KR100699292B1

KR100699292B1 - 부직포 웹의 습윤 인장 강도의 개선

Info

Publication number: KR100699292B1
Application number: KR1020050032970A
Authority: KR
Inventors: 로널드 버날 존스; 블레인 리처드 호바; 조엘 어윈 골드스테인; 로이드 마론 로브슨
Original assignee: 에어 프로덕츠 폴리머, 엘.피.
Priority date: 2004-04-23
Filing date: 2005-04-21
Publication date: 2007-03-26
Also published as: US20050239359A1; EP1589138A1; CN100350010C; ATE437260T1; US7285504B2; CN1690148A; DE602005015503D1; KR20060047303A; EP1589138B1

Abstract

본 발명은 사용하기에 안전하고 또한 변기에 폐기하면 분산되어 최종적으로 적절한 환경 하에서 생분해되는 사전 함수 처리된 부직포 습윤 와이프에 사용하거나, 또는 액체와 접촉 시에 높은 인장 강도를 요하는 부직포 웹에 사용하기 위한 부직포 웹의 습윤 인장 강도를 개선시키는 것에 관한 것이다. 부직포 웹의 습윤 인장 강도의 개선은 웹에 도포되는 중합체 결합제 시스템으로 소정량의 폴리(아크릴산)을 혼입시켜 달성한다.

부직포 웹, 폴리(아크릴산), 인장 강도

Description

부직포 웹의 습윤 인장 강도의 개선{IMPROVEMENT IN THE WET TENSILE STRENGTH OF NONWOVEN WEBS}

부직포 산업에 있어서 제품의 폐기가 큰 골칫거리로 대두되고 있다. 여러 유형의 1회용 부직포 중에 특히, 다량의 물 또는 액체에 쉽게 분산될 수 있는 사전 함수 처리된 부직포와, 와이프로 사용될 수 있고 액체와 접촉한 후 고강도를 요하는 흡수성의 1회용 부직포가 있다.

분산성 부직포에 대하여 산업계에서는 롤 형태의 사전 함수 처리된 화장실용 티슈 및 완전히 변기 물로 씻어 내릴 수 있으며 분산될 수 있는 사전 함수 처리된 와이프를 제공하고자 한다. 다시 말해서, 티슈 또는 와이프는 온도를 증가시키거나 화학물질을 첨가하지 않고도 약한 진탕에 의해 화장실 물에서 붕괴되어야 한다.

습윤 상태로 포장되는 피부 클렌징 및 리프레싱 티슈는 널리 공지되어 시판되며, 일반적으로 타월렛, 습윤 와이프, 펨(여성용) 와이프 등으로 불린다. 이것들은 종이로 이루어지며 습윤 강도가 부여되도록 제조 또는 처리되는 흡수성 시트를 포함하는데, 상기 시트는 통상의 수건의 치수를 가지며, 접혀서 젖은 상태로 불투액성 포장재에 개별 포장되거나 밀폐된 용기에 복수개가 포장된다. 습윤 상태로 포 장된 본디드 부직포 웹의 사전 함수 처리에 이용되는 액체는 일반적으로 수성 조성물 또는 유액(lotion)이며, 이것은 표면 활성제 및 습윤제를 더 함유할 수 있고, 경우에 따라서는 방향제를 함유할 수 있다. 그러한 습윤 시트는 개별 포장하는 대신에, 종종 그러한 접힌 시트를 임의의 소정의 편리한 갯수만큼 포함하는 재밀폐 가능한 용기로 시판된다.

수용성 또는 수 재분산성 중합체 결합제는 부직포 기재의 제조에 사용되어 왔으며, 이들은 일반적으로 폴리(비닐 알콜)(PVOH), PVOH-안정화 비닐 아세테이트 또는 비닐 아세테이트계 중합체, 예를 들어 아세테이트-에틸렌(VAE) 에멀션 중합체로 구성된다. 사전 함수 처리된 와이프 및 티슈와 관련된 기술적인 문제점으로는 (1) 제조 및 의도된 용도에의 사용을 위해 충분한 건조 및 습윤 인장 강도를 제공하도록 부직포 와이프에 충분한 수용성 또는 수 분산성 결합제를 제공하는 것과, (2) 보관 중에 와이프 또는 티슈 내의 수 재분산성 중합체를 수성 조성물에 의한 공격으로부터 보호하는 것을 들 수 있다.

사용 전에 사전 함수 처리된 와이프가 붕괴되는 것을 해결하기 위한 몇 가지 메카니즘이 제안되었다. 한 가지 방법은 습윤 부직포 기재의 보전성을 유지하기 위해 수성 유액 조성물에 붕산 또는 이의 유도체를 첨가하는 것이다. 그러나 붕산 또는 이의 유도체는 이들이 점막 부근에 유해한 영향을 미칠 가능성이 있다는 점을 인식함으로 인하여 사용이 꺼려지게 되었다.

와이프의 용해를 막기 위한 또 다른 메카니즘은 수성 유액으로서 PVOH를 서서히 용해시키는 것을 방지하기 위해 고농도의 알칼리 금속 중탄산염 및 염을 포함 시켜 이러한 보호 콜로이드가 중합체 결합제를 재분산시키도록 하는 것이었다. 알칼리 금속 중탄산염의 문제점은 이들이 서서히 이산화탄소로 분해되어 용액으로부터 증발될 수 있다는 점이다.

하기 특허 및 문헌은 종래 기술을 예시한다.

미국 특허 제4,245,744호는 PVOH 함유 비닐 아세테이트계 중합체로 함침된 부직포 섬유 시트를 개시하는데, 상기 부직포 시트는 PVOH에 대한 침전제 또는 겔화제, 예컨대 붕산의 묽은 수용액과 접촉된 상태로 유지된다.

미국 특허 제5,252,332호는 붕산 이온 또는 중탄산염 이온을 함유하는 수용액과 접촉된 상태로 PVOH 또는 PVOH 함유 결합제에 의해 함침된 부직포 섬유의 시트를 포함하는 포장된 타월렛을 개시한다.

미국 특허 제5,629,081호는 PVOH 함유 결합제와 접촉된 상태로 부직포 섬유의 웹을 포함하는 사전 함수 처리된 분산성 및 생분해성 습윤 와이프를 개시한다. 상기의 결합제와 접촉된 상태의 웹은 유액의 중량을 기준으로 0.1∼0.9 중량%의 붕산 및 5∼8 중량%의 알칼리 금속 중탄산염을 포함하는 수성 유액 용액을 더 포함한다.

미국 특허 제5,384,189호는 수 분해성 부직포 직물을 개시하는데, 이 직물에서는 섬유가 불포화 카르복실산/불포화 카르복실산 에스테르 공중합체를 포함하는 수용성 결합제에 의해 서로 접합되며, 이때 상기 카르복실산으로부터 유도된 반복 단위의 1∼60 몰%는 염의 형태로 존재한다. 결합제는 수돗물에 용해될 수 있지만, 1가 이온을 포함하는 중성 무기 염을 0.5 중량% 이상 함유하는 수용액 중에서는 불 용성이다.

미국 특허 제5,972,805호는 불포화 카르복실산/불포화 카르복실산 에스테르/에스테르 공중합체 25∼90 중량%, 2가 이온 억제제 10∼75 중량% 및 가소제 0∼10 중량%를 포함하는 부직포 웹을 제조하는 데 사용하기 위한 수용성 중합체 결합제 조성물을 개시한다. 이 수용성 결합제 조성물은 2가 이온 농도가 약 50 ppm이고 1가 이온 농도가 약 0.5 중량% 미만인 수성 환경에서 용해될 수 있다.

미국 특허 제5,256,417호는 결합제, 예를 들어 PVOH 또는 보호 콜로이드로서 PVOH를 함유하는 수성 중합체 에멀션에 의해 함침된 부직포 섬유의 시트를 포함하는, 1회용의 포장된 타월렛을 개시한다. 상기 시트는 PVOH에 대하여 비용매인 액체 유기 화합물인 비수성 유액 조성물과 접촉된 상태로 포장재 내에서 습윤 상태로 유지된다.

WO 99/18269 및 WO 00/39378은 변기 폐기용 1회용 제품을 개시한다. 변기 폐기용 제품의 특징은 이것이 의도된 용도를 위해서는 충분한 습윤 강도를 보유하지만 물과 접촉 시 그 구조적 보전성을 상실하게 되는 것이다. 이온 감수성, "온도 감수성" 조성물은 1회용 제품을 제조하는 데 사용되며, 1종 이상의 수 감수성 중합체 및 극성 기, 예를 들어 말레산을 갖도록 그래프팅된 폴리올레핀, 폴리락티드 1종 이상의 블렌드를 포함한다. 분산성은 수용액 중의 1가 이온 및 다가 이온의 양에 의존한다.

또한 부직포 제품은 와이퍼와 같은 흡수성의 1회용 제품을 제조하는 데 사용된다. 이러한 부직포 제품 또는 직물은 또한 점착성 중합체 결합제로 서로 접합된 섬유들이 느슨하게 회합된 웹 또는 집결체로 이루어진다. 이들 섬유는 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리아크릴레이트 등과 같은 셀룰로스계 재료 또는 중합체 재료로 이루어진 것이었다. 그러나 이들 부직포 제품은 액체와 접촉한 후에 높은 수준의 강도를 유지할 것으로 예상된다. 이들은 일반적으로 주방용 조리대, 창문 및 다수의 기타 경질 표면을 세정하는 데 사용된다. 이러한 부직포 웹을 위한 점착성 중합체의 다수는 비닐 아세테이트, 에틸렌 및 자체 가교성 단량체, 예를 들어 N-메틸올 아크릴아미드(NMA)의 수계 중합체 또는 에멀션 중합에 의해 형성된 등가물에 기초한 것이었다. 자체 가교성 단량체의 혼입은 습윤 강도 및 유기 용매에 대한 내성을 강화시킨다.

하기 특허는 대표적인 종래 기술이다.

미국 특허 제3,380,851호는 느슨하게 회합된 섬유에 접합된, 비닐 아세테이트, 내부 가소제로서의 다른 중합성 화합물 및 후 경화성 공단량체, 예컨대 N-메틸올 아크릴아미드의 중합체로 이루어진 부직포 결합제를 개시한다. 셀룰로스, 울, 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리에틸렌 등을 포함하는 천연 및 합성 섬유에 기초한 다양한 섬유들이 개시되어 있다.

미국 특허 제4,449,978호는 포름알데히드 생성량이 적은 점착성 중합체에 접합된, 미국 특허 제3,380,851호에 개시된 유형의 부직포 웹을 개시한다. 구체적인 시스템은 비닐 아세테이트, 에틸렌과, 아크릴아미드 및 N-메틸올 아크릴아미드의 블렌드를 주성분으로 하는 것이다.

미국 특허 제3,758,429호는 에틸렌, 비닐 클로라이드 및 N-메틸올 아크릴의 삼원 공중합체에 기초한, 부직포 웹을 제조하는 데 사용하기 위한 점착성 결합제를 개시한다. 이 삼원 공중합체는 습윤 강도를 강화시키기 위해 사용된다.

미국 특허 제3,752,733호는 에틸렌/비닐 클로라이드/아크릴아미드 삼원 공중합체에 접합된 천연 공급원 및 합성 공급원 둘 다로부터의 섬유에 기초한 부직포 제품을 개시한다. 특허권자는 인장 강도, 연화성, 가요성 등을 증가시키기 위해 상기한 중합체를 황 화합물로 경화시키는 것을 개시한다.

미국 특허 제3,137,589호는 1 이상의 메틸올 기에 의해 질소 상에서 치환된 알파-, 베타-불포화 카르복실산 아미드 및 다른 불포화 중합성 화합물의 공중합체를 포함하는, 부직포 웹의 제조에 사용하기 위한 결합제를 개시한다.

종래에는, 바람직한 또는 충분한 습윤 인장 강도를 얻기 위해, 중합체의 건조 인장 강도를 증가시키거나 또는 중합체의 첨가량을 증가시키는 것이 통상적인 관행이었다. 그러나, 습윤 인장 강도의 수준은 일반적으로 현재 요구되는 수준보다 낮은 수준의 성능에서 더 증가하지 않으며, 자체 가교성 단량체의 양을 증가시키는 것은 성능을 강화시키지 못한다. 부직포 제품의 건조 인장 강도가 더 커질수록 제품에 강성도 또는 경도를 부여하는 경향이 있으며, 이로 인하여 감촉성이 떨어진다.

본 발명은 부직포 제품의 습윤 인장 강도를 향상시키기 위한 중합체 결합제 시스템에 관한 것이다. 기본적인 중합체 결합제는 에틸렌성 불포화 단량체의 중합 단위로 이루어지며, 에멀션 중합에 의해 형성되고, 부직포 제품에 적용하기 위해 제형화된다. 전형적으로, 중합체 결합제는 비닐 아세테이트, 에틸렌, 비닐 클로라이드, 비닐 버사테이트, 알킬 (메트)아크릴레이트, 스티렌, 부타디엔 및/또는 기타 불포화 단량체, 예컨대 디옥틸 말리에이트를 함유할 수 있다. 임의의 액체와 접촉시 높은 강도를 갖는 부직포 제품을 원한다면, 결합제는 자체 가교성 단량체(들), 예를 들어 N-메틸올 아크릴아미드(NMA) 역시 함유하여야 한다. 부직포 웹의 습윤 인장 강도에 있어서의 향상은 소정량의 폴리(아크릴산)(PAA)을 결합제로 혼입하여 달성한다. 또 다른 가능한 중요한 장점은 동등한 강도에서 감량된 결합제를 사용함으로써 유리 포름알데히드의 수준을 낮출 수 있다는 것이다.

요약하면, 이러한 중합체 결합제 시스템의 주된 장점은 부직포 웹이 습윤화될 때 향상된 강도를 나타낸다는 것이다. 본 발명의 중합체 결합제 시스템을 사용하게 되면 부직포 웹의 강도를 증가시키고, 공지된 VAE계 결합제 시스템을 사용하여 상업적으로 가능한 것에 비해 더 적은 양의 결합제가 필요하여, 현재 시판되는 것과 동등한 강도를 갖는 구조물을 제조할 수 있다. 결합제를 더 적게 사용함으로써 원료 절감이 실현되고, 또한 포름알데히드 함량이 적고 스트리킹이 적고 향상된 흡수성을 가지며 촉감이 부드러운 완제품을 제공할 수 있기 때문에 성능 면에서의 이점이 실현된다. 이러한 개선점은 습윤 강도가 영구적(가교성 공단량체를 사용함)이든지 또는 가역적(종래 기술된 개시된 것에 비해 비교적 소량의 불용화 염을 함유하는 유액을 사용하는 신형 사전 함수 처리된 와이프)이든지 간에 실현될 수 있다.

액체 중에 재분산될 수 있도록 가역적 가교가 요구되는 경우에 있어서, 본 발명은 수성 조성물, 예를 들어 수 결합성 염을 함유하는 유액과 접촉된 상태로 수 재분산성 중합체 결합제에 의해 접합된 섬유로 이루어진 부직포 웹, 또는 기재를 포함하는 사전 함수 처리된 습윤 와이프에 있어서의 개선점에 관한 것이다. 상기 개선점은 건조 중량을 기준으로

(a) 수 재분산성 중합체 에멀션 65∼85 중량%;

(b) 폴리(비닐 알콜) 13∼30 중량%; 및

(c) 폴리(아크릴산) 1∼7 중량%를 포함하는 블렌드로 이루어진 중합체 결합제 조성물에 있다.

본 발명은 하기의 장점을 갖는 사전 함수 처리된 와이프를 제공한다.

ㆍ 긴 저장 수명

ㆍ 수성 유액 중에서의 우수한 인장 강도;

ㆍ 제조에 요구되는 우수한 건조 인장 강도 및 연신율

ㆍ 수성 유액 중에 붕산 또는 이의 유도체를 사용하지 않아도 된다는 점;

ㆍ 수중 경도와 관계 없이 일반적인 수돗물 또는 물 함유 변기의 주위 조건 하에 기사용되어 폐기된 와이프의 신속한 붕괴;

ㆍ 사전 함수 처리된 와이프일 때 결합제가 갖는 우수한 감촉으로 인하여 폴리에틸렌 글리콜과 같은 가소제를 사용할 필요가 없다는 점;

ㆍ 불용화 염의 사용을 줄일 수 있어서 염증 및 자극 발생의 우려를 크게 줄이거나 없앨 수 있다는 점.

부직포 제품이 임의의 액체 존재 하에 습윤 강도를 요하는 경우에 있어서, 본 발명은 결합제에 폴리(아크릴산)을 혼입함으로써 부직포 웹의 습윤 인장 강도를 개선시키는 것에 관한 것이다. 개선점은 건조 중량을 기준으로 90∼99.9 중량%의 자체 가교성 라텍스 중합체; 및 0.1∼10 중량%의 폴리(아크릴산)을 포함하는 블렌드로 이루어진 중합체 결합제 조성물에 있다.

본 발명은, 사용하기에 안전하고 또한 변기에 폐기하면 분산되어 최종적으로 적절한 환경 하에서 생분해되는 사전 함수 처리된 부직포 습윤 와이프에 사용하거나 또는 액체와 접촉 시 높은 인장 강도를 요하는 부직포 웹에 사용하기 위한 부직포 웹의 습윤 인장 강도를 개선시키는 것에 관한 것이다. 본원에서 사용되는 "습윤 와이프(wet wipe)"란 용어는, 예를 들어 세정 목적으로 사용될 수 있는 섬유로 이루어진 사전 함수 처리된 부직포 웹을 의미하며, 타월렛, 와이프, 예를 들어 아기용 와이프, 치핵 와이프, 여성용 위생용품 와이프, 누워 지내는 환자용 와이프, 침실용 세정 와이프 등과, 사전 함수 처리된 화장지와 같은 물품을 포함한다. "분산 가능한(분산성)"이란 용어는 약하게 진탕하여도 화장실 물이나 기타 수성 매질에서 쉽게 붕괴될 수 있는 부직포 웹의 능력을 의미한다.

분산 가능한 부직포의 사전 함수 처리된 습윤 와이프는 수성 조성물, 예를 들어 유액과 접촉한 상태로 수용성 또는 수 재분산성 중합체 결합제에 의해 접합된 부직포의 섬유상 재료로 이루어진다. 비분산성 부직포 웹은 자체 가교성 결합제에 의해 접합된 부직포의 섬유상 재료로 이루어진다. 주로, 섬유상 재료는 일반적으로 습윤 강도 및 건조 강도를 강화시키기 위해 부가량의 직물 섬유를 갖는, 셀룰로스 목재 펄프 섬유로 이루어진다. 일반적으로, 목재 펄프 섬유는 부직포 기재의 약 75∼100 중량%를 구성하며, 직물 섬유는 부직포 기재의 약 0∼25 중량%를 구성한다. 바람직한 직물 섬유는 레이온, 면, 울, 아세테이트, 또는 텐셀 섬유를 포함한다.

목재 펄프(단독 또는 천연 또는 합성 섬유와 블렌딩된)는 부직포 웹을 제조하기 위해 건식(에어-레이드, 카디드, 란도) 또는 습식 레이드 공정에 의해 가공할 수 있다. 에어-레이드 공정에 의해 제조된 부직포 웹은 습식-레이드 부직포에 비하여 완제품에서 섬유의 수소 결합이 최소라는 점에서 바람직하다. 에어-레이드 공정은 웹을 완전히 붕괴시키기 위해 진탕시키면서 극복해야 하는 고유의 보전성을 웹에 거의 또는 전혀 부여하지 않는다.

분산 가능한 사전 함수 처리된 와이프의 형성에 있어서 최초 처리는 수용성 또는 수 재분산성 결합제로 부직포 웹을 코팅 또는 함침시키는 것이다. 이것은 (1) 수 재분산성 라텍스 중합체 결합제의 수성 조성물, 특히 보호 콜로이드로서 PVOH로 안정화시킨 수성 중합체 에멀션에 웹을 침지시키거나 상기 에멀션 중합체 중에서 웹의 길이를 신장시킴으로써 또는 (2) 분무에 의해, 패딩에 의해, 롤러 또는 기타 유형의 애플리케이터에 의해 섬유의 부직포 웹의 표면에 그러한 수용성 또는 수 재분산성 중합체 결합제를 도포함으로써 수행할 수 있다. 건조 후에, 처리된 부직포 웹은 의도된 용도에 맞게 원하는 크기의 시트로 절단할 수 있다. 소정의 크기로 사전에 절단된 결이 거친 개별 시트는 수성 PVOH 또는 중합체 에멀션으로 처리한 후 건조시킬 수 있다.

비분산성의 사전 함수 처리된 와이프의 형성에 있어서의 최초 처리는 부직포 웹을 자체 가교성 결합제로 코팅 또는 함침시키는 것이다. 이것은 (1) 자체 가교성 라텍스 중합체 결합체의 수성 조성물, 특히 아크릴아미드를 함유하거나 함유하지 않고 NMA를 함유하는 수성 중합체 에멀션에 웹을 침지시키거나 또는 상기 에멀션 중에서 웹의 길이를 신장시킴으로써, 또는 (2) 분무에 의해, 패딩에 의해, 롤러 또는 기타 유형의 애플리케이터에 의해 섬유의 부직포 웹의 표면에 그러한 자체 가교성 라텍스 중합체 결합제를 도포함으로써 수행할 수 있다. 건조 후에, 처리된 부직포 웹은 고온으로 가열하여 자체 가교성 부분을 완전 경화시킨 다음, 의도된 용도에 맞게 원하는 크기의 시트로 절단할 수 있다.

분산 가능한 사전 함수 처리된 와이프에 있어서의 개선점은 수 재분산성 라텍스 중합체 결합제로서 (1) 수 재분산성 라텍스 중합체 결합제; (2) 폴리(비닐 알콜); 및 (3) 폴리(아크릴산)으로 이루어진 수용성 중합체 블렌드에 있다. 수 재분산성 라텍스 중합체, 폴리(비닐 알콜) 및 폴리(아크릴산)의 양은 건조 중량을 기준으로 하기 표에 기재하였다.

성분	건조 중량%	바람직한 건조 중량%
수 재분산성 라텍스 중합체	65∼85	68∼78
폴리(비닐 알콜)	13∼30	20∼28
폴리(아크릴산)	1∼7	2∼5

분산 가능한 부직포 제품을 위한 수 재분산성 라텍스 중합체 결합제는 일반적으로 비가교성인 것, 예를 들어 중합체가 비교적 비-재분산성이 되는 정도까지 가교되는 중합된 NMA 단위를 함유하지 않는 것이다. 가장 바람직하게는, 수 재분산성 라텍스 중합체는 수계 에멀션 중합에 의해 제조 시에, 보호 콜로이드 및 안정화 시스템의 한 성분으로서 PVOH를 함유한다. PVOH 안정화 비닐 아세테이트 및 비닐아세테이트계 중합체, 예를 들어 VAE 중합체 에멀션은 수중 분산이 용이함으로 인하여 바람직하다. 수 재분산성 중합체가 호모-폴리(비닐 아세테이트)일 수 있는 한편, 이러한 제형은 전형적인 에어레이드 부직포 생산을 위해 요구되는 소정의 신도를 갖지 않는 경향이 있다.

사용될 수 있는 수 재분산성 라텍스 중합체 결합제로는, 이에 한정되는 것은 아니나, 비닐 아세테이트계 중합체, 예를 들어 PVOH로 안정화시킨 VAE 중합체(Tg가 -45∼30℃임)를 들 수 있다. 골격 내로 중합된 다른 단량체도 낮은 수준으로 존재할 수 있다. 이러한 단량체로는 (메트)아크릴산, 크로톤산, 알킬 (메틸)아크릴레이트를 포함할 수 있으며, 여기서 알킬기는 C₁-C₁₂ 선형 또는 분지형의 디- 또는 모노-알킬 말리에이트이며, 여기서 알킬기는 C₁-C₁₂ 선형 또는 분지형의 (메트)아크릴아미드, 디- 또는 모노-알킬 치환된 (메트)아크릴아미드이며, 여기서 알킬기는 C₁-C₁₂ 선형 또는 분지형의, 알칸산의 비닐 에스테르이며, 여기서 알킬기는 C₁-C₁₂ 선형 또는 분지형의 프로필렌, 비닐 클로라이드 및 비닐 에틸렌 카르보네이트이다.

블렌드의 한 성분으로서 사용되는 PVOH는 가수분해도가 75∼96 몰%, 바람직하게는 87∼89 몰%일 수 있다. 이것은 또한 가수분해도가 96 몰% 이상일 수도 있다. 분자량이 크고 중합도(DPn)가 600∼2500 또는 그 이상인 PVOH를 사용하는 것이 바람직하다. PVOH의 가수분해도를 증가시키면 재분산 속도가 훨씬 더 느린 웹이 생성된다. 이러한 특성으로 인해 상기 분산물이 적절한 결합제가 되지 못하는 것은 아니지만, 몇몇 용도에서는 덜 바람직하다. PVOH 제품은 셀라니스 케미칼 컴퍼니에서 상표명 Celvol로 시판된다.

비분산성 부직포 웹에 있어서의 개선점은, 자체 가교성 라텍스 중합체 결합제로서 (1) 자체 가교성 라텍스 중합체 결합제 및 (2) 폴리(아크릴산)으로 이루어진 수 분산된 중합체 블렌드에 있다. 자체 가교성 라텍스 중합체 및 폴리(아크릴산)의 양은 건조 중량을 기준으로 하기 표에 기재하였다.

성분	건조 중량%	바람직한 건조 중량%
자체 가교성 라텍스 중합체	90∼99.9	94∼99
폴리(아크릴산)	0.1∼10	1∼6

비-재분산성 부직포 제품을 위한 자체 가교성 라텍스 중합체 결합제는 중합체가 비교적 비-재분산성이 되는 정도까지 가교되는 중합된 NMA 단위를 함유하는 것이다. 가장 바람직하게는 자체 가교성 라텍스 중합체는 NMA; NMA와 아크릴아미드의 혼합물(NMA-LF 또는 MAMD로서 시판됨); 아크릴아미도글리콜산(AGA); 아크릴아미도부티르알데히드 디에틸 아세탈; 아크릴아미도부티르알데히드 디메틸 아세탈; 메틸 아크릴아미도글리콜레이트 메틸 에테르; 이소부틸메틸올 아크릴아미드 등을 함유한다. NMA 및 NMA와 아크릴아미드의 혼합물이 가교제로 선택되며, 유리 포름알데히드 방출량이 저감된 중합체를 위해 시판되는 것 중 하나이다. 이러한 단량체는 수계 에멀션 중합에 의해 중합된다.

사용될 수 있는 자체 가교성 라텍스 중합체 결합제는, 이에 한정되는 것은 아니지만, 비닐 아세테이트계 중합체, 예를 들어 PVOH, 계면활성제, PVOH 또는 개 질된 히드록시에틸 셀룰로스일 수 있는 보호 콜로이드와 병용되는 계면활성제에 의해 안정화된 VAE 중합체를 포함하며, 여기서 상기 분산 중합체의 Tg는 -45∼30℃이다. 골격 내로 중합된 다른 공단량체도 일정 수준 존재할 수 있다. 이러한 단량체는 (메트)아크릴산, 크로톤산, 알킬 (메트)아크릴레이트를 포함할 수 있으며, 여기서 알킬기는 C₁-C₁₂ 선형 또는 분지형의 디- 또는 모노-알킬 말리에이트이며, 여기서 알킬기는 C₁-C₁₂ 선형 또는 분지형의 (메트)아크릴아미드, 디- 또는 모노-알킬 치환된 (메트)아크릴아미드이며, 여기서 알킬기는 C₁-C₁₂ 선형 또는 분지형의, 알칸산의 비닐 에스테르이며, 여기서 알킬기는 C₁-C₁₂ 선형 또는 분지형의 프로필렌, 비닐 클로라이드 및 비닐 에틸렌 카르보네이트이다. 이러한 중합체들은 또한 비닐 아세테이트 및 에틸렌을 함유하지 않을 수도 있다.

폴리(아크릴산)이란 용어는 중합체 골격 내에 주요 부분(예를 들어 50% 이상), 바람직하게는 90% 이상의 중합된 아크릴산 단위를 갖는 중합체를 의미한다. 흔히 폴리(아크릴산)은 폴리(아크릴아미드)의 가수분해에 의해 형성되며, 따라서 잔류 아크릴아미드가 중합체 내에 존재할 수 있다. 중합체는 임의의 분자량을 가질 수 있으나, 폴리(아크릴산)에 대한 바람직한 수 평균 분자량 범위는 100,000∼500,000 달톤이다. 시판되는 적절한 폴리(아크릴산)의 예로는 롬 & 하스에서 시판되는 Acumer 1540 및 Acumer 1510, 또는 사이텍 인더스트리즈 인코포레이티드에서 시판되는 Cyanamer A-15, Cyanamer A-100L, Cyanamer P-21, Cyanamer A-370, 또는 알코 케미칼에서 시판하는 Alcosperse 124, Alcosperse 404, Alcosperse 406, Alcosperse 459, Alcosperse 602A 및 Alcosperse 747 및 알드리치 케미칼 컴퍼니에서 시판하는 몇 등급의 폴리(아크릴산)이 있다.

블렌드는 적어도, 자체 유지성 직물을 형성하되도록 섬유들을 서로 결합시키기에 충분한 양으로 섬유상 웹에 도포된다. 블렌드는 부직포 웹을 형성하는 데 있어서, 건조 중량을 기준으로 계산하여, 일반적으로 약 5∼50 중량%, 바람직하게는 15∼30 중량%의 양으로 섬유상 출발 웹에 도포된다. 수성 형태로 블렌드를 도포한 후에, 함침된 웹은 건조시킨다.

사전 함수 처리된 웹 와이프는 수성 조성물, 예를 들어 물과 수 결합성 염을 함유하는 유액과 접촉된 상태로 포장된다. 유액은 흔히 당 분야에 널리 공지되어 있고 당 분야에서 통상적으로 사용되는 알콜, 방부제, 세정제, 방향제, 보습제, 습윤제, 계면활성제 및 연화제를 포함한다.

사전 함수 처리된 부직포 와이프에 도포되거나 이와 접촉하는 수성 유액 조성물의 양은 웹의 150∼1000 중량%, 바람직하게는 200∼400 중량%의 범위일 수 있다. 수성 유액은 일반적으로 40∼99 중량%, 바람직하게는 60∼80 중량%의 통상적인 수준의 물을 포함할 수 있다.

수 재분산성 중합체 결합제의 용해 방지를 촉진하기 위해 수성 조성물 또는 유액에 수 결합성 화합물, 예를 들어 불용화 염을 혼입시킨다. 수 결합성 물질의 양은 유액 "고형분", 즉 수성 또는 유액 조성물을 구성하는 물 이외의 성분들의 3 중량%∼약 100 중량%, 바람직하게는 5∼95 중량%, 가장 바람직하게는 20∼90 중량%의 범위일 수 있다.

수 결합성 화합물은 무기산 및 유기산의 암모늄염, 1가 및 다가 금속염, 예컨대 알칼리 금속염 및 알칼리 토금속염을 포함한다. 적합한 금속은 알칼리 금속 리튬, 나트륨, 칼륨 및 알칼리 토금속 마그네슘 및 칼슘을 포함한다. 적합한 산 부분은 유기산, 예컨대 탄산, 시트르산, 아세트산 및 숙신산과, 무기산, 예컨대 인산, 황산 및 염산을 포함한다. 대표적인 물질로는 염화나트륨, 황산나트륨, 아세트산암모늄, 시트르산나트륨, 탄산나트륨, 중탄산나트륨, 나트륨 라우릴 설페이트, 디나트륨 라우레스 설포숙시네이트, 나트륨 라우레스 설페이트, 나트륨 노닐페놀 에톡실레이트 설페이트, 인산이나트륨, 탄산나트륨 및 이들의 칼슘 대응물을 포함한다.

하기 실시예는 본 발명의 다양한 실시 형태를 예시하기 위한 것으로 본 발명의 범위를 한정하려는 것은 아니다.

실시예

통상적인 방식으로 일련의 제형을 제조하여, 건조 인장 강도, 습윤 인장 강도, 유액 인장 강도 및 재분산성을 테스트하였다. 실시 1∼38에서는, 블렌드가 총 건조 중량을 기준으로, 70∼80 중량부의 라텍스 중합체, 20∼30 중량부의 PVOH 및 0∼5 중량부의 폴리(아크릴산)으로 형성되었다. 실시 39∼43은 각각 건조 중량을 기준으로 95∼100 중량부의 라텍스 중합체 및 0∼5 중량부의 폴리(아크릴산)의 블렌드이다. 이 블렌드를 단섬유 셀룰로스계 에어-레이드 플러프 펄프 기재 상에 분무하여, 기재의 습윤 중량을 기준으로 10∼20%의 수준으로 첨가되도록 하였다. 이 기재를 건조시켜서 롤링하였다. 물 및 수 결합성 황산나트륨염으로 이루어진 유액 을 기재의 건조 중량에 대하여 유액의 습윤 중량의 약 300 중량%의 양으로 웹에 롤링하였다. 테스트 결과는 하기 표에 기재하였다.

XX-210 = 가수분해율이 87∼89%인, 폴리(비닐 알콜) 존재 하에 중합된 VINAC 210 폴리(비닐 아세테이트)

C-523 = 가수분해율이 87∼89%인 Celvol 523 폴리(비닐 알콜)

A-400 = 보호 콜로이드로서 폴리(비닐 알콜) 존재 하에 형성된 AIRFLEX 400 비닐 아세테이트/에틸렌 중합체

A-315 = 보호 콜로이드로서 폴리(비닐 알콜) 존재 하에 형성된 AIRFLEX 315 비닐 아세테이트/에틸렌 중합체

C-425 = 가수분해율이 95%인 Celvol 425 폴리(비닐 알콜)

C-418 = 가수분해율이 92%인 Celvol 418 폴리(비닐 알콜)

A-192 = AIRFLEX 192 비닐 아세테이트/에틸렌/N-메틸올 아크릴아미드 중합체

상기 표의 실시 1∼3은 본 발명의 다양한 구체예를 비교하여 예시하기 위해 제시한 것이다. 상기 결과들은 에멀션 중에 존재하는 수 결합성 염, 즉 황산나트륨의 양을 증가시키면 유액 인장 강도가 증가한다는 것을 보여준다. 염의 양의 증가에 수반되는 문제점은 피부 접촉으로 인한 자극이다.

실시 4∼7은 습윤 인장 강도 및 건조 인장 강도를 강화시키기 위해 저분자량 폴리(아크릴산)을 블렌드에 혼입시켰을 때 그 효과를 비교하였다. 실시 4는 실시 1과 비교하여, 허용 가능한 습윤 인장 강도, 즉 변기 물로 씻어 내릴 수 있는 인장 강도를 가지면서 유액 인장 강도가 개선되었음을 보여준다. 실시 5는 실시 4와 유사한 습윤 인장 강도를 가지면서 유액 인장 강도가 현저히 증가하였음을 보여준다. 블렌드 중의 폴리(아크릴산)의 수준을 5%로 증가시키면, 유액 인장 강도 및 습윤 인장 강도는 증가한다. 유액 인장 강도 수준은 수 결합성 염의 수준을 5∼10%로 증가시킬 경우 증가하나, 이러한 증가는 2% 폴리(아크릴산) 수준에서는 현저하지 않다.

실시 8∼9 및 12∼15는 폴리(아크릴산)의 수 평균 분자량이 250,000인 실시 4∼7에 비하여 폴리(아크릴산)의 분자량을 증가시킨 것의 효과를 보여준다. 이러한 결과들은 대등하지만, 폴리(아크릴산)의 분자량이 증가함에 따라 습윤 인장 강도 및 유액 습윤 인장 강도와 무관한 취급상의 문제점이 발생한다.

실시 23∼36은 폴리(비닐 아세테이트) 라텍스의 효과와 비교한, VAE 중합체 라텍스와 함께 블렌드 내에 상이한 폴리(비닐 알콜)을 사용하는 것의 효과를 보여준다. 고 가수분해도를 갖는 Celvol 425 PVOH는 습윤 인장 강도 및 유액 인장 강도 둘 다를 증가시키는 경향이 있으나, 저 가수분해도를 갖는 PVOH보다 낮은 수준으로 증가된다. 또한, 유액 인장 강도 및 습윤 인장 강도 간의 차이는 저 가수분해도 PVOH의 것보다 작다. 실시 25 및 26을 실시 6 및 7과 비교한 결과를 참고할 수 있다.

실시 37 및 38은 폴리(비닐 알콜)의 사용과 함께 블렌드 내에서의 각종 VAE 중합체의 효과를 비교한 것이다. Airflex 315 VAE 중합체 에멀션의 사용은 Airflex 400 VAE 중합체 에멀션의 사용에 비해 습윤 인장 강도 및 유액 인장 강도를 증가시키는 경향이 있다. 실시 37 및 83을 실시 35 및 36과 각각 비교한 결과를 참고할 수 있다.

실시 39∼43은 자체 가교성 VAE 중합체에 폴리(아크릴산)을 첨가한 효과를 보여준다. AIRFLEX(등록상표) 192는 VAE 중합체 에멀션을 함유하는 N-메틸올 아크릴아미드/아크릴아미드이다. 폴리(아크릴산)이 AIRFLEX 192 VAE에 첨가될 경우, 습윤 인장 강도는 대조군에 비하여 증가한다. 실시 40과 실시 39를 비교한 결과와, 실시 42 및 43을 실시 41과 비교한 결과를 참고할 수 있다.

본 발명에 의하면, 사용하기에 안전하고 또한 변기에 폐기하면 분산되어 최종적으로 적절한 환경 하에서 생분해되는 사전 함수 처리된 부직포 습윤 와이프에 사용하거나, 또는 액체와 접촉 시에 높은 인장 강도를 요하는 부직포 웹에 사용할 수 있는, 습윤 인장 강도가 향상된 부직포 웹을 얻을 수 있다.

Claims

수 재분산성 중합체 결합제에 의해 접합된 부직포 섬유의 웹을 포함하는, 사전 함수 처리된 변기 폐기용(flushable) 포장 습윤 와이프에 있어서,

상기 접합된 부직포 섬유는 수 결합성 염을 함유하는 수성 조성물과 접촉된 상태이고,

상기 수 재분산성 중합체 결합제는 (건조 중량을 기준으로)

(a) 수 재분산성 라텍스 중합체 65∼85 중량%;

(b) 폴리(비닐 알콜) 13∼30 중량%; 및

(c) 폴리(아크릴산) 1∼7 중량%

로 이루어진 블렌드를 포함하는 것을 특징으로 하는 습윤 와이프.
제1항에 있어서, 수성 조성물은 40∼99 중량%의 물을 포함하는 것인 습윤 와이프.
제1항에 있어서, 수 재분산성 라텍스 중합체는 에멀션 중합에 의해 형성되며, 폴리(비닐 알콜)은 에멀션 중합을 위한 안정화 시스템의 한 성분으로서 사용되는 것인 습윤 와이프.
제3항에 있어서, 수 결합성 염은 탄산, 시트르산, 아세트산, 숙신산, 인산, 황산 및 염산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 산의 암모늄염, 알칼리 금속염 또는 알칼리 토금속염인 습윤 와이프.
제4항에 있어서, 수 결합성 염은 황산의 암모늄염, 나트륨염 또는 칼륨염인 습윤 와이프.
제5항에 있어서, 수성 조성물은 80∼90 중량%의 물을 포함하는 것인 습윤 와이프.
제1항에 있어서, 수 재분산성 라텍스 중합체는 68∼78 중량%의 양으로 존재하는 것인 습윤 와이프.
제7항에 있어서, 폴리(비닐 알콜)은 가수분해도가 75∼96%인 습윤 와이프.
제8항에 있어서, 블렌드 중의 폴리(비닐 알콜)은 20∼28 중량%인 습윤 와이프.
제9항에 있어서, 블렌드 중의 폴리(아크릴산)은 2∼5 중량%인 습윤 와이프.
제10항에 있어서, 수 재분산성 중합체 에멀션은 폴리(비닐 아세테이트)인 습윤 와이프.
제11항에 있어서, 수 재분산성 라텍스 중합체는 폴리(비닐 알콜) 존재 하에 중합된, 에멀션 중합된 비닐 아세테이트/에틸렌 중합체인 습윤 와이프.
제12항에 있어서, 폴리(비닐 알콜)은 가수분해도가 87∼89%이고, 중합도가 600∼2500인 습윤 와이프.
부직포 섬유의 웹을 수 분산성 중합체 결합제에 의해 접합시켜 형성된 부직포 제품에 있어서,

상기 중합체 결합제는 블렌드로 이루어지고, 상기 블렌드는

(건조 중량을 기준으로)

(a) 자체 가교성 라텍스 중합체 90∼99.9 중량%; 및

(b) 폴리(아크릴산) 0.1∼10 중량%

로 이루어지는 것을 특징으로 하는 부직포 제품.
제14항에 있어서, 자체 가교성 라텍스 중합체는 Tg가 -45∼30℃인 부직포 제품.
제14항에 있어서, 자제 가교성 라텍스 중합체는 비닐 아세테이트계 라텍스 중합체인 부직포 제품.
제14항에 있어서, 자체 가교성 라텍스 중합체는 비닐 아세테이트, 에틸렌 및 N-메틸올 아크릴아미드의 에멀션 중합 단위로 이루어진 것인 부직포 제품.
제14항에 있어서, 블렌드는 94∼99 중량%의 자체 가교성 라텍스 중합체를 포함하는 것인 부직포 제품.
제18항에 있어서, 블렌드는 1∼6 중량%의 폴리(아크릴산)을 포함하는 것인 부직포 제품.
제14항에 있어서, 자체 가교성 라텍스 중합체는 계면활성제, 보호 콜로이드 또는 계면활성제와 보호 콜로이드의 조합에 의해 안정화되고 에멀션 중합된 단량체로 이루어진 것인 부직포 제품.