KR100198377B1 - 다공성의 흡수성 중합체 거대 구조물 및 그의 제조방법 - Google Patents

다공성의 흡수성 중합체 거대 구조물 및 그의 제조방법 Download PDF

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헨리 라만 프랭크
존 버그 챨스
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데이비드 엠 모이어
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Abstract

본 발명은 약 10.0㎣ 이상의 경계 건조부피(Circumscribed dry volume)를 갖는 입자간 가교결합된 응집체를 포함하는 다공성의 흡수성 중합체 거대구조물(52)에 관한 것이다.
입자간 가교결합된 응집체는 실질적으로 수불용성인 흡수성 하이드로 겔-형성 중합체 물질의 다수의 전구체 입자; 및 전구체 입자의 중합체 물질과 반응하여 전구체 입자사이에 가교결합을 형성하는 입자간 가교결합제를 포함한다. 전구체 입자의 입상성질 때문에, 거대구조물(52)는 인접한 전구체 입자사이의 공극을 갖는다. 이 공극은 거대구조물이 액체 투과성이도록 상호연통 체널에 의해 상호연결되어 있다.

Description

[발명의 명칭]
다공성의 흡수성 중합체 거대구조물 및 그의 제조방법
[발명의 분야]
본 발명은 물 또는 신체 배설물과 같은 액체와의 접촉시 팽화하고 상기 액체를 흡수하는 흡수성 중합체 조성물에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 본 발명은 시이트, 필름 또는 스트립과 같은 거대구조물인 중합체 조성물에 관한 것이다. 이러한 흡수성 중합체 거대구조물은 액체가 투과하도록 다공성이다. 이들 다공성의 흡수성 중합체 거대구조물은 그 자체로 유용하거나, 또는 기저귀, 성인 실금자용 패드, 생리대 등과 같은 흡수 제품에 유용하다. 본 발명은 또한 이러한 다공성의 흡수성 중합체 거대구조물의 제조방법에 관한 것이다.
[발명의 배경]
미립상 흡수성 중합체 조성물은 물 및 신체 배설물과 같은 액체를 다량 흡수할 수 있으며, 추가로 적당한 압력하에 이러한 흡수된 액체를 보유할 수 있다. 이러한 중합체 조성물의 흡수 특징으로 인해, 상기 중합체 조성물은 기저귀와 같은 흡수제품 내에 혼입되기에 특히 유용하다. 예를들면, 1972년 6월 13일자로 하퍼(Harper) 등에게 허여된 미합중국 특허 제 3,699,103 호 및 1972년 6월 20일자로 하몬에게 허여된 미합중국 특허 제 3,670,731 호에는 흡수 제품 내에서의 미립상 흡수성 중합체 조성물(하이드로겔, 초흡수제, 또는 하이드로콜로이드 물질이라고도 함)의 용도가 기술되어 있다.
그러나, 통상적인 미립상 흡수성 중합체 조성물은 입자들이 고정되어 있지 않고 가공 및/또는 사용시 자유롭게 이동하는 한계점을 갖는다. 가공시 입자의 이동으로 인해 제조 과정동안 물질이 손실될 뿐만 아니라 입자를 사용하려는 구조물에 입자가 불균질하게 혼입될 수 있다. 보다 심각한 문제는 미립상 물질이 팽화시 또는 팽화후 이동하는 경우에 일어난다. 이러한 이동성으로 인해 입자들 사이에 안정한 모세관 또는 액체 수송 채널이 존재하지 않아 액체가 물질을 통과하는데 큰 저항을 갖게 된다. 이러한 현상은 보편적으로 겔 블록킹 현상이라고 불리는 현상중의 하나의 형태이다.
흡수 제품에서의 사용면에서 입자 이동성과 관련된 성능 한계를 극복하기 위한 하나의 방법은 미립상 흡수성 중합체 조성물을 티슈 적층체(층상 흡수부재)에 혼입하는 것이다. 티슈 층 사이에 입자를 캡슐화함으로써, 흡수부재내의 전체적인 입자 이동성은 감소된다. 그러나, 액체 접촉시, 적층체내의 입자는 서로에 대해 종종 자유롭게 움직이므로, 이미 존재하는 임의의 입자상호간의 모세관이 파괴된다.
이러한 문제를 해결하기 위한 또다른 방법은 입자들을 함께 또는 기재에 보유하기 위해 접착제로서 작용하는 다량의 액상 폴리하이드록시 화합물을 가함으로써 미립상 흡수성 중합체 조성물을 고정시키는 것이다. 이러한 기술의 실례는 1983년 10월 18일자로 코프만(Korpman)에게 허여된 미합중국 특허 제 4,410,571호에 기재되어 있다. 이 해결방법은 팽화전에, 또는 어느 정도는 팽화시 이동을 제한하지만, 입자들은 과량의 액체를 중합체 조성물에 제공하는 경우 결국 서로 분리되어, 이미 존재하는 임의의 입자 사이의 모세관이 다시 파괴된다.
이러한 문제를 해결하기 위한 또다른 방법은 선형 중합체의 용액을 추출하고, 후속적으로 중합체를 가교결합시켜 초흡수성 필름을 제조하는 것이다. 이 기술의 실례는 1989년 8월 29일자로 알렌(Allen)등에게 허여된 미합중국 특허 제 4,861,539호에 기재되어 있다. 이러한 초흡수성 필름은 상당량의 액체를 흡수할 수도 있지만, 제한된 액체 수송 성질을 가지며 내부 모세관의 부족으로 인해 겔 블록킹되는 경향이 있다.
따라서, 본 발명에서는 다공성의 흡수성 중합체 거대구조물을 제공하여 상기 문제점을 해결하고자 한다.
따라서, 본 발명의 목적은 다공성인 흡수성 중합체 거대구조물을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 과량의 액체로 포화될 때에도 원상태를 유지하면서 액체를 이동시키는 흡수성 중합체 거대구조물을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 과량의 액체로 포화될 때에도 성분 전구체 입자와 공극이 상대적인 형태 및 공간상의 관계를 유지하는 흡수성 중합체 거대구조물을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 팽화시 액체 투과성이 증가하는 흡수성 중합체 거대구조물을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 이러한 흡수성 중합체 거대구조물을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 본 발명의 흡수성 중합체 거대구조물을 혼입시킨 개선된 흡수용품, 흡수부재, 및 흡수제품(예를 들어 기저귀 또는 생리대)를 제공하는 것이다.
[발명의 개요]
본 발명은 다공성의 흡수성 중합체 거대구조물을 제공한다. 다공성의 흡수성 중합체 거대구조물은 약 10.0㎣ 보다 큰 경계 건조부피(Circumscribed dry volume)를 갖는, 입자간 가교결합된 응집체를 포함한다. 입자간 가교결합된 응집체는 실질적으로 수불용성인 흡수성 하이드로겔-형성 중합체 물질의 다수의 전구체 입자; 및 전구체 입자의 중합체 물질과 반응하여 전구체 입자들 사이에 가교결합을 형성시키는 입자간 가교결합제를 포함한다. 전구체 입자의 미립 특성때문에, 거대구조물은 인접한 전구체 입자사이의 공극을 갖는다. 공극은 거대구조물이 액체 투과하도록(즉, 수송 모세관을 갖도록) 상호연통 체널에 의해 서로 연결된다.
입자간 가교결합된 응집체를 형성하는 전구체 입자 사이에 형성된 입자간 가교결합 때문에, 생성된 거대구조물은 개선된 구조적 일체성(integrity), 증가된 액체 수용 및 분배 속도, 및 최소한의 겔 블록킹 특징을 갖는다. 거대구조물이 액체와 접촉할 때, 거대구조물은 일반적으로 적당한 유폐 압력(confining pressure) 하에서도 일반적으로 등방성으로 팽화하며, 상기 액체를 전구체 입자 내로 흡수하며, 상기 액체를 공극 내로 흡수하는 것으로 밝혀졌다. 거대구조물의 등방성 팽화는 팽화되었을 때에도 전구체 입자들과 공극이 상대적인 형태 및 공간상의 관계를 유지하도록 한다. 따라서, 거대구조물은 전구체 입자들이 서로 분리되지 않는다는 점에서 비교적 유체에 안정하므로, 겔 블록킹의 빈도가 최소화되며, 모세관이 팽화시에도 유지 및 확장되어, 거대구조물은 과량의 액체일지라고 이 액체를 수용하고 수용된 액체를 수송할 수 있다.
본 발명은 또한 본 발명의 다공성의 흡수성 중합체 거대구조물을 혼입시킨 개선된 흡수용품, 흡수부재 및 흡수제품에 관한 것이다. 거대구조물은 액체를 신속하게 수용하고, 효과적으로 분포시키며, 이러한 액체를 저장함으로써 상기 제품의 액체 취급 특징을 개선시켜, 액체를 수용하고 수용된 액체를 후속적으로 수송하며 상기 제품내에서의 겔 블록킹 및 겔 이동을 최소화시킨다.
또한, 본 발명은 상기 다공성의 흡수성 중합체 거대구조물의 제조 방법에 관한 것이다. 거대구조물은 입자간 가교결합제를 전구체 입자들상에 적용시키고, 전구체 입자들을 물리적으로 결합시켜 응집체를 생성시키고, 입자간 가교결합제를 전구체 입자들의 중합체 물질과 반응시켜 상이한 전구체 입자들 사이에 가교결합을 형성시킴으로써 제조된다. 바람직한 태양에서, 거대구조물은 결합된 전구체 입자의 응집체를 성형시켜 목적하는 형태, 크기 및/또는 밀도를 갖는 거대구조물을 형성시킴으로써 제조된다. 거대구조물의 성분 전구체 입자는 또한 표면 가교결합될 수 있다.
[도면의 간단한 설명]
본 명세서는 본 발명을 특징적으로 지적하며 명확하게 청구한 특허청구범위로 결론지어지지만, 본 발명은 첨부된 도면과 관련하여 하기 설명으로부터 보다 완전히 이해될 수 있는 것으로 생각된다.
제1도는 본 발명의 다공성의 흡수성 중합체 거대구조물의 가장자리의 사시도(수평으로부터 15°)를 대략 40배 확대한 현미경 사진이다.
제2도는 제1도에 나타낸 거대구조물의 일부의 평면도를 대략 120배 확대한 현미경 사진이다.
제3도는 제1도에 나타낸 거대구조물의 모서리의 사시도(수평으로부터 45°)를 대략 30배 확대한 현미경 사진이다.
제4도는 거대구조물의 사용된 초흡수성 섬유를 갖는 다공성의 흡수성 중합체 거대구조물의 다른 태양의 일부의 평면도를 대략 20배 확대한 현미경 사진이다.
제5도는 제4도의 거대구조물의 일부의 평면도를 대략 50배 확대한 현미경 사진이다.
제6도는 제4도의 거대구조물의 일부의 평면도를 대략 75배 확대한 현미경 사진이다.
제7도는 거대구조물에 함입된 폴리에스테르 섬유를 갖는 다공성의 흡수성 중합체 거대구조물의 다른 태양의 일부의 사시도(수평으로부터 45°)를 대략 100배 확대한 현미경 사진이다.
제8도는 흡수부재가 본 발명의 다공성의 흡수성 중합체 거대구조물을 포함하는 기저귀의 하부 흡수코어(본 발명의 흡수부재의 양태)를 더욱 명확히 나타내기 위해 상면시이트의 일부가 절단된 본 발명의 일회용 기저귀 양태의 사시도이다.
제9도는 제8도의 절취선 9-9를 따라서 취한 제8도에 나타낸 기저귀의 흡수코어의 단면도이다.
제10도는 다른 흡수코어 양태를 더욱 명확히 나타내기 위해 상면시이트의 일부가 절단된 본 발명의 일회용 기저귀 양태의 사시도이다.
[발명의 상세한 설명]
본 발명의 다공성 흡수성 중합체 거대구조물은 물 및/또는 신체 배설물(예를들면, 뇨 또는 생리혈)과 같은 액체를 다량 흡수할 수 있고 적당한 압력하에 상기 액체를 보유할 수 있는 구조물이다. 전형적으로, 본 발명의 다공성의 흡수성 중합체 거대구조물은 일반적으로 등방성으로 팽화하며, 신속하게 액체를 흡수한다.
본 원에 사용된 거대구조물(macrostructure)이란 용어는 약 10.0㎣ 이상, 바람직하게는 약 100㎣ 이상, 보다 바람직하게는 약 500㎣ 이상의 실질적으로 건조되었을 때의 경계 부피(즉, 경계 건조부피)를 갖는 제품을 의미한다. 전형적으로, 본 발명의 거대구조물은 약 500㎣ 보다 훨씬 더 큰 경계 건조부피를 가질 것이다. 본 발명의 바람직한 태양에서, 거대구조물은 약 1000㎣ 내지 약 100,000㎣ 의 경계 건조부피를 갖는다.
본 발명의 거대구조물은 다수의 형태 및 크기를 가질 수도 있고, 거대구조물은 전형적으로 시이트, 필름, 실린더, 블록, 구, 섬유, 필라멘트, 또는 다른 성형 요소의 형태로 존재한다. 거대구조물은 일반적으로 약 0.25㎜ 내지 약 10.0㎜의 직경 또는 두께를 갖는다. 흡수 용품에 사용하기 위해서는, 바람직하게는 거대구조물은 시이트 형태이다. 본 원에 사용된 시이트란 용어는 약 250㎛ 보다 큰 두께를 갖는 거대구조물을 의미한다. 시이트는 약 0.5㎜ 내지 약 3㎜, 전형적으로 1㎜의 두께를 갖는 것이 바람직할 것이다.
본 발명의 거대구조물은 다량의 액체를 흡수할 수 있는 중합체 물질로부터 형성된다(이러한 중합체 물질은 통상 하이드로겔, 하이드로콜로이드 또는 초흡수성 물질이라고 한다). 거대구조물은 실질적으로 수불용성인 흡수성의 하이드로겔-형성 중합체 물질을 포함하는 것이 바람직하다. 특정 중합체 물질들은 전구체 입자들을 형성하는 중합체 물질들과 관련하여 본문에 기술되어 있다.
제1도 및 제3도에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 다공성의 흡수성 중합체 거대구조물은 입자간 가교 결합된 응집체들을 포함한다. 입자간 가교결합된 응집체들은 본 발명에서는 2개 이상, 전형적으로 약 10개 이상의 독립적인 전구체 입자들을 함께 결합시킴으로써 형성된 다공성 구조물이다.
전구체 입자들은 이들에 적용된 입자간 가교 결합제에 의해 함께 결합되고, 전구체 입자들의 물리적 결합을 유지시키면서, 입자간 가교결합제를 전구체 입자의 중합체 물질과 반응시켜, 응집체를 형성하는 전구체 입자들 사이에 가교결합을 형성하는데 충분한 조건을 전구체 입자에 적용시킨다.
제1도에 나타난 바와 같이, 입자간 가교결합된 응집체는 다수의 전구체 입자로부터 형성된다. 본 원에 사용된 전구체 입자에 바람직한 크기로 인해, 입자간 가교결합된 응집체는 전형적으로 10개 이상, 바람직하게는 약 50개 이상의 전구체 입자로부터 형성된다. 본 발명의 전구체 입자는 개별적인 단위의 형태이다.
전구체 입자들은 과립, 미분, 구, 박편, 섬유, 응집체 또는 집괴물을 포함할 수 있다. 그러므로, 전구체 입자는 입방체; 봉형; 다면체; 구형; 라운드형; 각진형; 불규칙형; 무작위적인 크기의 불규칙한 형상(예를들면 연마 또는 미분 단계의 미분 제품); 또는 침형, 박편형 또는 섬유 형상과 같은 가장 큰 치수/가장 작은 치수 비율이 큰 형상 등과 같은 임의의 목적하는 형상을 가질 수 있다. 제1도 내지 제3도에 나타난 바와 같이, 전구체 입자는 무작위적인 크기의 불규칙한 형상의 분말 과립 또는 박편의 미분된 분말 형태가 바람직하다.
전구체 입자들은 다양한 범위의 크기를 가질 수 있지만, 특정 입경 분포 및 크기가 바람직하다. 본 발명에 있어서, 입경은 체 크기 분석에 의해 결정되는 전구체 입자들의 치수로서 섬유와 같이 가장 큰 치수/가장 작은 치수 비가 크지 않은 전구체 입자(예를들면 과립, 박편 또는 분말)에서 정의된다.
그러므로, 예를 들면, 600㎛ 개구를 갖는 표준 #30 체에 체류하는 전구체 입자들은 600㎛ 보다 큰 입경을 갖는 것으로 생각되며, 600㎛ 개구를 갖는 표준 #30 체를 통과하고 500㎛ 개구를 갖는 표준 #35 체에 체류하는 전구체 입자들은 500 내지 600㎛의 입경을 갖는 것으로 생각되며, 500㎛ 개구를 갖는 #35 체를 통과하는 전구체 입자들은 500㎛ 미만의 입경을 갖는 것으로 생각된다. 본 발명의 바람직한 양태에서, 전구체 입자들은 일반적으로 약 1 내지 약 2000㎛, 보다 바람직하게는 약 20㎛ 내지 약 1000㎛ 범위의 크기로 갖는다.
더욱이, 본 발명에서, 전구체 입자들은 질량 평균 입경은 생성된 거대구조물의 특성 및 성질을 결정하는데 중요하다. 전구체 입자들의 주어진 샘플의 질량 평균 입경은 질량을 기준으로 한 샘플의 평균 입경인 입경로서 정의된다. 샘플의 질량 평균 입경의 결정 방법은 하기 시험 방법편에 개시되어 있다. 전구체 입자의 질량 평균 입경은 일반적으로 약 20 내지 약 1500㎛, 더욱 바람직하게는 약 50 내지 약 1000㎛이다.
본 발명의 바람직한 양태에서, 전구체 입자는 약 1000㎛ 미만, 더욱 바람직하게는 약 600㎛ 미만, 가장 바람직하게는 약 500㎛ 미만의 질량 평균 입경을 갖는다. 본 발명의 특정한 바람직한 양태에서, 전구체 입자의 질량 평균 입경은 비교적 작다(즉, 전구체 입자는 미세하다). 이러한 양태에서, 전구체 입자의 질량 평균입경은 약 300㎛ 미만, 더욱 바람직하게는 약 180㎛ 미만이다. 예시적인 양태에서는, 전구체 입자의 약 95 중량% 이상이 약 150㎛ 내지 약 300㎛의 입경을 갖는다. 다른 양태에서는, 전구체 입자의 약 95% 이상이 약 90㎛ 내지 약 180㎛의 입경을 갖는다. 좁은 전구체 입경 분포가 바람직한데, 동등한 질량 평균 입경을 갖는 보다 넓은 전구체 입경분포와 비교하여, 밀집화될 때 보다 높은 공극 분율로 인해 보다 높은 공극률의 거대구조물이 생성되기 때문이다.
섬유와 같이 가장 큰 치수/가장 작은 치수가 큰 물질의 입경은 전형적으로 그의 가장 큰 치수에 의해 정의된다. 예를 들어, 흡수성 중합체 섬유(즉, 초흡수성 섬유)가 본 발명의 거대구조물에 사용되는 경우, 섬유의 길이가 입경을 정의하는데 사용된다. (섬유의 테니어 및/또는 직경도 또한 특정될 수 있다). 본 발명의 예시적인 양태에서, 섬유는 약 5㎜ 이상, 바람직하게는 약 10㎜ 내지 약 100㎜, 더욱 바람직하게는 약 10㎜ 내지 약 50㎜의 길이를 갖는다.
전구체 입자들은 실질적으로 수불용성인 흡수성의 하이드로겔-형성 중합체 물질들을 포함한다. 본문에서 전구체 입자로서 사용하기에 적합한 중합체 물질의 실례로는 불포화되고 중합가능한 산-함유 단량체로부터 제조된 것들을 들 수 있다. 그러므로, 이러한 단량체로는 하나 이상의 탄소 대 탄소 올레핀계 이중결합을 함유한 올레핀계 불포화 산 및 무수물을 들 수 있다. 더욱 구체적으로, 이러한 단량체들은 올레핀계 불포화 카복실산과 그의 무수물, 올레핀계 불포화 설폰산 및 그의 혼합물로부터 선택될 수 있다.
또한, 본 전구체 입자를 제조하는데 몇몇 산이 아닌 단량체를 사용할 수도 있다. 이러한 비-산(non-acid) 단량체로는 예를들면, 카복실산 또는 설폰산 그룹을 전혀 함유하지 않는 단량체들 뿐만 아니라 산-함유 단량체들의 수용성 또는 수분산성 에스테르를 들 수 있다. 그러므로, 선택적인 비-산 단량체들로는 다음과 같은 유형의 작용기를 함유한 단량체들을 들 수 있다: 카복실산 또는 설폰산 에스테르, 하이드록실 그룹, 아미드-그룹, 아미노 그룹, 니트릴 그룹 및 4급 암모늄 염 그룹. 이러한 비-산 단량체들은 널리 공지되어 있는 물질로서, 예를들면 본문에 모두 참고로 인용되어 있는 1978년 2월 28일자로 마스다(Masuda) 등에게 허여된 미합중국 특허 제 4,076,663호 및 1977년 12월 13일자로 웨스터맨(Westerman)에게 허여된 미합중국 특허 제 4,062,817호에 보다 상세하게 기술되어 있다.
올레핀계 불포화 카복실산 및 카복실산 무수물 단량체로는 아크릴산 그 자체로 예시되어 있는 아크릴산, 메타크릴산, 에타크릴산, α-클로로아크릴산, α-시아노아크릴산, β-메틸아트릴산(크로톤산), α-페닐 아크릴산, β-아크릴옥시 프로피온산, 소르브산, α-클로로소르브산, 안젤산, 신남산, p-클로로신남산, β-스테릴아크릴산, 이타콘산, 시트라콘산, 메사콘산, 글루타콘산, 아코니트산, 말레산, 푸마르산, 트리카복시에틸렌 및 말레산 무수물을 들 수 있다.
올레핀계 불포화 설폰산 단량체로는 비닐설폰산, 알릴설폰산, 비닐톨루엔 설폰산 및 스티렌 설폰산과 같은 지방족 또는 방향족 비닐설폰산; 설포에틸 아크릴레이트, 설포에틸 메타크로레이트, 설포프로필 아크릴레이트, 설포프로필 메타크릴레이트, 2-하이드록시-3-아크릴옥시 프로필 설폰산, 2-하이드록시-3-메타크릴옥시 프로필 설폰산 및 2-아크릴아미도-2-메틸 프로판 설폰산과 같은 아크릴 및 메타크릴 설폰산을 들 수 있다.
본 발명에 사용하기에 바람직한 중합체 물질들은 카복실 그룹을 지닌다. 이러한 중합체들로는 가수분해된 전분-아크릴로니트릴 그라프트 공중합체, 부분적으로 중화된 전분-아크릴로니트릴 그라프트 공중합체, 전분-아클리산 그라프트 공중합체, 부분적으로 중화된 전분-아크릴산 그라프트 공중합체, 비누화된 비닐 아세테이트-아크릴산 에스테르 공중합체, 가수분해된 아크릴로니트릴 또는 아크릴아미드 공중합체, 상기 공중합체들의 약간 가교결합된 망상구조의 생성물, 부분적으로 중화된 폴리아크릴산, 및 부분적으로 중화된 폴리아크릴산의 약간 가교결합된 망상구조의 생성물을 들 수 있다. 이러한 중합체들은 개별적으로 이용하거나, 또는 2개 이상의 단량체, 화합물등의 혼합물 형태로 사용할 수 있다. 이러한 중합체 물질의 실례는 미합중국 특허 제 3,661,875호, 제 4,076,663호, 제 4,093,776호, 제 4,666,983호 및 제 4,734,478호에 기술되어 있다.
전구체 입자들로서 사용하기에 가장 바람직한 중합체 물질들은 부분적으로 중화된 폴리아크릴산과 그로부터의 전분 유도체들의 약간 가교결합된 망상구조의 생성물이다. 가장 바람직하게, 전구체 입자들은 약 50 내지 약 95%, 바람직하게는 약 75%의 중화된, 약간 가교결합된 망상구조의 폴리아크릴산(즉, 아크릴산 나트륨/아크릴산)을 포함한다.
상기 기술된 바와 같이, 전구체 입자들은 약간 가교결합된 망상구조의 중합체 물질들이 바람직하다. 망상구조 가교결합은 전구체 입자들을 실질적인 수불용성으로 만드는 작용을 하며, 부분적으로는 전구체 입자들과 생성된 거대구조물의 흡수 용량 및 추출가능한 중합체 함량 특성들을 결정하는 작용을 한다. 중합체의 망상구조 가교결합 방법 및 전형적인 망상구조 가교결합제들은 상기 인용된 미합중국 특허 제 4,076,663호에 더욱 상세히 기술되어 있다.
개개의 전구체 입자들은 임의의 통상적인 방식으로 형성될 수 있다. 개개의 전구체 입자들은 제조하기 위한 전형적이면서도 바람직한 방법은 1988년 4월 19일자로 케린 에이. 브랜트(Kerryn A. Brandt), 스티븐 에이. 골드만(Steven A. Goldman) 및 토마스 에이. 인글린(Thomas a. Inglin)에게 재허여된 Hydrogel-forming Polymer Compositions For Use In Absorbent Structures란 제목의 미합중국 재발행 특허 제 32,649호; 1987년 5월 19일자로 쓰네오 쓰바키모토(Tsuneo Tsubakimoto), 다다오 시모무라(Tadao Shimomura) 및 요시오 이리에(Yoshio Irie)에게 허여된 Absorbent Article이라 제목의 미합중국 특허 제 4,666,983호; 및 1986년 11월 25일자로 쓰네오 쓰바키모토, 다다오 시모무라 및 요시오 이리에에게 허여된 Method For Continuous Production of Cross-Linked Polymer란 제목의 미합중국 특허 제 4,625,001호에 기술되어 있다. 이러한 특허 문헌들은 본문에 참고로 인용되어 있다.
전구체 입자들을 형성하기 위한 바람직한 방법들은 수용액 또는 기타 다른 용액 중합 방법을 포함하는 것들이다. 상기 인용된 미합중국 재발행 특허 제32,649호에 기술된 바와 같이, 수용액 중합은 전구체 입자들을 형성시키는 중합을 수행하기 위하여 수성 반응 혼합물을 사용함을 수반한다. 이때, 혼합물내에서 실질적인 수불용성의 약간 가교결합된 망상구조의 중합체 물질을 생성하기에 충분한 중합조건을 수성 반응 혼합물에 적용시킨다. 그 다음, 이로 인해 형성된 중합체 물질의 덩어리를 분쇄하거나, 또는 잘게 절단하여 개개의 전구체 입자들을 형성한다.
더욱 구체적으로, 개개의 전구체 입자들을 제조하기 위한 수용액 중합 방법은 목적하는 전구체 입자들을 형성하는 중합을 수행하기 위한 수성 반응 혼합물의 제조를 포함한다. 이러한 반응 혼합물중 하나의 요소는 생성되는 전구체 입자들의 주쇄를 형성하게 될 산 그룹-함유 단량체 물질이다. 반응 혼합물은 일반적으로 약 100중량부의 단량체 물질을 포함한다. 수성 반응 혼합물의 또다른 성분은 망상구조 가교결합제를 포함한다. 전구체 입자들을 형성하는데 유용한 망상구조가 가교 결합제는 브랜트 등에게 허여된 상기 미합중국 재발행 특허 제32,649호; 쓰바키모토에게 허여된 미합중국 특허 제4,666,983호; 및 쓰바키모토 등에게 허여된 미합중국 특허 제4,625,001호에 더욱 상세히 기술되어 있다. 망상구조 가교결합제는 일반적으로 수성 혼합물에 존재하는 단량체의 총 몰수를 기준으로 약 0.001 내지 약 5몰%(단량체 물질의 100 중량부를 기준으로 약 0.01 내지 약 20 중량부)의 양으로 수성 반응 혼합물에 존재한다. 수성 반응 혼합물의 선택적인 성분은, 예를들면, 나트륨, 칼륨 및 암모늄 퍼설페이트, 카프릴릴 퍼옥사이드, 벤조일 퍼옥사이드, 과산화 수소, 큐멘 하이드로퍼옥사이드, 3급 부틸 디퍼프탈레이트, 3급 부틸 퍼벤조에이트, 나트륨 퍼아세테이트, 나트륨 퍼카보네이트 등과 같은 과산소 화합물을 비롯한 유리 라디칼 개시제를 포함한다. 수성 반응 혼합물의 기타 선택적인 성분들은 필수적인 불포화 산성 작용기-함유 단량체 또는 카복실산 또는 설폰산 작용기를 전혀 함유하지 않는 기타 공단량체의 에스테르를 비롯하여 각종 비-산성 공단량체 물질을 포함한다.
혼합물 내에 실질적인 수불용성의 흡수성 하이드로 겔-형성, 약간 가교결합된 망상구조의 중합체 물질을 생성하기에 충분한 중합조건을 수성 반응 혼합물에 적용시킨다. 또한, 중합 조건은 상기 인용된 3개의 특허에 더욱 상세히 기술되어 있다. 이러한 중합 조건은 일반적으로 약 0 내지 약 100℃, 더욱 바람직하게는 약 5 내지 약 40℃의 중합온도로 가열(열 활성화 기법)시키는 것이 포함한다. 수성 반응 혼합물을 유지시키는 중합조건은 또한, 예를들면 반응 혼합물 또는 그의 일부를 통상적인 형태의 중합 활성화 방사선에 노출시킴을 포함한다. 이외의 통상적인 중합기술은 방사선, 전자선, 자외선 또는 전자기 조사 방법이다.
또한, 수성 반응 혼합물에 형성된 중합체 물질의 산 작용기도 바람직하게 중화된다. 중화는 염 형성 양이온으로 중화되는 산 그룹-함유 단량체인 중합체 물질을 형성하는데 이용된 총 단량체의 약 25 몰% 이상, 더욱 바람직하게는 약 50 몰% 이상이 생성되는 통상적인 방식으로 수행할 수 있다. 이러한 염 형성 양이온으로는, 브랜트 등에게 허여된 전술한 미합중국 재발행 특허 제 32,649호에 더욱 상세히 논의된 바와 같은 예를들면 알칼리 금속, 암모늄, 치환된 암모늄 및 아민을 들 수 있다.
수용액 중합 공정을 이용하여 전구체 입자들을 제조하는 것이 바람직하지만, 역전(inverse)에멀젼 중합 또는 역전 현탁 중합 방법과 같은 다중상 중합 방법을 이용하여 중합 공정을 수행하는 것도 가능하다. 역전 에멀젼 중합 또는 역전 현탁 중합 방법에서는, 상기 기술된 바와 같은 수성 반응 혼합물을 사이클로렉산과 같은 수불혼화성 불활성 유기용매의 매트릭스에 작은 소적 형태로 현탁시킨다.
수득된 전구체 입자들은 일반적으로 그 형상이 구형이다. 역전 현탁 중합 방법은 1982년 7월 20일자로 오베이사시(Obaysashi)등에게 허여된 미합중국 특허 제 4,340,706호; 제 1985년 3월 19일자로 플레셔(Flesher)등에게 허여된 미합중국 특허 제 4,506,052호; 및 1988년 4월 5일자로 모리타(Morita)등에게 허여된 미합중국 특허 제 4,735,987호에 더욱 상세히 기술되어 있으며, 이들 특허 문헌은 각각 본 명세서에서 참고로 인용되어 있다.
본 발명의 바람직한 양태에서, 입자간 가교결합된 응집체를 형성하는데 사용한 전구체 입자들은 실질적으로 건조되어 있다. 본원에서 실절적으로 건조란 전구체 입자들이 전구체 입자의 약 50% 미만, 바람직하게는 약 20% 미만, 더욱 바람직하게는 약 10% 미만의 액체 함량, 전형적으로는 물 또는 기타 용액 함량을 갖고 있음을 의미한다. 일반적으로, 전구체 입자들의 액체 함량은 전구체 입자의 약 0.01 내지 약 5 중량% 범위이다. 개개의 전구체 입자들은 가열과 같은 통상적인 방법에 의해 건조될 수 있다. 다르게는, 수성 반응 혼합물을 사용하여 전구체 입자들을 형성하는 경우, 물을 공비 증류에 의해 반응 혼합물로부터 제거할 수 있다. 또한, 중합체-함유 수성 반응 혼합물을 메탄올과 같은 탈수용매로 처리할 수 있다. 또한, 상기 건조 방법을 병용하여 사용할 수도 있다. 이때, 중합체 물질의 탈수된 덩어리는 잘게 절단되거나 또는 미분쇄되어, 실질적으로 수불용성인 흡수성의 하이드로겔-형성 중합체 물질의 실질적인 건조 전구체 입자들을 형성할 수 있다.
본 발명의 바람직한 전구체 입자들은 이들 전구체 입자로부터 형성된 거대구조물이 또한 높은 흡수 용량을 갖도록 높은 흡수용량을 나타내는 것들이다. 흡수용량이란 소정의 중합체 물질이 액체와 접촉하게 될 때, 액체를 흡수하는 중합체 물질의 용량을 말한다. 흡수 용량은 흡수되는 액체의 특성, 및 액체와 중합체 물질이 접촉하는 방식에 따라서 매우 변화할 수 있다.
본 발명에서, 흡수 용량은 하기 시험 방법 편에 정의된 방법에 따라서 주어진 중합체 물질에 의해 흡수된 합성뇨(차후에 정의됨)의 양(중합체 물질 1g 당 합성뇨 g 수)으로 정의된다. 본 발명의 바람직한 전구체 입자들은 중합체 물질 1g 당 합성뇨 약 20g 이상, 더욱 바람직하게는 약 25g 이상의 흡수 용량을 갖는 것들이다. 전형적으로, 본 전구체 입자의 중합체 물질들은 중합체 물질 1g 당 합성뇨 약 40 내지 약 70g 의 흡수용량을 갖는다. 이러한 비교적 높은 흡수용량 특성을 갖는 전구체 입자들은 이러한 전구체 입자들로부터 제조된 거대구조물이 정의에 의해 뇨와 같은 신체 배설물을 목적하는 높은 양으로 보유하므로, 특히 흡수용품, 흡수부재 및 흡수 제품에서 유용하다.
개개의 전구체 입자들은 선택적으로 표면처리될 수도 있다. 예를들면, 1989년 4월 25일자로 알렉산더(Alexander)등에게 허여된 미합중국 특허 제 4,824,901호에는 4급 폴리아민으로 중합체 입자를 표면처리하는 것이 기술되어 있다. 표면처리되는 경우, 전구체 입자들은 본문에 참고로 인용되어 있는, 1987년 5월 19일자로 쓰바키모토 등에게 허여된 Absorbent Article이란 제목의 미합중국 특허 제 4,666,983호; 및 1988년 3월 29일자로 쓰바키모토 등에게 허여된 'Water Absorbing Agent란 제목의 미합중국 특허 제 4,734,478호에 기술된 바와 같이, 바람직하게는 표면 가교결합된다. 상기 쓰마키모토등의 미합중국 특허 제 4,666,983호에 기술된 바와 같이, 개개의 전구체 입자들은 표면 가교결합제들을 전구체 입자들 상에 적용하고, 전구체 입자들의 표면상에서 중합체 물질과 표면 가교결합제들을 반응시킴으로써 표면 가교결합될 수 있다.
입자간 가교결합된 응집체의 전구체 입자들은 모두 동일한 물성을 갖는 동일한 중합체 물질로 형성되는 것이 바람직하지만, 반드시 그럴 필요는 없다. 예를들면, 몇 개의 전구체 입자들은 전분-아크릴산 그라프트 공중합체의 중합체 물질을 포함할 수 있는 반면, 그외의 전구체 입자들은 부분적으로 중화된 폴리아크릴산의 약간 가교결합된 망상구조의 생성물의 중합체 물질을 포함할 수도 있다. 추가로, 입자간 가교결합된 응집체의 전구체 입자들은 전구체 입자들의 형상, 흡수용량 또는 기타 물성 또는 특성면에서 변화할 수 있다. 본 발명의 바람직한 양태에 있어서, 전구체 입자들은 필수적으로 부분적으로 중화된 폴리아크릴산의 약간 가교결합된 망상구조의 생성물로 이루어진 중합체 물질들을 포함하며, 각각의 전구체 입자들은 유사한 성질을 갖는다.
또한, 본 발명의 입자간 가교결합된 응집체들은 입자간 가교결합제들을 포함한다. 입자간 가교결합제는 전구체 입자에 적용되고, 전구체 입자들 사이의 물리적 결합을 유지하면서 전구체 입자들의 중합체 물질과 반응하게 된다. 이러한 반응은 전구체 입자들 사이에서 가교결합을 형성한다. 그러므로, 가교결합은 당연히 입자 사이(즉, 상이한 전구체 입자들 사이)에 있다. 이론에 얽매이거나 본 발명의 범위를 제한하지 않기를 바라면서, 전구체 입자들의 중합체 물질과 입자간 가교결합제의 반응은 상이한 전구체 입자의 중합체 쇄 사이의 가교결합(즉, 입자간 가교결합)을 형성하는 것으로 생각된다. 본 발명의 바람직한 중합체에 있어서, 입자간 가교결합제는 반응하여 별개의 전구체 입자들의 카복실 그룹 사이에서 가교결합을 형성한다. 이론에 얽매이거나 본 발명의 범위를 제한하지 않기를 바라면서, 카복실 그룹을 지닌 바람직한 중합체 물질에 있어서, 입자간 가교결합제는 중합체 물질의 카복실 그룹과 반응하여 상이한 전구체 입자들의 중합체 쇄 사이에서 화학적 공유 가교결합을 형성하는 것으로 생각된다. 화학적 공유 가교결합은 일반적으로 중합체 물질의 카복실 그룹과 기교결합제의 작용기와의 반응에 의해 에스테르, 아미드(이미드) 또는 우레탄 그룹이 형성된 결과로서 일어난다. 바람직하게는, 에스테르 결합이 형성되는 것으로 생각된다. 그러므로, 바람직한 입자간 가교결합제는 바람직한 중합체중의 카복실 그룹과 반응하여 에스테르 결합을 형성할 수 있는 것들이다.
본 발명에 유용한 입자간 가교결합제들은 입자간 가교결합된 응집체들을 형성하는데 사용된 전구체 입자들의 중합체 물질과 반응하는 것들이다. 적합한 입자간 가교결합제들은, 예를들면 2개 이상의 중합가능한 이중 결합을 갖는 화합물; 하나 이상의 중합가능한 이중 결합 및 중합체 물질과 반응하는 하나 이상의 작용기를 갖는 화합물; 중합체 물질과 반응하는 2개 이상의 작용기를 갖는 화합물; 또는 다가금속 화합물과 같은 다수의 상이한 가교결합제를 포함할 수 있다. 본 발명에 유용한 특정 가교결합제는 본문에 참고로 인용되어 있는 전술한 미합중국 특허 제 4,076,663호 및 미합중국 재발행 특허 제 32,649호에 기술되어 있다. 입자간 가교결합체는 또한 전구체 입자의 중합체 물질과 반응하여 중합체 가교결합을 형성하는(전술한 바와 같은) 단량체를 포함할 수 있다.
카복실 그룹이 전구체 입자의 중합체 물질(즉, 중합체 쇄)상에 또는 상기 중합체 물질내에 존재하는 경우, 바람직한 입자간 가교결합제들은 카복실 그룹과 반응할 수 있는 작용기를 분자당 2개 이상 갖는 용액이다. 바람직한 입자간 가교결합제들은 에틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 테트라에틸렌 글리콜, 폴리에틸렌 글리콜, 글리세롤(1,2,3-프로판트리올), 폴리글리세롤, 프로필렌 글리콜, (1,2-프로판디올), 1,3-프로판디올, 트리메틸올 프로판, 디에탄올아민, 트리에탄올아민, 폴리옥시프로필렌 옥시에틸렌-옥시프로필 블록 공중합체, 소르비탄지방산 에스테르, 폴리옥시에틸렌 소르비탄 지방산 에스테르, 펜타에리트리톨, 및 소르비톨과 같은 다가 알콜; 에틸렌 글리콜 디글리시딜 에테르, 폴맙♥글리콜 디글리시딜 에테르, 글리세롤 폴리글리시딜 에테르, 디글리세롤 폴리글시디딜 에테르, 폴리글리세롤 폴리글리시딜 에테르, 소르비톨 플리글리시딜 에테르, 펜타에리트리톨 폴리글리시딜 에테르, 프로필렌 글리콜 디글리시딜 에테르, 및 프로필렌 글리콜 디글리시딜 에테르와 같은 폴리글리시딜 에테르 화합물; 2,2-비스하이드록시메틸부탄올-트리스[3-(i-아지리딘)프로피오네이트], 1,6-헥사메틸 톨루엔디에틸렌 우레아, 및 디페닐 메탄-비스-4,4'-N,N'-디에틸렌 우레아와 같은 폴리아지리딘 화합물; 에피클로로히드린 및 α-메틸플루오르히드린과 같은 할로에폭시 화합물; 글루타르 알데하이드 및 글리옥사졸과 같은 폴리알데하이드 화합물; 에틸렌 디아민, 디에틸렌 디이소시아네이트와 같은 폴리아민 화합물; 및 2,4-톨루엔 디이소시아네이트 및 헥사메틸렌 디이소시아네이트와 같은 폴리이소시아네이트 화합물을 포함한다.
상기 언급한 그룹으로부터 선택된 하나의 입자간 가교결합제 또는 실질적으로 서로 비반응성인 2개 이상의 입자간 가교결합제를 사용할 수도 있다. 본 발명에서 카복실-함유 중합체 물질과 함께 사용하기에 특히 바람직한 입자간 가교결합제들은 에틸렌 글리콜; 글리세롤; 크리메틸올 프로판; 1,2-프로판디올; 및 1,3-프로판디올이다.
본 발명에 사용되는 입자간 가교결합제의 비율은 전구체 입자 100 중량 부당 약 0.01 내지 약 30 중량부, 바람직하게는 약 0.5 내지 약 10 중량부, 가장 바람직하게는 약 1 내지 약 5 중량부이다.
본 발명에서는, 입자간 가교결합된 응집체의 제조시 또는 전구체 입자의 중합체 물질과 입자간 가교결합제의 반응을 촉진시키거나 보조하는데 있어서 보조제로서, 또는 결합제로서 기타 물질 또는 결합제들을 입자간 가교 결합제(들)와 함께 사용할 수 있다.
예를들면, 물은 입자간 가교결합제와 병용하여 사용할 수 있다. 물은 전구체 입자의 표면상에서 입자가 가교결합제의 균일한 분산, 및 전구체 입자의 표면영역 내로의 입자간 가교결합제의 투과를 촉진시키는 작용을 한다. 또한, 물은 미리 반응된 응집체의 전구체 입자들 사이에서 보다 강한 물리적 결합, 및 수득된 입자간 가교결합된 응집체의 건조 및 팽화 일체성을 촉진시킨다. 본 발명에서, 물은 전구체 입자 100 중량부를 기준으로, 약 20 중량부 미만(0 내지 약 20 중량부), 바람직하게는 약 0.01 내지 약 20 중량부, 더욱 바람직하게는 약 0.1 내지 약 10 중량부 범위의 비율로 사용된다. 사용되는 물의 실제 양은 중합체 물질의 종류 및 전구체 입자의 입경에 따라서 변화한다.
또한, 유기 용매를 입자간 가교결합제와 병용하여 사용할 수 있다. 유기 용매는 전구체 입자들의 표면상에서 입자간 가교결합제의 균일한 분산을 촉진시키는데 사용한다. 유기 용매는 친수성 유기용매가 바람직하다. 본 발명에 유용한 친수성 유기 용매로는 메탄올, 에탄올, n-프로판올, 이소프로판올, n-부탄올, 이소부탄올, s-부탄올 및 t-부탄올과 같은 저급 알콜; 아세통, 베틸에틸 케톤 및 메틴이소부틴케톤과 같은 케톤; 디옥산, 테트라하이드로푸란 및 디에틸 에테르와 같은 에테르; N,N-디메틸포름아미드 및 N,N-디에틸포름아미드와 같은 아미드; 디메틸 설폭시드와 같은 설폭시드를 들 수 있다. 친수성 유기용매는 전구체 입자 100 중량부를 기준으로 약 60 중량부 미만(0내지 약 60 중량부), 바람직하게는 약 0.01 내지 약 60 중량부, 더욱 바람직하게는 약 1 내지 약 20 중량부의 비율로 본 발명에 사용된다. 사용되는 친수성 유기용매의 실제량은 중합체 물질의 종류 및 전구체 입자의 입경에 따라서 변화한다.
또한, 입자간 가교결합제는 물 및 하나 이상의 친수성 유기용매와의 혼합물로 사용될 수 있다. 물/입자간 가교결합제 용액을 사용하면 가교결합제와 전구체 입자들의 표면 영역내로 가장 크게 침투하는 반면, 친수성 유기용매/입자간 가교결합제의 용액은 가교결합제의 침투를 최소화하는 것으로 밝혀졌다. 그러나, 전구체 입자들의 표면 영역내로의 입자간 가교결합제의 침투량을 조절하기 위해서는 이들 3가지 물질의 혼합물이 바람직하다. 특히, 물 대 유기용매 성분의 비가 높을수록, 가교결합제의 침투깊이는 깊어지고, 응력하에 거대구조물의 유체 안정성은 커지며 거대구조물의 수득된 흡수 용량의 감소도 커진다. 전형적으로, 용액중의 물 대 친수성 유기용매의 비율은 약 10:1 내지 약 1:10의 범위에 있다. 친수성 유기용매/물/입자간 가교결합제 용액은 전구체 입자 100 중량부를 기준으로, 약 60 중량부 미만(0 내지 약 60 중량부), 바람직하게는 약 0.01 내지 약 60 중량부, 더욱 바람직하게는 약 1 내지 약 20 중량부 범위의 비율로 사용된다.
기타 선택적인 성분들도 입자간 가교결합제를 함유한 용액과 함께 혼합할 수 있다. 예를들면, 개시제, 촉매 또는 비-산 공단량체 물질도 첨가할 수 있다. 본 발명에서 사용하기에 적합한 이들 물질의 실례는 전술한 미합중국 재발행 특허 제 32,649호에 기술되어 있다.
입자간 가교결합된 응집체를 함유한 다공성의 흡수성 중합체 거대구조물의 제조방법은 본문에 기술된 유형의 전구체 입자를 제공하고; 입자간 가교결합제를 전구체 입자들의 일부에 적용하고; 전구체 입자들을 물리적으로 결합시켜 응집체를 형성시키고, 응집체를 성형시키고; 전구체 입자들의 물리적 결합을 유지하면서, 응집체중의 전구체 입자의 중합체 물질과 입자간 가교결합제를 반응시켜 상이한 전구체 입자들의 중합체 쇄 사이에 가교결합을 형성시키는 단계를 포함한다.
입자간 가교결합제는 전구체 입자들상에 적용된다. 입자간 가교결합제는 입자간 가교결합제를 전구체 입자상에 피복시키거나, 덤핑시키거나, 붓거나 적하시키거나, 분무시키거나, 분무화(atomizing)시키거나, 응축시키거나 또는 침지시키는 것을 비롯하여 용액을 물질에 적용하기 위해 사용되는 다양한 기법 및 장치에 의해 적용될 수 있다. 본문에서 ~에 적용된다란 결합될 한 개 이상의 전구체 입자의 표면적의 적어도 일부가 그위에 입자간 가교결합제를 갖고 있다는 것을 의미한다. 그러므로, 입자간 가교결합제는 전구체 입자들중의 일부에만 적용되거나, 모든 전구체 입자들상에 적용되거나, 전구체 입자들의 일부 또는 전부의 표면 일부에만 적용되거나, 또는 전구체 입자의 일부 또는 전부의 전체 표면상에 적용될 수 있다. 바람직하게, 입자간 가교결합제는 전구체 입자들 사이의 입자간 가교결합의 효율, 강도 및 밀도를 향상시키기 위해 대부분의 전구체 입자, 바람직하게는 모든 전구체 입자들의 전체 표면상에 피복된다.
본 발명의 바람직한 양태에 있어서, 입자간 가교결합제를 전구체 입자들상에 적용시킨 후, 전구체 입자들이 입자간 가교결합제로 완전히 피복되도록 하기 위해 임의의 다수의 혼합기술에 의해 입자간 가교결합제를 전구체 입자와 혼합한다. 전구체 입자들은 입자간 가교결합제로 완전히 피복되기 때문에, 전구체 입자들 사이의 가교결합의 효율, 강도 및 밀도가 향상된다. 혼합은 본 기술 분야에서 공지된 바와 같이, 각종 기법, 및 각종 혼합기 또는 니이더를 비롯한 각종 장치를 사용하여 주행할 수 있다.
입자간 가교결합제를 전구체 입자상에 적용하기 전이나, 적용하는 도중이나, 적용한 후에, 전구체 입자들을 물리적으로 함께 결합시켜 응집체 거대구조물을 형성한다. 본문에서 물리적으로 결합된이란 전구체 입자가 함께 결합하여, 단일 단위(응집체 거대구조물)를 형성하기 위하여 성분 부분들로서 각종 방식 및 공간상의 관계로 서로 접촉상태를 유지하고 있다는 것을 의미한다.
전구체 입자들은, 결합제를 전구체 입자상에 적용시키고, 결합제가 적용된 전구체 입자들의 표면중 적어도 일부에서 전구체 입자들을 물리적으로 접촉시킴으로써, 물리적으로 함께 결합되는 것이 바람직하다. 바람직한 결합제로 인해, 함께 결합시 전구체 입자들의 중합체 물질은 유체 표면장력의 작용 및/또는 외부 팽화로 인한 중합체 쇄의 얽힘에 의해 함께 접착하게 된다. 본 발명에 유용한 결합제로는 친수성 유기용매, 전형적으로 메탄올, 에탄올 또는 이소프로판올과 같은 저분자량 알콜; 물; 친수성 유기용매와 물의 혼합물; 전술한 바와 같은 특정한 입자간 가교결합체; 헥산, 옥탄, 벤젠 또는 톨루엔과 같은 휘발성 소수성 유기 화합물; 또는 그들의 혼합물을 들 수 있다. 바람직한 결합제는 물, 메탄올, 이소프로판올, 에탄올, 입자간 가교결합제(예: 글리세롤), 또는 그들의 혼합물이다. 전형적으로, 결합제는 입자간 가교결합제를 적용하는 단계를 결합제를 적용하는 단계와 동시에 수행하도록, 입자간 가교결합제를 포함한 혼합물을 포함한다.
결합제들은 이들을 전구체 입자상에 피복시키거나, 덤핑시키거나, 붓거나, 분무시키거나, 분무화시키거나, 응축시키거나 또는 침지시키는 것을 비롯하여 용액을 물질에 적용시키기 위해 사용되는 다양한 기법 및 장치에 의해 전구체 입자들에 적용될 수도 있다. 결합제는 응집체에 대해 결합될 한 개 이상의 전구체 입자의 표면적중 적어도 일부상에 적용된다. 결합제는 대부분의 전구체 입자들, 바람직하게는 모든 전구체 입자들의 전체 표면상에 피복되는 것이 바람직하다. 결합제는 일반적으로 전구체 입자들을 결합제로 환전히 피복시키도록 하기 위해 다수의 혼합 기법 및 혼합장치에 의해 전구체 입자들과 혼합된다.
결합제를 전구체 입자들에 적용할 때, 전구체 입자들은 많은 다른 방식으로 물리적으로 함께 접촉될 수 있다. 예를들면, 결합제만으로 입자들을 함께 접촉시켜 유지할 수 있다. 또는, 전구체 입자들 사이의 접촉을 확실하게 하기 위해 중력을 사용할 수 있다. 더욱이, 입자들은 전구체 입자들 사이의 접촉을 확실하게 하기 위해 고정된 부피를 갖는 용기내에 넣어질 수 있다.
다르게는, 전구체 입자들은 이들이 서로 접촉하도록 이들을 물리적으로 구속시킴으로써 물리적으로 함께 결합될 수 있다. 예를들면, 전구체 입자들은 이들이 물리적으로 서로 접촉하도록 고정된 부피를 갖는 용기 내로 치밀하게 충진될 수 있다. 상기 방법과 병용하거나 또는 다른 방식으로, 전구체 입자들을 물리적으로 결합시키기 위해 중력을 사용할 수도 있다. 또한, 전구체 입자들을 정전기적 인력을 통해 또한 접착제(예를들면, 수용성 접착제와 같은 접착성 물질)를 사용하여 이들을 함께 접착시킴으로써 물리적으로 함께 결합시킬 수 있다. 또한, 전구체 입자들이 기재에 의해 서로 접촉되도록 제 3 부재(기재)에 부착시킬 수도 있다.
본 발명의 거대구조물을 형성하는 선택적 및 바람직한 단계에서, 전구체 입자들의 응집체는 한정된 형상, 크기 및/또는 밀도를 갖는 응집체를 형성하기 위해 다양한 기하학적 형태, 공간관계 및 밀도로 성형된다. 응집체는 당해 분야에 공지된 임의의 통상적인 성형기술에 의해 성형될 수 있다. 응집체의 바람직한 성형방법에는 캐스팅(casting), 몰딩(molding) 또는 포밍(forming) 공정이 있다. 캐스팅 및 몰딩 기술은 일반적으로 전구체 입자를 제조된 주형의 내부공간내로 도입하고, 압력을 응집체에 가하여(압축시켜) 응집체가 주형 내부공간의 형태에 꽉 맞게 함을 포함한다. 본원에 사용하기 위한 특정한 몰딩 기술의 실례는 압축몰딩, 사출몰딩, 압출 또는 적층을 포함한다. 예를들어, 다수의 전구체 입자를 고정된 부피의 주형 내부공간을 갖는 용기에 가하고, 생성된 거대구조물이 주형 내부공간의 형태에 의해 한정된 형태를 갖도록 응집체를 압축시켜 주형 내부공간의 형태에 꼭 맞게 한다. 포밍 기술은 응집체상에서 다양한 조작을 수행하여 그의 형태, 및/또는 크기, 및/또는 밀도를 변형시킴을 포함한다. 본원에 사용하기 위한 구체적인 포밍 기술의 실례는 압연, 단조(forging), 압출, 스피닝, 코팅 또는 드로우잉(drawing) 조작을 포함한다. 예를들어, 전구체 입자와 적어도 입자간 가교결합제와의 응집체 혼합물을 한쌍의 압축 롤 사이에 통과시켜 시이트 응집체를 형성할 수도 있다. 선택적으로, 응집체 혼합물을 오리피스를 통해 압출시켜, 오리피스의 형태에 상응하는 형태를 갖는 응집체를 형성할 수도 있다. 또한, 응집체 혼합물을 임의의 표면상에 캐스팅하여 목적하는 형태 또는 표면 형태를 갖는 응집체를 형성할 수도 있다. 이러한 기술중 임의의 것 또는 모두를 또한 병용하여 성형된 응집체를 형성할 수도 있다. 당해 분야에 공지된 임의의 적합한 장치를 사용하여 이러한 공정을 수행할 수도 있고, 뜨겁고/뜨겁거나 차가운 장치의 물질 또는 일부를 사용하여 이러한 공정을 수행할 수도 있다.
본 발명의 바람직한 양태에서는, 전구체 입자, 입자간 가교결합제, 물 및 친수성 유기 용매의 응집체 혼합물을 통상적인 압출기의 호퍼에 가한다. 압출기의 실례는 본원에 참고로 인용된 문헌[Principles of Polymer Materials, Second Edition](McGraw-Hill Book Company, 1982)의 331 페이지의 제12 내지 제14도에 도시되어 있다. 압출기의 오리피스를 통해 응집체 혼합물을 압출시켜, 응집체가 시이트 형태로 압축되도록 롤 사이에 고정된(그러나 가변성의) 간격을 갖는 한쌍의 구동식 압축 롤에 공급한다. 이어서 시이트를 특정한 길이로 가공하여, 특별히 디자인된 크기, 형태 및/또는 밀도를 갖는 거대구조물을 제공한다.
입자간 가교결합제를 적용함과 동시에 또는 적용한 후에, 입자간 가교결합제를 서로 물리적으로 결합시켜 응집체를 형성하고, 이 응집체를 성형시키며, 전구체 입자들의 물리적 결합을 유지하면서 응집체중의 전구체 입자의 중합체 물질과 입자간 가교결합제를 반응시켜, 전구체 입자들간의 가교결합을 형성하고, 입자간 가교결합된 응집체 거대구조물을 형성한다.
상이한 전구체 입자들간의 가교결합을 형성하여 입자간 가교결합된 응집체를 형성시키기 위하여, 입자간 가교결합제와 중합체 물질간의 반응은 활성화 및 완결되어야 한다. 가교결합 반응은 방사선(예를들면, 자외선, 감마-또는 X-선), 또는 개시제 및 활성화제로서의 촉매에 의해 활성화될 수도 있지만, 상기 가교결합 반응은 열에 의해 활성화(가열)되는 것이 바람직하다. 가열은 반응을 활성화시켜 추진하며, 혼합물중에 존재하는 휘발물질을 제거한다. 이러한 반응 조건은 일률적으로 결합된 전구체 입자 및 입자간 가교결합제를 임의의 시간동안 임의의 온도에서 가열함을 포함한다. 가열 단계는 본 기술분야에서 공지된 각종 오븐 또는 건조기를 비롯하여 공지되어 있는 많은 상이한 장치를 사용하여 수행될 수 있다.
일반적으로, 반응은 가교결합 반응을 완결하는데 충분한 시간동안 약 90℃ 이상의 온도로 가열함으로써 수행한다. 사용된 특정 입자간 가교결합제(들) 및 전구체 입자들의 중합체 물질의 각 세트에 있어서, 온도가 너무 낮거나 또는 시간이 너무 짧다면, 반응은 충분히 추진되지 않으므로, 그 결과 입자간 가교결합이 거의 되지 않고 또한 약하게 되어, 팽화시 거대구조물의 액체 투과성이 어느 정도 손실된다. 온도가 너무 높으면, 전구체 입자들의 망상구조 가교결합이, 생성된 거대구조물이 다량의 액체를 흡수하기에 유용하지 않게 되는 정도까지 떨어질 수 있다. 이외에도, 시간 및 온도가 정확하지 않다면, 생성된 응집체의 추출가능한 물질의 양이 증가함으로써, 겔 블록킹의 형성의 위험을 증가시킬 수도 있다. 그러므로, 반응은 일반적으로 약 120 내지 약 300℃, 더욱 바람직하게는 약 100 내지 약 250℃ 범위의 온도에서 수행된다. 촉매의 부재하에 반응을 완결시키기 위한 시간은 통상 약 5분 내지 약 6시간, 더욱 바람직하게는 약 10분 내지 약 4시간이다.
전구체 입자의 바람직한 중합체 물질, 부분적으로 중화된 폴리아크릴산의 약간 가교결합된 망상구조의 생성물, 및 글리세롤 또는 트리메틴올 프로판과 같은 바람직한 입자간 가교결합제에 있어서, 이러한 반응 조건은 각각 약 3시간 내지 약 30분동안 약 170 내지 약 220℃의 온도를 포함한다. 더욱 바람직하게, 반응은 각각 약 75분 내지 약 45분간 약 190 내지 약 210℃의 온도에서 수행된다. 사용된 실제 시간 및 온도는 전구체 입자용으로 사용된 특정 중합체 물질, 사용된 특정 입자간 가교결합제 및 반응을 추진하기 위해 사용된 촉매의 존재 또는 부재, 및 거대구조물의 두께 또는 직경에 따라서 변화한다.
가교결합 반응은 전구체 입자들을 함께 결합시키는데 필요한 반응시간 및/또는 온도 및/또는 입자간 가교결합제의 양을 감소시키기 위해 개시제 및/또는 촉매를 입자간 가교결합제에 가함으로써 촉진될 수 있다. 그러나, 일반적으로 반응은 촉매의 부재하에 진행된다.
충분한 입자간 가교결합이 형성되도록 전구체 입자들의 물리적 결합이 반응단계도중에 유지될 필요가 있다. 전구체 입자들을 해리시키기에 충분한 힘 또는 응력이 반응단계동안 존재한다면, 전구체 입자들간의 가교결합(입자간 가교결합)은 형성되지 않을 수도 있다. 전구체 입자들의 물리적 결합은 전형적으로 반응단계동안 확실히 최소 해리력 또는 응력이 도입되게 함으로써 유지된다.
다공성의 흡수성 중합체 거대구조물의 제조방법에 있어서, 선택적인 바람직한 단계로서 거대구조물의 성분 전구체 입자를 표면처리한다. 예를들면, 1989년 4월 24일자로 알렉산더 등에게 허여된 미합중국 특허 제 4,824,901호에는 4급 폴리아민으로 중합체 입자들을 표면처리하는 것이 기술되어 있다. 예시적인 방법에서는, 적어도 전구체 입자들의 표면 근처에 존재하는 중합체 물질이 본문에 참고로 인용되어 있는 1987년 5월 19일자로 쓰바키모토 등에게 허여된 Absorbent Article이란 제목의 미합중국 특허 제 4,666,983호; 및 1988년 3월 29일자로 쓰바키모토 등에게 허여된 'Water Absorbing Agent란 제목의 미합중국 특허 제 4,734,478호에 기술된 바와 같이, 바람직하게는 표면 가교결합된다. 본 발명에서 표면 가교결합 단계를 이용함으로써, 팽화시, 생성된 거대구조물의 내변형성이 개선된다. 바람직하게, 전구체 입자에 적용된 입자간 가교결합제는 또한 거대구조물이 바람직하게 동시에 형성되어 표면 가교결합되도록 표면 가교결합제로서 작용한다.
이미 논의된 바와 같이, 거대구조물을 제조하기 위한 방법중의 각 단계들은 특정 순서로 수행될 필요가 없다. 또한, 각 단계들은 동시에 수행될 수 있다.
바람직한 양태에서, 입자간 가교결합제는 전구체 입자의 물리적 결합과 동시에 적용되고, 혼합물은 후속적으로 바람직한 형태 및 전형적으로 목적하는 밀도로 성형되며, 상기 단계를 완결하자마자 즉시 또는 응집체를 일정한 시간동안 방치시킨 후, 입자간 가교결합제를 전구체 입자들의 중합체 물질과 반응시켜 거대구조물을 형성시키는 동시에 표면 가교결합시킨다. 전형적으로, 전구체 입자들을 용기에 도입시키고, 전구체 입자상에 분무화된 입자간 가교결합제, 물 및 친수성 유기용매의 용액과 혼합하여 응집체를 형성시킨다. 입자간 가교결합제, 물 및 친수성 유기용매는 전구체 입자들에 대한 결합제로서 작용한다. 입자간 가교결합제는 표면 가교결합제로서 작용한다. 응집체(즉, 결합된 전구체 입자 및 수성 혼합물)는 후속적으로 상기 언급된 압출 및 압연 기술의 병용에 의해 밀집화된 시이트 형으로 성형시킨다. 입자간 가교결합제를 중합체 물질과 함께 가열하여 반응시킴으로써 전구체 입자사이에 가교결합을 형성시켜, 입자간 가교결합된 응집체 거대구조물을 형성시키는 동시에 생성된 거대구조물의 전구체 입자의 표면을 표면 가교결합시킨다.
특정 조건하에, 생성된 거대구조물을 다소 유연하지 않으면서 잘 부스러질 수 있다. 보다 유연한 거대구조물은 여러 가지 방법으로 수득될 수 있다. 예를들어, 가소제는 입자간 가교결합 반응이 완결된 후 거대구조물에 가할 수 있다. 적합한 가소제에는 물, 고분자량 친수성 유기 용매(예를들어, 글리세롤; 1,3-프로판디올; 또는 에틸렌글리콜) 또는 중합체 용액(예를들어, 폴리비닐알콜 또는 폴리에틸렌 글리콜), 또는 그의 혼합물이 포함된다. 가소제는 용액을 거대구조물에 분무, 코팅, 분무화, 침지 도는 덤핑하는 것을 비롯한 다수의 상이한 방법으로 거대구조물에 적용할 수 있다. 또는, 물의 경우, 거대구조물을 고습도 환경(예를들어 70% 이상의 상대습도)에 위치시킴으로써 가소제를 가할 수도 있다. 가소제는 또한 입자간 중합체 가교결합을 형성하기 위해 후속적으로 반응하는 단량체와 함께 중합가능한 단량체를 함유한 예비반응 혼합물에 가할 수 있다. 이러한 경우에, 가소제는 가교결합 반응시 입자간 가교결합 구조물 내에 함입된다. 용액중에 존재하는 가소제의 양은 사용되는 특정 가소제에 따라 선택된다. 전형적으로, 가소제는 전구체 입자 100 중량부당 약 0.01 내지 약 100 중량부의 가소제를 포함한다.
제1도 내지 제3도에 도시된 바와 같이, 생성된 거대구조물은 인접한 전구체 입자사이에 공극(현미경 사진의 어두운 부분)을 갖는다. 공극은 거대구조물의 내부로 액체를 통과시키는 인접한 전구체 입자사이의 작은 틈이다. 공극은 전구체 입자가 압축되도라도 공극이 없어질 정도로 빽빽하게 맞춰지거나(fit) 또는 팩킹(pack) 되지 않기 때문에 거대구조물내에 형성된다(전구체 입자의 팩킹 효율은 1 미만이다). 공극은 일반적으로 구성 전구체 입자보다 작고, 전구체 입자 사이에 모세관을 제공하여, 액체를 거대구조물의 내부로 수송한다.
공극은 공극 사이의 상호연통 채널에 의해 서로 연결되어 있다. 채널은 거대구조물에 접촉되는 액체가 모세관력을 통해(즉, 모세관이 형성됨) 거대구조물의 다른 부위로 수송되어 거대구조물의 전체 부피가 이러한 액체를 흡수하는데 사용되도록 한다. 또한, 팽화시, 공극 및 상호연통 채널은 액체를 거대구조물을 통해 액체 접촉의 개시점으로부터 멀리 떨어진 전구체 입자의 층으로 또는 거대구조물과 접촉한 다른 구조물로 통과시킨다. 따라서, 거대구조물은 공극 및 상호연통 채널로 인해 액체 투과성인 것으로 간주된다.
공극분율(즉, 공극 및 채널을 포함하는 거대구조물의 총 부피)은 특정 전구체의 입경 분포에 있어서 최소값을 갖는다. 일반적으로, 전구체 입경 분포가 좁을수록 공극분율은 높을 것이다. 따라서, 밀집화된 상태의 보다 높은 공극분율을 제공하기 위해 전구체 입자가 비교적 좁은 입경의 분포를 갖는 것이 바람직하다.
본 발명의 거대구조물의 또다른 특징은 액체가 거대구조물상에 침적되거나 거대구조물과 접촉할 때, 적당한 유폐 압력하에서도 거대구조물이 일반적으로 등방성으로 팽화한다는 것이다. 등방성 팽화는 거대구조물이 습윤될 때 일반적으로 모든 방향으로 동등하게 팽화되는 것을 의미하는 것으로 본원에 사용된다. 등방성 팽화는 팽화되는 경우라도 전구체 입자 및 공급이 그의 상대적 형태 및 공간상의 관계를 유지하여, 존재하는 모세관이, 확대되지 않는다면, 사용시 유지되기 때문에 거대구조물의 중요한 특성이다(공극 및 전구체 입자는 팽화시 더욱 커진다). 따라서, 거대구조물은 그 자체로 겔 블록킹없이 추가의 액체를 흡수하고/하거나 추가의 액체를 수송할 수 있다.
거대구조물내에서 상기 독립적인 전구체 입자들 사이에 가교결합이 형성된 것은 생성된 거대구조물이 유체(즉, 액체)에 안정한 것으로 알 수 있다. 본문에서 유체 안정성이란 입자간 가교결합되 응집체를 포함하는 거대구조물이 수성 유체와의 접촉시 또는 수성 유체내에서 팽화시, 실질적으로 본래의 모습으로 잔류함(즉, 대부분의 상기 독립적인 성분 전구체 입자들이 함게 결합되어 잔류함)을 의미한다. 유체 안정성은 대부분의 전구체 입자들이 함께 결합되어 유지됨을 정의하지만, 거대구조물을 구성하는데 사용된 모든 전구체 입자들이 함께 결합되어 유지되는 것이 바람직하다. 그러나, 예컨대 다른 입자들이 물에 의해 거대구조물로 집괴되었다면 몇몇의 전구체 입자들이 거대구조물로부터 스스로 해리할 수도 있다는 것을 알아야 한다.
유체 안정성은, 응집체가 건조 및 팽화 상태에서 그의 상대적인 구조를 유지하고 전구체 입자 성분들을 고정시키기 때문에, 본 발명의 거대구조물의 중요한 특징이다. 흡수부재 또는 흡수제품과 같은 최종 제품에 있어서, 전구체 입자들이 액체와 접촉했을 때에도 응집되어 유지되므로, 유체 안정성은 겔 블록킹을 감소시키는데 유리하며, 또한 유체 안정성은 사용자가 상기 독립적인 미립자를 응집된 형태로 사용하여, 겔 블록킹의 요소를 도입하지 않고도 생성된 거대구조물의 유체 흡수 속도를 증가시킬 수 있도록 한다.
응집체 거대구조물의 유체 안정성은 2단계 공정에 의해 결정될 수 있다. 수성 유체와 접촉시 응집체 거대구조물의 초기 동적 반응을 관찰한 다음, 응집체 거대구조물의 충분히 팽화된 평형 조건을 관찰한다. 이러한 기준에 의해 유체 안정성을 결정하기 위한 시험 방법은 하기 시험 방법편에 기술되어 있다.
사용시, 거대구조물상에 침적되거나 거대구조물과 접촉하는 액체는 전구체 입자에 의해 흡수되거나, 또는 공극내로 통과하여, 거대구조물의 다른 부위로 이동되고, 여기에서 이들 액체는 다른 전구체 입자에 의해 흡수되거나 거대구조물을 통해 여기에 인접한 다른 흡수부재로 수송된다.
제4도 내지 제6도는 전구체 입자가 상이한 형태 및 화학 작용을 포함하는 본 발명의 다른 양태를 나타낸다. 전구체 입자는 불규칙형 과립과 섬유(즉, 초흡수성 섬유)의 혼합물로 이루어져 있다. 제4도 내지 제6도에 나타난 양태에서, 섬유는 델라웨어주의 윌밍톤에 소재하는 Arco Chemical Company 사에서 시판중인 화이버소브(FIBERSORB) 섬유이다. 제4도는 이러한 거대구조물의 일반적 형태를 나타낸다. 제4도에 도시된 바와같이, 섬유는 매트릭스를 제공하며, 여기에서는 과립 사이에 비교적 작은 공극이 형성되고 섬유 근처에 비교적 큰 공극이 형성된다. 제5도는 공극의 형태 및 크기에 관하여 보다 상세히 도시하며, 과립은 섬유에 입자간 가교결합되어 있다. 제6도는 섬유 및 입자/섬유 결합을 가함으로써 거대구조물내에 형성된 큰 공극 및 채널을 보다 상세히 도시한다.
과립과 혼합되는 초흡수성 섬유의 상대적 양은 폭넓게 변할 수 있다. 예를들어, 거대구조물은 단지 초흡수성 섬유로만 형성될 수도 있고; 생성된 거대구조물은 부직섬유 웹의 외관을 갖는다. 제4도 내지 제6도에 도시된 양태에서, 초흡수성 섬유는 전구체 입자의 총량을 기준으로 약 0.1 내지 약 50 중량%, 더욱 바람직하게는 0.5 내지 약 10 중량%를 구성한다.
초흡수성 섬유가 소량의 전구체 입자를 포함하는 경우, 섬유는 이들이 많은 상이한 전구체 입자사이에 편성(interwoven)되도록 다른 전구체 입자와 완전히 혼합되는 것이 바람직하다.
제7도는 섬유(섬유상물질 또는 섬유물질)와 같은 강화 부재가 거대구조물내에 함입되는 본 발명의 거대구조물의 다른 양태를 도시한다. 강화 부재는 팽화된 거대구조물에 강도(즉, 구조적 일체성)를 제공한다. 특정 양태에서, 강화섬유는 또한 액체를 거대구조물의 다른 부분 및/또는 추가의 흡수물질에 신속히 흡상시키는 부재를 제공한다. 강화부재는 섬유(강화 섬유라고도 지칭됨)를 포함하는 것이 바람직하나; 그의 강화 성질에 대해 공지된 필라멘트, 코일, 웹, 부직웹, 직조웹 또는 스크림같은 다른 재료를 사용할 수도 있다. 제7도는 폴리에스테르 섬유가 거대구조물 전체에 걸쳐 편성된 양태를 도시한다. 구체적으로, 폴리에스테르 섬유는 상호연통 채널내에 함유되어, 증가된 팽화 구조적 일체성을 거대구조물에 제공한다.
각종 유형의 섬유 물질을 본 발명의 거대구조물의 강화부재로 사용할 수 있다. 통상적인 흡수 용품에 사용하기에 적합한 임의의 유형의 섬유 물질도 본 거대구조물에 사용하기에 적합하다. 이러한 섬유물질의 특정 실례로는 셀롤로즈 섬유, 개질된 셀롤로즈 섬유, 레이온, 폴리프로필렌, 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트(DACRON) 및 친수성 나일론(HYDROFIL)과 같은 폴리에스테르 섬유 등을 들 수 있다. 전술한 물질 이외에, 본 발명에 사용되는 기타 섬유 물질의 실례는 친수성화된 소수성 섬유, 예를들면 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌과 같은 폴리올레핀, 폴리아크릴, 폴리아미드, 폴리스티렌 및 폴리우레탄 등으로부터 유도된 계면활성제-처리 또는 실리카-처리된 열가소성 섬유이다. 사실상, 친수성화된 소수성 섬유들은 그 자체로 흡수성이 그다지 높지 않으므로 종래의 흡수 구조물에 유용하기에 충분한 흡수용량의 웹을 제공하지 않으나, 이들의 우수한 흡상 특성 때문에 본 발명의 거대구조물에 사용하기에 적합하다. 이는, 본 거대구조물에 있어서, 섬유의 흡상 성향이 섬유 물질 그 자체의 흡수 용량보다 중요하지는 않지만, 본 발명의 거대구조물의 높은 유체 흡수 속도 및 겔 블록킹을 야기시키지 않는 특성으로 인해 중요하기 때문이다. 합성섬유가 일반적으로 거대구조물의 섬유 성분으로서 본원에 사용하기에 바람직하다. 폴리올레핀 섬유, 바람직하게는 폴리에스테르 섬유가 가장 바람직하다.
본문에서 임의의 거대구조물에 유용할 수도 있는 기타 셀롤로즈 섬유 물질은 화학적으로 강화된 셀롤로즈 섬유이다. 화학적으로 강화된 바람직한 셀롤로즈 섬유들은 가교결합제와 셀롤로즈 섬유들을 내부적으로 가교결합시킴으로써 제조될 수 있는 강화된, 트위스트된, 커얼(curl)화된 셀롤로즈 섬유이다. 친수성 섬유 물질로서 유용한 강화된, 트위스트된, 커얼화된 셀롤로즈 섬유의 유형은 1989년 12월 19일자로 딘(Dean) 등에게 허여된 Individualized, Crosslinked Fibers and Process For Making Said Fibers란 제목의 미합중국 특허 제 4,888,093호; 1989년 12월 26일자로 헤론(Herron) 등에게 허여된 Process For Making Individualized, Crosslinked Fibers Having Reduced Residuals And Fibers Thereof란 제목의 미합중국 특허 제 4,889,595호; 1989년 12월 26일자로 쇼겐(Schoggen) 등에게 허여된 Process For Making Individualized Crosslinked Fibers And Fibers Thereof란 제목의 미합중국 특허 제 4,889, 596호; 1989년 12월 26일자로 보우본(Bourbon) 등에게 허여된 Process For Making Wet-Laid Structures Containing Individualized Stiffened Fibers란 제목의 미합중국 특허 제 4,889,597호; 및 1990년 2월 6일자로 무어(Moore)등에게 허여된 Twisted, Chemically Stiffened Fibers And Absorbent Structures Made Therefrom이란 제목의 미합중국 특허 제 4,898,647 호에 더욱 상세히 기술되어 있으며, 이들 특허 문헌들은 각각 본문에 참고로 인용되어 있다.
본문에서, 친수성이란 섬유 또는 섬유의 표면이 섬유상에 침적된 액체에 의해 습윤되는 것(즉, 섬유가 실제로 유체를 흡수하건 하지 않건, 또는 겔을 형성하건 하지 않건 간에 관계없이 물 또는 수성 신체 배설액이 용이하게 섬유의 표면상에 분산된다면)을 말한다. 물질의 습윤에 관한 당해 분야의 기술 수준에 의해 소수성( 및 습윤성)은 접촉 각 및 포함된 액체와 고체의 표면장력면에서 정의된다. 이러한 것은 로버트 에프. 고울러(Robert F. Gould)에 의해 편집되어 1964년에 판권을 얻은 Contact Angle, Wettability, and Adhesion이란 제목의 American Chemical Society Publication 에 상세히 기술되어 있다. 액체와 섬유 또는 표면간의 접촉 각이 90° 미만이거나, 또는 액체가 섬유의 표면 전반에 걸쳐 자발적으로 분산되는 경향이 있을 때, 또는 이 두 개의 조건이 보편적으로 동시에 존재할 때, 섬유 또는 섬유의 표면은 액체에 의해 습윤된다고 할 수 있다.
섬유 물질은, 섬유를 입자간 가교결합제와 함께 용액에 도입하거나, 입자간 가교결합제를 적용하기 전에 전구체 입자와 혼합하거나, 또는 섬유물질을 입자간 가교결합제/전구체 입자 혼합물에 가함으로써, 거대구조물에 가해질 수 있다. 바람직한 양태에서, 섬유 물질은 입자간 가교결합제/전구체 입자 혼합물내로 혼련된다. 섬유물질은, 이들이 거대구조물 전체에 균일하게 분산되도록 용액과 충분히 혼합시키는 것이 바람직하다. 섬유는 또한 입자간 가교결합제를 전구체 입자의 중합체 물질과 반응시키기 전에 가하는 것이 바람직하다.
전구체 입자와 혼합되는 섬유물질의 상대적 양은 폭넓게 변할 수 있다. 섬유물질은 전구체 입자 100 중량부당 약 0.01 내지 약 5 중량부, 더욱 바람직하게는 약 0.5 내지 약 2 중량부로 가하는 것이 바람직하다.
다공성의 흡수성 중합체 거대구조물은 많은 용도 분야에서 많은 목적을 위해 사용될 수 있다. 예를들어, 거대구조물은 팩킹 용기; 약물 전달기구; 외상 세척 기구; 화상 치료 기구; 이온 교환 컬럼 재료; 구성재료; 농업 또는 원예업 재료, 예를들어 종자 시이트 또는 보수성(water-retentive) 재료; 및 슬러지 또는 오일 탈수제, 이슬 형성 방지재, 건조제 및 습도 조절재 등의 산업용도로 사용될 수 있다.
본 발명의 다공성의 흡수성 중합체 거대구조물은 담체에 결합시킬 때 유용하다. 본 발명에 유용한 담체는 셀롤로즈 섬유와 같은 흡수성 물질을 포함한다. 담체는 또한 당해 분야에 공지된 것과 같은 임의의 다른 담체, 예를들어 부직 웹, 티슈웹, 포움, 폴리아크릴레이트 섬유, 천공된 중합체 웹, 합성섬유, 금속호일, 탄성 중합체 등일 수 있다. 거대구조물은 담체에 직접적으로 또는 간접적으로 결합할 수 있으며, 거대구조물을 담체에 부착시키기 위해 반응하는 접착제 또는 화합물질을 비롯하여 공지된 화학적 또는 물리적 결합을 통해 담체에 결합할 수 있다.
본 발명의 다공성의 흡수성 중합체 거대구조물의 독특한 흡수특성 때문에 거대구조물은 흡수제품, 특히 일회용 흡수 제품에서 흡수코어로서 사용하기에 특히 적합하다. 본문에서 흡수제품(absorbent article)이란 신체 배설물을 흡수하고 함유하는 제품을 말하며, 더욱 구체적으로는 착용자의 신체에 대향하여 또는 근처에 위치하여 신체로부터 방출된 각종 배설물을 흡수하고 함유하는 제품을 말한다. 부가적으로 일회용 흡수제품이란 1회 사용후에 폐기되도록 만든 것들이다.(즉, 흡수제품중의 특정 물질 또는 모든 물질이 재순환되거나, 재사용되거나 또는 퇴비화될 수 있으나, 전체로서의 원래 흡수제품은 세탁되거나, 달리 복원되거나 또는 흡수제품으로서 재사용되지 않는다). 일회용 흡수제품의 바람직한 양태로서, 기저귀(20)가 제8도에 나타나 있다. 본문에서, 기저귀란 일반적으로 유아 및 실금증 환자가 착용하는 가멘트(garment)를 말하며, 이것은 착용자의 하체 주위에 착용된다. 그러나, 본 발명은 또한 실금자용 브리프, 실금자용 패드, 배변연습용 팬티, 기저귀 삽입물, 생리대, 안면용 티슈, 및 종이 타올등과 같은 기타 다른 흡수제품에도 적용될 수 있음을 알아야 한다.
제8도는 기저귀(20)의 구조를 더욱 명확히 나타내기 위해 구조물의 일부가 절단되고 착용자와 접촉하고 있는 기저귀(20) 부분이 관찰자를 향하고 있는 수축되지 않은 상태(즉, 탄성에 의한 수축이 모두 제거된 상태)의 본 발명의 기저귀(20)를 나타내는 사시도이다. 기저귀(20) 는 제8도에서 액체 투과성 상면시이트(38); 상면시이트(38)과 결합된 액체 불투과성 배면시이트(40); 상면시이트(38)와 배면시이트(40) 사이에 위치한 흡수코어(42) 및 탄성부재(44); 및 테이프 탭 패스터(tapt tab fastener, 46)를 바람직하게 포함하는 것으로 도시되어 있다. 상면시이트(38), 배면시이트(40), 흡수코어(42) 및 탄성부재(44)를 널리 공지되어 있는 각종 형상으로 조립할 수도 있지만, 바람직한 기저귀 형상은 일반적으로 본문에 참고로 인용되어 있는 1975년 1월 14일자로 켄네쓰 비. 부엘(Kenneth B. Buell)에게 허여된 Contractable Side Portions for Disposable Diaper란 제목의 미합중국 특허 제 3,860,003호에 기술되어 있다. 이외에도, 본 일회용 기저귀에 바람직한 형상은 1989년 2월 28일자로 모하메드 아이. 아지즈(Mohammed I. Aziz) 및 테드 엘. 블레니(Ted L. Blaney)에게 허여된 Disposable Absorbent Article Having Elasticized Flaps Provided with Leakage Resistant Portions란 제목의 미합중국 특허 제 4,808,178호; 1987년 9월 22일자로 마이클 아이. 러슨(Michael I. Lawson)에게 허여된 Absorbent Article Having Dual Cuffs란 제목의 미합중국 특허 제 4,695,278호; 및 1989년 3월 28일자로 존 에이치. 포어맨(John H. Foreman)에게 허여된 Absorbent Article Having A containment Pocket이란 제목의 미합중국 특허 제 4,816,025호에 기술되어 있다. 이들 특허문헌은 본원에 참고로 인용되어 있다.
제8도는 상면시이트(38) 및 배면시이트(40)가 같은 크기이며 일반적으로 흡수코어(41) 보다 큰 길이 및 폭 치수를 갖는 기저귀(20)의 바람직한 양태를 나타낸다. 상면시이트(38)는 배면시이트(40)와 함께 결합되어 있으며 배면시이트(40)상에 겹쳐져 있고, 이로 인해 기저귀(20) 의 둘레를 형성한다. 둘레는 기저귀(20) 의 외부주변 또는 가장자리를 한정한다. 둘레는 말단 가장자리(32) 및 종방향 가장자리(30)를 포함한다.
상면시이트(38)는 순응적이고 부드러운 감촉을 주며 착용자의 피부에 대해 비자극성이다. 더욱이, 상면시이트(38)는 그의 두께를 통해 액체가 쉽게 침투하는 액체 투과성이다. 적합한 상면시이트(38)는 다공성 발포체, 망상 구조의 발포체, 천공된 플라스틱 필름, 천연섬유(예를들면, 목재 또는 면 섬유), 합성섬유(예를들면, 폴리에스테르 또는 폴리프로필렌 섬유)와 같은 광범위한 물질로부터 제조되거나, 또는 천연 또는 합성 섬유를 혼용하여 제조될 수 있다. 바람직하게, 상면시이트(38)는 소수성 물질로 제조되어 흡수코어(42)내에 있는 착용자의 피부를 분리시킨다.
특히 바람직한 상면시이트(38)는 델라웨어주의 윌밍톤에 소재하는 헤르큘레스 인코포레이티드사의 헤르큘레스 타입 151 폴리스로필렌과 같은, 약 1.5의 테니어를 갖는 스테이플 길이의 폴리프로필렌 섬유를 포함한다. 본문에서 스테이플 길이의 섬유란 약 15.9㎜(0.62in) 이상의 길이를 갖는 섬유를 말한다.
상면시이트(38)를 제조하는데 사용될 수 있는 많은 제조기법들이 있다. 예를들면, 상면시이트(38)는 직조, 부직, 방사 결합 또는 카딩(carded)될 수 있다. 바람직한 상면시이트는 직물 기술분야의 숙련된 자들에게 널리 공지되어 있는 수단에 의해 카딩되고, 열에 의해 결합된다. 바람직하게는, 상면시이트(38)는 약 18 내지 약 25g/m2의 중량, 기계방향 1㎝ 당 약 400g 이상의 최소 건조 인장강도, 및 횡기계방향 1cm 당 55g 이상의 습윤 인장강도를 갖는다.
배면시이트(40)는 액체에 불투과성이며, 바람직하게는 얇은 플라스틱 필름으로부터 제조되지만, 다른 가요성의 액체 불투과성 물질도 사용할 수 있다. 배면시이트(40)는 흡수코어(41)에 흡수되고 함유된 배설물이 침대시이트 및 속옷과 같은, 기저귀(20) 와 접촉하고 있는 제품을 적시는 것을 방지한다. 바람직하게는, 배면시이트(40)는 약 0.012㎜(0.5밀) 내지 약 0.051㎝(2.0밀)의 두께를 갖는 폴리에틸렌 필름이지만, 다른 가요성의 액체 불투과성 물질을 사용할 수도 있다. 본문에서, 가요성이란 착용자 신체의 보편적인 형상 및 외형에 용이하게 맞는 순응적인 물질을 말한다.
적합한 폴리에틸렌 필름은 몬산토 케미칼 코포레이숀(Monsanto Chemical Corporation) 사에서 상표명 Film No. 8020으로서 시판하고 있다. 배면시이트(40)는 더욱 천과 같은 외형을 제공하기 위해 엠보싱되고/되거나 거친 표면처리되는 것이 바람직하다. 더욱이, 배면시이트(40)는 배설물이 배면시이트(40)를 통과하지 못하도록 하면서 흡수코어(42)로부터 증기를 빠져나가게 한다.
배면시이트(40)의 크기는 흡수코어(42)의 크기 및 선택된 정확한 기저귀 디자인에 따라 달라진다. 바람직한 양태에서, 배면시이트(40)는 전체 기저귀 둘레 주위에서 적어도 약 1.3㎝ 내지 약 2.5㎝(약 0.5 내지 약 1.0in)의 최소 거리만큼 흡수코어(42)를 넘어 연장된 변형된 모래시계 형상을 갖고 있다.
상면시이트(38) 및 배면시이트(40)는 임의의 적합한 방식으로 함께 결합되어 있다. 본문에서 결합된이란 상면시이트(38)를 배면시이트(40)에 직접 고정시킴으로써 상면시이트(38)를 배면시이트(40)에 직접 결합시킨 형상, 및 상면시이트(38)를 중간 부재에 고정시킨 다음 이 중간부재를 다시 배면시이트(40)에 고정시킴으로써 상면시이트(38)를 배면시이트(40)에 간접적으로 결합시킨 형상을 포함한다. 바람직한 양태에서, 상면시이트(38) 및 배면시이트(40)는 접착제 또는 본 기술분야에 공지된 임의의 다른 부착수단 같은 부착수단(도시되지 않음)에 의해 기저귀 둘레에서 서로 직접 고정된다. 예를들면, 접착제의 균일한 연속층, 접착제의 패턴화된 층, 또는 접착제의 개별적인 선 또는 점(spot)의 배열(array)을 사용하여 상면시이트(38)를 배면시이트(40)에 고정시킬 수 있다.
테이프 탭 패스너(46)는 전형적으로 기저귀(20)의 후방 허리밴드 영역(24)에 적용되어, 착용자에게 기저귀를 유지시키기 위한 패스닝 수단을 제공한다. 테이프 탭 패스너(46)는 본문에 참고로 인용되어 있는 1974년 11월 19일자로 켄네쓰 비. 부엘에게 허여된 미합중국 특허 제 3,848,594호에 기술된 패스닝 테이프와 같은, 본 기술분야에 널리 공지되어 있는 임의의 것들일 수 있다. 이러한 테이프 탭 패스너(46) 또는 기타 기저귀 패스닝 수단은 전형적으로 기저귀(20)의 모서리 근처에 적용된다.
탄성부재(44)는 기저귀(20)의 둘레에 인접하게, 바람직하게는 각각 종방향 가장자리(30)를 따라서 배치되어, 탄성부재(44)가 착용자의 다리에 대해 기저귀(20)를 잡아당겨 유지하도록 한다. 다르게는, 탄성부재(44)는 다리 커프스 뿐만 아니라, 또는 다리 커프스보다는 허리밴드를 제공하기 위해 기저귀(20)의 말단 가장자리(32) 중의 하나 또는 둘 모두에 인접하여 배치될 수 있다. 예를들면, 적합한 허리밴드는 본문에 참고로 인용되어 있는 1985년 5월 7일자로 데이비드 제이. 키에비트(David J. Kievit) 및 토마스 에프. 오스터헤이지(Thomas F. Osterhage)에게 허여된 Disposable Diapers With Elastically Contractible Waistbands란 제목의 미합중국 특허 제 4,515,595호에 기술되어 있다. 또한, 탄성적으로 수축가능한 탄성부재를 갖는 일회용 기저귀를 제조하는 적합한 방법 및 장치는 본문에 참고로 인용되어 있는 1978년 3월 28일자로 켄네쓰 비. 부엘에게 허여된 Method and Apperatus for Continuously Attaching discrete, Stretched Elastic Strands to Predetermined Isolated Portions of Disposable Absorbent Products란 제목의 미합중국 특허 제 4,081, 301호에 기술되어 있다.
탄성부재(44)는 보편적으로 제한되지 않은 현상으로 기저귀(20)를 효과적으로 수축시키거나 주름지게 하도록 탄성적으로 수축가능한 상태로 기저귀(20)에 고정된다. 탄성부재(44)는 2가지 이상의 방식으로 탄성적으로 수축가능한 상태로 고정될 수 있다. 예를들면, 탄성부재(44)는 기저귀(20)가 수축되지 않은 상태로 있는 동안 신장되어 고정될 수 있다. 또는, 예를들면 주름에 의해 기저귀(20)를 수축시키고, 느슨하지 않거나 신장되지 않은 상태의 탄성부재(44)를 기저귀(20)에 고정시킬 수 있다.
제8도에 나타난 양태에서, 탄성부재(44)는 기저귀(20) 길이의 일부를 따라 연장되어 있다. 다르게는, 탄성부재(44)는 기저귀(20)의 전체 길이, 또는 탄성적으로 수축가능한 선을 제공하기에 적합한 기타 다른 길이에 연장되어 있다. 탄성부재(44)의 길이는 기저귀 디자인에 따라 달라진다.
탄성부재(44)는 다수의 형상을 취할 수 있다. 예를들면, 탄성부재(44)의 폭은 약 0.25㎜(0.01in)에서 약 25㎜(1.0in) 이상으로 변화할 수 으며; 탄성부재(44)는 탄성물질의 단일 스트랜드를 포함하거나, 또는 몇 개의 평행하거나 또는 평행하지 않은 탄성물질 스트랜드를 포함할 수 있거나; 또는 탄성부재(44)는 직사각형 또는 곡선형일 수도 있다. 더욱이, 탄성부재(44)는 본 기술분야에 공지되어 있는 몇가지 방식으로 기저귀에 고정될 수 있다. 예를들면, 탄성부재(44)는 각종 결합패턴을 사용하여 기저귀(20)에 초음파 결합되거나 또는 가열 및 가압 밀봉될 수 있거나, 또는 탄성부재(44)는 간단하게 기저귀(20)에 접착될 수 있다.
기저귀(20)의 흡수코어(42)는 상면시이트(38)와 배면시이트(40) 사이에 위치한다. 흡수코어(42)는 다양한 크기 및 형태(예를들어, 직사각형, 모래시계형, 비대칭형 등)로 제조되고 다양한 물질로부터 제조될 수 있다. 그런, 흡수코어(42)의 총 흡수용량은 흡수제품 또는 기저귀의 의도되는 용도를 위한 액체 침적량 설계와 양립할 수 있어야 한다. 더욱이, 흡수코어(42)의 크기 및 흡수용량은 유아에서 성인까지 이르는 착용자에 모두 적용 가능하도록 변화할 수 있다. 흡수코어(42)는 본 발명의 다공성의 흡수성 중합체 거대구조물을 포함한다.
기저귀(20)의 바람직한 양태는 직사각형 흡수코어(42)를 갖는다. 제9도에 도시된 바와 같이, 흡수코어(42)는 싸개(envelope) 웹(50) 및 싸개 웹(50)내에 배치된 다공성의 흡수성 중합체 거대구조물(52)을 포함한 흡수부재(48)를 포함하는 것이 바람직하다. 거대구조물(52)은 싸개 웹(50)내에 사여져서, 전구체 입자가 상면시이트를 통해 이동할 가능성을 최소화하며, 상면시이트(38)과 거대구조물(52) 사이에 추가의 액체 수송 층을 제공하여 액체 수용성을 향상시키고 재습윤을 최소화한다. 제9도에 도시된 바와 같이, 하나의 싸개 웹(50)을 절첩시켜 거대구조물(52) 주위를 둘러쌈으로써, 제 1 층(54)과 제 2 층(56)을 형성한다. 싸개 웹(52)의 가장자리(58)는 접착제(59)(도시되어 있음), 초음파 결합, 또는 가열/가압 결합과 같은 임의의 통상적인 수단에 의해 그의 주위를 밀봉시켜 주머니를 형성한다. 싸개 웹(50)은 부직 웹, 종이 웹, 또는 티슈 종이와 같은 흡수성 물질의 웹을 비롯한 다수의 물질을 포함할 수 있다. 싸개 웹(50)은 상면시이트(38)를 형성하는 데 사용된 웹과 유사한 부직 웹을 포함하는 것이 바람직하다. 부직 웹은 액체가 싸개 웹(50)을 신속하게 통과하도록 친수성인 것이 바람직하다. 유사한 층상 흡수부재(적층체)는 본원에 참고로 인용된 1986년 3월 25일자로 티모씨 에이. 크레이머(Timothy A. Kramer), 제랄드 에이. 영(Gerald A. Young) 및 로날드 더블유. 콕크(Ronald W. Kock)에게 허여된 Absorbent Laminate structure란 제목의 미합중국 특허 제 4,578,068호에 보다 상세히 기재되어 있다.
다르게는, 본 발명의 흡수코어(42)는 본 발명의 하나 이상(다수)의 다공성의 흡수성 중합체 거대구조물만으로 이루어지고; 본 발명의 거대구조물을 포함한 층들의 복합체를 포함하거나; 또는 본 발명의 하나 이상의 거대구조물을 포함하는 임의의 다른 흡수코어 형상을 포함할 수 있다.
제10도는 흡수부재(60) 아래(즉, 흡수부재(60)와 배면시이트(40) 사이)에 위치한 다공성의 흡수성 중합체 거대구조물의 시이트(62) 및 변형된 모래시계 형태의 흡수부재(60)를 포함한 2층 흡수코어(142)를 포함한 기저귀(120)의 다른 양태를 도시한다.
흡수부재(60)는 배출된 액체를 신속하게 모아서 일시적으로 보유하며, 이러한 액체를 초기 접촉 지점으로부터 흡상시켜 흡수부재(60)의 다른 부분 및 거대구조물 시이트(62)로 수송하는 작용을 한다. 다양한 유형의 섬유물질의 웹 또는 배트(batt)를 포함하는 것이 바람직하다. 다양한 유형의 섬유물질이 본원에 이미 언급된 섬유물질과 같이 흡수부재(60)에 사용될 수 있다. 셀롤로즈 섬유가 본원에 사용하기에 일반적으로 바람직하고, 목재 펄프 섬유가 특히 바람직하다. 흡수부재(60)는 또한 특정량의 미립상 흡수성 중합체 조성물을 함유할 수 있다. 흡수부재(60)는, 예를들어 약 50 중량% 이하의 중합체 조성물을 함유할 수 있다. 가장 바람직한 양태에서, 흡수부재(60)는 0 내지 약 8 중량%의 미립상 흡수성 중합체 조성물을 함유한다. 다른 바람직한 양태에서, 흡수부재(60)는 본원에 이미 언급된 화학적으로 강화된 셀롤로즈 섬유를 포함한다. 본 발명에 유용한 흡수부재(60)의 예시적인 양태는 1987년 6월 16일자로 폴 티. 와이즈맨(Paul T. Weisman), 돈 아이. 휴톤(Dawn I. Houghton) 및 데일 에이. 겔러트(Dale A. Gellert)에게 허여된 Absorbent Article With Dual-Layered Cores란 제목의 미합중국 특허 제 4,673,402호; 및 1989년 5월 30일자로 미구엘 알레마니(Miguel Alemany) 및 챨스 제이. 버그(Charles J. Berg)에게 허여된 High Density Absorbent Members Having Lower Density and Lower Basis Weight Acquisition Zones란 제목의 미합중국 특허 제 4,834,735호에 기재되어 있다. 이 특허들은 본원에 참고로 인용되어 있다. 수용 대역이 배출된 액체를 효과적이고 신속하게 수용할 수 있도록 저장 대역보다 낮은 평균 밀도 및 단위 면적당 낮은 평균 기본 중량을 갖는 수용 대역 및 저장 대역을 갖는 흡수부재가 본원에 사용하기에 특히 바람직하다.
흡수부재(60)는 임의의 목적하는 형태, 예를들어 직사각형, 타원형, 장방형, 비대칭형 또는 모래시계 형태일 수도 있다. 흡수부재(60)의 형태는 생성되는 기저귀(120)의 일반적 형태를 한정시킬 수도 있다. 제10도에 도시된 바람직한 양태에서, 흡수부재(60)는 모래시계 형태이다.
본 발명의 거대구조물 시이트(62)는 흡수부재(60)와 동일한 크기를 가질 필요는 없으며, 사실상, 흡수부재(60)의 상부 표면적보다 실질적으로 더 작거나 더 큰 상부 표면을 가질 수 있다. 제10도에 도시된 바와 같이, 거대구조물 시이트(62)는 흡수부재(60)보다 작으며, 흡수부재(60)의 약 0.10 내지 약 1.0배의 상부 표면적을 갖는다. 가장 바람직하게는, 거대구조물 시이트(62)의 상부표면적은 흡수부재(60)의 약 1.0 내지 약 0.75배, 가장 바람직하게는 약 0.10 내지 약 0.5배이다. 다른 양태에서, 흡수부재(60)는 거대구조물 시이트(62)보다 작고, 거대구조물 시이트(62)의 약 0.25 내지 1.0배, 더욱 바람직하게는 0.3 내지 약 0.95배의 상부 표면적을 갖는다. 이러한 다른 양태에서, 흡수부재(60)는 화학적으로 강화된 셀롤로즈 섬유를 포함하는 것이 바람직하다.
거대구조물 시이트(62)는 기저귀의 배면시이트(40) 및/또는 흡수부재(60)에 대한 특정한 위치관계로 놓이는 것이 바람직하다. 더욱 특히, 거대구조물 시이트(62)는 배출된 액체를 수용하여 보유하기에 가장 효과적으로 놓이도록 일반적으로 기저귀의 앞쪽을 향해 놓인다.
다른 바람직한 양태에서, 다수의 거대구조물, 바람직하게는 약 2개 내지 약 6개의 거대구조물 스트립 또는 시이트를 제10도에 도시된 하나의 거대구조물 시이트(62) 대신 사용할 수도 있다. 또한, 추가의 흡수층, 흡수부재 또는 흡수 구조물을 흡수코어(142)내에 위치시킬 수도 있다. 예를들어, 추가의 흡수부재는 거대구조물 시이트(62)와 배면시이트(40) 사이에 위치하여, 흡수코어(142) 및/또는 액체를 거대구조물 시이트(62)에 통과시켜 흡수코어(142)의 다른 부분 또는 거대구조물 시이트(62)로 분배시키기 위한 층에 예비용량을 제공할 수도 있다. 거대구조물 시이트(62)는 또한 상면시이트(38)와 흡수부재(60) 사이에 위치하도록 흡수부재(60)위에 위치할 수도 있다.
사용시, 기저귀(20)는 착용자의 등 아래의 후방 허리밴드 영역을 놓고, 전방 허리밴드 영역이 착용자의 전면을 가로질러 위치하도록 착용자의 다리 사이로 기저귀(20)의 나머지 부분을 잡아당김으로써 착용자에게 착용시킨다. 이어, 기저귀(20)의 외향면에 테이프-탭 패스너(46)를 고정시키는 것이 바람직하다. 사용시, 본 발명의 다공성의 흡수성 중합체 거대구조물을 혼입시킨 일회용 기저귀 또는 다른 흡수 제품은 거대구조물의 높은 흡수능력으로 인해 액체를 보다 신속하고 효율적으로 분배 및 저장하며, 건조된 상태를 유지하는 경향이 있다.
[합성뇨]
본 발명의 시험 방법에 사용된 특정 합성뇨는 본원에서 합성뇨(Synthetic Urine)로 지칭한다. 합성뇨는 보편적으로 Jayco SynUrine 으로 알려져 있으며, 펜실바니아주 캠프 힐 소재의 제이코 파마슈티칼스 캄파니(Jayco Pharmaceuticals Company)로부터 구입할 수 있다. 합성뇨의 조성은 다음과 같다: 2.0g/ℓ의 KCl; 2.0g/ℓ의 Na2SO4; 0.85g/ℓ의 (NH4)H2PO4; 0.15g/ℓ의 (NH4)2HPO4; 0.19g/ℓ의 CaCl2; 및 0.25g/ℓ의 MgCl2.모든 화학약품은 시약등급이다. 합성뇨의 pH는 6.0 내지 6.4의 범위이다.
[시험방법]
[A. 전구체 입자의 흡수용량]
중합체 조성물을 티백(tea bag)내에 넣고, 과량의 합성뇨에 일정 시간동안 침지시킨 후, 일정 시간동안 원심분리시킨다. 원심분리시킨 후의 중합체 조성물 최종 중량에서 초기 중량을 뺀 값(순 유체 흡수량) 대 초기 중량의 비가 흡수용량을 결정한다.
23℃(73°F) 및 50% 상대 습도에서 표준 실험실 조건하에 하기 절차를 수행한다. 6㎝ × 12㎝의 절단 다이를 사용하여, 티백 물질을 절단하여 종방향으로 반으로 접고 T-바 밀봉기로 2개 측부를 따라 밀봉하여 6㎝ × 6㎝ 정사각형 티백을 만든다. 사용된 티백 물질은 미합중국 코넥티컷주 윈저 록스 소재의 덱스터 코포레이션(Dexter Corp.)사의 지사인 씨. 에이치. 덱스터(C.H. Dexter)에서 구입할 수 있는 등급 1234 열 밀봉성 물질 또는 그의 등가물이다. 미세 입자를 보유해야 하는 경우에는 보다 저다공성 티백 물질을 사용하여야 한다. 중합체 조성물 0.200g ± 0.005g을 계량지상으로 계량하여 티백으로 옮긴 후, 티백 상부(개방 단부)를 밀봉한다. 빈 티백의 상부를 밀봉하여 블랭크(blank)로 사용한다. 약 300㎖의 합성뇨를 1,000㎖들이 비이커에 붓는다. 블랭크 티백을 합성뇨에 담근다. 중합체 조성물을 함유하는 티백(샘플 티백)을 수평으로 유지시켜 티백 전체에 물질을 골고루 분배시킨다. 티백을 합성뇨 표면 위에 놓는다. 티백을 1분 이하 동안 습윤시킨 후, 완전히 담그고 60분 함침시킨다. 첫 번째 샘플을 담근지 약 2분 후에, 첫 번째 블랭크 및 샘플 티백과 동일하게 제조한 2번째 티백 세트를 첫 번째 세트와 동일한 방식으로 담근 후 60분간 함침시킨다. 전술한 함침시간이 경과한 후에, 각각의 티백 샘플 세트에 대해 티백을 합성뇨로부터 신속히 제거한다(집게 사용).
이어서, 하기에 기술하는 바와 같이 샘플을 원심분리시킨다. 사용된 원심분리기는 펜실바니아주 핏츠버그 소재의 피셔 사이언티픽 캄파니에서 구입할 수 있는 디럭스 다이낵 II 원심분리기(Delux Dynac II Centrifuge), 피셔 모델 번호 05-100-26 또는 그와 균등한 원심분리기이다. 원심분리기에는 직독(direct read) 회전속도계 및 전기 제동장치가 장착되어야 한다. 원심분리기에는 또한, 8.435 인치(21.425㎝)의 외경, 7.935 인치(20.155㎝)의 내경, 및 각각 외벽의 원주 주위로 동일하게 이격 배치된 약 106개의 3/32 인치(0.238㎝) 직경의 원형 구멍을 갖는 9개의 열을 가지며; 외벽의 내면으로부터 배수 구멍 중심까지 1/2 인치(1.27㎝)의 거리로 바스켓 플로어의 원주 주위로 동일하게 이격배치된 6개의 1/4 인치(0.635㎝) 직경의 원형 배수 구멍을 갖는 바스켓 플로어를 갖는 원주형 삽입 바스켓 또는 그와 균등한 장치가 장착된다.
바스켓은 원심분리기와 함께 회전할 뿐 아니라 제동되도록 원심분리기에 탑재된다. 티백의 접철된 단부가 원심분리기 회전 방향으로 향하여 초기 힘을 흡수하도록 샘플 티백을 원심분리기 바스켓에 넣는다. 블랭크 티백은 상응하는 샘플 티백의 어느 한쪽 방향에 놓는다. 2번째 세트의 샘플 티백을 첫 번째 세트의 샘플 티백에 반대로 놓고, 2번째 세트의 블랭크 티백을 첫 번째 세트의 블랭크 티백과 반대로 놓아서, 원심분리기의 균형을 맞춘다. 원심분리기를 작동시키고 1,500rpm의 안정한 속도로 신속하게 가속시킨다. 일단 원심분리기가 1500rpm으로 안정해지면, 타이머를 3분으로 맞춘다. 3분 후에, 원심분리기를 끄고 제동장치를 걸어준다. 첫 번째 샘플 티백 및 첫 번째 블랭크 티백을 제거하고 별도로 칭량한다. 상기 절차를 2번째 샘플 티백 및 2번째 블랭크 티백에 대해서도 반복한다. 샘플 각각에 대한 흡수용량(ac)은 다음과 같이 계산한다; ac=(원심분리 후의 샘플티백 중량 - 원심분리 후의 블랭크 티백 중량 - 건조중합체 조성물 중량)/(건조 중합체 조성물 중량). 본 발명에 사용하기 위한 흡수 용량 값은 2개 샘플의 평균 흡수 용량이다.
[B. 유체 안정성]
본 발명의 목적은 합성뇨에 노출시 응집체의 안정성을 결정하는데 있다.
거대구조물 샘플을 얕은 접시에 놓는다. 과량의 합성뇨를 거대구조물에 가한다. 평형상태에 도달할 때까지 거대구조물의 팽화를 관찰한다. 거대구조물의 팽화를 관찰하는 동안, 작은 입자가 주응집체로부터 떨어져 나오고, 혈소판형 입자가 주응집체로부터 부유하거나, 또는 입자가 주응집체로부터 떨어져 나오고 부유하면서 2차원적인 X-Y 평면에서만 입자가 팽창하는 것이 관찰되었다. 응집체로부터 떨어져 나오는 성분 입자가 다수인 경우, 거대구조물은 불안정하다고 간주된다. 거대구조물의 등방성 팽화에 대해서도 관찰해야 한다. 응집체가 비교적 안정하고, 전구체 입자 및 공극의 상대적 형태 및 공간상의 관계가 시험 절차후 유지된다면, 거대구조물은 안정하다고 간주된다. 유체 안정성 거대구조물은 떨어져 나온 입자 없이 팽화 상태로 회수될 수 있는 것이 바람직하다.
[C. 전구체 입경 및 질량 평균 입경]
전구체 입자의 10g 벌크 샘플의 중량%를 기준으로 한 입경 분포를, 표준 #20 체(850㎛) 내지 표준 #400 체(38㎛)의 크기 범위에 있는 19개의 체 세트를 통해 샘플을 체질함으로써 결정한다. 이러한 체들은 오하이오주 워딩톤에 소재하는 길슨 캄파니, 인코포레이티드(Gilson Company, Inc.)로부터 구입가능한 표준 체이다. 사용된 장치는 한번에 19개의 체를 모두 보유할 수 없으므로, 체들을 한 번에 3개의 적층물로 하여 상기 방법을 수행한다. 제 1 적층물은 #20, #25, #30, #35, #40, #45 및 #50 체와 체 팬을 함유하며, 제 2 적층물은 #60, #70, #80, #100, #120 및 #140 체와 체 팬을 함유하고, 제 3 적층물은 #170, #200, #230, #270, #325 및 #400 체와 체 팬을 함유한다. 이때, 이들 체 각각에 남아 있는 전구체 입자들은 칭량하여 중량%를 기준으로 한 입경 분포를 결정한다.
체의 제 1 적층물을 쉐이커(shaker)상에 장치하고, 샘플 10.0g ± 0.00g을 #20 체상에 위치시킨다. 사용된 쉐이크는 오하이오주 워딩톤에 소재하는 길슨 캄파니, 인코포레이티드로부터 구입가능한 Vibratory 3-in. Sieve Shaker Model SS-5 이다. 적층물을 분당 약 2100번의 진동(장치 다이얼에서 6)으로 3분간 흔든다. 그 다음, 체 팬을 제거하고, 추후 칭량을 위해 적층물을 다른 곳에 놓는다. 부드러운 브러쉬를 사용하여 체 팬상에 남아 있는 샘플을 계량지에 옮긴다. 체의 제 2 적층물을 쉐이커상에 장치하고, 계량지 위의 샘플을 #60 체상에 옮긴다. 제 2 적층물을 분당 약 2100번의 진동으로 3분간 흔든 다음, 체 팬상에 남아 있는 샘플을 계량지로 옮기고, 적층물을 옆에 놓아둔다. 체의 제 3 적층물을 쉐이커상에 설치하고, 계량지상의 샘플을 #170 체에 옮긴다. 제 3 적층물을 분당 약 2100번의 진동으로 3분간 흔든다.
부드러운 브러쉬를 사용하여 주어진 각각의 체의 내용물을 계량지에 옮긴다. 샘플을 소수점 3째자리까지 있는 표준 천칭상에서 중량을 재고, 특정 체상의 샘플의 중량을 기록한다. 각각의 샘플, 각각의 체, 및 체의 제 3 적층물을 흔들어준 다음 체 팬상에 잔류하는 샘플에 대해, 새로운 계량지를 사용하여 상기 단계를 반복한다. 이러한 방법을 추가로 10g의 샘플 2개에 대해 반복한다. 각 체의 3개의 샘플의 평균 중량은 각각의 체의 크기에 있어서의 중량%를 기준으로 한 평균 입경 분포를 결정한다.
10g 벌크 샘플의 질량 평균 입경은 하기 식으로 계산한다.
상기식에서,
maps는 질량 평균 입경이고;
Mi는 특정 체상에 있는 입자들의 중량이고;
Di는 특정 체에 대한 크기 변수이다.
체의 크기 변수 Di는 다음의 가장 높은 체의 크기(㎛)의 평균으로서 정의된다. 예를들면, 표준 #50 체는 표준 #45 체(다음의 가장 높은 체)중의 개구의 크기에 상응하는 355㎛의 크기변수를 갖는다. 본 명세서에서 사용하기 위한 질량 평균 입경은 3개의 샘플의 질량 평균 입경의 평균이다.
[전구체 입자 실시예]
자켓을 씌운 10ℓ 의 트윈 암 스테인레스강 니이더(twin arm stainless steel kneader)를 뚜껑으로 밀봉시킨다. 상기 니이더는 입구 크기가 220㎜ × 240㎜이고 깊이가 240㎜ 이며 직경 120㎜로 회전하는 2개의 시그마형 블레이드를 갖고 있다. 37 중량% 의 단량체로 이루어진 단량체 수용액을 제조한다. 단량체는 아크릴산 나트륨 75 몰% 및 아크릴산 25 몰%로 이루어져 있다. 단량체 수용액 5500g을 니이더 용기에 공급하고, 그 다음, 그것을 질소기체로 퍼징하여 남아 있는 포획 공기를 제거한다. 그 다음, 2개의 시그마형 블레이드를 46rpm의 속도로 회전시키고, 쟈켓에 35℃의 물을 통과시킴으로써 쟈켓을 가열한다. 나트륨 퍼설페이트 2.8g 및 L-아스코르브산 0.14g을 중합개시제로서 가한다. 개시제를 첨가한지 약 4분 후에 중합을 개시한다. 개시제를 첨가하고 15분 후에, 반응 시스템의 내부가 82℃의 피크 온도에 도달한다. 교반을 지속시키면서 수화된 겔 중합체를 약 5㎜의 입경로 분리시킨다. 중합을 개시한지 60분 후 뚜껑을 니이더로부터 제거하고, 중합체 물질을 니이더로부터 제거한다.
이렇게 수득된 수화된 수성 겔 중합체를 표준 #50 크기의 금속 거즈상에 분무시키고, 150℃의 고온 공기로 90분간 건조시킨다. 건조된 입자를 해머형 분쇄기로 미분쇄하고, 표준 #20 체(850㎛)로 체질하여 표준 #20 체를 통해 통과하는 입자를 수득한다. 이들 입자의 질량 평균 입경은 405㎛이다.
[실시예 1]
전구체 입자 실시예에 따라 제조한 전구체 입자 350.0g을 5 쿼트 직립형 부엌 믹서에 넣는다. 전구체 입자는 이들이 표준 #60 체(250㎛)를 통과하고 표준 #100 체(150㎛) 상에 보유되도록 하는 입경을 갖는다. 글리세롤 7.0g, 메탄올 35.0g 및 물 7.0g 으로 이루어진 용액을 제조한다. 이 용액은 뉴욕주 온커스 소재의 더 프리시젼 밸브 코포레이션(The Precision Valve Corporation)으로부터 구입가능한 프레발 스프레이어(Preval Sprayer)를 사용하여 전구체 입자상에 분무함으로써 이용액을 전구체입자에 적용한다. 이 용액을 혼합하면서 전구체 입자에 분무한다.
먼저 15초간 분무하는 동안 믹서를 가장 낮은 속도로 맞추어 조작한다. 상기 15초 후에, 믹서를 가장 높은 속도로 맞추어 조작한다. 총 분무 조작은 용액의 총 부피를 전구체 입자상에 분무하는데 3분을 필요로 한다. 모든 전구체 입자가 용액으로 충분히 습윤되도록 가장 높은 속도로 믹서를 맞추어 추가의 2분 동안 혼합물을 혼합한다. 생성된 혼합물을 상기 언급된 압출/압축 유니트의 호퍼에 넣는다. 압출기 스크류는 8 인치(20.3㎝)의 길이를 가지며, 각각 1.5 인치(3.8㎝) 길이의 날개 5개을 함유한다. 압출기 스크류의 외경은 1.75 인치(4.45㎝)이고, 스크류에서 하우징까지의 공차(clearance)는 0.20인치(0.51㎝)이다. 압출기 스크류가 47rpm의 속도로 돌도록 유니트를 활성화시킨다.
고정된(그러나 가변성의) 간격을 갖는 2 개의 코팅된 강 압축 롤(닙(nip)롤) 사이에서 혼합물을 압출한다. 압축 롤은 8.975인치(22.8㎝)의 직경을 가지며, 5.4rpm 의 속도로 가동된다. 압축 롤 사이의 간격은 0.015 인치(0.38㎜)이다. 제조된 응집체 시이트를 대략 12 내지 15인치(30 내지 40㎝) 길이로 분리시킨다. 생성된 응집체 시이트를 210℃에서 45분동안 강제 공기순환 오븐에서 가열하여 글리세롤을 전구체 입자의 중합체 물질과 반응시킨다. 생성된 시이트는 약 0.031 인치(0.8㎜)의 두께(캘리퍼) 및 약 1.95 인치(4.95㎝)의 폭을 갖는다.
[실시예 2]
글리세롤 0.5g, 물 0.5g 및 이소프로판올 3.0g으로 이루어진 용액을 제조한다. 이 용액을 전구체 입자 실시예에 따라 제조한 25g의 전구체 입자에 적용한다. 전구체 입자는 이들이 표준 #40 체(425㎛)를 통과하고 표준 #50 체(300㎛) 상에 보유되도록 하는 입경을 갖는다.
모든 전구체 입자가 상기 용액으로 코팅될 때까지 주걱으로 교반하면서 혼합물을 충분히 혼합한다. 혼합물을 대략 동일하게 분리시킨다. 혼합물의 1/2을 일리노이주 에반스톤 소재의 사사프라스 엔터프라이시스 인코포레이티드(Sassafras Enterprises Inc.)에서 시판중인 슈퍼스톤(SUPERSTONE) 베이팅 돌위에 편평하게 편다. 혼합물을 상기 돌 위에서 약간 압축 시킨다. 0.16g의 코델(KODEL) 폴리 에스테르 섬유를 형성된 혼합물위에 균일하게 편다. 폴리에스테르 섬유는 1.25 인치(3.2㎝) 스테이플 길이로 절단되고 권축된(crimped) 15.0 데니어 섬유이다. 최초 혼합물의 나머지 1/2을 섬유의 상부에 균일하게 펴고, 약간 압축시킨다.
이어서 전체 구조물을 목재 압연 핀을 사용하여 약 0.06 인치(1.5㎜)의 두께로 압연시킨다. 혼합물이 압연 핀에 접착되는 것을 방지하기 위해 마이라(MYLAR)의 시이트를 압연하기 위한 시이트의 상부에 넣는다. 시이트의 가장자리를 그 자체위로 절첩시키고, 압연 공정을 반복한다. 접첩/압연 (니딩) 절차를 2 회 수행한다. 이어서 시이트를 200℃에서 45분 동안 강제 공기순환 오븐에서 가열하여, 글리세롤을 전구체 입자의 중합체 물질과 반응시킨다. 생성된 거대구조물은 약 0.06 인치(1.5㎜)의 두께(캘리퍼)를 갖는다.
[실시예 3]
글리세롤 1.6g, 물 3.2g 및 이소프로판올 12.8g으로 이루어진 용액을 제조한다. 이러한 용액을 전구체 입자 실시예에 따라서 제조된 전구체 입자 80mg에 가한다. 전구체 입자는 상기 입자의 8 중량%가 표준 #20 체(850㎛)를 통과하고 표준 #30 체(600㎛)상에 체류되며; 15 중량%가 표준 #30 체(600㎛)를 통과하고 표준 #40 체(425㎛)상에 체류되며; 22 중량%가 표준 #40 체(425㎛)를 통과하고 표준 #50 체(300㎛)상에 체류되며; 36 중량%가 표준 #50 체(300㎛)를 통과하고 표준 #100 체(150㎛)상에 체류되며; 19 중량%가 표준 #100 체(150㎛)를 통과하도록 하는 입경 분포를 갖는다. 모든 전구체 입자가 상기 용액으로 코팅될 때까지 교반주걱을 사용하여 이 용액을 충분히 혼합한다.
생성된 혼합물을 슈퍼스톤 베이킹 돌위에 느슨하게 펴고, 목재 압연 핀을 사용하여 압연시킴으로써 약 0.06 인치(1.5㎜)의 두께를 갖는 시이트를 제조한다. 혼합물이 압연 핀에 접착되는 것을 방지하기 위해 마이라의 시이트를 압연시키기 위한 시이트의 상부에 놓는다. 이어서 시이트를 200℃에서 45분동안 강제 공기순환 오븐에서 가열하여, 글리세롤을 전구체 입자의 중합체 물질과 반응시킨다. 생성된 거대구조물은 약 0.06인치(1.5㎜)의 두께(캘리퍼)를 갖는다.
[실시예 4]
글리세롤 0.342g, 물 0.136g 및 메탄올 1.713g 으로 이루어진 용액을 제조한다. 별도로, 아르코 케미칼 캄파니(Arco Chemical Company)에서 시판하는 화이버 소브 섬유 0.512g, 및 모든 입자가 표준 #100 체(150㎛)를 통과하는 크기를 갖고 전구체 입자 실시예에 따라 제조한 전구체 입자 13.364g을 함께 혼합하여 전구체 입자 혼합물을 형성시킨다. 섬유를 손으로 끌어당겨 약 0.5in(1.25㎝) 내지 약 2.5in(6.35㎝)의 길이로 절단한다. 상기 용액을 전구체 입자 혼합물에 가한 다음, 교반 주걱을 사용하여 함께 완전히 혼합함으로써 응집체 혼합물을 형성시킨다. 생성된 응집체 혼합물을 6in(15㎝) 파이렉스 배양접시상에 펼쳐놓고 작은 주걱을 사용하여 약 0.15in(3.8㎜) 두께로 압축시킨다. 시이트를 200℃에서 40분동안 강제 공기순환식 오븐에서 가열하여 글리세롤을 전구체 입자의 중합체 물질(화이버소브의 중합체와 전구체 입자 실시예에서 제조된 입자 둘 모두)과 반응시킨다. 생성된 거대구조물은 비교적 작고 불규칙한 형상의 과립 및 이 과립과 혼합된 섬유의 혼합물의 미립 구조를 갖는다.
[실시예 5]
글리세롤 0.023g, 물 0.014g 및 메탄올 0.580g 으로 이루어진 용액을 제조한다. 이 용액을 아르코 케미칼 캄파니에서 시판하는 화이버 소브 섬유로 이루어진 전구체 입자 0.880g에 첨가한다. 섬유를 손으로 끌어당겨 약 0.5in(1.25㎝) 내지 약 2.5in(6.35㎝)의 길이로 절단한다. 용액과 전구체 입자를 교반주걱을 사용하여 함께 완전히 혼합함으로써 응집체 혼합물을 형성시킨다. 생성된 응집체 혼합물을 6in(15㎝) 파이렉스 배양 접시상에 펼쳐놓고 작은 주걱을 사용하여 약 0.007in(0.178㎜)의 두께로 압착시킨다. 이어서, 시이트를 200℃에서 30분간 강제 공기 순환식 오븐에서 가열하여 글리세롤을 전구체 입자의 중합체 물질과 반응시킨다. 생성된 거대구조물은 부직 웹과 유사한 구조를 갖는 섬유간 가교결합된 응집체를 포함한다.
지금까지 본 발명의 특정 실시태양을 예시하고 기술하였지만, 본 기술분야의 전문가들은 본 발명의 정신 및 범주를 벗어나지 않고서도 각종 다른 변화 및 변형을 행할 수 있음을 잘 알 것이다. 따라서, 첨부된 특허청구범위는 본 발명의 범주 내에 있는 이러한 변화 및 변형을 모두 포함한다.

Claims (59)

  1. (i) 실질적으로 수불용성인 흡수성 하이드로겔-형성 중합체 물질의 다수의 전구체 입자 및 (ii) 상기 전구체 입자의 상기 중합체 물질과 반응하여 상기 전구체 입자들 사이에 가교결합을 형성하는, 상기 전구체 입자 100 중량부당 0.01 내지 30 중량부의 입자간 가교결합제를 포함하고; 상호연통 채널에 의해 상호연결되어, 10.0㎣을 초과하는 경계 건조피부(circumscribed dry volume)를 갖는 액체 투과성 거대구조물을 형성하는 공극을 인접한 상기 전구체 입자사이에 갖는 입자간 가교결합된 응집체를 포함하는, 다공성의 흡수성 중합체 거대구조물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전구체 입자가 600㎛ 미만의 질량 평균 입경을 갖는 거대구조물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 전구체 입자가 300㎛ 미만의 질량 평균 입경을 갖는 거대구조물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 전구체 입자가 섬유를 포함하는 거대구조물.
  5. 제1항에 있어서, 상기 입자간 가교결합제가 상기 전구체 입자 사이에 중합체 가교결합을 형성하도록 중합되는 단량체를 포함하는 거대구조물.
  6. 제1항에 있어서, 상기 중합체 물질이 카복실 그룹을 함유하고, 상기 입자간 가교결합제가 상기 전구체 입자의 상기 중합체 물질의 카복실 그룹과 반응할 수 있는 작용기를 분자당 2개 이상 갖는 거대구조물.
  7. 제6항에 있어서, 상기 입자간 가교결합제가 물, 유기 용매 또는 그의 혼합물과 혼합되는 거대구조물.
  8. 제1항에 있어서, 상기 입자간 가교결합된 응집체가 표면 가교결합되는 거대구조물.
  9. 제1항에 있어서, 상기 거대구조물중에 함입된 강화 부재를 추가로 포함하는 거대구조물.
  10. 제1항에 있어서, 250㎛을 초과하는 두께를 갖는 시이트를 포함하는 거대구조물.
  11. (i) 실질적으로 수불용성인 흡수성 하이드로겔-형성 중합체 물질의 다수의 실질적으로 건조한 전구체 입자 및 (ii) 상기 전구체 입자의 상기 중합체 물질과 반응하여 상기 전구체 입자들 사이에 가교결합을 형성하는 상기 전구체 입자 100 중량부당 0.01 내지 30 중량부의 입자간 가교결합제를 포함하고; 상호 연통 채널에 의해 상호연결되어, 100.0㎣을 초과하는 경계 건조피부를 갖는 액체 투과성 거대구조물을 형성하는 공극을 인접한 상기 전구체 입자 사이에 갖는 입자간 가교결합된 응집체를 포함하며; 이때 상기 전구체 입자의 상기 중합체 물질이 가수분해된 전분-아크릴로니트릴 그라프트 공중합체, 부분적으로 중화된 전분-아크릴로니트릴 그라프트 공중합체, 전분-아크릴산 그라프트 공중합체, 부분적으로 중화된 전분-아크릴산 그라프트 공중합체, 비누화된 비닐 아세테이트-아크릴산 에스테르 공중합체, 가수분해된 아크릴로니트릴 또는 아크릴아미드 공중합체, 임의의 상기 공중합체의 약간 가교결합된 망상구조의 생성물, 부분적으로 중화된 폴리아크릴산, 또는 부분적으로 중화된 폴리아크릴산의 약간 가교결합된 망상구조의 생성물로 구성된 그룹중에서 선택되고; 상기 입자간 가교결합제가 다가 알콜 화합물, 폴리글리시딜 에테르 화합물, 다작용성 아지리딘 화합물, 다작용성 아민 화합물, 및 다작용성 이소시아네이트 화합물로 구성된 그룹중에서 선택되는 다공성의 흡수성 중합체 거대구조물.
  12. 제11항에 있어서, 상기 전구체 입자가 섬유를 포함하는 거대구조물.
  13. 제11항에 있어서, 상기 전구체 입자의 질량 평균 입경이 500㎛ 미만인 거대구조물.
  14. 제11항에 있어서, 상기 전구체 입자의 질량 평균 입경이 300㎛ 미만인 거대구조물.
  15. 제14항에 있어서, 상기 입자간 가교결합제가 물, 친수성 유기 용매 또는 그의 혼합물과 혼합되는 거대구조물.
  16. 제15항에 있어서, 상기 전구체 입자의 상기 중합체 물질이 부분적으로 중화된 폴리아크릴산의 약간 가교결합된 망상구조의 생성물로 필수적으로 구성되고; 상기 입자간 가교결합제가 에틸렌 글리콜, 글리세롤, 트리메틸올 프로판, 1,2-프로판디올, 또는 1.3-프로판디올로 구성된 그룹중에서 선택되는 거대구조물.
  17. 제16항에 있어서, 상기 전구체 입자의 95 중량% 이상이 150 내지 300㎛의 입경을 갖는 거대구조물.
  18. 제17항에 있어서, 250㎛을 초과하는 두께를 갖는 시이트를 포함하는 거대구조물.
  19. 제16항에 있어서, 상기 전구체 입자의 질량 평균 입경이 180㎛ 미만이고, 상기 전구체 입자의 95 중량% 이상이 90 내지 180㎛의 입경을 갖는 거대구조물.
  20. 제19항에 있어서, 250㎛을 초과하는 두께를 갖는 시이트를 포함하는 거대구조물.
  21. 제11항, 제12항, 제14항, 제18항 및 제20항중 어느 한 항에 있어서, 상기 입자간 가교결합된 응집체가 표면 가교결합되는 거대구조물.
  22. 제11항, 제12항, 제14항, 제18항 및 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 거대구조물중에 함입된 강화 섬유를 추가로 포함하는 거대구조물.
  23. 제22항에 있어서, 상기 강화 섬유를 포함하는 거대구조물.
  24. 제11항, 제12항, 제14항, 제16항, 제18항 및 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 0.5㎜ 내지 3.0㎜의 두께를 갖는 시이트를 포함하는 거대구조물.
  25. 하나의 기재, 및 상기 기재에 결합된 제11항에 따르는 거대구조물을 포함하는 흡수 용품(absorbent product).
  26. 액체 투과성 상면시이트; 상기 상면시이트에 결합된 액체 불투과성 배면시이트; 및 상기 상면시이트와 상기 배면시이트 사이에 위치하며, 제11항에 따르는 하나 이상의 거대구조물을 포함하는 흡수코어를 포함하는 흡수 제품.
  27. 제26항에 있어서, 상기 흡수코어가 상기 거대구조물을 둘러싸는 싸개(envelope) 웹을 추가로 포함하는 흡수 제품.
  28. 제27항에 있어서, 상기 싸개 웹이, 그의 주위가 밀봉된 친수화된 합성 섬유의 부직 웹을 포함하는 흡수 제품.
  29. 제26항에 있어서, 상기 흡수코어가 상기 상면시이트와 상기 거대구조물 사이에 위치한 흡수부재를 추가로 포함하는 흡수 제품.
  30. 제26항에 있어서, 상기 거대구조물이 상기 거대구조물중에 함입된 강화 섬유를 추가로 포함하는 흡수 제품.
  31. (a) 실질적으로 수불용성인 흡수성 하이드로겔-형성 중합체 물질의 다수의 전구체 입자를 제공하는 단계; (b) 상기 전구체 입자의 상기 중합체 물질과 반응할 수 있는 입자간 가교결합제를 상기 전구체 입자상에 적용시키는 단계; (c) 상기 전구체 입자를 물리적으로 결합시켜, 상호 연통 채널에 의해 상호연결된 공극을 갖는 응집체를 형성시키는 단계; 및 (d) 상기 전구체 입자의 물리적 결합을 유지하면서 상기 입자간 가교결합제를 상기응집체의 상기 전구체 입자의 상기 중합체 물질과 반응시켜, 상기 전구체 입자 사이에 가교결합을 형성시킴으로써 입자간 가교결합된 응집체 거대구조물을 형성시키는 단계를 포함하는, 거대구조물이 액체 투과성이 되도록 상호연통 채널에 의해 상호 연결된 공극을 갖는 입자간 가교결합된 응집체를 포함하는 다공성의 흡수성 중합체 거대구조물의 제조 방법.
  32. 제31항에 있어서, 상기 거대구조물을 표면 가교결합시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  33. 제31항에 있어서, 단계(d)전에 목적하는 형상, 크기, 및/또는 밀도로 상기 응집체를 형상화시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  34. 제31항에 있어서, 단계(d)가 가열을 포함하는 방법.
  35. 제31항에 있어서, 상기 전구체 입자에 강화 섬유를 첨가하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  36. 제31항에 있어서, 상기 입자간 가교결합제가 상기 전구체 입자 사이에 중합체 가교결합을 형성하도록 중합되는 단량체를 포함하는 방법.
  37. 제36항에 있어서, 단계(d)가 상기 단량체를 조사시키므로써 중합 반응을 개시하는 단계를 포함하는 방법.
  38. 제31항에 있어서, 상기 전구체 입자가 500㎛ 미만의 질량 평균 입경을 갖는 방법.
  39. 제31항에 있어서, 상기 전구체 입자가 300㎛ 미만의 질량 평균 입경을 갖는 방법.
  40. 제31항에 있어서, 상기 전구체 입자가 섬유를 포함하는 방법.
  41. (a) 실질적으로 수불용성인 흡수성 하이드로 겔-형성 중합체 물질의 다수의 실질적으로 건조한 전구체 입자를 제공하는 단계(상기 전구체 입자의 상기 중합체 물질은 가수분해된 전분-아크릴로니트릴 그라프트 공중합체, 부분적으로 중화된 전분-아크릴로니트릴 그라프트 공중합체, 전분-아크릴산 그라프트 공중합체, 부분적으로 중화된 전분-아크릴산 그라프트 공중합체, 비누화된 비닐 아세테이트-아크릴산 에스테르 공중합체, 가수분해된 아크릴로니트릴 또는 아크릴아미드 공중합체, 임의의 상기 공중합체의 약간 가교결합된 망상구조의 생성물, 부분적으로 중화된 폴리아크릴산, 또는 부분적으로 중화된 폴리아크릴산의 약간 가교결합된 망상구조의 생성물로 구성된 그룹중에서 선택된다) (b) 다가 알콜 화합물, 폴리글리시딜 에테르 화합물, 다작용성 아지리딘 화합물, 다작용성 아민 화합물, 및 다작용성 이소시아네이트 화합물로 구성된 그룹 중에서 선택되는 입자간 가교결합제를 상기 전구체 입자 상에 적용시키는 단계; (c) 상기 전구체 입자를 물리적으로 결합시켜, 상호 연통 채널에 의해 상호 연결된 공극을 갖는 응집체를 형성시키는 단계; 및 (d) 상기 응집체를 목적하는 형상, 크기, 및/또는 밀도로 형상화시키는 단계; 및 (e) 상기 전구체 입자의 물리적 결합을 유지하면서, 상기 입자간 가교결합제를 상기 응집체를 가열하여 상기 입자간 가교결합제를 상기 응집체의 전구체 입자의 중합체 물질과 반응시켜, 상기 전구체 입자 사이에 가교결합을 형성시킴으로써 입자간 가교결합된 응집체 거대구조물을 형성시키는 단계를 포함하는, 거대구조물이 액체 투과성이 되도록 상호연통 채널에 의해 상호 연결된 공극을 갖는 입자간 가교결합된 응집체를 포함하는 다공성의 흡수성 중합체 거대구조물의 제조 방법.
  42. 제41항에 있어서, 상기 입자간 가교 결합제와 상기 전구체 입자의 상기 중합체 물질을 반응시키기 전에 상기 전구체 입자에 섬유를 첨가하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  43. 제41항에 있어서, 상기 거대구조물을 표면 가교결합시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  44. 제41항에 있어서, 상기 전구체 입자가 섬유를 포함하는 방법.
  45. 제41항에 있어서, 상기 입자간 가교결합제를 물, 유기 용매, 또는 그의 혼합물과 혼합시키는 방법.
  46. 제45항에 있어서, 단계(d)가 상기 응집체를 몰딩(molding)시킴을 포함하는 방법.
  47. 제45항에 있어서, 단계(d)가 상기 응집체를 포밍(forming)시킴을 포함하는 방법.
  48. 제47항에 있어서, 단계(d)가 상기 응집체를 압출시키고, 연속적으로 상기 응집체를 압연시켜 시이트를 형성함을 포함하는 방법.
  49. 제41항에 있어서, 상기 입자간 가교결합제가 트리메틸올 프로판, 에틸렌 글리콜, 1,2-프로판 디올, 1,3-프로판디올, 또는 글리세롤로 구성된 그룹 중에서 선택되고; 상기 중합체 물질이 부분적으로 중화된 폴리아크릴산의 약간 가교결합된 망상구조의 생성물로 필수적으로 구성되는 방법.
  50. 제49항에 있어서, 단계(e)를 170℃ 내지 220℃의 온도에서 30분 내지 3시간동안 수행하는 방법.
  51. 제50항에 있어서, 상기 입자간 가교결합제를 물, 유기 용매, 또는 그의 혼합물과 혼합시키는 방법.
  52. 제51항에 있어서, 단계(d)가 상기 응집체를 압출시키고, 상기 응집체를 압연시켜 시이트를 형성하는 단계를 포함하는 방법.
  53. 제52항에 있어서, 단계(b)가 상기 입자간 가교결합제를 상기 전구체 입자상으로 분무화시킴(atomizing)을 포함하는 방법.
  54. 제52항에 있어서, 상기 전구체 입자의 질량 평균 입경이 300㎛ 미만인 방법.
  55. 제54항에 있어서, 상기 전구체 입자의 95 중량% 이상이 150㎛ 내지 300㎛의 입경을 갖는 방법.
  56. 제52항에 있어서, 상기 전구체 입자의 질량 평균 입경이 180㎛ 미만이고; 상기 전구체 입자의 95 중량% 이상이 90㎛ 내지 180㎛의 입경을 갖는 방법.
  57. 제49항, 제54항, 제55항 및 제56항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 (e)와 동시에 상기 거대 구조물의 상기 전구체 입자를 표면 가교 결합시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  58. 제44항, 제49항, 제51항 및 제54항중 어느 한 항에 있어서, 상기 전구체 입자의 상기 중합체 물질을 상기 입자간 가교결합제와 반응시키기 전에 상기 전구체 입자에 강화 섬유를 첨가하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  59. 제31항의 방법에 따라서 제조한 다공성의 흡수성 중합체 거대구조물.
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