KR100416887B1

KR100416887B1 - 개선된액체투과성을갖는흡수성구조물

Info

Publication number: KR100416887B1
Application number: KR1019970704483A
Authority: KR
Inventors: 스리람 파드마납한 안주르; 마이클 프랭클린 칼몬; 안토니 존 위스네스키
Original assignee: 킴벌리-클라크 월드와이드, 인크.
Priority date: 1994-12-29
Filing date: 1995-12-21
Publication date: 2004-03-18
Also published as: MX9704832A; US5849000A; CN1175215A; UY24139A1; GB2296511B; GB2296511A; BR9510440A; CA2209152A1; HUT77842A; EP0800410A1; FR2729298B1; PL321788A1; TR199501678A2; AU4527096A; EP0800410B1; SK86197A3; WO1996020739A1; PL181964B1; ZA9510976B; DE69532136D1

Abstract

히드로겔 형성 중합체 물질, 습윤성 스테이플 섬유, 및 습윤성 결합제 섬유를 함유하는 흡수성 구조물이 개시되어 있다. 본 발명의 흡수성 구조물은 액체의 Z-방향 투과도가 습윤성 결합제 섬유를 포함하지 않은 것 외에는 본질적으로 동일한 기타의 흡수성 구조물에 비해 개선된다. 이러한 흡수성 구조물을 포함하는 일회용 흡수 용품도 개시되어 있다.

Description

개선된 액체 투과성을 갖는 흡수성 구조물 {Absorbent Structure Having Improved Liquid Permeability}

<발명의분야>

본 발명은 일회용 흡수 용품에 사용하기에 적합한 흡수성 구조물에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 개선된 액체 취급 성능을 나타내는, 히드로겔 형성 중합체 물질, 습윤성 스테이플 섬유 및 습윤성 결합제 섬유를 포함하는 흡수성 구조물에 관한 것이다.

<관련기술의설명>

전형적으로 일회용 흡수 용품의 목적은 신체 배설물을 보유하고자 하는 것이다. 액체 신체 배설물을 보유하기 위해서, 흡수 용품 내의 흡수성 구조물은 일반적으로 우선 흡수 용품 내에 액체를 흡수시킨 후에 흡수 용품 내에 액체를 분포시키고 이어서 흡수 용품 내에 액체를 유지시킨다.

일반적으로는, 대략, 액체가 흡수 용품으로 공급되는 속도로 흡수성 구조물이 액체를 흡수하는 것이 중요한데, 그렇지 못할 경우에는 액체가 흡수성 구조물의 표면에서 흘러나와 흡수성 구조물은 액체를 흡수 용품 내에 분포 및 보유할 수 없게 된다. 즉, 흡수성 구조물이 액체를 흡수하는 속도가 액체가 흡수 용품으로 공급되는 속도보다 더 작으면, 액체가 흡수 용품으로부터 샐 가능성이 있다.

또한, 흡수성 구조물에 의한 흡수 용품 내로의 액체의 분포가 적당하지 않으면, 흡수성 구조물의 이용 효율이 떨어질 것이다. 전형적으로, 시중에서 구입할 수 있는 흡수 용품은 과량의 절대적 액체 포화 유지 용량을 갖도록 고안된다. 따라서, 흡수 용품 내의 흡수성 구조물은 충분하게 이용되지 않는 경우가 종종 있다. 흡수성 물질에 의한 액체의 분포 효율이 증가하면, 잠재적으로, 동량의 흡수성 구조물을 사용했을 때에 흡수 용품에 대한 실제 액체 포화도가 더 커지거나, 또는 더 적은 양의 흡수성 구조물을 사용하여도 액체 누출의 증가 없이 흡수 용품 내에 동일한 실제 액체 포화도를 달성할 수 있게 된다. 전형적으로, 더 적은 양의 흡수성 구조물을 사용하여 흡수 용품 내에 동일한 실제 액체 포화도를 달성한다면 환경에 버려지는 흡수 용품이 더 적어지게 될 것이다.

흡수 용품에 사용되기에 적합한 흡수성 구조물은 일반적으로 잘 알려져 있다. 본래는, 분쇄된 목재 펄프 플러프의 배트(batt)와 같이 완전히 목재 펄프 플러프로부터 얻어진 흡수성 섬유 매트릭스를 포함하는 흡수성 구조물을 제조하는 것이 일반적인 관행이었다. 목재 펄프 플러프에 의해 흡수되는 액체의 양(목재 펄프 플러프 기재의 그람 당 흡수되는 액체의 그람수)이 비교적 소량이면, 비교적 다량의 목재 펄프 플러프를 사용하여야 하고, 따라서 비교적 크고 두꺼운 흡수성 구조물을 사용하여야 한다.

상기 흡수성 구조물의 흡수 용량을 향상시키기 위해서, 흡수성 구조물 내에 히드로겔 형성 중합체 물질을 도입하는 것이 통상적이다. 이러한 히드로겔 형성중합체 물질은 일반적으로 그 중량의 약 10배 이상의 물을 흡수할 수 있다. 히드로겔 형성 중합체 물질은 일반적으로 목재 펄프 플러프보다 더 높은 액체 흡수 용량(기재 그람 당 그람)을 갖고 있기 때문에, 상기 흡수성 구조물 내에 히드로겔 형성 중합체 물질을 도입하면 목재 펄프 플러프의 사용량을 더 줄일 수 있다. 또한, 이러한 히드로겔 형성 중합체 물질은 일반적으로 목재 펄프 플러프보다 압력에 대해 덜 민감하다. 따라서, 히드로겔 형성 중합체 물질을 사용하면 일반적으로 보다 더 작고 얇은 흡수 용품을 제조 및 사용할 수 있게 된다.

히드로겔 형성 중합체 물질 및 섬유 (본질적으로 목재 펄프 플러프 섬유)를 포함하는 공지된 흡수성 구조물이 갖는 문제점은 지나치게 많은 액체로 습윤되었을 때에 흡수성 구조물이 붕괴되어 액체가 흡수성 구조물을 통해 흐르는 것을 방해한다는 것이다. 더욱이, 이러한 공지된 흡수성 구조물은 일반적으로 습윤시에 일체성이 불량해져서 흡수성 구조물이 습윤시 쪼개지기 쉬워지고 티슈 랩 시이트와 같은 밀폐용 재료를 사용하지 않고서는 흡수성 구조물을 별도로 취급하기가 어렵게 된다.

<발명의개요>

히드로겔 형성 중합체 물질을 비교적 고농축으로 함유하면서 공지된 흡수성 구조물의 성능 특성에 필적하거나 또는 그를 능가하는 흡수성 구조물을 제조하고자 하는 것이 목적이다. 또한, 전형적으로 사용 중에 가해지는 압력 하에서 배출된 액체를 신속하게 흡수할 수 있고 전형적으로 사용 중에 가해지는 압력 하에서 흡수된 액체를 보유할 수 있는 흡수성 구조물을 제조하고자 하는 것이 목적이다. 또한, 습윤시에 그의 일체성을 실질적으로 유지하고 그의 액체 취급 성능을 실질적으로 유지하거나 또는 개선시킨 흡수성 구조물을 제조하고자 하는 것이 목적이다.

상기 및 기타 관련된 목적은 습윤성 결합제 섬유를 포함하지 않은 것 외에는 본질적으로 동일한 기타의 흡수성 구조물에 비해 개선된 Z-방향 투과도를 갖는, 히드로겔 형성 중합체 물질, 습윤성 스테이플 섬유 및 습윤성 결합제 섬유를 포함하는 흡수성 구조물에 의해 달성된다.

본 발명의 한 실시 태양에서, 흡수성 구조물은 약 20 내지 약 65 중량%의 히드로겔 형성 중합체 물질, 약 25 내지 약 70 중량%의 습윤성 스테이플 섬유 및 약 7 중량% 초과 약 40 중량% 이하의 습윤성 결합제 섬유를 포함한다(여기서, 모든 중량%는 흡수성 구조물 내의 히드로겔 형성 중합체 물질, 습윤성 스테이플 섬유 및 습윤성 결합제 섬유의 총 중량을 기준으로 함). 흡수성 구조물은 60% 포화도에서의 Z-방향 투과도가 30% 포화도에서의 흡수성 구조물의 Z-방향 투과도 이상이다. 흡수성 구조물은 또한 60% 포화도에서의 Z-방향 투과도가 약 50 다르시(Darcy)보다 크다.

다른 측면에 있어서는, 비교적 부피가 작고 고농도의 히드로겔 형성 중합체 물질을 함유하는 흡수성 구조물을 사용한 유아용 기저귀와 같은 얇은 일회용 흡수 용품을 제공하는 것이 바람직하다. 또한, 비교적 적은 부피 및 비교적 큰 용량을 갖는 일회용 흡수 용품을 제공하는 것이 바람직하다.

한 실시 태양에 있어서, 상기 목적들은 액체 투과성 표면 시이트, 배면 시이트, 및 표면 시이트와 배면 시이트 사이에 위치하는 본 발명의 흡수성 구조물을 포함하는 일회용 흡수 용품에 의해 달성된다.

도 1은 본 발명에 따른 일회용 흡수 용품의 한 실시 태양의 사시도이다.

도 2는 흡수성 구조물의 액체 포화 보유 용량을 측정하는 데 사용되는 장치를 도시한 도면이다.

한 측면에서, 본 발명은 개선된 소정의 액체 취급 특성을 갖는 일회용 흡수 용품에 사용할 수 있는 흡수성 구조물에 관한 것이며, 상기 특성은 본 발명의 흡수성 구조물을 제조하는 데 사용되는 히드로겔 형성 중합체 물질, 습윤성 스테이플 섬유 및 습윤성 결합제 섬유의 주의깊은 선택 및 사용에 의해 달성될 수 있다.

본 명세서에서 사용되는 "히드로겔 형성 중합체 물질"은 통상적으로 초흡수성 물질이라 불리우는 고흡수성 물질을 의미한다. 이러한 고흡수성 물질은 일반적으로 합성뇨, 0.9 중량% 염수 수용액, 또는 월경액, 뇨 또는 혈액 등의 체액과 같은 액체를 히드로겔 형성 중합체 물질이 사용되는 조건에서 히드로겔 형성 중합체 물질의 적어도 약 10배, 적합하게는 약 20배, 및 약 100배까지 흡수할 수 있다. 전형적인 조건은 예를 들면 약 0 ℃ 내지 약 100 ℃의 온도 및 적합하게는 주위 조건, 예를 들면 약 23 ℃ 및 약 30 내지 약 60%의 상대 습도가 포함된다. 액체의 흡수 시에, 전형적으로 히드로겔 형성 중합체 물질은 팽윤되어 히드로겔을 형성한다.

히드로겔 형성 중합체 물질은 아가, 펙틴, 구아 검과 같은 천연 물질 및 합성 히드로겔 중합체와 같은 합성 물질을 포함할 수 있는 유기 히드로겔 물질로부터 형성될 수 있다. 합성 히드로겔 중합체의 예로는 카르복시메틸 셀룰로오즈, 폴리아크릴산의 알칼리 금속염, 폴리아크릴아미드, 폴리비닐 알코올, 에틸렌 말산 무수물 공중합체, 폴리비닐 에테르, 히드록시프로필 셀룰로오즈, 폴리비닐 모르폴리논, 비닐 술폰산의 중합체 및 공중합체, 폴리아크릴레이트, 폴리아크릴아미드, 및 폴리비닐 피리딘을 들 수 있다. 다른 적합한 히드로겔 중합체로는 가수분해된 아크릴로니트릴 그라프트 전분, 아크릴산 그라프트 전분, 및 이소부틸렌 말산 무수물 공중합체 및 이들의 혼합물이 포함된다. 히드로겔 중합체는 그 물질이 실질적으로 수불용성이면서 수팽윤성이 되도록 약하게 가교결합되어 있는 것이 바람직하다. 가교결합은 예를 들면 조사 또는 공유, 이온, 반 데르 발스 또는 수소 결합에 의해 이루어질 수 있다. 전형적으로, 적합한 히드로겔 형성 중합체 물질은 다우 케미칼 캄파니(The Dow Chemical Company), 훽스트 셀라네즈(Hoechst Celanese), 얼라이드 콜로이즈 리미티드(Allied Colloids Limited), 또는 스톡하우센, 인크.(Stockhausen, Inc.)와 같은 여러 판매사로부터 구입할 수 있다.

본 발명의 흡수성 구조물 또는 흡수 용품에 사용되는 히드로겔 형성 중합체 물질은 적합하게는 가해진 하중 하에 액체를 흡수할 수 있어야 한다. 이 용도의 목적상, 히드로겔 형성 중합체 물질이 가해진 하중 하에서 액체를 흡수하는 능력 및 그에 따라 기능을 수행하는 능력은 하중하 흡수치(AUL)로서 측정된다. AUL 값은 히드로겔 형성 중합체 물질이 약 0.3 파운드/인치²(대략 2.0 kPa)의 하중 하에서, 가해진 하중 하에 정상 평면으로부터 팽윤되지 않도록 하면서 약 60 분 내에 히드로겔 형성 중합체 물질 그람 당 흡수할 수 있는 0.9 중량% 염화나트륨 수용액의 양 (단위: 그람)으로서 표시된다. 본 발명의 흡수성 구조물에 사용되는 히드로겔 형성 중합체 물질은 히드로겔 형성 중합체 물질 그람 당 약 15 g 이상, 더욱 적합하게는 약 20 g 이상, 및 약 50 g 이하의 액체인 AUL 값을 나타낸다. AUL 값을 측정할 수 있는 방법은 예를 들면 본 명세서에서 참조 문헌으로 인용하는 미국 특허 출원 제5,149,335호 또는 동 제5,247,072호에 상세히 설명되어 있다.

적합하게, 히드로겔 형성 중합체 물질은 미국 재료 시험 단체 (American Society for Testing and Materials, ASTM) 시험 방법 D-1921에 따른 체 분석법에 의해 측정하였을 때에, 팽윤되지 않은 상태에서 최대 단면 직경이 약 50 ㎛ 내지 약 1000 ㎛, 바람직하게는 약 100 ㎛ 내지 약 800 ㎛ 범위인 입자 형태를 갖는다. 상술한 범위 내의 히드로겔 형성 중합체 물질의 입자는 고형 입자, 다공성 입자를 포함할 수 있거나, 또는 상술한 크기 범위 내의 입자로 응집된 보다 작은 다수의 입자를 포함하는 응집된 입자일 수 있다.

전형적으로, 히드로겔 형성 중합체 물질은 본 발명의 흡수성 구조물 또는 흡수 용품이 흡수성 구조물 또는 흡수 용품 내에 소정량의 액체를 흡수할 수 있고, 흡수성 구조물이 소정의 흡수 특성을 나타내는 데 효과적인 양으로 존재한다. 이처럼, 히드로겔 형성 중합체 물질은 흡수성 구조물이 소정의 흡수 특성을 나타내도록 흡수성 구조물 내에 최소량보다 많은 양으로 존재해야 한다. 그러나, 히드로겔 형성 중합체 물질은 흡수성 구조물이 흡수성 구조물의 흡수 특성에 바람직하지 못한 영향을 미칠 수 있는 팽윤된 히드로겔 형성 중합체 물질에 의해 겔 블로킹(blocking)을 경험하지 않도록 흡수성 구조물 내에 과량보다 적은 양으로 존재해야 한다.

따라서, 히드로겔 형성 중합체 물질은 본 발명의 흡수성 구조물 내에 흡수성 구조물 내의 히드로겔 형성 중합체 물질, 습윤성 스테이플 섬유 및 습윤성 결합제 섬유의 총 중량을 기준으로 하여 약 20 내지 약 65 중량%, 적합하게는 약 25 내지 약 60 중량%, 보다 적합하게는 약 30 내지 약 55 중량%의 양으로 존재하는 것이 바람직하다.

본 발명의 흡수성 구조물 내에 존재하는 히드로겔 형성 중합체 물질은 고농축으로 존재할 수 있기 때문에, 본 발명의 흡수성 구조물은 비교적 얇고 경량이며 비교적 작은 부피를 갖고 서로 여전히 바람직한 방식으로 작용할 수 있다.

본 명세서에 사용되는 "스테이플 섬유"란 용어는 천연 섬유 또는 예를 들면 제조 필라멘트로부터 절단된 길이를 의미한다. 이러한 스테이플 섬유는 본 발명의 흡수성 구조물 내에서 액체의 일시적 저장소 및 액체 분포용 도관으로서 작용하도록 의도된다.

바람직하게, 본 발명의 흡수성 구조물에 사용되는 스테이플 섬유는 약 0.1 내지 약 15 ㎝, 적합하게는 약 0.2 내지 약 7 ㎝ 범위의 길이를 갖는다. 이러한 크기 특성을 갖는 스테이플 섬유는 습윤성 결합제 섬유 및 히드로겔 형성 중합체 물질과 조합될 때에 소정의 벌크, 개선된 액체 흡수, 액체 분포 및 강도 특성, 및(또는) 소정의 가요성 및 탄성 특성을 본 발명의 흡수성 구조물에 부여하도록 돕는다.

본 명세서에 사용되는 "습윤성"이란 용어는 90°미만의 공기 접촉각에서 물, 합성뇨, 또는 0.9 중량% 염수 수용액과 같은 액체를 드러내는 섬유를 의미한다. 본 명세서에 사용되는 접촉각은 예를 들면 로버트 제이. 굿(Robert J. Good) 및 로버트 제이. 스트롬버그(Robert J. Stromberg)의 문헌 ["Surface and Colloid Science - Experimental Methods", 제11권, Plenum Press, 1979]에 설명된 바와 같이 측정될 수 있다. 적합하게, 습윤성 섬유란 약 0 ℃ 내지 약 100 ℃, 적합하게는 주위 조건(예: 약 23 ℃의 온도)에서 90°미만의 공기 접촉각에서 합성뇨를 드러내는 섬유를 의미한다.

적합한 습윤성 섬유는 본질적으로 습윤성인 섬유로부터 형성되거나, 또는 친수성 섬유가 되도록 표면 처리한 본질적으로 소수성인 섬유로부터 형성될 수 있다. 표면 처리된 섬유를 사용하는 경우에 표면 처리는 일시적이지 않은 것이 바람직하다. 즉, 표면 처리는 처음의 액체 배설 또는 접촉시 섬유의 표면으로부터 씻겨 나가지 않는 것이 바람직하다. 이 용도의 목적상, 일반적으로 소수성 중합체 상의 표면 처리는 3회의 연속적 접촉각 측정 (각 측정 사이에는 건조시킴)에 대하여 대부분의 섬유가 90°미만의 공기 접촉각에서 액체를 드러낼 때에 일시적이지 않은 것으로 여긴다. 즉, 동일한 섬유를 3회의 별도의 접촉각 측정을 행하고, 3개의 접촉각 측정치가 모두 90°미만의 공기 접촉각에서 액체를 드러내는 경우에 섬유 상의 표면 처리는 일시적이지 않은 것으로 여긴다. 표면 처리가 일시적인 경우, 표면 처리는 최초의 접촉각 측정 중에 섬유로부터 씻겨져 나가서 기초 섬유의 소수성표면에 노출되며, 90°보다 큰 연속 접촉각 측정치를 나타낼 것이다.

표면 처리를 사용하는 경우에, 표면 처리는 처리될 섬유의 양을 기준으로 하여 적합하게는 약 5 중량% 미만, 더욱 적합하게는 약 3 중량% 미만, 가장 적합하게는 약 2 중량% 미만의 양으로 사용된다.

본 명세서에 사용되는 "섬유" 또는 "섬유상"이란 용어는 직경에 대한 길이의 비가 약 10보다 큰 입자 물질을 의미한다. 반대로, "비섬유"또는 "비섬유상"이란 용어는 직경에 대한 길이의 비가 약 10 이하인 입자 물질을 의미한다.

광범위한 스테이플 섬유 재료가 본 발명의 흡수성 구조물에 사용될 수 있다. 본 발명에 유용한 스테이플 섬유는 천연 또는 합성 재료로부터 형성될 수 있으며, 목재 펄프 섬유 및 개질된 셀룰로오즈 섬유와 같은 셀룰로오즈 섬유, 면 또는 레이온과 같은 방직(textile) 섬유, 및 실직적으로 비흡수성인 합성 중합체 섬유를 포함할 수 있다.

구입가능성 및 비용의 관점에서, 본 발명의 흡수성 구조물의 스테이플 섬유 성분으로는 셀룰로오즈 섬유를 사용하는 것이 종종 바람직하다. 가장 바람직한 것은 목재 펄프 섬유이다. 그러나, 면 섬유와 같은 다른 셀룰로오즈 섬유 재료도 스테이플 섬유로서 사용될 수 있다.

본 발명에 사용되는 스테이플 섬유는 생성된 흡수 용품이 사용되는 중에 흡수성 구조물에 소정의 탄성, 및 다발화에 대한 저항성을 부여하도록 크림핑(crimped)될 수도 있다. 크림핑된 스테이플 섬유는 그의 길이를 따라 연속적 파형, 곡선형 또는 톱니형 특성을 갖는 것들이다. 이러한 종류의 섬유 크림핑은 본 명세서에서 참조 문헌으로 인용하는 미국 특허 출원 제4118531호에 더욱 상세히 기재되어 있다.

습윤성 스테이플 섬유는 본 발명의 흡수성 구조물 내에, 임의의 습윤성 결합제 섬유를 포함하지 않는 것 외에는 본질적으로 동일한 기타의 흡수성 구조물에 비해서 본 명세서에 기재된 소정의 흡수 특성들이 소정의 개선된 흡수성 구조물을 제공하는 데에 효과적인 양으로 존재하여야 한다.

이처럼, 습윤성 스테이플 섬유는 흡수성 구조물이 액체로 포화되었을 때에 흡수성 구조물이 바람직하지 못한 일체성 손실 또는 바람직하지 못한 구조물 붕괴를 경험하지 않도록 흡수성 구조물 내에 과량보다 적은 양으로 존재해야 한다. 또한, 히드로겔 형성 중합체 물질은 흡수성 구조물이 소정의 흡수 특성을 나타내도록 흡수성 구조물 내에 최소량보다 많은 양으로 존재해야 한다.

따라서, 습윤성 스테이플 섬유는 본 발명의 흡수성 구조물 내에 약 25 내지 약 70 중량%, 적합하게는 약 30 내지 약 65 중량%, 보다 적합하게는 약 35 내지 약 60 중량%의 양으로 존재하는 것이 바람직하다(여기서, 모든 중량%는 흡수성 구조물 내의 습윤성 스테이플 섬유, 히드로겔 형성 중합체 물질 및 습윤성 결합제 섬유의 총 중량을 기준으로 함).

본 명세서에 사용되는 "임의의 습윤성 결합제 섬유를 포함하지 않는 것 외에는 본질적으로 동일한 기타의 흡수성 구조물" 및 기타 유사한 용어는 본 발명의 흡수성 구조물과 본질적으로 동일한 재료들 및 본질적으로 동일한 방법을 사용하여 제조되나, 단 본 명세서에 기재된 습윤성 결합제 섬유를 포함하지 않거나, 또는 이를 사용하지 않고 제조되고 그 대신에 본 발명의 흡수성 구조물 내에 사용된 습윤성 결합제 섬유의 양과 본질적으로 동일한 양의 습윤성 스테이플 섬유를 추가로 포함하는 대조용 흡수성 구조물을 의미한다. 이처럼, 임의의 습윤성 결합제 섬유를 포함하지 않는 것 외에는 본질적으로 동일한 기타의 흡수성 구조물 및 본 발명의 흡수성 구조물은 일반적으로 본질적으로 동일한 기본 중량을 가질 것이다. 습윤성 결합제 섬유를 포함하지 않은 결과, 습윤성 결합제 섬유를 포함하지 않는 것 외에는 본질적으로 동일한 기타의 흡수성 구조물은 본 발명의 흡수성 구조물에 비해서 본 명세서에 기재된 소정의 흡수 특성을 나타내지 않을 것이다.

본 명세서에 기재된 "결합제 섬유"란 용어는 본 발명의 흡수성 구조물 내에서 결합제 섬유가 최종 형태를 가질 때에 복합 웹을 형성하도록 작용하는 섬유를 의미한다. 이처럼, 결합제 섬유는 복합 웹을 형성하기 위하여 몇몇 방식으로 상호 작용한다. 결합제 섬유의 이러한 상호 작용은 얽힘 또는 접착 상호 작용의 형태를 갖는데 이로써 결합제 섬유는 예컨대 결합제 섬유를 그의 연화점 온도 이상으로 가열하고 결합제 섬유를 서로 접촉시켜서 접착 결합을 형성함으로써 처리된다. 이러한 방식으로 일단 처리되면, 결합제 섬유는 이들의 원래 형태로 되돌아 올 수 없다. 이는 본 발명의 흡수성 구조물 내에서 결합제 섬유에 의해 접착되더라도 실질적으로 자신의 개별적 형태를 유지하는 스테이플 섬유 및 히드로겔 형성 중합체 물질와는 대조적인 것이다.

결합제 섬유는 일반적으로 섬유로 압출될 수 있는 임의의 열가소성 조성물로부터 제조될 수 있다. 상기 열가소성 조성물의 예로는 폴리프로필렌, 폴리에틸렌,폴리부텐, 폴리이소프렌과 같은 폴리올레핀 및 이들의 공중합체; 폴리에틸렌 테레프탈레이트와 같은 폴리에스테르; 나일론과 같은 폴리아미드; 및 이들과 기타 열가소성 중합체의 공중합체 및 배합물을 들 수 있다.

본 발명에 적합한 결합제 섬유는 친수성 폴리프로필렌 재료로부터 형성된 멜트블로운 섬유를 포함한다. 전형적으로, 이러한 멜트블로운 섬유는 액화 또는 용융된 섬유 형성 공중합체를 다이 내의 오리피스를 통해 고속 기체 스트림 중으로 압출시켜서 제조한 매우 미세한 섬유이다. 섬유는 기체상 스트림에 의해 가늘게 된 후 고체화된다. 고체화된 결합제 섬유의 생성 스트림은 예를 들면 기체상 스트림 내에 배치된 스크린 위에 얽힌 점착성 섬유상 덩어리로서 모아질 수 있다. 상기 얽힌 섬유상 덩어리는 결합제 섬유의 과도한 얽힘을 특징으로 한다. 상기 얽힘은 생성된 웹 구조물에 점착성 및 강도를 제공한다. 상기 얽힘은 또한, 웹 구조물을 형성하는 중에 또는 형성한 후에 스테이플 섬유 및 히드로겔 형성 중합체 물질을 웹 구조물 내에 혼입시킨 후 웹 구조물이 스테이플 섬유 및 히드로겔 형성 중합체 물질을 구조물 내에 속박 또는 포획하도록 한다. 결합제 섬유는 충분히 얽혀져 있어서 일반적으로는 하나의 완전한 결합제 섬유가 결합제 섬유들의 덩어리로부터 떨어져 나가거나, 또는 하나의 결합제 섬유를 처음부터 끝까지 트레이스(trace)하는 것이 불가능하다.

본 명세서에 사용되는 웹 구조물 내의 스테이플 섬유 및 히드로겔 형성 중합체 물질의 속박 또는 포획이란 스테이플 섬유 및 히드로겔 형성 중합체 물질이 실질적으로 고정되어 있어서 웹 구조물의 내부 또는 외부를 사실상 자유롭게 이동 또는 이전하지 못한다는 것을 의미한다. 이러한 속박 또는 포획은 예를 들면 접착 수단 또는 웹 구조물의 결합제 섬유의 얽힘에 의해 달성될 수 있다.

본 발명에 사용되는 결합제 섬유는 원형일 수 있으나, 타원형, 직사각형, 삼각형 또는 멀티-로브형(multi-lobal)과 같은 다른 단면 외형을 가질 수도 있다.

적합하게, 예를 들면 폴리프로필렌 성분 이외에 친수성 폴리프로필렌 물질은 또한 일반적으로 친수화 중합체 성분도 포함할 것이다. 폴리프로필렌 성분과 중합될 수 있으며 생성된 공중합체 물질을 친수화시켜서 본 발명의 정의에 따른 습윤성이 되도록 할 수 있는 임의의 중합체 성분이 본 발명에 사용되기에 적합하다.

섬유 형성 친수성 폴리프로필렌 공중합체 물질은 그의 폴리프로필렌 및 친수화 중합체 성분 각각으로부터 제조되는 블록 또는 그라프트 공중합체일 수 있다. 블록 및 그라프트 공중합체의 제조 방법은 모두 일반적으로 당업계에 공지되어 있다. 본 발명에서 섬유에 유용한 공중합체가 블록 공중합체인지 아니면 그라프트 공중합체인지는 공중합체를 형성하는 데 사용되는 친수화 중합체 성분의 특정 성질에 따라 달라질 것이다.

습윤성 결합제 섬유는 본 발명의 흡수성 구조물에 충분한 지지체 또는 벌크를 제공하고 습윤성 스테이플 섬유 및 히드로겔 형성 중합체 물질을 효과적으로 속박 또는 포획하며, 습윤성 결합제 섬유를 포함하지 않는 것 외에는 본질적으로 동일한 기타의 흡수성 구조물에 비해서 흡수 특성이 목적하는 만큼 개선된 흡수성 구조물을 제공하는 데 효과적인 양으로 흡수성 구조물 내에 존재한다.

이처럼, 습윤성 결합제 섬유는 흡수성 구조물이 액체로 포화되었을 때에 흡수성 구조물이 바람직하지 못한 일체성 손실 또는 바람직하지 못한 구조물 붕괴를 경험하지 않도록 흡수성 구조물 내에 최소량보다 더 많은 양으로 존재해야 한다. 그러나, 습윤성 결합제 섬유는 흡수성 구조물이 액체로 포화되었을 때에 습윤성 결합제 섬유가 히드로겔 형성 중합체 물질이 팽윤되는 것을 바람직하지 못하게 막거나, 또는 흡수성 구조물의 흡수 특성에 바람직하지 못한 영향을 주지 못하도록 흡수성 구조물 내에 과량보다 더 적은 양으로 존재해야 한다.

따라서, 습윤성 결합제 섬유는 바람직하게는 본 발명의 흡수성 구조물 내에 약 7 내지 약 40 중량%, 적합하게는 약 8 내지 약 35 중량%, 및 보다 적합하게는 약 10 내지 약 30 중량%의 양으로 존재하는 것이 바람직하다(여기서, 모든 중량%는 흡수성 구조물 내의 습윤성 스테이플 섬유, 히드로겔 형성 중합체 물질 및 습윤성 결합제 섬유의 총 중량을 기준으로 함).

본 발명의 흡수성 구조물은 바람직하게는 습윤성 결합제 섬유를 포함하는 섬유상 매트릭스를 포함하며, 여기서 섬유상 매트릭스는 습윤성 스테이플 섬유 및 히드로겔 형성 중합체 물질을 속박 또는 포획한다.

섬유상 매트릭스는 스펀본드 또는 멜트블로운법, 카딩법, 습식-레이드(wet-laid)법에 의해, 또는 섬유상 매트릭스 제조를 위해 당업자들에게 공지되어 있는 본질적으로 임의의 다른 수단을 통하여 에어-레잉(air-laying) 섬유에 의해 형성될 수 있다.

히드로겔 형성 중합체 물질 및 습윤성 스테이플 섬유를 섬유상 매트릭스에 혼입시키는 방법은 당업자들에게 공지되어 있다. 적합한 방법으로는 매트릭스를형성하는 중에 섬유상 매트릭스의 섬유들과 히드로겔 형성 중합체 물질 및(또는) 습윤성 스테이플 섬유를 동시에 에어 레잉시키거나, 또는 섬유상 매트릭스의 섬유들과 히드로겔 형성 중합체 물질 및(또는) 습윤성 스테이플 섬유를 동시에 습식-레잉시키는 등에 의해 히드로겔 형성 중합체 물질 및 습윤성 스테이플 섬유를 매트릭스에 혼입시키는 방법이 있다. 별법으로는, 섬유상 매트릭스를 형성한 후에 히드로겔 형성 중합체 물질 및(또는) 습윤성 스테이플 섬유를 섬유상 매트릭스에 도포할 수도 있다. 다른 방법으로는 히드로겔 형성 중합체 물질을 2개의 재료 시이트 (이들 중 적어도 하나는 섬유상이며 액체 투과성임) 사이에 삽입시키는 방법이 있다. 히드로겔 형성 중합체 물질은 일반적으로 2개의 재료 시이트 사이에 균일하게 위치하거나, 또는 2개의 시이트에 의해 형성된 불연속적 포켓 내에 위치할 수 있다. 습윤성 스테이플 섬유는 일반적으로 섬유상 매트릭스 내에 균일하게 분포되는 것이 바람직하다. 그러나, 습윤성 스테이플 섬유는 흡수성 구조물의 Z-방향 액체 투과성에서 소정의 개선이 여전히 달성되는 한 불균일하게 분포될 수도 있다.

섬유상 매트릭스는 일체로 형성된 단일의 층 형태이거나, 또는 복수개의 층들을 포함하는 복합체 형태일 수 있다. 섬유상 매트릭스가 복수개의 층들을 포함하는 경우에, 층들은 서로 액체가 통과될 수 있어서 하나의 섬유상 층 내에 존재하는 액체가 다른 섬유상 층으로 흐르거나 이동할 수 있는 것이 바람직하다. 예를 들면, 섬유상 층들은 당업자들에게 공지되어 있는 셀룰로오즈 티슈 랩 시이트에 의해 분리될 수 있다.

히드로겔 형성 중합체 물질은 일반적으로 균일한 방식으로 개개의 층 내에분포되거나, 또는 층 또는 다른 불균일 분포로서 섬유상 층 내에 존재할 수 있다.

섬유상 매트릭스가 일체로 형성된 단일의 층을 포함하는 경우, 히드로겔 형성 중합체 물질의 농도는 섬유상 매트릭스의 두께를 따라서 점진적인 비계단식 방식으로, 또는 보다 계단식인 방식으로 증가할 수 있다. 유사하게, 밀도도 두께를 통해 비계단식 방식 또는 계단식 방식으로 감소될 수 있다.

본 발명의 흡수성 구조물은 일반적으로 흡수성 구조물이 본 명세서에 기재된 바와 같은 소정의 흡수 특성을 나타내는 한 임의의 크기 또는 치수를 가질 수 있다. 전형적으로, 흡수성 구조물은 약 6 ㎝의 폭, 약 6 ㎝의 길이 및 약 0.5 ㎝의 깊이와 같이 약 18 ㎤이상의 부피를 가질 것이다. 적합하게, 흡수성 구조물은 약 10 ㎝의 폭, 약 6 ㎝의 길이 및 약 1 ㎝의 깊이와 같이 약 60 ㎤ 이상의 부피를 가질 것이다.

본 발명의 흡수성 구조물은 다른 흡수성 구조물과 함께 사용 또는 조합될 수 있는데, 여기서 본 발명의 흡수성 구조물은 보다 큰 복합 흡수성 구조물 내의 별도의 층 또는 개별적 대역 또는 면적으로서 사용된다. 본 발명의 흡수성 구조물은 접착제를 사용하거나 또는 단순히 상이한 구조물들을 함께 적층시키고 예를 들면 티슈 시이트를 사용하여 복합 구조물을 함께 유지시키는 방법과 같이 당업자들에게 잘 알려진 방법에 의해 다른 흡수성 구조물과 조합될 수 있다.

본 발명에 따른 흡수성 구조물은 물, 염수 및 합성뇨, 및 뇨, 월경액 및 혈액 등의 체액과 같은 각종 액체를 흡수하는 데에 적합하고, 기저귀, 성인용 실금용품 및 침대 패드와 같은 일회용 흡수 용품; 생리대 및 탐폰과 같은 생리 용품; 및 와이프, 턱받이, 상처용 붕대 및 수술용 캡 또는 드레이프와 같은 기타 일회용 흡수 용품에 사용하는 데에 적합하다. 따라서, 다른 측면에 있어서 본 발명은 본 명세서에 기재된 바와 같은 흡수성 구조물을 포함하는 일회용 흡수 용품에 관한 것이다.

일회용 흡수 용품에 상술된 흡수성 구조물을 사용하면 배출된 액체를 신속하게 수용하면서 여전히 얇은 일회용 흡수 용품을 제공할 수 있다.

본 발명의 한 실시 태양에서는, 액체 투과성 표면 시이트, 표면 시이트에 부착된 배면 시이트, 및 표면 시이트와 배면 시이트 사이에 위치하는 흡수성 구조물을 포함하는 일회용 흡수 용품이 제공된다.

본 발명의 한 실시 태양을 유아용 기저귀 내의 흡수성 구조물을 이용하여 설명하겠으나, 흡수성 구조물은 당업자에게 공지되어 있는 다른 일회용 흡수 용품에 사용하는 데에도 마찬가지로 적합하다는 것을 이해해야 한다.

이제 도면으로 돌아와서, 도 1은 본 발명의 한 실시 태양에 따른 일회용 기저귀 (11)을 예시한다. 일회용 기저귀 (11)은 배면 시이트 (12), 표면 시이트 (14), 및 배면 시이트 (12)와 표면 시이트 (14) 사이에 위치하는 흡수성 구조물 (16)을 포함한다. 흡수성 구조물 (16)은 본 발명에 따른 흡수성 구조물이다.

당업자들은 표면 시이트 및 배면 시이트로서 사용하기에 적합한 재료들을 인식할 것이다. 표면 시이트로서 사용하기에 적합한 재료의 예로는 기본 중량이 약 15 내지 약 25 g/㎡인 스펀본디드 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌과 같은 액체 투과성 재료를 들 수 있다. 배면 시이트로서 사용하기에 적합한 재료의 예로는 폴리올레핀 필름과 같은 액체 불투과성 재료 및 미공성 폴리올레핀 필름과 같은 증기 투과성 재료를 들 수 있다. 본 발명의 모든 측면에 따른 흡수 용품 및 구조물은 일반적으로 사용 중에 체액의 배설을 수차례 겪게 된다. 따라서, 흡수 용품 및 구조물은 흡수 용품 및 구조물이 사용 중에 노출될 수회의 체액 배설물의 양을 흡수할 수 있는 것이 바람직하다. 배설은 일반적으로 일정 시간에 의해 서로 분리된다.

섬유를 포함하는 흡수성 구조물은 일반적으로 섬유들 사이에 흡수성 구조물과 접촉된 액체를 흡수, 분포 및 저장하는 데 사용되는 공극 또는 모세관을 갖는다.

그러나, 목재 펄프 플러프 섬유와 같은 각종 스테이플 섬유는 별로 뻣뻣하지 않으며 액체로 습윤되었을 때에 매우 양호한 탄성 또는 일체성을 갖는다. 목재 펄프 섬유와 같은 스테이플 섬유를 주성분으로 하는 섬유를 포함한 흡수성 구조물은 액체로 충분히 포화되었을 때에 일반적으로 가요성이 커지며 두께가 보다 작고 밀도가 보다 큰 구조물로 붕괴되는 것으로 밝혀졌다. 이러한 흡수성 구조물의 붕괴는 일반적으로 스테이플 섬유들 사이의 평균 공극 크기의 감소 및 흡수성 구조물의 총 공극 부피의 감소를 초래한다. 그 결과, 일반적으로 흡수성 구조물의 액체 용량이 감소하게 되어, 일반적으로 흡수체가 접촉하고 있는 액체가 새는 흡수성 구조물이 생성되게 된다. 또한, 일반적으로 흡수성 구조물은 액체가 흡수성 구조물과 접촉하는 만큼 신속하게 액체를 흡수하는 능력이 감소된다. 더욱이, 일반적으로 흡수성 구조물은 흡수성 구조물 내에 액체를 이동 또는 분포시키는 능력이 감소하게 된다.

또한, 목재 펄프 섬유와 같은 스테이플 섬유를 주성분으로 하는 섬유를 포함한 흡수성 구조물은 일반적으로 액체로 습윤되었을 때에 그의 일체성을 잃는다. 이처럼 흡수성 구조물 내의 일체성을 잃게 되면 흡수성 구조물은 붕괴되기 쉬워지고 티슈 랩 시이트와 같은 밀폐용 재료를 사용하지 않고서는 취급하기가 어렵게 된다.

본 발명은 흡수성 구조물 내에 일정량의 결합제 섬유를 첨가함으로써 이러한 문제점을 해결하였다. 흡수성 구조물에 결합제 섬유를 첨가하면 흡수성 구조물이 건조 상태에 있을 때와 흡수체가 100% 액체 포화 상태에 있을 때 모두 흡수성 구조물에 일체성이 부여되는 것으로 밝혀졌다. 이로써 흡수성 구조물을 취급하는 것이 더욱 쉬워지고, 흡수성 구조물이 취급 및 사용 중에(특히, 흡수성 구조물이 습윤되었을 때) 붕괴되는 것을 막을 수 있게 된다. 재료의 일체성은 재료의 점착 강도를 나타내는 재료의 인장 강도에 의해 정량화될 수 있다. 이처럼, 재료의 인장 강도는 재료가 붕괴되기 전에, 즉 점착성을 잃기 전에 재료 위에 놓일 수 있는 최대 하중을 의미한다. 인장 강도가 너무 낮다는 것은 일반적으로 재료가 특히 액체로 습윤되었을 때에 매우 양호한 일체성을 갖지 못하며 쉽게 쪼개어진다는 것을 의미한다.

당업자에게 명백한 바와 같이, 흡수성 구조물과 같은 재료는 사용 전에 재료 내에 비교적 소량의 액체(예: 물)를 포획할 수 있다. 예를 들면, 상기 액체는 공기 중의 습기로부터 흡수성 구조물에 의해 흡수될 수 있다. 이러한 흡수성 구조물은 본 발명의 목적상 여전히 건조 상태인 것으로 여긴다. 따라서, 본 명세서에 사용되는 재료의 "건조 상태"란 재료가 액체를 재료의 총 중량을 기준으로 하여 적합하게는 약 5 중량% 미만, 보다 적합하게는 약 3 중량% 미만, 가장 적합하게는 약 1 중량% 미만의 양으로 포함한다는 것을 의미한다.

본 명세서에 사용되는 재료의 "100% 액체 포화 상태"란 재료가 액체를 재료의 절대 액체 포화 보유능의 약 100%의 양으로 포함한다는 것을 의미한다.

본 발명의 흡수성 구조물은 건조 상태에서의 인장 강도 값이 임의의 습윤성 결합제 섬유를 포함하지 않은 것 외에는 본질적으로 동일한 기타 흡수성 구조물의 건조 상태에서 인장 강도 값에 비해서 약 50% 이상, 적합하게는 약 100% 이상, 보다 적합하게는 약 250% 이상, 가장 적합하게는 약 400% 이상 더 큰 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 흡수성 구조물은 건조 상태에서의 인장 강도 값이 약 400 그람중 이상, 적합하게는 약 500 그람중 이상, 보다 적합하게는 약 750 그람중 이상, 가장 적합하게는 약 1000 그람중 이상인 것이 바람직하다.

본 발명의 흡수성 구조물은 100% 액체 포화 상태에서의 인장 강도 값이 임의의 습윤성 결합제 섬유를 포함하지 않은 것 외에는 본질적으로 동일한 기타 흡수성 구조물의 100% 액체 포화 상태에서의 인장 강도 값에 비해서 약 50% 이상, 적합하게는 약 100% 이상, 보다 적합하게는 약 250% 이상, 가장 적합하게는 약 400% 이상 더 큰 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 흡수성 구조물은 100% 액체 포화 상태에서의 인장 강도 값이 약 400 그람중 이상, 적합하게는 약 500 그람중 이상, 보다 적합하게는 약 750 그람중 이상, 가장 적합하게는 약 1000 그람중 이상인 것이 바람직하다.

흡수성 구조물에 결합제 섬유를 첨가하면 흡수성 구조물이 습윤되었을 때에 흡수성 구조물의 모세관 또는 공극 구조의 붕괴를 막는데 도움이 된다는 것도 알게 되었다. 이것은 흡수성 구조물이 액체로 포화될 때에 실질적으로 흡수성 구조물의 공극 부피를 유지하도록 돕는다. 흡수성 구조물의 공극 부피를 유지하는 것의 필요성은 기저귀와 같이 비교적 얇은 일회용 흡수성 구조물에 있어서 훨씬 더 중요하며, 여기서 흡수성 구조물은 처음에는 비교적 작은 공극 부피를 가지며 임의의 히드로겔 형성 중합체 물질의 팽윤으로부터 야기되는 임의의 공극 부피 증가는 스테이플 섬유의 붕괴로 인해 손실되지 않을 것이다. 흡수성 구조물의 모세관 또는 공극 구조의 붕괴에 대한 저항성은 흡수성 구조물의 내압축성에 의해 측정될 수 있다. 본 명세서에 사용되는 재료의 내압축성이란 압축시 재료의 두께 변화(단위: 밀리미터)의 역수를 의미한다. 재료의 내압축성 값은 본 명세서의 시험 방법 설명 부분에 기재된 바와 같이 측정할 수 있다.

특히, 본 발명의 흡수성 구조물은 내압축성 값이 임의의 습윤성 결합제 섬유를 포함하지 않은 것 외에는 본질적으로 동일한 기타의 흡수성 구조물의 내압축성 값에 비해서 약 25% 이상, 적합하게는 약 30% 이상, 보다 적합하게는 약 50% 이상, 가장 적합하게는 약 100% 이상 더 큰 것이 바람직하며, 여기서 내압축성 값이란 압력을 받지 않았을 때의 흡수성 구조물의 두께에 비하여 약 0.5 파운드/인치²1(35.15g/cm²)의 압력을 받았을 때의 흡수성 구조물의 두께 변화(단위: 밀리미터)의 역수를 의미한다.

또한, 본 발명의 흡수성 구조물은 내압축성 값이 약 0.15/㎜ 이상, 적합하게는 약 0.17/㎜ 이상, 보다 적합하게는 약 0.19/㎜ 이상, 가장 적합하게는 약 0.25/㎜ 이상인 것이 바람직하다.

본 발명의 흡수성 구조물의 습윤시 붕괴에 대한 저항성도 흡수성 구조물이 액체로 포화될 때에 흡수성 구조물의 Z-방향 투과도를 개선시키도록 돕는다는 것도 알게 되었다. 일반적으로, 본 발명의 흡수성 구조물은 습윤성 결합제 섬유를 포함하지 않는 것 외에는 본질적으로 동일한 기타 흡수성 구조물에 비해서 액체 포화시에 개선된 Z-방향 투과도를 나타내는 것으로 밝혀졌다. 본 명세서에 사용되는 재료의 "Z-방향 투과도"란 재료의 깊이를 통한 액체의 흐름에 대한 재료의 저항성을 의미한다. 일반적으로, 재료의 Z-방향 투과도가 클수록, Z-방향으로의, 즉 재료의 두께를 통한 액체의 흐름에 대한 재료의 저항성이 작아진다. 마찬가지로, 재료의 Z-방향 투과도가 작을수록, 재료의 Z-방향으로의 액체의 흐름에 대한 재료의 저항성이 커진다.

특히, 본 발명의 흡수성 구조물은 60% 포화도에서의 Z-방향 투과도가 30% 포화도에서의 흡수성 구조물의 Z-방향 투과도 이상이며, 적합하게는 약 20% 이상 더 크고, 보다 적합하게는 약 25% 이상 더 크며, 가장 적합하게는 약 30% 이상 더 크다. 이는 일반적으로 60% 포화도에서의 Z-방향 투과도가 30% 포화도에서의 Z-방향투과도보다 훨씬 더 작은, 임의의 습윤성 결합제 섬유를 포함하지 않은 것 외에는 본질적으로 동일한 기타 흡수성 구조물과는 대조적이다.

본 발명의 흡수성 구조물은 60% 포화도에서의 Z-방향 투과도가 약 50 다르시 이상, 유리하게는 약 75 다르시 이상, 적합하게는 약 100 다르시 이상, 보다 적합하게는 약 150 다르시 이상, 가장 적합하게는 약 200 다르시 이상이다. 다르시는 다공성 재료의 투과도를 나타내는 단위로서 약 9.87 x 10^-9㎠와 같다.

본 발명의 흡수성 구조물은 건조 상태에서의 Z-방향 투과도가 약 15 다르시 이상, 적합하게는 약 20 다르시 이상, 보다 적합하게는 약 25 다르시 이상, 가장 적합하게는 약 30 다르시 이상인 것이 바람직하다.

본 명세서에 사용되는 흡수성 구조물의 "절대 액체 포화 보유능"이란 100% 포화도에 도달하도록 충분한 시간을 주었을 때, 그리고 약 0.5 psi의 외부 압력을 포화된 구조물에 가했을 때 흡수성 구조물이 보유할 수 있는 액체의 최대량을 의미한다. 따라서, 본 명세서에 사용되는 "60% 포화도", "30% 포화도" 및 기타 관련된 용어들은 재료의 절대 액체 포화 보유능을 기준으로 하여 재료가 특정한 양의 액체로 포화되었음을 의미한다.

본 발명의 흡수성 구조물은 흡수성 구조물 자체의 그람에 대한 흡수된 액체의 그람으로 표시되는 특정 액체 포화 보유능이 약 8 g/g 내지 약 40 g/g, 유리하게는 약 10 g/g 내지 약 35 g/g, 보다 유리하게는 약 15 g/g 내지 약 30 g/g인 것이 적합하다.

본 발명의 흡수성 구조물은 기본 중량이 약 100 g/㎡(g/sm) 내지 약 1000 g/sm, 유리하게는 약 200 g/sm 내지 약 800 g/sm, 보다 유리하게는 약 300 g/sm 내지 약 700 g/sm인 것이 적합하다.

본 발명의 흡수성 구조물은 밀도가 약 0.03 g/㎤(g/cc) 내지 약 0.5 g/cc, 유리하게는 약 0.05 g/cc 내지 약 0.45 g/cc, 보다 유리하게는 약 0.08 g/cc 내지 약 0.4 g/cc인 것이 적합하다.

시험 방법

액체 포화 보유능

액체 포화 보유능은 다음과 같이 측정된다. 수분 함량이 약 7 중량% 미만인 피검 재료를 칭량하고 실온(약 23 ℃)에서 과량의 0.9 중량% 염수 수용액에 담궜다. 피검 재료를 약 20 분간 계속 담그고 있었다. 20 분간 담근 후에, (도 2 참조) 재료 (31)을 꺼내어, 0.6 ㎝(0.25 인치)의 개구를 갖는 테플론(TEFLON^TM) 도포된 섬유 유리 스크린 (34) [타코닉 플라스틱스 인크.(Taconic Plastics Inc.) 제품, 뉴욕주 피터스버그 소재] 위에 올려 놓고 다시 진공 상자 (30) 위에 올려놓고 가요성 고무 댐 재료 (32)로 덮었다. 예를 들면 진공 게이지 (36) 및 진공 펌프 (38)을 사용하여 약 0.5 파운드/인치²(약 3.5 kPa)의 진공을 진공 상자 위에 약 5 분간 끌어낸다. 이어서, 피검 재료를 스크린으로부터 꺼내어 칭량한다. (진공을 가한 후에) 재료의 습윤 중량에서 재료의 건조 중량을 빼서 피검 재료에 의해 보유된 액체의 양을 측정하고 보유된 액체의 그람으로서 표시하여 절대 액체 포화 보유능으로서 기록한다. 필요에 따라, 시험 액체의 밀도를 사용하여 보유된 액체의 중량을 액체 부피로 환산하고 보유된 액체의 밀리리터로서 표시되는 액체 포화 보유능으로서 기록할 수도 있다. 비교로서, 상기 절대 액체 포화 보유능 값을 재료 (31)의 중량으로 나누어 피검 재료 그람 당 보유된 액체의 그람으로 표시하여 특정 액체 포화 보유능을 구할 수 있다. 히드로겔 형성 중합체 재료 또는 섬유와 같은 재료가 진공 상자 위에 있는 동안 섬유 유리 스크린을 통해 통과되는 경우에는 더 작은 개구를 갖는 스크린을 사용해야 한다. 별법으로, 티백 또는 그와 유사한 재료의 조각을 재료와 스크린 사이에 위치시키고 최종 값을 티백 또는 그와 유사한 재료에 의해 보유된 액체에 대해 조정할 수 있다.

내압축성

폭이 약 4 인치(10.16 cm)이고 길이가 약 6 인치(15.24 cm)이며 두께가 약 0.17 (0.43 cm)인치이고 기본 중량이 약 700 g/㎡인 직사각형 시료를 취하여 칭량한다. 이것을 0.9 중량% 염수 수용액 조에 넣고 약 20 분간 방치시킨다. 이 시간 말에는 시료가 본질적으로 충분히 포화된다. 예를 들면 일본의 미투토요사(Mitutoyo) 제품인 벌크 측정계(모델 번호 ID-1050ME)를 사용하여 시료의 두께를 측정한다. 이어서, 시료를 액체 포화 보유능 시험 방법과 유사한 방법으로 진공 상자 위에 올려 놓고 고무 댐으로 덮는다. 0.5 파운드/인치²(psi)의 압력에 해당하는 진공을 약 5 분간 가한다. 이어서, 시료를 꺼내고 동일한 벌크 측정계를 사용하여 시료의 두께를 측정한다. 시료에 가해진 힘을 시료에 의해 행해진 일로 나눈 값으로 정의되는 내압축성은 주어진 압력에서 시료의 두께 변화(단위: 밀리미터)의 역수와 같다. 즉, 0.5 psi의 압력에서는 다음과 같다.

내압축성 = 1/(0 psi에서의 두께-0.5 psi에서의 두께)

인장 강도

재료의 인장 강도는 매사추세츠주 캔톤 소재의 인스트론 코포레이션사(Instron Corporation) 제품의 마이크로콘(Microcon) Ⅱ가 장착된 모델 4201 인스트론과 같은 인장 시험기를 사용하여 평가한다. 이 기기는 상부 조우(jaw)의 중앙에 100 g의 분동을 조우에 대해 수직으로 올려 놓고 방해되지 않도록 매달아서 눈금을 조정한다. 사용되는 인장 셀은 5 ㎏의 전기적-눈금조정식 자가-확인 하중 셀(electrically-calibrating self-identifying load cell)이다. 이어서, 분동을 마이크로콘 표시창 위로 옮긴다. 상기 과정은 약 23 ℃의 온도 및 약 50%의 상대 습도와 같은 표준 조건 분위기를 갖는 방 안에서 행한다.

약 2 인치 x 약 6 인치(5.08 cm x 15.24 cm)의 직사각형 시료를 칭량하고, 소정의 밀도에 도달하도록 시료에 압력을 가한다. 이어서, 건조 시료를 1 인치 x 3 인치(2.54 cm x 7.62 cm)의 고무 코팅된 손잡이 형태를 갖는 기체역학적 작용 손잡이(조우) 내에 넣는다. 게이지 길이는 약 4 인치(10.16 cm)이고 크로스헤드 속도는 약 250 ㎜/분이다. 크로스헤드 속도는 상부 조우가 파손될 때까지 시료를 당기면서 상향으로 이동할 때의 속도이다. 인장 강도 값은 시료를 손상 또는 인열시키는 데 필요한 힘의 그람수로 기록된, 파손시의 최대 하중이다. 인장 강도는 건조 상태 및 100% 액체 포화 상태 모두에서 시료에 대해 평가한다. 100% 액체 포화상태에서 재료의 인장 강도는 재료의 절대 액체 포화 보유능에 의해 측정된 바와 같이, 건조 시료를 시험기의 조우에 넣은 후 시료를 소정량의 0.9% 염수용액으로 습윤시킴으로써 측정한다. 10 분 동안에 시료는 평형 상태가 된다. 이어서, 건조 상태에서의 시료에 대해 상기와 같은 시험을 반복한다.

인장 강도 = 파손시 최대의 하중 (단위: 그람중)

Z-방향 투과도

직경이 약 3 인치인 원형 시료를 우선 다이 절단기를 사용하여 자른다. 시료의 중량과 두께를 측정하여 시료의 밀도를 산출한다. 장치는 상부 실린더 및 하부 실린더로 이루어진다. 하부 실린더에는 가장자리 근처(상부 모서리 약 1 ㎝ 아래)에 광유로 충전되어 있는 피스톤이 장착되어 있다. 하부 실린더내 피스톤의 바닥은 쉐비쯔(Shaevitz) 모델 번호 P3061-50과 같은 압력 변환기에 연결되어 있다. 피스톤은, 필요한 속도(약 2 ㎝/분)로 위 또는 아래로 피스톤을 이동시키는 벨멕스 유니슬라이드(Velmex Unislide) (모델 번호 4036WIJ)와 같은 속도 조절 모터에 연결되어 있는 정확성 역전 나사(precision turned screw)에 연결되어 있다. 압력 변환기는 변환기로부터 압력을 파스칼/볼트로서 기록하는 컴퓨터에 연결되어 있다. 전형적인 실험에서는 시료를 하부 실린더의 상부 위의 와이어 스크린 위에 올려 놓는다. 이어서, 실험 중에 시료를 제 위치에 유지시키기 위하여, 비어 있는 상부 실린더를 하부 실린더 위에 나사로 죈다. 먼저, 시료 중의 모든 공기가 제거되고 시료가 광유로 포화될 때까지 하부 실린더의 피스톤 내의 광유를 약 2 ㎝/분의 속도로 약 2 분간 시료를 통해 위로 이동시킨다. 일단 포화되었으면, 시스템을 약20 초의 측정된 정지 시간에 의해 평형에 도달하게 한다. 이 시간에 컴퓨터에 기록된 압력을 기준선 압력으로 한다. 이어서, 광유를 다시 약 2 ㎝/분의 속도로 시료를 통해 위로 이동시키고 최대 압력을 컴퓨터로 기록한다. 기준선 압력과 최대 압력 사이의 차이를 델타 P(단위: dyne/㎠)로 한다. 이어서, 시료를 꺼낸다. 광유의 점도는 약 23 ℃에서 약 6 센티포이즈인 것으로 알려져 있다. 이어서, 다르시 식(Darcy's formula)을 사용하여 투과도 'K'를 다음과 같이 산출한다.

K = (점도) x (속도) x (시료의 두께/델타 P)

점도는 액체의 점도(단위: 센티포이즈)이고, 속도는 광유의 속도(단위: ㎝/초)이며, 두께는 시료의 두께(단위: ㎝)이다.

K는 본 명세서에서 Z-방향 투과도 값으로서 이용된다. 이것은 약 0% 염수 포화도에서의 시료에 대한 Z-방향 투과도 값이다. 각 회의 실험에서 유사하나 새로운 시료를 취하고 0.9% 염수용액을 충분히 첨가하여 재료의 포화도가 30% 또는 60%가 되도록 함으로써, 여러 시료들에 대하여 상기 실험을 약 30% 및 약 60% 포화도에서 반복한다. 필요한 염수의 양은 시료의 액체 포화 보유능으로부터 산출한다.

히드로겔 형성 중합체 물질, 습윤성 스테이플 섬유 및 습윤성 결합제 섬유를 포함하는 흡수성 구조물을 제조하였다. 히드로겔 형성 중합체 물질로는 상품명 샤페이(Sharpei) AFA 65-34로 시판되는 다우 케미칼 캄파니사 제품의 가교결합된 폴리프로펜산 고흡수성 물질의 부분 나트륨염을 사용하였다. 습윤성 스테이플 섬유로는 셀룰로오즈 목재 펄프 플러프를 사용하였다. 습윤성 결합제 섬유로는 상품명 SF-19로 시판되는 피피지 인더스트리즈 인크.사(PPG Industries Inc.) 제품의 내부 습윤제 약 2 중량%와 조합된, 상품명, 발텍(Valtec) 폴리프로필렌 단독중합체 구, 등급 PF-015으로 시판되는 히몬트 유.에스.에이., 인크.사(Himont U.S.A., Inc.) 제품의 안정화제 약 2 중량% 미만을 포함하는 폴리프로필렌 단독중합체를 사용하였다. 습윤제는 평균 직경 약 5 미크론의 섬유로 압출시키기 전에 폴리프로필렌과 배합시켰다.

습윤성 결합제 섬유는 픽커 롤로 복합 웹 구조물 내에 공급된 스테이플 섬유 및 멜트블로운 스트림 내에 공급된 히드로겔 형성 중합체 재료와 함께 얽힌 복합 웹 내에 멜트블로잉시켰다.

시료 (4)는 임의의 습윤성 결합제 섬유를 함유하지 않는 대조 시료이다. 시료 4는 습윤성 스테이플 섬유와 히드로겔 형성 중합체 물질을 공기 스트림에 의해 혼합시킨 후 진공 상자 위에서 웹으로 에어 레잉시키는 공기 성형 방법에 의해 제조하였다. 이어서, 형성된 복합 웹을 시료의 취급 및 시험을 위하여 가벼운 기본 중량의 티슈 페이퍼로 감쌌다.

각종 시료에 대한 상이한 재료들의 절대적 및 상대적 기본 사용 중량을 표 1에 기재하였다. 기본 중량은 형성된 흡수성 구조물의 제곱미터 당 그람수(g/sm) 단위로 표시하였다. 각 시료 물질의 초기 건조 밀도는 약 0.17 g/㎤이었다.

시료들을 본 명세서에 기재된 방법에 따라 액체 포화 보유능, 내압축성, 인장 강도 및 Z-방향 투과도에 대해 평가하였다. 그 결과를 표 2에 기재한다.

본 발명을 특정 실시 태양에 관하여 상세히 설명하였으나, 당업자들은 상기 내용을 이해했을 때에 이들 실시 태양의 변형, 변화 및 균등물들을 쉽게 인식할 수 있다는 것은 명백하다. 따라서, 본 발명의 범위는 첨부된 청구의 범위 및 그와 균등한 것으로서 평가되어야 한다.

시료	결합제 섬유 기본 중량	히드로겔 기본 중량	스테이플 섬유 기본 중량	총 기본 중량
시료	g/sm	%	g/sm	%	g/sm	%	g/sm
1	51	7	253	35	419	58	722
2	72	10	253	35	397	55	722
3	183	25	255	35	292	40	729
4^*	0	0	245	35	455	65	700
^*본 발명의 실시예가 아님

시료	내압축성(1/㎜)	인장 강도 (그람중)	절대 액체 포화 보유능 (㎖)	Z-방향 투과도 (다르시)
시료	내압축성(1/㎜)	포화도0% 30% 60%
건조	포화
1	0.19	436	488	130	57.3	153.6	69.6
2	0.28	1314	1292	124	45.7	166.3	221.7
3	0.17	4570	3938	127	32.7	190.6	256.8
4^*	0.13	220	144	90	29.1	122.1	77.1
^*본 발명의 실시예가 아님

Claims

a. 약 20 내지 약 65 중량%의 히드로겔 형성 중합체 물질;

b. 약 25 내지 약 70 중량%의 습윤성 스테이플 섬유; 및

c. 약 7 중량% 초과 내지 약 40 중량%의 습윤성 결합제 섬유

(여기서, 모든 중량%는 흡수성 구조물 내의 히드로겔 형성 중합체 물질, 습윤성 스테이플 섬유 및 습윤성 결합제 섬유의 총 중량을 기준으로 함)를 포함하고, 약 60% 포화도에서의 Z-방향 투과도 값이 약 30% 포화도에서의 Z-방향 투과도 값 이상이며, 약 60% 포화도에서의 Z-방향 투과도 값이 약 50 다르시(Darcy)보다 큰(여기서, 상기 Z-방향 투과도 값은 본 명세서에 기재된 시험 방법에 따라 측정됨) 흡수성 구조물.
제1항에 있어서, 약 25 내지 약 60 중량%의 히드로겔 형성 중합체 물질을 포함하는 흡수성 구조물.
제1항에 있어서, 히드로겔 형성 중합체 물질이 폴리아크릴레이트 물질인 흡수성 구조물.
제1항에 있어서, 약 30 내지 약 65 중량%의 습윤성 스테이플 섬유를 포함하는 흡수성 구조물.
제1항에 있어서, 습윤성 스테이플 섬유의 섬유 길이가 약 0.1 내지 약 15 ㎝인 흡수성 구조물.
제1항에 있어서, 습윤성 스테이플 섬유가 셀룰로오즈 섬유, 방직(textile) 섬유 및 합성 중합체 섬유로 이루어진 군에서 선택되는 것인 흡수성 구조물.
제1항에 있어서, 습윤성 스테이플 섬유가 목재 펄프 섬유인 흡수성 구조물.
제1항에 있어서, 약 8 내지 약 35 중량%의 습윤성 결합제 섬유를 포함하는 흡수성 구조물.
제8항에 있어서, 약 10 내지 약 30 중량%의 습윤성 결합제 섬유를 포함하는 흡수성 구조물.
제1항에 있어서, 습윤성 결합제 섬유가 폴리올레핀을 포함하는 멜트블로운(meltblown) 섬유인 흡수성 구조물.
제1항에 있어서, 습윤성 결합제 섬유를 포함하는 섬유상 매트릭스를 포함하고, 섬유상 매트릭스가 습윤성 스테이플 섬유 및 히드로겔 형성 중합체 물질을 속박하는 흡수성 구조물.
제1항에 있어서, 약 60% 포화도에서의 Z-방향 투과도 값이 약 30% 포화도에서의 Z-방향 투과도 값보다 약 20% 이상 더 큰 흡수성 구조물.
제12항에 있어서, 약 60% 포화도에서의 Z-방향 투과도 값이 약 30% 포화도에서의 Z-방향 투과도 값보다 약 25% 이상 더 큰 흡수성 구조물.
제1항에 있어서, 약 60% 포화도에서의 Z-방향 투과도 값이 약 75 다르시보다 큰 흡수성 구조물.
제14항에 있어서, 약 60% 포화도에서의 Z-방향 투과도 값이 약 100 다르시보다 큰 흡수성 구조물.
제1항에 있어서, 내압축성 값이 임의의 습윤성 결합제 섬유를 포함하지 않는 것 외에는 본질적으로 동일한 기타 흡수성 구조물의 내압축성 값보다 약 25% 이상 더 큰 흡수성 구조물.
제1항에 있어서, 내압축성 값이 약 0.15/㎜ 이상인 흡수성 구조물.
제1항에 있어서, 건조 상태에서 인장 강도 값이 임의의 습윤성 결합제 섬유를 포함하지 않은 것 외에는 실질적으로 동일한 기타 흡수성 구조물의 건조 상태에서의 인장 강도 값보다 약 50% 이상 더 크고, 100% 액체 포화 상태에서의 인장 강도 값이 임의의 습윤성 결합제 섬유를 포함하지 않은 것 외에는 실질적으로 동일한 기타의 흡수성 구조물의 100% 액체 포화 상태에서의 인장 강도 값보다 약 50% 이상 더 큰 흡수성 구조물.
제1항에 있어서, 건조 상태에서의 인장 강도 값이 약 400 그람중 이상이고, 100% 액체 포화 상태에서의 인장 강도 값이 약 400 그람중 이상인 흡수성 구조물.
a. 약 25 내지 약 60 중량%의 히드로겔 형성 중합체 물질;

b. 약 30 내지 약 65 중량%의 습윤성 목재 펄프 섬유; 및

c. 약 8 내지 약 35 중량%의, 폴리올레핀을 포함하는 습윤성 멜트블로운 섬유

(여기서, 모든 중량%는 흡수성 구조물 내의 히드로겔 형성 중합체 물질, 습윤성 목재 펄프 섬유, 및 폴리올레핀을 포함하는 습윤성 멜트블로운 섬유의 총 중량을 기준으로 함)를 포함하고, 약 60% 포화도에서의 Z-방향 투과도 값이 약 30% 포화도에서의 Z-방향 투과도 값보다 약 20% 더 크며, 약 60% 포화도에서의 Z-방향 투과도값이 약 75 다르시보다 크고, 건조 상태에서의 인장 강도 값이 임의의 습윤성 결합제 섬유를 포함하지 않은 것 외에는 실질적으로 동일한 기타 흡수성 구조물의 건조 상태에서의 인장 강도 값보다 약 50% 이상 더 크고, 100% 액체 포화 상태에서의 인장 강도 값이 임의의 습윤성 결합제 섬유를 포함하지 않은 것 외에는 실질적으로 동일한 기타 흡수성 구조물의 100% 액체 포화 상태에서의 인장 강도 값보다 약 50% 이상 더 큰(여기서, 상기 Z-방향 투과도 값 및 인장 강도 값은 본 명세서에 기재된 시험 방법에 따라 측정됨) 흡수성 구조물.
액체 투과성 표면 시이트, 배면 시이트, 표면 시이트와 배면 시이트 사이에 위치하는 흡수성 구조물을 포함하고, 상기 흡수성 구조물은

a. 약 20 내지 약 65 중량%의 히드로겔 형성 중합체 물질;

b. 약 25 내지 약 70 중량%의 습윤성 스테이플 섬유; 및

c. 약 7 중량% 초과 약 40 중량% 이하의 습윤성 결합제 섬유

(여기서, 모든 중량%는 흡수성 구조물 내의 히드로겔 형성 중합체 물질, 습윤성 스테이플 섬유 및 습윤성 결합제 섬유의 총 중량을 기준으로 함)를 포함하고, 약 60% 포화도에서의 Z-방향 투과도 값이 약 30% 포화도에서의 Z-방향 투과도 값 이상이며, 약 60% 포화도에서의 Z-방향 투과도 값이 약 50 다르시보다 큰(여기서, 상기 Z-방향 투과도 값은 본 명세서에 기재된 시험 방법에 따라 측정됨) 일회용 흡수 용품.