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Gebiet der Erfindung
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Diese
Erfindung betrifft einen biologisch abbaubaren atmungsaktiven Film,
der Wasserdampf überträgt und der
für flüssiges Wasser
im wesentlichen undurchlässig
ist. Die Erfindung betrifft auch ein atmungsaktives Laminat, das
den biologisch abbaubaren Film einschließt, und eine Vliesbahn.
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Hintergrund der Erfindung
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Atmungsaktive,
streckverdünnte
Filme und Vliesstoff-Laminate, die diese enthalten, sind in dem Stand
der Technik bekannt. Die Filme werden in der Regel durch Mischen
eines Polyolefins, zum Beispiel Polyethylen oder Polyproplen, mit
einem teilchenartigen anorganischen Füllstoff, zum Beispiel Kalziumkarbonat,
hergestellt. Die Mischung wird zu einem Film gegossen oder geblasen.
Der Film kann eine einzige einen Füllstoff enthaltende Schicht
besitzen, oder er kann mit einer oder zwei äußeren Deckschichten zur Verbesserung
der Verarbeitung und späteren
Sondierung an ein Substrat koextrudiert werden.
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Die
Filme werden gegenüber
Wasserdampf durch einachsiges oder zweiachsiges Strecken auf 1,5-7,0
mal ihrer ursprünglichen
Abmessung in einer oder in beiden Richtungen bei einer erhöhten Temperatur,
die unterhalb des Schmelzpunkts des Polyolefins liegt, atmungsaktiv
gemacht. Das Strecken verursacht eine lokalisierte Trennung zwischen
dem Polyolefin und den einzelnen Füll-Partikeln, was in der Ausbildung
von Hohlräumen
um die Füllpartikel
herum resultiert. Die Hohlräume
sind durch dünne
Membrane begrenzt, die zwischen benachbarten Hohlräumen ununterbrochen
oder unterbrochen sein können.
Das Netz der Hohlräume
und dünnen
Polymer-Membrane
erzeugt einen gewundenen Weg durch den Film, durch den Dampf diffundieren
kann. Allerdings ist der Film nach wie vor im wesentlichen gegenüber flüssigem Wasser
undurchlässig.
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Die
atmungsaktiven, streckgedünnten
Filme werden allgemein auf einer oder beiden Seiten mit einer Vliesbahn,
wie einer Spinnvliesbahn (Spunbond-Web), verbunden, um ein atmungsaktives Sperrlaminat
zu bilden. Eine Polypropylen-Spinnvliesbahn kann zum Beispiel als
ein wirksamer tragender Bestandteil in einer Vielzahl von absorbierenden Hygieneartikeln
und in medizinischer Bekleidung dienen, in denen die atmungsaktiven
Sperrlaminate verwendet werden. Die absorbierende Hygiene-Bekleidung
und medizinische Bekleidung stellen in der Regel Einwegartikel dar,
was bedeutet, dass sie nach einer oder wenigen Verwendungen zum
Entsorgen bestimmt sind. Viele dieser Einwegartikel landen in Deponien,
in denen die Polyolefin-Komponenten relativ stabil sind und nicht
leicht zerfallen.
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EP 1 008 629 A1 offenbart
eine biologisch abbaubare Polyester-Kunstharz-Zusammensetzung als
einen streckbaren Film, ein Filmlaminat, das biologisch abbaubare
Filmschichten einschließt,
und ein biologisch abbaubares Band. Die Zusammensetzung kann Füllpartikel,
insbesondere anorganische Füllpartikel
wie Talkum-Partikel, einschließen.
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EP 0 776 927 A1 offenbart
einen gestreckten Film aus einem Polymer auf Milchsäure-Basis, der Füllpartikel
einschließt,
der für
das Material einer Prepaid-Karte geeignet ist.
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US 6 028 160 offenbart einen
streckgedünnten
Film, der ein biologisch abbaubares Polymer und einen Füllstoff
umfasst, der zum Schutz eines Substrats gegen Korrosion, die durch
Wasserdampf verursacht, wird, geeignet ist.
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Es
gibt eine Notwendigkeit für
absorbierende Einweg-Hygiene-Kleidung und medizinische Bekleidung
oder einen Wunsch nach diesen, deren primäre strukturelle Komponenten
biologisch abbaubar sind. Dem gemäß gibt es auch eine Notwendigkeit
für einen
atmungsaktiven Sperrfilm, und ein Film/Vlies-Laminat, das unter
Verwendung einer oder mehrerer biologisch abbaubarer Polymere gebildet
wird, oder einen Wunsch nach diesen.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung ist auf einen atmungsaktiven, streckgedünnten mikroporösen Sperrfilm
gerichtet, der eine biologisch abbaubare Polymer-Matrix und Füllpartikel,
die in der Matrix dispergiert sind, einschließt. Der Begriff "biologisch abbaubar" bezieht sich auf
Materialien, die durch biologische Mittel, insbesondere durch Umgebungswärme, Feuchtigkeit
und/oder bakterielle Wirkung, leicht zerlegt werden können.
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Ein
geeigneter Test für
die Bestimmung, ob ein Kunststoff biologisch abbaubar ist oder nicht,
ist der ASTM D6340-98 mit dem Titel "Standard Test Methods For Determining
Aerobic Biodegradation of Radiolabeled Plastic Materials In An Aqueous
Or Compost Environment".
Dieses Testverfahren wird durch Bezugnahme hierin aufgenommen. Das
Testverfahren, auf das sich verlassen wird, ist Verfahren B, welches
die kumulative Oxidation des Materials in Prozent in einer kontrollierten
Kompost-Umgebung misst.
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In Übereinstimmung
mit der Erfindung wird ein biologisch abbaubares Polymer mit Füllpartikeln gemischt,
um eine Zusammensetzung zu bilden, die durch Gieß-Film-Extrusion, Glasfilm-Extrusion oder ähnliche
Techniken in einen Film gemäß Anspruch
1 gebracht wird. Der Film wird wünschenswerter
Weise bei einer erhöhten
Temperatur unterhalb des Schmelzpunkts des Matrixpolymers streckgedünnt, um
Hohlräume
um die Partikel herum zu bilden. Die Hohlräume sind zwischen benachbarten
Hohlräumen durch
dünne Polymer-Membrane,
die ununterbrochen oder unterbrochen sein können, begrenzt. Das Netz der
Hohlräume
und dünnen
Polymer-Membrane erzeugt einen gewundenen Weg durch den Film, der die
Diffusion von Wasserdampf erlaubt, während er das Eindringen von
wässrigen
Flüssigkeiten
im wesentlichen blockiert. Der Film kann eine oder mehrere Schichten
aufweisen. Jegliche zusätzlichen
Schichten können
lediglich ein Polymer oder eine Mischung aus einem Polymer und einem
Füllstoff
enthalten.
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Die
vorliegende Erfindung ist auch auf ein atmungsaktives Laminat gemäß Anspruch
7 gerichtet, das den atmungsaktiven mikroporösen Film und mindestens eine
faserige Vliesbahn einschließt.
Die faserigen Vliesbahn wird aus einem thermoplastischen Polymer,
wünschenswerter
Weise einem biologisch abbaubar thermoplastischen Polymer, gebildet.
Der atmungsaktive Film und/oder das Laminat kann in einer Vielzahl
von verfügbaren
absorbierenden Einweg-Hygieneartikeln und in medizinischer Bekleidung
verwendet werden. Zum Beispiel kann der atmungsaktive Sperrfilm
und/oder das Laminat als eine äußere Abdeckung
(Back-Sheet) in Babywindeln, Trainingshosen, absorbierende Schwimmkleidung, absorbierende
Unterhosen, Inkontinenzprodukte für Erwachsene und Hygieneprodukte
für Frauen
verwendet werden, und er kann auch in Baby-Tüchern verwendet werden. Der
atmungsaktive Sperrfilm und/oder das Laminat kann auch in medizinischer Kleidung,
Schürzen,
Unterlagen, Bandagen, Stoffen und Tüchern verwendet werden. Nach
der Entsorgung in einer Deponie zersetzt sich der atmungsaktive
Film und/oder das Laminat über
einen relativ kurzen Zeitraum.
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Mit
Rücksicht
auf das Vorangegangene ist es ein Merkmal und Vorteil der Erfindung,
einen atmungsaktiven, streckgedünnten
Sperrfilm zur Verfügung
zu stellen, dessen struktureller Bestandteil (die Polymer-Matrix)
biologisch abbaubar ist.
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Es
ist auch ein Merkmal und Vorteil der Erfindung, eine faserige Vliesbahn
mit einem Laminat des biologisch abbaubaren Films zu versehen, sowie
ein Laminat zur Verfügung
zu stellen, dessen faserige Vliesbahn biologisch abbaubar ist.
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Es
ist auch ein Merkmal und Vorteil der Erfindung, die absorbierende
Hygiene-Kleidung und medizinische Bekleidung zur Verfügung zu
stellen, die die Filme und Laminate der Erfindung enthalten und eine
verbesserte biologische Abbaubarkeit zeigen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine Schnittansicht eines einlagigen streckgedünnten atmungsaktiven Films
der Erfindung.
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2 ist
eine Schnittansicht eines mehrlagigen atmungsaktiven Films der Erfindung.
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3 veranschaulicht
schematisch ein Verfahren zum Laminieren eines atmungsaktiven Films der
Erfindung auf eine Vliesbahn.
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4 veranschaulicht
ein Laminat, das den atmungsaktiven Film der Erfindung einschließt.
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DEFINITIONEN
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Der
Ausdruck "Film" bezieht sich auf
einen thermoplastischen Film, der unter Verwendung eines Film-Extrusionsverfahrens,
wie eines Filmgieß-
oder Filmblas-Extrusions-Verfahrens,
hergestellt wird.
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Der
Begriff "biologisch
abbaubarer Film" bezieht
sich auf einen Film, dessen primäre
strukturelle Komponente (das Matrix-Polymer) biologisch abbaubar
ist. Ob ein Polymer biologisch abbaubar ist oder nicht, kann durch
das Verfahren ASTM D6340-98, wie oben diskutiert, bestimmt werden.
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Der
Begriff "atmungsaktiver
Sperrfilm" bezieht
sich auf einen Film, der im wesentlichen für flüssiges Wasser undurchlässig ist,
und unter Verwendung des unten beschriebenen Mocon-Verfahrens eine
Wasserdampf-Übertragungsrate
("WVTR") von mindestens
500 Gramm/m2-24 Stunden aufweist.
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Der
Begriff "Polymer" schließt, ohne
darauf beschränkt
zu sein, Homopolymere, Copolymere, wie zum Beispiel, Block-, Pfropf-,
Zufalls- und Wechsel-Copolymere, Terpolymere usw. und Mischungen und
Modifikationen davon ein. Darüber
hinaus, sofern nicht etwas anderes ausdrücklich eingeschränkt wird,
soll der Begriff "Polymer" alle möglichen
geometrischen Konfigurationen des Materials einschließen. Diese
Konfigurationen schließen,
ohne jedoch darauf beschränkt
zu sein, isotaktische, syndiotaktische und ataktische Symmetrien
ein.
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Der
Begriff "biologisch
abbaubares Polymer" bezieht
sich auf ein Polymer, welches leicht durch biologische Mittel, wie
zum Beispiel eine bakterielle Wirkung, Umgebungswärme und/oder
Feuchtigkeit zersetzt werden kann. Besonders geeignet sind Polymere,
die sich natürlich
durch die Tätigkeit
von Bakterien in der Umwelt oder in der Erde, wie in einer Deponie,
zersetzen. Bei der Prüfung
nach ASTM D6340-98, wie oben erörtert,
ist ein biologisch abbaubares Polymer ein solches, das nach 180
Tagen in einer kontrollierten Kompostumgebung zu mindestens zu 80
% zersetzt wird und/oder zerlegt (oxidiert) wird, wie es in dem
Verfahren dargelegt wird.
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Der
Begriff "Vliesstoff
oder -bahn" bedeutet eine
Bahn, die eine Struktur einzelner Fasern oder Fäden aufweist, die aber nicht
in einer regulären
oder identifizierbaren Weise, wie in einem Webstoff, ineinander
gelegt sind. Vliesstoffe oder -bahnen wurden durch viele Verfahren,
wie zum Beispiel Meltblown-Verfahren, Spunbond-Verfahren, Luftlege-Verfahren
und Bonded-Carded-Web-Verfahren ausgebildet. Das Basisgewicht von
Vliesstoffen wird in der Regel in Unzen eines Materials pro Quadrat-Yard (osy)
oder Gramm pro Quadratmeter (gsm) ausgedrückt, und der Faserdurchmesser
wird in der Regel in Mikrometer ausgedrückt. (Man beachte, dass man zur
Umrechnung von osy zu gsm, osy mit 33,91 zu multiplizieren hat).
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Der
Ausdruck "Mikrofasern" bezeichnet Fasern
kleinen Durchmessers mit einem Durchmesser, der nicht größer als
1-75 Mikrometer ist, zum Beispiel mit einem Durchmesser von etwa
1 Mikrometer bis etwa 50 Mikrometer, oder insbesondere ha ben Mikrofasern
möglicherweise
ein Durchmesser von etwa 1 Mikrometer bis etwa 30 Mikrometer. Ein
weiterer häufig
verwendeter Ausdruck für
den Faserdurchmesser ist Denier, der als Gramm pro 9000 Meter einer
Faser definiert ist. Für
eine Faser mit einer kreisförmigen
Querschnitt kann das Denier als Faserdurchmesser in Mikrometer zum
Quadrat multipliziert mit der Dichte in Gramm/ccm multipliziert
mit 0,00707 berechnet werden. Ein niedrigerer Denier zeigt eine feinere
Faser und ein höherer
Denier zeigt eine dickere oder schwerere Faser an. Zum Beispiel
kann der Durchmesser einer Polypropylen-Faser, der zu 15 Mikrometer
gegeben ist, zu Denier durch Quadrieren, Multiplizieren des Ergebnisses
mit 0,89 g/ccm und Multiplikation mit 0,00707 umgewandelt werden. Somit
weist eine Polypropylen-Faser von 15 Mikrometer ein Denier von etwa
1,42 (152 × 0,89 × 0,00707 = 1,415) auf. Außerhalb
der Vereinigten Staaten ist die gewöhnlichere Maßeinheit
das "Tex", das als Gramm pro
Kilometer der Faser definiert ist. Tex kann zu Denier/9 berechnet
werden.
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Der
Begriff "Spunbond-Fasern" bezieht sich auf
Fasern kleinen Durchmessers, die durch Extrusion geschmolzenen thermoplastischen
Materials als Filamente aus einer Vielzahl von feinen Kapillaren
einer Spinndüse
gebildet werden, die einen kreisförmigen oder anderen Aufbau
besitzt, wobei der Durchmesser der extrudierten Filamente dann rasch
verringert wird, wie zum Beispiel in dem
US Patent 4 340 563 von Appel et al.,
dem
US Patent 3 692 618 von Dorschner
et al., dem
US Patent 3 802 817 von
Matsuki et al., den
US Patenten
3 338 992 und
3 341
394 von Kinney, dem
US
Patent 3 502 763 von Hartman, dem
US Patent 3 502 538 von Petersen und
dem
US Patent 3 542 615 von
Dobo et al., von denen jedes für sich
hier in seiner Gesamtheit durch Bezugnahme aufgenommen wird. Spunbond-Fasern
sind abgeschreckt und in der Regel nicht anhaftend, wenn sie auf
einer Sammeloberfläche
abgelegt werden. Spunbond-Fasern
sind in der Regel kontinuierlich und haben oftmals durchschnittliche
Durchmesser von größer als
7 Mikrometer, insbesondere zwischen etwa 10 und 30 Mikrometer.
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Der
Begriff "Meltblown-Fasern" bezeichnet Fasern,
die durch Extrusion eines geschmolzenen thermoplastischen Materials
durch eine Vielzahl von feinen, in der Regel kreisförmigen,
Die – Kapillaren als
geschmolzene Fäden
oder Filamente in konvergierenden erhitzten Hochgeschwindigkeitsgas
(z. B. Luft) – Strömen, die
die Filamente aus geschmolzenem thermoplastischen Material beeinflussen,
um ihren Durchmesser möglicherweise
auf Mikrometer-Durchmesser zu verringern, ausgebildet werden. Danach
werden die Meltblown-Fasern von dem Hochgeschwindigkeitsgasstrom
getra gen und auf eine Sammeloberfläche abgelegt, um eine Bahn
von zufällig
verstreuten Meltblown-Fasern zu bilden. Ein solches Verfahren wird
zum Beispiel in dem
US Patent
3 849 241 von Butin et al. offenbart. Meltblown-Fasern
sind Mikrofasern, die kontinuierlich oder diskontinuierlich sein
können,
die in der Regel kleiner als 10 Mikrometer im Durchmesser sind,
und die in der Regel selbsthaftend sind, wenn sie auf einer Sammeloberfläche abgelegt
werden. Meltblown-Fasern, die in der Erfindung verwendet werden,
sind vorzugsweise entlang der Länge
kontinuierlich.
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Detaillierte Beschreibung
der derzeit bevorzugten Ausführungsformen
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Unter
Bezugnahme auf 1 ist ein atmungsaktiver Monolage-Film 10 gezeigt,
der eine Matrix 12, eine Vielzahl von Hohlräumen 14 innerhalb der
Matrix umgeben von relativ dünnen
mikroporösen
Membranen 13, die gewundene Wege dadurch bilden, und einen
oder mehrere Füllpartikeln 16 in
jedem Hohlraum 14 einschließt. Der Film 10 ist
mikroporös
sowie atmungsaktiv, und die mikroporösen Membrane 13 zwischen
den Hohlräumen
ermöglichen
leicht eine molekulare Diffusion von Wasserdampf von einer ersten
Oberfläche 18 zu
einer zweiten Oberfläche 20 des
Films 10.
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Die
Matrix 12 kann jedes geeignete filmbildende biologisch
abbaubare Polymer einschließen. Beispiele
für biologisch
abbaubare Matrix-Polymere schließen ohne Beschränkung darauf
polylaktische Säurepolymere
(insbesondere Homopolymere); Polyester aus Butandiol, Adipinsäure, Bernsteinsäure und/oder
Terephthal-Säure;
Polycaprolacton-Polymere und Kombinationen davon ein. Ein besonders geeignetes
Polymer ist ein Terpolymer aus Terephthal-Säure, Adipinsäure und
1,4-Butandiol, verkauft von der BASF-Gesellschaft unter dem Namen ECOFLEX®,
oder ein ähnliches
Polymer, verkauft von Eastman Chemical Co. unter dem Namen EASTAR®.
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Das
Matrix-Polymer kann etwa 20-95 Gewichts-% des atmungsaktiven Monolage-Films 10 (oder
im Fall von Mehrlagenfilmen, die im Folgenden beschrieben werden,
soviel Prozent der gefüllten Filmschicht)
beitragen. Wenn es gewünscht
ist, dass der Film (nach dem Strecken, das weiter unten beschrieben
wird) eine sehr gute Festigkeit und moderate Atmungsaktivität aufweist,
kann das Matrix-Polymer etwa 55-95 Gewichts-% des atmungsaktiven Films
oder der Filmschicht, geeignet etwa 60-80 Gewichts-% des atmungsaktiven
Films oder der Filmschicht beitragen. In dieser Ausführungsform
können die
Füllpartikel 16 etwa
5-45 Gewichts-% des atmungsaktiven Films oder der Filmschicht, geeignet etwa
20-40 Gewichts-% beitragen. Wenn es gewünscht ist, dass der Film (nach
dem Strecken) eine überlegene
Atmungsaktivität
und moderate Festigkeit aufweist, kann der atmungsaktive Film oder
die Filmschicht etwa 20 Gewichts-% bis weniger als 55 Gewichts-%
des Matrixpolymers, geeignet etwa 35-50 Gewichts-% und mehr als
45 Gewichts-% bis etwa 80 Gewichts-% des Partikel-Füllstoffs
einschließen.
In der vorliegenden Erfindung werden etwa 50-65 Gewichts-% gewählt.
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Die
Füllpartikel 16 können anorganische Füllpartikel
sein. Geeignete anorganische Füllstoffe schließen ohne
Beschränkung
darauf Kalziumkarbonat, Tonerden, Siliziumdioxid, Aluminiumoxid,
Bariumsulfat, Natriumcarbonat, Talkum, Magnesiumsulfat, Titandioxid,
Zeolith, Aluminiumsulfat, Kieselgur, Magnesiumsulfat, Magnesiumkarbonat,
Bariumcarbonat, Kaolin, Glimmer, Kohlenstoff, Kalziumoxid, Magnesiumoxid,
Aluminiumhydroxid und Kombinationen dieser Partikel ein. Der mittlere
Durchmesser für
die Füllpartikel 16 sollte
in dem Bereich von etwa 0,1-10 Mikrometer, vorzugsweise von etwa
0,5-7,0 Mikrometer, am bevorzugtesten von etwa 0,8-2,0 Mikrometer
liegen.
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Die
Füllpartikel 16 können auch
organische Füllpartikel
sein. Beispiele für
organische Füllpartikel, die
verwendet werden können,
schließen
Teilchen, die aus Polystyrol, Polyamide, Polyvinylalkohol, Polyethylen-Oxid,
Polyethylen-Terephthalat, Polybutylen-Terephthalat, Polycarbonat, Polytetra-Fluor-Ethylen
hergestellt sind, und andere geeignete Polymere und Derivate davon
ein.
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Die
Füllpartikel 16 können wasserquellfähige Füllpartikel
sein. Mit "wasserquellfähig" ist gemeint, dass
die Teilchen in der Lage sein müssen,
in destilliertem Wasser mindestens 10 mal ihr Gewicht, vorzugsweise
mindestens 20 mal ihr Gewicht, am bevorzugtesten mindestens etwa
30 Mal ihr Gewicht zu absorbieren. Beispiele von organischen wasserquellfähigen Füllstoffen
schließen
ohne Beschränkung
darauf natürliche
und synthetische superabsorbierende Materialien ein. Natürliche superabsorbierende
Materialien schließen
Guarkernmehl, Agar, Pektin und dergleichen ein. Synthetische superabsorbierende Materialien
schließen
Hydrogel-Polymere wie Alkalimetall-Salze aus Polyacryl-Säuren, Polycrylamide, Polyvinylalkohol,
Ethylen-Maleinsäure-Anhydrid-Copolymere,
Polyvinyl-Äther,
Methyl-Zellulose, Carboxymethyl-Zellulose, Hydroxypropylzellulose,
Polyvinylmorpholinoneund Polymere und Copolymere aus Vinyl-Schwefelsäure, Polyacrylate,
Polyacrylamide, Polyvinylpyrridin und dergleichen ein. Andere geeignete
Polymere schlißen
hydrolysierts Acrylnitril-Graft-Stärke, Acrylsäure-Pfropf-Stärke, und
Isobutylene- Maleis-Anhydrid-Polymere und Mischun gen davon ein.
Die Hydrogel-Polymere werden vorzugsweise leicht querverbunden,
damit die Materialien im wesentlichen wasserlöslich sind. Querverbinden kann
zum Beispiel durch Bestrahlung oder durch kovalente, ionische, van
der Waals- oder Wasserstoffbrücken-Bindung
erreicht werden.
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Die
Füllpartikel 16 können wünschenswerter Weise
biologisch abbaubare Füllpartikel
sein. Geeignete biologisch abbaubare Füllpartikel schließen Cyclodextrin
ein. Der Begriff "Cyclodextrin" schließt Cyklodextrin-Verbindungen
und ihre Derivate ein, die die ringartige Cyclodextrin-Struktur
in sämtlichen oder
einem Teil ihrer molekularen Konfigurationen beibehalten.
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Cyclodextrine
können
sechs bis zwölf
Glukose-Einheiten, die in einem Ring angeordnet sind, enthalten.
Cyclodextrine enthalten beispielsweise Alpha-Cyclodextrin-Verbindungen
(6 Glukose-Einheiten, die in einem Ring angeordnet sind), Beta-Cyclodextrin-Verbindungen
(7 Glukose-Einheiten, die in einem Ring angeordnet sind) und Gamma-Cyclodextrin-Verbindungen
(8 Glukose Einheiten, die in einem Ring angeordnet sind). Die Verbindung
und Konfiguration der Glukose-Einheiten verursachen, dass die Cyclodextrine
eine konische molekulare Struktur mit einem hohlen Inneren gesäumt von
Wasserstoffatomen und glukoseseitige Brücken-Sauerstoff-Atomen besitzen.
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Geeignete
Cyclodextrin-Verbindungen sollten in einer chemischen Form vorliegen,
die es ihnen erlaubt, als feste Teilchen mit einem Schmelzpunkt höher als
die gewünschte
Strecktemperatur für
das thermoplastische Polymer, das dem Film verwendet wird, jedoch
bei einer niedrigeren als der Film-Extrusionstemperatur zu existieren.
Auf diese Weise kann der Film mit dem Polymer und dem Füllstoff
in einem geschmolzenen Zustand extrudiert werden und später etwas
unterhalb des Schmelzpunkts des Polymers ohne Schmelzen der Cyclodextrin-Teilchen
gestreckt werden. Durch das Schmelzen des Füllstoffs während der Extrusion werden
Verarbeitungsprobleme wie ein Die-Lippen-Aufbau gemildert. Der Füllstoff
muss jedoch zur Erfüllung
seiner Funktion der Initiierung von Hohlräumen während der Streckung rekristallisieren
und während
der Filmstreckung in einem festen Partikelzustand verbleiben. Partikel,
die sich in der Polymer-Matrix auflösen oder aufbrechen und bis
zu dem Punkt dispergieren, an dem sie zu klein werden, können möglicherweise
während
des Streckens des Film 10 in der Verursachung der Hohlraumbildung
nicht wirkungsvoll sein. In verschiedenen Ausführungsformen können die
Füllpartikel 16 eine
Mischung aus verschiede nen Füllpartikeln
(die z. B. aus verschiedenen Materialien hergestellt sind) einschließen.
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Der
Film kann einachsig oder zweiachsiggestreckt werden. Der Film kann
einachsig auf etwa 1,1-7,0 mal seiner ursprünglichen Länge, vorzugsweise auf etwa
1,5-6,0 mal seiner ursprünglichen Länge, am
meisten bevorzugt auf etwa 2,5-5,0 mal seiner ursprünglichen
Länge gestreckt
werden. Der Film kann alternativ zweiachsig um dieselben Verhältnisse
unter Verwendung von herkömmlichen Techniken
gestreckt werden, die den auf dem Gebiet qualifizierten Personen
bekannt sind. Das Strecken sollte unterhalb der Schmelztemperatur
der Polymer-Matrix, geeignet bei etwa 15-50°F unterhalb von dem Schmelzpunkt
der Polymer-Matrix, erfolgen.
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Der
atmungsaktive, streckgedünnte
Film 10 sollte eine Dicke aufweisen, die die Atmungsaktivität gegenüber Wasserdampf
ermöglicht,
und die auch eine strukturelle Integrität und Flüssigkeitsbarriere zur Verfügung stellt.
Nach dem Strecken sollte der Film 10 eine Dicke von ca.
5-50 Mikrometer, vorzugsweise etwa 8-30 Mikrometer, und am meisten
bevorzugt etwa 10-20 Mikrometer besitzen. Vor der Ausrichtung kann
der Film 10 unter Verwendung von Guss- oder Blas-Film-Extrusion
oder von einer anderen geeigneten Film-Formtechnik hergestellt werden.
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2 veranschaulicht
eine andere Ausführungsform,
in der ein mehrlagiger streckgedünnter
atmungsaktiver Film 11 eine primäre atmungsaktive Kernschicht 15,
die zwischen zwei äußeren Deckschichten 22 und 24 koextrudiert
ist, einschließt.
Die Kernschicht 15 enthält
eine biologisch abbaubare Polymer-Matrix 12 und Füllpartikel 16,
die von Hohlräumen 14 umgeben
sind. Die erste äußere Deckschicht 22 enthält nur ein
thermoplastisches Polymer und ist frei von Füllpartikeln und Hohlräumen. Die zweite äußere Deckschicht 24 enthält eine
Polymer-Matrix 13 und innerhalb der Matrix 13 Füllpartikel 16,
die von Hohlräume 14 umgeben
sind.
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Der
mehrlagige Film 11 in 2 veranschaulicht,
dass die äußeren Deckschichten 22 und 24 einen
Füllstoff
enthalten können
oder nicht. Die Kernschicht 15 kann dieselbe oder eine ähnliche
Polymer-Zusammensetzung wie der Monolagenfilm 10, der mit
Bezug auf 1 beschrieben ist, aufweisen. Die äußeren Schichten 22 und 24 können ein
weicheres, niedriger schmelzendes Polymer oder eine Polymer-Mischung,
die die äußeren Schichten
als Wärmedichtungs-Bondierungsschichten
für das
thermische Sondieren des Films mit einer Vliesbahn geeigneter macht,
enthalten. Wenn die äuße re Schicht
(z. B. 22) frei von einem Füllstoff ist, ist es ein Ziel,
den Aufbau des Füllstoffs
an der Extrusions-Die-Lippe abzuschwächen, der sich möglicherweise
ansonsten durch die Extrusion von einem gefüllten Monolage-Film ergibt.
Wenn die äußere Schicht
(z. B. 24) Füllpartikel
und Hohlräume
enthält,
ist es ein Ziel, eine geeignete Bondierungsschicht ohne Beeinträchtigung
der Gesamtatmungsaktivität
des Films 11 zur Verfügung
zu stellen.
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Die
Dicke und die Zusammensetzung der äußeren Schichten 22 und 24 sollte
so ausgewählt
werden, dass sie im wesentlichen die Feuchtigkeitsdurchlässigkeit
durch die atmungsaktive Kernschicht 15 nicht beeinträchtigen.
Auf diese Weise kann die atmungsaktive Kernschicht 15 die
Atmungsaktivität des
gesamten Films bestimmen, und die äußeren Schichten werden nicht
wesentlich die Atmungsaktivität
des Films verringern oder blockieren. Zu diesem Zweck sollten die
Deckschichten 22 und 24 weniger als ca. 10 Mikrometer
dick, geeigneter Weise weniger als ca. 5 Mikrometer dick, wünschenswerter
Weise weniger als etwa 2,5 Mikrometer dick sein. Geeignete Deckschicht-Polymere
schließen,
ohne darauf beschränkt
zu sein, biologisch abbaubar Polymere, wie polylaktische Säure-Polymere
(insbesondere Homopolymere); Polyester aus Butandiol, Adipinsäure, Bernsteinsäure und/oder
Terephthalsäure;
Polycaprolacton-Polymere und Kombinationen davon ein. Ein besonders
geeignetes Polymer ist Terephthalsäure, Adipinsäure und
1,4-Butandiol, die von der BASF-Gesellschaft unter dem Namen ECOFLEX®, oder
von der Eastman Chemical Co. unter dem Namen EASTAR® verkauft
werden.
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Unabhängig davon,
ob der atmungsaktive streckgedünnte
Film ein Monolagen-Film oder ein mehrlagiger Film ist, sollte der
gesamte Film so konstruiert sein, dass er als atmungsaktiver mikroporöser Film
fungiert. Um geeignet zu funktionieren, sollte der Film eine Wasserdampf-Übertragungsrate
(WVTR) von mindestens etwa 500 Gramm/m2-24
Stunden, wie sie unter Verwendung des nachstehend beschriebenen
Mocon-Verfahrens
gemessen wird, aufweisen. Geeigneter Weise sollte der gesamte Film eine
WVTR von mindestens über
1000 Gramm/m2-24 Stunden, noch geeigneter
von mindestens 2000 Gramm/m2-24 Stunden,
wünschenswerter
Weise von mindestens 5000 Gramm/m2-24 Stunden
aufweisen.
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3 illustriert
einen integrierten Prozess für die
Bildung eines atmungsaktiven mikroporösen Films und eines Film/Vlies-Laminats,
das ihn enthält. Unter
Bezugnahme auf 3 wird der Film 10 mit
einer Film-Extrusionsvorrichtung 40, wie einer Gieß- oder Blas-Einheit,
die in-line oder off-line sein könnte, gebildet.
Typischerweise wird die Vorrichtung 40 einen Extruder 41 enthalten.
Gefülltes
Harz, einschließlich
des biologisch abbaubaren Polymer-Matrix-Materials, und ein Partikel-Füllstoff,
wird in einem Mischer 43 hergestellt und zu einem Extruder 41 geleitet.
Der Film 10 wird in ein Paar von Andrück- oder Kühlwalzen 42 extrudiert,
von denen eine gemustert sein kann, um so ein geprägtes Muster
auf den neu gebildeten Film 10 aufzubringen.
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Aus
der Film-Extrusionsvorrichtung 40 oder Off-Line-Walzen
geliefert wird der gefüllte
Film 10 zu einer Film-Streck-Einheit 44 geleitet,
die ein Maschinenrichtungsausrichter sein kann, wie er kommerziell von
Herstellern erhältlich
ist, zu denen Marshall and Williams Co., Providence, Rhode Island,
gehört.
Die Vorrichtung 44 weist eine Mehrzahl von Paaren von Streck-Walzen 46 auf,
wobei sich jedes folgende Paar mit zunehmend größerer Geschwindigkeit als das
vorhergehende Paar bewegt. Die Walzen 46 üben einen
Grad an Spannung aus und strecken schrittweise den gefüllten Film 10 bis
auf eine gestreckte Länge,
bei der der Film 10 mikroporös und atmungsaktiv wird. Wie
gezeigt, wird der Film 10 nur in der Maschinenlaufrichtung
gestreckt, welches die Bewegungsrichtung des Films 10 durch
den Prozess in 3 ist.
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Vorteilhafter
Weise kann der Film 10 einachsig auf etwa drei Mal seiner
ursprünglichen
Länge unter
Verwendung einer erhöhten
Temperatur von etwa 150-200°F
für die
meisten auf Polyolefin basierenden Filme gestreckt werden. Die erhöhte Temperatur kann
durch Erhitzen einiger der Streckwalzen 46 erreicht werden.
Die optimale Temperatur variiert mit der Art des Matrix-Polymers
in dem Film 10, und liegt immer unterhalb der Schmelztemperatur
des Matrix-Polymers. Der Film 10 kann auch zweiachsig gestreckt
werden, wobei das quergerichtete Strecken bevor, nach oder gleichzeitig
mit dem Strecken in der Maschinenlaufrichtung erfolgt.
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Weiterhin
mit Bezug auf 3 kann der Film 10,
unmittelbar nachdem Film gestreckt worden ist und unmittelbar nach
der Herstellung der Vliesbahn, auf eine Vliesbahn 30 laminiert
werden. Die Vliesbahn 30 kann eine Spunbond-Bahn, eine
Meltblown-Bahn,
ein Bonded Carded Web oder eine Kombination davon sein. Die Bahn
kann durch Dispergieren von Polymer-Filamenten 50 aus einem Paar
von konventionellen Spinndüsen 48 auf
eine Förderbandanordnung 52 gebildet
werden. Die Filamente 50 werden auf dem Förderband
abgelegt, um eine Matte 54 auszubilden. Die Filamente 50 der
Matte 54 werden dann komprimiert, um eine Zwischen-Filament-Sondierung
unter Verwendung eines Paars von Andrückwalzen 56 zu bilden,
was in der Spunb bond-Bahn 30 resultiert. Die Spunbond-Bahn 30 wird
dann zu den Kalander-Bondierungswalzen 58 transportiert,
und sie wird thermisch auf eine Seite des Films 10 bondiert.
Der Film 10 in 3 ist gleichzeitig auf seiner
anderen Seite an ein zweites Material 30a bondiert, das
von einer Lieferwalze 62 stammt. Das zweite Material 30a kann
eine zweite Vliesbahn oder eine andere Filmschicht sein. Das sich
daraus ergebende Laminat 32 wird auf eine Versorgungswalze 60 gewickelt
und darauf gelagert.
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Der
atmungsaktive Film kann auf eines oder mehrere faserige Vlies-Substrate,
wie eine Spunbond-Bahn, eine Meltblown-Bahn oder eine luftgelegte
Bahn, unter Verwendung konventioneller Bondierungs- oder thermischer
Bondierungstechniken, die in dem Stand der Technik bekannt sind,
laminiert werden. Die Art des Substrats und der Sondierung wird
je nach der besonderen Anwendung variieren. Ein Beispiel für ein Laminat
ist in 4 gezeigt, in der eine Vliesbahn 40 auf
einen zweilagigen atmungsaktiven Film der Erfindung laminiert wird.
In der gezeigten Ausführungsform
wird die Bahn 40, die eine Spunbond-Bahn sein kann, die
aus einem biologisch abbaubar Polymer hergestellt ist, mit einer
Hohlräume
aufweisenden Deckschicht 24 des Mehrlagenfilms 10,
der teilchenartige Füllpartikel
enthalten kann, bondiert. Die primäre Füllstoff enthaltende Schicht 15 zeigt
von der Vliesstoffbahn 40 weg. Die Laminierung des Films
auf die Vliesbahn kann unter Verwendung herkömmlicher Bondierungs- oder
Haftmittelbondierungstechniken erreicht werden. Die faserige Vliesbahn
kann aus jedem der biologisch abbaubaren Polymere, die oben für den atmungsaktiven
Film aufgeführt
worden sind, hergestellt werden. Alternativ kann die Spunbond-Bahn
aus einem geeigneten Polyolefin (z. B. Polyethylen oder Polypropylen)
oder einem anderen thermoplastischen Polymer hergestellt werden.
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Der
atmungsaktive streckgedünnte
biologisch abbaubare Film und/oder das Laminat, das ihn enthält, kann
in einer Vielzahl von Hygiene-Artikeln und medizinischen Artikel
verwendet werden. Der Begriff "Hygieneartikel" umfasst ohne Beschränkung darauf
Windeln, Trainingshosen, Schwimmkleidung, saugfähige Unterhosen, Babytücher, Inkontinenzprodukte
für Erwachsene
und Hygieneprodukte für
Frauen. Der Begriff "medizinische
Artikel" schließt ohne Beschränkung darauf
medizinische Kleidung, Schürzen,
Unterlagen, Bandagen, Stoffe und Tücher ein.
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Hygieneartikeln
schließen
im allgemeinen eine flüssigkeitsdurchlässige Oberlage
(Topsheet), die dem Träger
gegenüberliegt,
und eine flüssigkeitsundurchlässige untere
Schicht oder äußere Abdeckung
ein. Zwischen der oberen Schicht und der äußeren Abdeckung ist ein saugfähiger Kern
angeordnet, und oftmals sind die Oberlage und die äußere Abdeckung
abgedichtet, so dass sie den saugfähigen Kern umschließen. Hygieneartikel
können
von verschiedenen Formen, wie zum Beispiel von einer insgesamt rechteckigen
Form, T-Form oder einer Sanduhr-Form, sein. Die Sperre oder die äußere Abdeckung
kann einen atmungsaktiven flüssigkeitsundurchlässigen Film
und/oder ein Laminat davon, wie hier beschrieben, einschließen. Die
Oberlage ist in der Regel mit der äußeren Abdeckung koextensiv, kann
aber, wie es gewünscht
wird, optional eine Fläche
abdecken, die größer oder
kleiner als der Bereich der äußeren Abdeckung
ist. Lediglich als Beispiel werden Hygieneartikeln und Bestandteile
davon in dem
US Patent Nr. 4
798 603 von Meyer et al., dem
US Patent Nr. 4 753 649 von Pazdernick,
dem
US Patent Nr. 4 704 116 von
Enloe, dem
US Patent 5 429 629 von
Latimer et al. beschrieben; wobei der gesamte Inhalt jedes der genannten
Referenzen hiermit durch Verweis mit einbezogen wird.
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Die
Oberlage stellt vorzugsweise eine dem Körper zugewandte Oberfläche dar,
die biegsam und weich im Griff ist, und die Haut des Trägers nicht reizt.
Die Oberlage wird geeignet dazu verwendet, dabei zu helfen, die
Haut des Trägers
von Flüssigkeiten
zu isolieren, die in dem saugfähigen
Kern gehalten werden. Um dem Träger
eine trockenere Oberfläche
zu präsentieren,
kann die Oberlage weniger hydrophil als der saugfähige Kern
und auch ausreichend porös
sein, um leicht flüssigkeitsdurchlässig zu
sein. Obere Schichten sind in dem Stand der Technik wohl bekannt
und können
aus einer großen Vielzahl
von Materialien, wie zum aus Beispiel porösen Schaumstoffen, netzartigen
Schaumstoffen, gelöcherten
Kunststofffilmen, natürlichen
Fasern (d. h. Wolle- oder
Baumwollfasern), synthetischen Fasern (d. h. Polyester, Polypropylen,
Polyethylen, usw.), oder einer Kombination von natürlichen
und synthetischen Fasern, hergestellt werden. Die Oberlage kann
zum Beispiel eine Spunbond-Faser-Bahn aus Polyolefin-Fasern oder
ein Bonded Carded Web, das sich aus natürlichen und/oder synthetischen
Fasern zusammensetzt, einschließen.
In dieser Hinsicht kann die Oberlage sich aus im wesentlichen hydrophobem
Material zusammensetzen, das mit einem Tensid oder anderweitig bearbeitet
ist, um den gewünschte
Grad an Benetzbarkeit und Flüssigkeitsdurchlässigkeit
zu erhalten. Beispielhafte Oberlagen sind in dem
US Patent Nr. 5 879 343 von Ellis
et al.; dem
US Patent 5 490 846 von
Ellis et al.; dem
US Patent 5
364 382 von Lattimer et al. und der gemeinsam zugewiesenen
US Patent Anmeldung Nr. 09/209 177 ,
von Varona et al. am 9. Dezember 1998 eingereicht, beschrieben;
der gesamte Inhalt jede der zuvor genannten Referenzen wird hiermit
durch Verweis mit einbezogen.
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Zwischen
der atmungsaktiven flüssigkeitsundurchlässigen äußeren Abdeckung
und der flüssigkeitsdurchlässigen Oberlage
ist ein saugfähiger
Kern positioniert, der in der Regel eines oder mehrere saugfähige Materialien,
wie zum Beispiel superabsorbierende Teilchen, Fluffzellstoff, synthetische
Zellstoff-Fasern, synthetische Fasern und Kombinationen davon einschließt. Fluffzellstoff
lässt jedoch
häufig
eine ausreichend Integrität
vermissen und hat eine Tendenz dazu, zusammenzufallen, wenn er nass wird.
Somit ist es oftmals von Vorteil, eine steifere verstärkende Faser,
wie Polyolefin-Meltblown-Vliesstoff-Fasern
oder Stapelfasern kürzerer
Länge,
die in der Regel als ein koformes Material zur Verfügung gestellt
werden, hinzuzufügen,
wie zum Beispiel in dem
US Patent
4 818 464 von Lau und dem
US
Patent 4 100 324 von Anderson et al. beschrieben. Der saugfähige Kern
kann irgendeine einer Anzahl von Formen aufweisen, deren Größe mit der
gewünschten
Aufnahmekapazität,
der beabsichtigten Verwendung des saugfähigen Artikel und andere Faktoren, die
den Fachleuten auf dem Gebiet bekannt sind, variieren. Die verschiedenen
Komponenten der Windel können
unter Verwendung verschiedener Mitteln der Befestigung, die den
Fachleuten auf dem Gebiet bekannt sind, integral zusammengesetzt
werden, wie zum Beispiel, Haftmittel-Sondierung, Ultraschall-Sondierungen,
thermische Sondierungen oder Kombinationen davon.
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Mocon Prüfverfahren für die Wasserdampf-Übertragungsrate
(WVTR)
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Eine
geeignete Technik für
die Bestimmung des WVTR (Wasserdampf-Übertragungsrate)-Werts eines
Films oder Laminatmaterials der Erfindung ist das Testverfahren
Nummer IST-70,4-99 mit dem Titel "Standard Test Method For Water Vapor
Transmission Rate Through Nonwoven and Plastic Film Using A Guard
Film And Vapor Pressure Sensor",
das von der INDA (Association of the Nonwoven Fabrics Industry) standardisiert
worden ist, das durch Bezugnahme hierin mit aufgenommen wird. Das
INDA-Verfahren stellt die Bestimmung der WVTR, die Durchlässigkeit des
Films gegenüber
Wasserdampf und für
homogene Materialien den Wasserdampf-Durchlässigkeitskoeffizienten zur
Verfügung.
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Das
INDA-Prüfverfahren
ist bekannt und wird nicht im Detail dargelegt. Allerdings wird
das Testverfahren wie folgt zusammengefasst. Eine Trockenkammer
ist von einer Nasskammer bekannter Temperatur und Luftfeuchtigkeit
durch einen permanenten Schutzfilm und das zu prüfende Probenmaterial getrennt.
Der Zweck des Schutzfilms besteht darin, einen bestimmten Luftspalt
zu bilden und die Luft in dem Luftspalt zu beruhigen oder anzuhalten,
während
der Luftspalt gekennzeichnet wird. Die Tockenkammer, der Schutzfilm
und die Nasskammer bilden eine Diffusionszelle, in der der Prüffilm versiegelt wird.
Der Probenhalter ist als das Permatran-W Modell 100K bekannt, das
von Mocon/Modern Controls, Inc., Minneapolis, Minnesota hergestellt
wird. Ein erster Test besteht aus der WVTR des Schutzfilms und des
Luftspalts zwischen einer Verdampferanordnung, die 100 % relative
Luftfeuchtigkeit erzeugt. Wasserdampf diffundiert durch den Luftspalt
und den Schutzfilm und mischt sich sodann mit einem trockenen Gasstrom,
der proportional zu der Konzentration des Wasserdampfs ist. Das
elektrische Signal wird für
die Verarbeitung an einen Computer geleitet. Der Computer berechnet
die Übertragungsrate
des Luftspalts und des Schutzfilms und speichert den Wert für die weitere
Verwendung.
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Die Übertragungsrate
von dem Schutzfilm und dem Luftspalt ist in dem Computer als CalC
gespeichert. Das Probenmaterial wird dann in der Prüfzelle verschlossen.
Wiederum diffundiert Wasserdampf durch den Luftspalt zu dem Schutzfilm
und das Testmaterial und vermischt sich dann mit einem trockenen
Gasstrom, der das Testmaterial umströmt. Ebenso wird wiederum diese
Mischung zu dem Dampfsensor getragen. Der Computer berechnet dann
die Übertragungsrate
der Kombination aus dem Luftspalt, dem Schutzfilm und dem Testmaterial.
Diese Informationen werden dann zur Berechnung der Übertragungsrate,
mit der Feuchtigkeit durch das Testmaterial übertragen wird, gemäß der Formel: TR–1 Testmaterial =
TR–1 Testmaterial,Schutzfilm,Luftspalt – TR–1 Schutzfilm,Luftspalt verwendet.
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Berechnungen:
-
-
- WVTR:
- Die Berechnung der
WVTR verwendet die Formel:
- WVTR
- = F ρsat(T)
RH/Apsat(T)(1 – RH), wobei:
- F
- = Der Strom von Wasserdampf
in ccm/Min.,
- ρsat(T)
- = Die Dichte von Wasser
in gesättigter Luft
bei einer Temperatur T,
- RH
- = Die relative Luftfeuchtigkeit
an bestimmten Orten in der Zelle,
- A
- = Die Querschnittsfläche der
Zelle, und
- psat(T)
- = Der Sättigungsdampfdruck
von Wasserdampf bei einer Temperatur T.