- Consumer i BIG 3 Prediction of Consumers’ Urine Leakage Experience based on Raw Material Properties of the Diaper Core Claudia Liedtke 2007 - Consumer ii UNIVERSITÄT ULM Abteilung Anorganische Chemie II BIG 3 Prediction of Consumers’ Urine Leakage Experience based on Raw Material Properties of the Diaper Core Inaugural- Dissertation zur Erlangung des Doktorgrades Dr. rer. nat. Der Fakultät für Naturwissenschaften der Universität Ulm vorgelegt von Claudia Liedtke aus Neu-Ulm 2007 - Consumer iii Betreuer Universität Ulm: Prof. Dr. Dr. h.c. Bernhard Rieger Betreuer Procter & Gamble: Dr. Frank Wiesemann Zweitkorrektor Universität Ulm:: Prof. Dr. Nicola Hüsing Externer Korrektor Universität Münster: Prof. Dr. Jens Leker - Consumer iv Danksagung Ich danke Herrn Prof. Dr. Dr. h. c. Rieger für die Möglichkeit eine wirtschaftschemische Arbeit an der Universität Ulm in Kooperation mit P&G zu schreiben. Desweiteren möchte ich mich für seine gute Betreuung während dieser Zeit und seine offene Sichtweise bedanken. Herrn Prof. Dr. Leker danke ich für die externe Betreuung der Arbeit und seinen wirtschaftswissenschaftlichen Blickwinkel. Vielen Dank an Dr. F. Wiesemann, der diese Doktorarbeit innerhalb P&Gs ermöglichte. Weiterhin für seine gute Betreuung, den Glauben an mich und die vielen Freiheiten und Möglichkeiten, die ich während dieser Zeit hatte. W. Schöler und P. Bowtell danke ich für die unzähligen Stunden in denen Sie mir die Mathematik und insbesondere die Statistik näher brachten. Vielen Dank auch allen aus Baby Care GMDSO, besonders Dr. S. Sitterberg und Dr. J. Schäfer, die mir die Grundlagen der Vliesstoffe erklärten und stets mit Rat und Tat zur Seite standen. Dank gilt auch der Baby Care Upstream Gruppe, besonders B. Aritzi und Dr. B. Ehrnsberger für die Erklärung der physikalischen Grundlagen der Flüssigkeits- verteilung innerhalb einer Windel und das Erlangen des Verständnisses der physikalischen Formeln dahinter. Vielen Dank and Dr. Wiesemann, DR. S. Sitterberg, P. Bowtell und R. Poles für die wertvollen Korrekturhilfen. Danke an die gesamte P&G R&D Baby Care Abteilung für die gute Stimmung und Hilfsbereitschaft während der letzten drei Jahre. Zuletzt vielen Dank B. Zydek, seine Eltern und natürlich meine Eltern für die seelische Unterstützung. - Consumer v Index of Contents 1 INTRODUCTION ...............................................................................................................................1 2 THEORY..............................................................................................................................................3 2.1 CONSUMER ................................................................................................................................... 3 2.2 THE DISPOSABLE DIAPER ............................................................................................................. 5 2.2.1 History of the Diaper.............................................................................................................. 5 2.2.2 The “Pampers” History.......................................................................................................... 5 2.2.3 General Design of a Disposable Diaper................................................................................. 6 2.2.3.1 Absorbent Core Mechanism.......................................................................................... 6 2.2.3.2 Diaper Components....................................................................................................... 7 2.2.3.2.1 Core.......................................................................................................................... 7 2.2.3.2.1.1 Topsheet (TS) ..................................................................................................... 7 2.2.3.2.1.2 Acquisition System (AQS ) ................................................................................ 7 2.2.3.2.1.3 Core Cover (CC)................................................................................................. 7 2.2.3.2.1.4 Storage Core ....................................................................................................... 7 2.2.3.2.1.5 Dusting Layer (DL) ............................................................................................ 7 2.2.3.2.2 Chassis...................................................................................................................... 7 2.2.3.2.2.1 Backsheet (BS) ................................................................................................... 7 2.2.3.2.2.2 Elastics................................................................................................................ 7 2.2.3.2.2.3 Barrier Leg Cuffs (BLCs)................................................................................... 7 2.2.3.2.3 Fastening System...................................................................................................... 7 2.2.3.2.4 Others ....................................................................................................................... 7 2.3 CAPILLARY LIQUID TRANSPORT .................................................................................................. 7 2.3.1 Fundamentals of Capillary Science........................................................................................ 7 2.3.1.1 Definition of Interfacial Tension................................................................................... 7 2.3.1.2 Interfacial Tension: Liquid- Vapor interface................................................................. 7 2.3.1.3 Interfacial Tension- Solid-Liquid-Vapor System.......................................................... 7 2.3.1.4 Definitions of Hydrophobic/ Hydrophilic ..................................................................... 7 2.3.1.5 Breakthrough and Bridging Pressure ............................................................................ 7 2.3.2 Characterization of Porous Media ......................................................................................... 7 2.3.2.1 Porosity......................................................................................................................... 7 2.3.2.2 Pore Volume Distribution/ Capillary Pressure.............................................................. 7 2.3.2.3 Permeability in fully Saturated Porous Media .............................................................. 7 2.3.3 Simple Fluid Handling Model- Capillary Tube Model........................................................... 7 2.4 RAW MATERIALS FOR DIAPER MANUFACTURING ........................................................................ 7 2.4.1 Nonwovens.............................................................................................................................. 7 2.4.1.1 Introduction and Definition........................................................................................... 7 2.4.1.2 Raw Materials for Nonwovens...................................................................................... 7 2.4.1.2.1 Polymers Granules or Flakes.................................................................................... 7 2.4.1.2.2 Additives for the Polymer Melt................................................................................ 7 2.4.1.2.3 Fibers........................................................................................................................ 7 2.4.1.2.3.1 Most Often Used Raw Material Fibers for Nonwovens...................................... 7 2.4.1.2.3.1.1 Polyethylene................................................................................................ 7 2.4.1.2.3.1.2 Polypropylene ............................................................................................. 7 2.4.1.2.3.1.3 Polyethylene terephthalate .......................................................................... 7 2.4.1.3 Web Formation ............................................................................................................. 7 2.4.1.3.1 Dry-laid .................................................................................................................... 7 2.4.1.3.1.1 Carding ............................................................................................................... 7 2.4.1.3.1.2 Air-laying............................................................................................................ 7 2.4.1.3.2 Wet-laid.................................................................................................................... 7 2.4.1.3.3 Directly-spun Nonwovens........................................................................................ 7 2.4.1.3.3.1 Spun-laid............................................................................................................. 7 2.4.1.3.3.2 Melt-blown ......................................................................................................... 7 2.4.1.3.3.3 Other Techniques................................................................................................ 7 2.4.1.4 Web Bonding ................................................................................................................ 7 2.4.1.4.1 Chemical Bonding.................................................................................................... 7 - Consumer vi 2.4.1.4.1.1 Latex Binders- Emulsion Polymerization........................................................... 7 2.4.1.4.1.2 Solvent Bonding ................................................................................................