KR20010005497A - 2-영역을 가지는 흡수 웹 - Google Patents

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리차드 조셉 캄프스
앤드류 마이클 레이크
제프리 딘 린드세이
마크 루이스 로빈슨
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로날드 디. 맥크레이
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Abstract

여성용 패드 및 기저귀 등과 같은 흡수 용품용 신체-면 라이너로 적합한 2-중 영역의 3-차원 탄성 흡수 웹이 개시되어 있다. 흡수 용품에 라이너로서 사용되는 경우에 여전히 본래부터 친수성이면서, 2-중 영역 웹은 개구가 있는 필름 및 부드러운 부직 커버층의 장점을 하나의 구조 내에 함께 가진다. 라이너는 소수성 물질이 도포 또는 인쇄된 융기된 영역 및 분리되어 위치하는 다수의 함몰된 영역을 포함하는 3-차원 지형을 가지는 습윤 탄성 친수성 기재시트의 웹을 포함한다. 바람직한 일 실시 태양에서, 기재시트의 융기된 영역에 적용된 소수성 물질은 개구 또는 틈이 함몰된 영역의 부분을 덮도록 개구가 나거나 또는 슬릿 기타 틈이 제공된 연속상 부직웹 내의 소수성 섬유를 포함한다. 융기된 소수성 영역은 건조감을 증대시키고 기재시트의 노출된 함몰 영역을 포함하는 하부의 친수성 영역을 향하여 유체가 흐르는 것을 촉진한다. 기재시트는 바람직하게는 하부의 흡수 물질, 가장 바람직하게는 안정화된 에어레이드 셀룰로오스 물질 또는 압축된 안정화 플러프에 액체를 전달하여 흡수 물질이 모세관 작용에 의하여 기재시트로부터 유체를 빨아들리게 한다. 부드러운 소수성 섬유가 융기된 영역에 도포된 경우, 라이너도 또한 사용시 건조감 이외에 부드러운 직물감을 가진다.

Description

2-영역을 가지는 흡수 웹{Dual-zoned Absorbent Webs}
흡수 용품은 통상적으로 피부와 접촉되어 사용된다. 종이 타월, 손 타월 및 걸레와 같은 기타 흡수 물질은 손에 쥐어진 상태에서 피부 또는 기타 표면의 액체를 흡수하는 반면에 일회용 기저귀, 여성용 패드, 팬티 라이너 및 실금 패드 등과 같은 일부 흡수 용품은 피부와 접촉한 상태로 체액 또는 배출물을 흡수한다. 실제로 모든 경우에서, 흡수 용품 또는 물질은 피부로부터 액체를 제거하여 깨끗하고 건조한 느낌을 제공하고 지나친 수화 또는 흡수되는 액체 내의 해로운 생물학적 또는 화학적 물질과 접촉하여 발생하는 피부 건강 문제를 감소시키는 것이 바람직하다.
종이 타월 및 걸레가 종종 전적으로 셀룰로오스 웹과 같은 균일한 물질로 구성되는 반면에, 체액을 흡수 하도록 의도된 흡수 용품은 통상적으로 세층 이상의 상이한 물질을 가진다. 사용자의 핍부에 접촉하는 것은 본원에서 때때로 라이너, 신체-쪽 라이너 또는 커버 라이너라고 지칭하는 상부시트 층이다. 상부시트 바로 밑은 액체를 보유하도록 의도된 흡수 코어이고, 흡수 코어의 바로 밑은 누출을 방지하고 제품의 결합성을 유지하는 유체-불투과성 하부시트이다. 상부시트는 촉감이 부드럽고 오줌, 생리혈 또는 유동성 배변과 같은 체액이 흡수되고 피부로부터 멀리 옮겨져 중앙 흡수 코어에 이르도록 높은 액체 투과성을 가져야 한다. 이상적으로는, 상부시트는 액체가 다시 피부에 접촉되는 것을 방지하여 "건조감(dry touch 또는 dry feel)"을 제공한다. 상부시트가 높은 습윤 탄성을 가져서 습윤시 그의 벌크(bulk) 및 형태를 유지하는 것이 또한 바람직하다.
피부와 접촉하는 종래의 친수성 커버 물질 또는 상부시트는 체액을 효과적으로 흡수 코어로 전달할 수 있지만, 사용자의 피부에 축축한 촉감을 유발하였고 피부 건강에 유해한 영향을 미칠 수 있다. 나아가, 그것은 액체를 그 층의 평면내에 흡수하고 액체를 흡수 용품의 가장자리에 이르게하여 누출되거나 배어나올 가능성이 있게 한다.
흡수 용품의 상부시트의 부드러움 및 건조감을 얻기 위하여, 많은 제조업자가 피부에 접촉하는 상부시트에 대하여 소수성 섬유로 제조된 부직포 쪽에 관심을 돌리게 되었다. 소수성 부직포의 사용이 개선된 건조감을 초래하기는 하지만, 소수성 물질은 흡수 코어로 흡수되는 것을 방해하고, 작은 흡수력을 가지며 액체 투과도를 감소시킨다. 나아가, 대부분의 소수성 물질의 불량한 흡수성은 액체를 그자리에 머물게하여 착용자의 움직임에 의하여 밖으로 용이하게 새어 나오게 한다.
다른 제조업자들은 소수성 섬유의 표면에 표면활성제를 포함하는 최종 처리를 적용하여 소수성 물질의 불량한 위킹(wicking) 및 흡수 특성을 개선하려고 노력해 왔다. 이러한 접근은 용품이 최초에 습윤될 때에는 약간의 잇점을 제공하였지만, 표면활성제는 씻겨져 버리는 경향이 있고 이에 의하여 추가로 습윤되면 더욱 불량한 작동이 유발될 수 있다.
생리대로 사용되는 흡수 패드의 경우에서는, 소수성 상부시트 또는 커버를 수반하는 두 가지의 상이한 접근이 통상적이다. 일 접근 방법은 편안함을 증가시키지만 불량한 생리혈 흡수력의 결점을 가지는 부드럽고 의류같은 소수성 부직 물질을 사용하는 것이다. 또 다른 접근 방법은 소수성 중합체 또는 기타 물질의 개구가 있는 플라스틱 필름을 사용하는 것이다. 개구는 체액을 커버로부터 바로 밑의 흡수 물질로 흡수되게 하는 반면에, 소수성 커버 물질은 많은 체액을 배척한다.
이론상으로는, 개구가 있는 소수성 물질은 z-방향(커버의 수직 방향)으로 빨아들여 밑에 위치하는 흡수 코어에 이르게 하는 반면에 착용자의 피부는 상대적으로 건조하게 유지되게 한다. 실제로는, 개구가 있는 소수성 필름은 수 많은 문제를 보인다. 개구가 있는 필름은 그들의 플라스틱과 같은 느낌 및 불량한 흡수율 때문에 일부 사용자가 싫어하는 단점이 있다. 그의 소수성 성질은 물질을 통과하여 전달되는 것을 방해하여 흡수 코어로 흡수되는 것을 지연시킬 수 있다. 유사하게, 필름과 사용자의 피부 사이에 액체 주머니 또는 푸울(pool)을 형성시킬 수 있다. 수압 또는 물리적 압축이 없으면, 특히 생리혈은 소수성 표면에 고이고 개구를 투과하지 못할 수 있다(특히 커버와 흡수 물질사이에 현저한 접촉 간격이 있는 경우).
따라서, 소수성 상부시트 물질의 특성으로 지칭되는 깨끗한 촉감을 제공하면서 또한 친수성 물질에 더 통상적인 성질인 상부시트를 통하여 하부 흡수 코어로 액체가 신속하게 z-방향(깊이 방향)으로 전달되게 하는 제공하는 개선된 상부시트가 요구되고 있다. 바람직하게는, 이들 흡수 상부시이트는 또한 소변 또는 기타 액체가 여러 번 가해져도 지속되는 습윤 탄성 및 흡수력을 가진다.
〈발명의 요약〉
본원 발명은 체액 또는 기타 액체를 흡수하는 피부 접촉 층으로 사용될 때 높은 흡수력과 깨끗하고 건조한 촉감이라는 한 때 상호 배타적이라고 생각되었던 잇점을 제공하는 복합체 탄성 물질에 관한 것이다.
본원에 참고 문헌으로 포함된 에프. -제이. 첸(F. -J. Chen) 등의 출원 중인 미국 특허 출원(제08/614,420호, "습윤 탄성 웹 및 그로 제조한 일회용 용품")에서는, 현저히 큰 벌크, 습윤 탄성, 평면내 투과성 및 흡수력을 가지는 신규 웨트-레이드(wet-laid) 티슈 웹이 기재되어 있다. 이러한 물질의 현저한 특성은 고수율 섬유, 습윤 강도 첨가제 및 성형된 3-차원 구조의 비압축 건조의 조합을 통하여 얻어진다. 이 물질의 3-차원 구조는 습윤될 때 용이하게 붕괴되지 않아서 습윤시 피부에 접촉하는 면적을 감소시키고, 이것은 상대적인 건조감에 기여한다. 이 선행 발명의 본래적으로 친수성인 물질 및 관련 물질은 향상된 건조감 및 일부 실시 태양에서는 개선된 부드러움을 부여할 수 있는 소수성 물질을 선택적으로 첨가하여 개인용 위생 용품에서 본질적으로 더욱 유용하게 제조될 수 있다는 사실이 발견되었다. 최상부(3-차원 친수성 웹의 신체 접촉 영역)에 퇴적된 소수성 물질로, 상기 웹의 다수의 친수성 영역은 체액이 접근하기 쉽도록 유지되어 체액이 신체로부터 흡수 매질로 흡수되어 제거되도록 하는 반면에, 최상부 신체 접촉 영역은 본질적으로 소수성으로 제조되어 깨끗하고 건조한 촉감을 증가시킨다. 따라서, 건조감 및 높은 흡수력은 소수성 및 친수성 물질의 적층물일 수 있는 하나의 단일층 또는 하나의 복합체 구조로 얻어질 수 있다. 소수성 물질은 기재시트에 결합되거나 구성 요소로서 부착된다. 이러한 물질을 포함하는 개선된 일회용 흡수 용품은 여성용 패드 및 팬티 라이너, 기저귀 및 라이너와 같은 실금 제품, 침대 패드, 일회용 기재시트귀, 풀-업스(pull-ups) 또는 일회용 운동 팬츠, 일회용 생리 팬츠, 포울트리(poultry) 패드, 일회용 땀 밴드 또는 패드, 가슴 패드, 신발의 악취 흡수 패드, 타월, 습윤된 걸레, 걸레, 의료용 패드, 붕대 및 환자용 멸균 패드, 일회용 의복, 헬멧 또는 기타 보호 장치 또는 운동 기어(gear)의 라이너, 자동차 및 기타 표면에 광을 내는데 사용하는 패드 등을 포함한다. 상부시트, 흡수 코어 및 배면시트를 함유하는 흡수 용품의 간단한 예가 본원에 참고 문헌으로 포함된 1974년 3월 7일에 헤드스트롬(Hedstrom) 등에게 부여된 미국특허 제3,809,089호에 예시되어 있다.
일반적으로, 3-차원 습윤 탄성 섬유성 웹(상기 웹은 본질적으로 친수성인 섬유를 주로 포함) 표면의 상대적으로 융기된 부분에 소수성 제제 또는 물질을 부가하는 것은 흡수 용품으로 사용되는 도중에 피부에 접촉한 채로 유지되거나 또는 피부로 다시 흐를 수 있는 유체의 양을 감소시키고 이에 의하여 개선된 건조감을 유발하여 이러한 웹이 흡수 용품에서 더 적절히 사용될 수 있게 해줄 수 있다는 사실이 밝혀져 있다. 소수성 수지, 겔, 에멀젼, 왁스 또는 액체 같은 기타 물질이 표면의 확연한 매끄러움 또는 미끄러움을 증가시키고 촉감 특성을 개선하는 반면에 짧고 미세한 합성 섬유와 같은 일정한 소수성 물질은 기분좋은 부드러움, 보송보송함 및 건조감을 제공할 수 있다. 적절한 기재시트는 공지의 제지(papermaking) 기술을 이용하여 제지 섬유의 수성 슬러리로부터 제조할 수 있다. 이 섬유는 나무 또는 기타 셀룰로오스 원으로부터 유래될 수 있고 바람직하게는 고수율 또는 기타 습윤 탄성 펄프 섬유을 일부 함유하고 유효한 양의 습윤 강도제를 함유한다. 기재시트는 3-차원 직물 상의 드루-드라잉(through-drying) 또는 기타 본 기술 분야에 공지된 방법에 의하여 텍스쳐될(textured) 수 있고 바람직하게는 비-압축 건조하여 3-차원 구조를 얻는다. 원한다면, 경도를 글리세롤과 같은 적절한 가소제를 포함시키거나 또는 마이크로스트레이닝(microstraining), 건조 크레핑(creping), 또는 캘린더링(calendering)과 같은 기계적 처리에 의하여 습윤 탄성 펄프 섬유의 본래의 감소시킬 수 있다. 3-차원 웹의 형성에 적합한 드루-드라잉 직물은 본원에 참고 문헌으로 포함되어 있는, 치우(Chiu) 등에게 1995년 7월 4일 허여된 미국 특허 제5,429,686호("부드러운 티슈 제품의 제조 장치")에 개시되어 있다. 습윤 성형(wet molding), 3-차원의 형성 직물 상의 형성, 부직 기재 상의 건조, 엠보싱 직물 상의 러쉬 전달(rush transfer), 엠보싱, 스탬핑(stamping) 등과 같은 기타 방법이 유용한 3-차원 구조를 만들기 위하여 사용될 수 있다. 기재시트는 다양한 겹이 양호하게 결합되고 서로 밀접하게 연결되어 있는 하나의 다층 구조로서 형성될 수 있다. 하나의 다층 기재시트는 헤드박스(headbox)의 분리된 쳄버에 둘 이상의 퍼니시(furnishes)가 제공된 층상(layered 또는 stratified) 헤드박스를 사용하여 형성되거나, 또는 그들은 건조 도중에 겹들 사이에 광범위한 수소 결합을 형성시키기 위하여 건조하기 전에 습윤 웹을 서로 카우칭(couching)하여 분리된 헤드박스를 이용하여 형성되거나, 또는 웹에 포함되는 섬유 및 첨가제 조성을 변화시켜서 에어-레잉(air-laying)하는 도중에 형성될 수 있다. 다층 시트는 각 층의 물질 조성을 조절하여 물리적 성질을 보다 용이하게 조절할 수 있게 해준다. 예를 들면, 본원 발명에 유용한 하나의 다층 기재시트는 기재시트의 윗면에 상응하는 상부층, 및 상기 상부층의 하부에 완전히 부착(상기 부착층에 바람직하게는 건조 도중에 셀룰로오스 섬유 사이에 형성된 수소 결합을 통하여 부착)되는 하나 이상의 잔존 층을 가진다(여기에서, 상기 상부층의 물질 조성은 기재시트의 하나 이상의 잔존 층과 상이하다). 물질 조성의 차이점은 섬유의 종류(예를 들면, 부드러운 나무에 대한 단단한 나무의 백분율), 섬유 길이, 섬유 수율 및 섬유 형태 또는 화학적 성질을 변화키는 기계적 정련, 섬유 분할, 회전을 포함시키기 위한 분산, 증기 폭발(steam explosion), 효소 처리, 화학적 가교결합, 오존처리, 표백, 섬유 또는 다른 화학 제제를 통한 루멘(lumen) 부가, 섬유에서 제제의 초임계 유체 추출 또는 셀 벽 상의 또는 안으로의 용매의 초임계 유체 퇴적(deposition)을 포함하는 초임계 유체 처리 등과 같은 섬유 처리 방법에 기인할 수 있다. 상부층과 기재시트내의 하나 이상의 층 사이의 물질 조성의 차이는 또한 형태, 성질 또는 첨가량을 포함하는 첨가된 화학물질의 차이에 기인할 수 있다. 웹의 하나 이상의 층에 상이하게 첨가되는 화학물질은 탈결합제, 항균제, 습윤 강도 수지, 전분, 단백질, 초흡수 입자 및 글리콜, 착색제, 불투명화제, 표면활성제, 산화 아연, 베이킹 소오다, 규소 화합물, 제올라이트, 활성 탄소 등과 같은 섬유 가소제를 포함한다. 바람직한 일 실시 태양에서는, 기재시트 구조는 습윤 탄성의, 바람직하게는 부드러운 목재의 섬유로 구성되고, 바람직하게는 스프루스(spruce) BCTMP와 같은 고수율 섬유를 10% 이상 포함하는 비압축 건조된 하부층 및 화학적으로 펄프화된 단단한 목재와 같은 미세한 섬유 부분을 함유하는 부드러운 상부층을 가진다. 다층 기재시트 구조는 단일성(unitary)이고 이는 두 층이 밀접하게 서로 결합되어 있는 것을 의미한다. 예를 들면, 2-층 단일성 기재시트는 층상 헤드박스를 이용하여 형성시키거나 두 개의 습윤 시트를 건조시키기 전에 서로 카우칭시켜서 밀접한 결합 및 두 층 사이의 수소 결합을 형성하여 형성시킬 수 있다.
소수성 물질로 처리된 표면 면적의 부분은 특정 제품에 부분적으로 의존하는 편안함에 있어서 효과적인 개선을 제공하기에 매우 충분하다. 따라서, 소수성 물질로 덮혀있는 기재시트 표면의 비율은 약 5% 이상일 수 있고, 더욱 특이적으로는 약 10% 이상, 더욱 특이적으로는 약 20% 이상, 더욱 특이적으로는 약 30% 이상, 매우 더욱 특이적으로는 약 40 내지 약 75%일 수 있다. 본질적으로 친수성으로 잔존하는 기재시트 표면 면적의 비율은 약 10% 이상 일 수 있고, 더욱 특이적으로는 약 20% 이상, 더욱 특이적으로는 약 30% 이상, 더욱 특이적으로는 약 40% 이상, 더욱 특이적으로는 약 20 내지 약 90%, 매우 더욱 특이적으로는 약 50 내지 약 90% 일 수 있다. 유효하게 유체를 제거하기 위하여, 함몰된(depressed) 친수성 부위의 측면 너비(lateral width)는 약 0.1 mm 이상, 더욱 특이적으로는 약 0.5 mm 이상, 매우 더욱 특이적으로는 약 1 mm 이상이다. 함몰된 친수성 부위 사이의 간격은 약 0.4 mm 이상, 더욱 특이적으로는 약 0.8 mm 이상, 매우 더욱 특이적으로는 약 1.5 mm 이상일 수 있다. 융기된 부위의 최소 너비는 약 0.5 mm 이상, 더욱 특이적으로는 약 1 mm 이상, 매우 더욱 특이적으로는 약 1 내지 약 3 mm 일 수 있다.
바람직한 일 실시태양에서, 소수성 물질은 다수의 육안으로 확인 가능한 개구를 가져서 기재시트의 함몰된 부위의 부분이 그 개구에 맞도록 정렬되어 신체 배출물이 그 개구를 통해 기재시트로 도달되도록 기재시트를 덮는 본질적으로 연속적인 소수성 섬유 그물망을 포함한다. 육안으로 확인 가능한 개구는 물질 본래의 세공(pore) 크기에 비하여 상대적으로 큰 개구로 정의된다. 예를 들면, 통상적인 스펀본드(spunbond) 또는 본디드 카디드 웹(bonded carded web)에서, 육안으로 확인 가능한 개구는 인접한 섬유사이의 특징적인 세공 이라기 보다는 웹내에 의도적으로 도입한 개구 또는 틈으로 보이고, 특이적으로 약 0.2 mm 이상, 약 0.5 mm 이상, 약 1 mm 이상, 약 2 mm 이상, 약 4 mm 이상, 약 6 mm 이상, 또는 약 1 내지 5 mm 의 특성 너비(characteristic width)를 가진다. 특성 너비는 개구의 면적을 둘레의 길이로 나눈 수치에 4를 곱한 수치로 정의된다.
부직 웹은 본 기술 분야에 공지되어 있는 바와 같이 합성 섬유로부터 제조될 수 있고, 스펀본드 웹, 멜트본드 웹, 본디드 카디드 웹 또는 본 기술 분야에서 공지되어 있는 기타 섬유 부직 구조일 수 있다. 예를 들면, 낮은 기본 중량 스펀본드 물질과 같은 폴리올레핀 부직포는 핀 개구 내기(pin aperturing), 웹의 퍼프(perf) 엠보싱 및 기계적 연신, 웹에 개구를 제공하기 위한 다이 펀칭 또는 스탬핑, 웹에 패턴을 부여하는 패턴화되고 텍스쳐된 3-차원 기질에 자리하는 섬유 웹과 워터 제트(water jet) 사이의 작용에 의하여 발생하는 섬유 재정렬에 의하여 개구를 부여하기 위한 히드로인탱글링(hydroentangling), 웹내에 의도하는 개구를 내는 워터 나이프(water knife), 웹의 부분을 자르는 레이져 절단기, 육안으로 확인 가능한 개구를 부여하기 위한 패턴화된 기질 상의 합성 섬유의 에어 레잉과 같은 패턴 형성 기술, 실을 물어 이동시키기 위한 미늘이 있는 바늘의 세트로 행하는 바늘 펀칭 및 기타 본 기술 분야의 공지된 방법을 통하여 제공될 수 있다. 바람직하게는, 개구는 흡수 용품의 상부시트의 일부분 이상에 규칙적인 페턴으로 제공된다.
바람직하게는, 소수성 섬유의 그물망의 개구는 미리 정해진 개구의 분획이 주로 기재시트의 함몰된 부위 위에 겹쳐지도록 기재시트의 구조에 대하여 간격지어지고 정렬된다. 최소한 반 이상의 육안으로 확인 가능한 개구가 기재시트의 함몰된 부위 위에 겹쳐지는 경우에, 개구가 주로 함몰된 부위 위에 겹쳐진다고 언급된다. 함몰된 부위 위에 주로 겹쳐진 개구의 미리 정해진 비율은 약 0.25 이상, 0.4 이상, 0.5 이상, 0.7 이상, 0.8 이상, 또는 약 0.4 내지 0.85일 수 있다. 소수성 물질의 연속적 그물망은 적층되거나 또는 하부의 기재시트와 물리적으로 결합된다. 바람직하게는, 소수성 섬유의 그물망은 기재시트의 상부 부위와 이를 덮는 인접한 소수성 섬유의 그물망 부분을 점착 또는 결합시키는 고온 용융, 라텍스, 아교, 전분, 왁스 등을 포함하는 점착제 및 관련 제제에 의하여 기재시트에 결합된다. 바람직하게는, 점착제는 기재시트의 가장 융기된 부분에 사용되어 친수성 기재시트와 육안으로 보이는 개구를 가지는 소수성 섬유의 그물망의 결합을 촉진하고 함몰된 부위는 본질적으로 점착제가 존재하지 않게 남겨둔다. 점착제 적용은 고온 용융 아교 및 열가소성 물질의 멜트블로운 적용, 용융 또는 용해된 점착제의 분무 또는 소용돌이 노즐, 결합 전에 하나 또는 둘 모두의 표면위에 점착 물질을 인쇄하는 것등과 같은 방법을 통하여 수행될 수 있다. 점착제가 분무, 연무, 에어졸 또는 임의의 형태의 방울에 의하여 기재시트를 소수성 물질과 접촉시키기 전에 직접 적용되는 경우, 점착제가 지저시트의 수촉된 부위에 적용되는 것을 방지하고 기재시트의 융기된 부분에 우선적으로 적용되도록 주형 또는 패턴화된 차단막을 사용하는 것이 바람직하다.
편안함을 개선시키기 위하여, 상기 실시 태양에서 사용된 소수성 섬유 그물망은 바람직하게는 피부에 접촉시 부드럽고 편안하게 인식되는 것이다.
부직포를 포함하는 실시 태양에서 최적의 효율을 위해서, 웹내의 개구는 티슈 기재시트의 함몰된 부위의 배열에 상응하는 패턴으로 배열되거나, 또는 기재시트의 함몰된 부위의 서브세트(subset)에 상응하여야 한다. 본 출원인은 성형된 3-차원 기재시트의 함몰된 부위와 기하학적으로 상응하는 패턴으로 개구를 부직포 내에 제공하는 유용한 방법(여기에서, 기재시트는 3-차원 드루-드라잉 직물과 같은 작은 개구가 있는 텍스쳐된 기질 위에 성형됨)을 발견하였다. 이 방법은 섬유 표면을 변형시키기 위한 고압 워터 젯의 사용을 수반하는 공지의 원리인 히드로인탱글링을 수반한다. 히드로인탱글링의 기본 원리는 1969년에 허여된 미국특허 제3,485,706호 및 1970년에 허여된 동 제3,494,821호에 에반스(Evans)에 의하여 개시되어 있고, 이 두 문헌은 모두 본원에 참고문헌으로 포함되어 있다. 본기술 분야에 공지되어 있는 바와 같이, 히드로인탱글링은 부직 웹에 개구를 부여하기 위하여 사용될 수 있다. 일 공지 기술에서, 부직포는 텍스쳐된 투과성 운반체 직물에 의하여 운반된다. 워터 젯이 텍스쳐된 직물 상에 가해질 때, 워터 젯은 부직웹이 자리하는 담체 직물의 융기된 부위에서 섬유가 멀어지게 하여 운반체 직물의 융기된 부위에 개구를 형성하도록 부직웹에 작용한다. 부직웹이 3-차원 드루-드라이드 시트를 주형하기 위하여 사용되는 동일한 종류의 드루드라잉(throudrying) 직물, 바람직하게는 기재시트에 텍스쳐를 보전하기 위하여 크레프되지 않았거나 또는 약간 크레프된 시트 위에 거치된다면, 운반체 TAD 직물 상의 높은 부위가 부직 기재시트의 개구 부위가 될 것이다. TAD의 높은 부분은 드루-드라이드 시트의 직물 면의 함몰된 부위에 상응할 것이다. 다른 한편으로, 부직 웹이 3-차원 TAD 직물의 배면에 대하여 히드로인탱글되면, TAD 직물의 배면의 융기된 부위는 TAD 직물 상에 드루-드라이된 시트의 공기 면의 함몰된 부위에 일반적으로 상응할 것이다. 두 경우에 있어서, 부직웹은 TAD 직물의 실제 물리적 구조, 즉 드루-드라이드 시트의 함몰 부위에 상응하게 정렬된 개구를 가지도록 제조될 수 있다. 이어서 개구가 있는 부직 물질이 드루-드라이드 기재시트에 결합될 때, 개구는 드루우-드라이드 직물에 대한 부직웹 내의 개구 위치를 이 두 물질이 접근될 때 관측하고, 이어서 두 층을 서로 적절히 위치시키기 위하여 기계 수직 방향 및 기계 방향(예를 들면, 한 층의 속도를 제어하여 또는 한 층의 풀림 로울의 기계 방향 동작에 의하여)으로 물질의 위치를 조절할 수 있는 광전 수상(受像) 장치, 고속 CCD 카메라와 같은 본 기술 분야에 공지되어 있는 기술을 사용하여 기재시트의 함몰된 부위에 상응하게 정렬될 수 있다. 유체가 친수성 기재시트에 도달하도록 하는 개구가 간격을 두고 거치된 연속적 부직 웹을 포함하는 실시 태양에서, 본 출원인은 흡수 웹이 조밀화된 플러프(fluff) 펄프 또는 에어 레이드 셀룰로오스 웹(바람직하게는 카이멘(Kymene) 습윤 보강 수지와 같은 열경화성 물질 또는 가교 결합 화학물질로 안정화된 에어레이드 웹)의 분리된 층위에 겹쳐질 때 매우 양호한 유체 흡수도를 가지는 것을 발견하였다. 기재시트 바로 밑의 조밀화 셀룰로오스 웹 및 본원 발명의 소수성 물질에서, 친수성 기재시트에 가해지는 유체는 하부의 흡수 층의 국소 세공 크기가 충분히 작으면 모세관 흡수에 의하여 친수성 기재시트로부터 빨아들일 수 있다. 염색된 물 및 달걀 흰자의 수용성 혼합물로 수행한 실험은 조밀화 에어 레이드 웹위에 거치된 소수 처리된 셀룰로오스 기재시트의 조합이 매우 개선된 흡수를 초래하고, 유체가 주로 에어 레이드 물질로 향하고 기재시트의 횡 방향으로는 현저하게 퍼지지 않았다는 사실을 보였다.
이러한 웹의 고도로 캘린더된 형태도 손 타월로서 적절하다는 것을 발견하였다. 본래 가장 높은 소수성 부위는 상대적으로 평탄하게 만들어져서 초기에는 현저히 친수성인 영역이 신속한 유체 흡수를 위하여 젖은 피부에 접촉하게 되지만, 습윤시 팽창하는 능력을 가져서 친수성 영역이 더 소수성인 융기된 영역보다 상대적으로 피부로부터 멀어지 하여 습윤시 개선된 건조감을 제공한다. 이렇게 처리된 웹은 저렴하게 판매되기 위한 고밀도 및 일단 습윤되면 높은 흡수를 위한 저밀도를 가지면서 또한 사용시 건조감을 가지는 한 때 서로 배타적이었던 목표를 동시에 수행할 수 있다.
그러므로, 일 측면에서, 본 발명은 (a) 제지 섬유를 포함하고 상부 표면 및 하부 표면(상기 상부 표면은 융기 영역 및 함몰 영역을 가짐)을 가지는 본래부터 친수성인 기재시트 및 (b) 상기 기재시트의 상부 표면의 융기된 부위에 우선적으로 퇴적된 소수성 물질을 포함하는 습윤시 건조감을 가지는 흡수 웹에 관한 것이다.
또 다른 측면에서, 본 발명은 사용시 건조감을 제공하는 두 영역을 가지는 흡수 웹에 관한 것이다. 여기에서, 상기 웹은 습윤시 친수성 영역에 비하여 소수 처리된 영역이 더 융기되는 방식으로 팽창하는 본래부터 친수성인 셀룰로오스 영역에 의하여 둘러쌓인 다수의 소수 처리 영역을 포함하는 상부시트를 가진다.
또 다른 측면에서, 본 발명은 (a) 제지 섬유를 포함하고 상부 표면 및 하부 표면을 가지는 본래부터 친수성인 기재시트(여기에서, 상기 상부 표면은 캘린더 또는 크레프되지 않은 상태에서 전체 표면 깊이가 0.2 mm 이상인 융기 영역 및 함몰 영역을 가지고, 상기 기재시트는 6 cc/g 이상의 습윤 압축 벌크(wet compressed bulk)를 추가로 가짐) 및 (b) 상기 기재시트의 상부 표면의 융기된 영역에 우선적으로 퇴적된 소수성 물질을 포함하는 약 1g 이하의 재 습윤 수치를 가지는 흡수 웹에 관한 것이다.
또 다른 측면에서, 본 발명은 (a) 제지 섬유를 포함하고 상부 표면 및 하부 표면을 가지는 본래부터 친수성인 기재시트(여기에서, 상기 상부 표면은 전체 표면 깊이가 0.2 mm 이상인 융기 영역 및 함몰 영역을 가짐) 및 (b) 기재시트의 함몰 영역이 그위에 겹쳐진 소수성 섬유 그물망의 개구에 상응하게 정렬되어 신체 배출물이 육안으로 확인 가능한 개구를 통하여 기재시트에 도달하게 되는 방식으로 상기 기재시트의 상부 표면에 부착된 다수의 육안으로 확인 가능한 개구를 가지는 소수성 섬유의 실질적으로 연속적인 그물망을 포함하는 습윤시 건조감을 가지는 흡수 웹에 관한 것이다.
또 다른 일 측면에서, 본원 발명은 (a) 제지 섬유를 포함하고 상부 표면 및 하부 표면을 가지는 본래부터 친수성인 기재시트(여기에서, 상기 상부 표면은 융기 영역 및 함몰 영역을 가지고, 상기 기재시트는 바람직하게는 0.1 이상의 습윤:건조 인장강도 비를 가짐) 및 (b) 상기 기재시트의 상부 표면의 융기된 부위에 우선적으로 퇴적된 소수성 물질을 포함하는 습윤시 건조감을 가지는 흡수 웹에 관한 것이다.
또 다른 측면에서, 본 발명은 액체 불투과성 배면시트, 상기 배면시트에 도포되는 셀룰로오스 코어 및 액체 투과성 흡수 웹을 포함하는 흡수 용품에 관한 것이다. 여기에서, 상기 흡수 웹은 제지 섬유를 포함하며 습윤:건조 인장강도 비가 0.1 이상인 본래부터 친수성인 기재시트를 포함하고, 상기 기재시트는 상부 표면 및 하부 표면을 가지며, 상기 상부 표면은 융기 영역과 함몰 영역을 가지고 상기 융기 영역에 우선적으로 소수성 물질이 퇴적되고, 상기 기재시트는 기재시트의 하부 표면이 흡수 코어를 향하도록 흡수 코어 위에 겹쳐진다.
또 다른 측면에서, 본원 발명은 액체 불투과성 배면시트, 상기 배면시트에 위에 도포되는 셀룰로오스 코어 및 액체 투과성 흡수 웹을 포함하고(여기에서, 상기 흡수 웹은 제지 섬유를 포함하는 본래부터 친수성인 기재시트를 포함하고, 상기 기재시트는 상부 표면 및 하부 표면을 가지며, 상기 상부 표면은 융기 영역 및 함몰 영역을 가짐) 개구 부분이 기재시트의 함몰 영역 위에 겹쳐지도록 기재시트의 상부 표면에 부착된 소수성 부직 물질의 개구가 있는 연속성 그물망을 추가로 포함하는 흡수 용품에 관한 것이다(여기에서, 상기 기재시트는 기재시트의 하부 표면이 흡수 코어를 향하도록 흡수 코어 위에 겹쳐짐).
또 다른 일 측면에서, 본 발명은 웹의 한 면 또는 양면의 한 때 가장 높았던 영역에 소수성 물질을 가지는 이전에 3-차원 탄성었던 웹의 캘린더된 저 밀도 구조에 관한 것이다. 이러한 용품은 평탄한 종이의 평면내의 다수의 친수성 영역에 의하여 초기 위킹 동안에 유체에 대한 높은 초기 흡수도를 제공하고 이어서 습윤 도중에 건조감 처리 영역이 시트의 평면으로부터 융기되어 건조감을 강화시키는 적절한 손 타월로서 제공될 수 있지만, 이에 한정되지는 않는다. 이러한 용품 내의 소수성 물질은 또한 상기 용품의 외견상의 부드러움 또는 매끄러움을 증가시키기 위하여 사용될 수 있고 연속적 또는 불연속적 형태로 적용될 수 있다.
또 다른 측면에서, 본 발명은 (a) 제지 섬유의 수성 슬러리로부터 초기 상태의 종이 웹을 제조하는 단계, (b) 융기 영역 및 함몰 영역의 패턴을 가진 3-차원 드루-드라잉 직물위에서 초기 상태 종이 웹을 드루-드라잉시키는 단계, (c) 웹을 완전히 건조시키는 단계, (d) 히드로인탱글링으로 부직 웹에 개구를 내는 단계(여기에서, 부직 웹은 단계 (b)의 드루-드라잉 직물과 본질적으로 동일한 패턴의 융기 영역 및 함몰 영역을 가지는 운반체 직물을 덮는다) 및 (e) 부직 웹의 개구가 드루-드라이드 종이 웹의 함몰 영역에 실질적으로 맞추어 정렬되도록 개구가 난 웹을 드루-드라이드 종이웹에 부착시키는 단계를 포함하는 흡수 용품을 위한 흡수 물질을 제조하는 방법에 관한 것이다.
소수성 물질이 기재시트의 융기 부분에 우선적으로 퇴적된다라는 말에서, 용어 "우선적으로"는 단위 면적 기재 당 질량으로, 함몰 영역이 융기 영역보다 현저히 낮은 양의 소수성 물질을 가지도록 더 많은 소수성 물질이 함몰 영역보다는 융기 영역에 퇴적됨을 암시한다. 바람직하게는, 총 퇴적량 중에서 융기 영역에 퇴적된 소수성 물질의 백분율이 약 60% 이상이고, 더욱 특이적으로는 약 70% 이상이며, 매우 더욱 특이적으로는 약 80% 이상이다. 소수성 물질은 미세 섬유, 분말, 수지, 겔 및 기타 물질을 포함할 수 있고, 바람직하게는 10 gsm 미만의 평균 표면 기본 중량으로 퇴적되며, 더욱 특이적으로는 약 1 내지 약 10 gsm으로 퇴적된다. 흡수 용품의 피부에 접촉하는 층으로서 사용되는 경우, 상기 흡수 웹은 개구가 있는 비흡수 가소성 필름 또는 기타 본래 소수성인 물질에 흡수 개선체로서 작용한다. 상기 기재시트의 융기 영역은 바람직하게는 캘린더링 되지 않은 상태로 측정하였을 때 약 0.1 mm 이상, 바람직하게는 약 0.2 mm 이상, 더욱 바람직하게는 약 0.3 mm 이상, 가장 바람직하게는 약 0.25 내지 약 0.6 mm의 기재시트의 평면에 대한 상대적인 높이를 가지는 제곱 인치(6.45 cm2) 당 약 5 내지 약 300 개 사이의 융기를 포함한다.
용어의 정의 및 시험 공정
본 발명의 웹 및 그의 유체-처리 특성에 대한 기재에서, 하기에 기재된 다수의 용어 및 시험이 사용되었다.
본원에서 사용된, "고수율 펄프 섬유" 는 약 65 % 이상, 더욱 특이적으로는 약 75% 이상, 매우 더욱 특이적으로는 약 75 내지 약 95%의 수율을 제공하는 펄프화 공정에 의하여 제조된 펄프의 제지 섬유이다. 수율은 초기 나무 질량의 백분율로서 표현되는 제조된 섬유의 생성량이다. 고수율 펄프는 표백된 화학열가공 펄프(bleached chemithermomechanical pulp, BCTMP), 화학열가공 펄프(CTMP), 압력/압력 열가공 펄프(PTMP), 열가공 펄프(TMP), 열가공 화학 펄프(TMCP), 고수율 아황산염 펄프 및 고수율 크라프트(Kraft) 펄프를 포함하고, 이들은 모두 고 수준의 리그닌을 가지는 섬유를 함유한다. 바람직한 고수율 섬유는 또한 자유도가 250 캐나다 표준 자유도(Candian Standard Freeness, CSF) 이상, 보다 특이적으로는 350 CSF 이상, 매우 더욱 특이적으로는 400 CSF 이상이고, 낮은 미세 섬유 함량(브리트 자 시험(Britt jar test)에 의할 때 25% 미만, 더욱 특이적으로는 20% 미만, 매우 더욱 특이적으로는 15% 미만 및 매우 더욱 특이적으로는 10% 미만)을 가지는 비교적 완전한, 상대적으로 손상이 적은 섬유를 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기에 기재된 통상적인 제지 섬유 이외에, 고수율 펄프 섬유는 또한 인주솜풀 씨앗 솜 섬유, 마닐라삼, 대마, 양마, 사탕수수 찌끼, 목화 등과 같은 기타 천연 섬유를 포함한다.
본원에서 사용된, "습윤 탄성 펄프 섬유(wet resilient pulp fiber)"는 고수율 섬유, 화학적으로 경화된 섬유 및 가교 결합된 섬유로 구성된 군으로부터 선택된 제지 섬유이다. 화학적으로 경화된 섬유 또는 가교-결합된 섬유의 예는 머서 가공된(mercerized) 섬유, 와이어타우저 코프.(Weyerthaeuser Corp.)에 의하여 제조된 HBA 섬유, 및 1965년에 엘. 제이. 베마딘(L. J. Bemardin)에게 허여된 미국특허 제3,224,926호["가교 결합된 셀룰로오스 섬유의 형성 방법 및 그의 제조물(Method of Forming Cross-linked Cellulosic Fibers and Product Thereof)"]에 기재된 섬유 및 1969년에 엘. 제이. 베마딘(L. J. Bemardin)에게 허여된 미국특허 제3,455,778호["경화된 가교-결합 섬유 및 정련된 제지 섬유로부터 형성된 크레프 티슈(Creped Tissue Formed From Stiff Cross-linked Fibers and Refined Papermaking Fibers)"]에 기재된 섬유를 포함한다. 습윤 탄성 펄프 섬유의 임의의 혼합물이 사용 가능하지만, 고수율 펄프 섬유가 하기에 기재된 원칙에 따라서 사용될 때 취급이 용이하고 경비가 저렴하여서 본원 발명의 많은 실시 태양을 위하여 선택되는 습윤 탄성 섬유이다.
기재시트 내의 고수율 또는 습윤 탄성 펄프 섬유의 양은 약 10 건조 중량 % 이상, 더욱 특이적으로는 약 15 건조 중량 % 이상, 더욱 특이적으로는 약 30 건조 중량 % 이상, 매우 더욱 특이적으로는 약 50 건조 중량 % 이상 및 매우 더욱 특이적으로는 약 20 내지 약 100 건조 중량 % 이다. 층상의 기재시트에 대하여는, 상기와 동일한 양이 각 층 중 하나의 층 이상에 적용될 수 있다. 습윤 탄성 펄프 섬유가 일반적으로 기타 제지 섬유보다 덜 부드럽기 때문에, 일부 응용시에는 그들을 3층 기재시트의 중간층에 거치시키거나 또는 2-겹 제품에서 그들을 두 겹 각각의 내부를 향하는 층에 거치시키는 것과 같이 최종 제품의 중간에 포함시키는 것이 유리하다.
"물 보유 수치(WRV)"는 본원 발명의 목적에 유용한 일부 섬유를 특징짓는데 사용할 수 있는 수치이다. WRV는 탈염수에 0.5 g의 섬유를 분산시키고, 8 시간 이상 침윤시키고, 이어서 튜브의 바닥에 100 메쉬 스크린(mesh screen)을 가진 1.9 인치(4.83 cm) 지름 튜브 내의 섬유를 1000 G로 20 분간 원심분리하여 측정한다. 표본의 중량을 계측하고, 이어서 2 시간 동안 105 ℃에서 건조시키고 이어서 중량을 재계측한다. WRV는 (습윤 중량 - 건조 중량)/건조 중량이다. 고수율 펄프 섬유는 약 0.7 이상의 WRV 수치를 가질 수 있으며 약 1 이상의 WRV 및 바람직하게는 1 내지 2의 WRV 수치를 특징적으로 가진다. 저 수율의 가교 결합된 섬유는 통상적으로 약 1 미만, 특이적으로는 약 0.7 미만, 매우 더욱 특이적으로는 약 0.6 미만의 물 보유 수치를 갖는다.
"재습윤"은 습윤된 웹으로부터 인접한 건조 여과지로 위킹될 수 있는 액체 물의 양으로서 습윤된 웹이 피부를 습윤시키는 정도를 측정하도록 의도되었다. 재습윤 시험은 티슈 웹의 표본을 4 인치 x 6 인치(10.16 x 15.24 cm) 크기의 사각형으로 적출하여 수행하였다. 이 시험은 타피(Tappi) 조건(50% RH, 73°F)의 방에서 수행되었다. 이 조건 하의 표본의 초기 공기 건조 중량을 기록하고, 이어서 탈염수를 티슈 표본의 양면에 분무하여 균일하게 습윤시켜서, 티슈의 총 습윤 질량이 앞서 기록한 표본의 초기 공기 건조 질량의 4 배에 이르게 하고, 이에 의하여 표본의 "외견상 습기 비율"이 공기 건조 섬유 1 그람 당 3.0 그람(±0.15g)의 부가된 물의 수치를 가지게 하였다. 적합한 질량에 도달할 때까지 반복해서 분무하고 표분의 중량을 계측하는 과정은 2 분 이내에 수행되어야 한다. 일단 표본이 습윤되면, 질량을 계측하고 기록한 하나의 건조 와트만(Whatman) #3 필터를 습윤 티슈 표본의 중앙에 거치시키고 부하를 즉시 필터 원판에 거치시킨다. 부하는 지름이 4.5 인치이고 두께가 1 인치(2.54 cm)인 723g의 원통형 알루미늄 원판이다. 알루미늄 원판은 필터 원판의 중앙에 거치시켜야 한다. 습윤 표본 위의 여과지를 부하하에서 20 초동안 유지시키고, 시간이 되면 부하 및 여과지를 즉시 제거하였다. 이어서 여과지의 중량을 계측하고 초기 공기 건조 질량에 대하여 증가한 질량을 재습윤치로 기록하였다.
"정규 재습윤"은 상기 조건의 건조 표본 질량으로 나눈 표본의 재습윤치이다.
"0.075 psi에서의 흡수도"는 0.075 psi 부하하에서의 기재시트 흡수 능력의 측정치이다. 이 시험은 길이가 6 인치(15.24 cm)이고 너비가 4 인치(10.16 cm)인 두 개의 금속판을 필요로한다. 하부 판은 두께가 0.125 인치(0.318 cm)이고 상부 판은 두께가 3/4 인치이고 질량이 813 g 인 알루미늄 판인데, 이것을 티슈 표본위에 평탄하게 거치시킬 경우 0.075 psi의 부하를 가하게 된다. 상부 판의 중앙은 0.25 인치(0.64 cm)의 원통형 개구를 가진다. 시험을 수행하기 위하여, 건조 티슈의 표본을 4 인치 x 6 인치(10.16 cm x 15.24 cm)로 자르고 6 인치(15.24 cm) 길이를 기계 방향으로 정렬시켰다. 다중 티슈 겹을 쌓아서 티슈의 스택(stack) 중량을 가능한한 2.8 그람에 가깝게 하였다. 티슈 스택을 커다란 접시에 놓여있는 두 개의 평행판 사이에 거치시켰다. 탈염수 50 ml가 있는 적정 뷰렛을 상부 판의 개구 위에 직접 정렬하였다. 뷰렛을 열고 물이 판의 상부면으로 흘러 넘치지 않으면서 가능한한 높이 유지되어 개구를 가득 채우도록 물을 상부 판의 개구로 천천히 흘렸다. 이것은 표본이 외견상 포화될 때까지 수행한다. 외견상 포화는 표본의 임의의 가장자리에서 물이 흘러나오는 시저이다. 표본뷰렛으로 부터 제거된 물의 질량이 "0.075 psi에서의 수평 흡수도"에 대한 수치로 취급된다. 이 시점에서, 판을 함유하고 있는 접시를 30 초 동안 45°각도로 기울여 표본 내의 일부 액체를 배수 시켰다. 배수된 임의의 액체의 질량을 상기 0.075 psi에서의 수평 흡수도에서 빼면 "0.075 psi에서의 경사 흡수도"가 얻어진다. 기재시트에 대하여는, 0.075 psi에서의 수평 흡수도가 약 5 g 이상 이거나, 또는 대체적으로는 7 g 이상, 9 g 이상, 11 g 이상, 또는 약 6 내지 약 10 g 일 수 있다. 0.075 psi에서의 경사 흡수도는 약 4 g 이상, 약 6 g 이상, 약 8 g 이상, 약 10 g 이상, 또는 약 6 내지 약 10 g 일 수 있다. 커버의 수평 흡수도는 기재시트에 비하여 높거나 또는 낮을 수 있지만, 커버의 경사 흡수도는 기재시트만의 경우에 비하여 약 5 내지 40 % 정도 작다.
드루-에어 건조 종이 웹의 "직물 면(fabric side)"은 드루-드라잉 동안에 드루-에어 건조기 직물(TAD 직물)과 접촉하는 면이다. 통상적으로 드루-드라이드 시트의 직물 면은 피부와 접촉시 가장 기분 좋은 촉감을 제공한다.
드루-에어 건조 종이 웹의 "공기 면(air side)"은 드루-드라잉 동안에 드루-에어 건조기 직물(TAD 직물)과 접촉하지 않는 면이다. 통상적으로 드루-드라이드 시트의 공기 면은 동일한 시트의 직물 면보다 어느 정도 거친 느낌을 준다.
"밀도"는 0.289 psi의 부하하에서 TMI 시험기(Testing Mechines, Inc., Amityville, NY)를 사용하여 단일 시트의 두께를 측정하여 측정할 수 있다(예를 들면, 확장된 플래튼(platen)이 장착된 TMI Model 49-70을 사용). 밀도는 두께를 시트의 기본 중량으로 나누워 계산한다. 본원 발명의 목적에 유용한 기재시트는 낮고 본질적으로 균일한 밀도(큰 벌크)를 가질 수 있거나(이것은 웨트 레이드 구조에 대하여 바람직함) 또는 다양한 밀도가 분포되어 있는 영역을 가질 수 있다(이것은 에어레이드 기재시트에 바람직함). 본질적인 밀도 균일성은 예를 들면, 웹을 차별적으로 압축하지 않고 최종 건조까지 드루우드라잉 하여 얻어진다. 일반적으로, 본원 발명의 기재시트의 밀도는 입방 센티미터 당 약 0.3 그람(0.3 g/cc) 이하, 더욱 특이적으로는 약 0.15 g/cc 이하, 매우 더욱 특이적으로는 0.1 g/cc 이하 및 약 0.05 내지 0.3 g/cc 또는 약 0.07 내지 0.2 g/cc일 수 있다. 기재시트 구조는 일단 형성되면 습윤-탄성 섬유내 결합의 수가 본질적으로 감소됨 없이 건조되는 것이 바람직하다. 티슈 및 타월을 건조시키는 통상적인 방법인 드루드라잉은 구조를 유지하는 방법으로 바람직하다. 웨트 레잉에 이은 드루드로잉에 의하여 제조된 기재시트는 통상적으로 입방 센티미터 당 약 0.1 그람의 밀도를 가지는 데 반하여 기저귀 프러프(fluff)에 정상적으로 사용되는 에어레이드 기재시트는 통상적으로 입방 센티미터 당 약 0.05 그람의 밀도를 가진다. 이러한 기재시트 모두 본원 발명의 범위 내에 있다.
본원에서 사용된, "건조 벌크(dry bulk)"는 측정 24 시간 전에 73°F(22.8 ℃)에서 50% 상대 습도 하에 조절된 표본에 0.05 psi의 압력을 가하여서 직경이 3 인치(7.62 cm)인 원형 플래튼을 가진 두께 게이지로 측정한다. 기재시트 및 캘린더화되지 않은 웹은 3 cc/g 이상, 바람직하게는 6 cc/g 이상, 더욱 바람직하게는 9 cc/g 이상, 매우 더욱 바람직하게는 11 cc/g 이상 및 가장 바람직하게는 8 내지 28 cc/g 사이의 건조 벌크를 가진다.
"습윤 강도제"는 습윤 상태에서 섬유 사이의 결합을 고정시키기 위하여 사용되는 물질이다. 통상적으로 섬유를 종이 및 티슈 내에서 서로 결합되어 있게 만드는 방법은 수소 결합을 수반하고 때때로 수소 결합과 공유 결합 및/또는 이온 결합의 조합을 수반한다. 본원 발명에서, 섬유와 섬유 상이 결합점을 움직이지 않게 하고 습윤 상태에서의 결합들이 와해되지 않게 하는 방식으로 섬유들이 결합하게 하는 물질을 제공하는 것이 바람직하다. 이러한 예에서, 상기 습윤 상태는 통상적으로 제품이 물 기타 수성 용액으로 주로 포화되어 있는 경우를 의미하지만, 오줌, 혈액, 점액, 생리혈, 유동성 배변, 림프액 및 기타 신체 배출물과 같은 체액으로 현저히 포화된 것을 의미하기도 한다.
본원 발명에 적용 가능한 종이 및 판에 습윤 강도를 부여하기 위하여 제지 산업 분야에서 통상적으로 사용되는 다수의 물질이 있다. 이러한 물질은 본 기술 분야에서 "습윤 강도제"로 공지되어 있고 다양한 곳에서 상업적으로 구입가능하다. 종이 웹 또는 시트에 첨가될 경우 본원 발명의 목적을 위한 0.1 을 초과하는 습윤 기하학적 인장 강도:건조 기하학적 인장 강도 비를 시트에 제공하게되는 임의의 물질이 습윤 강도제라고 지칭된다. 통상적으로 이러한 물질은 지속적 습윤 강도제 또는 "일시적" 습윤 강도제 중의 하나로 언급된다. 일시적 습윤 강도제로부터 지속적 습윤 강도제를 구별하기 위하여, 지속적 습윤 강도제는 종이 또는 티슈 제품에 포함될 경우 5 분 이상의 기간 동안 물에 노출된 후에도 원래의 습윤 강도를 50 %를 넘게 유지하고 있는 제품을 제공하는 수지로서 정의된다. 일시적 습윤 강도제는 5 분 동안 물로 포화시킨 후에 원래의 습윤 강도의 50 % 미만을 보이는 습윤 강도제가다. 두 부류 모두의 물질이 본 발명의 적용에서 발견될 수 있다. 펄프 섬유에 첨가되는 강도제의 양은 섬유의 건조 중량을 기준으로 약 0.1 건조 중량 % 이상, 보다 특이적으로는 약 0.2 건조 중량 % 이상, 매우 더욱 특이적으로는 약 0.1 내지 약 3 건조 중량 %일 수 있다.
지속적인 습윤 강도제는 상기 구조에 다소 긴-기간의 습윤 탄성을 제공할 것이다. 반대로, 일시적인 습윤 보강 제는 낮은 밀도 및 높은 탄성을 제공하지만, 물 또는 체액에 노출시 장-기간 저항성을 가지는 구조를 제공하지 못한다. 섬유/섬유 결합 점에서 방수 결합을 형성하는 본질적인 특성이 얻어지는 한 결합에 습윤 강도가 생성되는 메카니즘은 본원 발명의 제품에 영향을 거의 미치지 않는다.
적절한 지속적 습윤 강도제는 통상적으로 자체적으로 가교결합(동종 가교결합) 할 수 있거나, 또는 셀룰로오스 또는 기타 목제 섬유 성분과 가교 결합할 수 있는 수용성의, 양이온성 올리코머 또는 중합체 수지이다. 이러한 목적으로 가장 광범위하게 사용되는 물질은 폴리아미드-폴리아민-에피클로로히드린(PAE) 형태 수지로서 알려진 중합체 부류이다. 이러한 물질은 케임(Keim)의 특허(미국 특허 제3,700,623호 및 동 제3,772,076호)에 기재되어 있고 허큘리스 인크(Hercules, Inc., Wilmington, Delaware)로부터 KYMENE 557 H로 시판되고 있다. 관련된 물질은 헨켈 케미컬 코(Henkel Chemical Co., Charlotte, North Carolina) 및 조지아-퍼시픽 레진 인크(Georgia-Pacific Resins, Inc., Atlanta, Georgia)가 시판하고 있다.
폴리아미드-에피클로로히드린 수지도 본원 발명의 결합 수지로서 유용하다. 몬산토(Monsanto)가 개발하여 산토 레스(SANTO RES) 상표로 시판하고 있는 물질은 본원 발명에서 사용 가능한 염기-활성 폴리아미드-에피클로로히드린 수지이다. 이러한 물질은 페트로비치의 특허(미국특허 제3,885,158, 동 제3,899,388호, 동 제4,129,528호, 및 동 제4,147,586호) 및 반 에남(van Eenam)의 특허(미국 특허 제4,222,921호)에 기재되어 있다. 소비자 제품에 일반적으로 사용되고 있지는 않지만, 폴리에틸렌이민 수지도 본원 발명의 제품내의 결합 점을 움직이지 않게 하는 데 적절하다. 지속적-형태의 습윤 강도제의 또다른 부류가 포름알데히드와 멜라닌 또는 우레아(urea)의 반응에 의하여 얻어지는 아미노플라스트(aminoplast) 수지에 의하여 예시되고 있다.
적절한 일시적 습윤 강도제 수지는 아메리칸 사이아나미드(American Cyanamid)가 개발하고 PAREZ 631 NC(현재는 Cytec Industries, West Paterson, New Jersey에서 구입 가능)의 이름으로 시판되고 있는 수지도 포함하지만, 이에 한정하는 것은 아니다. 이 것과 기타 유사한 수지가 코스시아(Coscia) 등의 미국 특허 제3,556,932호 및 윌리암스(Wiliams) 등의 동 제3,556,933호에 기재되어 있다. 본 발명의 응용 분야에서 발견할 수 있는 기타 일시적인 습윤 강도제는 내셔날 스타치(National Starch)에서 CO-BOND 1000으로 입수 가능한 것과 같은 개질된 전분을 포함한다. 이들 및 기타 관련된 전분이 솔라렉(Solarek) 등의 미국 특허 제4,675,394호에 개시되어 있는 것으로 믿어진다. 일본 코카이 토쿄 코호(Japanese Kokai Tokkyo Koho) 일본 특허 제3,185,197호에 기재되어 있는 바와 같은 디알데히드 전분 유도체도 일시적인 습윤 강도제로서 제공될 수 있다. 또한 브조퀴스트(Bjorkquist)의 미국 특허 제4,981,557호, 동 제5,008,344호 및 동 제5,085,736호에 기재되어 있는 것과 같은 기타 일시적인 습윤 강도 물질이 본 발명에서 사용될 수 있을 것으로 기대된다. 기재된 부류 및 형태의 습윤 강도 수지에 관하여는, 이 기재 사항이 단지 예를 제공하기 위한 것이지 다른 형태의 습윤 강도 수지를 배제하거나 본원 발명의 범위를 제한하고자 하는 것은 아니라는 것을 이해할 수 있을 것이다.
상기에 기재된 것과 같은 습윤 강도제가 본 발명과 관련된 용도에 특히 잇점이 있다는 것을 알 수 있지만, 다른 형태의 결합 제도 필요한 습윤 탄성을 제공하기 위하여 사용될 수 있다. 그들은 기재시트가 형성된 후에 또는 건조된 후에 기재시트 제조 공정의 습윤 말기에 적용될 수 있거나 또는 분무 또는 인쇄 등에 의하여 적용될 수 있다.
"비압축 건조"는 압축 닙(nip) 또는 건조 공정 동안에 웹의 일부의 현저한 조밀화 또는 압축을 초래하는 기타 단계를 수반하지 않는 건조 셀룰로오스 웹의 건조 방법을 의미한다. 이러한 방법은 드루-에어 건조, 공기 분사 충돌 건조(air jet impingement drying), 이. 브이. 보우덴(E. V. Bowden)의 문헌[E. V., Appita J., 44(1):41(1991)]에 개시된 바와 같은 공기 부유(air floating)과 같은 비-접촉 건조, 드루-플로우(through flow) 또는 초 가열 증기의 충돌, 마이크로파 건조 및 기타 무선 주파수(radiofrequency) 또는 유전체 건조 방법, 임계 유체에 의한 물 추출, 비수용성의 저 표면 장력 유체에 의한 물 추출, 적외선 가열, 용융 금속 필림과의 접촉에 의한 건조 및 기타 방법을 포함한다. 본원 발명의 3-차원 기재시트는 웹이 현저히 조밀화되거나 또는 그들의 3-차원 구조 및 습윤 탄성 특성을 현저히 잃지 않으면서 상기에 언급된 비압축 건조 방법 중 하나에 의하여 건조될 수 있다. 표준 건조 크레핑 기술은 웹이 건조 표면의 부분위로 기계적으로 압축되어, 가열된 양키 실린더(Yankee cylinder)위로 압축된 부분의 현저한 조밀화가 초래되므로 압축 건조 방법으로 여겨진다. 크레핑 없이 공기 프레스 및 임의적으로 양키 건조기를 동작시켜 비압축적으로 티슈 웹을 탈수 및 건조하기위한 기술은 하기의 일반적으로 인정된 심사중인 출원에 개시되어 있다: 미국특허 출원 일련 번호 미정인 에프. 쥐, 드루케(F. G. Druecke) 등이 1997년 10월 31일 출원한 변호사 접수 번호 제13,504호의 "저밀도 탄성 웹의 제조 방법(Method of Producing Low Density Resilient Webs)", 미국특허 출원 일련 번호 미정인 에스. 첸(S. Chen) 등이 1997년 10월 31일 출원한 변호사 접수 번호 제13,381호의 "저밀도 탄성 웹 및 이러한 웹의 제조 방법(Low Density Resilient Webs and Methods of Making Such Web)", 미국특허 출원 일련 번호 제08/647,508호이고 엠. 에이. 헤르만스(M. A. Hermans) 등이 1996년 5월 14일 출원한 "부드러운 티슈의 제조 방법 및 장치(Method and Apparatus for Making Soft Tissue)", 미국특허 출원 일련 번호 미정인 에프. 하다(F. Hada) 등이 1997년 10월 31일 출원한 "습윤 웹을 탈수 시키기 위한 공기 프레스(Air Press for Dewatering a Wet Web)"(이들은 모두 본원에 참고 문헌으로 포함되어 있다). 1993년 7월 27일에 아이. 에이. 앤더슨(I. A. Andersson) 등에 허여된 미국특허 제5,230,776호에 기재된 제지 기계, 에스. 씨. 추앙(S. C. Chuang) 등에게 1997년 2월 4일 및 1985년 12월 3일에 각각 허여된 미국특허 제5,598,643호 및 동 제4,556,450호에 개시된 모세관 탈수 기술이 또한 본원 발명에 유용한 티슈 제조 공정에 대하여 잠재적인 가치가 있고, 이들 문헌은 본원에 참고 문헌으로 포함되어 있다. 제이. 디. 린드세이(J. D. Lindsay)의 문헌["Displacement Dewatering to Maintain Bulk", Paperi ja Puu, 74(3):232-242(1992)]에 개시된 탈수 개념도 잠재적인 가치가 있다.
본원에서 사용된, "습윤:건조 비율"은 습윤 인장 강도의 기하평균을 건조 인장 강도의 기하평균으로 나눈 비율이다. 인장 강도의 기하평균(GMT)는 웹의 기계 방향 인장 강도 및 기계 수직 방향 인장 강도의 곱의 제곱근이다. 다른 표시가 없다면, 용어 "인장 강도"는 "인장 강도의 기하 평균"을 의미한다. 본 발명의 기재시트는 바람직하게는 습윤:건조 비율이 약 0.1 이상, 더욱 특이적으로는 약 0.15 이상, 더욱 특이적으로는 약 0.2 이상, 매우 더욱 특이적으로는 약 0.3 이상, 및 매우 더욱 특이적으로는 약 0.4 이상, 및 매우 더욱 특이적으로는 약 0.2 내지 약 0.6이다. 인장 강도는 3-인치(7.62 cm) 조(jaw) 너비, 4 인치(10.16 cm)의 조 전장(span) 및 시험 전 4시간 동안 TAPPI 조건하에서 표본을 유지시킨 후에 분당 10 인치(25.4 cm)의 크로스헤드 속도를 이용하는 인스트론(Instron) 장력 시험기를 사용하여 측정할 수 있다. 강화된 습윤 탄성 및 결합성을 위하여, 본원 발명의 기재시트는 또한 바람직하게는 약 1 그람/gsm, 바람직하게는 약 2 그람/gsm, 더욱 바람직하게는 약 5 그람/gsm, 더욱 바람직하게는 약 10 그람/gsm 및 매우 더욱 바람직하게는 약 20 그람/gsm 및 바람직하게는 약 15 내지 약 50 그람/gsm의 기본 중량에 대한 건조 인장 강도의 최소 절대 비율을 가진다.
"전체 표면 깊이(Overall Surface Depth)". 3-차원 기재시트 또는 웹은 시트 자체의 고유의 구조에 기인한 표면 융기에 현저한 변화가 있는 시트이다. 본원에서 사용된, 이러한 융기 차이는 "전체 표면 깊이"로서 표현된다. 본 발명에 유용한 기재시트는 3-차원 특성을 가지고 약 0.1 mm 이상, 더욱 특이적으로는 약 0.3 mm 이상, 매우 더욱 특이적으로는 약 0.4 mm 이상, 매우 더욱 특이적으로는 약 0.5 mm 이상, 및 매우 더욱 특이적으로는 약 0.4 내지 약 0.8 mm 이상의 전체 표면 깊이를 가진다.
주로 평면인 시트의 3-차원 구조는 그의 표면 지형(topography)으로 기재될 수 있다. 통상적인 종래의 종이와 같은 거의 평탄한 표면을 나타내기 보다는, 본원 발명의 제조에 유용한 성형된 시트는 일 실시 태양에서 치우(Chiu) 등의 미국특허 제5,429,686호(본원에 참고 문헌으로 포함)에 기재된 것과 같은 조각된(sculptured) 드루-드라잉 직물을 사용하여 부분적으로 도입될 수 있는 현저한 지형의 구조를 가진다. 얻어진 기재시트 표면의 지형은 통상적으로 변의 길이가 2 및 20 mm 사이인 평행사변형인 규칙적으로 반복되는 단위 셀을 통상적으로 포함한다. 웨트 레이드 물질을 위하여서는, 이러한 3-차원 기재시트 구조가 시트가 건조된 후에 크레핑 또는 엠보싱에 의하거나 기타 조작에 의하지 않고 습윤 시트를 성형하여 제조되거나 또는 건조되기 전에 제조된다. 이러한 방식으로, 3-차원 기재시트 구조는 습윤 시 양호하게 유지되기 쉽고 이에 의하여 높은 습윤 탄성을 제공하고 평면 내 투과도를 양호하게 개선하는 것을 돕는다. 에어-레이드 기재시트에 대하여는, 열에 의하여 활성화되는 결합 섬유로 섬유 매트를 가열 엠보싱화하여 그 구조를 포함시킨다. 예를 들면, 열가소성 또는 고온 용융 결합제 섬유를 함유하는 에어-레이드 섬유 매트를 가열하고 이어서 그 구조가 냉각되기 전에 엠보싱하여 시트에 항구적으로 3-차원 구조를 제공할 수 있다.
기재시트를 제조하는 데 사용되는 조각된 직물 및 기타 직물에 의하여 도입되는 규칙적인 기하학적 구조 이외에, 표면 내 길이 크기가 약 1mm 미만인 추가적인 미세구조가 기재시트에 존재할 수 있다. 이러한 미세 구조는 건조되기 전에 하나의 직물 또는 와이어로부터 다른 것으로 웹이 차동 속도로 운반되는 동안에 형성되는 미세 주름(microfold)로부터 기인한다. 예를 들면, 본원 발명의 물질의 일부는 상업적인 무라레 간섭계 시스템을 이용하여 높이 프로파일을 측정할 경우 0.1 mm 이상의 미세 표면 깊이 및 일부의 경우 0.2 mm 이상의 미세 표면 깊이를 가지는 미세 구조를 가지는 것으로 나타난다. 이러한 미세 피크는 1 mm 이상의 중간점 너비를 가진다. 차동 속도 및 기타 처리로 얻어진 미세구조는 추가적인 부드러움, 가요성 및 벌크를 제공하는 데 유용하다. 표면 구조의 측정은 하기에 기재되어 있다.
전체 표면 깊이의 측정에 대한 특히 적절한 방법은 표면을 변형시키지 않으면서 정확한 측정이 가능한 무아레 간섭계이다. 본원 발명의 물질에 대해서는, 표면 지형이 약 38 mm 필드(field)를 관측할 수 있는 컴퓨터 제어 백색 광 필드-시프티드(field-shifted) 무아레 간섭계를 사용하여 측정될 수 있다. 이러한 시스템의 유용한 작동 원리는 비이만(Bieman)등의 문헌에 기재되어 있다(L. Bieman, K. Harding, and A. Boehnlein, "Absolute Measurement Using Field-Shifted Moire," SPIE Optical Conference Proceedings, Vol. 1614, pp. 259-264, 1991). 무아레 간섭계에 대한 적절한 상업적 기구는 38-mm 필드 관측이 가능한(37 내지 39.5 mm의 관측 범위를 가진 것이 적당) 메다, 인크(Medar, Inc., farmington Hills, Michigan)사의 등록상표 CADEYES 간섭계이다. 등록상표 CADEYES 시스템은 그리드를 통하여 표본 표면 위에 미세한 검은 선을 투영시키는 백색 광을 사용한다. 표면은 CCD 카메라를 통하여 관측되는 무아레 간섭 무늬를 발생시키는 유사한 그리드를 통하여 관측된다. 적절한 렌즈 및 스텝퍼(stepper) 모터는 필드 시프팅(하기에 기재된 기술)에 대한 광학적 구성을 조절한다. 비데오 프로세서는 얻어진 간섭 영상을 PC 컴퓨터에 전달하여 처리하고, 이에 의하여 자세한 표면의 높이가 비데오 카메라로 관측된 간섭 형태로부터 역-계산된다.
CADEYES 무아레 간섭계 시스템에서, CCD 비데오 영상의 각각의 화소는 특정 높이 영역과 관련된 무아레 간섭에 속한다고 한다. 비이만 등의 문헌[L. Bieman, K. Harding, and A. Boehnlein, "Absolute Measurement Using Field-Shifted Moire," SPIE Optical Conference Proceedings, Vol. 1614, pp. 259-264, 1991]에 기재되어 있고 보엔레인(Boehnlein)에 의하여 본래 특허(미국특허 제 5,069,548호, 본원에 참고 문헌으로 포함)된 바와 같이, 필드-시프팅 방법은 비데오 영상(각각의 점이 속하는 간섭을 표시)의 각 점에 대한 간섭 수를 식별하기 위하여 사용된다. 간섭 수는 비교 평면에 대한 측정점의 절대적인 높이를 측정하기 위하여 필요하다. 필드-시프팅 기술(때때로 본 기술 분야에서 상-전이(phase shift)로 언급됨)은 또한 부-간섭(sub-fringe) 분석(그의 간섭이 차지하는 높이 범위내의 측정 점의 높이의 정확한 측정)에 사용되기도 한다. 카메라-기초 간섭 접근법과 결합된 이들 필드-시프팅 방법은 정확하고 신속한 절대 높이 측정을 가능하게 하여 가능한 표면 내 높이 불연속에도 불구하고 측정이 가능하게 한다. 필드-시프팅을 통한 무아레 간섭계 원리에 결합된 적절한 광학 기구, 비데오 기구, 데이터 인식 장치 및 소프트웨어가 사용될 경우, 이 기술은 표본 표면상의 대략 250,000 개의 불연속적인 점(화소)의 각각의 절대적인 높이가 얻어지게 한다. 측정된 각 점은 높이 측정시 대략 1.5 마이크로미터의 해상도를 가진다.
컴퓨터화된 간섭계 시스템은 지형 데이터를 획득하고 이어서 지형 데이터의 그레이스케일(grayscale) 영상(이하 "높이 지도"라고 함)을 발생시킨다. 높이 지도는 컴퓨터 모니터에 통상적으로 256개의 회색 그림자로 표시되고 측정된 표본에 대한 지형 데이터에 정량적으로 기초한다. 38 mm2측정 영역에서 얻어진 높이 지도는 표시된 높이 지도의 수평 및 수직 방향의 대략 500 개의 화소에 상응하는 대략 250,000 데이터 점을 함유한다. 높이 지도의 화소 크기는 컴퓨터 소프트웨어에 의하여 분석될 수 있는 표본 상의 무아레 패턴의 영상을 제공하는 512 x 512 CCD 카메라를 기초로 한다. 높이 지도에서 각각의 화소는 표본 위의 상응하는 x- 및 y-위치에서의 높이 측정을 나타낸다. 추천된 시스템에서, 각각의 화소는 대략 70 마이크로미터의 너비를 가진다(즉, 평면내 두 개의 직각 방향에서 약 70 마이크로미터의 표본 표면 위의 영역을 나타낸다). 이러한 해상도 수준은 표면 위로 솟아있는 하나의 섬유가 표면 높이 측정에 현저한 효과를 끼치는 것을 방지한다. z-방향 높이 측정은 2 마이크로미터 미만의 명목상 정확도 및 1.5 mm 이상의 z-방향 범위를 가져야 한다(측정 방법에 대한 추가적인 배경 지식을 위해서는 CADEYES 제품 가이드, 메다 인크., Famington Hills, MI, 1994, 또는 기타 CADEYES 매뉴얼 및 메다 인크의 간행물 참조).
CADEYES 시스템은 각각의 간섭이 256 개의 깊이 단위(부-간섭 높이 증가분, 해상 가능한 최소 높이 차)로 나누어지는 무아레 간섭을 8 개까지 측정할 수 있다. 측정 범위에 대하여 2048 개의 높이 단위가 있을 수 있다. 이것은 총 z-방향 범위(38-mm 관측 범위 기구에서 대략 3 mm)를 결정한다. 관측 범위내의 높이 변이가 8 개의 간섭 이상을 포함한다면, 랩-어라운드(wrap-around) 효과가 발생한다(여기에서 아홉번 째 간섭은 첫번 째 간섭인 것처럼 표시되고 열번 째 간섭은 두번 째 간섭인 것처럼 표시된다). 즉, 측정된 높이는 2048 개의 깊이 단위에 의하여 시프드 된다. 정확한 측정은 8 개의 간섭의 주 영역으로 제한된다.
무아레 간섭계 시스템은 일단 장치되어 상기에 언급된 정확도 및 z-방향 영역을 제공하도록 공장 교정(factory calibration)되면, 종이 타월 같은 물질에 대한 정확한 지형 데이터를 제공할 수 있다(본 기술 분야의 숙련된 기술자는 공지의 크기을 가지는 표면에 대한 측정을 수행하여 공장 교정의 정확도를 확인할 수 있을 것이다). 시험은 Tappi 조건(73 °F(22.8 ℃), 50% 상대 습도) 하의 방에서 수행된다. 표본은 기구의 측정 평면과 같이 또는 거의 같이 정렬된 표면상에 평탄하게 거치하여야 하고 측정 대상물의 최저점 영역 및 최고점 영역의 높이가 기구의 측정 범위 내에 있어야 한다.
일단 적절하게 거치되면, 메다의 PC 소프트웨어를 사용하여 데이터 인식을 시작하고 통상적으로 데이터 인식이 개시된 시점으로부터 30 초 이내에 250,000 개의 데이터 점의 높이 지도를 얻어서 표시된다(등록상표 CADEYES 시스템을 사용하면, 잡음 제거에 대한 "대비 한계 수준"을 1로 고정하여 데이터 점의 지나친 제거없이 일부 잡음을 제거할 수 있음). 데이터 변형 및 표시는 PC 용 등록상표 CADEYES 소프트웨어를 사용하여 수행하는 데, 이것은 윈도우용 마이크로소프트 비주얼 베이직 프로페셔날(버젼 3.0)을 기초로한 상용 인터페이스를 포함한다. 비주얼 베이직 인터페이스는 사용자가 전통적인 분석 도구를 첨가하는 것을 허용한다.
지형 데이터의 높이 지도는 이어서 본 기술 분야의 숙련된 기술자가 특징적인 단위 셀 구조(직물 패턴에 의하여 형성된 구조의 경우에, 이들은 통상적으로 거대한 2-차원 영역을 포함하는 타일(tile)과 같이 정렬된 평행사변형임)를 식별하고 이러한 구조의 골의 깊이에 대한 통상적인 피크를 측정하는데 사용할 수 있다. 상기를 위한 간단한 방법은 단위셀의 가장 높은 영역 및 가장 낮은 영역을 지나는 지형 높이 지도 상의 선으로부터 2-차원 높이 프로파일을 추출하는 것이다. 프로파일이 측정시 상대적으로 평탄하게 거치된 시트 또는 시트의 일부분으로부터 얻어졌다면, 이들 높이 프로파일은 이어서 골의 거리에 대한 피크 분석이 가능하다. 일시적인 광학적 잡음 및 가능한 외부 간섭의 효과를 제거하기 위하여, 프로파일의 상부 10% 및 하부 10%를 제외하고 잔존하는 점의 높이 범위를 표면 깊이로 취하였다. 기술적으로는, 이 공정은 엘. 뮤머리(L. Mummery)가 표면 텍스쳐 분석(Surface Texture Analysis)에서 설명된 바와 같은, 본 기술 분야에 공지되어 있는 물질 선 개념을 이용하여, 10% 및 90% 물질 선(material lines) 사이의 높이 차이에서 정의된 "P 10" 계산 변수를 필요로한다(The Handbook, Hommelwerke GmbH, Muhlhausen, Germany, 1990). 도 7에 대하여 설명되는 이러한 접근에서, 표면 31은 공기 32 로부터 물질 33의 전이로서 나타난다. 평탄하게 놓인 시트로부터 취해진 주어진 프로파일 30에 대하여, 표면이 시작되는 최고점(최고점 피크의 높이)은 "0% 기준선" 34 또는 "0% 물질 선"의 융기이고, 이는 이 높이의 수평선의 길이의 0%를 물질이 차지하고 있음을 의미한다. 프로파일의 최저점을 지나는 수평선을 따라서, 선의 100%를 물질이 차지하고 있고 이에 의하여 이 선은 "100% 물질 선" 35가 된다. 0%와 100% 물질선의 사이(프로파일의 최저점과 최고점의 사이)에서, 선의 높이가 감소함에 따라, 물질이 차지하는 수평선 길이의 분획이 단조롭게 증가할 것이다. 물질 비율 곡선 36은 프로파일을 관통하는 수평선을 따른 물질 분획과 선의 높이와의 관계를 보여준다. 물질 비율 곡선은 또한 프로파일의 누적 높이 분포이다(더욱 정확한 용어는 "물질 분획 곡선"일 수 있음).
일단 물질 비율 곡선이 작성되면, 이것을 이용하여 프로파일의 특징적인 피크 높이를 정의할 수 있다. P10 "통상적 피크-대-골 높이" 매개 변수가 10% 물질 선 38 및 90% 높이 선 39의 높이 차이 37로 정의된다. 이러한 변수는 외부 간섭 및 통상적인 프로파일 구조로부터의 비정상적인 간섭이 P10 높이에 거의 영향을 미치지 않는 다는 점에서 상대적으로 강력하다. P10의 단위는 mm이다. 물질의 전체 표면 깊이는 상기 표면의 통상적인 단위 셀의 높이 극단을 포함하는 프로파일 선에 대한 P10 표면 깊이 수치로서 기록된다. "미세 표면 깊이"는 단위 셀의 최고점 및 최저점을 포함하는 프로파일에 대하여 높이가 상대적으로 균일한 표면의 평탄한 영역을 따라서 취해진 프로파일에 대한 P10 수치이다. 측정은 공기 흐름이 드루-건조기를 향할 때 드루-드라잉 직물과 접촉하는 통상적인 면인, 본 발명의 기재시트의 가장 텍스쳐된 면에 대하여 기록되었다. 도 8은 하기에 기재되는 약 0.5의 전체 표면 깊이를 가지는 본원 발명의 실시예 13의 프로파일을 나타낸다.
전체 표면 깊이는 기재시트에 형성된 지형(특히, 건조 이전 또는 도중에 시트내에 형성되는 이러한 특징)을 조사하기 위하여 의도되었지만, 엠보싱, 천공, 주름 주기 등과 같은 건조 변환 조작으로부터 "인위적으로" 형성된 거대-크기의 지형을 배제하도록 의도되었다. 그러므로, 조사된 프로파일은 기재시트가 엠보싱 되었으면 엠보싱 되지 않은 영역에서 취해지거나, 또는 엠보싱되지 않은 기재시트상에서 측정되어야 한다. 전체 표면 깊이 측정은 원래의 기재시트 자체의 3-차원 성질을 반영하지 않는 주름 또는 겹과 같은 거대-크기 구조는 제외하여야 한다. 시트 지형은 전체 기재시트에 영향을 미치는 캘린더링 및 기타 조작에 의하여 감소될 수 있다는 사실이 인식된다. 전체 표면 깊이 측정은 캘린더화된 기재시트 상에서 적절하게 수행될 수 있다.
"습윤 주름 회복 시험(Wet Wrinkle Recovery Test)"은 문헌[Technical Manual of the American Association of Textile Chemists and Colorists (1992), page 99]로부터 취해진 AATCC 시험 방법 66-1990의 약간 변형된 방법이다. 변형은 그 방법을 수행하기 전의 초기 습윤 표본에 대한 것이다. 이것은 시험 전에 0.01% TRITON X-100습윤제(Rohm ＆ Haas)을 함유하는 물에 표본을 5 분 동안 침지하여 행한다. 표본의 준비는 73°F(22.8 ℃) 및 50% 상대습도에서 수행하였다. 표본을 핀셋으로 물에서 조심스럽게 꺼내어 325 그람의 중량을 가진 두 장의 흡수지 사이에서 눌러 탈수시키고, 건조 주름 회복 시험 방법으로 시험하기 위한 표본 홀더에 거치시킨다. 이 시험은 시험되는 표본의 가장 높은 회복 각(기계 방향 및 기계 수직 방향을 포함하는 임의의 방향에서)을 측정하고 180°는 전체 회복을 의미한다. 백분율 회복으로 표현되는 습윤 주름 회복은 180°로 나누고 100을 곱한 측정된 회복각이다. 본 발명의 기재시트는 약 60% 이상, 더욱 특이적으로는 약 70% 이상, 매우 더욱 특이적으로는 약 80%이상의 습윤 주름 회복을 나타낼 수 있다.
기재시트의 "습윤 압축 탄성"은 몇몇의 매개 변수로 정의되고 습윤 및 건조 특성을 포함하는 물질 특성 공정을 사용하여 나타낼 수 있다. 프로그램화할 수 있는 강도 측정 창지가 초기에 건조, 조건화된 표본에 일련의 특정한 압축 사이클을 부여하고 이어서 특정 방법으로 조심스럽게 습윤된 표본에 동일한 순서의 압축 사이클을 수행하는 압축 방법에서 사용된다. 습윤 및 건조 특성의 비교에 일반적인 관심이 있지만, 이러한 시험으로부터의 가장 중요한 정보는 습윤 특성에 관한 것이다. 건조 표본의 초기 시험은 조건화 단계로서 관측될 수 있다. 시험 순서는 초기 두께(사이클 A)를 얻기 위하여 건조 표본을 0.025 psi로 압축하는 것으로 시작하고, 이어서 2 psi로 부하를 가하고 제거하는 과정(사이클 B 및 C)을 두번 반복한다. 최종적으로 표본을 다시 0.025 psi 까지 압축하여 최종 두께를 얻는다(사이클 D)(압축 속도를 포함하는 상세한 공정은 하기에 기재). 건조 표본의 처리에 이어서, 탈염수의 미세 연무를 표본에 규일하게 가하여 습기 비율(물 g/건조 섬유 g)이 대략 1.1이 되게 한다. 이것은 조건화된 표본의 질량을 기준으로 95 내지 100%의 습기를 부가하여 수행된다. 이것은 물리적인 특성이 습기 함량에 상대적으로 민감하지 않은 습기 범위(즉, 습기 비율이 70% 미만인 경우 보다 민감도가 매우 작은 범위)에 통상적인 셀룰로오스 물질을 존재시킨다. 습윤 표본을 이어서 시험 장치에 거치시키고 압축 사이클을 반복한다.
스택내에 사용된 표본 층의 수에 상대적으로 민감하지 않은 세 가지 습윤 탄성 측정이 고려되었다. 첫번 째 측정은 2 psi에서의 습윤 표본의 벌크이다. 이것은 "습윤 압축 벌크"(WCB)로서 언급된다. 두번 째 측정은 시험 개시시(사이클 A)에 측정된 0.025 psi에서의 습윤 표본의 두께에 대한 압축 시험(사이클 D) 말기의 0.025 psi에서의 습윤 표본 두께의 비인 "습윤 탄성회복 비(Wet Springback Ratio)"(WS)이다. 세번 째 측정은 습유된 표본에 대하여 상기에 기재된 순서 동안에 2 psi까지의 첫번 째 압축시(사이클 B)의 부하 에너지에 대한 2 psi 까지의 두번 째 압축시(사이클 C)의 부하에너지의 비율인 "부하 에너지 비"(LER)이다. 시험의 말기(0.025 psi)에 측정된 최종 습윤 벌크는 "최종 벌크" 또는 "FB"수치로 지칭된다. 부하를 두께의 함수로 도표화할 경우, 부하 에너지는 표본이 비부하 상태에서 상기 사이클의 피크 부하 상태로 전이되는 동안의 곡선의 하부 면적이다. 순수한 탄성 물질에 대하여는, 탄성회복 및 부하 에너지 비가 1이다. 본 출원인은 본원에서 기재한 세 가지 측정이 스택 내부의 층의 수에 상대적으로 독립적이고 습윤 탄성의 유용한 측정 수단으로서 작용한다는 사실을 발견하였다. 본원에서 또한 언급되는 것은 0.025 psi에서의 초기 습윤 두께에 대한 0.025 psi까지의 첫번 째 압축 사이클 내의 피크 부하에서의 습윤 표본 두께의 비로서 정의되는 "압축 비"이다.
습윤 압축 탄성의 상기 측정을 수행하는 데 있어서, 표본은 TAPPI 조건(50% RH, 73°F(22.8 ℃))하에서 24 시간 이상 조건화되어야 한다. 표본은 2.5 인치 x 2.5 인치(6.35 cm x 6.35 cm) 사각형으로 다이스에서 자른다. 조건화된 표본 중량은 가능하면 0.4 g 근처여서 의미있는 비교를 위한 0.25 내지 0.6 g의 범위내에 있어야 한다. 0.4 g의 목표 질량은 시트 기본 중량이 65 gsm 미만인 경우 2 개 이상의 시트의 스택을 사용하여 얻어진다. 예를 들면, 명목상 30 gsm 시트에 대해서는, 3 개의 시트 스택이 일반적으로 총 질량 0.4 g에 근접할 것이다.
압축 측정은 인스트론 시리즈 XII 소프트웨어(1989 판) 및 버젼 2 펌웨어(firmware)를 구동하는 286 PC 컴퓨터로 인터페이스된 인스트론 4502 유니버살 테스팅 기계(Universal Testing Machine)를 사용하여 수행한다. 표준적인 "286 컴퓨터"는 12 MHz 시계 속도의 80286 프로세서를 가지는 것을 의미한다. 사용된 특정 컴퓨터는 80287 매스 코프로세서 및 VGA 비데오 어댑터를 장착한 컴팩 데스크프로 286e이다. 1 kN 부하 셀이 표본 압축을 위한 2.25 인치(5.72 cm) 직경의 원형 플래튼으로 사용되었다. 하부 플래튼은 플래튼을 정확히 정렬시키기 위한 볼 베어링 조립체를 가진다. 하부 플래튼은 평행한 표면을 보장하기 위하여 상부 플래튼에 의하여 부하(30 내지 100 lbf)가 가해지는 동안에 제 위치에 고정된다. 부하가 가해질때 상부 플래튼 내의 움직임을 방지하기 위하여 상부 플래튼을 표준 고리 너트로 제자리에 고정시켜야 한다.
동작 개시 후 1 시간 이상 워밍-업(worm-up)하고 나서, 기구 제어 패널을 사용하여 플래튼이 접촉상태에 있는 경우(10 내지 30 lb의 부하에서)의 거리가 0이 되게 연신 측정계(extensionmeter)를 세팅하였다. 상부 플래튼을 자유롭게 걸어놓고, 교정된 부하 셀의 중량이 0을 가르키도록 조절하였다. 연신 측정계 및 부하 셀을 주기적으로 검사하여 기준선이 변하는 것(0 점이 움직이는 것)을 방지하여야 한다. 측정은 TAPPI 설명서(50% ± 2% RH 및 73°F(22.8℃))에 따라서, 조절된 습도 및 온도 환경에서 수행되어야 한다. 이어서 상부 플래튼은 0.2 인치(0.51 cm) 높이 까지 상승시키고 인스트론을 컴퓨터로 제어하기 시작한다.
286 컴퓨터로 인스트론 시리즈 XII 시클릭 시험 소프트웨어를 사용하여, 기구 순서를 하기의 순서의 3 개의 사이클의 블록(명령 세트)으로 구성된 7 개의 마커(구별된 사건)로 작성하였다.
마커(Marker 1):블록 1
마커(Marker 2):블록 2
마커(Marker 3):블록 3
마커(Marker 4):블록 2
마커(Marker 5):블록 3
마커(Marker 6):블록 1
마커(Marker 7):블록 3.
블록 1은 크로스헤드가 0.1 lb(45 g)의 부하가 가해질 때(압축을 음의 힘으로 정의하였기 때문에 인스트론 세팅은 -0.1 lb(45 g))까지 1.5 in/min(3.8 cm/min)의 속도로 하강하도록 명령한다. 제어는 디스플레이스먼트(displacement)에 의한다. 목표 부하에 도달하면, 가해진 부하가 0이 된다.
블록 2는 크로스 헤드 범위를 0.05 lb(22.7 g)의 가해진 부하로부터 8 lb(3.6 kg) 피크로 이어서 다시 0.05 lb(22.7 g)로 0.4 in/min(1 cm/min)의 속도로 움직이게 지시한다. 인스트론 소프트웨어를 사용하면, 제어 모드는 디스플레이스먼트이고, 리미트 타입(limit type)은 로드(load)이며, 첫번 째 수준(level)은 -0.05 lb(22.7 g) 이고 두번 째 수준은 -8 lb(3.6 kg)이고, 정지 시간은 0초이며, 전이 수는 2(압축, 이어서 이완)이고, "정지(no action)"는 블록의 종료를 의미한다.
블록 3은 크로스헤드를 0초 정지시간을 가지는 4 인치/분(10.2 cm/min)의 속도로 0.2 인치(0.51 cm)까지 단순히 상승시키기 위하여 디스플레이스먼트 제어 및 리미트 타입을 사용한다. 기타 인스트론 소프트웨어 세팅은 첫번 째 수준이 0 인치이고, 두번 째 수준이 0.2 인치(0.51 cm)이며, 하나의 전이가 있고, 블록의 종료를 "정지"으로 표시한다.
상기에 주어진 순서(마커 1 내지 7)로 수행되는 경우, 인스트론 순서는 표본을 0.025 psi(0.1 lbf)까지 압축하고, 이완하고, 이어서 2 psi(8 lbf)까지 압축하고 이어서 이완하고 크로스헤드를 0.2 인치(0.51 cm)까지 들어올리고, 다시 표본을 2 psi 까지 압축시키고, 이완하고, 크로스 헤드를 0.2 인치(0.51 cm)까지 들어올리고, 다시 0.025 psi(0.1 lbf)까지 압축하고, 이어서 크로스헤드를 들어올린다. 데이터 기록은 블록 2에 대해서는 0.02 인치(0.051 cm) 또는 0.4 lb(181 g)(먼저 수행하는 것은 어느 것이든지) 이하의 간격, 블록 1에 대해서는 0.01 lb(4.5 g) 이하의 간격으로 수행한다. 바람직하게는, 데이터 기록은 블록 1에서는 0.004 lb(1.8 g)마다 수행하고 블록 2에 대해서는 0.05 lb(22.7 g) 또는 0.005 인치(0.013 cm)(먼저 수행하는 것은 어느 것이든지) 마다 수행한다.
시리즈 XII 소프트웨어의 결과 출력은 마커 1, 2, 4 및 6(0.025 및 2.0 psi 각각의 피크 부하에서)에 대한 피크 부하에서의 신장(두께), 마커 2 및 4(사이클 B 및 C로 앞서 언급한 2.0 psi까지의 두 번의 압축 각각)에 대한 부하 에너지, 두 부하 에너지의 비(두번 째 사이클/첫번 째 사이클) 및 초기 두께에 대한 최종 두께의 비(첫번 째 0.025 psi 압축에 대한 종료시의 두께의 비)을 제공하도록 세팅되었다. 두께 결과에 대한 부하를 블록 1 및 2의 수행 도중에 스크린 상에 도표화 하였다.
측정을 수행하면서, 건조, 조건화된 표본을 하부 플래튼위의 중앙에 위치시키고 시험을 개시하였다. 순서를 종료하고 이어서, 표본을 즉시 옮겨서 습기(72 내지 73°F(22.2 내지 22.8 ℃)의 탈염수)를 가한다. 습기는 미세 연무로 균일하게 가하여 습윤된 표본의 질량이 초기 표본 질량의 대략 두 배가 되게 한다(조건화된 표본 질량을 기준으로 하여 95 내지 110 %의 습기를 가하고, 바람직하게는 100%의 습기를 가하는 데, 이러한 습기 수준은 오븐에서 건조시킨 섬유 1 g 당 1.1 g의 물의 절대 습기 비를 제공하며, 여기에서 오븐에서 건조시킨 섬유의 의미는 105 ℃의 오븐에서 30 분 이상 건조시킨 것을 의미). 본원 발명의 비크레프화 드루드라이드 물질에 대해서는, 습기 비가 결과에 현저한 영향을 끼치지 않으면서 1.05 내지 1.7의 범위에 있을 수 있다. 연무는 균일한 습기 적용을 보장하기 위하여 각 시트의 앞 뒤면에 분무 적용되어 분리된 시트(1 시트 이상의 스택에 대하여)에 균일하게 가해진다. 이것은 분무 봉투의 상부 약 10 내지 20% 만이 미세한 연무로 표본에 도달하게 하는 대부분의 분무를 차단하는 저장 용기 또는 기타 방벽을 가진, 종래의 플라스틱 분무 병을 이용하여 수행될 수 있다. 분무 원은 분무 적용시 표본으로부터 10 인치(25.4 cm) 이상 떨어져 있어야 한다. 일반적으로, 미세한 분무에 의하여 표본이 균일하게 습윤되는 것을 보장하도록 주의를 기울여야 한다. 표본이 목표로 하는 습기 함량에 이르도록 습기를 적용하는 과정 중에 수 차례 중량을 측정하여야 한다. 건조 표본의 압축 시험의 종료와 습기 적용의 종료 사이에 3 분 이하의 시간이 소요되어야 한다. 분무된 습기의 내부 위킹 및 흡수를 위한 시간을 제공하기 위하여 최종 분무 적용시부터 이어지는 압축 시험 개시시까지 45 내지 60 초를 기다려야 한다. 건조 압축 순서의 종료와 습윤 압축 순서의 개시 사이에 3 내지 4 분이 소요될 것이다.
디지털 저울이 나타내는 바에 의하여 일단 의도한 질량 범위에 이르면, 표본을 하부 인스트론 플래튼의 중앙에 위치시키고 시험 순서를 개시한다. 측정에 이어서, 표본을 105 ℃ 오븐에서 건조시키고, 오븐 건조 중량을 후에 기록한다(표본을 30 내지 60 분 건조시킨 후에 건조 중량을 측정한다).
2 psi까지의 두 압축 사이클 사이에 느린 회복이 발생할 수 있기 때문에 사이클 사이의 시간이 중요할 수 있다는 사실에 유의하여야 한다. 이러한 인스트론 시험에 사용된 기구 세팅에 대해서는, 2 psi 까지의 두 사이클 도중의 압축의 시작 사이에 30 초(±4 초)의 간격이 있다. 압축의 개시는 부하 셀의 표시가 0.03 lb(13.6 g)를 초과하는 시점으로 정의된다. 유사하게, 첫번 째 두께 측정(0.025 psi까지의 경사)과 이어지는 2 psi까지의 압축 사이클의 개시 사이에는 5 내지 8 초의 간격이 있다. 2 psi 까지의 두번 째 압축의 개시와 최종 두께 측정을 위한 압축의 개시 사이에는 대략 20 초의 간격이 있다.
압축 하에서 높은 벌크를 유지할 수 있는 습윤 물질이 높은 유체 용량을 유지할 수 있고 압축시 유체가 덜 새어나올 것 같기 때문에, 높은 습윤 압축 벌크(WCB) 수치를 가지는 웹 또는 흡수 구조의 유용성은 명백하다.
압축 후에 탄성회복되는 습윤 물질은 계속해서 가해지는 유체의 흡수 및 분산에 효과적인 높은 세공 부피를 유지할 수 있고, 이러한 물질은 압축 도중에 배출한 유체를 팽창시 다시 흡수 할 수 있기 때문에, 높은 습윤 탄성회복 비 수치는 특히 바람직하다. 예를 들면 기저귀에서, 습윤 영역은 신체의 움직임 또는 신체 위치의 변화에 의하여 일시적으로 압축될 수 있다. 압축력이 사라진 뒤에 물질이 다시 그의 벌크를 회복할 수 없다면, 유체를 취급하는 효율이 감소한다.
물질 내에서의 고 부하 에너지 비도 이러한 물질이 2 psi 피크 부하 미만의 부하에서 한때 심하게 압축된 후에도 압축에 대한 저항(LER(부하 에너지 비)은 표본을 압축하기 위하여 요구되는 에너지의 측정에 기초)을 계속하기 때문에 유용하다. 이러한 습윤 탄성 특성을 유지하는 것은 습윤시 그 구조가 그의 세공 부피를 유지할 수 있게 한다는 일반적인 잇점 이외에도 흡수 용품으로 사용되는 경우 물질의 감촉에 기여하고, 착용자의 신체에 흡수 용품이 맞도록 유지하는 데 도움이 될 수 있다고 믿어진다.
본원 발명의 소수성 처리된 흡수 웹 및 본원 발명의 제조에 유용한 처리되지 않은 본래부터 친수성인 기재시트는 상기 특성의 하나 이상을 나타낼 수 있다. 더욱 특이적으로는, 상기 흡수 웹 및 기재시트는 그람 당 약 6 입방 센티미터 이상, 더욱 특이적으로는 약 7 입방 센티미터 이상, 더욱 특이적으로는 약 8 입방 센티미터 이상 및 매우 더욱 특이적으로는 약 8 내지 약 13 입방 센티미터 이상의 습윤 압축 벌크를 가진다. 압축 비는 약 0.7 이하, 더욱 특이적으로는 약 0.6 이하, 매우 더욱 특이적으로는 약 0.5 이하 및 매우 더욱 특이적으로는 0.4 내지 약 0.7일 수 있다. 또한, 그들은 약 0.6 이상, 더욱 특이적으로는 약 0.7 이상, 더욱 특이적으로는 약 0.85 이상 및 매우 더욱 특이적으로는 약 0.8 내지 약 0.93의 습윤 탄성 회복 비를 가질 수 있다. 부하 에너지 비는 약 0.6 이상, 더욱 특이적으로는 0.7 이상, 매우 더욱 특이적으로는 약 0.8 이상 및 가장 특이적으로는 약 0.75 내지 약 0.9일 수 있다. 최종 벌크는 그람 당 약 8 입방 센티미터 이상 또는 바람직하게는 그람 당 약 12 입방 센티미터 이상일 수 있다.
"평면 내 투과도(In-Plane Permeability)". 세공성 매질의 특히 흡수 제품에 대한 중요한 특성은 액체가 흐를 수 있는 투과도이다. 고체 입자와 세공성 매질의 경계 사이의 복잡하고 상호 연결된 경로가 채널의 혐소함 및 경로의 굴곡에 기인한 현저한 유동성 저항을 제공할 수 있는 유체 유동의 경로를 제공한다.
종이의 경우, 투과도는 통상적으로 시트를 통한 기체의 유동 속도(flow rate)로 표현된다. 이러한 입자는 유사한 시트와 비교하기에 유용하지만, 유동 유체와 세공 구조간의 상호작용을 정확하게 특성화하거나 습윤 시트내의 유동에 대한 직접적인 정도를 제공하지는 못한다. 투과도의 표준적인 공학적 정의는 용이하게 측정할 수는 없지만 더 유용한 매개 변수를 제공한다. 표준적인 정의는 포화된 세공성 매질을 통하여 흐르는 유체의 속도는 압력 구배에 직접 비례한다는 1-차원 유동에 대한 다씨(Darcy's)의 법칙(F. A. L. Dullien, Porous Media: Fluid Trandport and Pore Structure, Academic Press, New York, 1979 참조)에 기초를 두고 있다:
상기식에서, V는 표면 속도(유동 속도를 면적으로 나눈 수치), K는 투과도, μ는 유체 점도, 및 ΔP는 거리 L을 가로지는 유동 방향에서의 압력 감소이다. K의 단위는 m2이다. 수학식 1에서, 투과도는 유체 속도를 압력 감소 및 점도와 결합시키는 실험적 비례 계수이다. 균질한 매질에서, K는 ΔP, 표본 길이 또는 점도의 함수가 아니지만, 매질의 유동 저항을 설명하는 고유한 매개 변수이다. 압축 가능한 매질에서, 투과도는 압축도의 함수일 수 있다. 다씨 투과도는 섬유 웹 내의 유체 유동을 수반하는 프로세스에 대한 기본적인 매개 변수이다.
다씨 투과도는 면적(m2)의 단위를 가지고 단순한 균일 원통형 세공에 대해서는 단일 세공의 단면적에 비례한다. 그러나, 대부분의 실제 물질의 투과도는 세공 크기의 광학적 측정으로부터 예측될 수 없다. 투과도는 세공 크기 뿐만이 아니라 세공 방향, 굴곡 및 상호 연결정도에 의하여 결정된다. 대상물의 몸체 내의 거대한 세공은 유체 유동 대한 접근이 불가능하고 높은 유동 저항을 제공하는 작은 세공을 통해서만 접근 가능하다. x-선 단층촬영 또는 기타 영상화 기술로부터 물질의 세공 공간의 완전한 3-차원 기술을 가지고도, 투과도를 예측하거나 계산하는 것이 어렵다. 투과도 및 세공 크기 측정은 관련은 있지만 물질에 대한 상이한 정보이다. 예를 들면, 천공된 불연속적인 중첩되지 않는 개구를 가진 금속 시트는 여전히 무시할만한 평면내 투과도를 가지면서도 매우 큰 세공을 가질 수 있다. 스위스 치즈는 많은 큰 세공을 가지지만, 매우 얇게 잘라저서 개구가 치즈 표본의 한쪽 면으로부터 다른 면까지 연장되어 있지 않으면 통상적으로 임의의 방향에서 무시할만한 투과도를 가진다.
종이내의 투과도에 대한 대부분의 연구는 z-방향(시트 평면에 수직)의 유동에 촛점이 맞추어져 왔는데, 이는 습윤 프레싱 및 기타 단위 조작에서 실제적 유용성이 있다. 그러나, 종이는 이방성의 물질(예를 들면, 이. 엘. 백(E. L. Back, "The Pore Anisotropy of Paper Products and Fibre Building Boards." Svensk Papperstidning, 69:219(1966) 참조)이고, 이것은 유체 유동 특성이 방향의 함수 임을 의미한다. 이러한 경우에, 상이한 유동 방향은 상이한 외견상 투과도를 가지는 것으로 나타날 것이다. 이러한 매질내의 유동 방향 및 압력 구배의 여러 가능성은 하기 수학식 2의 다씨 법칙의 다차원 형태에 포함될 수 있다.
상기 식에서 v는 표면 속도 벡터(부피 유동 속도를 유동의 단면적으로 나눈 것)이고, μ는 유체의 점도이며, K는 2-차 텐서이고 ΔP는 압력 구배이다. 데카르트 좌표계(Cartesian coordinate system)이 세공성 매질의 주 유동 방향에 상응하게 선택되면, 이어서 투과도 텐서가 대각 행렬이 된다(Jacob Bear, "Dynamics of Fluids in Porous Media.", American Elsevier, New York, NY, 1972, pp. 136-151참조).
상기 식에서, Kx, Ky및 Kz는 x-, y- 및 z- 방향을 각각 나타내는 주 투과도 성분이다. 종이 내에서, 이러한 방향은 일반적으로 평면내의 기계 수직 방향(본원에서 y로 나타냄) 및 기계 방향(x로 나타냄, 평면내 최대 투과도 방향) 및 횡단 방향 또는 두께 방향(z)에 상응한다. 따라서, 통상적인 기계-제작 종이의 이방성 투과도는 세 개의 투과도 매개변수로 특성지워질 수 있는데, 하나는 기계 방향, 하나는 기계 수직 방향 및 하나는 z-방향이다(일부 경우에, 제지 기계의 헤드박스내에서 불균형적인 유동이 일어나는 경우, 최대 투과도 방향이 기계 방향에서 조금 벗어날 수 있고, 이러한 경우에는 평면내 최대 투과도 방향 및 그에 수직 방향을 각각 x- 및 y-방향으로 사용한다). 수제 종이에서, 평면내에 존재하는 섬유에 대하여 우선적인 배향 방향이 없을 수 있기 때문에 x- 및 y-방향 투과도는 동일하다(즉, 이러한 시트는 평면내 등방성이다).
종래에는 종이 내의 z-방향 투과도에 대하여 촛점을 맞추었지만, 평면내 투과도(Kx및 Ky가 평면내 인자)가 다양한 응용분야, 특히 흡수 용품에서 중요하다. 흡수 용품으로 흘러들어가는 체액 또는 기타 액체는 통상적으로 용품의 좁고 국소화된 영역으로 흘러들어간다. 흡수 매질의 효율적인 사용은 유입되는 유체가 흡수 용품내에서 평면을 통하여 횡적으로 분표되는 것을 요한다. 그렇지 않을 경우 유입 액체를 처리하는 용품의 국소 능력이 한계에 이르러 누출 및 흡수 용품 코어의 불안전한 사용을 초래할 것이다. 용품의 평면내에서 유동할 수 있는 유체의 능력은 모세관 흡수 및 유체원으로부터의 수압의 조합일 수 있는 유체 유동에 대한 구동력의 함수 및 주로 물질의 다씨 투과도에 의하여 기재되는 유동을 시키는 세공성 매질의 능력의 함수이다. 2-상 유동 및 비-뉴톤 액체 또는 현탁액은 물리학적 현상을 어렵게 하지만, 세공성 매질의 평면내 투과도는 액체 유입의 신속한 평면내 분산에 대한 중요한 요인이다. 특히 액체 유동 속도가 모세관 힘의 능력을 훨씬 초과하여 발생하는 소변의 처리의 경우에, 유체가 누출되지 않고 측면으로 분산되도록 흡수층 내의 높은 평면내 투과도가 필요하다.
수 많은 종래의 종이의 액체 투과도 연구가 전적으로 z-방향 유동에 대한 Kz의 측정에 촛점을 맞추어 왔으나, 최근 들어 여러 방법이 종이 시트의 평면내 투과도 측정에 대하여 개시하고 있다. 제이. 디. 린드세이(J. D. Lindsay) 및 피. 에이치. 브레디(P. H. Brady)는 문헌["Studies of Anisotropic Permeability with Applications to Water Removal in Fibrous Webs: Part I", Tappi J., 76(9):119-127(1993)] 및 문헌["Studies of Anisotropic Permeability with Applications to Water Removal in Fibrous Webs: Part II", Tappi J., 76(11):167-174(1993)]에서 포화 종이의 평면내 및 z-방향 투과도 측정 방법을 개시하고 있다. 케이. 엘. 아담스(K. L. Adams), 비. 밀러(B. Miller) 및 엘. 레벤펠드(L. Rebenfeld)의 문헌["Forced In-Plane Flow of an Epoxy Resin in Fibrous Networks," Polymer Engineering and Science, 26(20): 1434-1441(1986)], 제이. 디. 린드세이(J. D. Lindsay)의 문헌["Relative Flow Porosity in Fibrous Media: Measurements and Analysis, Including Dispersion Effects," Tappi J., 77(6):225-239(June 1994)], 제이. 디. 린드세이(J. D. Lindsay) 및 제이. 알. 월린(J. R. Wallin)의 문헌["Characterization of In-Plane Flow in Paper,: AlChE 1989 and 1990 Forest Products Symposium, Tappi Press, Atlanta, Ga(1992), p. 121] 및 디. 에이치. 호츠만(D. H. Hortsmann), 제이. 디. 린드세이(J. D. Lindsay) 및 알. 에이. 스트래톤(R. A. Stratton)의 문헌["Using Edge-Flow Tests to Examine the In-Plane Anisotropic Permeability of Paper", Tappi J., 74(4):241(1991)]에 관련 방법이 개시되어 있다.
이들 문헌 대부분에 사용된 기본적인 방법은 원판의 중심의 주입 지점으로부터 원판의 가장자리로 진행하는 방사상 방향으로 유체가 유동하도록 강제하기 위하여 두 개의 평평한 표면사이에 속박된 종이 원판의 중심으로 유체를 주입하는 것이다. 이것은 중심 개구 42가 천공되고 천공된 개구와 동일한 크기의 주입구에 의하여 유체가 주입되는 시트 41을 도시한 도 9에 예시되어 있다. 유체는 방사상의 가장자리 43으로 유동하도록 강제된다. 일정 두께의 액체-포화 시트에 대해서는 린드세이 등의 연구에서 개시된 방법으로 유체를 방사상으로 점진적으로 유동시키며, 유체 유동에 대하여 평균 평면내 투과도를 연관시키는 식이 하기 수학식 4이다.
상기식에서, R0는 종이 원판 41의 반경이고, Ri는 유체가 주입구를 통하여 주입되는 표본의 중심 개구 42의 반경이며, Lp는 종이의 두께이고, ΔP는 유체가 원판에 주입되는 대기압을 초과하는 일정 압력(주입 개구의 계기 압력)이며, Q는 액체의 부피 유동 속도이고, Kr은 두 개의 평면내 투과도 인자의 평균으로 정의되는 평균 방사상 투과도(기술적인 평균 방사상 투과도)인 평면내 투과도이다. 원판의 직경은 5 인치(12.7 cm)이다. 중심 주입 개구 42는 일관되게 0.375 인치(3/8 인치, 0.953 cm)이고 종이 천공 기구를 통하여 만든다. 평면내 투과도 측정을 위한 시험 기구는 도 10 및 11에 도시되어 있는데, 이것은 앞서 인용한 린드세이 및 브레디가 개시한 기구와 원칙적으로 유사하다. 관 45는 물을 저장기로부터 1 인치(2.54 cm) 두께 플렉시유리 지지 판 45에 뚫은 주입구로 연결한다(지지판은 특히 수용성 염료 용액이 표본에 주입된 경우를 포함하여 습윤 표본이 관측될 수 있도록 투명하다. 지지판 아래 45 도 위치의 거울이 관측 및 사진촬영을 용이하게 한다). 물 저장기 51은 시험 동안의 유체 주입을 위한 거의 일정한 수압 헤드(Hydraulic Head) 49를 제공한다. 부피 유동 속도는 물 저장기의 질량 변화를 시감의 함수로 인식하고, 물 질량 유동 속도를 부피 유동 속도로 환산하여 얻어진다. 상온에서 진공-탈기된 탈염수가 사용된다.
상기 기구를 사용하여, 5 인치(12.7 cm) 직경으로 적출되고 중심 개구 직경이 0.375 인치(0.953 cm)인 종이 원판 41을 주입구 44(역시 0.375 인치(0.953 cm)) 위의 지지판 46에 거치하고 이어서 물로 포화시킨다. 유체 주입 선 45 및 주입구 44를 물로 채우고 시트 또는 주입 영역에 포획되는 공기 방울을 방지하기 위하여 노력한다. 공기 방울을 제거하는 것을 돕기 위하여, 표본 41은 표본의 중심에서 액체 접촉을 시작하기 위하여 습윤 지지판위에 거치할 때 중심에서 조심스럽게 구부리고, 이어서 그 가장자리를 점차 낮추어 시트 하부로부터 공기 방울을 제거하도록 액체 쐐기 모양(meniscus) 움직임을 발생시킨다. 시트의 다중-겹 스택은 겹 내부의 공기 방울을 제거하기위한 사전 표본 습윤이 필요하기는 하지만, 동일한 방식으로 취급될 수 있다. 공기 방울을 제거하는 목적은 포획된 공기 방울이 야기할 수 있는 유동 방해를 감소시키는 것이다.
일단 습윤 표본을 제자리에 거치시키면, 5 인치(12.7 cm) 직경의 원통형 금속 플래튼 47을 표본의 위에 조심스럽게 내려서 일정한 압력 부하를 제공하고 디스플레이스 먼트 게이지 48로 두께 측정을 하기 위한 표본 상부의 기준 표면을 제공한다. 금속 원통 47의 가장자리의 대략 일정한 간격의 세 개의 디스플레이스먼트 게이지 48을 시트 41의 평균 두께를 측정하기 위하여 사용한다. 표본 두께는 표본이 존재하지 않는 경우의 0 점에 대한 세 개의 디스플레이스먼트 수치의 평균으로서 취해진다. 적절한 두께 게이지는 2-인치 스트로크(stroke, 접촉 스핀들(spindle)의 운동 거리) 및 1 마이크로미터의 정확도를 가진 모델 543-525-1의 미츠토요 디지마틱 인디케이터(Mitutoyo Digimatic Indicator)이다. 두께 게이지는 지지판에 대하여 단단히 위치시킨다. 두께 게이지의 접촉 스핀들은 표본위로 금속 플래튼을 확실하게 움직이기 위한 케이블을 사용하여 올려지고 내려진다(게이지 몸체 위치의 변화 없이). 두께 게이지 48에 의하여 가해지는 작은 힘은 표본 41에 가해진 전체 힘을 얻기 위하여 금속 플래튼 47의 중량에 더해지고, 이 힘은 표본 및 플래튼의 단면적에 의하여 나누어 질 때 0.8 psi이다.
13 인치(33.02 cm)의 수압 헤드가 액체 유동을 구동하기 위하여 사용된다. 이 헤드는 공급 저장기의 물 라인 50과 표본 41의 평면 사이의 수직 거리 49 이다. 이 헤드는 특정 수위 50으로 채워진 물병을 표본이 놓여지는 지지판 46에 대하여 고정된 높이에서 질량계 52 위에 거치시켜서 얻어진다. 표본이 지지판에 거치될 때, 물 저장기는 저장기 내의 물 수위 50이 표본이 놓여지는 지지판 46과 거의 동일(또는 조금 높게)한 높이가 되도록 위치한다. 표본이 습윤되고 금속 플래튼의 압축 부하하에 거치될 때, 이어서 물저장기는 높여지고 물 수위가 지지 플래튼 위 13 인치(33.02 cm)에 위치하도록 질량계 52에 거치한다. 타이머를 작동시켜서 물 저장기의 질량을 90 초 이상의 시간 동안 20 또는 30초 간격으로 기록한다. 세 개의 게이지의 두께 표시도 시험 기간동안 규칙적으로 기록한다. 크리프(creep)를 감소시키기 위하여, 포화 표본은 물병을 올려서 표본을 통한 강제 유동이 개시되기 전 30 초 이상 동안 압축 부하하에서 평형이 이루어 지도록 한다.
시간의 함수로서의 물 저장기 질량의 변화는 질량 유동 속도를 나타내고, 이는 수학식 4를 사용하여 용이하게 부피 유동 속도로 환산될 수 있다. 전형적인 공학적 원칙이 적합한 단위(바람직하게는 SI 단위)가 수학식 4의 적용시 사용되도록 사용될 수 있을 것이다.
평면내 투과도 측정을 수행하는 경우에, 표본이 압축 표면에 대하여 균일하게 압축되어서 표본 자체의 많은 부분을 통과시킬 수 있는 액체 유동에 대한 본질적으로 최소 저항 경로를 제공하는 거대 채널 또는 개구를 방지하는 것이 중요하다. 이상적으로는, 액체가 표본을 통하여 균일하게 유동하고, 이것은 염색 용액을 표본에 주입하고 투명 지지판을 통하여 염색된 영역의 모양을 관측하여 확인할 수 있다. 주입된 염료는 주입 점으로부터 균일하게 퍼져야 한다. 등방성 표본에서, 움직이는 염료 영역의 모습은 거의 원형이다. 섬유 배향 또는 미세 크기 구조 배향에 기인한 평면내 이방성을 가진 물질에서, 염료 영역의 모양은 타원형이고 주입 점에 대하여 거의 대칭이다. 이러한 시험을 위한 적절한 염료는 밀리켄 케미칼 코프(Milliken Chemical Corp.)에서 제조한 Versatint Purple II이다(Inman, SC). 이것은 셀룰로오스에 흡수되지 않고 섬유 매질을 통하여 용이하게 관측될 수 있는 휘발성 염료(fugitive dye)이다.
실시예에 예시되는 바와 같이, 본원 발명의 웹 및 기재시트는 매우 높은 평면내 투과도를 가진다. 평면내 투과도는 약 0.1 x 10-10제곱 미터 이상, 더욱 특이적으로는 약 0.3 x 10-10제곱 미터 이상, 더욱 특이적으로는 약 0.5 x 10-10제곱 미터 이상, 매우 더욱 특이적으로는 약 0.5 x 10-10내지 약 8 x 10-10제곱 미터 및 매우 더욱 특이적으로는 약 0.8 x 10-10내지 약 5 x 10-10제곱 미터일 수 있다.
도 1은 소수성 물질 영역을 가지는 굴곡이 있는(contoured) 탄성 기재시트를 포함하는 흡수 웹의 단면도이다.
도 2는 하부의 흡수 섬유층과 접촉되어 있는 도 1의 흡수 웹을 도시한다.
도 3은, 유사한 지형을 가진 뒤집어진 기재시트에 결합된 도 1의 흡수 웹을 도시한다.
도 4는 도 1에 나타난 본원 발명의 굴곡이 있는 탄성 기재시트를 제조하기에 적합한 흡수 웹을 도시한다.
도 5는 기재시트의 낮은 부위에 개구가 제공된 도 2의 흡수 웹을 도시한다.
도 6은 친수성 기재시트 위에 인쇄된 소수성 물질의 패턴을 도시한다.
도 7은 물질 표면 곡선 및 P10 높이의 정의를 예시하기 위한 높이 프로파일 및 몇 가지 물질 선을 도시한다.
도 8은 본원 발명의 표본 13으로부터의 CADEYES 프로파일을 도시한다.
도 9는 평면 내 투과도 측정(각도 관점) 동안 종이 원판 내의 유동 패턴을 도시한다.
도 10은 평면 내 투과도 측정 기구의 측면도이다.
도 11은 평면내 투과도 기구 내의 황동 플래튼 및 두께 게이지의 상부 도이다.
도 12는 상대적으로 높은 영역은 밝은 회색으로 나타내고 상대적으로 낮은 영역은 어두운 회색으로 나타내는 크레이프되지 않은 티슈 기재시트 일 부분의 그레이스케일 높이 지도이다.
도 13은 본원 발명의 또 다른 실시 태양의 개략적인 단면도이다.
도 14는 소수성 섬유가 개구가 있는 웹에 의하여 제공되는 일 대체 실시 태양의 개략적인 대표도이다.
도 15는 실시예 1의 표본에 대한 평균 재습윤치 및 95% 신뢰도 구간의 그래프이다.
도 16은 실시예 3 내지 6의 물리적 성질 결과의 표이다.
도 17은 실시예 7 내지 10의 물리적 성질 결과의 표이다.
〈도면의 상세한 설명〉
도 1은 복합체 흡수 웹을 형성하기 위하여 굴곡이 있는 기재시트의 상부 영역 3에 소수성 물질 2가 퇴적된 바람직하게는 탄성 셀룰로오스 티슈 시트인 굴곡이 있고 본래부터 친수성인 기재시트 1의 단면도를 나타낸다. 소수성 물질 2를 가진 웹의 상부 면은 흡수 용품에서 상부시트의 피부 접촉 층 또는 라이너로서 작용할 수 있다. 소수성 물질은 바람직하게는 나타나 있는 바와 같이 기재시트의 융기 영역에만 존재하고, 바람직하게는 기재시트 두께의 약 50% 이하에, 더욱 특이적으로는 기재시트 두께의 약 25% 이하, 더욱 특이적으로는 기재시트 두께의 약 20% 이하에 및 가장 바람직하게는 기재시트 두께의 약 10% 이하에 침투되어 있다. 일부 제품에서, 소수성 물질은 기재시트 자체 내로는 거의 침투도지 않으면서, 기재시트의 상부 표면위의 섬유의 상부(외부) 표면에 거의 전적으로 존재하는 것이 바람직하다. 소수성 물질 퇴적은 일반적으로 하부의 친수성 기재시트 위의 약간의 거리로 융기된 두께를 가진다. 일부 실시 태양에서, 하부의 친수성 기재시트 위로의 거리가 3 mm 미만, 0.5 mm 미만, 0.1 mm 미만, 0.05 mm 미만 또는 0.05와 0.5 mm 사이일 수 있다. 일부 바람직한 실시 태양에서, 친수성 기재시트의 국소 두께에 대한 소수성 퇴적물의 두께는 약 50% 미만, 대체적으로는 약 20% 미만, 대체적으로는 약 10% 미만, 또는 약 5 와 25% 사이일 수 있다.
액체 흡수를 가장 양호하게 수행하기 위해서는, 기재시트의 밀도는 바람직하게는 주로 비압축 방법으로 건조된 크레프되지 않은, 드루-에어 건조 티슈 및 기타 종이 시트의 특성과 같은 임의의 특징적인 기재시트의 단면을 통하여 본질적으로 균일하여야 한다. 이러한 기재시트는 낮은 투과도 및 낮은 흡수력을 가진 영역이 상대적으로 적고, 습윤시 더욱 탄성인 경향이 있다. 기재시트의 함몰된 영역 4는 본질적으로 친수성이고 액체를 수용할 수 있는 세공 공간을 제공하고 흡수 매질(매질은 친수성 기재시트 그 자체 및 바람직하게는 임의로 복합체 웹과 첩촉하여 전달되는 액체내의 하부의 흡수 코어임) 안으로 액체가 위킹될 수 있는 영역을 소수성 물질의 중앙에 제공함에 의하여 개구가 만들어진 필름 내에서 개구가 수행하는 것과 동일한 작용을 수행할 수 있다. 하부의 흡수 코어는 바람직하게는 플러프 펄프의 매트와 같은 섬유성 매트이다. 이러한 일 실시 태양이 도 2에 도시되어 있고, 여기에서 본래부터 친수성인 기재시트 1은 섬유성 매트 5와 직접 접촉한다. 복합체 웹으로부터 섬유성 매트로 액체를 전달하는 것을 촉진하기 위하여, 많은 양의 유체를 유지하기 위한 적절한 세공 공간을 제공하고 고 투과도 영역을 제공하기 위한 현저한 양의 저밀도 영역을 여전히 가지는 반면에 높은 모세관 압력을 가져서 복합체 웹으로부터 액체를 빨아들일 수 있는 작은 세공을 가진 고 밀도 영역을 가진 비균질적 구조를 섬유 매트 5에 제공할 수 있다. 비균질적 조밀화 섬유 매트 5는 기재시트 1과 접촉하는 상대적으로 밀도가 큰 상부층을 가지거나, 또는 엠보싱 또는 기타 방법에 의하여 도입된 일정한 패턴의 조밀화 영역(바람직하게는 기재시트 1의 더 낮은 친수성 부분과 직접 접촉하는 일부 이상의 조밀화 영역을 가짐)을 가질 수 있다.
도 3에 나타난 바와 같이, 본래적으로 친수성인 기재시트 1은 또한 현저한 겹 내부 세공 공간 8을 가진 다중-겹 구조를 형성하기 위한 함몰 영역 7을 가지는 유사한 지형의 웹과 접촉된 상태(9)일 수 있다. 바람직하게는, 웹은 의도한 물질 특성인 습윤시 형태 및 벌크를 유지하기 위한 습윤 탄성, 친수성 영역내의 유체의 신속한 흡수를 제공하기 위한 흡수력 및 양호한 모세관 구조, 편안함을 증가시키기 위한 신체면 위의 상부 표면 상의 부드러움, 사용시 편안함을 위한 가요성 및 신체에 접촉하는 면적을 감소시켜서 습윤시 습한 촉감을 줄일수 있게 해주는 3-차원 굴곡의 조합일 수 있다.
본래부터 친수성인 기재시트는 광범위한 방법에 의하여 제조될 수 있다. 바람직하게는, 의도될 수 있는 임의의 캘린더링 이전에 기재시트를 시트가 약 60% 이상의 고체 수준(건조 수준) 및 바람직하게는 약 70% 이상의 고체 수준에 이르기 전에 본질적인 부분에 형성된 저 밀도 3-차원 구조로 특징지울 수 있다. 적절한 저-밀도 3-차원 구조는 제지, 티슈 제조 및 부직 웹 제조의 기술 분야에서 공지된 광범위한 방법에 의하여 얻어질 수 있다. 상기 공지된 방법은 본원에서 참고 문헌으로 포함된 씨. 씨. 반 하프튼(C. C. Van Haaften)의 1967년 9월 5일의 미국특허 제3,339,550호의 "가교 결합된 셀룰로오스 층을 가진 생리대"에 개시되어 있는 섬유를 포함하는, 퍼니시 내의 첨가제로서 회전 또는 화학적 처리된 섬유와 같은 특별하게 처리된 고 벌크 섬유의 사용, 하기에 기재하는 직물들 또는 와이어 사이의 차동 속도("rush") 전달과 같은 기계적인 탈결합 방법, 본원에 참고 문헌으로 포함된 엠. 에이. 헤르만(M. A. Hermans) 등의 1996년 2월 20일의 미국특허 제5,492,598호의 "드루드라이드 티슈의 내부 벌트를 증가시키는 방법" 및 엠. 에이. 헤르만(M. A. Hermans) 등의 1995년 5월 2일의 동 제5,411,636호의 "습윤-압축된 티슈의 내부 벌크를 증가시키는 방법" 에 개시된 방법을 포함하는 습윤 웹의 기계적 변형 또는 "습윤 변형", 상기 3-차원 와이어 또는 직물 위로 또는 그로부터의 차동 속도 전달을 포함하는 본원에 참고 문헌으로 포함된 치우(Chiu) 등의 1995년 7월 4일 미국특허 제5,429,686호에 개시된 직물과 같은 3-차원 와이어 또는 직물 위로 섬유를 성형시키는 것, 시트의 습윤 엠보싱, 섬유의 히드로인탱글링, 습윤 크레핑 및 임의적으로 화학적 탈결합제의 사용과 같은 특별히 저리된 고-벌크 섬유의 사용을 포함하지만 이에 한정되는 것은 아니다. 본래부터 친수성인 기재시트는 또한 본원에 참고 문헌으로 포함된 쉐리 에이치. 에버하트(Cherie H. Everhart) 등의 1995년 2월 14일 미국특허 제5.389,202호의 "고 펄프 함량 부직 복합체 웹의 제조 방법"에 일 실시 태양이 개시된 합성 섬유 및 펄프 섬유의 복합체로부터 제조될 수 있다.
셀룰로오스 섬유 및 합성 섬유의 에어 레이드 혼합물도 본 발명의 범위내에 있다. 에어 레잉을 위한 펄프 섬유는 본 기술 분야에 공지되어 있는 햄머밀 또는 기타 방법에 의한 것과 같이, 파분쇄에 의하여 제조될 수 있다. 에어 레이드 물질의 형성 방법은 예를 들면, 본원에 참고 문헌으로 포함되어 있는 더닝(Dunning) 및 데이(Day)의 1976년 8월 24일 미국특허 제3,976,734호 및 피에퍼(Pieper) 등의 1992년 10월 20일 미국특허 제5,156,902호에 개시된 방범을 포함하는 본 기술 분야에 공지되어 있다. 에어 레잉을 위한 적절한 제지 섬유는 단단한 목재 또는 부드러운 목재, 저수율 또는 고수율 섬유 및 머서화 펄프, 화학적으로 경화되거나 가교결합된 펄프, 술폰화 펄프 등과 같은 화학적으로 처리된 섬유를 포함할 수 있다. 유용한 섬유 제조 방법은 본원에 참고 문헌으로 포함되어 있는 헤르만(Hermann)등의 1996년 3월 26일 미국특허 제5,501,768호, 1994년 9월 20일의 동 제5,348,620호에 개시된 것들을 포함한다. 본원에 참고 문헌으로 포함되어 있는 스미스(Smith) 등의 1996년 9월 3일 미국특허 제5,552,020호에 개시된 화합물을 포함하는 본 기술 분야에 공지되어 있는 섬유 유연화 방법이 적용될 수 있다. 펄프 섬유는 공기 또는 증기 내에 운반될 수 있고 멜트블로운 또는 스펀본드 과정으로부터 새로이 형성된 고온 합성 섬유와 혼합될 수 있거나 또는 펄프 섬유는 공기내에 운반되는 상대적으로 짧게 잘린(바람직하게는 길이가 22 mm 미만) 합성 섬유의 흐름속에 혼합될 수 있다. 결합제 및 점착제가 에어 레이드 구조에 안정성 및 습윤 강도를 부여하기 위하여 사용되거나 또는 결합을 제공하기 위한 합성 섬유의 부분적인 용융을 위하여 열이 가해질 수 있다. 일 실시 태양은 본원에 참고 문헌으로 포함된 앤더슨(Anderson) 등의 미국특허 제4,100,324호, 라드완스키(Radwanski) 등의 동 제4,879,170호 및 동 제4,931,355호에 개시되어 있는 "코폼(coform)"으로 공지되어 있는 제지 섬유 및 멜트블로운 중합체의 혼합물을 포함한다. 본원 발명의 목적을 위하여, 웹에 적절한 텍스쳐를 부여하는 단계들을 취할 수 있다. 이러한 단계는, 패턴화된 기본 중량 및 두께를 가진 웹을 제조하기 위한 높고 낮은 투과도 패턴을 가진 스크린상에 형성하는 것, 스팟 결합, 패턴 결합, 엠보싱, 사전에 결정된 패턴내의 표면을 제거하기 위하여 z-방향으로 웹의 영역들을 잡아당기는 것, 초음파 패턴 결합, 액체의 수압 분사를 통한 웹의 분쇄(wep disruption)을 포함한다. 바람직하게는, 본래부터 소수성인 합성 섬유의 물, 소변 또는 생리혈에 대한 습윤도를 증가시키기 위하여 표면활성제 코팅, 표면활성제 또는 기타 표면 활성 제의 섬유 표면 유체 퇴적, 단백질 또는 친양쪽성 단백질의 퇴적, 코로나 방전 처리(corona discharge treatment), 오존처리, 친수성 물질의 코팅 등과 같은 방법을 이용하여 처리될 수 있다. 기재시트의 제조에 합성 섬유를 사용할 경우에, 이들은 기재시트의 중량을 기준으로 70% 이하, 바람직하게는 40% 이하, 더욱 바람직하게는 20% 이하, 매우 더욱 바람직하게는 10% 이하, 가장 바람직하게는 약 1% 내지 10%사이 이다. 다른 한편으로, 웹은 약 1% 내지 약 10% 사이의 합성섬유를 포함할 수 있다. 다른 한편으로, 웹은 약 1% 내지 50% 사이의 합성 중합체 섬유를 포함할 수 있다. 다른 요인이 특정 제품을 위한 최적의 혼합을 결정하는 데 더욱 중요할 수 있기는 하지만, 합성 섬유의 낮은 함량은 단가를 낮추는 데 일반적으로 바람직하다. 본원 발명의 흡수 용품에 포함되는 기타 적절한 물질은 본원에 참고 문헌으로 포함된 탄저(Tanzer)등의 1996년 10월 8일 미국특허 제5,562,645호의 부드러운 웹을 포함한다.
바람직한 일 실시 태양에서, 기재시트는 크레핑에 의하지 않고 제조되고 비-압축 방법으로 건조된 웨트-레이드 티슈이다. 이러한 시트를 제조하는 기술은 본원에 참고 문헌으로 포함되어 있는 에스. 제이. 수달(S. J. Sudall) 및 에스. 에이. 엥겔(S. A. Engel)의 1995년 3월 21일 미국특허 제5,339,412호의 "높은 강도 및 흡수도를 가진 크레이프되지 않은 드루드라이드 타월", 알. 에프. 쿠크(R. F. Cook) 및 디. 에스. 웨스트브룩(D. S. Westbrook)의 1991년 9월 17일 미국특허 제5,048,589호의 "크레프되지 않은 손 타월 또는 와이퍼 타월" 및 제이. 에스. 루고프스키(J. S. Rugowski) 등의 1997년 1월 7일 미국특허 제5,591,309호의 "크레프되지 않은 드루드라이드 티슈 시트를 제조하기 위한 제지 기계"에 개시되어 있다.
본원 발명을 위한 기재시트를 제조하는 바람직한 방법이 도 4에 도시되어 있다. 간략히 설명하면, 몇몇의 직물 흐름을 한정하기 위하여 개략적으로 사용되는 다양한 장력 로울을 번호를 기입하지 않은 체 표시하였다. 도 4에 예시된 기계 및 방법으로부터 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 변형을 만들 수 있다는 것이 이해될 것이다. 웹이 약 10 건조 중량 %의 농도(consistency)까지 부분적으로 탈수되는 공정 중에 새로이 형성된 습윤 웹 다운스트림(downstream)을 지지하거나 운반하는 형성 직물 13위로 제지 섬유의 수성 현탁액의 흐름 11을 분사 또는 퇴적시키는 층상 제지 헤드박스 10를 가지는 이중 와이어 형성기가 나타나 있다. 추가적인 습윤 웹의 탈수는 습윤 웹이 형성 직물에 의하여 지지되는 동안에 진공 흡입(suction)과 같은 방법으로 수행할 수 있다. 헤드박스 10은 종래의 헤드박스이거나 다층 단일 웹을 제조할 수 있는 층상 헤드박스일 수 있다. 예를 들면, 다른 층은 높은 투과도 및 높은 흡수 능력 및 높은 세공 부피를 위하여 상대적으로 길고, 더 벌크하고 또는 더 회전이 많은 섬유를 포함하는 반면에, 기재시트의 일 층에는 층내에 높은 모세관 압력을 제공하기위하여 상대적으로 짧거나 또는 직선의 섬유를 제공하는 것이 바람직할 수 있다. 건조 및 습윤 강도, 세공 공간, 습윤 각, 외양 또는 기타 웹의 특성을 최적화하기 위하여 단일 웹의 독립된 층에 상이한 화학 제제를 적용하는 것도 바람직할 수 있다. 다중 헤드박스도 본 기술 분야에 공지되어 있는 바와 같이 층상 구조를 제조하기 위하여 사용될 수 있다.
습윤 웹은 형성 직물로부터 바람직하게는 증가된 신장(stretch)를 웹에 부여하기 위하여 형성 직물보다 느린 속도로 움직이는 전달 직물 17로 운반된다. 이것은 통상적으로 "러쉬 전달(rush transfer)"이라고 언급된다. 러쉬 전달을 수행하는 유용한 방법 하나가 본원에 참고 문헌으로 포함된 에스. 에이. 엥겔(S. A. Engel) 등의 1997년 3월 4일 미국특허 제5,667,636호에 개시되어 잇다. 두 직물 간의 상대 속도의 차이는 0 내지 80%, 바람직하게는 10% 이상, 더욱 바람직하게는 약 10 내지 60% 및 가장 바람직하게는 약 10 내지 40% 이다. 전달은 바람직하게는 진공 슬롯(slot)의 선행 모서리에서 형성 직물 및 전달 직물이 동시에 집중되고 분산되도록 진공 슈(shoe) 18을 이용하여 수행된다.
이어서 웹은 진공 전달 로울 20 또는 진공 전달 슈, 임의로 다시 앞서 기술한 고정된 갭(gap) 전달을 사용하여 전달 직물로부터 드루드라잉 직물 19로 전달된다. 드루드라잉 직물은 전달 직물과 동일한 속도 및 상이한 속도로 전달될 수 있다. 필요하다면, 드루드라잉 직물은 추가로 신장을 강화시키기 위하여 보다 낮은 속도로 전달 될 수 있다. 전달은 바람직하게는 드루드라잉 직물에 순응하기 위하여 시트의 변형을 보장하는 진공 조력하에 수행되고, 이에 의하여 의도된 벌크 및 외양이 얻어진다. 적절한 드루드라잉 직물은 본원에 참고 문헌으로 포함되어 있는 카이 치우(Kai Chiu) 등의 미국특허 제5,429,686호에 기재되어 있다.
바람직한 일 실시 태양에서, 직물은 부하 베어링(bearing) 층위에 도포되거나 결합된 조각층을 포함하고, 상기 조각층은 종횡비가 4 이상, 바람직하게는 6 이상, 더욱 바람직하게는 10 이상, 매우 더욱 바람직하게는 20 이상 및 가장 바람직하게는 약 8 내지 약 50인 신장되고 융기된 요소를 포함한다. 직물은 직조 또는 부직물일 수 있다. 일 실시 태양에서, 직물은 직조된 직물이고, 여기에서 부하 베어링 층은 섞어서 직조된 기계 방향 날실(warps) 및 기계 수직 방향 슈트(chute)를 포함하고 조각층은 부하 베어링 층의 직조시에 서로 섞어서 직조된 추가의 날실 또는 슈트를 포함한다(여기에서, 조각층의 가장 높은 너클(knuckle)은 부하 베어링 층의 가장 높은 너클보다 약 0.1 mm 이상, 바람직하게는 0.2 mm 이상, 더욱 바람직하게는 0.5 mm 이상, 가장 바람직하게는 약 0.4 와 약 2 mm 사이이다. 기재시트의 개선된 기계 수직 방향의 연신을 부여하기 위하여, 신장되고 융기된 조각층의 요소가 바람직하게는 기계 방향으로 배향되어야 한다.
직물의 제곱 인치(6.45 cm2) 당 신장되고 융기된 요소의 수는 약 5와 약 300 사이, 더욱 바람직하게는 약 10와 약 100의 사이 이다. 생성된 드루드라이드 기재시트는 캘린더되지 않은 상태 및 크레이트 되지 않은 상태에서 측정하였을 경우 기재시트 평면에 대한 상대적인 높이가 약 0.1 mm 이상, 바람직하게는 0.2 mm 이상, 더욱 바람직하게는 약 0.3 mm 이상, 가장 바람직하게는 약 0.25 내지 약 0.6 mm인 융기를 제곱 인치(6.45 cm2) 당 바람직하게는 약 5 내지 300개 포함하는 융기 영역을 가질 것이다. 기재시트 구조가 그들로부터 이탈한 융기 및 함몰을 가지는 상대적으로 평탄한 부분을 포함하는 경우, 상대적으로 평탄한 부분을 기재시트의 평면으로 취한다. 일부 구조에서는, 기조시트 평면은 양호하게 정의되지 않을 수 있다. 이러한 경우에는, 융기 높이가 가장 깊은 특징적 함몰 깊이에 대하여 측정될 수 있다. 임의의 경우에서, 가장 깊은 함몰부의 특징적 깊이에 대한 융기의 높이는 캘린더되지 않은 상태 및 크레프되지 않은 상태에서 측정하였을 경우, 약 0.1 mm 이상, 바람직하게는 0.3 mm 이상, 더욱 바람직하게는 약 0.4 mm 이상, 매우 더욱 바람직하게는 약 0.5 mm 이상 및 가장 바람직하게는 약 0.4 내지 약 1.2 mm 이다. 특정한 일 실시 태양에서, 기재시트의 융기된 영역은 크레이프되지 않은 드루드라이드 웹을 제조하기 위하여 사용된 3-차원 드루드라잉 직물의 조각 층으로부터 융기된 기계 방향 너클에 상응한다. 이러한 방식으로 형성된 웹은 표준적인 장력 시험으로 측정할 경우, 통상적으로 드루드라잉 직물 위의 융기된 기계 방향 요소에 의하여 부여된 높은 기계-수직 방향 지형에 기인한 6% 이상의, 바람직하게는 9% 이상의, 더욱 바람직하게는 12% 이상의 높은 기계 수직 방향 인장 수치를 결함이 생기기 이전에 가진다. 기계 방향 신장은 러시 전달에 의하여 강화될 수 있고 기계 수직 방향 신장의 크기 이상을 가질수 있으며 바람직하게는 10% 이상, 더욱 바람직하게는 14% 이상이다.
웹 전달을 위하여 사용되는 진공의 수준은 수은 약 3 내지 15 인치(수은 75 내지 약 380 밀리미터), 바람직하게는 수은 약 5 인치(125 밀리미터)일 수 있다. 진공 슈(음의 압력)는 진공으로 다음의 직물위로 웹을 흡입하는 것에 대체하거나 추가하여 다음 직물위로 웹을 블로우(blow)하기 위하여 웹의 반대면으로부터의 양의 압력의 사용에 의하여 대체되거나 보강될 수 있다. 진공 로울 또는 로울이 또한 진공 슈를 대체하여 사용될 수 있다.
드루드라잉 직물에 의하여 지지되는 동안, 웹은 드루드라이어 21에 의하여 약 94% 이상의 농도(consistency)로 최종적으로 건조되고 이후 운반체 직물 22로 전달된다. 건조된 기재시트 23은 운반체 직물 22 및 임의로 운반제 직물 25를 이용하여 릴(reel) 24로 전달된다. 임의적인 가압된 터닝(turning) 로울 26이 웹을 운반체 직물 22로부터 직물 25로 운반하는 것을 촉진하기 위하여 사용될 수 있다. 이러한 목적을 위한 적절한 운반체 직물은 미세 패턴을 가진 상대적으로 평활한 직물인 알바니 인터내셔날(Albany International) 84 M 또는 94 M 및 아스텐(Asten) 959 또는 937이다. 나타나 있지는 않지만, 릴 캘린더링 또는 이어지는 오프-라인(off-line) 캘린더링이 기재시트의 평활도 및 부드러움을 개선하기 위하여 사용될 수 있다.
기재시트는 슬릿(slit)이 만들어 지거나, 개구가 뚫리거나 또는 절단, 스탬핑, 또는 미세 물 분사의 천공 작용에 의하여 형성된 개구가 제공될 수 있다. 이러한 천공 또는 개구는 유체가 하부의 흡수 코어로 전달되는 것을 도울 수 있다. 바람직하게는, 개구는 친수성 부위로 작용하는 굴곡이 있는 기재시트의 함몰 영역내에 또는 그 근처에 제공된다. 도 5는 기재시트 1에 낮고 친수성인 영역내에 천공 27이 제공된 일 실시 태양의 단면도를 도시한다.
부직 웹 및 기재시트가 2층 구조의 핀 천공과 같은 방법으로 동시에 천공되는 하부 기재시트와 부직 물질의 공동-천공이 본원 발명의 범위 내에서 가능하지만 바람직하지는 않다. 공동-천공은 부직 웹으로부터의 소수성 물질을 개구 내의 기재시트의 친수성 물질의 위에 거치시키는 경향이 있어서, 개구에 유입되는 유체가 그것과 기재시트 사이의 소수성 방벽에 가로 막힐 수 있다. 개구에 유입되는 유체가 기재시트로 흘러들어 갈 수 있는 것이 바람직하다. 기재시트의 개구는 하부의 코어로 연속해서 전달하는 것을 촉진할 수는 있지만, 기재시트의 소수성 특성이 복합체 커버 물질의 유체 취급 능력에 긍정적으로 기여한다.
도 7 내지 11은 앞에서 기술하였다.
도 12는 38-mm 범위 관측이 가능한 CADEYES 무아레 간섭계(Medar, Inc. Farmington Hills, MI)에 의하여 얻어진 본원 발명의 잠재적 가지를 가지는 기재시트 구조의 그레이스케일 높이 지도의 대표 부분이다. 티슈는 약 0.3 mm의 표면 깊이를 가지는 크레프되지 않은 드루-에어 건조 구조이다. 바람직하게는, 기재시트는 건조 구조내에 약 0.1 mm 이상, 보다 바람직하게는 약 0.3 mm 이상, 매우 더욱 바람직하게는 약 0.4 mm 이상, 매우 더욱 바람직하게는 약 0.5 mm 이상, 가장 바람직하게는 약 0.4 내지 약 0.8 mm의 전체 표면 깊이를 부여하기 위하여 완전히 건조되기 전에 테스쳐 또는 성형된다. 또 다른 바람직한 실시 태양에서, 기재시트는 10중량% 이상의 고수율 또는 기타 습윤 탄성 펄프 섬유 및 습윤:건조 장력 비가 약 0.1 이상이 되게 하기에 유효한 양의 습윤 탄성 수지를 추가로 함유한다. 기재시트의 최상부의 융기된 영역은 바람직하게는 피부에 상대적으로 낮은 거칠음 및 마찰감을 주기 위하여 상대적으로 평활하고 평탄한 평면을 제공한다.
도 1에 나타난 바와 같은 기재시트 위의 소수성 물질 2는 웹이 흡수 용품 상의 상부 시트로 사용될 경우 사용자의 신체에 소수성 영역이 접촉하도록 하기 위하여 바람직하게는 도 12의 높이 지도상의 밝은 회색 또는 백색 영역과 같은 웹의 상대적으로 융기된 영역에 퇴적된다. 소수성 물질은 바람직하게는 다중 친수성 영역 내의 z-방향(두께 방향, 웹 평면의 수직 방향)의 위킹에 의하여 액체 전달이 여전히 가능하게 하면서도, 건조감의 확연한 증가를 위하여 기재시트의 충분히 많은 부분에 퇴적된다. 친수성 기재시트의 상부 표면의 분획 소수성 물질을 적절하게 적용하는 것은 일반적으로 약 10% 이상, 더욱 특이적으로는 약 20% 이상, 더욱 특이적으로는 약 30% 이상, 매우 더욱 특이적으로는 약 40% 이상 및 가장 특이적으로는 약 10 내지 약 60%의 비처리 기재시트(건조감의 개선을 의미)에 대한 재습윤치의 감소를 초래한다. 얻어진 재습윤치는 바람직하게는 약 1 g 미만, 더욱 특이적으로는 약 0.65 g 미만, 더욱 특이적으로는 약 0.5 g 미만, 매우 더욱 특이적으로는 약 0.4 g 미만 및 가장 특이적으로는 약 0.3g 미만이다. 얻어진 정규화된 재습윤치는 바람직하게는 약 1 미만, 더욱 특이적으로는 약 0.7 미만, 더욱 특이적으로는 약 0.5 미만, 매우 더욱 특이적으로는 약 0.4 미만 및 가장 특이적으로는 약 0.3 미만이다. 일 실시 태양에서, 웹의 특징적인 프로파일의 50% 물질 선 하부 또는 굴곡이 있는 웹의 통상적인 단면의 중간 면 이하에 존재하는 소수성 물질이 본질적으로 없다.
일 실시 태양에서, 소수성 물질은 건조감도 개선하면서 흡수 용품의 가장자리로부터의 누출을 방지하기 위하여 액체의 측면(평면 내) 위킹을 제한하도록 고안된 방식으로 적용된다. 이러한 실시 태양의 제조는 일반적으로 소수성 물질 또는 물질이 일부의 소수성 물질은 본질적으로 기재시트의 내부로 침투되어 평면내 위킹을 방지하기 위한 방벽 영역을 형성하고 나머지 소수성 물질은 기재시트 내로의 본질적인 침투를 방지하기 위하여 보다 가볍게 적용되는 방식으로 친수성 기재시트의 상부 표면에 가해진다. 방법 영역은 또한 표면 채널 또는 세공을 따라서 액체가 유동하는 것을 방지하기 위하여 소수성 물질을 사용하여 웹의 함몰 영역을 채울수 있다. 상이한 소수성 물질 및 적용 방법이 적용의 상이한 침투 깊이 또는 상이한 적용 기본 중량의 둘 이상의 상이한 영역에 사용될 수 있다. 생리대 또는 실금 패드와 같은 흡수 용품의 용도로 적절한 일 접근 방법은 기재시트의 두께의 상당한 부분에 침투되기에 충분히 많이 적용된 용융 왁스 또는 중합체 화합물과 같은 액체 형태의 소수성 물질의 길이 방향의 밴드를 가장자리로부터의 누출을 제한하기 위하여 흡수 용품의 가장자리 근처에 사용하는 것이다. 기재시트의 나머지 부분은 덜 침투시키기 위하여 더 표면상으로만 적용된 소수성 물질로 처리될 수 있다.
적절한 소수성 물질은 상온에서 고체 또는 매우 점성이지만 온도가 상승하면 액체 또는 현저히 점성이 적어져서 그라비어(gravure) 인쇄, 분무, 브러쉬 적용 또는 기타 방법에 의하여 높은 온도에서 액체상 적용이 가능하고 이 액체가 상온 또는 체온에서 고체화, 겔화 또는 본질적으로 비유동적이되는 화합물을 포함할 수 있다. 소수성 제제는 물과 같은 액체 담체 내에서 용해, 분산 또는 유화될 수 있고 코팅, 분무 또는 인쇄와 같은 방법에 의하여 웹에 적용되고 이어서 액체 담체 부분은 증발, 수착 또는 기타 방법으로 제거되여 웹상에 소수성 코팅 또는 침지를 남긴다. 소수성 제제는 또한 점성의 그리스 또는 페이스트로 분쇄되거나 제제될 수 있는 PTFE, 폴리올레핀 또는 기타 중합체와 같은 고체 입자를 포함할 수 있다. 또한, 소수성 물질은 점착되거나 엉킴, 히드로인탱글먼드, 정전기 인력(electrostatic attration) 등에 의하여 기재시트에 부착될 수 있는 섬유 또는 입자와 같은 고체 형일 수 있다.
적절한 소수성 물질은 규소 화합물, 불화탄소류, PTFE, 왁스, 왁스 에멀젼, 폴리우레탄 에멀젼, 지방 및 지방산 유도체, 폴리올레핀, 나일론, 폴리에스테르, 글리세라이드 등 및 그의 혼합물을 포함한다. 왁스 및 오일의 고체화된 혼합물을 함유하는 몇가지 적절한 물질이 본원에 참고 문헌으로 포함된 일반적으로 인정된 디. 크르지식(Krzysik) 등의 1997년 2월 11일 미국특허 제5,601,871호 "유연 처리된 크레프되지 않은 드루드라이드 티슈"에 개시되어 있다. 이 문헌들에는 오일, 왁스 및 임의로 지방산이 포함되어있는 화합물이 개시되어 있고, 상기 조성물은 약 30 내지 70℃ 사이의 융점을 가진다. 크레프되지 않은 티슈 위에 상대적으로 균일하게 분포하는 경우, 상기 조성물은 액체 흡수율을 현저히 감소시키고 피부에 대한 마찰을 감소시킨다. 크르지식 등이 개시한 소수성 조성물은 본원 발명에 상기 조성물을 거시적으로 비균일하게 3-차원의 탄성 친수성 기재시트의 가장 많이 융기된 영역의 부분에 액체 흡수 비율의 현저한 감소를 방지하는 방식으로 적용되어 유리하게 사용될 수 있다.
크르지식 등에 의하여 개시된 바와 같이, 적절한 오일은 하기의 오일 부류를 포함하지만 이에 한정되는 것은 아니다: 무기 오일 및 석유와 같은 석유 또는 무기 오일, 밍크 오일 및 라놀린 오일과 같은 동물 오일, 알로에 추출물, 해바라기 오일 및 아보카도 오일과 같은 식물 오일, 디메티콘 및 알킬메틸 실리콘과 같은 실리콘 오일. 적절한 왁스는 하기의 부류를 포함하지만 이에 한정되는 것은 아니다: 벌 왁스 및 카마우바 왁스와 같은 천연 왁스, 파라핀 및 세레신 왁스와 같은 석유 왁스, 알킬 메틸 실록산과 같은 실리콘 왁스, 합성 벌 왁스 및 합성 스펌왁스와 같은 합성 왁스. 적절한 실리콘 왁스 및 적용 방법이 본원에 참고 문헌으로 포함되어 있는 카스프르자크(Kasprzak)의 1994년 4월 12일 미국특허 제5,302,382호 및 카운(Kaun)의 1997년 1월 7일 미국특허 제5,591,306호를 포함하는 본 기술 분야에 공지되어 있다.
지방 알코올이 존재하는 경우 크르지식 등의 조성물 내의 지방 알콜의 양은 세틸 알코올, 스테아릴 알코올, 베헤닐 알코올 및 도데실 알코올을 포함하는 C14-C30의 탄소 사슬 길이를 가지는 것을 포함할 수 있다.
본원 발명의 일부 실시 태양에서, 본원 발명의 웹을 함유하는 흡수 용품이 고온 조건 하에서 신체에 의하여 데워질 수 있고 소수성 물질의 일부 용융이 흡수 용품의 작용을 방해하고 건조감의 잇점을 제거할 수 있기 때문에, 소수성 물질이 통상적인 체온 보다 꽤 높은 융점을 가지는 것이 바람직하다. 크르지식 등의 조성물 및 기타 조성물을 함유하는 이러한 용품에서, 상기 조성물은 약 35℃ 이상, 특이적으로는 약 40℃ 이상, 더욱 특이적으로는 약 45 ℃ 이상, 매우 더욱 특이적으로는 50℃ 이상의 융점을 가진다.
기타 적절한 소수성 조성물은 30중량% 까지의 오일 및 약 50 내지 약 100중량%의 왁스를 포함하고, 상기 조성물은 약 40℃ 내지 약 200℃, 보다 특이적으로는 약 70 내지 약 160℃, 더욱 특이적으로는 약 75℃ 이상 및 매우 더욱 특이적으로는 약 85 내지 140℃의 융점을 가진다. 본원의 목적을 위하여, "융점"은 대부분의 용융이 일어나는 온도이고, 그것은 온도 범위을 통하여 실질적으로 용융이 발생하는 온도으로 인식된다. 소수성 물질은 또한 용융되지 않거나 또는 용융 이전 또는 도중에 분해되지 않는 것을 사용할 수 있다.
본원 발명에 잠재적으로 유용한 방수 물질의 예는 아메리칸 사아나미드(American Cyanamid)의 에어로텍스(Aerotex) 96B와 같은 폴리우레탄 에멀젼, FC 838, FC 826, 및 미네소타 마이닝 앤드 매뉴팩쳐링(Minnesota Mining and Manufacturing)에서 구입할 수 있는 SCOTCHGARD 화합물, ICI에서 구입할 수 있는 밀리즈(Milease) F-14 및 F-31X와 같은 플루오로케미컬 제제를 포함한다. 적용 및 취급을 용이하게 하기 위한 수성 에멀젼으로 형성될 수 있는 고 분자량 양이온 플루오로카본이 또한 바람직하다. 잠재적으로 유용한 왁스 에멀젼의 예로는 시바(Ciba)로부터 구입할 수 있는 포토텍스(Phototex)가 있다. 종이 웹에 적용할 수 있는 다양한 기타 방수 물질이 본원에 참고 문헌으로 포함되어있는 폴 이. 샌드빅(Paul E. Sandvick) 및 캘빈 제이 버브루그(Calvin J. Verbrugge)의 1996년 2월 13일 미국특허 제5,419,190호에 기재되어 있다. 샌드빅 및 버브루그가 처음으로 지방산 및 재펄프 가능한 종이 시트를 위한 펄프의 혼합물의 용도에 촛점을 맞추었다. 본원 발명에 대하여 잠재적인 가치를 가진 다양한 왁스 및 중합체 조성물이 본원에 참고 문헌으로 포함되어 있는 크레머(Kremer) 등의 미국특허 제3,629,171호, 동 제3,417,040호, 둘리(Dooley) 등의 동 제3,287,149호, 일니키제(Ilnyckyj) 등의 동 제3,165,485호, 포웰(Powell) 등의 동 제2.391,621호에 기재되어 있다. 본원에 참고 문헌으로 포함되어 있는 고토(Gotoh)등의 미국특허 제4,117,199호에 개시되어 있는 것을 포함하는 소수성 라텍스 및 왁스의 혼합물이 또한 사용될 수 있다. 베이스(Vase)의 영국특허 제1,593,331호는 수성 라텍스 코팅 조성물로 코팅하여 방수처리하는 좆이 및 종이판을 처리 방법을 개시하고 있다. 라텍스 코팅 조성은 왁스가 존재하는 전체 아크릴 중합체 및 금속 스테아레이트의 20중량% 이상을 자지하는 아크릴 중합체 및 금속 스테아레이트 또는 왁스이다. 금속 스테아레이트는 바람직하게는 칼슘 스테아레이트이다. 본원에 참고 문헌으로 포함되어 있고 또한 키토산(chitosan)을 함유하는 배합물을 기재하는 닐센(Nielsen) 및 김의 1991년 4월 30일 미국특허 제5,011,864호에 개시되어 있는 것을 포함하는 라텍스 에멀젼, 라텍스 발포체 및 물 흡수 중합체가 사용 가능하다. 잠재적으로 유용한 라텍스는 또한 본원에 참고 문헌으로 포함되어 있는 스타니스라브치크(Stanislawczyk)의 미국특허 제4,929,495호에 개시된 것 및 1984년 5월 1일의 동 제4,445,970호에 개시된 음이온성 라테스 화합물을 포함한다. 적용 후에, 코팅은 종이 위에서 건조되거나 가공된다. 본원 발명에 대해서는, 조성물이 기재시트의 상부 표면에 비균일하게 적용되는 경우가 있다.
종이 코팅을 위한 수성 에멀젼 및 유화가능한 조성물 등의 기타 예가 스위니(Sweeney) 등의 미국특허 제3,020,178호 및 크린(Crean)의 동 제3,520,842호에 기재되어 있다(석유 왁스, 중합체 올레핀 물질 및 지방산의 수성 혼합물이 알칸올아민과 같은 아민 비누-형성 제제를 함유하는 물에 첨가되고 이어서 교반 및 균질화되어 수성 에멀젼 코팅 조성물을 형성한다). 소수성 물질은 또한 피부 건강 및 편안함을 증진하도록 의도된 제제를 포함할 수 있다. 예를 들면, 소수성 물질은 무기 오일, 왁스, 석유, 코코아 버터 등과 같은 소수성 염기를 포함할 수 있고 항생제 및 또는 항균제, 항진균제, 비타민 E(알파 토코페롤), 라놀린, 피부 위생에 적합한 실리콘 화합물, 코르티손, 산화 아연, 베이킹 소다, 옥수수 실크 유도체, 아보카도 오일, 에뮤 오일, 기타 동물성 및 식물성 오일 등과 같은 피부 건강 첨가제 또는 제약학적 제제의 유효한 양과 결합될 수 있다.
소수성 물질은 또한 섬유 또는 입자 형태로 적용되어 열 융합, 결합제 또는 점착제(바람직하게는 방수성 결합제)의 사용을 통한 화학적 결합, 엉킴(세공성 웹에 대한 고속 충결으로부터 발생), 정전기 부착 등을 통하여 기재시트에 부착될 수 있다. 바람직한 일 실시 태양에서, 소수성 물질은 섬유, 입자, 액체 또는 슬러리로 사용되는지 여부에 관계없이 연속적으로 퇴적되어 이경우 친수성 영역이 다른 영역에서 단리된 도 6에 나타난 선의 그물망과 같은 서로 연결된 그물망을 형성한다. 앞에서 기재한 물질 이외에, 유용한 입자화된 소수성 물질은 탈컴(talcum) 분말 및 석송 분말을 포함한다.
바람직하게는, 소수성 물질은 의도한 영역에 약 0.5 내지 약 50 gsm, 더욱 특이적으로는 약 1 내지 약 10 gsm, 더욱 특이적으로는 약 5 gsm 이하 및 가장 특이적으로는 약 3 gsm의 면적 평균 국소 건조 기본 질량으로 적용된다. 소수성 물질은 바람직하게는 건조 흡수 웹의 전체 질량의 약 30% 이하, 더욱 특이적으로는 약 20% 이하, 더욱 특이적으로는 약 10% 이하 및 가장 특이적으로는 약 1 내지 약 15%의 범위를 차지한다. 하부 기재시트의 기본 질량은 약 10 내지 약 200 gsm, 더욱 특이적으로는 약 15 내지 약 70 gsm 및 가장 특이적으로는 약 15 내지 약 40 gsm일 수 있다. 다중-겹 티슈 구조에 대해서는, 기본 중량이 약 40 gsm 미만 및 더욱 특이적으로는 약 30 gsm 미만인 것이 바람직하다.
소수성 물질 이외에, 초흡수 입자 또는 섬유를 포함하는 기타 제제가 본원 발명에 따른 기재시트에 적절하게 첨가될 수 있다. 초흡수 물질은 기재시트의 상부 표면의 함몰된 영역에 퇴적 또는 부착되거나, 또는 바람직하게는 기재시트의 섬유구조 내에 포함되거나, 기재시트의 하부 표면에 부착되거나, 또는 기재시트와 부착된 흡수 코어 사이에 포함될 수 있다. 기타 화학 제제들이 양 표면 중 한 면 또는 양면 모두에 부가되거나 또는 기재시트를 통하여 분산되거나, 기재시트의 내부 또는 외부 층에 적용되거나, 또는 그라비어 인쇄에 의하는 것과 같이 규칙적인 패턴에 적용하는 것을 포함하여 기재시트의 선택된 표면에 적용될 수 있다. 이러한 화학적 제제는 점활제, 로션, 화학적 연화제, 불투명화제, 광학적 광택제, 습윤 강도제, 4차 암모늄 염, 단백질, 가교결합제, 살바이러스제, 살균제, 향수, 염료, 화학적 탈결합제, 고수율 섬유를 위한 가소제, 제올라이트 또는 냄제 조절을 위한 기타 제제 등을 포함한다. 키토산 및 관련 유도체가 항균 또는 기타 위생 특성을 위하여 본원 발명의 용품에 포함될 수 있고, 트리클로산 및 기타 항균제가 유사하게 포함될 수 있다.
다양한 기계적 및 물리적 처리가 웹의 기계적 특성, 유연함 또는 기능성을 개선하기 위하여 소수성 물질의 첨가 전후에 기재시트에 적용될 수 있다. 이러한 처리는 부러싱, 벨트들 또는 직물들 사이의 차동 속도 전달, 고속 공기 분사에 의한 침투, 바늘 개구내기, 히드로인탱글먼트, 캘린더링, 유연한 닢 캘린더링, 열 구배 캘린더링, 코로나 방전 처리, 일렉트렛(electret) 형성, 미세변형, 건조 크레핑, 엠보싱, 슬리팅(slitting), 개구내기를 포함한다. 바람직하게는 기재시트는 상부시트가 공동-천공되지 않는다.
본원 발명의 범위에는 또한 웹의 양면이 소수성 물질로 처리된 흡수 웹이 포함된다. 이러한 일 실시 태양은 흡수가 양쪽 면 모두에서 일어날 수 있는 흡수 타월 및 기타 물질에 유용하다. 이러한 경우에, 소수성 물질은 각각의 표면이 위로 향하도록 펼쳤을 때 가장 높은 영역인 양면의 가장 융기된 영역에 거치되는 것이 바람직하다. 상부 표면의 함몰은 하부 표면이 위로 향하도록 뒤집었을 경우의 하부 표면의 융기 영역에 일반적으로 상응하기 때문에(특히 웹이 그 단면을 통하여 본질적으로 균일한 두께를 가지는 경우), 일 표면의 소수성 물질은 일반적으로 다른 표면의 다른 소수성 물질 위에 직접 퇴적되지 않고 양면의 소수성 영역이 각각 층상 관계에 있는 경향이 있을 것이다. 소수성 물질의 형태, 적용 방법 및 적용 양은 양면이 다르다. 유사하게 상이한 소수성 물질의 다중 적용이 다색 섬유 패취(patch), 착색 점착제 등의 사용을 포함하여 의도하는 특성 또는 의도하는 외관을 얻기 위하여 하나의 표면에 수행될 수 있다.
본원 발명의 범위에는 또한 상기에 기재된 이중-영역 흡수 웹인 하나 이상의 층을 가진 다중-겹 기재시트 구조 및 적층물을 포함한다. 예를 들면, 많은 흡수 용품에 사용되는 종래의 플러프 펄프 흡수 코어가 하기 실시예 7 내지 10에 기재된 습윤 탄성의 크레프되지 않은, 드루-에어 건조 기재시트와 같은 탄성 기재시트 층의 상기 시리즈에 의하여 대체될 수 있고, 소수성 물질을 함유하는 이중-영역 흡수 웹이 상기 탄성 기재시트 층 위에 퇴적되는 방식으로 거치될 수 있다. 다중 겹의 전부 또는 일부에 추가로 개구, 슬릿, 엠보싱 등이 제공될 수 있다. 다중 겹은 점착제, 바느질, 바늘 또는 유체 분사에 의한 엉킴, 엠보싱 등을 통하여 서로 고정되게 부착될 수 있다.
매우 양호한 타월이 비통상적으로 높은 습윤 탄성의 크레프되지 않은, 비압축적으로 건조된 기재시트, 특히 고-수율 섬유와 같은 탄성 섬유를 함유하고 습윤 강도제를 함유하는 것을 이용하여 제조될 수 있다. 이러한 시트의 섬유-섬유 결합은 시트가 성형된 3-차원 구조로 존재하는 동안 비압축적 건조 도중에 형성되는 수소 결합 및 공유 결합을 포함한다. 상기 기재시트를 캘린더링하여 평탄하게 만드는 동안에, 상기 결합의 많은 부분이 그대로 유지된다. 기재시트가 이후에 습윤되는 경우, 팽창한 섬유는 캘린더링에 의하여 부여된 응력으로 부터 벗어날 수 있고 건조 도중에 획득한 구조로 되돌아갈 수 있다. 하나의 의미에서, 결합은 습윤 강도 수지의 건조 및 경화 도중에 획득한 기재시트의 구조를 기억하도록 고정되어 있다. 따라서, 본원에 참고 문헌으로 포함되어 있는 일반적으로 인정된 디. 홀렌버그(D. Hollenberg) 등이 1996년 3월 8일에 출원한 일련번호 제60/013,308호에 기재되어 있는 바와 같이, 습윤시 벌크한 3-차원 상태를 회복할 수 있는 캘린더된 평탄한 기재시트를 제조하는 것이 가능하다. "건조시에는 얇고, 습윤시 두꺼운" 이러한 물질이 본원 발명에 유리하게 사용될 수 있다. 기재시트의 융기된 영역에 소수성 물질을 첨가하고 이어서 기재시트를 캘린더링하는 것에 의하여, 또는 대체적으로, 캘린더링 후에 이전에 높았었던 영역에 소수성 물질을 첨가함에 의하여 친수성 및 소수성 영역이 본질적으로 동일한 평면에 존재하는 상대적으로 얇고 평탄한 흡수 웹이 제조될 수 있다. 이러한 구조는 친수성 영역이 유체와 접촉하기 때문에 접촉 즉시 유체를 양호하게 흡수할 수 있다. 그러나, 습윤 후에는 건조감을 주는 소수성 영역이 융기하여 피부에 접촉하는 반면에 습윤감을 주는 친수성 영역이 더이상 피부에 직접 접촉하지 않게되는 방식으로 흡수 웹이 팽창한다. 이러한 흡수 웹은 건조시 바람직하게는 약 0.2 mm 이하의 전체 표면 깊이를 가지고 100% 습기량으로 습윤될 경우 0.3 mm 이상의 전체 표면 깊이를 가질 수 있다. 다른 한편으로, 캘린링된 흡수 웹은 건조시 약 0.3 mm 이하의 전체 표면 깊이를 가지고 100% 습기량으로 습윤될 경우 0.3 mm 이상, 약 0.4 mm 이상, 더욱 특이적으로는 약 0.5 mm 이상의 전체 표면 깊이를 가질 수 있다.
〈소수성 섬유를 가지는 실시 태양〉
도 13은 소수성 물질이 부드럽고 직물같은 느낌을 제공하기 위하여 가는 폴리올레핀 섬유 50 또는 기타 소수성 섬유의 술(tufts) 또는 군(group)을 포함하는 것인 실시 태양의 바람직한 세트의 형태를 도시한다. 섬유는 다양한 섬유 길이 및 타입 50a 및 50b를 포함하거나, 또는 주로 기재시트의 융기된 영역의 특징적 길이 보다 작은 섬유 길이를 가지는 짧은 섬유 50c이거나 또는 주로 기재시트의 융기된 영역의 특징적인 길이 이상인 긴 섬유 50c일 수 있다. 일 실시 태양에서, 상기 술(tufts)은 상기 기재시트의 표면 면적의 80 % 이하, 바람직하게는 50 % 이하, 더욱 바람직하게는 25 % 이하가 부착된 합성 섬유로 덮히도록 기재시트의 상부 표면의 융기된 영역에 우선적으로 부착된 짧은 합성 섬유 조각일 수 있다. 이러한 섬유는 점착제, 열 결합, 초음파 결합, 정전기 결합, 바느질, 엉킴, 히드로인탱글먼트 또는 방수 결합제를 포함하는 점착제 또는 결합제를 사용하여 적용될 수 있다. 점착제 또는 결합제는 점착된 섬유의 소수성 효과가 이러한 점착제의 사용에 의하여 파괴되거나 또는 심각하게 감소하지 않는 한 폴리비닐 알코올, 전분, 양이온성 라텍스, 단백질 등과 같은 친수성 제제를 포함할 수 있다. 소수성 활성을 보장하기 위하여, 폴리부틸 아트릴레이트, 스티렌-아크릴 공중합체, 아크릴 염화 비닐 공중합체, 에틸렌-아크릴산 공중합체, 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체, 에틸렌-염화 비닐 공중합체, 아크릴 공중합체 라텍스, 스티렌-부타디엔 라텍스 및 염화 비닐 라텍스를 포함하는 방수 결합제가 바람직할 수 있다. 사용가능한 적절한 방수 결합제로는 굿리치(Goodrich)가 판매하는 Geon 580X83 및 Geon 580X119(염호 비닐 라텍스로 구성됨), 롬 ＆ 하스(Rohm ＆ Hass)가 판매하는 에멀젼 E1497 및 에멀젼 E1847(아크릴 에멀젼으로 구성됨), 롬 ＆ 하스가 판매하는 Rhoplex NW-1285(아크릴 에멀젼으로 구성됨), 에어 프러덕트(Air Products)가 판매하는 Airflex 120 및 Airflex EVLC 453(에틸렌 염화 비닐 에멀젼), 내셔날 스타치(National Stach)가 판매하는 Nacrylic 78-3990(아크릴 에멀젼으로 구성됨) 및 다우 케미컬(Dow Chemical)이 판매하는 Primacor(에틸렌/아크릴산 공중합체로 구성됨)가 있다.
도 13에 나타난 바와 같이, 조밀화된 흡수 물질 51은 바람직하게는 친수성 기재시트 1의 하부 면과 접촉하고 있다. 여기에서, 상기 조밀화 물질은 기재시트 1의 특징적인 세공 크기보다 작은 크기의 세공을 가지거나 또는 기재시트 1의 밀도보다 큰 밀도를 가지고 바람직하게는 약 0.1 g/cc 이하, 더욱 바람직하게는 약 0.2 g/cc 이하의 밀도를 가진다. 조밀화된 물질은 에어레이드 웹 또는 조밀화 플러프 펄프 층 또는 기타 셀룰로오스 티슈층일 수 있다. 바람직하게는 조밀화된 흡수 물질은 습윤시 과도하게 팽창되거나 또는 흡수 능력을 상실하지 않도록 안정화 된다. 안정화는 열경화성 섬유 또는 입자를 첨가하고 이어서 열처리를 함에 의하여, 가교결합제를 첨가하고 이어서 적절한 경화 또는 열처리를 함에 의하여, 웹에 점착제를 첨가함에 의하여 또는 본 기술 분야의 기타 방법에 의하여 얻어질 수 있다. 유체가 기재시트 1로 유입될 경우, 모세관 힘은 이어서 유체를 흡수 물질로 빨아들인다. 물질이 안정화되면, 습윤시 그의 모세관 힘을 보다 적게 상실하여 계속해서 빨아들이고 유체를 효과적으로 보유할 것이다.
소수성 섬유 50은 소수성 기재시트의 최상부 표면을 따라서 단리 또는 서로 결합된 조각으로 적용되거나, 또는 상대적으로 평탄한 기재시트인 경우, 그들은 바람직하게는 커버 물질에 인접한 피부가 부드러운 소수성 영역에 접촉하여 느끼도록 주위의 처리되지 않은 기재시트에 비하여 상대적으로 융기된 이러한 물질의 단리 또는 서로 결합된 조각, 또는 단리 영역과 서로 결합된 영역의 조합을 제공하기 위한 특이적 패턴으로 적용될 수 있다. 바람직하게는, 섬유는 약 9 미만, 더욱 특이적으로는 약 6 미만, 더욱 특이적으로는 약 5 미만 및 가장 특이적으로는 약 1 내지 약 5 사이의 데니어를 가진다. 적절한 중합체는 에틸렌/프로필렌 공중합체, 폴리에스테르 공중합체, 저밀도 폴리에틸렌, 아크릴, 에틸렌/비닐 아세테이트 공중합체, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 염화폴리에틸렌, 폴리염화비닐, 폴리아미드, 고밀도 폴리에틸렌, 선형 저-밀도 폴리에틸렌 등을 포함한다. 2 성분 피복/코어 또는 2 성분 병행 섬유(side-by-side fiber)와 같은 콘쥬게이트 섬유도 사용될 수 있다. 단일 섬유에 상대적으로 낮은 융점 물질 및 높은 융점 물질을 가진 2 성분 섬유가 낮은 융점 물질이 용융되어 용융되지 않은 높은 융점을 가지는 물질이 기재시트에 점착되도록 기재시트와 접촉하는 섬유를 가열하여 사용될 수 있다. 연속적인 섬유 필라멘트가 사용될 수 있지만, 바람직한 섬유는 약 0.3 내지 10 mm, 더욱 특이적으로는 약 0.5 내지 5 mm, 더욱 특이적으로는 약 3 mm 미만 및 가장 특이적으로는 약 2 mm 미만의 길이를 가진다. 바람직하게는, 부착된 섬유는 하나 이상의 유리된 말단을 가지고 부드럽고, 벨벳같은 감촉을 제공하기 위하여 전단(shear)에 의하여 변형 및 편향될 수 있다. 섬유는 사용시 용이하게 과도하게 떨어지거나 벗겨지지 않도록 고정되어 부착되어야 한다. 부착된 섬유는 대략 한 개의 섬유 직경에 해당하는 깊이를 가지는 층 또는 2 내지 100 섬유 직경, 더욱 특이적으로는 3 내지 50 섬유 직경 또는 매우 더욱 특이적으로는 3 내지 10 섬유 직경의 깊이를 포함하는 다수의 섬유 직경의 두께를 가지는 층을 형성하도록 적용될 수 있다.
섬유는 미리 형성된 부직 웹의 일부이거나 또는 에어 레잉 및 이어지는 결합을 통하여, 바람직하게는 의도된 패턴으로 섬유를 적용하기 위하여 패턴화된 진공 표면을 이용하여, 또는 부드러운 섬유의 매우 균일한 매트를 기재시트의 표면 위에 적용하고 기재시트 표면의 최상부 영역위에 단지 섬유만을 결합함에 의하여 퇴적된 느슨한 섬유일 수 있다. 후자의 공정은 기재시트의 융기된 영역이 퇴적된 섬유 및 텍스쳐된 가열 표면 사이의 보다 양호한 접촉을 강제하여 섬유가 기재시트의 가장 높은 지점에서만 웹과 열 결합되도록 하는 가열 닙(nip)을 포함할 수 있다. 텍스쳐화된 가열 표면 또는 가열 로울 상의 가장 높은 지점은 기저시트 위로 섬유의 점 결합을 제공한다.
친수성 섬유를 부착하는 유용한 방법은 그라비어 인쇄와 같이 테스쳐화된 기재시트의 최상부 영역 위로 결합 물질 또는 점착제를 인쇄 또는 도포하고 이어서 섬유가 결합 물질에 의하여 기재시트의 인쇄 영역에는 보유되고 기타 영역에는 보유되지 않도록 에어 레잉 공정에서와 같이 공기 중에서 운반되는 느슨한 섬유에 기재시트를 노출시키는 것을 필요로 한다. 점착되지 않은 섬유는 공기 블로잉 또는 진공에 의하여 제거하여 회수한다. 이러한 방식으로, 느슨한 보풀이 있는 섬유의 얇은 매트가 기재시트의 의도하는 위치에, 바람직하게는 점착에 의한 최소한의 시트 투과를 통하여 도포되고 부착될 수 있다.
섬유는 기재시트위에 직접 형성되거나 또는 의도하는 영역에만 섬유를 제공하도록 개조된 멜트 블로운 또는 스펀 본드 공정을 통하여 형성 직후에 도포될 수 있다. 다른 한편으로, 미리 형성된 멜트 블로운 또는 스펀 본드 섬유의 연속적인 가늘고, 부드럽고 벌크한 층이 티슈 웹의 하부 영역 위에 개구를 가지도록 잘려지고 이어서 웹위에 적절히 위치되고 가열 결합 또는 기타 방법에 의하여 부착될 수 있다. 또 다른 실시 태양에서, 섬유는 묽은 수성 슬러리에 포함되어 기재시트 위에 적용될 수 있다. 이것은 기재시트 자체의 형성 도중에 층상 헤드박스로 행해져서 다른 셀룰로오스 기재시트의 상부 층에 파묻힌 부드럽고 소수성인 섬유를 함유하는 단일한 기재시트를 생성한다. 이어서, 굴곡이 있는 기재시트의 표면의 최상부 영역에서 방수제의 추가적인 적용이 상기 최상부 영역이 충분히 소수성이 되도록 하기 위하여 필요할 수 있다.
본 출원인은 합성 섬유의 스펀본드 또는 멜트블로운 부직 웹과 같은 소수성 섬유의 연속적인 웹이 경제적인 공정 및 훌륭한 편안함을 제공하여 본원 발영의 소수성 물질로서 사용되기에 특히 유리하다는 사실을 발견하였다. 생리혈, 점액, 유동성 배변 및 기타 점성 유체를 유효하게 제거하기 위하여, 부직웹에 육안으로 확인 가능한 도 14에 나타난 바와 같이 신체 배출물이 친수성 기재시트에 용이하게 접근하도록하기 위한 개구, 슬릿 또는 기타 틈이 제공되어져야 한다. 부직웹 60 내의 틈 또는 개구 61은 유체가 피부와 접촉하는 표면의 가장 융기된 부분에서는 배척되고 피부와 직접 접촉하지 않는 함몰된 영역으로 보내지도록 친수성 기재시트의 함몰된 영역의 부분에 덮혀져야 한다.
부직웹의 개구는 핀 개구내기, 관상 엠보싱 및 웹의 기계적 연신, 다이 펀칭 또는 스탬핑, 섬유의 재배열에 의하여 개구를 부여하기 위한 히드로인탱글링, 웹에 의도하는 개구 또는 홀을 내기 위한 워터 나이프, 웹의 부분을 잘라내는 레이져 절단기, 본원에 참고 문헌으로 포함된 에프. 제이. 에반스(F. J. Evans)의 1969년 12월 23일 미국특허 제3,485,706호, 및 1970년 2월 10일의 동 제3,494,821호에 기재된 바와 같은 육안으로 확인 가능한 개구를 부여하기 위하여 정형하된 기재 위에 합성 섬유를 에어 레잉하는 것과 같은 패턴화된 형성 기술, 섬유를 물어서 그 위치를 옮기기 위한 미늘이 있는 바늘 세트로 수행하는 바늘 펀칭 및 기타 본 기술 분야에 공지된 방법을 통하여 제공될 수 있다. 부직 물질의 핀 개구내기는 본원에 참고 문헌으로 포함되어 있고 일반적으로 인정된 반 이텐(Van Iten) 등의 1993년 2월 23일 미국특허 제5,188,625호에 개시되어 있다.
틈 또는 개구가 3-차원 드루-드라이드 티슈 웹의 함몰된 영역과 개구 61이 양호하게 정렬되도록 하는 방식으로 만들어 질 수 있다. 히드로인탱글링의 개조된 형태가 이러한 점에서 특히 유용하다. 이러한 공정은 건조 도중에 관련된 기재시트를 성형하기 위하여 사용되는 동일한 형태의 드루-드라잉 직물 위에 부직 웹 60을 거치시키는 것을 포함한다. 드루-드라잉 직물 상의 부직웹을 거치한 상태에서, 히드로인탱글링이 드루-드라잉 직물의 융기된 부분으로부터 섬유를 몰아내기 위하여 적용될 수 있고, 이것은 통상적으로 드루-에어 건조된 시트의 직물 면의 함몰된 영역에 상응한다. 티슈 웹이 흡수 용품 내에서 공기-면이 신체를 향하도록 사용되는 경우, 드루-드라잉 직물의 배면의 융기된 부분이 일반적으로 티슈 웹이 성형되는 다른 면의 함몰된 영역에 상응하는 이유로 인하여 부직 웹이 드루-드라잉 직물의 배면에 거치되고 이어서 히드로인탱글된다.
드루-드라잉 직물 상의 히드로이탱글링이 개구 패턴 61을 가진 부직 웹 60에 제공된 이후에, 웹은 소수성 물질을 기재시트의 융기된 영역에 유지하면서 친수성 함몰 영역으로 유효한 흡수가 유발되도록 함몰된 영역위에 개구를 위치시키도록 드루-드라이드 티슈와 정렬될 수 있다. 정렬은 포토아이 및 영상 분석 소프트웨어 또는 자동화된 장치에 의하여 성형된 기재시트에 그것을 거치시키는 것과 같은 부직웹의 위치를 제어하기 위한 본 기술 분야에서 공지된 기타 기계적 방법으로 수행될 수 있다.
바람직하게는 개구는 흡수 용품의 상부시트의 일부분 이상의 위에 규칙적인 패턴으로 제공된다.
친수성 기재시트를 향한 개구로의 유체의 위킹은 개구의 근처에서 부직웹에 표면활성제를 가하거나 또는 플라즈마 또는 기타 처리에 의하여 섬유를 산화시키는 것과 같이 개구의 영역에서 소수성 부직 웹의 표면 화학의 변형에 의하여 강화될 수 있다. 다른 한편으로, 셀룰로오스 섬유 또는 기타 친수성 물질이 위킹을 강화하기 위하여 개구 영역에 가해질 수 있다. 예를 들면, 셀룰로오스 섬유가 위킹을 강화시키기 위하여 개구의 주위에 가해질 수 있다.
〈실시예 1〉
개선된 건조감을 가지는 텍스쳐된 습윤 탄성 흡수 웹의 예를 증명하기 위하여, 적절한 기재시트를 제조하고 소수성 물질을 파라핀 형태로 첨가하여 개질하였다. 도 4에 나타난 기계 구성과 유사한, 크레이프되지 않은 드루-에어 건조를 위하여 개조된 연속적 티슈 제조 기계로 기재시트를 제조하였다. 기계는 포어드리너(Fourdriner) 형성 부분, 전달 부분, 드루-드라잉 부분, 후속적인 전달 부분 및 릴(reel)을 포함한다. 대략 1% 농도의 묽은 수성 슬러리를 100% 표백된 스프루스 화학열가공 펄프(BCTMP)로부터 제조하였다(희석 전에 약 4% 농도에서 20 분동안 펄프화한다). 스프루스 BCTMP는 템벡 코프(Tembec Corp., Temiscaming, Quebec, Canada)에서 템벡 525/80으로 상업적으로 입수 가능하다. 허큘리스 인크(Hercules, inc., Wilmington, Delaware)가 제조한 카이멘 557LX(Kymene 557LX)를 건조 섬유 1 톤당 카이멘 약 20 파운드(9.92 kg)의 양으로 수성 슬러리에 첨가하였다. 이어서, 슬러리를 미세하게 형성된 직물위에 퇴적시키고 진공 박스로 탈수하여 약 12% 농도의 웹을 형성하였다. 이어서 두 직물 사이의 현저한 속도 차이가 없이 진공 슈를 사용하는 첫번 째 전달 지점에서 웹을 전달 직물(Lindsay Wire 952-505)로 전달하였다. 웹은 두번 째 진공 슈를 사용하는 두번 째 전달 지점에서 추가로 전달 직물로부터 드루-드라잉 직물로 전달되었다. 사용한 드루 건조 직물은 카이 에프. 치우(Kai F. Chiu)등의 미국특허 제5,429,686호에 개시된 내용을 기초한 린드세이 와이어 T-116-3 디자인(Lindsay Wire Division, Appletion Mills, Appleton, Wisconsin)이었다. T-116-3 직물은 성형된, 3-차원 구조를 제조하기에 적절하다. 두번 째 전달 지점에서, 드루-드라인 직물은 전달 직물 보다 속도가 2.8% 느렸다. 이어서 웹을 시트가 건조되는 후디드(hooded) 드루-드라이어로 옮겼다. 후드 온도는 대략 200 °F(93.3 ℃) 이었다. 건조된 시트를 이어서 드루-드라잉 직물에서 또 다른 직물로 전달하고, 이로부터 시트를 릴에 감았다. 크레프되지 않은 종이를 제조하기 위한 파일럿(pilot) 제지 기계를 대략 분당 200 피트(61 m)의 속도로 작동시켰다. 건조 기재시트의 기본 중량은 대략 39 gsm(제곱 미터 당 그람)이었다. 시트는 0.05 psi에서 플래튼 게이지로 측정하였을 경우 16.4cc/g의 건조 벌크에 대하여 두께가 0.64 mm 이었다. 표면 깊이는 약 0.42 mm 이다.
기재시트의 표본은 수 일 동안 타피 환경 조건 하에서 조건화하고, 이어서 다수의 6 인치 x 12 인치(15.24 cm x 30.48 cm) 시트로 절단하고 이어서 이것을 다양한 방법을 사용하여 파라핀 왁스로 처리하였다. 수제 통조림 제조를 위한 걸프왁스TM(GulfwaxTM) 파라핀의 사각형 슬랩을 상기에 기재된 바와 같이 제조된 크레프되지 않은 기재시트의 직물면 표면 위에 적은 양의 왁스를 적용하기 위하여 사용하였다. 몇몇 기재시트 표본을 각각 2.5의 낮은 동력 수준으로 고정한 Corning PC-351 고온 판 위에서 가열하였다. 표본을 5 내지 10 분 동안 손으로 가열된 표면에 가볍게 접촉하도록 하고, 이어서 테이블로 옮겨서 거치하였다. 왁스의 슬랩을 이어서 즉시 가열된 표본의 표면위에서 질질 끌어서 상부 표면의 가장 융기된 영역에 작은 양의 왁스를 도포시켰다. 하나의 태양에서, 기재시트의 직물 면은 가열된 표면과 접촉시키고, 반면에 두 번째 태양에서는, 기재시트의 공기면을 가열하였다. 왁스를 적용할 때, 슬랩을 평면에 대하여 약 30°의 각도로 유지하고 슬랩의 낮은 쪽 말단을 기재시트 위에 거치하였다. 이어서 슬랩을 슬랩의 접촉 말단이 질질 끌리는 가장자리가 되도록 기재시트의 전 표면 위에서 작은 힘(약 0.5 내지 1 파운드(226.8 내지 453.6 g))으로 질질 끌었다. 왁스가 균일하게 적용되도록 유의하였다. 용융된 왁스는 기재시트로 침투하여 표면에 잔류하지 않기 때문에 왁스의 용융을 피하면서 열을 통하여 기재시트 위에 왁스를 도포하는 것을 촉진하는 것이 그 목적이었다. 전체 기재시트 표본을 처리할 때까지 약 3-인치(7.62 cm) 사각형 또는 6-인치(15.24 cm) 사각형의 부분에 연속덕으로 열 및 왁스 처리를 행하였다. 적용의 전후에 왁스 슬랩의 중량을 계측하였다. 6 인치 X 12 인치(15.24 cm x 30.48 cm) 기재시트에 적용한 통상적인 왁스양은 약 0.06 g 이었다.
얻어진 흡수 웹을 이어서 습유하자 마자, 왁스 처리 웹의 작은 상부 부분이 왁스가 섬유 근처의 일부 공기를 포획한 것처럼 비처리 영역 보다 약간 밝게 변하였다. 물리적 현상을 기초로 하여 볼 때, 왁스가 약 10% 로 추정되는 전체 표면의 작은 부분을 차지하면서 기재시트 면의 최상부 영역에 우선적으로 분포되었음이 명백하였다.
비처리 및 왁스-처리 표본의 평균 재습윤치가 하기의 표 1에 나타나 있다. 정규화된 평균 재습윤치(재습윤치를 조절된 표본의 건조 질량으로 나눔)가 또한 기재되어 있다. 도 15의 그래프는 평균 및 평균에 되한 95% 신뢰 구간(1.96* 표준 편차/표본 크기의 제곱근)을 도시하고 있다. 파라핀 처리는 재습윤의 현저한 감소를 유발하였다. 재습윤의 감소는 티슈가 피부와 접촉하여 습윤될 경우 더 적은 양의 유체가 피부와 접촉하기 위하여 국소적이고 융기된 소수성 장벽을 통과할 수 있기 때문에 더 양호한 건조감을 나타내는 것으로 생각된다. 또한 처리된 표면의 최상부 부분 위에 파라핀에 의하여 제공된 어느 정도의 매끄러움으로 인하여 왁스-처리 표본이 외견상 비처리 표본 보다 조금 덜 거칠게 느껴진다.
실시예 1의 재습윤치
처리 방법 재습윤치, g 정규 재습윤 (재습윤/건조 질량)
비처리 0.446 0.706
왁스, 공기-면 가열 0.390 0.629
왁스, 섬유-면 가열 0.363 0.564
〈실시예 2〉
본원 발명을 추가로 예시하기 위하여 본질적으로 실시예 1에 기재된 바와 같은 방법을 사용하여 크레프되지 않은 드루드라이드 티슈 기재시트를 제조하였다. 보다 특이적으로는, 단일-층, 단일-겹 티슈를 정제되지 않은 북부 부드러운 목재 표백 화학열가공 펄프(BCTMP) 섬유로부터 제조하였다. BCTMP 섬유의 펄프화 및 희석 이후에, 카이멘 557LX를 펄프 1 톤 당 20 킬로그람의 양으로 첨가하였다. 이 경우에 형성 직물은 Appleton Wire 94M 직물이고 첫번 째 전달 직물은 린드세이 956 직물이었다. 형성 직물로부터 린드세이 956 전달 직물로의 전달 도중에 첫번 째 전달 지점에서 러쉬 전달이 수행되었다. 러쉬 전달 도는 35% 이었다. 차동 속도 전달 공정은 앞에서 참고 문헌으로 인용한 엔겔(Engel) 등의 1997년 3월 4일의 미국특허 제5,667,636호에 개시된 진공 슈 구조를 사용하였다. 전달 직물로부터 드루-에어 건조로의 이러한 두번 째 전달 지점에서, 두 직물은 약 40 ft/min(12.2 m/min)의 본질적으로 동일한 속도로 움직였다. 이어서 웹은 드루드라잉 직물(Lindsay Wire T-116-3)로 전달되었다. 드루드라잉 직물은 전달 직물과 본질적으로 동일한 속도로 움직였다. 웹은 이어서 약 315 °F의 후드 온도에서 작동하는 드루드라이어위로 옮겨지고 약 94 내지 98 % 농도로 최종적으로 건조되었다. 웹의 기본 중량은 60 gsm이었다.
생성된 크레프되지 않은 드루드라이드 티슈 기재시트를 두 개의 원판의 스택을 사용하는 평면내 투과도 측정시 사용하여 1.87x10-10m2의 수치를 얻었다. 습윤 탄성 시험으로 9.65 cc/g의 WCB(습윤 압축 벌크), 0.889의 탄성회복 및 0.824의 LER을 얻었다. 0.1 psi에서 측정한 벌크는 16.2 cc/g 이었다.
타피 환경 조건에서 수 주 동안 보관한 후에, 이어서 본질적으로 실시예 1에 기재된 바와 같이 파라핀 왁스를 사용하여 기재시트를 처리하였다. 두 개의 띠를 12 인치 X 6 인치(30.48 cm x 15.24 cm)로 제조하였다. 각각의 띠에 대하여, 6 인치(15.24 cm) 사각형 영역의 직물 면은 동력을 2.5로 고정한 Corning PC-351 고온 판에 약 5 초 동안 접촉시켜 가열하고, 이어서 평판한 표면 위로 옮겨 직물면이 위를 향하도록 거치하였다. 이어서 파라핀 슬랩을 표면위에서 질질 끌어서 약 0.06 g의 파라핀을 첫번 째 슬랩의 표면위에 도포시키고 0.07 g의 파라핀을 두번 째 표면에 도포시켰다. 두 띠를 이어서 4 인치 x 6 인치(10.16 cm x 15.24 cm) 조각으로 절단하였다. 첫번 째 띠로부터의 모든 조각(1A, 1B 및 1C로 표시)의 재습윤치를 시험하였고 동일한 기재시트의 처리되지 않은 3 개(3, 4 및 5로 표시)의 띠 이외에 두번 째 띠로부터의 1 개의 조각을 시험하였다. 결과가 표 2에 나타나 있다. 왁스 처리된 조각의 재습윤치가 비처리된 표본과 유사한 수치를 가지는 조각 1A를 제외하고는 비처리 표본보다 현저히 낮았다. 이 표본은 시험을 위하여 권장되는 범위를 훨씬 초과하여 습윤되어서 부가적으로 이용 가능한 습기가 재습윤치를 증가시켰다. 그러나, 시험 도중에 나중에 와트만(Whatman) 여과지에 접촉시킨 영역에서 왁스 처리가 불량하게 수행되었지 않았나 의심이 된다. 1A를 제외한 왁스처리된 표본의 평균 재습윤은 0.467 g으로 비처리된 표본의 평균 0.689 g보다 32% 정도 눈에 띠게 감소하였다. 정규화된 재습윤치도 친수성 처리에 의하여 현저히 감소하였다. 여기에서, 0.68 g 미만의 재습윤치는 개선된 건조감의 증거로 생각된다.
실시예 2의 재습윤치
표본 처리 건조 질량 습윤 질량 재습윤,g 정규 재습윤(재습윤/건조 질량)
1A 왁스 처리 0.93 3.95 0.628 0.675
1B 왁스 처리 0.94 3.82 0.438 0.466
1C 왁스 처리 0.98 4.06 0.525 0.536
2 왁스 처리 1.01 4.14 0.437 0.433
3 왁스 처리 없음 0.97 3.98 0.680 0.701
4 왁스 처리 없음 1.00 4.06 0.692 0.692
5 왁스 처리 없음 1.03 4.26 0.695 0.675
텍스쳐된 기재시트에 적용된 소량의 우선적인 표면 왁스가 전체 흡수력에 유해한 영향을 미치는 지를 측정하기 위하여, 시험된 조각을 수돗물에 완전히 담그고 이어서 가장자리를 집어서 들고 60 초 동안 물방울을 떨어뜨리고, 이어서 중량을 측정하였다. 비처리 표본 3 및 5의 "드리핑 습윤 질량(Dripping Wet Mass)"은 각각 7.8 및 8.3 g 이었다. 표본 1A, 1B 및 1C의 "드리핑 습윤 질량"은 각각 7.44, 7.55 및 7.9 g 이었다. 표본 2에 대해서는 8.00 g 이었다. 처리된 표본 및 비처리 표본에 대한 데이터 범위의 얻어진 차이 및 중첩을 보면, 왁스처리된 표본의 흡수력에 현저한 감소가 있다는 명백한 증거는 없다.
〈실시예 3-6〉
본원 발명의 흡수 웹의 제조 방법을 추가로 예시하기 위하여, 습윤 강도제(20 lbs(9.072 kg) 카이멘/섬유 1톤)을 포함하거나 포함하지 않는 비습윤 탄성 북부 부드러운 목재 크라프트 섬유(NSWK) 및 습윤 강도제(20 lbs(9.072 kg) 카이멘/섬유 1톤)을 포함하거나 포함하지 않는 습윤 탄성 섬유(스프루스 BCTMP)를 사용하여 본질적으로 도 4에 나타난 바와 같은 크레프되지 않은 드루드라이드 공정으로 기재시트를 제조하였다.
섬유를 30 분 동안 히드로펄퍼(hydropulper) 내에서 4% 농도로 펄프화하였다. 섬유를 스톡 체스트(stock chest)내로 퍼올리고 1.0% 농도로 희석하였다. 20#/톤의 카이멘 557LX를 스톡 체스트에 부가하고 30 분 동안 혼합하였다. 30 gsm 건조 중량의 단일층의 혼합된 시트가 Albany 94M 형성 직물 위에 형성되고 5 인치(125 mm)의 수은 진공 하에서 탈수되었다. 형성 직물은 69 fpm(0.35 미터/초)의 속도로 움직였다. 시트는 15 % 러쉬 전달에서 60 fpm(0.30 미터/초)로 움직이는 린드세이 952-S05 전달 직물로 전달하였다. 형성 직물 및 전달 직물 사이의 전달 내의 진공은 수은 10 인치(254 mm)였다.
시트는 전달 직물과 동일한 속도 60 fpm(0.30 미터/초)로 움직이는 드루드라이어 직물(Lindsay T116-1)에 수은 12 인치(305 밀리미터)의 진공하에서 전달되었다. 시트 및 드루드라이어 직물은 200°F(93.3℃)에서 작동하는 Honeycomb 드루드라이어에 들어가서 최종적으로 94-98%로 건조되기 직전에 수은 12 인치(305 밀리미터)의 네번 째 진공으로 이동한다.
기재시트를 70°F(21℃)의 50% 미만의 습도에서 5 일 동안 숙성시킨다. 50%±2% 및 23℃±1°의 조절된 환경에서 기재시트의 물리적 특성을 시험하였다. 습윤 및 건조 강도를 10 in/min(25.4 cm/min)의 크로스헤드 속도에서 4-인치(10.16 cm)의 조(jaw) 길이를 가지는 인스트론으로 3-인치(7.62 cm) 표본 너비에 대하여 시험하였다. 0.289 psi에서 TMI 시험기로 캘리퍼(caliper)를 측정하였다.
물리적 특성 결과가 도 16의 표에 나타나 있다. 실시예 6은 습윤 주름 회복 시험으로 측정하였을 경우 다른 세 개의 표본보다 본질적으로 큰 습윤 탄성을 보였다. 또한, 실시예 6은 높은 습윤:건조 비율도 보였다. 실시예 6의 특성은 특히 캘린더링되고 그 이후에 습윤시 본래 벌크의 상당 부분을 회복할 수 있는 기재시트로서 사용하기에 적합하다. 규소 또는 탈컴 분말과 같은 소수성 물질로 처리하였을 경우, 이러한 캘린더링된 흡수 웹은 상기 친수성 영역이 습윤 후에 시트의 나머지 부분으로부터 융기될 때 높은 흡수도 및 건조감을 제공할 수 있다.
〈실시예 7-10〉
실시예 3-6에 기재된 것과 유사한 추가 실시예를 벌크한, 흡수성, 습윤 탄성 구조에 대한 기본 중량의 효과를 밝히기 위하여 수행하였다. 20#/톤의 카이멘을 가지는 30, 24, 18 및 13 gsm의 네 가지 기본 중량의 100% 스프루스 BCTM를 제조하였다.
섬유를 히드로펄퍼에서 30 분 동안 4% 농도로 펄프화 하였다. 섬유를 스톡 체스트로 퍼올리고 1.0% 농도로 희석하였다. 20#/톤의 카이멘 557LX를 스톡 체스트에 첨가하고 30 분 동안 혼합하였다. 단일층의 혼합된 시트가 Albany 94M 형성 직물 위에 형성되고 4 인치(102 mm)의 수은 진공 하에서 탈수시켰다. 형성 직물은 69 fpm(0.35 미터/초)의 속도로 움직였다. 시트는 15 % 러쉬 전달에서 60 fpm(0.30 미터/초)로 움직이는 린드세이 952-S05 전달 직물로 전달되었다. 형성 직물 및 전달 직물 사이의 전달 내의 진공은 수은 7 인치(178 mm)였다. 13 gsm 표본을 러쉬 전달 없이 제조하였고, 형성 직물은 전달 직물 및 드루드라이어 직물과 동일한 속도인 60 fpm(0.30 미터/초)로 움직였다.
시트는 전달 직물과 동일한 속도 60 fpm(0.30 미터/초)로 움직이는 드루드라이어 직물(Lindsay T116-1)에 수은 10 인치(254 밀리미터)의 진공 하에서 전달되었다. 시트 및 드루드라이어 직물은 260°F(127℃)에서 작동하는 Honeycomb 드루드라이어에 들어가서 최종적으로 94-98%로 건조되기 직전에 수은 11 인치(279 밀리미터)의 네번 째 진공으로 이동한다.
기재시트를 70°F(21℃)의 50% 미만의 습도에서 5 일 동안 숙성시킨다. 50%±2% 및 23℃±1°의 조절된 환경에서 기재시트의 물리적 특성을 시험하였다. 습윤 및 건조 강도를 10 in/min(25.4 cm)의 크로스헤드 속도에서 4-인치(10.16 cm)의 조(jaw) 길이를 가지는 인스트론으로 3-인치(7.62 cm) 표본 너비에 대하여 시험하였다. 0.289 psi에서 TMI 시험기로 캘리퍼를 측정하였다.
물리적 특성 결과가 도 17의 표에 나타나 있다. 나타난 바와 같이 실시예 7-10은 습윤 주름 회복 시험 및 압축 습윤 탄성 시험으로 측정하였을 경우 큰 습윤 탄성을 보였다. 실시예 10의 웹과 같은 물질은 액체를 신속하게 흡수 하고 이어서 친수성 물질을 최상부 영역에 가져서 깨끗하고 건조한 감촉을 제공하는 보다 벌크한 구조로 탄성 회복되는 고밀도의 캘린더링된 흡수 웹의 제조에서 소수성 물질을 수용하기 위한 기재시트로서 특히 적절하다. 통상적인 상업적 티슈 및 종이 타월은 일반적으로 0.7 미만의 습윤 탄성 회복 비, 6 미만의 WCB, 및 0.7 미만의 LER 수치를 가진다. 유사하게, 이러한 물질은 0.4 x 10-10m2미만의 평면내 투과도 수치를 가지는 경향이 있다.
〈실시예 11 및 12〉
실시예 11 및 12를 위하여, 실시예 1의 기재시트의 직물 면을 점착 분무로 처리하여 일부가 소수성 분말로 추가 처리되는 흩어진 소수성 영역을 형성하였다. 실시예 11에서는, 3M #72 압력 민감성 점착제의 분무 캔을 사용하여 기재시트의 표면적의 약 30%를 청색, 가용성, 부드럽고 낮은 점성의 점성 물질로 도포하였다. 적은 양의 석송 분말(석송 포자로도 알려져 있고, EM Science(Gibbstown, New Jersey)로부터 상업적으로 입수 가능함)을 웹의 일정 부분에 분사하고 활석 분말을 다른 부위에 분사하여 선택적으로 점착제에 점착되어 끈적거리는 느낌을 제거하여 점성을 추가로 감소시켰다. 부착되지 않은 분말은 털어내었다. 실시예 12에서는, 사용된 분무 점착제가 3M #90 고 강도 점착제였고, 이를 랜덤하게 엷게 분무하여 상부 표면에 점착제를 함유하는 직경이 약 1/2 내지 1 인치인 흩어진 조각을 얻었다. 점성을 다시 활석 또는 석송 분말을 다양한 웹 부분에 분사하여 감소시키고 과량의 분말을 제거하였다. 웹을 습윤 시겼을 때, 점착제 및 소수성 분말을 함유하는 소수성 영역이 비처리 영역보다 다소 건조한 느낌을 주었다. 실시예 12의 점착제 함유 영역은 주위의 기재시트보다 눈에 띠게 단단하여서 많은 제품에 부적절하였다. 실시예 12에 사용된 낮은 점성의 점착제는 또한 흡수 웹에 실시예 11에 비하여 상대적으로 많은 양의 점착제의 침투를 유발하여서, 실시예 12의 점착제 조각이 흡수 웹이 물로 완전히 습윤되었을 때 주위의 비처리 영역보다 밝게 보였다.
〈실시예 13〉
실시예 2에 따라서 크레프되지 않는 드루-에어 건조 기재시트를 추가로 제조하였다. 퍼니시에 건조 섬유 1 톤당 10 파운드(4.54 kg)의 카이멘을 가지는 점에서 상이한 실시예 13은 15% 러쉬 전달을 가지고 75%의 북부 부드러운 목재 크라프트 섬유 및 25%의 스프루스 BCTMP를 포함하였다. 실시예 2의 경우와 같이, 기본 중량은 60 gsm이고 드루-에서 드랑잉 직물은 린드세이 와이어 T116-3 직물이었다. 측정된 습윤 탄성 회복 비율은 0.839 이고 WCB는 7.5 cc/g 이며 LER은 0.718 이었다. 평면내 투과도는 0.84 x 10-10m2이었다.
실시예 13의 기재시트를 기재시트의 직물 면의 상부 표면을 가요성, 소수성, 낮은 점성 고온 용융 점착제로 승온에서 블레이드 코팅하고 즉시 이어서 약 1 mm의 평균 길이를 가지는 미세 합성 섬유를 웹의 점착제 함유면에 에어-레잉하고, 이어서 약한 공기 분사로 부착되지 않은 섬유를 날려서 회수하여 본원 발명의 웹으로 제조하였다. 냉각 분사가 릴에 감기 전에 점착제의 점성을 감소시키기 위하여 수행될 수 있다. 노출된 점착제의 점성 감소는 처리된 웹에 가해지는 공기 분사에 의하여 운반되는 입자의 부가에 의해서 수행될 수도 있다. 여기에서, 상기 입자는 활석, 베이킹 소다, 산화 티타늄, 산화 아연, 제지 분야에 공지된 잡다한 충진제 등을 포함한다.
상기의 실시예는 소수성 물질을 가지는 탄성의 텍스쳐된 기재시트의 신규한 조합을 통하여 개선된 건조감 및 기타 특성이 얻어지는 본원 발명에 관한 가능한 접근을 예시하고 있다. 그러나, 상기의 실시예는 하기의 특허청구범위 및 그의 모든 균등물에 의하여 한정되는 본원 발명의 범위를 제한하는 것으로 간주되지는 않는 다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
〈실시예 14〉
0.6 osy(20.3 g/m2) 폴리에틸렌 스펀본드 부직웹을 100% BCTMP 스프루스 섬유를 포함하고 린드세이 와이어 T-216-3 섬유 위에 드루 드라잉에 의하여 텍스쳐된 40 gsm의 크레프되지 않은 드루-에어 건조 웹의 직물 면에 점착성 구조로 적층하였다. 조밀화되고 띠를 약 0.2 g/cc의 일정한 밀도로 유지하기 위하여 가열 도중에 용융된 약 1% 열가소성 섬유로 조밀화되고 안정화된 에어레이드 셀룰로오스 섬유의 띠를 제조하였다. 1-인치 너비 띠를 상부에 부착된 부직 웹을 가지는 크레프되지 않은 기재시트의 바로 밑에 거치하였다. 상부 표면 위에 염색한 물 방울을 떨어뜨려 유체 흡수도를 시험하였다. 물은 티슈 기재시트 안으로 신속하게 침투하고 이어서 에어레이드 띠에 침투하여 유체의 많은 부분이 에어레이드 물질에 보유되게 하였다. 착색된 물 방울을 하부에 에어레이드 흡수 물질이 없는 적층 웹에 거치하였을 경우, 유체는 에어레이드 띠가 존재하는 경우보다 훨씬 넓은 영역으로 퍼졌다.
약간의 상업적 녹색 식용 색소를 첨가한 대략 동일한 비율의 달걀 흰자 및 물의 혼합물을 점액 또는 생리혈과 같은 점탄성 유체의 흡수도를 모의 실험하기 위하여 제조하였다. 용액을 균일한 농도로 형성하기 위하여 조심스럽게 교반하였다. 이어서 용액을 약 0.3 내지 약 0.1 ml의 방울로서 에어레이드 띠가 바로 밑에 있는 흡수 물질에 적용하였다. 흡수는 내우 느린것 같거나 또는 부직웹 물질에 의하여 완전히 방해받았다. 이어서 칼날의 끝을 사용하여 부직웹의 작은 부분을 긁어서 제거하여 0.2 mm 너비 및 2 mm의 길이를 가지는 개구를 형성하였다. 개구에 가해진 달걀 흰자 용액의 방울이 수 초 이내에 친수성 물질로 침투하였고, 이는 개구가 없는 것보다 매우 신속히 침투하였지만 점성이 적고 비-점탄성인 채색된 물보다는 여전히 느렸다.
〈실시예 15〉
본원 발명의 개구가 있는 부직포의 잠재력을 측정하기 위하여, 0.4, 0.6 및 0.8 온스/야드2(osy)(13.6, 20.3 및 27.1 g/m2)의 기본 중량을 가지는 세 개의 폴리에틸렌 부직 스펀본드 웹을 얻었다. 2중 개구를 내기 위한 로울 장치를 이용하여 웹에 개구를 뚫었다. 상부 로울의 중간 부분 위에 고정될 수 있는 곡선의 금속 판 내의 개구에 금속 핀을 장착하였다. 개구를 가진 상응하는 금속판을 상부 로울의 핀의 뾰족한 부분을 맞이하는 하부 로울에 장착하였다. 0.109 (0.28) 및 0.187 인치(0.48 cm)의 상이한 직경을 가지는 두 개의 핀을 사용하였다. 리시빙(receiving) 및 홀딩(holding) 핀에 대한 개구를 양측으로 엇갈린 그리드에 정렬시켰다. 0.187 인치(0.48 cm) 핀을 상부 로울 주위의 2-인치 너비 띠 위의 정렬 내의 모든 개구에 거치시켰다. 로울의 둘레의 길이는 38 인치(96.5 cm) 이다. 따라서, 0.187-인치(0.48 cm) 핀은 임의의 열을 따른 중심으로부터 중심까지 약 0.25-인치(0.64 cm) 간격으로 배치된다. 0.109-인치(0.28 cm) 핀을 양측으로 엇갈린 개구의 4-인치(10.2 cm) 너비 띠 위에 거치하였다. 여기에서 핀은 열에 번갈아 가며 배치되고 핀을 가지는 임의의 열은 열의 매 두번 째 개구에 핀을 거치시켰다. 각각의 4-인치(10.2 cm) 너비의 열에 11개의 핀을 가지면, 거치된 0.109-인치(0.28 cm) 핀은 중심과 중심사이에 약 0.4-인치(1.02 cm)의 간격을 가진다. 개구의 질을 개선하기 위하여, 핀을 가지는 상부 로울을 약 200°F(93.3 ℃)까지 가열하고 부직 웹에 접촉하는 하부 로울을 전기적으로 150°F(65.6 ℃)까지 가열하였다. 이것은 로울의 내부에서 측정된 온도이다. 표면 열전쌍을 사용하면, 상부 로울의 상부 표면 온도는 150 내지 158°F(65.6 내지 70 ℃)이었다. 0.109-인치(0.28cm) 핀을 먼저 사용하여, 개구 장치를 50 fpm(15.24 m/mim)으로 작동시켜서 기본 중량 0.4, 0.6 및 0.8 osy(13.6, 20.3 및 27.1 g/m2)를 가지는 폴리에틸렌 스펀본드 물질의 띠에 개구를 뚫었다. 이어서 핀을 가지는 판의 전원을 올려서 0.187-인치(0.48 cm) 직경의 핀으로 개구를 뚫는다. 여기서 상기 판도 50 fpm(15.04 m/min)으로 작동하고 세 개의 기본 중량을 가지는 스펀본드 물질 모두에 개구를 뚫었다. 개구가 뚫린 부직 웹은 부드럽고 생리대 물질로 사용하기에 적합해 보였다. 이어서, 부직웹의 표본을 절단하여 앞에서 참고 문헌으로 인용한 웬드트(Wendt) 등에 따라서 제조된 크레프되지 않은 드루-드라이드 물질의 부분에 거치하고, 역시 앞에서 참고 문헌으로 인용한 웬드트 등 및 치우(Chiu)등에 따른 린드세이 와이어로부터의 3-차원 드루 건조 직물상에 텍스쳐하였다.
3M 압력 민감성 분무 점착제를 한 지점에 사용하여 티슈 기재시트 및 부직 웹을 결합시켰지만, 개구가 뚫린 부직물을 텍스쳐된 크레프되지 않은 웹에 결합시키는 것은 올가미가 있는(loopy) 부직 표면에 대한 티슈 표면의 자연적인 기계적 친화력에 의하여 간단하게 되었다. 점착제 결합, 초음파 결합 및 열 결합 등의 임의의 하나를 통하여 더욱 밀접하게 결합된 구조를 형성하는 것이 바람직하기는 하지만, 작은 섬유의 맛물림도 부직 층을 꽤 양호하게 점착시켰다.
〈실시예 16〉
복합체 상부시트 구조는 실시예 15의 개구가 난 웹을 실시예 1 내지 10에 기재한 바와 유사하게 텍스쳐되고 크레프되지 않고 드루 에어 건조된 기재시트에 점착시켜서 제조하였다. 점착은 점착제로 이루어진 점(dot)이 인쇄된 코팅된 릴리스(release) 종이(여기에서 상기 점착제 점은 가벼운 압력을 가하여 다른 표면으로 전달될 수 있음)를 포함하는 특별한 점착제 전달 종이로 수행하였다. 뉴 잉글랜드 로타리 스크린(New England Rotary screen)(40-NERO-SF001)로 스크린 인쇄한 코팅된 릴리스 종이에 인쇄된 고온 용융 구조 점착제(National Starch #5610)을 사용하였다. 개구가 뚫린 부직 웹을 텍스쳐된 티슈 종이에 결합시키기 위하여, 점착제 전달 종이를 점착 점이 텍스쳐된 티슈와 접촉하도록 거치시키고 이어서 직선 1 인치(2.54 cm) 당 0.5 파운드(227 g) 이하의 가벼운 부하의 고무 로울러로 가볍게 가압하여 웹이 로울에 의하여 본질적으로 평탄하게 되지 않으면서 점착 점의 부분이 웹의 가장 융기된 부분에 전달되게 하였다. 이어서 개구가 뚫린 부직 웹을 티슈 위에 덮었다. 개구가 뚫린 부직 웹을 티슈 웹 위에 거치할 때, 티슈에 접촉하는 부직 웹의 면은 핀 개구를 뚫는 공정 도중에 핀을 가지는 로울로부터 떨어져 있던 면이다. 부직 웹의 이러한 티슈쪽 면은 핀 개구를 뚫는 공정 도중에 일부 폴리올레핀 물질이 핀에 의하여 강제로 부직 웹의 평면의 외부로 밀려진 각각의 개구 주위의 융기를 가진다. 일부 경우에, 이러한 융기는 하부의 티슈 웹의 함몰된 영역에 우선적으로 존재하여 부직 웹의 신체 접촉 면으로부터 티슈 표면으로의 거의 연속적인 물질 다리(bridge)를 제공하여, 유체가 상부시트의 둘 이상의 층 사이의 현저한 면사이 간격을 지날 필요가 없게하는 것이 바람직할 수 있다.
이러한 실시예에서, 0.4 osy(13.6 g/m2) 기재시트 부직 스펀본드 웹만을 사용하였다. 기재시트는 모두 기본 중량, 섬유 타입, 러쉬 전달 및 직물 타입에 변형을 가한것 이외에는 실시예 1 내지 10의 원리에 따라서 제조된 비층상, 비크레프, 드루-에어 건조 티슈 웹이었다. "고 텍스쳐(high texture)"는 전달 직물로서 린드세이 와이어 T-116-3 직물 위로 약 30% 러쉬 전달되고 이어서 T-216-3 직물 위에서 드루 드라잉에 의하여 제조된 웹을 의미한다. "평탄한(flat)" 티슈는 큰 표면 깊이가 없는 전통적인 평탄한 드루 드라잉 직물위에 드루 드라이된 것이다. "중간 텍스쳐(medium texture)"는 전달 직물로서 린드세이 와이어 T-216-3 직물 위로 약 8% 러쉬 전달되고 이어서 T-116-3 직물 위에서 드루 드라잉에 의하여 제조된 웹을 의미한다. 모든 웹은 습윤 강도를 위하여 첨가된 섬유 1 톤 당 약 20 lb(9.1 kg) 카이멘을 가졌다. 하기의 부직물 및 기재시트의 조합을 시험하였다.
복합체의 흡수 테스트
표본 개구 기재시트
1 없음 30 gsm, 100% BCTMP, 고 텍스쳐
2 0.109 인치(0.28 cm) 핀 개구 30 gsm, 100% BCTMP, 고 텍스쳐
3 0.187 인치(0.48 cm) 핀 개구 30 gsm, 100% BCTMP, 고 텍스쳐
4 0.187 인치(0.48 cm) 핀 개구 30 gsm, 100% BCTMP, 평탄(flat)
5 0.187 인치(0.48 cm) 핀 개구 30 gsm, 100% BCTMP, 고 텍스쳐
6 0.187 인치(0.48 cm) 핀 개구 50 gsm, 50% 표백된 북부 부드러운목재, 50% 광택처리 표백 남부 부드러운목재, 중간 텍스쳐
7 0.187 인치(0.48 cm) 핀 개구 30 gsm, 100% BCTMP, 평탄
일부의 경우에서, 커버 물질은 또 다른 비크레이프, 드루-에어 건조 시트 또는 에어-레이드 스트립으로 구성된 얇은 흡수층과 결합되어 있다. 이러한 흡수 층은 하기를 포함한다:
흡수층 A: "고 텍스쳐" 100% BCTMP 웹(표 3의 표본 1),
흡수층 B: "평탄한" 100% BCTMP 웹(표 3의 표본 4),
흡수층 C: 린드세이 와이어 134-10 직물 위에 드루-드라이된 100% BCTMP 비크레이프 웹,
흡수층 D: 표백된 부드러운 목재를 포함하는 "중간 텍스쳐"(표 3의 표본 6)
또한, 약 200 gsm의 기본 중량을 가지는 실시예 14의 에어레이드 띠도 일부 시험에서 사용하였다. 흡수층은 복합체 커버의 바로밑에 단순히 거치하고 기계적으로 또는 점착제로 결합시키지는 않았다. 일부 경우에서, 약한 점착제가 흡수 코어 위에 커버를 고정시키기 위하여 바람직할 수 있다.
생리혈을 흡수하는 데 실시예 15의 개구가 뚫린 웹이 적절한 가를 증명하기 위하여, 단순한 멘스 모의체(simulant)를 사용하였다. 모의체는 휘발성(fugitive) 염료가 첨가된 신선한 달걀 및 물의 50:50 혼합물이다. 혼합물은 냉장고에서 꺼내어 대략 72°F(22.2 ℃)의 상온에 6 시간 동안 거치시킨 두 개의 큰 달걀(Sparboe Farms, Litchfield, Minnesota)에서 노른자로부터 흰자를 분리하고 제조하였다. 달걀 흰자의 질량은 60.0 g 이었다. 250 ml 비이커 내의 달걀 흰자에 추가로 60 g의 탈염수를 첨가하고 거품이 발생하지 않도록 조심하면서 약 3 분 동안 실험실 스파튤러로 비이커 내에서 격렬히 교반하였다. 생성된 혼합물은 약간 탁하고 용액의 다른 부분과는 상이한 굴절율을 가지는 유체 내의 단백질성 띠의 흔적을 보였다. 추가의 염료 용액 2 ml를 첨가하고 조심스럽게 교반하였다. 염료 용액은 탈염수 1000 ml에 Versatint Purple II due(Milliken Chemical,Inman, South Carolina) 40 ml를 첨가하여 제조하였다.
착색된 달걀 흰자 용액을 0.5 ml 방울을 가하도록 고정된 Eppendorf 피펫으로 복합체 상부시트 표면에 가하였다. 방울을 3 초 간격 이내에 상부시트의 상부 표면에 조심스럽고 부드럽게 가하도록 주의하면서 가하였다. 초기에 방울을 통상적으로 거치시키는 장소에 상관 없이 하나 이상의 개구를 차지하기에 충분히 넓게 형성시켰다(비습윤 표면에 수 밀리미터의 직경을 가지는 평탄해진 구체로 거치됨). 이어서, 육안으로 관찰하여 하부의 기재시트 평면 내에서 위킹이 발생하기 위하여 필요한 시간을 식별하고, 위킹이 시작된 후에 부직웹의 표면으로부터 방울이 본질적으로 사라져서 부직웹의 평면 위로 융기된 부분에 눈에 띠게 잔류한 액제가 본질적으로 없게 되는 추가 시간을 식별하였다. 육안으로 확인 가능한 위킹이 개시되는 첫번 째 시간을 "유입 시간"이라고 하고 이것은 착색된 유체가 상부시트 상의 방울의 가장자리 밖의 기재시트내에 수평으로 확장되어 관측되는 시점을 관측한다. 부직 표면 상의 방울로부터 액체가 본질적으로 사라지는 시간인 두번 째 시간은 "위킹 시간"으로 표시한다. 두 시간의 합이 "흡수 시간"이다. 몇가지 시험에 대한 결과가 표 4에 나타나 있다. 가장 양호한 결과는 큰 핀 개구에서 얻어졌다. 작은 개구에서는, 개구를 뚫는 동안에 형성된 웹의 배면상의 융기내의 소수성 섬유가 비크레프 티슈 웹에 부착되는 동안에 평탄하게 되어 개구를 부분적으로 폐쇄할 수 있다.
표 3의 복합체에 대한 달걀 흰자 용액의 흡수 결과
런(run) 표본 유입 시간(s) 위킹 시간(s) 흡수 시간(s)
1 1 〉500 NA 〉500
2 2 〉500 NA 〉500
3 3 70 90 160
4 3 + Abs. A 20 80 100
5 4 + Abs. B 10 50 60
6 4 + Abs. B 0 25 25
7 5 + Abs. C 10 30 40
8 5 + Abs. C 0 40 40
9 6 + Abs. D 5 35 40
10 7 약 200 약 200 약 400
11 4 + 에어레이드 10 150 160
12 4 + 에어레이드 〉500 NA 〉500
13 5 + Abs. C 10 70 80
14 6 + 에어레이드 5 200 205
15 6 + 에어레이드 〉500 NA 〉500
흡수 속도는 기재시트의 노출 면적이 증가함에 따라 현저히 증가될 수 있다고 믿어진다.
BCTMP 및 표백된 비크레이프 시트 위에 달걀 흰자 용액의 방울을 직접 거치함에 의하여, BCTMP 시트의 더 많은 개방 세공 때문에 BCTMP가 더 신속히 흡수하는 사실을 관측하였다. 약 0.2 cc/g의 밀도를 가지는 조밀화된 에어 레이드 띠도 역시 용액의 신속한 흡수를 보였다.
〈실시예 17〉
개구가 뚫린 필름에 대하여 개선책으로서 작용할 수 있는 본원 발명의 능력은 습윤된 친수성 기재시트에 비-평면 개구 구조를 제공하고 이어서 비압축적으로 건조하여 고 습윤 탄성을 제공하고, 이어서 개구가 뚫린 웹의 대부분의 신체 접촉 면의 융기된 영역위에 소수성 물질을 인쇄 또는 코팅함에 의하여 친수성 개구 및 소수성 상부 표면을 가지는 복합체 물질을 생성하는 이러한 실시예로부터 예측될 수 있다. 특히, 약 10 내지 약 100 gsm, 더욱 바람직하게는 약 20 내지 50 gsm의 기본 중량을 가지는 부드럽고 가요성인 웹은 제조 도중에 웹이 약 60% 고체 이상 건조되기 전에, 바람직하게는 웹이 약 40% 고체 이상 건조되기 전에 개구를 뚫는다. 웹은 상대적으로 평탄하고 개구를 뚫기 전에 텍스쳐될 수 있다. 융기와 함몰 영역이 맛물려서 웹의 신체 접촉 면으로부터 개구가 멀어지게하여 약간의 z-방향 섬유 배향을 가지는 개구에 인접한 웹 영역을 가지는 비-평면의 3-차원 지형을 형성하는 방식으로 융기와 짝이되는 함몰 영역을 가지는, 표면에 거치되는 동안에 웹의 신체 접촉 면에 접촉하는 로울 위의 융기에 의해서 개구를 형성할 수 있다. 기재시트의 개구는 바늘, 관상-엠보싱(perf-embossing), 스탬핑, 도는 차등 공기 압력(differential air pressure)에 의하여 형성할 수도 있다. 차등 공기 압력은 웹이 관상의 상이한 낮은 투과도 담체 위에 거치되는 경우 사용할 수 있다. 관상 표면 위에 존재하는 약하고 습윤된 웹은 공기 압력이 관상체 위의 섬유 부분이 편향되고 웹의 표면에서부터 절단되어 부분적으로 z-방향으로 향하게 만들 수 있도록 한다. 습윤 상태에서 3-차원 구조를 형성한 후에, 얻어진 관상 또는 개구 상태를 현저히 붕괴시키지 않으면서 웹을 완전히 건조시킨다. 웹의 구조는 높은 습윤 탄성을 가진다(특히 낮은 수율 섬유 또는 습윤 강도 첨가제가 사용된 경우). 결과적으로, 기재시트에 개구를 제공하고 기재시트의 하부 표면에 개구에 인접하고 개구에 의하여 포위되거나 부분적으로 포위될 수 있는 기재시트로부터 아래를 향하는 섬유성 융기를 제공하여 친수성 개구 장벽을 형성시킨다. 융기 또는 개구 장벽은 그들의 3-차원 상태에서 건조됨에 의하여 양호한 습윤 탄성, 또는 습윤된 후에 다시 건조될 때 형태 및 배향을 유지하는 경향을 가진다(특히, 고수율 섬유 및 습윤 강도제를 웹 제조시 사용하였을 경우). 바람직하게는, 개구는 15% 이상, 바람직하게는 30% 이상의 개방 면적 및 바람직하게는 약 0.2 내지 약 4 mm, 더욱 특이적으로는 약 0.3 내지 2 mm 및 가장 특이적으로는 약 0.5 mm 이상의 특성 직경 또는 유효 직경을 가진다.
비-압축 건조 후에, 웹의 신체 접촉 면(개구의 하부를 향하는 면으로부터 떨어진 면)을 소수성 물질로 처리한다. 이것은 불연속적인 방울 또는 미세한 간격으로 분리된 영역으로 웹 위에 인쇄될 수 있다. 다른 한편으로, 웹은 용융, 액체 또는 슬러리 상태의 소수성 물질의 필름을 가진 평활한 인쇄 표면을 사용하여 코팅 또는 인쇄될 수 있다. 왁스 또는 왁스, 오일 및 불투명화제의 혼합물이 특히 바람직할 수 있다. 소수성 물질로부터 아래쪽을 향하는 개구의 장벽이 여전히 소수성인 반면에 생성된 구조는 소수성 융기 영역을 가진다. 소수성 물질은 친수성 웹의 표면에 밀접하게 결합된다. 기재시트가 구조상의 결합성을 제공하기 때문에, 소수성 물질은 단지 약하게 연속적이거나 불연속적일 수 있고, 일반적으로 심각한 손상 및 분리를 유발하지 않으면서 기재시트로부터 제거될 수 없다고 기대된다. 그것은 적절히 선택된다면, 피부 근처에서 건조감을 제공하고 커버의 부드럽고 유쾌한 감촉을 증진시킨다. 하부의 기재시트는 훌륭한 흡수력을 제공하고 흡수 코어로 직접 유동하기 위한 종래의 개구가 있는 필름과 유사한 통로를 제공한다. 그러나, 기재시트 바로 밑의 평면내 위킹 및 유동 채널은 양호한 유체 처리 및 흡수 능력을 제공할 것이다.
예시의 목적으로 제시한 상기의 실시예가 하기의 특허청구범위 및 그의 모든 균등물에 의하여 한정되는 본원 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다는 것이 이해될 것이다.

Claims (39)

  1. (a) 제지 섬유를 포함하고 하부 표면 및 융기 영역과 함몰 영역을 갖는 상부 표면을 갖는 본래부터 친수성인 기재시트, 및
    (b) 상기 기재시트의 상부 표면의 융기된 영역에 우선적으로 퇴적된 소수성 물질을 포함하는
    습윤시 건조감을 가지는 흡수 웹.
  2. 제1항에 있어서, 상기 기재시트가 웨트-레이드(wet-laid) 티슈 시트인 흡수 웹.
  3. 제1항에 있어서, 상기 기재시트가 에어레이드(airlaid) 구조인 흡수 웹.
  4. 제1항에 있어서, 습윤 탄성회복 비가 약 0.7 이상인 것을 부가적인 특징으로 하는 흡수 웹.
  5. 제1항에 있어서, 소수성 물질이 비연속적인 것인 흡수 웹.
  6. 제1항에 있어서, 재습윤치가 약 0.65 g 이하이고 정규화된 재습윤치가 약 0.6 이하인 것을 부가적인 특징으로 하는 흡수 웹.
  7. 제1항에 있어서, 상기 기재시트가 약 0.2 mm 이상의 전체 표면 깊이, 0.5 x 10-10m2이상의 평면-내 투과율, 약 5 cc/g 이상의 습윤 압축 벌크(bulk)를 가지는 것인 흡수 웹.
  8. 제1항에 있어서, 상기 소수성 물질이 기재시트 표면 면적의 약 50 % 이하가 합성 섬유로 덮히도록 상기 기재시트의 상부 표면에 부착되어 고정된 합성 섬유를 포함하는 것인 흡수 웹.
  9. 제1항에 있어서, 상기 기재시트의 하부 표면의 일부에 소수성 물질을 부가적으로 포함하는 흡수 웹.
  10. 제1항에 있어서, 상기 웹이 건조시 약 0.2 mm 이하의 전체 표면 깊이를 가지고 습기량이 100%가 되도록 습윤시 약 0.3 mm 이상의 전체 표면 깊이를 가지는 것인 흡수 웹.
  11. 제1항에 있어서, 상기 기재시트가 0.1 이상의 습윤:건조 인장 강도 비를 가지는 것인 흡수 웹.
  12. 제1항에 있어서, 상기 융기 영역이 상기 함몰 영역에 대하여 0.2 mm 이상의 특징적인 높이를 가지는 융기를 6.45 cm2(제곱 인치) 당 5 내지 300 개 포함하는 것인 흡수 웹.
  13. 제1항에 있어서, 상기 기재시트의 상부 표면의 30% 이상이 소수성 물질이 실질적으로 존재하지 않는 상태로 잔존하고 상기 웹이 0.6 g 이하의 재습윤치를 가지는 것인 흡수 웹.
  14. 제1항에 있어서, 상기 소수성 물질의 거의 모두가 상기 웹의 특징적인 절단면의 50% 물질 선 위쪽에 본질적으로 존재하는 흡수 웹.
  15. 제1항에 있어서, 상기 기재시트에 부착된 초흡수 입자를 부가적으로 포함하는 흡수 웹.
  16. 본래부터 친수성인 셀룰로오스 영역에 의하여 둘러쌓인 다수의 소수 처리된 영역을 포함하는 상부시트를 가지고, 습윤시 친수성 영역에 비하여 소수 처리된 영역이 우선적으로 융기되도록 팽창하는, 사용시 건조감을 갖는 2-영역 웹.
  17. 제16항의 웹을 포함하는 캘린더된 손 타월.
  18. (a) 제지 섬유를 포함하고 하부 표면 및 캘린더 또는 크레프되지 않은 상태에서 전체 표면 깊이가 0.2 mm 이상인 융기 영역 및 함몰 영역을 가지는 상부 표면을 가지며 6 cc/g 이상의 습윤 압축 벌크(wet compressed bulk)를 부가적으로 가지는 본래부터 친수성인 기재시트, 및
    (b) 상기 기재시트의 상부 표면의 융기된 영역에 우선적으로 퇴적되는 소수성 물질을 포함하는
    약 1 g 이하의 재습윤치를 가지는 흡수 웹.
  19. 제18항에 있어서, 상기 기재시트가 에어레이드 구조인 흡수 웹.
  20. 제18항의 흡수 웹을 포함하는 흡수 용품.
  21. (a) 제지 섬유를 포함하고 하부 표면 및 전체 표면 깊이가 약 0.2 mm 이상인 융기 영역 및 함몰 영역을 가지는 상부 표면을 포함하는 본래부터 친수성인 기재시트, 및
    (b) 기재시트의 함몰 영역이 그 위에 놓이는 소수성 섬유 그물망의 개구에 맞추어 정렬되어 신체 배출물이 육안으로 확인 가능한 개구를 통하여 기재시트에 도달하도록 상기 기재시트의 상부 표면에 부착되는 다수의 육안으로 확인 가능한 개구를 가지는 실질적으로 연속적인 소수성 섬유의 그물망을 포함하는
    습윤시 건조감을 가지는 흡수 웹.
  22. 제21항에 있어서, 상기 소수성 섬유의 그물망이 약 0.2 mm 이상의 특징적인 너비를 가지는 다수의 육안으로 확인 가능한 개구를 포함하는 것인 흡수 웹.
  23. 제21항에 있어서, 상기 기재시트가 약 0.1 이상의 습윤:건조 인장 강도 비 및 약 0.55 이상의 습윤 탄성회복 비로 부가적으로 특징지워지는 것인 흡수 웹.
  24. 제21항에 있어서, 약 0.65 g 이하의 재습윤치 및 약 0.6 이하의 정규화된 재습윤치에 의하여 부가적으로 특징지워지고, 상기 기재시트가 약 20중량% 이상의 고수율 펄프 섬유를 부가적으로 함유하는 것인 흡수 웹.
  25. 제21항에 있어서, 상기 소수성 물질의 표면 기본 중량이 약 1 내지 약 10 gsm 이고 상기 기재시트가 약 10 내지 약 70 gsm의 기본 중량을 가지는 것인 흡수 웹.
  26. 제21항에 있어서, 상기 기재시트가 에어레이드 구조인 흡수 웹.
  27. 제21항에 있어서, 상기 기재시트가 웨트-레이드 웹인 흡수 웹.
  28. 제1항 또는 제21항에 있어서, 상기 기재시트가 개구를 부가적으로 포함하고 상기 기재시트의 하부 표면이 상기 개구에 인접한 습윤-탄성 융기를 부가적으로 포함하는 것인 흡수 웹.
  29. (a) 제지 섬유를 포함하고 하부 표면 및 융기 영역 및 함몰 영역을 가지는 상부 표면을 포함하며 0.1 이상의 습윤:건조 인장강도 비를 가지는 본래부터 친수성인 기재시트, 및
    (b) 상기 기재시트의 상부 표면의 융기된 영역에 우선적으로 퇴적된 소수성 물질의 연속적인 그물망을 포함하는
    습윤시 건조감을 가지는 흡수 웹.
  30. 제21항 또는 제29항의 웹을 포함하는 신체-면 라이너를 가진 흡수 용품.
  31. 액체 불투과성 배면시트, 상기 배면시트 위에 겹쳐놓인 셀룰로오스 흡수 코어 및 제지 섬유를 포함하며 하부 표면 및 융기 영역 및 함몰 영역을 갖는 상부 표면을 가지는 본래부터 친수성인 기재시트를 포함하고, 상기 기재시트가 하부표면이 흡수 코어를 향하도록 흡수 코어 위에 겹쳐놓이는 액체 투과성 흡수 웹을 포함하고, 개구부가 기재시트의 함몰 영역 위에 놓이도록 기재시트의 상부 표면에 부착된 소수성 부직 물질의 개구가 있는 연속적인 웹을 더 포함하는 흡수 용품.
  32. 액체 불투과성 배면시트, 상기 배면시트 위에 도포되는 셀룰로오스 흡수 코어 및 제지 섬유를 포함하며 습윤:건조 인장강도 비가 0.1 이상이고 하부 표면 및 융기 영역과 함몰 영역을 가지며 이 융기 영역에 소수성 물질이 우선적으로 퇴적되는 본래부터 친수성인 기재시트를 포함하며, 상기 기재시트가 기재시트의 하부 표면이 흡수 코어를 향하도록 흡수 코어 위에 겹쳐놓이는 액체 투과성 흡수 웹을 포함하는 흡수 용품.
  33. 부직 상부층의 개구가 하부 셀룰로오스 층의 함몰 영역과 실질적으로 일치하는 것이 특징인 개구된 부직 상부 층 및 융기 영역과 함몰 영역의 패턴을 가지는 3-차원 드루-드라이드(through-dried) 하부 셀룰로오스 기재시트 층을 포함하는 흡수 용품용 흡수 물질.
  34. 제33항에 있어서, 부직 상부 층이 합성 섬유의 히드로인탱글된 웹인 흡수 물질.
  35. 제33항의 흡수 물질, 및 기재시트에 인접하고 부직 상부 층으로부터는 떨어져 있는 기재시트의 밀도보다 큰 밀도를 가지는 조밀화된 흡수 물질을 포함하는 흡수 용품.
  36. (a) 제지 섬유를 포함하고 하부 표면 및 융기 영역과 함몰 영역을 가지는 상부 표면을 가지는 본래부터 친수성인 기재시트를 제조하는 단계, 및
    (b) 상기 기재시트의 상부 표면의 융기 영역에 소수성 물질을 우선적으로 퇴적시키는 단계를 포함하는
    습윤시 건조감을 가지는 흡수 웹을 제조하는 방법.
  37. 제36항에 있어서, 상기 기재시트를 제조하는 단계가 작은 개구가 있는 웹에 제지 섬유의 수성 슬러리를 퇴적시켜 초기 상태 웹을 제조하는 단계, 상기 웹을 3-차원 기질 위에서 성형하는 단계 및 상기 웹을 건조시키는 단계를 포함하는 것인 방법.
  38. (a) 0.2 mm 이상의 전체 표면 깊이를 가지는 융기 영역 및 함몰 영역을 가지고 상부 표면 및 하부 표면을 가지는 습윤 탄성 셀룰로오스 기재시트를 제조하는 단계,
    (b) 개구부가 셀룰로오스 기재시트의 함몰 영역 위에 겹쳐지도록 셀룰로오스 기재시트의 상부 표면 위에 다수의 개구를 갖는 연속적인 섬유 부직 웹을 완전히 부착시키는 단계,
    (c) 흡수 코어가 불투과성 웹과 기재시트 사이에 위치하도록 기재시트의 하부 표면을 흡수 코어 및 불투과성 웹에 부착시키는 단계를 포함하는
    흡수 용품의 제조 방법.
  39. a) 제지 섬유의 수성 슬러리로부터 초기 상태 종이 웹을 형성하는 단계,
    b) 융기 영역 및 함몰 영역의 패턴을 가지는 3-차원 드루-드라잉 직물 위에서 초기 상태 종이 웹을 드루-드라잉하는 단계,
    c) 웹을 완전히 건조시키는 단계,
    d) 단계 b)의 드루-드라잉 직물과 실질적으로 동일한 융기 영역 및 함몰 영역의 패턴을 갖는 운반체 직물 위에 놓이는 부직웹에 히드로인탱글링(hydroentangling)으로 개구를 만드는 단계, 및
    e) 부직웹의 개구가 드루-드라이드 종이 웹의 함몰 영역과 실질적으로 일치하여 정렬되도록 개구된 부직웹을 드루-드라이드 종이 웹에 부착하는 단계를 포함하는
    흡수 용품용 흡수 물질을 제조하는 방법.
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