KR100188057B1 - 이형 단면섬유를 함유하는 부직웹 - Google Patents

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KR100188057B1
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에밀 메이로위쯔 랜디
윌리암 리제 제롬
존 펠란 로버트
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로날드 디. 맥크레이
킴벌리-클라크 월드와이드, 인크.
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Abstract

본 발명은 섬유간 및 섬유내 액체 수송 모두를 할 수 있는, 액체를 흡수 및 수송하기 위한 부직웹에 관한 것이다. 이 웹은 이형 단면섬유를 포함하고, 이형 단면섬유는 노치를 한정하며, 노치는 각도 알파(α)를 α180°-2θ(여기서, θ는 상기 액체와 이형 단면 섬유간의 접촉각이다)로 한정한다. 이 부직웹은 또한 섬유내 액체 수송이 일어나는 영역 중의 액체가 통과하는 상기 부직웹 중에 존재하는 고흡수성 물질을 포함한다.

Description

이형 단면섬유를 함유하는 부직웹
제1도는 본 발명에 따른 이형 단면섬유의 횡단면도.
제2도는 이형 단면섬유와 이 이형 단면섬유에 존재하는 액체간의 각종 접촉각을 나타내는 도면.
제3도는 부직웹에 가해진 액체를 설명하는 도면.
제4도는 본 발명에 따른 이형 단면섬유에 존재하는 액체를 나타내는 도면.
제5도는 본 발명에 따른 기저귀를 설명하는 도면.
제6-13도는 몇몇 카디드웹의 액체 수송 특성을 설명하는 사진.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10, 16 : 부직웹 12, 18 : 액체
14, 20, X : 섬유간 액체 수송 영역 22, Y : 섬유내 액체 수송 영역
30 : 기저귀 32 : 외부 커버
34 : 라이너 36 : 흡수 구조
A : 액체의 횡단면적 Θ : 접촉각
본 발명은 부직웹에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 이형 단면섬유(shaped fibers) 및 부직웹과의 액체 전달이 일어나는 고흡수성 물질로 이루어지는 부직웹에 관한 것이다.
각종 유형의 직포 및 부직포 제품을 만들기 위한 이형 단면 섬유의 용도는 공지되어 있다. 예를 들면, 1978년 12월 12일자 특허된 우딩스(Woodings)의 미합중국 특허 제4,129,679호에는 컬랩스드 중공 구조(collapsed hollow structure) 및 멀티림드 (multi-limbed) 횡단면을 갖는 재생 셀룰로오스 필라멘트가 개시되어 있다. 이 섬유는 고용량의 수분 흡수능을 가진다고 되어 있다. 이 섬유로부터는 수건감 같은 직포 및, 기저귀, 생리대, 탐폰 및 솜뭉치와 같은 부직포 및 와딩 (wadding)을 만들 수 있다. 1989년 2월 1일자 공개된 유럽 특허출원 제0,301,874호는 5.0 미만의 데시텍시 및 멀티림드 횡단면을 갖는 셀룰로오스 섬유에 관한 것이다. 이 림은 적어도 2:1의 길이 대 폭비를 가진다. 이 섬유로는 직포, 부직포 또는 편직물을 만들수 있으며, 특히 흡수 제품에 유용한 것으로 기재되어 있다.
마찬가지로, 1987년 11월 11일자 공개된 일본 특허출원 제(소)62[1987]-53605호 공보에는 특정 규격을 만족시키는 이형 횡단면을 갖는 합성 섬유에 관한 내용이 기재되어 있다. 또한, 이 섬유는, 부직포 제품으로 제조되었을 때, 우수한 수분 흡수능을 갖는다고 되어있다.
부직웹이 기저귀, 소아용 속팬츠, 성인 실금용품, 여성 위생용품, 붕대 등과 같은 일회용 흡수 제품에 사용될 때, 단순히 액체를 흡수하기만 하는 능력은 일반적으로 제품의 최적 성능을 보장하기에는 불충분하다. 예를 들면, 사용시, 많은 개인 위생품은 수차례 가해지는 액체에 노출된다. 일련의 가해진 액체를 적당히 흡수하게 하기 위해서는 일반적으로 처음에 가해진 액체를 흡수할 뿐만 아니라 흡수한 액체를 가해진 지점으로부터 멀리 떨어진 영역까지 흡수 제품 내부로 수송하는 것이 바람직하다.
이외에도, 액체를 수송하기 위한 부직웹의 능력은 또다른 이유로 바람직하다. 특히, 부직웹이 흡수 제품에 사용될 때는 부직웹 내에 고흡수성 물질을 혼입시키는 것이 종종 바람직하다. 이와 같은 고흡수성 물질은 당 업계의 숙련자에게 공지되어 있으며, 일반적으로 이들의 중량의 수배에 달하는 액체를 흡수할 수 있다. 따라서, 이러한 고흡수성 물질을 사용한 흡수 제품의 총 흡수 용량이 많은 것은 고흡수성 물질의 존재로 얻어진다. 고흡수성 물질이 액체를 흡수하기 위해서는 액체를 고흡수성 물질과 접촉시켜야 한다. 고흡수성 물질은 혼입한 부직웹이 액체에 대한 노출지점으로부터 액체를 수송시킬 수 없으면, 모든 고흡수성 물질은 흡수시키고자 하는 액체가 부직웹에 가해지는 일반 영역들에 배치시켜야 한다. 이는 항상 바람직한 것은 아니다.
특히, 고흡수성 물질의 고농축물이 부직웹내에서 편재되어 있을 때, 겔 블록킹 (gel bolcking)이 일어나게 할 수 있다. 즉, 고흡수성 물질은 위치한 영역에서, 고흡수성 물질의 본질적으로 액체 불투과성 덩어리가 형성되는 한도까지 팽윤할 수 있다. 이와 같은 현상이 발생한다면, 가해지는 일련의 액체를 부직웹이 흡수할 수 없게 된다. 따라서, 고흡수성 물질을 부직웹 중에 좀 더 고르게 분포시키는 것이 종종 바람직하다. 이러한 이유로, 액체를 노출 지점으로부터 액체 노출 지점에서 멀리 떨어져 위치한 고흡수성 물질까지 수송할 수 있는 부직웹이 요구되고 있다. 과거에는, 액체를 수송하기 위한 부직웹의 능력이 부직웹의 모세관 크기를 조정함으로써 일반적으로 조절되었다. 특히, 조밀하지 않게 들어찬, 비교적 저 밀도의 부직웹은 일반적으로 이 웹 내부에 존재하는 비교적 큰 공극 크기 및 이에 상응한 비교적 낮은 모세관 압력에 기인하여 중력두과 같은 압력에 의한 양호한 액체 수송을 할 수 없었다. 압력에 의한 양호한 액체 수송을 달성하기 위해서는 부직웹을 조밀화시켜 모세관 공극 크기를 줄이는 것이 일반적으로 필요하며, 그럼으로써 모세관 압력을 증가시키고, 액체를 압력에 의해 액체 노출 지점으로부터 더 멀리 수송시킬 수 있는 것으로 믿어진다. 하지만 일반적 통례로서, 부직웹의 밀도를 증가시킬 수록, 부직웹에 가해진 액체를 신속히 수용하기 위한 부직웹의 능력은 감소된다.
부직웹이 흡수제품에 사용될 때는 액체를 압력에 의해 수송할 수 있을 뿐만 아니라 액체를 신속히 수용할 수 있는 웹이 바람직하다. 그러므로, 종종, 액체의 신속한 수용 및 압력에 의한 액체의 수송이 모두 가능한 구조를 제공하기 위해서는, 하나의 층이 액체를 신속히 흡수할 수 있는 비교적 엉성하게 들어찬 다공성 구조이고, 다른 하나의 층이 압력에 의해 액체를 수송할 수 있는 보다 고밀도의 조밀 구조로 된 2개의 층을 제공하는 것이 필요하다고 생각되었다.
부직웹에 가해진 액체를 흡수할 수 있고, 액체를 압력에 의해 액체 노출 지점에서 멀리 떨어진 지점까지 수송할 수 있으며, 액체를 수송하기 위한 능력이 오직 부직웹의 모세관 공극 크기(밀도)에만 의존하지 않는 부직웹을 제공하는 것이 바람직하다.
상기 목표 및 그 밖의 관련 목표는 섬유간 및 섬유내 액체 수송을 할 수 있는, 액체를 흡수 및 수송하기 위한 부직웹으로 달성된다. 하나의 실시태양에서, 웹은 노치(notch)를 한정하는 이형 단면섬유를 포함한다. 이 노치는 각도 알파(α)를 α180°- 2θ (여기서, θ는 상기 액체와 이형 단면섬유간의 접촉각이다)로 한정한다. 부직웹은 또한 섬유 내 액체 수송 영역과의 액체 전달이 일어나는 고흡수성 물질을 포함한다.
본 발명은 액체를 흡수하여 수송하기 위한 부직웹에 관한 것이다. 이 부직웹은 섬유간 액체 수송뿐만 아니라 섬유내 액체 수송도 행할 수 있다.
본 명세서에 사용된 용어에서, 섬유간 액체 수송은 상기 섬유들에 의해 형성된 모세관의 결과로서, 액체가 섬유들로 이루어진 부직웹을 통하여 이동하는 현상을 의미한다. 당 업계의 숙련된 사람은 섬유간 액체 소송의 수직 이동거리가 시스템의 모세관 압력에 따라 좌우된다는 사실을 인식하고 있다. 원통형 모세관의 모세관 압력은 하기 방정식으로 구해진다.
(여기서, P는 모세관 압력이고, γ는 액체의 표면 장력이며, θ는 액체-섬유 접촉각이고, r은 모세관 반경이다.)
액체가 가해지면, 모세관 압력 (모세관력)은 액체-섬유 접촉각의 코사인을 증가시키며 보다 큰 모세관 반경들을 축소시킴으로써 보다 작은 모세관들이 액체를 섬유간 모세관을 통하여 또는 압력에 의해 더 멀리 수직 방향으로 수송시킨다.
본 명세서에 사용된 용어에서, 섬유내 액체 수송은 독립 섬유의 표면에 의해 한정된 노치 또는 채널(channel)의 결과로서 액체가 압력에 의해 독립 섬유의 길이를 따라 수송되는 현상을 의미한다. 액체를 수송시킬 수 있는 압력의 예에는 중력, 모세관 압력차 등등이 있다.
하나의 실시태양에서, 본 발명의 부직웹은 이형 단면섬유로 구성되며, 이 이형 단면섬유는 노치를 한정하고, 노치는 각도 알파(α)를 한정한다. 제1도에는 본 발명에서 사용하기에 적합하다고 여겨지는 이형 단면섬유의 여러 횡단면도가 도시되어 있다. 제1a-e도에서 볼 수 있듯이, 도시한 이형 단면섬유들 모두는 하나 이상의 각도 알파를 한정한다. 독립 섬유에 의해 한정된 각도 알파는 제1b도에서 처럼 동일할 수 있거나 또는 제1d도에서와 같이 다를 수 있다.
본 발명자들은 섬유내 액체 수송이 가능한 이형 단면섬유를 제공하기 위하여 이형 단면섬유가 노치를 적절하게 한정하고, 이 노치가 각도 알파(α)를 α180°- 2θ (여기서, θ는 수송시키고자 하는 액체와 이형 단면섬유간의 접촉각이다)로 한정하는 것이 유리함을 발견하였다.
본 명세서에 사용된 용어에서, 흡수 및 수송시키고자 하는 액체와 이형 단면섬유를 형성하는 물질의 접촉각은 굳(Good)과 스트롬버그(Stromberg)가 Surface and Colloid Science 제 Ⅱ권, (Plenum Press 출판, 1979년)에서 제시한 바에 따라 측정한다. 그 밖에도, 이형 단면섬유에 의해 한정된 노치에 의해 한정되는 각도 알파는 적합하기로 주사 전자 현미경법, 광학 현미경법 또는 당 업계의 숙련자에게 공지되어 있는 그밖의 방법으로 측정한다.
섬유내 액체 수송을 위한 조건들을 제2도와 관련하여 보다 상세하게 설명한다. 제2a-c도에서는 노치의 확대도를 보여주고 있다. 노치들(2a-c) 모두는 동일한 각도 알파를 한정한다. 각각의 노치들(2a-c)는 공기 중에서 서로 다른 액체/섬유 접촉각, θ를 갖는 액체를 함유하고 있는 모습을 나타내고 있다. 제2a도에서는 노치 중의 액체 메니스커스(meniscus)가 오목한 외관을 나타내며, α180°- 2θ인 상황을 도시하고 있다. 제2b도에서는 액체 메니스커스가 노치에서 직선을 형성하며, α=180°- 2θ인 상황을 도시하고 있다. 제2c도에서는 액체 메니스커스가 볼록한 외관을 나타내고 있으며, α180°- 2θ인 상황을 도시하고 있다.
본 발명에 따른 섬유내 액체 수송(위킹(wicking))은 제2a도에 도시한 상황에서 일어나고, 제2b도 또는 제2c도에 도시한 상황에서는 일어나지 않는다. 이형 단면섬유에 의해 한정된 노치의 섬유내 위킹을 제공하기 위한 능력은 수송시키고자 하는 액체의 접촉각 (θ)를 변화시키거나 또는 노치에 의해 한정된 각도 알파를 변화시킴으로써 조절할 수 있다. 노치에 의해 한정된 각도 알파가 α180°- 2θ인 필요 조건을 만족시키는 한, 섬유는 액체의 섬유내 수송을 할 수 있다.
제3a도는 섬유가 각도 알파를 각도 α 180°- 2θ로 한정하는 노치를 한정하고 있는 이형 단면섬유로 만든 부직웹(10)을 도시하고 있다. 따라서 액체(12)가 부직웹(10)의 표면상의 어느 지점에 가해지면, 부직웹(10)은 단지 섬유간 액체 수송만을 할 수 있다. 즉, 액체 (12)는 부직웹을 형성하는 섬유에 의해 한정된 모세관으로 수송되어 제3a도에서 원으로 진하게 표시된 섬유간 액체 수송 영역(14)를 형성한다. 섬유간 액체 수송 영역(14)의 크기는 가해진 액체의 양과, 상술한 바와 같이 모세관 반경, 액체(12)의 표면 장력 및 섬유와 액체(12) 간의 접촉각(θ)에 따라 좌우되는 시스템의 모세관 압력에 의해 좌우된다.
제3b도는 본 발명에 따른 부직웹(16)을 도시하고 있다. 특히 부직웹(16)은 노치를 한정하는 이형 단면섬유로 만들어지며, 이 노치는 α180°- 2θ인 각도 알파를 한정한다. 제3b도와 관련하여, 액체(18)이 부직웹(16) 표면상의 어느 지점에 지면, 부직웹 (16)은 액체를 섬유간 모세관에서 수송하여 섬유간 액체 수송 영역(20)을 형성한다. 섬유간 액체 수송 영역(20)의 크기는, 제3a도와 관련하여 설명한 바와 같이, 모세관 압력에 따라 좌우되며, 이는 곧 모세관 반경, 액체의 표면 장력 및 액체와 섬유 재료의 접촉각에 따라 좌우된다. 액체(18)이 섬유간 액체 수송을 통하여 수송된 후에는, 수송 영역(20)의 모세관들이 본질적으로 액체(18)로 충전된다. 따라서 액체(18)은 이형 단면섬유에 의해 한정된 노치와 접촉하게 된다. 이형 단면섬유는 섬유내 수송을 할 수 있기 때문에, 노치와 접촉하고 있는 액체는 노치에서 수송되어 섬유내 액체 수송 영역(22)를 형성한다. 섬유내 액체 수송(22)의 크기는 섬유간 액체 수송 영역(20)의 모세관에 함유된 액체의 양 및 이형 단면섬유에 의해 한정된 노치가 보유하고 있는 액체의 양에 따라 좌우된다. 섬유내 액체 수송은 섬유간 액체 수송 영역(20)의 모세관이 액체를 완전히 비울 때 까지 액체를 함유할 수 있다.
섬유내 액체 수송시 노치 내부에 존재하는 액체의 양은 섬유가 모세관으로부터 수송되고 있는 액체를 끌어 당기는 모세관의 모세관 압력에 따라 좌우되는 것으로 믿어진다. 제4도와 관련하여, 이형 단면섬유에 의해 한정된 노치내에 존재하는 액체의 횡단면적(A)가 감소함에 따라서 상기 액체의 모세관 압력은 증가한다. 섬유내 액체 수송을 달성하기 위해서는 이형 단면섬유의 노치내에 있는 액체의 모세관압력이 액체가 인발되고 있는 섬유간 모세관의 모세관 압력보다 커야 한다. 이 경우, 섬유내 액체 수송시 노치내에 존재하는 액체의 양은, 노치 중의 액체의 횡단면적(A)로 측정한 결과, 노치가 섬유간 모세관으로부터 액체를 인발하고 있는 섬유간 모세관 중의 액체의 모세관 압력에 따라 좌우된다. 따라서, 이형 단면섬유의 노치내에 존재하는 액체의 양은 노치내에 존재하는 액체의 모세관 압력이 액체가 인발되고 있는 모세관의 모세관 압력보다 크게 될 때까지 감소한다. 즉, 본 발명에 의한 이형 단면섬유의 노치내에 존재하는 액체의 양은 노치내 액체의 모세관 압력이 액체가 인발되는 섬유간 모세관의 모세관 압력보다 크도록 자체 조정할 수 있다.
제4a 및 4b도와 관련하여, 유체가 인발되는 모세관이 상대적으로 크면 (비교적 낮은 모세관 압력), 이형 단면 섬유의 노치 중에 존재하는 액체의 양은 제4a도로 표시한 바와 같이 상대적으로 많아질 수 있다. 그러나, 유체가 인발되는 모세관이 상대적으로 작으면 (비교적 높은 모세관 압력), 이형 단면섬유의 노치 중에 존재하는 액체의 양은 제4b도로 표시한 바와 같이 상대적으로 적어질 수 있다. 그럼에도, 상기 두 경우 모두에서, 노치에, 즉, 섬유내 액체 수송 영역에 존재하는 액체의 모세관 압력은 섬유가 모세관으로부터 액체를 끌어 당기고 있는 섬유간 액체 수송 영역에 있는 모세관의 모세관 압력보다 크다.
이형 단면섬유는, 부직웹을 만들 수 있으며 상술한 바의 각도를 한정하는 노치를 한정하는 임의의 물질로 만들 수 있다. 일반적 통례로서, 이형 단면섬유는 레이온 또는 셀룰로오스 아세테이트와 같은 셀룰로오스 유도체로부터, 또는 폴리올레핀, 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리우레탄 등의 합성 중합체 물질로부터 만들어진다. 이형 단면섬유를 만들 수 있는 물질은 친수성 또는 소수성 어느 쪽도 무방하다. 본 명세서에 사용된 용어에서 친수성은, 상기 인용한 굳 및 스트롬버그의 Surface and Colloid Science 제Ⅱ권, (Plenum Press 출판, 1979년)에 설정된 방법에 따라 측정한 결과, 공기 중의 물(water-in-air) 접촉각을 90° 미만으로 갖는 섬유를 의미한다. 소수성은 굳 및 스트롬버그의 Surface and Colloid Science 제Ⅱ권, (Plenum Press 출판, 1979년)에 설정된 방법에 따라 측정한 결과가 90° 보다 큰 공기 중의 물 접촉각을 갖는 섬유를 의미한다. 이형 단면섬유를 소수성 물질로부터 만들 때에는 섬유의 표면이 친수성이 되도록 섬유를 처리해야 한다. 이와 같은 처리가 필요한 이유는 θ가 90°보다 크면 소수성 표면이 α180°-2θ의 요구조건을 만족시킬 수 없기 때문이다. 친수성 표면을 갖는 소수성 물질을 제공하는 방법은 공지되어 있다. 그 방법의 예에는 계면 활성제 또는 기타 친수성 부여제를 섬유에 도포시키는 방법이 있다.
마친가지로, 90° 미만의 접촉각을 갖는 친수성 중합체에 좀더 친수성을 부여하여 가해진 액체와 관련한 그의 접촉각을 감소시키고자하는 경우에는 계면 활성제나 또는 친수성 물질에 더욱 더 친수성의 표면을 부여하기 위한 그밖의 친수성부여제로 처리할 수 있다. 친수성 처리는 이형 단면섬유를 변색 또는 비변색시킬 수 있다.
이형 단면섬유의 제조 방법은 당업계의 숙련자에게 공지되어 있다. 일반적 통례로서, 합성 중합체 물질로 만든 이형 단면섬유는 일반적으로 섬유를 대개는 목적한 형상에 대응하는 다이 오리피스를 통해 압출시킴으로써 제조된다. 이러한 방법은 1960년 7월 19일자 특허된 레믹(Lehmicke)의 미합중국 특허 제2,945,739호 또는 일본 특허 공개 제(소) 62[1987]-53605호 공보에 개시되어 있다. 이형 단면섬유를 레이온과 같은 셀룰로오스 유도체로 만들고자 하는 경우, 이형 단면섬유는 통상의 비스코스로부터 만들어 질 수 있으며, 적합하기로는 표준 비스코스 방적 조건들을 사용하여 표준 비스코스 조성물로부터 방적시켜서 형성하되, 단, 방적기에 있는 통상의 원형 단면 구멍들을 이형 단면 압출구로 대체시킨다. 이와 같은 방법은 1989년 2월 1일자 공개된 유럽 특허 출원 제0 301 874호 에 기재되어 있다. 별법으로는 이형 단면섬유를 셀룰로오스 아세테이트로부터 만들 수 있다. 예를 들면, 미합중국 버지니아주 내로우에 소재하는 훽스트-셀라니스 코포레이션(Hoechst-Cellanese Corporation)사가 상품명 Cellulose Acetate Tow로 시판하는 Y형 셀룰로오스 아세테이트 섬유는 본 발명에서 사용하기에 적합한 것으로 확인되었다. 또한, 이형 단면섬유는 2개의 섬유를 함께 가연시킴으로써 형성될 수 있다. 두 섬유의 가연은 섬유내 액체 수송을 할 수 있는 나선형 노치를 형성한다.
본 발명에 따른 이형 단면섬유는 일반적으로 직경 약 0.25 내지 약 500 ㎛, 바람직하게는 약0.5 내지 약 40 ㎛를 가진다.
본 발명에 따른 부직웹에 사용된 이형 단면섬유는 적어도 1개의 노치를 한정하며, 이 노치는 상술한 바의 각도 알파를 한정한다. 제1도에서 볼 수 있듯이, 본 발명에서 사용하기에 적합한 이형 단면섬유는 각종 형태의 횡단면을 가질 수 있으며, 종종 1개 이상의 노치를 한정할 수 있다. 즉, 섬유는 2개, 3개 또는 그 이상의 노치들을 한정할 수 있다. 각각의 노치는 일반적으로 동일한 각도 알파를 가질 수 있거나 또는 몇몇 다른 각도를 갖는 노치들을 한정할 수 있다. 통례로서, 본 발명의 부직웹을 제조하는데 사용된 이형 단면섬유는 2개, 바람직하게는 3개, 가장 바람직하게는 적어도 4개의 노치들을 한정하고, 이들 노치들은 상술한 바의 각도 알파를 한정한다.
본 발명에 따른 부직웹은 당업계의 숙련자에게 공지된 부직웹을 제조할 수 있는 임의의 방법으로 적합하게 제조할 수 있다. 예를 들면, 부직웹은 카딩 공정, 란도 공정(rando process), 스펀본드 공정, 니들펀치 공정 등에 의하여 제조할 수 있다. 본발명에 따른 부직웹은 적합하기로 밀도 약 0.01 내지 약 0.5 g/cm3, 바람직하게는 약 0.05 내지 약 0.2 g/cm3및 두께 약 0.5 ㎛ 내지 약 0.05 m, 바람직하게는 약 50 ㎛ 내지 약 0.015 m를 가진다.
본 발명에 따른 부직웹을 형성하는 섬유가 모두 상술한 바와 각도 알파를 정하는 노치를 한정한 이형 단면섬유일 필요는 없다. 그럼에도, 일반적 통례로서, 부직웹에 존재하는 섬유의 총 중량 기준으로 적어도 약 25 중량%, 유리하게는 적어도 약 50 중량%, 바람직하게는 적어도 약 90 중량% 및 가장 바람직하게는 약 100 중량%가 노치를 한정하는 이형 단면섬유로 구성되고, 이 노치가 각도 알파를 α180°- 2θ (여기서, θ는 섬유와 액체간의 접촉각이다)로 한정하는 것이 바람직하다.
상술한 바와 각도를 한정하고 있는 노치를 한정하는 이형 단면 섬유 외에도, 본 발명에 따른 부직웹은 노치를 한정하기 않거나 또는 상술한 요건들을 만족시키는 각도 알파를 한정하기 않는 노치를 한정하고 있는 섬유를 부직웹에 존재하는 섬유의 총 중량 기준으로 최대 약 75 중량%까지 포함할 수 있다. 이형 단면섬유의 양 뿐만 아니라 각도 알파를 α180°- 2θ로 한정하는 노치의 수는 섬유내 액체수송이 일어나는 양 및 속도 모두에 직접적으로 영향을 미친다. 이러한 이유 때문에, 일반적으로 부직웹에 존재하는 모든 섬유는 각도 알파를 α180°- 2θ 로 한정하고 있는 노치를 한정하는 이형 단면 섬유인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 부직웹은 고흡수성 물질을 포함한다. 고흡수성 물질은 제3b도에 도시한 바의 영역(22)와 같이 부직웹과의 액체 전달이 일어나는 섬유내 액체수송 영역 내에 위치한다. 본 명세서에서 사용된 바로서, 고흡수성 물질은 섬유내 액체 수송 영역 내에서 부직웹과의 액체 전달이 일어나는 것으로 간주할 수 있으며, 이때 섬유내 액체 수송 영역에 존재하는 액체는 유동하여 고흡수성 물질과 접촉할 수 있다.
예를 들면, 고흡수성 물질은 제3b도에 도시한 웹 중의 섬유 내 액체 수송 영역(22)내에 존재할 수 있다. 별법으로, 고흡수성 물질은 포치(pouch) 또는 제2웹이 섬유내 액체 수송 영역과 접촉하고 있는 포치 또는 제2웹 중에 존재할 수 있다. 고흡수성 물질은 제3b도에 도시한 영역(20)과 같이 섬유간 액체 수송 영역 내에서 부직웹과의 액체 전달이 일어날 수 있거나 또는 오직 섬유내 유체 영역 내에서만 부직웹과의 액체 전달이 일어날 수 있다.
본 발명자들은 고흡수성 물질이 부직웹 중의 섬유내 액체 수송 영역 내에 위치할 때, 고흡수성 물질이 노치에 의해 수송된 액체와 접촉할 수 있음을 발견하였다. 고흡수성 물질이 섬유내 액체 수송 영역 내의 액체와 접촉하고 있을 때, 고흡수성 물질은 액체를 흡수할 수 있으며, 그리하여 고흡수성 물질의 이용률을 향상시키고, 아울러 연속적인 섬유내 액체 수송이 이루어질 수 있다. 그 예로, 본 발명자들은 예컨대 액체를 20배 중량으로 흡수할 수 있는 고흡수성 물질이 섬유내 액체수송 영역 중에서 액체와 접촉하고 있을 때, 이형 단면섬유는 고흡수성 물질의 흡수용량이 포화될 때까지 또는 이형단면섬유가 수송을 위한 액체를 더 이상 입수할 수 없을 때까지, 액체를 고흡수성 물질에 연속적으로 수송함을 발견하였다. 이 현상은 몇 가지 이유로 중요하다.
섬유내 액체 수송은 부직웹 중에 또는 부직웹과의 액체 전달이 일어나는 위치에 존재하는 고흡수성 물질의 이용률을 개선시킨다. 즉, 일정량의 고흡수성 물질을 부직웹 중에서(또는 액체가 통과하는 부직웹 중에서), 섬유내 액체 수송이 일어나지 않을 때보다 섬유내 액체 수송이 일어날 때 더욱 큰 영역 상으로 분산시킬 수 있다.
예를 들면, 부직웹 중에 존재하는 일정량의 고흡수성 물질을 부직웹에서 충분히 이용하고자 하는 경우, 모든 고흡수성 물질은 단지 섬유간 액체 수송이 일어나기만 하면, 섬유간 액체 수송 영역(예를들면 제3b도의 영역(20))에 위치해야 한다. 그러나, 섬유내 액체 수송이 일어날 때에는 동량의 고흡수성 물질을 보다 큰 영역(제3b도의 섬유간 액체 수송 영역(20) 및 섬유내 액체 수송 영역(22))로 분산시킬 수 있으며, 아울러 모든 고흡수성 물질을 흡수시키고자 하는 액체와 접촉시킬 수 있다. 이는 부직웹의 총 흡수 용량을 유지시키면서 부직웹 중의 고흡수성 물질의 농도를 저하시킨다. 이는 특정 고흡수성 물질의 고밀도 농축물이 겔 블록킹(gel blocking)효과, 즉, 섬유간 모세관들을 팽윤된 고흡수성 물질로 메우는 효과를 가져옴으로써 섬유간 액체 수송을 최대 한도로 방지하는 경향이 있기 때문에 바람직하다.
본 발명에서 사용하기에 적합한 고흡수성 물질로서는 무기 및 유기 고흡수성물질 모두를 들 수 있다. 적합한 고흡수성 무기 물질로서는 예컨대 흡수성의 점토류 및 실리카겔류를 들 수 있다. 고흡수성 유기 물질로서는 한천, 펙틴, 구아르검 및 초탄과 같은 천연 물질 뿐만 아니라 합성 하이드로겔 중합체와 같은 합성 물질도 들 수 있다. 이와 같은 합성 하이드로겔 중합체로서는 예컨대 카르복시 메틸셀룰로오스, 폴리아크릴산류의 알칼리 금속염류, 폴리아크릴 아미드류, 폴리비닐알콜, 에틸렌말레산 무수물 공중합체, 폴리비닐에테르류, 하이드록시프로필셀룰로오스, 폴리비닐모르폴리논, 비닐술폰산의 중합체 및 공중합체, 폴리아크릴레이트류, 폴리아크릴아미드류, 폴리비닐피리딘 등을 들 수 있다. 그 밖의 적합한 중합체로서는 가수분해된 아크릴로니트릴 그래프트화 전분, 아크릴산 그래프트화 전분 및 이소부틸렌 말레산 공중합체 및 그의 혼합물을 들 수 있다. 하이드로겔 폴리머는 약간 가교되어도 물질에 실질적으로 수불용성을 부여하기 때문에 바람직하다. 가교는 예를 들면 조사에 의해서 또는 공유결합, 이온 결합, 반데르발스 결합 또는 수소 결합에 의해 이루어질 수 있다. 적합한 고흡수성 물질은 다우 케미칼 캄파니(Dow Chemical Company), 셀라니스 코포레이션 (Cellanese Corporation), 알라이드-콜로이드(Allied-Colloid) 및 스톡하우젠(Stockhausen)과 같은 여러 시판 회사로부터 입수할 수 있다. 전형적으로, 고흡수성 물질은 적어도 약 15배 중량의 물을 흡수할 수 있으며, 바람직하게는 적어도 약 25-30배 중량의 물을 흡수할 수 있다. 고흡수성 물질은 부직웹의 총 중량 기준으로 약 1내지 약 95중량%, 바람직하게는 약 5 내지 약 60중량%의 양으로 부직웹 중에 존재할 수 있다.
본 발명에 따른 부직웹은 각종 일회용 흡수 제품에서 사용하기에 적합하다. 예를 들면, 부직웹은 기저귀, 성인 실금용품, 여성 위생 용품, 소아용 속팬츠, 붕대 같은 개인 위생품에 사용하기에 적합하다. 제5도와 관련하여, 적합한 흡수성 개인 위생품은 유체 불투과성 외부 커버(32), 착용자의 피부를 접촉시키기에 적합화되어 있고 상기 외부 커버 상에 중첩되어 있는 유체 투과성 신체측 라이너(34) 및 신체측라이너와 유체불투과성 외부 커버 사이에 위치한 흡수 구조(36)으로 구성되는 기저귀(30)이다. 본 발명에 따른 부직웹은 흡수 구조 전체를 구성할 수 있거나 또는 다성분 흡수 구조의 한 성분을 구성할 수 있다. 본 발명의 부직웹이 사용될 수 있는 개인 위생품의 예는 1989년 1월 17일자 특허된 메이어(Meyer)등의 미합중국 특허 제4,798,603호, 1987년 12월 1일자 특허된 볼랜드(Boland)등의 동제4,710,187호, 1988년 9월 13일자 특허된 프락스미어(Proxmire)등의 동제4,770,656호 및 1988년 8월 9일자 특허된 로이슬러(Roessler)등의 동제4,762,521호에 기재된 것들이다.
[실시예]
카디드웹을 대체로 Y형 횡단면을 갖는 1.5일치, 2.4데니어의 세 갈래형(trilobal) 횡단면 레이온 스테이플 섬유로부터 제조하였다. 이 레이온 섬유는 약 120°의 각도 알파 3곳을 한정하는 노치 3개를 한정하였다. 카디드웹은 당 업계의 숙련자에게 공지된 표준 카딩기로 제조하였다. 일반적으로, 키딩기는 침착된 섬유들로 이루어진 웹을 형성하고, 이어서 침착된 섬유들을 결합하여 어느 정도의 배향성을 섬유들에 부여한다.
본 명세서에 사용된 바로서, 섬유 배향성은 카디드웹의 기계 방향 강도 대 횡방향 강도의 비로서 표시된다. 따라서, 강도가 횡방향에서보다 기계 방향에서 4배 더 강한 웹은 본 출원의 목적을 위해 4:1의 섬유 배향성을 갖는다고 말한다. 웹의 강도는 파괴시 인장 강도를 측정하기 위한 인스트론(Instron)과 같은 장치를 이용하여 당 업계의 숙련자에게 공지된 방법에 따라 측정하였다.
카디드웹의 대조 샘플을 대략 Y형 횡단면을 갖는 3데니어 레이온으로 제조하였다. 모든 카디드웹은 약 1 oz/yd의 기본 중량을 갖게 그리고 동일한 기계 방향:횡방향 강도비를 가지게 제조하였다. 기계 방향:횡기계 방향 비는 2:1 또는 4:1 이었다. 또한, 본 명세서에 사용된 바로서, 이 비는 섬유 배향성을 나타내는 것으로 믿어진다(2:1=횡기계 방향에서보다 2배 많은 기계 방향에서 종축으로 배향된 섬유).
그런 다음, 웹들은 수평 위킹 시험을 행하였는데, 먼저 시험하고자 하는 웹의 3인지 x 5인치 시험 샘플을 폴리에스테르지지 웹상에 배치하였다. 그후, 비실체성(nonsubstantive) 염료를 함유하는 증류수 10 방울(방울 당 약 0.05 ml)을 웹 상의 한 지점에 가하였다. 유체 및 유체 이동을 나타내는 사진을 초기(시간=약 5초) 및 5분(시간=5분)후에 각각 찍었다. 비실체성 염료를 함유하는 증류수는 10° 미만의 세 갈래형 횡단면 레이온 섬유와의 접촉각 세타(θ) 및 10° 미만의 원형 횡단면 레이온 섬유와의 접촉각을 갖는 것을 확인하였다. 따라서, 세 갈래형 섬유는 α180°- 2θ 인 것으로 보여진다. 상이한 레이온 섬유들은 섬유에 대해 서로 다른 방적피니싱을 가지므로, 가해진 액체와 상이한 접촉각들을 가질 수 있다.
제6도는 시간=5초에서 2:1의 배향성을 갖는 3데니어 원형 레이온 섬유로 이루어진 대조용 웹의 사진이다.
제7도는 시간=5초에서 2:1의 배향성을 갖는 2.4데니어 세 갈래형 레이온 섬유로 이루어진 웹의 사진이다.
제8도는 시간=5분에서 제6도의 웹의 사진이다.
제9도는 시간=5분에서 제7도의 웹의 사진이다.
제10도는 시간=5초에서 4:1의 배향성을 갖는 3데니어 원형 레이온 섬유로 이루어진 대조용 웹의 사진이다.
제11도는 시간=5초에서 4:1의 배향성을 갖는 2.4데니어 세 갈래형 레이온 섬유로 이루어진 대조용 웹의 사진이다.
제12도는 시간=5분에서 제10도의 웹의 사진이다.
제13도는 시간=5분에서 제11도의 웹의 사진이다.
제6-9도에서 볼 수 있듯이, 대조용 웹(제6도 및 8도)에서는 섬유간 유체 수송영역(X)는 보이지만, 섬유내 유체 수송 영역은 전혀 보이질 않는다. 이형 단면 섬유의 웹(제7도 및 9도)에서는 시간=5초 및 5분에서 섬유간 유체 수송 영역(X)가 나타나며, 시간=5분 (제9도)에서 섬유내 유체 수송 영역(Y)가 나타난다.
제10-13도에서 볼 수 있듯이, 대조용 웹(제10도 및 12도)에서는 섬유간 유체수송 영역(X)는 보이지만, 섬유내 유체 수송 영역은 전혀 보이질 않는다. 이형 단면섬유의 웹(제11도 및 13도)에서는 시간=5초 및 5분에서 섬유간 유체 수송 영역(X)가 나타나며, 시간=5분(제13도)에서 섬유내 유체 수송 영역(Y)가 나타난다.
그러므로, 본 발명에 의해 개시된 바와 같은 이형 단면섬유를 함유하는 웹은 유체의 섬유내 수성을 할 수가 있다. 고흡수성 물질이 섬유내 유체 수송 영역과의 액체 전달이 일어날 때, 고흡수성 물질은 시간=5분에서 적어도 부분적으로 팽윤되는 것으로 확인되었다.
세 갈래형 레이온과의 접촉각을 30° 보다 크게 갖는 액체를 증류수 대신 사용했을 때, 섬유내 액체 수송 영역(Y)는 시험된 웹에서 전혀 형성되지 않았다.
웹으로, 시험 시료 웹을 비실체성 염료 함유 증류수의 용기 위에 웹의 말단 연부를 물에 접촉시켜 수직을 현탁시키는 수직 위킹 시험을 행하였을 때 동일한 일반적 작용을 나타내었다. 특히, 원형 단면 섬유로 형성된 웹은 물을 섬유간 유체수송을 통해 수직으로 약1.5-20 cm(시간=5분)의 높이까지 수송시키는 것이 관측되었다. 세 갈래형 레이온 섬유로 형성된 웹은 물을 섬유간 유체 수송을 통해 약 1.5-2.0 cm (시간=5분)의 높이까지 수송시키며, 섬유내 유체 수송을 통해 약 5.5 cm(시간=5분)의 높이까지 물을 수직으로 수송시키는 것이 관측되었다.
본 발명을 특히 몇몇 바람직한 실시태양과 관련하여 기술하였지만, 본 발명은 전술한 명세서에 기술한 것과는 구체적으로 상이할 수 있는 여러 가지 별법 및 변양으로 실시될 수 있다. 이들 변양 및 별법은 전술한 발명을 벗어남이 없이도 가능하다.

Claims (26)

  1. 섬유간 및 섬유내 액체 수송을 할 수 있으며, 각도 알파(α)를 α180°- 2θ(여기서, θ는 액체와 이형 단면섬유 간의 접촉각이다)로 한정하는 노치(notch)를 한정하는 이형 단면섬유 및 섬유내 액체 수송 영역 내에서 부직웹과의 액체 전달이 일어나는 고흡수성 물질로 이루어져서, 부직웹에 가해진 액체가 섬유간 액체 수송 및 섬유내 액체 수송되는 것을 특징으로 하는, 액체를 흡수 및 수송하는 부직웹.
  2. 제1항에 있어서, 상기 부직웹이 부직웹의 총 중량을 기준하여 약 25중량% 이상의 상기 이형 단면섬유로 이루어지는 것을 특징으로 하는 부직웹.
  3. 제2항에 있어서, 상기 부직웹이 부직웹의 총 중량을 기준하여 약 50중량% 이상의 상기 이형 단면섬유로 이루어지는 것을 특징으로 하는 부직웹.
  4. 제1항에 있어서, 상기 부직웹이 부직웹의 총 중량을 기준하여 약 90중량% 이상의 상기 이형 단면섬유로 이루어지는 것을 특징으로 하는 부직웹.
  5. 제1항에 있어서, 상기 부직웹이 부직웹의 총 중량을 기준하여 약 100중량% 이상의 상기 이형 단면섬유로 이루어지는 것을 특징으로 하는 부직웹.
  6. 제1항에 있어서, 상기 이형 단면섬유가 합성 중합체 물질로 부터 제조 되는 것을 특징으로 하는 부직웹.
  7. 제1항에 있어서, 상기 이형 단면섬유가 셀룰로오스 유도체로 부터 제조 되는 것을 특징으로 하는 부직웹.
  8. 제1항에 있어서, 상기 이형 단면섬유가 2개의 노치를 한정하고, 각각의 노치가 각도 알파를 α180°-2θ(여기서, θ는 상기 액체와 상기 이형 단면섬유간의 접촉각이다)로 한정하는 것을 특징으로 하는 부직웹.
  9. 제8항에 있어서, 상기 이형 단면섬유가 3개의 노치를 한정하고, 각각의 노치가 각도 알파를 α180°-2θ(여기서, θ는 상기 액체와 상기 이형 단면섬유간의 접촉각이다)로 한정하는 것을 특징으로 하는 부직웹.
  10. 제1항에 있어서, 고흡수성 물질이 상기 웹 중에서 섬유내 액체 수송 영역 내에 존재하는 것을 특징으로 하는 부직웹.
  11. 제1항에 있어서, 상기 이형 단면섬유가 약 0.5 내기 약 40㎛의 직경을 갖는 것을 특징을 하는 부직웹.
  12. 제1항에 있어서, 상기 부직웹이 약 0.05 내지 약 0.2g/cm3의 밀도를 갖는 것을 특징으로 하는 부직웹.
  13. 섬유간 및 섬유내 액체 수송을 할 수 있으며, 각도 알파를 α180°-2θ(여기서, θ는 상기 액체와 상기 이형 단면섬유간의 접촉각이다)로 한정하는 2개의 노치를 한정하는 이형 단면섬유 및 섬유내 액체 수송 영역에서 액체와 접촉하도록 상기 웹 중에서 섬유내 액체 수송 영역 내에 분산된 고흡수성 물질로 이루어지고, 약0.05 내지 약 0.2g/cm3의 밀도를 가지며, 또한 이들에 의해서 상기 웹에 가해진 액체가 섬유간 액체 수송 및 섬유내 액체 수송되는 것을 특징으로 하는, 액체를 흡수 및 수송하는 부직웹.
  14. 유체 불투과성 외부 커버, 상기 외부 커버 상에 중첩되어 있으며, 착용자의 피부와 접촉하도록 적합화된 유체 투과성 신체측 라이너, 및 상기 와부 커버와 상기 신체측 라이너 사이에 배치되어 있으며, 섬유간 및 섬유내 액체 수송을 할 수 있고, 각도 알파를 α180°-2θ(여기서, θ는 상기 액체와 상기 이형 단면섬유간의 접촉각이다)로 한정하는 노치를 한정하는 이형 단면섬유 및 섬유내 액체 수송 영역 내에서 부직웹 과의 액체 전달이 일어나는 고흡수성 물질로 이루어져서, 부직웹에 가해진 액체가 섬유간 액체 수송 및 섬유내 액체 수송되는, 액체를 흡수 및 수송하는 부직웹을 포함하는 흡수 구조체로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 방출된 체액을 흡수할 수 있는 일회용 흡수 제품.
  15. 제14항에 있어서, 상기 부직웹이 부직웹의 총 중량을 기준하여 약 25중량% 이상의 상기 이형 단면섬유로 이루어지는 것을 특징으로 하는 흡수 제품.
  16. 제15항에 있어서, 상기 부직웹이 부직웹의 총 중량을 기준하여 약 50중량% 이상의 상기 이형 단면섬유로 이루어지는 것을 특징으로 하는 흡수 제품.
  17. 제16항에 있어서, 상기 부직웹이 부직웹의 총 중량을 기준하여 약 90중량% 이상의 상기 이형 단면섬유로 이루어지는 것을 특징으로 하는 흡수 제품.
  18. 제14항에 있어서, 상기 부직웹이 부직웹의 총 중량을 기준하여 약 100중량% 이상의 상기 이형 단면섬유로 이루어지는 것을 특징으로 하는 흡수 제품.
  19. 제14항에 있어서, 상기 이형 단면섬유가 합성 중합체 물질로부터 제조되는 것을 특징으로 하는 흡수 제품.
  20. 제14항에 있어서, 상기 이형 단면섬유가 셀룰로오스 유도체로 부터 제조되는 것을 특징으로 하는 흡수 제품.
  21. 제14항에 있어서, 상기 이형 단면섬유가 2개의 노치를 한정하고, 각각의 노치가 각도 알파를 α180°-2θ(여기서, θ는 상기 액체와 상기 이형 단면섬유간의 접촉각이다)로 한정하는 것을 특징으로 하는 흡수 제품.
  22. 제21항에 있어서, 상기 이형 단면섬유가 3개의 노치를 한정하고, 각각의 노치가 각도 알파를 α180°-2θ(여기서, θ는 상기 액체와 상기 이형 단면섬유간의 접촉각이다)로 한정하는 것을 특징으로 하는 흡수제품.
  23. 섬유간 및 섬유내 액체 수송을 할 수 있고, 섬유내 액체 수송 영역내에서 부직웹과의 액체 전달이 일어나는 고흡수성 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 액체를 흡수 및 수송하는 부직웹.
  24. 제 23항에 있어서, 상기 고흡수성 물질이 섬유내 액체 수송 영역내에서만 상기 부직웹과의 액체 전달이 일어나는 것을 특징으로 하는 부직웹.
  25. 제24항에 있어서, 상기 고흡수성 물질이 상기 부직웹 중에 분산되어 있는 것을 특징으로 하는 부직웹.
  26. 제25항에 있어서, 상기 고흡수성 물질이 상기 부직웹 중에서 섬유내 액체 수송 영역 내에만 분산되어 있는 것을 특징으로 하는 부직웹.
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