KR101634536B1 - 다공성 흡수 구조체를 형성하기 위한 조성물 - Google Patents

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KR101634536B1
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존 게빈 맥도날드
쥬니어. 피터 비. 둘카마라
데이브 에이. 소렌스
토마스 제이. 포크
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킴벌리-클라크 월드와이드, 인크.
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Abstract

흡수 입자들, 및 약 1000ppm 미만의 잔여 모노에틸렌성(monoethylenically) 불포화 단량체를 가지는 초흡수성 중합체 물질을 포함하는 다공성 흡수 구조체가 개시되며, 초흡수성 중합체 물질은 흡수 입자들을 실질적으로 코팅하고 흡수 입자들을 다공성 흡수 망에 연결해서 다공성 흡수 구조체를 형성한다.

Description

다공성 흡수 구조체를 형성하기 위한 조성물{COMPOSITION FOR FORMING A POROUS ABSORBENT STRUCTURE}
본 발명은, 일반적으로, 다공성 흡수 물질에 관한 것이며, 더욱 구체적으로는, 다양한 표면 상에 분사될 수 있는 다공성 흡수성 미립자 구조체에 관한 것이다.
우수한 위생은 세계적인 요구 사항이며, 종종 일회용 흡수 용품을 사용하는 것이 이러한 요구를 충족시키기 위한 더욱 쉽고 더욱 위생적인 방식으로 되고 있다. "흡수 용품"이라는 용어는, 일반적으로, 유체를 흡수하고 함유할 수 있는 장치를 가리킨다. 예를 들어, 개인 위생용 흡수 용품은, 신체로부터 배출되는 다양한 유체들을 흡수하여 함유하도록 피부에 대하여 또는 피부 근처에 배치되는 장치를 가리킨다. "일회용"이라는 용어는, 본원에서, 세탁되거나 일회 사용 후에 흡수 용품으로서 복구되거나 재사용될 의도가 없는 흡수 용품을 기술하는 데 사용된다. 이러한 일회용 흡수 용품의 예로는, 개인 위생용 흡수 용품, 건강/의료용 흡수 용품, 및 가정용/산업용 흡수 용품이 있지만, 이들에만 한정되지 않는다.
흡수 용품의 가용성은, 일부 흡수 용품에 요구되는 복잡하면서 고가인 제조로 인해 일부 영역들에 있어서 제한될 수 있다. 필요한 물질들이 지역적으로 이용가능하지 않을 수도 있다. 통상적인 일회용 흡수 용품은, 탑시트, 백시트, 및 이들 사이에 위치하는 흡수 코어를 포함할 수 있다.
일회용 의복을 형성하기 위한 다른 방법들도 알려져 있다. 예를 들어, 침지와 분사에 의해 형성되는 의복은 당해 기술에 알려져 있다. Giloh의 미국 특허번호 제6,987,210호는, 형체(form)을 탄성 액체 투과성 물질 내에 침지함으로써 형성될 수 있는 일회용 보호 속옷을 개시한다. 흡수 패드를 가랑이 영역의 침지-형성 의복에 부착할 수 있다. 면이나 기타 섬유들이 의복의 내측에 부착될 수 있도록 의복을 접착제로 분사할 수 있다. 다른 일례로, Torres의 미국 특허번호 제8,124,549호는, 조성물을 지지면 상에 분사함으로써 직물을 형성하기 위한 조성물을 개시한다. 조성물은 섬유, 결합제, 및 희석액을 포함한다. 조성물은, 사람에게 직접 분사되어서 셔츠 또는 드레스를 형성할 수도 있다. 일부 실시예들에서, 조성물은 사람 위에 위치하는 와이어 프레임 위에 분사됨으로써, 생성된 의복이 특정한 형상을 갖도록 할 수 있다. 그러나, Torres 특허에 개시된 조성물은, 가장 통용되는 흡수 용품들의 대체물이나 교체물로서 기능하기에 충분한 흡수성을 갖지 못한다.
소비자의 요구를 충족시키도록 무결성, 커버리지, 및 흡수 용량을 갖는 세계의 모든 지역에서 흡수성이 있으면서 쉽게 제조되는 용품이 필요하다.
본 발명은 다공성 흡수 구조체 및 다공성 흡수 구조체를 형성하는 방법에 관한 것이다. 일 실시예에서, 다공성 흡수 구조체를 형성하는 방법은 약 10,000cps 미만의 점도를 갖는 초흡수성 중합체 물질을 제공하는 단계를 포함할 수 있다.
이에만 한정되지 않지만, 유기 흡수 입자들을 포함하는 흡수 입자들을 초흡수성 중합체 물질에 첨가해서 혼합물을 형성할 수 있다. 혼합물은, 3:1 보다 크고, 일부 실시예들에서는, 약 3.5:1 보다 크고 약 6:1 보다 작은, 초흡수성 중합체 물질 대 흡수 입자들의 중량비를 가질 수 있다. 본 발명의 일부 실시예들은, 약 5 미만, 바람직하게는, 약 3 미만의 길이 대 폭의 평균비를 갖는 흡수 입자들을 포함할 수 있다. 흡수 입자들은 약 20μm 초과 및 약 100μm 미만인 평균 길이를 가질 수 있다.
초흡수성 중합체 물질과 흡수 입자들의 혼합물은 형체(form) 상으로 분사되고, 혼합물은 건조되어서 상기 형체의 형상에 실질적으로 일치하는 다공성 흡수 구조체를 제조한다. 일부 실시예에서, 상기 형체는 인간 신체의 적어도 일부일 수 있다. 그러나, 형체는, 또한, 부직포, 직물, 종이, 필름, 또는 이들의 조합일 수 있다. 또한, 다공성 흡수 구조체를 형성하는 방법은 다공성 흡수 구조체를 형체로부터 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
선택한 실시예들에서, 초흡수성 중합체 물질은, 아크릴산일 수 있는, 약 1000ppm 미만의 잔여 모노에틸렌성(monoethylenically) 불포화 단량체를 갖는다.
일부 실시예들의 다공성 흡수 구조체는, 약 10,000cps 미만의 점도를 갖는 초흡수성 중합체 물질을 제공하고 흡수 입자들을 초흡수성 중합체 물질에 첨가하여 혼합물을 형성하는 공정에 의해 형성될 수 있고, 여기서, 혼합물 내 초흡수성 중합체 물질 대 흡수 입자들의 중량비는 3:1 초과 및 약 6:1 미만이다. 혼합물을 형체에 적용하여 건조시켜 상기 형체의 형상과 실질적으로 일치하는 다공성 흡수 구조체를 형성한다.
다공성 흡수 구조체는, 도면에 도시한 바와 같이, 흡수 입자들, 및 흡수 입자들을 실질적으로 코팅하고 흡수 입자들을 다공성 흡수 망에 연결하는 초흡수성 중합체 물질을 포함할 수 있다. 다공성 흡수 구조체 내의 초흡수성 중합체 물질 대 흡수 입자들의 중량비는, 1:1 초과일 수 있고, 1.1:1 초과일 수 있고, 일부 실시예들에서는 1.5: 1 미만일 수 있다. 이러한 다공성 흡수 구조체는, 적어도 약 10%의 최대 신장(Peak Stretch), 및 일부 실시예들에서는 적어도 약 25%의 최대 신장을 가질 수 있다. 또한, 다공성 흡수 구조체는, 적어도 약 150g/cm의 피크 에너지를 가질 수 있고, 일부 실시예들에서는 적어도 약 250g/cm의 피크 에너지를 가질 수 있다.
본 발명은, 또한, 다공성 흡수 구조체가 부직포 등의 물질에 부착되는 경우 흡수용 수건(absorbent wiper)으로서 사용하는 데 적합하다. 초흡수성 중합체 물질과 흡수 입자들의 혼합물은, 상기 부직포에 분사, 주입, 또는 다른 적용 방법에 의해 적용되어서 부직포의 흡수성을 증가시킬 수 있다.
흡수 용품은 사람에게 고정되도록 조절된 외부 커버를 사용하여 형성될 수 있고, 외부 커버는 내측을 갖는다. 흡수 입자들과 초흡수성 중합체 물질을 포함하는 다공성 흡수 구조체는 외부 커버의 내측에 적용될 수 있다. 대안적으로, 초흡수성 중합체 물질과 흡수 입자들의 혼합물은 외부 커버의 내측 상에 분사될 수 있고, 이때, 다공성 흡수 구조체는 다공성 흡수 구조체를 위한 형체로서 작용할 수 있는 외부 커버 상에 직접 형성될 수 있다.
다공성 흡수 구조체의 초흡수성 중합체 물질은, 흡수 입자들을 실질적으로 코팅할 수 있고 그 입자들을 다공성 망에 연결할 수 있다. 선택된 실시예들에서, 다공성 흡수 구조체 내의 초흡수성 중합체 물질 대 흡수 입자들의 중량비는 0.8:1 초과 및 1.4:1 미만이다.
이하에서는, 도면들에 예시한 특정한 실시예들을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 다공성 흡수 구조체의 일 실시예의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다공성 흡수 구조체의 일 실시예의 확대된 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다공성 흡수 구조체의 일 실시예의 확대도이다.
도 4는 본 발명의 다공성 흡수 구조체의 상부면에 대한 도시이다.
도 5는 본 발명의 다공성 흡수 구조체의 상부면에 대한 확대도이다.
이제, 본 발명의 실시예들을 상세히 참조하며, 이러한 실시예들의 하나 이상의 예가 도면에 예시되어 있다. 각 예는, 본 발명을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하려는 것이 아니다. 예를 들어, 일 실시예의 일부로서 설명하거나 예시하는 특징들은 다른 일 실시예와 함께 사용되어 추가 실시예를 실시할 수 있다. 본 발명은 본원에서 설명하는 실시예들에 대한 변형과 변경을 포함하려는 것이다.
본 발명은 다공성 흡수 구조체 및 다공성 흡수 구조체를 형성하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 다공성 흡수 구조체의 실시예가 도 1 내지 도 5에 예시되어 있다. 본 발명에 따른 다공성 흡수 구조체는 초흡수성 중합체 물질 또는 조성물로 실질적으로 코팅되는 흡수 입자들을 포함한다. 초흡수성 중합체 물질은 또한 흡수 입자들을 다공성 흡수 망에 연결한다. 이러한 실시예들에서, 다공성 흡수 구조체 내의 초흡수성 중합체 물질 대 흡수 입자들의 중량비는 1:1 초과 및 1.5:1 미만일 수 있다. 바람직한 실시예에서, 다공성 흡수 구조체 내의 초흡수성 중합체 물질 대 흡수 입자들의 중량비는 1.1:1이다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "초흡수성"이란, 가장 우호적인 조건 하에서, 0.9중량%의 염화나트륨을 함유하는 수용액에 있어서 중량의 적어도 약 10배 또는 중량의 적어도 약 15배를 흡수할 수 있는 수-팽윤성, 수-불용성 유기 또는 무기 물질을 가리킨다. 초흡수성 물질은 천연 중합체 및 물질, 합성 중합체 및 물질, 및 개질된 천연 중합체 및 물질일 수 있다. 또한, 초흡수성 물질은 실리카켈 등의 무기 물질, 또는 가교결합된 중합체 등의 유기 화합물일 수 있다. 초흡수성 중합체 물질은 입자들을 실질적으로 커버하여 함께 결합한다. 본 발명의 선택된 실시예들은, 통용되는 저가의 핸드 스프레이 병을 사용하여 적용될 수 있는 초흡수성 중합체 물질과 흡수 입자들의 혼합물을 포함한다.
도 1 내지 도 5에 도시한 특정한 실시예는 초흡수성 중합체 물질 내의 미분화된 셀룰로오스 입자들로 형성된다. 혼합물은, 신체의 일부나 유출물 상에 직접 분사될 수도 있고, 건조되면, 다공성 흡수 조성물로 된다. 일단 다공성 흡수 조성물이 유출물이나 삼출물을 흡수하였다면, 필요시 제거되고 교체될 수 있다. 예를 들어, 혼합물을 상처에 직접 적용할 수도 있다. 혼합물이 건조되어 다공성 흡수 구조체로 되면, 다공성 흡수 구조체는 상처의 삼출물을 흡수한다. 다공성 흡수 구조체는, 그 무결성을 유지하며, 주변 조직을 손상시키지 않고서 상처로부터 제거될 수도 있다. 본 발명의 다공성 흡수 구조체는 그것이 분사된 형체에 대한 부착성과 형상을 유지하기에 충분한 무결성을 갖는다.
대안적으로, 혼합물은, 흡수성을 가질 수도 있고 또는 갖지 않을 수도 있는, 저가의 통용되는 기재 상에 분사될 수도 있다. 혼합물은 흡수성 의복이나 수건 등의 용품으로서 사용될 수도 있다. 다공성 흡수 물질이 삼출물을 흡수한 후, 다공성 흡수 물질은 기재로부터 쉽게 제거될 수 있으며 기재는 추가 혼합물이 적용된 후 재사용될 수 있다.
이러한 다공성 흡수 구조체를 형성하는 방법은, 선택된 실시예들에서, 초흡수성 중합체 물질이 통용되는 저가의 종래의 핸드 분무기 또는 스프레이 병을 통해 전달될 수 있게 하는 점도를 갖는 초흡수성 중합체 물질을 제공하는 단계를 포함한다. 일부 실시예들에서, 초흡수성 중합체 물질의 점도는 약 500cP 초과 및 약 10,000cP 미만이다. 다른 실시예들에서, 초흡수성 중합체 물질의 점도는 바람직하게는 약 2,000cP 미만이고, 더욱 바람직하게는, 1000cP 미만이다. 일부 실시예들에서, 초흡수성 중합체 물질의 점도는 500cP 초과이고, 다른 실시예들에서는 650cP 초과이다. 초흡수성 중합체 물질의 점도는, 미국 특허번호 제7,312,286호에 개시된 테스트 절차에 따라 16 시간 때 측정된다. 이 문헌에서 설명하는 바와 같이, 초흡수성 중합체 물질의 점도는, 미국 매사추세츠주 미들보로 소재 Brookfield Engineering이 시판하고 있는 Brookfield DVII+ 프로그래밍가능 점도계를 사용하여 측정된다. 초흡수성 중합체 물질의 약 200 내지 250ml를 25온스 플라스틱 컵에 취한다. 점도계를 원하는 초기에 스핀들에 의해 대략 제로로 만든다. 초흡수성 중합체 물질의 경우, 스핀들 번호 3을 사용한다. 점도는 20 RPM 및 온도 22.+.1℃에서 측정된다.
본 발명에서 사용하기에 적합한 초흡수성 중합체 물질은 Soerens 등의 미국 특허번호 제6,849,685호, Lang 등의 미국 특허번호 제7,312,286호, 및 Lang 등의 미국 특허번호 제7,335,713호에서 초흡수성 결합제 중합체 용액으로서 개시되어 있으며, 이들 문헌의 각각의 전문은 본 명세서에 참고로 원용된다. 이들 문헌에서 개시하고 있는 초흡수성 결합제 중합체 용액은 적용-후(post-application), 수분 유도(moisture-induced) 가교결합을 행할 수 있다. 대부분의 초흡수성 중합체에서는 중합체를 강화하도록 내부 가교제를 첨가할 필요가 있는 반면에, 본 발명에서 사용되는 초흡수성 중합체 물질에서는, 유기 단량체가 내부 가교계로서 기능하기 때문에 가교제를 첨가할 필요가 없다. 내부 가교제는, 수용성 전구체 중합체를 기재 상에 코팅한 다음 물을 제거하여 잠복 가교제를 활성화함으로써 초흡수성 중합체 물질이 형성될 수 있게 한다.
Soerens 등의 미국 특허번호 제6,737,491호는, 본 발명의 초흡수성 중합체 물질로서 사용될 수 있는 흡수성 결합제 조성물을 개시한다. Soerens 등의 문헌에 개시된 흡수성 결합제 조성물은 흡수 용품의 제조에 사용하기에 특히 적합한 알콕시실란 작용기를 함유하는 모노에틸렌성 불포화 중합체 및 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트 에스테르이다. 또한, Soerens 등의 문헌에는, 단량체 용액을 준비하는 단계, 단량체 용액을 개시제 시스템에 첨가하는 단계, 및 알코올계 수용성 결합제 조성물로 알려진 개시제 시스템 내의 중합화 개시제를 활성화하는 단계를 포함하는 흡수 결합제 조성물을 제조하는 방법이 개시되어 있다. 본원에서 사용되는 바와 같은 "단량체(들)"는, 단량체, 올리고머, 중합체, 단량체, 올리고머, 및/또는 중합체의 혼합물, 및 모노에틸렌성 불포화 카르복실산, 술폰산, 또는 인산 혹은 이들의 염과의 공중합체화가 가능한 다른 임의의 반응성 화학종을 포함한다. 트리알콕시실란 작용기를 함유하는 모노에틸렌성 불포화 단량체가 본 발명에 적절하며 바람직하다. 바람직한 에틸렌성 불포화 단량체는 아크릴레이트 및 메타크릴레이트를 포함하며, 예컨대, 알콕시실란 작용기를 함유하는 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트 에스테르를 포함한다.
전술한 문헌들에 개시되어 있는 초흡수성 결합제 중합체 조성물은 적어도 15% 질량의 모노에틸렌성 불포화 카르복실산, 술폰산, 또는 인산 혹은 이들의 염, 물에 노출시 가교결합된 중합체를 형성하도록 응축되는 실라놀 작용기를 형성하는 알콕시실란 작용기를 함유하는 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트, 에스테르 단량체를 함유하는 공중합체화 가능한 친수성 글리콜, 및/또는 가소제의 반응 산물이다.
모노에틸렌성 불포화 단량체는 바람직한 아크릴산이다. 다른 적절한 단량체는 카르복실기 함유 단량체를 포함하는데, 예를 들어, (메타)크릴산(아크릴산 또는 메타크릴산을 의미하며, 이하, 유사한 표기를 사용함), 말레산, 푸마르산, 크로톤산, 소르빈산, 이타콘산, 신남산 등의 모노에틸렌성 불포화 모노 또는 폴리 카르복실산; 예를 들어, (말레 무수물 등의) 모노에틸렌성 불포화 폴리카르복실산 무수물 등의 카르복실산 무수물기 함유 단량체; 예를 들어, ((메타)크릴레이트 나트륨, 트리메틸아민 (메타)크릴레이트, 트리란올아민(메타)크릴레이트 등의) 모노에틸렌성 불포화 모노 또는 폴리카르복실산, 말레이트 나트륨, 메릴아민 말레이트의 불용성 염(알칼리 금속염, 암모늄 염, 아민 염 등) 등의 카르복실산 염 함유 단량체; 예를 들어, (비닐술폰산, 알릴 술폰산, 비닐톨루엔술폰산, 스티렌술폰산, (술포프로필 (메타)크릴레이트, 2-히드록시-3-(메타)크릴옥시 프로필 술폰산 등의) (메타)크릴술폰산 등의) 지방족 또는 방향족 비닐 술폰산 등의 술폰산기 함유 단량체; 예를 들어, 전술한 바와 같이, 알칼리 금속염, 암모늄 염, 술폰산기 함유 단량체의 아민 염 등의 술폰산 염 기(salt group) 함유 단량체; 및/또는 비닐포름아미드, (메타)크릴아미드, (N-메타크릴아미드, N-헥실아크릴아미드 등의) N-알킬 (메타)크릴아미드, (N,N-디메틸아크릴아미드, N,N-di-n-프로필아크릴아미드 등의) N,N-디알킬(메타)크릴아미드, (N-메틸올(메타)아크릴아미드, N-히드록시에틸(메타)아크릴아미드 등의) N-히드록시알킬(메타)아크릴아미드, (N,N-디히드록시에틸(메타)아크릴아미드 등의) N,N-디히드록시알킬(메타)아크릴아미드, (N-비닐피롤리돈 등의) 비닐 락탐 등의 아미드기 함유 단량체를 포함한다.
적절하게는, 초흡수성 결합제 중합체 조성물의 중량에 대한 모노에틸렌성 불포화 카르복실산, 술폰산, 또는 인산, 흑은 이들의 염의 양의 범위는 약 15중량% 내지 약 99.9중량%일 수 있다. 산 기는, 바람직하게는 적어도 약 25몰%의 정도로 중성화되며, 즉, 산 기는 바람직하게는 나트륨, 칼륨, 또는 암모늄염으로서 존재한다. 중성화의 정도는 바람직하게 적어도 약 50 몰%이다.
수용성 중합체를 준비하는 데 있어서 이슈들 중 하나는 중합체에 남아 있는 모노에틸렌성 불포화 단량체 함량의 잔여량이다. 개인 위생에 적용하기 위해서는, 초흡수성 중합체 조성물의 모노에틸렌성 불포화 단량체 함량의 잔여량이 약 1000ppm 미만, 더욱 바람직하게는 500ppm 미만, 더욱 바람직하게는 100ppm 미만이어야 한다. 미국 특허번호 제7,312,286호는, 모노에틸렌성 불포화 단량체의 잔여 함량이 적어도 1000ppm 미만이 되도록 흡수성 결합제 조성물이 제조될 수 있게 하는 적어도 한 방법을 개시한다. 잔여 모노에틸렌성 불포화 단량체를 분석하는 것은, 미국 특허번호 제7,312,286호에 개시되어 있는 잔여 모노에틸렌성 불포화 단량체 테스트에 따라 결정된다. 더욱 구체적으로, 잔여 모노에틸렌성 불포화 단량체 분석은, 중합체 용액 또는 초흡수성 조성물로부터 얻어지는 고체 필름을 사용하여 실행된다. 이러한 테스트를 설명하기 위한 예로, 모노에틸렌성 불포화 단량체는 아크릴산이다. (미국 메릴랜드주 컬럼비아에 사업장을 갖고 있는 Shimadzu Scientific Instruments에 의해 시판되고 있는) SPD-IOAvp Shimadzu UV 검출기를 이용한 고성능 액체 크로마토그래피(HPLC)를 이용하여 아크릴산 단량체의 잔여 함량을 결정한다. 잔여 아크릴산 단량체를 결정하기 위해, 500rpm 속도로 길이 3.5cm x 폭 0.5cm의 자기 교반 막대를 사용하여 약 0.5gram의 경화된 필름을 0. 9% NaCl 용액 100ml에서16시간 동안 교반한다. 혼합물을 여과하고 여과액을 (미국 캘리포니아주 온타리오에 사업장을 두고 있는 Column Engineering Incorporated에 의해 시판되고 있는) Nucleosil C8 100A 역 상 컬럼에 통과시켜 아크릴산 단량체를 분리한다. 아크릴산 단량체는 약 10ppm에서 검출 한계를 가지고 소정의 시간에 용출된다. 그런 다음 크로마토그램으로부터 산출된 생성된 용출물의 피크 영역을 사용하여 필름에 있는 아크릴산 단량체의 잔여량을 산출한다. 먼저, 순수 아크릴산 용출물의 응답 영역을 알려져 있는 양(ppm)에 대하여 구성하여 보정 곡선을 생성하였다. 0. 996 초과의 상관 계수를 갖는 선형 곡선을 얻었다.
흡수 입자들을 초흡수성 중합체 물질에 첨가하여 아직 실질적으로 가교결합되지 않은 혼합물을 형성하지만, 가교 결합이 발생하면 다공성 흡수 구조체를 얻게 된다. 본원에서 사용하는 바와 같이, "흡수 입자들"이라는 용어는 일반적으로 유체를 흡수하여 함유할 수 있는 입자들을 가리킨다.
흡수 입자들은 유기성 또는 무기성일 수 있다. 적절한 유기 흡수 입자들은 셀룰로오스, 쌀, 밀가루, 테프(teff), 파바(fava), 아몬드 땅콩 가루, 케나프, 및 옥수수 전분을 포함하지만, 이에 한정되지는 않는다. 적절한 무기 입자들은 아리조나 샌드(Arizona sand), 부석, 규조토, 백악을 포함하지만, 이에 한정되지는 않는다.
본 발명에서 사용하기 위한 흡수 입자들을 선택함에 있어서, 초흡수성 중합체 물질의 가교결합이, 형성되는 물질이 매우 취약하여 흡수 물질로서의 무결성과 기능을 적절히 유지할 수 없을 정도로 충분히 높이 증가하지 않도록 주의해야 한다.
흡수 입자들의 크기는, 바람직하게는 혼합물의 전달 방법을 간섭하지 않고 그 입자들이 충분한 흡수성을 다공성 흡수 물질에 부가할 수 있도록 선택된다. 예를 들어, 일부 섬유들은 통상적인 핸드 분무기를 막히게 할 수 있다. 약 5 미만의 길이 대 폭의 평균 비를 갖는 입자들이 바람직하다. 약 3 미만의 길이 대 폭의 평균 비를 갖는 흡수 입자들이 더욱 바람직하다. 많은 바람직한 실시예들에서, 흡수 입자들은 약 20μm 초과 및 약 80μm 미만의 평균 길이를 갖는다.
흡수 입자들은 초흡수성 중합체 물질(미국 특허번호 제7,312,286호에 따라 제조되는 "SR1717" 또는 "Absorbent Binder A"라는 명칭으로 Evonick Stockhausen, LLC에 의해 시판되고 있는 폴리아크릴레이트 나트륨의 수용액)에 첨가됨으로써, 초흡수성 중합체 물질 대 흡수 입자들의 중량비가 약 3:1 초과이고 일부 실시예들에서는 약 3.5:1 이상으로 될 수 있다. 선택된 실시예들에서, 혼합물의 초흡수성 중합체 물질 대 흡수 입자들의 중량비는 약 6:1 미만이다. 일부 실시예들에서는, 흡수 입자들을 초흡수성 중합체 물질에 첨가하여 혼합물을 형성하며, 이때, 혼합물의 초흡수성 중합체 물질 대 흡수 입자들의 중량비는 3:1 초과 및 약 6:1 미만이다. 이러한 범위 내의 비는 적절한 무결성과 흡수성을 갖는 다공성 흡수 구조체를 형성할 수 있게 한다.
흡수 입자들이 초흡수성 중합체 물질에 분산되고 원하는 중량비에 도달할 때까지 흡수 입자들을 혼합한 후에, 다른 첨가제들을 혼합물에 첨가할 수도 있다. 예를 들어, 글리세롤을 초흡수성 중합체 물질과 흡수 입자들의 혼합물에 첨가하여 다공성 흡수 물질의 유연성과 연장(elongation)을 증가시킬 수 있다. 다른 첨가제를 이용하여, 다공성 흡수 물질의 유연성과 무결성 뿐만 아니라 기타 특성들도 증가시킬 수도 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서는, 분자량 8000인 폴리(에틸렌 글리콜)(PEG)를 대략 15중량%의 양으로 포함할 수 있다.
혼합물을 원하는 형체 상에 붓거나 분사할 수도 있다. 일부 경우에, 혼합물은 흡수성이 필요한 경우에 영역 상에 직접 적용될 수도 있다. 예를 들어, 혼합물은, 상처 또는 흡수가 필요한 사람의 다른 영역 상에 직접 분사될 수도 있다. 이러한 예에서는, 형체는 사람일 것이다. 본 발명에서 유용한 다른 형체는, 종이, 필름, 직물, 부직포, 및 이들의 조합을 포함한다. 예를 들어, 혼합물을 부직포에 적용하여 부직포의 흡수성을 증가시킬 수 있고, 이에 따라, 상기 복합체 물질이, 피부를 포함하지만 이에 한정되지 않는 임의의 개수의 표면에 대하여 수건으로서 사용될 수도 있다. "부직포" 또는 "부직포 웹"은, 편물에서와 같이 식별가능한 방식이 아니라 사이에 끼여있는 개별 섬유들이나 필라멘트들의 구조를 갖는 물질들과 웹들 또는 물질을 가리킨다. 부직포 또는 부직포 웹은, 예를 들어, 멜트블로잉 공정, 스펀본딩 공정, 에어 레잉 공정, 및 본디드 카디드 웹 공정 등의 많은 공정들로부터 형성되었다. 소정의 실시예들에서는, 강성 형체를 사용하여 다공성 흡수 구조체를 형성할 수 있고, 그 후, 다공성 흡수 구조체는 상기 형체로부터 제거되어 단독으로 사용될 수도 있고 또는 흡수 용품의 부분으로서 사용될 수도 있다.
초흡수성 중합체 물질 또는 조성물 단독의 흡수 용량은, 미국 특허번호 제7,312,286호에서 개시하는 원심분리 보유력 테스트를 이용하여 측정하는 경우, 초흡수성 중합체 물질의 g당 유체의 적어도 1g이어야 하며, 일부 실시예들에서는, 초흡수성 중합체 물질의 유체의 적어도 3g이어야 한다.
선택된 실시예들에서, 본 발명의 다공성 흡수 구조체의 보유력은, 미국 특허번호 제7,312,286호에서 개시하는 원심분리 보유력 테스트를 이용하여 측정하는 경우, 바람직하게, 10g/g 초과이며, 더욱 바람직하게는, 12g/g 초과이다.
다수의 샘플을 형성하였으며, 이러한 샘플들에 대한 테스트 값들은 표 1과 표 2에 기록되어 있다. 샘플들 각각에서 사용되는 초흡수성 중합체 물질은, 미국 특허번호 제7,312,286호에 따라 제조되는 "SR1717" 또는 "Absorbent Binder A"라는 명칭으로 Evonik Stockhausen, LLC(미국 노스캐롤라이나주 그린보로 소재)로부터 얻었다. 흡수 결합제 A(Absorbent Binder A)는 폴리아크릴레이트 나트륨의 수용액이다. 표들에 열거되어 있는 물질들의 각각의 2g을 이 초흡수성 중합체 물질의 7g에 첨가하고 3분 동안 교반하였다. 알긴산염 샘플에 대해서는, 알긴산염 2g을 흡수 결합제 A의 7g에 첨가하였다. 표 1에 열거된 제1 샘플에 대해서는, 초흡수성 중합체 물질에 어떠한 입자나 기타 물질도 첨가하지 않았다. 혼합물들의 각각은 흔히 이용가능한 둥근 유리 증발 접시에 주입하고 적어도 20분 동안 건조되도록 두었다. 그 결과 형성된 다공성 흡수 구조체는 유리 접시의 형상과 일치하였다.
다공성 흡수 구조체의 강도와 단단함을 측정하기 위해, 일련의 샘플들에 대하여 인장 테스트를 실시하였다. MTS Insight Electromechanical 1kN Extended Length 유닛을 사용하여 100N 헤드(미네소타주 에덴 프레리 소재 MTS Systems CorP.의 모델 820-1XLTEL/0060)로 테스트를 실시하였다. 샘플들은 약 6cm 원 또는 정사각형이었다. 디지털 캘리퍼를 사용하여 각 샘플의 두께도 측정하였다. 표 1과 표 2에 기록된 테스트 값들은, 최대 하중, 최대 신장, 및 피크 에너지를 포함한다. 최대 신장은, 물질의 연성(ductility)의 측정치이며 인장 테스트에서 결정된다. 최대 신장은, 초기 샘플 길이로 나눈, 파열 후에 측정된 샘플의 길이의 증가(즉, 파열 후의 샘플의 길이 - 초기 샘플 길이)이다. 연장이 클수록 연성이 커진다. 피크 에너지는 최대 하중 지점까지 샘플에 의해 흡수되는 에너지이다. 표 1과 표 2에 기록된 샘플들에 대하여, 최대 하중은, 파괴(파괴 전에 샘플이 흡수할 수 있는 에너지) 또는 100N을 초과하는 양에 대응한다. 최대 하중은, 표들에 기록된 바와 같이, 테스트 동안 샘플이 도달하는 최고 값이다.
표 1에 열거된 초흡수성 중합체 물질 샘플은, 특성들의 합리적인 균형을 나타내었지만, 본 발명을 달성하는 데 필요한 입자들의 적절한 농도를 갖추지는 못했다. 알긴산염 분말을 포함한 샘플은, 원하는 것보다 작은 최대 하중을 나타내었으며, 물질의 흡수성을 향상시키는 데 필요한 입자들을 갖추지 못했다.
아몬드 땅콩 껍질 분말은, 다른 흡수 입자들보다 무결성이 덜하지만 여전히 만족스러운 다공성 흡수 구조체를 형성하였다. 표 1의 다공성 흡수 구조체의 다수의 샘플은, 분말(밀가루(미국 오하이오주 오르빌 소재 J.M. Smucker Co에 의해 시판되고 있는 Pillsbury® Best All-Purpose Flour), 쌀가루, 테프 가루, 및 병아리콩 및 파바 콩 가루, 이들 모두는 미국 오하이오주 밀워키 소재 Bob's Red Mill에 의해 시판됨), 및 옥수수 전분(미국 뉴저지주 체리힐 소재 Pinnacle Foods Corp.에 의해 시판됨)로 형성하였다. 이러한 입자들로 형성된 모든 다공성 흡수 구조체들에서는 양호한 무결성을 입증하였다. 케나프 입자들로 형성된 다공성 흡수 구조체는, 최대 신장 값이 원하는 값보다 작았음에도, 매우 양호한 부하 특징을 입증하였다. 그러나, 다공성 흡수 구조체를 형성할 때 흡수 입자들과 초흡수성 중합체 물질에 글리세롤을 첨가하여 다공성 흡수 구조체의 신장과 유연성을 향상시킬 수 있다. 미분화된 셀룰로오스를 사용하여 다공성 흡수 구조체를 형성하였으며, 이는 또한 표 1에서 양호한 무결성을 갖는 것으로 기록되었다.
샘플 설명 샘플 두께 (mm) 최대 하중 (gF) 최대 신장 (%) 피크 에너지 (g/cm) 입자 크기 (μm)
초흡수성 중합체 물질 1.15 1062.0 175.2% 10843.3 해당 없음
알긴산염 0.42 961.4 27.5 1547.4 해당 없음
아몬드 땅콩 껍질 분말 1.81 1932.0 10.8 1208.7 250
셀룰로오스 1.66 2340.1 4.6 512.0 20
옥수수 전분 1.46 1720.2 10.2 273.6 0.1-0.8
파바 1.85 2096.2 9.7 1137.0 110
케나프 3.31 >100N 하중 테스트 안함 테스트 안함 250
쌀 1.58 1727.3 9.5 910.4 180
밀가루 0.82 764.4 4.8 193.2 60
테프 1.62 1782.5 4.0 374.8 180
도 1 내지 도 5는, 미분화된 셀룰로오스로 형성된 다공성 흡수 구조체의 도면들이다. 도 1은, 미분화된 셀룰로오스로 형성된 다공성 흡수 구조체의 스캐닝 전자 마이크로그래프 화상의 단면도이다. 도 2와 도 3은 단면도의 일부 확대도이다. 도 2와 도 3에서 알 수 있듯이, 흡수 입자들은 실질적으로 초흡수성 중합체 물질로 코팅되며, 이 물질은 또한 흡수 입자들을 함께 결합하도록 기능한다. 다공성 흡수 구조체의 다공성은 증발하는 물에 의해 생성되며, 이는 또한 초흡수성 중합체 물질이 효과적으로 가교결합할 수 있게 한다.
다공성 흡수 구조체가 유체와 접촉하게 되면, 초흡수성 중합체 물질이 가장 먼저 유체를 흡수한다고 여겨진다. 흡수 입자들은, 일부 실시예들에서, 초흡수성 중합체 물질에 의해 실질적으로 또는 완전히 커버될 수 있지만, 흡수 입자들은, 초흡수성 중합체 물질로부터 유체를 흡수하도록 위치하므로 다공성 흡수 구조체의 흡수력에 여전히 기여한다.
표 2에 열거된 입자들로 형성된 샘플들은 표 1에 열거된 샘플들과 동일한 방식으로 형성되었다. 아리조나 샌드(미국 콜로라도주 골든 소재 CR Minerals Co.에 의해 시판됨) 및 부석(미국 뉴욕주 뉴욕 소재 Charles B. Crystal Co.에 의해 시판됨)으로 형성된 다공성 흡수 구조체에서는 양호한 무결성과 강도를 입증하였다. 이러한 다공성 흡수 구조체들의 표면은 고운 모래 연마지(fine-grit sandpaper)와 유사하였다. 벤토나이트 입자들(미국 뉴저지주 페어론 소재 Acros Organics에 의해 시판됨)은 상당히 높은 최대 하중 값을 갖는 물질을 형성하였다. 규조토(미국 위스콘신주 밀워키 소재 Aldrich Chemical Company에 의해 시판됨) 및 실리카 샘플들(미국 위스콘신주 밀워키 소재 Sigma-Aldrich Chemical Co.)은, 무결성의 부재로 인해 테스트를 받을 수 없는 구조를 형성하였다. 이에 대한 한 가지 가능성 있는 이유는, 이러한 입자들이 샘플 내에서 매우 큰 가교결합력을 제공하였기 때문일 수 있다.
샘플 설명 샘플 두께 (mm) 최대 하중 (gF) 최대 신장 (%) 피크 에너지 (g/cm) 입자 크기 (μm)
아리조나 샌드 1.14 2023.1 7.3 740.6 30
벤토나이트 1.46 >100N 테스트 안함 테스트 안함 75
백악 1.62 1028.3 80.5 1722.9 30
규조토 1.46 취약함 해당 없음 해당 없음 3
부석 1.76 >100N 37.1 957.3 35
실리카 1.81 취약함 해당 없음 해당 없음 300-600
실리카 (나노입자) 1.50 취약함 해당 없음 해당 없음 0.014
위 예들에 기초하여, 본 발명의 바람직한 실시예들은, 적어도 약 150g/cm의 피크 에너지를 가질 수 있고, 바람직하게는, 적어도 약 500g/cm의 피크 에너지를 가질 수 있다.
다공성 흡수 구조체는, 예를 들어, 붕대, 훈련용 팬티, 기저귀, 기저귀 팬티, 수건, 여성 위생 제품, 수영복, 실금 제품, 흡수 타월, 의료용 의복을 포함한 개인 위생 또는 헬스케어 의복 등의 다양한 흡수 용품들에 사용될 수 있다. 이러한 흡수 제품들은 사람에게 고정되도록 조절된 외부 커버를 포함할 수 있다. 외부 커버의 내면 상에, 다공성 흡수 구조체가 형성될 수 있고 또는 일단 형성되었다면 부착될 수 있다.
통상의 기술자라면, 본 발명의 사상과 범위로부터 벗어나지 않고서, 본원에서 설명하는 분배기의 특징들에 대하여, 특히, 분배기의 기계적 및 제어 회로 측면들에 대하여 다양한 변형과 변경을 행할 수 있다는 점을 인식할 것이다. 본 발명은 이러한 모든 변경을 포함하려는 것이다.

Claims (28)

  1. 500cps 초과 10,000cps 미만의 점도를 갖는 초흡수성 중합체 물질을 제공하는 단계;
    흡수 입자들을 상기 초흡수성 중합체 물질에 첨가하여 혼합물을 형성해서, 상기 초흡수성 중합체 물질 대 흡수 입자들의 중량비는 3:1 초과인 단계;
    초흡수성 중합체 물질과 흡수 입자들의 혼합물을 형체(form) 상으로 분사하는 단계; 그리고
    상기 혼합물을 건조해서 상기 형체의 형상에 일치하는 다공성 흡수 구조체를 생산하는 단계를 포함하는, 다공성 흡수 구조체를 형성하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 초흡수성 중합체 물질은, 10ppm 이상 1000ppm 미만의 잔여 모노에틸렌성(monoethylenically) 불포화 단량체를 가지는, 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 형체는 인간 신체의 적어도 일부인, 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 형체는 부직포, 직물, 종이, 필름, 또는 이들의 조합을 포함하는 그룹으로부터 선택되는, 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 다공성 흡수 구조체를 상기 형체로부터 제거하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  6. 제2항에 있어서, 상기 모노에틸렌성 불포화 단량체는 아크릴산인, 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 흡수 입자들은 유기 입자들인, 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 흡수 입자들은 5 미만의 길이 대 폭의 평균비를 가지는, 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 혼합물을 건조하는 단계는,
    상기 초흡수성 중합체 물질에 가교결합을 유도할 수 있도록 상기 혼합물을 건조시켜서 상기 형체의 형상과 일치하는 다공성 흡수 구조체를 생산하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 흡수 입자들은 20μm 초과인 평균 길이를 가지는, 방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 혼합물 내의 초흡수성 중합체 물질 대 흡수 입자들의 중량비는 6:1 미만인, 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 혼합물 내의 초흡수성 중합체 물질 대 흡수 입자들의 중량비는 3.5:1 초과인, 방법.
  13. 제1항에 있어서, 상기 흡수 입자들을 상기 초흡수성 중합체 물질에 첨가하는 단계는 상기 초흡수성 중합체 물질이 상기 흡수 입자들을 코팅하는 것을 더 포함하는, 방법.
  14. 500cps 초과 10,000cps 미만의 점도를 갖는 초흡수성 중합체 물질을 제공하는 단계;
    흡수 입자들을 상기 초흡수성 중합체 물질에 첨가하여 혼합물을 형성하는 단계로, 여기서 상기 혼합물 내의 초흡수성 중합체 물질 대 흡수 입자들의 중량비는 3:1 초과 및 6:1 미만인 단계;
    상기 초흡수성 중합체 물질과 흡수 입자들의 혼합물을 형체(form)에 적용하는 단계; 그리고
    상기 혼합물을 건조해서 상기 형체의 형상에 일치하는 다공성 흡수 구조체를 생산하는 단계를 포함하는, 공정에 의해 형성되는, 다공성 흡수 구조체.
  15. 제14항에 있어서, 상기 초흡수성 중합체 물질은, 10ppm 이상 1000ppm 미만의 잔여 모노에틸렌성(monoethylenically) 불포화 단량체를 가지는, 다공성 흡수 구조체.
  16. 제14항에 있어서, 상기 형체는 인간 신체의 적어도 일부인, 다공성 흡수 구조체.
  17. 제14항에 있어서, 상기 형체는 부직포, 직물, 종이, 필름, 또는 이들의 조합을 포함하는 그룹으로부터 선택되는, 다공성 흡수 구조체.
  18. 제14항에 있어서, 상기 다공성 흡수 구조체를 상기 형체로부터 제거하는 단계를 더 포함하는, 다공성 흡수 구조체.
  19. 다공성 흡수 구조체로,
    흡수 입자들;
    상기 흡수 입자들을 코팅하고 상기 흡수 입자들을 다공성 흡수 망에 연결하는 초흡수성 중합체 물질을 포함하고;
    여기서, 상기 다공성 흡수 구조체 내의 상기 초흡수성 중합체 물질 대 상기 흡수 입자들의 중량비는, 1:1 초과 및 1.5:1 미만인, 다공성 흡수 구조체.
  20. 제19항에 있어서, 상기 초흡수성 중합체 물질은, 10ppm 이상 1000ppm 미만의 잔여 모노에틸렌성(monoethylenically) 불포화 단량체를 가지는, 다공성 흡수 구조체.
  21. 제19항에 있어서, 상기 초흡수성 중합체 물질 대 상기 흡수 입자들의 중량비는, 1.1: 1인, 다공성 흡수 구조체.
  22. 제19항에 있어서, 상기 다공성 흡수 구조체는, 적어도 10%의 최대 신장(Peak Stretch)을 가지는, 다공성 흡수 구조체.
  23. 제19항에 있어서, 상기 다공성 흡수 구조체는, 적어도 150g/cm의 피크 에너지를 가지는, 다공성 흡수 구조체.
  24. 제19항에 있어서, 부직포 물질을 더 포함하는, 다공성 흡수 구조체.
  25. 제24항에 있어서, 상기 부직포 물질 및 다공성 흡수 구조체는 수건을 형성하는, 다공성 흡수 구조체.
  26. 사람에게 고정되도록 조절된 외부 커버로, 상기 외부 커버는 내측을 갖는, 외부 커버;
    흡수 입자들과
    상기 흡수 입자들을 코팅하고 상기 입자들을 다공성 망에 연결해서, 상기 외부 커버의 내측에 위치한 흡수 코어를 형성하는 초흡수성 중합체 물질을 포함하는 다공성 흡수 구조체를 포함하고, 여기서 상기 다공성 흡수 구조체 내의 상기 초흡수성 중합체 물질 대 상기 흡수 입자들의 중량비는 0.8:1 초과 및 1.4:1 미만인, 흡수 용품.
  27. 제26항에 있어서, 상기 초흡수성 중합체 물질은, 10ppm 이상 1000ppm 미만의 잔여 모노에틸렌성(monoethylenically) 불포화 단량체를 가지는, 흡수 용품.
  28. 제26항에 있어서, 상기 다공성 흡수 구조체는, 적어도 10%의 최대 신장(Peak Stretch)을 가지는, 흡수 용품.
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