KR102517527B1

KR102517527B1 - 흡수 구조체 및 이를 포함하는 위생용품

Info

Publication number: KR102517527B1
Application number: KR1020210013128A
Authority: KR
Inventors: 이중명; 최사랑
Original assignee: 경북대학교 산학협력단
Priority date: 2021-01-29
Filing date: 2021-01-29
Publication date: 2023-04-04
Also published as: KR20220109743A

Abstract

본 발명은 친환경적이며, 효과적으로 액체를 흡수함과 동시에 재배출을 방지할 수 있는 비독성 및 생분해성 흡수 구조체 및 이를 포함하는 위생용품에 관한 것이다.

Description

흡수 구조체 및 이를 포함하는 위생용품{ABSORBENT STRUCTURE AND SANITARY PRODUCT COMPRISING THE SAME}

본 발명은 흡수 구조체 및 이를 포함하는 위생용품에 관한 것이다.

오늘날 경제성장에 따른 국민 소득 및 생활 수준 향상, 여성의 사회적 진출 증가로 인해 현대인들이 편리하고 간편한 삶을 추구하면서 일회용 종이 기저귀 및 생리대의 소비량이 급격히 증가할 뿐만 아니라, 고령화 사회로 진입하면서 노인 인구 증가로 인해 성인용 위생팬티에 대한 수요 또한 점점 높아지고 있는 추세이다.

일반적으로 사용되는 일회용 기저귀 및 생리대의 흡수패드는 효율적으로 유체를 흡수하고, 재배출 되는 것을 방지하기 위해 Top sheet, ADL(acquisition distribution Layer), SAP(super absorbent polymer), Back sheet로 구성되어 있다. 먼저, 친수성 부직포 소재인 Top sheet는 흡수패드의 가장 윗부분에서 유체가 ADL 및 SAP로 스며드는 것을 도와주는 기능을 한다. 다음으로, top sheet와 SAP 사이에 존재하는 ADL은 흡수전달층으로써 친수성 부직포 소재로 이루어져 있으며, 유체를 빠르게 흡수하고 확산시키는 역할을 한다. 흡수층의 핵심 소재인 고흡수성 수지 SAP는 자체의 중량보다 최소 15배 이상의 수용성 액체를 흡수할 수 있는 친수성 고분자로써 수용액을 함유하되 불용성이며, 수용액이 충분히 흡수된 상태에서 하중이 가해지더라도 유지할 수 있는 기능성 소재이다. 마지막으로, 최하부층을 이루는 back sheet는 유체가 기저귀 혹은 생리대 밖으로 새는 것을 방지하는 역할을 한다.

상업용으로 널리 이용되고 있는 SAP 및 ADL 등과 같은 부직포 소재의 주원료는 난분해성을 가지는 석유계 고분자이므로 자연 분해 시 수백 년이 소요되며, 소각 시에는 다이옥신과 같은 유해물질 발생한다. 따라서, 이로 인한 환경오염이 심각한 사회문제로 대두되고 있다. 한편 친환경(eco-friendly)에 대한 관심이 증대되면서 환경문제에 대한 책임감을 지니고 현재뿐만 아니라 미래 세대의 환경까지 고려하여 올바른 소비를 하고자 하는 녹색소비자(Green Consumer)가 등장하였고, 이에 따라 친환경 제품에 대한 요구가 점차 증가하고 있는 추세이다.

이에, 석유계 고분자를 기반으로 제조되는 SAP 및 ADL을 포함하는 여성용 생리대 및 유아용/성인용 기저귀 등을 대체할 수 있는 위생용품의 개발이 필요한 실정이다.

일본 특허공보 특허 제2523269호(1996.08.07. 발행)

본 발명은 친환경적이며, 효과적으로 액체를 흡수함과 동시에 재배출을 방지할 수 있는 비독성 및 생분해성 흡수 구조체 및 이를 포함하는 위생용품을 제공하는 것이다.

다만, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상기 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 하기의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 실시상태는 제1 셀룰로오스계 다공성 물질을 포함하는 제1 흡수층; 상기 제1 흡수층 상에 구비되며, 제2 셀룰로오스계 다공성 물질을 포함하는 제2 흡수층; 및 상기 제2 흡수층 상에 구비되며, 제3 셀룰로오스계 다공성 물질을 포함하는 제3 흡수층;을 포함하고, 상기 제1 흡수층, 상기 제2 흡수층 및 상기 제3 흡수층의 순서로, 밀도가 증가되는 흡수 구조체를 제공한다.

또한, 본 발명의 일 실시상태는 상기 흡수 구조체를 포함하는 위생용품을 제공한다.

본 발명의 일 실시상태에 따른 흡수 구조체는 액체를 효과적으로 흡수할 수 있고, 흡수된 액체가 재배출되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시상태에 따른 위생용품은 친환경적이며, 비독성 및 생분해성 특성을 가지는 이점이 있다.

다만, 본 발명의 효과는 상술한 효과에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시상태에 따른 흡수 구조체의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시상태에 따른 위생용품을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시상태에 따른 위생용품의 분해도이다.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.

이하, 본 발명에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.

즉, 상기 제1 흡수층의 밀도보다 상기 제2 흡수층의 밀도가 크고, 상기 제2 흡수층의 밀도보다 상기 제3 흡수층의 밀도가 클 수 있다. 상기 제1 흡수층, 상기 제2 흡수층 및 상기 제3 흡수층의 순서로 밀도가 증가됨으로써, 상기 흡수 구조체는 상기 제1 흡수층을 통해 액체를 효과적으로 흡수할 수 있고, 흡수된 액체가 흡수 구조체체로부터 배출되는 것이 효과적으로 억제될 수 있다. 또한, 상기 상기 제1 셀룰로오스계 다공성 물질, 상기 제2 셀룰로오스계 다공성 물질 및 상기 제3 셀룰로오스계 다공성 물질의 순서로, 밀도가 증가될 수 있다.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 흡수층 내지 제3 흡수층의 밀도는 각 흡수층에 포함된 셀룰로오스계 다공성 물질의 밀도, 셀룰로오스계 다공성 물질을 압착하는 정도 등을 조절하여 제어될 수 있다.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 흡수층, 상기 제2 흡수층 및 상기 제3 흡수층 각각은 독립적으로 밀도가 0.01 g/cm³ 이상 3 g/cm³ 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 흡수층 내지 상기 제3 흡수층 각각은 독립적으로 밀도가, 0.05 g/cm³ 이상 2.5 g/cm³ 이하, 0.1 g/cm³ 이상 2.0 g/cm³ 이하, 0.15 g/cm³ 이상 1.5 g/cm³ 이하, 0.15 g/cm³ 이상 1.0 g/cm³ 이하, 0.01 g/cm³ 이상 1.0 g/cm³ 이하, 0.05 g/cm³ 이상 1.5 g/cm³ 이하, 또는 0.1 g/cm³ 이상 0.5 g/cm³ 이하일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제1 흡수층의 밀도는 0.1 g/cm³ 이상 0.2 g/cm³ 이하일 수 있고, 상기 제2 흡수층의 밀도는 0.3 g/cm³ 이상 0.4 g/cm³ 이하일 수 있고, 상기 제3 흡수층의 밀도는 0.45 g/cm³ 이상 0.55 g/cm³ 이하일 수 있다.

상기 제1 흡수층, 상기 제2 흡수층 및 상기 제3 흡수층의 밀도가 전술한 범위 내인 경우, 상기 흡수 구조체는 상기 제1 흡수층을 통해 액체를 효과적으로 흡수할 수 있다. 또한, 상기 제1 흡수층을 통해 흡수된 액체는 상기 제2 흡수층 및 상기 제3 흡수층 순서로 이동하여, 상기 흡수 구조체가 흡수할 수 있는 액체의 양이 증가될 수 있다. 나아가, 상기 제1 흡수층, 상기 제2 흡수층 및 상기 제3 흡수층의 밀도를 전술한 범위로 조절함으로써, 상기 흡수 구조체에 흡수된 액체가 배출 또는 역류하는 것을 효과적으로 억제할 수 있다.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 흡수층의 밀도와 상기 제2 흡수층의 밀도의 비는 1:1.1 내지 1:3이고, 상기 제2 흡수층의 밀도와 상기 제3 흡수층의 밀도의 비는 1:1.1 내지 1:3일 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 흡수층의 밀도와 상기 제2 흡수층의 밀도의 비는 1:1.3 내지 1:2.8, 1:1.5 내지 1:2.5, 또는 1:1.8 내지 1:2.3일 수 있다. 또한, 상기 제2 흡수층의 밀도와 상기 제3 흡수층의 밀도의 비는 1:1.3 내지 1:2.8, 1:1.5 내지 1:2.5, 또는 1:1.8 내지 1:2.3일 수 있다. 상기 제1 흡수층과 상기 제2 흡수층의 밀도 비, 상기 제2 흡수층과 상기 제3 흡수층의 밀도 비가 전술한 범위 내인 경우, 상기 흡수 구조체는 제1 흡수층을 통해 액체를 효과적으로 흡수할 수 있고, 흡수된 액체가 외부로 배출되거나 역류하는 것을 보다 억제할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시상태에 따른 흡수 구조체의 단면도이다. 도 1을 참고하면, 흡수 구조체(100)는 순차적으로 구비되는 제1 흡수층(10), 제2 흡수층(20) 및 제3 흡수층(30)을 포함할 수 있다. 한편, 도 1에는 도시되어 있지 않으나, 상기 흡수 구조체는 3개의 흡수층 이외에 추가적인 흡수층을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 흡수 구조체는 제3 흡수층 상에 구비되며, 제4 셀룰로오스계 다공성 물질을 포함하는 제4 흡수층을 더 포함할 수 있다. 나아가, 상기 흡수 구조체는 제4 흡수층 상에 구비되며, 제5 셀룰로오스계 다공성 물질을 포함하는 제5 흡수층을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 셀룰로오스계 다공성 물질, 상기 제2 셀룰로오스계 다공성 물질 및 상기 제3 셀룰로오스계 다공성 물질은 각각 독립적으로, 리그닌 함량이 1% 이상 30% 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 셀룰로오스계 다공성 물질 내지 제3 셀룰로오스계 다공성 물질 각각의 리그닌 함량은, 3% 이상 25% 이하, 또는 3% 이상 20% 이하일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제1 셀룰로오스계 다공성 물질의 리그닌 함량은 15% 이상 25% 이하, 상기 제2 셀룰로오스계 다공성 물질의 리그닌 함량은 7.5% 이상 12.5% 이하, 상기 제3 셀룰로오스계 다공성 물질의 리그닌 함량은 1% 이상 5% 이하일 수 있다.

상기 제1 셀룰로오스계 다공성 물질, 상기 제2 셀룰로오스계 다공성 물질 및 상기 제3 셀룰로오스계 다공성 물질 각각에 포함된 리그닌 함량이 전술한 범위 내인 경우, 상기 흡수 구조체는 제1 흡수층을 통하여 액체를 효과적으로 흡수하고, 흡수된 액체가 방출되는 것을 효과적으로 억제할 수 있다.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 흡수층에 포함된 제1 셀룰로오스계 다공성 물질에 함유된 리그닌의 함량은 상기 제2 흡수층에 포함된 제2 셀룰로오스계 다공성 물질에 함유된 리그닌의 함량과 동일하거나 클 수 있다. 또한, 상기 제2 흡수층에 포함된 제2 셀룰로오스계 다공성 물질에 함유된 리그닌의 함량은 상기 제3 흡수층에 포함된 제3 셀룰로오스계 다공성 물질에 함유된 리그닌의 함량과 동일하거나 클 수 있다.

구체적으로, 상기 제2 셀룰로오스계 다공성 물질의 리그닌 함량과 상기 제1 셀룰로오스계 다공성 물질의 리그닌 함량의 비는 1:1 내지 1:3이고, 상기 제3 셀룰로오스계 다공성 물질의 리그닌 함량과 상기 제2 셀룰로오스계 다공성 물질의 리그닌 함량의 비는 1:1 내지 1:5일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제2 셀룰로오스계 다공성 물질의 리그닌 함량과 상기 제1 셀룰로오스계 다공성 물질의 리그닌 함량의 비는 1:1.2 내지 1:2.8, 1:1.4 내지 1:2.5, 1:1.5 내지 1:2.0, 1:1 내지 1:2, 1:1.3 내지 1:1.8, 또는 1:1.5 내지 1:1.6일 수 있다. 또한, 상기 제3 셀룰로오스계 다공성 물질의 리그닌 함량과 상기 제2 셀룰로오스계 다공성 물질의 리그닌 함량 비는 1:1.5 내지 1:4.5, 1:2 내지 1:4, 1:2.5 내지 1:3.8, 1:2.5 내지 1:5, 1:2.7 내지 1:4.8, 1:3 내지 1:4.5, 또는 1:3.5 내지 1:4일 수 있다.

상기 제1 셀룰로오스계 다공성 물질과 상기 제2 셀룰로오스계 다공성 물질 간의 리그닌 함량 비, 상기 제2 셀룰로오스계 다공성 물질과 상기 제3 셀룰로오스계 다공성 물질 간의 리그닌 함량 비가 전술한 범위 내인 경우, 상기 흡수 구조체는 흡수된 액체가 재배출되는 것을 효과적으로 억제할 수 있다.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 흡수층, 상기 제2 흡수층 및 상기 제3 흡수층 각각의 두께는 0.3 mm 이상 5 mm 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 흡수층 내지 제3 흡수층 각각의 두께는 0.35 mm 이상 4.5 mm 이하, 0.5 mm 이상 4 mm 이하, 0.5 mm 이상 3 mm 이하, 또는 0.5 mm 이상 2 mm 이하일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제1 흡수층의 두께는 0.1 mm 이상 0.7 mm 이하, 상기 제2 흡수층의 두께는 0.75 mm 이상 1.25 mm 이하, 상기 제3 흡수층의 두께는 1.3 mm 이상 2 mm 이하일 수 있다.

상기 제1 흡수층, 상기 제2 흡수층 및 상기 제3 흡수층 각각의 두께를 전술한 범위 내로 조절함으로써, 상기 흡수 구조체의 흡수 성능 및 흡수된 액체의 배출을 억제하는 성능이 보다 향상될 수 있다. 또한, 상기 제1 흡수층, 상기 제2 흡수층 및 상기 제3 흡수층 각각의 두께가 전술한 범위 내인 경우, 상기 흡수 구조체의 전체 두께가 감소되는 이점이 있다.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 흡수층의 두께와 상기 제2 흡수층의 두께의 비는 1:1.1 내지 1:3이고, 상기 제2 흡수층의 두께와 상기 제3 흡수층의 두께의 비는 1:1.1 내지 1:3일 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 흡수층의 두께와 상기 제2 흡수층의 두께의 비는 1:1.5 내지 1:2.8, 또는 1:2 내지 1:2.5일 수 있다. 또한, 상기 제2 흡수층의 두께와 상기 제3 흡수층의 두께의 비는 1:1.5 내지 1:2.8, 또는 1:2 내지 1:2.5일 수 있다. 상기 제1 흡수층과 상기 제2 흡수층의 두께 비, 상기 제2 흡수층과 상기 제3 흡수층의 두께 비가 전술한 범위 내인 경우, 상기 흡수 구조체의 전체 두께가 감소됨과 동시에, 상기 흡수 구조체의 흡수 성능과 흡수된 액체의 배출을 억제하는 성능이 우수할 수 있다.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 흡수층은 상기 제1 셀룰로오스계 다공성 물질이 압착되어 형성된 것이고, 상기 제2 흡수층은 상기 제2 셀룰로오스계 다공성 물질이 압착되어 형성된 것이고, 상기 제3 흡수층은 상기 제3 셀룰로오스계 다공성 물질이 압착되어 형성된 것일 수 있다.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 셀룰로오스계 다공성 물질, 상기 제2 셀룰로오스계 다공성 물질 및 상기 제3 셀룰로오스계 다공성 물질 각각은, 셀룰로오스 섬유와 가교제를 포함하는 현탁액을 통해 제조된 하이드로겔로부터 유래된 것일 수 있다.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 셀룰로오스 섬유는 바이오매스 원료에서 제조된 펄프로부터 유래될 수 있다.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 흡수 구조체는 하기의 방법을 통해 제조될 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시상태는, 바이오매스 원료를 이용하여 펄프를 제조하는 단계; 상기 펄프로부터, 셀룰로오스 마이크로 파이버 및 셀룰로오스 피브릴 중 적어도 하나를 포함하는 셀룰로오스 섬유를 제조하는 단계; 상기 셀룰로오스 섬유 및 용제를 포함하는 현탁액을 제조하는 단계; 가교제를 상기 현탁액에 첨가하여 하이드로겔을 제조하는 단계; 상기 하이드로겔에 함유된 상기 용제를 제거하여, 셀룰로오스계 다공성 물질을 제조하는 단계; 및 상기 셀룰로오스계 다공성 물질을 압축하여 흡수층을 제조하는 단계;를 포함하는 흡수 구조체 제조 방법을 제공한다.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 바이오매스 원료는 목질계 바이오매스 원료 및 비목질계 바이오매스 원료 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 목질계 바이오매스 원료는 침엽수 목재칩 및 활엽수 목재칩 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 상기 목질계 바이오매스 원료의 종류를 한정하는 것은 아니다. 또한, 상기 비목질계 바이오매스 원료는 케나프(kenaf), 마, 벼, 바가스(bagasse), 대나무, 해조류, 옥수수대, 옥수수심, 볏짚, 왕겨, 밀짚 및 사탕수수대 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 상기 비목질계 바이오매스 원료의 종류를 한정하는 것은 아니다. 전술한 종류의 바이오매스 원료를 사용함으로써, 높은 생분해성을 가지며 친환경 소재인 상기 셀룰로오스계 다공성 물질을 제조할 수 있다.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 펄프를 제조하는 단계는, 상기 바이오매스 원료를 글리콜 에테르계 용제와 산의 혼합 용제와 반응시키는 단계를 포함할 수 있다. 즉, 상기 바이오매스 원료를 통해 유기용매 펄프를 제조할 수 있다. 구체적으로, 바이오매스 원료를 글리콜 에테르계 용제와 산의 혼합 용제와 반응시켜 펄프를 형성할 수 있다. 바이오매스 원료를 글리콜 에테르계 용제와 산의 혼합 용제와 반응시켜 펄프를 형성하는 경우, 제조되는 다공성 물질의 수분 흡수율, 수분 보유량, 탄성회복력 등의 물성을 효과적으로 향상시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 혼합 용제는 글리콜 에테르계 용제와 산의 혼합물일 수 있다. 상기 글리콜 에테르계 용제는 에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르, 에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르, 에틸렌 글리콜 모노프로필 에테르, 에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르, 프로필렌 글리콜 메틸 에테르, 다이에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르, 다이에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르, 및 다이프로필렌 글리콜 메틸 에테르 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 다만, 상기 글리콜 에테르계 용제의 종류를 한정하는 것은 아니다. 또한, 상기 산으로 염산, 황산, 질산 등을 사용할 수 있으나, 상기 산의 종류를 한정하는 것은 아니다.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 혼합 용제는 상기 글리콜 에테르계 용제와 상기 산의 부피비가 95:5 내지 99:1일 수 있다. 구체적으로, 상기 혼합 용제에 포함되는 상기 글리콜 에테르계 용제와 상기 산의 부피비는 96:4 내지 98.5:1.5, 96.5:3.5 내지 98:2, 또는 97:3 내지 97.5:2.5일 수 있다. 상기 혼합 용제에 포함되는 상기 글리콜 에테르계 용제와 산의 부피비가 전술한 범위 내인 경우, 상기 바이오매스 원료로부터 펄프를 효과적으로 제조할 수 있다.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 펄프를 형성하는 단계는, 상기 바이오매스 원료 1 Kg에 대하여, 상기 혼합 용제를 1L 내지 3L의 혼합비로 반응시킬 수 있다. 구체적으로, 상기 바이오매스 원료 1 Kg에 대한, 상기 혼합 용제의 혼합비는 1.5L 내지 2.5L, 또는 2L일 수 있다. 상기 바이오매스 원료와 상기 혼합 용제의 혼합비를 전술한 범위로 조절함으로써, 제조되는 펄프의 수율을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 펄프를 형성하는 단계는 100 ℃ 이상 150 ℃ 이하의 온도에서 수행될 수 있다. 구체적으로, 상기 펄프를 형성하는 단계의 온도는 110 ℃ 이상 140 ℃ 이하, 또는 120 ℃ 이상 130 ℃ 이하일 수 있다. 상기 펄프를 형성하는 단계를 수행하는 온도를 전술한 범위로 조절함으로써, 상기 바이오매스 원료로부터 상기 펄프를 안정적으로 형성할 수 있다.

또한, 상기 펄프를 형성하는 단계는 60 분 이상 180 분 이하의 시간, 90 분 이상 160 분 이하의 시간, 또는 120 분 이상 150 분 이하의 시간 동안 수행될 수 있다. 상기 펄프를 형성하는 단계를 수행하는 시간이 전술한 범위 내인 경우, 상기 펄프를 안정적으로 형성할 수 있고, 상기 펄프의 수율을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 펄프를 제조하는 단계는, 상기 바이오매스 원료를 통해 크라프트 펄프, 아황산 펄프 및 해조류 펄프 등을 제조할 수도 있다. 또한, 제조된 상기 펄프를 표백하여 사용하거나 또는 표백하지 않고 사용할 수도 있다.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 제조된 상기 펄프를 세척할 수 있다. 구체적으로, 증류수를 이용하여 상기 펄프에 함유된 불순물을 제거할 수 있다. 이를 통해, 제조되는 셀룰로오스계 다공성 물질의 물성이 저하되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 셀룰로오스 섬유를 제조하는 단계는, 상기 펄프를 염기성 용액과 혼합하여 펄프 슬러리를 제조하는 단계; 및 상기 펄프 슬러리를 믹서에 투입하고 니딩하여 상기 셀룰로오스 마이크로 파이버를 제조하는 단계;를 포함할 수 있다. 즉, 상기 공정을 수행함으로써, 상기 펄프로부터 셀룰로오스 마이크로 파이버를 제조할 수 있다.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 염기성 용액은 수산화나트륨 용액, 수산화칼륨 용액 및 수산화리튬 용액을 포함할 수 있으나, 상기 염기성 용액의 종류를 한정하는 것은 아니다.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 펄프 슬러리에 포함되는 상기 염기성 용액의 농도는 0.1 N 이상 1 N 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 염기성 용액의 농도는 0.15 N 이상 0.8 N 이하, 0.2 N 이상 0.6 N 이하, 또는 0.25 N 이상 0.5 N 이하일 수 있다. 상기 염기성 용액의 농도가 전술한 범위 내인 경우, 상기 펄프 슬러리로부터 셀룰로오스 마이크로 파이버를 효과적으로 형성할 수 있다.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 펄프 슬러리의 pH는 8 이상 14 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 펄프 슬러리의 pH는 9 이상 13 이하, 또는 10 이상 12 이하일 수 있다. 상기 펄프 슬러리의 pH를 전술한 범위로 조절함으로써, 상기 펄프 슬러리로부터 셀룰로오스 마이크로 파이버를 효과적으로 형성할 수 있다. 또한, 상기 펄프 슬러리의 pH가 전술한 범위 내인 경우, 상기 펄프 슬러리에 포함된 섬유의 팽윤이 촉진되어, 후술하는 니딩 처리를 통해 보다 미세화된 셀룰로오스 마이크로 파이버를 효과적으로 제조할 수 있다.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 펄프 슬러리 100 중량부에 대하여, 상기 펄프의 함량은 3 중량부 이상 15 중량부 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 펄프 슬러리 100 중량부에 대하여, 상기 펄프의 함량은 4.5 중량부 이상 12.5 중량부 이하, 5 중량부 이상 10 중량부 이하, 3 중량부 이상 10 중량부 이하, 또는 7.5 중량부 이상 15 중량부 이하일 수 있다. 예를 들어, 상기 펄프 슬러리에 포함된 상기 펄프의 함량은 3 중량% 이상 15 중량% 이하일 수 있다.

상기 펄프 슬러리에 포함된 상기 펄프의 함량을 전술한 범위로 조절함으로써, 믹서를 이용한 니딩 공정 시에 섬유간 마찰과 분산이 효율적으로 수행되어, 미세화된 셀룰로오스 마이크로 파이버를 용이하게 제조할 수 있다. 한편, 상기 펄프 슬러리에 포함된 상기 펄프의 함량이 너무 적은 경우에는 섬유간의 마찰 효율이 저하되어 미세화된 셀룰로오스 마이크로 파이버를 용이하게 제조할 수 없다. 또한, 상기 펄프 슬러리에 포함된 상기 펄프의 함량이 너무 많은 경우, 상기 펄프 슬러리는 고점도로 니딩이 원활하게 수행되지 않는 문제가 있다.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 니딩하는 단계는 100 rpm 이상 600 rpm 이하의 회전속도로 수행될 수 있다. 구체적으로, 상기 니딩하는 단계가 수행되는 회전속도는 150 rpm 이상 550 rpm 이하, 200 rpm 이상 500 rpm 이하, 250 rpm 이상 450 rpm 이하, 또는 300 rpm 이상 400 rpm 이하일 수 있다. 상기 니딩하는 단계가 수행되는 회전속도를 전술한 범위로 조절함으로써, 제조되는 셀룰로오스 마이크로 파이버를 보다 안정적으로 형성할 수 있다. 상기 회전속도는 니딩하는 단계에서 사용되는 믹서의 회전속도를 의미할 수 있다.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 니딩하는 단계는 20 ℃ 이상 35 ℃ 이하의 온도에서 수행될 수 있다. 상기 니딩을 수행하는 단계의 온도를 전술한 범위로 조절함으로써, 제조되는 셀룰로오스 마이크로 파이버가 변형 및 훼손되는 것을 억제할 수 있다.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 셀룰로오스 마이크로 파이버의 제조 방법은 상기 니딩을 수행하는 시간을 조절하여, 제조되는 셀룰로오스 마이크로 파이버의 물성을 제어할 수 있다. 구체적으로, 상기 니딩을 수행하는 단계는 1 시간 이상 3 시간 이하의 시간 동안 수행될 수 있다. 이를 통해, 제조되는 세룰로오스계 다공성 물질의 수분 흡수율, 수분 보유량, 탄성회복력 등의 물성을 효과적으로 향상시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 펄프 슬러리가 투입되는 상기 믹서는 니더(kneader)로서, 호바트 믹서, 스파이럴 믹서, 또는 버티컬 믹서일 수 있다. 다만, 상기 믹서의 종류를 한정하는 것은 아니고, 상기 펄프 슬러리에 전단력을 가할 수 있는 공지된 기기를 사용할 수 있다.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 셀룰로오스 섬유를 제조하는 단계는, 상기 펄프를 균질화 처리하여 상기 셀룰로오스 피브릴을 제조하는 단계를 포함할 수 있다. 구체적으로, 전술한 유기용매 펄프를 균질화 처리하여 셀룰로오스 피브릴을 제조할 수 있다. 이를 통해, 셀룰로오스 나노피브릴(cellulose nanofibrils, CNF), 또는 마이크로피브릴화 셀룰로오스(microfibrillated cellulose, MFC)를 제조할 수 있다. 상기 펄프를 균질화시키기 위하여, 당업계에서 사용되는 고압 균질기, 고압 유화기 등을 사용할 수 있다. 예를 들어, 고압 균질기를 사용하여 상기 펄프를 균질화시키는 경우, 상기 고압 균질기에 상기 펄프를 통과시키는 횟수, 상기 고압 균질기의 작동 압력 등을 조절하여, 제조되는 셀룰로오스 피브릴의 크기, 형태 등을 제어할 수 있다.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 셀룰로오스 섬유의 리그닌 함량은 30 중량% 이하일 수 있다. 즉, 상기 펄프로부터 제조된 상기 셀룰로오스 마이크로 파이버의 리그닌 함량이 30 중량% 이하일 수 있고, 상기 펄프로부터 제조된 상기 셀룰로오스 피브릴의 리그닌 함량이 30 중량% 이하일 수 있다. 구체적으로, 제조된 상기 셀룰로오스 섬유(셀룰로오스 마이크로 파이버 또는 셀룰로오스 피브릴)의 리그닌 함량은 0.1 중량% 이상 30 중량% 이하, 1 중량% 이상 28 중량% 이하, 5 중량% 이상 25 중량% 이하, 10 중량% 이상 22.5 중량% 이하, 15 중량% 이상 20 중량% 이하, 또는 15 중량% 이상 30 중량% 이하일 수 있다.

상기 셀룰로오스 섬유의 리그닌 함량이 전술한 범위 내인 경우, 제조되는 셀룰로오스계 다공성 물질의 수분 흡수율, 수분 보유량, 탄성회복력, 인장강도 등의 물성을 효과적으로 개선시킬 수 있다.

또한, 상기 셀룰로오스 섬유에 포함된 리그닌 함량은 상기 셀룰로오스계 다공성 물질에 포함된 리그닌 함량과 실질적으로 동일할 수 있다. 즉, 상기 셀룰로오스 섬유를 별도로 표백하지 않는 경우, 상기 셀룰로오스 섬유에 포함된 리그닌 함량과 상기 셀룰로오스계 다공성 물질에 포함된 리그닌 함량은 실질적으로 동일할 수 있다. 이때, 리그닌 함량이 실질적으로 동일하다는 것은, 리그닌 함량이 완전히 동일한 것뿐만 아니라, 제조 과정에서 리그닌이 미소하게 탈락하였으나 최종 물성에 영향을 미치지 않는 리그닌 함량을 포함하는 의미일 수 있다.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 셀룰로오스 섬유의 크기는 0.1 ㎛ 이상 500 ㎛ 이하일 수 있다. 즉, 상기 펄프로부터 제조된 상기 셀룰로오스 마이크로 파이버의 크기는 0.1 ㎛ 이상 500 ㎛ 이하일 수 있고, 상기 펄프로부터 제조된 상기 셀룰로오스 피브릴의 크기는 0.1 ㎛ 이상 500 ㎛ 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 셀룰로오스 섬유의 크기는 1 ㎛ 이상 475 ㎛ 이하, 5 ㎛ 이상 450 ㎛ 이하, 10 ㎛ 이상 400 ㎛ 이하, 20 ㎛ 이상 375 ㎛ 이하, 30 ㎛ 이상 350 ㎛ 이하, 40 ㎛ 이상 320 ㎛ 이하, 0.1 ㎛ 이상 100 ㎛ 이하, 10 ㎛ 이상 100 ㎛ 이하, 15 ㎛ 이상 97.5 ㎛ 이하, 20 ㎛ 이상 95 ㎛ 이하, 또는 25 ㎛ 이상 92.5 ㎛ 이하일 수 있다. 상기 셀룰로오스 섬유의 크기가 전술한 범위 내인 경우, 제조되는 셀룰로오스계 다공성 물질의 수분 흡수율, 수분 보유량, 탄성회복력, 인장강도 및 압축강도 등의 효과적으로 개선될 수 있다. 또한, 상기 셀룰로오스 섬유의 크기는 입자의 평균크기를 의미할 수 있다.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 셀룰로오스 섬유와 용제를 혼합하여, 현탁액을 제조할 수 있다. 상기 용제로서 증류수, 물, 아세톤, 에탄올, 메탄올 등을 사용할 수 있다.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 현탁액 100 중량부를 기준으로, 상기 셀룰로오스 섬유의 함량은 0.5 중량부 이상 10 중량부 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 현탁액에 포함되는 상기 셀룰로오스 섬유의 함량은 상기 현탁액 100 중량부를 기준으로, 1 중량부 이상 8.5 중량부 이하, 1 중량부 이상 5 중량부 이하, 1 중량부 이상 3 중량부 이하, 2.5 중량부 이상 7.5 중량부 이하, 4.5 중량부 이상 6 중량부 이하, 0.5 중량부 이상 5 중량부 이하, 또는 5 중량부 이상 10 중량부 이하일 수 있다. 상기 현탁액에 포함된 상기 셀룰로오스 섬유의 함량을 전술한 범위로 조절함으로써, 상기 하이드로겔을 효과적으로 제조할 수 있다.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 셀룰로오스 섬유와 상기 가교제의 몰비는 1:0.1 내지 1:10일 수 있다. 구체적으로, 상기 현탁액에 포함된 상기 셀룰로오스 섬유와 상기 가교제의 몰비는 1:0.3 내지 1:8.5, 1:0.5 내지 1:7, 1:1 내지 1:5, 1:1 내지 1:3, 1:0.1 내지 1:5, 1:0.5 내지 1:3.5, 또는 1:1 내지 1:2일 수 있다. 상기 현탁액에 포함된 상기 셀룰로오스 섬유와 상기 가교제의 몰비가 전술한 범위 내인 경우, 상기 셀룰로오스 섬유 간의 가교가 효과적으로 형성될 수 있고, 이에 의해 3차원 네트워크 구조를 가지는 다공성 물질이 안정적으로 형성될 수 있다. 이를 통해, 제조되는 셀룰로오스계 다공성 물질의 수분 흡수율, 수분 보유량, 탄성회복력, 인장강도, 압축강도 등의 물성을 효과적으로 향상시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 가교제는 에폭시계 화합물 및 알데히드계 화합물 중 어느 하나를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 가교제는 에폭시계 화합물을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 에폭시계 화합물은 에피클로로하이드린, 글리세롤 디글리시딜 에테르, 글리세롤 폴리글리시딜 에테르, 디글리세롤 폴리글리시딜 에테르, 폴리글리세롤 폴리글리시딜 에테르, 에틸렌글리콜 디글리시딜에테르, 디에틸렌글리콜 디글리시딜에테르, 프로필렌글리콜 디글리시딜에테르, 폴리에틸렌글리콜 디글리시딜에테르, 디프로필렌 글리콜 디글리시딜 에테르, 폴리프로필렌글리콜 디글리시딜에테르, 레소르시놀 디글리시딜 에테르, 네오펜틸 글리콜 디글리시딜 에테르, 1,6-헥산디올 디글리시딜 에테르, 수소화 비스페놀 A 디글리시딜 에테르, 폴리부타디엔 디글리시딜 에테르, 트리메틸올프로판 폴리글리시딜 에테르, 소르비톨 폴리글리시딜 에테르 또는 펜타에리트리톨 폴리글리시딜 에테르 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 에폭시계 화합물은 분자 구조 내에 글리시딜기를 적어도 2 이상 포함할 수 있다. 상기 가교제로서 에폭시계 화합물을 사용함으로써, 상기 셀룰로오스 섬유 간의 가교를 효과적으로 형성할 수 있다. 또한, 가교제로서 에폭시계 화합물을 사용하는 경우, 제조되는 셀룰로오스계 다공성 물질은 수분 침지 시에도 물속에서 해리되지 않고 그 형태를 안정적으로 유지할 수 있다. 또한, 상기 에폭시계 화합물은 비독성으로써 인체 및 환경에 유해한 영향을 미치는 것을 방지할 수 있다.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 가교제는 알데히드계 화합물을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 알데히드계 화합물은 글루타알데히드, 포름알데히드, 디알데히드전분, 숙신산알데히드, 아크릴알데히드, 옥살알데히드, 2-메틸아크릴알데히드, 2-옥소프로판알, 덱스트린 알데히드, 그리옥살, 숙신알데히드 및 아디프알데히드 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 가교제로서 알데히드계 화합물을 사용함으로써, 상기 셀룰로오스 섬유 간의 가교가 효과적으로 형성될 수 있고, 이에 의해 3차원 네트워크 구조를 가지는 다공성 물질이 안정적으로 형성될 수 있다. 이를 통해, 제조되는 셀룰로오스계 다공성 물질의 수분 흡수율, 수분 보유량, 탄성회복력 등의 물성을 효과적으로 향상시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 하이드로겔을 제조하는 단계는, 상기 현탁액에 염기성 촉매제를 첨가하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 셀룰로오스 섬유 및 상기 가교제를 포함하는 현탁액에 상기 염기성 촉매제를 첨가함으로써, 상기 셀룰로오스 섬유 간의 가교 반응을 촉진시킬 수 있다. 또한, 상기 염기성 촉매제를 사용함으로써, 가교 반응의 시간을 단축시킬 수 있고, 가교 반응이 수행되는 온도를 낮출 수 있는 이점이 있다. 상기 염기성 촉매제는 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화리튬 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 셀룰로오스 섬유와 상기 염기성 촉매제의 몰비는 1:0.1 내지 1:3일 수 있다. 구체적으로, 상기 셀룰로오스 섬유와 상기 염기성 촉매제의 몰비는 1:0.3 내지 1:2.5, 1:0.5 내지 1:2, 1:0.7 내지 1:1.8, 또는 1:1 내지 1:1.5일 수 있다. 상기 현탁액에 포함되는 상기 염기성 촉매제의 함량이 전술한 범위 내인 경우, 상기 셀룰로오스 섬유 간의 가교 반응을 효과적으로 촉진시켜, 셀룰로오스계 다공성 물질 제조 공정 시간을 감소키시고 제조 효율을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 하이드로겔을 제조하는 단계는, 20 ℃ 이상 100 ℃ 이하의 온도에서, 5 분 이상 180 분 이하의 시간 동안 수행될 수 있다. 구체적으로, 상기 하이드로겔을 제조하는 단계는 25 ℃ 이상 85 ℃ 이하, 30 ℃ 이상 70 ℃ 이하, 35 ℃ 이상 55 ℃ 이하, 40 ℃ 이상 100 ℃ 이하, 50 ℃ 이상 90 ℃ 이하, 또는 60 ℃ 이상 80 ℃ 이하의 온도에서 수행될 수 있다. 또한, 상기 하이드로겔을 제조하는 단계는 15 분 이상 160 분 이하, 30 분 이상 140 분 이하, 45 분 이상 120 분 이하, 또는 60 분 이상 90 분 이하의 시간 동안 수행될 수 있다. 상기 하이드로겔을 제조하는 온도 및 시간을 전술한 범위로 조절함으로써, 상기 현탁액으로부터 상기 하이드로겔을 안정적으로 제조할 수 있다.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 다공성 물질을 제조하는 단계는, 상기 하이드로겔을 냉동시키고 동결 건조시키는 단계를 포함할 수 있다. 상기 하이드로겔을 냉동시키기 위하여, 냉동기 혹은 액화 질소를 이용하여 상기 하이드로겔을 얼음-주형(ice-templating)시킬 수 있다. 상기 하이드로겔을 냉동시킴으로써 내부에 공극을 형성할 수 있고, 이후에 동결 건조를 통해 상기 용제를 제거함으로써, 다공성 물질을 제조할 수 있다.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 하이드로겔의 냉동은 -50 ℃ 이상 -5 ℃ 이하의 온도에서 수행되고, 상기 동결 건조는 -85 ℃ 이상 -40 ℃ 이하의 온도 및 1 mTorr 이상 50 mTorr 이하의 압력에서 수행될 수 있다. 구체적으로, 상기 하이드로겔의 냉동은 -45 ℃ 이상 -10 ℃ 이하, -40 ℃ 이상 -15 ℃ 이하, -35 ℃ 이상 -20 ℃ 이하, 또는 -30 ℃ 이상 -25 ℃ 이하의 온도에서 수행될 수 있다. 상기 하이드로겔을 냉동하는 온도를 전술한 범위로 조절함으로써, 상기 하이드로겔에 함유된 상기 용제를 효과적으로 얼릴 수 있고, 이를 통해 상기 하이드로겔 내에 공극(pore)을 효율적으로 형성시킬 수 있다.

또한, 상기 동결 건조가 수행되는 온도는 -80 ℃ 이상 -50 ℃ 이하, 또는 -70 ℃ 이상 -60 ℃ 이하일 수 있다. 상기 동결 건조가 수행되는 압력은 5 mTorr 이상 45 mTorr 이하, 10 mTorr 이상 40 mTorr 이하, 15 mTorr 이상 35 mTorr 이하, 또는 20 mTorr 이상 30 mTorr 이하일 수 있다. 냉동된 상기 하이드로겔을 동결 건조시키는 온도 및 압력을 전술한 범위로 조절함으로써, 상기 하이드로겔 내에 얼어 있는 상기 용제를 효과적으로 제거할 수 있고, 이를 통해 셀룰로오스계 다공성 물질의 다공 구조를 안정적으로 형성시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 셀룰로오스계 다공성 물질은 에어로겔(aerogel) 크세로겔(xerogel), 또는 크라이오겔(cryogel)의 형태로 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 셀룰로오스계 다공성 물질의 밀도는 0.05 g/cm³ 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 셀룰로오스계 다공성 물질의 밀도는 0.045 g/cm³ 이하, 0.04 g/cm³ 이하, 0.035 g/cm³ 이하, 0.03 g/cm³ 이하, 0.025 g/cm³ 이하, 또는 0.023 g/cm³ 이하일 수 있다. 또한, 상기 셀룰로오스계 다공성 물질의 밀도는 0.01 g/cm³ 이상, 0.015 g/cm³ 이상, 또는 0.02 g/cm³ 이상일 수 있다. 전술한 범위의 밀도를 만족하는 상기 셀룰로오스계 다공성 물질은 수분 흡수율, 수분 보유량, 탄성회복력, 인장강도, 압축강도 등의 물성이 우수할 수 있다.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 셀룰로오스계 다공성 물질의 수분 흡수율은 2,000 % 이상 6,000 % 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 셀룰로오스계 다공성 물질의 수분 흡수율은 2,500 % 이상 6,000 % 이하, 3,000 % 이상 6,000 % 이하, 3,500 % 이상 6,000 % 이하, 4,000 % 이상 6,000 % 이하, 4,500 % 이상 6,000 % 이하, 5,000 % 이상 6,000 % 이하, 또는 5,500 % 이상 6,000 % 이하일 수 있다. 전술한 범위의 수분 흡수율을 만족하는 상기 셀룰로오스계 다공성 물질은 흡습 소재에 효과적으로 적용될 수 있다.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 셀룰로오스계 다공성 물질 1g 당 수분 보유량은 20 g 이상일 수 있다. 구체적으로, 상기 셀룰로오스계 다공성 물질 1g 당 수분 보유량은 20 g 이상 60 g 이하, 25 g 이상 60 g 이하, 30 g 이상 60 g 이하, 35 g 이상 60 g 이하, 40 g 이상 60 g 이하, 45 g 이상 60 g 이하, 50 g 이상 60 g 이하, 또는 55 g 이상 60 g 이하일 수 있다. 전술한 범위의 수분 보유량을 만족하는 상기 셀룰로오스계 다공성 물질은 흡습 소재에 효과적으로 적용될 수 있다.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 셀룰로오스계 다공성 물질의 인장강도는 150 gf/mm²이상일 수 있다. 구체적으로, 상기 셀룰로오스계 다공성 물질의 인장강도는 150 gf/mm²이상, 170 gf/mm²이상, 200 gf/mm²이상, 250 gf/mm²이상, 300 gf/mm²이상, 350 gf/mm²이상, 400 gf/mm²이상, 450 gf/mm²이상, 500 gf/mm²이상, 550 gf/mm²이상일 수 있다. 또한, 상기 셀룰로오스계 다공성 물질의 인장강도는 600 gf/mm²이하, 580 gf/mm²이하, 550 gf/mm²이하, 또는 500 gf/mm²이하일 수 있다.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 셀룰로오스계 다공성 물질의 압축강도는 500 gf/mm²이상일 수 있다. 구체적으로, 상기 셀룰로오스계 다공성 물질의 압축강도는 550 gf/mm²이상, 600 gf/mm²이상, 650 gf/mm²이상, 700 gf/mm²이상, 750 gf/mm²이상, 800 gf/mm²이상, 850 gf/mm²이상, 900 gf/mm²이상, 950 gf/mm²이상, 1,000 gf/mm²이상, 1,100 gf/mm²이상, 1,300 gf/mm²이상, 1,500 gf/mm²이상일 수 있다. 또한, 상기 셀룰로오스계 다공성 물질의 압축강도는 1,800 gf/mm²이하, 1,600 gf/mm²이하, 1,500 gf/mm²이하, 1,400 gf/mm²이하일 수 있다.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 셀룰로오스계 다공성 물질을 압축하여 흡수층을 제조할 수 있다. 구체적으로, 제조된 제1 셀룰로오스계 다공성 물질을 압축하여 제1 흡수층을 제조하고, 제조된 제2 셀룰로오스계 다공성 물질을 압축하여 제2 흡수층을 제조하고, 제조된 제3 셀룰로오스계 다공성 물질을 압축하여 제3 흡수층을 제조할 수 있다. 이때, 셀룰로오스계 다공성 물질을 압축하는 방법은, 당업계에서 사용되는 압축기 등을 이용할 수 있다.

이후, 제조된 제1 흡수층, 제2 흡수층 및 제3 흡수층을 서로 접합하여 상기 흡수 구조체를 제조할 수 있다. 이때, 접착제, 접착필름 등을 이용하거나, 또는 봉제를 통하여 제1 흡수층, 제2 흡수층 및 제3 흡수층을 서로 접합할 수 있다. 다만, 상기 제1 흡수층, 제2 흡수층 및 제3 흡수층을 접합하는 방법을 제한하는 것은 아니다.

본 발명의 일 실시상태는 상기 흡수 구조체를 포함하는 위생용품을 제공한다.

본 발명의 일 실시상태에 따른 위생용품은 친환경적이며, 비독성 및 생분해성 특성을 가지는 이점이 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시상태에 따른 위생용품을 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시상태에 따른 위생용품의 분해도이다.

도 2 및 도 3을 참고하면, 상기 위생용품(200)은 제1 흡수층(10'), 제2 흡수층(20') 및 제3 흡수층(30')을 포함할 수 있다. 이때, 상기 위생용품(200)에 포함된 제1 흡수층(10'), 제2 흡수층(20') 및 제3 흡수층(30')은 각각은 상기 도 1에 도시된 흡수 구조체(100)에 포함된 제1 흡수층(10), 제2 흡수층(20) 및 제3 흡수층(30) 각각과 동일할 수 있다.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 위생용품에 포함된 상기 제1 흡수층은 사용자의 피부에 접하는 내측에 위치하고, 상기 제3 흡수층은 외측에 위치할 수 있다. 도 3을 참고하면, 상기 위생용품(200)에 포함된 제1 흡수층(10')은 사용자의 피부(skin)에 접하는 면일 수 있다. 한편, 상기 위생용품(200)에 포함된 제3 흡수층(30')은 사용자의 피부를 기준으로, 최외곽에 배치된다.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 위생용품은, 유아용 위생용품, 성인용 위생용품 또는 여성용 위생용품일 수 있다.

이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 기술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않는다. 본 명세서의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.

실시예 1

제1 흡수층의 제조

침엽수 목재칩을 준비하였다. 준비된 침엽수 목재칩은 클라손 리그닌 함량이 약 28.7%이고, 칩의 크기는 높이 35 (±3) mm X 폭 8 (±3) mm X 두께 7 (±2) mm이다.

이후, 글리콜 에테르계 용제로 에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르와 산으로 황산(95%)를 준비하고, 에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르와 황산을 97:3의 부피비로 혼합하여 혼합 용제를 제조하였다.

이후, 목재칩 1Kg에 대하여 혼합 용제 2L의 혼합비로 고압 증기 처리 장치(autoclave, HST 506-6, Hanbaek ST, Korea)에 투입하여 120℃에서 120분간 반응시키고 증류수로 여과하여, 680 mL의 여수도(CSF)를 가지는 유기용매 펄프(리그닌 함량 27.4 %)를 제조하였다.

제조된 유기용매 펄프와 0.25 N NaOH 수용액(500 mL)를 혼합하여 펄프 슬러리를 제조하였다. 이때, 펄프 슬러리 100 중량부에 대하여 유기용매 펄프의 함량은 5 중량부(5.0 중량%)이었고, 펄프 슬러리의 pH는 약 13 이었다.

이후, 최대용량(총 부피)이 4,500 mL인 호바트 믹서기에, 펄프 슬러리를 약 499.5 mL를 첨가하고, 281 rpm의 회전속도로 3 시간 동안 니딩 처리하여, 셀룰로오스 마이크로 파이버를 수득하였다.

이후, 수득한 셀룰로오스 마이크로 파이버에 2,000 mL의 0.5 N NaOH 수용액을 투입한 다음 여과 및 탈수하여 리그닌을 용출시켰다. 잔여 NaOH 성분을 제거하기 위해 물 세척 과정을 반복하여 최종적으로 제1 셀룰로오스 마이크로 파이버를 제조하였다.

이때, 후술하는 방법으로 측정된 제1 셀룰로오스 마이크로 파이버의 잔존 리그닌 함량은 약 17 %이었다.

상기에서 제조된 제1 셀룰로오스 마이크로 파이버를 증류수와 혼합하여, 현탁액을 제조하였다. 이때, 현탁액 100 중량부를 기준으로, 제1 셀룰로오스 마이크로 파이버의 함량은 1 중량부이었다.

이후, 현탁액에 가교제로서 글리세롤 디글리시딜 에테르와 염기성 촉매제로서 수산화나트륨을 첨가하였다. 이때, 제1 셀룰로오스 마이크로 파이버:가교제:염기성 촉매제의 몰비는 1:1:1이었다.

이후, 교반기를 이용하여 상기 현탁액을 약 5 분간 교반하고, 60 ℃의 항온 수조에서 1 시간 동안 반응시켜, 하이드로겔을 제조하였다. 제조된 하이드로겔을 -28 ℃의 냉동고에서 6시간 동안 동결시킨 후, 동결건조기(온도: -40 ℃, 압력: 50 mTorr)에서 48 시간 동안 건조시켜, 제1 셀룰로오스계 에어로겔(제1 셀룰로오스계 다공성 물질)을 제조하였다.

이후, Pressure plate(QMESYS, QM900S)을 이용하여, 제조된 제1 셀룰로오스계 에어로겔을 압축하여, 0.15 g/cm³ 밀도 및 0.5 mm 두께를 가지는 제1 흡수층을 제조하였다.

이때, 제1 흡수층의 밀도는 제1 셀룰로오스계 에어로겔의 질량과 제1 흡수층의 부피를 측정하고, 단위부피당 질량으로써 밀도를 계산하였다.

제2 흡수층의 제조

상기 제1 흡수층의 제조와 동일한 방법으로 유기용매 펄프를 제조하였다. 이후, 전건 유기용매 펄프 10g을 물에 희석(유기용매 펄프 함량: 3 중량%)하고, 치아염소산나트륨(NaClO) 1g, 아세트산(acetic acid) 0.5 ml을 첨가하고 70 ℃의 항온수조에서 1 시간 동안 반응시킨 뒤, 중성이 될 때까지 물로 세척하였다.

이후, 상기 제1 흡수층의 제조와 동일한 방법으로, 제2 셀룰로오스 마이크로 파이버를 제조하였다. 이후, 현탁액 100 중량부를 기준으로 제2 셀룰로오스 마이크로 파이버의 함량을 2 중량부로 조절한 것을 제외하고, 상기 제1 흡수층의 제조와 동일한 방법으로, 제2 셀룰로오스계 에어로겔(제2 셀룰로오스계 다공성 물질)과 제2 흡수층을 제조하였다.

이때, 제조된 제2 셀룰로오스 마이크로 파이버의 잔존 리그닌 함량은 약 11 %이었고, 제2 흡수층의 밀도는 0.3 g/cm³, 두께는 1 mm 이었다.

제3 흡수층의 제조

상기 제1 흡수층의 제조와 동일한 방법으로 유기용매 펄프를 제조하였다. 이후, 전건 유기용매 펄프 10g을 물에 희석(유기용매 펄프 함량: 3 중량%)하고, 치아염소산나트륨(NaClO) 1g, 아세트산(acetic acid) 0.5 ml을 첨가하고 70 ℃의 항온수조에서 반응시켰다. 이때, 1 시간 마다 치아염소산나트륨 1g, 아세트산 0.5 ml을 첨가하여, 총 4 시간 동안 반응을 진행하였고, 중성이 될 때까지 물로 세척하였다.

이후, 상기 제1 흡수층의 제조와 동일한 방법으로, 제3 셀룰로오스 마이크로 파이버를 제조하였다. 이후, 현탁액 100 중량부를 기준으로 제3 셀룰로오스 마이크로 파이버의 함량을 3 중량부로 조절한 것을 제외하고, 상기 제1 흡수층의 제조와 동일한 방법으로, 제3 셀룰로오스계 에어로겔(제3 셀룰로오스계 다공성 물질)과 제3 흡수층을 제조하였다.

이때, 제조된 제3 셀룰로오스 마이크로 파이버의 잔존 리그닌 함량은 약 3 %이었고, 제3 흡수층의 밀도는 0.45 g/cm³, 두께는 1.5 mm 이었다.

흡수 구조체의 제조

상기에서 제조된 제1 흡수층, 제2 흡수층 및 제3 흡수층을 순차적으로 적층하여 적층체를 만들고, 적층체의 테두리 부분을 sealing machine을 통해 압착하여 흡수 구조체를 최종적으로 제조하였다.

비교예 1

상기 실시예 1의 제1 흡수층의 제조와 동일한 방법으로 유기용매 펄프, 셀룰로오스 마이크로 파이버를 제조하였다. 이후, 현탁액 100 중량부를 기준으로 제2 셀룰로오스 마이크로 파이버의 함량을 1 중량부로 조절하고, 셀룰로오스계 에어로겔을 압축하는 정도를 조절한 것을 제외하고, 상기 제1 흡수층의 제조와 동일한 방법으로, 셀룰로오스계 에어로겔을 제조하고, Pressure plate(QMESYS, QM900S)을 이용하여, 제조된 셀룰로오스계 에어로겔을 압축하여, 0.15 g/cm³ 밀도 및 3 mm 두께를 가지는 단일층의 제4 흡수층을 제조하였다.

비교예 2

상기 실시예 1의 제1 흡수층의 제조와 동일한 방법으로 유기용매 펄프, 셀룰로오스 마이크로 파이버를 제조하였다. 현탁액 100 중량부를 기준으로 제2 셀룰로오스 마이크로 파이버의 함량을 3.5 중량부로 조절한 것을 제외하고, 상기 제1 흡수층의 제조와 동일한 방법으로, 셀룰로오스계 에어로겔을 제조하고, Pressure plate(QMESYS, QM900S)을 이용하여, 제조된 셀룰로오스계 에어로겔을 압축하여, 0.5 g/cm³ 밀도 및 3 mm 두께를 가지는 단일층의 제5 흡수층을 제조하였다.

실험예

잔존 리그닌 함량 측정

셀룰로오스 마이크로 파이버의 잔존 리그닌 함량을 하기와 같이 측정하였다.

구체적으로, 제조된 셀룰로오스 마이크로 파이버를 동결 건조하여 샘플을 제조하고, 전건 상태의 셀룰로오스 마이크로 파이버 샘플 0.2g에 72% 농도의 황산 5 mL를 투입하고, 1시간 마다 교반하면서 4시간 동안 상온에서 정치하였다. 이후, 196 mL의 증류수를 추가하여 희석한 후, Autoclave에서 120℃의 온도에서 2시간 반응시켰다. 반응이 끝난 후에 증류수를 이용하여 glass filter에 감압·여과하고, glass filter의 잔여물을 105℃ 건조기에서 건조시켰다. 이후, 잔존 리그닌 함량은 하기 식 1로 산출하였다.

[식 1]

L = W/S X 100

상기 식 1에서, “L”은 잔존 리그닌 함량이고, “S”는 샘플의 전건 중량(g)이고, “W”는 건조된 잔여물의 중량(g)이다.

흡수량 및 역류량 측정

실시예 1에서 제조된 흡수 구조체, 비교예 1에세 제조된 흡수층 4, 비교예 2에세 제조된 흡수층 5에 대하여, 흡수량 및 역류량을 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.

흡수 구조체의 흡수량은 ISO 11948-1에 따라 측정하였다.

시험 장치

중앙에 60 mm의 구멍이 뚫린 직사각형 아크릴 평판에 내경 60 mm, 높이 50 mm 의 실린더가 장착되고 무게가 880 ± 10 g 의 장비, 출구지름 5 mm, 입구지름 85 mm, 길이 140 mm 인 깔때기, 깔때기 고정용 스탠드를 준비하였다. 여과지는 정량분석용으로 작은입자 거름종이(5 종 C) 또는 이와 동등한 거름시간 720 초 이하, 습윤 파열강도 1.47 kPa 이상 수준의 여과지로 지름이 110 ± 2 mm 의 것을 사용하였다. 시험용액은 시약급 소금(95 % NaCl)을 증류수 농도(0.9 ± 0.005) %로 만든 생리 식염수 용액을 사용하였다.

시험 방법

a) 저울과 측량용 유리용기를 사용하여 흡수량 측정을 위한 여과지 1 장(B)의 무게와 역류량 측정을 위한 여과지 30 장(A)의 무게를 0.01 g 단위로 측정한다.

b) 여과지 1 장(B)를 시험편(흡수 구조체 또는 흡수층)의 하부에 놓고, 시험 용액이 밖으로 흐르지 않도록 주의하여 붓기 시작하며 실린더로 60 ml의 시험용액을 흘리기 시작하면서부터 실린더 내부에 시험용액이 보이지 않을 때까지의 시간을 흡수시간으로 초시계를 사용하여 측정한 후 3 분간 방치한다.

c) 3분 후 여과지 30 장을 여과지 중앙이 시험편(흡수 구조체 또는 흡수층) 안감의 시험용액 낙하지점 중앙에 오도록 올려놓는다.

d) 여과지 위에 2 kg의 저울추를 올려놓고 2 분 경과 후 저울추를 제거하고 역류량 여과지의 무게를 0.01 g 단위로 측정한다.

역류량 [g] = 시험 후 상부 여과지(A) 무게 [g] - 시험 전 상부 여과지(A) 무게 [g]

흡수량 [g] = 시험 후 하부 여과지(B) 무게 [g] - 시험 전 하부 여과지(B) 무게 [g]

	흡수량	역류량
실시예 1	60 g	4.8 g
비교예 1	60 g	13.9 g
비교예 2	48 g	11.4 g

상기 표 1을 참고하면, 실시예 1에서 흡수 구조체는 비교예 1과 동등한 흡수량, 비교예 2 대비하여 우수한 흡수량을 나타내고, 비교예 1 및 비교예 2 대비하여 역류량이 월등히 저하된 것을 확인하였다.

따라서, 본 발명의 일 실시상태에 따른 흡수 구조체는 효과적으로 액체를 흡수함과 동시에, 흡수된 액체가 재배출되는 것을 효과적으로 억제할 수 있음을 알 수 있다.

이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하고 설명하는 것이다. 또한, 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내고 설명하는 것에 불과하며, 전술한 바와 같이 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있으며, 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위 내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 따라서, 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한, 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

100: 흡수 구조체
10, 10': 제1 흡수층
20, 20': 제2 흡수층
30, 30': 제3 흡수층
200: 위생용품

Claims

제1 셀룰로오스계 다공성 물질을 포함하는 제1 흡수층;
상기 제1 흡수층 상에 구비되며, 제2 셀룰로오스계 다공성 물질을 포함하는 제2 흡수층; 및
상기 제2 흡수층 상에 구비되며, 제3 셀룰로오스계 다공성 물질을 포함하는 제3 흡수층;을 포함하고,
상기 제1 흡수층, 상기 제2 흡수층 및 상기 제3 흡수층의 순서로, 밀도가 증가되고,
상기 제2 셀룰로오스계 다공성 물질의 리그닌 함량과 상기 제1 셀룰로오스계 다공성 물질의 리그닌 함량의 비는 1:1.2 내지 1:2.8이고,
상기 제3 셀룰로오스계 다공성 물질의 리그닌 함량과 상기 제2 셀룰로오스계 다공성 물질의 리그닌 함량의 비는 1:1.5 내지 1:4.5인 것인 흡수 구조체.
제1항에 있어서,
상기 제1 흡수층의 밀도는 0.1 g/cm³ 이상 0.2 g/cm³이하이고,
상기 제2 흡수층의 밀도는 0.3 g/cm³ 이상 0.4 g/cm³이하이고,
상기 제3 흡수층의 밀도는 0.45 g/cm³ 이상 0.55 g/cm³이하인 것인 흡수 구조체.
제1항에 있어서,
상기 제1 흡수층의 밀도와 상기 제2 흡수층의 밀도의 비는 1:1.1 내지 1:3이고,
상기 제2 흡수층의 밀도와 상기 제3 흡수층의 밀도의 비는 1:1.1 내지 1:3인 것인 흡수 구조체.
제1항에 있어서,
상기 제1 셀룰로오스계 다공성 물질, 상기 제2 셀룰로오스계 다공성 물질 및 상기 제3 셀룰로오스계 다공성 물질은 각각 독립적으로, 리그닌 함량이 1% 이상 30% 이하인 것인 흡수 구조체.
삭제
제1항에 있어서,
상기 제1 흡수층, 상기 제2 흡수층 및 상기 제3 흡수층 각각의 두께는 0.3 mm 이상 5 mm 이하인 것인 흡수 구조체.
제1항에 있어서,
상기 제1 흡수층의 두께와 상기 제2 흡수층의 두께의 비는 1:1.1 내지 1:3이고,
상기 제2 흡수층의 두께와 상기 제3 흡수층의 두께의 비는 1:1.1 내지 1:3인 것인 흡수 구조체.
제1항에 있어서,
상기 제1 흡수층은 상기 제1 셀룰로오스계 다공성 물질이 압착되어 형성된 것이고, 상기 제2 흡수층은 상기 제2 셀룰로오스계 다공성 물질이 압착되어 형성된 것이고, 상기 제3 흡수층은 상기 제3 셀룰로오스계 다공성 물질이 압착되어 형성된 것인 흡수 구조체.
제1항에 있어서,
상기 제1 셀룰로오스계 다공성 물질, 상기 제2 셀룰로오스계 다공성 물질 및 상기 제3 셀룰로오스계 다공성 물질 각각은,
셀룰로오스 섬유와 가교제를 포함하는 현탁액을 통해 제조된 하이드로겔로부터 유래된 것인 흡수 구조체,
제9항에 있어서,
상기 셀룰로오스 섬유는 바이오매스 원료에서 제조된 펄프로부터 유래된 것인 흡수 구조체,
제1항에 따른 흡수 구조체를 포함하는 위생용품.
제11항에 있어서,
상기 위생용품에 포함된 상기 제1 흡수층은 사용자의 피부에 접하는 내측에 위치하고, 상기 제3 흡수층은 외측에 위치하는 것인 위생용품.
제11항에 있어서,
상기 위생용품은, 유아용 위생용품, 성인용 위생용품 또는 여성용 위생용품인 것인 위생용품.