KR100264483B1 - 지지체 및 가교결합가능한 하이드로겔 중합체 입자로 형성된 흡수성 복합 구조체 - Google Patents
지지체 및 가교결합가능한 하이드로겔 중합체 입자로 형성된 흡수성 복합 구조체 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 상층면(19) 및 하층면을 갖는 지지층(3) 및 각각 다수의 가교결합된 분자를 포함하고 하나이상의 표면(19)과 화학적으로 결합된 다수의 하이드로겔-형성 중합체 입자(2)를 포함하는 흡수성 복합 구조체에 관한 것이다. 지지층 및 하이드로겔-형성 중합체 입자는 입자 분자를 가교결합할 수 있는 가교결합제로 연결한다. 이러한 방식으로 지지층의 신축성에 부정적으로 영향을 미치지 않고 복합구조체의 바람직한 침투성을 유지하면서 입자는 건조 및 습윤 상태 모두에서 지지층에 확실하게 부착된다.
Description
[발명의 명칭]
지지체 및 가교결합가능한 하이드로겔 중합체 입자로 형성된 흡수성 복합 구조체
[기술 분야]
본 발명은 상부면 및 하부면을 갖는 지지체 및 각각 다수의 가교결합된 분자를 포함하고 지지체의 하나 이상의 표면과 화학적으로 결합된 다수의 하이드로겔-형성 중합체 입자를 포함하는 흡수성 복합 구조체에 관한 것이다. 본 발명은 또한 이러한 흡수성 복합 구조체를 포함하는 흡수제품 및 이러한 구조체의 제조방법에 관한 것이다.
[배경 기술]
미립자성, 흡수성 중합체 조성물은 물 및 신체 분비물(예: 뇨)과 같은 다량의 액체를 흡수할 수 있고, 또한 보통 압력하에서 상기 흡수된 액체를 보유할 수 있다. 이러한 중합체 조성물은 그 흡수 특징으로 인해 특히 기저귀와 같은 흡수제품내로 혼입시키기에 특히 유용하다. 하퍼(Harper) 등에게 1972년 6월 13일자로 허여된 미국 특허 제 3,699,103 호 및 하몬(Harmon)에게 1972년 6월 20일자로 허여된 미국 특허 제 3,770,731 호는 흡수제품에서의 미립자성, 흡수성 중합체 조성물(종종 “하이드로겔”, “초흡수체” 또는 “하이드로콜로이드 물질”이라고 함)의 용도에 대해 개시하고 있다.
그러나, 통상적인 미립자성, 흡수성 중합체 조성물은 입자가 부동화되지 않고 가공 및/또는 사용시에 자유롭게 이동한다는 한계가 있다. 입자의 이동은 입자가 사용되는 구조체내로 입자를 불균질하게 혼입시킬 뿐만 아니라 제조시에 물질이 취급도중 물질이 유실될 수 있다. 보단스키(Bogdanski) 등의 유럽 출원 제 94111955.4 호에 기재된 바와 같이 특히 흡수성 중합체 입자가 고농도로 섬유질 매트릭스내에 삽입되는 경우 입자가 매트릭스로부터 빠져오거나 또는 통제되지 않는 방식으로 불균질하게 분포될 수 있다. 이러한 미립자 물질이 사용시 팽윤중 또는 팽윤후에 이동하는 경우 또 다른 심각한 문제가 발생한다. 이러한 이동성은 안정한 입자간 모세관 또는 액체 수송 채널의 부족으로 인해 물질을 통한 액체 유동에 대한 저항성을 높인다. 이러한 현상은 통상적으로 “겔 블록킹(gel blocking)”이라고 하는 것중 하나의 형태이다.
흡수제품에서 사용중 흡수성 입자의 이동성과 관련된 성능 한계를 극복하기 위한 한 시도는 티슈 적층체, 즉 적층된 흡수 구조체내로 미립자성, 흡수성 중합체 조성물을 혼입시키는 것이다. 티슈층 사이에 입자를 캡슐화하고 입자를 수 결합 또는 접착 결합으로 고정시킴으로써, 흡수 구조체내의 전체 입자 이동성을 감소시킨다. 그러나, 액체 접촉시에 적층체내의 입자는 종종 서로에 대해 이동하기에 자유로와서 이미 존재하고 있는 임의의 입자간 모세관 채널을 파괴시킨다.
또 달리 시도된 해결책은, 입자를 고정시키거나 지지체에 부착시키기 위해 접착제로서 작용하는 다량의 액체 폴리하이드록시 화합물을 첨가함으로써 미립자성, 흡수성 중합체 조성물을 부동화시키는 것이다. 1983년 10월 18일자로 코프만(Kopman)에게 허여된 미국 특허 제 4,410,571 호를 참조한다. 이러한 시도가 팽윤전 및 팽윤동안 다소 이동성을 제한하지만, 입자는 궁극적으로 과량의 액체 존재하에서 다른 입자로부터 또는 지지체로부터 탈착되어 이미 존재하고 있는 입자간 모세관 채널을 파괴시킨다.
흡수성 입자 이동성의 문제를 극복하기 위한 또 달리 시도된 해결책은 선형 흡수성 중합체의 용액을 압출한 후 이를 가교결합시킴으로써 하이드로겔-형성 필름을 제조하는 것이다. 알렌(Allen) 등에게 1989년 8월 29일자로 허여된 미국 특허 제 4,861,539 호(글리콜 또는 글리세롤과 같은 폴리하이드록시 화합물과 가교결합됨); 및 버크홀더(Bukholder)에게 1978년 2월 28일자로 허여된 미국 특허 제 4,076,673 호(Kymene
과 같은 폴리아민-폴리아미드 에피클로로하이드린 첨가제와 가교결합됨)]. 이러한 하이드로겔-형성 필름이 상당한 양의 액체를 흡수할 수 있지만, 이들은 본질적으로 비-다공성이어서 내부 모세관 채널이 부족하기 때문에 액체 전달 특성을 제한한다. 실제로, 내부 모세관 채널이 부족하므로, 이러한 하이드로겔-형성 필름은 특히 겔 블록킹하기 쉽다.
흡수성 입자 이동성의 문제를 극복하기 위해 제안된 최근의 해결책은, 통상적으로 결합된 흡수성 입자의 시이트로서 이들 입자를 집합성 거대구조체내에 형성시키는 것이다. 로 등에게 1992년 4월 7일자로 허여된 미국 특허 제 5,102,597 호를 참조한다. 이러한 집합성 거대구조체는 흡수성 입자를 비이온성 가교제, 물 및 친수성 유기용매(예 : 이소프로판올)의 용액과 초기에 혼합함으로써 제조된다. 이러한 비이온성 가교결합제는 다가 알콜(예: 글리세롤), 폴리아지리딘 화합물(예: 2,2-비스하이드록시 메틸 부탄올트리스[3-(1-아지리딘)프로피오네이트]), 할로에폭시 화합물(예: 에피클로로히드린), 폴리알데히드 화합물(예: 글루타르알데히드), 폴리아민 화합물(예: 에틸렌아민) 및 폴리이소시아네이트 화합물(예: 2,4-톨루엔 디이소시아네이트), 바람직하게는 글리세롤을 포함한다. (미국 특허 제 5,102,597 호의 칼럼 11, 라인 22-54을 참조한다.)
하이드로겔-형성 중합체 전구체 입자는 우선 입자를 지지체상에 침착시킨 후 인접한 입자와 입자간 가교결합시킴으로써 상호 접촉시킬 수 있음이 미국 특허 제 5,102,597 호에 기재되어 있다.
미국 특허 제 5,124,188 호에 따르면, 섬유, 웹 또는 스크림(scrim)과 같은 보강 구조를 가교결합된 입자의 거대구조체내에 함몰시켜 구조적 완전성을 제공할 수 있다. 섬유를 입자간 가교결합제를 함유한 용액과 혼합하거나 섬유를 입자간 가교결합전에 입자와 혼합시킴으로써 섬유 또는 웹을 가교결합된 입자의 거대구조체에 함몰시킨다. 섬유를 입자간 가교결합제/전구체 입자 혼합체내로 섬유를 혼합시키는 것이 바람직하다.
버그(Berg)에게 허여된 미국 특허 제 5,180,622 호는 셀룰로즈 섬유로 이루어지거나 웹에 의해 형성될 수 있는 담체에 연결된 입자간 가교결합된 집합체의 형성을 기재하고 있다. 일반적으로, 집합체와 담체의 연결은 접착제를 사용하는 물리적 또는 화학적 결합을 통해 이루어지거나 또는 반응하여 거대구조체 또는 입자간 가교결합된 집합체를 담체에 부착시키는 화학물질을 통해 이루어지는 것으로 기재되어 있다.
결합된 입자간 가교결합된 집합체와 보강 웹의 공지된 복합체 형성법은 비교적 복잡하고, 지지체 또는 담체의 중량에 대해 비교적 고중량의 하이드로겔-형성 중합체 입자를 포함하는 구조체를 생성시킨다. 그러므로 공지된 복합체는 예를 들어 팬티라이너와 같이 더욱 적은 흡수성이 요구되는 흡수제품에 대해 덜 적합하다.
또한, 웹에 입자간 가교결합된 집합체의 연결은 결합된 지지체 및 집합체의 가요성을 다소 감소시킨다. 충분한 가요성을 갖는 복합체를 수득할 수 있으나, 이를 위해 예를 들면 입자간 가교결합된 집합체에 가소제를 첨가해야 한다. 그러나, 공지된 입자간 가교결합된 집합체는 건조 환경에서 장기 보관시에 물을 유실할 수 있는 것으로 밝혀졌다. 이로 인해 집합체가 뻣뻣해지거나 부서질 수 있다.
마지막으로, 공지된 입자간 가교결합된 집합체는 습윤시 등방성으로 팽창하기 때문에 비교적 유체 안정적이다. 그러나, 입자간 가교결합된 집합체는 흡수 구조체를 통한 액체의 수직 전달을 저해할 수 있고, 이는 유럽 출원 제 93305150.0 호 및 제 93309614.1 호에 기재된 바와 같이 다층 흡수제품에서 포획률 또는 유체 흡수율을 감소시킬 수 있다.
EP-B-0 273 141 호에는 하이드로겔-형성 중합체 입자를 섬유에 부착시켜 흡수성 플록(flock)을 형성하는 것이 기재되어 있다. 입자는 접착성 부착물에 의해 또는 섬유 및 단량체를 혼합한후 중합시키므로써 섬유에 부착되어 섬유가 함몰되어 있는 흡수성 중합체를 형성한다. 섬유 및 입자를 부착시키는 바람직한 방법은 물에 중합체 입자를 용해시키고 섬유를 용액내에 혼합시키고 용액을 건조시켜 중합체 물질을 고화시키고 중합체 물질-섬유 복합체를 분쇄하여 목적하는 크기의 플록을 형성시키는 것이다.
흡수성 플록은 섬유에의 중합체 입자의 접착성 부착물이 입자의 흡수성에 부정적으로 영향을 미칠 수 있다는 단점이 있다. 또한, 다수의 플록으로 형성된 흡수제품은 습윤시 등방성으로 팽윤하지 않으므로 겔 블록킹을 나타내기 쉽다.
본 발명의 목적은 습윤시 지지체로부터 탈착되지 않게 지지체에 연결된 하이드로겔-형성 중합체 입자를 포함하는 흡수성 복합 구조체를 형성하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 하이드로겔-형성 중합체 입자의 겔 블록킹 경향을 감소시킨 흡수성 복합 구조체를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 비교적 저평량의 하이드로겔-형성 중합체 입자를 포함하는 흡수성 구조체를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 액체의 수직 전달을 비교적 저해하지 않는 가요적인 흡수성 복합 구조체를 제공하는 것이다.
[발명의 요약]
본 발명에 따른 흡수성 복합 구조체는, 지지체 및 하이드로겔-형성 중합체 입자가 입자 분자를 가교결합할 수 있는 가교결합제로 연결되고 입자사이의 입자간 가교결합도가 충분히 낮아 입자간 가교결합된 거대구조체가 10㎣보다 큰 제한된 건조 용적을 형성하지 않음을 특징으로 한다.
지지체에 하이드로겔 입자를 결합시킬 때, 입자를 지지체와 접촉시키기 전이나 또는 가교결합제로 입자를 지지체에 결합시키는 동안의 입자간 가교결합시에 부착성 자가-지지 거대구조체가 형성되지 않도록 주의한다. 육안으로 보이는 자가-지지 구조체는 제한된 건조 용적이 10㎣이상인 입자간 가교결합으로 결합된 입자간 가교결합된 하이드로겔-형성 입자의 집합체를 의미한다.
이는, 예를 들어 지지체에 비교적 저평량의 흡수성 입자를 적용시키므로써 인접한 하이드로겔-형성 입자간 상당한 거리를 유지시킨후 지지체에 입자를 결합시켜서 획득된다. 약 400㎛의 질량 평균 입자 크기의 전형적인 하이드로겔-형성 입자의 경우 100g/㎡ 미만의 평량이 가교결합에 의해 흡수성 입자가 지지체에 부착될 때에 입자간 가교결합된 결합이 형성되지 않게 한다. 바람직하게는 하이드로겔-형성 입자의 평량이 충분히 낮아 지지체의 예정된 면적에서 50%이상의 입자가 또 다른 입자와 접촉하지 않아야 한다.
입자간 가교결합된 거대구조체의 형성을 방지하는 또다른 방법은 예를 들어 단지 가교결합제를 지지체-입자 경계면에 적용시킴으로써 입자를 지지체에 결합시키는 가교결합제가 인접한 입자간의 공간내로 이동하지 않게 하는 것이다.
하이드로겔-형성 입자 및 지지체간에 형성된 가교결합은 예를 들어 접착 결합의 경우와 같이, 하이드로겔-형성 입자의 흡수성에 부정적인 영향을 끼치지 않는다.
하이드로겔-형성 입자와 지지체간의 가교결합은 습윤에 의해 비교적 거의 영향을 받지 않는다. 액체 흡수시에 입자가 팽윤하므로 입자는 지지체에 결합된 채로 있다. 결합된 하이드로겔-형성 입자간의 상대적인 위치는 이에 의해 유지되고, 인접한 팽윤된 입자와의 접촉으로 인한 겔 블록킹이 감소된다.
지지체에 하이드로겔-형성 입자를 결합시킴과 동시에, 개개 입자의 표면 가교결합이 발생하여 각 하이드로겔-형성 입자의 표면 특성을 개질시킬 수 있다. 입자의 표면 가교결합도가 증가하면 입자의 가압시 흡수성이 증가하고 입자-지지체 복합체의 투과성이 양호하게 유지되게 한다.
입자간 가교결합된 집합체를 포함하는 지지체에 하이드로겔-형성 입자를 육안으로 보이는 구조체 형태로서 보다 개별적인 방식으로 부착시킴으로써 본 발명의 흡수성 복합 구조체의 전체 흡수능이 감소될 수 있고, 액체 전달이 증가될 수 있으며, 복합 구조체의 가요성이 개선된다.
비교적 흡수능이 낮은 흡수성 입자 및 지지체를 포함하는 고 가요성 복합 구조체는 팬티라이너, 생리대 또는 얇은 뇨실금자용 패드와 같은 비교적 소량의 유체를 흡수하는 제품에서 필요하다. 전형적인 생리대는 약 54g/㎡의 하이드로겔-형성 입자의 평량을 갖는다. 또한, 유럽 특허 출원 제 93305150.0 호 및 제 93309614.1 호에 기재된 바와 같이, 흡수성 복합 구조체가 다층의 하이드로겔-형성 입자를 포함하는 다층 구조체에서 상층으로 사용되는 경우, 비교적 흡수능이 낮고 비교적 액체 투과성인 본 발명의 복합 구조체는 최적의 액체 포획, 분포 및 저장을 확보한다.
가요성 지지체에 저평량의 하이드로겔-형성 입자를 적용시키고 이들 입자를 가교결합에 의해 지지체에 확고히 부착시키므로써, 복합 구조체의 가요성은 가요성 지지체에 부착된 입자간-가교결합된 집합체를 포함하는 거대구조체의 가요성보다 더욱 커진다. 본 발명의 흡수성 복합 구조체를 혼입시킨 흡수제품의 사용으로, 가용성의 증가는 사용자 신체에 대한 우수한 순응성으로 인해 정합성 및 안락함을 개선시킨다. 가요성 지지체는 형성후 롤상에 용이하게 저장될 수 있고, 흡수성 입자의 형성을 위한 제조 공정에서 롤은 저장되거나 운송되거나 풀려진다.
입자는 지지체의 양 표면에 연결되어 지지체가 두 입자층 사이에 샌드위칭된다. 또는, 한 입자층을 두 지지체 사이에 샌드위칭시켜 기계적인 손상으로부터 보호할 수 있다.
흡수성 복합 구조체의 한 실시양태에서, 하이드로겔-형성 입자는 지지체에 균일하지 않게 분산되고 점 또는 줄 또는 다양한 평량의 다른 영역과 같은 패턴으로 지지체위에 분산시킨다. 예를 들어, 저평량의 하이드로겔 형성 입자의 영역을 포함하는 지지체 또는 하이드로겔 형성 입자를 함유하지 않는 영역을 포함하는 지지체는 파이스트(Feist) 등의 국제 특허출원 WO92/11831 호 또는 노엘(Noel) 등의 WO92/11830 호에 기재된 바와 같이 다층 구조체에서 액체 침투성 상층으로 유익하게 사용될 수 있다. 이러한 다층 구조체에서, 저평량 영역은 액체가 액체가 보다 하층으로 들어갈 수 있게하는 창을 형성할 수 있다. 또는, 저평량의 하이드로겔-형성 입자의 중앙 영역을 갖는 복합 구조체는 종방향의 액체 유동이, 콜스(Coles)에게 허여된 WO94/02092호에 기재된 코어와 같이 액체-유동 채널로서 작용하는 중앙 영역을 따라 조장되는 월경용품의 코어로서 사용할 수 있다.
입자간 가교결합된 집합체를 함유하지 않은 또 다른 이점은 복합 구조체가 예를 들어 미국 특허 제 5,167,897 호에 기재된 바와 같이 링롤링(ringrolling)시키므로써 비교적 미세한 라인 패턴으로 기계적으로 변형되어 입자가 지지체로부터 탈착되지 않으면서 복합 구조체에 비교적 큰 신장성을 부여할 수 있다는 것이다.
본 발명의 흡수성 복합 구조체는 유익하게는 탄성적으로 신장될 수 있다. 이러한 지지체는 하이드로겔-형성 입자에 의해 구속되지 않고 자유롭게 팽창되고 수축될 수 있어 연신시에 지지체에 확고하게 부착되어 있다. 오스본(Osborn)에게 허여된 미국 출원 제 08/096,092 호에 기재된 한 양태에서, 복합 구조체는 50 내지 1500g의 힘하에서 5 내지 50%로 신장한다. 250 내지 800g의 힘하에서 이완된 길이의 140%까지 신장되는 탄성적으로 신장가능한 흡수성 구조체가 오스본 등에게 허여된 WO93/01785호에 기재되어 있다.
본 발명은 첨부되는 도면을 참조로 더욱 상세히 설명될 것이다.
[도면의 간단한 설명]
제1도는 공지된 흡수성 복합 구조체의 단면도이다.
제2도 내지 제7도는 본 발명의 흡수성 복합 구조체의 양태의 단면도이다.
제8도는 본 발명의 흡수성 복합 구조체를 포함하는 흡수 코어의 단면도이다.
제9도는 본 발명의 흡수성 복합 구조체로 형성된 흡수 코어를 포함하는 얇은 가요성 생리대의 단면도이다.
제10도는 하이드로겔-형성 입자의 다양한 평량에 대한 본 발명의 흡수성 복합 구조체의 가요성을 도시한다.
제11도 내지 제14도는 지지체에 하이드로겔-형성 입자가 상이한 패턴으로 부착된 양태의 평면도이다.
제15도는 하이드로겔-형성 입자층내에 구멍을 갖는 흡수성 복합 구조체의 사시도이다.
제16도는 하이드로겔 형성 입자층 및 지지체층 모두에 구멍을 갖는 흡수성 복합 구조체의 사시도이다.
제17도는 다수의 주름을 갖는 신장가능한 흡수성 복합 구조체의 단면도이다.
제18도는 슬릿을 넣은 흡수성 복합 구조체의 사시도이다.
제19도는 본 발명의 흡수성 복합 구조체를 형성하기 위한 장치의 개략도이다.
[발명의 상세한 설명]
제1도는 수이(Hsueh)에게 허여된 미국 출원 제 08/142,258 호에 기재된 바와 같은 공지된 흡수성 복합 구조체를 나타낸다. 입자간 가교결합된 흡수성 집합체(1)를 포함하는 거대구조체는 지지체(3)에 결합된다. 가교결합된 집합체(1)는 입자간 가교결합된 입자(2)에 의해 형성된다. 입자(2)를 가교결합으로 연결하여 자가-지지 연속층 형태의 거대구조체를 형성한다. 안정성과 강도를 개선하기 위해, 이 층을 화학 결합 또는 접착성 부착물로 지지체(3)에 연결한다. 가교결합된 집합체(1)는 직경이 50 내지 2000마이크론일 수 있는 하이드로겔-형성 입자로 형성된다. 입자간 가교결합된 집합체의 두께는 예를 들어 250마이크론 내지 10㎜이다. 제1도에 도시된 가교결합된 집합체는 실질적으로 지지체(3)의 전체 표면(19)에 걸쳐 연장되어 있고 지지체(3)로부터 집합체(1)를 탈착시킬 때에 개개 입자로 분해되지 않는 자가-지지성이다. 가교결합된 집합체(1)는 하이드로겔-형성 입자(2)중 제1층(5)을 컨베이어에 의해 또는 바로 지지체위에 적용시킴으로써 형성되어 이들 입자는 밀접하게 상호 접촉한다. 가교결합제를 입자에 적용시키는 스프레이헤드 아래로 입자가 운반되어 입자간 가교결합시킨다. 입자(2)중 제1층(5)을 가교결합시킨후, 제2층(7)을 제1층(2)위에 침착시킨다. 이 층을 제1층의 입자와 가교결합시켜 부착시킨다. 또한, 가교결합제를 제2분산 위치에서 층(7)에 적용시킨다. 이러한 방식으로, 입자(2)의 여러 층을 연결하여 집합체를 형성한다.
제2도 및 제3도는 본 발명의 흡수성 복합 구조체(4)를 도시한다. 응집성 자가-지지되는 가교결합된 집합체가 형성되지 않도록 하이드로겔-형성 입자(2)는 지지체(3)위에 침착시킨다. 입자(2)는 지지체(3)의 셀룰로즈성 물질과의 가교결합(9)을 포함하고 이러한 결합을 통해 부착된다. 본 발명의 입자(2)의 경우, 입자 분자와 지지체(3) 분자간의 가교결합(9)은 대부분 입자의 부착을 형성하고, 제1도의 구조체와 대조적으로, 대부분의 입자는 이들과 함께 가교결합된 집합체를 형성하는 다른 입자를 통해 지지체(3)에 부착된다. 흡수성 복합 구조체(4)에서, 지지체(3)에 위치하는 입자(10)와 (12)간의 입자간 가교결합(11)과 같은 인접 입자간의 가교 결합이 어느 정도 있다. 다른 가교결합은 지지체(3)위에 위치하는 입자간에 형성될 수 있고 최상의 입자위에 위치하는 입자간에 형성될 수 있다. 이는 가교결합(9)을 통해 지지체(3)에 연결된 입자(16), 및 가교결합(9)과 동일한 형태의 가교결합에 의해 입자(16)에 연결된 입자(14)로 도시된다. 또한, 지지체(3)에 간접적으로만 연결된 입자(17)와 (13)간에, 또한 입자(13)와 (18)간에 가교결합이 형성되어, 작은 크기의 집합체가 입자간 가교결합된 입자(13, 14, 15, 16, 17 및 18)에 의해 형성될 수 있다. 모든 경우에, 집합체의 치수 W, W′은 응집성 및 자가-지지성의 응집된 거대구조체가 10㎣ 보다 큰 제한된 건조 용적으로 형성되지 않는 것이 중요하다.
제2도에 도시된 바와 같은 흡수성 복합 구조체를 제조하는 한 방법은 우선 전구체 입자(2)를 최대의 제한 건조용적인 10㎣의 집합체내로 모은 후, 인접 집합체 간에 충분한 공간을 유지시켜 이들 사이에 가교결합이 형성되지 않게 하면서 상기 집합체를 지지체에 부착시키는 것이다.
또는, 하이드로겔-형성 입자(2)를 충분한 저평량의 지지체(3)에 직접 적용시켜, 입자간 가교결합의 형성이 제한되도록 할 수 있다. 이는 예를 들어 100g/㎡ 미만의 평량을 지지체(3)에 적용시킴으로써 이루어질 수 있다.
또는, 하이드로겔-형성 입자(2)를 제3도에서 도시된 바와 같이 실질적으로 연속층으로 지지체(3)에 적용시킬 수 있으며, 입자를 지지체(3)에 연결하기 위한 가교결합제를 입자-지지체의 경계면(19)만이 가교결합제로 연결되도록 적용된다. 예를 들어, 지지체(3)에 입자(2)를 침착시키기 전에 지지체(3)의 상부면에 가교결합제를 적용시킬 수 있다.
[흡수성 전구체 입자]
본 발명에서 사용되는 흡수성 복합 구조체는 다량의 액체를 흡수할 수 있는 중합체 물질로부터 형성된다(이러한 중합체 물질은 통상적으로 “하이드로겔”, “하이드로콜로이드” 또는 “초흡수성” 물질이라 한다). 하이드로겔-형성 입자는 바람직하게는 실질적으로 수-불용성 흡수성의 하이드로겔-형성 중합체 물질을 포함한다. 구체적인 중합체 물질은 본원에서 흡수성 겔화 입자(본원에서 이후 “전구체 입자”라 함)을 형성하는 물질에 관해 논의될 것이다.
비록 전구체 입자는 광범위에 걸쳐 다양한 크기를 가질 수 있으나, 특정한 입자 크기 분포 및 크기가 바람직하다. 본 발명의 목적을 위해, 입자 크기는 섬유(예: 과립, 플레이크, 또는 분진)와 같은 가장 큰 치수/가장 작은 치수의 비를 갖지 않는 전구체 입자에 대해 시이브 크기 분석으로 측정되는 전구체 입자의 치수로서 정의된다. 그러므로, 예를 들어 600마이크론 개구를 갖는 표준 #30 시이브상에 남아있는 전구체 입자는 입자 크기가 600마이크론 보다 큰 입자 크기를 갖는다고 간주되고, 600마이크론 개구를 갖는 #30 시이브를 통과하고 500마이크론 개구를 갖는 표준 #35 시이브상에 남아있는 전구체 입자는 입자크기가 500 내지 600마이크론의 입자 크기를 갖는 것으로 간주되며, 500마이크론 개구를 갖는 #35 시이브를 통과하는 전구체 입자는 입자크기가 500마이크론 미만의 입자 크기를 갖는다고 간주된다. 본 발명의 바람직한 양태에서, 전구체 입자의 크기는 일반적으로 약 1 내지 약 2000마이크론, 보다 바람직하게는 약 20 내지 약 1000마이크론의 범위일 것이다.
또한 본 발명의 목적을 위해, 전구체 입자의 질량 평균 입자 크기는 생성되는 흡수성 복합 구조체의 특징 및 특성을 결정하는데 중요하다. 주어진 전구체 입자 샘플의 질량 평균 입자 크기는 질량을 기준으로한 샘플의 평균 입자 크기인 입자 크기로서 정의된다. 샘플의 질량 평균 입자 크기를 결정하는 방법이 미국 출원 제 08/142,258 호에 더욱 상세히 기재되어 있다. 전구체 입자의 질량 평균 입자 크기는 일반적으로 약 20 내지 약 1500마이크론, 보다 바람직하게는 약 50 내지 약 1000마이크론, 가장 바람직하게는 약 50 내지 약 800마이크론일 것이다. 특히 바람직한 양태에서, 질량 평균 입자 크기는 약 100 내지 약 250마이크론이다. 입자의 크기 및 형태는 실질적으로 균일하거나, 또는 무작위적 이거나 정렬되어 있을 수 있다. 예시적인 양태에서, 전구체 입자중 약 95중량% 이상의 입자 크기가 약 150 내지 약 300마이크론이다. 다른 양태에서, 전구체 입자중 약 95중량% 이상의 입자 크기가 약 90 내지 약 180마이크론이다. 좁은 전구체 입자 크기 분포는 밀집되는 경우 높은 공극 분획으로 인해 고 다공성의 흡수성 복합 구조체를 생성시킬 수 있기 때문에 동등한 질량 평균 입자 크기를 갖는 넘은 전구체 입자 크기 분포보다 바람직하다.
섬유와 같이 최대 치수/최소 치수를 갖는 물질의 입자 크기는 전형적으로 이들의 가장 큰 치수로 정의된다. 예를 들어, 흡수성 중합체 섬유(즉, 하이드로겔-형성 섬유)는 흡수성 복합 구조체에서 사용되는 경우, 섬유의 길이는 “입자 크기”를 정의하는데 사용된다(섬유의 데니어 및/또는 직경이 또한 지정될 수 있다). 본 발명의 예시적인 양태에서, 섬유의 길이는 약 5㎜보다 크고, 바람직하게는 약 10 내지 약 100㎜, 더욱 바람직하게는 약 10 내지 약 50㎜이다.
전구체 입자는 설폰산, 더욱 통상적으로는 카복시기와 같은 다수의 음이온성 작용기를 갖는 실질적으로 수-불용성인 흡수성 하이드로겔-형성 중합체 물질을 포함한다. 본원에서 전구체 입자로서 사용하기에 적합한 중합체 물질의 예는 중합가능한 불포화된 산-함유 단량체로부터 제조되는 물질을 포함한다. 그러므로, 이러한 단량체는 하나 이상의 탄소 대 탄소의 올레핀계 이중 결합을 함유하는 올레핀계 불포화산 및 무수물을 포함한다. 더욱 구체적으로, 이러한 단량체는 올레핀계 불포화 카복실산 및 산 무수물, 올레핀계 불포화 설폰산 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
일부 비-산 단량체는 또한 본원에서 전구체 입자를 제조할 때 일반적으로 소량 포함될 수 있다. 이러한 비-산 단량체는 예를 들어 산-함유 단량체의 수용성 또는 수분산성 에스테르, 및 카복실산 또는 설폰산기를 함유하지 않은 단량체와 수용성 또는 수-분산성 에스테르를 포함할 수 있다. 그러므로 임의적인 비-산 단량체는 하기 형태의 작용기를 함유하는 단량체를 포함할 수 있다: 카복실산 또는 설폰산 에스테르, 하이드록실기, 아미드기, 아미노기, 니트릴기 및 4급 암모늄염기. 이러한 비-산 단량체는 충분히 공지된 물질이고 본원에서 참조문헌으로 인용되는, 마수다(Masuda) 등에게 1978년 2월 28일자로 허여된 미국 특허 제 4,076,663 호 및 웨스터맨(Westerman)에게 1977년 12월 13일자로 허여된 미국 특허 제 4,062,817 호에 상세히 서술되어 있다.
올레핀계 불포화 카복실산 및 카복실산 무수물 단량체는 아크릴산, 메타크릴산, 에타크릴산, a-클로로아크릴산, a-시아노아크릴산, b-메틸아크릴산(크로톤산), a-페닐아크릴산, b-아크릴옥시프로피온산, 소르브산, a-클로로소르브산, 안젤산, 신남산, p-클로로신남산, b-스테릴아크릴산, 이타콘산, 시트로콘산, 메사콘산, 글루타콘산, 아코니트산, 말레산, 푸마르산, 트리카복시에틸렌 및 말레산 무수물 유형의 아크릴산을 포함한다.
올레핀계 불포화 설폰산 단량체는 비닐설폰산, 알릴 설폰산, 비닐톨루엔 설폰산 및 스티렌 설폰산과 같은 지방족 또는 방향족 비닐 설폰산; 설포에틸 아크릴레이트, 설포에틸 메타크릴레이트, 설포프로필 아크릴레이트, 설포프로필 메타크릴레이트, 2-하이드록시-3-메타크릴옥시프로필 설폰산 및 2-아크릴아미드-2-메틸프로판 설폰산과 같은 아크릴 및 메타크릴 설폰산을 포함한다.
본 발명에서 사용하기에 바람직한 중합체 물질은 카복시기이다. 이러한 중합체는 가수분해된 전분-아크릴로니트릴 그래프트 공중합체, 부분적으로 중화된 전분-아크릴로니트릴 그래프트 공중합체, 전분-아크릴산 그래프트 공중합체, 부분적으로 중화된 전분-아크릴산 그래프트 공중합체, 비누화된 비닐 아세테이트-아크릴 에스테르 공중합체, 가수분해된 아크릴로니트릴 또는 아크릴아미드 공중합체, 상기한 임의의 공중합체의 약간 망상구조로 가교결합된 중합체, 부분적으로 중화된 폴리아크릴산 및 부분적으로 중화된 폴리아크릴산의 약간 망상구조로 가교결합된 중합체를 포함한다. 이러한 중합체는 단독으로 또는 둘 이상의 상이한 중합체의 혼합물 형태로 사용될 수 있다. 이러한 중합체 물질의 예는 미국 특허 제 3,661,875 호, 미국 특허 제 4,076,663 호, 미국 특허 제 4,093,776 호, 미국 특허 제 4,666,983 호 및 미국 특허 제 4,734,478 호에 기재되어 있다.
전구체 입자를 제조하는데 사용하기에 가장 바람직한 중합체 물질은 부분적으로 중화된 폴리아크릴산 및 이의 전분 유도체의 약간 망상구조로 가교결합된 중합체이다. 가장 바람직하게는, 전구체 입자가 약 50 내지 약 95%, 바람직하게는 약 75%의 약간 망상구조로 가교결합된 중화된 폴리아크릴산(즉, 폴리(나트륨 아크릴레이트/아크릴산))을 포함한다. 상기된 바와 같이 전구체 입자는 바람직하게는 약간 망상구조로 가교결합된 중합체 물질로부터 제조된다. 망상구조의 가교결합은 전구체 입자를 실질적으로 수-불용성이 되게 하는 중합체 물질로서 작용하고, 부분적으로는 전구체 입자 및 생성되는 흡수성 복합 구조체의 흡수능 및 추출가능한 중합체 성분 특징을 결정한다. 중합체를 망상구조로 가교결합시키는 방법 및 전형적인 망상구조 가교결합제가 전술된 미국 특허 제 4,076,663 호에 상세히 기재되어 있다.
개개의 전구체 입자는 임의의 통상적인 방식으로 형성될 수 있다. 개개의 전구체 입자를 제조하는 전형적이고 바람직한 방법이 브란트(Brandt) 등에게 1988년 4월 19일자로 허여된 미국 재특허 제 32,649 호, 츠바키모토(Tsubakimoto) 등에게 1987년 5월 19일자로 허여된 미국 특허 제 4,666,983 호 및 츠바키모토 등에게 1986년 11월 25일자로 허여된 미국 특허 제 4,625,001 호에 기재되어 있으며, 이들 문헌은 모두 참조로 인용된다. 전구체 입자를 형성하기에 바람직한 방법은 수용액 또는 기타 용액 중합법을 포함하는 방법이다. 상기 미국 재특허 제 32,649 호에 기재된 바와 같이, 수용액 중합법은 수성 반응 혼합물을 사용하여 중합을 수행하여 전구체 입자를 형성하는 것을 포함한다. 이후 수성 반응 혼합물을 혼합물중에서 실질적으로 수-불용성인 약간 망상구조로 가교결합된 중합체 물질을 생성하기에 충분한 중합 조건에 놓는다. 이와 같이 형성된 중합체 물질 덩어리를 분쇄하고 절단하여 개개의 전구체 입자를 형성한다.
더욱 구체적으로, 개개 전구체 입자의 제조를 위한 수용액 중합법은 중합법을 수행하여 목적하는 전구체 입자를 형성하기 위한 수성 반응 혼합물의 제조를 포함한다. 이러한 반응 혼합물의 한 요소는 제조할 전구체 입자의 “주쇄”를 형성하는 산기-함유 단량체 물질이다. 반응 혼합물은 일반적으로 단량체 물질 약 100중량부를 포함한다. 수성 반응 혼합물의 다른 성분은 망상구조의 가교결합제를 포함한다. 전구체 입자를 형성하는데 유용한 망상구조의 가교결합제는 상기 미국 재특허 제 32,649 호, 미국 특허 제 4,666,983 호 및 미국 특허 제 4,625,001 호에 더욱 상세히 기재되어 있다. 망상구조 가교결합제의 양은 일반적으로 수성 혼합물에 존재하는 단량체의 총 몰을 기준으로 약 0.001 내지 약 5몰%(단량체 물질 100중량부를 기준으로 약 0.01 내지 약 20중량부)의 양으로 수성 반응 혼합물중에 존재할 것이다. 수성 반응 혼합물의 임의의 성분은 예를 들어 나트륨, 칼륨 및 암모늄 퍼 설페이트, 카프릴릴 퍼옥사이드, 벤조일 퍼옥사이드, 과산화수소, 쿠멘 하이드로퍼옥사이드, 3급 부틸 디퍼프탈레이트, 3급 부틸 퍼벤조에이트, 나트륨 퍼아세테이트, 나트륨 퍼카보네이트 등과 같은 과산소 화합물을 비롯한 자유 라디칼 개시제를 포함한다. 수성 반응 혼합물중 다른 임의의 성분은 필수적인 불포화 산 작용기-함유 단량체의 에스테르 또는 카복실산 또는 설폰산 작용기를 함유하지 않은 기타 공-단량체의 에스테르를 비롯한 다양한 비-산 공단량체 물질을 포함한다.
혼합물중에서 실질적으로 수-불용성인 흡수성의 약간 망상구조로 가교결합된 하이드로겔-형성 중합체 물질을 생성하기에 충분한 중합 조건에 수성 반응 혼합물을 놓는다. 중합 조건은 또한 전술된 3개 특허에 더욱 상세히 기재되어 있다. 이러한 중합 조건은 일반적으로 약 0 내지 100℃, 더욱 바람직하게는 약 5 내지 약 40℃의 중합 온도까지 가열(열 활성법)시키는 것을 포함한다. 또한, 수성 반응 혼합물이 유지되는 중합 조건은 예를 들어 반응 혼합물 또는 이의 일부를 임의의 통상적인 형태의 중합 활성화 조사(照射)시키는 것을 포함할 수 있다. 방사선, 전기, 자외선 또는 전자기 조사는 선택적인 통상적인 중합법이다.
수성 반응 혼합물에서 형성된 중합 물질의 산 작용기는 또한 바람직하게는 중화된다. 사용된 총 단량체중 약 25몰% 이상, 더욱 바람직하게는 약 50몰% 이상이 염-형성 양이온으로 중화된 산기-함유 단량체인 중합체 물질을 형성하는 통상적인 방식으로 중화를 수행할 수 있다. 이러한 염-형성 양이온은 상기 미국 재특허 제 32,649 호에 더욱 상세히 기재된 바와 같이 예를 들어 알칼리 금속, 암모늄, 치환된 암모늄 및 아민을 포함한다. 전구체 입자는 수용액 중합법을 사용하여 제조하는 것이 바람직하지만, 이는 또한 유화액 역중합법 또는 현탁액 역중합법과 같은 다상 중합법을 사용하는 중합법으로 수행할 수 있다. 유화액 역중합법 또는 현탁액 역중합법에서, 전술된 수성 반응 혼합물은 사이클로헥산과 같은 수-불혼화성 불활성 유기용매의 매트릭스내의 미세한 비말 형태로 현탁된다. 생성된 전구체 입자는 일반적으로 구형이다. 현탁액 역중합법은 본원에서 참조문헌으로 인용되는, 오바야사시(Obayasashi) 등에게 1982년 7월 20일자로 허여된 미국 특허 제 4,340,706 호, 플레셔(Flesher) 등에게 1985년 3월 19일자로 허여된 미국 특허 제 4,506,052 호 및 모리타(Morita) 등에게 1988년 4월 5일자로 허여된 미국 특허 제 4,735,987 호에 상세히 기재되어 있다.
전구체 입자는 바람직하게는 실질적으로 건조하다. 본원에서 사용되는 “실질적으로 건조한”이란 용어는 전구체 입자가 액체 함량, 전형적으로 물 또는 기타 용액 함량이 전구체 입자의 약 50중량% 미만, 바람직하게는 약 20중량% 미만, 더욱 바람직하게는 약 10중량% 미만임을 의미한다. 가장 바람직하게는, 전구체 입자의 액체 함량은 전구체 입자의 약 0.01 내지 약 5중량%의 범위이다. 개개의 전구체 입자는 가열과 같은 임의의 통상적인 방법으로 건조될 수 있다. 또는, 전구체 입자가 수성 반응 혼합물을 사용하여 형성되는 경우, 공비 증류에 의해 반응 흔합물로부터 물을 제거할 수 있다. 또한, 중합체-함유 수성 반응 혼합물은 메탄올과 같은 탈수 용매로 처리할 수 있다. 이러한 건조 과정을 조합하여 사용할 수도 있다. 탈수된 중합체 물질 덩어리를 절단하거나 분쇄하여 실질적으로 수-불용성인 흡수성 하이드로겔-형성 중합체 물질의 실질적으로 건조한 전구체 입자를 형성할 수 있다.
본 발명의 바람직한 전구체 입자는, 높은 흡수능을 나타내어 이러한 전구체 입자로부터 형성된 생성되는 거대구조체 또한 높은 흡수능을 갖는 것이다. 흡수능이란 일정한 중합체 물질이 접촉되는 액체를 흡수하는 능력을 말한다. 흡수능은 흡수될 액체의 특성 및 액체가 중합체 물질에 접촉하는 방식에 따라 상당히 변할 수 있다. 본 발명에서, 흡수능이란 수이에게 허여된 미국 출원 제 08/142,258 호의 시험 방법(Test Method) 부분에 정의된 바와 같이 한 과정에서 중합체 물질 1g 당 임의의 일정한 중합체 물질에 흡수되는 합성 뇨의 양(g)으로 정의된다. 본 발명의 바람직한 전구체 입자는 중합체 물질 1g당 합성 뇨 약 20g 이상, 더욱 바람직하게는 약 25g 이상인 흡수능을 갖는 것이다. 전형적으로 본원에서 전구체 입자의 중합체 물질은 중합체 물질 1g당 합성 뇨 약 20 내지 약 70g의 흡수능을 갖는 것이다. 흡수능 특징이 비교적 높은 전구체 입자는 이러한 전구체 입자로부터 형성되는 생성된 거대구조체가 정의에 의해 바람직하게는 다량의 분비된 신체 분비물(예: 뇨)을 보유할 수 있기 때문에 흡수제품, 및 흡수 부재에서 특히 유용한 거대구조체를 생성한다.
모든 전구체 입자가 전형적으로 동일한 특성을 갖는 동일한 중합체 물질로부터 형성될 수 있으나, 이는 꼭 필요한 것은 아니다. 예를 들면, 일부 전구체 입자는 전분-아크릴산 그래프트 공중합체를 포함할 수 있으나 기타 전구체 입자는 부분적으로 중화된 폴리아크릴산의 약간 망상구조로 가교결합된 중합체를 포함할 수 있다. 또한, 전구체 입자는 크기, 형태, 흡수능 또는 기타 다른 특성 또는 특징에서 다양할 수 있다. 본 발명의 바람직한 양태에서, 본질적으로 전구체 입자는 부분적으로 중화된 폴리아크릴산의 약간 망상구조로 가교결합된 중합체로 이루어진다.
본 발명의 또 다른 양태에서, 전구체 입자는 흡수성 복합 구조체내로 형성되기 전에 전구체 표면중 일부 이상, 바람직하게는 실질적으로 전체에서 가교결합될 수 있다. 전구체 입자의 표면 가교결합은 이후에 기재되는 임의의 가교결합제에 의해 이루어질 수 있다. 바람직한 가교결합제는 바람직하게는 비교적 큰 분자 크기를 가지며, 바람직하게는 양이온이다. 이러한 가교결합제는 흡수성 입자내로 스며들 수 없으므로, 그 표면에서 중합체 물질과 단지 효과적으로 반응할 수 있다. 가장 바람직하게는 가교결합제는 양이온성 아미노-에피클로로히드린 첨가제이다. 표면 가교결합된 하이드로겔-형성 흡수성 중합체는 내부에서보다 표면 부근에서 가교결합도가 더욱 높다. 본원에서 사용될 때 “표면”이란 입자, 섬유 등의 외부-대향 경계를 의미한다. 다공성 하이드로겔-형성 흡수성 중합체(예: 다공성 입자 등)의 경우, 노출된 내부 경계선을 또한 포함할 수 있다. 표면에서의 더욱 높은 가교 결합도란, 표면 근처에서의 하이드로겔-형성 흡수성 중합체에 대한 작용성 가교결합도는 일반적으로 내부에서의 중합체에 대한 작용성 가교결합도보다 더욱 높음을 의미한다.
표면에서 내부로의 가교결합의 변화는 깊이 및 프로필 둘다에서 다양할 수 있다. 그러므로, 예를 들어 표면 가교결합의 깊이는 얕으며 보다 낮은 가교결합도로 빠르게 변할 수 있다. 또는, 예를 들면 표면 가교결합의 깊이는 하이드로겔-형성 흡수성 중합체 치수의 상당 부분이며 넓게 변할 수 있다.
크기, 형태, 다공성 및 작용 조건에 따라, 표면 가교결합도 및 그의 구배가 일정한 하이드로겔-형성 흡수성 중합체내에서 다양할 수 있다. 미립자 하이드로겔-형성 흡수성 중합체에 있어서, 표면 가교결합은 입자 크기, 다공성 등과 함께 다양할 수 있다. 하이드로겔-형성 흡수성 중합체내의 표면 대 용적 비의 편차에 따라(예: 작은 입자와 큰 입자간), 전체의 가교결합도는 일반적으로 물질내에서 다양하다(예: 더욱 작은 입자에서 더욱 크다).
표면 가교결합은 일반적으로 하이드로겔-형성 흡수성 중합체의 최종 경계선이 본질적으로 정해진 후(예: 분쇄, 사출, 발포 등에 의함)에 수행된다. 그러나, 최종 경계선이 형성되는 것과 동시에 표면 가교결합시킬 수 있다. 또한, 표면 가교결합이 도입된 후에도 경계선에서 일부 변화가 더 발생할 수 있다.
표면 가교결합을 도입하는 많은 방법이 당해 기술에 개시되어 있다. 이들은, (i) 하이드로겔-형성 흡수성 중합체내에 존재하는 작용기와 반응할 수 있는 이- 또는 다-작용성 시약(들)(예: 글리세롤, 1,3-디옥솔란-2-온, 다가 금속 이온, 폴리4급 아민)을 하이드로겔-형성 흡수성 중합체의 표면에 적용시키는 방법; (ii) 표면에서의 가교결합도를 증가시키기 위해 하이드로겔-형성 흡수성 중합체내에 존재할 수 있는 작용기 및 기타 첨가된 시약과 반응할 수 있는 이- 또는 다-작용성 시약을 표면에 적용시키는 방법(예: 단량체와 가교결합제를 첨가하고 제 2 중합 반응을 개시함); (iii) 부가적인 다작용성 시약을 첨가하지 않으나, 표면 또는 그 근처에서 더욱 높은 가교결합도를 발생시키기 위해 일차 중합 반응동안 또는 그 후에 하이드로겔-형성 흡수성 중합체내에 존재하는 성분중에서 부가 반응을 유도하는 방법(예: 존재하는 중합체 카복실산 및/또는 하이드록실기 사이의 무수물 및/또는 에스테르 가교결합체의 형성을 유도하기 위한 가열 및 가교결합제가 본질적으로 표면 근처에서 높은 정도로 존재하는 현탁 중합법); 및 (iv) 높은 가교결합도를 유도하거나 생성된 하이드로겔의 표면 변형도를 감소시키기 위해 기타 물질을 표면에 첨가하는 방법을 포함한다. 이러한 표면 가교결합 방법의 조합은 동시에 또는 순차적으로 사용할 수도 있다. 가교결합제 뿐만 아니라, 기타 성분을 표면에 첨가하여 가교결합의 분포(예: 표면 가교결합제의 전개와 침투)를 보조/조절할 수 있다.
본 발명의 하이드로겔-형성 흡수성 중합체의 표면 가교결합을 수행하기에 적합한 일반적인 방법이 오바야시에게 1985년 9월 17일자로 허여된 미국 특허 제 4,541,871 호; 스탠리(Stanley)에게 허여되어 1992년 10월 1일자로 공개된 PCT 공개 출원 제 WO92/16565 호; 타이(Tai)에게 허여되어 1990년 8월 9일자로 공개된 PCT 공개 출원 제 WO90/08789 호; 스탠리에게 허여되어 1993년 3월 18일자로 공개된 PCT 공개 출원 제 WO93/05080 호; 알렉산더(Alexander)에게 1989년 4월 25일자로 허여된 미국 특허 제 4,824,901 호; 존슨(Johnson)에게 1989년 1월 17일자로 허여된 미국 특허 제 4,789,861 호; 마키타(Makita)에게 1986년 5월 6일자로 허여된 미국 특허 제 4,587,308 호, 츠바키모토에게 1988년 3월 29일자로 허여된 미국 특허 제 4,734,478 호; 키무라(Kimura) 등에게 1992년 11월 17일자로 허여된 미국 특허 제 5,164,459 호; 다멘(Dahmen)에게 허여되어 1991년 8월 29일자로 공개된 독일 특허 출원 제 4,020,780 호; 및 가트너(Gartner)에게 허여되어 1992년 10월 21일자로 공개된 유럽 특허 출원 제 509,708 호에 기재되어 있으며, 상기 문헌은 모두 참조로 인용된다.
[가교결합제]
가교결합제는 전구체 입자(2)의 중합체 물질을 흡수성 지지체(3)에 가교결합하기 위해 사용된다. 적합한 가교결합제는 로 등에게 1992년 4월 7일자로 허여된 미국 특허 제 5,102,597 호에 기재된 비이온성 가교결합제일 수 있다. 이러한 비이온성 가교결합제는 다가 알콜(예: 글리세롤), 폴리아지리딘 화합물(예: 2,2-비스하이드록시메틸 부탄올트리스[3-(1-아지리딘)프로피오네이트)], 할로에폭시 화합물(예: 에피클로로히드린), 폴리알데히드 화합물(예: 글루타르알데히드), 폴리아민 화합물(예 : 에틸렌 아민) 및 폴리이소시아네이트 화합물(예: 2,4-톨루엔 디이소시아네이트), 바람직하게는 글리세롤을 포함한다.
바람직한 가교결합제는 우선 흡수성 전구체 입자의 표면 일부에 가교결합을 제공하는 것이다. 이러한 가교결합제는 바람직하게는 비교적 분자 크기가 크고, 바람직하게는 양이온성이다. 그 결과, 이러한 가교결합제는 흡수성 입자내로 스며들 수 없으므로 그 표면에서 중합체 물질과 단지 효과적으로 반응할 수 있는 것으로 보인다. 입자가 팽윤제에 의해 팽윤할 때 이러한 보다 큰 가교결합제 일부가 입자내로 스며들 수 있다.
또다른 바람직한 가교결합제는 실온 범위(예: 약 13 내지 약 33℃)에서도 흡수성 입자의 중합체 물질의 음이온기, 전형적으로는 카복시 작용기와 신속히 반응하는 것이다. 그 결과, 이러한 가교결합제의 매우 소량(예: 입자의 약 1중량% 정도)이 흡수성 전구체 입자에 존재하는 중합체 물질을 효과적으로 표면 가교결합하기 위해 필요하다.
그러나, 본 발명의 바람직한 가교결합제는 단량체성 또는 중합체성 아민의 특정 형태와 에피클로로히드린의 부가물이다. 이러한 아미노-에피클로로히드린 부가물은 흡수성 전구체 입자의 중합체 물질, 특히 이들 중합체 물질의 음이온성 작용기, 전형적으로는 카복시 작용기와 반응하여 공유적 에스테르형의 결합을 형성한다. 즉, 아미노-에피클로로히드린 부가물은 흡수성 전구체 입자에 존재하는 중합체 물질을 가교결합시키기 위해 사용한다(아미노-에피클로로히드린 부가물과 효과적으로 가교결합된 중합체 물질을 함유하는 흡수성 입자의 부분은 상기 입자중 다른 가교결합되지 않은 부분과 비교하여 수성 체액의 존재하에서 덜 팽윤한다). 이러한 양이온성 아미노-에피클로로히드린 부가, 특히 중합체 수지 전환은 비교적 커서 바람직한 선적인 표면 가교결합이 이루어진다. 이러한 양이온성 작용기(예: 아제테디늄기)를 갖는 부가물은 바람직하게는 약 13 내지 약 33℃, 더욱 바람직하게는 약 18 내지 약 28℃, 가장 바람직하게는 약 23℃의 실온 범위에서 중합체 물질과 신속하게 반응할 수 있다.
본원에서 사용된 바와 같이, “양이온성 아미노-에피클로로히드린 부가물”이란 생성된 반응 생성물이 둘 이상의 양이온성 작용기를 갖는, 에피클로로히드린과 단량체성 또는 중합체성 아민간의 반응 생성물을 의미한다. 이러한 부가물은 단량체성 화합물의 형태(예: 에피클로로히드린과 에틸렌 디아민의 반응 생성물)이거나 중합체성 형태(예: 에피클로로히드린과 폴리아미드-폴리아민 또는 폴리에틸렌이민의 반응 생성물)일 수 있다. 이러한 양이온성 아미노-에피클로로히드린 부가물의 중합체성 전환체를 통상적으로 “수지”라 한다.
본 발명에서 유용한 부가물을 형성하기 위해 에피클로로히드린과 반응할 수 있는 아미노 화합물의 한 형태는 그 구조체내에 일차 또는 이차 아미노기를 갖는 단량체성 이-, 삼- 및 고급 아민을 포함한다. 이러한 형태의 유용한 디아민의 예는 비스-2-아미노에틸에테르, N,N-디메틸에틸렌디아민, 피페라진 및 에틸렌디아민을 포함한다. 이러한 형태의 유용한 트리아민의 예는 N-아미노에틸 피페라진, 및 디에틸렌트리아민 및 디프로필렌트리아민과 같은 디알킬렌 트리아민을 포함한다.
이러한 아민 물질을 에피클로로히드린과 반응시켜 본원에서 가교결합제로서 유용한 양이온성 아미노-에피클로로히드린 부가물을 형성한다. 이러한 부가물의 제조방법 및 부가물에 대한 상세한 설명이 그로스(Gross)에게 1982년 1월 12일자로 허여된 미국 특허 제 4,310,593 호 및 로스(Ross) 등의 문헌[J. Organic Chemistry, Vol. 29, pp. 824-828(1984)]에 기재되어 있다. 상기 문헌 둘다 참조로 인용된다.
단량체성 아민 이외에, 폴리에틸렌이민과 같은 중합체성 아민을 또한 아미노 화합물로서 사용할 수 있다. 에피클로로히드린과 반응하여 본원에서 유용한 바람직한 양이온성 중합체 부가물 수지를 형성할 수 있는 특히 바람직한 아미노 화합물은 폴리알킬렌 폴리아민 및 포화 C3-C10이염기성 카복실산으로부터 유도된 특정 폴리아미드-폴리아민을 포함한다. 이러한 종류의 에피클로로히드린/폴리아미드-폴리아민 부가물은 제지 산업용 습윤 강화 수지와 같이 당업계에서 충분히 공지된 수용성의 열경화성 양이온성 중합체이다.
이러한 바람직한 종류의 양이온성 중합체 수지를 형성하기 위해 사용되는 폴리아미드-폴리아민의 제조에서, 디카복실산을 우선 바람직하게는 수용액중에서 하기 화학식 (1)의 반복기를 함유하는 수용성 장쇄 폴리아미드를 생성하기 위한 조건하에서 폴리알킬렌-폴리아민과 반응시킨다:
[화학식 1]
-NH(CnH2nHNx-CORCO-
상기 식에서, n 및 x는 각각 2 이상이고, R은 디카복실산의 C1내지 C8알킬렌기이다.
폴리에틸렌 폴리아민, 폴리프로필렌 폴리아민, 폴리부틸렌 폴리아민 등(이중 폴리에틸렌 폴리아민이 경제적으로 바람직한 종류이다)을 비롯한 각종 폴리알킬렌 폴리아민을 사용하여 폴리아미드-폴리아민을 제조할 수 있다. 더욱 구체적으로, 본원에서 양이온성 중합체성 수지를 제조하는데 사용되는 바람직한 폴리알킬렌 폴리아민은 질소 원자가 -CnH2n-(여기서, n은 1보다 더욱 큰 작은 정수이고 분자중 이러한 기의 수는 2 내지 약 8개, 바람직하게는 약 4개 이하이다)기에 연결되는, 두개의 일차 아민기 및 하나 이상의 이차 아민기를 함유하는 폴리아민이다. 상기 질소 원자는 -CnH2n-기에서 인접한 탄소 원자 또는 이보다 더 떨어진 탄소 원자에 부착될 수 있으나, 상기 기의 탄소원자에 부착될 수는 없다. 또한, 디에틸렌트리아민, 트리에틸렌 테트라아민, 테트라에틸렌펜타아민, 디프로필렌트리아민 등과 같은 폴리아민을 사용하는 것이 고려되며, 이들은 상당히 순수한 형태로 수득될 수 있다. 이들중 2 내지 4개의 에틸렌기, 2개의 일차 아민기 및 1 내지 3개의 이차 아민기를 함유하는 폴리에틸렌 폴리아민이 가장 바람직하다.
3개 이상의 아미노기를 함유한 폴리아민 전구체 물질은 본원에서 사용하기 위해 고려되며, 상기 아미노기중 하나 이상은 3급 아미노기이다. 이러한 유형의 적합한 폴리아민은 메틸 비스(3-아미노프로필)아민, 메틸 비스(2-아미노에틸)아민, N-(2-아미노에틸)피페라진 및 4,7-디메틸트리에틸렌테트라아민 등을 포함한다.
본원에서 유용한 바람직한 양이온성 중합체 수지의 폴리아미드-폴리아민 전구체를 형성하기 위해 전술된 폴리아민과 반응할 수 있는 디카복실산은 포화 지방족 C3-C10디카복실산을 포함한다. 말론산, 숙신산, 글루타르산, 아디프산 등과 같은 탄소수 3 내지 8개의 디카복실산이 디글리콜산과 함께 더욱 바람직하다. 물론, 디글리콜산 및 분자중 탄소수 4 내지 6개의 포화 지방족 디카복실산(즉, 숙신산, 글루타르산 및 아디프산)이 가장 바람직하다. 생성되는 장쇄 폴리아미드-폴리아민이 수용성이거나 적어도 수분산성이면, 아젤라산 및 세바스산과 같은 상기 디카복실산 하나 이상의 블렌드 뿐만 아니라, 상기 디카복실산 둘 이상의 블렌드 또한 사용할 수 있다.
전술된 폴리아민 및 디카복실산으로부터 제조된 폴리아미드-폴리아민 물질을 에피클로로히드린과 반응시켜 본원에서 가교결합제로서 사용하기에 바람직한 양이온성 중합체 아미노에피클로로히드린 수지를 형성한다. 이러한 물질의 제조는 카임(Keim)에게 1960년 2월 23일자로 허여된 미국 특허 제 2,926,116 호; 카임에게 1960년 2월 23일자로 허여된 미국 특허 제 2,926,154 호; 카임에게 1967년 7월 25일자로 허여된 미국 특허 제 3,332,901 호에 상세히 기재되어 있고, 이들 문헌 모두 참조로 인용된다.
본원에서 가교결합제로서 사용하기에 바람직한 양이온성 폴리아미드-폴리아민-에피클로로히드린 수지는 헤르쿨레스(Hercules Inc.)사에서 상표명 Kymene
으로 시판되고 있다. 특히 디에틸렌트리아민 및 아디프산의 반응 생성물인 폴리아미드 폴리아민의 에피클로로히드린 부가물인 Kymene
557H, Kymene
557LX 및 Kymene
557Plus가 유용하다. 이들은 전형적으로 활성 수지 약 10 내지 약 33중량%를 함유하는 양이온성 수지 물질의 수용액 형태로 시판된다.
[지지체 층]
지지체 층은 다양한 기능을 제공한다. 우선, 지지체 층은 전구체 입자(2)에 대한 지지 수단으로서 작용한다. 지지체 층은 또한 가해진 흡수되어야 할 액체를 흡수성 복합 구조체내로 분포시키는 것을 촉진시키는 분포 수단으로서 작용할 수 있다. 바람직하게는 지지체 층(3)의 액체 분포 특성이 실질적으로 전구체 입자(2)의 상기 특성보다 더욱 커서, 흡수성 복합 구조체가 단독 전구체 입자(2) 층에 비해 개선된 액체 분포 특성을 갖는다. 바람직한 양태에서, 지지체 층(3)은 길이를 따라 액체 분포를 개선하기 위해 바람직하게는 실질적으로 나란히 배치된 길이를 갖는 다수의 모세관 요소를 포함한다.
지지체는 바람직하게는 탁월한 습윤 강도를 갖는 것이며, 흡수성 복합 구조체에 향상된 습윤 강도 및 습윤 완전체를 부여할 수 있다. 즉, 지지체는 전구체 입자(2) 및 지지체가 액체로 습윤된 후에 지지 수단으로서 효과적이다. 결합된 겔화 입자에 대한 지지는 겔화 입자가 액체를 흡수한 후 팽윤하기 시작하는 상태에서 특히 필요하다. 이러한 지지는, 외부 힘이 흡수성 복합체에 작용하여 지지층에 확고히 부착되지 않은 전구체 입자를 탈착시킬 수 있는 기저귀 또는 월경용품과 같은 흡수제품에 흡수성 복합 구조체가 사용될 때 특히 중요하다.
지지체 층은 셀룰로즈 섬유, 부직 웹, 티슈 웹, 발포체, 폴리아크릴레이트 섬유, 천공된 중합체 웹, 합성 섬유, 금속 호일, 엘라스토머 등과 같이 당업계에서 공지된 다양한 물질로부터 선택될 수 있다. 대부분의 이러한 지지체 층은 흡수성 거대구조체 층에 대한 분포 수단 및 지지 수단으로서 작용할 수 있다. 바람직하게, 지지체 층은 셀룰로즈 물질 또는 셀룰로즈 작용기를 갖는 물질로 이루어진다. 유체 분포 수단으로 사용하기에 바람직한 지지체 층은 셀룰로즈 물질, 섬유 웹, 셀룰로즈 섬유 웹, 고체 발포체, 셀룰로즈 발포체 및 폴리비닐 알콜 발포체로 이루어진 군에서 선택할 수 있다. 지지 수단으로 사용하기에 바람직한 지지체는 셀룰로즈 물질, 섬유 웹, 부직 웹, 편물, 셀룰로즈 섬유 웹, 고체 발포체, 셀룰로즈 발포체 및 폴리비닐 알콜 발포체로 이루어진 군에서 선택할 수 있다.
지지체 층은 바람직하게는 가요적이며 유연하여, 생성되는 흡수성 복합 구조체에서 상기 특성을 조장시킨다. 지지체 층은 실질적으로 탄성이고 비-연신성일 수 있거나, 지지체 표면에 수직으로 가해지는 힘 및 수형으로 가해지는 힘에 반응하여 다양한 정도로 연신되거나 변형될 수 있다.
지지체 물질의 두께 및 평량(지지체 단위 면적당 중량)은 지지체의 유형 및 목적하는 특성에 따라 변할 것이다. 지지체는 또한 적층체내에 특정 지지체 물질의 개별 시이트 또는 상기 물질겹 다수를 포함하거나 또는 하나 이상의 지지체 층의 조합을 포함할 수 있다. 전형적인 지지체로서, Bounty
시이트의 두께는 약 0.02 내지 약 1.2㎜, 더욱 바람직하게는 약 0.3 내지 약 0.8㎜이고, 평량은 약 5 내지 약 100gm/㎡, 더욱 바람직하게는 약 10 내지 약 60gm/㎡, 가장 바람직하게는 약 15 내지 약 40gm/㎡이다. 다른 전형적인 지지체로서, 셀룰로즈 발포체는 건조 압축된 두께가 약 0.5 내지 약 3.0㎜, 더욱 바람직하게는 약 0.8 내지 약 2.0㎜이고, 습윤 팽창된 두께가 약 0.8 내지 약 6.0㎜, 더욱 바람직하게는 약 1.0 내지 약 5.0㎜이고, 평량은 약 50 내지 약 2,000gm/㎡, 더욱 바람직하게는 약 100 내지 약 1,000gm/㎡ 이다.
지지 수단으로서 사용하기 위한 지지체는 통상적으로 건조 인장 강도가 약 500 내지 약 8,000gm/인치, 더욱 바람직하게는 약 1,000 내지 약 3,000gm/인치, 습윤 인장 강도는 약 200 내지 약 5000gm/인치이고, 보다 바람직하게는 약 400gm/인치 내지 약 1000gm/인치이며, 습윤 파단 강도는 약 100 내지 약 200gm이고, 더욱 바람직하게는 약 200 내지 약 1000gm이다.
바람직한 양태에서 지지체 층은 종이타올 및 종이티슈와 같은 셀룰로즈 섬유 웹을 포함한다. 이러한 셀룰로즈 섬유 웹의 예가 1976년 4월 27일자로 허여된 미국 특허 제 3,953,638 호; 1984년 9월 4일자로 허여된 미국 특허 제 4,469,735 호; 1984년 8월 28일자로 허여된 미국 특허 제 4,468,428 호 및 1991년 1월 22일자로 허여된 미국 특허 제 4,986,882 호에 개시되어 있으며, 이들 문헌은 모두 참조로 인용된다. 이의 바람직한 예는 미국에서 더 프록터 앤드 갬블 캄파니(The Proctor ＆ Gamble Company)사에서 시판되는 Bounty
종이타올이다. 다른 바람직한 예는 미국과 일본에서 혼슈 페이퍼 캄파니 리미티드(Honshu Paper Co., Ltd.)사에서 시판되는 Kinocloth
종이 티슈이다. Bounty
및 Kinocloth
는 친수성이며 분포성 및 흡상성이 우수하고 습윤 보전성이 우수하다.
또다른 바람직한 양태에서, 지지체 층은 셀룰로즈 발포체를 포함한다. 일반적으로 셀룰로즈 발포체는 셀룰로즈 섬유 웹보다 더욱 긴 흡상 거리에서 보다 높은 액체 흡상률을 제공한다. 바람직하게는, 셀룰로즈 발포체는 추가로 흡상성 및 유체 분포성을 더욱 개선시키도록 압축 상태로 있다. 적합한 셀룰로즈 발포체는 유럽 특허 출원 EP-A-293,208 호에 개시된 바와 같이 재생 레이온 섬유로 제조될 수 있다. 이러한 셀룰로즈 발포체는 많은 작은 셀을 가지며, 이들의 크기는 발포체의 모세관 현상 및 흡수성에 영향을 미친다. 셀룰로즈 발포체 층은 통상적으로 바람직하게는 습윤시에 팽창한다. 바람직한 셀룰로즈 발포체는 사용전에 건조 상태로 압축된 것이다. 셀룰로즈 발포체 층의 평균 구멍 크기는 압축에 의해 결정될 수 있다. 바람직한 양태에서, 셀룰로즈 발포체 층의 평균 구멍 크기는 압축후 건조상태에서 측정될 때 약 1 내지 약 1000마이크론, 바람직하게는 약 1 내지 약 200마이크론, 더욱 바람직하게는 약 5 내지 약 70마이크론이다. 바람직한 압축된 셀룰로즈 발포체 층의 밀도는 약 0.1g/cc(약 0.05g/인치3) 내지 약 0.8g/cc(약 0.41g/인치3)이고 (시이트 형태에서) 약 2 내지 약 5㎜의 압축된 두께를 갖는다. 일반적으로, 밀도가 더욱 높고 구멍 크기가 더욱 작은 발포체 층을 사용함으로써 더욱 우수한 흡상성을 수득할 수 있다. 이러한 압축된 셀룰로즈 발포체 층이 액체와 접촉할 때, 발포체의 구멍 크기는 팽창하고, 이에 의해 발포체 층의 두께가 증가하게 된다.
흡수성 발포체 지지체, 특히 압축된 셀룰로즈 발포체 지지체는 본 발명의 흡수성 복합체에서 매우 바람직한 지지체이다. 탁월한 건조 강도와 습윤 강도 및 건조 완전성과 습윤 완전성 이외에, 특히 시이트 형태의 셀룰로즈 발포체 지지체는 탁월한 모세관 현상 및 유체 흡상성을 갖는다. 물 또는 신체 분비물과 같은 액체가 발포체 셀룰로즈 지지체를 포함하는 흡수성 복합체의 표면상에 침착될 때, 하이드로겔-형성 입자층을 통과하여 셀룰로즈 발포체 지지체로 유입되는 액체는 모세관 흡입으로 인해 셀룰로즈 발포체 층중 건조 발포체 영역을 향해 바깥쪽으로 신속하게 분포된다. 즉, 셀룰로즈 발포체가 물 또는 수성 액체를 흡수함에 따라, 셀룰로즈 발포체 셀 구조체는 팽창하기 시작한다. 건조한 발포체 영역은, 습윤된 영역의 셀보다 더욱 작은 압축된 셀 구조체를 가지므로, 유체는 건조한 발포체 영역내로 쉽게 흡상된다. 이러한 셀룰로즈 발포체 지지체는 탁월한 유체 흡상 및 분포를 특징으로 한다. 구체적으로, 이러한 셀룰로즈 발포체 지지체는 흡상율 또는 흡상 속도가 빠르고(예를 들어 수직 흡상 시험에서 4분후에 12cm이상의 흡상 거리), 흡상 거리 모세관 현상이 길다(예를 들어 수직 흡상 시험에서 처음 1시간후에 약 20 내지 약 30cm).
또다른 실시양태에서, 지지체 층은 셀룰로즈 발포체 입자(또는 과립)를 침착시켜서 형성된 셀룰로즈 발포체 지지체일 수 있다. 셀룰로즈 발포체 입자의 평균 용적은 약 0.1㎣이상, 바람직하게는 약 1.0 내지 약 125㎣이다. 바람직하게는, 셀룰로즈 발포체 입자는 흡수성 거대구조체 층위에 침착되어 압축된다.
셀룰로즈 발포체 지지체는 본 발명의 흡수성 복합체를 흡수성 월경용품에서 사용하는 경우에 특히 바람직하다. 혈액이 흡수성 복합체의 셀룰로즈 발포체 지지체 층위에 침착될 때, 셀룰로즈 발포체 지지체는 혈액을 포획하여 혈액으로부터 집합체를 여과시켜서 혈액중 남아있는 액체 분획을 흡수성 거대구조체 아래로 분포시킬 수 있다. 셀룰로즈 발포체 지지체는 가요성을 증가시키기 위해 다수의 슬릿을 가질 수 있다.
또다른 바람직한 양태에서, 지지체 층은 압축된 또는 비-압축된 폴리비닐 알콜 발포체를 포함한다. 일반적으로, 이러한 발포체는 바람직하게는 상기한 셀룰로즈 발포체와 실질적으로 동일한 특성 및 구조를 갖는다.
[하이드로겔-형성 입자와 지지체 층사이의 결합]
하이드로겔-형성 입자(2)와 지지체 층(3)사이의 결합 또는 상호연결은 흡수성 겔화 입자(2)의 흡수성 분자를 가교결합할 수 있는 가교결합제에 의해 이루어진다. 당업계에 공지되어 있고 하이드로겔-형성 입자의 흡수성 분자를 가교결합할 수 있는 임의의 가교결합제가 결합제로서 사용될 수 있다. 적합한 가교결합제는 로 등에게 1992년 4월 7일자로 허여된 미국 특허 제 5,102,597 호에 기재된 비이온성 가교결합제일 수 있다. 이러한 비이온성 가교결합제는 다가 알콜(예: 글리세롤), 폴리아지리딘 화합물(예: 2,2-비스하이드록시메틸 부탄올트리스[3-(1-아지리딘)프로피오네이트]), 할로에폭시 화합물(예: 에피클로로히드린), 폴리알데히드 화합물(예: 글루타르알데히드), 폴리아민 화합물(예: 에틸렌 아민) 및 폴리이소시아네이트 화합물(예: 2,4-톨루엔 디이소시아네이트), 바람직하게는 글리세롤을 포함한다.
지지체 층(3)이 셀룰로즈 물질을 포함하거나 적어도 지지체 층(3)의 표면에 셀룰로즈 활성을 갖는 바람직한 양태에서, 아미노-에피클로로히드린 부가물이 바람직하게는 셀룰로즈 지지체 및 하이드로겔-형성 입자의 표면 사이에서 화학적 결합 수단으로 사용된다. 아미노-에피클로로히드린 부가물은 셀룰로즈 물질중 카복시기와 하이드록시기, 흡수성 전구체 입자의 중합체 물질, 및 기타 아미노-에피클로로 히드린 부가물 분자에 화학적으로 결합할 수 있다. 이러한 화학적 결합은 수소 결합, 이온/쿨롱(Coulombic) 결합, 중합체 엉김(entanglement) 결합 및 공유 결합일 수 있다. 이러한 방식으로, 아미노-에피클로로히드린 부가물은 지지체와 함께 입자(2)에 화학적으로 결합될 수 있다. 결합제로서 본원에서 사용하기에 바람직한 아미노-에피클로로히드린 부가물은 Kymene
이다. Kymene
557H, Kymene
557LX 및 Kymene
557Plus가 특히 유용하다. 이들은 디에틸렌트리아민과 아디프산 반응 생성물인 폴리아미드폴리아민의 에피클로로히드린 부가물이다.
제4도는 두 개의 하이드로겔-형성 입자층(20, 22)을 포함하는 흡수성 복합 구조체를 나타낸다. 입자는 지지체 층(3)의 상부면(23) 및 하부면(24)에 적용된다. 층(20) 및 (22)에서 입자(2)는 동일할 수 있으나, 물리적 및/또는 화학적 특성이 상이할 수도 있다.
예를 들어 상층(20)의 입자는 400 내지 800마이크론과 같은 비교적 큰 입자 크기일 수 있고, 하층(22)의 입자는 상층(20)의 입자와 화학적으로 동일하지만 보다 작은 입자 크기(예: 250마이크론 이하)일 수 있다.
하층(22)의 입자(2)는 하층의 입자보다 더욱 큰 평량으로 적용될 수 있다. 예를 들어 상층(20)은 100g/㎡ 이하의 평량을 포함하고 하층(24)은 200 내지 400g/㎡ 의 평량을 포함한다. 복합 구조체가 최상층으로 사용될 수 있는 유용한 다층 구조체는 보단스키(Bogdanski)의 유럽 출원 제 94111955.4 호에 기재되어 있다.
또한, 하층에서 입자사이의 입자간 가교결합도는 상층에서 입자사이의 입자간 가교결합도와 다를 수 있다. 이는 저 평량의 하이드로겔-형성 입자를 지지체(3)의 상부면(23)에 적용시키거나 또는 상이한 농도의 입자간 가교결합제를 하이드로겔-형성 입자의 하층(22)에 적용시킴으로써 이루어질 수 있다.
지지체(3)에 입자(2)를 결합시키는 가교결합제는 입자(2)의 표면 가교결합을 수행할 수 있다. 입자(2)의 표면 가교결합의 증가는 압력(0.3 내지 1.0psi)하에서 액체 흡수성을 개선시키나 티백 원심분리능(Teabag Centrifuge Capacity)를 감소시킨다. 가압하의 흡수성 및 티백 원심분리 능을 결정하기 위한 시험은 유럽 출원 제 93309614.1 호에 기재되어 있다. 일반적으로, 상층(20)의 하이드로겔-형성 입자는 가압하에 높은 액체 흡수성을 가지며 쉽게 변형되지 않아 개방 구조가 유지되는 것이 바람직하다. 이는, 입자(2)를 지지체(3)에 결합시키는데 사용되는 가교결합제의 양을 조절함으로써 상층의 하이드로겔-형성 입자의 표면-가교결합도를 증가시킴으로써 이루어질 수 있다.
또는, 하이드로겔-형성 물질의 화학적 특성은 상이하여, 상층은 비교적 느린 속도의 흡수성 겔화 물질을 포함하고 하층은 빠른 속도의 흡수성 입자를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 흡수 코어중 상층의 하이드로겔-형성 입자는 비교적 투과성이고 개방 구조를 유지해야 하지만, 흡수 코어중 하층의 하이드로겔-형성 입자는 덜 투과성일 수 있다.
제5도는 하이드로겔-형성 입자의 층(26)이 지지체 층(27, 28) 사이에 샌드위칭된 양태를 도시한다. 각 층(27, 28)의 입자(2)를 지지체 층(27, 28)에 연결하는 가교결합(9)은 통합된 구조가 형성되도록 결합된 층(26, 27, 28)을 고정시킨다. 이러한 구조체의 이점은 그 가요성으로 인해 롤상에 저장될 수 있는 예비-성형된 흡수체가 형성되어 두 층(27, 28) 모두에 의해 층(26)이 마찰, 마모 또는 기계적 충격에 의해 탈착되지 않도록 보호되는 것이다.
제6도는 특정 영역(29)내의 지지체가 하이드로겔-형성 입자로 덮히지 않아, 액체가 지지체(3)내로 들어가서 지지체(3)내에서 하층(30)을 가로질러 이동될 수 있는 창이 형성된 양태를 도시한다.
제7도는 3개의 지지체 층(27, 28, 31)사이에 샌드위칭된 두 개의 하이드로겔-형성 입자(26, 26′) 층을 포함하는 통합된 다층 구조체를 도시한다.
[상층으로서 흡수성 복합 구조체를 포함하는 다층 코어]
제8도는 흡수성 복합 구조체(35)를 구성하며 코어(33)의 상층부터 제2층 및 제3층을 형성하는 다층 구조체를 포함하는 흡수 코어(33)의 양태를 도시한다.
제8도에서 도시된 바와 같이 물질 및 층을 조합하므로써 그 물질의 작용성을 유용하게 최적화시키는 것으로 생각된다. 특히, 착용자의 신체로부터 가장 멀리 떨어진 코어(33)의 영역(37)에서 하이드로겔-형성 물질이 처음 포화된 후, 코어가 최대 수용능에 도달할 때까지 착용자의 신체에 점점 밀접해진다. 이는 초기에 포획/분포 구조체로서 작용하고 신체 분비물에 비교적 투과성인 상층조합체 또는 구조체(34, 36)를 제공함으로써 수득된다. 그러므로, 분비물은 비교적 신속하게 초흡수체의 제1층(34)을 통과하여 저장소로서 작용하고 층(39)내로 더욱 분포시키게 하는 하부 조합체(37, 39)로 유입된다. 하부 조합체(37, 39)의 하위 부분(37)에서 제 2 하이드로겔-형성 물질(37)을 바람직하게 배치시켜 상위 부분(39)이 낮은 농도(바람직하게는 0이다)의 하이드로겔-형성 물질을 가지므로써, 조합체의 저장능을 조장할 수 있는 공극 공간이 하부 조합체에 제공된다. 50g/㎠의 압력에서 15g/g이상의 가압시 흡수치(Absorption Against Pressure)를 갖는 제 2 하이드로겔-형성 물질(37)을 사용함으로써, 우수한 저장 보유력이 수득된다.
제 2 하이드로겔-형성 물질(37)내로 적절하게 흡수되지 않은 액체는 이어서 제 1 하이드로겔-형성 물질(34)내로 흡수될 수 있다. 이러한 물질을 포획층(36)의 아래에 한 층으로 제공하면 제 1 하이드로겔-형성 물질(34)이 포획층(36)을 건조시켜 재습윤을 최소화시키고 피부 건조상태를 개선시키는 이점을 갖는다.
목적하는 성능 특징을 얻기 위해, 코어내에 각종 물질의 적절한 조합 및 양을 선택해야 한다. 하기 설명에서 적합한 물질을 언급하였으며, 이들로부터 제조된 적합한 시험 제품에 특정 시험을 실시하고 필요한 시험 결과를 얻어야 할 때는 상기 제품을 변형시키므로써 본 발명의 코어를 수득할 수 있다.
예를 들어 전술된 유체 취급 이점을 얻기 위해 제 1 조합체(34, 36)는 신체 분비물을 제 1 구조체를 통과해 신속히 제 2 구조체내로 유입시키도록 제 2 구조체(37, 39)에 비해 충분히 개방성 또는 투과성이어야 한다. 그러나, 제 1 구조체(34, 36)는 지나치게 개방성이면 제 2 구조체중 하이드로겔-형성 물질(37)의 겔-블록킹의 위험을 더욱 높임으로써 이 구조체내의 흡수능을 과소 활용하게 되므로, 지나치게 개방성이지 않아야 한다. 균형에 영향을 줄 수 있다.
[상부 조합체]
이는 포획층(36) 및 제 1 하이드로겔-형성 입자층(34)을 포함한다.
이 포획층(36)은 흡수 코어 또는 기타 몸체부(존재하는 경우 임의의 티슈 또는 상면시이트는 제외함)의 효과적인 상층이다. 이 포획층(36)은 일반적으로 하이드로겔-형성 물질을 실질적으로 함유하지 않는다. 하이드로겔-형성 물질이 포함되는 경우, 예를 들면 제 WO91/11163 호에 기재된 바와 같이 그 양은 적게 유지되어야 하나 바람직하게는 상기 층은 적어도 상반부에서, 일반적으로는 그 두께의 대부분 또는 전체를 통해 전체적으로 하이드로겔-형성 물질을 함유하지 않는다. 하이드로겔-형성 물질을 함유하지 않는다. 포획층(36)은 발포체, 또는 다른 적합한 다공성 또는 모세관 물질일 수 있으나 일반적으로 제 1 섬유 물질로 형성된다.
이러한 상층의 적합한 물질과 특성 및 이의 제조 방법이 제 WO91/11163 호에 기재되어 있다.
이 상층(36)은 바람직하게는 습윤 압축률이 약 5㎤/g 이상이고 적하능(Drip Capacity)이 10g/g 이상이다. 한정된 습윤 압축율 및 한정된 적하능을 갖는 섬유 물질은 예를 들어 뇨로 습윤될 때 개방성 또는 공극 용적을 유지한다. 코어에서 높은 적하능을 갖는 영구 개방된 섬유층을 제공하는 것은 코어가 뇨와 같은 신체 분비물을 신속히 포획할 뿐만 아니라 상기 층이 또한 이들 분비물을 비교적 신속하게 제 1 미립자 하이드로겔-형성 물질의 하부 구조체로 이동시킬 수 있음을 의미한다.
제 1 섬유 물질은 습윤시에 적절한 적재 저항성을 가져서 상기 조건에서 만족할만한 공극 용적을 유지할 수 있는(이는 유럽 특허 출원 제 93309614.1 호에서 상세히 설명된 습윤 압축률 시험에 의해 측정되며 본원에서는 습윤 압축률이라 정의된다) 임의의 섬유 물질일 수 있다.
77.5g/㎠(1.1psi) 적재하에 제 1 섬유 물질중 습윤된 섬유 물질의 “습윤 압축률” 또는 그램당 공극 용적은 바람직하게는 5㎤/g 이상, 더욱 바람직하게는 6㎤/g 이상, 가장 바람직하게는 6.5㎤/g 이상이며, 예를 들어 8 이하이거나 또는 심지어 10cm/g 이상이다.
제 1 섬유 물질은 바람직하게는 10ml/g 이상, 바람직하게는 15ml/g 이상, 가장 바람직하게는 20ml/g 이상의 “적하능”을 가지며, 예를 들어 25㎖/g 이하이거나 또는 심지어 30ml/g 이상이다. “적하능”은, 적재 지점에서 합성뇨를 수용한후 이 지점에서 이동시켜서 매트릭스내에 보유할 수 있는 섬유 매트릭스의 능력을 측정하는 것이다. “적하능”은 유럽 특허 출원번호 제 93309614.1 호에서 상세히 기재된 적하능 시험에 의해 측정된다.
적합한 제 1 섬유 물질은 화학적으로 경직된 셀룰로즈 섬유를 일반적으로 제 1 섬유 물질 50 내지 100중량%, 및 비경직된 셀룰로즈 섬유 및 합성 섬유와 같은 기타 섬유 0 내지 50중량%의 양으로 포함할 수 있다. 바람직한 화학적으로 경직된 셀룰로즈 섬유는 셀룰로즈 섬유를 가교결합제로 내부적으로 가교결합시켜 생성될 수 있는 경직되고 꼬여서 말린 셀룰로즈 섬유이다. 본원에서 기재되는 흡수성 구조체의 친수성 섬유 물질로서 유용한 경직되고 꼬여서 말린 셀룰로즈 섬유 유형이 딘(Dean) 등에게 1989년 4월 18일자로 허여된 “Absorbent Structure Containing Individualised Cross-linked Fibres” 제하의 미국 특허 제 4,822,453 호; 딘 등에게 1989년 12월 19일자로 허여된 “Individualised, Cross-linked Fibres And Process For Making Said Fibres” 제하의 미국 특허 제 4,888,093 호; 헤론(Herron) 등에게 1989년 12월 26일자로 허여된 “Process For Making Individualised, Cross-linked Fibres Having Reduced Residuals And Fibres Thereof” 제하의 미국 특허 제 4,889,595 호; 쇼겐(Schoggen) 등에게 1989년 12월 26일자로 허여된 “Process for Making Individualised Cross-linked Fibres Thereof” 제하의 미국 특허 제 4,889,596 호; 버본(Bourbon) 등에게 1989년 12월 26일자로 허여된 “Process for Making Wet-Laid Structures Containing Individualized Stiffened Fibres” 제하의 미국 특허 제 4,889,597호; 모어(Moore) 등에게 1990년 2월 5일자로 허여된 “Twisted, Chemically Stiffened Cellulosic Fibres And Absorbent Structure Made Thereform” 제하의 미국 특허 제 4,898,642 호에 상세히 서술되어 있다.
경직된 셀룰로즈 섬유를 사용하는 대신, 합성 중합체 섬유 또는 합성 섬유 및 천연 섬유로부터 혼합물의 층을 배합할 수도 있다. 적합한 섬유는 에어펠트(airfelt), 셀룰로즈, 개질된 셀룰로즈(전술된 바와 같음) 또는 기타 천연 섬유와 혼합된 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 비스코스 및 레이온 섬유, 이들 물질의 2-성분 섬유이다. 전형적으로 이러한 혼합물은 약 5%이상의 합성 섬유, 바람직하게는 약 10% 이상의 합성 섬유를 가질 것이다.
제 1 섬유 물질층은 일반적으로 흡수 코어의 제조전이나 또는 제조중에 목적 섬유를 공기 적층시켜서 형성되지만, 필요시에는 예비형성된 부직, 습윤 적층되거나 공기 적층된 섬유 물질, 또는 에어 레이된 또는 기타 섬유 물질을 사용할 수 있다. 이 층(36)은 또한 완전히 또는 부분적으로 흡수성 발포체 물질로 형성될 수 있다.
제 1 하이드로겔-형성 물질로 주로 이루어진 하이드로겔-형성 층(34)은 포획층(36)의 하위 부분과 가교결합될 수 있으나, 바람직하게는 별개 층이거나 바람직하게는 층(39)에 의해 형성될 수 있는 티슈층에 부착된다.
주로 제 1 하이드로겔-형성 물질로 이루어진 상기 층(34)은 제 1 섬유 층에 의해 신속하게 포획되어 분포되는 뇨, 월경 유체 또는 기타 신체 분비물을 비교적 블록킹없이 제 1 하이드로겔-형성 물질층에 신속히 통과시켜 상기 층 아래에 분포시키는 것이 중요하다.
제 1 하이드로겔-형성 물질의 양은 사용중 뇨의 흡수에 의해 팽윤될 때 하이드로겔-형성 물질이 적어도 거의 전체 층을 제공하기에 충분하여야 하나, 제6도에서 나타나는 바와 같은 창을 가질 수도 있다. 하이드로겔-형성 물질은 일반적으로 미립자 형태이고 일반적으로 약 20g/㎡ 이상의 양으로 존재해야 한다. 일반적으로 상기 층은 너무 두껍지 않아야 하며 정상적으로 그 양은 100g/㎡이다.
[하부 조합체]
하층(37, 39)은 저장 및 재분포 조합체로서 작용하고 통상적으로 섬유 층인 상층(39) 및 제 2 하이드로겔-형성 물질층(37)을 포함한다.
하부 조합체에서 상층(39)은 일반적으로 섬유이나, 발포체, 기타 적합한 모세관 또는 다공성 물질로 형성될 수 있다. 이는 액체의 저장을 위한 공극 공간을 제공한다. 이 층의 섬유 또는 기타 물질은 본 발명의 흡수체의 흡수 프로필에 별도의 조절 단계를 추가할 수 있다. 예를 들면, 신체 분비물이 제 1 하이드로겔-형성층을 떠나 제 2 하이드로겔-형성층에 도달하기 전에 신체 분비물의 통과 속도를 감속시킬 수 있다. 이는 제 2 하이드로겔-형성 물질에서 발생하는 겔-블록킹의 기회를 최소화시킬 수 있으며, 이는 특히 제 2 하이드로겔-형성 물질이 더욱 빠른 흡수 역학을 가져서 상기 현상에 더욱 민감하기 쉬운 양태에서 유용할 수 있다.
층(39)의 제 2 섬유 물질은 임의의 통상적인 유형의 섬유 물질을 포함할 수 있다. 이 섬유 물질은 에어펠트, 천연 섬유 및 합성 섬유의 혼합물, 화학적으로 가교결합된 셀룰로즈 섬유 또는 흡수제품의 흡수 코어에서 통상적으로 사용된 임의의 다른 공지된 섬유 물질일 수 있다. 필요시에, 제 1 섬유 물질과 동일한 유형의 일부 섬유를 포함할 수 있다. 상기 층(39)은 또한 완전히 또는 부분적으로 흡수성 발포체 물질로 형성될 수 있다.
각 섬유 층은 흡수 코어에 통합성을 추가할 수 있고 또한 유연성을 추가할 수 있다.
상기 층(39)은 거의 또는 완전히 하이드로겔-형성 물질을 함유하지 않을 수 있으며, 따라서 하이드로겔-형성 물질의 부재하에 형성된 에어펠트 또는 기타 섬유층 또는 저장층일 수 있다. 이후 하층은 제 2 하이드로겔-형성 물질을 포함하는 별도로 형성된 층일 수 있다. 상기 층(39)은 섬유와의 블렌드이거나, 주로 하이드로겔-형성 물질로 이루어질 수 있다. 제8도에서 도시된 바와 같이 층(37)은 로에게 허여된 미국 특허 제 5,102,597 호 또는 수이에게 허여된 미국 출원 제 08/142,258 호에서 서술된 바와 같이 입자간 가교결합된 집합체로 이루어질 수 있다.
그러나, 상기 층(37, 39)은 듀엔크(Duenk)에게 허여된 EP-A-198683 호에서와 같이 섬유 매트릭스 두께의 하위 부분 50%에 하이드로겔-형성 물질의 50중량% 이상, 일반적으로 70중량% 이상이 포함되어 있는 연속적인 공기 적층된 섬유 매트릭스에 의해 상기 층이 제공되고 형성되는 것이 종종 바람직하다. 이러한 경우에 예를 들어 제 2 하이드로겔-형성 물질 70 내지 100중량%, 종종 70 또는 75 내지 90 또는 95중량%가 섬유 매트릭스 두께의 하위 부분 50%내에 있다. 예를 들어 EP-A-198,683호에 기재된 바와 같이 섬유 매트리스 두께의 상위 부분 50%에 제 2 하이드로겔-형성 물질이 5 내지 10%, 종종 30% 이하까지 존재할 수 있다.
일반적으로 층(37, 39)은 예를 들어 통상적인 공기 적층 드럼 또는 기타 수용 표면위에 적합한 목재 펄프 또는 기타 친수성 섬유의 블렌드를 공기 적층시켜서 제공된다. 층(37, 39) 두께에서의 하이드로겔-형성 물질의 분포는 예를 들면, EP-A-198 683 호에 기재된 바와 같이 수용 표면위에서 아래로 운반되는 섬유 스트림내로의 하이드로겔-형성 물질의 분포를 적절히 선택하거나, 또는 수용 표면위에 형성된 공기 적층된 매트릭스에 하이드로겔-형성 입자를 주입 또는 분포시키므로써 이루어질 수 있다.
매트리스 등을 공기 적층시킬 때, 상기 층(37) 아래로 공기 적층되는 하이드로겔-형성 물질을 실질적으로 함유하지 않는 섬유 층(38)을 제공하는 것이 또한 일반적으로 바람직하다.
이 대신에 또는 이에 추가하여, 별도로 형성된 티슈층(38) 또는 기타 섬유 물질층(38)을 이 위치에 놓을 수 있다.
전형적으로 제 2 하이드로겔-형성 물질의 양은 상층(37) 및 하층(39)의 30 내지 95중량%, 바람직하게는 45 내지 75중량%이다. 그의 전체 평량은 전형적으로 100 내지 2000g/㎡이다.
[초흡수성 물질]
이 층에서 유용한 양으로 포함될 수 있는 제 1 하이드로겔-형성 물질의 적합한 정의가 유럽 특허 출원 제 9330614.1 호에 기재된 GLP(겔 층 투과 : Gel Layer Permeability) 시험에 의해 측정된 GLP치이다. 층(34)의 제 1 하이드로겔-형성 물질은 일반적으로 GLP치가 6 이상, 바람직하게는 9 이상이고, 예를 들어 15 내지 150×10-7㎤s/g 이상이다.
겔 층 투과(GLP) 시험의 목적은 제한 압력하에서 제이코(Jayco) 합성 뇨에서 팽윤된 분산성 하이드로겔-형성 입자로부터 형성된 겔 층의 염수 유동 전도도를 측정하는 것이다. 이 유동 전도도는, 팽윤된 하이드로겔-형성 입자로부터 형성된 겔층이 흡수성 구조체에서 사용시에 유체를 포획하여 분포시키는 능력의 척도를 제공한다. 다르시(Darcy) 법칙 및 정상상태 유동 방법이 겔-층 투과성을 측정하고 염수 유동 전도도를 결정하는데 사용된다. (채터지(P. K. Chatterjee)와 엘세비어(Elsevier)의 문헌[Absorbency, 1985, Pages 42-43] 및 컬슨(J. M. Coulson)과 리차드슨(J. F. Richardson)의 문헌[Chemical Engineering, Vol. II, Third Edition, Pergamon Press, 1978, Pages 125-127]을 참조한다.)
투과성 측정에 사용되는 겔 층은 60분동안 제이코 합성 뇨에서 하이드로겔-형성 입자를 팽윤시킴으로써 형성된다. 겔 층이 형성되고 그 유동 전도도는 0.3psi의 기계적인 제한 압력하에서 피스톤/실린더 장치에서 측정한다. 실린더의 바닥은 400 메쉬 스크린과 마주하여 건조-팽윤된 하이드로겔-형성 입자를 보유하고 뇨를 흡수하여 z-방향으로 이동시킨다. 피스톤은 유체 투과성이다. 유동 전도도는 0.118M NaCl 용액을 사용하여 측정한다. 시간에 대해 제이코 합성 뇨의 흡수량이 실질적으로 일정하게 유지되는 하이드로겔-형성 입자의 경우, 상기 NaCl의 농도가 투과성 측정동안 겔 층의 두께를 실질적으로 일정하게 유지시킨 것으로 밝혀졌다. 일부 하이드로겔-형성 입자의 경우, 하이드로겔-형성 입자의 팽윤, 하이드로겔-형성 입자의 탈수 및/또는 겔층 다공성 변화의 결과로서 겔층 두께가 다소 변할 수 있다. 측정을 위해 상기 겔층 위에 4920dyne/㎠(0.118M NaCl 5㎝)의 일정한 유체 정압을 가할 수 있다.
유동 속도는 시간의 함수로서 겔층을 통해 유동하는 용액의 양을 측정하여 결정한다. 유동 속도는 실험을 지속하는 동안 변할 수 있다. 유동 속도의 변화에 대한 이유는 간극 공극에 처음에 존재하는 유체(예를 들어 용해된 추출가능한 중합체를 함유할 수 있다)가 NaCl 용액으로 대체될 때 겔층 두께의 변화 및 간극 유체 점도의 변화를 포함한다. 유동 속도가 시간에 의존적인 경우, 측정된 유동 속도를 제로 시간에 외삽함으로써 전형적으로 수득되는 초기 유동 속도는 유동 전도도를 계산하기 위해 사용한다. 염수 유동 전도도는 초기 유동 속도, 겔층의 치수 및 유체 정압으로부터 계산된다. 유동 속도가 실질적으로 일정한 시스템의 경우, 겔층 투과성 계수는 염수 유동 전도도 및 NaCl 용액의 점도로부터 계산될 수 있다.
유용한 물질을 정의하는 또 다른 방법은 동적 팽윤 속도에 의해서이다. 적합한 물질은 실질적으로 감소하지 않는 동적 팽윤 속도를 갖는다.
하이드로겔-형성 물질의 동적 팽윤 속도는 시간의 함수로서 합성 뇨가 하이드로겔-형성 물질에 첨가될 때 시험 튜브내의 하이드로겔 형성 물질의 일방향 팽윤의 척도이다. 동적 팽윤 속도를 측정하는데 사용되는 이 시험 방법을 동적 팽윤 속도 시험이라 하고, 유럽 특허 출원 제 93309614.1 호에 기재되어 있다. “팽윤속도가 실질적으로 감소하지 않는다”란 팽윤 속도의 상대적 일탈이 50% 미만, 바람직하게는 25% 미만, 더욱 바람직하게는 10% 미만, 가장 바람직하게는 0% 이하이어야함을 의미한다.
층(34)의 제 1 하이드로겔-형성 물질은 일반적으로 가압시 흡수치가 50g/㎠에서 15g/g 이상, 일반적으로 20g/g 이상이다. 일반적으로 가압시 성능치(Performance Under Pressure value)는 20g/g 보다 크고, 바람직하게는 30g/g 보다 크다. 가압시 성능치 및 가압시 흡수치를 측정하는 방법이 유럽 출원 제 93309614.1 호에 기재되어 있다.
층(37)중의 하이드로겔-형성 물질은 50g/㎠(0.7psi) 압력에서 가압시 흡수치가 15g/g 이상, 바람직하게는 20g/g 이상이다. 가압시 성능치는 일반적으로 20g/g 보다 크고, 바람직하게는 30g/g 보다 크다.
동일한 물질이 층(34) 및 (37)에 사용될 때 유용한 결과가 수득되는데, 이 경우 제 1 하이드로겔-형성 물질(34)은 하층(37)의 제 2 물질과 동일한 가압시 흡수치를 갖는다. 그러나, 상이한 물질이 사용될 수 있으며, 일부 측면에서 성능을 최적화하기 위해 특히 뇨 및 기타 유체 분비물의 코어로의 유동과 흡수를 더욱 잘 통제하기 위해 층(37)의 하이드로겔-형성 물질이 제1층(34)의 물질보다 더욱 빠른 흡수 운동을 갖는 것이 바람직할 수 있다. 이는 각각의 하이드로겔-형성 물질의 동적 팽윤 속도에 의해 측정되며, 층(34)의 제 1 하이드로겔-형성 물질의 동적 팽윤 속도는 바람직하게는 층(37)중 하이드로겔-형성 물질의 동적 팽윤 속도의 2/3 이하이고, 바람직하게는 1/3 이하이다. 이러한 차이를 제한하는 다른 방법은 하층(37)의 하이드로겔-형성 물질의 동적 팽윤 속도가 바람직하게는 상층(34)의 제 1 하이드로겔-형성 물질 동적 팽윤 속도의 1.5배 이상, 가장 바람직하게는 3배 이상이다.
특히 층(37)의 하이드로겔-형성 물질의 흡수 운동이 더욱 빠른 경우, 동적 팽윤 속도는 하이드로겔-형성 물질 1g당 1초당 뇨 0.2g(g/g/s)을 갖는 것이 바람직하다. 바람직하게는 층(37)의 하이드로겔-형성 물질의 동적 팽윤 속도는 0.3g/g/s 이상이고, 예를 들어 0.6 이하 또는 심지어 1g/g/s일 수 있다.
층(34, 37)의 하이드로겔-형성 물질은 임의의 적합한 물질 형태(예: 섬유 또는 미립자)일 수 있다. 바람직한 물질은 진 구형, 과립, 집합체, 응집체 또는 분쇄 과정에 의해 전형적으로 생산되는 불균일 형태의 입자일 수 있는 입자이다.
전술된 특성을 갖는 하이드로겔-형성 물질의 예는 독일 크레펠트 소재의 케미셰 패브릭 스톡하우젠 게엠베하(Chemische Fabrik Stockhausen GmbH)사의 Favor SX이다. 특히 GLP 값이 9×10-7㎤초/g인, 케미셰 패브릭 스톡하우젠에서 롯트 제 W51776변으로 시판되는 Favor SX P형은 층(34)에서 하이드로겔-형성 물질로서 사용하는 것이 바람직하다.
한 실시양태에서, 층(34, 37)의 하이드로겔-형성 물질은 상이한 흡수 운동을 갖고, 특히 층(37)의 하이드로겔-형성 물질은 상층(34)의 하이드로겔-형성 물질보다 빠른 흡수 운동을 가지며, 예를 들어 0.2g/g/s 이상의 동적 팽윤 속도 및/또는 바람직하게는 상층 하이드로겔-형성 물질의 동적 팽윤 속도의 1.5배 이상, 가장 바람직하게는 3배 이상의 동적 팽윤 속도를 갖는다. 하층(37)에 아래에 놓여 신속하게 흡수하는 하이드로겔-형성 물질을 제공하면 상부 조합체를 통해 하부 조합체로 뇨의 “흡입”을 조장하는 효과가 있다.
[팬티라이너]
하이드로겔-형성 입자(2)의 단일 티슈 및 단일층을 포함하는 제2도 내지 제3도에 도시된 흡수성 복합 구조체는 특히 팬티라이너의 흡수 코어로서 사용하기에 적합하다. 팬티라이너는 또한 생리 주기 사이에 사용될 수 있고 일반적으로 비교적 흡수능이 낮다(예: 5 내지 20ml). 전형적인 팬티라이너에서 하이드로겔-형성 입자의 양은 10 내지 50g/㎡ 범위이다. 팬티라이너는 일반적으로 상면시이트, 액체 불투과성 배면사이트, 및 상면시이트와 배면시이트사이에 끼워진 흡수 코어로 이루어진다. 팬티라이너에 의해 흡수되는 액체이 양이 비교적 적기 때문에, 불투과성 배면시이트는 임의로 생략될 수 있다. 팬티라이너의 가멘트-대향면에 적용되는 팬티-부착 접착제 층은 이 경우에 추가적인 유체 봉쇄를 제공한다. 팬티라이너에 대한 상세한 설명이 미국 특허 제 4,681,578 호에 제공되어 있다.
[얇은 가요성 생리대]
제2도 내지 제6도에 흡수된 복합 구조체 및 제7도와 제8도에 도시된 다층 코어는, 제9도에서 도시되고 미국 특허 제 4,950,264 호에 기재된 얇은 가요성 생리대(40)의 코어를 형성하기에 적합하다. 얇은 가요성 생리대(40)는 염수 용액 8g 이상의 시험 수용량 및 염수 용액 20g 이상의 전체 수용량을 갖는다. 시험 수용량은 염수 용액에 표면적이 66.5㎠인 생리대의 일부를 침지시키고 압지에 탈수시킨후 남은 액체 g을 측정하므로써 측정된다. 시험 수용량을 측정하는 방법은 미국 특허 제 4,950,264 호의 칼럼 13, 라인 44 내지 칼럼 14, 라인 33에 상세히 기재되어 있다. 전체 수용량은 일부를 절단한 분획 대신에 전체 생리대를 사용함으로써 시험 수용량과 동일한 방식으로 측정한다.
제9도의 흡수 코어(41)는 제3도에 도시된 바와 같은 흡수성 복합 구조체를 절첩시켜 형성된다. 이러한 절첩 공정은, 하이드로겔-형성 입자의 최상층(42)이 단층이고 기저층(44)이 두 개의 하이드로겔-형성 입자층을 포함하는 제9도에 도시된 유형의 다층 코어를 발생시킨다. 또한, 특수한 물리적 특성의 하이드로겔-형성 입자를, 최상층(42)에 상응하고 지지체 폭의 약 1/3을 포함하는 펼쳐진 지지체(43)의 영역(45)에 적용시킬 수 있다. 지지체(43) 폭의 약 2/3를 포함하며 지지체(43)의 펼쳐진 하층(47, 49)에 상응하는 영역에 상이한 유형의 하이드로겔-형성 입자를 적용시켜, 예를 들면 전술된 바와 같이 GLP치를 수득한다.
또는, 생리대의 코어는 제3도에서 도시된 바와 같이 펼쳐진 구조체를 포함한다.
얇은 가요성 생리대는 일반적으로 약 50g/㎡ 평량의 하이드로겔-형성 입자를 포함한다. 제3도에서 도시된 바와 같이 많은 흡수성 복합 구조체를 적층시키거나 또는 단일 복합 구조체를 절첩시키므로써 더욱 높은 평량을 얻을 수 있다. 생리대(40)는 코어(41)상에서 겹쳐진 습윤 적층된 티슈, 천공된 플라스틱 필름 형태의 상면시이트(50), 및 12 내지 51마이크론 캘리퍼의 가요성 폴리에틸렌 배면시이트(51)를 포함할 수 있다. 생리대(40)의 총 캘리퍼는 5㎜ 미만, 바람직하게는 3㎜ 미만이다.
본 발명의 흡수성 복합 구조체는 가요성이 높아서 300g 미만의 굴곡 저항성을 갖는 생리대를 형성하므로, 상술한 종류의 얇은 생리대에서 특히 유용하다.
굴곡 저항성은, 시험시 물질의 한 면을 볼록하게 하고 다른 면을 오목하게 하여 물질을 변형시키는 변형된 ASTM D 4032-82 원형 휘어짐 방법(Circular Bend Procedure)에서 피크 휘어짐 경직성으로 측정한다. 변형된 원형 휘어짐 방법은 모든 방향으로의 경직성을 평균화시키는 동시에 굴곡 저항성에 관한 힘값을 제공한다. 상기 방법은 미국 특허 제 4,950,264 호의 칼럼 10, 라인 55 내지 칼럼 12, 라인 16에 상세히 기재되어 있다.
또는, 흡수성 구조체의 가요성은 하기 휘어짐 시험에서 측정되는 바와 같이 gf·cm단위로 표기될 수 있다.
하기 시험에서, 지지체 및 다양한 평량의 하이드로겔-형성 물질을 포함하는 흡수성 복합 구조체의 가요성을 측정한다. 이 결과를 제10도에서 그래프로 도시한다. 본 시험에서 사용된 하이드로겔-형성 물질은 니폰 쇼쿠바이 캄파니(Nippon Shokubai Co.)에 의해 상품명 Acqualic L76lf로 제조되고, 이는 Kymene
557Plus 10중량%, 글리세롤 40중량% 및 물 50중량%를 포함하는 용액을 적용시킴으로써 지지체에 결합된다.
시험에서 1인치 × 3인치 샘플을, 일본 쿄토 니시노토인도리 시모교쿠 시오코지 아가루 히가시시오코지초 608-9 니혼세이미 쿄토 산테츠 빌딩 3층 소재의 카토 테크니칼 캄파니 리미티드(KATO Tech. Co., LTD)에서 제 KES-FB2번으로 시판하는 PURE BENDING TESTER에 놓는다. 샘플을 180° 로 굽히고 원래 위치로 복귀시키고 반대 방향으로 18° 로 굽힌다. 샘플을 굽히는데 필요한 힘 및 샘플의 이완을 컴퓨터로 측정하고 각 방향으로 총 4회 휨에 대해 기록한다. 제1 및 제3사분면에서 이력현상(hystereis) 곡선의 평균 기울기를 기록한다. 샘플의 휘어짐 모듈러스는 이력현상 곡선의 기울기에 상응하고 gf·㎠/㎝ 단위로 표기된다. 시험동안 공기 습도는 50%이고 온도는 73℉이었다.
흡수성 복합 구조체의 지지체는 더 프록터 앤드 갬블 캄파니에서 제조하는 Bounty
티슈이다.
Bounty
지지체 티슈의 가요성은 0.17gf·㎠/㎝ 이다. 제10도로부터 흡수성 복합 구조체의 가요성이 약 100g/㎠ 이하의 평량인 경우 지지체 티슈의 가요성에 밀접하게 유지되고, 더욱 높은 평량에 대해서는 증가하는 것을 볼 수 있다. 이에 대한 설명으로는 더욱 높은 평량에서, 하이드로겔-형성 입자는 육안으로 보이는 입자간 가교결합된 집합체가 형성되도록 입자간 가교결합된 결합에 의해 상호 부착된다는 것이다.
[그 밖의 양태]
제11도 내지 제14도는 하이드로겔-형성 입자가 평량을 변화시키면서 지지체(3)에 적용되는 흡수성 복합 구조체의 상면도이다. 제11도에서 중앙의 종방향 채널(52)은 종방향으로의 액체 이동을 촉진시키기 위해 형성된다. 제12도에서, 중앙의 창(53)은 복합 구조체의 주변 영역에서 흡수를 유지시키며 액체 분비물을 수용하기 위해 형성된다. 제13도에서, 하이드로겔-형성 입자의 농도는 흡수성 구조체의 정중앙 영역(55)로부터 중간 영역(56) 및 측면 가장자리(57)로 갈수록 증가한다. 제14도에서, 세로의 액체 흐름을 촉진시키는 하이드로겔-형성 입자의 많은 평행 스트립(58)이 형성된다. 이러한 구조체는 가교결합제를 지지체의 선택된 영역에만 적용시키거나 적용되는 가교결합제의 양을 변화시키고 하이드로겔-형성 입자를 지지체에 균일하게 분포시키므로써 형성될 수 있다. 하이드로겔-형성 입자가 지지층에 결합되지 않아야 하는 영역은 예를 들어 스프레이 노즐과 지지체 사이에 마스크를 사용하여 가릴 수 있다. 이는 출원인에 의해 출원되어 동시계류중인 유럽 출원(대리인 등록번호 ROI833호)에 상세히 기재되어 있다. 또는, 가교결합제를 균질하게 적용하고 하이드로겔 형성 입자를 다양한 평량 패턴의 지지체에 적층시킬 수 있다.
제15도는 구멍(61)의 패턴이 지지체(3)를 덮는 하이드로겔-형성 입자층(60)에서 개방되어 있는 양태의 사시도를 도시한다. 제16도의 양태에서, 구멍(63)은 하이드로겔-형성층(60) 및 지지체(3)를 절단하여 흡수성 복합 구조체의 가요성을 추가로 제공하고 액체 전달성을 향상시킬 수 있다.
제17도는 국제 특허 출원 제 WO92/15445호, 미국 특허 제 5,156,793 호 및 미국 특허 제 5,143,679 호에 더욱 상세히 기재된 바와 같이 서로 맞물리는 주름진 성분에 지지체(3)를 통과시키므로써(“링롤링”이라 함) 지지체에 가요성을 부여하는 다른 양태를 나타낸다. 본 발명의 흡수성 복합 구조체의 이점은 하이드로겔-형성입자(2)의 상층(60)이 실질적으로 링롤링 과정에 의해 손상되지 않는다는 것과 각 입자(2)와 지지체(3)사이의 강한 가교결합으로 인해 이들 입자가 지지체로부터 용이하게 탈착되지 않는다는 것이다.
제18도의 양태에서, 다수의 종방향 슬릿(65)이 지지체에 형성되고, 이는 슬릿에 대해 횡방향으로 지지층에 개선된 신장성 및 가요성을 부여한다.
개선된 가요성을 부여하기 위한 흡수성 셀룰로즈 발포체 구조체의 슬릿이 EP-A-0 293 208 호에 기재되어 있다. 이 기술은 본 발명의 흡수성 복합 구조체에 적용될 수 있다.
추가의 양태에서, 본 발명의 흡수성 구조체는 예를 들면, 지지체의 탄성 또는 탄성 부재의 결합에 의한 지지체의 별도 탄성화로 인해 탄성적으로 신장가능하다.
제19도는 본 발명의 복합 흡수제품의 제조 방법을 개략적으로 도시한다. 지지체(3)는 공급 롤(67)로부터 풀어져서 노즐(62) 아래를 통과한다. 가교결합제(70)를 지지층에 균일하게 또는 일정 패턴으로 분사한다. 가교결합제의 패턴은 노즐(62)과 지지체(3)사이에 놓인 마스크(69)에 의해 지지체(3)의 일정 영역을 가리므로써 얻어질 수 있다. 디스펜서(64)로부터 하이드로겔-형성 입자의 스트림(71)을 100g/㎡ 미만의 평량으로 지지체위에 침착시킨다. 닙(66)에서, 지지체(3) 및 입자는 증가된 온도 및 압력 조건하에서 가교결합제를 경화시킴으로써 결합된다. 만약 실온과 압력하에서 경화되는 가교결합제가 사용된다면, 닙(66)을 생략할 수도 있다. 마지막으로, 마무리된 흡수성 복합 구조체(4)를 저장 롤(68)상에 감는다.
흡수성 복합 구조체의 추가의 제조방법이 동시계류중인 유럽 특허출원(대리인 등록번호 ROI833)호에 기재되어 있다.
Claims (21)
- 상부면 및 하부면을 갖는 지지체, 및 지지체의 하나 이상의 표면에 화학적으로 결합된 다수의 하이드로겔-형성 중합체 입자를 포함하며, 이때 각 중합체 입자가 다수의 가교결합된 분자를 포함하고, 지지체 및 하이드로겔-형성 중합체 입자가 입자 분포를 가교결합할 수 있는 가교결합제로 연결되고, 구조체의 일부 이상에서 입자사이의 입자간 가교결합도가 입자간 가교결합된 거대구조체가 제한된 건조 용적인 10㎣ 보다 크게 형성되지 않도록 하기에 충분히 낮은 흡수성 복합 구조체.
- 제1항에 있어서, 지지체의 예정된 영역에서 하이드로겔-형성 입자중 50% 이상이 다른 하이드로겔-형성 입자와 접촉하지 않는 흡수성 복합 구조체.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 실질적으로 각 하이드로겔-형성 입자가 지지체와의 가교결합을 포함하는 흡수성 복합 구조체.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 하이드로겔-형성 입자의 평량(basis weight)이 100g/㎡ 이하인 흡수성 복합 구조체.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 지지체가 발포성 또는 섬유상 흡수성 물질을 포함하는 흡수성 복합 구조체.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 지지체가 셀룰로즈 작용기를 포함하는 흡수성 복합 구조체.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 하이드로겔-형성 입자가 음이온성 작용기, 바람직하게는 카복시기를 포함하고, 입자간 가교결합제가 양이온성 아미노-에피클로로히드린 부가물을 포함하는 흡수성 복합 구조체.
- 제7항에 있어서, 입자간 가교결합제가 Kymene를 포함하는 흡수성 복합 구조체.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 하이드로겔-형성 입자가 지지체의 반대면에 결합되는 흡수성 복합 구조체.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 하이드로겔-형성 입자 층이 사이에 포함된 둘 이상의 지지체를 포함하는 흡수성 복합 구조체.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 지지체가 서로 상이한 평량의 하이드로겔-형성 입자가 각각의 영역에 부착된 둘 이상의 영역을 갖는 흡수성 복합 구조체.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 지지체가 상이한 화학적 또는 물리적 특성을 갖는 하이드로겔-형성 입자를 포함하는 둘 이상의 영역을 포함하는 흡수성 복합 구조체.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 두 영역이 지지체의 반대면에 각각 존재하는 흡수성 복합 구조체.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 지지체가 5% 이상, 바람직하게는 10% 이상으로 신장가능한 흡수성 복합 구조체.
- 제14항에 있어서, 지지체가 탄성적으로 신장가능한 흡수성 복합 구조체.
- 제1항 또는 제2항의 흡수성 복합 구조체를 포함하는 흡수제품.
- 제16항에 있어서, 액체 투과성 상면시이트와 액체 불투과성 배면시이트를 포함하고, 흡수성 복합 구조체가 상면시이트와 배면시이트 사이에 포함되고, 300g 미만의 굴곡저항성을 갖는 흡수제품.
- 제17항에 있어서, 5㎜ 미만, 바람직하게는 3㎜ 미만의 캘리퍼(caliper)를 갖는 흡수제품.
- 상부면으로부터 아래 방향으로, 상부 포획층, 제1항 또는 제2항에 따른 흡수성 복합 구조체, 및 흡수성 겔화 물질을 포함하는 하층을 포함하고, 신체 대향 상부면을 갖는 흡수코어를 포함하는 흡수제품.
- 지지체를 제공하는 단계, 입자 분자를 가교결합시킬 수 있는 입자간 가교결합제를 지지체에 적용시키는 단계, 및 지지체에 입자를 적용시켜 흡수성 복합 구조체를 형성하는 단계를 포함하는, 제1항 또는 제2항에 따른 흡수성 복합 구조체의 제조 방법.
- 제20항에 있어서, 지지체에 입자를 적용시킨 후 흡수성 복합 구조체를 압축시키는 단계를 포함하는 방법.
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