KR100668552B1 - 개선된 흡수성능을 위한 펄프 및 초흡수복합물 - Google Patents

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Abstract

약 28 내지 약 90 중량%의 양의 펄프, 약 8 내지 약 70 중량%의 양의 초흡수물질 및 약 2 내지 약 20 중량%의 양의 결합제 섬유를 포함하고, 약 0.1 g/cc 내지 약 0.3 g/cc의 밀도를 갖는 팽창성 흡수복합물이 제공된다. 이와 같은 복합물은 기저귀, 용변 연습용 바지, 흡수용 팬티, 성인용 실금제품 등과 같은 개인용 위생제품에서 사용될 수 있다.

Description

개선된 흡수성능을 위한 펄프 및 초흡수복합물{Pulp and Superabsorbent Composite for Improved Intake Performance}
본 발명은 1회용 생리대, 기저귀 또는 실금용 가드(guard)와 같은 개인용 위생제품에서 유용한 흡수제품, 특히 흡수구조물에 관한 것이다.
개인용 위생흡수제품의 목적하는 바람직한 성능은 착용자에게 안락감을 느끼게 하기 위한 수단으로서 얇음성(thinness), 제품으로부터의 낮은 누출성(leakage) 또는 완전 비누출성, 착용자에 대한 건조감(dry feeling)을 포함한다. 그러나, 현재 흡수제품은 다양한 이유로 인해 이들 욕구를 충족시키지 못하고 있다.
누출은 예를 들어, 흡수지역 또는 표적지역(target zone)에서 보유(retention)력 또는 분배(distribution)력을 부여하는 것으로 의도된 층의 불충분한 흡수속도로 인해 발생한다. 이 메카니즘에 이해 발생하는 누출을 완화시키기 위한 시도중 일례는 흡수제품에 보유용 물질 또는 분배용 물질 위에(즉 착용자를 향해) 위치한 서지(surge) 물질을 혼입하는 것이다. 라티머(Latimer)에게 허여된 미국 특허 제 5,364,382호는 액체를 흡수하고 이어서 보유용 수단(retention means)로 액체를 방출하는 멜트블로운(meltblowning)사, 본디드 카디드 웹(bonded carded web) 및 펄프 코포옴(pulp coform)사와 같은 부직포(nonwoven) 물질을 개시하고 있다. 라티머의 물질구조는 신속히 액체를 흡수하고 이를 보유용 기초저장물질로 신속히 방출할 수 있도록 하기 위해 작은 데니어의 습윤성(wettable)섬유와 혼합(blending)된 큰 데니어의 탄성섬유를 이용한다. 또한, 엘리스(Ellis)에게 허여된 미국 특허 제 5,490,846호는 서지 물질의 흡수속도를 개선하기 위한 층상 구조물를 개시하고 있다.
비록 신속한 흡수성 및 보유용 물질로의 신속한 방출이라는 목적을 달성하기 위한 시도로써 서지 물질이 개발되었지만, 얇음성이라는 목적은 아직 만족할만한 수준에 도달하지 못하였다. 인용된 서지는 아주 두껍고, 또한 흡수제품의 흡수지역에 놓여졌을 때, 초기 착용직후 흡수제품의 Y자(crotch)지역에 잘 맞지 않을 수 있고, 성능상 몇가지 문제점을 야기할 수 있다. 첫째, 상기 제품은 벌키한 서지물질에 의해 생성된 틈(gapping)으로 인하여 누출될 수 있다. 둘째, 상기 제품은 흡수를 위해 필요한 공극부피를 부여하기 위해 벌키한 물질을 사용할 때, 착용자에게 안락감을 주지 못한다. 따라서, 신속하게 배설물(insult)을 표적지역에 흡수하고, 배설물을 저장하거나 그 이후의 저장을 위해 방출하고, 또한 흡수에 앞서 비교적 얇게 유지되는 물질이 요구된다.
본 발명의 목적은 신속히 배설물을 흡수하고 그 배설물을 저장하거나 또는 그 배설물을 분배 또는 저장을 위해 인접한 물질로 이동시키고, 흡수에 앞서 비교적 얇게 유지되는 개인용 위생제품용 물질을 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 흡수에 앞서 얇고 착용자에게 안락감을 부여하는 개인용 위생제품을 제공하는 것이다.
발명의 간단한 설명
본 발명의 목적은 흡수에 앞서 매우 얇게 유지되고, 흡수시 빠르게 팽창하도록 고안된 물질 및 제품에 의해 달성된다.
본 발명은 약 30 내지 약 90 중량%의 펄프, 약 10 내지 약 70 중량%의 초흡수물질 및 유효량의, 예를 들어 약 1 내지 약 20 중량%의 결합제(binder)로부터 제조되고, 약 0.1 g/cc 내지 약 0.3 g/cc의 밀도를 갖는 팽창성 흡수 복합물이다.
이와 같은 복합물은 기저귀, 용변 연습용 바지, 흡수용 팬티, 여성용 위생 제품, 성인용 실금제품 등과 같은 개인용 위생제품에서 이용가능하다.
도 1, 2 및 3은 포화상태에서 본 발명의 다양한 복합물에서 발생하는 공극부피의 그래프도이다.
정의
"친수성"이라는 용어는 섬유와 접촉하는 수용액으로 적셔지는 섬유 또는 섬유의 표면을 말한다. 또한, 젖음도(the degree of wetting)는 접촉각, 액체의 표면장력 및 관련 물질의 관점에서 기술될 수 있다. "Cahn SFA -222 표면력 분석계" 또는 거의 동일한 계는 특정한 섬유물질 또는 이들의 혼합물(blend)의 젖음성을 측정하기에 적합한 장치 또는 기술을 제공할 수 있다. 이 계로 측정시, 90°미만의 접촉각을 갖는 섬유는 "젖음성" 또는 친수성으로 분류되고, 90°이상의 접촉각을 갖는 섬유는 "비젖음성" 또는 소수성으로 분류된다.
단독으로 사용시 "층"이라는 용어는 단일성분 또는 다수의 성분이라는 이중의 의미를 가질 수 있다.
"액체"란 유동하고, 그것이 부어지고 놓아지는 용기의 내부 형태를 취할 수 있는 비기체상, 비입자성 물(substance) 및(또는) 물질(material)을 의미한다.
본 명세서에서 사용되는 용어 "부직포(nonwoven fabric) 또는 웹(web)"이란 편성포와는 다른 방식으로 배열된(interlaid) 개개 섬유 또는 실의 구조를 갖는 직물을 말한다. "부직포 또는 웹"은 예를 들어 멜트블로운법, 스펀본드법 및 본디드 카디드 웹법과 같은 여러 방법으로부터 형성될 수 있다. 부직포의 기본중량은 보통 평방 야드(yard)당 물질의 온스(ounce)(osy) 또는 평방 미터(meter)당 그램(gsm)으로 표현되고, 유용한 섬유직경은 보통 마이크론 단위로 표현된다(osy는 33.91을 곱하여 gsm으로 환산할 수 있음을 유의).
본 명세서에서 사용되는 용어 "미세섬유(microfiber)"는 약 75 마이크론 이하의 평균직경, 예를 들어 약 0.5 마이크론 내지 약 50 마이크론을 갖는 평균 직경을 갖는 섬유를 말하고, 특히 미세섬유는 약 2 마이크론 내지 약 40 마이크론의 평균직경을 가질 수 있다. 종종 사용되는 섬유직경의 또 다른 표현법은 데니어인데, 그것은 섬유의 9000 미터당 그램으로서 정의되며, 마이크론 단위의 섬유직경을 제곱하고, 그것에 grams/cc 단위의 밀도를 곱하고, 또한 0.00707을 곱하여 계산할 수 있다. 더 낮은 데니어는 더 미세한 섬유를 나타내고, 더 높은 데니어는 더 두껍거나 더 무거운 섬유를 나타낸다. 예를 들어, 15 마이크론으로 주어진 폴리프로필렌 섬유의 직경은 제곱, 그 결과치에 0.89 g/cc를 곱하고, 다시 0.00707을 곱하여 데니어로 환산할 수 있다. 따라서, 15 마이크론 폴리프로필렌 섬유는 약 1.42(152 x 0.89 x 0.00707 = 1.415)의 데니어를 갖는다. 미국외의 국가에서는 측정단위로 더 일반적으로 "텍스"를 사용하며, 그것은 섬유의 km당 그램으로 정의된다. 텍스는 denier/9의 관계식을 사용하여 계산할 수 있다.
"스펀본딩된 섬유"란 압출 필라멘트의 직경을 갖는 방사구의 복수의 미세한, 그리고 일반적으로 원형인 구(capillary)로부터 용융 열가소성 물질을 필라멘트로서 압출시키고, 이어서 예를 들어 아펠(Appel) 등에게 허여된 미국 특허 제 4,340,563호, 도스츠너(Dorschner) 등에게 허여된 미국 특허 제 3,692,618호, 마트수키(Matsuki) 등에게 허여된 미국 특허 제 3,802,817호, 킨네이(Kinney) 등에게 허여된 미국 특허 제 3,338,992호 및 제 3,341,394호, 하트만(Hartman) 등에게 허여된 미국 특허 제 3,502,763호, 및 도보(Dobo) 등에게 허여된 미국 특허 제 3,542,615호에 기술된 바와 같이 신속히 감소(reducing)시킴으로써 형성되는 작은 직경을 갖는 섬유를 말한다.
"멜트블로운 섬유"란 용융 열가소성 섬유를 융융 실 또는 필라멘트로서 복수의 미세하고 보통 원형인 주형(die) 관(capillary)을 통하여 미세섬유직경일 수 있는 용융 열가소성 물질의 필라멘트를 가늘게 하여 그들의 직경을 감소시키는 수렴성(converging) 고속의, 보통 뜨거운 기체(예를 들어,공기)기류에 압출시킴으로써 형성되는 섬유를 말한다. 따라서, 멜트블로운 섬유는 고속기체기류에 의해 수행되고, 적층(collecting) 표면위에 적층(depositing)되어 임의로 배열(disbursing)된 웹이 형성된다. 이와 같은 방법은 예를 들어, 미국 특허 제 3,849,241호에 개시되어 있다. 멜트블로운 섬유는 연속적 또는 비연속적일 수 있는 미세섬유이고, 일반적으로 평균 직경이 10 마이크론 미만이고, 일반적으로 적층표면에 적층되었을 때 점착성이 있다.
본 명세서에서 사용되는 "코포옴"이란 최소한 1개의 멜트블로운 다이헤드(diehead)가 형성중의 다른 물질이 직물에 첨가되는 슈트(chute) 근처에서 배열되는 방법을 의미한다. 이와 같은 다른 물질의 예로는 목재 펄프, 초흡수입자, 셀룰로오스 또는 스테이플 섬유 등일 수 있다. 코포옴법은 라우(Lau)에게 양도된 미국 특허 제 4,818,464호 및 앤더슨(Anderson) 등에게 양도된 제 4,100,324호에 나타나 있다. 코포옴법에 의해 생산된 직물은 일반적으로 코포옴 물질이라 부른다.
"복합섬유"란 별개의 압출기로부터 압출된 최소한 두개의 중합체 원료가 함께 방사되어 하나의 섬유를 형성하게 되는 섬유를 말한다. 복합섬유는 또한 때때로 다성분 또는 이성분 섬유라고 부른다. 비록 복합섬유가 1성분 섬유일 수 있으나, 중합체는 보통 서로 다르다. 중합체는 복합섬유의 단면을 가로질러 거의 일정하게 배치된 구별 지역(distinct zone)에서 배열되고, 복합섬유의 길이를 따라서 연속적으로 확장된다. 이와 같은 복합섬유의 형태는 예를 들어, 어떤 중합체가 다른 성분으로 둘러쌓인 겉과 속(sheath/core) 배열, 사이드 바이 사이드 배열, 파이 배열 또는 바다속의 섬(islands-in-the-sea) 배열일 수 있다. 복합섬유는 예를 들어 파이크(Pike) 등의 미국 특허 제 5,382,400호에 교시되어 있으며, 2(또는 그 이상)의 중합체의 서로 다른 팽창율 및 수축율을 이용하여 섬유내의 권축(crimp) 형성하는데 사용될 수 있다. 이와 같은 섬유는 또한 분리할 수 있다. 권축 섬유는 또한 기계적 수단 및 독일 특허 DT 25 13 251 A1에 기재된 방법을 사용하여 생산될 수 있다. 2 성분 섬유에서 중합체는 75/25, 50/50, 25/75 또는 어떤 다른 바람직한 비로 존재할 수 있다. 섬유는 또한 독창적인 형상을 가진 섬유를 기술하고 있는 "호글(Hogle)" 등의 미국 특허 제 5,277,976호에서 기술된 것과 같은 형상을 취할 수 있다.
복합섬유 제조법은 공지되어 있고, 본 명세서에서 상세하게 기술할 필요는 없을 것이다. 복합섬유를 형성하기 위해, 일반적으로 2개의 중합체가 별도로 압출되고, 분할된 방사구 플레이트로 중합체를 도입하는 중합체 분포계(polymer distribution system)로 공급된다. 이어서 중합체는 별도의 경로를 따라 섬유 방사구로 이동되고, 겉과 중심형 섬유를 형성하는 2이상의 동심원 구멍, 또는 사이드 바이 사이드형 섬유를 형성하는 지름을 따라 두개의 부분으로 나뉜 원형 방사구 구멍을 포함하는 방사구 구멍에서 조합된다. 이어서 조합된 중합체 섬유를 냉각시키고, 고화시키며, 일반적으로 기계적 롤시스템을 사용하여 중간 필라멘트 직경으로 연신되고 집합된다. 이어서, 필라멘트는 연하점이하의 온도에서 바람직한 최종 섬유 직경으로 냉연신되고, 권축/가공 및 바람직한 섬유길이로 절단된다. 복합섬유는 일반적으로 25 내지 51 밀리미터(mm)의 범위의 길이를 갖는 스테이플 섬유와 같은 비교적 짧은 섬유길이 및 그보다 더 짧은 길이 및 일반적으로 18 mm 미만의 길이를 갖는 단섬유와 같은 짧은 섬유로 절단될 수 있다(본 명세서에 참고문헌으로서 전부 삽입된 예를 들어 "타니구찌(Taniguchi)" 등에게 허여된 미국 특허 제 4,789,592호 및 "스트랙(Strack)" 등에게 허여된 미국 특허 제 5,336,552호 참조).
"본디드 카디드 웹"이란 스테이플 섬유를 분리하고 기계방향으로 배열하여 일반적으로 기계 방향으로 배열된 부직포 웹을 형성하는, 코밍 또는 카딩 단위를 통해 공급되는 스테이플섬유로부터 제조되는 웹을 말한다. 이와 같은 섬유는 일반적으로 카딩 단위에 앞서 섬유를 분리하는 피커에 위치한 베일상태로 구입된다. 일단 웹이 형성되면, 이어서 그것은 1 이상의 몇 몇 공지방법을 사용하여 결합된다. 이와 같은 결합법중 하나는 분말화된 접착제를 웹에 분배하고 이어서 뜨거운 공기를 사용하여 웹 및 접착제를 가열시킴으로써 분말화된 접착제를 활성화하는 분말결합법이다. 적합한 다른 결합법에는 비록 원한다면 전 표면을 가로질러 웹을 결합할 수 있지만, 보통 부분적인 결합패턴으로 섬유를 함께 결합하기 위해 가열 칼렌더 롤 또는 초음파 결합장치를 사용하는 패턴결합법이 있다. 또 다른 적합하고 공지된 결합법에는 특히 복합 스테이플 섬유를 사용시 공기결합법이 있다.
"고취법"은 섬유상 부직포층을 형성할 수 있는 공지방법이다. 고취법에서는, 약 2 내지 약 19 mm의 전형적인 길이를 갖는 한 다발의 작은 섬유를 분리하고, 공기공급기에 실고, 이어서 보통 진공공급기의 도움을 받아 형성 스크린상에 적층된다. 임의로 적층된 섬유는 이어서 예를 들어 가열공기 또는 분무 접착을 사용하여 서로 결합된다.
"개인용 위생 제품"이란 기저귀, 용변 연습용 바지, 흡수용 팬츠, 여성용 위생 제품 및 성인용 실금제품을 의미한다.
시험법
물질 캘리퍼(두께) : 두께를 측정하는 물질의 캘리퍼는 센티미터 단위로 스타렛형 벌크 시험기(Starret-type bulk tester)를 사용하여 0.05 psi에서 측정된다.
밀도 : 물질의 밀도는 제곱 미터당 그램(gsm) 단위의 시료의 단위면적당 중량을 0.05 psi(68.9 Pascals)에서의 mm 단위의 시료의 캘리퍼로 나누고, 그 결과치에 0.001을 곱하여 그 값을 세제곱 센티미터당 그램(g/cc)로 환산함으로써 측정된다. 밀도 값을 위해 총 3개의 샘플에 대해 측정하고 평균을 구한다.
흡수시간지수(ATI) : 이 시험에서는, 초흡수물질의 흡수력이 약한 압력 예를 들어 약 0.01 psi하에서 200 분까지 동안 시간에 대해 정해진다.
0.16 ±0.005 그램의 건조한 초흡수제를 유지하기 위해 한쪽 끝위에 필수(integral) 100 메쉬 스테인레스강 스크린을 갖는 1 inch(25.4 mm) 내직경 실린더를 사용한다. 초흡수제는 실린더의 측면에 점착되지 않도록 조심스럽게 실린더에 놓아진다. 초흡수제를 스크린상에 더욱 균등하게 분포시키기 위하여 실린더를 태핑(tapping)하여야 한다. 이어서 4.4 그램, 0.995 지름을 갖는 플라스틱 피스톤을 실린더에 놓고, 실린더, 피스톤 및 초흡수제 어셈블리(assembly)의 무게를 단다. 1 cm의 깊이로 0.875 중량% NaCl 소금용액을 갖는 3 inch x 3 inch(76.4 mm x 76.4 mm) 유체통(fluid basin)에 어셈블리를 놓는다. 실린더하에 존재하는 공기를 제거하고, 시험전과정을 통해 1 cm 깊이로 소금용액을 유지하기 위해 실린더를 태핑한다.
1초 간격동안 200 분을 판독할 수 있는 타이머를 사용한다. 타이머를 작동시키고, 5분 후 용액중에서, 어셈블리를 제거하고 및 흡수종이위에 점을 찍는다(blot). 비록 다른 어떤 효과적인 종이를 사용할 수는 있지만, 바람직한 종이는 킴벌리 클락사의 "KleenexPremium Dinner Napkins"이다. 블라팅에서, 바람직한 접촉을 확실히 하기 위해 실린더에 대해 종이를 단단히 압착시킨다. 실린더를 3회 건조종이에 접촉시키면, 3회째에는 거의 물이 제거되지 않아야 한다. 어셈블리의 무게를 측정하고, 어셈블리를 유체통에 다시 복귀시킨다. 블라팅 및 무게측정은 약 5초 걸리고, 타이머는 시험 전과정을 통해 계속 가동되어야 한다. 5, 10, 15, 30, 45, 60, 75, 90, 120, 160 및 200 분에 판독을 한다. 각 판독을 위해 새로운 건조 생리대를 사용해야 한다.
최종적인 판독후, 초흡수제의 그램당 흡수된 유체의 그램을 계산한다. 흡수율의 그래프도를 나타내기 위해 특정 시간에서 흡수된 액체의 양을 200분에서 흡수된 양으로 나누어 시간에 대해 플로팅한다.
ATI는 다음과 같이 계산된다:
ATI=(t10 + t20 + t30 + t40 + t50 + t60 + t70 + t80 +t90)/9
상기식에서, tn은 200 분에서 n%의 흡수용량이 사용되는 분단위의 시간, 예를 들어 t30은 총흡수용량의 30%가 사용되는 시간이다.
중량흡수시험(GTA) : 이 시험법은 흡수복합물이 분비물을 흡수하는데 걸리는 시간을 측정한다. 시료의 공극부피 및 질량이 또한 측정된다. 시험하고자 하는 6.8 cm 지름원의 물질을 시료의 중심에 송출점(delivery point)을 갖는 GAT 단위 시험기의 시료 플랫폼에 올려 놓는다. GTA 시험기는 댄버, MA 01923 의 M/K 시스템 주식회사로부터 이용가능하고, 모델 no. M/K 241 시리얼 no. G1048 이다. 장치의 바늘을 0에 맞추고, 4 cm의 양정력학압력으로 압력을 세팅한다. 시료에 중량을 놓아 시료에 0.05 psi(68.9 Ppascals)을 제공한다. 항정력학 압력을 유지하면서 시료에 유체를 적용하고, 10 그램의 0.875 중량% NaCl 소금용액을 흡수하는 시간을 기록한다. 시료를 30 분간 평형상태로 유지시키고, 바람직한 수의 분비물이 배달될 때 까지 반복한다. 최종적인 흡수후, 시료를 제거하고 0.05 psi 압력하에서 질량 및 두께를 측정한다.
본 발명의 물질구조는 흡수시 빠르게 팽창하는 매우 얇은 물질로 고안되었다. 따라서, 사용자가 흡수제품을 적용시, 그 제품은 매우 얇고, 안락하고, 잘 맞게된다. 사용중에 물질구조물이 팽창하는 동안, 누출의 기회를 감소시키는 흡수유체를 수용하기 위해 필요한 공극부피를 생성시킨다.
본 발명의 몇 몇 실시양태가 하기된다. 모든 실시양태는 흡수유체와 접촉시 팽창하는 매우 얇은 구조로 시작하도록 고안되었다.
물질구조는 변형된 펄프섬유, 변형된 초흡수제 및 작은 양의 결합제, 바람직하게는 열적으로 활성화된 결합제 섬유로 이루어져 있다. 물질은 초기에 생산되고, 저밀도에서 안정화된다. 이어서 물질은 압축되고, 얇음성의 요건을 충족시키는 흡수계의 일부로서 고밀도에서 고정된다. 흡수시, 압축구조물은 생산된 캘리퍼에서와 마찬가지로,구조물의 실질적인 부분을 회복하고, 생산 및 압축상태사이의 중간밀도를 달성한다. 팽창성 복합물은 표적지역에서 액체를 제거하는 흡수계 일부로써 사용시 가장 큰 잇점을 제공한다.
특정예는 펄프섬유, 초흡수물질 및 열가소성 결합제 섬유를 포함하는 구조를 포함하고, 댄 웹 에어레이 시스템(Dan Web airlay system)상에서 생산되었다. 본 발명에 속하는 복합물은 75 중량% 또는 55 중량%로 웨이어하우서(Weyerhauser)사의 NHB-416 가교펄프섬유 및 5 중량%로 셀본드(Celbond)라 불리는 호에치스트-셀라네세(Hoechst-Celanese)사의 복합섬유를 포함하였다. 초흡수물질은 20 중량% 또는 40 중량%의 다우 케미컬사의 AFA-130-53C, 스탁하우센사의 W77553 또는 스탁하우센사의 FAV880A 이었다. 물질은 저밀도(0.05 g/cc) 및 적당한 밀도(0.1 g/cc)에서 생산되었고, 라인위에서 열적으로 안정화되었다. 스탁하우센사의 W77553은 소수성표면처리를 받은 벌키한 중합폴리아크릴레이트이다. 스탁하우센사의 FAV880A는 그린스보로(Greensboro), NC 27406의 스탁하우센사로부터 상업적으로 이용가능하고, 고밀도로 가교결합된 표면을 갖는 초흡수제이다. AFA 130-53C는 미들랜드, MI의 다우 케미컬사로부터 이용가능한 850 내지 1400 micron의 현탁중합된 폴리아크릴레이트 입자이다. 쉼드 카버 프레스(shimmed carver press)(80-100℃에서 1분간)에서 가열압축하여 복합물을 0.20 g/cc의 흡수생성물 표적밀도로 압축하였다.
이 압착법의 결과 장시간에 걸쳐 0.20 g/cc 밀도를 보유하는 물질을 얻었다. 요망되는 구조를 형성하기 위해 연속, 온라인 칼렌더링을 포함하는 다른 압착법 및 시판되는 다른 압착법을 사용할 수 있지만, 수분이 첨가되거나 첨가되지 않은 저온 압착법(<50℃)을 사용하여 주위분위기하에서 빠르게 재팽창하고, 본 발명의 범주에 속하는 충분히 긴 바람직한 얇음성을 유지하지 않는 물질이 얻어졌다.
고온결합법(150℃)의 결과 필요이상으로 결합되고, 적셔졌을 때 빠르게 팽창하지 않고, 따라서 본 발명의 범주에 속하기에 필요한 만큼의 공극부피를 형성하지 않는 시료가 얻어졌다. 이는 더 좋은 조건(80-100℃)에서 결합되고, 적셔졌을 때 비압축 두께의 80% 보다 큰 두께로 빠르게 팽창하고, 만약 비압축 상태에서 출발하였다면, 포화되었을 때 그것의 두께의 90% 보다 크게 팽창하는 시료와 대비된다.
따라서 바람직한 물질구조는 웨이어하에우서(Weyerhaeuser) NHB416(28 내지 90 중량%)와 같은 습윤탄성(wet resillient)이나 친수성이 매우 높고, 화학적으로 가교겹합된 펄프섬유, 다우(Dow) AFA-130-53C 또는 스탁하우센 W77553(8 내지 70 중량%)과 같은 저속흡수제 및 셀본드(Cellbond) T105/T255 섬유와 같은 시소(Chisso), 허쿨레스(Hercules), 다나클론(Danaklon), 또는 호에츠스트-셀라네세(Hoechst-Celanese)에 의해 생산된 겉과 속 복합섬유와 같은 결합제 섬유이다.
"저속" 초흡수제란 최소한 5 분의, 바람직하게는 10분을 초과하는 흡수시간지수(ATI)를 갖는 초흡수제를 말한다. 비록 저속 흡수제가 바람직하긴 하나, 빠르거나 통상적인 초흡수제도 또한 후술하는 바와 같이 작용함을 유의할 필요가 있다. 빠른 초흡수제는 액체를 빠르게 결합시키고, 퍼짐 및 위킹을 제한하고, 흡수 제품내에서 액체의 전체분포를 감소시키나 여전히 매우 우수한 흡수성능을 제공할 수 있도록 거동한다.
결합제는 구조물을 함께 유지할 수 있도록 유효량으로 존재하여야 한다. 적은양도 가능하지만, 약 1 내지 약 20 중량%의 결합제량이 효과적인 것으로 믿어진다. 효과적인 것으로 알려진 특정 결합제도 사용가능 하지만, 복합결합섬유가 바람직하다. 결합제는 복합물이 압착될 때 그 기능을 수행하고, 액체흡수시 까지 고밀도 상태에서 복합체를 유지하여야 한다. 흡수시, 결합제는 복합물이 거의 압축전 캘리퍼로 확장가능하게 하여야 한다. 만약 결합제가 섬유형태로 존재한다면, 섬유는 가능한 미세한 것이 바람직하다.
수분감지결합제는 열 및(또는) 소량의 수분을 사용하여 활성화될 수 있는 분말, 액체 또는 섬유상 형태로 이용가능하다. 결합계는 유체중에 용해하는 폴리비닐 알코올 접착제, 분말 또는 섬유일 수 있다. 폴리비닐 알코올의 어떤 특정예는 탄성구조물의 팽창이 가능하게 하는 분비물과 접촉직후 점착성질의 변화를 야기하는 가역성 가교결합을 가진다. 통제된 친수성에 기초한 시간방아쇠(time trigger)를 갖는 수감응성 열용융 점착제를 또한 사용할 수 있고, 염기성 감응성 아크릴릭과 같은 수촉발성 중합체를 사용할 수 있다. 결합제는 또한 폴리아크릴릭 아미드, 폴리아크릴산 및 그의 공중합체, 스타치 결합제, 셀룰로오스 결합제 및 단백질 기재 결합제를 포함한다.
본 발명의 실시에서 사용될 수 있는 복합결합섬유는 권축될 수 있다. 복합섬유의 한쪽 면은 폴리에틸렌 산화물과 같은 수촉발성 제 1성분을 가질 수 있고, 섬유의 다른 면은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)와 같은 탄성섬유 제 2성분을 가질 수 있다. 상당수의 중합체가 전형적으로 약 6.5 내지 약 8.5의 pH를 갖는 수도물과 같은 아주 보통의 물에서 분해성을 띠고, 복합섬유의 수분해성 부분으로써 작용할 수 있다. 중합체는 또한 수성환경에서 pH 변화, 용해된 이온농도 변화 및(또는) 온도변화에 민감하거나 분해되는 제 1성분용으로 선택될 수 있다.
수분해성을 촉발시키는데 사용될 수 있는 다른 메카니즘은 이온감응성이다(여기서 이온이란 1 이상의 전자를 얻거나 잃고, 결과적으로 음전하 또는 양전하를 띠는 원자 또는 원자의 분자적으로 결합된 기를 의미함). 어떤 중합체는 수소결합에 의해 함께 유지되는 산성성분(R-COO_)을 함유한다. 건조상태에서, 이들 중합체는 고체이다(본 명세서에 참고문헌으로서 전부 채택된 예를 들어 바로나(Varona)에게 허여된 미국특허 제 4,419,403호 참조).
수성 혼합물 또는 세면수에서 분해가능한 중합체의 예로는 일본 오사카에 위치한 니폰 합성화학주식회사에 의해 제공된 그래프트 공중합체(coded Ecomaty AX2000, AX10000 및 AX-300G) 폴리(비닐알코올)이다. 니폰 중합체는 냉수에 가용성이나 풀러(Fuller) 중합체보다 약간 가용속도가 느리다. 또 다른 제 1성분 중합체로는 펜실베니아주 필라델피아에 위치한 아토켐(USA)에 의해 제공된 폴리에테르 블락 아미드(coded Pebax MX1074)가 있을 수 있다. 페박스 MX1074 중합체는 엡실론-카프로락탐(Nylon 12) 및 테트라메틸렌 글리콜 단량체로 이루어져 있다. 이들 단량체는 중합되어 일련의 폴리에테르 블락 아미드 공중합체를 형성한다. 페박스 중합체는 수불용성이나 수팽윤성이고, 따라서 물부피가 큰 환경에서 또한 사용될 수 있다. 풀러 중합체는 폴리프로필렌의 경우와 마찬가지로, 약 10℃ 이상의 연화점 또는 융점을 가진 제 2성분(속)중합체와 조화될 수 있다. 니폰 또는 아토켐 중합체는 폴리프로필렌 또는 폴리(부틸렌 테레프탈레이트)와 같은 더 높은 융점을 갖는 제 2성분과 조화될 수 있다.
특히, 본 발명의 팽윤성 흡수복합물은 약 30 내지 약 80 중량%의 펄프, 약 10 내지 약 60 중량%의 초흡수제 및 약 1 내지 약 10 중량%의 결합제를 가질 수 있다. 더욱 특별하게는, 팽윤성 흡수복합물은 약 55 내지 약 75 중량%의 펄프, 약 20 내지 약 40 중량%의 초흡수제 및 약 3 내지 약 8 중량%의 결합제를 가질 수 있다. 이와 같은 복합물은 압축후, 그리고 젖심전 약 0.1 g/cc 내지 0.30 g/cc, 바람직하게는 약 0.20 g/cc의 밀도를 가져야 한다.
첨부된 도면은 본 발명의 범주에 속하는 3가지 물질구조물에 대한 포화도의 함수로써의 공극부피의 발생을 나타낸다. 도면에서, 공극부피는 cc/g의 단위로 Y축상에 나타나 있고, 포화도는 g/g의 단위로써 X축상에 나타나 있다.
실시예1
도 1은 20 중량%의 빠른 초흡수물질 스탁하우센 FAV880, 75 중량%의 웨이어하에우서로부터의 화학적으로 가교결합된 펄프 NHB416 및 포화상태에서 5 중량%인 호에츠스트-셀라네세(Hoechst-Celanese)로부터의 셀본드 T105를 함유하는 복합물에서의 공극부피의 발생을 나타내는 그래프도이다. 생산 밀도는 0.04 g/cc이었고, 시료는 400 gsm의 총 플라이드(plied) 기본중량을 갖는 겹층으로 이루어져 있다. 시료는 80 ℃에서 1분간 0.2 g/cc의 최종 밀도로 압축되었다. 도표는 포화도의 함수로써의 공극부피발생을 플롯팅한 것이다. 이 도표는 시료가 6 cc/g의 공극 부피력에서 시작하고, 시료가 7 g/g 포화도에 도달할 때 거의 12 cc/g으로 공극부피력이 배가한다는 것을 예시하고 있다.
실시예 2
도 2는 도 1의 스탁하우센 초흡수제 FAV880 대신, 저속의 다우 AFA-130-53C 초흡수제물질을 사용하는 층상 복합물의 비교 데이타를 나타내고, 물질은 0.055 g/cc의 밀도에서 생산된다. 그밖의 모든 물질 및 압축조건은 실시예 1에서와 동일하다. 도 2에서 알 수 있듯이, 이 조성물은 증가된 포화도 함수로써 매우 유사한 공급부피용량을 발생시킨다.
실시예 3
다른 실시양태는 실시예 2에서와 같이 동일한 조성물 및 압축조건을 갖는 복합물이나, 다만 복합물은 0.11 g/cc의 밀도를 갖는다. 이 초기밀도와 함께, 공극부피발생율은 7 g/g의 포화도에서 오직 10 cc/g이나, 여전히 본 발명의 범주에 속한다. 복합물의 공극부피발생특성은 도 3에 나타나 있다.
실시예 4
이 실시양태는 55 중량% 펄프 및 40 중량% 초흡수제가 사용되었다는 점을 제외하고는 동일한 물질 및 압축조건을 갖는 복합물이다. 이 복합물은 0.05 g/cc의 밀도 및 0.2 g/cc의 최종 밀도를 나타내었다. 이 실시예의 공극부피발생을 나타내는 도면은 없다.
실시예 5
이 실시양태는 55 중량% 펄프 및 40 중량% 초흡수제가 사용되었다는 점을 제외하고는, 실시예 2에서와 같은 동일한 조성물 및 압축조건을 갖는 조성물이다. 이 복합물은 0.053의 생산밀도 및 0.2 g/cc의 최종밀도를 갖는다. 이 실시예의 공극부피발생을 나타내는 도면은 없다.
표 1 및 표 2는 시판중인 허기스(Huggies) 기저귀물질이외에 5가지 실시예에 대한 중량흡수시험(GTA)데이타를 보여준다. 허기스 기저귀물질은 크기 3의 힘 울트라트림(Him Ultratrim)기저귀 대신 허기스의 앞의 표적지역에서의 서지물질아래의 보유용 물질으로부터 취하였다. 이들 기저귀는 텍사스주, 달라스에 위치한 킴벌리클락사로부터 상업적으로 이용가능하다. 이들 시료는 약 0.02 g/cc의 밀도를 가졌고, 약 38 중량%의 양의 스탁하우센 FAV880 또는 다우 2035 시판용 초흡수제 및 약 62 중량%의 양의 알라바마주,코오사에 위치한 "코오사 밀즈(Coosa Mills)로부터 이용가능한 코오사 1654 펄프를 함유하였다.
표 1은 2개의 층을 갖는 각각의 실시예에 대한 결과외에 2 세트의 시료에 대한 허기스 기저귀 결과를 보여준다. 허기스 기저귀 시료는 약 800 gsm의 기본중량을 가졌고, 2개의 층을 갖는 실시예는 약 400 gsm의 기본중량을 가졌다. 표2의 결과는 약 800 gsm의 기본중량에서의 실시예를 나타낸다.
표 1에서 알 수 있듯이, 비록 오직 물질의 반수만이 시험되었지만, 모든 실시예 물질은 제 1차 및 제 2차 흡수시 허기스 기저귀에 비해 훨씬 더 빨리 10 ml 분비물을 흡수하였다. 실시예 물질은 허기스 기저귀 물질의 약 반절의 부피(캘린더)를 가졌다. 표 1의 오른편상의 공극부피데이타를 보면 알 수 있듯이, 실시예물질은 시판되는 물질보다 더 효과적으로 이용가능한 공극부피를 사용하였다. 실시예는 70 %포화도에 도달한후에도 높은 흡수속도를 유지하였다.
표 2는 표 1에서와 유사한 데이타를 보이나, 허기스 기저귀 물질과 거의 동일한 실시예 물질에 대한 기본중량 및 초기부피를 사용한다. 표 2의 데이타에서 알 수 있듯이, 실시예 물질은 모두 허기스 기저귀물질보다 휠씬 빨리 3회에 걸쳐 10 ml 분비물을 흡수하였다. 공극부피활용은 또한 훨씬 더 증가하였다.
조성면에서 허기스 기저귀물질과 피상적으로는 거의 유사한 실시예물질은 아주 우수한 성능을 제공하였다. 이러한 결과는 실시예 물질이 액체 접촉과 동시에 팽창하면서 발생하는 공극부피의 발생에 기인한 것으로 믿어진다. 이 팽창은 허기스 기저귀에서 발생하는 것과 같은 보통의 초흡수제 팽창뿐 만 아니라 초흡수제가 함유된 섬유상 매트릭스의 팽창에 의해 유발된다. 따라서 초흡수제 겔 블라킹 및 후속하는 액체 흡수제한은 본 발명의 복합물에서 제거되거나 감소된다. 따라서 본 발명의 흡수구조물은 통상적인 허기스 기저귀에서와 같이 상기 서지를 갖는 보유용 물질과 같은 서지물질로서 사용될 수 있거나, 아주 우수한 흡수성질로 인해 서지를 갖지 않는 보유용 물질로서 사용될 수 있다.
비록 본 발명의 몇 몇 대표적인 실시양태만이 위에서 상세하게 기술되었지만, 당업자들은 본 발명의 새로운 내용 및 장점에서 멀리 벗어나지 않으면서 많은 변경이 가능하다는 것을 인식할 것이다. 따라서, 그와 같은 변형들은 하기 청구범위에서 정의한 바와 같이 본 발명의 범주에 속하는 것으로 의도된다. 청구범위에서, 기능적 클레임은 반복기능을 수행하는 것으로써 본 명세서에 기재된 구조 및 구조등가물이에 균등등가물을 포함하는 것으로 의도된다. 따라서 비록 못은 목재부품을 함께 고정시키기는데 원형표면을 사용하고, 반면에 나사는 목재부품을 고정시키는데 나선형표면을 사용한다는 점에서 못 및 나사는 구조등가물이 아니나, 못 및 나사는 균등등가물이다.
이 출원은 1997. 12. 23일 출원된 미국 가출원 제 60/068,534호를 우선권 청구하는 것이다.

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  9. 28 내지 90 중량%의 펄프, 8 내지 70 중량%의 초흡수물질 및 1 내지 20 중량%의 결합제 섬유를 함께 혼합하여 웹을 형성하는 단계,
    상기 웹을 안정화하여 안정화된 웹을 형성하는 단계, 및
    0.1 g/cc 내지 0.3 g/cc의 밀도를 갖는 안정화된 복합물을 생산하기에 충분한 온도 및 시간으로 상기 안정화된 웹을 2 개의 표면 사이에서 압축하는 단계를 포함하며, 상기 혼합 단계에 있어서 펄프, 초흡수물질 및 결합제 섬유의 총합은 100 중량%인 팽창성 흡수복합물의 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서, 압축 단계 동안 상기 웹이 80 내지 100 ℃의 온도에서 가열되는 방법.
  11. 제9항에 있어서, 상기 혼합 단계의 결합제 섬유가 1 내지 10 중량%로 존재하는 방법.
  12. 제9항에 있어서, 상기 혼합 단계의 결합제 섬유가 3 내지 8 중량%로 존재하는 방법.
  13. 제9항에 있어서, 상기 혼합 단계의 펄프가 30 내지 80 중량%, 초흡수물질이 10 내지 60 중량%, 결합제 섬유가 1 내지 20 중량%로 존재하는 방법.
  14. 제9항에 있어서, 상기 압축 단계가 프레스에 의하거나 또는 칼렌더 롤을 통하여 달성되는 방법.
  15. 제9항에 있어서, 상기 혼합 단계의 펄프가 30 내지 80 중량%, 초흡수물질이 10 내지 60 중량%, 결합제 섬유가 1 내지 10 중량%로 존재하는 방법.
  16. 제9항에 있어서, 상기 혼합 단계의 펄프가 55 내지 75 중량%, 초흡수물질이 20 내지 40 중량%, 결합제 섬유가 3 내지 8 중량%로 존재하는 방법.
  17. 제9항에 있어서, 상기 혼합 단계가 압축 단계 이전에 0.05 g/cc 내지 0.1 g/cc의 밀도를 갖는 웹을 생성하는 방법.
  18. 28 내지 90 중량%의 펄프, 8 내지 70 중량%의 초흡수물질 및 1 내지 20 중량%의 결합제 섬유를 포함하며, 젖었을 때 비압축 두께의 80 %를 초과하여, 그리고 포화될 때 비압축 두께의 90 %를 초과하여 빠르게 팽창하며, 제9항의 방법에 따라서 제조되는 팽창성 흡수복합물.
  19. 28 내지 90 중량%의 펄프, 8 내지 70 중량%의 초흡수물질 및 1 내지 20 중량%의 결합제 섬유를 함께 혼합하여 웹을 형성하는 단계,
    상기 웹을 안정화하여 안정화된 웹을 형성하는 단계, 및
    0.1 g/cc 내지 0.3 g/cc의 밀도를 갖는 안정화된 복합물을 생산하기에 충분한 온도 및 시간으로 상기 안정화된 웹을 2 개의 표면 사이에서 압축하는 단계를 포함하며,
    상기 혼합 단계가 압축 단계 이전에 0.05 g/cc 내지 0.1 g/cc의 밀도를 갖는 웹을 생성하고, 상기 압축 단계 동안 웹이 80 내지 100℃의 온도에서 가열되며, 상기 혼합 단계에 있어서 펄프, 초흡수물질 및 결합제 섬유의 총합은 100 중량%인
    팽창성 흡수복합물의 생산 방법.
  20. 28 내지 90 중량%의 펄프, 8 내지 70 중량%의 초흡수물질 및 1 내지 20 중량%의 결합제 섬유를 포함하며, 젖었을 때 비압축 두께의 80 %를 초과하여, 그리고 포화될 때 비압축 두께의 90 %를 초과하여 빠르게 팽창하며, 제19항의 방법에 따라서 제조되는 팽창성 흡수복합물.
KR1020007006949A 1997-12-23 1998-12-09 개선된 흡수성능을 위한 펄프 및 초흡수복합물 KR100668552B1 (ko)

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