KR100765033B1 - 얇은, 고용량 흡수성 구조체 및 그의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 얇은, 연질의 고용량 흡수성 패드 및 그러한 흡수성 패드의 제조 방법에 관한 것이다. 흡수성 패드는 셀룰로오스 펄프 플러프와 균질 혼합된 고농도의 초흡수성 재료를 함유한다. 흡수성 패드는 고밀도 압축되어 본 발명의 얇은 두께 및 고흡수 용량을 얻게 된다. 흡수성 패드는 기저귀, 배변연습용 팬츠, 여성 위생용품, 실금용품 및 수영복과 같은 흡수성 제품에 사용될 수 있다.
고용량 흡수성 패드, 초흡수성 재료, 플러프 펄프, 흡수성 제품, 온라인 흡수제 드럼 성형기

Description

얇은, 고용량 흡수성 구조체 및 그의 제조 방법{Thin, High Capacity Absorbent Structure And Method for Producing Same}
본 발명은 얇은, 연질의 고용량 흡수성 패드에 관한 것이다. 흡수성 패드는 온라인 드럼 성형기에 의해 생산될 수 있다.
고흡수성 재료를 포함하는 많은 공지된 흡수성 복합재는 고흡수성 재료를 비교적 저농도로 포함한다. 즉, 많은 흡수성 복합재는 에어레이드 셀룰로오스 섬유 및 약 30 중량% 미만의 고흡수성 재료를 포함한다. 이는 몇가지 요인으로 인한 것이다.
많은 고흡수성 재료는 사용 중에 액체가 흡수성 복합재에 가해지는 속도로 액체를 흡수할 수가 없다. 따라서, 고흡수성 재료가 액체를 흡수할 수 있을 때까지 비교적 고농도의 섬유상 재료가 그것을 임시로 보유할 필요가 있다. 또한, 섬유는 겔-블록킹이 일어나지 않도록 고흡수성 재료의 입자를 분리하는 작용을 한다. 겔-블록킹은 고흡수성 재료의 입자가 팽윤 중에 변형되어 그 입자 사이 또는 입자와 섬유 사이의 간극을 차단하여 간극을 통한 액체의 유동을 방지하는 상황을 의미한다.
1992년 9월 15일자로 켈렌버거 (Kellenberger)에게 허여된 미국 특허 제5,147,343호는 겔 블록킹의 문제점을 피하기에 적합한 흡수성 복합재를 개시한다. 미국 특허 제5,147,343호는 초흡수제가 21,000 dynes/㎠ 이상의 제한 압력 하에 있는 동안 재료 g 당 27 ㎖ 이상의 0.9 중량% 염화 나트륨 수용액을 흡수할 수 있는 초흡수성 재료의 사용을 개시한다. 초흡수성 재료가 분리 입자 형태인 경우, 약 50 중량% 이상의 초흡수성 재료는 습윤시에 다공성 섬유 매트릭스의 중간 기공 크기 보다 더 큰 크기를 갖는다. 설명된 흡수성 복합재는 약 90 중량% 이하의 초흡수성 재료를 함유하는 것을 말한다.
비교적 저농도의 고흡수성 재료 및 비교적 고농도의 섬유상 재료의 존재는 비교적 두꺼운 흡수성 복합재를 생산하게 한다. 일부 예에서는, 일회용 흡수성 가먼트에서 비교적 두꺼운 흡수성 복합재의 사용이 적절하다. 그러나, 최근에는 전통적인 흡수성 복합재에 비해 얇지만 여전히 동일한 흡수 용량을 갖는 흡수성 복합재의 생산이 점차적으로 요망된다. 얇은 흡수제는 다른 가먼트 아래에 착용될 때 개선된 분별 뿐만 아니라 더 양호한 가먼트상 외관을 제공한다. 비교적 얇은 흡수성 복합재를 생산하기 위해 지속적 증가량의 고흡수성 재료를 흡수성 복합재에 혼입시키게 되었다. 그 이유는 그러한 고흡수성 재료의 흡수 용량이 일반적으로 섬유상 재료의 흡수 용량 보다 몇배 더 크기 때문이다. 예를 들면, 목재 펄프 플러프의 섬유상 매트릭스는 목재 펄프 플러프 g 당 약 7-9 g의 액체 (예를 들면, 0.9 중량% 염수)를 흡수할 수 있는 반면, 고흡수성 재료는 고흡수성 재료 g 당 약 15 g 이상, 바람직하게는 약 20 g 이상, 종종 약 25 g 이상의 액체, 예를 들면 0.9 중량% 염수를 흡수할 수 있다.
1997년 2월 11일자로 멜리우스 (Melius) 등에게 허여된 미국 특허 제5,601,542호는 봉쇄 수단에 의해 초흡수성 재료가 함유된 흡수성 복합재를 기재한다. 초흡수성 재료는 100 이상의 압력 흡수 지수 및 약 13 중량% 미만의 16시간 추출가능 농도; 100 이상의 압력 흡수 지수 및 약 45초 미만의 와동 시간; 또는 약 110 이상의 압력 흡수 지수를 갖는다. 초흡수성 재료는 봉쇄 수단 및 초흡수성 재료의 총 중량을 기준으로 약 30 내지 약 100 중량%의 양으로 봉쇄 수단 내에 존재한다.
1992년 9월 22일자로 켈렌버거 등에게 허여된 미국 특허 제5,149,335호는 비교적 고농도의 초흡수성 재료를 함유하는 흡수성 구조체에 관한 것이다. 특별하게는, 미국 특허 제5,149,335호는 초흡수성 재료를 비교적 고농도로 이용하고자 할 때 소정의 흡수 특징을 갖는 초흡수성 재료의 사용을 기재한다. 특별하게는, 초흡수성 재료는 재료 g 당 약 15 g 이상의, 5-분 부하 흡수성 (Absorbency Under Load) 값 및 약 60초 미만의 자유-팽윤 속도를 갖는 것으로 설명된다.
얇은 흡수성 복합재를 생산하고자 할 때, 종종 용량 및 유연성과 같은 다른 필요한 특질이 희생된다. 얇은 형태로 고용량을 얻기 위해 흡수성 패드를 치밀화할 때, 아주 종종 단단한 점이 패드 내에 발생하여 패드 내에 강성이 형성되고 흡수성 재료의 균일성이 부족하게 된다. 한편, 저밀도를 갖는 얇은 패드가 제조될 때, 결과 패드는 유연하지만, 얇은 저밀도 패드는 낮은 흡수 용량을 갖는다. 유연한 저밀도의 고용량 패드는 일반적으로 두껍고 부피가 크며 착용자에게 불편하게 보이고 느껴진다.
흡수성 패드를 제조하는 각종 기술이 공지되어 있다. 고용량 흡수성 패드는 전형적으로 초흡수성 중합체 및 플러프 펄프를 성형 챔버에서 배합하여 통상의 흡수제 드럼 성형기 상에서 생산된다. 높은 초흡수성 중합체 농도 및 흡수제 성분의 균일한 혼합은 성형 중에 또한 최종 제품에서 초흡수성 중합체 봉쇄 문제를 유도할 수 있다. 패드 성형 중의 초흡수성 중합체 손실은 재순환 시스템이 초흡수성 중합체로 채워짐으로써 높은 흡수제 변화성, 일관되지 않은 성능, 원료 낭비 및 일시적인 공정 차단을 야기시킬 수 잇다.
따라서, 얇고 연질이며 고 흡수 용량을 가진 흡수성 패드를 필요로 하고 있다.
또한, 잘 혼합된 균일한 흡수성 패드의 제조 방법을 필요로 하고 있다.
또한, 초흡수성 중합체 손실이 최소화될 수 있는 흡수성 패드의 제조 방법을 필요로 하고 있다.
발명의 요약
본 발명은 얇은, 연질의 고용량 흡수성 패드 및 그러한 흡수성 패드의 제조 방법에 관한 것이다. 흡수성 패드는 셀룰로오스 플러프 펄프와 균질 혼합된, 고농도의 초흡수성 중합체 (SAP)를 함유한다. 별법으로, SAP는 흡수성 패드 전체에 일정 구배로 배치될 수 있다. 흡수성 패드는 본 발명의 얇은, 고용량 흡수성 패드를 얻기 위해 고밀도로 압축된다. 흡수성 패드는 흡수성 제품 내로 직접 합체된다. 흡수성 패드는 약 0.5 내지 3.0 ㎜의 두께, 및 본원에 기재된 0.5 lb/inch2 (psi)(약 3.5 kPa) 부하 절차로 포화 용량 시험을 이용하여 측정된, 리싸 케미칼 캄파니 (Ricca Chemical Company, Arlington, TX)로부터 판매되는 0.9 w/v% 염수 약 80 내지 800 g의 흡수 용량을 갖는다. 치밀화 패드는 사용자 편의 및 제품 승인을 위한 양호한 연부 압축 특성을 나타낸다. 얇은 고용량 흡수성 패드의 흡수 성능은 통상의 그렇게 얇지 않은 저밀도 흡수성 패드와 비교할 만하다. 인조 섬유, 캐리어 입자 및 각종 화학적 첨가제 또는 처리제와 같은 다른 성분이 흡수성 패드에 첨가될 수도 있다.
본 발명의 얇은, 고용량 흡수성 패드는 고농도의 SAP 및 플러프 펄프를 성형 챔버에서 균질 혼합하여 통상의 온라인 흡수제 드럼 성형기 상에서 생산될 수 있다. SAP 손실은 성형 드럼 주위를 둘러싸는, 적합하게는 약 300 미크론 기공을 가진 폴리에스테르 직물을 사용하여 성형 스크린을 커버함으로써 최소화될 수 있다. 별법으로, 약 300 미크론 이하의 개구를 가진 미세 천공된 성형 스크린이 사용될 수도 있다. 직물 또는 스크린 내의 개구는 패드 형성을 위해 충분히 높은 투과성을 유지하는 충분한 개구 면적을 남기면서 SAP 입자의 대부분을 포획하기에 충분히 작아야 한다. 오프라인 성형기와 대조되는, 온라인 드럼 성형기를 사용하여, 추가량의 흡수성 재료를, 별도의 흡수성 재료가 가장 유용한 영역에 놓여지게 할 수 있다. 예를 들면, 패드는 모래시계 등과 같은 특정 형태로 성형될 수 있거나, 추가의 물질은 성형 스크린에 더 깊은 포켓을 형성함으로써 특별한 면에 위치될 수 있다. 특별한 SAP 분산 노즐은 성형 챔버의 최고 전방 위치에 놓여져 균질 혼합된 SAP 및 플러프 펄프를 얻게 된다. 패드는 캐리어 또는 랩 티슈 또는 유사한 물질 상에 놓여질 수 있다. 흡수성 패드가 형성될 때, 그것은 저밀도로 성형 챔버를 떠나서 그후에 치밀화되어야 한다. 치밀화는 통상의 압축 롤 또는 가열 닙으로 이루어질 수 있다. 복합재의 가습은 치밀화를 개선시키고 더 낮은 연부 압축 또는 강성 값을 제공하는 것을 도울 수 있다. 엠보싱 패턴의 사용은 강성을 감소시킬 수도 있다.
본 발명의 특징 및 이점은 얇은, 연질의 고용량 흡수성 패드를 제공하는 것이다. 본 발명의 또다른 특징 및 이점은 초흡수성 중합체 손실이 최소화될 수 있는, 잘 혼합된, 균일한 흡수성 패드의 제조 방법을 제공하는 것이다.
도 1은 흡수성 패드의 정면 사시도이다.
도 2는 제품을 착용할 때 착용자를 향하는 제품의 표면을, 흡수성 재료를 포함한 기본적인 특징을 나타내기 위해 부분적으로 절단해서 나타내는, 부분적으로 해체되어 연신된 편평한 상태의 유아의 배변연습용 팬츠의 평면도이다.
도 3은 흡수성 패드를 제조하는데 사용되는 장치의 평면도이다.
도 4는 초흡수성 재료 및 펄프 플러프를 균질 혼합하는데 사용되는 혼합 노즐의 평면도이다.
도 5는 각종 흡수성 패드의 흡수 시간을 나타내는 챠트이다.
도 6은 시험된 8가지의 각종 흡수성 패드 중 5가지의 흡입 시간을 나타내는 챠트이다.
도 7은 시험된 8가지의 각종 흡수성 패드 중 3가지의 흡입 시간을 나타내는 챠트이다.
도 8은 윤곽있는 형태를 갖는 흡수성 패드의 평면도이다.
도 9는 흡수성 구조체의 액체 포화 보유 용량을 결정하기 위한 장치의 예시이다.
도 10은 초흡수성 재료의 부하 흡수성 (AUL)을 결정하기 위한 장치의 예시이다.
도 11 및 12는 초흡수성 겔 층 투과성 (GBP)을 결정하기 위한 장치의 예시이다.
정의
본 명세서의 내용에서, 아래의 각 용어 또는 구는 다음 의미(들)를 포함할 것이다.
"드럼 성형기"는 진공원으로부터 공기가 빼내어지는 유공성 막을 지지하는 회전 드럼을 포함하는, 흡수성 패드의 생산에 사용되는 장치이다. 펄프 섬유, SAP 및 다른 성분과 같은 원료는 공기가 흐르는 유공성 표면 상으로 향한다.
"구배"는 물리적 양, 예를 들면 흡수성 패드의 각종 위치에 존재하는 초흡수제의 양, 또는 질량, 밀도 등과 같은 다른 패드 특성의 크기의 등급이 있는 변화를 의미한다.
"높은 겔 강도"는 0.65를 넘는, 적합하게는 0.75를 넘는, 또는 적합하게는 0.85를 넘는 겔 강도 값을 가진 재료를 의미하며, 여기서 겔 강도는 0.9 AUL 용량을 원심분리 보유 용량 (CRC)으로 나눔으로써 결정된다.
"균질 혼합된"은 각각의 물질의 물리적 양의 크기가 조성물 전체에서 실질적으로 일정하게 남아있도록 조성물 내의 2가지 이상의 물질의 균일한 혼합을 의미한다.
단독으로 사용될 때의 "층"은 단일 요소 또는 다수의 요소의 이중적인 의미를 가질 수 있다.
"종방향" 및 "횡방향"은 도 2에 종축 및 횡축으로 표시된 바와 같은 통상적인 의미를 갖는다. 종축은 제품의 면에 놓여지고 제품이 착용될 때 서있는 착용자를 좌측 및 우측 신체 절반으로 양분하는 수직면과 일반적으로 평행이다. 횡축은 종축과 일반적으로 수직인 제품의 면에 놓여진다. 예시된 제품은 횡방향으로 보다 종방향으로 더 길다.
"멜트블로운 섬유"란 용융된 열가소성 재료를 다수개의 미세한, 일반적으로 원형인 다이 모관을 통해, 용융된 열가소성 재료의 필라멘트를 섬세화 (纖細化)시켜 그의 직경을 감소시켜 미세섬유 직경이 될 수 있게 하는 집중 고속의 열기 (예를 들면, 공기) 흐름에 용융 실 또는 필라멘트로서 압출시킴으로써 제조된 섬유를 의미한다. 그후에, 멜트블로운 섬유는 고속 가스 흐름에 의해 운반되고 수집 표면 상에 퇴적되어 불규칙하게 분산된 멜트블로운 섬유의 웹을 형성한다. 그러한 방법은 예를 들면 부틴 (Butin) 등의 미국 특허 제3,849,241호에 기재되어 있다. 멜트블로운 섬유는 연속적 또는 불연속적일 수 있는 미세섬유이며, 일반적으로 약 0.6 데니어 미만이며, 수집 표면 상에 퇴적될 때 일반적으로 점착성이다. 본 발명에 사용된 멜트블로운 섬유는 바람직하게는 실질적으로 연속적인 길이를 갖는다.
"온라인"은 원료로부터 시작하여 전형적으로 포장된 형태의 흡수성 제품으로 종결되는, 소비자 흡수성 제품 생산 공정의 일체 부분인 통합된 연속 공정을 의미한다.
"중합체"는 단독중합체, 공중합체, 예를 들면 블록, 그래프트, 랜덤 및 교대 공중합체, 삼원공중합체 등 및 그의 블렌드 및 변형을 포함하지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 특별하게 제한되지 않으면 용어 "중합체"는 재료의 모든 가능한 기하학적 형태를 포함할 것이다. 이 형태는 이소택틱, 신디오택틱 및 어택틱 대칭을 포함하지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
"초흡수제" 또는 "초흡수성 재료"는 가장 바람직한 조건 하에서 0.9 중량% 염화 나트륨을 함유하는 수용액에서 그의 중량의 약 15배 이상, 바람직하게는 그의 중량의 약 30배 이상을 흡수할 수 있는 수팽윤성, 수불용성 유기 또는 무기 재료를 의미한다. 초흡수성 재료는 천연, 합성 및 개질된 천연 중합체 및 재료일 수 있다. 또한, 초흡수성 재료는 실리카겔과 같은 무기 재료, 또는 가교 결합된 중합체와 같은 유기 화합물일 수 있다.
"표면"은 공기, 가스 및(또는) 액체에 대해 투과성이든 불투과성이든, 임의의 층, 필름, 직물, 부직물, 라미네이트, 복합재 등을 포함한다.
이들 용어는 명세서의 나머지 부분에서 추가의 용어로 정의될 수 있다.
본 발명은 얇은, 연질의 고용량 흡수성 패드에 관한 것이다. 흡수성 패드는 흡수성 제품 생산 공정과 통합될 수 있는 온라인 드럼 성형기에 의해 생산될 수 있 다. 본 발명의 흡수성 패드는 적합하게는 흡수성 제품 내로 합체될 수 있다. 용어 "흡수성 제품"이란 기저귀, 배변연습용 팬츠, 수영복, 흡수성 언더팬츠, 유아 와이프, 실금용품, 여성 위생용품 및 의료용 흡수성 제품 (예를 들면, 흡수성 의료용 가먼트, 언더패드, 붕대, 드레이프 및 의료용 와이프)을 포함하지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 본원에 사용된 용어 "실금용품"은 아동용 흡수성 속옷, 자폐증 아동 또는 지체 장애의 결과로서 방광/장 조절 문제를 가진 다른 사람과 같은 특별한 필요를 가진 아동 또는 청소년용 흡수성 가먼트, 및 노년 실금자용 흡수성 가먼트를 포함한다.
도 1에 관해서 보면, 본 발명의 흡수성 패드 (20)가 예시되어 있다. 흡수성 패드 (20)는 착용자를 향하고 (또는) 접촉하도록 구성된 상면 (22), 및 착용자로부터 멀리 향하도록 구성된 상면 (22)과 대향된 저면 (24)을 포함한다. 흡수성 패드 (20)의 크기 및 형태는 임의의 흡수성 제품 내에 잘 맞도록 구성될 수 있다. 적합한 형태의 예는 타원, 사각형 및 모래시계형을 포함한다.
흡수성 패드 (20)는 일반적으로 압축적이고, 편안하고, 착용자의 피부에 대해 비자극적이며 액체 및 특성 신체 배설물을 흡수하고 유지할 수 있다. 흡수성 패드 (20)는 셀룰로오스 플러프 펄프와 균질 혼합된, 고농도의 초흡수성 중합체 (SAP)를 함유한다. 한 실시태양에서, SAP 및 셀룰로오스 플러프 펄프의 혼합물은 전체 흡수성 패드 (20)에서 균질하다. 다른 실시태양에서, SAP는 흡수성 패드 (20) 내에 구배를 형성한다. 예를 들면, 흡수성 패드 (20)의 대향 단부에서 보다 흡수성 패드 (20)의 한 단부에서 더 많은 SAP가 존재한다. 또다른 대안으로서, 흡 수성 패드 (20)의 상면을 따라서 보다 흡수성 패드 (20)의 저면을 따라서 더 많은 SAP가 존재할 수 있다. 구배로 인해, SAP의 농도는 흡수성 패드 (20) 전체에서 약 0.01 내지 약 0.40 g/㎤ 만큼, 또는 약 0.05 내지 약 0.35 g/㎤ 만큼, 또는 약 0.15 내지 약 0.25 g/㎤ 만큼 변화할 수 있다.
초흡수제 농도는 흡수성 패드의 총 중량을 기준으로 30 내지 85 중량%, 적합하게는 40 내지 80 중량%, 더욱 적합하게는 50 내지 75 중량%일 수 있다. 따라서, 플러프 펄프의 농도는 흡수성 패드의 총 중량을 기준으로 15 내지 70 중량%, 적합하게는 20 내지 60 중량%, 더욱 적합하게는 25 내지 50 중량%일 수 있다. 본 발명의 이러한 얇은 고용량 흡수성 패드를 생산하기 위해서는, 고농도의 SAP 및 형성된 패드 (20)의 고밀도 압축이 필요하다.
흡수성 패드 (20)는 약 0.5 내지 3.0 밀리미터 (㎜), 적합하게는 약 0.6 내지 2.5 ㎜, 더욱 적합하게는 약 0.7 내지 2.0 ㎜의 두께로 압축된다. 결과적으로, 흡수성 패드 (20)의 밀도는 0.28 g/㎤ (g/㏄) 이상이다. 적합하게는, 흡수성 패드의 밀도는 0.30 g/㏄ 이상이다. 더욱 적합하게는, 흡수성 패드의 밀도는 0.32 g/㏄ 이상이다.
본 발명의 흡수성 패드 (20)에 사용된 초흡수성 재료는 가해진 하중 하에 액체를 흡수할 수 있어야 한다. 본원에 사용된, 특정 초흡수성 재료의 부하 흡수성 (AUL) 값은, 일정한 제한 하중 하에 있는 동안 60분 내에 초흡수성 재료 1 g이 흡수할 수 있는 염화 나트륨 수용액 (0.9 중량% 염화 나트륨)의 g 단위의 양을 의미한다.
본 발명의 흡수성 패드 (20)는 적합하게는 흡수성 패드 g 당 0.9 w/v% 염수 약 14 내지 40 g, 별법으로 16 g/g 이상, 또다른 별법으로 18 g/g 이상의 포화 흡수 용량을 갖는다. 포화 흡수 용량의 결정 방법은 아래에 상세히 설명되어 있다. 또한, 본 발명의 흡수성 패드 (20)는 적합하게는 높은 겔 강도의 초흡수제를 함유한다.
셀룰로오스 플러프 펄프는 적합하게는 목재 펄프 플러프를 포함한다. 목재 펄프 플러프는 합성, 중합성, 멜트블로운 섬유로 또는 멜트블로운 섬유 및 천연 섬유의 혼합 섬유로 교체될 수 있다. 합성 섬유는 본 발명의 흡수성 패드 (20)에 필요하지는 않지만, 최소의 양으로 포함될 수 있다. 바람직한 한 유형의 플러프는 유.에스. 알리앙스 (U.S. Alliance, Childersburg, Alabama, U.S.A.)로부터 상품명 CR1654로 판매되는 것으로서 주로 연목 섬유를 함유하는 표백된 고흡수성 황산염 목재 펄프이다. 와이어하우저 (Weyerhaeuser of Federal Way, Washington, U.S.A.)로부터 상품명 ND-416으로 판매되는 특별한 치밀화 펄프는 몇몇 가공 상의 이점을 제공할 수 있다. 언급된 바와 같이, 셀룰로오스 플러프 펄프는 SAP와 균질 혼합된다. 균질 혼합된 플러프 및 초흡수제 입자는 신체 배설물을 더 잘 함유하고 흡수하기 위해 필요한 영역에 고농도로 선택적으로 놓여질 수 있다. 예를 들면, 균질 혼합된 플러프 및 초흡수제 입자 물질은 패드의 후방부 보다 패드의 전방부의 기초 중량이 더 크도록 조절가능하게 위치될 수 있다.
적합한 초흡수성 재료는 천연, 합성 및 개질된 천연 중합체 및 재료로부터 선택될 수 있다. 초흡수성 재료는 실리카겔과 같은 무기 재료, 또는 한천, 펙틴, 구아 검 등과 같은 천연 재료, 및 합성 히드로겔 중합체와 같은 합성 재료를 포함한 유기 화합물일 수 있다. 그러한 히드로겔 중합체는 예를 들면 폴리아크릴산의 알칼리 금속염; 폴리아크릴아미드; 폴리비닐 알코올; 에틸렌 말레산 무수물 공중합체; 폴리비닐 에테르; 히드록시프로필셀룰로오스; 폴리비닐 모르폴리논; 비닐 술폰산, 폴리아크릴레이트, 폴리아크릴아미드, 폴리비닐 피리딘의 중합체 및 공중합체 등을 포함한다. 다른 적합한 중합체는 가수분해된 아크릴로니트릴 그래프트된 전분, 아크릴산 그래프트된 전분 및 이소부틸렌 말레산 무수물 공중합체 및 그의 혼합물을 포함한다. 히드로겔 중합체는 바람직하게는 약하게 가교 결합되어 재료를 실질적으로 수불용성으로 만든다. 가교 결합은 예를 들면, 조사에 의해 또는 공유, 이온, 반데르 바알스 또는 수소 결합에 의한 것일 수 있다. 초흡수성 재료는 입자, 섬유, 플레이크, 구 등을 포함한, 흡수성 구조체에 사용하기에 적합한 임의의 형태일 수 있다. 본 발명의 한 실시태양에서, 초흡수성 재료는 히드로콜로이드, 바람직하게는 이온성 히드로콜로이드의 입자를 포함한다.
전형적으로, 초흡수성 재료는 물에서 그의 중량의 약 15배 이상, 바람직하게는 그의 중량의 약 25배 이상을 흡수할 수 있다. 적합한 초흡수성 재료는 각종 공급업체, 예를 들면 다우 케미칼 캄파니 (Dow Chemical Company located in Midland, Michigan, U.S.A.) 및 스톡하우젠 게엠바하 (Stockhausen GmbH & Co. KG, D-47805 Krefeld, Federal Republic of Germany)로부터 구입가능하다. 본 발명에 유용한 특정 SAP 중의 하나는 스톡하우젠 게엠바하로부터 판매되는 FAVOR(등록상표) SXM 9543이다. 이러한 SAP는 본 발명의 흡수성 패드 (20)에서의 양호한 가공성 및 기능적 성능을 제공한다. 다른 적합한 유형의 초흡수성 재료는 본원에 참고로 포함된, 1997년 2월 11일자로 멜리우스 (Melius) 등에게 허여된 미국 특허 제5,601,542호; 2001년 12월 6일에 공개된, 킴벌리-클라크 코포레이션에게 양도된 미국 특허 출원 공개 제2001/0049514호; 및 2002년 4월 18일에 공개된, 킴벌리-클라크 코포레이션에게 양도된 미국 특허 출원 공개 제2002/0045869호에 기재되어 있다.
본 발명에 사용하기에 적합한 초흡수성 재료는 스톡하우젠으로부터 상품명 FAVOR(등록상표) SXM 77 및 FAVOR(등록상표) SXM 880으로 판매되는 폴리아크릴레이트 재료 및 다우 케미칼 (Dow Chemical, USA)로부터 상품명 드라이테크 (DryTech) 2035로 판매되는 폴리아크릴레이트 재료이다. 이들 초흡수성 재료에 대한 겔 강도 및 투과성 데이타는 표 1에 기록되어 있다. 초흡수제의 겔 강도는 0.65 이상, 적합하게는 0.75 이상, 더욱 적합하게는 0.85 이상이다.
초흡수성 겔 강도 및 투과성
초흡수제 겔 강도 투과성 (e-9 ㎠)
FAVOR(등록상표) SXM 9543 0.9 300
FAVOR(등록상표) SXM 880 0.7 80
FAVOR(등록상표) SXM 77 0.6 15
드라이테크 2035 0.4 40

초흡수성 재료는 비팽윤된 상태로 미국 재료 시험 협회 (ASTM) 시험 방법 D-1921에 따른 체질 분석에 의해 결정된, 약 50 미크론 내지 약 1,000 미크론, 바람직하게는 약 100 미크론 내지 약 800 미크론의 최대 단면 직경을 갖는 입자 형태일 수 있다. 상기 범위 내에 드는 초흡수성 재료의 입자는 고체 입자, 다공성 입자를 포함할 수 있거나, 또는 기재된 크기 범위의 입자내로 응집된 더 작은 많은 입자를 포함한 응집된 입자일 수 있음을 이해하여야 한다.
흡수성 패드 (20)는 또한 다른 성분, 예를 들면 인조 섬유 또는 점토와 같은 충전제 입자를 함유할 수도 있다. 흡수성 패드 (20)는 각종 화학적 첨가제 또는 처리제, 충전제 또는 기타 첨가제, 예를 들면 점토, 제올라이트 및 다른 탈취 물질, 예를 들면 활성탄 캐리어 입자 또는 활성 입자, 예를 들면 제올라이트 및 활성탄을 함유할 수도 있다. 흡수성 패드 (20)는 또한 이성분 섬유와 같은 결합제 섬유를 흡수성 패드 중량의 약 4% 이하로 포함할 수도 있다. 흡수성 패드 (20)는 흡수성 패드의 본래의 상태 및(또는) 형태를 유지하는 적합한 티슈 랩에 의해 랩핑되거나 둘러싸여질 수 있다.
치밀화된 패드 (20)는 사용자 편의 및 제품 승인을 위한 양호한 연부 압축 특성을 나타낸다. 연부 압축을 측정할 수 있는 방법은 아래에 상세히 설명되어 있다. 얇은 고용량 흡수성 패드 (20)의 흡수 성능은 통상의 저밀도 흡수성 패드와 비교할 만하다.
도 2는 가먼트를 착용할 때 착용자를 향하는 배변연습용 팬츠의 표면을 나타내는, 그 안에 본 발명의 흡수성 패드가 포함된 유아의 배변연습용 팬츠를 부분적으로 해체되어 연신된 편평한 상태로 나타낸다. 흡수성 샤시 (14)는 한쌍의 횡방향으로 대향된 측면 연부 (136), 및 전방 허리 연부 (138) 및 후방 허리 연부 (139)로 불리우는 한쌍의 종방향으로 대향된 허리 연부를 한정한다. 배변연습용 팬츠가 체결된 위치일 때 (도시하지 않음), 흡수성 샤시는 또한 전방 허리 연부 (138) 및 후방 허리 연부 (139)를 따라 허리 개방부를 한정하며 횡방향으로 대향된 측면 연부 (136)를 따라서 2개의 다리 개방부를 한정한다. 샤시 (14)는 또한 거의 사각형인 복합 구조체 (133), 한쌍의 횡방향으로 대향된 전방 측면 패널 (134) 및 한쌍의 횡방향으로 대향된 후방 측면 패널 (234)을 포함한다. 복합 구조체 (133) 및 측면 패널 (134 및 234)은 일체로 형성될 수 있거나, 또는 도 2에 나타낸 바와 같이 2개 이상의 분리 요소를 포함할 수 있다.
예시된 복합 구조체 (133)는 외부 커버 (44), 중첩된 관계로 외부 커버에 연결된 신체측 라이너 (42), 및 외부 커버 (44)와 신체측 라이너 (42) 사이에 위치된 본 발명의 흡수성 패드 (20)를 포함한다. 사각형의 복합 구조체 (133)는 전방 및 후방 허리 연부 (138 및 139)의 일부를 형성하는 대향 선형 말단 연부 (145), 및 흡수성 샤시 (14)의 측면 연부 (136)의 일부를 형성하는 대향 직선, 또는 곡선 측면 연부 (147)를 갖는다. 참고로, 배변연습용 팬츠 (20)의 종축 및 횡축의 방향을 나타내는 화살표 (48 및 49)가 도 2에 예시되어 있다.
액체 투과성 신체측 라이너 (42)는 외부 커버 (44) 및 흡수성 패드 (20) 위에 놓인 것으로 예시되지만 (도 2), 외부 커버 (44)와 동일한 크기를 가질 필요는 없다. 신체측 라이너 (42)는 바람직하게는 유아의 피부에 유연하고, 부드러운 느낌을 주며 비자극적이다. 또한, 신체측 라이너 (42)는 착용자에게 비교적 건조한 표면을 제공하고 액체가 그의 두께를 통해 쉽게 투과되도록 하기 위해, 흡수성 패드 (20) 보다 덜 친수성일 수 있다. 흡수성 패드 (20) (도 2)는 외부 커버 (44)와 신체측 라이너 (42) 사이에 위치되며, 그 성분들은 당 업계에 공지된 바와 같이 접 착제와 같은 임의의 적합한 수단에 의해 함께 접합될 수 있다.
흡수성 샤시 (14)는 또한 흡수성 패드 (20)와 서로 대면하는 표면을 따라서 주로 액체를 수용하고. 임시 저장하고 (또는) 운반하도록 설계된 다른 재료를 포함하여 흡수성 어셈블리의 흡수 용량을 최대화하게 된다. 하나의 적합한 재료는 서지층 (도시하지 않음)으로 불리우며, 그것은 예를 들면 약 50 g/㎡의 기초 중량을 가진 재료일 수 있으며, 코사 코포레이션 (KoSa Corporation, in Salisbury, North Carolina, U.S.A.)으로부터 판매되는 폴리에스테르 코어/폴리에틸렌 외피를 포함하는 3 데니어 이성분 섬유 60% 및 코사 코포레이션으로부터 판매되는 6 데니어 폴리에스테르 섬유 40%의 균질 블렌드의 통기-본디드-카디드 웹을 포함할 수 있다. 다른 서지 조성물이 가능하며 선택된 재료는 본원에 설명되어 있다.
외부 커버 (44)는 바람직하게는 실질적으로 액체 불투과성이고, 탄성이고, 연신성이거나 비연신성인 재료를 포함한다. 외부 커버 (44)는 단일층의 액체 불투과성 재료일 수 있지만, 바람직하게는 층 중의 적어도 하나가 액체 불투과성인 다층 라미네이트 구조를 포함한다. 예를 들면, 외부 커버 (44)는 적합하게는 라미네이트 접착제 (도시하지 않음)에 의해 함께 접합된 액체 투과성 외층 및 액체 불투과성 내층을 포함할 수 있다. 연속적으로 또는 비드, 분무, 팽행 와선으로서 불연속적으로 이용될 수 있는 적합한 라미네이트 접착제는 핀들레이 어드헤시브, 인크. (Findley Adhesives, Inc. of Wauwatosa, Wisconsin, U.S.A.) 또는 내셔날 스타치 앤 케미칼 캄파니 (National Starch and Chemical Company, Bridgewater, New Jersey, U.S.A.)로부터 구입할 수 있다. 액체 투과성 외층은 임의의 적합한 재료 일 수 있으며 바람직하게는 일반적으로 직물상 조직을 제공하는 것일 수 있다. 그러한 재료 중의 한가지 예는 20 gsm (g/㎡) 스펀본드 폴리프로필렌 부직 웹이다. 외층은 액체 투과성 신체측 라이너 (42)를 제조하는 재료로 제조될 수도 있다. 외층이 반드시 액체 투과성이어야 할 필요는 없지만, 그것은 착용자에게 비교적 직물상 조직을 제공하는 것이 바람직하다.
외부 커버 (44)의 내층은 액체 및 증기 둘다에 대해 불투과성이거나, 또는 액체 불투과성이고 증기 투과성일 수 있다. 내층은 바람직하게는 플라스틱 박막으로부터 제조되지만, 다른 연질 액체 불투과성 재료가 사용될 수도 있다. 내층, 또는 단일층일 때의 액체 불투과성 외부 커버 (44)는 배설물이 침대 시트 및 의복과 같은 제품 뿐만 아니라 착용자 및 보호자를 젖게 하는 것을 방지한다. 액체 불투과성 내층으로서 사용하기에 적합한 액체 불투과성 필름, 또는 단일층 액체 불투과성 외부 커버 (44)는 헌츠만 패키징 (Huntsman Packaging of Newport News, Virginia, USA)로부터 판매되는 0.02 ㎜ 폴리에틸렌 필름이다. 외부 커버 (44)가 단일층 재료이면, 더욱 직물상 외관을 얻기 위해 엠보싱 및(또는) 무광택 표면 마무리될 수 있다. 이미 언급된 바와 같이, 액체 불투과성 재료는 일회용 흡수성 제품의 내부로부터 증기가 빠져나가도록 하면서 여전히 액체가 외부 커버 (44)를 통과하는 것은 방지할 수 있다. 적합한 "통기성" 재료는 코팅되거나 또는 필요한 정도의 액체 불투과성을 부여하도록 달리 처리된 미공성 중합체 필름 또는 부직물로 구성된다. 적합한 미공성 필름은 미쯔이 토아쯔 케미칼스, 인크. (Mitsui Toatsu Chemicals, Inc., Tokyo, Japan)로부터 판매되는 PMP-1 필름 재료, 또는 3M 캄파니 (3M Company, Minneapolis, Minnesota)로부터 판매되는 XKO-8044 폴리올레핀 필름이다. 다양한 액체 투과도를 가진 다른 유사한 재료는 스펀본드 멜트블로운 웹, 스펀본드/멜트블로운/스펀본드 소수성, 균일하게 형성된 스펀본드, 또는 이성분 웹이다. 차단 및 투과성의 균형은 섬유 크기 및 기초 중량으로 조정될 수 있다.
신체측 라이너 (42)는 합성 섬유 (예를 들면, 폴리에스테르 또는 폴리프로필렌 섬유), 천연 섬유 (예를 들면, 목섬유 또는 면섬유), 천연 및 합성 섬유의 혼합 섬유, 다공성 발포체, 망상 발포체, 천공 플라스틱 필름 등과 같은 다양한 웹 재료로 제조될 수 있다. 각종 직물 및 부직물이 신체측 라이너 (42)에 사용될 수 있다. 예를 들면, 신체측 라이너는 폴리올레핀 섬유의 멜트블로운 또는 스펀본디드 웹으로 구성될 수 있다. 신체측 라이너는 또한 천연 및(또는) 합성 섬유로 구성된 본디드-카디드 웹일 수도 있다. 신체측 라이너는 실질적으로 소수성 재료로 구성될 수 있고, 소수성 재료는 임의로 계면활성제로 처리되거나 또는 필요한 정도의 습윤성 및 친수성을 부여하도록 달리 가공될 수 있다. 예를 들면, 재료는 롬 앤 하스 캄파니 (Rohm and Haas Co.)로부터 상품명 트리톤 (Triton) X-102로 판매되는 약 0.28 중량% 계면활성제로 표면 처리될 수 있다. 다른 적합한 계면활성제는 유니퀘마 인크. (Uniqema Inc., a division of ICI of New Castle, Delaware)로부터 아코벨 (Ahcovel)이라는 상품명으로 판매되며 신시내티 (Cincinnati, Ohio)에서 생산되어 코그니스 코포레이션 (Cognis Corporation of Ambler, Pennsylvania)으로부터 글루코폰 (Glucopon) 220이라는 상품명으로 판매된다. 계면활성제는 분무, 인쇄, 브러쉬 코팅 등과 같은 임의의 통상의 수단에 의해 이용될 수 있다. 계면활 성제는 전체 신체측 라이너 (42)에 도포되거나 또는 신체측 라이너의 특정 부분에, 예를 들면 종방향 중심선을 따라 중앙 부분에 선택적으로 도포될 수 있다.
적합한 액체 투과성 신체측 라이너 (42)는 약 27 gsm의 기초 중량을 가진 부직 이성분 웹이다. 부직 이성분은 스펀본드 이성분 웹, 또는 본디드 카디드 이성분 웹일 수 있다. 적합한 이성분 스테이플 섬유는 치쏘 코포레이션 (CHISSO Corporation, Osaka, Japan)으로부터 판매되는 폴리에틸렌/폴리프로필렌 이성분 섬유를 포함한다. 이러한 특정 이성분 섬유에서, 폴리프로필렌은 섬유의 코어를 형성하고 폴리에틸렌은 섬유의 외피를 형성한다. 멀티-로브, 사이드-바이-사이드, 바다 중 섬 (islands-in-the-sea) 등과 같은 다른 섬유 배향이 가능하다. 외부 커버 (44) 및 신체측 라이너 (42)가 엘라스토머 재료를 포함할 수 있긴 하지만, 일부 실시태양에서는 외부 커버, 신체측 라이너 및 흡수성 어셈블리가 일반적으로 탄성이 아닌 재료를 포함하는, 복합 구조체가 일반적으로 비탄성인 것이 바람직할 수 있다.
이미 언급된 바와 같이, 예시된 배변연습용 팬츠 (20)는 흡수성 샤시 (14)의 각 측면 상에 배치된 전방 및 후방 측면 패널 (134 및 234)을 가질 수 있다 (도 2). 이들 횡방향으로 대향된 전방 측면 패널 (134) 및 횡방향으로 대향된 후방 측면 패널 (234)은 흡수성 샤시 (14)의 복합 구조체 (133)에 영구적으로 결합될 수 있고 체결 시스템 (80)에 의해 서로에게 박리가능하게 부착될 수 있다. 더욱 상세하게는, 도 2에 가장 잘 나타낸 바와 같이 전방 측면 패널 (134)은 부착 선 (69)을 따라 복합 구조체 (133)의 직선 측면 연부 (147)에 영구적으로 결합되어 그 너머로 횡방향으로 연장될 수 있으며, 후방 측면 패널 (234)은 부착 선 (69)을 따라 복합 구조체의 직선 측면 연부에 영구적으로 결합되어 그 너머로 횡방향으로 연장될 수 있다. 측면 패널 (134 및 234)은 접착제, 열 또는 초음파 결합과 같은 당업계의 숙련인에게 공지된 부착 수단을 이용하여 부착될 수 있다. 측면 패널 (134 및 234)은 또한 외부 커버 (44) 또는 신체측 라이너 (42)와 같이, 복합 구조체 (133)의 성분의 일부로서 형성될 수도 있다.
측면 패널 (134 및 234)의 각각은 재료의 하나 이상의 개별적인 분리 단편을 포함할 수 있다. 특별한 실시태양에서, 예를 들면 각 측면 패널 (134 및 234)은 이음매에서 연결되는 제1 및 제2 측면 패널 부분을 포함할 수 있으며, 그 부분 중의 적어도 하나는 엘라스토머 재료를 포함한다 (도시하지 않음). 대안으로, 각각의 개별적인 측면 패널 (134 및 234)은 중간 접힘 선을 따라 접어 포개진 단일 단편의 재료를 포함할 수 있다 (도시하지 않음).
측면 패널 (134 및 234)은 바람직하게는 배변연습용 팬츠 (20)의 횡축 (49)에 일반적으로 평행인 방향으로 연신될 수 있는 탄성 재료를 포함한다. 특정 실시태양에서, 전방 및 후방 측면 패널 (134 및 234)은 각각 원위 연부 (68)와 각각의 전방 또는 후방 중심 패널 (135 또는 235) 사이에 배치된 내부 부분 (78)을 포함할 수 있다. 도 2에 예시된 실시태양에서, 내부 부분 (78)은 원위 연부 (68)와 사각형 복합 구조체 (133)의 측면 연부 (147) 사이에 배치된다. 측면 패널 (134 및 234)의 탄성 재료는 내부 부분 (78)에 배치되어 측면 패널이 횡축 (49)에 대해 일반적으로 평행인 방향으로 탄성이 되게 한다. 더욱 바람직하게는, 각 측면 패널 (134 및 234)은 허리 말단 연부 (72)에서 다리 말단 연부 (70)까지 탄성이다. 더욱 상세하게는, 횡축 (49)에 대해 평행인 허리 말단 연부 (72)와 다리 말단 연부 (70) 사이에서, 부착 선 (69)에서 원위 연부 (68)까지의 길이 및 약 2 ㎝의 폭을 갖는 것으로 취한 측면 패널 재료의 개개의 샘플은 모두 탄성이다.
적합한 탄성 재료, 및 탄성 측면 패널을 배변연습용 팬츠에 합체하는 방법은 본원에 참고로 삽입된, 1990년 7월 10일자로 반 곰펠 (Van Gompel) 등에게 허여된 미국 특허 제4,940,464호; 1993년 7월 6일자로 포욜라 (Pohjola)에게 허여된 미국 특허 제5,224,405호; 1992년 4월 14일자로 포욜라에게 허여된 미국 특허 제5,104,116호; 및 1991년 9월 10일자로 보그트 (Vogt) 등에게 허여된 미국 특허 제5,046,272호에 기재되어 있다. 특정 실시태양에서, 탄성 재료는 스트레치-열적 라미네이트 (STL), 넥-본디드 라미네이트 (NBL), 가역적으로 넥킹된 라미네이트 또는 스트레치-본디드 라미네이트 (SBL) 재료를 포함한다. 그러한 재료의 제조 방법은 당업계의 숙련인에게 잘 알려져 있으며 본원에 참고로 삽입된, 1987년 5월 5일자로 위스네스키 (Wisneski) 등에게 허여된 미국 특허 제4,663,220호; 1993년 7월 13일자로 모르만 (Morman)에게 허여된 미국 특허 제5,226,992호; 및 1987년 4월 8일자로 테일러 (Taylor) 등의 명의로 공개된 유럽 특허 출원 EP 0 217 032호에 기재되어 있다. 별법으로, 측면 패널 재료는 다른 직물 또는 부직물, 예를 들면 외부 커버 (44) 또는 신체측 라이너 (42)에 적합한 것으로 상기한 것, 또는 연신성이지만 비탄성인 재료를 포함할 수 있다.
본원에 기재된 바와 같이, 배변연습용 팬츠 (20)의 각종 성분은 각종 유형의 적합한 부착 수단, 예를 들면 접착제, 음파 및 열 결합 또는 그의 혼합 수단을 이용하여 함께 일체로 조립될 수 있다. 결과 제품은 얇은, 연질의 고용량 흡수성 패드 (20)를 포함하는 흡수성 가먼트 (20)이다. 팬츠형 흡수성 가먼트 (20)는 기저귀, 배변연습용 팬츠, 수영복, 실금용 가먼트 등을 포함한 각종 용도에 맞는 크기로 제작될 수 있다.
본 발명의 흡수성 패드 (20)는 도 3에 나타낸 바와 같은 통상의 온라인 흡수제 드럼 성형기 (26)를 이용하여 생산될 수 있다. 더욱 상세하게는, SAP 및 플러프 펄프는 드럼 성형기 (26)의 성형 챔버 (28)에서 균질 혼합될 수 있다. 언급된 바와 같이, 인조 섬유 또는 캐리어 입자는 SAP 및 플러프 펄프와 함께 혼합될 수도 있다. 성형 중의 SAP 손실을 최소화하기 위하여, 약 300 미크론 기공을 가진 폴리에스테르 직물과 같은 다공성 직물 (30)을 드럼 성형기 (26)의 성형 드럼 (32) 주위에 둘러싸서 성형 드럼 (32) 상의 성형 스크린 (34)을 커버할 수 있다. 별법으로, 미세 기공, 또는 미세 천공된 성형 스크린을 통상의 성형 스크린 (34) 대신 사용할 수 있다. 또다른 대안으로서, 플러프 펄프가 풍부한 복합재의 가벼운 층은, 고농도의 SAP를 갖는 조성물이 성형 챔버 (28) 내의 성형 스크린 (34)에 도달하기 전에 성형 스크린 (34)으로 향할 수 있다. 임의의 경우에, 스크린 표면의 효과적인 개구는 300 미크론 미만이다. 성형 표면의 투과성은 균일한 패드를 형성하기에 충분히 높아야 하며 성형 표면은 내구성이 있어야 한다. 이러한 복합적인 특성을 위한 기공 크기는 75 내지 300 미크론이어야 한다. 통상적인 기공이든 미세한 기공이든 성형 스크린 (34)은 편평한 스크린 또는 성형된 패드 구역화된 흡수제 스크 린일 수 있다.
흡수성 재료 (20)의 오프라인 생산과 대조되는, 온라인 드럼 성형기 (26)를 사용하여, 추가량의 균질 혼합된 초흡수성 재료 및 펄프 플러프를, 별도의 흡수성 재료가 가장 유용한 흡수성 패드의 적어도 한 면으로 향하게 할 수 있다.
도 4에 나타낸 특별한 SAP 노즐 (36)은 성형 챔버 (28) 위의 최고 전방 위치에 놓여질 수 있다. 노즐 (36)은 슬롯 (52)을 형성하는 편평한 발포성 파이프 (50), 및 노즐 (36)의 말단 개방부 (56) 위에 부분적으로 돌출된 후드 (54)를 포함한다. 이 노즐 (36)은 SAP를 분산시키고, SAP 및 플러프 펄프의 균질 혼합을 가능하게 하거나, 또는 패드 내의 조성물의 구배를 제공하도록 위치될 수 있다.
성형된 패드 (20)는 저밀도, 즉 0.1 g/㏄ 미만의 밀도로 성형 챔버 (28)를 떠나서 치밀화되어야 한다. 패드는 콘베이어 또는 캐리어 티슈 (35) 상에 놓여진다. 본 발명에서는 패드가 0.28 g/㏄ 이상, 적합하게는 0.30 g/㏄ 이상, 더욱 적합하게는 0.32 g/㏄ 이상의 밀도로 압축될 필요가 있다. 치밀화는 통상적인 압축 롤에 의해, 또는 더욱 적합하게는 도 3에 나타낸 가열된 닙 (38)에 의해 이루어질 수 있다. 가열된 닙 (38)은 적합하게는 약 80 내지 약 150 ℃로 가열된다. 패드는 약 80 내지 1000 gsm, 적합하게는 약 100 내지 800 gsm, 더욱 적합하게는 약 120 내지 750 gsm의 기초 중량을 갖도록 생산될 수 있다. 일단 패드가 치밀화되면, 패드는 약 0.4 내지 3.0 ㎜, 적합하게는 약 0.5 내지 2.5 ㎜, 더욱 적합하게는 약 0.6 내지 2.0 ㎜의 두께를 갖는다.
성형 공정 중에, SAP 및 펄프 플러프의 혼합물은 형성된 흡수성 패드 (20)의 치밀화를 개선하고 가능하게는 더 낮은 연부 압축 또는 강성을 제공하기 위해 가습될 수 있다. 흡수성 복합재 치밀화 공정에서의 열 및 습도의 이용은 예를 들면 본원에 참고로 삽입된, 2001년 4월 10일자로 멜리우스 (Melius) 등에게 허여된 미국 특허 제6,214,274호에 교시되어 있다. 또한, 패턴은 흡수성 패드 (20) 상에 엠보싱되어 강성을 감소시킬 수도 있다.
실시예 1
이 실시예에서, 8가지의 다른 흡수성 패드 샘플을 PULL-UPS(등록상표) 일회용 배변연습용 팬츠 제조기의 온라인 성형 드럼을 이용하여 생산하였다. 다른 조성 및 밀도를 가진 패드를 제조하고 그의 흡수 시간 및 흡입 시간을 확인하는 시험을 하였다. 사용된 각종 유형의 SAP는 스톡하우젠 게엠바하 (Stockhausen GmbH & Co. KG, D-47805 Krefeld, Federal Republic of Germany)로부터 상품명 FAVOR(등록상표) SXM 9543으로 판매되는 높은 겔 강도를 갖는 SAP 및 스톡하우젠으로부터 상품명 FAVOR(등록상표) SXM 880으로 판매되는 폴리아크릴레이트 재료를 포함하였다. 사용된 각종 유형의 펄프 플러프는 유.에스. 알리앙스 (U.S. Alliance, Childersburg, Alabama, U.S.A.)로부터 상품명 CR1654로 판매되는 표백된 고흡수성 황산염 목재 펄프; 와이어하우저 코포레이션 (Weyerhaeuser of Federal Way, Washington, U.S.A.)으로부터 상품명 NB-416으로 판매되는 표백된 서던 연목 펄프; 레이오니어 인코포레이티드 (Rayonier Incorporated, Stamford, Connecticut)로부터 상품명 AL9401로 판매되는, 냉 부식제 처리된 서던 연목 펄프; 및 와이어하우저 코포레이션으로부터 상품명 ND-416으로 판매되는 특별한 치밀화 펄프를 포함하였다. 표 2는 시험된 샘플 각각의 조성 및 밀도를 나타낸다.
샘플 조성 및 밀도
샘플 조성 밀도 (g/㏄)
코드 1 50% FAVOR(등록상표) SXM 9543, 50% CR1654 0.32
코드 2 50% FAVOR(등록상표) SXM 9543, 50% NB-416 0.32
코드 3 50% FAVOR(등록상표) SXM 9543, 50% AL9401/NB-416 (~1:1 블렌드) 0.33
코드 4 40% FAVOR(등록상표) SXM 9543, 60% AL9401/NB-416 (~1:1 블렌드) 0.28
코드 5 50% FAVOR(등록상표) SXM 9543, 50% ND-416 0.34
코드 6 50% FAVOR(등록상표) SXM 880, 50% CR1654 0.35
코드 7 44% FAVOR(등록상표) SXM 880, 56% CR1654 0.22
코드 8 50% FAVOR(등록상표) SXM 880, 50% CR1654 0.21

형성된 패드로부터의 각 샘플의 6 inch x 4.5 inch (15.24 cm x 11.43 cm) 단편을 절단하여 샘플을 제조하였다. 그후에, 각 샘플의 중량 및 벌크를 기록하였다.
4가지 다른 유형의 서지층을 각 흡수성 패드의 샘플로 시험하였다. 이들 서지층은 이성분 섬유 및 폴리에스테르 섬유를 포함하는 통기 본디드 카디드 웹이었다. 제1 서지 재료는 코사 (KoSa)에 의해 생산되는 2.8 데니어 T-256 이성분 섬유 60 중량% 및 코사에 의해 생산되는 6 데니어 T-295 폴리에스테르 섬유 40 중량%를 함유하였다. 제2 서지 재료는 2.0 데니어 T-256 타입 이성분 섬유 60 중량% 및 3.0 데니어 코사 폴리에스테르 섬유 40 중량%를 함유하였다. 모든 서지는 62 ㎜ 폭이었다. 4가지 다른 유형의 서지층은 제1 서지 재료로 제조된 55 g/㎡ (gsm) 서지, 제2 서지 재료로 제조된 85 gsm 서지, 제1 서지 재료로 제조된 100 gsm 서지 및 제2 서지 재료로 제조된 100 gsm 서지를 포함하였다.
코드 1-8의 각각의 샘플은 각각 개별적으로 시험된 5 inch (1.97 cm) 길이의 4개의 서지층, 10 inch (25.4 cm) 길이의 선형 재료 및 10 inch (25.4 cm) 길이의 폴리 필름과 배합되었다. 사용된 선형 재료는 킴벌리-클라크 코포레이션 (Kimberly-Clark Corporation)에 의해 생산된, 0.3% 아코벨로 처리된 0.6 osy (20.34 gsm)스펀본드였다. 사용된 폴리 필름은 에디슨 플라스틱스 (Edison Plastics)로부터 판매되는 0.75 mil (0.019 mm) 폴리에틸렌 필름이었다. 폴리 필름의 각 단편의 전체 표면은 아토 핀들레이 (Ato Findley)로부터 판매되는 핫 멜트 접착제, 즉 아토 핀들레이 2525A로 가볍게 분무하고, 흡수성 재료의 샘플을 분무된 표면 상의 폴리 필름의 중앙에 놓았다. 그후에, 접착제를 약하게 분무하며 서지층을 흡수제의 중앙에 부착하였다. 그후에, 라이너를 서지층의 위에 놓아서 흡수제 주위에 폴리 필름으로 시일을 형성하였다.
인설트 지점을 각 단부로부터 약 3 inch (7.62 cm)인 각 샘플의 중앙에 표시하였다. 그후에, 각 샘플의 건조 중량을 측정하고 기록하였다.
각 샘플의 흡수 시간을 시험하기 위하여, 각 샘플을 서지층 없이 또한 55 gsm 서지층 존재하에 시험하였다. 시험 샘플을 평행인 경질 플렉시글라스 플레이트 사이에 놓았다. 상부 플레이트는, 직경이 1 inch (2.54 cm)이고, 인설트 지점 위에 놓여져서 액체를 제품내로 향하게 하는데 사용되는 중앙에 위치된 원통형 개구를 가졌다. 하부 플레이트는 4.5 inch x 4.5 inch (11.43 cm x 11.43 cm)의 중앙에 위치된 높여진 플랫폼을 가졌다. 상부 플레이트는 하부 플레이트의 플랫폼 상에 위치된 20.25 inch2 (130.7 cm2)의 흡수제 상에 385 gsm의 하중을 발휘하였다. 약 35 ㎖의 0.9 w/v% 염수를 시험되는 각 샘플의 인설트 지점 상에 붓고 모든 액체가 실제로 흡수제의 표면을 투과한 것으로 확인될 때 흡수된 것으로 간주되었으며, 이 시간에서 흡입 시간이 기록되었다. 다시, 35 ㎖의 인설트를 각 샘플의 인설트 지점 상에 붓고 그후에 두번째 인설트의 흡수 시간을 기록하였다. 마지막으로, 세번째 35 ㎖ 인설트를 각 샘플의 인설트 지점 상에 붓고 그후에 세번째 인설트의 흡수 시간을 기록하였다. 인설트 사이의 시간은 15분이었다. 코드 1-8에 대한 이 시험의 결과를 도 5에 챠트로 나타내었다. 도 5의 결과는 동등한 조성 및 밀도에서 FAVOR(등록상표) SXM 9543이 3번의 인설트 진행 중에 서지층이 존재하든 안하든 FAVOR(등록상표) SXM 880 보다 탁월한 전체 성능을 갖는 것으로 밝혀졌음을 나타낸다. 또한, 코드 6을 제외한 모든 고밀도 코드는 대조군 저밀도 코드 7 및 8에 비해 성능면에서 등등하거나 탁월하다.
각 샘플의 흡입 시간을 시험하기 위하여, 3회의 35 ㎖ 인설트를 각 샘플에 가하는, 바로 다음에 기재된 절차를 이용하여 각각 4가지 유형의 서지층을 갖는 각 샘플을 시험하였다. 코드 1-5에 대한 이 시험의 결과는 도 6에 챠트로 나타내고 코드 6-8에 대한 이 시험의 결과는 도 7에 챠트로 나타내었다. 도 6 및 7에서 알 수 있는 바와 같이, 일치하는 최저 흡입 시간이 상기한 100 gsm 제2 서지층을 이용하여 제조된 샘플에서 관찰되었으며, 각 샘플의 흡입 시간은 서로 적절하게 일치한다.
실시예 2
이 실시예에서는, 흡수성 패드를 PULL-UPS(등록상표) 일회용 배변연습용 팬츠 제조기의 온라인 성형 드럼을 이용하여 생산하였다. 제품 조립 공정에서 다른 성분과 합체하기 바로 전에 흡수성 패드를 공정으로부터 추출할 수 있도록 기계를 구성하였다. 이는 최종 제품을 해체하지 않고 온라인 형성된 패드의 평가를 가능하게 하였다. 이 시험은 FT & D (Helen, Georgia 소재)에 의해 생산되는 미세 천공된 스크린 개구를 가진 사각형의 균일한 깊이의 성형 스크린을 사용하였다. 미세 천공된 스크린은 미세 메쉬 직물 랩과 마찬가지로 SAP가 성형 드럼의 내부로 통과하는 것을 방지할 수 있다. 이것은 SAP 농도가 65%를 넘는 경우에도 일정한 중량의 흡수제를 생산하였다. 기류 균일성 및 부피가 정상적인 작업 범위에서 유지되어 양호한 패드 형성이 이루어졌다.
0.3 g/㏄를 넘는 밀도를 얻는데 필요한 압력을 감소시키는 수단으로서는 흡수제에 소량의 수분을 첨가하는 것이 바람직하다. 흡수제 두께 전체에 수분을 더욱 균일하게 분포시키기 위해 흡수제 상에 수분을 분무하기 보다는 패드를 통해 가습 공기를 빨아들이는 방법이 선택되었다. 가열 요소 및 송풍 모터를 사용하여 성형 드럼과 예비-디벌커 사이의 진공 콘베이어 상에 설치된 후드로 열기를 이동시켰다. 여과된 수돗물을 압축 공기 (20 psi) (138 kPa)와 융합시키고 0.028 inch (0.071 cm) 개구를 가진 미립화 분무 노즐을 통해 미세한 미스트로서 따뜻한 기류 내로 도입하였다. 120 ℃의 공기 온도에서 약 40% RH의 습도가 기류 중에서 얻어졌다. 최상의 습도 조건이 얻어지자 마자, 흡수성 패드가 생산되었다. 패드 중량의 변화에 의해 확인된 약 1% 수분을 이 기술을 통해 패드에 첨가하였다. 이러한 식의 가습은 동일한 흡수성 패드 칼리퍼를 얻으면서 압축 롤이 5 mil (0.127 mm) 개방하도록 하였다.
가열된 압축 롤의 사용은 또한 본 발명의 흡수제 조성물을 치밀화하는데 필요한 힘을 감소시킨다. 그러나, 표 3에 나타낸 다음 실시예는 가열 또는 수분 첨가 없이 생산되어 본 발명의 일부 특성을 입증하였다.
표준 흡수제에 대한 초박형 흡수제의 비교
샘플 기초 중량 (gsm) SAP 펄프 SAP 중량 (g) 펄프 중량 (g) Sap Cap (g) 벌크 (㎜) 밀도 (g/㏄) 설명
1 전방에서 715; 후방에서 525 44% CR1654 13 16.5 580 전방에서 4.8; 후방에서 2.6 전방에서 0.15; 후방에서 0.2 큰 PULL-UPS(등록상표)
2 670 60% NB416 14.8 9.9 490 1.8 0.37 UTA
3 670 60% NB416 14.8 9.9 480 1.8 0.37 습기가 있는 UTA
4 510 60% NB416 11.3 7.5 395 1.4 0.36 낮은 cap UTA
5 260 30% NB416 2.9 6.7 150 0.7 0.37 낮은 기초 중량, SAP UTA
6 200 50% NB416 3.7 3.7 140 0.6 0.33 낮은 기초 중량, 높은 SAP UTA
7 670 60% ND416 14.8 9.9 475 1.8 0.37 ND416 펄프 UTA

표 3에 나타낸 바와 같이, 샘플 1의 물질을 조절가능하게 위치시켜 샘플의 후방부 보다 전방부에서 더 큰 기초 중량을 형성하였다. 사용된 각종 유형의 펄프는 각각이 실시예 1에 상기한 CR1654, NB416 및 ND416을 포함하였다. 포화 용량 ("Sat Cap")은 포화될 때의 샘플의 중량을 의미한다. 샘플 2-7에서의 초박형 흡수제 ("UTA")는 샘플 1에서의 표준 배변연습용 팬츠와 비교된다.
모든 UTA 코드는 FAVOR(등록상표) SXM 9543 초흡수제로 생산되었다. 샘플 1은 스톡하우젠 FAVOR(등록상표) SXM 880 초흡수제로 생산되고 표준의 큰 PULL-UPS( 등록상표) 일회용 배변연습용 팬츠 성형 스크린 (비-미세천공됨)으로 생산되었다. 사실적으로, 고품질의 낮은 기초 중량 패드는 종종 온라인 드럼 성형 방법으로 생산하기가 어렵지만 낮은 기초 중량의 샘플, 샘플 5 및 6은 패드 사이 뿐만 아니라 패드를 따라 아주 유연하고 매우 균일하였다.
초흡수제 공급 속도는 샘플 2를 생산하면서 증가되어 65%의 SAP 조성을 얻게 된다. SAP 및 펄프 섬유의 공급을 성형 드럼 내로 증가시킴으로써 샘플 6 및 7의 고밀도 형태가 생산되어 형성된 흡수성 패드의 기초 중량이 증가하게 된다. 샘플 6의 고밀도 형태는 0.86 ㎜의 두께를 갖고 490 gsm의 기초 중량으로 생산되었으며 0.57 g/㏄의 밀도를 가졌다. 샘플 7의 고밀도 형태는 약 795 gsm의 기초 중량, 1.39 ㎜의 두께 및 0.57 g/㏄의 밀도를 가졌다.
샘플 2를 기초로 한 온라인 초박형 흡수성 패드를 함유하는 제품을 대규모 소비자 용도 시험을 위해 생산하였다. 이 용도 시험의 결과는 시판되는 PULL-UPS(등록상표) 일회용 배변연습용 팬츠와 비교하여 온라인 초박형 흡수제를 갖는 제품들 사이에서 누출 성능의 통계적 차이를 나타내지 않았다.
실시예 3
시판되는 기계를 시용하여 온라인 초박형 흡수성 패드 및 그 온라인 초박형 흡수성 패드를 함유하는 제품을 생산하였다. 도 8에 나타낸 바와 같은, 윤곽 형태를 가진 성형 스크린 (34)을 폴리에스테르 메쉬 직물로 둘러쌌다. 이들 성형 스크린은 더 많은 흡수제가 제품의 인설트 영역에 위치되도록 하기 위해 깊은 영역인 전방 포켓을 가졌다. 제품은 패드의 전방 절반에 흡수제 물질의 약 60%를 가진 윤 곽있는 흡수제 패드를 갖도록 생산하였다. 패드 및 제품은 분 당 600 피트를 넘는 상업적 라인 속도로 생산되었다.
실시예 4
이 실시예에서는, 흡수성 패드를 PULL-UPS(등록상표) 일회용 배변연습용 팬츠 제조기의 온라인 성형 드럼을 이용하여 다시 생산하였다. 제품 조립 공정에서 다른 성분과 합체하기 바로 전에 흡수성 패드를 공정으로부터 추출할 수 있도록 기계를 구성하였다. 이는 최종 제품을 해체하지 않고 온라인 형성된 패드의 평가를 가능하게 하였다. 이 시험은 FT & D에 의해 생산되는 미세 천공된 스크린 개구를 가진 사각형의 균일한 깊이의 성형 스크린을 사용하였다. 흡수제 패드는 60% FAVOR(등록상표) SXM 9543 초흡수제 및 40% 와이어하우저 ND416 펄프를 포함하였다. 흡수제의 벌크는 약 1.9-2.0 ㎜로 일정하게 유지되었다. 펄프 및 초흡수제 공급 속도를 변화시켜 기초 중량의 범위를 형성하고 그 결과 밀도 범위가 형성되었다. 이 실시예의 연부를 따른 압축을 평가하고 표준 PULL-UPS(등록상표) 일회용 배변연습용 팬츠 흡수제 조성물 (44% 스톡하우젠 FAVOR(등록상표) SXM 880 초흡수제, 56% US 알리앙스 CR1654 펄프, ~0.20 g/㏄ 밀도)의 압축과 비교하였다. 표 4에 나타낸 결과는 본 발명의 실시예가 현재의 구조체 보다 훨씬 더 높은 밀도 범위에 대해 현재의 흡수제 조성물과 유사한 압축 성능을 나타내었음을 보여준다. 소량의 수분 첨가, 가열된 압축 롤, 엠보싱 압축 롤의 사용 또는 이들 기술의 혼합을 통해 더 낮은 압축 값도 얻어질 수 있다.
압축 비교
조성 기초 중량 (gsm) 밀도 (g/㏄) 50% 압축까지의 에너지 (gm-㎝)
44% SAP, 56% 펄프 846 0.191 2373.1
60% SAP, 40% 펄프 770.5 0.41 2967.3
60% SAP, 40% 펄프 757.6 0.397 2740.9
60% SAP, 40% 펄프 756.9 0.373 3614.8
60% SAP, 40% 펄프 795.7 0.374 3068.9
60% SAP, 40% 펄프 742.7 0.373 2726.3
실시예 5
각각 16 g의 FAVOR(등록상표) SXM 9543 초흡수성 중합체 및 CR1654 펄프 섬유를 50/50 비로 사용하고 0.9% 염수 608 g의 이론적 포화 용량으로 온라인 초박형 흡수성 패드를 생산하였다. 패드 기초 중량의 구역화 특성은 가랑이 후방부에서 패드 전방부까지 875 g/㎡ (gsm) 및 패드의 후방부 절반에서 700 gsm을 목표로 하였다. 밀도 목표는 전방부에서 0.27 g/㎤ (g/㏄) 및 후방부에서 0.33 g/㏄이었다. 도 8은 평면 방향의 패드 형태를 나타낸다. 패드는 길이가 450 ㎜이고, 전방부에서 120 ㎜ 폭이고, 중앙에서 70 ㎜ 폭이고, 후방부에서 95 ㎜ 폭이다.
이 결과는 본원에 기재된 방법이, 얇으며 소비자 제품 가공 작업의 일체 부분으로서, 본 발명의 모든 다른 면을 나타내는 구역화된 흡수제 물질을 가진 (즉, 구조체의 선택된 영역에 위치된) 성형된 흡수성 구조체를 제공할 수 있음을 입증한다. 이는 얇은 오프라인 생산된 흡수제 (즉, 제품 가공 전에 제조됨)가 이용가능하지만, 구역화된 흡수성을 제공할 수 없을 때 바람직한 조합이며, 통상적인 온라인 흡수제 성형 방법은 구역화된 흡수성을 제공할 수 있지만 일반적으로 최적의 얇은 구조체를 제공할 수는 없다.
액체 포화 보유 용량 시험 절차
액체 포화 보유 용량은 다음과 같이 결정된다. 약 7 중량% 미만의 함수량을 가진 시험 재료를 칭량하고 실온 (약 23 ℃)에서 초과량의 0.9 중량% 염수에 잠기게 한다. 시험될 재료는 약 20분 동안 잠기게 하였다. 20분 동안 잠기게 한 후에, 재료를 제거하고, 도 9에 도시된 바와 같이 0.25 inch (0.6 ㎝) 개구를 가진 테플론 (TEFLON)(등록상표) 코팅된 유리섬유 스크린 (Taconic Plastics Inc. (Petersburg, NY 소재)로부터 시판됨) 상에 놓고, 다시 진공 박스 (130) 상에 놓고 연질 고무 댐 재료 (132)로 덮는다. 예를 들어, 진공 게이지 (136) 및 진공 펌프 (138)를 이용하여 약 5분 동안 진공 박스에서 약 0.5 lb/inch2 (약 3.5 킬로파스칼)의 진공을 만든다. 그후에, 시험되는 재료 (131)를 스크린으로부터 제거하고 칭량한다. 시험되는 재료에 의해 보유되는 액체의 양은 재료의 습윤 중량에서 재료의 건조 중량을 빼서 결정하고 (진공을 가한 후에), 보유 액체 g 단위의 절대 액체 포화 보유 용량으로서 보고한다. 필요시에, 보유된 액체의 중량을 시험 액체의 밀도를 이용하여 액체 부피로 전환하고, 보유 액체 ㎖ 단위의 액체 포화 보유 용량으로서 보고한다. 상대적인 비교를 위하여, 이 절대 액체 포화 보유 용량 수치를 재료 (131)의 건조 중량으로 나누어서 시험 재료 g 당 보유 액체 g 단위의 특정 액체 포화 보유 용량을 얻는다. 히드로겔 형성 중합체 재료 또는 섬유와 같은 재료가 진공 박스에 있는 동안 유리섬유 스크린 (134)을 통해 빠져나온다면, 더 작은 개구를 가진 스크린이 사용되어야 한다. 별법으로, 티백 또는 유사 재료 단편을 재료 (131)와 스크린 (134) 사이에 놓아서 티백 또는 유사 재료에 의해 보유되는 액체에 대한 최종 수치를 조정할 수 있다.
부하 흡수성 (AUL) 시험 절차
초흡수성 재료의 부하 시의 액체 흡수 능력은 다음과 같이 결정된다. 도 10을 참고로 하면, 문헌 [Lichstein at pages 129-142 of the INDA Technological Symposium Proceedings, March. 1974.]에 기재된 시스템 뿐만 아니라 M/K 시스템스 (M/K systems, Danners, MA)로부터 판매되는 GATS (중량 흡수성 시험 시스템)와 유사한 요구 흡수성 시험기 (Demand Absorbency Tester; DAT) (110)가 사용된다. 2.5 ㎝ 직경 면 내로 제한된 배출구 (114)를 가지며 부하 흡수성 (AUL) 장치 (116)로 덮인 다공성 판 (112)이 사용된다. 일렉트로밸런스 (118)를 사용하여 초흡수성 입자 (120)로의 유체의 흐름을 측정한다. 이 시험을 위하여, 이용된 유체는 실온 (약 23 ℃)에서 사용된 0.9 중량% 염화 나트륨을 함유하는 수용액이다.
초흡수성 입자를 함유하는데 사용된 특별한 AUL 장치 (116)는 반드시 중심이 맞도록 규격화된 1 inch (2.54 ㎝) 내경의 열가소성 관으로 제조된 실린더 (122)로 이루어진다. 100 메쉬 스테인레스 망 (124)을 접착제로 실린더 (122) 바닥에 부착한다. 별법으로, 스테인레스 망 (124)을 적열이 될 때까지 불꽃으로 가열하고 그후에 실린더를 냉각될 때까지 망 위에 두어서 스테인레스 망 (124)을 실린더 (122) 바닥에 융착시킬 수 있다. 융착이 이루어지지 못하였거나 또는 그것이 파손되었다면 남땜 인두를 이용하여 실 (seal)을 마무리할 수 있다. 편평하고 평활한 바닥을 유지하고 실린더 내부를 변형시키지 않도록 주의를 기울여야 한다. 4.4 g의 피스톤 (126)은 1 inch (2.54 cm) 직경의 고체 재료 (예를 들면, Plexiglass (TM))로 제조되고 실린더 (122) 내에 끼지 않고 꼭 맞도록 정밀하게 만들어진다. 피스톤 (126)을 이용하여 0.01 lb/inch2 (0.069 kPa)의 제한 하중을 제공한다. 분동 (128)을 이용하여 더 큰 제한 하중을 제공한다. 상기 논의된 바와 같이, 더 큰 제한 하중은 0.29 lb/inch2 (2.00 kPa), 0.57 lb/inch2 (3.93 kPa) 및 0.90 lb/inch2 (6.21 kPa)이다. 따라서, 100, 200 및 317 g의 분동을 이용하여 각각의 제한 하중 (4.4 g 피스톤 (126)과 별도)을 제공한다. 중량이 0.160 (±0.005) g인 초흡수성 입자 샘플을 AUL 시험하는데 이용한다. 샘플은 U.S. 표준 30 메쉬를 통해 예비 체분별되고 U.S. 표준 50 메쉬 (300-600 미크론) 상에 보유되는 과립체로부터 취한다. 시험될 때 입자는 약 5 중량% 미만의 함수량을 갖는다.
이 시험은 판 (112) 상에 3 ㎝ 직경의 GF/A 유리 여과지 (130)을 놓아서 개시한다. 여과지는 DAT (110)의 배출구 (114)에서 넘쳐 탈수가 일어나지 않고 포화되도록 하면서 잘 접촉하도록 하기 위해 실린더 (122)의 내경 보다는 크고 외경 보다는 더 작도록 만든다. 입자 (120)를 칭량지 상에서 칭량하고 AUL 장치 (116)의 바닥에 있는 망 (124)에 놓았다. 장치 (116)를 흔들어 망 (124) 상에 입자를 고르게 하였다. 입자가 실린더 (122)의 벽에 들러붙지 않도록 주의를 기울여야 한다. 실린더 (122) 내의 입자 (120) 상에 피스폰 (126) 및 임의로 분동 (128)을 누르지 않고 조심스럽게 놓은 후에, AUL 장치 (116)를 유리 여과지 (130) 상에 놓는다. 함침 유체의 양 (g)은 차트 기록계를 이용하여 수동으로 직접, 또는 데이타 획득 또는 개인 컴퓨터 시스템으로 직접 시간의 함수로서 모니터한다.
60분 후에 함침된 유체의 양 (g)을 샘플의 건조 중량 (0.160 g)으로 나눈 것 이 샘플 g 당 함침 유체 g (g/g)인 AUL 값이다. 유체의 함침 속도가 또한 측정될 수 있다. 즉각적인 최종 판독의 정확성을 위하여 두가지로 체크한다. 첫째, 피스톤 (126)의 상승 높이에 실린더 (122)의 단면적을 곱한 것이 함침 유체의 부피와 동일해야 한다. 두번째, AUL 장치 (116)를 시험 전과 후에 칭량하여 얻은 중량 차이는 함침 유체의 중량과 거의 동일해야 한다. 제공된 재료에 대해 최소 3회의 반복을 실시하고 평균하여 AUL 값으로 정한다.
연부 압축 시험 절차
연부를 따른 압축 (EC) 값을 결정할 수 있는 방법은 다음과 같다. 흡수성 재료의 2 inch x 12 inch (5.1 ㎝ x 30.5 ㎝) 단편을 제품 또는 원료 웹의 종방향으로 정렬된 더 큰 치수를 갖도록 절단한다. 샘플의 중량을 확인한다. 재료의 두께는 0.2 psi (1.38 kPa) 하중 하에 확인한다. 재료를 2 inch (5.1 ㎝)의 높이 및 0-0.125 inch (0-3.18 ㎜) 겹쳐진 두 단부를 가진 실린더 내에 형성하고, 재료를 3번의 스테이플로 함께 고정한다. 한번의 스테이플은 제품 폭의 중간에 가깝게 고정하고, 다른 두번은 재료 폭의 각 연부에 더 가까이 고정한다. 시험 시에 스테이플의 효과를 최소화하기 위해 스테이플의 가장 긴 치수가 형성된 실린더의 원주 내에 들게 한다.
MTS 시스템 코포레이션 (MTS Systems Corporation, Eden Prairie, MN)으로부터 판매되는 것과 같은 인장 시험기는 바닥 플랫폼, 및 뒤집혀진 위치로 놓여진 압축 부하 셀에 부착된, 시험될 샘플의 둘레 보다 크고 바닥 플랫폼과 평행인 압반을 갖도록 구성된다. 시험편을 압반 아래의 플랫폼 상에 놓는다. 압반을 시험편과 접촉되도록 하고 25 ㎜/분의 속도로 샘플을 압축한다. 샘플을 그의 폭 (1 inch) (2.54 ㎝)의 50%까지 압축하는데 얻어지는 최대의 힘을 기록한다.
재료가 구부러진다면, 샘플이 50%로 압축되기 전에 최대의 힘에 도달되는 것이 전형적이다. 흡수제의 길이가 12 inch (30.5 ㎝) 미만인 제품에서, 재료의 EC 값은 다음 방식으로 결정될 수 있다. 연부를 따른 압축 강도에 대해서는 문헌 (The Handbook Of Physical And Mechanical Testing Of Paper And Paperboard, Richard E. Mark editor, Dekker 1983 (Vol 1))에 상세히 논의되어 있다. 구부림 응력에 적용되는 이론적 모델을 기초로 하여, 기재된 연부를 따른 압축 구성에서 구부림 응력은 비례 상수가 H2/(R*t)의 함수인 E*t2/(H2)에 비례하며, 여기서 E는 탄성율이고, H는 실린더의 높이이고, R은 실린더의 반경이고, t는 재료의 두께이다. 응력을 기초 중량 당 힘으로 표시하면, 일정하게 유지될 필요가 있는 파라메터는 H2/R인 것으로 밝혀진다. 그러므로, 12 inch (30.5 ㎝) 보다 작은 샘플의 경우, 가능한 가장 큰 원이 구성되어야 하고 그의 높이 (절단되는 샘플의 폭)는 H2/R이 2.1 inch (5.3 ㎝)가 되도록 조정되어야 한다.
벌크 및 밀도 시험 절차
시험될 흡수성 패드의 부분을 0.2 psi (1.38 kPa) 중압 하에 놓고 이 부분 내의 흡수제의 벌크를 기록한다. 압축되는 면적은 2 inch x 2 inch (5.08 ㎝ x 5.08 ㎝) 사각형 보다 더 커야 한다. 흡수제 벌크를 위한 적합한 시험기는 0.2 psi (1.38 kPa)의 중압을 가한 3 inch (7.62 cm) 직경의 황동 발이 장치된 스타렛-타입 (Starret-type) 벌크 시험기이다. 압축되는 면에서 분동의 둘레를 표시한다. 분동을 제거하고, 예를 들어 다이 컷에 의해 2 inch x 2 inch (5.08 cm x 5.08 cm) 사각형을 테두리 부분내에서 잘라내었다. 흡수성 패드 상에 존재하는 임의의 티슈를 제거하고, 사각형을 칭량한다. 밀도는 다음 계산에 의해 결정된다: 밀도 = 흡수제 질량 g / (5.08 ㎝)2 x (벌크 (㎝ 단위))
원심분리 보유 용량 시험 절차 (CRC 시험)
본원에 사용된 바와 같이, 원심분리 보유 용량 (CRC)은 조절된 조건 하에서 원심분리된 후의 초흡수성 재료의 흡수 용량의 척도이다. 시험될 초흡수제 샘플은 U.S. 표준 #30 메쉬를 통해 예비 체분별되고 U.S. 표준 #50 메쉬 상에 보유되는 초흡수성 재료로부터 취한다. 그러므로, 초흡수성 재료는 300 내지 600 미크론의 입자 크기를 갖는다. 입자는 수동으로 또는 자동으로 예비 체분별될 수 있다.
CRC는 시험 용액 (0.9% NaCl 용액)이 샘플에 의해 자유롭게 흡수되도록 하면서 0.200 g의 시험될 샘플 재료 (5 중량% 미만의 함수량)를 샘플을 함유할 수투과성 백에 놓아서 측정할 수 있다. 히트-실링 가능한 티백 재료 (등급 542, Kimberly-Clark Corporation (Neenah, WI 소재)로부터 시판됨)는 대부분의 용도에 대해 잘 기능한다. 백은 백 재료의 5 inch x 3 inch (12.7 cm x 7.62 cm) 샘플을 반으로 접고 개방 연부 중 두군데를 히트-실링함으로써 2.5 inch x 3 inch (6.35 cm x 7.62 cm) 사각형 파우치로 형성된다. 히트 실은 재료의 연부에서 약 0.25 inch (0.64 cm) 안쪽이어야 한다. 샘플을 파우치 내에 넣은 후에, 파우치의 나머지 개방 연부도 또한 히트-실링한다. 비어있는 백도 또한 대조용으로서 샘플 백과 함께 시험되도록 제조된다. 3개의 샘플 백은 각 초흡수성 재료에 대해 시험된다.
실링된 백을 1/4 inch (0.64 cm) 개구를 갖는 2개의 테플론 코팅된 유리섬유 스크린 (Taconic Plastics, Inc., Petersburg, NY) 사이에 놓고 73.4 ±2 ℉ (23 ± 1.1 ℃)에서 0.9% NaCl 용액의 팬에 잠기게 하여 백이 완전히 습윤될 때까지 스크린을 아래에 유지한다. 습윤시킨 후, 샘플을 30분 동안 용액 내에 유지하고, 그후에 샘플을 용액으로부터 제거하고 비흡수제인 편평한 표면 상에 임시로 놓았다.
그후에, 샘플에 350의 g-힘을 가할 수 있는 적합한 원심분리기 배스킷 내에 습윤 백을 놓았다. (적합한 원심분리기는 수분 수집 배스킷, 디지탈 rpm 게이지 및 편평한 백 샘플을 유지하고 배수하기에 적합하게 가공된 배수 배스킷을 가진 클레이 아담스 다이낙 (Clay Adams Dynac) II, 모델 #0103). 샘플은 회전될 때 배스킷의 균형을 잡기 위해 원심분리기 내에 대향 위치에 놓여져야 한다. 백은 1600 rpm을 목표로 하지만 1500-1900 rpm의 범위내에서 3분 동안 원심분리한다 (350의 목표 g-힘). 백을 제거하고 칭량하는데, 비어있는 백 (대조용)을 먼저 칭량하고 이어서 초흡수성 재료를 함유하는 백을 칭량한다. 백 재료 만으로 보유되는 유체를 고려하여, 초흡수성 재료에 의해 흡수되고 보유된 유체의 양이, 초흡수성 재료 g 당 유체 g으로서 표시되는 초흡수성 재료의 원심분리 보유 용량이다.
초흡수성 겔 층 투과성 시험
겔 층 투과성 (GBP) 시험을 수행하기에 적합한 피스톤/실린더 장치는 도 11 및 12에 나타내어져 있다. 도 11에 대해서 보면, 장치 (220)는 실린더 (222) 및 피스톤 (일반적으로 224로서 표시됨)으로 이루어진다. 도 11에 나타낸 바와 같이, 피스톤 (224)은 샤프트 (226)의 종축 아래로 뚫린 동심 원통형 호울 (228)을 가진 원통형 렉산 (LEXAN) 샤프트 (226)로 이루어진다. 샤프트 (226)의 양 단부는 제1 및 제2 단부 (230, 232)를 제공하도록 가공된다. 분동 (234)이 제1 단부 (230) 상에 있고 그의 중심에 뚫린 원통형 호울 (236)을 갖는다. 제2 단부 (232) 상에는 원형 피스톤 헤드 (240)가 삽입되어 있다. 피스톤 헤드 (240)는 실린더 (222) 내부에 수직으로 이동되도록 하는 크기를 갖는다.
도 12에 나타낸 바와 같이, 피스톤 헤드 (240)에는 각각 7개 및 14개의 약 0.375 inch (0.95 ㎝) 원통형 호울을 함유하는 내부 및 외부 동심 고리 (각각 화살표 242 및 244로 표시됨)가 있다. 이들 동심 고리 각각의 호울은 피스톤 헤드 (240)의 상부에서 바닥까지 뚫려있다. 피스톤 헤드 (240)는 또한 샤프트 (226)의 제2 단부 (232)를 받아들이도록 그의 중앙에 뚫린 원통형 호울 (246)을 갖는다.
실린더 (222)의 바닥 단부에는 부착 전에 팽팽하게 이축 연신된 400 메쉬 스테인레스 스크린 (248)이 부착된다. 피스톤 헤드 (240)의 양 단부에는 부착 전에 팽팽하게 이축 연신된 400 메쉬 스테인레스 스크린 (250)이 부착된다. 흡수성 재료 (252)의 샘플은 스크린 (248) 상에 지지된다.
실린더 (222)는 투명 렉산 (LEXAN) 막대 또는 해당 물체로부터 뚫려 있으며 6.00 ㎝ (면적 = 28.27 ㎠)의 내경, 약 0.5 ㎝의 벽 두께 및 약 5.0 ㎝의 높이를 갖는다. 피스톤 헤드 (240)는 렉산 막대로부터 가공된다. 그것은 약 0.625 inch (1.59 ㎝)의 높이 및 최소의 벽 간극을 가지면서 여전히 자유롭게 미끄러지게 실린더 (222) 내에 꼭 맞도록 하는 크기의 직경을 갖는다. 피스톤 헤드 (240)의 중앙 내의 호울 (246)은 샤프트 (226)의 제2 단부 (232)에 대해 나사형 0.625 inch (1.59 ㎝)의 개구 (18 나사산/inch)(7.1 나사산/cm)를 갖는다.
샤프트 (226)는 렉산 막대로부터 기계로 가공되고 0.875 inch (2.22 ㎝)의 외경 및 0.250 inch (0.64 ㎝)의 내경을 갖는다. 제2 단부 (232)는 약 0.5 inch (1.27 ㎝)의 길이를 가지며 피스톤 헤드 (240) 내의 호울 (246)에 매치되도록 나사산이 새겨진다. 제1 단부 (230)는 약 1 inch (2.54 ㎝)의 길이 및 0.623 inch (1.58 ㎝)의 직경을 가져서 스테인레스 분동 (234)을 지지하는 환상 쇼울더를 형성하게 된다.
환상 스테인레스 분동 (234)은 0.625 inch (1.59 ㎝)의 내경을 가지므로 샤프트 (226)의 제1 단부 (230) 상에 쑥 끼워지고 그 안에 형성된 환상 쇼율더 상에 놓인다. 피스톤 (244) 및 분동 (134)의 총합 중량은 약 596 g이며, 그것은 28.27 ㎠의 면적에 대해 0.30 psi (20,685 dynes/㎝)의 압력에 해당한다. 유체가 피스톤/실린더 장치를 통해 흐를 때, 실린더 (222)는 일반적으로 16 메쉬, 경질 스테인레스 지지체 스크린 (도시하지 않음) 또는 해당 물체 상에 놓인다.
피스톤 및 분동은 분동의 바닥에서부터 실린더의 상부까지의 측정치를 얻기 위해 비어 있는 실린더에 놓여진다. 이러한 측정치는 0.01 ㎜까지 판독할 수 있는 칼리퍼를 사용하여 얻어진다. 이러한 측정치는 후에 흡수성 재료 (252) 샘플의 층 높이를 계산하는데 사용될 것이다. 비어 있는 각 실린더를 측정하고 피스톤 및 분동이 사용되는 트랙을 유지하는 것이 중요하다. 흡수성 재료 샘플이 팽윤될 때 동일한 피스톤 및 분동이 측정에 사용되어야 한다.
GBP 측정에 사용되는 흡수제 층은 GBP 실린더 장치 내의 약 0.9 g의 흡수성 재료 샘플을 (건조 흡수성 재료는 팽윤 전에 실린더 스크린 상에 골고루 펼쳐져야 함) 약 15분 동안 유체, 전형적으로 0.9% (v/v) 수성 NaCl로 팽윤시킴으로써 형성된다. U.S. 표준 30 메쉬를 통해 예비 체분별되고 U.S. 표준 50 메쉬 상에 보유되는 흡수성 재료 집단으로부터 흡수성 재료 샘플을 취한다. 그러므로, 흡수성 재료는 300 내지 600 미크론의 입자 크기를 갖는다. 입자는 수동으로 또는 예를 들면 로탑 머케니칼 시브 세이커 모델 B (RoTap Mechanical Sieve Shaker Model B; W.S. Tyler, Inc. (Mentor, OH, USA 소재)로부터 시판됨)로 자동으로 예비 체분별될 수 있다.
15분 말기에, 실린더를 유체로부터 제거하고 피스톤/분동 조립체를 흡수성 재료 샘플 상에 놓는다. 흡수성 재료의 팽윤된 샘플의 두께는 마이크로미터로 분동의 바닥에서 실린더의 상부까지 측정함으로써 결정된다. 비어 있는 실린더로 이렇게 측정할 때 얻어진 값을 흡수성 재료의 샘플을 팽윤한 후에 얻어진 값에서 뺀다. 결과 값이 흡수성 재료의 팽윤된 샘플 층의 높이 H이다.
GBP 측정은 유체 높이가 흡수성 재료 (252) 샘플의 바닥에서 4.0 ㎝ 위로 될 때까지 유체를 실린더 (222)에 첨가함으로써 개시된다. 이러한 유체 높이는 시험 내내 유지된다. 시간에 대한 흡수성 재료 (252)의 샘플을 통과하는 유체의 양은 중량식으로 측정된다. 시험 처음 2분 동안에는 매초 마다 또한 나머지 동안에는 매 2초 마다 데이타를 모은다. 데이타를 시간에 대한 흡수성 재료 샘플 층을 통과하는 유체의 양으로서 플롯팅할 때, 언제 정상 유량이 얻어졌는지는 당업계의 숙련 인에게 자명하게 된다.
일단 유량이 정상이 된 후에 수집된 데이타 만이 유량 계산에 사용된다. 흡수성 재료 (252) 샘플을 거치는 유량 Q는 시간 (초 단위)에 대한 흡수성 재료 샘플을 통과하는 유체 (g 단위)의 선형 최소 제곱 적합에 의해 g/s 단위로 결정된다. ㎠ 단위의 투과성은 다음 방정식에 의해 얻어진다: K=[Q*(H*μ)]/[A*ρ*P] (여기서, K = 겔층 투과성 (㎠); Q = 유량 (g/초); H = 흡수성 재료 샘플 층의 높이 (㎝); μ = 액체 점도 (포이즈); A = 액체 유동 단면적 (㎠); ρ = 액체 밀도 (g/㎤); 및 P = 정수압 (dynes/㎠) (정상적으로는 약 3,923 dynes/㎠)).
예시의 목적으로 제공된 상기 실시태양의 세부 사항이 본 발명의 영역을 제한하는 것으로 해석되어서는 안됨을 이해할 것이다. 본 발명의 몇가지 예시적인 실시태양이 위에 상세히 설명되었지만, 업계의 숙련인은 본 발명의 새로운 교시 및 이점을 실질적으로 벗어나지 않고 예시적 실시태양에서 많은 변형이 가능함을 쉽게 이해할 것이다. 따라서, 그러한 모든 변형은 다음 청구의 범위 및 그에 대한 모든 해당사항에 정의된 본 발명의 영역 내에 포함되어야 한다. 또한, 일부 실시태양, 특히 바람직한 실시태양의 이점을 모두 얻지 못하는 많은 실시태양이 있을 수 있지만, 특별한 이점이 없다는 것을, 반드시 그러한 실시태양이 본 발명의 영역 밖에 있음을 의미하는 것으로 해석하지 않아야 한다.


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  64. 15 내지 70 중량%의 펄프 플러프와 균질 혼합된 30 내지 85 중량%의 초흡수성 재료를 포함하는 단일 치밀화 층을 포함하며,
    0.28 g/㎤를 넘는 밀도 및 0.5 내지 3.0 ㎜의 두께로 압축되어 있고, 흡수 용량이 흡수성 패드 g 당 0.9 w/v% 염수 14 내지 40 g이고, 연부 압축 에너지가 50% 압축에 대해 2726 내지 3615 gm-cm인 단일층 흡수성 패드.
  65. 제64항에 있어서, 0.30 g/㎤를 넘는 밀도를 갖는 흡수성 패드.
  66. 제64항에 있어서, 0.32 g/㎤를 넘는 밀도를 갖는 흡수성 패드.
  67. 제64항에 있어서, 40 내지 80 중량%의 초흡수성 재료를 포함하는 흡수성 패드.
  68. 제64항에 있어서, 50 내지 75 중량%의 초흡수성 재료를 포함하는 흡수성 패드.
  69. 제64항에 있어서, 다수의 인조 섬유를 더 포함하는 흡수성 패드.
  70. 제64항에 있어서, 다수의 캐리어 입자를 더 포함하는 흡수성 패드.
  71. 제64항에 있어서, 두께가 0.6 내지 2.5 ㎜인 흡수성 패드.
  72. 제64항에 있어서, 두께가 0.7 내지 2.0 ㎜인 흡수성 패드.
  73. 제64항에 있어서, 포화 흡수 용량이 흡수성 패드 g 당 염수 18 g 이상인 흡수성 패드.
  74. 제64항에 있어서, 초흡수성 재료가 0.75 이상의 겔 강도를 갖는 흡수성 패드.
  75. 제64항에 있어서, 초흡수성 재료가 흡수성 패드 내에 구배를 형성하는 흡수성 패드.
  76. 제75항에 있어서, 흡수성 패드가 제1 단부에 대향하는 제2 단부보다 제1 단부에서 더 많은 초흡수성 재료를 포함하는 흡수성 패드.
  77. 제75항에 있어서, 흡수성 패드가 제1면에 대향하는 제2면보다 제1면을 따라 더 많은 초흡수성 재료를 포함하는 흡수성 패드.
  78. 제75항에 있어서, 초흡수성 재료의 농도가 구배 전체에서 0.05 내지 0.35 g/㎤ 만큼 변화되는 흡수성 패드.
  79. 제64항 내지 제78항 중 어느 한 항의 흡수성 패드 및 이 흡수성 패드를 둘러싸는 랩 물질을 포함하는 조합물.
  80. 제64항 내지 제78항 중 어느 한 항의 흡수성 패드를 포함하는 흡수성 제품.
  81. 제80항에 있어서, 기저귀, 배변연습용 팬츠, 실금용품, 수영복 및 여성 위생용품으로 이루어진 군에서 선택된 흡수성 제품.
  82. 초흡수성 재료 및 플러프 펄프를 온라인 드럼 성형기의 성형 챔버에서 균질 혼합하는 단계;
    다공성 직물을 드럼 성형기의 성형 드럼 상의 성형 스크린 상에 둘러싸는 단계;
    균질 혼합된 초흡수성 재료 및 플러프 펄프가 성형 챔버를 빠져나갈 때 균질 혼합된 초흡수성 재료 및 플러프 펄프로부터의 흡수성 패드를 성형 스크린 상에 형성하는 단계; 및
    흡수성 패드가 성형 스크린을 떠난 후에 흡수성 패드를 0.28 g/㎤을 넘는 밀도로 압축하는 단계
    를 포함하는, 제64항 내지 제78항 중 어느 한 항의 흡수성 패드를 제조하는 방법.
  83. 제82항에 있어서, 추가량의 균질 혼합된 초흡수성 재료 및 펄프 플러프를 흡수성 패드의 적어도 한 면내로 향하게 하는 단계를 더 포함하는 방법.
  84. 제82항에 있어서, 균질 혼합된 초흡수성 재료 및 플러프 펄프를 가습하는 단계를 더 포함하는 방법.
  85. 제82항에 있어서, 흡수성 패드 상에 패턴을 엠보싱하는 단계를 더 포함하는 방법.
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