовать обеспечению пониженного значения бокового сжатия или жесткости. Уменьшить жесткость также можно путем выдавливания узора.

С учетом вышеизложенного особенностью и преимуществом настоящего изобретения является обеспечение тонкой, эластичной, обладающей высокой впитывающей способностью подушечки. Другой особенностью и преимуществом настоящего изобретения является обеспечение способа изготовления хорошо перемешанной, однородной впитывающей подушечки, при котором можно свести к минимуму потери супервпитывающего полимера.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг.1 - вид спереди в перспективе впитывающей подушечки.

Фиг.2 - вид сверху тренировочных трусов для детей в частично разобранном, растянутом плоском состоянии, на котором показана поверхность изделия, которая при ношении изделия обращена к пользователю, и с участками, вырезанными, чтобы показать расположенные ниже участки впитывающей подушечки.

Фиг.3 - вид сверху устройства, использующегося для изготовления впитывающей подушечки.

Фиг.4 - вид сверху смешивающей форсунки, используемой для равномерного перемешивания супервпитывающего материала и распушенной пульпы.

Фиг.5 - диаграмма, характеризующая время впитывания для различных испытываемых впитывающих подушечек.

Фиг.6 - диаграмма, характеризующая время поступления для 5 из 8 различных испытываемых впитывающих подушечек.

Фиг.7 - диаграмма, характеризующая время поступления для 3 из 8 различных испытываемых впитывающих подушечек.

Фиг.8 - вид сверху впитывающей подушечки, обладающей фасонной формой.

Фиг.9 - вид оборудования для определения способности удерживать жидкость для впитывающей структуры.

Фиг.10 - вид оборудования для определения впитывающей способности под нагрузкой (ВСН) впитывающей структуры; и

Фиг.11 и 12 - виды оборудования для определения проницаемости слоя геля супервпитывающего материала.

ОПРЕДЕЛЕНИЯ

В контексте данного описания все термины и фразы, приведенные ниже, включают следующее значение или значения.

"Барабанная формирующая машина" представляет собой оборудование, используемое для изготовления впитывающих подушечек, и включает вращающийся барабан, поддерживающий перфорированную мембрану, через которую источником вакуума продувается воздух. Сырье, такое как волокна из пульпы или СВП и другие компоненты, направляют на перфорированную поверхность с помощью потока воздуха.

"Градиент" означает постепенное изменение значения физической величины, такой как количество супервпитывающего материала, находящегося на различных участках впитывающей подушечки, или другой характеристики подушечки, такой как масса, плотность и т.п.

"Высокая прочность геля" характеризует материал, обладающий значением прочности геля, превышающим 0,65, предпочтительно превышающим 0,75 или предпочтительно превышающим 0,85, причем прочность геля определяется путем деления значения ВСН, умноженного на 0,9, на значение удерживающей способности при центрифугировании (УСЦ).

"Равномерное перемешивание" относится к однородному перемешиванию двух или более веществ, содержащихся в композиции, так чтобы значение количества каждого из веществ оставалось по существу основном одинаковым по всей композиции.

"Слой" при использовании в единственном числе может обладать двумя значениями - означать один элемент или множества элементов.

"Продольный" и "поперечный" обладают своими обычными значениями, как указано продольной и поперечной осями на Фиг.2. Продольная ось расположена в плоскости изделия и обычно параллельна вертикальной плоскости, которая при надетом изделии разделяет тело стоящего пользователя пополам, на левую и правую половины. Поперечная ось расположена в плоскости изделия и по существу перпендикулярна продольной оси. Приведенное на чертеже изделие в продольном направлении является более длинным, чем в поперечном направлении.

"Выдуваемые из расплава волокна " означают волокна, сформированные путем экструзии расплавленного термопластичного материала через множество тонких, обычно круглых, капиллярных каналов экструзионной головки в виде тонких нитей или элементарных волокон в сходящиеся высокоскоростные потоки нагретого газа (например, воздуха), утончающих элементарные волокна расплавленного термопластичного материала для уменьшения их диаметра, который может соответствовать диаметру микроволокна. После этого выдуваемые из расплава волокна переносятся высокоскоростным газовым потоком и укладываются на принимающую поверхность с образованием материала, состоящего из случайным образом диспергированных выдуваемых из расплава волокон. Такой способ раскрыт, например, в патенте США №3849241, выданном Butin и др. Выдуваемые из расплава волокна представляют собой микроволокна, которые могут быть непрерывными или дискретными, обычно обладают тониной, равной менее около 0,6 денье, и являются по существу самосвязывающимися при нанесении на принимающую поверхность. Выдуваемые из расплава волокна, используемые в настоящем изобретении, являются по существу непрерывными по длине.

"Встроенный в технологическую линию" означает встроенный технологический способ, который является составной частью способа изготовления потребительского впитывающего изделия, обычно начинающегося от сырья, и заканчивающийся впитывающим изделием, обычно в упакованном виде.

"Полимеры" включают гомополимеры, сополимеры, такие как, например, блок-сополимеры, привитые, статистические и чередующиеся сополимеры, тройные сополимеры и т.п. и их смеси и модификации, но не ограничиваются ими. Кроме того, если не введено специального ограничения, то термин "полимер" включает все возможные геометрические конфигурации материала. Такие конфигурации включают изотактическую, синдиотактическую и атактическую структуры, но не ограничиваются ими.

"Супервпитывающее вещество " или "супервпитывающий материал " означает набухающий в воде, нерастворимый в воде органический или неорганический материал, который при наиболее благоприятных условиях может впитать количество водного раствора, содержащего 0,9 мас.% хлорида натрия, равное по меньшей мере 15-кратной его массе, более предпочтительно по меньшей мере 30-кратной его массе. Супервпитывающие материалы могут представлять собой натуральные, синтетические и модифицированные натуральные полимеры и материалы. Кроме того, супервпитывающие материалы могут представлять собой неорганические материалы, такие как силикагели, или органические соединения, такие как сшитые полимеры.

"Поверхность" включает любой слой, пленку, тканый, нетканый, ламинированный, композитный материал и т.п., являющийся проницаемым или непроницаемым для воздуха, газа и/или жидкостей.

В остальных частях настоящего описания для этих терминов могут быть приведены дополнительные определения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ В НАСТОЯЩЕЕ ВРЕМЯ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к тонкой, эластичной, обладающей высокой впитывающей способностью впитывающей подушечке. Впитывающую подушечку можно изготовить с помощью барабанной формирующей машины, встроенной в технологическую линию, которую можно объединить со способом производства впитывающего изделия. Впитывающую подушечку по изобретению можно подходящим образом включить во впитывающие изделия. Термин "впитывающее изделие" включает (без наложения ограничений) подгузники, тренировочные трусы, одежду для плавания, впитывающее мужское нижнее белье, салфетки для младенцев, изделия для страдающих недержанием, средства личной гигиены для женщин и медицинские впитывающие изделия (например, впитывающую медицинскую одежду, подкладные подушечки для больных, перевязочные материалы, простыни и медицинские салфетки). При использовании в настоящем изобретении термин "изделия для страдающих недержанием" включает нижнее белье для детей, впитывающую одежду для детей и подростков, которым это необходимо, таких как дети, страдающие аутизмом, и другие, страдающие расстройствами мочевого пузыря/кишечника вследствие инвалидности, а также впитывающую одежду для пожилых взрослых, страдающих недержанием, но не ограничивается ими.

Ссылаясь на Фиг.1, показана впитывающая подушечка 20, соответствующая настоящему изобретению. Впитывающая подушечка 20 включает верхнюю поверхность 22, которой придана такая конфигурация, чтобы она была направлена к пользователю и/или соприкасалась с пользователем, нижнюю поверхность 24, противоположную верхней поверхности 22, которой придана такая конфигурация, чтобы она была обращена от пользователя. Впитывающей подушечке 20 могут быть приданы такие размер и форма, чтобы она подходила практически для любого впитывающего изделия. Примерами подходящей формы является овальная, прямоугольная форма и форма песочных часов.

Впитывающая подушечка 20 обычно является сжимаемой, принимающей форму тела, не оказывающей раздражение на кожу пользователя и способной впитывать и удерживать жидкости и некоторые выделения организма. Впитывающая подушечка 20 обладает большим содержанием супервпитывающего полимера (СВП), равномерно перемешанного с распушенной целлюлозной пульпой. В одном варианте осуществления смесь СВП с распушенной целлюлозной пульпой является однородной по всей впитывающей подушечке 20. В другом варианте осуществления СВП размещен во впитывающей подушечке 20 по градиентной схеме. Например, на одном конце впитывающей подушечки 20 может находиться больше СВП, чем на противоположном конце впитывающей подушечки 20. Альтернативно, вдоль верхней поверхности впитывающей подушечки 20 может находиться больше СВП, чем вдоль нижней поверхности впитывающей подушечки 20. В еще одном альтернативном варианте осуществления вдоль нижней поверхности впитывающей подушечки 20 может находиться больше СВП, чем вдоль верхней поверхности впитывающей подушечки 20. Вследствие наличия градиента концентрация СВП во впитывающей подушечке 20 может изменяться на величину, составляющую от около 0,01 до около 0,40 г/см³, или от около 0,05 до около 0,35 г/см³, или от около 0,15 до около 0,25 г/см ³.

Концентрация супервпитывающего материала может составлять от 30 до 85 мас.%, предпочтительно - от 40 до 80 мас.%, более предпочтительно - от 50 до 75 мас.% в расчете на полную массу впитывающей подушечки. Соответственно, концентрация распушенной пульпы может составлять от 15 до 70 мас.%, предпочтительно - от 20 до 60 мас.%, более предпочтительно - от 25 до 50 мас.% в расчете на полную массу впитывающей подушечки. Для получения этого тонкого, обладающего высокой впитывающей способностью изделия, соответствующего настоящему изобретению, необходимы большие концентрации СВП и уплотнение сформированных подушечек 20 до высокой плотности.

Впитывающую подушечку 20 уплотняют до толщины от около 0,5 до 3,0 миллиметров (мм), предпочтительно - от около 0,6 до 2,5 мм, более предпочтительно - от около 0,7 до 2,0 мм. В результате плотность впитывающей подушечки 20 может составлять по меньшей мере 0,28 граммов на кубический сантиметр (г/см³). Предпочтительно, чтобы плотность впитывающей подушечки 20 составляла по меньшей мере 0,30 г/см³. Более предпочтительно, чтобы плотность впитывающей подушечки 20 составляла по меньшей мере 0,32 г/см³.

Супервпитывающий материал, используемый во впитывающей подушечке 20, соответствующей настоящему изобретению, должен обладать способностью впитывать жидкость при приложении нагрузки. При использовании в настоящем изобретении значение впитывающей способности под нагрузкой (ВСН) конкретного супервпитывающего материала относится к выраженному в граммах количеству водного раствора хлорида натрия (содержащего 0,9 мас.% хлорида натрия), которое 1 г супервпитывающего материала может впитать за 60 мин при заданной удерживающей нагрузке.

Предпочтительно впитывающая подушечка 20 по изобретению обладает впитывающей способностью, составляющей от около 14 до 40 г раствора соли концентраций 0,9 мас./об.% на 1 г впитывающей подушечки, альтернативно - по меньшей мере 16 г/г, а в качестве другой альтернативы - по меньшей мере 18 г/г. Способ, с помощью которого определяется впитывающая способность, подробно описан ниже. Кроме того, предпочтительно впитывающая подушечка 20, соответствующая настоящему изобретению, содержит супервпитывающий материал, обладающий высокой прочностью геля.

Предпочтительно распушенная целлюлозная пульпа включает распушенную древесную пульпу. Распушенную древесную пульпу можно заменить синтетическими, полимерными волокнами, волокнами, полученными дутьем из расплава или на комбинацией волокон, полученных дутьем из расплава, и натуральных волокон. Синтетические волокна не требуются для впитывающей подушечки 20, соответствующей настоящему изобретению, но могут включаться в минимальных количествах. Одним предпочтительным типом распушенного материала является материал под торговым обозначением CR1654 производства компании U.S. Alliance, Childesburg, Alabama, США, и он представляет собой обесцвеченную, обладающую высокой впитывающей способностью сульфатную древесную пульпу, содержащую преимущественно волокна из мягкой древесины. Специальная уплотненная пульпа под торговым обозначением ND-416 производства компании Weyerhaeuser Corporation of Federal Way, Washington, США, может обеспечить некоторые предпочтительные характеристики бокового сжатия. Как отмечено выше, распушенная целлюлозная пульпа равномерно перемешана с СВП.

Чтобы лучше удерживались и впитывались экссудаты организма, равномерно перемешанный распушенный материал и измельченный супервпитывающий материал можно селективно разместить в предпочтительных зонах при высокой концентрации. Например, массу, состоящую из равномерно перемешанных распушенного материала и измельченного супервпитывающего материала, можно регулируемым образом разместить так, чтобы передняя часть подушечки обладала более высокой поверхностной плотностью, чем задняя часть подушечки.

Подходящие супервпитывающие материалы могут быть выбраны из натуральных, синтетических и модифицированных натуральных полимеров и материалов. Супервпитывающие материалы могут представлять собой неорганические материалы, такие как силикагели, или органические соединения, включающие натуральные материалы, такие как агар, пектин, гуаровая камедь и т.п., а также синтетические материалы, такие как синтетические полимеры, образующие гидрогели. К таким полимерам, образующим гидрогели, относятся, например, соли щелочных металлов и полиакриловых кислот, полиакриламиды, поливиниловый спирт, сополимеры этилена с малеиновым ангидридом, поливиниловые эфиры, гидроксипропилцеллюлоза, поливинилморфолинон, полимеры и сополимеры винилсульфоновой кислоты, полиакрилаты, полиакриламиды, поливинилпиридин и т.п. К другим подходящим полимерам относятся гидролизованный привитой акрилонитрилом крахмал, привитой акриловой кислотой крахмал и сополимеры изобутилена с малеиновым ангидридом и их смеси. Предпочтительно, чтобы полимеры, образующие гидрогели, являлись высокосшитыми, чтобы сделать материал по существу нерастворимым в воде. Сшивку можно осуществить, например, путем облучения или с помощью образования ковалентных, ионных, ван-дер-ваальсовых или водородных связей. Супервпитывающие материалы могут находиться в любой форме, пригодной для использования во впитывающих структурах, включающих частицы, волокна, чешуйки, шарики и т.п. В одном варианте осуществления настоящего изобретения супервпитывающий материал включает частицы гидроколлоида, предпочтительно - ионного гидроколлоида.

Обычно супервпитывающий материал способен впитывать количество воды, равное по меньшей мере около 15-кратной его массе, предпочтительно, чтобы он обладал способностью впитывать количество воды, равное более чем 25-кратной его массе. Подходящие супервпитывающие материалы поставляют различные поставщики, такие как Dow Chemical Company, Midland, Michigan, США, и Stockhausen GmbH & Co. KG, D-47805 Krefeld, Германия. Одним конкретным СВП, пригодным для использования в настоящем изобретении, является FAVOR® SXM 9543 производства компании Stockhausen GmbH & Со. Этот СВП обеспечивает как хорошую обрабатываемость, так и функциональные характеристики во впитывающей подушечке 20, соответствующей настоящему изобретению. Другие подходящие виды супервпитывающих материалов описаны в патенте США US №5601542, выданном 11 февраля 1997 г. Melius et al.; патентной заявке США №09/475829, поданной в декабре 1999 г., права на которую переданы Kimberly-Clark Corporation; и патентной заявке США №09/475830, поданной в декабре 1999 г. и права на которую переданы Kimberly-Clark Corporation; каждая из которых включена сюда путем ссылок.

Супервпитывающими материалами, пригодными для использования в настоящем изобретении, являются полиакрилатные материалы, выпускаемые компанией Stockhausen под обозначениями FAVOR® SXM 77 и FAVOR® SXM 880, а также полиакрилатные материалы, выпускаемые компанией Dow Chemical, США, под обозначением DryTech 2035. Данные по прочности геля и проницаемости для этих супервпитывающих материалов приведены в таблице 1. Прочность геля супервпитывающего материала составляет более 0,65, предпочтительно - более 0,75, более предпочтительно - более 0,85.

Таблица 1 Прочность геля и проницаемость супервпитывающих материалов
Супервпитывающий материал	Прочность геля	Проницаемость (е-9см 2)
FAVOR® SXM 9543	0,9	300
FAVOR® SXM 880	0,7	80
FAVOR® SXM 77	0,6	15
DryTech 2035	0,4	40

Супервпитывающий материал может находиться в форме частиц, которые в ненабухшем состоянии обладают максимальным диаметром поперечного сечения, находящимся в диапазоне от около 50 до около 1000 мкм, предпочтительно - в диапазоне от около 100 до около 800 мкм, как определено посредством ситового анализа в соответствии с Методом испытания D-1921 Американского общества по испытаниям материалов (ASTM). Понятно, что частицы супервпитывающего материала, размер которых попадает в указанные выше диапазоны, могут включать твердые частицы, пористые частицы или могут являться агломерированными частицами, включающими множество меньших частиц, агломерированных в частицы, размер которых входит в описанные диапазоны.

Впитывающая подушечка 20 также может содержать другие компоненты, такие как искусственные волокна или частицы наполнителя, такого как глина. Впитывающая подушечка 20 также может содержать множество химических добавок или лечебных средств, наполнителей или других добавок, таких как глина, цеолиты и другой поглощающий запах материал, например, частицы активированного угля-носителя или частицы активных веществ, таких как цеолиты и активированный уголь. Впитывающая подушечка 20 также может содержать связующие волокна, такие как двухкомпонентные волокна, в количестве до около 4% от массы впитывающей подушечки. Впитывающая подушечка 20 может быть и может не быть обернута или окружена подходящей тканевой оберткой, которая поддерживает целостность и/или форму впитывающей подушечки.

Уплотненные подушечки 20 обладают хорошими характеристиками бокового сжатия, обеспечивающими удобство и приемлемость для пользователя. Способ, с помощью которого можно исследовать боковое сжатие, подробно описан ниже. Впитывающая способность тонких, обладающих высокой впитывающей способностью впитывающих подушечек 20 сравнима со впитывающей способностью традиционных, обладающих низкой плотностью впитывающих подушечек.

На Фиг.2 представлены тренировочные трусы для детей в частично разобранном, растянутом плоском состоянии, в которые включена впитывающая подушечка по изобретению, и на нем показана поверхность тренировочных трусов, которая при ношении изделия обращена к пользователю. Впитывающее основание 14 образует пару поперечно противоположных боковых кромок 136 и пару продольно противоположных поясных кромок, обозначенных как передняя поясная кромка 138 и задняя поясная кромка 139. Когда тренировочные трусы находятся в застегнутом состоянии (не показано), впитывающее основание также образует отверстие для талии, расположенное вдоль передней поясной кромки 138 и задней поясной кромки 139, и два отверстия для ног, распложенные вдоль поперечно противоположных боковых кромок 136. Основание 14 также включает некоторую прямоугольную композитную структуру 133, пару поперечно противоположных передних боковых панелей 134 и пару продольно противоположных задних боковых панелей 234. Композитная структура 133 и боковые панели 134 и 234 могут быть интегрально отформованы или, как показано на Фиг.2, могут включать два или более отдельных элементов.

Показанная композитная структура 133 включает наружное покрытие 44, подкладку 42, обращенную к телу, которая соединена с наружным покрытием путем наложения, и впитывающую подушечку 20 по изобретению, которая расположена между наружным покрытием 44 и подкладкой 42, обращенной к телу. Прямоугольная композитная структура 133 имеет противоположные линейные концевые кромки 145, образующие участки передней и задней поясных кромок 138 и 139, и противоположные линейные или криволинейные боковые кромки 147, образующие участки боковых кромок 136 впитывающего основания 14. Для ссылки на Фиг.2 стрелками 48 и 49 показана ориентация продольной оси и поперечной оси, соответственно, тренировочных трусов 20.

Влагопроницаемое покрытие 42, обращенное к телу, показано наложенным на наружное покрытие 44 и на впитывающую подушечку 20 (фиг.2) и может, но не обязательно должно обладать такими же размерами, что и наружное покрытие 44. Предпочтительно подкладка 42, обращенная к телу, является эластичной, мягкой на ощупь и не оказывает раздражающего воздействия на кожу ребенка. Кроме того, подкладка 42, обращенная к телу, может быть менее гидрофильной, чем впитывающая подушечка 20, так чтобы к пользователю была обращена относительно сухая поверхность и чтобы жидкость могла легко проникать через всю ее толщину. Впитывающая подушечка 20 (Фиг.2) расположена между наружным покрытием 44 и подкладкой 42, обращенной к телу, и, как хорошо известно в данной области техники, эти компоненты могут быть соединены друг с другом с помощью любых подходящих средств, таких как адгезивы.

Впитывающее основание 14 также может включать другие материалы, которые предназначены в основном для приема, временного удерживания и/или передачи жидкости вдоль поверхности соприкосновения со впитывающей подушечкой 20, что доводит до максимума впитывающую способность впитывающей системы. Один подходящий материал называют распределяющим слоем (не показан) и он может представлять собой, например, материал, обладающий поверхностной плотностью, равной около 50 г/м ², и включающий полотно из кардного прочеса, соединенное посредством переплетения в воздушном потоке, состоящий из однородной смеси, содержащей 60% двухкомпонентных волокон тониной 3 денье, состоящих из полиэфирного сердечника/полиэтиленовой оболочки, продающихся компанией KoSa Corporation, и 40% полиэфирных волокон тониной 6 денье, продающихся компанией KoSa Corporation, Salisbury, North Carolina, USA. Возможно использование других распределяющих композиций, и некоторые материалы описаны в настоящем изобретении.

Предпочтительно наружное покрытие 44 включает материал, который является по существу влагонепроницаемым и может быть эластичным, растяжимым или нерастяжимым. Наружное покрытие 44 может представлять собой один слой влагонепроницаемого материала, но предпочтительно включает многослойную ламинированную структуру, в которой по меньшей мере один влагонепроницаемый слой. Например, наружное покрытие 44 может включать влагопроницаемый наружный слой и влагонепроницаемый внутренний слой, которые соответствующим образом соединены друг с другом посредством адгезива для формирования слоистых материалов (не показан). Подходящие адгезивы для формирования слоистых материалов, которые можно наносить сплошным слоем или как отдельные участки в виде гранул, путем распыления, нанесения параллельных спиральных узоров и т.п. можно приобрести у компании Findley Adhesives, Inc., of Wauwatosa, Wisconsin, USA, или National Starch and Chemical Company, Bridgewater, New Jersey, USA. Влагопроницаемым наружным слоем может быть любой подходящий материал, а предпочтительно - материал, который обеспечивает по существу тканеподобную структуру. Одним примером такого материала является обладающий поверхностной плотностью, равной 20 г/м² (грамм на квадратный метр), полипропиленовый нетканый материал фильерного способа производства. Наружный слой также может быть выполнен из таких материалов, из которых изготовлена подкладка 42, обращенная к телу. Хотя не является необходимым, чтобы наружный слой являлся влагопроницаемым, предпочтительно, чтобы он обеспечивал относительно тканеподобную структуру для пользователя.

Внутренний слой наружного покрытия 44 может быть одновременно как влагонепроницаемым, так и паронепроницаемым или может быть влагонепроницаемым и паропроницаемым. Внутренний слой предпочтительно выполнен из тонкой пластиковой пленки, хотя также можно использовать другие эластичные влагонепроницаемые материалы. Внутренний слой, или влагонепроницаемое покрытие 44, в случае наличия только одного слоя, предотвращает смачивание выделениями изделий, таких как простыни и одежда, а также пользователя и лица, осуществляющего уход. Подходящая влагонепроницаемая пленка для использования в качестве влагонепроницаемого внутреннего слоя, или однослойного влагонепроницаемого наружного покрытия 44, является полиэтиленовой пленкой, обладающей толщиной, равной 0,02 мм, продается компанией Huntsman Packaging of Newport News, Virginia, USA. Если наружное покрытие 44 представляет собой один слой материала, его можно гофрировать или матировать, чтобы по внешнему виду он был больше похож на ткань. Как отмечено выше, влагонепроницаемый материал может допускать прохождение паров из внутренней части одноразового впитывающего изделия и при этом предотвращать просачивание жидкости через наружное покрытие 44. Подходящий "дышащий" материал состоит из микропористой полимерной пленки или нетканого материала, на который нанесено покрытие или он иным способом обработан, для придания ему необходимой степени влагонепроницаемости.

Подходящей микропористой пленкой является пленочный материал РМР-1, продающийся компанией Mitsui Toatsu Chemicals, Inc., Tokyo, Japan, или полиолефиновая пленка ХКО-8044, продающаяся компанией ЗМ Company, Minneapolis, Minnesota. Другими аналогичными материалами, обладающими разной степенью влагопроницаемости, являются материалы типа (материал фильерного способа производства)/(материал, полученный дутьем из расплава), гидрофобные материалы типа (материал фильерного способа производства)/(материал, полученный дутьем из расплава)/(материал фильерного способа производства), однородно сформированные материалы фильерного способа производства и двухкомпонентные материалы. Баланс непроницаемости и проницаемости можно отрегулировать путем подбора размера волокон и поверхностной плотности.

Подкладку 42, обращенную к телу, можно изготовить из широкого ассортимента материалов, таких как синтетические волокна (например, полиэфирные или полипропиленовые волокна), натуральные волокна (например, древесные или хлопковые волокна), комбинации натуральных и синтетических волокон, пористых пеноматериалов, сетчатых пеноматериалов, перфорированных пластиковых пленок и т.п. Для прокладки 42, обращенной к телу, можно использовать различные тканые и нетканые материалы. Например, прокладка, обращенная к телу, может состоять из выдуваемых из расплава или полученного фильерным способом полотна из полиолефиновых волокон. Подкладка, обращенная к телу, также может представлять собой материал из кардного прочеса, изготовленный из натуральных и/или синтетических волокон. Подкладка, обращенная к телу, может состоять из по существу гидрофобного материала, и гидрофобный материал, возможно, может быть обработан поверхностно-активным веществом или обработан иным способом для придания ему необходимой степени смачиваемости и гидрофильности. Например, поверхность материала может быть обработана поверхностно-активным веществом, концентрацией около 0,28 мас.%, продающимся компанией Rohm and Haas Co. под торговым обозначением Triton Х-102. Другие подходящие поверхностно-активные вещества продаются компанией Uniqema Inc., отделением компании ICI of New Castle, Delaware, под торговым названием Ahcovel и компанией Cognis Corporation of Ambler, Pennsylvania, с предприятием, расположенным в Cincinnati, Ohio, и продаются под торговым названием Glucopon 220. Поверхностно-активное вещество можно наносить традиционными способами, такими как распыление, печать, нанесение кистью и т.п. Поверхностно-активное вещество можно наносить на всю подкладку 42, обращенную к телу, или его можно селективно наносить на конкретные участки подкладки, обращенной к телу, такие как средний участок, расположенный вдоль продольной осевой линии.

Подходящей влагопроницаемой прокладкой 42, обращенной к телу, является нетканый двухкомпонентный материал, обладающий поверхностной плотностью, около 27 г/м² . Двухкомпонентным нетканым материалом может являться двухкомпонентный нетканый материал фильерного способа производства или двухкомпонентный нетканый материал из кардного прочеса. Подходящие двухкомпонентные штапельные волокна включают полиэтилен/полипропиленовое двухкомпонентное волокно, выпускаемое компанией CHISSO Corporation, Osaka, Japan. В этом конкретном двухкомпонентном волокне полипропилен образует сердечник, а полиэтилен образует оболочку волокна. Возможны другие ориентации волокон, такие как многосекционная, параллельная, островная и т.п. Хотя наружное покрытие 44 и прокладка 42, обращенная к телу, могут включать эластомерные материалы, для некоторых вариантов осуществления может оказаться желательным, чтобы композитная структура являлась в основном неэластичной, так чтобы наружное покрытие, подкладка, обращенная к телу, и впитывающий узел включали материалы, которые в основном не являются эластомерными.

Как отмечено выше, представленные тренировочные трусы 20 могут иметь передние и задние боковые панели 134 и 234, расположенные с каждой стороны впитывающего основания 14 (Фиг.2). Эти противоположные в поперечном направлении передние боковые панели 134 и противоположные в поперечном направлении задние боковые панели 234 могут быть постоянно соединены с композитной структурой 133 впитывающего основания 14 или могут быть высвобождаемым образом соединены посредством системы 80 застегивания. Более конкретно, как лучше показано на Фиг.2, передние боковые панели 134 могут быть постоянно соединены с линейными боковыми кромками 147 композитной структуры 133 вдоль соединительных линий 69 и продолжаться в поперечном направлении за них, а задние боковые панели 234 могут быть постоянно соединены с линейными боковыми кромками композитной структуры вдоль соединительных линий 69 и продолжаться в поперечном направлении за них. Боковые панели 134 и 234 могут быть прикреплены с использованием средств крепления, известных специалистам в данной области техники, таких как адгезив, термическое или ультразвуковое связывание. Боковые панели 134 и 234 также могут быть сформированы в виде участка компонента композитной структуры 133, такого как наружное покрытие 44 или подкладка 42, обращенная к телу.

Каждая из боковых панелей 134 и 234 может включать один или более отдельных, разных кусков материала. Например, в конкретном варианте осуществления каждая боковая панель 134 и 234 может включать первый и второй участки боковой панели, которые соединены швом, причем по меньшей мере один участок включает эластомерный материал (не показан). В качестве еще одной альтернативы каждая отдельная боковая панель 134 и 234 может включать один кусок материала, который сложен вдвое вдоль промежуточной линии сгиба (не показана).

Боковые панели предпочтительно включают эластичный материал, способный растягиваться в направлении, по существу параллельном поперечной оси 49 тренировочных трусов 20. В конкретных вариантах осуществления каждая из передних и задних боковых панелей 134 и 234 может включать внутренний участок 78, расположенный между удаленной кромкой 68 и соответствующей передней или задней центральной панелью 135 или 235. В варианте осуществления, по Фиг.2, внутренние участки 78 расположены между удаленными кромками 68 и боковыми кромками 147 прямоугольной композитной структуры 133. Эластичный материал боковых панелей 134 и 234 можно расположить во внутренних участках 78, чтобы сделать боковые панели эластомерными в направлении, в общем параллельном поперечной оси 49. Наиболее предпочтительно, каждая боковая панель 134 и 234 является эластомерной от поясной концевой кромки 72 до ножной концевой кромки 70. Более конкретно, отдельные образцы материала боковой панели, взятые между поясной концевой кромкой 72 и ножной концевой кромкой 70 параллельно поперечной оси 49 и обладающие длиной от соединительной линии 69 до удаленной кромки 68 и шириной около 2 см, являются эластомерными.

Подходящие эластичные материалы, а также один описанный способ включения эластичных боковых панелей в тренировочные трусы, описаны в следующих патентах США: 4940464, выданном 10 июля 1990 г. (Van Compel et al).; 5224405, выданном 6 июля 1993 г. (Pohjola); 5104116, выданном 14 апреля 1992 г. (Pohjola), и 5046272, выданном 10 сентября 1991 г. (Vogt et al).; все они включены в настоящее изобретение посредством ссылки. В конкретных вариантах осуществления эластичный материал включает термически растягиваемый слоистый материал, (STL), слоистый материал, сформованный с вытяжкой в шейку (NBL), слоистый материал, обратимо вытягиваемый в шейку, или слоистый материал, сформованный с вытяжкой (SBL). Способы изготовления таких материалов хорошо известны специалистам в данной области техники и описаны в патенте США US 4663220, выданном 5 мая 1987 г. (Wisneski et al).; в патенте США US 5226992, выданном 13 июля 1993 г. (Morman); и европейской патентной заявке №ЕР 0217032, опубликованной 8 апреля 1987 г. (Taylor et al).; все они включены в настоящее изобретение посредством ссылок. Альтернативно, материал боковых панелей может включать другие тканые или нетканые материалы, такие как описанные выше в качестве пригодных для изготовления наружного покрытия 44 или подкладки 42, обращенной к телу, или растяжимые, но не эластичные материалы.

Как указано в настоящем изобретении, различные компоненты тренировочных трусов 20 могут быть выполнены за одно целое с использованием различных типов подходящих соединительных средств, таких как адгезивное, ультразвуковое и термическое соединение или их комбинации. Полученное изделие представляет собой впитывающий предмет одежды 20, включающий тонкую, эластичную, обладающую высокой впитывающей способностью подушечку 20. Похожий на трусы впитывающий предмет одежды 20 может иметь любой размер и может быть скроен таким образом, чтобы быть пригодным для использования в различных целях, например, в качестве подгузников, тренировочных трусов, одежды для плавания, изделий для страдающих недержанием и т.п.

Впитывающая подушечка 20 по изобретению может быть изготовлена с помощью обычной встроенной в технологическую линию барабанной машины 26 для формирования впитывающих материалов, показанной на Фиг.3. Более конкретно, СВП и распушенную пульпу можно равномерно перемешать в формирующей камере 28 барабанной формирующей машины 26. Как уже отмечено, с СВП и распушенной пульпой также можно смешать искусственные волокна или частицы носителя. Для сведения к минимуму потерь СВП при формировании формирующий барабан 32 барабанной формирующей машины 26 можно обернуть пористым материалом 30, таким как тканый полиэфирный материал с порами размером примерно 30 мкм, так чтобы закрыть формирующее сито 34 формирующего барабан 32. Альтернативно, вместо традиционных формирующих сит 34 можно использовать сита с мелкими порами или микроперфорированные формирующие сита. В качестве другой альтернативы тонкий слой композицитного материала, обогащенного распушенной пульпой, можно направить на формирующие сита 34 до того, как композитный материал с большим содержанием СВП попадет на формирующие сита 34 в формирующей камере 28. В любом случае эффективный размер отверстий на поверхности сита составляет менее 300 мкм. Проницаемость формирующей поверхности должна быть достаточно высокой, чтобы сформировать однородную подушечку, и формирующая поверхность должна быть долговечной. Такое сочетание характеристик приводит к тому, что размер пор должен составлять от 75 до 300 мкм. Формирующие сита 34, традиционные или тонкопористые, могут представлять собой или плоские сита, или фигурные сита, предназначенные для изготовления фасонных впитывающих систем, разделенных на зоны.

В отличие от случая автономного изготовления впитывающих подушечек 20, при использовании барабанной формирующей машины 26, встроенной в технологическую линию, дополнительное количество равномерно перемешанного супервпитывающего материала и распушенной пульпы можно направить в по меньшей мере одну область впитывающей подушечки, где дополнительный впитывающий материал будет наиболее полезным.

Специальную форсунку 36 для СВП, представленную на Фиг.4, можно разместить в верхнем переднем положении формирующей камеры 28. Форсунка 36 включает уплощенную и растянутую трубку 50, которая образует щель 52, и колпак 54, частично выступающий за концевое отверстие 56 форсунки 36. Эта форсунка 36 диспергирует СВП и обеспечивает равномерное перемешивание СВП и распушенной пульпы или ее можно расположить таким образом, чтобы она создавала в подушечке градиент композиции.

Сформированная подушечка 20 выходит из формирующей камеры 28 в состоянии с низкой плотностью, а именно менее 0,1 г/см ³, и ее необходимо уплотнить. Подушечки располагаются на конвейере или ткани-носителе 35. В настоящем изобретении требуется, чтобы подушечки подвергались сжатию до плотности, по меньшей мере 0,28 г/см³, предпочтительно - по меньшей мере 0,30 г/см³, более предпочтительно - по меньшей мере 0,32 г/см³. Как показано на Фиг.3, уплотнение можно выполнить посредством традиционного уплотняющего валка или, что более предпочтительно, каландра с подогревом 38. Каландр с подогревом предпочтительно нагревать до температуры, равной от около 80 до около 150°С. Можно изготовить подушечки, обладающие поверхностной плотностью, равной от около 80 до около 1000 г/м², предпочтительно - от около 100 до около 800 г/м², более предпочтительно - от около 120 до около 750 г/м² . После уплотнения подушечки обладают толщиной, равной от около 0,4 до около 3,0 мм, предпочтительно - от около 0,5 до около 2,5 мм, более предпочтительно - от около 0,6 до около 2,0 мм.

В процессе формирования смесь СВП с распушенной пульпой можно увлажнить для улучшения уплотнения полученной впитывающей подушечки 20 и возможного обеспечения меньших значений бокового сжатия и жесткости. Использование нагрева и увлажнения в процессе уплотнения впитывающего композитного материала описано, например, в патенте США US 6214274, выданном 10 апреля 2001 г. (Melius et al.), который включен в настоящее изобретение путем ссылки. Кроме того, на впитывающей подушечке 20 может быть выдавлен некоторый узор, который также может уменьшить жесткость.

ПРИМЕР 1

В этом примере с помощью встроенного в технологическую линию формирующего барабана машины PULL-UPS® для изготовления одноразовых тренировочных трусов изготовлены восемь различных образцов впитывающих подушечек. Подушечки обладают разным составом и плотностью и подвергнуты исследованию для определения времени впитывания и времени использования. Используют различные типы СВП, включая СВП, обладающий высокой прочностью геля, выпускающийся под торговым обозначением FAVOR® SXM 9543 компанией Stockhausen GmbH & Со. KG, D-47805 Krefeld, Германия, и полиакрилатный материал, выпускающийся компанией Stockhausen под торговым обозначением FAVOR® SXM 880. Используют различные типы распушенной пульпы, включая беленую, обладающую высокой впитывающей способностью сульфатную древесную пульпу, выпускаемую под торговым обозначением CR1654 компанией U. S. Alliance, Childesbwg, Alabama, США; беленую пульпу из мягкой древесины деревьев южных пород, выпускающуюся под торговым обозначением NB-416 компанией Weyerhaeuser Corporation of Federal Way, Washington, США; пульпу из мягкой древесины деревьев южных пород, которая обработана холодной каустической содой и выпускается под торговым обозначением AL9401 компанией Rayonier Incorporated, Stamford, Connecticut; и специальную уплотненную пульпу, выпускающуюся под торговым обозначением ND-416 компанией Weyerhaeuser Corporation. Состав и плотность всех исследованных образцов приведены в таблице 2.

Таблица 2 Состав и плотность образцов
Образец	Состав	Плотность (г/см3 )
Код 1	50% FAVOR® SXM 9543, 50% CR1654	0,32
Код 2	50% FAVOR® SXM 9543, 50% NB-416	0,32
Код 3	50% FAVOR® SXM 9543, 50% AL9401/NB-416 (смесь ˜ 1:1)	0,33
Код 4	40% FAVOR® SXM 9543, 60% AL9401/NB-416 (смесь ˜ 1:1)	0,28
Код 5	50% FAVOR® SXM 9543, 50% ND-416	0,34
Код 6	50% FAVOR® SXM 880, 50% CR1654	0,35
Код 7	44% FAVOR® SXM 880, 56% CR1654	0,22
Код 8	50% FAVOR® SXM 880, 50% CR1654	0,21

Образцы изготавливают путем вырезания куска размером 6×4,5 дюйма из каждой сформированной подушечки. Затем регистрируют массу и объем каждого образца.

С образцом каждой впитывающей подушечки исследованы четыре разных типа распределяющих слоев. Эти распределяющие слои представляют собой нетканые полотна из кардного прочеса, соединенные посредством переплетения в воздушном потоке, включающие двухкомпонентные волокна и полиэфирные волокна. Первый распределяющий материал содержит 60 мас.% двухкомпонентных волокон Т-256 тониной 2,8 денье производства компании KoSa и 40 мас.% полиэфирных волокон Т-295 тониной 6 денье производства компании KoSa. Второй распределяющий материал содержит 60 мас.% волокон Т-256 тониной 2,0 денье и 40 мас.% полиэфирных волокон тониной 3,0 денье производства компании KoSa. Все распределяющие слои имели ширину 62 мм. Четыре различных типа распределяющих слоев включают распределяющий слой с поверхностной плотностью, равной 55 граммов на квадратный метр (г/м²), изготовленный из первого распределяющего материала, распределяющий слой с поверхностной плотностью, равной 85 г/м², изготовленный из второго распределяющего материала, распределяющий слой с поверхностной плотностью, равной 100 г/м², изготовленный из первого распределяющего материала, и распределяющий слой с поверхностной плотностью, равной 100 г/м², изготовленный из второго распределяющего материала.

Образец каждого материала с кодами 1-8 объединяют с каждым из четырех распределяющих слов длиной 5 дюймов, причем каждый распределяющий слой исследуют по отдельности, с материалом подкладки, длиной 10 дюймов, и полимерной пленкой длиной 10 дюймов. Материалом подкладки является материал фильерного способа производства с поверхностной плотностью, равной 0,6 osy (osy - унция на квадратный ярд), обработанный 0,3% Ahcovel производства компании Kimberly-Clark Corporation. Используемая полимерная пленка представляла собой полиэтиленовую пленку толщиной 0,75 мил производства компании Edison Plastics. На всю поверхность каждого куска полимерной пленки распыляли небольшое количество адгезива горячего плавления, а именно Ato Findley 2525A производства компании Ato Findley, и образец впитывающего материала помещали в центр полимерной пленки на покрытую путем распыления поверхность. Затем после еще одного распыления небольшого количества адгезива в центре впитывающего материала закрепили распределяющий слой. После этого на распределяющий слой помещали прокладку с образованием соединения с полимерной пленкой вокруг впитывающего материала.

Затем в центре каждого образца, на расстоянии от каждого конца, равном около 3 дюймов, отмечают точку поступления порции жидкости. После этого определяют и регистрируют массу сухого образца.

Для определения времени впитывания для каждого образца каждый образец исследуют без распределяющего слоя, а также с распределяющим слоем, обладающим поверхностной плотностью, равной 55 г/м ². Исследуемый образец помещают между жесткими параллельными пластинками из плексигласа. В верхней пластинке имеется расположенное в центре цилиндрическое отверстие диаметром 1 дюйм, которое размещают над точкой поступления порции жидкости и используют для того, чтобы направить жидкость в продукт. На нижней пластинке имеется расположенный в центре выступающий участок размером 4,5×4,5 дюйма. Верхняя пластинка создает равную 385 г нагрузку на впитывающий материал площадью 20,25 дюйм², расположенный на выступающемй участке нижней пластины. В точку поступления порции жидкости каждого исследуемого образца выливают примерно 35 мл раствора соли, обладающего концентрацией, равной 0,9 мас./об.%, и раствор считают впитавшимся, когда визуально обнаруживают, что вся жидкость прошла через поверхность впитывающего материала, и в этот момент регистрируют время поступления. В точку поступления порции жидкости каждого образца повторно выливают порцию жидкости объемом 35 мл и затем регистрируют время впитывания второй порции жидкости. Наконец, в точку поступления порции жидкости каждого образца выливают третью порцию жидкости объемом 35 мл и затем регистрируют время впитывания третьей порции жидкости. Промежутки времени между выливанием порций жидкости равны 15 мин. Результаты этого исследования для материалов с кодами 1-8 приведены на диаграмме, представленной на Фиг.5. Результаты, представленные на Фиг.5, показывают, что при введении трех порций жидкости независимо от того, имеется или не имеется распределяющий слой, FAVOR® SXM 9543 обладает в целом лучшими рабочими характеристиками, чем эквивалентный по составу и плотности FAVOR® SXM 880. Кроме того, все материалы, обладающие высокой плотностью, за исключением материала с кодом 6, по рабочим характеристикам эквивалентны контрольным материалам с кодами 7 и 8, обладающим низкой плотностью, или превосходят их.

Для определения времени поступления для каждого образца каждый образец исследуют с каждым из четырех распределяющих слоев с использованием только что описанной процедуры, при которой в каждый образец подают три порции жидкости объемом по 35 мл. Результаты этого исследования для материалов с кодами 1-5 приведены на диаграмме, представленной на Фиг.6, а результаты этого исследования для материалов с кодами 6-8 приведены на диаграмме, представленной на Фиг.7. Как можно видеть на Фиг.6 и 7, постоянно меньшее время поступления наблюдается для образцов, изготовленных с использованием описанного выше распределяющего слоя, обладающего поверхностной плотностью, равной 100 г/м², причем времена поступления для всех образцов достаточно хорошо согласуются друг с другом. Сравнение образцов, изготовленных с использованием трех других распределяющих слоев, показывает, что образец с наибольшим содержанием СВП, а именно образец с кодом 4, по характеристикам превосходит остальные образцы.

ПРИМЕР 2

В этом примере впитывающие подушечки изготавливают с помощью встроенного в технологическую линию формирующего барабана машины PULL-UPS® для изготовления одноразовых тренировочных трусов. Машине придана такая конфигурация, чтобы впитывающие подушечки можно было забрать с производственной линии непосредственно перед их соединением с другими компонентами с помощью операции сборки изделия. Это позволяет исследовать сформированные подушечки на месте, без разборки готового изделия. В этом исследовании используют обладающие прямоугольной формой и постоянной глубиной формирующие сита с микроперфорированными отверстиями в ситах, изготовленные компанией FT&D, расположенной в Helen, Georgia.

Микроперфорированные сита способны предотвращать прохождение СВП во внутреннюю часть формирующего барабана аналогично тому, как это обеспечивает обертывание тканью, в которой имеются отверстия небольшого размера. Это обеспечивает постоянную массу впитывающего материала даже при концентрациях СВП, превышающих 65%. Равномерность и объем потока воздуха поддерживаются в нормальном рабочем диапазоне и приводят к хорошему формированию подушечки.

Добавление влаги в небольших количествах во впитывающую подушечку является желательным в качестве средства уменьшения давления, необходимого для достижения плотностей, превышающих 0,3 г/см ³. Для обеспечения более равномерного распределения влаги по толщине впитывающего материала вместо распыления влаги на впитывающий материал выбрана продувка влажного воздуха через подушечку. Для подачи горячего воздуха в колпак, установленный над вакуумным конвейером между формирующим барабаном и устройством, предназначенным для предварительного уменьшения объема, используют нагревательный элемент и электродвигатель воздуходувки. Профильтрованную водопроводную воду объединяют со сжатым воздухом (20 фунт-сила/дюйм ²) и с помощью форсунки тонкого распыления, обладающей отверстием диаметром 0,028 дюйма, вводят в потоки теплого воздуха в виде тонкой воздушной дисперсии. В потоке воздуха при температуре 120°С создается относительная влажность, равная примерно 40%. После обеспечения наилучших характеристик влажности изготавливают впитывающие подушечки. С помощью этой методики в подушечку прибавляют примерно 1% воды; это количество определяют по изменению массы подушечки. Проводимое таким способом увлажнение позволяет сделать зазор между уплотняющими валками равным 5 мил при обеспечении такой же толщины впитывающей подушечки.

Использование нагретых уплотняющих валков также снижает усилие, необходимое для уплотнения впитывающей композиции, соответствующей настоящему изобретению. Однако следующие примеры, указанные в таблице 3, предназначенные для того, чтобы продемонстрировать некоторые особенности настоящего изобретения, получены без нагрева и увлажнения.

Таблица 3 Сопоставление сверхтонких впитывающих материалов со стандартным впитывающим материалом
Образец	Поверхностная плотность (г/м2)	Содержание СВП	Пульпа	Масса СВП (г)	Масса пульпы (г)	ВС (г)	Толщина (мм)	Плотность (г/см3)	Описание
1	715 в передней части; 525 в задней части	44%	CR165 4	13	16,5	580	4,8 дюйма в передней части; 2,6 дюйма в задней части	0,15 в передней части; 0,2 в задней части	PULL-UPS®, крупноячеистые сита
2	670	60%	NB416	14,8	9,9	490	1,8	0,37	СТВ
3	670	60%	NB416	14,8	9,9	480	1,8	0.37	СТВ с увлажнением
4	510	60%	NB416	11,3	7,5	395	1,4	0,36	СТВ с низкой впитывающей способностью
5	260	30%	NB416	2,9	6,7	150	0,7	0,37	СТВ СВП с низкой поверхностной плотностью
6	200	50%	NB416	3,7	3,7	140	0,6	0,33	СТВ с большим содержанием СВП с низкой поверхностной плотностью
7	670	60%	ND416	14,8	9,9	475	1,8	0,37	пульпа ND416 СТВ

Как указано в Таблице 3, массу образца 1 располагают регулируемым образом, так чтобы в передней части образца поверхностная плотность была больше, чем в задней части. Используют различные типы пульпы, включая CR1654, NB-416 и ND-416, каждая из которых описана выше в Примере 1. Впитывающая способность (ВС) означает массу образца при насыщении. Сверхтонкие впитывающие материалы (СТВ) в образцах 2-7 сравнивают со стандартными тренировочными трусами в образце 1.

Все образцы СТВ получены с использованием супервпитывающего материала FAVOR® SXM 9543. Образец 1 получен с использованием супервпитывающего материала FAVOR® SXM 880 производства компании Stockhausen и изготовлен с помощью стандартных крупноячеистых формирующих сит (не микроперфорированных) на машине PULL-UPS® для изготовления одноразовых тренировочных трусов. Известно, что высококачественные подушечки с низкой поверхностной плотностью часто трудно изготовить с помощью способа с использованием барабанной формирующей машины, встроенной в технологическую линию, однако образцы с низкой поверхностной плотностью, т.е. образцы 5 и 6, являются гибкими и однородными в одной подушечке, а также между подушечками.

При изготовлении образца 2 скорость подачи супервпитывающего материала увеличивают, так чтобы получить композицию с концентрацией СВП, равной 65%. Варианты образцов 6 и 7, обладающие высокой плотностью, изготовлены путем увеличения подачи СВП и волокон из пульпы на формирующий барабан, что приводит к увеличению поверхностной плотности сформированной впитывающей подушечки. Вариант образца 6, обладающий высокой плотностью, изготовлен таким, что он обладает поверхностной плотностью, равной 490 г/м ², толщиной, равной 0,86 мм, и плотностью, равной 0,57 г/см³. Вариант образца 7, обладающий высокой плотностью, обладает поверхностной плотностью, равной примерно 795 г/м ², толщиной, равной 1,39 мм, и плотностью, равной 0,57 г/см³.

Изделия, содержащие полученные месте сверхтонкие впитывающие подушечки, на основе образца 2, изготовлены для проведения крупномасштабного испытания по их использованию потребителями. Результаты этого испытания по использованию потребителями не привели к обнаружению статистически значимого различия характеристик протекания между изделиями, содержащими полученные на месте сверхтонкие впитывающие подушечки, и поступающими в продажу одноразовыми тренировочными трусами PULL-UPS®.

ПРИМЕР 3

На промышленной машине проведено испытание по изготовлению на месте сверхтонких впитывающих подушечек и изделий, содержащих сверхтонкие впитывающие подушечки. Формирующие сита 34 фасонной формы, такой как показанная на Фиг.8, были обернуты полиэфирной сетчатой тканью. У этих формирующих сит также имеется передний карман, т.е. углубленный участок, позволяющий разместить большее количество впитывающего материала на участке изделия, на который поступает порция жидкости. Изделия изготовлены с использованием фасонных впитывающих подушечек, в передней половине которых находится примерно 60% впитывающего материала. Подушечки и изделия изготовлены при скорости технологической линии, превышающей 600 фут/мин.

ПРИМЕР 4

В этом примере впитывающие подушечки также изготавливают с помощью встроенного в технологическую линию формирующего барабана машины PULL-UPS® для изготовления одноразовых тренировочных трусов. Машине придана такая конфигурация, чтобы впитывающие подушечки можно было забрать с производственной линии непосредственно перед их объединением с другими компонентами с помощью операции сборки изделия. Это позволяет исследовать сформированные подушечки на месте, без разборки готового изделия. В этом исследовании используют обладающие прямоугольной формой и постоянной глубиной формирующие сита с микроперфорированными отверстиями в ситах, изготовленные компанией FT&D. Впитывающие подушечки включают 60% супервпитывающего материала FAVOR® SXM 9543 и 40% пульпы ND-416 производства компании Weyerhaeuser. Толщина впитывающих материалов поддерживается постоянной и равной примерно 1,9-2,0 мм. Скорости подачи пульпы и супервпитывающего материала изменяются так, чтобы получить продукты с поверхностными плотностями, находящимися в некотором диапазоне, что приводит к продуктам с плотностями, также находящимися в некотором диапазоне. Исследовано боковое сжатие этих продуктов и проведено сравнение со сжатием для стандартной впитывающий композиции, содержащейся в одноразовых тренировочных трусах PULL-UPS® (44% супервпитывающего материала FAVOR® SXM 880 производства компании Stockhausen, 56% пульпы CR1654 производства компании US Alliance, плотность ˜0,20 г/см³). Результаты, приведенные в таблице 4, показывают, что материалы, соответствующие настоящему изобретению, обладают характеристиками сжатия, сходными с характеристиками, использующимися в настоящее время впитывающей композицией, в диапазоне плотностей, гораздо более высоких, чем у использующейся в настоящее время структуры. Путем использования меньшего добавочного увлажнения, нагретых уплотняющих валков, применения уплотняющих валков, осуществляющих тиснение, или любой комбинации этих способов можно добиться даже более низких значений энергии сжатия.

Таблица 4 Сравнение сжатия
Композиция	Поверхностная плотность (г/м2)	Плотность (г/см3)	Энергия сжатия на 50% (г-см)
44% СВП, 56% пульпы	846	0,191	2373,1
60% СВП, 40% пульпы	770,5	0,41	2967,3
60% СВП, 40% пульпы	757,6	0,397	2740,9
60% СВП, 40% пульпы	756,9	0,373	3614,8
60% СВП, 40% пульпы	795,7	0,374	3068,9
60% СВП, 40% пульпы	742,7	0.373	2726,3

ПРИМЕР 5

Сверхтонкая впитывающая подушечка была изготовлена на месте при соотношении 50/50 супервпитывающего полимера FAVOR® SXM 9543 и волокна из пульпы CR1654, по 16 г каждого материала, и обладала теоретической впитывающей способностью, равной 608 г раствора соли концентрации 0,9%. Подушечка разделена на зоны, так что зона от задней части ластовицы до передней части подушечки обладает поверхностной плотностью, равной 875 г/м², а задняя половина подушечки обладает поверхностной плотностью, равной 700 г/м². Плотности сделаны равными 0,27 г/см³ для передней зоны и 0,33 г/см³ для задней. Вид подушечки сверху представлен на Фиг.8. Подушечка имела длину 450 мм, ширину, 120 мм в передней части, 70 мм в центре и 95 мм в задней части.

Эти результаты показывают, что способ, описанный в настоящем изобретении, при его использовании в качестве составной части операции по обработке потребительского продукта позволяет изготовить фасонную впитывающую структуру с зональным расположением впитывающего вещества (т.е. расположенного на выбранном участке структуры), которая также является тонкой и обладает всеми остальными особенностями настоящего изобретения. Это является желательной комбинацией, так как имеются изготовленные в автономном режиме тонкие впитывающие материалы (т.е. приготовленные до обработки продукта), но им не может быть придана разная впитывающая способность в разных зонах, тогда как обычные способы формирования впитывающих материалов на производственной линии позволяют изготовить структуру с зональным расположением впитывающего вещества, но обычно не позволяют получить оптимально тонкие структуры.

Методика определения способности удерживать жидкость

Способность удерживать жидкость определяют следующим образом. Исследуемый материал, обладающий влажностью, равной менее около 7 мас.%, взвешивают и при комнатной температуре (около 23°С) погружают в избыточное количество водного раствора соли концентрацией 0,9 мас.%. Исследуемый материал оставляют в погруженном состоянии примерно на 20 мин. После двадцатиминутного погружения материал извлекают и, как показано на Фиг.9, помещают на изготовленное из стекловолокна сито 134, покрытое материалом TEFLON и обладающее отверстиями размером 0,25 дюйма (0,6 см) (продающееся компанией Taconic Plastics Inc., Petersburg, NY), которое помещают в вакуумную камеру 130 и накрывают эластичным резиновым листовым материалом 132. С помощью, например, вакуумного клапана 136 и вакуумного насоса 138 в вакуумной камере на период времени, равный примерно 5 мин, создают вакуум с давлением, равным примерно 0,5 фунт-сила/дюйм² (примерно 3,5 кПа). Затем исследуемый материал снимают с сита и взвешивают. Количество жидкости, удерживаемой материалом, определяют путем вычитания массы материала в сухом состоянии из массы материала во влажном состоянии (после воздействия вакуума) и приводят в качестве абсолютного значения способности удерживать жидкость, выраженной в граммах удерживаемой жидкости. При желании с использованием значения плотности исследуемой жидкости массу удерживаемой жидкости можно пересчитать в объем жидкости и выразить способность удерживать жидкость в миллилитрах удерживаемой жидкости. Для сравнения это абсолютное значение способности удерживать жидкость можно разделить на массу материала 131 в сухом состоянии и получить удельную способность удерживать жидкость, выраженную в граммах удерживаемой жидкости на 1 г исследуемого материала. Если находящийся в вакуумной камере материал, такой как образующий гель полимерный материал или волокно, вытягивают через изготовленное из стекловолокна сито 134, то следует использовать сито, обладающее меньшими отверстиями. Альтернативно, между материалом 131 и ситом 134 можно поместить кусок бумаги, использующейся для изготовления порционных пакетиков с чаем, или аналогичный материал и в конечное значение ввести поправку на количество жидкости, удерживаемое этой бумагой или аналогичным материалом.

Методика определения впитывающей способности под нагрузкой (ВСН)

Способность супервпитывающего материала впитывать жидкость под нагрузкой определяют следующим образом. Используют представленный на Фиг.10 Demand Absorbency Tester (DAT) (устройство для определения впитывающей способности), который сходен с ГИСВ (гравиметрическая измерительная система для определения впитывающей способности) производства М/К Systems, Danners, MA, а также с системой, которую описали Lichstein et al. на стр. 129 - 142 работы INDA Technological Symposium Proceedings, March 1974. Используется пористая пластина 112, у которой имеются каналы 114, находящиеся на участке диаметром 2,5 см, на которую помещено устройство 116 для определения впитывающей способности под нагрузкой (ВСН). Для измерения потока жидкости, поступающей на частицы супервпитывающего материала 120, применяются электрические весы 118. Использующаяся в этом исследовании жидкость представляет собой водный раствор, содержащий 0,9 мас.% хлорида натрия, который применяется при комнатной температуре (примерно 23°С).

Специальное устройство для определения ВСН, используемое для вмещения частиц супервпитывающего материала, включает цилиндр 122, изготовленный из термопластической трубки с внутренним диаметром 1 дюйм (2,54 см), подвергнутой небольшой механической обработке для обеспечения концентричности. Для удерживания образца и имеющегося в нем тонкоизмельченного материала к дну цилиндра 122 с помощью клея прикреплена проволочная сетка 124 на 100 меш, изготовленная из нержавеющей стали. Альтернативно, проволочная сетка 124 на 100 меш, изготовленная из нержавеющей стали, может быть припаяна к дну цилиндра 122 путем нагревания проволочной сетки накаливания в пламени, после чего цилиндр прижимают к сетке до ее охлаждения. Если такое припаивание заканчивается неудачно или если спай разрушается, то для припаивания можно использовать паяльник. Необходимо соблюдать аккуратность, чтобы дно оставалось плоским и гладким и внутренняя часть цилиндра не деформировалась. Из твердого материала (например, Plexiglass ) диаметром 1 дюйм изготавливают поршень 126 массой 4,4 г, который обтачивают так, чтобы он плотно прилегал к цилиндру 122, но не прилипал к нему. Поршень 126 используется для создания ограничивающей нагрузки, равной 0,01 фунт-сила/дюйм² . Для создания более значительной ограничивающей нагрузки используется груз 128. Как отмечено выше, более значительные ограничивающие нагрузки равны 0,29, 0,57 и 0,90 фунт-сила/дюйм². В соответствии с этим для создания соответствующей ограничивающей нагрузки используются грузы массой 100, 200 и 317 г (в дополнение к поршню 126 массой 4,4 г). Для определения ВСН используют образец супервпитывающих частиц массой 0,60 (±0,005 г). Образец отбирают из гранул, которые предварительно просеивают так, чтобы они проходили через стандартное сито США на 30 меш, но удерживались на стандартном сите США на 50 меш (300-600 мкм). При исследовании частицы обладают влажностью, равной менее примерно 5 мас.%.

Испытание начинается с помещения на пластину 112 бумаги 130, изготовленной из стекловолокна GF/A, диаметром 3 см. Размер бумаги выбирается таким, чтобы он был больше внутреннего диаметра и меньше наружного диаметра цилиндра 122, что обеспечивает хороший контакт, но исключает испарение через каналы 114 устройства DAT 110 и затем обеспечивает установление насыщения. Частицы 120 взвешивают на бумаге для взвешивания и помещают на проволочную сетку 124 на дно устройства 116 для определения ВСН. Устройство 116 встряхивают для разравнивания частиц 120 на проволочной сетке 124. Необходимо соблюдать аккуратность, чтобы частицы не прилипли к стенке цилиндра 122. После осторожного, без нажима, помещения на частицы 120, находящиеся в цилиндре 122, поршня 126 и, необязательно, груза 128, устройство 116 для определения ВСН помещают на фильтровальную бумагу 130, изготовленную из стекловолокна. Количество вытекающей жидкости (в граммах) как функцию времени измеряют вручную, с помощью ленточного самописца или передают результаты непосредственно в систему обработки данных или на персональный компьютер.

Количество (в граммах) вытекшей за 60 мин жидкости, разделенное на массу сухого образца (0,160 г), представляет собой значение ВСН, выраженное в количестве граммов вытекшей жидкости на 1 г образца (г/г). Так же можно измерить скорость вытекания жидкости. Для обеспечения точности конечного мгновенного значения можно выполнить две проверки. Во-первых, высота подъема поршня 126, умноженная на площадь поперечного сечения цилиндра 122, должна равняться объему вытекшей жидкости. Во-вторых, устройство 116 для определения ВСН можно взвесить до и после проведения исследования, и разность масс должна почти точно равняться массе вытекшей жидкости. Для получения значения ВСН для данного материала проводят не менее трех определений и результаты усредняют.

Методика исследования бокового сжатия

Методика, с помощью которой можно исследовать боковое сжатие (БС), описана ниже. Вырезают кусок впитывающего материала размером 2х12 дюймов (5,1×30,5 см) так, чтобы его длина совпадала с продольным направлением продукта или необработанного материала. Определяют массу образца. Толщину материала определяют при нагрузке, равной 0,2 фунт-сила/дюйм ² (1,38 кПа). Материал формируют в цилиндр, обладающий высотой, равной 2 дюймам (5,1 см), так чтобы два конца перекрывались на 0-0,125 дюйма (0-3,18 мм) и материал скрепляют тремя скобками. Одну скобку устанавливают вблизи середины по ширине продукта, а две другие вблизи каждого края по ширине материала. Для сведения к минимуму влияния скобок на результат исследования скобки располагают по окружности полученного цилиндра.

Используют устройство для определения прочности на растяжение, такой как продающийся компанией MTS Systems Corporation, Eden Prarie, MN, который снабжен нижней платформой и прижимающей пластиной, которая больше диаметра окружности исследуемого образца, и расположена параллельно нижней платформе и присоединена к головке, создающей сжимающую нагрузку, находящейся в перевернутом положении. Образец помещают на платформу под пластиной. Пластину приводят в соприкосновение с образцом и образец сжимают со скоростью, равной 25 мм/мин. Регистрируют максимальную силу, создающуюся при сжатии образца на 50% от его ширины (1 дюйм) (2,54 см). Если материал подвергается продольному изгибу, то это соответствует максимальной силе, создающейся до того, как образец будет сжат на 50%. Для продуктов, у которых длина впитывающего материала меньше 12 дюймов (30,5 см), характеристику БС можно определить следующим образом. Подробное обсуждение усилия, возникающего при боковом сжатии, проведено в книге The Handbook Of Physical And Mechanical Testing Of Paper And Paperboard. Richard E. Mark editor, Dekker 1983 (Vol. 1). На основании теоретических моделей, описывающих напряжения при продольном изгибе, в описанной конфигурации бокового сжатия усилие при продольном изгибе пропорционально Et²/(Н²), а коэффициент пропорциональности является функцией H²/(Rt), где Е - модуль упругости, Н - высота цилиндра, R - радиус цилиндра и t - толщина материала. Если выразить усилие в виде силы, деленной на поверхностную плотность, то можно показать, что Н²/R является параметром, который необходимо поддерживать постоянным. Поэтому для образца длиной менее 12 дюймов (30,5 см) следует изготовить самое большое возможное кольцо, а его высоту (ширину вырезаемого образца) следует сделать такой, чтобы Н²/К равнялось 2,1 дюйма (5,3 см).

Методики определения толщины и плотности

Исследуемый участок впитывающей подушечки помещают под нагрузку, равную 0,2 фунт-сила/дюйм², и на этом участке регистрируют толщину впитывающего материала. Размер подвергающегося сжатию участка должен быть больше квадрата 2×2 дюйма (5,08×5,08 см). Подходящим устройством для измерения толщины впитывающего материала является прибор для измерения толщины типа Starret, у которого имеется изготовленная из латуни опора, создающая нагрузку, равную 0,2 фунт-сила/дюйм². При опущенной опоре сжимаемый участок, находящийся под опорой, маркируют по периметру опоры. Опору удаляют и из маркированного участка с помощью устройства, такого как вырубной нож, вырезают квадрат размером 2×2 дюйма. Ткань, находящуюся на впитывающей подушечке, удаляют и квадратный кусок взвешивают. Плотность определяют с помощью следующего соотношения: плотность=(масса впитывающего материала в граммах)/(5,08 см) ² × (толщина в см).

Методика определения удерживающей способности при центрифугировании (УСЦ)

При использовании в настоящем изобретении удерживающая способность при центрифугировании (УСЦ) является мерой впитывающей способности супервпитывающего материала после центрифугирования при регулируемых условиях. Исследуемый образец супервпитывающего материала берут из супервпитывающего материала, который предварительно просеивают так, чтобы он проходил через стандартное сито США на 30 меш, но удерживался на стандартном сите США, размером 50 меш. Поэтому супервпитывающий материал обладает размером частиц, равным от 300 до 600 мкм. Частицы можно предварительно просеять вручную или автоматически.

УСЦ можно определить, поместив 0,200 г образца исследуемого материала (с влажностью менее 5 мас.%) в водопроницаемый пакет, в котором образец будет содержаться, когда образцу будет предоставлена возможность свободно впитывать испытательный раствор (0,9% раствор NaCl). Для большинства случаев подходящим является термически завариваемый материал, из которого изготавливаются порционные пакетики с чаем (марка 542, продаваемый компанией Kimberly-Clark Corporation, Neenah, WI). Пакет изготавливают путем складывания вдвое куска такого материала размером 5×3 дюйма и термического заваривания двух из открытых концов с получением прямоугольного мешочка размером 2,5×3 дюйма. Термические швы должны находиться на расстоянии от краев пакета, равном примерно 0,25 дюйма. После помещения образца в мешочек оставшийся открытым край мешочка также заваривают. Также изготавливают пустые пакеты, которые исследуют совместно с пакетами с образцами и используют в качестве контрольных. Для каждого супервпитывающего материала исследуют три пакета с образцами.

Заваренные пакеты помещают между двумя ситами из стекловолокна, покрытыми материалом TEFLON и обладающими отверстиями размером 1/4 дюйма (Taconic Plastics, Inc., Petersburg, NY), и погружают в бак с 0,9% раствором NaCl при температуре 73,4±2°F, опуская сита, пока пакеты не будут полностью смочены водой. После намачивания образцы оставляют в растворе на 30 мин, а затем извлекают из раствора и временно помещают на невпитывающую плоскую поверхность.

Затем мокрые пакеты помещают в барабан подходящей центрифуги, которая может оказать на образцы воздействие с усилием, равным 350 g. (Подходящей является центрифуга Clay Adams Dynac II, model #103, в которой имеется барабан для сбора воды, цифровой датчик количества оборотов и обработанный на станке сливной барабан, в котором могут располагаться плоские пакеты с образцами и из которого может вытекать вода.) Для уравновешивания барабана во время вращения образцы должны быть помещены в противоположных положениях. Пакеты центрифугируют в течение 3 мин при заданной скорости, равной 1600 об/мин, но в диапазоне 1500-1900 об/мин (заданная сила равна 350 g). Пакеты извлекают и взвешивают, причем сначала взвешивают пустые (контрольные) пакеты, а затем пакеты, содержащие супервпитывающий материал. Количество жидкости, впитавшееся и удержанное супервпитывающим материалом с учетом жидкости, удержанной самим материалом пакета, является удерживающей способностью при центрифугировании супервпитывающего материала, выражаемой в виде количества граммов жидкости на 1 г супервпитывающего материала.

Методика исследования проницаемости слоя геля

Устройство, пригодное для исследования проницаемости слоя геля (ПСГ) и состоящее из поршня и цилиндра, представлен на фиг.11 и 12. Ссылаясь на Фиг.11, устройство 220 состоит из цилиндра 222 и поршня (в целом обозначенного позицией 224). Представленный на Фиг.11 поршень 224 состоит из цилиндрического вала 226, изготовленного из LEXAN®, в котором имеется концентрическое цилиндрическое отверстие 228, просверленное по продольной оси вала. Оба конца вала 226 обточены для образования первого и второго концов 230, 232. На первом конце 230 находится груз 234, в котором имеется цилиндрическое отверстие 236, просверленное по его центру. На второй конец 232 надета круглая головка поршня 240. Головка поршня 240 обладает размером, обеспечивающим его перемещение внутри цилиндра 222 в вертикальном направлении.

Как показано на Фиг.12, на головке поршня 240 имеются внутреннее и внешнее концентрические кольца, состоящие соответственно из семи и четырнадцати цилиндрических отверстий диаметром примерно 0,375 дюйма (0,95 см) (в целом обозначаемые стрелками 242 и 244). В каждом концентрическом кольце отверстия просверлены от верхней до нижней стороны головки поршня 240. В головке поршня 240 также имеется цилиндрическое отверстие 246, просверленное в его центре и предназначенное для вставки второго конца 232 вала 226.

К нижнему концу цилиндра 222 прикреплена проволочная сетка 248, размером 400 меш, изготовленная из нержавеющей стали, которая до закрепления подвергнута двухосному растяжению для обеспечения натяжения. К нижнему концу головки поршня 240 прикреплена проволочная сетка 250, размером 400 меш, изготовленная из нержавеющей стали, которая до закрепления подвергнута двухосному растяжению для обеспечения натяжения. Образец впитывающего материала 252 опирается на сетку 248.

Цилиндр 222 выточен из прозрачного стержня, изготовленного из LEXAN® или эквивалентного материала, и обладает внутренним диаметром, равным 6,00 см (площадь поверхности равна 28,27 см²), толщиной стенки, равной примерно 0,5 см, и высотой, равной примерно 5,0 см. Головка поршня 240 выточена из стержня, изготовленного из LEXAN®. Она обладает высотой, равной примерно 0,625 дюйма (1,59 см), и диаметром таким, чтобы она входила в цилиндр 222 с минимальным зазором между ней и стенкой, но свободно двигалась. В центре головки поршня 240 имеется отверстие 246 диаметром, равным 0,625 дюйма (1,59 см) с резьбой (18 витков/дюйм), предназначенное для второго конца 232 вала 226.

Вал 226 выточен из стержня, изготовленного из LEXAN®, и обладает наружным диаметром, равным 0,875 дюйма (2,22 см), и внутренним диаметром, равным 0,250 дюйма (0,64 см). Второй конец 232 обладает длиной, равной примерно 0,5 дюйма (1,27 см), и на нем выполнена резьба, соответствующая резьбе в отверстии 246 в головке поршня 240. Первый конец 230 обладает длиной, равной примерно 1 дюйм (2,54 см), и диаметром, равным 0,623 дюйма (1,58 см), и образует кольцевой выступ для поддерживания груза 234, изготовленного из нержавеющей стали.

Кольцевой груз 234, изготовленный из нержавеющей стали, обладает внутренним диаметром, равным 0,625 дюйма (1,59 см), так что он надевается на первый конец 230 вала 226 и опирается на имеющийся на нем кольцевой выступ. Суммарная масса поршня 224 и груза 234 равна примерно 596 г, что для площади, равной 28,27 см², соответствует давлению, равному 0,30 фунт-сила/дюйм² (20685 дин/см). Когда жидкость протекает через устройство, состоящее из поршня с цилиндром, цилиндр 222 обычно остается на жесткой опорной сетке на 16 меш, изготовленной из нержавеющей стали (не показана) или эквивалентного материала.

Для измерения расстояния между нижней частью груза и верхней частью цилиндра поршень и груз помещают в пустой цилиндр. Это измерение проводят с помощью штангенциркуля с ценой деления 0,01 мм. Это значение ниже будет использовано для расчета высоты слоя образца впитывающего материала 252. Важно провести измерение для цилиндра, не содержащего образца, и поддерживать неизменным расстояние, проходимое поршнем и грузом. Те же поршень и груз следует использовать при измерениях с использованием набухшего образца впитывающего материала.

Впитывающий слой, используемый для определения ПСГ, получают, подвергая набуханию примерно 0,9 г образца впитывающего материала в цилиндре прибора для определения ПСГ (сухой впитывающий материал необходимо равномерно распределить по сетке цилиндра до набухания) в жидкости, обычно представляющей собой водный раствор NaCl концентрации 0,9% (мас./об.), в течение периода времени, равного примерно 15 мин. Образец впитывающего материала отбирают из порции впитывающего материала, который предварительно просеивают так, чтобы он проходил через стандартное сито США на 30 меш, но удерживался на стандартном сите США на 50 меш. Поэтому размер частиц впитывающего материала составляет от 300 до 600 мкм. Частицы можно предварительно просеять вручную или автоматически, например, с помощью механического встряхивающего просеивающего устройства Ro-Tap Model В, продаваемого компанией W. S. Tyier, Inc., Mentor, ОН USA.

По истечении 15-минутного периода времени цилиндр извлекают из жидкости и на образец впитывающего материала помещают систему поршень/груз. Толщину набухшего образца впитывающего материала определяют, измеряя микрометром расстояние от нижнего конца груза до верхнего конца цилиндра. Значение, полученное при проведении такого измерения с цилиндром, не содержащим образца, вычитают из значения, полученного после набухания образца впитывающего материала. Полученное значение представляет собой высоту слоя набухшего образца впитывающего материала, Н.

Определение ПСГ начинают, добавляя в цилиндр 222 жидкость, пока высота слоя жидкости над нижним концом образца впитывающего материала 252 не станет равной 4,0 см. Во время проведения исследования высоту жидкости поддерживают постоянной. Зависимость от времени количества жидкости, прошедшей через образец впитывающего материала 252, измеряют гравиметрическим методом. Экспериментальные значения определяют с интервалом в одну секунду в течение первых двух минут проведения исследования и с интервалом в две секунды в оставшееся время. После построения зависимости от времени для количества жидкости, прошедшей через образец впитывающего материала, специалисту в данной области техники становится понятно, когда именно достигается постоянная скорость потока.

Для расчета скорости потока используют только данные, полученные при постоянной скорости потока. Скорость потока, Q, через образец впитывающего материала 252 выражается в г/с и определяется путем проводимой с помощью метода наименьших квадратов аппроксимации зависимости количества (выраженного в граммах) жидкости, прошедшей через образец впитывающего материала, от времени (выраженного в секундах). Проницаемость, выраженную в см², определяют по следующему уравнению: К=[Q·(H· )]/A· ·P], где К = проницаемость слоя геля (см² ); Q = скорость потока (г/с); Н = высота слоя образца впитывающего материала (см); = вязкость жидкости (П); А = площадь поперечного сечения потока жидкости (см²); = плотность жидкости (г/см³) и Р = гидростатические давление (дин/см²) (обычно равное примерно 3923 дин/см ²).

Должно быть понятно, что подробности описаний приведенных выше вариантов осуществления приведены только для иллюстрации и их не следует рассматривать, как ограничивающие объем настоящего изобретения. Хотя подробно описано только несколько типичных вариантов осуществления настоящего изобретения, специалисты в данной области техники легко поймут, что в типичные варианты осуществления можно внести множество изменений без существенных отклонений от положений и преимуществ настоящего изобретения. В соответствии с этим предполагается, что все такие изменения входят в объем настоящего изобретения, который определяется приведенной ниже формулой изобретения и всеми ее эквивалентами. Кроме того, должно быть понятно, что возможны многие варианты осуществления, которые не обеспечивают достижения всех преимуществ некоторых вариантов осуществления, в особенности предпочтительных вариантов осуществления, и отсутствие конкретного преимущества не обязательно должно означать, что такой вариант осуществления не входит в объем настоящего изобретения.