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Wirkung von Superabsorbern in Windeln |
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Moderne Hygieneprodukte wie Windeln oder Damenbinden besitzen häufig eine Schicht eines superabsorbenden Polymers (SAP). Seine
Aufgabe ist die Aufnahme und Speicherung der Flüssigkeit. Heutige Superabsorber können die zwei- bis dreifache Menge ihres
Trockenvolumens speichern. Die Computersimulation zeigt sich immer mehr als ein wichtiges Hilfmittel beim Design superabsorbierender Materialien. Die mathematischen Modelle für die saturierte und unsaturierte Strömung basieren hier gewöhnlich auf der Fokker-Plank Gleichung. Hierbei muss besonders die Fluidaufnahme der SAP-Partikel und der Wechsel der Charakteristik des porösen Mediums bedingt durch Schwellung berücksichtigt werden. Die Absorption des Fluids wird modelliert durch Einführung eines Senkenterms in der Massenbilanzgleichung der liquiden Phase. Diese Art der Behandlung der Interaktion des Superabsorbers mit dem porösen Medium ist möglich, da die Fokker-Plank Gleichung die Massenbilanz des freien oder mobilen Fluids berücksichtigt. Wird Fluid absorbiert, wird es immobil. Der Senkenterm hängt von der Anzahl der SAP-Partikel pro Volumeneinheit und der Wassereinschlussfähigkeit des SAPs ab. Die Aufnahmefähigkeit eines Superabsorbers ist begrenzt und die Aufnahmerate hängt von der Menge des bereits gespeicherten Fluids ab. Dies führt auf ein Differentialgleichung erster Ordnung. Weiterhin muss das Modell das Schwellen des SAPs behandeln. Dies kann zum einen durch Änderung der lokalen Porosität geschehen oder durch Ausdehnung des gesamten porösen Mediums. Die Ausbreitung der Fluidfront im porösen Medium, welches eine SAP-Schicht enthält, zeigt der Film unten. Es ist ersichtlich, dass die SAP-Schicht Entwässerung in benachbarten Schichten verursachen kann. Es kann sogar zu einer völligen Blockierung des Fluids infolge großer Schwellung und Reduktion der Porosität führen. | ||||||
| Simulation des zeitlichen Verlaufs der Sättigung in einem porösen Medium mit Superabsorber (klicken Sie auf das Bild um den Film zu sehen) | |
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Projekttyp: Eigenforschung |
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| Ansprechpartner |
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