KR101701689B1 - 한 방향 밸브 부직포 물질 - Google Patents

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지안 킨
도날드 이. 왈드루프
콘스탄틴 엠. 메가리디스
죠셉 에드워드 메이츠
토마스 마이클 슈치우스
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킴벌리-클라크 월드와이드, 인크.
더 보드 오브 트러스티즈 오브 더 유니버시티 오브 일리노이
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Abstract

한 방향 밸브 특성을 갖는 물질은, 제1 표면 수두값을 갖는 제1 표면 및 제2 표면 수두값을 갖는 제2 표면을 갖는 부직포 기재; 및 제1 표면 상에 배치된 초소수성 제제를 포함하고, 여기서 제1 표면 수두값은 약 1cm 미만이고, 여기서 제2 표면 수두값은 제1 표면 수두값보다 적어도 4cm 크다. 또한, 개인 위생 용품은 신체 대향면과 반대측 후방 표면을 갖는 부직포 유체 투과성 상면시트 내에 이 부직포 기재를 포함하되, 용품은 또한 유체 불투과성 배면시트, 및 상면시트와 배면시트 사이에 배치된 적어도 하나의 중간층을 포함한다.

Description

한 방향 밸브 부직포 물질{ONE-WAY VALVE NONWOVEN MATERIAL}
우선권 정보
본 출원은 "한 방향 밸브 부직포 물질"이라는 명칭으로 2013년 10월 31일에 출원된 미국 특허 가출원번호 제61/898126호 및 "한 방향 밸브 부직포 물질"이라는 명칭으로 2013년 11월 25일에 출원된 미국 특허 가출원번호 제61/908506호의 우선권의 이익을 주장하며, 이들의 개시내용은 본 명세서에서 참조로 인용된다.
본 발명은 한 방향 밸브 부직포 물질에 관한 것이다.
본 발명은 용품의 표면이 깨끗하게 보이고 느끼게 하도록 돕는, 개인 위생 제품, 특히 일회용 흡수 용품 용 부직포 물질에 관한 것이다.
체액을 모으는 다수의 일회용 개인 위생 용품이 존재한다; 하지만, 액체 흡수 역량이 전적으로 사용되기도 전에 그들이 표면으로부터 누출하려고 하는 경향은 많은 제조사가 직면하는 진행중인 도전 과제이다. 또한, 소정의 유체, 예를 들어 생리혈 및 묽은 BM(배설물)은 양호한 흡입 및 분포 성능을 얻는 것이 특히 문제가 되게 하는 점탄성(viscoelastic property)을 갖는다. 특히, 이러한 유체의 비교적 높은 점성 및/또는 탄성은 흡수 용품 내부에서의 유체의 흡수 및 분포를 방해하는 경향이 있다. 다른 예에서, 흡수 용품의 흡입 성능은 생리혈의 성분이 흡수 용품 내에 함유된 입자 또는 섬유 사이의 채널을 차단할 때에 방해받을 수 있다. 이 현상을 종종 파울링(fouling)이라 부른다. 유체 자체의 점탄성의 변형을 통해 파울링의 영향을 개선하고자 하는 시도가 있었지만, 흡수 용품으로의 실제 개선에 대한 개발이 여전히 필요하다.
일부 일회용 개인 위생 용품에서 누출로 인한 문제점 이외에, 사용자에게 직접 영향을 주는 위생 문제도 존재한다. 종종 체액이 사용자와 직접 접촉하게 되어 불쾌하고 불결한 느낌을 준다. 특히 생리대와 같은 여성용 위생 제품에서, 종종 신체측 라이너 얼룩에 의해 야기될 수 있는 불쾌하거나 불결한 느낌은 제품의 성능은 물론, 제품을 최대한도로 사용할 수 없다는 점에 대한 좋지 않은 인식으로 이어질 수 있다.
따라서, 본 기술분야에서는, 전체적으로 더욱 깨끗하고 건조하며 상쾌한 느낌과 사용자 경험을 위해 개선된 흡입 및 분산 성능, 누출 감소, 얼룩 감소, 표면 재습윤 또는 환류 감소를 제공하는, 흡수 용품 등의 개인 위생 제품에 관하여 사용될 수 있는 처리제가 필요하다.
본 발명은 한 방향 밸브(one-way valve) 특성을 갖는 물질을 제공하며, 이 물질은, 제1 표면 수두값(hydrohead value)을 갖는 제1 표면 및 제2 표면 수두값을 갖는 제2 표면을 갖는 부직포 기재; 및 제1 표면 상에 배치된 초소수성 제제를 포함하고, 여기서 제1 표면 수두값은 약 1cm 미만이고, 제2 표면 수두값은 제1 표면 수두값보다 적어도 4cm 크다.
본 발명은, 또한, 한 방향 밸브 특성을 갖는 물질을 제공하며, 이 물질은, 제1 표면 수두값을 갖는 제1 표면 및 제2 표면 수두값을 갖는 제2 표면을 갖는 부직포 기재; 및 약 2gsm 미만의 첨가(add-on) 수준에서 제1 표면 상에 배치된 초소수성 제제를 포함하고, 여기서 제2 표면 수두값은 제1 표면 수두값보다 적어도 4cm 크다.
본 발명은, 또한, 개인 위생 용품을 제공하며, 이 개인 위생 용품은, 신체 대향면 및 대향하는 후방측 면을 갖는 부직포 유체 투과성 상면시트, 유체 불투과성 배면시트, 및 상면시트와 배면시트 사이에 배치된 적어도 하나의 중간층을 포함하고, 여기서 유체 투과성 상면시트는, 제1 표면 수두값을 갖는 제1 표면 및 제2 표면 수두값을 갖는 제2 표면을 갖는 부직포 기재; 및 제1 표면 상에 배치된 초소수성 제제를 포함하고, 여기서 제1 표면 수두값은 약 1cm 미만이고, 제2 표면 수두값은 적어도 제1 표면 수두값보다 4cm 크다.
본 발명의 전술한 및 다른 특징들 및 측면들과 그것들을 얻는 방식은 보다 명백해질 것이고, 발명 자체는 다음의 설명, 첨부된 청구범위 및 수반되는 도면을 참조로 더 잘 이해될 것이다.
도 1은 작은 포어 크기 d 및 고 소수성(고 접촉각, θ); 때문에 물의 침투에 저항하는 비습윤성 다공성 기재를 도시한다;
도 2a는 코팅을 아래로 한 본 발명의 한 방향 밸브의 작동 기구를 개략적으로 도시한다;
도 2b는 코팅을 위로 한 본 발명의 한 방향 밸브의 작동 기구를 개략적으로 도시한다;
도 3은 본원에서 설명하는 바와 같이 처리된 표준 종이 타월의 단면의 주사 전자 현미경(SEM) 화상을 도시하며, 좌측 삽도는 우측 삽도에 표시된 미코팅 친수성 섬유의 표면 형태와 비교되는 소수성 코팅 섬유의 표면 형태를 도시한다;
도 4a는, 코팅면을 위로 하여 가압되도록 도입된 한 면-코팅된 기재 HDPT가 코팅면이 아래로 향하는 경우보다 쉽게 유체를 통과시켜, 밸브 창(valve window)을 생성하는 현상을 도시한다;
도 4b는, 코팅면을 위로 하여 가압되도록 도입된 한 면-코팅된 기재 SPT가 코팅면이 아래로 향하는 경우보다 쉽게 유체를 통과시켜, 밸브 창을 생성하는 현상을 도시한다; 그리고
도 5는 오일-물 혼합물 또는 유액에 도입된 한 면-코팅된 기재에 대한 오일 물 분리 현상을 도시한다.
본 명세서 및 도면에서 참조 문자의 반복적인 사용은 본 발명의 동일하거나 유사한 특징 또는 요소를 나타내기 위해 의도된다. 도면은 대표적인 것이고 반드시 일정 비례로 그려진 것은 아니다. 도면의 특정 부분은 과장된 반면, 다른 부분은 최소화되었다.
본 명세서는 본 발명을 구체적으로 나타내며 명백하게 청구하는 청구범위로 종결되지만, 다음에 따르는 상세한 설명으로부터 본 발명을 더욱 잘 이해할 것이다.
본원에서 달리 규정하지 않는 한, 백분율, 부분 및 비율 모두는 본 발명의 조성물의 총 중량을 기초로 한 것이다. 나열된 성분들에 속하는 이러한 모든 중량은 작용 수준(active level)을 기준으로 하며, 따라서, 달리 명시되지 않는 한, 시판되고 있는 물질에 포함될 수 있는 부산물이나 용매를 포함하지 않는다. "중량 백분율"이라는 용어는 본원에서 "중량%"로 표시된다. 실제 측정값의 구체적인 예가 제시된다는 것을 제외하면, 본원에서 언급된 수치 값은 "약"이란 용어로 한정되는 것으로 고려되어야 한다.
본원에서 사용된 바와 같이, "포함하는"이란 최종 결과에 영향을 미치지 않는 기타 단계 및 기타 성분들이 부가될 수 있다는 것을 의미한다. 이러한 용어는 "~로 이루어진" 및 "~로 본질적으로 이루어진"이란 용어를 포함한다. 본 발명의 조성물들 및 방법/공정들은 본원에 개시된 부가적이고 선택적인 성분들, 구성성분들, 단계들 또는 제한들뿐만 아니라, 본원에 개시된 본 발명의 필수 요소 및 제한들을 포함할 수 있고, 이들로 이루어져 있을 수 있으며, 이들로 본질적으로 이루어져 있을 수 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 어구 "흡수 용품"은 일반적으로 체액을 흡수하여 함유하는 기구를 지칭하고, 보다 구체적으로는 피부에 대하여 또는 그 근처에 배치되어 신체로부터 배출되는 다양한 유체, 특히 점탄성 유체를 흡수하여 함유하는 기구다. 흡수 용품의 예는, 개인 착용을 위해 제조된 흡수 용품, 예를 들어 기저귀; 실금 제품; 여성 위생 제품, 예를 들어 생리대, 팬티 라이너, 탐폰, 및 음순간 패드(interlabial pad); 기타 개인용 의복; 기타 등등을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다.
본원에서 사용되는 바와 같이, "파울링(fouling)"은 유체가 다공성 매질을 통과할 때에 유체의 투과성 변화를 의미한다. 보다 구체적으로, 파울링은 유체의 성분이 다공성 매질을 통과하고 재료 구조와 상호 작용할 때에 생기는 투과성 감소이고, 다공성 재료의 고유한 투과성을 감소시킨다.
본원에서 사용하는 바와 같이, "친수성"이라는 용어는, 90° 미만의 수접촉각을 갖는 표면을 가리킨다.
본원에서 사용하는 바와 같이, "소수성"이라는 용어는, 약 90° 내지 약 120°의 수접촉각으로 발수하는 표면의 특성을 가리킨다.
본원에서 사용되는 바와 같이, "재습윤"은 흡수성 코어로부터 최상층, 부직포 표면 내로 그리고 이를 통해 되돌아오는 유체의 양을 지칭한다. 이는 "환류"라고도 지칭될 수 있다.
"초소수성(superhydrophobic)"이라는 용어는 매우 효과적으로 발수하는 표면의 특성을 가리킨다. 이 특성은 일반적으로 150°를 초과하는 수접촉각에 의해 정량화된다.
본 발명은 개선된 개인 위생 제품, 특히 일회용 흡수 용품에 관한 것이다. 본 발명의 개인 위생 제품은, 위생 수건 및 생리혈 흡수 장치(예, 생리대 및 탐폰)와 같은 여성 위생 제품, 영유아 위생 제품, 예컨대 일회용 기저귀, 흡수 팬티, 및 훈련용 팬티, 상처 드레싱, 예컨대 붕대, 실금 제품, 오일 및/또는 유기 용매 닦기 및 흡수 용 제품, 기타 등등을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다.
여성 위생 흡수 제품과 같은 일회용 흡수 용품은, 예를 들어, 액체 투과성 상면시트, 상면시트에 결합된 실질적으로 액체 불투과성인 배면시트, 및 상면시트와 배면시트 사이에 위치하고 고정된 흡수성 코어를 포함할 수 있다. 상면시트는 흡수 용품에 의해 보유하거나 보관하려고 의도된 액체에 대해 동작적으로 투과성이고, 배면시트는 상기 의도된 액체에 대해 실질적으로 불투과성이거나 그렇지 않으면 동작적으로 불투과성일 수 있다. 흡수 용품은 추가층(들)을 또한 포함할 수 있다. 추가층(들)은 액체 흡입층, 액체 심지층, 액체 분배층, 전달층, 배리어층들 등 뿐만 아니라, 그들의 조합을 포함할 수 있다. 일회용 흡수 용품 및 그의 구성요소는 신체 대향면(상면시트의 상면) 및 의복 대향면(배면시트의 배면)을 제공하도록 동작할 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, "신체 대향(body-facing)" 또는 "신체측(bodyside)" 면은 통상의 사용 동안에 착용자의 신체를 향해서 배치되거나 그에 인접하게 놓이는 상면시트의 표면을 지칭한다. "의복측 표면(garment-side surface)"은 통상의 사용 동안에 배면이 착용자의 신체로부터 멀리 그리고 착용자의 의복에 인접하게 배치되는 배면시트를 지칭한다. 적절한 흡수 용품은 미국 특허 제7,632,258호에 더욱 상세히 기재되어 있다.
본 발명의 유체 투과성 상면시트는 미처리된 채로 둘 수 있거나, 또는 유체가 표면의 맨 위에 안착하지 않도록 돕는 초소수성 조성물로 처리될 수 있어, 표면 상의 얼룩, 축적된 잔해물, 또는 습기로부터 불쾌하고 그리고/또는 불결한 느낌을 덜어줄 수 있다. 본 발명의 일회용 흡수 용품은 점탄성을 갖는 유체, 그 중에서 예를 들어 생리혈, 점액, 혈액 제제(blood products), 및 배설물을 수용하여 얼룩 영역을 감소시키고, 재습윤을 감소시키며, 유체 흡입, 분배, 흡수 특성을 개선하고, 누출을 감소시키도록 특히 조절된다.
본 발명이 주로 생리대, 팬티 라이너, 음순간 패드와 같은 여성 위생 제품과 조합하여 논의되지만, 본원에서 설명되는 제품 및 방법은 흐르는 BM, 소변 등과 같은 생리혈 이외의 유체를 흡수하도록 설계된 다수의 다른 흡수 용품과 조합하여 사용될 수도 있음이 본 발명에 기초하여 당업자에게 용이하게 분명해질 것이다.
또한, 후술하는 바와 같이, 코팅 및 그것의 상대적 배향의 초소수성 성질은 기름과 물과 같은 상이한 표면 에너지를 가진 유체의 분리를 가능하게 한다.
본 발명의 흡수 용품은 바람직하게는 부직포 신체 대향 섬유상 시트 재료인 유체 투과성 상면시트를 포함한다. 본 발명은, 부직포가 일반적으로 더 부드럽고, 발한 및 땀으로부터의 자극을 적게 하기 때문에 열가소성 필름을 포함하는 상면시트 이상의 이점을 제공하며, 종종 플라스틱 및 필름과 연관되는 플라스틱 느낌 또는 바스락거림(rustling)을 회피한다.
본 발명의 부직포는, 스펀본드, 멜트블로운, 코폼, 에어레이드, 본디드 카디드 웹 재료, 수력엉킴(hydroentangled)(스펀레이스) 재료, 그들의 조합 등을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 부직포 재료를 만드는 섬유는 본 기술분야에 주지된 이성분(bicomponent, biconstituent), 또는 중합체 혼방 섬유를 생성하는 것들을 포함하는, 멜트블로운 또는 스펀본드 공정에 의해 생성될 수 있다. 이들 공정은 일반적으로 압출기를 사용하여 용융된 열가소성 중합체를 방적돌기(spinneret)에 공급하며, 여기서 상기 중합체는 스테이플 길이이거나 그보다 길 수 있는 섬유를 산출하도록 섬유화된다. 그런 다음, 섬유가 통상 공압식으로 인출되고, 이동식 성형 매트 또는 벨트 상에 피착되어 부직포 직물을 형성한다. 스펀본드 및 멜트블로운 공정에서 생성된 섬유는 극세사일 수 있다. 본 발명의 극세사는 약 75μm 이하의 평균 직경을 갖는, 예를 들면 약 0.5μm 내지 약 50μm의 평균 직경을 갖는 작은 직경 섬유이며, 또는 극세사는 보다 구체적으로 약 2μm 내지 약 40μm의 평균 직경을 가질 수 있다.
본 발명의 적절한 기재는, 부직포, 직물, 편직물, 또는 이러한 물질들의 적층체를 포함할 수 있다. 또한, 기재는, 본 명세서에서 설명하는 바와 같이, 티슈 또는 타월일 수 있다. 이러한 기재를 형성하는 데 적절한 물질과 공정은 일반적으로 통상의 기술자에게 공지되어 있다. 예를 들어, 본 발명에서 사용될 수 있는 부직포의 일부 예는, 종이 타월, 스펀본디드 웹, 멜트블로운 웹, 본디드 카디드 웹, 에어-레이드 웹, 코폼 웹, 스펀레이스 또는 수력으로 엉킨 웹 등을 포함하지만, 이러한 예들로 한정되지 않는다. 각 경우에, 부직포를 제조하는 데 사용되는 섬유들 중 적어도 하나는 열가소성 물질 함유 섬유이다. 또한, 부직포는, 열가소성 섬유들과 천연 섬유들, 예를 들어, 셀룰로오스 섬유들(침엽수 펄프, 활엽수 펄프, 열기계적 펄프 등)의 조합일 수 있다. 일반적으로, 비용과 원하는 특성의 관점에서 볼 때, 본 발명의 기재는 부직포다.
필요하다면, 부직포는, 또한, 본 기술분야에 공지되어 있는 기술들을 이용하여 결합되어서 내구성, 강도, 핸드, 심미감, 질감, 및/또는 부직포의 다른 특성들을 개선할 수 있다. 예를 들어, 부직포는, 열적으로 결합(예를 들어, 패턴 결합, 통기 건조), 초음파 결합, 접착제 결합 및/또는 기계적으로(예를 들어, 바늘) 결합될 수 있다. 예를 들어, 다양한 패턴 결합 기술들은, Hansen의 미국특허 제3,855,046호; Levy 등의 미국특허 제5,620,779호; Haynes 등의 미국특허 제5,962,112호; Sayovitz 등의 미국특허 제6,093,665호; Romano 등의 미국 디자인 특허 제428,267호; 및 Brown의 미국 디자인 특허 제390,708호에 기재되어 있다.
부직포는 연속 심(seam) 또는 패턴에 의해 결합될 수 있다. 추가 예로, 부직포는, 시트의 둘레를 따라 또는 에지들에 인접하는 웹의 폭이나 교차 방향에 걸쳐 단순히 결합될 수 있다. 열적 결합과 라텍스 함침의 조합 등의 다른 결합 기술들을 사용할 수도 있다. 대안으로 및/또는 추가적으로, 예를 들어, 분무나 인쇄에 의해 수지, 라텍스, 또는 접착제를 부직포에 적용할 수 있고, 원하는 결합을 제공하도록 건조시킬 수 있다. 다른 적절한 결합 기술들은, Everhart 등의 미국특허 제5,284,703호, Anderson 등의 미국특허 제6,103,061호, 및 Varona의 미국특허 제6,197,404호에서 알 수 있다.
또 다른 측면에서, 본 발명의 기재는, 단성분 섬유 및/또는 다성분 섬유를 함유하는 스펀본디드 웹으로부터 형성된다. 다성분 섬유들은 적어도 두 개의 중합체 성분으로부터 형성된 섬유들이다. 이러한 섬유들은, 일반적으로 개별적인 압출기들로부터 압출되지만 하나의 섬유를 형성하도록 함께 스핀된다. 각 성분의 중합체는 일반적으로 서로 다르지만, 다성분 섬유들은 유사한 또는 동일한 중합체 물질들의 개별적인 성분들을 포함할 수 있다. 개별적인 성분들은, 통상적으로 섬유의 단면에 걸쳐 실질적으로 일정하게 위치하는 별개의 구역들에 배열되며, 섬유의 전체 길이를 따라 실질적으로 연장된다. 이러한 섬유들의 구성은, 예를 들어, 나란한 배열, 파이 배열, 또는 다른 임의의 배열일 수 있다.
다성분 섬유들은, 또한, 이용되는 경우, 스플릿가능하다. 스플릿가능한 다성분 섬유들을 제조하는 경우, 단일 다성분 섬유를 함께 형성하는 개별적인 세그먼트들은, 하나 이상의 세그먼트가 단일 다성분 섬유의 외면의 일부를 형성하는 방식으로 다성분 섬유의 길이 방향을 따라 인접해 있다. 다시 말하면, 하나 이상의 세그먼트는 다성분 섬유의 외주를 따라 노출된다. 예를 들어, 스플릿가능한 다성분 섬유들을 제조하기 위한 방법들 및 이러한 섬유들은 Pike의 미국특허 제5,935,883호 및 Marmon 등의 미국특허 제6,200,669호에 개시되어 있다.
본 발명의 기재는 또한 코폼 물질을 함유할 수 있다. "코폼 물질"이라는 용어는, 일반적으로 제2 비-열가소성 물질과 열가소성 섬유들의 안정화된 매트릭스 또는 혼합물을 포함하는 복합 물질을 가리킨다. 일례로, 코폼 물질은, 형성되는 동안 다른 물질들이 웹에 첨가되는 슈트 근처에 적어도 하나의 멜트블로운 다이 헤드가 배치되는 공정에 의해 제조될 수 있다. 이러한 다른 물질들은, 면, 레이온, 재활용 페이퍼, 펄프 플러프 등의 목재 펄프 또는 비목재 펄프, 및 초소수성 입자, 무기 흡수 물질, 처리된 중합체 스테이플 섬유 등의 섬유상 유기 물질을 포함할 수 있지만, 이러한 예들로 한정되지 않는다. 이러한 코폼 물질의 일부 예는, Anderson 등의 미국특허 제4,100,324호, Everhart 등의 미국특허 제5,284,703호, 및 Georger 등의 미국특허 제5,350,624호에 개시되어 있다.
또한, 기재는 하나 이상의 표면 상에 질감이 부여되어 있는 물질로 형성될 수도 있다. 예를 들어, 일부 측면에 있어서, 기재는, 이중-질감 스펀본드 또는 멜트블로운 물질로 형성될 수 있는데, 예를 들어, Lamers 등의 미국특허 제4,659,609호, 및 Win 등의 미국특허 제4,833,003호에 기재되어 있다.
본 발명의 구체적인 일 측면에 있어서, 기재는 수력으로 엉킨 부직포로 형성된다. 수력엉킴 공정 및 서로 다른 섬유들의 다양한 조합을 함유하는 수력으로 엉킨 복합 웹은 본 기술분야에 알려져 있다. 통상적인 수력엉킴 공정은 물의 고압 제트 스트림을 이용해서, 섬유들 및/또는 필라멘트들이 엉키게 하여 고 엉킴 통합 섬유 구조, 예를 들어, 부직포를 형성하도록 한다. 스테이플 길이 섬유들과 연속 필라멘트들의 수력으로 엉킨 부직포들은, 예를 들어, Evans의 미국특허 제3,494,821호 및 미국특허 제4,144,370호에 개시되어 있다. 연속 필라멘트 부직포 웹과 펄프 층의 수력으로 엉킨 복합물 부직포는, 예를 들어, Everhart 등의 미국특허 제5,284,703호 및 Anderson 등의 미국특허 제6,315,864호에 개시되어 있다.
이러한 부직포들 중에서, 열가소성 섬유와 엉킨 스테이플 섬유와 함께 수력으로 엉킨 부직포 웹이 기재로서 특히 적합하다. 수력으로 엉킨 부직포 웹의 구체적인 일례로, 스테이플 섬유는 실질적으로 연속적인 열가소성 섬유와 수력으로 엉킨다. 스테이플 섬유는, 셀룰로오스 스테이플 섬유, 비-셀룰로오스 스테이플 섬유, 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 적절한 비-셀룰로오스 스테이플 섬유는, 폴리올레핀 스테이플 섬유, 폴리에스테르 스테이플 섬유, 나일론 스테이플 섬유, 폴리비닐 아세테이트 스테이플 섬유 등의 열가소성 스테이플 섬유, 또는 이들의 혼합물을 포함한다. 적절한 셀룰로오스 스테이플 섬유는, 예를 들어, 펄프, 열기계적 펄프, 합성 셀룰로오스 섬유, 개질된 셀룰로오스 섬유 등을 포함한다. 셀룰로오스 섬유는 이차 공급원 또는 재활용 공급원으로부터 얻을 수 있다. 적절한 셀룰로오스 섬유 공급원의 일부 예는, 열기계적, 표백된 및 미표백된 침엽수 펄프 및 활엽수 펄프 등의 천연 목재 섬유를 포함한다. 이차 또는 재활용 셀룰로오스 섬유는, 사무실 폐기물, 신문인쇄용지, 브라운 페이퍼 스톡, 페이퍼보드 스크랩 등에서 얻을 수 있고, 또한 사용될 수 있다. 또한, 마닐라삼, 아마, 밀크위드, 면, 개질된 면, 면 린터 등의 식물 섬유도 셀룰로오스 섬유로서 사용될 수 있다. 또한, 예를 들어, 레이온 및 비스코스 레이온 등의 합성 셀룰로오스 섬유를 사용할 수 있다. 개질된 셀룰로오스 섬유는, 일반적으로 탄소 사슬을 따라 히드록시기를 적절한 라디칼(예를 들어, 카르복실, 알킬, 아세테이트, 질산염 등) 로 대체함으로써 형성되는 셀룰로오스의 유도체로 구성된다.
특히 적절한 한 가지 수력엉킴 부직포 웹은, 스펀본드 섬유들과 수력으로 엉킨 펄프 섬유들을 갖는 실질적으로 연속적인 섬유들인 폴리프로필렌 스펀본드 섬유들의 부직포 웹 복합물이다. 특히 적절한 다른 한 가지 수력엉킴 부직포 웹은, 스펀본드 섬유들과 수력으로 엉킨 셀룰로오스 및 비-셀룰로오스 스테이플 섬유들의 혼합물을 갖는 폴리프로필렌 스펀본드 섬유들의 부직포 웹 복합물이다.
본 발명의 기재는, 열가소성 섬유들로만 제조될 수 있고 또는 열가소성 섬유들과 비-열가소성 섬유들 모두를 함유할 수 있다. 일반적으로, 기재가 열가소성 섬유들과 비-열가소성 섬유들 모두를 함유하는 경우, 열가소성 섬유들은 기재의 중량 기준 약 10% 내지 약 90%를 차지한다. 구체적인 일 측면에서, 기재는 중량 기준 열가소성 섬유들을 약 10% 내지 약 30% 함유한다.
일반적으로, 부직포 기재는, 약 17gsm 내지 약 200gsm, 더욱 바람직하게는, 약 33gsm 내지 약 200gsm 범위의 평량을 갖는다. 실제 평량은, 200gsm보다 클 수 있지만, 많은 응용분야에서, 평량은 33gsm 내지 150gsm 범위에 있다.
기재의 적어도 일부를 구성하는 열가소성 물질 또는 섬유는 본질적으로 임의의 열가소성 중합체일 수 있다. 적절한 열가소성 중합체는, 폴리올레핀, 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리우레탄, 폴리비닐염화물, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리스티렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리락트산 등의 생분해성 중합체, 및 이들의 공중합체와 블렌드를 포함한다. 적절한 폴리올레핀은, 폴리에틸렌, 예를 들어, 고 밀도 폴리에틸렌, 중간 밀도 폴리에틸렌, 저 밀도 폴리에틸렌과 선형 저 밀도 폴리에틸렌; 폴리프로필렌, 예를 들어, 동일배열 폴리프로필렌, 교대배열 폴리프로필렌, 동일배열 폴리프로필렌과 혼성배열 폴리프로필렌의 블렌드, 및 이들의 블렌드; 폴리부틸렌, 예를 들어, 폴리(1-부텐)과 폴리(2-부텐); 폴리펜텐, 예를 들어, 폴리(1-펜텐)과 폴리(2-펜텐); 폴리(3-메틸-1펜텐); 폴리(4-메틸 1-펜텐); 및 이들의 공중합체와 블렌드를 포함한다. 적절한 공중합체는, 에틸렌/프로필렌 및 에틸렌/부틸렌 공중합체 등의 두 개 이상의 서로 다른 불포화 올레핀 단량체들로부터 제조되는 랜덤 및 블록 공중합체들을 포함한다. 적절한 폴리아미드는, 나일론 6, 나일론 6/6, 나일론 4/6, 나일론 11, 나일론 12, 나일론 6/10, 나일론 6/12, 나일론 12/12, 카프로락탐과 알킬렌 산화물 디아민의 공중합체 등, 및 이들의 블렌드와 공중합체를 포함한다. 적절한 폴리에스테르는, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리테트라메틸렌 테레프탈레이트, 폴리시클로헥실렌-1,4-디메틸렌 테레프탈레이트, 및 이들의 이소프탈레이트 공중합체, 및 이들의 블렌드를 포함한다. 이러한 열가소성 중합체는, 본 발명에 따라 실질적으로 연속적인 섬유들과 스테이플 섬유들 모두를 제조하는 데 사용될 수 있다.
또 다른 일 측면에서, 기재는 티슈 제품일 수 있다. 티슈 제품은 균질성 또는 다층 구성일 수 있고, 이러한 것으로 제조된 티슈 제품은 한 겹 또는 다 겹 구성일 수 있다. 티슈 제품은, 바람직하게, 약 10g/m2 내지 약 65g/m2의 평량 및 약 0.6g/cc 이하의 밀도를 갖는다. 더욱 바람직하게, 평량은 40g/m2 이하이고, 밀도는 약 0.3g/cc 이하이다. 가장 바람직하게, 밀도는 약 0.04g/cc 내지 약 0.2g/cc이다. 달리 언급하지 않는 한, 페이퍼에 대한 모든 양과 중량은 건조 기준에 따른 것이다. 기계 방향으로의 인장 강도의 범위는, 약 100 내지 약 5,000g/폭(인치)이다. 교차 기계 방향으로의 인장 강도의 범위는 약 50 내지 약 2,500g/폭(인치)이다. 흡수성은, 통상적으로 섬유 g 당 약 5g 물 내지 섬유 g 당 약 9g 물이다.
이러한 제품을 제조하기 위한 종래의 프레스된 티슈 제품과 방법은 본 기술분야에 공지되어 있다. 티슈 제품은, 통상적으로 구멍난 형성 와이어 상에 제지 지료를 증착함으로써 제조된다. 일단 지료가 형성 와이어 상에 증착되면, 이것을 웹이라 칭한다. 웹은, 웹을 프레스하고 상승 온도에서 건조시킴으로써 탈수된다. 전술한 공정에 따라 웹을 제조하기 위한 통상적인 장비와 구체적인 기술은 통상의 기술자에게 공지되어 있다. 통상적인 공정에서는, 가압된 헤드박스로부터 저 일관성 펄프 지료를 제공하며, 이러한 헤드박스는 습윤 웹을 형성하도록 펄프 지료의 얇은 증착물을 형성 와이어 상으로 전달하기 위한 개구를 갖는다. 이어서, 웹은, 통상적으로 진공 탈수에 의해 약 7% 내지 약 25%의 섬유 일관성(총 웹 중량 기준)으로 탈수되고, 웹이 대향하는 기계적 부재들, 예를 들어, 원통형 롤들에 의해 전개되는 압력을 받게 되는 프레싱 동작에 의해 추가로 건조된다. 이어서, 탈수된 웹은, 양키 드라이어(Yankee dryer)라고 본 기술분야에 알려져 있는 스팀 드럼 장치에 의해 추가로 프레싱 및 건조된다. 압력은, 웹에 대하여 프레싱을 행하는 대향 원통형 드럼 등의 기계적 수단에 의해 양키 드라이어에서 전개될 수 있다. 다수의 양키 드라이어 드럼을 채택할 수 있고, 이에 의해 추가 프레싱이 드럼들 간에 선택적으로 발생한다. 형성된 시트들은, 섬유들이 촉촉하고 이어서 압축 상태에서 건조되는 동안 전체 웹이 상당한 기계적 압축력을 받기 때문에, 컴팩트화되는 것으로 간주된다. 다른 측면들에서, 티슈는 본 기술분야에 공지된 바와 같은 크레이프 가공에 의해 형성될 수 있다.
본 발명의 구체적인 일 측면은, 언크레이프된(uncreped) 통기 건조 기술을 이용해서 티슈 제품을 형성한다. 통기 건조는 웹의 벌크와 연성을 증가시킬 수 있다. 이러한 기술의 예들은, Cook 등의 미국특허 제5,048,589호, Sudall 등의 미국특허 제5,399,412호, Hermans 등의 미국특허 제5, 510,001호, Ruqowski 등의 미국특허 제5,591,309호, Wendt 등의 미국특허 제6,017,417호, 및 Liu 등의 미국특허 제6,432,270호에 개시되어 있다. 언크레이프된 통기 건조는, 일반적으로 하기 단계들을 포함한다: (1) 셀룰로오스 섬유들, 물, 및 선택사항으로 기타 첨가제의 지료를 형성하는 단계; (2) 주행중인 구멍난 벨트(foraminous belt) 상에 지료를 증착하고 이에 따라 상기 주행중인 구멍난 벨트의 상부에 섬유상 웹을 형성하는 단계; (3) 상기 섬유상 웹을 통기 건조를 거치게 하여 물을 상기 섬유상 웹으로부터 제거하는 단계; 및 (4) 상기 건조된 섬유상 웹을 상기 주행중인 구멍난 벨트로부터 제거하는 단계.
본 발명의 부직포는 또한 다층 적층체일 수도 있다. 다층 적층체의 예는 일 측면이고, 여기서 층들 중 일부가 스펀본드이고 및 일부가 멜트블로운인, 예를 들어 Brock 등에 의한 미국 특허 제4,041,203호, Collier 등에 의한 미국 특허 제5,169,706호, 및 Bornslaeger에 의한 미국 특허 제4,374,888호에 개시되어 있는 스펀본드/멜트블로운/스펀본드(SMS) 적층체이다. 이러한 적층체는 이동식 형성 벨트 상에 처음에 스펀본드 직물층, 그 다음에 멜트블로운 직물층, 및 마지막으로 다른 스펀본드 층을 순차적으로 피착하고, 그런 다음 그 적층체를 이하에서 설명되는 방식으로 접합함으로써 제조될 수 있다. 대안적으로, 직물층은 개별적으로 이루어지고, 롤로 수집되며, 별개의 접합 단계에서 조합될 수 있다. 이러한 직물은 통상적으로 약 0.1 내지 12OSY(제곱야드 당 온스)(6 내지 400gsm), 보다 구체적으로 약 0.75 내지 약 3OSY의 평량을 갖는다.
본 발명은 초소수성 조성물을 사용해서 부직포 상면시트를 처리하여 개인 위생 제품, 예들 들어 일회용 흡수 용품의 사용 동안에 자주 발생하는 재습윤 및 얼룩을 현저하게 감소시킨다. 처리된 상면시트는 유체가 신체 대향면으로부터 흡수성 코어로 더욱 용이하게 이동할 수 있게 하는 "한 방향 밸브"로서 기능한다. 본 발명에서 사용되는 디자인 및 조성물로 인해, 흡수성 코어로부터 상면시트의 신체 대향면으로의 유체 재진입에 의해 야기되는 바람직하지 않은 재습윤 또는 환류가 적어진다. 한 방향 밸브 성능은 표준 상태에서 액체가 한 방향으로 통과하지만, 반대 방향으로 통과하지 않는 것을 의미한다. 이 특징은 상면시트가 전기에서 다이오드처럼 작용한다는 점에서 다이오드 특징의 한 형태이다.
본 발명의 부직포 시트에서 "한 방향 밸브"를 달성하는 한 가지 방법은 전략적인 초소수성 처리제와 연관된다. "한 방향 밸브" 시스템의 사용은 유체를 소비자의 신체로부터 멀리 흡수층 내로 유인하여, 소비자가 전반적으로 개선된 성능으로 더욱 건조하고 청결하게 느끼게 한다.
한 방향 밸브 거동을 달성하도록, 부직포 기재의 두 개의 표면 중 하나만을, 표면 초소수성을 가능하게 할 정도로 충분히 높은 수준이지만, 부직포 기재의 포어 구조를 개방 상태로 유지하여 물이 포어들을 침투할 수 있을 정도로 충분히 낮은 수준에서 초소수성 코팅으로 처리되어야 한다.
실험에 의해, 부직포 기재의 바람직한 처리는 하나의 표면을 약 2gsm 미만의 첨가 수준에서 초소수성 제제로 코팅되도록 하는 것임을 입증하였다. 이에 따라, 부직포 기재는, 부직포 기재의 서로 다른 양측으로부터의 측정 시 수두값들에 있어서 적어도 약 16cm인 물 높이 차를 나타낸다.
부직포 기재의 서로 다른 두 개의 표면에서의 측정 시 약 4cm 물인 수두값들의 높이 차를 달성하기 위해서는, 초소수성 제제의 첨가 수준이 중요하다. 첨가 수준이 너무 낮으면, 두 개의 표면이 그들의 친수성/소수성에 있어서 상당히 유사한데, 그 두 표면이 동일한 물질의 두 개의 측면이기 때문이다. 이 경우, 두 개의 표면의 수두값들은 상당히 유사하기 때문에, 이들 간의 차는 매우 작고, 거의 0cm, 또는 0cm이다.
역으로, 첨가 수준이 너무 높으면(>>2gsm), 초소수성 제제는 처리된 면 상에 연속 필름의 층을 형성한다. 이러한 필름 층은 액체가 양측으로부터 침투하는 것을 완전히 차단한다. 그 결과, 각 표면마다 매우 높은 수두값을 초래한다. 또한, 이 경우, 두 개의 표면의 수두값들은 매우 유사하기 때문에, 이들 간의 차도 상당히 작고, 거의 0cm, 또는 0cm이다. 따라서, 최소 첨가 수준과 최대 첨가 수준 간의 원하는 첨가 수준은, 한 방향 밸브 거동이 달성될 수 있는 첨가 수준 범위이다. 도 4a와 도 4b는 이러한 경향을 도시한다.
첨가 수준 범위는, 또한, 섬유 크기, 다공성, 밀도, 균일성, 평량 등의 기재의 구조적 파라미터들에 의존한다. 기재가 비교적 큰 직경의 섬유들, 높은 다공성, 낮은 밀도, 낮은 균일성 및/또는 낮은 평량을 갖는 경우, 도 4a와 도 4b의 원하는 첨가 범위는 우측으로 옮겨가며, 이는 최소 첨가 수준과 최대 첨가 수준 모두가 높은 값을 갖는다는 것을 의미한다. 반면에, 기재가 비교적 작은 직경의 섬유들, 낮은 다공성, 높은 밀도, 높은 균일성 및/또는 높은 평량을 갖는 경우, 도 4a와 도 4b의 원하는 첨가 범위는 좌측으로 옮겨가며, 이는 최소 첨가 수준과 최대 첨가 수준 모두가 낮은 값을 갖는다는 것을 의미한다.
분무 등의 종래의 규모 있는 방법들은 초소수성 코팅을 표면 상에 적용하도록 사용될 수 있다. 일 측면에서는, 유기 개질 없는 벤토나이트 클레이 등의 친수성 나노 구조화 필터(Sigma Aldrich의 NANOMER PGV 나노클레이)를 사용한다. 소수성 성분으로서, DuPont로부터 취득되는 바와 같은, 물 속의 불소화 에틸렌-아크릴 공중합체(PMC)의 20중량%의 분산액(상표명은 CAPSTONE ST-100)을 사용한다. 친수성 나노클레이는 물에 첨가되며, 안정적인 현탁액이 제조될 때까지 초음파 처리된다. 초음파 처리는, 실온에서 프로브 소니케이터(SONICS 750W, 고 강도 초음파 프로세서, 30% 진폭에서의 13mm 직경 팁)를 사용함으로써 행해질 수 있다. 이러한 설정에서는, 안정적인 15.5g의 나노클레이-물 현탁액이 형성되는 데 약 15분 내지 약 30분이 걸릴 수 있다. 물 속의 나노클레이의 농도는 총 현탁액의 2중량% 미만으로 유지되어서, 현탁액의 점성을 너무 높여서 분무할 수 없게 하는 겔의 형성을 방지하게 된다. 실온에서 안정적인 클레이-물 현탁액을 기계적 혼합 하에 둔 후에, 수성 PMC 분산액을 현탁액에 방울 단위로 첨가하여 분무를 위한 최종 분산액을 제조한다. 이러한 측면에서, 초소수성 코팅을 제조하기 위한 최종 분산액의 각 성분의 농도는 다음과 같을 것이다: 95.5중량% 물, 2.8% PMC, 1.7% 나노클레이; 또는 97.5중량% 물, 1.25% PMC, 1.25% 나노클레이다. 코팅은, 에어브러시 아토마이저(Paasche VL 사이펀 피드, 0.55mm 분무 노즐)를 사용하여 손으로 또는 그 장치를 산업용 유체 분산 로봇(EFD, Ultra TT Series)에 장착함으로써 약 15 내지 약 25cm의 거리에서 셀룰로오스 기재 상에 분무에 의해 적용될 수 있다. 공기 보조부가 있는 EFD 노즐이, 분무 적용 동안 매우 미세한 미스트를 달성하므로 이러한 노즐도 사용할 수 있다. EFD 분배 시스템을 위해 제안되는 최소 노즐 직경은 약 0.35mm이다. 에어 팬은, 분무 콘을 선형적으로 이동하는 기재 상에 연속적이며 균일한 코팅을 제조하는 데 유용한, 달걀 형상으로 형성하는 데 일조한다. 에어브러시의 경우, 작동은 입자 분산액을 사이펀-피드하고 또한 노즐 출구에서의 유체 원소화를 용이하게 하도록 노즐을 통과하는 가압된 공기에 의존한다. 분무기에 걸쳐 가해지는 압력 강하는 조건에 따라 약 2.1로부터 약 3.4바로 가변될 수 있다.
수계 분산액을 분무하는 경우 일부 기술적 어려움이 통상적으로 마주치게 된다. 제1 주요 문제점은, 미립자화 동안 유체의 불충분한 증발 및 코팅된 기재 상의 분산액의 고 젖음성이며, 이에 따라 물이 최종적으로 증발하는 경우 접촉 선 피닝(pinning)과 소위 "커피-얼룩 효과"(coffe-stain effect)로 인해 비균일한 코팅이 발생한다는 점이다. 제2 주요 문제점은, 스프레이 코팅에 사용되는 기타 용제에 비해 물의 비교적 큰 표면 장력이다. 물은, 물의 높은 표면 장력으로 인해, 스프레이 응용분야에 있어서 비균일한 필름을 형성하는 경향이 있고, 이에 따라 균일한 코팅을 얻는 것을 보장하도록 신중해야 한다. 이는, 물이 구슬처럼 흐르는 경향이 있는 소수성 기재에 있어서 특히 중요하다. 본 발명의 수성 분산액을 적용하기 위한 최상의 방안은 미립자화 동안 극히 미세한 액적을 형성하고, 매우 얇은 코팅만을 부착해서, 기재를 포화시키지 않도록 하고, 건조 후 셀룰로오스 기재(예, 페이퍼 타월)가 딱딱해지게 하는 기재 내의 수소 결합을 재배향하는 것임을 관찰하였다.
또 다른 일 측면에서, 코팅은, 먼저 기재 상에, 예컨대 표준 페이퍼보드 또는 기타 셀룰로오스 기재 상에 스프레이 주조되고, 다수의 스프레이 패스를 사용하여 서로 다른 코팅 두께를 달성한다. 이어서, 분무된 필름들을 약 80oC의 오븐에서 약 30분 동안 건조시켜 모든 잉여 물을 제거한다. 기재의 크기는 대략적으로, 약 7.5cm x 9cm일 수 있지만, 이에만 제한되지는 않는다. 일단 건조되면, 코팅은 젖음성으로 특징화된다(즉, 소수성 대 친수성). 기재는, 초소수성을 유도하는 데 필요한 코팅의 최소 수준을 결정하기 위해서 코팅과 건조의 전과 후에 마이크로밸런스(Sartorius® LE26P)에서 계량될 수 있다. 이 "최소 코팅"은, 샘플이 액체에 의한 침투에 저항함을 엄격하게 의미하지는 않고, 오히려 수적이 표면 상에 구슬로서 방해 없이 굴러나감을 의미한다. 코팅 전과 후의 기재의 발액성은, 액체 침투 압력(액체의 cm)을 결정하는 유체역학적 압력 설정에 의해 특징화될 수 있다.
접촉각 값은, CCD 카메라를 이용하는 투과형(backlit) 광학 이미지 설정에 의해 얻어질 수 있다. (자기세정 특성을 지정하는) 동적 접촉각 이력 측정을 위해, CCD 카메라는, REDLAKE Motion Pro 카메라 등의 고속 카메라로 교체해서, 전진 및 후퇴하는 접촉각 값들을 정확하게 캡처할 수 있다. 전진 및 후퇴하는 접촉각들 간의 차이(즉, 접촉각 이력)가 작아질수록, 표면이 더욱 자기세정된다. 액체 침투 압력은, ASTM F90310에 따라 액체가 샘플을 침투할 때까지 유체역학적 컬럼 압력을 증가시킴으로써 결정될 수 있다. 액체 침투는, CCD 카메라를 이용하는 광학 이미지 설정에 의해 기록될 수 있다.
먼저, 복합 코팅의 젖음성을 페이퍼보드에 대하여 테스트할 수 있고, 질감화되지 않은 친수성 셀룰로오스 기재가 (질감화된 또는 질감화되지 않은) 셀룰로오스 기재의 일반적인 클래스를 대표하는 것으로 여겨졌다. 나노클레이 농도는 자기 세정 거동이 관찰될 때까지 코팅에 증가하는 농도로 포함된다. 복합 코팅에 나노클레이를 첨가하는 목적은 코팅의 질감에 영향을 미치는 것이다. 초소수성과 자기세정 거동은 두 개의 메커니즘, 즉, 표면 거칠기와 표면 에너지에 의해 제어된다고 알려져 있다. 또한, 저 표면 에너지와 함께 계층적 구조가 초소수성에 필요한 거칠기를 달성하기 위한 뛰어난 경로를 제공한다고 알려져 있다. 나노클레이는, (정전 상호작용을 통해) 자가 조립되는 경우, 전술한 계층 구조를 생성하는, 나노규모 두께와 마이크로규모 길이의 판(platelet) 구조를 갖는다. 자기 세정이 먼저 관찰되는 복합 코팅의 나노클레이 농도의 수준은 최종 복합 코팅의 약 38중량% (최종 코팅의 약 62중량% PMC)이다. 이 복합 코팅이 페이퍼보드 상에 분무 캐스팅되는 경우, 약 146±3o (거의 초소수성)의 접촉각 및 약 21±5o의 접촉각 이력을 달성할 수 있다. 더 낮은 이력 값은, 더 소수성인 나노 구조화 입자들에 대하여 예상될 수 있지만, 소수성 충진제들에 기초하는 수용성 분산액은 실현되기가 극히 어렵다. 다른 나노 구조화 입자들은, 퓸드 실리카, 소수성 티타니아, 산화 아연, 나노클레이, 박리된 그라파이트 나노판, 카본 나노섬유, 및 이들의 혼합물을 포함한다. 다른 충진제들은, 밀링된 유리, 탄산 칼슘, 알루미늄 삼수화물, 탈크, 안티모니 삼산화물, 비산재, 클레이, 및 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.
초소수성의 경우에, 액체가 기재 내로 침투하는 것에 저항하도록 거칠기를 증가시키고 표면 에너지를 감소시키는 데 중점을 두고 있지만, 기재 포어 크기와 표면 에너지는 중요한 인자들이다. 도 1은 물 침투에 저항하는 이상적으로 구성된 다공성 기재(균일하게 분포된 균일한 직경 d의 직선 포어들)를 도시한다. 이 구성에서, 포어 크기 d를 갖는 소수성 기재의 침투에 필요한 압력은 영-라플라스 등식에 의해 주어지며
Figure 112016052089498-pct00001
, 여기서 g는 물의 표면 장력이고, q(q > 90o)는 물과 기재 간의 접촉각이다. 다공성 기재의 소수성이 클수록(즉, q 값이 클수록) 액체 침투 압력 △p가 커진다. 침투 압력이 포어 크기에 반비례(포어가 미세할수록, 물 침투를 야기하는 데 필요한 압력이 커짐)만다는 것은 명백하다. 포어 크기는 비교적 두꺼운 코팅 처리(다른 소수성 제제)를 다공성 기재에 적용함으로써 영향을 받을 수 있지만, 코팅 후의 유효한 포어 크기는 일반적으로 코팅 처리 전에 기재의 포어 크기에 의해 미리 정해진다. 코팅 처리를 적용하는 일반적인 목적은 기재의 표면 에너지를 감소시키는 것이다. 친수성 셀룰로오스계 기재의 경우에, 코팅 처리는, 0cm인 액체 투과 압력 값을 야기하도록 물을 용이하게 흡수할 수 있는 친수성인 일부 섬유들 주위로 균일한 낮은 표면 에너지 필름을 생성하지 않을 수도 있다. 코팅 처리를 추가하는 것은 물 침투에 대한 주목할만한 소정의 저항을 부여한다. 이러한 방안의 유효성은, 액체 침투 압력(즉, 표면에 저항하는 데 사용되는 액체의 cm 단위로 측정되는 "수두")에 의해 측정된다. 이 압력이 높을수록, 코팅 방법이 소수성을 기재에 부여하는 데 있어서 더욱 효과적으로 된다. 당연히, 액체 침투 압력은 사용되는 액체(영-라플라스 등식에서의 γ 단위의 값)에 의존한다. 알코올은 물보다 낮은 표면 장력을 갖기 때문에, 물과 알코올의 혼합물에 의해 침투 압력이 낮게 된다.
도 2a와 도 2b는 한 방향 밸브의 작동 기구를 도시한다. 코팅을 위로하는(CU) 배향은, 미코팅면이 아래에 있음을 의미하며, 상부(코팅면)에 적용되는 액적들이 액적을 배출하는 미코팅 섬유들과 접촉할 때까지 그 액적들이 부직포의 포어들을 통해 처진다. 역으로, 코팅면을 아래로 하고 미코팅면을 위로(도시하지 않음) 하면, 상부(미코팅면)에 적용되는 액적들은 코팅 위의 개방 공간 내로 처지지만, 코팅층을 완전히 침투하도록 총 라플라스 압력 임계값을 극복해야 한다. 시스템은 전자 다이오드와 유사하며, 유체 전달이 한 방향으로부터만 허용되며 역방향으로는 허용되지 않는다. 액체 계면이 CU 방향으로부터 소수성 코팅된 포어 내로 처짐에 따라, 아래의 미코팅 친수성 섬유들은 액체를 배출하며, 유체가 기재 내로 전달될 수 있게 한다. 코팅을 아래로 하는(CD) 배향에서는, 유체를 배출하는 미코팅 친수성 섬유들이 없으므로 유체 침투 전에 액체 계면이 훨씬 큰 압력 하에서 처질 수 있다.
도 3은 전술한 바와 같이 처리되는 표준 종이 타월의 단면의 주사 전자 현미경(SEM) 상을 도시하며, 도 3은 개략도인 도 2b의 CU 경우와 매우 유사하다. 코팅된 섬유들과 미코팅된 섬유들 사이의 갭과 함께, 단면의 상부에서 코팅을 볼 수 있다.
도 4a와 도 4b는, 코팅면을 위로 하여 가압되는 기재가 코팅층을 아래로 한 경우보다 유체를 더욱 쉽게 통과시켜 "밸브 창"을 생성하는 현상을 도시한다. 증가된 코팅 간격에서 샘플들을 테스트하였으며, 테스트는 더욱 큰 gsm 코팅에서 저항 차이가 감소됨을 도시한다. 그 결과, 코팅 수준이 낮게 유지되어야 한다. 분무 정밀도를 개선하고 0.25 및 0.75gsm에 대한 데이터 포인트를 생성함으로써, 도 4a와 도 4b의 "밸브 창"을 넓힐 수 있다.
도 5는 오일-물 혼합물 또는 유액에 도입된 한 면 코팅된 기재에 대한 오일-물 혼합물 또는 유액의 오일-물 분리 현상을 도시한다. 오일은 Oil Red O에 의해 적색으로 염색되었으며, 물은 청색 식품 착색제에 의해 청색으로 염색되었다. 도 5의 (a) 측면은, 비교적 높은 표면 에너지 유체, 물이 분리되어 초소수성 코팅 상의 물질 위에 상주하는 한편 코팅면으로부터 물질 내로의 낮은 표면 에너지 유체인 오일의 흡수를 도시한다. 도 5의 (b) 측면은 그 반대를 도시하며, 물질의 미코팅면이 미염색된 물로 포화되었다. 동일한 오일-물 혼합물이 물질의 코팅면에 도입되는 경우, 물은 흡수되고 오일은 분리되어 표면 상에 남아 있다.
기재는, 오일-물 유액에 있어서 물 등의 높은 표면 에너지 유체를 포함하는 유체 혼합물로부터 오일 또는 비교적 낮은 표면 에너지 유체의 분리를 허용하는 적용 분야에서 사용될 수 있다. 오일-물 혼합물과의 접촉시, 도 5의 (a) 측면에서 도시한 바와 같이, 물은 코팅에 의해 반발되지만, 오일은 자신의 낮은 표면 에너지 때문에 흡수될 수 있다.
이러한 유체 분리는, 또한, 분리에 낮은 표면 에너지 유체가 필요한 적용 분야에서 역으로도 될 수 있다. 이는, 물질이 미코팅면으로부터 높은 표면 에너지 유체로 도입되고 이에 따라 물질을 포화시키면, 도 5의 (b) 측면에서와 같이 미코팅면이 물로 습윤되는 경우일 것이다. 물질은, 도 5의 (b) 측면에서 도시한 바와 같이, 높은 표면 에너지 유체(이 경우에는 물)를 혼합물로부터 분리하여 흡수하고, 낮은 표면 에너지 유체(이 경우에는 오일)를 코팅면 상에 남겨 둔다.
본 발명은, 상면시트의 신체 대향면 상에 존재하는 신체 유체를 감소시키는 데 일조하여 신체 유체가 흡수성 코어를 향하여 끌릴 가능성을 더욱 높게 하도록 초소수성 코팅된 부직포 물질을 제시한다.
실시예
하기 실시예들은 본 발명의 범주 내에 있는 측면들을 추가로 설명하고 입증한다. 실시예들은 단지 예시를 목적으로 개시되어 있으며, 본 발명을 한정하는 것으로 이해되어서는 안 되며, 본 발명의 사상 및 범주에서 벗어나지 않고 이의 다양한 변경이 가능하다.
특히, 예들은, 사용되는 초소수성 화학물은 공동 계류중인 미국 특허출원 제13/193065호 및 제13/193145호에 개시된 것인 한편 조지아 주 로스웰에 소재하는 Kimberly-Clark Professional에 의해 시판되고 있는 고밀도 종이 타월감 (HDPT), SCOTT 브랜드 종이 타월감(SPT), BCW 서지 물질을 기재로서 사용하는 것을 설명한다. 사용되는 특정한 HDPT는 38gsm 또는 22.3lb/2880 제곱피트의 KLEENEX 브랜드 경질 롤 타월 50606이다. SPT는 HDPT의 밀도보다 낮은 밀도를 갖는 UCTAD 티슈이다. 기재의 한 표면 상의 이러한 첨가물의 저 수준에서, 한 방향 밸브 특징을 입증한다. 처리되는 면은 기재의 다른 면 내로 처리되는 섬유들 간의 포어들을 통한 침투가 후속되는 비딩(beading)을 입증하는 한편, 미처리되는 면은 미처리되는 면을 따른 액체의 흡수와 퍼짐을 입증하지만, 액체는 처리되는 면을 다시 침투하지 않는다.
기재 표면 상에 초소수성 제제를 분무하여 한 방향 밸브 성능을 생성하였다. 기재를 코팅하는 이전 시도에서는, 코팅된 표면이 유체 통과를 방지하기 위한 장벽으로서 기능하도록 고 코팅 수준을 이용하였다. 이러한 고 코팅 수준에서, 처리된 표면 상의 섬유들 및 섬유들 간의 포어들 모두는, 기재 상에 연속적인 물 불투과성 필름을 실제로 형성하는 초소수성 코팅 화학물에 의해 덮인다. 코팅 중량을 2gsm 이하 등의 매우 낮은 수준으로 감소시킴으로써, 코팅된 기재가 한 방향 밸브 특성을 나타낸다는 점을 발견하게 되었다. HDPT, SPT, 및 BCW 서지 물질을, 1gsm의 평량에서 초소수성 제제(1.25% PMC, 1.25% 나노클레이 및 97.5% 물)로 코팅하였고, 한 방향 밸브 거동을 나타내었으며, 물은 코팅면으로부터 미코팅면으로 쉽게 침투할 수 있지만, 고압의 영향을 받는 경우를 제외하고 반대 방향으로는 침투할 수 없다.
도 3은, 코팅이 표면층 상의 유일한 커버링 섬유들이며 섬유들 간의 포어들을 차단하고 이러한 포어들 위로 이어지는 코팅 화학물이 없음을 입증한다. 이러한 코팅 구조는 한 방향 밸브 거동을 활성화하는 데 있어서 핵심적이다. 임의의 구체적인 이론으로 한정되지는 않지만, 코팅면이 위에 있는 경우, 액적들은, 코팅된 표면 상에 형성되고 코팅된 섬유들로부터의 반발에 의해 추진될 것이라고 추정된다. 이러한 액적들은, 초기에 개방 포어들 위에 유지되며, 이어서, 코팅된 표면 아래의 미코팅 섬유와 접촉할 때까지 포어들 내로 처진다. 미코팅 섬유에 의한 심지 동작에 의해, 액적들이 포어들을 통해 도출되어 코팅면으로부터 배출된다. 이러한 식으로, 미코팅면의 섬유 망은 유체를 흡인점으로부터 제거하기 위한 연속적 추진력을 제공한다. 역으로, 유체가 미코팅면에 추가되면(즉, 이 예에서 코팅면이 아래에 있는 경우), 유체 액적은 미코팅층을 따라 섬유 망 내로 즉시 흡수된다. 액적들이 최종적으로 코팅 섬유들과 접촉하는 경우, 액적들은, 유체를 도출하기 위한 포어들의 다른 면 상에 미코팅 섬유가 없기 때문에 코팅층을 침투할 수 있도록 총 라플라스 압력 임계값을 극복해야 한다.
전술한 바와 같이, 도 4a와 도 4b는 각각 HDPT와 SPT에 있어서 수두 압력에 대한 코팅 수준의 영향을 반영한다. 코팅면을 위로 하여 가압된 한 면이 코팅된 기재는, 코팅면을 아래로 하는 경우보다 유체를 쉽게 통과시키며, 이는 밸브 창을 생성한다. 밸브 창은 한 방향 밸브 성능을 결정한다. 창이 클수록, 기재가 발휘하는 한 방향 밸브 성능이 더욱 효과적으로 된다. 코팅 수준이 증가함에 따라 밸브 창이 감소된다. 이는, 한 방향 밸브 성능이 상당히 낮은 코팅 중량에서만 관찰되며, 코팅 중량이 키질수록 밸브 창이 사라지는 것을 설명해 준다.
구체적인 제1 측면에서, 한 방향 밸브 특성을 갖는 물질은, 제1 표면 수두값을 갖는 제1 표면 및 제2 표면 수두값을 갖는 제2 표면을 갖는 부직포 기재, 및 제1 표면 상에 배치된 초소수성 제제를 포함하고, 여기서 제1 표면 수두값은 약 1cm 미만이고, 여기서 제2 표면 수두값은 제1 표면 수두값보다 적어도 4cm 크다.
구체적인 제2 측면은 구체적인 제1 측면을 포함하고, 여기서 초소수성 제제가 약 2gsm 미만의 첨가 수준에서 존재한다.
구체적인 제3 측면은 구체적인 제1 측면 또는 구체적인 제2 측면을 포함하고, 여기서 초소수성 제제는 소수성 성분, 나노 구조화 입자들, 및 물을 포함한다.
구체적인 제4 측면은 선행하는 구체적인 측면들 중 임의의 것을 포함하고, 여기서 소수성 성분은, 불소화 중합체, 과불소화 중합체, 비불소화 중합체, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된다.
구체적인 제5 측면은 선행하는 구체적인 측면들 중 임의의 것을 포함하고, 여기서 나노 구조화 입자들은, 퓸드 실리카, 소수성 티타니아, 산화 아연, 나노클레이, 박리된 그라파이트 나노판, 카본 나노섬유, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된다.
구체적인 제6 측면은 선행하는 구체적인 측면들 중 임의의 것을 포함하고, 여기서 소수성 성분은 수-분산성 소수성 중합체다.
구체적인 제7 측면은 선행하는 구체적인 측면들 중 임의의 것을 포함하고, 여기서 수-분산성 소수성 중합체는 아크릴 모노머, 아크릴 전구체 등으로부터 선택되는 코모노머를 포함한다.
구체적인 제8 측면은 선행하는 구체적인 측면들 중 임의의 것을 포함하고, 여기서 초소수성 제제는 개질된 과불소화 중합체다.
구체적인 제9 측면은 선행하는 구체적인 측면들 중 임의의 것을 포함하고, 초소수성 제제는 비이온성 계면활성제, 양이온 계면활성제, 및 음이온 계면활성제로부터 선택되는 계면활성제를 더 포함한다.
구체적인 제10 측면은 선행하는 구제적인 측면들 중 임의의 것을 포함하고, 초소수성 제제는, 장쇄 지방산, 장쇄 지방산 염, 에틸렌-아크릴산, 에틸렌-메타크릴산 공중합체, 술폰산, 아세트산 등으로 이루어진 군으로부터 선택되는 안정화제를 더 포함한다.
구체적인 제11 측면은 선행하는 구체적인 측면들 중 임의의 것을 포함하고, 초소수성 제제는, 밀링된 유리, 탄산 칼슘, 알루미늄 삼수화물, 탈크, 안티모니 삼산화물, 비산재, 클레이, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 충진제를 더 포함한다.
구체적인 제12 측면은 전술한 구제적인 측면들 중 임의의 것을 포함하고, 여기서 부직포 기재는 흡수성을 갖는다.
구체적인 제13 측면은 선행하는 구체적인 측면들 중 임의의 것을 포함하고, 여기서 부직포 기재는 종이 타월감, 스펀본드, 멜트블로운, 코폼, 에어레이드, 본디드-카디드 웹 물질들, 수력엉킴(스펀레이스) 물질들, 이들의 조합 등으로부터 선택된다.
구체적인 제14 측면은 선행하는 구체적인 측면들 중 임의의 것을 포함하고, 여기서 제2 표면 수두값은 제1 표면 수두값보다 약 16cm 미만만큼 크다.
구체적인 제15 측면은 선행하는 구체적인 측면들 중 임의의 것을 포함하고, 여기서 물질은, 높은 표면 에너지 유체를 물질의 제1 표면 상에 남겨두는 한편 낮은 표면 에너지 유체를 흡수함으로써 제1 표면 상의 서로 다른 표면 에너지를 갖는 유체들의 혼합물을 분리하도록 구성된다.
구체적인 제16 측면은 선행하는 구체적인 측면들 중 임의의 것을 포함하고, 여기서 물질은, 미코팅된 제2 표면을 높은 표면 에너지 유체로 습윤시킨 후에 낮은 표면 에너지 유체를 물질의 제1 표면 상에 남겨두는 한편 높은 표면 에너지 유체를 흡수함으로써 제1 표면 상에 서로 다른 표면 에너지를 갖는 유체들의 혼합물을 분리하도록 구성된다.
구체적인 제17 측면에서, 한 방향 밸브 특성을 갖는 물질은, 제1 표면 수두값을 갖는 제1 표면 및 제2 표면 수두값을 갖는 제2 표면을 갖는 부직포 기재, 및 약 2gsm 미만의 첨가 수준에서 제1 표면 상에 배치된 초소수성 제제를 포함하고, 여기서 제2 표면 수두값은 제1 표면 수두값보다 적어도 4cm 크다.
구체적인 제18 측면은 구체적인 제17 측면을 포함하고, 여기서 초소수성 제제는 소수성 성분, 나노 구조화 입자들, 및 물을 포함한다.
구체적인 제19 측면은 선행하는 특정 측면들 중 임의의 것을 포함하며, 여기서 소수성 성분은 불소화 중합체, 과불소화 중합체, 비불소화 중합체, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된다.
구체적인 제20 측면에서, 개인 위생 용품은, 신체 대향면과 반대측 후방 표면을 갖는 부직포 유체 투과성 상면시트, 유체 불투과성 배면시트, 및 상면시트와 배면시트 사이에 배치된 적어도 하나의 중간층을 포함하고, 여기서 유체 투과성 상면시트는, 제1 표면 수두값을 갖는 제1 표면 및 제2 표면 수두값을 갖는 제2 표을 갖는 부직포 기재; 및 제1 표면 상에 배치된 초소수성 제제를 포함하고, 여기서 제1 표면 수두값은 약 1cm 미만이고, 제2 표면 수두값은 제1 표면 수두값보다 적어도 4cm 크다.
본원에 개시된 치수들과 값들은 인용된 정확한 수치 값으로 엄밀하게 제한되는 것으로 이해되어서는 안된다. 대신, 달리 명시되지 않는 한, 각각의 이러한 치수는, 인용된 값 및 이 값 주변의 기능적으로 동등한 범위 모두를 의미하고자 하는 것이다. 예를 들어, "40mm"라고 개시된 치수는 "약 40mm"를 의미하고자 하는 것이다.
발명의 상세한 설명에 인용된 모든 문헌은 본원에서 참고문헌으로 관련 부분에서 원용되고; 어떤 문헌의 인용이 본 발명과 관련하여 선행 기술이라고 인정하는 것으로 해석되어선 안 된다. 본원에서 기재된 용어의 임의의 의미 또는 정의가 참고 문헌으로 원용된 문헌들의 용어의 임의의 의미 또는 정의와 상충되면, 본 명세서에 기재된 용어에 할당된 의미 또는 정의가 우선한다.
본 발명의 구체적인 측면들을 예시하고 설명하였지만, 본 발명의 다양한 사상과 범위로부터 벗어나지 않고서 다른 변경과 수정을 행할 수 있다는 것은 통상의 기술자에게 자명할 것이다. 따라서, 첨부된 청구범위들에서 본 발명의 범주 내에 있는 이러한 모든 변경과 변형을 포괄하고자 한다.

Claims (22)

  1. 한 방향 밸브 특성을 갖는 물질로,
    제1 표면 수두값을 갖는 제1 표면 및 제2 표면 수두값을 갖는 제2 표면을 갖는 부직포 기재; 및
    상기 제1 표면 상에 배치된 초소수성 제제를 포함하고, 여기서 상기 제1 표면 수두값은 1cm 미만이고, 여기서 상기 제2 표면 수두값은 상기 제1 표면 수두값보다 적어도 4cm 큰, 물질.
  2. 제1항에 있어서, 상기 초소수성 제제는 2gsm 미만의 첨가 수준에서 존재하는, 물질.
  3. 제1항에 있어서, 상기 초소수성 제제는 소수성 성분, 나노 구조화 입자들, 및 물을 포함하는, 물질.
  4. 제3항에 있어서, 상기 소수성 성분은 불소화 중합체, 과불소화 중합체, 비불소화 중합체, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는, 물질.
  5. 제4항에 있어서, 상기 나노 구조화 입자들은, 퓸드 실리카, 소수성 티타니아, 산화 아연, 나노클레이, 박리된 그라파이트 나노판, 카본 나노섬유, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는, 물질.
  6. 제3항에 있어서, 상기 소수성 성분은 수-분산성 소수성 중합체인, 물질.
  7. 제6항에 있어서, 상기 수-분산성 소수성 중합체는 아크릴 모노머, 아크릴 전구체 등으로부터 선택되는 코모노머를 포함하는, 물질.
  8. 제1항에 있어서, 상기 초소수성 제제는 개질된 과불소화 중합체인, 물질.
  9. 제1항에 있어서, 상기 초소수성 제제는 비이온성 계면활성제, 양이온 계면활성제, 및 음이온 계면활성제로부터 선택되는 계면활성제를 더 포함하는, 물질.
  10. 제1항에 있어서, 상기 초소수성 제제는, 장쇄 지방산, 장쇄 지방산 염, 에틸렌-아크릴산, 에틸렌-메타크릴산 공중합체, 술폰산, 아세트산 등으로 이루어진 군으로부터 선택되는 안정화제를 더 포함하는, 물질.
  11. 제1항에 있어서, 상기 초소수성 제제는, 밀링된 유리, 탄산 칼슘, 알루미늄 삼수화물, 탈크, 안티모니 삼산화물, 비산재, 클레이, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 충진제를 더 포함하는, 물질.
  12. 제1항에 있어서, 상기 부직포 기재는 흡수성을 갖는, 물질.
  13. 제1항에 있어서, 상기 부직포 기재는 종이 타월감, 스펀본드, 멜트블로운, 코폼, 에어레이드, 본디드-카디드 웹 물질, 수력엉킴(스펀레이스) 물질, 이들의 조합 등으로부터 선택되는, 물질.
  14. 제1항에 있어서, 상기 제2 표면 수두값은 상기 제1 표면 수두값보다 16cm 미만만큼 큰, 물질.
  15. 제1항에 있어서, 상기 물질은, 높은 표면 에너지 유체를 상기 물질의 상기 제1 표면 상에 남겨두면서 낮은 표면 에너지 유체를 흡수함으로써 서로 다른 표면 에너지를 갖는 유체들의 혼합물을 상기 제1 표면 상에서 분리하도록 구성된, 물질.
  16. 제15항에 있어서, 상기 물질은, 미코팅된 상기 제2 표면을 높은 표면 에너지 유체로 습윤시킨 후에 낮은 표면 에너지 유체를 상기 물질의 상기 제1 표면 상에 남겨두면서 높은 표면 에너지 유체를 흡수함으로써 서로 다른 표면 에너지를 갖는 유체들의 혼합물을 상기 제1 표면 상에서 분리하도록 구성된, 물질.
  17. 한 방향 밸브 특성을 갖는 물질로,
    제1 표면 수두값을 갖는 제1 표면 및 제2 표면 수두값을 갖는 제2 표면을 갖는 부직포 기재;
    2gsm 미만의 첨가 수준에서 상기 제1 표면 상에 배치된 초소수성 제제를 포함하고, 여기서 상기 제2 표면 수두값은 제1 표면 수두값보다 적어도 4cm 큰, 물질.
  18. 제17항에 있어서, 상기 초소수성 제제는 소수성 성분, 나노 구조화 입자들, 및 물을 포함하는, 물질.
  19. 제18항에 있어서, 상기 소수성 성분은 불소화 중합체, 과불소화 중합체, 비불소화 중합체, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는, 물질.
  20. 개인 위생 용품으로, 신체 대향면과 반대측 후방 표면을 갖는 부직포 유체 투과성 상면시트, 유체 불투과성 배면시트, 및 상기 상면시트와 상기 배면시트 사이에 배치된 적어도 하나의 중간층을 포함하고, 여기서 상기 유체 투과성 상면시트는, 제1 표면 수두값을 갖는 제1 표면 및 제2 표면 수두값을 갖는 제2 표면을 갖는 부직포 기재; 및
    상기 제1 표면 상에 배치된 초소수성 제제를 포함하고, 여기서 상기 제1 표면 수두값은 1cm 미만이고, 여기서 상기 제2 표면 수두값은 상기 제1 표면 수두값보다 적어도 4cm 큰, 개인 위생 용품.
  21. 제20항에 있어서, 상기 부직포 유체 투과성 상면시트는 종이 타월감, 스펀본드, 멜트블로운, 코폼, 에어레이드, 본디드-카디드 웹 물질, 수력엉킴(스펀레이스) 물질, 이들의 조합 등으로부터 선택되는, 개인 위생 용품.
  22. 제20항에 있어서, 상기 초소수성 제제는 개질된 과불소화 중합체인, 개인 위생 용품.
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