KR20010025076A - 섬유 흡수 재료 및 그의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

습윤 안정하고 사용된 섬유의 임계 밀도보다 낮은 밀도와 함께 큰 공극률을 갖는 섬유 흡수 구조체를 설명한다. 한 실시태양에서는, 섬유 흡수체가 섬유 구조체가 팽창되어 결합되어 있도록 유지시키기 위하여 연속기포 포옴 기술을 사용한다. 다른 실시태양에서는, 생성된 섬유 구조체가 연속기포 중합체 포옴과 유사하고, 섬유가 결합제 물질에 의해 안정화된 지주로 사용된다. 다른 실시태양에서는, 생성된 섬유 구조체가 섬유 기공보다 실질적으로 작은 셀 크기를 갖는 친수성 연속기포 포옴으로 충전된다. 이러한 습윤 안정한 고공극률 섬유 흡수체는 연신성 흡수 용품을 포함하여, 체액과 같은 유체를 흡수하도록 의도된 일회용 제품에 사용될 수 있다.

Description

섬유 흡수 재료 및 그의 제조 방법{Fibrous Absorbent Material and Methods of Making the Same}
흡수 용품의 제조 시에, 고공극률, 친수성 및 습윤 탄성 또는 습윤되었을 때 또는 하중 하에 놓여졌을 때 공극률을 유지할 수 있는 능력을 갖는 물질을 사용하는 것이 바람직하다. 전통적인 플러프 펄프 및 크레이핑된 티슈는 고공극률을 제공하고 친수성이지만, 습윤되었을 때, 특히 하중이 가해졌을 때 붕괴된다. 습식 레잉된 물질은 일반적으로 대체로 2차원의 평면적인 섬유 배열 때문에 높은 밀도를 갖는다. 에어 레잉된 물질은 고벌크를 갖지만, 그들의 안정성 및 탄성이 제한되고, 다공도 및 벌크에 있어서 역시 한정된 한계를 갖는다.
긴 합성 섬유로부터 제조된 많은 부직 물질은 고공극률 및 습윤 탄성을 제공하지만, 본질적으로 친수성이 부족하다. 섬유를 계면활성제 또는 다른 첨가제로 처리하여 구조체의 친수성을 증가시킬 수 있지만, 이러한 방법은 비용이 많이 들고, 셀룰로스 또는 다른 친수성 중합체에 의해 제공되는 것과 동일한 정도의 물에 대한 친화력이 제공되지 못한다. 팽창된 또는 스폰지 플라스틱으로도 또한 언급되는 연속기포 플라스틱 또는 플라스틱 포옴은 매우 높은 공극률 및 습윤 탄성을 제공할 수 있지만, 고유적으로 친수성이 부족하고 비용이 많이 든다는 동일한 문제점을 갖는다. 초흡수성 포옴과 같은 친수성 물질로 제조된 포옴은 액체를 흡수하고 보유할 수 있는 능력을 제공하지만, 열등한 습윤 탄성 또는 고비용 때문에 문제가 될 수 있다. 포옴 매트릭스의 강도를 증가시키기 위하여 섬유가 첨가된 섬유 보강된 포옴이 공지되어 있지만, 상기 물질은 일반적으로 소수성이고, 흡수 용품에 요망되는 고벌크 흡수성이 부족하다.
그러므로, 포옴, 특히 연속기포 포옴의 많은 바람직한 특성을 갖지만, 구조체가 친수성 섬유와 적어도 부분적으로는 연속기포 사이의 지주로서 사용되는 섬유로 주로 이루어진 섬유 구조체를 필요로 한다.
＜발명의 요약＞
섬유들이 3차원으로 배향된 흡수 용품에 적합한 고벌크 섬유 물질이 제조될 수 있음을 발견하였다. 섬유는 실질적으로 균일한 분포로 또는 섬유가 연속기포 포옴의 고상 매트릭스와 유사한, 보다 구체적으로는 망상 연속기포 포옴 중의 지주와 유사한, 3차원의 공극 사이의 경계를 형성하는 지주로서 작용하는 실질적으로 불균일한 분포로 분포될 수 있다. 포옴을 생성하기 위한 공지된 방법 및 물질을 친수성 섬유들의 이동, 배열 및 결합을 위한 섬유-구조화 도구로 개발될 수 있고, 이 때 결과 생성된 흡수 섬유 구조체가 양호한 일체성 및 탄성을 갖는다는 것을 또한 발견하였다. 상기 방법에 따르면, 섬유들을 결합제 물질 또는 수불용성 결합제 물질로 전환될 수 있는 전구체 결합 물질, 및 섬유 혼합물로부터 제거되어 공극을 형성시킬 수 있는 제거가능한 상을 갖는 구조화 조성물과 혼합시킨다. 생성된 구조체는 섬유들을 제자리에 고정시키거나 또는 섬유들 사이에서 결합, 특히 수불용성 결합을 형성시키는 작용을 하는 결합제 물질에 의해 안정화된다. 본 발명의 바람직한 실시태양은 이전에 공지된 섬유 보강된 포옴과는 대조적으로 포옴 보강된 섬유 망상구조로 설명될 수 있다. 달리 말하면, 본 발명의 많은 실시태양에서는, 섬유들을 함께 고정시키는데 있어서 결합제 물질이 발휘하는 역할과는 별도로, 구조화 조성물의 성분 또는 포옴은 섬유가 일단 적절하게 위치하거나 또는 결합되면 최종 흡수 물질에서 비교적 중요하지 않은 구조적 역할을 한다.
다른 실시태양에서는, 결합제 물질이 섬유가 포옴에 의해 구조화된 후에 발포성 구조화 조성물에 첨가된다. 따라서, 섬유는 제거가능한 상 및 비기체 상을 포함하는 구조화 조성물과 혼합될 수 있고, 포옴의 생성 후에 결합제 물질이 첨가될 수 있거나 또는 별법으로는 구조화 조성물 중의 전구체 결합제 물질이 결합제 물질로 전환되어 오픈 흡수 섬유 구조체 중의 섬유들 사이에 수불용성 결합을 제공할 수 있다.
전통적인 연속기포 포옴의 경우에서와 같이, 본 발명의 흡수 섬유 구조체는 일반적으로 "오픈"되어 있고, 이것은 연속기포 포옴의 연속성과 유사하게, 흡수 섬유 구조체 내의 공극이 실질적으로 서로 연결되어 있어 기체 전달을 가능하게 하는 것을 의미한다. 구체적으로는, 오픈 구조체는 구조체 중의 공극의 적어도 50%가 상호 연결된 공극에 의해 점령될 수 있으며, 보다 구체적으로는 구조체 중의 공극의 적어도 80%가 상호 연결된 공극에 의해 점령될 수 있다. 본 발명의 물질은 또한 일반적으로 기체 투과성이고, 이것은 기체가 적어도 한 방향으로, 바람직하게는 2개의 수직 방향으로 보다 바람직하게는 2개의 수직 방향으로 및 가장 구체적으로는 실질적으로 임의의 방향으로 흡수 섬유 구조체를 통해 비교적 자유로이 통과할 수 있음을 의미한다. 한 실시태양에서는, 본 발명의 물질은 약 50 cfm 이상, 보다 구체적으로는 약 100 cfm 이상, 더욱 더 구체적으로는 약 200 cfm 이상 및 가장 구체적으로는 약 400 cfm 이상, 및 약 75 cfm 내지 약 1100 cfm의 예시적인 범위를 갖는 프라지어 (Frazier) 투과도를 갖는다. 그러나, 일부 실시태양에서는, 흡수 섬유 구조체가 액체 또는 기체 불투과성인 1개 이상의 표면 상에 결합제 물질의 필름과 같은 스킨 (skin)을 가질 수 있는 반면, 흡수 섬유 구조체의 내부는 실질적으로 계속해서 오픈 (외부 스킨에 의해 야기된 임의의 흐름 제한과는 별도로) 되어 있다. 흡수 용품 및 필터에서 최상의 결과를 위해서는, 스킨이 존재하는 경우, 흡수 섬유 구조체의 외부 표면 중의 적어도 한 부분이 액체 또는 기체 불투과성 스킨이 없어야 한다.
본 발명의 가능한 용도로는, 사람 체액의 흡수, 분포 및 보유를 위한 흡수 용품을 들 수 있다. 예로서는, 여성 위생 패드, 탐폰, 기저귀, 실금용 용품, 유아 배변훈련용 속팬츠, 침대 패드, 땀 흡수 패드, 신발 패드, 붕대, 헬멧 라이너, 와이프 및 와이퍼 등, 또는 적합하게 얇고 가용성인 형태로 신규의 티슈 또는 타월을 들 수 있다. 본 발명의 많은 실시태양의 가치있는 이점들은 3차원 구조를 유지할 수 있는 능력 및 응력 하에서 및 습윤되었을 때 안정성을 유지할 수 있는 능력이다. 따라서, 탐폰, 충격 흡수용 신발 패드, 의류 또는 신체의 특정 부분에 사용되는 용품, 개구수술 백용 가스켓, 지혈 스폰지 및 다른 의료용 스폰지 및 수술용 흡수체, 치과 흡수체, 예를 들면 발취된 치아용 플러그 또는 구강 부분에 착용될 수 있는 타액 흡수체 등을 포함하는 광범위의 다양한 형태를 갖는 복합체가 만들어 질 수 있다. 흡수 용품으로 사용되는 것 외에, 본 발명의 물질은 다른 공기 중에 연행된 물질 및 액적을 흡수하기 위한 필터를 포함하고 얼굴 마스크를 포함하는 필터에서 성분으로 작용할 수 있다. 본 발명의 흡수 섬유 구조체와 함께 제조된 필터는 이들이 활성탄 섬유 또는 과립을 포함할 때 특히 유용하다. 상기 여과 물질은 기체로부터 오염물질 또는 냄새를 및 액체, 특히 물로부터 유기 오염물질을 흡수할 수 있다. 본 발명의 흡수 섬유 구조체도 또한 추가의 제품, 예를 들면 충격 흡수용 패드, 지피 물질, 부식 차단층, 애완동물 오물을 흡수하기 위한 패드, 공업용 유출 및 누출 흡수체, 오일 유출용 부유 차단층 및 화학 오염물질, 방화 물질, 절연, 포장 물질, 패딩 등에 사용될 수도 있다. 본 발명의 흡수 섬유 구조체는 또한 내부적으로 (흡수 섬유 구조체 내로의 물질의 첨가에 의해서와 같이) 다른 기능성 물질, 예를 들면 냄새 흡수제, 활성탄 물질, 난연제, 초흡수체 입자, 부직 물질, 플라스틱 필름 또는 개구 필름, 압출된 웹, 독립기포 포옴, 티슈 웹, 전자 장치, 예를 들면 습윤 및 누출을 나타내는 알람, 불투명화제, 충전제, 에어로겔, 사이징제, 항균제, 접착제 스트립 및 테이프 등과 혼합될 수도 있다.
따라서, 한 면에서 본 발명은
a) 친수성 섬유를, 결합제 물질 및 제거가능한 상을 포함하는 구조화 조성물과 혼합시키는 단계,
b) 상기 혼합물 내에서 포옴을 생성하는 단계,
c) 상기 섬유들을 함께 실질적으로 불용성 결합으로 결합시켜 연속 다공성 그물조직을 형성시키고, 이 때 상기 결합제 물질이 다공성 그물조직을 안정화시키는 단계
를 포함하는 오픈 저밀도 흡수 섬유 구조체의 제조 방법에 관한 것이다.
상기 방법은 기체, 액체, 고체 또는 이들의 혼합물일 수 있는 제거가능한 상의 일부분을 제거하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 흡수 섬유 구조체의 밀도는 적합하게는 약 0.2 g/cc (그램/입방 센티미터) 이하, 구체적으로는 약 0.1 g/cc 이하, 더욱 구체적으로는 약 0.05 g/cc 이하, 가장 구체적으로는 약 0.03 g/cc 이하이고, 예로는 0.15 g/cc 내지 0.01 g/cc 범위일 수 있다.
다른 면에서 본 발명은
a) 친수성 섬유를, 결합제 물질 및 제거가능한 상을 포함하는 구조화 조성물을 혼합시키는 단계,
b) 상기 혼합물 내에서 상기 섬유들을 3차원 구조체로 및 바람직하게는, 섬유들이 실질적으로 3차원으로 배향된 구조체로 재배열시키는 단계,
c) 상기 제거가능한 상의 일부분을 제거하는 단계,
d) 상기 섬유들을 연속 다공성 그물조직으로 결합시키고, 이 때 상기 결합제 물질이 상기 섬유들 사이에 결합을 형성하여 상기 다공성 그물조직을 안정화시키는 단계
를 포함하는 저밀도 흡수 섬유 구조체의 제조 방법에 관한 것이다.
다른 면에서 본 발명은
a) 친수성 섬유와 발포성 결합제 물질 및 임의적인 운반액의 혼합물을 제조하는데, 이 때 상기 혼합물이 건조 중량 기준으로 약 20% 이상의 친수성 섬유를 포함하는 단계,
b) 상기 혼합물로부터 섬유-적재된 포옴을 생성시키는 단계,
c) 상기 섬유-적재된 포옴을 경화시켜 오픈 저밀도 친수성 흡수 섬유 구조체를 형성시키는 단계
를 포함하는 흡수성 섬유 복합체의 제조 방법에 관한 것이다.
또 다른 면에서, 본 발명은
a) 친수성 섬유를 친수성 섬유 코팅 재료로 코팅시키는 단계,
b) 상기 섬유를, 결합제 물질 및 제거가능한 상을 포함하는 구조화 조성물과 혼합시켜 혼합물을 형성시키는 단계,
c) 상기 혼합물 내에서 포옴을 생성하는 단계,
d) 상기 섬유들을 함께 연속 다공성 그물조직으로 결합시키고, 이 때 상기 결합제 물질이 다공성 그물조직을 안정화시키는 단계
를 포함하며, 상기 친수성 섬유의 표면적의 약 20% 이상, 보다 구체적으로는 약 50% 이상, 가장 구체적으로는 약 70% 이상이 친수성 재료로 코팅되는, 저밀도 흡수 섬유 구조체의 제조 방법에 관한 것이다.
다른 면에서, 본 발명은
a) 친수성 섬유를, 비기체 상 및 제거가능한 상을 포함하는 구조화 조성물과 혼합시켜 혼합물을 형성시키는 단계,
b) 상기 혼합물 내에서 포옴을 생성시키는 단계,
c) 결합제 물질로 수불용성 결합을 형성시켜 상기 섬유들을 함께 연속 다공성 구조체로 결합시키는 단계
를 포함하는 저밀도 흡수 섬유 구조체의 제조 방법에 관한 것이다.
다른 면에서, 본 발명은
a) 친수성 섬유를, 임의적인 전구체 결합제 물질, 비기체 상 및 제거가능한 상을 포함하고 포옴을 생성시킬 수 있는 구조화 조성물과 혼합시키는 단계,
b) 상기 제거가능한 상의 일부분을 제거하여 다공성 그물조직을 형성시키는 단계,
c) 상기 다공성 그물조직에 결합제 물질을 첨가하거나 또는 상기 전구체 결합제 물질을 결합제 물질로 전환시키는 단계, 및
d) 상기 섬유들을 함께, 상기 결합제에 의해 안정화된 연속 다공성 구조체로 결합시키는 단계
를 포함하는 저밀도 흡수 섬유 구조제의 제조 방법에 관한 것이다.
다른 면에서, 본 발명은
a) 친수성 섬유를, 임의적인 전구체 결합제 물질 및 제거가능한 상을 포함하는 구조화 조성물과 혼합시켜 혼합물을 형성시키는 단계,
b) 상기 구조화 조성물 내에서 상기 섬유들을 3차원 구조체로 재배열시키는 단계,
c) 상기 제거가능한 상의 일부분을 제거하여 다공성 그물조직을 형성시키는 단계,
d) 상기 다공성 그물조직에 결합제 물질을 첨가하거나 또는 상기 전구체 결합제 물질을 결합제 물질로 전환시키는 단계, 및
e) 상기 섬유들을 함께, 상기 결합제에 의해 안정화된 연속 다공성 구조체로 결합시키는 단계
를 포함하는 저밀도 흡수 섬유 구조제의 제조 방법에 관한 것이다.
다른 면에서, 본 발명은
a) 친수성 섬유를 친수성 구조화 조성물과 혼합하여 혼합물을 형성시키는 단계,
b) 상기 혼합물 내에 포옴을 생성시키기 위하여 포옴 생성 수단을 적용시키는 단계,
c) 상기 섬유들을 함께 결합 수단으로 결합시켜 수불용성 결합을 갖는 연속 다공성 그물조직을 형성시키는 단계
d) 상기 다공성 그물조직을 건조시키는 단계
를 포함하는, 건조 중량 기준으로 25% 이상의 친수성 섬유를 갖는 오픈 저밀도 흡수 섬유 구조체를 생성시키는 방법에 관한 것이다.
다른 면에서, 본 발명은 상기 방법들 중의 어느 하나에 따라 제조된 흡수성 다공성 섬유 그물조직, 뿐만 아니라 상기 섬유 그물조직으로 제조되고, 바람직하게는 사람의 체액 흡수에 적합한 흡수 용품에 관한 것이다. 당 업계에 공지된 흡수 용품 내로의 혼입을 위하여, 본 발명의 흡수 섬유 구조체는 3 cm 미만, 바람직하게는 2 cm 미만, 및 구체적으로는 약 0.3 cm 내지 1.7 cm의 두께를 가질 수 있다.
또 다른 면에서, 본 발명은 친수성 수불용성 발포성 결합제 물질 및 50 중량% 이상의 친수성 섬유를 포함하고 약 0.05 g/cc 이하의 밀도를 갖는 포옴-구조화된 흡수 섬유 구조체에 관한 것이다.
또 다른 면에서, 본 발명은 발포성 결합제 물질 및 약 25 중량% 이상의 친수성 섬유를 포함하고 상기 섬유들이 연속기포 포옴의 셀들 사이에서 지주로 배열되고 약 0.1 g/cc 이하의 밀도를 갖는 친수성인 흡수 섬유 구조체에 관한 것이다.
다른 면에서, 본 발명은 발포성 결합제 물질 및 약 20 중량% 이상의 친수성 섬유를 포함하고 상기 섬유들이 연속기포 포옴의 셀들 사이에서 지주로 배열되는 흡수성 다공성 섬유 구조체를 포함하는 제1 층 및 실질적으로 독립기포 구조를 갖는 포옴-섬유 복합체 또는 실질적으로 소수성 포옴-섬유 복합체를 포함하는 제2 층을 포함하는 적층된 포옴-섬유 복합체에 관한 것이다.
다른 면에서, 본 발명은 액체 투과성 표면시트, 액체 불투과성 배면시트 및, 상기 표면시트와 상기 배면시트 사이에 배치된 흡수 섬유 구조체를 포함하고, 상기 흡수 섬유 구조체가 25 중량% 이상의 친수성 섬유, 보다 구체적으로는 50 중량% 이상의 친수성 섬유 및 가장 구체적으로는 70 중량% 이상의 친수성 섬유, 및 친수성 섬유들을 고벌크 구조체로 안정화시키는 발포성 구조화 조성물로부터의 결합제 잔류물을 포함하고 약 0.1 g/cc 이하의 밀도, 및 약 6 cc/g 이상, 보다 구체적으로는 약 8 cc/g 이상, 더욱 구체적으로는 약 10 cc/g 이상, 더욱 더 구체적으로는 약 15 cc/g 이상, 가장 구체적으로는 약 20 cc/g 이상의 습윤 벌크 (Wet Bulk)를 갖는 흡수 용품에 관한 것이다.
다른 면에서, 본 발명은
a) 친수성 섬유를, 결합제 물질 및 제거가능한 상을 포함하는 구조화 조성물과 혼합시켜 혼합물을 형성시키는 단계,
b) 상기 혼합물 내에서 포옴을 생성시키는 단계,
c) 이동 벨트 상에 상기 포옴을 부착시켜, 상기 층으로부터 상기 구조화 조성물의 실질적인 배수 없이 발포 층을 형성시키는 단계,
d) 상기 발포 층을 경화시켜 흡수 섬유 구조체를 형성시키는 단계
를 포함하는 연속 흡수 섬유 구조체를 생성시키는 단계에 관한 것이다.
또 다른 면에서, 본 발명은
a) 이동 벨트 상에 섬유화 친수성 섬유의 에어 레잉된 매트를 형성시켜 섬유 매트를 형성시키는 단계,
b) 상기 매트를, 결합제 물질 및 제거가능한 상을 포함하는 발포성 구조화 조성물로 함침시키는 단계,
c) 상기 구조화 조성물의 작용을 통해 상기 매트 내에서 상기 섬유들을 재배열시켜 재구조화된 층을 생성시키는 단계,
d) 재구조화된 층 내에 수불용성 결합을 형성시켜 흡수 섬유 구조체를 형성시키는 단계
를 포함하는 연속 흡수 섬유 구조체의 제조 방법에 관한 것이다.
상기 방법은 바람직한 유체 흡수성 및 기계적인 특성들을 달성하기 위하여, 엠보싱, 칼렌더링, 천공, 브러슁, 폴딩, 스코어링 (scoring), 퍼프-엠보싱 (perf-embossing) 등을 추가로 포함할 수 있다.
다른 면에서, 본 발명은
a) 섬유 및, 결합제 물질 및 제거가능한 상을 포함하는 발포성 구조화 조성물이 혼합되어 혼합물을 형성시키는 혼합 장치,
b) 상기 혼합물로부터 섬유-적재 포옴을 생성시킬 수 있는 포옴 생성 장치,
c) 상기 포옴 생성 장치로부터 발포 층을 수용하는 이동 벨트,
d) 상기 발포 층 중에 수불용성 결합을 생성시키는 경화 장치
를 포함하는, 흡수 섬유 구조체의 연속 제조용 장치에 관한 것이다.
다른 면에서, 본 발명은
a) 이동 벨트 상에 플러프 펄프의 연속 에어 레잉된 매트를 생성시키기 위한 에어 레잉 장치,
b) 상기 에어 레잉된 매트를, 결합제 물질 및 제거가능한 상을 포함하는 발포성 구조화 조성물로 함침시키기 위한 함침 장치,
c) 팽창된 섬유 웹이 형성되도록, 함침된 매트 중에 수불용성 결합을 생성시키기 위한 경화 장치
를 포함하는, 팽창된 섬유 구조체의 연속 제조용 장치에 관한 것이다.
포옴 생성 이론 및 포옴과 상호 작용할 때 섬유들이 할 수 있는 역할에 기초하여, 친수성 섬유 구조체가 구조화 조성물의 도움으로 연속기포 포옴 형태로 생성될 수 있음이 발견되었다. 예를 들면, 연속기포 포옴을 생성시키는 것과 유사한 기술을 사용하여, 3차원 섬유 배향 및 매우 높은 공극률을 갖고, 바람직하게는 섬유 매트 또는 패드가 물로 습윤되었을 때 붕괴되지도 않고 팽창되지도 않는 기준 밀도보다 훨씬 아래의 밀도를 갖는 섬유들의 그물조직을 생성시킬 수 있다.
비록 몇몇 바람직한 실시태양에서 구조화 조성물이 애초에 수성 혼합물일 수 있지만, 생성되는 섬유성 구조체는 대표적으로는 습식-레잉된 구조체 중에서 발견되는 대체적으로 2차원의 평면 섬유 배열이 부족하고, 본 발명의 경우에는, 작은 구멍이 있는 직물 상에서의 수성 성분들의 배수를 일반적으로 필요로 하지 않지만, 본 발명의 방법은 몇몇 실시태양에서, 망상 연속기포 포옴과 유사할 수 있는 3차원 그물조직을 생성시키는데, 이 때 셀들 사이의 지주는 대부분 친수성 섬유들로 이루어진다. 이러한 구조체는 흡수 재료로서 고성능일 수 있다. 그러므로, 많은 실시태양에서, 흡수 섬유 구조체는 섬유 매트로부터 액체의 배수를 필요로 하는 습식-레잉 방법에 의해 제조되지 않는다.
소량의 섬유들이 연속 포옴 매트릭스의 강도를 증가시키는 작용을 하는 대표적인 섬유-보강된 포옴과는 대조적으로, 본 발명의 바람직한 실시태양의 구조체는 발포 기술이 대부분 섬유 구조체에 구조 및 임의적으로는 탄성을 제공하는 작용을 하는 발포-보강된 섬유 구조체 또는 발포-구조화된 섬유상 재료인 것으로 말해질 수 있다. 추가로, 대표적인 섬유-보강된 포옴과는 대조적으로, 본 발명의 재료는 실질적으로 또는 우세하게 친수성일 수 있다.
에어 레잉된 구조체와는 대조적으로, 본 발명의 실시태양은 비기체 성분들을 포함하는 구조화 조성물의 작용에 의해 구조화되고, 벌크 향상되며, 발포성 재료와의 상호작용에 의해 에어 레잉된 재료보다 우수한 특성들을 갖도록 제조될 수도 있다.
친수성 섬유는 흡수 섬유 구조체의 대부분을 구성하고, 구조체의 주요한 구조적 성분일 수 있다. 건조 질량을 기준하여, 흡수 섬유 구조체 중의 친수성 섬유 %는 약 20% 이상, 바람직하게는 약 30% 이상, 보다 바람직하게는 약 40% 이상, 더욱 더 바람직하게는 약 50% 이상, 가장 바람직하게는 약 55% 이상일 수 있다. 추가적으로, 친수성 섬유는 건조 질량을 기준하여, 흡수 섬유 구조체의 약 80% 이상, 또는 약 90% 이상, 또는 약 75% 내지 약 98%를 구성할 수 있다. 많은 실시태양에 있어서, 흡수 섬유 구조체는 가시적으로는 육안으로 볼 수 있는 다른 고상 물질들을 비교적 거의 갖지 않는 섬유들로 주로 이루어진 것으로 보인다. 적합하게는, 다른 고상 물질은 주로 섬유-섬유 접촉점에 또는 섬유들의 표면 상 및 섬유-섬유 접촉점 모두에 위치한다. 친수성 섬유 및 그 위의 임의의 비교적 얇은 (본 문장에서 "비교적 얇은"이란 섬유 직경의 50% 미만을 의미함) 결합제 물질의 코팅으로 이루어진 흡수 섬유 구조체의 섬유상 구조 요소들은 바람직하게는 첨가될 수 있는 임의의 느슨한 비섬유 재료를 제외시킨, 또는 별법으로는 임의의 첨가된 초흡수성 재료의 부피를 배제시킨 것을 기준하여 계산하였을 때, 바람직하게는 구조체 내에 첨가될 수 있는 임의의 느슨한 입자들의 부피를 배제시킨 흡수 섬유 구조체의 고상 부피의 약 50% 이상 및 구체적으로는 약 60% 이상, 보다 구체적으로는 약 80% 내지 약 98%, 가장 구체적으로는 약 90% 이상 및 별법으로는 실질적으로 흡수 섬유 구조체의 고상 부피의 100%를 구성할 수 있다.
친수성 섬유들은 아래에서 정의되는 바와 같이 임의의 공지된 셀룰로스 또는 제지 섬유, 예를 들면 경목 또는 연목 섬유일 수 있다. 경목 섬유는, 예를 들면 친수성 섬유가 약 30% 이상의 경목 섬유 및 보다 구체적으로는 약 50% 이상의 경목 섬유를 포함할 때 작은 셀 및 양호한 강도를 제공할 수 있는 반면, 연목 섬유는 예를 들면 친수성 섬유가 약 30% 이상의 연목 섬유 및 보다 구체적으로는 약 50% 이상의 연목 섬유를 포함할 때와 같이 경우에 따라, 보다 높은 벌크성 및 양호한 탄성 및 강성에 기여할 수 있다. 천연 셀룰로스 섬유, 예를 들면 목면, 양마, 유액분비식물, 및 기타, 뿐만 아니라 화학적으로 개질된 또는 합성적으로 제조된 셀룰로스 섬유가 사용될 수 있다. 섬유 길이가 구조화 조성물에 의해 섬유들의 적합한 분포가 가능할 정도로 짧은 한, 바람직하게는 평균 섬유 길이가 약 15 mm 미만, 보다 바람직하게는 약 10 mm 미만이고, 예를 들면 약 0.5 mm 내지 약 7 mm, 보다 구체적으로는 약 1 mm 내지 약 5 mm 범위인 경우 짧은 친수성 텍스타일 섬유도 또한 사용될 수 있다. 비록 셀룰로스 섬유들이 일반적으로 그들의 풍부함, 그들의 흡수성 및 제조의 용이함 때문에 상당한 이점을 제공하지만, 키틴, 키토산, 전분 또는 다른 다당류들로부터 유도된 친수성 섬유들도 또한 사용될 수 있다.
고도로 피브릴화되고 고도로 정제된 섬유가 사용될 수 있지만, 특정 분야의 경우, 그들은 섬유의 과도한 가요성, 섬유 건조의 어려움, 섬유를 피브릴화시키는데 필요한 높은 에너지 요구치, 높은 미분 함량, 및 피브릴화 동안의 수율 손실 증가 때문에 바람직하지 못하다. 실질적으로 피브릴화되지 않은 섬유 및(또는) 기계적으로 손상되지 않은 섬유들이 각종 실시태양에서 바람직하다.
다른 실시태양에서, 친수성 섬유는, 섬유에게 실질적으로 친수성을 부여하도록 개질된 표면을 갖는 소수성 기재 섬유일 수 있다. 예를 들면, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 다른 합성 섬유들은 하기하는 것들을 포함하는 표면 개질 기술을 통해 실질적으로 또는 부분적으로 친수성으로 될 수 있다: 1) 중합체 재료의 표면을 산소 존재하에 조사하여 활성 부위를 생성시킨 다음 중합체를 활성 부위 상에 화학적으로 그라프팅시킨다; 2) 플라즈마 중합가능한 할로겐화된 탄화수소 가스 존재하에 플라즈마 방전에 의해 유기 표면 코팅을 제공한다; 3) 섬유의 표면을 고량의 양이온 교환 기들이 있는 친수성을 갖도록 처리 (예를 들면, 산화)시킨다; 4) 임의적으로는 추가의 표면 처리와 함께, 코로나 방전 처리를 가한다; 5) 화학적 침전, 용액 코팅에 이은 용매의 증발, 용해된 친수성 약제를 부착시키기 위한 초임계액 처리 및 당 업계에 공지된 다른 수단에 의해 계면활성제, 단백질, 다당류 또는 다른 친수성 물질을 부착시킨다; 6) 수화가능하고, 흡습성 또는 액화성이며, 예를 들면 독성학적으로 허용되는 칼슘 및 마그네슘 염을 포함하고, 섬유를 성형시키기 전에 중합체에 첨가될 수 있거나 또는 바람직하게는 기존의 섬유의 표면에 첨가될 수 있는 수용성 무기 염들을 섬유 표면 상에 혼입시킨다. 소수성 재료에 대한 단백질 적용의 예로서는, 1996년 2월 27일에 특허된 에버하트 (Everhart) 등의 미국 특허 제5,494,744호를 참조할 수 있다. 코로나 방전 처리의 예로서는 1992년 4월 7일에 특허된 미국 특허 제5,102,738호를 참조할 수 있다. 계면첨가제 첨가에 대해서는, 구체적으로 공지된 방법으로는 (1) 순수한 형태 또는 용액 형태의 계면활성제를 함유하는 욕을 통해 성형된 섬유상 웹을 통과시키고 필요에 따라 와이퍼를 건조시켜 주어진 양의 계면활성제가 와이퍼 상에 부착되도록 하거나, 또는 (2) 순수한 형태 또는 용액 형태의 계면활성제를 섬유들이 성형될 때 섬유 상에 또는 섬유상 다공성 웹 상에 분무시키고 필요에 따라 웹을 건조시켜 주어진 양의 계면활성제가 웹 상에 부착되도록 하거나, 또는 (3) 초임계 이산화탄소와 같은 초임계 담체액 중의 계면활성제를 도포시키는데, 이 때 담체액이 바람직하게는 섬유가 처리 동안에 팽윤되도록 하여 용질이 섬유의 표면 상에 보다 잘 침투하도록 하거나, 또는 (4) 수지의 압출 및 열가소성 다공성 웹 재료로의 성형 전에 열가소성 수지에 계면활성제를 첨가하는 것을 포함한다. 후자의 경우에서는, 공지된 가공 조건 하에서 첨가된 계면활성제가 섬유 성형 동안에 또는 직후에 다공성 웹 재료의 섬유의 표면으로 스며나오거나 또는 이동한다. 이 현상은 계면활성제를 "블루밍시킨다"는 것으로 언급되어 왔다. 블루밍은 중합체가 냉각됨에 따라 열가소성 중합체 중에서의 계면활성제의 불용성으로부터 발생되는 것으로 생각된다. 예를 들면 계면활성제 블루밍에 대해서는 토마스 (Thomas) 등의 미국 특허 제4,535,020호를 참조할 수 있다.
한 실시태양에서는, 본 발명의 여러 가지 방법들 중의 제1 단계에서 소수성 섬유가 사용되지만, 구조화 조성물의 일부분이거나 또는 분리제일 수 있는 친수성 코팅 재료로 코팅된다. 분리제로서는, 섬유와 구조화 조성물의 혼합 전, 동안 또는 후에 친수성 코팅 재료가 섬유에 가해질 수 있다. 예를 들면, 섬유는 먼저 그들에게 친수성을 부여하도록 처리될 수 있다. 다른 예로서, 소수성 섬유는 구조화 조성물과 함께 사용되어 3차원의 비흡수성 또는 실질적으로 소수성 고벌크 섬유성 구조체를 생성시킬 수 있으며, 이것은 친수성 코팅 재료의 도포에 의해 보다 완전히 친수성 및(또는) 흡수성으로 된다. 코팅된 섬유는 약 20% 이상, 보다 구체적으로는 약 50% 이상, 더욱 더 구체적으로는 약 70% 이상, 가장 구체적으로는 약 90% 이상의 표면적을 덮는 친수성 코팅 재료로부터 친수성 물질을 갖는다. 건조 섬유 질량에 대한 건조 친수성 코팅 재료의 비는 약 2 이하, 보다 구체적으로는 약 0.5 이하, 더욱 더 구체적으로는 약 0.1 이하, 더욱 더 구체적으로는 약 0.05 이하, 가장 구체적으로는 약 0.03 이하일 수 있다.
다른 실시태양에서, 흡수성 구조체는 일부분의 활성화된 카본 섬유를 포함하여, 구조체의 높은 기체 투과성 때문에 및 높은 비율의 섬유의 이용가능한 표면적 때문에 우수한 냄새 흡수능을 갖는 다공성 섬유 구조체를 생성시킨다. 활성화된 카본 섬유의 표면 화학은 섬유 구조체의 표적 유체 또는 기체의 흡상 또는 최적의 흡수를 위해 맞추어져야 하며, 친수성으로 될 수 있다. 예를 들면, 활성화된 탄소 섬유 상의 산성 기들은 암모늄 성분들을 포함하는 염기성 화합물을 흡수하는데 바람직할 수 있다. 산성 기들은 증기, 이산화탄소, 질산 등의 존재하에 승온에서 섬유를 처리함으로써 첨가될 수 있다. HCl과 같은 산성 화합물을 흡수하는데 유용한 염기성 기들은 승온에서 암모니아로의 처리에 의해 또는 당 업계에 공지된 다른 처리에 의해 도입될 수 있다. 적합한 섬유 및 섬유 처리 방법으로는 1996년 12월 5일에 WO 96/38232로 공개된, 발명의 명칭이 "Coated Absorbent Fibers"인 James Economy and Michael Daley of the University of Illinois의 PCT 특허 출원에, 및 1998년 1월부터 섬유를 활성화시키고 표면 화학을 조절하기 위한 승온에서의 다양한 기체 처리를 기재하고 있는 Univ. of Illinois Web site 상의 "http://www.students.uiuc.edu/~ahall/activated carbon fabrics,html"에 기재되 것들을 들 수 있다.
섬유들은 추가로 제지 분야에 일반적으로 공지된 다른 첨가제 및 시약들을 함유할 수 있다. 습윤 강력제, 건조 강력제, 가교결합제, 표면화학 개질제, 살생제 또는 항균제, 연화제 등이 존재할 수 있다. 재활용된 섬유 또는 다른 제지 섬유가 사용될 때, 일정량의 충전제 물질, 예를 들면 탄산칼슘 또는 이산화티탄이 존재할 수 있다. 체액을 흡수하도록 의도된 흡수 제품의 경우, 비록 불투명제, 충전제 및 다른 약제들이 존재할 수 있거나 또는 일부러 첨가될 수 있지만 소비후 재활용된 섬유가 사용되지 않는 것이 바람직하다. 대부분의 경우, 미사용 제지 섬유가 그들의 기계적 특성 및 오염물들의 결핍 때문에 바람직하다. 예를 들면, 활성화된 탄소 과립 또는 섬유, 활성화된 실리카 입자, EDTA, 제올라이트, 폴리카르복실산, 항균제, 탈크 분말, 중탄산나트륨, 캡슐화된 향료, 시클로덱스트린, UV 흡수제, 보습제, 키토산 또는 키틴 등을 포함하는 냄새-제거 첨가제들은 바람직하게는 본 발명의 구조체 중에 존재할 수 있다.
이러한 고벌크 흡수 섬유 구조체의 제조에서, 구조화 조성물이 섬유와 함께 사용된다. 구조화 조성물은 포옴 생성 분야에 공지된 특정 재료들을 포함할 수 있으며, 일반적으로 섬유들을 바람직한 3차원 배향으로 고정시키거나 또는 재배열시키는 작용을 한다. 섬유들의 구조화 또는 재배열은 포옴의 흐름 및 팽창에 의해; 발포제의 팽창에 의해; 이전에 섬유들을 위치시키거나 또는 포옴-유사 또는 연속기포 구조로 재배열시킨 상의 제거에 의해; 기포들 사이의 액체 메니스커스 중에 섬유들을 우선적으로 위치시키는 작용을 하는 2종의 혼합된 비혼화성 상들의 작용에 의해; 점성 액체 (용액을 포함) 또는 동결 건조 또는 용매 교환에 의한 액체 또는 슬러리의 상당한 부분을 제거하는 동안 섬유들을 제 위치에 고정시키는 동결 슬러리 또는 액체-고체 슬러리의 유체역학적 작용에 의해 일어날 수 있다.
섬유들의 물리적인 재배열은 1, 2 또는 3차원으로 일어날 수 있다. 2가지 이상의 방향으로의 재배열이 바람직하며, 3차원의 재배열이 가장 바람직하다. 예를 들면, 구조화 조성물의 작용이 주로 매트가 더욱 벌키하게 되도록 매트 중의 섬유들을 z-방향으로 위로 이동시키지만, 섬유들의 상대적인 x-y 위치들은 실질적으로 변하지 않았을 때 1차원 재배치가 일어날 수 있다. 좁은 층 또는 평면 내의 섬유들이 교차 또는 다른 층으로의 혼합 없이 평면내의 새로운 위치로 이동할 때 2차원 재배치가 일어날 수 있다. 구조화 조성물의 작용, 보다 구체적으로는 구조화 조성물에 의해 형성된 포옴의 작용이 섬유들을 수직으로 뿐만 아니라 제조되는 웹 또는 매트 또는 다른 형태의 흡수 섬유 구조체 내의 새로운 x-y 위치로 이동하는 3차원 배치가 가장 바람직하다. 예를 들면, 두드림, 휘저음, 쏟아부음, 성형 등에 기인한 섬유 적재된 거품 또는 기포의 벌크 이동은 섬유들을 결합시키기 전에 섬유들의 3차원 재배치를 야기시킬 수 있다. 일반적으로, 특정 방향 또는 차원에서의 섬유들의 재배치는 예를 들면 특성 섬유가 대표적으로는 약 1 mm 이상, 보다 구체적으로는 약 3 mm 이상, 더욱 더 구체적으로는 약 10 mm 이상, 가장 구체적으로는 약 5 mm 내지 약 25 mm 옮겨진 경우에 일어난 것으로 말해질 수 있다.
한 실시태양에서는, 구조화 조성물은 구조화 조성물을 건조 또는 경화시키기에 충분한 시공간에 걸친 혼합 후에 배수에 의해 섬유들로부터 실질적으로 분리되지 않는, 충분히 점성이고(이거나) 안정하다 (구조화 조성물의 경화는 결합제 물질들이 섬유들을 안정화시키는 결합을 형성할 때 일어나고, 열 처리; 전자 비임, 자외선, 전자파 등의 효과에 의해 야기된 축합 반응 또는 다른 화학 반응; 화학적 가교결합; 중합반응의 화학적 개시 등에 의해 야기될 수 있다). 예를 들면, 구조화 조성물은 포옴의 점도 측정에 적합한 방법을 사용할 때, 약 100 센티포아즈 이상, 보다 구체적으로는 약 500 센티포아즈 이상, 보다 더 구체적으로는 약 2000 센티포아즈 이상의 벌크 점도를 가질 수 있다. 따라서, 특정 실시태양에서는 구조화 조성물의 질량의 대부분이 배수에 의해서와 같이 액체 형태 또는 액체/고체 형태로 제거되지 않는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 특정 실시태양에서는, 특히 기체 버블을 갖는 수성-기재 포옴을 포함하는 경우, 구조화 조성물의 초기 질량의 약 50% 이하가 비기체 형태로 또는 배수에 의해 제거되는 것이 바람직하며, 보다 구체적으로는 구조화 조성물의 초기 질량의 약 10% 이하가 비기체 형태로 또는 배수에 의해 제거되는 것이 바람직하며, 가장 구체적으로는 구조화 조성물이 흡수 섬유 구조체의 형성 동안에 구조화 조성물 및 섬유들의 혼합물로부터 액체 형태로 실질적으로 제거되지 않는다.
구조화 조성물은 흡수 섬유 구조체의 바람직한 기능적 특성을 달성하기 위하여 제품 중에 공간을 제공하는 제거가능한 상 및 결합제 물질와 임의적으로는 액체 운반체 상 및 임의적으로는 다른 비기체 성분, 예를 들면 계면활성제, 가교결합제, 연화제, 가소제, 항균제, 냄새 제거 물질 등을 포함한다. 구조화 조성물 중의 적어도 1종의 성분은 기체가 아니다. 제거가능한 상은 증발, 용매 교환, 임계점 건조, 초임계액 추출, 흡상 등에 의해 제거될 수 있는 앰체인 물 또는 임의의 다른 액체; 얼음 또는 다른 승화성 고체; 용융되어 액체로서 제거되거나 또는 추가로 증발될 수 있는 고체; 가열시에 부분적으로 또는 완전히 증기 또는 연무로 분해되어 공간을 남기게 되는 고체; 등일 수 있다. 제거가능한 상으로서 포옴 중의 기체 버블은 생성 및 제거의 용이함 때문에 특히 바람직한 실시태양이다. 바람직하게는, 구조화 조성물은 포옴의 버블이 섬유들을 소정의 구조체 내로 옮기거나 또는 재배열시키는 작용을 하는 발포성 조성물이다. 결합제 물질은 다공성 섬유상 구조를 안정화시키고, 섬유-섬유 결합의 강도를 증가시킬 수 있다. 바람직하게는, 구조화 조성물은 일단 건조되거나 또는 경화되면 친수성이다. 한 실시태양에서는, 제거가능한 상이 액체인 물 또는 수증기가 아니고, 보다 구체적으로는 액체인 물이 아니다. 다른 실시태양에서는, 기체 버블이 대체적으로 공기 또는 수증기 이외의 다른 기체로 이루어지며, 관련 실시태양에서는, 비록 수증기 버블이 다른 실시태양에서 사용될 수 있다 할지라도 수성 재료를 비점으로 가열시킬 필요없이 형성될 수 있다.
기체 버블의 제조, 생성 또는 섬유상 혼합물 내로의 도입을 통해 생성된 포옴으로부터 유도된 흡수 섬유 구조체에서는, 액체 또는 액체-고체 슬러리가 비기체 상으로 작용하고 제거가능한 상이 버블을 형성하는 기체이다. 기체가 고체 매트릭스에 화학적으로 결합되지 않기 때문에, 포옴 중의 원 기체의 일부가 일부 버블 중에 트랩핑되어 있다 할지라도 확산에 의해 및 바람직하게는 벌크 흐름에 의해 제거될 수 있다. 명백하게는, 포옴이 실질적으로 연속기포 구조를 갖는 경우 기체는 제거가능하다. 본 발명에 유용한 포옴-구조에서는, 기체 버블로부터 제조된 포옴 중의 원 기체의 적어도 일부분이 구조체로부터 제거되게 된다. 제거된 부분은 제거가능한 상의 실질적인 부분, 예를 들면 부피를 기준하여 약 20% 이상, 보다 구체적으로는 약 50% 이상, 더욱 더 구체적으로는 약 80% 이상, 가장 구체적으로는 약 90% 이상이어야 한다. 비록 제거가능한 상의 완전한 제거가 이상적일 수 있다 할지라도, 불가피하게 어느 정도의 작은 부분은 막다른 기공, 임시 밀폐 기공 등 중에 트랩핑될 수 있다.
액체 상 역전에 의해 또는 다른 적어도 부분적으로는 비혼화성인 액체의 버블 주위에서의 한 액체 상의 중합에 의해 제조된 포옴에서, 제거가능한 상은 일반적으로 증발될 수 있거나 또는 다른 방식으로 건조되어 잔류 매트릭스로부터 적어도 일부분이 제거될 수 있는 액체이다. 구조화 조성물은 또한 고체-액체 현탁액 또는 슬러리 또는 3개의 상 혼합물일 수도 있다.
구조화 조성물 중의 결합제 물질은 중합체 물질, 예를 들면 가용성 다당류 (예를 들면, 카르복시메틸 셀룰로스, 전분 및 개질된 전분) 또는 단백질 (예를 들면, 젤라틴), 보다 구체적으로는 중합성 발포성 재료일 수 있다. 중합성 결합제 물질은 구조화 조성물 중의, 음이온, 비이온 및 양이온 계면활성제를 포함하는 계면활성제와 같은 발포제의 존재 때문에 적어도 부분적으로는 발포가능하게 될 수 있다. 중합성 결합제 물질은 바람직하게는 친수성이다. 비록 몇몇 경우에 중합성 발포성 결합제 물질이 그 자체로 형성될 수 있다 할지라도 (달걀 흰자가 한 예임), 친수성 중합체 발포성 결합제 물질은 포옴을 생성시키기 위하여 물과 같은 운반액의 첨가를 필요로 할 수 있으며, 이 때 물이 바람직한 운반액이다. 바람직하게는, 운반액은 친수성 섬유에 대해서가 아니라 중합성 성분에 대한 용매이다 (친수성 성분을 가용성 또는 부분적으로 가용성으로 만들 수 있는 용질을 포함하는 액체, 예를 들면 소수성 섬유로서 셀룰로스 섬유를 갖는 농축된 염화아연 용액은 대다수 실시태양에서 바람직하지 않다). 제지 섬유를 고정시킬 수 있는 부분적으로 또는 실질적으로 안정한 포옴이 공기 존재하에서의 기계적 교반에 의해 또는 본 명세서에서 언급된 및 당 업계의 통상의 기술자에게 공지된 다른 발포 방법의 적용시에 생성될 수 있을 때 물질은 발포성이다. 순수한 물은 발포성이지 않은 반면, 예를 들면 달걀 흰자 및 많은 수성 계면활성제 용액은 발포성이다.
결합제 물질은 수 팽윤성이거나 또는 수 팽윤성이 아닐 수 있다. 흡수 용품 중에서의 최상의 결과를 위해서는, 비록 결합제 물질이 수 팽윤성이더라도 결합제 물질은 바람직하게는 실질적으로 수불용성이다. 바람직하게는, 결합제 물질은 액체인 물로 습윤되었을 때 양호한 건조 안정성 뿐만 아니라 양호한 습윤 안정성 및 습윤 탄성을 섬유 구조체에 제공한다. 압축 하중 하에서도 높은 공극률을 유지하기 위해 습윤 탄성이 필요한 분야의 경우, 결합제 물질은 바람직하게는 수 팽윤성이 아니고, 바람직하게는 수 불용성이고, 바람직하게는 약 10% 이상, 구체적으로는 약 20% 이상, 더욱 구체적으로는 약 40% 이상, 가장 구체적으로는 약 50% 이상의 결합제 습윤 강도:건조 강도 비 (이하, 정의됨)를 갖는다. 결합제 습윤 강도:건조 강도 비에 대한 것과 동일한 바람직한 범위가 습윤가능한 결합제 물질에도 역시 적용된다.
본 발명의 특정 실시태양에 사용하기 적합한 중합체들로는, 가용성 중합체가 물과 같은 액체 용매와의 혼합에 의해 용액으로 형성될 수 있고, 이어 중합체를 처리하여 중합체가 수불용성 및 임의적으로는 수팽윤성이도록 하여 수불용성 중합체를 포함하는 흡수성 포옴이 바람직한 흡수성 및 물성들을 나타내도록 하는 용매 중에서 처음부터 가용성인 임의의 중합체를 들 수 있다.
팽윤가능한 결합제 물질의 경우, 카르복시메틸셀룰로스 (CMC)가 섬유들을 결합시키고 물을 흡수할 수 있는 유용한 물질이다. CMC와는 별개로, 특히 동결 건조 및 본 발명의 다른 실시태양에 사용하기 적합한 중합체들로는, 광범위의 다양한 음이온, 양이온 및 비이온계 물질을 들 수 있다. 적합한 중합체로는, 폴리아크릴아미드, 폴리비닐 알콜, 에틸렌 말레산 무수물 공중합체, 폴리비닐에테르, 폴리아크릴산, 폴리비닐피롤리돈, 폴리비닐모르폴린, 폴리아민, 폴리에틸렌이민, 폴리아크릴아미드, 폴리4급 암모늄, 천연 기재 다당류 중합체, 예를 들면 카르복시메틸 셀룰로스, 카르복시메틸 전분, 히드록시프로필 셀룰로스, 알긴, 알기네이트, 카라기난, 아크릴 그라프트 전분, 아크릴 그라프트 셀룰로스, 키틴, 및 키토산 및 합성 폴리펩티드, 예를 들면 폴리아스파트산, 폴리글루탐산, 폴리아스파라긴, 폴리글루타민, 폴리라이신, 및 폴리아르기닌, 뿐만 아니라 상기한 임의의 중합체들의 염, 공중합체 및 혼합물을 들 수 있다. 예를 들면 폴리글루칸 숙시네이트 또는 글루타레이트도 또한, 특히 가교결합되어 디에스테르-가교결합을 형성할 때 사용될 수 있다.
구조화 조성물의 성분으로서 그리고 구체적으로는 결합제 물질으로서 유용한 다른 유용한 중합체 물질로는 음이온 및 양이온 라텍스, 습윤 강력제, 히드로콜로이드, 펙틴, 소듐 카르복시메틸셀룰로스, 트롬빈, 콜라겐, 아밀로스 유도체, 알긴, 합성 검 등을 들 수 있다. 그러나, 몇몇 분야의 경우, 결합제가 고무상이지 않고 따라서 라텍스 및 관련 고무 물질을 포함하지 않는 것이 바람직하다. 특히 라텍스에 대해 알레르기를 나타내는 사람을 위한 제품의 경우, 라텍스는 바람직한 결합제가 아니다. 흡수 용품을 위한 흡수 패드 중의 일부분 및 특히 가스켓 재료에서와 같이 고무-유사 기계적 특성이 요망되는 경우, 라텍스는 결합제로서 유용할 수 있다.
본 발명의 한 실시태양에서, 사용된 중합체가 고흡수성을 위하여 다전해질인 것이 바람직하다. 일반적으로, 다전해질은 유리질 중합체이다. 본 명세서에서 사용된 용어 "유리질" 중합체란 약 30% 이하의 상대 습도에서 약 23 ℃ (대략 실온) 이상의 유리 전이 온도 (Tg)를 갖는 중합체를 말한다. 유리질 중합체의 예로서는, 폴리아크릴산나트륨, 폴리아크릴산, 소듐 카르복시메틸 셀룰로스, 및 키토산 염 중합체를 들 수 있지만, 이들로 제한되지는 않는다. 비-유리질 중합체 및 비-다전해질의 예로서는 폴리에틸렌 옥시드, 폴리비닐 아세테이트 및 폴리비닐 에테르 중합체를 들 수 있으나, 이들로 제한되지는 않는다.
소수성 열가소성수지 및 열용융형 접착제도 또한 결합제 물질로서 작용할 수 있지만, 이들은 흡수 섬유 구조체의 친수성 감소를 막기 위하여 섬유의 전체 표면을 통해서라기 보다는 섬유-섬유 접촉 영역에서 주로 적용되는 것이 바람직하다. 본 발명의 흡수 섬유 구조체는 실질적으로는 친수성 및 흡수성이어야 한다.
흡수성 포옴에 바람직한 정도의 액체-흡수능을 제공하는데 있어서의 그의 효능에 관련된 수불용성 중합체의 한 특성은 그의 분자량이다. 일반적으로, 보다 높은 분자량을 갖는 수팽윤성, 수불용성 중합체는 보다 낮은 분자량을 갖는 수팽윤성, 수불용성 중합체와 비교하였을 때 보다 높은 액체 흡수능을 나타내게 된다.
본 발명의 흡수 섬유 구조체에 유용한 수불용성 중합체는 일반적으로 광범위의 분자량을 가질 수 있다. 구조화 조성물의 성분으로서 또는 본 발며에 유용한 결합제 물질로서 적합한 중합체는 약 10,000보다 큰, 특히 이들이 수팽윤성인 경우에는 보다 구체적으로 약 100,000보다 큰, 더욱 더 구체적으로는 약 1,000,000보다 큰, 적합하게는 약 500,000보다 큰, 보다 적합하게는 약 1,000,000보다 큰 및 최대 약 20,000.000의 수 평균 분자량을 가질 수 있다. 결합제 물질의 성분으로서 유용한 비팽윤성 중합체는 바람직하게는 약 20,000 이하의 분자량 및 구체적으로는 약 5,000 이하의 분자량을 갖는다. 중합체의 분자량을 결정하는 방법은 당 업계에 공지되어 있다.
몇몇 실시태양에서 있어서, 결합제 물질은 가교결합된 중합체를 포함한다. 가교결합은 이하 상세하게 설명되는 것들을 포함하여 당 업계에 공지된 임의의 방법에 의해 달성될 수 있다. 가교결합은 제거가능한 상의 제거 전 또는 후에 행해질 수 있다.
구조화 조성물은 일반적으로 약 2 내지 약 12, 보다 구체적으로는 약 4 내지 약 9, 더욱 구체적으로는 약 4 내지 약 7.5, 가장 구체적으로는 약 6 내지 약 7.5 범위내의 pH를 갖는다.
흡수 섬유 구조체는, 그의 건조 또는 경화된 형태일 때 섬유 및 구조화 조성물의 초기 혼합물보다 큰 육안적 부피 및 보다 큰 공극률을 갖는 "팽창된 섬유 구조체"일 수 있다. 예를 들면, 팽창된 섬유 구조체는 섬유 슬러리가 발포제를 함유하는 구조화 조성물과 혼합되고, 이어서 활성화되어 팽창되고 건조 또는 경화 전에 섬유상 혼합물에 공극률을 추가시킬 때 형성될 수 있다. 마찬가지로, 구조화 조성물 및 섬유의 가압화 혼합물은, 혼합물이 흡수 섬유 구조체를 형성시키는 과정의 일부분으로서 압력제거될 때 증가된 공극을 차지하도록 팽창될 수 있다.
본 발명의 흡수 섬유 구조체는 실질적으로 생분해가능하다. 친수성 섬유는 실질적으로 생분해가능하다. 마찬가지로, 건조된 구조화 조성물 또는 건조된 결합제 물질은 50 중량% 이상, 보다 구체적으로는 80 중량% 이상의 생분해가능한 성분들을 포함할 수 있거나 또는 본질적으로 100% 생분해가능할 수 있다.
본 발명의 섬유 구조체는 매우 낮은 밀도, 예를 들면 사용된 특정 섬유 ㅌ입의 임께 밀도보다 상당히 낮은 밀도, 예를 들면 약 0.2, 0.15, 0.1 0.07. 0.05. 0.025. 0.02 및 0.01 g/cc 중의 어느 하나 또는 그보다 낮은 밀도를 가질 수 있다. 예를 들면, 동결 건조에 의해 CMC 및 유칼립터스 섬유와 함께 형성된 구조체는 섬유상 재료의 경우 두드러지게 낮은 밀도 구조체인, 단지 0.02 g/cc의 밀도를 갖는 단단하고, 매우 탄성인 재료를 생성시킨다.
흡수 섬유 구조체는 하기 기재되는 바와 같이, 플라스틱 포옴의 가요성을 위한 ASTM 정의에 따라 가요성일 수 있다.
적층된 구조체는 본 발명의 재료와 함께 제조될 수 있다. 특히, 제1 섬유층 및 제2 섬유층을 포함하는 적층된 포옴-섬유 복합체가 제조될 수 있는데, 이 때 상기 제1 층은 발포성 결합제 물질 및 약 20 중량% 이상의 친수성 섬유를 포함하는 흡수 섬유 구조체를 포함하고, 이 때 상기 섬유들은 연속기포 포옴의 셀들 사이의 지주로서 배열되고, 상기 제2 층은 실질적으로 독립 셀 구조를 갖는 포옴-섬유 복합체 또는 실질적으로 소수성 포옴-섬유 복합체를 포함한다. 적층된 포옴-섬유 복합체의 한 실시태양에서, 상기 제1 층의 두께는 약 5 mm 이하일 수 있으며, 상기 제2 층의 두께는 약 4 mm 이하일 수 있다. 폴리올레핀 본디드 카디드 웹, 멜트블로운 웹, 스펀본드 웹 또는 여성 위생 용품, 기저귀, 실금용 제품 등의 서지, 흡수 또는 분포 층으로서 적합한 다른 재료들을 포함하는 추가의 층들이 부착될 수 있다. 활성탄 물질도 또한 추가의 층들로서 부착될 수 있다.
많은 공지된 섬유-보강된 포옴 및 다른 섬유성 복합체와는 달리, 본 발명의 재료는 일반적으로 흡수 용품에 사용하기, 특히 사람의 체액을 흡수하기 위한 흡수 용품에 사용하기 적합하다. 몇몇 실시태양에서는, 본 발명의 재료는 물인 액체, 식염수, 뇨, 월경, 흐르는 장 운동물, 땀, 혈액, 타액 등의 인가에 의해 파괴되거나 또는 용해되지 않는 적합한 습윤 탄성을 갖고, 바람직하게는 1 시간과 같은 지석된 기간 동안에 걸쳐 식연수로 완전히 습윤되었을 때 일체성 및 형태를 유지하면서 효과적으로 상기 유체들을 흡수 및 보유할 수 있다. 몇몇 실시태양에서, 본 발명의 재료는 불편함 또는 부적절한 몸에 꼭맞은 없이 신체에 인접하게 착용된 흡수 용품 중의 요소로서 작용하기에 적합한 순응성, 유연성 또는 가요성을 갖는다. 또한, 몇몇 실시태양에서는, 본 발명의 재료는 인체 건강에 부적절한 재료 및 방법을 사용하지 않고서 또는 부적절한 오염물 또는 폐 제품, 예를 들면 소비후 폐기물, 오래된 신문 등 없이 제조된다. 보다 구체적으로는, 흡수 섬유 구조체는 본질적으로 사람 조직과 지속된 접촉에 독성학적으로 허용되는, 또는 여성 위생용 생리대에 사용하기 위한 물질들로 구성될 수 있다. 가장 구체적으로는, 흡수 섬유 구조체는 탐폰, 지혈 스폰지, 상처 드레싱 또는 붕대에 사용하기 위해 독성학적으로 허용되는 재료들로 본질적으로 이루어질 수 있다.
추가의 실시태양에서, 본 발명의 흡수 섬유 구조체는 라텍스와 같은 엘라스토머 결합제 물질의 사용을 통해 높은 가요성이 제공될 수 있다. 이어서 흡수 섬유 구조체는, 특히 물질이 연신성을 위해 적합하게 성형되었거나 또는 기계적 압착, 크레이핑 또는 급작스런 이동으로 줄어져 평면 내에서 팽창 및 연장을 가능하게 하는 크레이프-유사 또는 아코디온-유사 구조를 생성시킨 경우, 상기 엘라스토머 결합으로 연신가능하게 될 수 있다. 연장 방향에 직각이거나 또는 연장 방향과 일렬을 이루지 않은 슬릿은 또한, 특히 엘라스토머 결합으로, 가요성 흡수 섬유 구조체에 대한 연장 수단을 제공할 수 있다. 따라서, 여성용 패드 또는 팬티라이너와 같은 흡수 용품은 연장가능하게 제조될 수 있고, 고벌크 가요성 흡수 섬유 구조체 중에 엘라스토머 결합의 사용을 통해 연신성 흡수성 코어 또는 다른 흡수성 성분이 제공될 수 있다. 표면시트, 배면시트 및 다른 흡수층을 포함하는 흡수 용품 중의 다른 성분들도 역시 바람직하게는 당 업계에 공지된 방법을 사용하여 연장가능하게 될 수 있다. 흡수 섬유 구조체를 포함하는 생리대의 경우, 예를 들면 흡수 섬유 구조체 및 바람직하게는 또한 전체 생리대를 탄성적으로 신축성이게 제조하는 것은 생리대를 신축시키려는 힘이 제거되었을 때 생리대가 길이방향으로 안쪽으로 모이려고 (즉, 길이방향으로 주름지려고) 하는 바람직하지 못한 경향을 감소시키게 된다.
흡수 섬유 구조체는 두께 방향으로 또는 흡수성 섬유성 구조체의 평면내의 방향들로 연장되는 재료 특성들에 있어서 구배를 가질 수 있다. 기초 중량 및 두께에 있어서의 구배 또는 변량은 용이하게 제공될 수 있지만, 다른 재료 특성, 예를 들면 섬유 조성, 기공 크기, 습윤성 등도 또한 구배를 가질 수 있다. 예를 들면, 흡수 용품에 사용하기 적합한 평면적 흡수 섬유 구조체는 상부 표면 부근에 큰 기공 및 큰 오픈 셀을 가질 수 있으며, 이 때 셀은 대향하는 후면 표면 부근에서 점진적으로 보다 작게 되어, 임의적으로는 부분적으로 또는 실질적으로 액체 불토과성일 수 있는 후면 표면 상의 스킨에서 종료된다. 다공도 구배를 갖는 이러한 구조체는 상부 표면 상의 액체 흡수에 적합할 수 있지만, 후면 표면으로부터 액체 누출을 막을 수 있다. 용품에는 친수성의 구배가 제공될 수 있어, 다른 곳 (예를 들면, 후면 표면)보다 한 영역 (예를 들면 상부 표면)에서 보다 많은 친수성 결합제 물질 및 섬유가 있다. 구배는 평면 내에서 연장될 수 있으며, 예를 들면 중심의 표적 영역에서 큰 셀 또는 기공을 갖지만 흡수 섬유 구조체의 측면 연부 부근에서는 독립 셀 또는 보다 작은 기공들이 더 많아서 유체의 측면 누출을 막을 수 있는 용품이 제공된다.
흡수 섬유 구조체의 제조 방법
포옴 및 구체적으로 연속기포 포옴을 생성하기 위한 당 업계에 공지된 많은 방법들을 사용하여 본 발명의 흡수 섬유 구조체를 제조할 수 있다. 일반적으로, 구조화 조성물을 사용하여 섬유를 위치시키고 공극을 생성시키는 것을 도와서, 흡수 섬유 구조체로 건조되거나 또는 경화될 수 있는 (열 또는 방사선 또는 화학 약제의 첨가에 의해서와 같이) 고벌크 혼합물을 생성시킨다.
본 발명의 흡수 섬유 구조체의 제조 방법은, 합해져서 섬유상 혼합물을 형성하는 섬유 및 구조화 조성물의 제조로 시작된다. 섬유들은 슬러리, 예를 들면 수성 슬러리일 수 있거나 또는 처음에 건조 형태, 예를 들면 플러프 또는 분쇄된 섬유 또는 에어 레잉된 섬유 매트일 수 있다. 구조화 조성물은 바람직하게는 포옴을 생성시킬 수 있다. 구조화 조성물의 성분들은 한 단계로 또는 다 단계로 섬유에 첨가될 수 있거나 또는 그 반대일 수 있으며, 임의적으로 구조화 조성물 중의 적어도 일부 성분들은 각종 단계에서 별도로 혼합물에 첨가된다. 구조화 조성물의 일부분은 이전에 섬유에 첨가되었을 수 있으며, 이것은 이어서 뒤이어 첨가되는 나머지 구조화 조성물 중의 다른 시약들과 반응하거나 또는 혼합될 수 있다. 예를 들면, 중탄산나트륨이 부하된 섬유들은 나머지 구조화 조성물 중의 시트르산과 반응하여 이산화탄소를 방출시켜 포옴을 생성시킬 수 있으며, 나머지 시트르산은 다시 후속되는 열 처리시에 섬유들의 가교결합을 촉진시킬 수 있다.
구조화 조성물 또는 그의 성분들 중의 적어도 일부분의 섬유와의 초기 혼합 후에, 구조화 조성물 중의 제거가능한 상이 필요에 따라, 예를 들면 혼합물 중에 기체 버블을 생성시키는 발포제의 활성화에 의해 또는 거품 또는 발포를 생성시키는 주입 또는 기계적 교반 또는 고전단 혼합 등을 통한 외부 기체의 직접적인 도입에 의해 생성될 수 있거나 또는 증대될 수 있다. 제거가능한 상과 혼합물 중의 다른 상들의 상호작용은 섬유들을 재위치시키고 이동시켜 임의적으로는 다공성 지주를 갖는 연속기포 포옴의 독특한 2방식 기공 크기 분포 특성을 갖는 고벌크 섬유 구조체를 생성시키는데, 이 때 지주 중의 기공들은 지주들에 의해 정의된 셀의 보다 큰 기공들과는 대조적으로 지주 중의 이웃 섬유들 사이의 작은 기공 공간에 해당한다.
혼합물 중에 포옴을 생성시키고 제거가능한 상들 중의 적어도 일부분을 제거하는 단계들은 대표적으로 순차적으로 일어나지만, 동시에도 또한 일어날 수 있다. 많은 경우에 있어서, 제거가능한 상의 일부분을 제거하는 작용은 섬유 구조체 중의 오픈 구조를 생성시킨다. 다른 경우, 구조체는 제거가능한 상의 상당한 제거가 일어나기 전에 오픈될 수 있게 된다. 몇몇 연속기포 발포 방법에서는, 기체 버블이 먼저 생성된 다음 가스들 중의 일부분이 셀들 사이의 오픈 윈도우를 빠져나오고 깨뜨려서 연속기포 포옴을 생성시킨다. 그러나, 동결 건조에 의해 생성된 포옴에서는, 발포 구조체는 제거가능한 상 (대표적으로는 물 또는 다른 적합한 휘발성 물질)의 제거에 의해 생성된다. 마찬가지로, 바람직하게는 섬유와 구조화 조성물의 혼합물을 생성시키고 그 안에 포옴을 생성시키는 단계도 또한 순차적 또는 동시성일 수 있다. 혼합물이 생성된 후에 포옴이 제조될 수 있거나 또는 혼합 작업 동안에 생성될 수 있거나 또는 포옴이 섬유와의 혼합 전에 구조화 조성물 중에 이미 생성되어 있을 수 있다.
포옴은 많은 수단에 의해 제조될 수 있다. 팽창 과정은 유체 중합체 상 또는 슬러리를 저밀도 셀 상태로 팽창시킨 다음 액체 중합체의 경화에 의해 또는 냉각을 통해 중합체 구조체를 "동결"시키는 것이다. 포옴을 생성하기 위한 압출 과정은 감압 팽창 과정에서 물리적 안정화를 사용한다. 이 방법은 가압 하에 압출된 용융된 중합체 내로 블렌딩된 발포제를 사용한다. 중합체 및 발포제의 이 용액은 보통의 실온 및 상압에서 다이 오프닝을 통해 이동 벨트 상으로 강제 배출된다. 이러한 압력의 감소는 발포제가 기화되도록 하여 중합체의 팽창을 야기시킨다. 중합체는 필요한 밀도 및 치수 안정성을 위해 충분한 구조적 강도가 얻어지도록 팽창 동안에 냉각되게 된다. 중합체 구조체의 안정화 또는 구조체의 동결은 그의 유리 전이 온도 아래의 지점으로의 중합체 상 냉각의 결과이다. 냉각은 주로 다음의 3개의 분야로부터 온다: (1) 발포제의 기화, (2) 기체 팽창, 및 (3) 주위 환경으로의 열 손실.
기포 재료를 제조하는 다른 방법으로는 중합체 중에 분산되어 있는 고체 또는 액체 물질의 침출, 작은 입자의 소결, 중합체 중의 작은 기포 입자의 분산, 유체 상태 중의 기체 (고체)의 분산 및 이 기포 상태의 안정화, 또는 기체 상을 함유하는 구조체 중의 중합체 입자의 소결에 의한 것을 들 수 있다. 임의의 경우에 있어서, 생성된 발포 또는 거품 구조체는 제거가능한 상을 포함한다.
망상 연속기포 포옴의 생성은 독립 셀을 오픈시키는 독립 셀의 윈도우를 파괴시키는 기계적 힘의 인가를 포함할 수 있다. 이러한 힘은 1회 이상의 압축 사이클에 의해 또는 충격파의 인가에 의해 또는 열 충격에 의해 인가될 수 있다. 중합체 셀 벽은 또한 당 업계의 통상의 숙련인이 인식할 수 있는 바와 같이, 가수분해 (예를 들면 가성알칼리 용액으로의 처리에 의해), 산화 및 승온 또는 승압의 인가에 의해 제거되거나 또는 오픈될 수 있다.
제거가능한 상은 액체, 기체 또는 고체일 수 있지만, 기체가 시판되는 포옴 생성에 가장 일반적으로 사용되는 제거가능한 상이다. 그럼에도 불구하고, 오일, 탄화수소 및 수성 유체를 포함하는 다수의 액체 뿐만 아니라 가열시에 분해되어 기체를 생성시키는 중탄산암모늄과 같은 일부 고체가 사용될 수 있다. 제거가능한 상과 섬유 및 다른 구조화 조성물의 성분들의 상호작용은 고공극률 형태로의 섬유의 이동, 위치 또는 구조화를 야기시킨다.
구조화 조성물은 섬유상 혼합물 내로의 기체 버블의 제조 생성 또는 도입을 통해 생성된 포옴을 생성하기 위한 화합물을 포함할 수 있다. 구조화 조성물은 또한 액체 상 역전을 통해 또는 다른 적어도 부분적으로는 비혼화성인 액체의 버블 주위에서의 한 액체 상의 중합에 의해 또는 포옴 및 구체적으로는 연속기포 포옴을 생성하는 분야에 공지된 다른 기술들에 의해 포옴을 생성하기 위한 화합물을 포함할 수 있다. 일반적으로, 비-기체 상이 상기 제거가능한 상과는 별개의 액체일 때, 2개의 상들은 상기 상들 사이에 계면 영역이 형성될 수 있도록 하는 온도, 압력, 화학적 환경 및 농도와 같은 조건들의 적어도 한정된 범위에 걸쳐 충분히 비혼화성이다. 섬유들은 일반적으로 한 상 또는 계면에 우선적으로 끌어당겨지고, 여기서 이들은 대체로 제거가능한 상의 적어도 일부분의 제거 동안에 제자리에 고정되어 다공성 섬유 구조체를 생성시킨다. 바람직하게는 구조화 조성물의 액체 상 중의 결합제 물질은 제거가능한 상의 적어도 일부분의 제거 동안 또는 후의 섬유 구조체의 일체성을 증가시키는 작용을 한다.
예로서, 괸련 실시태양은 제거가능한 상으로서 고체, 반고체 또는 겔 상 및 별도의 비-기체 상으로서 액체 상을 가질 수 있다. 그러나, 결합제 물질은 상당히 팽윤하지 않는 것이 (예를 들면 물로 포화시에 부피 증가가 400% 미만, 보다 구체적으로는 100% 미만, 보다 더 구체적으로는 10% 미만임) 바람직하다. 디른 관련 실시태양에서, 고상 입자들을 사용하여 입자들 사이의 영역을 차지하도록 섬유들을 한정시키고, 이 때 입자는 용매화, 용융 또는 얼음 또는 동결 수화물에 대한 승화, 수축 및 섬유 구조체로부터의 물리적 탈출, 중공 입자들의 붕괴 등에 의해 제거될 수 있다.
활성화된 카본 섬유를 포함하는 흡수 섬유 구조체를 제조하는데 있어서, 활성화된 카본 섬유 상의 기공들의 폐색을 막기 위하여 결합체의 양은 가능한 한 작은 것이 바람직하다. 결합제는 섬유 표면 상에서 연장되지 않지만 주로 섬유들이 결합하고 인접되는 메니스커스에 위치하도록 활성화된 카본 섬유에 대해 비습윤성일 수 있고, 따라서 섬유 기능성을 심하게 감소시키지 않고서 섬유들을 함께 다공성 상태로 결합시키는 작용을 한다.
본 발명의 동결 건조, 일부 용매 교환 작업, 초임계 유체 추출 및 다른 변법의 경우, 단일의 액체 상 또는 용액이 비-기체 상 및 제거가능한 상 모두로 작용할 수 있다. 예를 들면, 고 점도를 갖는 물 중의 다당류 용액을 사용하여 섬유들을 비교적 무작위 배향으로 고정시킬 수 있다. 용액과 함께 형성된 섬유 슬러리는 신속하게 또는 느리게 동결 및 동결 건조될 수 있으며, 이 때 이제 동결된 고체로서의 구조화 조성물 (비-기체 및 제거가능한 상 모두)은 섬유들을 제자리에 고정시키는 작용을 하고, 물이 승화함에 따라 섬유 상에 다당류를 부착시키고, 따라서 섬유 망상구조의 일체성을 증가시키며, 이것은 완전한 강도 및 탄성 발전을 위한 가교 결합 처리 또는 다른 결합제 물질의 경화 또는 첨가를 추가로 필요로 할 수 있다. 포옴 생성을 위한 동결 건조 기술은 또한 본 명세서에서 참고문헌으로 인용하고 있고 1997년 11월 25일에 출원된, 공동 소유된 동시계류중인 출원 일련 번호 제08/977,918호, "Absorbent Foam" 및 일련번호 제08/978,263호, "Process for Preparing an Absorbent Foam"에 기재되어 있다.
한 실시태양에서는, 방법은 일반적으로 용매 중의 가용성 중합체의 용액을 형성시키고, 용액을 친수성 섬유와 혼합시키고, 용액을 비교적 느린 냉각 속도로 용매의 동결점 이하의 온도로 동결시키고, 동결된 용액으로부터 용매를 제거시키고, 및 임의적으로는 중합체를 처리하여 흡수 섬유 구조체를 안정화시키는 수 팽윤성, 수 불용성 결합제 물질을 형성시키는 것을 포함한다.
다른 실시태양에서는, 방법은 일반적으로 용매 중의 단량체 용액을 형성시키고, 친수성 섬유를 첨가하고, 단량체들을 중화시켜 용매 중의 가교결합된 중합체의 용액 겔을 형성시키고, 용액 겔을 비교적 느린 냉각 속도로 용매의 동결점 이하의 온도로 동결시키고, 동결된 용액 겔로부터 용매를 제거시키는 것을 포함한다. 임의적으로는, 가교결합된 중합체의 용액 겔은 용액 겔의 동결 전에, 추가의 용매를 사용하여 추가로 팽윤시킬 수 있다.
상기 동결-건조 실시태양에서는, 가용성 중합체 또는 단량체는 대표적으로는 약 30 중량% 이상의 물, 유리하게는 약 50 중량% 이상의 물, 적합하게는 약 75 중량% 이상의 물, 보다 적합하게는 100 중량% 이상의 물을 포함하는 용매 중에 용해된다. 공용매가 물과 함께 사용될 때, 다른 적합한 용매로는 메탄올, 에탄올, 아세톤, 이소프로필 알콜, 에틸렌 글리콜, 글리세롤 및 다른 당 업계에 공지된 용매를 들 수 있다. 그러나, 수용성 중합체가 사용될 때, 상기 다른 비-수성 용매의 사용 또는 존재가 중합체가 용매 중에 효과적으로 용해되어 용액을 형성하지 못하도록 균질한 혼합물의 형성을 방해할 수 있다.
동결건조용 용액 중의 섬유들의 컨시스턴시는 약 10% 미만, 보다 구체적으로는 약 0.3% 내지 4 %, 보다 구체적으로는 약 0.4% 내지 약 2.5%일 수 있다.
용액이 용매의 동결점 이상의 온도로부터 용매의 동결점 이하의 온도로 냉각되는 속도는 본 명세서에서 설명되는 바람직한 성질들을 나타내는 흡수성 포옴을 달성시키는데 있어서 도움이 된다는 것을 발견하였다. 정성적 방식으로, 사용된 냉각 속도는 동결 용액 중에 가시적인 균열 또는 가시적인 불균일함이 형성되기 시작할 정도로 빠르지 않아야 한다. 일반적으로 본 발명의 바람직한 흡수성 포옴을 달성하기 위하여 특정 용액에 존재하게 되는 임계 냉각 속도가 있다. 상기 임계 냉각 속도보다 더 빠른 냉각 속도를 사용하는 것은 일반적으로 비교적 불균일한 기공 구조 및 균열된 중합체 매트릭스를 나타내는 바람직하지 못한 흡수성 포옴을 야기시키게 된다. 대조적으로, 임계 냉각 속도보다 느린 냉각 속도를 사용하는 것은 일반적으로 비교적 균일한 기공 구조를 갖고 중합체 매트릭스 중에 임의의 상당한 균열 또는 변형이 존재하지 않는 바람직한 흡수성 포옴을 야기시키게 된다.
특정 현탁액에 대해 사용되어야 하는 냉각 속도는 생성된 흡수 섬유 구조체의 구조에 중요한 역할을 한다. 물이 용매이고 중합체가 약 0,5 내지 약 2 중량% 사이의 농도로 사용되고 중량%가 용매의 총 중량을 기준으로 하는 본 발명의 한 실시태양에서는, 약 0.4 ℃/분 미만, 보다 구체적으로는 약 0.3 ℃/분 미만, 가장 구체적으로는 약 0.1 ℃/분 미만의 온도 감소의 경우에 양호한 결과가 얻어졌다.
얼음의 동결 및 승화 후에, 건조된 재료는 추가로 처리되어 결합제 물질을 활성화시켜 결합 단계를 완전히 수행할 필요가 있을 수 있다. 예를 들면, CMC 및 많은 다른 결합제 물질의 경우, 열 처리는 결합제 물질을 불용화시키는데 유용하다. 결합제 물질으로서 라텍스를 사용한 경우, 열 처리는 일반적으로 필요하지 않다. 키멘 (Kymene)이 한 예인, 특정 습윤 강력 수지 및 가교결합제의 경우. 이부 결합이 열 처리없이 달성될 수 있지만, 당 업계의 통상의 숙련인들은 짧은 기간 동안에 승온에서 수지를 경화시킴으로써 개선된 습윤 강도가 대표적으로 딜성될 수 있음을 인식할 수 있을 것이다. 당 업계의 통상의 숙련인에게 인식되는 바와 같이, 가용성 단백질들은 마찬가지로 다른 가교결합제의 존재 또는 부재하에 변성될 수 있고 열 처리에 의해 수불용성 또는 방수성 결합으로 결화될 수 있다.
본 발명의 연속기포 포옴을 생성하기 위한 관련 방법은 본 명세서에서 참고문헌으로 인용하고 있는, 1977년 1월 11일에 특허된 매닝 (Manning) 등의 미국 특허 제4,002,173호에서 발견될 수 있는데, 이것은 디에스테르-가교결합된 폴리글로칸 숙시네이트 또는 글루타레이트, 특히 아밀로스의 상호연결 스트랜드들의 3차원 망상구조를 포함하는 "망상 스폰지" 또는 망상 다공성 히드로겔을 개시하고 있다. 스폰지는 일- 또는 반-에스테르의 수용성 염, 예를 들면 아밀로스 숙시네이트 또는 아킬로스 글루타레이트의 수용성 염을 본 발명의 가공 조건 하에서 동결건조 단계 동안에 건조 상태에 가까워짐에 따라 염 용액의 조절된 용융을 야기시키는 망상화제의 존재하에 동결건조시킴으로써 제조된다. 생성된 망상, 다공성-연속기포 스폰지는 이어서 스폰지를 탈수 조건 하에서 가열시켜 디에스테르-가교결합을 형성시킴으로써 가교결합된다. 동결 건조 전에 섬유 및 임의의 선택적인 결합제를 적절하게 혼합시킴으로써, 흡수 섬유 구조체가 제조될 수 있다.
본 발명의 흡수 섬유 구조체는 또한 용매 중의 가용성 중합체의 용액을 형성시키고, 친수성 섬유 및 발포제를 용액에 첨가시키고, 발포제를 활성화시키고, 용액으로부터 용매를 제거시키고, 및 임의적으로는 중합체를 처리하여 흡수 섬유 구조체 중에 수 팽윤성, 수 불용성 중합체 매트릭스 결합 섬유들을 함께 형성시키는 것을 일반적으로 포함하는 방법에 의해 형성될 수 있는 것으로 생각된다.
한 실시태양은 친수성 섬유, 바람직하게는 제지 섬유, 예를 들면 표백된 크라프트 유칼립터스 섬유 또는 연목 BCTMP를, 가용성 다당류 (예를 들면, 카르복시메틸 셀룰로스) 또는 단백질 (예를 들면, 젤라틴)과 같은 중합체 재료, 보다 구체적으로는 중합체 발포성 재료 및 임의적으로는 추가의 발포제룰 포함하는 결합제 물질으로부터 제조된 습기가 있는 유체-유사 또는 교반가능한 포옴과 혼합시키는 방법을 포함한다. 친수성 섬유는 중합체 발포성 결합제 물질 및 필요에 따라, 운반액과 혼합시켜 발포 현탁액을 형성시킨다. 바람직하게는, 친수성 중합체 결합제 물질 및 섬유 성분들은 운반액, 예를 들면 물 또는 유기 액체, 예를 들면 알콜 중에 분산된다.
혼합물은 이어서 적합하게는 고 기계적 전단 또는 교반 하에 포옴을 생성시키고 섬유를 효과적으로 분산시키면서 상당한 응집을 예방하는 주입에 의한 공기 및(또는) 기계적 힘의 도입에 의해 발포될 수 있다. 별법으로는, 기체 버블은 중합체 발포성 결합체 재료 중의 발포제의 작용을 통한 화학적 반응 또는 다른 수단에 의해 생성될 수 있다. 존재할 경우 운반액 또는 임의의 다른 휘발성 액체 화합물은 이어서 용액 추출, 동결 건조, 증발, 고주파 건조, 전자파 건도 및 당 업계에 공지된 다른 방법에 의해 제거되어 실질적으로 건조하고 안정한 다공성 흡수 섬유 구조체를 생성시킨다.
안정한 친수성 포옴 구조의 생성을 위한 각종 기술들이 공지되어 있다. 임계점 건조를 사용하여 고체 성분의 다공성 구조체의 파괴없이 액체 상을 제거할 수 있다. 포옴의 동결 건조는 대표적으로 중합체의 수용액 또는 현탁액으로부터 안정한 포옴-유사 구조체를 생성시키는데 오랫동안 사용되어 왔다. 수성 단백질 및 탄수화물 용액의 동결 건조가 당 업계의 통상의 숙련인에게 공지되어 있다. 수많은 공동을 갖는 느슨한, 포옴-, 펠트- 또는 플리스-유사 구조체가 얻어지는데, 이것은 상기 건조 제제가 체액에 대하여 높은 흡수능을 갖는 결과를 갖게 된다. 물 또는 비수성 매질, 예를 들면 t-부틸 알콜이 사용될 수 있다. 동결 건조가 대체로 기체가 없는 액체 또는 슬러리 상에서 일반적으로 행해지는 동안, 포옴-유사 구조체가 먼저 생성된 후에 동결 건조된다. 예를 들면, 상기한 방법들을 사용하여 수성 또는 알콜-기재 포옴을 생성시킨 후, 동결 건조시켜 포옴 구조체의 실질적인 붕괴없이 제거가능한 상의 적어도 일부분을 제거시킬 수 있다.
그러나, 의료용 스폰지와 같은 특정 고가 제품의 경우, 동결 건조가 경제적이며 바람직한 방법일 수 있다. 그러나, 상업적인 제조의 경우, 제거가능한 상의 제거는 동결 건조에 의해 또는 액체 성분의 동결을 포함하는 임의의 방법에 의해 행해지지 않는 것이 바람직하다. 승화 건조도 마찬가지로, 특히 물을 제거하는데 기 시간이 요구되기 때문에 일반적으로 저가의 일회용 품묵의 상업적 제조에 바람직하지 않다. 따라서, 방법을 동결 건조 없이, 별법으로는 동결 없이, 별법으로는 실질적인 승화 건조 없이, 별법으로는 실질적으로 구조화 조성물의 동결점 이상의 온도에서, 보다 구체적으로는 0 ℃ 이상, 바람직하게는 5 ℃ 이상에서 수행하는 것이 흡수 용품의 제조에 바람직할 수 있다.
제지 및 다른 섬유들과 본 발명에 따른 구조화 조성물을 혼합시키는데 있어서, 섬유들은 낮은 컨시스턴시 (약 4% 미만의 컨시스턴시), 중간 컨시스턴시 (약 4% 내지 약 20% 컨시스턴시) 또는 높은 컨시스턴시를 갖는 수성 슬러리 중에서 제조될 수 있다. 중간 컨시스턴시 포옴 생성은 대부분의 경우에 높은 일력량의 기계적 에너지를 필요로 하지만, 발포제 또는 공극 생성을 위한 압력 완화 방법과 함께 사용될 때 경제적인 및 구조적인 이점들을 제공하는 한편, 낮은 컨시스턴시 슬러리를 사용하여 발포없이 동결건조된 구조체를 생성시키거나 통상적으로 중간-컨시스턴시 포옴을 사용하였을 때 가능한 것보다 미세한 포옴 셀을 생성시킬 수 있다. 비습윤 섬유, 예를 들면 화학적으로 가교결합된 셀룰로스 섬유의 사용은, 섬유들의 팽윤에 의해 흡수되는 것보다 많은 수분이 섬유들 사이에 입수가능하기 때문에 보다 양호한 혼합 및 주어진 수분 함량으로의 분산을 가능하게 한다.
건조 전에 발포시키는 경우, 섬유 대 운반액 질량비는 필요한 액체 제거량을 감소시키고, 에너지 소비를 절약하고, 및 운반액의 제거 동안 연속기포 포옴 구조체 상에 미치는 모세관력의 잠재적인 파괴 효과를 감소시키기 위하여 높은 것이 바람직하다. 예를 들면, 한 실시태양에서, 섬유들은 발포가 시작될 때 약 4% 이상 (슬러리 질량에 대한 건조 섬유 질량를 기준하여), 구체적으로는 약 6% 이상, 보다 구체적으로는 약 8% 내지 약 2%의 컨시스턴시의 중간 컨시스턴시 수성 슬러리로 있을 수 있다.
제지 섬유의 중간 또는 높은 컨시스턴시 슬러리의 대부분의 효과적인 발포의 경우, 슬러리를, 슬러리가 더 이상 거의 고상물과 같이 작용하지 않지만 (정력학적 조건 하에서 많은 고 컨시스턴시 혼합물이 고러는 것과 같이), 보다 유동학적으로 순수한 액체와 같이 거동하는 유동화된 유동학적 상태로 만드는데 고전단이 필요하다. 이러한 상태에서, 공기 또는 다른 기체의 첨가는, 적절한 계면활성제 및 바람직하게는 발포 안정화제가 존재하는 경우, 포옴을 야기시킬 수 있다. 한 실시태양에서는, 분산된 기체 버블이 압력이 완화됨에 따라 팽창하게 되도록 주입된 기체가 가압된다. 예를 들면, 약 0.136 atm(약 2 psig) 이상, 바람직하게는 약 0.68 atm(약 10 psig) 이상의 가압 공기 또는 이산화탄소는 주기적으로 감압되는 배치 용기를 통해 또는 한 단부 밖으로 섬유 슬러리의 연속 압출을 가능하게 하는 가압 고전단 믹서로 도입될 수 있다. 압력이 강하됨에 따라, 혼합물 중의 별도의 기체 버블들이 대기압에 근접함에 따라 팽창한다. 가압 기체가 대기압의 2배인 경우, 기체 버블은 압력이 완화되어 이용가능한 공극률을 증가시킬 때 약 2배 만큼 크기가 팽창될 수 있다. 발포제도 또한 사용하여 광범위의 컨시스턴시에 걸쳐 섬유 슬러리 중의 현장에서 기체 버블을 생성시킬 수 있다.
목재 펄프 슬러리로부터의 포옴 생성을 위하여, 계면활성제는 고 전단 하에서 섬유 유동성 또는 분산성을 개선시키는데 있어서 유용할 수 있다.
예를 들면 최대 약 30%의 코시스턴시의 펄프 현탁액 상에 작용하는 고전단 믹서를 사용하여 다량의 기체를 섬유 슬러리 내로 도입시켜 섬유상 물질에 구조를 제공할 수 있다. 비누, 세제, 계면활성제 등을 첨가하여 거품의 양을 증가시키거나 혼합물의 공극률 또는 버블 크기를 변형시킬 수 있다. 마찬가지로, 단백질 또는 다른 발포 생성 또는 발포 안정화 첨가제를 사용하여 포옴의 안정성을 향상시키고 섬유들을 함께 연속기포 배열로 결합시키는 것을 도울 수 있다. 가교결합제, 첨가제, 예를 들면 라텍스 및 전분, 및 다른 습윤 강도 첨가제들이 섬유 구조체를 안정화시키는 것을 돕는 고전단 혼합 전, 동안 또는 후에 추가로 제공될 수 있지만, 이러한 약제의 첨가는 바람직하게는 방법의 고전단 혼합 단계 전 또는 동안에 발생된다. 섬유상 포옴 또는 팽창된 섬유 혼합물의 생성 후에, 액체의 침강 또는 포옴의 붕괴를 예방하기 위하여 온화한 교반이 바람직할 수 있다. 혼합물은 섬유상 재료를 건조시키기 위하여 공기 건조되거나, 전자파 또는 적외선과 같은 복사선에 의해 가열되거나, 유도적으로 가열되거나, 전도 또는 대류에 의해, 예를 들면 부드러운 통기 건조 등에 의해 가열될 수 있고, 임의적으로는 구조체를 가교결합시키거나 또는 조성물 중에 존재하는 접착제 또는 단백질 또는 다른 결합제 물질을 경화시킬 수 있다.
한 실시태양에서, 포옴-섬유 혼합물은 선즈 디화이버레이터 (Sunds Defibrator, 미국 죠지아주 노크로스 소재)의 섬유 믹서들의 고전단 -시리즈 및 알스트롬 (Ahlstrom) 및 카미르 (Kamyr)의 중간 컨시스턴시 믹서를 포함하는, 고-컨시스턴시 표백 및 혼합 분야에서 공지된 고전단 섬유 믹서 중에서 첨가된 계면활성제 및 발포 안정화제와 함께 중간-컨시스턴시 수성 섬유 슬러리로부터 제조될 수 있다. 한 실시태양에서는, 발포제, 예를 들면 계면활성제 및 발포 안정제를, 질량 기준으로 섬유 대 액체인 물의 비가 약 15% 이상, 바람직하게는 약 20% 이상, 보다 바람직하게는 약 25% 이상, 가장 바람직하게는 약 30% 이상이도록 고컨시스턴시 섬유들과 혼합시킨다. 기체는 승압 (예를 들면, 약 0.34 atm(약 5 psi) 이상, 바람직하게는 약 0.68 atm(약 10 psi) 이상, 보다 바람직하게는 약 1.02 atm(약 15 psi), 가장 바람직하게는 약 2.041 atm(약 30 psi) 이상)에서 믹서 내로 도입되어 섬유, 액체 및 기체의 통기되는 슬러리를 제조할 수 있다. 이러한 실시태양에서는, 기체가 대표적으로는 고전단 믹서 중의 약 50 부피% 미만, 보다 구체적으로는 약 40% 미만 및 더욱 더 구체적으로는 약 30% 미만을 구성하게 된다.
고전단 믹서로부터의 방출시에, 액체의 표면 장력 특성이 적절하게 조절되고 섬유들이 충분히 짧고 분산되어 있는 경우, 기체 버블은 팽윤하여 섬유에 의해 둘러싸여진 발포 셀을 생성시킨다. 생성된 다공성 3차원 포옴-섬유 복합체는 이어서 완전히 건조되어 고벌크 섬유 구조체를 생성시킬 수 있다.
고전단 믹서는 일반적으로 섬유를 절단시키려는 경향 때문에 활성화된 카본 섬유의 경우에는 바람직하지 않다. 대신에, 수성일 필요는 없는 운반액 중의 섬유의 슬러리로부터 포옴을 생성시키기 위해서는 발포제가 요망된다. 예를 들면, 폴리우레탄이 공지된 발포제와 함꼐 적합할 수 있다. 이 경우 발포제로서 작용하는 중합체 재료가 운반액일 수 있지만, 운반액으로서의 추가의 용매가 혼합물의 점도를 감소시키고 건조 또는 운반액의 다른 추출 후의 최종 다공성 섬유 재료가 적어도 50 중량% 이상의 섬유를 포함하도록 높은 섬유 대 발포제 비에서 발포제 중에 섬유를 분산시킬 수 있는 능력을 증가시키게 된다.
혼합물은 건조 전에 발포되어야 할 필요는 없지만, 동결 건조되어, 운반액이 제거될 때 남겨지는 중합체 재료에 의해 부분적으로 제 자리에 고정되는 섬유들로 이루어진 구조체를 생성시킬 수 있다. 이전의 발포 단계 없이 동결 건조 작업의 경우, 혼합물은 운반액의 제거시에 상당한 공간이 남게되는 섬유에 대하여 충분히 희석되어야 한다. 바람직하게는, 운반액에 대한 섬유의 비는 약 30% 미만, 바람직하게는 약 10% 미만, 가장 바람직하게는 약 5% 미만이다. 물론, 공극을 갖는 안정한 발포 및 버블이 먼저 생성된 다음, 동결 건조되어 기공 형태 및 크기의 광범위한 분포를 생성시킨다.
소수성 열가소성재 및 열용융형 접착제가 결합제 물질으로 작용될 때, 이들이 섬유의 전체 표면을 통해서라기 보다는 섬유-섬유 접촉 영역에서 주로 적용되는 것이 바람직하다. 이것은 용매 중의 결합제 물질을 또는 운반액 중의 현탁액으로서 적용시키고 용매 또는 운반액이 증발될 때 결합제 물질이 우성적으로 부착되는 섬유-섬유 접촉점에 메니스커스가 형성되도록 함으로써 달성된다. 예를 들면, 운반액 중에 현탁된 라텍스 구 또는 폴리올레핀 미세구들이 이러한 방식으로 섬유 구조체에 적용된 다음 건조 동안 또는 열 처리 동안 결합이 일어날 수 있다. 동일한 방법이 역시 친수성 결합제 물질을 섬유-섬유 접촉 영역에 우선적으로 도포하는데에도 사용될 수 있다. 이 방법에서는, 섬유가 구조화 조성물과 혼합된 후에 결합제 물질이 적용될 수 있으며, 이 때 결합제 물질의 적어도 일부분이 섬유와 먼저 혼합되는 구조화 조성물 중에 처음부터 함유되지 않고, 적어도 1종의 비기체 상을 포함하는 구조화 조성물에 의해 섬유가 구조화된 후에 섬유상 망상구조에 추가의 결합제를 적용시킴으로써 추가의 결합제 물질이 섬유와 혼합된다. 따라서, 한 실시태양에서는, 결합제 물질을 포함하는 구조화 조성물과 섬유를 혼합시키는 단계는 2 단계로 일어나서, 먼저 섬유를 전구 구조화 조성물과 혼합시킨 다음 결합제 물질의 전체 또는 일부분이 구조화된 섬유상 망상구조에 첨가된다. 예를 들면, 제1 화합물을 함유하는 점성 포옴을 사용하여 섬유를 구조화시킬 수 있으며, 이 때 제2 화합물을 연무 또는 증기 또는 기체로 섬유 구조체에 적용시켜 제1 및 제2 화합물들이 반응하여 안정한 결합제 물질을 형성시키도록 한다. 추가로, 섬유상-포옴은 가교결합제를 분무시키거나 또는 구조화 조성물 중에서 전구체 결합제 물질의 중합을 개시시키는 기체 상을 적용시킴으로써 안정화될 수 있다. 따라서, 결합제 물질을 포함하는 구조화 조성물과 친수성 섬유의 혼합 단계는 실제로 2개의 부단계로 일어날 수 있는데, 이 때 제1 부단계는 섬유와 구조화 조성물의 일부분의 혼합이고, 제2 부단계는 결합제 물질 또는 결합제 물질의 성분들의 첨가 또는 결합제 물질을 생성시키는 반응이다. 제2 부단계는 섬유가 상기 구조화 조성물의 일부분에 의해 물리적으로 재배열되고 구조화된 후에 일어날 수 있다. 따라서, 결합제 물질은 처음에 섬유와 혼합된 구조화 조성물 중에 존재할 수 있거나 또는 결합제 물질의 일부분이, 섬유가 구조화 조성물과 또는 구조화 조성물의 일부분과 혼합된 후에 첨가될 수 있거나 또는 전구체 결합제 물질이 나중에 후속되는 반응 또는 물리적 또는 화학적 변화 (예를 들면 전구체 결합제 물질이 고유적으로 건조, 열 처리, 방사선 처리, 구조화 조성물 중에 존재하는 다른 성분들과의 반응시 등에 결합제로서 작용할 수 있는 경우, 전구체 결합제 물질 역시 결합제 물질으로 말해질 수 있지만) 시에 결합제 물질으로 되는 구조화 조성물 중에 존재할 수 있거나, 또는 전구체 결합제 물질이 나중에 섬유 및 구조화 조성물의 혼합물에 적용되는 시약과의 후속 반응시에 결합제 물질이 될 수 있다. 예를 들면, 수지 (결합제 물질 전구체) 및 중합제를 갖는 이액형 에폭시 접착제가 2 단계로 전달될 수 있는 결합제 물질의 예를 나타낸다. 별도의 가교결합제 또는 중합 개시제를 갖는 다른 수지도 또한 당 업계에 공지되어 있다.
많은 실시태양에서, 섬유들을 함께 결합시키는 단계는 수불용성 결합을 형성시키는 결합제 물질의 경화, 중합 또는 가교결합을 포함한다. 열, 방사선 및 화학 처리를 사용하여 가교결합 또는 결합 형성을 촉진시킬 수 있다.
섬유들을 함께 결합시키는 단계는 임의의 순서로 일어날 수 있다. 보통, 제거가능한 상의 제거 후 또는 동안에 일어나게 되지만, 섬유 결합은 구조화 조성물과의 혼합 동안에도 일어날 수 있고, 일반적으로 제거가능한 상의 제거 전에 일어날 수 있다.
구조화 조성물 및 결합제 물질은 일반적으로, 특히 수용액 또는 현탁액을 사용하여 구조화 조성물을 형성시켰을 경우에 건조되어야 할 필요가 있다. 건조는 당 업계에 공지된 임의의 방법에 의할 수 있지만, 바랍직하게는 구조체의 높은 공극률을 유지시키기 위하여 비압축식 건조이다. 어느 정도의 압축 건조, 예를 들면 건조기 직물로부터의 장력 하에서의 가열 드럼과의 접촉에 의한 압축식 건조를 사용하여 벌크를 원하는 수준으로 감소시킬 수 있으며, 칼렌더링, 엠보싱, 천공 또는 압착도 또한 필요에 따라, 원하는 벌크도, 유연도, 균일성 또는 다른 목적들을 달성하기 위하여 수행될 수 있다.
친수성 발포 시스템에 대한 발포제 및 소수성 포옴을 생성시키는 다른 방법은 초흡수성 포옴 재료 분야에 공지되어 있다. 발포된, 수 팽윤성 중합체 흡수성 재료는 수 팽윤성 특성을 가질 수 있고 산 형태의 산 기를 함유할 수 있는 중합체를 산 기를 중화시킬 수 있는 발포제와 접촉시킴으로써 제조될 수 있다. 탄산염 발포제는 사용된 단량체의 단량체 용액에 첨가되어 초흡수성 중합체를 형성시킬 수 있다. 폴리올레핀 포옴 생성 분야에 공지되어 있는 것, 예를 들면 유기 질소 화합물 (예를 들면, 아조디카본아미드), 중탄산나트륨 및 시트르산 혼합물, 수소화붕소나트륨 등을 포함하는 다른 발포제도 본 발명에 채택될 수 있다.
본 발명에 사용하기 위한 포옴 생성 기술은 본 명세서에서 참고문헌으로 인용하고 있는 1997년 7월 29일에 특허된 미국 특허 제5,652,194호 "Process for Making Thin-Wet Absorbent Foam Materials for Aqueous Body Fluids"에 기재되어 있는 고 내부상 비 유화액 (High-Internal-Phase-Ratio Emulsions; HIPE) 기술이다. 참고문헌에 설명되어 있는 바와 같이, 붕괴된 중합체 포옴 재료는 대표적으로는 특정 타입의 유중수 유화액을 중합시켜 제조할 수 있다. 이러한 유화액은 비교적 소량의 중합가능한 단량체 함유 오일 상 및 비교적 다량의 단량체가 없는 수 상으로부터 형성된다. 따라서 비교적 단량체가 없는 불연속 "내부" 수 상이 연속 단량체 함유 오일 상에 의해 둘러싸여진 분산된 액적을 형성한다. 후속되는 연속 오일 상 중에서의 단량체들의 중합반응은 기포성 발포 구조체를 형성시킨다. 발포 구조체 중에 잔류하는 수 액체는 압착, 열 건조 및(또는) 진공 탈수에 의해 제거될 수 있다. 유중수 유화액으로부처 제조된 포옴을 포함하는 중합체 포옴은 특성상 비교적 독립 셀을 갖거나 또는 바람직하게는 비교적 연속기포를 가질 수 있다.
HIPE-타입 중합체 포옴은, 비교적 단량체가 없는 액체가 중합가능한 단량체-함유 액체 중에서 액적 또는 "버블"로서 분산에 이어 액적을 둘러싸는 단량체 함유 액체 중에서의 단량체의 중합이 이어질 때 발생되는 구조체로서 특성화될 수 있다. 본 발명을 위하여, 섬유들은 믹서 또는 다른 방법으로 연속 상 중에 분산될 수 있다. 중합반응시에, 섬유들은 발포 구조체 중에 트랩핑되어 포옴의 셀들 사이의 지주의 일부분을 형성한다. 섬유는 포옴의 붕괴를 막아서 고 벌크를 유지시키는 것을 도울 수 있다.
생성된 중합된 분산액은, 셀들의 경계 또는 벽이 고상의 중합된 재료를 포함하는 셀들의 응집물인 다공성 고화된 구조의 형태일 수 있다. 셀 그 자체는 비교적 단령체가 없는 액체를 함유하고, 이것은 중합반응 전에 액체 분산액 중에 형성된 액적을 가졌다.
이들 HIPE 유화액의 오일 상은 (a) 실질적으로 수불용성 일관능성 유리질 단량체 약 5 내지 약 40 중량%; (b) 실질적으로 수불용성 일관능성 고무상 공단량체 약 30 내지 약 80 중량%; (c) 실질적으로 수불용성 다관능성 가교결합제 성분 약 10 내지 약 40 중량%를 갖는 단량체 성분을 약 67 중량% 내지 약 98 중량% 포함한다. 오일 상은 추가로 오일 상 중에 가용성인 유화제 상분 약 2 내지 약 33 중량%를 추가로 포함하며, 중합반응에 안정한 유화액을 제공하게 된다. 이들 HIPE 유화액의 물 또는 "내부" 상은 수용성 전해질 약 0.2 내지 약 20 중량%를 함유하는 수용액을 포함한다. 이들 HIPE 유화액 중의 수 상 대 오일 상의 중량비는 약 12:1 내지 약 10:1 범위이다. 중합된 포옴은 뒤이어 탈수되어 (이전의 세척/처리 단계와 함께 또는 없이) 붕괴된 발포 재료를 제공한다.
본 발명의 방법의 중요한 면은 유화액 형성 및 중합반응 단계를 HIPE 유화액 중에 형성된 비교적 작은 물 액적의 합체가 감소되도록 하는 방식으로 수행된다는 것이다. 이것은 생성된 중합체 발포 재료 중에 약 50 미크론 이하의 수 평균 셀 크기를 야기시킨다. 이러한 합체의 감소는 이하 설명되는 바와 같이, 특정 유화제 시스템의 사용에 의해, 중합반응 (경화) 동안 보다 낮은 온도의 사용에 의해, 또는 이 둘 모두의 사용에 의해 일정하게 달성될 수 있다. 게다가, 이들 얇은 붕괴된 흡수성 중합체 발포 재료는 잠재적으로 상업적인 규모로 및 잠재적으로 합리적인 또는 낮은 비용으로 본 발명의 방법에 따라 일정하게 제조될 수 있다.
본 발명에 따르면, 제지 섬유를 포함하는 포옴-유사 구조체를 붕괴시키는 것이 필수적인 것은 아니다. 사실상, 특히 습윤 탄성 섬유, 예를 들면 화학적으로 가교결합된 섬유 (예를 들면, 포옴 유사 구조체 내로의 혼입 전에 가교결합된) 또는 고수율 섬유가 사용될 때, 무작위로 배향된 섬유들이 붕괴를 견딜 수 있고 고 벌크 구조체가 습윤되었을 때 그의 배위를 유지하도록 도울 수 있다.
다른 유용한 포옴 생성 기술은 중합체 용액의 열 유도된 상 분리 (TIPS)를 포함한다. 이 기술에서는, 상 분리를 유도시키기 위하여, 액체-액체 상 분리 또는 중합체 결정화를 통해 중합체 용액을 급냉시킨다.
TIPS 방법이 연속 중합체-풍부 상의 형성을 야기시킬 때, 2개의 추가의 가공 단계들이 포옴을 야기시킬 수 있다. 먼저, 상 분리된 용액의 형태가 중합체의 유리화 또는 결정화를 통해 보존된다. 이 단계는 데믹스드 (demixed) 용액 소규모 형태를 보존시킨다. 이어서, 동결 건조 또는 초임계 압출을 통해 용매를 제거시킨다. TIPS 방법은 그의 중요한 요구사항이 중합체 용해도인 일반적인 방법이다. 어택틱 폴리스티렌, 이소택틱 폴리스티렌, 폴리(4-메틸-1-펜텐), 폴리아클리로니트릴 및 수용성 중합체, 예를 들면 (카르복시메틸)셀룰로스, 폴리(아크릴산) 및 덱스트란을 포함하는 많은 상이한 중합체들을 사용하는 TIPS로 저 밀도 미세기포 포옴이 제조되었다. 수용성 중합체가 그들의 흡수 섬유 구조체의 흡수성을 유지시키거나 또는 향상시킬 수 있는 능력 때문에 특히 바람직하다.
포옴을 생성시키기 위한 다른 공지된 방법으로는 중공 구 충전제, 예를 들면 중공 미세구 또는 중공 거대구의 사용을 포함하며, 이것은 구조 매트릭스의 성분들 사이의 공극을 차지한다. 중공 구의 껍질을 이어서 기계적인 힘, 예를 들면 압축으로 파괴시키거나 또는 제거시켜 껍질의 파괴 또는 제거 전에 중공 구에 의해 이미 차지된 공간을 포함하는 오픈 셀을 생성시킨다. 미세구는 직경이 약 10 미크론 내지 1 mm일 수 있고 대표적으로는 1 내지 약 5 미크론의 껍질 두께를 가지는 반면, 거대구는 약 1 mm보다 큰 직경을 갖는다. 중공 구는 일반적으로 유리 또는 바람직하게는, 적어도 부분적으로는 용매에 의해 또는 열 분해에 의해 제거될 수 있는 중합체 재료이다. 발포 생성을 위한 중공 구는 슈토브 (F.A. Shutov)에 의해 문헌 [the chapter, "Syntactic Polymer Foams" in Handbook of Polymeric Foams and Foam Technology, ed. D. Klempner and K.C. Frisch, Hanser Publ., New York, 1991, pp. 355 to 359]에 기재되어 있다.
많은 방법들을 사용하여 본 발명의 구조를 갖는 섬유 망상구조를 형성시킬 수 있음을 강조한다. 포옴-형성 기술은 계면활성제 및 중합체 안정제와 함께 교반 또는 공기 주입의 사용에 이은 동결-건조 또는 다른 건조 방법, 화학적 발포제, 제거가능한 발포-주형 셀 (섬유상 지주들 사이에 공극을 남기는 성형 후에 구조체 냉에서 수축되거나 또는 구조체로부터 제거될 수 있는 소정의 크기 및(또는) 크기 분포를 갖는 고상물; 제거는 용매 추출, 승화 및 당 업계에 공지된 다른 기술에 의할 수 있음)의 첨가 등을 포함하여, 당 업계에 공지된 임의의 것을 포함할 수 있다.
건조 및 임의의 후속되는 경화 또는 열 경화 단계 전에 발포된 혼합물이 형성될 수 있지만, 여전히 임의의 바람직한 형태로 성형가능한 형태로 있다. 예를 들면, 이것을 사용하여 고벌크 평면 재료, 예를 들면 뒤이어 흡수 용품에 바람직한 크기 또는 형태로 절단될 수 있는 절연 또는 슬라브를 제조할 수 있거나 또는, 이것은 신발, 스포츠용 헬멧, 땀 패드 또는 땀 밴드 등과 같은 의류 용품내로 착용되도록 사용되거나 또는 장 운동물 함유용 형태를 갖는 섹션 또는 흡수 용품 중의 신체-착용 요소에 적합한 3차원 형태로 직접적으로 성형될 수 있다.
사용하기 위한 흡수 섬유 구조체의 연속 웹의 제조를 위해서는, 많은 방법들이 사용될 수 있다. 예를 들면, 큰 고전단 믹서를 사용하여 섬유 및 구조화 조성물의 발포된 혼합물을 제조할 수 있으며, 이것은 이어서 압출되고, 팽창되고, 코팅되고, 스크랩핑되거나 또는 이동 메쉬 또는 벨트 상으로 부어져서 미발달 발포된 웹 또는 발포층을 형성할 수 있다. 이어서 발포층은 웹을 약간 압축시키는 제2의 이동 웹 또는 이동 윤곽 요소와의 접촉에 의해 소정의 두께 또는 윤곽을 갖는 구조체로 성형되거나 형태를 가질 수 있다. 웹은 이동 윤곽 요소에 의해 픽업되거나 또는 원래의 벨트 또는 와이어 상에 남아 있을 수 있으며, 그 후에 경화되거나 또는 완전히 건조된 다음, 필요에 따라 절단되거나 또는 롤, 시트들의 스택 또는 포장된 일군의 흡수 섬유 구조체로 전환될 수 있다.
상기한 연속 방법용 장치는 슬러리 또는 건조 섬유로서의 섬유와 결합제 물질을 포함하는 (상기 결합제 물질은 중합되거나 또는 반응되어 결합제로서 효과적이게 되어야 하는 전구체 결합제 물질을 포함할 수 있음) 발포성 구조화 조성물의 혼합물을 생성시키기 위하여 임의의 공지된 믹서, 예를 들면 회전 믹서, 압출 장치, 이축 스크류 믹서, 고전단 믹서, 교반기 등을 포함할 수 있다. 믹서는 발포 작용에 의해 구조화되고, 여기서 벨트 또는 성형 장치 상에 부착되는, 평면 웹 및 모양을 갖는 웹 또는 이동 성형 장치를 포함하는 이동가능한 벨트 또는 웹으로 이동된다. 바람직하게는, 이동 벨트 또는 웹을 통해 상기 층으로부터의 상기 구조화 조성물의 실질적인 배수는 없다. 이어서 부착된 발포된 층을 건조시키고, 필요에 따라 추가로 처리하여, 오븐, 방사선실 (적외선, 전자 비임, 자외선 등을 포함), 기체 또는 액체 반응물들이 인가되어 경화를 행하는 화학 반응실 등일 수 있는 경화 장치에서 수불용성 결합을 생성시킨다.
한 실시태양에서는, 섬유화된 또는 분쇄된 플러프 펄프의 건조, 에어 레잉된 웹을 먼저 이동 벨트 상에 부착시켜 매트를 형성시킨다. 이어서 매트를, 나중에 매트의 섬유들을 재배열시키는데 적합한 포옴으로 전환되는 액체 형태이거나, 또는 섬유상 매트 내로 침투하고 추가로 팽창하거나, 팽윤하거나 또는 다른 방식으로 이동하여 섬유상 매트에 새로운 구조체를 제공하는 이미 생성된 포옴 형태의 구조화 조성물로 함침시킨다. 어느 경우에서나, 함침에 의한 구조화 조성물의 첨가는 섬유 및 구조화 조성물의 혼합물을 생성시킨다. 구조화 조성물은 섬유가 구좌화 조성물의 작용에 의해 재배열된 후에 혼합물에 가해지는 건조 또는 다른 처리 (예를 들면, 열 처리, 화학적 가교결합, 방사선 등)에 의해 경화되는 결합제 물질을 포함한다. 이 경우에 제거가능한 상은 이산화탄소, 공기, 수증기, 질소 화합물 또는 포옴 생성 방법에 공지된 임의의 기체일 수 있는 기체이다. 생성된 흡수 섬유 구조체는 바람직하게는 구조화 조성물의 함침 전에 섬유상 매트보다 높은 벌크를 갖는 팽창된 섬유 구조체이다.
상기한 방법에 대한 장치로는 햄머밀과 같은 섬유화시키거나 또는 섬유를 분쇄시키기 위한 임의의 공지된 장치를 포함할 수 있다. 제지 섬유 또는 다른 친수성 섬유는 공기에 의해, 섬유상 매트의 부착을 개선시키기 위하여 벨트를 통한 공기 흐름을 가능하게 하도록 다공성일 수 있는 이동 벨트 상의 섬유상 매트 내로 부착된다. 이어서 함침 장치는 발포성 구조화 조성물을 매트에 인가시킨다. 포옴용 헤드박스, 또는 다른 노즐, 스크랩퍼 등은 구조화 조성물을 매트로 만들 수 있거나 또는 섬유가 부착될 때 에아-레잉실 또는 장치 중에서 미스터 또는 스프레이 장치에 의해 인가될 수 있다. 구조화 조성물은 바람직하게는 섬유와의 접촉 후에 및 섬유를 재구조화시키고 바람직하게는 매트를 팽창시키는 경화 전에 팽창된다. 이어서 재구조화된 섬유상 매트를, 매트가 그 위에 부착되는 벨트 상에서 또는 상기 벨트로부터 제거되어 다른 이동 표면 상에 위치한 후에 경화 장치로 들어간다. 경화 장치에서는, 구조화 조성물 중의 결합제로부터 수불용성 결합이 형성되어 안정된 오픈 흡수 섬유 구조체를 생성시킨다.
이동 벨트 상에 발포된 연속 층을 제조하는데 있어서, 제지 및 부직포 가공 분야에 공지된 많은 작업을 사용하여 바람직한 특성 및 구조체를 생성시킬 수 있고, 포옴 및 섬유를 소정의 혀태로 재구조화시키는데 사용될 수도 있다. 예를 들면, 층 특성, 연속기포 구조, 섬유 배향 등에 소정의 비등방성을 야기시키기 위하여 포옴이 벨트 상으로 부어지거나, 스트랩핑되거나, 블로잉되거나, 압출되거나 브러싱되거나, 플렁 (flung)되거나 할 때 이동하는 벨트 및 포옴 사이의 한정된 속도 차이가 있을 수 있다. 또한, 이동 벨트 또는 이동 성형 장치 상으로 방출될 때, 헤드박스, 유동 스프레더, 압출기, 오버플로우 와이어 등으로부터의 포옴 스트림 또는 젯 사이에 0이 아닌 충돌 각이 있을 수 있다. 미발달의 반경화 또는 경화된 흡수 섬유 구조체는, 한정된 속도 차리로 한 이동 벨트로부터 다른 벨트 또는 직물로 전달되는 시차 속도 전달을 행할 수 있다. 전달이 급하게 행해질 때, 즉 제2 벨트 또는 직물이 제1 이동 벨트보다 낮은 속도로 이동할 때, 재료는 줄어지고 기계 방향으로의 증가된 신축이 부여된다. 보다 빠른 이동 벨트로의 전달을 사용하여 미발달의 반경화 또는 경화된 흡수 섬유 구조체를 신축시킬 수 있다. 흡수 섬유 구조체는 또한 텍스쳐를 개질시키고, 신축성을 부여하고, 가용성을 증가시키기 위해서 등으로 크레이핑될 수 있다. 흡수 섬유 구조체는 또한 건조된 또는 경화된 상태로 또는 건조 또는 경화가 완료되기 전에 엠보싱되거나, 스코어링될 수 있다.
흡수 섬유 구조체는 구조체를 신축가능한 텍스쳐 또는 육안적 구조, 예를 들면 사인 파 또는 주름-유사 구조를 부여하도록 성형시킴으로써, 1개 이상의 평면내 방향으로 신장가능하게 및 바람직하게는 1개 이상의 평면내 방향으로 탄성적으로 신장가능하게 제조될 수 있다. 탄성 결합제의 사용이 용품 중에 탄성 연장성을 생성시키는데 있어서 바람직하다. 성형 외에, 기계적 방법은 추가로 연장성을 부여할 수 있으며, 예시적인 방법으로는 러쉬 전달, 크레이핑, 수축 또는 평면 내에 주름, 크레이프 폴드 또는 아코디언 유사 구조를 생성시키는 평면내 압착, 또는 신축되었을 때 신장될 수 있는 오프닝을 생성시키는 천공 또는 슬릿팅을 들 수 있다. 흡수 섬유 구조체는 또한 탄성 또는 신축성 재료와 함께 적층될 수 있다.
연장성, 신축성 또는 탄성적으로 연장성인 흡수 섬유 구조체를 포함하는 흡수 용품의 제조에서, 다른 성분, 예를 들면 표면시트 또는 배면시트는 적합한 성형 (예를 들면, 열 성형 또는 진공 성형)에 의해 또는, 표면시트가 신축되었을 때 개방될 수 있는 재료 중의 폴드를 제공하기 위한 표면시트 재료 상의 플리이팅, 주름잡기, 스탬핑 또는 링 롤링과 같은 기계적 작업을 수행함으로써 연장가능하게 또는 신축성으로 제조될 수 있다. 개구 및 슬릿은 신축되었을 때 연장성을 제공할 수 있다. 엘라스토머 필름, 탄성 밴드 또는 사, 신축성 크레이핑된 티슈 또는 다른 신축성 성분들과의 적층도 행해질 수 있다. 상기 방법들은 체액을 흡수하기 위한 흡수 용품의 제조 분야에 공지된 표면시트 재료 및 커버시트 재료 중의 다수 상에서 수행될 수 있다.
흡수 섬유 구조체의 연속 웹이 흡수 용품에 사용하기 바람직한 형태로 성형되거나, 형태를 갖거나 또는 절단될 수 있다. 미발달 반경화된 또는 겨화된 흡수 섬유 구조체의 절단은 수압식 젯, 에어 나이프, 다이 및 스탬프, 금속 블레이드 또는 톱, 레이저 등을 사용하여 수행될 수 있다. 흡수 섬유 구조체는 흡수 용품의 고속 조립에 공지된 방법을 사용하여 탄성 필름 또는 사, 개구 필름을 포함하는 플라스틱 필름, 부직 웹, 예를 들면 스펀본드 또는 멜트블로운 층, 에어 레잉된 재료, 크레이핑되거나 또는 크레이핑되지 않은 티슈 웹, 공성형 복합 재료, 초흡수성 재료 및 섬유, 생분해성 웹, 적층된 구조체, 연속기포 및 독립 셀 포옴을 포함하는 다른 발포 층 및 망상 연속기포 웹, 직물, 예를 들면 면 웹, 플러프 펄프 매트, 활성화된 카본 재료 등과 함께 적층되거나, 결합되거나 또는 커플링될 수 있다.
흡수 섬유 구조체의 연속 또는 배치식 제조에서, 다양한 기초 중량을 갖는 발포된 구조체를 이동 벨트 상에 위치시키거나 또는 미발달 흡수 섬유 구조체를 부착 동안에 또는 성형된 지지체 위의 평면 상의 과량의 재료를 제거시키는 스크랩핑 또는 균전 공정 후에 상이한 양을 수용하는 성형된 또는 모양부착된 지지체 표면에 부착시키는 것에 의해, 구조체에는 성형 동안에 불균일한 기초 중량 또는 두께 분포가 부여될 수 있다. 별법으로는, 3차원 질량 또는 두께 분포는, 경화 또는 건조 후를 포함하는 나중에, 선택된 부분의 절단 또는 공기 제거에 의해서와 같이 원하지 않는 재료의 제거에 의해 달성될 수 있다. 두께는 불균일한 표면에 대한 압축 또는 엠보싱에 의해 불균일하게 변화될 수 있다.
셀 크기 또는 다공도와 같은 재료 특성의 구배는 다양한 방법으로 달성될 수 있다. 몇몇 실시태양에서는, 중량 또는 다른 신체 힘의 영향 하에서 발포 재료가 한 표면 상에 큰 버블 또는 기공 형태를 가질려는 경향을 갖게 된다. 스킨은 또한 발포된 구조체가 벨트와 같은 고상 표면에 인접하게 건조되거나 또는 경화될 때 표면 상에 형성될 수 있으며, 따라서 특성의 구배를 생성시킨다. 2개 이상의 발포된 층들을, 적층된 헤드박스로부터의 부착에 의해 또는 별도의 흐름 스프레더 또는 압출기의 사용에 의해서와 같이, 한 개의 층을 이룬 층 내로 합하여, 각 층, 예를 들면 연목을 함유하는 한 층 및 경목 섬유를 함유하는 다른 층, 또는 다른 층보다 습윤성 (보다 친수성)인 결합제 물질을 갖는 층, 또는 다른 층과는 달리 팽윤성 재료를 포함하는 한 층에 상이한 다공도 및 재료 특성을 갖는 흡수 섬유 구조체를 생성시킬 수 있다. 흡수 섬유 구조체의 층을 이루지 않은 1개의 층의 경우에, 구조체를 건조 또는 경화시키기 위해 취해진 단계들은 1면 또는 표면을 다른 층의 다른 부분과는 상이한 조건에 노출시켜 특성에 있어서 잠재적인 구배를 생성시킨다. 예를 들면, 열 처리 또는 기체상 시약에 대한 노출에 의한 발포제의 활성화는 층의 다른 표면이 이동 벨트 또는 다른 표면 상에 머무르는 동안 층의 노출된 표면에서 노출이 주로 행해질 때 버블의 구배를 야기시킬 수 있다. 흡수 섬유 구조체에 대한 가열된 표면의 압착은 또한 우선적으로는 구조체의 한 면을 치밀화시키거나 또는 개질시킬 수 있다. 천공, 랜싱 (Lancing), 엠보싱 브러싱 및 다른 기계적 처리가, 처리의 정도 및 깊이의 선택적 적용에 의래 평면내에서 또는 두께 바향으로 다른 구배를 형성시키도록 행해질 수 있다.
결합제 물질으로서의 가교결합된 중합체
가교결합된 중합체는 본 발명에 적합한 결합제 물질의 유용한 군을 나타낸다. 가교결합은 예를 들면 수용성 중합체를 수불용성으로 만들기 위하여 수용성 중합체 상에서 행해질 수 있고, 본 발명의 동결 건조된 재료 및 다른 실시태양의 제조에 특히 유용할 수 있다. 중합체의 가교결합은 일반적으로 중합체가 용액 중에 있는 동안 또는 흡수성 포옴을 생성하는데 사용된 용액으로부터 용매가 제거된 후에 일어날 수 있다. 이러한 중합체의 가교결합은 일반적으로 2개의 상이한 타입의 가교결합제들 중의 어느 하나에 의해 달성될 수 있다.
한 타입의 가교결합제는 잠재성 가교결합제이다. 적합한 잠재성 가교결합제는 일반적으로 내부 잠재성 가교결합제이거나 또는 외부 잠재성 가교결합제이다. 내부 잠재성 가교결합제는 일반적으로 중합체를 제조하는데 사용된 단량체 또는 단량체들에 공중합가능하고, 따라서 일반적으로는 1개 이상의 비닐기 및 염기 중합체 상의 측기와 반응할 수 있는 1개의 관능기 또는 관능성, 예를 들면 폴리아크릴산나트륨 중합체 상의 카르복실기 (-COO-) 또는 폴리아크릴산 중합체 상의 카르복실산기 (-COOH)를 포함한다. 적합한 공중합가능한 가교결합제의 예로는 에틸렌 불포화된 단량체, 예를 들면 에티렌 글리콜 비닐 에테르 및 아미노 프로필 비닐 에테르를 들 수 있다.
외부 잠재성 가교결합제는 일반적으로, 예를 들면 중합체가 중합체를 제조하는데 사용된 단량치 또는 단량체들로부터 형성되고(거나) 중합체가 용매와 혼하되어 용액을 형성한 후에 중합체 그 자체를 가교결합시킨다. 잠재성 가교결합제는 일반적으로 전반적인 중합반응 과정에는 참여하지 않지만, 대신에 적절한 가교결합 조건이 제공되는 시간 상의 나중 지점에서 반응성이다. 적합한 후처리 조건으로는 약 60 ℃ 이상의 온도와 같은 열처리의 사용, 자외선에의 노광, 전자파에의 노출, 증기 또는 고습도 처리, 고압 처리 또는 유기 용매의 처리를 들 수 있다. 일반적으로 열-처리의 경우, 최상의 결과는 약 50 ℃ 내지 약 250 ℃, 보다 구체적으로는 약 80 ℃ 내지 약 250 ℃, 더욱 더 바람직하게는 약 100 ℃ 내지 약 200 ℃, 가장 구체적으로는 약 100 ℃ 내지 약 160 ℃의 온도를 필요로 할 수 있다.
적합한 외부 가교결합제는 중합체의 카르복실, 카르복실산, 아미노 또는 히드록실기와 반응할 수 있는 2개 이상의 관능기 또는 관능성을 갖는 임의의 유기 화합물이다. 이러한 유기 가교결합제는 디아민, 폴리아민, 디올 및 폴리올 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터, 특히 1급 디올, 1급 폴리올, 1급 디아민 및 1급 폴리아민 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이 바람직하다. 디올 및 폴리올 중에서, 보다 긴, 예를 들면 4 이상의 탄소 사슬 길이를 갖는 것이 일반적으로 유리하다. 구체적으로는, 가교결합제는 키토산 글루타메이트, 타입 A 젤라틴, 디에틸렌트리아민, 에틸렌 글리콜, 부틸렌 글리콜, 폴리비닐 알콜, 하이알루론산, 폴리에틸렌 이민 및 그들의 유도체 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 디른 적합한 유기 가교결합제로는 모노클로로아세트산, 클로로아세트산나트륨, 시트르산, 부탄 테트라카르복실산 및 아미노산, 예를 들면 아스파트산 및 이들의 혼합물을 들 수 있다. 시트르산은 셀룰로스 및(또는) 셀룰로스 유도체, 예를 들면 CMC와 혼합된 다음 승온에서 처리되었을 때 가교결합 및 습윤 탄성을 촉진시키는데 있어서 특히 바람직할 수 있다. 다른 적합한 잠재성 가교결합제는 1개 이상의 양의 전하를 갖는 금속 이온, 예를 들면 Al3+, Fe3+, Ce3+, Ce4+, Ti4+, Zr4+및 Cr3+을 포함한다. 적합한 금속 이온 가교결합제는 일반적으로 빈 d-궤도를 갖는 전이 원소의 이온을 포함한다. 적합한 금속 이온 가교결합제로는 AlCl3, FeCl3, Ce2(SO4)3, Zr(NH4)4(CO3)4및 Ce(NH4)4(SO4)4·2H2O, 다른 공지된 금속 이온 화합물 및 그들의 혼합물을 들 수 있다. 상기 금속 이온 가교결합제는 특정 중합체와 함께 사용될 때, 중합체 상의 카르복실, 카르복실산, 아미노 또는 히드록실기ㅘ 이온 결합을 형성하는 것으로 생각되어진다. 단지 2의 양의 전하를 갖는 금속 이온, 예를 들면 Zn2+, Ca2+, 또는 Mg2+역시 특정 중합체에 대한 가교결합제로서 적합하다.
중합체가 양이온 중합체일 때, 적합한 가교결합제는 폴리음이온 물질, 예를 들면 폴리아크릴산나트륨, 카르복시메틸 셀룰로스 또는 폴리포스페이트이다.
특정 중합체가 행할 수 있는 제2 타입의 가교결합 메카니즘은 중합체가 일반적으로 수불용성인 높은 결정도를 갖는 보다 높은 차원의 구조체를 형성하도록 중합체의 고화 과정 동안에 중합체 사슬의 거대분자 재배치를 포함한다. 상기 가교결합 방법에 적합한 중합체로는 폴리비닐 알콜, 키토산 및 보다 낮은 카르복시메틸화도를 갖는 카르복시메틸 셀룰로스를 들 수 있지만, 이들로 제한되지는 않는다. 중합체의 추가의 강한 결합은 일반적으로 수불용성 재료를 야기시킬 수 있는 고화 과정 동안 중합체 사슬들 사이에 형성될 수 있다. 이러한 거동의 예는 불용성 재료를 형성하는 폴리비닐 알콜에서의 강한 수소 결합이다. 밀접하게 관련된 거동은 이들을 수 팽윤성이지만 수불용성으로 만드는 수용성 폴리우레탄 재료 중에서 경질 및 연질 세그먼트의 형성이다.
중합체 용액 겔 방법에 적합한 가교결합제는 또한 일반적으로 2가지의 상이한 타입 즉, 내부 중합가능한 또는 외부 가교결합제이다. 제1 타입의 가교결합제는 중합가능하지만 즉각적인 가교결합제이다. 적합한 중합가능한 가교결합제는 일반적으로 중합체를 제조하는데 사용된 단량체 또는 단량체들에 대해 반응성이고, 따라서 일반적으로 단량체들과 반응할 수 있는 2개 이상의 관능기 또는 관능성을 포함한다. 적합한 중합가능한 가교결합제의 예로서는, 에틸렌 불포화 단량체, 예를 들면 유리 라디칼 중합반응을 위한 N,N'-메틸렌 비스-아크릴아미드 및 축합 중합반응을 위한 폴리아민 또는 폴리올을 들 수 있다. 제2 타입의 가교결합제는 가교결합이 잠재성이 아니고, 가교결합 반응을 개시시키기 위하여 추가의 조건을 필요로 하지 않는 용액 단계에서 중합체의 카르복실, 카르복실산, 아미노 또는 히드록실기와 반응할 수 있는 2개 이상의 관능기 또는 관능성을 갖는 반응성 화합물이다. 적합한 가교결합제는 알데히드, 예를 들면 글루타르알데히드 또는 글리시딜 에테르, 예를 들면 폴리에틸렌 글리콜 디글리시딜 에테르로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
중합체 용액 중에서 또는 회수된 중합체 상에서 가교결합된 중합체 망상구조를 형성시키는 다른 접근법은 전자 비입 조사 또는 전자파 조사와 같은 고에너지 처리를 사용하여 중합체 중에 유리 라디칼을 형성시키고 이것은 이어서 가교결합 점을 생성시키는데 사용된다. 이 방법은 가교결합제가 흡수성 포옴을 생성하는데 사용되지 않는 경우에 적용될 수 있지만, 이들로 제한되지는 않는다.
가교결합제가 사용되는 경우, 가교결합제는 유리하게는 흡수성 포옴 중에 존재하는 가교결합제 및 중합체의 총 중량을 기준하여 약 0.01 중량% 내지 약 20 중량%, 보다 유리하게는 약 0.05 중량% 내지 약 10 중량%, 및 적합하게는 약 0.1 중량% 내지 약 5 중량%의 양으로 사용되는 것이 일반적으로 바람직하다.
일반적으로, 가교결합 촉매가 필요하지 않지만, 본 발명의 흡수성 포옴을 생성하기 위하여 중합체의 가교결합을 돕는 것이 유리할 수 있다. 예를 들면, 시트르산이 가교결합제로 사용될 경우, 유리하게는 차아황산나트륨이 가교결합 촉매로 사용된다. 가교결합 촉매가 사용될 경우, 가교결합 촉매는 사용된 중합체의 총 중량을 기준하여 약 0.01 내지 약 3 중량%, 적합하게는 약 0.1 내지 약 1 중량%의 양으로 사용되는 것이 일반적으로 바람직하다.
용어 및 시험 방법의 정의
"포옴"은 구조체 전체에 걸쳐 연속적인 셀 벽의 지지 고체 격자를 갖는 2상의 기체-고체 시스템이다. 포옴 중의 기체 (대표적으로는 공기) 상은 일반적으로, 종종 셀로 불리는 빈 포켓 중에 분포된다. "연속기포 발포체"는 다수개의 서로 연결되어 있는 3차원적으로 분지된 중합체 물질의 웹에 의해 형성되는 셀 형태의 실질적인 빈 공간을 갖는데, 이 때 셀은 대표적으로는 한 셀로부터 다른 셀로 유체 소통을 가능하게 하는 개구를 갖는다. 달리 말하면, 포옴의 개개의 셀은 대부분의 경우에 셀 벽의 중합체 물질에 의해 서로로부터 완전히 격리되어 있지 않다. 따라서 이러한 실질적으로 연속기포 포옴 구조의 셀은 포옴 구조 내에서 한 셀로부터 다른 셀로의 용이한 유체 전달이 가능하도록 충분히 큰 셀내 개구 또는 "윈도우"를 갖는다. 본 발명에 유용한 연속기포 포옴은 일반적으로 망상 특징을 갖는다. 연속기포 포옴 구조체의 분지된 웹을 구성하는 중합체 물질의 가닥을 "지주"로 언급할 수 있다. 상호 연결된 셀을 갖는 스폰지 유사 물질이 연속기포 포옴의 예이다.
본 발명의 목적상, 적어도 1 미크론 크기인 포옴 구조체 중의 셀의 적어도 80%가 적어도 1개의 인접 셀과 유체 소통하는 경우, 포옴 물질은 "연속기포"이다. 별법으로는, 포옴 물질은 이론적으로 이용할 수 있는 기공 부피의 적어도 80%인 이용가능한 기공 부피의 측정치를 갖는 경우 포옴 물질은 실질적으로 연속기포인 것으로 간주될 수 있다. HIPE 포옴의 경우, 이론적으로 이용할 수 있는 기공 부피는 포옴 물질이 이로부터 형성되는 HIPE 유화액의 물 대 오일 중량비에 의해 결정될 수 있다.
"프라지어 투과도"는 샘플을 가로질러 물 12.7 mm(0.5 인치)의 공기압 차이를 갖는 물질의 평방 미터(평방 피트) 당의 공기 흐름 분 당 표준 입방 미터(입방 피트)로 측정된다. 샘플은 프라지어 투과도 시험에 대하여 실질적으로 평면적이어야 하며, 약 30 gsm의 기초 중량을 가져야 한다. 본 발명의 물질은 약 15.23 m3/m2·분(약 50 cfm) 이상, 보다 구체적으로는 약 30.46 m3/m2·분(약 100 cfm) 이상, 더욱 더 구체적으로는 약 60.93 m3/m2·분(약 200 cfm) 이상 및 가장 구체적으로는 약 121.85 m3/m2·분(약 400 cfm) 이상, 및 약 22.85 m3/m2·분 내지 약 335.06 m3/m2·분(약 75 cfm 내지 약 1100 cfm)의 예시적인 범위를 가질 수 있다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, 흡수 섬유 구조체는, 구조체가 적어도 한 표면으로부터 대향하는 표면으로 기체가 샘플을 통과할 수 있도록 하는 연속적으로 연결된 공극을 갖는 경우 "오픈"이다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, 연속기포 포옴 구조체 또는 흡수 섬유 구조체는, 섬유 지주에 의해 형성되는 경계를 갖는 셀을 포함하는 제1 군 및 이웃하는 섬유들 사이의 보다 작은 기공을 형성하는 제2 군의 2가지 이상의 별도의 군의 기공이 있을 경우에 "이형태 기공"을 갖는다. 달리 말하면, 섬유를 전혀 또는 비교적 거의 갖지 않는 별도의 셀이 이웃하는 또는 인접하는 섬유들 사이의 기공 공간으로 뚜렷하게 정의될 수 있도록 흡수 섬유 구조체 중의 섬유 분포가 물질의 공간 전체에 걸쳐 균일하지 않다. 따라서, 섬유들은 우선적으로 두드러진 이전의 버블의 벽 또는 윈도우로 이름붙여질 수 있는 것을 따라 분포된다. 본 발명의 흡수 섬유 구조체는 이형태 기공 및 섬유들의 이종 분포를 가질 수 있지만, 특정 실시태양에서는, 예를 들면 동결 건조에 의해 제조되는 것은 섬유의 분포에 있어서 비교적 높은 정도의 공간적인 균일함도를 나타낼 수 있고, 따라서 본 명세서에서 정의되는 바와 같은 이형태 기공 분포가 부족하다. 이러한 이형태 기공의 정의는 그들 섬유 그 자체 내에서 미세기공을 고려하지 않는다.
본 명세서에서 사용되었을 때, 흡수 섬유 구조체는, American Society of Testing and Mannuals (ASTM)에 의해 제공되는 각종 포옴을 위한 가요성 시험에 기초를 둔 변형된 가요성 시험을 만족시키는 경우에 "가요성"이다. 구체적으로는, 가요성 포옴은 20 x 2.5 x 2.5 cm 조각을 20 ℃에서 1 랩/5 초의 균일한 속도로 2.5 cm 축 주위에 랩핑시켰을 때 파열되지 않는 것이다. "강성" 포옴은 상기한 시험에서 파열되는 것이다. 본 발명의 흡수 섬유 구조체는 가요성 또는 강성일 수 있으며, 특정 흡수 용품에서 일부 신체 착용 분야의 경우에 가요성 포옴이 바람직하다.
본 명세서에서 사용된 "습윤 가요성"은 셀구조의 유기 중합체 포옴 생성물의 가요성을 측정하는데 사용된, ASTM D 3574-86, 3.3에 주어진 포옴 가요성 시험 방법의 변형된 형태에 의해 결정된다. 이러한 변형된 시험은 37 ℃에서 상업적으로 입수할 수 있는 식염 용액, 예를 들면 S/P 인증된 혈액 은행 식염수 (Stephens Scientific of Riverdale, N.J., Baxter Healtjcare of McGraw Park, III이 카탈로그 #B3158-1 하에 분배함)로 그의 자유 흡수능으로까지 포화시킨 7 x 0.8 x 0.8 cm인 흡수 섬유 구조체 샘플을 이용한다. 스트립 중에 연부 결함을 도입시키지 않는 이들 샘플을 제조하는데 절단 과정을 사용하는 것이 중요하다. 포화된 흡수 섬유 구조체 스트립은 5 초에 1랩의 균일한 속도로 2.5 cm 직경의 원통형 축 주위에서 굴곡된다. 흡수 섬유 구조체가 이 시험 동안에 인렬되거나 또는 파괴되지 않을 때, 즉 1회의 굴곡 사이클을 통과한 후에 물질이 습윤 가요성인 경우, 흡수 섬유 구조체는 가요성인 것으로 간주된다.
본 명세서에서 사용된 용어 "팽창된 섬유 구조체"는 섬유 및 구조화 조성물의 초기 혼합물보다 더 큰 육안적 부피를 갖는 본 발명에 따른 흡수 섬유 구조체이다. 보다 큰 부피를 가짐으로써, 공극률도 또한 섬유 및 구조화 조성물의 초기 혼합물보다 팽창된 섬유 구조체에서 상당히 더 크게 될 것이다. 팽창된 섬유 구조체의 부피는 초기 혼합물 부피의 약 10% 이상, 보다 구체적으로는 약 100% 이상, 더욱 더 구체적으로는 약 200% 이상, 가장 구체적으로는 약 50% 내지 약 100% 더 클 수 있다. 예로서, 육안적 부피는 대표적으로는 용품을 압축시키지 않고서 용품 주위를 필름 수축-랩핑하여 형성되는 부피와 같이 볼 수 있다. 추가로, 당 업계의 통상의 숙련인이 흡수 섬유 구조체가 팽창된 섬유 구조체인지를 결정하는데 있어서, "초기 혼합물"이 존재하는 적절한 시간상의 위치를 확인할 수 없는 어떤 이유가 있을 경우, "초기 혼합물"은 구조화 조성물과 소수성 섬유 사이의 혼합 접촉으로부터 처음 3초 내에 생성된 혼합물을 말하는 것이다.
본 명세서에서 사용된 "중합체 포옴"은 벌크 중합체 내에 빈 공간을 생성시킴으로써 실질적으로 밀도를 감소시켜 제조한 물질이다. 이들은 연속기포 또는 독립기포일 수 있다. 이들 셀의 성질 및 셀 크기는 중합체의 많은 특성들을 결정한다. 예를 들면, 경 중량 및 저 열전도도는 종래의 포옴의 대표적인 특성이다. 종래의 폴리스티렌 포옴의 밀도는 직경이 50-100 마이크로미터인 독립기포를 가질 때 0.02 내지 0.2 g/cc 범위이다.
본 명세서에서 사용된 "임계 밀도"는 섬유 매트 또는 패드가 73 ℉에서 탈이온수로 완전히 포화되었을 때 붕괴되지도 또는 포화되지도 않게 되는 밀도를 말한다. 제지 섬유의 경우, 임계 밀도는 일반적으로 0.2 그램/cc로 인용되지만, 실제로는 약 0.17 내지 0.25 그램/cc 범위이고, 이것은 일반적으로 대표적인 포옴의 밀도보다 더 높다. 습식 레잉된 종이 시트는 임계 밀도 근처의 밀도를 갖기 쉽다. 본 발명의 흡수 섬유 구조체는 임계 밀도가 건조 흡수 섬유 구조체 밀도보다 적어도 2, 4, 6, 10, 20 또는 30배 이상 더 크도록 임계 밀도 훨씬 아래의 초기 밀도로 제조된다. 그러나, 칼렌더링 또는 다른 형태의 기계적 압축 후에 흡수 섬유 구조체의 밀도는, 압축된 흡수 섬유 구조체의 밀도가 임계 밀도보다 약 1.2배 이상, 보다 구체적으로는 1.5배 이상, 더욱 더 구체적으로는 약 2배 이상 더 크도록 임계 밀도에 근접하거나 또는 그 이상일 수 있다.
"건조 결합제 물질 질량 비율"은 구조화 조성물의 오븐 건조 질량을 흡수 섬유 구조체를 제조하는데 사용된 건조 섬유 및 오븐 건조 구조화 조성물의 합한 질량으로 나누 것이다. 문맥에서 "오븐 건조"는 칭량한 물질 또는 용품을 실질적으로 모든 제거할 수분을 몰아내도록 105 ℃에서 20분 이상 동안 건조시키는 것을 의미한다. 본 발명의 흡수 섬유 구조체는 약 0.8 이하, 구체적으로는 약 0.6 이하, 보다 구체적으로는 약 0.5 이하, 더욱 더 구체적으로는 약 0.3 이하, 가장 구체적으로는 약 0.1 이하의 건조 결합제 물질 질량 비율을 가질 수 있다.
본 명세서에서 사용된 "생분해가능한"이란 화합물이 미생물 및(또는) 자연적인 환경적 요인에 의해 궁극적으로는 이산화탄소 및 물로 완전히 분해될 수 있는 능력을 말한다.
본 명세서에서 사용될 때, 용어 "소수성"이란 공기 중에서의 물의 접촉각이 적어도 90 도인 물질을 말한다. 대조적으로, 본 명세서에서 사용될 때 용어 "친수성"이란 공기 중에서의 물의 접촉각이 90 도 미만인 물질을 말한다. 본 출원을 위하여, 접촉각 측정치는 본 명세서에서 참고문헌으로 인용하고 있는 문헌 [로버트 굳 (Robert J. Good) 및 로버트 스트롬버그 (Robert J. Stromberg) Ed., "Surface and Colloid Science - Experimental Methods", Vol. II (Plenum Press, 1979)]에 기재되어 있는 바와 같이 결정하였다. 본 발명의 흡수 섬유 구조체는 일반적으로 제조되었을 때 친수성이고, 따라서 일반적으로 이들을 친수성으로 만들기 위한 임의의 후석 처리를 필요로 하지 않는다. 이것은 포옴의 중합체 물질이 고유적으로 친수성이 아닌 당 업계에 공지되어 있는 대다수 흡수 포옴과는 대조적이다.
본 명세서에서 사용된 용어 "계면활성제"는 1개의 계면활성제 또는 2개 이상의 계면활성제의 혼합물을 포함한다. 2개 이상의 계면활성제의 혼합물이 사용될 경우, 계면활성제는, 단지 혼합물 중에 존재하는 계면활성제들이 서로에 대하여 혼화성이기만 하면, 동일하거나 또는 상이한 군으로부터 선택될 수 있다. 일반적으로, 계면활성제는 음이온계, 양이온계 및 비이온계 계면활성제를 포함하여, 당 업계의 통상의 숙련인에게 공지된 임의의 계면활성제일 수 있다. 음이온계 계면활성제의 예로서는, 특히 직쇄 및 분지쇄 소듐 알킬벤젠술포네이트, 직쇄 및 분지쇄 알킬 술페이트 및 직쇄 및 분지쇄 알킬 에톡시 술페이트를 들 수 있다. 양이온계 계면활성제는 예로서, 우지 트리메틸암모늄 클로라이드를 포함한다. 비이온계 계면활성제의 예로서는, 역시 단지 예로서, 알킬 폴리에톡실레이트; 폴리에톡실화 알킬페놀; 지방산 에탄올 아미드 및 에틸렌 옥시드, 프로필렌 옥시드 및 알콜의 복합 중합체를 들 수 있다.
본 명세서에서 사용된 결합제 물질의 "결합제 습윤 강도:건조 강조 비"는 섬유들이 단지 결합제 물질에 의해 결합되어 있는 섬유 구조체 중에서의 건조 인장 강도에 대한 습윤 인장 강도의 비이다. 습윤 인장 강도는 샘플을 2 분 동안 물로 완전히 습윤시킨 후에 측정하여, 이어서 Tappi 상태조절된 건조 샘플의 인장 강도로 나눈다. 물에 의해 공격받거나, 팽윤되거나, 화학적으로 변화되거나 또는 용해되지 않는 결합제는 본질적으로 1.0의 결합제 습윤 강도:건조 강도 비를 갖는 것으로 추정된다.
본 명세서에서 사용된 "비압축 건조"는 건조 과정 동안에 웹의 일부분의 상당한 치밀화 또는 압축을 야기시키는 압축 닙 또는 다른 단계를 포함하지 않는 셀룰로스 웹을 건조시키기 위한 건조 방법을 말한다. 상기 방법으로는 통기 건조; 에어 젯 충돌 건조; 비접촉 건조, 예를 들면 공기 부유 건조, 과열된 수증기의 통과 또는 충돌; 전자파 건조 및 다른 고주파 또는 전자 건조 방법; 초임계액에 의한 물 추출; 비기체상 저 표면 장력 유체에 의한 물 추출; 적외선 건조 및 다른 방법을 들 수 있다.
"하중하 흡수도" (AUL)는 기계적인 하중 하에서 물질의 액체 보유능의 척도이다. 이것은 물질 1 그램이 인가된 하중 또는 약 0.02 atm(약 0.3 파운드/평방 인치)의 구속력 하에서 1 시간 내에 흡수할 수 있는, 염화나트륨 0.9 중량%를 함유하는 수용액의 그램 단위의 양을 측정하는 시험에 의해 결정된다.
AUL 장치는 M/K Systems (Danners, Mass.)으로부터 입수할 수 있는 GATS (중력 흡수도 시험 시스템)와 유사하고, 본 명세서에서 참고문헌으로 인용하고 있는 켈렌버거 (Kellenberger)의 1992년 9월 15일에 특허된 미국 특허 제5,147,343호에 기재되어 있는 바와 같은 요구 흡수도 시험기 (Demand Absorbency Tester; DAT)를 포함한다. 다공성 플레이트의 상부에 수압식 헤드 (양의 압력도 아니고, 흡입도 아님)가 없도록 저장조로부터 다공성 플레이트로 전달되는, 액체 식염 용액, 0.9 (w/w)% NaCl을 제공하기 위하여, 2.5 cm 직경 면적 내에 제한된 포트를 갖는 편평한 다공성 플레이트가 사용된다. 따라서, 유체는 다공성 플레이트로부터 액체를 이동시키기 위하여 상당한 모관 압력 배리어를 극복하지 않고서 흡수체 내로 흡수될 수 있다. 플레이트로부터 흡수된 유체를, 저장조로부터 제거되어 픕수체 내로 흡수되는 액체의 양을 측정하는 전자 저울 상에 놓여져 있는 저장조로부터의 액체로 대체시킨다. 다공성 플레이트 상의 샘플은 확실하게 동심성이도록 약간 기계가공된 25.4 mm(1 인치)의 내부 직경을 갖는 열가소성 튜브의 섹션 내에 위치된다. 100 메쉬 스텐레스 강 와이어 클로쓰를 실린더의 바닥에 융합시켜 샘플 및 그 안의 임의의 미립자들을 구속시킨다. 실린더의 내부를 변형시키지 않고 편평하고 평활한 바닥을 유지하기 위하여 주의를 기울여야 한다. 피스톤 4.4 g을 25.4 mm(1 인치) 직경의 고체 물질 (예를 들면, 플렉시글라스)로부터 제조하고, 실린더 중에서의 결합없이 꼭 맞도록 기계가공시켰다. 피스톤 상에 위치하는 표준 100 gm 추를 사용하여 유아 기저귀에서 일반적으로 경험할 수 있는 21,000 다인/평방 cm (약 0.02 atm(약 0.3 psi))의 구속 하중을 제공한다. 포옴-유사 섬유 물질 또는 포옴을 사용하여 시험을 수행하기 위하여, 샘플 튜브 내에서 자유로이 맞도록 하기 위하여 25.4 mm(1 인치)보다 약간 더 작은 직경을 갖는 원형 디스크로 절단시킨다. 샘플 질량은 약 0.05 g 내지 약 0.16 g이어야 한다.
이 시험은 DAT의 포트 상에서의 증발을 없애면서 양호한 접촉이 확실하게 이루어지도록 한 다음 포화가 일어나도록 하기 위하여, 3 cm 직경의 GF/A 유리 필터 페이퍼를 다공성 플레이트 상에 위치시킴으로써 (종이는 실린더의 외부 직경보다 작고 내부 직경보다 큰 크기를 갖는다) 개시된다. 시험하고자 하는 물질을 AUL 장치의 바닥에 있는 와이어 클로쓰 상에 위치시킨다. 이어서 시험 동안에 샘플이 방해받지 않도록 보호하고 또한 전체 샘플 상에 하중을 균일하게 인가하는 작용을 하는, 중량이 4.4 그램이고 약 25.273 mm(0.995 인치)의 직경을 갖는 플라스틱 스페이서 디스크로 샘플을 덮었다. 실린더 중에서 샘플 상에 추 및 피스톤을 주의깊게 위치시킨 후, AUL 장치를 유리 필터 페이퍼 상에 위치시킨다. 스트립 차트 리코더를 사용하여 직접 손으로, 또는 직접 데이타 취득 시스템 내로 유체 픽업량을 시간의 함수로 모니터한다.
1 시간 후에 측정된 유체 픽업량이 시험된 물질의 건조 그램 당의 액체 그램으로 나타낸, AUL 값이다.
본 발명의 물질의 AUL 값은 6 그램/그램 이상, 보다 구체적으로는 약 10 그램/그램 이상, 더욱 더 구체적으로는 약 15 그램/그램 이상, 가장 구체적으로는 약 25 그램/그램 이상일 수 있으며, 예를 들면 약 9 내지 약 40 그램/그램 범위이다. 초흡수성 물질 또는 팽윤성 결합제 물질의 첨가 없이 높은 AUL 값이 달성될 수 있지만, 초흡수성 물질의 흡수 섬유 구조체 내로의 혼입을 통해 특히 높은 AUL 값이 가능하다. 초흡수성 물질은 초흡수성 섬유, 친수성 섬유에 결합된 입자, 느슨한 입자로서, 또는 결합제 물질 및 구조화 조성물의 성분으로서 혼입될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 "유리 팽윤능" (FS)은 물질 1 그램이 무시할 수 있을 정도의 인가된 하중 하에서 1 시간 내에 흡수할 수 있는, 염화나트륨 0.9 중량%를 함유하는 수용액의 그램 단위의 양을 측정하는 시험의 결과이다. 시험은 샘플 상에 100 g 추를 위치시키지 않는 것을 제외하고는 상기 AUL 시험에 대하여 설명한 바와 동일하게 수행한다.
본 발명의 유리 팽윤능은 8 그램/그램 이상, 보다 구체적으로는 10 그램/그램 이상, 더욱 더 구체적으로는 20 그램/그램 이상, 가장 구체적으로는 30 그램/그램 이상일 수 있다.
본 명세서에서 사용된 "유리 팽윤:AUL 비"는 AUL에 대한 유리 팽윤능의 비율이다. 일반적으로는 1보다 크게 된다. 값이 보다 높을수록, 물질에 압축 하중에 보다 감응성이며, 이것은 샘플이 그의 잠재적인 기공 부피 및 모관 흡입 잠재력을 하중 하에서 유지할 수 있는 능력이 부족함을 의미한다. 바람직하게는, 본 발명의 물질은 약 4 이하, 보다 구체적으로는 약 2 이하, 더욱 더 구체적으로는 약 1.5 이하, 가장 구체적으로는 약 1.3 이하를 갖고, 예로서는 약 1.2 내지 약 2.5 범위이다.
"셀 기공 크기" 및 "셀 벽 두께"는 각각 포옴 (또는 흡수 섬유 구조체) 중의 셀의 특징적인 크기 및 인접하는 셀들 사이의 벽의 두께의 측정치이다. 상기 측정을 행하는데 있어서, 샘플을 날카로운 면도날로 절단시킨다. 절단된 포옴을 구리 테이프를 사용하여 금속 스텁에 부착시키고 12 kV 비임 전압 (메사추세츠추 윌밍톤 소재의 Electroscan Corporation의 모델 E-2020, 또는 유사한 장치)을 사용하여 환경 주사 전자 현미경으로 영상화하였다. 샘플 실압은 약 1.2 토르이다. 조성물에서의 임의의 변량을 식별할 수 있는 이점을 갖는, 환경 후반산란 전자 검출기를 사용하여 영상들을 수집하였다. 배율은 시험 샘플의 크기에 따라 변화하며, 샘플의 일반적인 고찰을 위해서는 150 배율이 바람직하고, 셀 벽 두께 및 셀 크기를 측정하기 위해서는 2500 배율이 바람직하다. 셀 벽 두께 및 셀 크기 측정치는 환경 주사 전자 현미경 상에 직접 얻을 수 있다. 셀 벽 두께 측정을 위한 수작업 측정도 사용된다. 각 샘플의 셀 벽 두께 및 셀 크기는 적어도 20회의 측정치로부터 평균한다.
본 명세서에서 사용된 "제지 섬유"는 모든 공지된 셀룰로스 섬유 또는 셀룰로스 섬유를 포함하는 섬유 믹스를 포함한다. 본 발명의 웹을 제조하는데 적합한 섬유는 비목재 섬유, 예를 들면 면, 마닐라삼, 양마, 사바이 그라스, 아마, 아프리카나래새, 짚, 황마, 대마, 사탕수수찌끼, 유액분비식물 풀솜 섬유, 및 파인애플 잎 섬유; 및 목재 섬유, 예를 들면 연목 섬유, 예를 들면 노던 및 서던 연목 크라프트 섬유; 경목 섬유, 예를 들면 유칼립투스, 단풍나무, 자작나무, 사시나무포플러 등을 포함하는 활엽수 및 침엽수로부터 얻은 것을 포함하지만, 이들로 제한되지는 않는 임의의 천연 또는 합성 셀룰로스 섬유를 포함한다. 목재 섬유는 고수율 또는 저수율 형태로 제조될 수 있고, 크라프트, 술파이트, 쇄목, TMP, RMP, CTMP, BCTMP를 포함하는 임의의 공지된 방법 및 다른 공지된 펄프화 방법으로 펄프화될 수 있다. 표백된 경우, 임의의 공지된 표백 방법이 사용될 수 있다. 합성 셀룰로스 섬유 타입으로는 모든 그의 변체로서의 레이온 및 비스코스로부터 유도된 다른 섬유 또는 화학적으로 개질된 셀룰로스를 들 수 있다. 화학적으로 처리된 천연 셀룰로스계 섬유, 예를 들면 실켓가공된 펄프, 화학적으로 강화된 또는 가교결합된 섬유, 술폰화된 섬유 등이 사용될 수 있다. 제지 섬유를 제조하는데 있어서 양호한 기계적 특성을 위해서는, 섬유가 비교적 손상되지 않고 대체로 정제되지 않거나 또는 단지 가볍게 정제된 것이 바람직하다. 재활용된 섬유가 사용될 수 있지만, 미사용 섬유가 일반적으로 그들의 기계적 특성 및 오염물이 없기 때문에 바람직하다. 실켓가공된 섬유, 재생 셀룰로스 섬유, 마이크로브에 의해 제조된 셀룰로스, 레이온 및 다른 셀룰로스 물질 또는 셀룰로스 유도체가 사용될 수 있다. 적합한 제지 섬유는 또한 재활용된 섬유, 미사용 섬유 또는 이들의 혼합물을 들 수 있다. 고벌크 및 양호한 압축 특성을 나타낼 수 있는 특정 실시태양에서는, 섬유가 200 이상, 보다 구체적으로는 300 이상, 더욱 더 구체적으로는 400 이상, 가장 구체적으로는 500 이상의 캐나다 표준 자유도를 가질 수 있다.
본 명세서에서 사용된 "고수율 펄프 섬유"는 약 65% 또는 그 이상, 보다 구체적으로는 약 75% 또는 그 이상, 및 더욱 더 구체적으로는 약 75 내지 약 95%의 수율을 제공하는 펄프화 방법에 의해 제조된 펄프의 제지 섬유이다. 수율은 초기 목재 질량의 %로 표현된 가공처리된 섬유의 생성된 양이다. 고수율 펄프로는 표백된 화학열기계 펄프 (BCTMP), 화학열기계 펄프 (CTMP) 압력/압력 열기계 펄프 (PTMP), 열기계 펄프 (TMP), 열기계 화학 펄프 (TMCP), 고수율 술파이트 펄프 및 고수율 크라프트 펄프를 들 수 있으며, 이들 모두는 많은 양의 리그닌을 갖는 섬유를 함유한다. 특징적인 고수율 섬유는 약 1% 또는 그 이상, 보다 구체적으로는 약 3% 또는 그 이상, 더욱 더 구체적으로는 약 2% 내지 약 25%의 질량 기준 리그닌 함량을 가질 수 있다. 마찬가지로, 고수율 섬유는 20보다 큰, 예를 들면 30보다 큰 카파 수를 가질 수 있다. 바람직한 고수율 펄프 섬유는, 펄프화 및 임의적인 표백 단계에 의해 제조된 후 및 건조 베일 또는 웹으로 성형되기 전에 한 실시태양에서는, 고 자유도 (200 캐나다 표준 자유도 (CSF) 또는 그 이상, 보다 구체적으로는 250 CSF 또는 그 이상, 더욱 더 구체적으로는 400 CSF 또는 그 이상) 및 낮은 미분 함량 (브릿 자 시험 (Britt jar test)에 의해 25% 미만, 보다 구체적으로는 20% 미만, 더욱 더 구체적으로는 15% 미만, 더욱 더 구체적으로는 10% 미만)의 비교적 전체가 비교적 손상되지 않은 섬유로 이루어진 것으로 특성화될 수도 있다. 한 실시태양에서 고수율 섬유는 바람직하게는 주로 연목, 보다 바람직하게는 노던 연목 및 가장 바람직하게는 노던 연목 BCTMP이다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "셀룰로스"는 셀룰로스를 주성분으로 갖는, 구체적으로는 50 중량% 이상의 셀룰로스 또는 셀룰로스 유도체를 포함하는 임의의 재료를 포함하는 것을 뜻한다. 따라서, 용어는 면, 대표적인 목재 펄프, 셀룰로스 아세테이트, 셀룰로스 트리아세테이트, 레이온, 열기계 목재 펄프, 화학 목재 펄프, 박리된 화학 목재 펄프, 유액분비식물, 세균 셀룰로스 등을 포함한다.
"보수성 값 (WRV)"은 본 발명의 목적에 유용한 일부 섬유를 특성화시키는데 사용될 수 있는 척도이다. WRV는 섬유 0.5 그램을 탈이온수 중에 분산시키고, 밤동안 침지시킨 다음, 1000 G에서 20분 동안 바닥에 100 메쉬 스크린을 갖는 48.26 mm(1.9 인치) 직경 튜브에서 섬유들을 원심분리시켜 측정된다. 샘플을 칭량한 다음, 105 ℃에서 2 시간 동안 건조시킨 다음 다시 칭량한다. WRV는 (습윤 중량-건조 중량)/건조 중량이다. 본 발명의 목적에 유용한 섬유는 약 0.7 또는 그 이상, 보다 구체적으로는 약 1 내지 약 2의 WRV를 가질 수 있다. 고수율 펄프 섬유는 대표적으로는 약 1 또는 그 이상의 WRV를 갖는다.
본 명세서에서 사용된, "흡수 용량"은 초기 16.39 cm3(1 세제곱 인치)의 흡수 섬유 재료가 실온수의 풀 (pool)과 접촉하고 있는 동안에 흡수할 수 있고 액체 물의 풀로부터 제거하여 금속 스크린 상에 지지시켜 30초 동안 드립핑 될 수 있도록 한 후에 여전히 보유되는 증류수의 양을 말한다. 흡수 용량은 건조 섬유 그램 당 보유된 물의 그램으로 표현된다. 본 발명의 구조체는 약 5 g/g 또는 그 이상의, 바람직하게는 약 7 g/g 또는 그 이상의, 보다 바람직하게는 약 8 g/g 내지 약 15 g/g, 가장 바람직하게는 약 9 g/g 또는 그 이상의 흡수 용량 값을 갖는다.
본 명세서에서 사용된 "벌크" 및 "밀도"는 달리 명시되지 않는 한, 76.2 mm(3 인치) 직경의 원형 평판으로 0.003 atm(0.05 psi)의 하중에서 측정된 두께 측정치 및 샘플의 오븐 건조 질량에 기초한다. 샘플의 두께 측정치는 적어도 4 시간 동안 상태조절 후에 타피 상태조절실 (50% RH 및 22.8℃(73℉))에서 측정된다. 샘플은 접촉 평판 면적 하에서 본질적으로 편평하고 균일해야 한다. 벌크는 cc/g 단위의 섬유 질량 당 부피로서 표현되고, 밀도는 그의 역, g/cc이다.
본 명세서에서 사용된 "습윤 벌크"는 샘플의 가습된 질량이 샘플의 건조 질량의 대략 250%일 때까지 (즉, 첨가된 수분의 딜량이 건조 샘플 질량의 150%임) 상태조절된 샘플을 탈이온수로 균일하게 분무하는 것을 제외하고는, 상기 "벌크" (0.003 atm(0.05 psi)에서)의 정의에 따른 샘플의 캘리퍼 측정치에 기초한다. 샘플이 질량을 150% 만큼 증가시키기에 충분할 정도의 수분을 분무로부터 흡수하고 보유할 수 없는 경우, 150% 이하이지만 100% 수분 첨가량 이상인 달성할 수 있는 최고 수준의 수분 첨가량이 사용되어야 한다. 습윤 벌크는 약 0.003 atm(약 0.05 psi)의 하중 하에서 실질적으로 평면의 가습된 샘플의 두께를 g/cc 단위의 오븐-건조 샘플 기본 중량으로 나누어 계산된다. 본 발명의 흡수 섬유 구조체는 약 6 ccc/g 이상, 보다 구체적으로는 약 8 cc/g 이상, 더욱 더 구체적으로는 약 10 g/cc 이상, 거욱 더 구체적으로는 약 15 g/cc 이상 및 가장 구체적으로는 약 20 g/cc 이상의 습윤 벌크를 가질 수 있으며, 예로는 약 13 cc/g 내지 약 35 cc/g 범위이다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, 물질이 과량의 물 중에 용해되어 용액을 형성하고, 이에 의해 그의 초기 형태를 상실하여 본질적으로 수용액 전체에 걸쳐 분자적으로 분산되게 되는 경우 이 물질은 "수용성"인 것으로 간주되게 된다. 대체로, 수용성 물질은, 가교 결합이 물질을 수불용성으로 만들기 쉽기 때문에 상당한 정도의 가교결합으로부터 자유롭게 된다. "수불용성"인 물질은 상기 정의에 따라 수용성인 아닌 물질이다.
본 명세서에서 사용된 용어 "수팽윤성, 수불용성"은 과량의 물에 노출되었을 때 그의 평형 부피로 팽윤되지만 물으로 용해되지는 않는 물질을 말한다. 그 때문에, 수팽윤성, 수불용성 물질은 일반적으로 물의 흡수 동안에 그의 원래의 동일성 또는 물리적 구조를, 그러나 매우 팽창된 상태로 보유하고, 따라서 이웃 물질과의 융합 및 흐름에 견디기 위해서는 충분한 물리적 일체성을 가져야 한다.
본 명세서에서 사용된 용어 "용매"는 사용된 중합체를 용해시켜 분자 수준에서 실질적으로 균일하게 분산된 혼합물을 형성시킬 수 있는, 특히 액체 형태의 물질을 나타내기 위한 것이다. 동결-건조 실시태양의 경우, 섬유 및 구조화 조성물의 혼합물 중에 사용된 용매는 먼저 동결된 다음 승화를 행할 수 있을 필요가 있으며, 이 때 용매는 그의 동결된 상태로부터 증기 상태로 직접적으로 직접적으로 이동된다. 이 때문에, 용매는 용매가 액체로부터 고체로 변하는 동결점을 가져야 한다.
본 명세서에서 사용된 요소의 "일부분"은 요소 전체를 포함하여 요소의 임의의 0이 아닌 분획물을 의미한다. 따라서, 제거가능한 상의 일부분은 예로서, 제거가능한 상의 1%, 5%, 10%, 50%, 90% 또는 100%일 수 있다. 다수개의 요소를 갖는 조성물의 일부분은 각 요소에 대하여 상이한 비율을 포함할 수 있다. 따라서, 예로서 계면활성제, 습윤 강력 수지, 전분 및 물을 포함하는 구조화 조성물의 일부분은 모든 4개의 성분들의 다양한 양을 함유하는 혼합물일 수 있거나 또는 전분, 물 및 계면활성제와 같이 성분들의 부분집합의 혼합물일 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어 "연신성"은 x-y 평면에서 그들의 치수 중의 어느 하나가 증가할 수 있는 용품을 말한다. x-y 평면은 일반적으로 용품의 면에 평향한 평면이다. 용어 연신성은 신축성 및 탄성적으로 신축성 (아래에서 정의됨)인 용품을 포함한다. 예를 들면, 흡수 코어로서 또는 흡수층으로서 또는 서지 물질로서 흡수 섬유 구조체를 포함하는 생리대의 경우, 용품 및 흡수 섬유 구조는 바람직하게는 길이 및 폭 모두에 있어서 연신성일 수 있다. 그러나, 흡수 용품은 단지 이들 방향 중의 하나에서만 연신성일 수 있다. 바람직하게는 용품은 적어도 길이방향에서 연신성이다.
흡수 섬유 구조체를 포함하는 흡수 용품 또는 흡수 섬유 구조체는 연신성 외에, 또한 신축성일 수 있다. 본 명세서에서 사용된 용어 "신축성"은 연신력이 용품에 가해질 때 연신성이고 연신에 대한 어느 정도의 저항을 갖는 용품을 말한다.
본 발명의 흡수 섬유 구조체를 포함하는 흡수 용품 또는 흡수 섬유 구조체 그 자체는 또한 탄성적으로 신축성일 수 있다. 용어 "탄성적으로 신축성" 또는 "탄성적으로 연신성"은 동의적으로 사용된다. 이들 용어는 본 명세서에서 사용될 때, 평면내 연신력이 제거되었을 때 용품 또는 흡수 섬유 구조체가 그의 연신되지 않은 또는 신축되지 않은 치수 (또는 원 치수)롤 되돌아 가려고 하는 것을 의미한다. 그러나 그의 신축되지 않은 치수로 완전히 돌아갈 필요는 없다. 그의 신축되지 않은 치수 및 연신된 치수 (또는 신축된 치수) 사이의 이완된 치수로 되돌아 갈 수 있다.
본 명세서에서 사용된 "습윤 강력제"는 습윤 상태에서 섬유들 사이에 결합을 고정화시키기 위해 사용된 물질이다. 대표적으로는, 섬유들이 이에 의해 종이 및 티슈 제품 중에 함께 고정되는 수단은 수소 결합 및 때때로 수소 결합 및 공유 결합 및(또는) 이온 결합의 혼합을 포함한다. 본 발명에서는, 섬유 대 섬유 결합 점을 고정화시키고 그들을 습윤 상태에서 파괴에 대하여 내성으로 만들 수 있는 방식으로 섬유들을 결합시킬 수 있는 물질을 제공하는 것이 바람직하다. 이 경우, 습윤 상태는 일반적으로, 제품이 물 또는 다른 수용액을 대체로 포화되어 있을 때를 의미하며, 뇨, 혈액, 점액, 월경, 흐르는 장 온동물, 림프액 및 다른 신체 배출물과 같은 체액에 의한 상당한 포화를 의미할 수도 있다.
본 발명에 적용할 수 있는 보드 및 종이에 습윤 강도를 부여할 수 있는 제지 공업에 일반적으로 사용되는 물질들이 많이 있다. 이들 물질은 당 업계에 "습윤 강력제"로 알려져 있으며, 다양한 공급원으로부터 상업적으로 입수할 수 있다. 본 발명의 목적상, 종이 웹 또는 시트에 첨가되었을 때 0.1을 초과하는 습윤 기하 인장 강도 대 건조 기하 인장 강도 비를 갖는 시트를 제공하게 되는 임의의 물질을 습윤 강력제로 말한다. 대표적으로는 이들 물질은 "영구" 습윤 강력제로서 또는 "일시" 습윤 강력제로서 불린다. 영구 습윤 강력제와 일시 습윤 강력제를 구별하기 위하여, 영구 습윤 강력제는 종이 또는 티슈 제품에 혼입되었을 때, 적어도 5분의 기간 동안 물에 노출된 후에 그의 초기 습윤 강도의 50% 또는 그 이상을 보유하는 제품을 제공하게 되는 수지로서 정의된다. 일시 습윤 강력제는 5분 동안 물로 포화된 후에 그들의 초기 습윤 강도의 50% 미만을 나타내는 것이다. 2가지 분류의 물질 모두 본 발명에 적용될 수 있다. 펄프 섬유에 첨가되는 습윤 강력제의 양은 섬유의 건조 중량을 기준하여 약 0.1 건조 중량% 이상, 보다 구체적으로는 약 0.2 건조 중량% 이상, 더욱 더 구체적으로는 약 0.1 내지 약 3 건조 중량%일 수 있다.
영구 습윤 강력제는 구조체에 다소 장기간의 습윤 탄성을 제공하게 된다. 대조적으로, 일시 습윤 강력제는 저밀도 및 고탄성을 갖는 구조체를 제공하지만, 물 또는 체액에의 노출에 대한 장기간의 저항을 갖는 구조체를 제공하지 못한다. 습윤 강도가 생성되는 메카니즘은, 섬유/섬유 결합점에서 내수성 결합을 생성시킬 수 있는 본질적인 특성이 얻어지는 한, 본 발명의 제품에 거의 영향을 미치지 않는다.
적합한 영구 습윤 강력제는 대표적으로 그들과 가교결합될 수 있는 (호모가교결합) 또는 셀룰로스 또는 다른 목재 섬유의 구성성분과 가교결합할 수 있는 수용성 양이온 올리고머 또는 중합체 수지이다. 이를 위해 가장 광범위하게 사용되는 물질은 폴리아미드-폴리아민-에피클로로히드린 (PAE) 타입 수지로 알려져 있는 중합체 군이다. 이들 물질은 케임 (Keim)의 특허 (미국 특허 제3,700,623호 및 제3,772,076호)에 설명되어 있고, 미국 델라웨어주 윌밍톤 소재의 헤르클레스 인크. (Hercules, Inc.)에 의해 KYMENE 557H로 판매되고 있다. 관련 물질들은 조지아주 아틀랜타 소재 조지아-퍼시픽 레진즈, 인크. (Georgia-Pacific Resins, Inc.) 및 노쓰 캐롤라이나주 샤롯테 소재 헨켈 케미칼 캄파니 (Henkel Chemical Co.)에 의해 시판되고 있다.
폴리아미드-에피클로로히드린 수지는 또한 본 발명에서 결합 수지로도 유용하다. 몬산토 (Monsanto)가 개발하여 산토 레스 (Santo Res) 라벨 하에 시판되는 물질은 본 발명에 사용될 수 있는 염기 활성화된 폴리아미드-에피클로로히드린 수지이다. 이들 물질은 본 명세서에서 참고문헌으로 인용하고 있는 페트로비치 (Petrivich)의 특허 (US 3,885,158; US 4,129,528; 및 US 4,147,586) 및 반 이남 (van Eenam)의 특허 (US 4,222,921)에 기재되어 있다. 비록 이들이 소비재에 흔히 사용되지 않더라도, 폴리에틸렌이민 수지는 또한 본 발명의 제품에서 결합점을 고정시키는데 적합하다. 다른 군의 영구 타입 습윤 강력제는 포름알데히드와 멜라민 또는 우레아의 반응에 의해 얻어지는 아미노플라스트 수지를 예로 들수 있다.
적합한 일시 습윤 강력 수지의 예로서는, 컨넥티컷주 스탠포드 소재의 어메리칸 사이아나미드 캄파니 (American Cyanamid Company)에 의해 파레즈 (Parez) 상표, 예를 들면 파레즈 631NC 하에 시판되는 [제 뉴저지주 웨스트 패터슨 소재의 사이텍 인더스트리즈 (Cytec Industries)로부터 입수할 수 있음] 수지를 들 수 있지만, 이들로 제한되지는 않는다. 이 수지 및 유사한 수지들은 코스시아 (Coscia) 등의 미국 특허 제3,556,932호 및 윌리엄스 (Williams) 등의 미국 특허 제3,556,933호에 기재되어 있다. 본 발명에 적용될 수 있는 다른 일시 습윤 강력제로는 내쇼날 스타치 (National Starch)로부터 CO-BOND 1000으로 시판되는 것과 같은 개질된 전분을 들 수 있다. 이들 및 관련된 전분들은 솔라렉 (Solarek) 등의 미국 특허 제4,675,394호에 기재되어 있다. 유도된 디알데히드 전분, 예를 들면 일본 특허 공개 공고 JP 03,185,197호에 기재되어 있는 것도 또한 일시 습윤 강도를 제공할 수 있다. 다른 일시 습윤 강력 물질, 예를 들면 비요퀴스트 (Bjorquist)의 미국 특허4,603,176호; 미국 특허 제4,981,557; 미국 특허 제5,008,344호; 및 미국 특허 제5,085,736호에 기재되어 있는 것도 본 발명에 사용될 수 있을 것으로 예상된다. 열거한 습윤 강력 수지의 분류 및 타입에 대해서는, 이러한 열거가 단지 예를 제공하기 위한 것으로 다른 타입의 습윤 강력 수지를 배제시키거나 또는 본 발명의 영역을 제한하기 위한 것이 아님을 이해해야 한다.
비록 상기한 습윤 강력제가 본 발명과 관련하여 사용할 때 특정 이점을 나타낼 수 있지만, 다른 타입의 결합제도 또한 필요한 습윤 탄성을 제공하는데 사용될 수 있다. 이들은 기재시트 제조 공정의 습식 종반에 적용되거나 또는 기재시트가 형성되거나 또는 건조된 후에 분무 또는 인쇄 등에 의해 적용될 수 있다.
도 1은 연속기포 포옴의 한 부분을 나타낸다.
도 2는 연속기포 포옴 특성을 갖는 본 발명의 흡수 섬유 구조체의 일부분을 나타낸다.
도 3은 흡수 섬유 구조체 중의 인접하는 섬유들을 예시한다.
도 4는 구조화 조성물로부터의 포옴 요소가 섬유에 의해 형성되는 셀을 차지하여 무상으로 남아있는 흡수 섬유 구조체를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 흡수 섬유 구조체를 포함하는 흡수 용품의 횡단면을 나타낸다.
도 6 내지 8은 결합제 물질로서 달걀 흰자 및 연목 BCTMP 섬유를 포함하는 흡수 섬유 구조체의 사진이다.
도 9 내지 12는 제지 섬유 및 CMC의 혼합물을 동결 건조시켜 제조한 흡수 섬유 구조체의 주사 전자 현미경으로 찍은 화상이다.
도 1은 공극 (5)를 둘러싸는 상호연결된 고상 매트릭스 (3)을 갖는 연속기포 포옴의 일반적인 요소 (1)을 나타낸다. 공극 (5)는 매트릭스 (3)의 주변의 세그먼트들 또는 지주 사이에 오픈 "윈도우"를 생성시키는, 튀어나온 버블 면의 일부분이었을 것이다. 도 1에 나타낸 것과 같은 다수개의 섹션은, 고상 매트릭스가 상호연결된 3차원 공극의 경계를 형성하는 3차원 형태로 배열될 수 있다.
이형태 기공을 갖는 연속기포 포옴과 유사한 구조를 갖는 흡수 섬유 구조의 일부분이 도 2에 나타나 있다. 흡수 섬유 구조의 일부분 (10)은 섬유들의 지주-유사 배열 사이에 오픈 윈도우가 형성되도록 이종적으로 배열된 다수개의 섬유 (12)를 포함한다. 주어진 지주 요소 중의 섬유들 사이의 기공 공간 (16)은 공간 부피를 둘러싸는 다수개의 상호연결된 지주들에 의해 형성된 3차원 셀 (보이지 않음) 또는 오픈 윈도우 (14)의 기공 크기보다 실질적으로 작다. 본 발명의 흡수 섬유 구조체는 도 2에 나타낸 바와 같은 2형태 기공 또는 보다 균일한 섬유 분포를 가질 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 흡수 섬유 구조체 중의 인접하는 섬유들 (20)을 보다 가까이서 살펴본 것이다. 섬유 (20)은 결합되어 부분적으로는 결합제 물질 (22)의 존재에 의해 안정화되는데, 이것은 건조 또는 경화 전에 포옴에 존재하였던 중합체 물질일 수 있다. 포옴은 대체로 붕괴되어 섬유들 사이의 셀 및 윈도우 중에 구조 물질을 비교적 거의 남기지 않고, 주로 섬유들 사이의 보다 작은 공간에 집중되어 있다.
도 4는 도 2에 기초한 다른 실시태양을 나타낸 것으로, 여기서 섬유를 구조화시키는 작용을 하는 포옴은 붕괴되지 않았지만, 부분적으로 섬유 지주 중의 섬유들 (32)에 의해 형성된 셀 중의 공극의 상당한 부분을 차지하는 흡수 섬유 구조 (30)의 구조 성분으로서 무상으로 남아있다. 여기에서는, 구조화 조성물로부터의 중합체 발포성 물질로 된 중공 구 껍질(38)이 묘사되어 있는데, 그들이 실질적으로 연속기포이고 그 안에 공극을 함유하도록 개구 (39)를 갖는 껍질은 섬유 지주에 의해 형성되는 공극과 유체 소통된다. 1개의 버블이 셀을 차지하거나 또는 다수개의 버블들이 셀을 충전시킬 수 있다. 니타낸 바와 같은 점령된 공간은 섬유간 기공 공간 (36)보다 큰 치수를 가질 수 있지만, 포옴 버블은 더 작을 수도 있다. 중합체 포옴 물질 (38)은 바람직하게는 친수성이다. 이것은 섬유들을 제자리에 고정시키는데 있어서 및 섬유들을 접착시키는데 있어서 결합제 물질로서 사용될 수 있지만, 도 3에 나타낸 바와 같이 추가의 결합제 물질이 또한 인접하는 섬유들 사이에 존재할 수도 있다.
일반적으로 포옴의 건조 또는 경화 동안에 중합체 발포성 결합제 물질 또는 구조화 조성물에 의해 형성된 임의의 버블은 친수성 섬유의 특징적인 섬유 길이보다 더 크거나 또는 작을 수 있다. 따라서, 잔류 포옴 버블의 특징적인 치수는 섬유 길이 또는 실질적으로 더 작거나 또는 더 큰 크기일 수 있다. 예를 들면, 버블의 평균 직경이 대략 섬유의 평균 길이만큼 또는 그보다 더 큰 경우, 고공극률을 제공하는 큰 연속기포가 생성되기 쉽지만, 효과적인 흡상을 위한 모관 압력이 비교적 거의 없다. 버블이 비교적 작은 경우, 생성되는 구조체는, 이웃하는 섬유들에 의해 형성되는 부피 영역 내의 다수개의 미세한 셀, 바람직하게는 연속기포로 특성화될 수 있다. 달리 말하면, 섬유들은 결합제 물질과는 별개로 그들만을 살펴볼 때, 건조 발포성 결합제 물질에 의해 형성되는 연속기포 또는 공극의 특징적인 직경보다 실질적으로 더 큰 연속기포 또는 공극을 형성하는 듯하다. 이 경우, 발포성 결합제 물질은 섬유 구조체 단독의 경우에 가능한 것 이상의 모관 압력에 기여할 수 있다. 한 실시태양에서는, 특징적인 섬유 직경에 대한 포옴 셀 직경 (발포성 결합제 물질 단독에 관해서 측정하였을 때)의 비는 약 1 이하, 구체적으로는 약 0.03 이하, 보다 구체적으로는 약 0.2 이하, 더욱 더 구체적으로는 약 0.1 이하, 가장 구체적으로는 약 0.01 내지 약 0.4이다. 발포성 결합제 물질이 섬유들에 의해 형성되는 셀보다 작은 셀을 형성하는 실시태양에서는, 발포성 결합제 물질에 의해 형성되는 셀의 절대 직경은 약 3 mm 이하, 구체적으로는 약 1 mm 이하, 보다 구체적으로는 약 0.3 mm 이하, 더욱 더 구체적으로는 약 0.1 mm 이하, 가장 구체적으로는 약 0.02 mm 내지 약 0.2 mm일 수 있다.
바람직한 실시태양에서는, 본 발명의 구조화 조성물 및(또는) 발포성 결합제 물질은 건조시에 또는 경화되었을 때 실질적으로 소수성이다. 바람직하게는, 구조화 조성물 또는 결합제 물질이 실질적으로 용융된 열가소성 물질이 없거나 또는 한 실시태양에서는 열가소성 물질이 실질적으로 없도록 열가소성 수지 또는 용융된 열가소성 수지가 아니다. 한 실시태양에서는, 결합제 물질 또는 구조화 조성물은 10 중량% 이하 및 바람직하게는 2 중량% 이하의 열가소성 물질을 함유한다. 건조되었을 때, 결합제 물질은 바람직하게는 실질적으로 친수성 (예를 들면, 40도 미만, 바람직하게는 30도 미만의 순수한 물 접촉각을 가짐)이어야 한다.
도 5는 착용자의 몸에 인접하도록 의도된 액체 투과성 커버 (46) 및 액체 불투과성 배면시트 (44) 사이에 위치하는 흡수 섬유 구조체 (42)를 포함하는 흡수 용품 (40)의 횡단면을 예시한다. 흡수 섬유 구조체는 크레이핑된 또는 크레이핑되지 않은 티슈 및 구체적으로는 성형된 통기 건조된 티슈 또는 초흡수성 물질 (보이지 않음)과 적층된 티슈의 층을 포함하여, 플러프 펄프 (보이지 않음) 또는 다른 흡수 물질의 층과 연결될 수 있다. 커버는 그 안에 개구 또는 구멍 (48)을 갖고, 이것은 신축되었을 때 연신성을 제공하기 위한 슬릿 또는 개구일 수도 있다. 용품의 모든 성분들은 신축성 또는 연신성일 수 있다. 커버 (46)은 탄성 결합을 갖거나 또는 탄성 물질에 적층된 것을 포함하여 액체 투과성 표면시트, 예를 들면 부직 웹으로 대체될 수 있다. 부직 웹은 표면시트와 흡수 섬유 구조체 (42) 사이의 추가의 요소와 합해질 수 있다. 서지층, 배면시트 (44)에 인접한 추가의 흡수 코어, 날개, 탭, 플랩, 커프스, 탄성 밴드, 냄새 흡수 물질 및 흡수 용품 및 특히 기저귀 또는 여성 패드 또는 팬티라이너 분야에 공지된 다른 요소들을 포함하여 많은 다른 요소 (보이지 않음)가 상기 흡수 용품에 포함될 수 있다. 흡수 용품을 연신성 또는 신축성으로 만들기 위하여, 흡수 섬유 구조체가 바람직하게는 연신성 또는 신축성이다. 라텍스 또는 다른 공지된 엘라스토머를 포함하는 결합제 물질과 탄성 결합을 포함할 수 있고, 탄성 사 또는 필름에 결합되거나 또는 크레이핑된 티슈와 같은 신축성 물질과 함께 적층될 수 있다.
도 6 내지 12는 이하 실시예에서 설명되는 본 발명의 실시태양들의 사진 및 현미경사진이다.
본 발명의 흡수 섬유 구조체의 주요 부분을 앞에서 설명하였지만, 이러한 구조체가 그들로 한정되는 것이 아니라 흡수 포옴의 바람직한 특성에 악영향을 미치지 않는 다른 성분들을 포함할 수 있다. 추가의 성분으로 사용될 수 있는 예시적인 물질로서는, 제한적이지 않게, 안료, 항산화제, 안정제, 가소제, 핵형성제, 계면활성제, 왁스, 흐름 촉진제, 고상 용매, 미립자, 및 흡수 포옴의 가공성을 향상시키기 위해 첨가된 물질을 들 수 있다. 상기 추가의 성분들이 흡수 포옴에 포함되는 경우, 상기 추가의 성분들이 유리하게는 약 15 중량% 이하, 보다 유리하게는 약 5 중량% 이하, 및 적합하게는 약 1 중량% 이하의 양으로 사용되는 것이 일반적으로 바람직하며, 이 때 모든 중량%는 중합체, 임의의 가교결합제 및 흡수 섬유 구조체 중에 존재하는 임의의 다른 선택적인 성분들의 양의 총 중량에 기준한다.
＜실시예 1＞
단백질계 발포성 결합제 물질로서 작용하는 보통의 신선한 난백과 분쇄된 건조 제지 섬유 (플러프)로부터 고벌크 포옴-안정화된 섬유 구조체를 제조하였다. 제1 변법에서는, 거품을 일게 한 순수한 난백을 제조하고 플러프를 점차적으로 첨가하였다. 제2 변법에서는, 난백을 소량의 시판되는 액체 식기세척 세제와 혼합하여 혼합물을 발포능을 증가시킨 다음 섬유를 첨가하였다.
제1 변볍에서는, 위스콘신 공급원으로부터의 3개의 냉장시킨 계란 (등급 A의 왕란)의 흰자를 직경이 약 127 mm(약 5 인치)인 작은 원통형 용기 중에서 선빔 (Sunbeam) 전자 계란 거품내는 기구를 사용하여 고속으로 약 4 분 동안 거품을 일게 하였다. 난백 거품의 대략 절반을 거품내는 동안에 제거하여 용기 중에서 섬유를 첨가하기에 적절한 부피를 유지시켰다. 분쇄된 건조 표백된 크라프트 유칼립터스 섬유의 작은 덩어리를, 계란 거품내는 기구가 크라프트 섬유를 포옴내로 효과적으로 분산시키기 위하여 계속해서 혼합물을 고속으로 교반시키는 동안에 용기 내에 떨어뜨렸다. 비록 저울이 사용되지 않았지만, 대략 섬유 4 그램을 계속해서 거품을 내면서 약 3 분 동안의 기간에 걸쳐 난백 포옴 내로 혼합시켰다. 혼합물은 섬유의 첨가에 따라 더 강성으로 되고, 점차적으로 용기 중에 체류하기 보다는 거품내는 기구 요소에 달라붙게 된다. 이어서 포옴-섬유 혼합물을 용기로부터 제거하여, 약 25.4 내지 50.8 mm(약 1 내지 2 인치)의 하부 반경, 약 12.7 내지 50.8 mm(약 0.5 내지 2 인치)의 높이 및 약 17.78 내지 38.1 mm(약 0.7 내지 1.5 인치)의 상부 반경을 갖는 절단된 콘과 대략 유사한 스쿱을 사용하여 공기 건조시키기 위하여 금속 플레이트 상으로 떠냈다. 1 스쿱을 전자 오븐 중에서 건조시켜 혼합물이 건조되었을 때 약 50% 이상의 높이 손실을 야기시켰다. 나머지 스쿱들을 실온에서 밤동안 건조시키고, 역시 건조 동안에 상당한 붕괴를 경험시켰다. 전자 오븐 중에서 약 1 내지 2 분 동안 최종 건조를 행하여 나머지 수분을 몰아냈다. 1 스쿱은 약 19.5 cc/g의 벌크에 대하여 15 cc의 최종 부피 및 0.77 g의 실온-건조 질량을 갖는 것으로 측정되었다. 구조체는 주로 섬유인 것처럼 보였으며, 사람 입으로부터의 부드러운 발포압 하에서 공기가 건조된 스쿱을 통해 용이하게 이동하였기 때문에 분명히 연속기포 구조이었다. 건조된 물질은 비교적 뻣뻣하게 느껴졌으며, 결합되지 않은 플러프 펄프 패드보다 분명히 더 강성이다. 습윤되었을 때, 벌키 물질의 건조시킨 스쿱은 그들의 형태를 보유하였고 분명한 친수성을 나타냈다.
높이 약 12.7 mm(약 0.5 인치)를 갖는, 금속 플레이트 상에 펼쳐진 유칼립터스-난백 혼합물의 스쿱은 건조시에 훨씬 더 큰 분괴를 경험한 것으로 관찰되었다. 높이 25.4 mm(1 인치) 이상의 보다 로프티한 스쿱은 건조시에 덜 붕괴되었다. 이론으로 형성되길 바라지는 않지만, 보다 두꺼운 스쿱은 보다 많은 섬유들이 수직 방향으로 존재할 수 있도록 하는 반면, 포옴을 얇은 패드로 만드는 스프레딩 동작은 다소 보다 많은 양의 섬유들이 수직 방향으로부터 멀리 배향되도록 하여 건조 동안에 z-방향 구조 안정성을 낮게 만드는 것으로 생각된다.
제2 변법의 경우, 소량의 AJAX (등록상표) 액체 식기세척 세제와 오렌지 색상의 유체인 항균 첨가제를 3개의 신선한 냉장 난백의 다른 배치에 첨가하여, 이들을 거품을 일게하였더니 흐린 미량의 오렌지 색상을 갖는 보다 높은 공극률의 포옴을 생성하였다. 역시, 난백 혼합물의 대략 절반을 거품을 내는 동안에 제거하여 섬유 첨가에 적절한 부피를 만들었다. 대략 동일한 부의 분쇄된 건조 표백된 크라프트 유칼립터스 및 표백된 크라프트 서던 연목 (CR54, Coosa Pines, Alabama)을 세제 및 약 1.5개의 난백의 거품을 낸 혼합물에 첨가하였는데, 첨가는 계란 거품내는 기구가 계속해서 혼합물의 거품을 내게하는 동안에 소량의 플러프를 포옴에 떨어뜨림으로써 일어났다. 대략 5 그램의 섬유를 첨가하여 단백질계 포옴 내로 분산시켰다. 강성의 고벌크 포옴을 앞에서와 같이 스쿱으로 고상 표면 상에 부착시켰다. 일부는 밤동안 건조되도록 하고, 다른 것은 약 2 시간의 공기 건조 후에 전자레인지 중에서 건조시키고, 역시 2 시간 동안의 공기 건조 후에 다른 스쿱을 종래의 키친 오븐 중에서 약 93.3℃(약 200℉)에서 약 15분 동안 건조시킨 후 전자 오븐 중에서 건조를 완료시켰다.
이렇게 제조된 경목/연목 스쿱은 세제 없이 경목만을 사용한 이전의 변법보다 높은 벌크 및 안정성을 나타냈다. 구조체는 건조 동안에 약 50% 미만의 높이 감소를 경험하였고, 약 20%의 높이 감소가 대표적이었다. 이러한 제2 변법의 스쿱의 분석은 벌크가 약 30 cc/g이었음을 나타내었다 (건조된 샘플은 애략 23 cc의 총 부피 및 약 0.78 g의 실온-건조 질량에 대하여 1.5 cm의 두께, 3 cm의 폭 및 약 5 cm의 길이를 가졌다). 비록 압축이 영구적인 공극률 손실을 야기시킬 수 있지만, 구조체가 용이하게 물을 흡수하여고, 포화되었을 때 그들의 형태를 보유하였다.
＜실시예 2＞
난백, 식기세척 세제 및 플러프 섬유의 혼합물을 실시예 1의 제2 변법에서와 같이 제조하였다. 실험 A에서는, 신선한 실온의 난백 16 g을 항균 첨가제 (Colgate-Palmolive)를 갖는 AJAX (등록상표) 액체 식기세척 세제 0.46 g과 혼합시켰다. 난백을 약 203.2 mm(약 8 인치)의 상부 직경을 갖는 플라스틱 보울 중에서 실시예 2에서와 같이 전자 계란 거품내는 기구로 약 1분 동안 거품을 일게 하였다. 유칼립터스 섬유를 3 그램이 첨가될 때까지 점차적으로 첨가하였지만, 약 2 그램의 섬유가 첨가된 후에 포옴을 붕괴되기 시작하였다. 추가의 세제 1,2 g을 첨가하고 및 물 10 g을 첨가한 후 거품을 일게 하였지만, 원하는 바와 같이 고벌크 포옴을 되돌아가지 않았다. 이론을 형성되길 바라지는 않지만, 난백 포옴은 섬유를 첨가하기 전에 적절하게 강성이지 못한 것으로 가정하였다.
실험 B에서는, 액체 세제 1.75 g을 31 g의 질량을 갖는 난백에 첨가한 다음 강성이 될 때까지 몇 분 동안 거품을 내게 하였다. 이 때, 섬유화된 유칼립터스를, 2 그램이 첨가될 때까지 계속해서 거품을 내게 하면서 점차적으로 첨가하였다. 이어서 섬유화된 서던 연목 (Coosa Pines CR1654, 플러프 형태) 2 그램을 계속해서 거품을 내게 하면서 점차적으로 첨가하였다. 결과는 안정한 고벌크 포옴이었다. 약 184 ml의 부피를 갖는 육각형 형태의 플라스틱 칭량 트레이에 습윤 포옴 14.16 g을 충전시키고, 이것을 트레이의 상부와 같은 높이가 되도록 균일하게 펼쳤다. 습윤 포옴 8.8 g의 스쿱을 제2 플레이트 중에 위치시키고, 습윤 포옴 4.7 g을 제3 플레이트 중에 위치시켰다. 3개의 부분의 공기-건조 질량은 각각 3.49 g, 2.10 g 및 1.06 g이고, 이것은 섬유에 의해 여전히 보유되어 있는 약 5% 수분을 포함하였다. 습윤되었을 때 육각형 형태의 트레이를 채운 최대 부분은 밤동안의 공기건조 후에 트레이를 여전히 실질적으로 충전시켰으나, 높이의 10-15% 수축이 일어난 것으로 평가되었다. 약 10 cc의 평가 부피를 갖는 유각형 형태의 포옴-섬유 부분의 바닥 상의 일부 큰 공극을 배제시키고, 섬유 구조체에 대하여 평가한 육안 부피는 약 155 cc이고, 이것은 약 46.7 cc/g의 육안 비압축 벌크 (건조 질량 기준에 대하여)를 제공한다. Mitotoyo 두께 측정계에 장착된 76.2 mm(3 인치) 직경의 플라스틱 평판에 의해 가해지는 0.003 atm(0.05 psi)의 하중에서, 샘플의 측정된 두께는 19.15 mm(0.754 인치)이었고, 평판 하에서의 실온 건조 샘플의 건조 질량은 약 2.7 g으로, 약 32 cc/g의 건조 벌크를 제공한다. 이어서 샘플을 스프레이 보틀로부터의 탈이온수로 분무시켜 샘플을 균일하게 습윤시켜 습윤 샘플 질량이 건조 샘플 질량의 280%인 9.4로 하였다 (76.2 mm(3 인치) 평판 하에서 7.5 g의 질량에 대응함). 매우 가습된 샘플의 벌크는 0.003 atm(0.05 psi) 하중의 평판 하에 20초 머무른 후에 측정한 두께를 기준하였을 때 16.5 cc/g이었다.
실험 C에서, 30.4 g의 질량을 갖는 실온 난백을 약 3 분 동안 액체 세제 2 g으로 거품을 내게 하여 강성의 안정한 포옴을 생성시켰다. 분쇄된 스프루스 BCTMP 펄프의 5 그램 부분 전체를 중간 속도로 계속해서 거품을 내게 하면서 점차적으로 포옴 내로 첨가하였다. 고벌크의 안정한 포옴을 3개의 플라스틱 트레이 상에 분포시켰다. 3개의 부분의 습윤 포옴은 각각 11.29g, 7.89 g 및 6.68 g의 질량을 가졌다. 한 개의 트레이를 전자레인지 내에서 약 20초 동안 부분적으로 건조시킨 다음, 모든 3개의 트레이를 밤동안 공기 건조되도록 하였다. 공기 건조된 질량은 각각 3.14 g, 2.16 g 및 1.82 g이었다. 건조시킨 BCTMP 포옴의 일부분을 트레이로부터 제거하고, 약 11.0 cc의 총 부피에 대하여 약 1.5 cm x 2.3 cm x 3.2 cm의 치수를 갖는 실질적을 직사각형 형태로 절단하였다. 약 46 cc/g의 압축되지 않은 벌크의 경우에 건조 질량은 0.24 g이었다. BCTMP 흡수 섬유 구조체의 일부분을 나중에 162 g의 하중을 갖는 76.2 mm(3 인치)의 평판으로 측정하였을 때 16.51 mm(0.65 인치)의 두께와 함께 33.02 mm x 50.8 mm(1.3 인치 x 2 인치)의 직사각형 횡단면 및 0.8 g의 실온-건조 질량을 갖도록 절단하였다. 하중은 76.2 mm(3 인치) 직경 샘플에 대하여 0.003 atm(0.05 psi)에 대응하지만, 이 경우 인가된 압력은 약 0.009 atm(약 0.136 psi)이었다. 대응하는 실온-건조 벌크는 약 32.6 cc/g이었다 (실온-건조 질량의 약 5%가 수분임을 설명함). 샘플을 탈이온수 스프레이 보틀로부터의 미세한 스프레이로 약 40초 동안의 기간에 걸쳐 2.0 g의 질량으로 습윤시켰다. 이어서 샘플을 76.2 mm(3 인치) 평판 하에 위치시키고, 0.009 atm(0.136 psi)의 압력 하에서 15초 동안 체류시킨 후 두께를 약 8.509 mm(약 0.335 인치)로 기록하였는데, 이것은 약 18.7 cc/g의 벌크를 나타낸다. 벌크는 0.003 atm(0.05 psi)의 하중에서 더욱 높을 수 있다. 추가로, Kymene (Hercules Chemical, Wilmington, Delaware)과 같은 습윤 강력 첨가제 또는 가교결합제를 첨가하면, 더욱 더 높은 습윤 벌크 값을 기재할 수 있으며, 분명히 20 cc/g 이상이다.
도 6 내지 8은 실험 C로부터의 BCTMP 흡수 섬유 구조체의 작은 부분의 사지을 나타낸다. 도 6은 약 1.3 cm의 두께 (사진에서 샘플의 바닥 표면으로부터 상부까지의 거리)를 갖는 샘플의 횡단면이다. 각종의 크고 작은 공극 또는 셀이 분명하게 나타난다.
도 7은 실험 C로부터의 샘플의 다른 부분의 외부 표면을 나타낸다. 여기서, 특징적인 셀 크기는 대표적인 섬유 길이보다 다소 작고, 역시 기공 크기 분포도 2형태인 것처럼 보이고, 인접하는 섬유들 사이에 각종의 큰 셀 및 작은 공극을 갖는다.
도 8은 분명히 포옴의 흐름에 의해 특정 방향으로 실질적으로 배향되었지만, 실질적으로 이종적으로 분포된 섬유들을 나타내는 상기 실험 C로부터의 다른 BCTMP 흡수 섬유 구조체로부터의 횡단면을 나타낸다.
난백으로 제조된 대부분의 샘플에서, 섬유들은 포옴의 작용에 의해 공간 중에 위치할 뿐만 아니라 거품내는 요소의 작용에 의해 생성되는 포옴의 흐름에 의해 배향된다는 것이 분명하였다. 섬유들은 거품내기를 중지하였을 때 포옴의 흐름 역사를 나타내는 한 위치에서 다른 위치로 변화시키는 정렬 각으로, 보다 큰 흡수 섬유 구조체의 영역 중에서 실질적으로 정렬된 것처럼 보였다.
난백의 고상물 함량을 살펴보기 위하여, 29.9 g의 질량을 갖는 난백을 105 ℃에서 약 1.5 시간 동안 건조시켜 표면적을 증가시키는 건조 동안에 작은 조각들로 나눈 다음 대부분의 난백이 백색이라기 보다는 변색될 때가지 전자레인지 중에서 뚜껑을 덮은 용기 중에서 추가로 건조시켰더니 일반적으로 외곽이 있고 경질인 것처럼 보였다. 건조시킨 질량은 4.3 g이었다. 따라서, 섬유 약 5 g을 난백 1 g에 첨가하는데 있어서, 생성된 구조체는 질량의 약 50% 이상이 섬유이게 된다. 난백에 섬유 약 4 그램을 첨가하면 약 50% 섬유를 갖는 구조체를 생성시키게 되고, 난백에 2 또는 3 그램의 섬유를 첨가하면 각각 약 30% 이상 및 약 40% 이상의 섬유를 생성시키게 된다.
＜실시예 3＞
1,000,000보다 큰 중량 평균 분자량을 갖고 샐룰로스 물질의 무수글루코스 단위 상의 카르복시메틸 기의 치환도가 약 0.7인 음이온계 중합체인 카르복시메틸셀룰로스 (CMC)를 Aqualon (Hercules Inc.의 자회사, Wilmington, Delaware)으로부터 상품명 CMC-TH 카르복시메틸셀룰로스 하에 얻었다. 625 ml의 캐나다 표준 자유도를 갖는 건조-섬유화된 유칼립터스 섬유 20 그램을 Cinibra (Brazil)로부터 구입하였다. Kitchenaid가 제조한 Hobart 믹서 중에서 상기 CMC 1.25 그램을 약 23 ℃의 온도에서 증류수 1000 그램 중에 용해시켰다. 섬유를 증류수와 혼합시킨 다음 CMC 용액에 첨가하고 다시 1시간 동안 교반시켰다. 섬유 컨시스턴시는 약 2%이었다. 이어서 슬러리를 스텐레스 강 팬으로 이동시키는데, 이 때 팬은 254 mm(10 인치) (폭) x 508 mm(20 인치) (길이) x 25.4 mm(1 인치) (깊이)의 치수를 가졌다. 이어서 팬을 뉴욕주 가디너의 The VirTis, Inc.로부터 상품명 VirTis Genesis 모델 25EL동결 건조기 하에 입수할 수 있는 동결 건조기 중에 위치시켰다. 이어서 슬러리 중의 물을 동결시키기 위하여 팬 중의 슬러리를 0.04 ℃/분의 냉각 속도에서 약 -25 ℃로 냉각시켰다. 팬 중의 슬러리를 약 1 시간 동안 약 -25 ℃로 유지시켜 물의 실질적으로 완전한 동결을 보장하였다. 동결된 슬러리를 동결 건조기 중에 정치시킨 다음, 약 -60 ℃ 내지 약 -70 ℃의 온도로 설정된 콘덴서를 갖는 진공 펌프에 의해 제공되는 약 105 밀리토르의 진공을 약 15 시간 이상 동안 가하였다. 이어서 중합체의 가교결합에 도움을 주기 위하여 생성된 구조체를 130 ℃에서 2 시간 동안 처리하였다. 생성된 섬유 구조체는 0.02 그램/cc의 밀도를 가졌으며, 미세 플라스틱 포옴과 유사한 손 촉감 및 강도를 가졌다. 이 방법을 사용하여 CMC 용액으로부처 제조된 CMC 초흡수 포옴은 미국 특허 출원 일련 번호 08/977,918, "Absorbent Foams"에 보고되어 있는 바와 같이 16.2 그램/그램의 하중하 흡수능 (AUL)을 초래하였다.
CMC-유칼립터스 흡수 섬유 구조체는 양호한 흡수를 나타냈다. 자유 팽윤능은 21.9이었고, AUL은 13.2이었다. 결합을 추가로 안정화시키기 위하여, 물질의 한 섹션을 10 분 동안 180 ℃로 가열시켜 보다 과도한 CMC의 가교결합을 촉진시켰다. 이 샘플은 열 처리에 기인한 습윤 특성에서의 두드러진 개선을 나타내는 25.3의 자유 팽윤능 값 및 17.4의 AUL을 생성시켰다. 다른 섹션을 1.1% 고성물을 갖는 Kymene 557-LX 용액으로 분무시켰다. 1.1 그램의 건조 중량을 갖는 섹션을 총 약 10.5 g의 Kymene 용액으로 양면에 분무하는 한편, 6.1 g의 실온 건조 중량을 갖는다른 섹션을 30 g의 Kymene 용액으로 분무하였다. 습윤된 샘플은 습윤되었을 때 붕괴되거나 또는 팽윤되지 않은 것처럼 보였지만, 어느 정도의 분괴가 액한 기계적 압출으로부터의 조작 동안에 일어났다. 이어서 분무된 샘플을 모두 대류 오븐 중에서 105 ℃에서 25분 동안 건조시켜 Kymene을 경화시키고, 구조체를 추가로 안정화시켰다. 대부분의 용액을 수용한 보다 작은 샘플은 건조 동안에 상당히 붕괴되어 시험하지 않았다. 다른 샘플은 분명하게 보다 높은 스프레이 하중 때문에 보다 많이 붕괴된 일부 영역을 가졌다. 스프레이 하중이 평균의 대략 2/3인 것을 평가된 연부 부근의 영역을 시험하였다. 자유 팽윤능은 22.2이었고, AUL은 13.2이었다. AUL 시험을 위한 원형 디스크 절단물의 건조 질량은 다스크 당 약 0.08 내지 0.1 g이었다. 각 경우에 자유 팽윤능 및 AUL 모두에 대하여 3개의 디스크를 시험하였으며, 상기 보고한 결과는 3회의 측정치의 평균이다. AUL 및 자유 팽윤능에 대한 표준편차는 0.5 내지 1.5 범위이다.
도 9 내지 12는 동결 건조된 포옴의 횡단면의 SEM 현미경사진이다. 도 9 및 10은 각각 100 및 250배 확대한, 섬유를 첨가하지 않은 동결-건조된 CMC 포옴을 나타낸다. 도 11 및 12는 본 실시예로부터 생성된 동결-건조된 흡수 섬유 구조체를 나타내며, 이 때 고체 상은 모두 100배의 배율에서 약 95% 친수성 섬유이다. 섬유들의 군 사이의 셀 공극이 분명하며, 조립체 전체에 걸쳐 고상 CMC 물질의 작은 가시적인 소판들이 흩어져 있다. 섬유가 제공된 경우, 공극률은 섬유가 첨가되지 않은 도 9 및 10에서보다 실질적으로 더 크다.
＜실시예 4＞
다음의 것만 달리하여 샘플을 위의 실시예 3에서와 같이 제조하였다. Hercules Inc.로부터의 Kymene 450 (로트 #907M15Ky) 형태의 액체 결합제 물질을 CMC 대신에 사용하였다. 12.5 중량%의 고체 함량을 갖는 Kymene 용액 10 그램을 실온에서 Hobart 믹서 중에서 증류수 1000 그램에 첨가하였다. 건조 섬유화된 유칼립터스 섬유 20 그램을 Kymene 용액에 첨가하였다. 동결 건조 조건은 실시예 3에서와 같았다. 열 처리를 사용하지 않았다. 고벌크의 흡수 섬유 구조체가 제조되었다.
＜실시예 5＞
결합제 물질은 B.F. Goodrich로부터의 HYCAR 26683 (로트 #634-062)인 액체 라텍스이었고, 이것은 실시예 3의 CMC를 대신하였다. 49.1 중량%의 고체 함량을 갖는 라텍스 액체 5 그램을 Hobart 믹서 중에서 실온에서 증류수 100 그램에 첨가하였다. 건조 섬유화된 유칼립터스 섬유 20 그램을 라텍스 용액에 첨가하였다. 동결 건조 조건은 실시예 3에서와 같았다. 열 처리를 사용하지 않았다. 쿠션과 같고 고무와 같은 촉감을 갖는, 연질의 매우 가요성인 흡수 섬유 구조체가 생성되었다.
＜실시예 6＞
개념적인 실시예로서, 가교결합제 또는 접착제 (예를 들면, 라텍스)와 같은 화학 결합제를 함유하는 섬유의 고컨시스턴시 수성 슬러리를 제거가능한 상을 나타내는 얼음 또는 동결된 수화물과 함께 슬러리화 시킬 수 있다. 이렇게 처리된 섬유들은 동결된 상 사이에 배치되게 되고, 이것은 섬유들을 별도로 고정시키고 셀들 사이의 예상되는 공극률을 형성하는 작용을 한다. 이어서 슬러리 중의 제거가능한 상을 동결 건조, 증발, 용매 교환 등에 의해 적어도 상당한 부분을 제거하여 섬유들을 제 자리에 둘 수 있으며, 이것은 화학 결합제, 가교결합제 또는 접착제의 도움으로 형성된 초기 결합을 가져 섬유들을 3차원의 섬유 배향 및 높은 공극률을 갖는 무작위 구조체로 고정시킬 수 있다. 이어서 구조체를 열 처리 (예를 들면 110 ℃에서 5 분 동안)에 노출시켜 상기 결합제, 가교결합제 또는 접착제를 경화시키거나 또는 완전히 활성화시킬 수 있다. 생성된 패드는 10-100 gsm 또는 그 이상의 기초 중량을 가질 수 있고, 25 cc/g의 벌크를 가질 수 있다. 패드는 특히 패드의 표면을 따라 배향된 흐름에 대한 흐름 조절용 채널을 제공하기 위하여 및 효과적인 흡상을 위한 고 모관 압력의 치밀화된 대역을 제공하기 위하여 엠보싱될 수 있다. 예를 들면, 늘어난 사인 곡선 또는 교차되어 반복되는 다이아몬드 패턴의 엠보싱이 흡상을 향상시키고 흐름을 조절하는데 있어서 유용할 수 있다. 상기 패드는 예를 들면, 여성용 패드 또는 기저귀에서 흡수 물질 또는 흡수 코어로 사용할 수 있다.
예시의 목적으로 주어진 상기한 실시예들은 본 발명의 영역을 제한하는 것을 간주되어서는 안된다는 것을 알 수 있을 것이다. 비록 본 발명의 단지 극소수의 예시적인 실시태양들만을 상기에서 상세하게 설명하였지만, 당 업계의 통상의 숙련인은 본 발명의 신규한 내용 및 이점으로부터 벗어나지 않고서도 예시적인 실시태양에 대한 수많은 변형이 가능함을 용이하게 인식할 수 있을 것이다. 따라서, 이러한 모든 변형물들은 하기하는 특허 청구의 범위 및 그들의 모든 등가물에서 정의되는 본 발명의 영역 내에 포함되는 것이다. 추가로, 일부 실시태양, 특히 바람직한 실시태양의 이점들을 모두 달성하지 못한 수많은 실시태양들이 의도될 수 있고, 특정 이점의 부재가, 상기 실시태양이 본 발명의 영역 밖이라는 필수적인 수단으로 간주되지 않아야 함을 알아야 한다.

Claims (114)

  1. a) 결합제 물질 및 제거가능한 상을 포함하는 구조화 조성물과 친수성 섬유를 혼합하여 혼합물을 형성시키는 단계,
    b) 상기 혼합물 내에서 포옴을 생성하는 단계,
    c) 실질적으로 수불용성 결합으로 상기 섬유들을 함께 연속 다공성 망상구조로 결합시키고, 이 때 상기 결합제 물질이 다공성 망상구조를 안정화시키는 단계
    를 포함함을 특징으로 하는 오픈 저밀도 흡수 섬유 구조체의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 포옴이 상기 섬유들을 함께 결합시키기 전에 혼합물 중에서 섬유들의 물리적인 재배열을 야기시키는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 포옴의 생성 후에 상기 섬유들을 적어도 2차원으로 물리적으로 재배열시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 포옴의 생성 단계가 상기 섬유들과 구조화 조성물의 혼합 단계 동안에 일어나는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 포옴의 생성 단계가 상기 혼합물 내의 화학 반응 및 발포제의 작용 중의 하나에 의해 기체를 생성시키는 것을 포함하는 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 포옴의 생성 단계가 고전단 믹서로 섬유 거품을 생성시키고, 기체를 상기 혼합물 내에 주입시키고, 중공 구를 상기 혼합물에 첨가하고, 상기 혼합물을 감압시키는 것 중의 하나를 포함하는 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제거가능한 상의 일부분을 제거하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제거가능한 상의 제거 단계가 혼합물 내에서 기체 버블로부터 기체를 방출시키는 것을 포함하는 방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 제거가능한 상의 제거 단계가 액체의 제거를 포함하는 방법.
  10. 제7항에 있어서, 상기 제거가능한 상의 제거 단계가 임계점 건조, 용매 추출, 초임계액 처리 및 승화 중의 하나를 포함하는 방법.
  11. 제7항에 있어서, 상기 제거가능한 상의 제거 단계가 증발을 포함하는 방법.
  12. 제7항에 있어서, 상기 제거가능한 상의 제거 단계가 고체의 용융 또는 분해 중의 하나를 포함하는 방법.
  13. a) 결합제 물질 및 제거가능한 상을 포함하는 구조화 조성물과 친수성 섬유를 혼합하여 혼합물을 형성시키는 단계,
    b) 상기 혼합물 내에서 상기 섬유들을 3차원 구조로 재배열시키는 단계,
    c) 상기 제거가능한 상의 일부를 제거하는 단계,
    d) 상기 섬유들을 함께 연속 다공성 망상구조로 결합시키고, 이 때 상기 결합제 물질이 상기 섬유들 사이에 결합을 형성하여 상기 다공성 망상구조를 안정화시키는 단계
    를 포함함을 특징으로 하는 저밀도 흡수 섬유 구조체의 제조 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 결합제 물질로부터 형성된 결합이 실질적으로 수불용성인 방법.
  15. 제1 또는 13항에 있어서, 상기 혼합물 중의 섬유의 컨시스턴시가 약 4% 이상인 방법.
  16. 제1 또는 13항에 있어서, 상기 흡수 섬유 구조체의 밀도가 약 0.1 g/cc 이하인 방법.
  17. 제1 또는 13항에 있어서, 상기 흡수 섬유 구조체의 밀도가 약 0.05 g/cc 이하인 방법.
  18. 제1 또는 13항에 있어서, 상기 제거가능한 상이 승화에 의해 제거되지 않는 방법.
  19. 제1 또는 13항에 있어서, 상기 흡수 섬유 구조체가 약 0.6 이하의 건조 결합제 물질 질량 비율을 갖는 방법.
  20. 제1 또는 13항에 있어서, 상기 흡수 섬유 구조체의 부피가 단계 (b)의 혼합물의 초기 부피보다 적어도 10% 이상 더 큰 방법.
  21. 제1 또는 13항에 있어서, 상기 결합 단계가 상기 결합제 물질을 가교결합시키는 것을 포함하는 방법.
  22. 제1 또는 13항에 있어서, 상기 결합 단계가 상기 결합제 물질을 경화시키는 것을 포함하는 방법.
  23. 제1 또는 13항에 있어서, 상기 결합 단계가 상기 결합제 물질을 가열시키는 것을 포함하는 방법.
  24. 제1 또는 13항에 있어서, 상기 구조화 조성물이 가교결합제를 추가로 포함하는 방법.
  25. 제1 또는 13항에 있어서, 상기 구조화 조성물이 라텍스를 포함하는 방법.
  26. 제1 또는 13항에 있어서, 상기 구조화 조성물이 다당류를 포함하는 방법.
  27. 제1 또는 13항에 있어서, 상기 구조화 조성물이 친수성 셀룰로스 유도체, 알기네이트, 전분, 소수성 전분 유도체, 초흡수성 중합체 및 검으로부터 선택된 중합체를 포함하는 방법.
  28. 제1 또는 13항에 있어서, 상기 구조화 조성물이 10 건조 중량% 미만의 다당류를 함유하는 방법.
  29. 제1 또는 13항에 있어서, 상기 구조화 조성물이 단백질을 포함하는 방법.
  30. 제1 또는 13항에 있어서, 상기 구조화 조성물이 약 100 센티포아즈 이상의 벌크 점도를 갖는 방법.
  31. 제1 또는 13항에 있어서, 상기 구조화 조성물의 질량의 50% 미만이 비기체 형태로 상기 혼합물로부터 제거되는 방법.
  32. 제1 또는 13항에 있어서, 상기 구조화 조성물이 습윤 강력제를 더 포함하고, 상기 방법이 상기 섬유를 상기 구조화 조성물에 첨가하는 단계 후에 상기 습윤 강력제를 경화시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  33. 제1 또는 13항에 있어서, 상기 구조화 조성물이 고-내부-상-비 에멀젼 (HIPE) 유화액을 포함하는 방법.
  34. 제13항에 있어서, 상기 구조화 조성물이 발포제를 포함하는 방법.
  35. 제13항에 있어서, 상기 제거가능한 상이 액체인 방법.
  36. 제13항에 있어서, 상기 제거가능한 상이 고체인 방법.
  37. 제1 또는 13항에 있어서, 상기 제거가능한 상이 기체인 방법.
  38. 제1 또는 13항에 있어서, 상기 다공성 망상구조의 밀도가 약 0.05 g/cc 이하인 방법.
  39. 제1 또는 13항에 있어서, 상기 결합제 물질이 다당류 또는 단백질을 포함하는 방법.
  40. 제1 또는 13항에 있어서, 상기 구조화 조성물이 계면활성제를 포함하는 방법.
  41. 제1 또는 13항에 있어서, 상기 구조화 조성물이, 용융된 열가소성 물질이 실질적으로 없는 것인 방법.
  42. 제1 또는 13항에 있어서, 상기 구조화 조성물이, 열가소성 물질이 실질적으로 없는 것인 방법.
  43. 제1 또는 13항에 있어서, 상기 결합제 물질이 우선적으로 섬유-섬유 접촉점에 또는 여기에 인접하게 위치하는 방법.
  44. 제1 또는 13항에 있어서, 상기 결합제 물질이 상기 섬유들에 의해 둘러싸여진 공간을 차지하는 연속기포 포옴을 생성하는 방법.
  45. 제1 또는 13항에 있어서, 상기 결합제 물질의 질량이 건조 기준으로 상기 섬유의 질량보다 적은 방법.
  46. 제1 또는 13항에 있어서, 상기 결합제 물질의 질량이 상기 흡수 섬유 구조체의 질량의 약 20%보다 적은 방법.
  47. 제1 또는 13항에 있어서, 상기 결합제 물질이 약 500 미크론 이하의 셀 기공 크기를 갖는 연속기포 포옴을 생성하는 방법.
  48. 제1 또는 13항에 있어서, 상기 결합제 물질이 친수성인 방법,
  49. 제1 또는 13항에 있어서, 상기 섬유가 합성 섬유를 포함하는 방법.
  50. 제1 또는 13항에 있어서, 상기 섬유가 제지 섬유인 방법.
  51. 제50항에 있어서, 상기 제지 섬유가 실질적으로 고해 (叩解)되지 않은 것인 방법.
  52. 제50항에 있어서, 상기 제지 섬유가 약 200 이상의 캐나다 표준 자유도를 갖는 방법.
  53. 제1 또는 13항에 있어서, 상기 섬유가 약 30% 이상의 경목 섬유를 포함하는 방법.
  54. 제1 또는 13항에 있어서, 상기 섬유가 적어도 20%의 고수율 제지 섬유를 포함하는 방법.
  55. 제7 또는 13항에 있어서, 상기 섬유들의 결합 단계가 부분적으로는 상기 제거가능한 상의 일부분의 제거 단계 동안에 일어나는 방법.
  56. 제7 또는 13항에 있어서, 상기 섬유들의 결합 단계가 부분적으로는 상기 제거가능한 상의 일부분의 제거 단계 전에 일어나는 방법.
  57. a) 소수성 섬유를 친수성 섬유 코팅 물질로 코팅시키는 단계,
    b) 결합제 물질 및 제거가능한 상을 포함하는 구조화 조성물과 상기 섬유를 혼합시켜 혼합물을 형성시키는 단계,
    c) 상기 혼합물 내에서 포옴을 생성하는 단계,
    d) 상기 섬유들을 함께 연속 다공성 망상구조로 결합시키고, 이 때 상기 결합제 물질이 다공성 망상구조를 안정화시키는 단계
    를 포함하고, 이 때 상기 소수성 섬유의 표면적의 적어도 약 20%가 친수성 물질로 코팅되는 것을 특징으로 하는 저밀도 흡수 섬유 구조체의 제조 방법.
  58. 제57항에 있어서, 상기 제거가능한 상의 일부분의 제거를 추가로 포함하는 방법.
  59. 제57항에 있어서, 상기 소수성 섬유의 표면적의 적어도 약 50%가 친수성 물질로 코팅되는 방법.
  60. a) 비기체 상 및 제거가능한 상을 포함하는 구조화 조성물과 친수성 섬유를 혼합하여 혼합물을 형성시키는 단계,
    b) 상기 혼합물 내에서 포옴을 생성하는 단계,
    c) 결합제 물질로 수불용성 결합을 형성시켜 상기 섬유들을 함께 연속 다공성 구조로 결합시키는 단계
    를 포함함을 특징으로 하는 저밀도 흡수 섬유 구조체의 제조 방법.
  61. 제60항에 있어서, 액체 불투과성 스킨이 상기 흡수 섬유 구조체의 외부 표면의 일부분 상에 형성되는 방법.
  62. 제61항에 있어서, 상기 스킨 중에 개구를 생성시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  63. 제1, 13 및 60항 중의 어느 한 항 기재의 방법에 따라 제조된 흡수 섬유 구조체.
  64. 제1, 13 및 60항 중의 어느 한 항 기재의 방법에 따라 제조되고 약 10 cc/g 이상의 습윤 벌크를 갖는 흡수 섬유 구조체.
  65. 제1, 13 및 60항 중의 어느 한 항 기재의 방법에 따라 제조된 저밀도 흡수 섬유 구조체를 포함함을 특징으로 하는 일회용 흡수 용품.
  66. 제60항에 있어서, 상기 결합제 물질이 습윤 강력 수지를 포함하는 방법.
  67. 제60항에 있어서, 상기 구조화 조성물이 전구체 결합제 물질을 추가로 포함하고, 상기 수불용성 결합을 형성시키는 단계가 상기 전구체 결합제 물질을 결합제 물질로 전환시키는 것을 포함하는 방법.
  68. 제67항에 있어서, 상기 전구체 결합제 물질의 결합제 물질로의 전환이 화학 약제의 첨가, 전구체 결합제 물질의 온도 상승 및 방사선 조사 중의 하나를 포함하는 방법.
  69. a) 결합제 물질 및 제거가능한 상을 포함하는 구조화 조성물과 친수성 섬유를 혼합시켜 혼합물을 형성시키는 단계,
    b) 상기 혼합물 내에서 포옴을 생성시키는 단계,
    c) 이동 벨트 상에 상기 포옴을 부착시켜 발포 층으로부터 상기 구조화 조성물을 실질적으로 배수시키지 않고서 발포 층을 형성시키는 단계,
    d) 상기 발포 층을 경화시켜 흡수 섬유 구조체를 형성시키는 단계
    를 포함함을 특징으로 하는 연속 흡수 섬유 구조체의 제조 방법.
  70. a) 이동 벨트 상에 섬유화된 친수성 섬유의 에어 레잉된 매트를 형성시켜 섬유 매트를 형성시키는 단계,
    b) 상기 매트를 결합제 물질 및 제거가능한 상을 포함하는 구조화 조성물로 함침시키는 단계,
    c) 상기 매트 중의 섬유들을 상기 구조화 조성물의 작용을 통해 재배열시켜 재구조화된 층을 생성시키는 단계,
    d) 상기 재구조화된 층 중에 수불용성 결합을 형성시켜 흡수 섬유 구조체를 형성시키는 단계
    를 포함함을 특징으로 하는, 연속 흡수 섬유 구조체의 제조 방법.
  71. 제69 또는 70항에 있어서, 상기 흡수 섬유 구조체를 엠보싱, 칼렌더링 또는 천공시키는 것 중의 하나를 더 포함하는 방법.
  72. a) 결합제 물질 및 제거가능한 상을 포함하는 발포성 구조화 조성물 및 섬유가 혼합되어 혼합물을 형성시키는 혼합 장치,
    b) 상기 혼합물로부터 섬유-적재된 포옴을 생성할 수 있는 포옴 발생 장치,
    c) 상기 포옴 발생 장치로부터 발포 층을 수용하는 이동 벨트,
    d) 상기 발포 층에서 수불용성 결합을 생성시키는 경화 장치
    를 포함함을 특징으로 하는 흡수 섬유 구조체의 연속 제조용 장치.
  73. a) 이동 벨트 상에서 플러프 펄프의 연속 에어 레잉된 매트를 제조하기 위한 에어-레잉 장치,
    b) 결합제 물질 및 제거가능한 상을 포함하는 발포성 구조화 조성물로 상기 에어 레잉된 매트를 함침시키기 위한 함침 장치,
    c) 팽창된 섬유 웹이 형성되도록 함침된 매트 중에 수불용성 결합을 생성시키기 위한 경화 장치
    를 포함함을 특징으로 하는 팽창된 섬유 구조체의 연속 제조용 장치.
  74. 수불용성 친수성 발포성 결합제 물질 및 50 중량% 이상의 친수성 섬유를 포함하고 약 0.05 g/cc 이하의 밀도를 갖는 포옴-구조화된 흡수 섬유 구조체.
  75. 제74항에 있어서, 상기 결합제 물질이 약 10,000 이상의 분자량을 갖는 흡수 섬유 구조체.
  76. 제74항에 있어서, 상기 흡수 섬유 구조체가 팽창된 섬유 구조체인 흡수 섬유 구조체.
  77. 제74항에 있어서, 상기 결합제 물질이 약 10,000 이하의 분자량을 갖는 흡수 섬유 구조체.
  78. 제74항에 있어서, 상기 친수성 섬유가 약 300 이상의 자유도를 갖는 제지 섬유 50 중량% 이상을 포함하는 흡수 섬유 구조체.
  79. 제74항에 있어서, 상기 구조체가 가요성인 흡수 섬유 구조체.
  80. 제74항에 있어서, 상기 구조체가 가요성이 아닌 흡수 섬유 구조체.
  81. 제74항에 있어서, 상기 구조체가 신축성인 흡수 섬유 구조체.
  82. 제74항에 있어서, 상기 구조체가 섬유 조성, 기공 크기 또는 습윤도 중의 하나에서 구배를 갖는 흡수 섬유 구조체.
  83. 제74항에 있어서, 약 8 cc/g 이상의 습윤 벌크를 갖는 흡수 섬유 구조체.
  84. 발포성 결합제 물질 및 약 25 중량% 이상의 친수성 섬유를 포함하고, 이 때 상기 섬유들이 연속기포 포옴 구조의 셀들 사이의 지주로서 배열되고, 약 0.1 g/cc 이하의 밀도를 갖는 친수성이며, 구조체를 안정화시키는 수불용성 결합을 포함함을 특징으로 하는 오픈 흡수 섬유 구조체.
  85. 제74 또는 84항 기재의 흡수 섬유 구조체를 포함하고, 치과용 흡수체, 지혈 스폰지 또는 의료용 스폰지 중의 하나인 흡수 용품.
  86. 제74 또는 84항 기재의 흡수 섬유 구조체를 포함하고, 탐폰, 팬티라이너, 생리대 또는 기저귀 중의 하나인 흡수 용품.
  87. 제74 또는 84항 기재의 흡수 섬유 구조체를 포함하고, 이 흡수 섬유 구조체가 탄성 결합제 물질을 포함하는 흡수 용품.
  88. 제84항에 있어서, 상기 구조체가 습윤 가요성인 흡수 섬유 구조체.
  89. 제84항 기재의 흡수 섬유 구조체를 포함하는 필터.
  90. 제84항에 있어서, 상기 섬유가 제지 섬유인 섬유 구조체.
  91. 제84항에 있어서, 약 6 cc/g 이상의 습윤 벌크를 갖는 섬유 구조체.
  92. 제84항에 있어서, 상기 구조체가 생분해가능한 섬유 구조체.
  93. 제84항에 있어서, 상기 섬유가 실질적으로 고해되지 않은 제지 섬유를 포함하는 섬유 구조체.
  94. 제84항에 있어서, 건조 발포성 결합제 물질의 버블을 추가로 포함하는 섬유 구조체.
  95. 제84항에 있어서, 상기 발포성 결합제 물질이 수용성 다당류 또는 단백질을 포함하는 섬유 구조체.
  96. 제84항에 있어서, 약 0.05 g/cc 미만의 밀도를 갖는 섬유 구조체.
  97. 제84항에 있어서, 약 3 이하의 자유 팽윤: AUL 비를 갖는 섬유 구조체.
  98. 제84항에 있어서, 약 10 이상의 자유 팽윤능을 갖는 섬유 구조체.
  99. 제84항에 있어서, 약 10 이상의 AUL을 갖는 섬유 구조체.
  100. 제84항에 있어서, 약 10 중량% 이상의 활성탄을 추가로 포함하는 섬유 구조체.
  101. 제84항에 있어서, 상기 섬유 구조체의 표면 상에 액체 불투과성 스킨을 추가로 포함하는 섬유 구조체.
  102. 발포성 결합제 물질 및 약 20 중량% 이상의 친수성 섬유를 포함하는 흡수 다공성 섬유 구조체를 포함하고, 이 때 상기 섬유가 연속기포 포옴의 셀들 사이의 지주로서 배열되는 제1 섬유층 및 포옴-섬유 복합체를 포함하는 제2 섬유층을 포함함을 특징으로 하는 적층된 포옴-섬유 복합체.
  103. 액체 투과성 표면시트, 액체 불투과성 배면시트, 및 상기 표면시트와 상기 배면시트 사이에 배치된 흡수 섬유 구조체를 포함하고, 상기 흡수 섬유 구조체가 25중량% 이상의 친수성 섬유, 및 친수성 섬유들을 고벌크 구조체로 안정화시키는 발포성 구조화 조성물로부터의 결합제 잔류물을 포함하고 약 0.1 g/cc 이하의 밀도 및 약 6 cc/g 이상의 습윤 벌크를 갖는 것을 특징으로 하는 흡수 용품.
  104. 제103항에 있어서, 상기 배면시트와 상기 흡수 섬유 구조체 사이에 배치되는 플러프 펄프 패드를 추가로 포함하는 흡수 용품.
  105. 제103항에 있어서, 상기 흡수 섬유 구조체가 약 10 cc/g 이상의 습윤 벌크를 갖는 흡수 용품.
  106. 제103항에 있어서, 상기 흡수 섬유 구조체가 약 10 이상의 AUL을 갖는 흡수 용품.
  107. 제103항에 있어서, 상기 흡수 섬유 구조체가 약 3 이하의 자유 팽윤:AUL 비를 갖는 흡수 용품.
  108. 제103항에 있어서, 상기 흡수 섬유 구조체가 습윤 가요성인 흡수 용품.
  109. 제103항에 있어서, 상기 흡수 섬유 구조체가 지주로서 사용되는 섬유 및 이형태 기공을 갖는 연속기포 포옴 구조를 갖는 흡수 용품.
  110. 제103항에 있어서, 상기 흡수 섬유 구조체가 10 중량% 이상의 고수율 제지 섬유를 포함하는 흡수 용품.
  111. 제103항에 있어서, 상기 친수성 섬유가 상기 결합제 잔류물에 의해 안정화된 연속기포 포옴 구조의 경계를 형성하는 흡수 용품.
  112. 제103항에 있어서, 상기 흡수 섬유 구조체가 탄성 결합제 물질을 포함하는 흡수 용품.
  113. 제103항에 있어서, 상기 용품이 신축성인 흡수 용품.
  114. 제103항에 있어서, 상기 흡수 섬유 구조체가 탄성적으로 연신성인 흡수 용품.
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