KR20010033928A - 적용 압력하에서 고도의 흡수능 및 팽윤상태에서 개선된유지능을 갖는 흡수성 중합체 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 체액(예, 뇨)의 봉쇄에 유용한 흡수 물질에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 0.7 psi의 제한 압력하에서의 흡수능과 관련된 우수한 흡수성 뿐만 아니라 팽윤상태에서 우수한 유지능을 갖는 흡수성 중합체 조성물에 관한 것이다. 추가로, 본 발명은 이러한 흡수성 중합체 조성물을 포함하는 흡수 부재 및 이러한 흡수 부재를 포함하는 흡수 제품에 관한 것이다.

Description

적용 압력하에서 고도의 흡수능 및 팽윤상태에서 개선된 유지능을 갖는 흡수성 중합체 조성물{ABSORBENT POLYMER COMPOSITIONS HAVING HIGH SORPTION CAPACITIES UNDER AN APPLIED PRESSURE AND IMPROVED INTEGRITY IN THE SWOLLEN STATE}
일회용 기저귀, 성인 실금자용 패드와 브리이프, 및 생리대와 같은 생리용 제품에 사용하기 위한 고도의 흡수 제품의 개발은 상업적으로 매우 유익하다. 이러한 제품의 매우 바람직한 특성은 그 두께가 얇다는 데 있다. 예를 들어, 기저귀는 얇을수록 착용시 부피감이 적고, 의복 밑에서의 정합성이 우수하고, 보다 덜 두드러진다. 이들은 또한 포장시에 보다 밀집화되어, 소비자가 기저귀를 운반하고 보관하기 쉽게 한다. 이와 같은 밀집화 포장은 또한 상점에서 단위 기저귀당 진열 공간을 감소시킴으로써 제조업자 및 판매업자의 판매 원가를 감소시킬 수 있다.
기저귀와 같은 얇은 흡수 제품을 제공할 수 있는 것은, 구체적으로 뇨와 같은 다량의 분비된 체액을 포획하고 저장할 수 있는 비교적 얇은 흡수 코어 또는 부재를 개발할 수 있는지 여부에 의존한다. 이와 관련해서, 종종 "하이드로겔(hydrogel)", "초흡수제", "제로겔(xerogels)" 또는 "하이드로콜로이드(hydrocolloid)"로 지칭되는 특정 흡수성 중합체의 사용이 매우 중요하다. 예를 들어, 흡수 제품에 이러한 물질(본원에서는 "흡수성 중합체"로 지칭함)의 사용을 개시하고 있는, 1972년 6월 13일자로 하퍼(Harper) 등에게 허여된 미국 특허 제 3,699,103 호, 및 1972년 6월 20일자로 하몬(Harmon)에게 허여된 미국 특허 제 3,770,731 호를 참고로 한다. 실로, 얇은 기저귀의 개발은, 전형적으로 상기 흡수성 중합체가 섬유성 매트릭스와 함께 사용되는 경우, 분비된 체액을 흡수할 수 있는 흡수성 중합체의 능력을 이용하는 얇은 흡수 코어로 직접적으로 귀결된다. 얇고 밀집되고 부피감이 적은 기저귀를 형성하는데 유용한 섬유성 매트릭스 및 흡수성 중합체를 포함하는 2중층 코어 구조물을 개시하고 있는 1987년 6월 16일자로 웨이즈만(Weisman) 등에게 허여된 미국 특허 제 4,673,402 호 및 1990년 6월 19일자로 래쉬(Lash) 등에게 허여된 미국 특허 제 4,935,022 호를 참고로 한다.
이러한 흡수성 중합체는 우선 비교적 소량의 이작용성 또는 다작용성 단량체, 예를 들어 N,N'-메틸렌비스아크릴아미드, 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트, 에틸렌 글리콜 디(메트)아크릴레이트, 또는 트리알릴아민의 존재하에서, 불포화된 카복실산 또는 이들의 유도체, 예를 들어 아크릴산, 아크릴산의 알칼리 금속(예를 들어 나트륨 및/또는 칼륨) 또는 암모늄 염, 알킬 아크릴레이트 등을 우선 중합화시킴으로써 제조된다. 이작용성 또는 다작용성 단량체 물질은 중합체 쇄와 약하게 가교결합하는 작용을 하여, 이들에게 수불용성이지만 수팽윤성을 부여한다. 이러한 약하게 가교결합된 흡수성 중합체는 중합체 주쇄에 결합된 다수개의 카복실기를 함유한다. 이러한 카복실기는 가교결합된 중합체 망상에 의해 체액의 흡수를 위한 삼투압 추진력을 발생시킨다. 흡수성 중합체는 또한 비교적 소량의 유사 형태의 이작용성 또는 다작용성 단량체의 존재하에서 불포화된 아민 또는 이들의 유도체를 중합함으로써 제조될 수 있다.
이러한 흡수성 중합체의 가교결합도는 이들의 흡수능 및 겔 강도를 결정하는 중요한 인자이다. 흡수 부재 및 제품, 예를 들어 일회용 기저귀에서 흡수체로서 유용한 흡수성 중합체는 적당히 높은 흡수능 및 적당히 높은 겔 강도를 가질 필요가 있다. 흡수능은 흠수성 중합체가 흡수 제품을 사용하는 동안 직면하는 상당량의 수성 체액을 흡수할 수 있을 정도로 충분히 높을 것이 요구된다. 겔 강도는 팽윤된 중합체 입자가 적용된 응력하에서 변형될 수 있는 경향에 관한 것으로서, 입자가 변형되고 흡수 부재 또는 제품내의 모세관 공극 공간을 허용되지 않을 정도로 채워서, 부재 또는 제품에 의한 유체 흡수 또는 유체 분배 속도를 방해하지 않을 정도여야 한다. 일반적으로, 겔 강도의 증가는 팽윤된 흡수성 중합체를 포함하는 대역 또는 층의 투과성을 증가시킬 것이다. 그러나, 이것은 전형적으로 겔의 흡수능을 바람직하지 않을 정도로 감소시킨다. 1987년 3월 31일자로 브랜트(Brandt) 등에게 허여된 미국 특허 제 4,654,039 호(미국 재허여 특허 제 32,649 호로 1988년 4월 19일자로 재허여됨) 및 1989년 5월 30일자로 알리마니(Alemany) 등에게 허여된 미국 특허 제 4,834,735 호를 참고로 한다.
다수의 흡수성 중합체는 특정 조건하에서 겔 블로킹을 나타낼 수 있다. "겔 블로킹"은, 흡수성 중합체의 입자가 흡수 부재 또는 제품내의 모세관 공극 공간을 허용하지 못할 정도로 채우도록 변형되어, 부재/제품에 의한 유체의 흡수 또는 분배 속도를 방해하는 경우 발생된다. 겔 블로킹이 발생하면, 매우 느린 확산 과정을 통해서만 유체 흡수 또는 분배가 발생한다. 실재로, 이것은 겔 블로킹이 유체를 흡수 부재 또는 제품내의 비교적 건조 대역 또는 영역으로 분배하는 것을 방해할 수 있음을 의미한다. 흡수 제품내의 흡수성 중합체의 입자가 충분히 포화되기 전에 또는 유체가 "블로킹" 입자를 통해 흡수 제품의 나머지 영역으로 확산 또는 흡상되기 전에, 흡수 제품으로부터 새는 것이 발생할 수 있다. 1989년 5월 30일자로 허여된 알리마니 등의 미국 특허 제 4,834,735 호를 참고로 한다.
이러한 겔 블로킹 현상으로 흡수성 중합체 입자를 분산시키는 섬유성 매트릭스의 사용이 전형적으로 요구된다. 이러한 섬유성 매트릭스는 흡수성 중합체의 입자를 서로 분리시키고 유체가 초기 유체 분배점에서 떨어져 있는 영역에 위치한 흡수성 중합체에 도달하도록 하는 모세관 구조물을 제공한다. 1989년 5월 30일자로 알리마니 등에게 허여된 미국 특허 제 4,834,735 호를 참고로 한다. 그러나, 겔 블로킹을 최소화하거나 피하기 위해서 비교적 낮은 농도로 섬유성 매트릭스내에 흡수성 중합체를 분배시키는 것은, 흡수 제품의 부피감을 상당히 증가시킬 수 있거나 얇은 흡수성 구조물의 전체 유체 저장능을 감소시킬 수 있다. 낮은 농도의 흡수성 중합체를 사용하면, 이러한 물질의 실제 이점, 즉 정해진 체적에 대해 다량의 체액을 흡수하고 보유할 수 있는 이들의 능력이 제한된다.
흡수 부재중에서 유체의 수송에 작용을 미치는 다른 요인은 이러한 흡수성 중합체의 입자를 포함하는 영역 또는 영역들의 유지능이다. 이러한 고농도의 흡수성 중합체를 갖는 영역 또는 영역들은 부분적으로 습윤되고/되거나 습윤된 상태로 충분한 유지능을 가짐으로써 통상적인 사용조건으로 처리될 때 흡수 부재의 물리적 연속성(인접하는 틈 공극/모세관으로 및 이를 통하여 유체를 포획하고 수송시키는 능력)은 실제로 붕괴되거나 변경되지 않는다. 통상적인 사용도중에, 흡수 제품중의 흡수코어는 전형적으로 다양한 세기 및 방향으로 장력 및 비틀림력이 가해진다. 이러한 장력 및 비틀림력은 가랑이 영역의 번칭력, 사람이 흡수 제품을 착용하여 걷고, 앉고, 굽힘에 의한 신장력 및 꼬임력을 포함한다. 습윤 유지능이 부적절하면, 이러한 장력 및 꼬임력은 흡수 부재의 물리적 연속성에 상당한 변경 및/또는 붕괴를 초래함으로써 인접한 공극 및 모세관으로 및 이를 통해 유체를 포획 및 수송하는 능력이 감소된다. 흡수성 중합체를 포함하는 층은 부분적으로 분리될 수 있고, 완전히 분리될 수 있고, 유도된 틈을 가질 수 있고, 상당히 얇은 영역을 가질 수 있고, 또는 다수의 상당히 작은 분획으로 파괴될 수 있다.
흡수성 중합체의 팽윤층의 유지능은 각종 기법에 의해 증가될 수 있다. 예컨대, 흡수성 중합체의 입자는 흡수성 입자를 포함하는 중합체에 대해 강한 친화성을 갖는 제 2 중합체로 피복될 수 있다. 수성 유체가 이러한 시스템에 도입될 때 상기 제 2 중합체는 흡수성 중합체 입자사이에서 가교되어 중합체 사슬과 함께 연결된 입자의 3차원 망상조직을 형성할 수 있다. 이 기법은 1995년 1월 17일자로 출원된 미국 특허 제 5,382,610 호에 상세하게 기술되어 있고, 여기서 폴리(아크릴산)을 포함하는 통상적인 흡수성 중합체 입자는 폴리에틸렌이민으로 피복되어 양호한 유지능을 갖는 팽윤된 중합체 매트릭스를 얻는다. 그러나, 팽윤된 중합체의 유지능이 이 기법에 의해 증가될 수 있지만, 통상적인 사용 조건하에서의 상기 시스템의 흡수능은 일반적으로 감소된다. 더욱이, 입자를 함께 결합시키는 비가교결합된 중합체가 중합체 입자의 표면으로부터 멀리 확산될 수 있기 때문에 팽윤된 중합체 매트릭스의 유지능은 시간에 따라 악화되는 경향이 있다.
따라서, 다량의 합성 뇨 용액을 흡수할 수 있는 흡수성 중합체 조성물을 제공하는 것이 바람직하다. 또한, 이러한 흡수성 중합체를 포함하는 흡수 부재중의 영역 또는 영역들이 부분적으로 습윤되고/되거나 고도로 팽윤된 상태로 충분한 유지능을 가짐으로써 물리적 연속성(인접하는 틈 공극/모세관을 통해 유체를 포획하고 수송하는 능력)은 통상적인 사용 조건으로 처리될 때 상당히 붕괴되거나 변경되지 않는 것이 바람직하다.
발명의 요약
본 발명은 뇨와 같은 체액의 보유에 유용한 흡수 물질에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 0.7 psi 및/또는 1.4 psi의 제한 압력하에서의 매우 고도의 흡수능을 갖고, 특히 합성 뇨 용액에 노출시 팽윤된 상태로 높은 겔층 유지능을 제공하는 흡수성 중합체에 관한 것이다.
한가지 양태에서, 본 발명은 (i) 4시간후 0.7 psi(4.8 kPa)의 제한 압력하에서 약 39 g/g 이상의 가압하의 작업 (Performance under Pressure; PUP) 용량, 및 (ii) 약 50gf 이상의 볼 버스트 강도(BBS) 값을 갖는 흡수성 중합체 조성물에 관한 것이다. (PUP 용량 및 BBS의 측정 방법은 하기에 기술되어 있다) 다른 양태에서, 본 발명은 (i) 4시간후 0.7 psi의 제한 압력하에서 약 36g/g 이상의 PUP 용량 및 (ii) 약 100gf 이상의 BBS 값을 갖는 흡수성 중합체 조성물에 관한 것이다. 또다른 양태에서, 본 발명은 (i) 4시간후 0.7 psi의 제한 압력하에서 약 33g/g 이상의 PUP 용량 및 (ii) 약 150gf 이상의 BBS 값을 갖는 흡수성 중합체 조성물에 관한 것이다. 다른 양태에서, 본 발명은 (i) 4시간후 0.7 psi의 제한 압력하에서 약 30 g/g 이상의 PUP 용량, 및 (ii) 약 200gf 이상의 BBS 값을 갖는 흡수성 중합체 조성물에 관한 것이다. 본원에서 사용되는 바와 같이, "후"라는 용어는 직후를 의미한다.
바람직한 양태에서, 본 발명은 중화되지 않은 형태의 약산 기를 함유하는 양이온 교환 흡수성 중합체, 및 중화되지 않은 형태의 약염기 기를 함유하는 음이온 교환 흡수성 중합체를 포함하는 조성물에 관한 것으로서, 이러한 혼합물은 PUP 흡수 조건하에서 합성 뇨 용액에 대한 높은 흡수성 및 비교적 고도의 습윤 유지능을 나타낸다. 이러한 혼합물은 "혼합상 이온 교환 흡수성 중합체 조성물"로 본원에서 지칭된다. 이러한 혼합상 이온 교환 흡수성 중합체 조성물은 전술한 PUP /BBS 용량중 하나 이상을 나타낼 것이다.
본 발명은 또한 전술한 흡수성 중합체 조성물을 함유하는 흡수 부재, 및 이러한 흡수 부재를 포함하는 흡수 제품에 관한 것이다.
본 발명은 적용된 하중하에서 고도의 흡수능 및 팽윤상태에서 개선된 유지능을 갖는 흡수성 중합체 조성물에 관한 것이다. 이러한 조성물은 뇨 및 생리혈과 같은 체액을 흡수하는데 특히 유용하다. 본 발명은 또한 이러한 흡수성 중합체를 포함하는 흡수 부재 및 이러한 흡수 부재를 포함하는 흡수 제품에 관한 것이다.
도 1은 흡수성 중합체의 가압하의 작업(PUP) 용량을 측정하기 위한 기기의 개략도이다.
도 2는 도 1에서 도시한 피스톤/실린더 조립체의 확대 단면도이다.
도 3은 본 발명 및 종래 분야의 흡수성 중합체 조성물의 PUP 용량을 도시적으로 묘사한 것으로, 여기서 PUP 용량은 0.7 psi의 제한 압력하에서 측정된다.
도 4는 조성물의 볼 버스트 강도(BBS)의 측정을 위한 흡수성 중합체 조성물 시료의 제조를 위한 기기의 개략도이다.
도 5는 흡수성 중합체 조성물의 볼 버스트 강도(BBS)를 측정하기 위한 기기의 개략도이다.
A. 정의
본원에서 사용되는 바와 같이, "체액"이란 뇨, 혈액, 생리혈 및 질 분비물을 포함한다.
본원에서 사용되는 바와 같이, "합성 뇨 용액"이란 용어는, 증류수에 2.0g의 KCl, 2.0g의 Na2SO4, 0.85g의 NH4H2PO4, 0.15g의 (NH4)2HPO4, 0.25g의 CaCl2·2H2O 및 0.50g의 MgCl2·6H2O을 용해시켜 1리터의 용액을 수득함으로써 제조된 수용액을 지칭한다.
본원에서 사용되는 바와 같이, "이온 교환능"은 각각의 중화되지 않은 산 또는 염기 기가 이온 교환 공정에서 중화된다는 가정하에서, 중합체 또는 중합체들의 이론적 또는 계산된 이온 교환능(단위: 밀리당량/g)을 지칭한다.
본원에서 사용되는 바와 같이, "흡수성 중합체"라는 용어는 시스템의 pH를 조절하면서, 이러한 중합체내에 이들의 중량의 10 배 이상에 해당되는 탈이온수를 흡수할 수 있는 중합체를 지칭한다.
본원에서 사용되는 바와 같이, "흡수 코어"란 제품의 유체 취급 특성, 예를 들어 체액의 포획, 이동, 분배 및 저장을 주로 담당하는 흡수 제품의 성분을 지칭한다. 이와 같이, 흡수 코어는 전형적으로 흡수 제품의 상면시이트 또는 배면시이트를 포함하지는 않는다.
본원에서 사용되는 바와 같이, "흡수 부재"란 1종 이상의 유체 취급 특성, 예를 들어 유체 포획성, 유체 분배성, 유체 이동성, 유체 저장성 등을 전형적으로 제공하는 흡수 코어의 성분을 지칭한다. 흡수 부재는 전체 흡수 코어 또는 일부 흡수 코어를 포함할 수 있고, 즉 흡수 코어는 하나 이상의 흡수 부재를 포함할 수 있다. 본원에서 기술한 개선된 흡수성 중합체 조성물은 특히 제 1 작용이 수성 체액을 저장하는 흡수 부재에 유용한 것이다. 그러나, 이러한 조성물은 다른 흡수 부재에도 존재할 수 있다.
본원에서 사용하는 바와 같이, "영역" 또는 "대역"이라는 용어는 거시적인 의미에서는 흡수 부재의 부분 또는 분획을 지칭하는 것이다.
본원에서 사용되는 바와 같이, "층"이라는 용어는 주요 치수가 이들의 길이 및 폭 방향을 향하는 흡수 부재의 일부분을 지칭한다. "층"이라는 용어는 물질의 단일층 또는 단일 시이트로 반드시 한정하는 것은 아니라고 이해된다. 따라서, 층은 요구 형태의 물질의 다수개의 시이트 또는 웹의 적층물 또는 조합체로 구성될 수 있다. 따라서, "층"이라는 용어는 "층" 및 "적층된"이라는 용어를 포함한다.
본원에서 사용되는 바와 같이, "포함하는"이라는 용어는 다수의 성분, 부재, 단계 등이 본 발명에 따라 함께 사용될 수 있음을 의미한다. 따라서, "포함하는"이라는 용어는 보다 한정적인 용어, "필수적으로 구성된" 및 "구성된"이라는 용어를 포함할 수 있으며, 후자의 용어는 당 분야에 알려져 있는 바와 같이 이들의 기본 의미만을 갖는 보다 한정적인 용어이다.
본원에서 사용된 모든 백분율, 비율 및 부는, 다른 언급이 없는 한, 중량기준이다.
본원에서 인용되는 모든 출판물 및 참고자료는 적어도 본원의 명세서의 용어 및 정의에 부합되는 정도로 본원에서 참고로 인용된다.
B. 흡수성 중합체 조성물
본 발명은, 부분적으로, 적용된 하중하에서 합성 뇨 용액에 대해 매우 높은 흡수성 뿐만 아니라 팽윤된 상태에서 양호한 유지능을 나타내는 흡수성 중합체 조성물에 관한 것이다. 본 발명의 흡수성 중합체 조성물은 바람직하게는 음이온 교환 흡수성 중합체 및 양이온 교환 흡수성 중합체를 포함하는 혼합상 이온 교환 조성물의 형태이다. 이러한 바람직한 혼합상 이온 교환 조성물은 하기에 상세히 기술되어 있다.
1. 혼합상 이온 교환 흡수성 중합체
a. 화학적 조성
(i) 음이온 교환 흡수성 중합체
약염기 기를 함유하는 음이온 교환 흡수성 중합체는 수불용성이지만 수팽윤성인 다수의 중합체를 포함한다. 이들은 전형적으로 다수의 염기 작용기, 예를 들어 일급, 이급 및/또는 삼급 아민, 또는 포스핀을 함유하는 약하게 가교결합된 중합체이다. 본원에서 사용하기에 적당한 중합체의 예로는 염기 기 또는 중합후에 염기 기로 전환될 수 있는 기를 함유하는 중합성 단량체로부터 제조될 수 있는 것을 포함한다. 따라서, 이러한 단량체는 일급, 이급 또는 삼급 아민 또는 포스핀을 함유하는 것을 들 수 있다. 단량체의 대표적인 예로는, 에틸렌이민(아지리딘), 알릴아민, 디알릴아민, 4-아미노부텐, 알킬 옥사졸린, 비닐포름아미드, 5-아미노펜텐, 카보디이미드, 포름알다진, 멜라민 등 뿐만 아니라 이들의 이급 또는 삼급 아민 유도체를 들 수 있지만, 이로서 한정하는 것은 아니다.
염기 기를 함유하지 않은 일부 단량체가, 본원의 음이온 교환 흡수성 중합체를 제조하는데 있어서 일반적으로 소량으로 포함될 수 있다. 본원에서 기술된 흡수성 중합체는 단독중합체, 공중합체(삼원중합체 및 보다 고도의 공중합체), 또는 상이한 단독중합체 또는 공중합체의 혼합물(블렌드)일 수 있다. 중합체는 불규칙, 그래프트 또는 블록 공중합체일 수 있거나, 이들의 선형 또는 분지된 구조를 가질 수도 있다.
중합체는 비교적 낮은 정도의 가교결합을 통해서 수불용성이지만 수팽윤성이 될 수 있다. 이것은, 적당한 양의 적절한 가교결합 단량체를 중합 반응 동안 혼입시킴으로써 달성될 수 있다. 가교결합 단량체의 예로는, N,N'-메틸렌비스아크릴아미드, 에틸렌 글리콜 디(메트)아크릴레이트, 트리메틸올프로판 트리(메트)아크릴레이트, 트리알릴아민, 디아지리딘 화합물 등을 들 수 있다. 한편으로, 중합체는 적당한 가교결합제, 예를 들어 디- 또는 폴리-할로겐화 화합물 및/또는 디- 또는 폴리-에폭시 화합물과의 반응에 의해 중합한 후 가교결합될 수 있다. 예를 들면, 디요오도프로판, 디클로로프로판, 에틸렌 글리콜 디글리시딜 에테르 등을 들 수 있다. 가교결합은 겔 입자를 통해 균일하게 분배될 수 있거나, 입자의 표면에 또는 입자의 표면 주변에서 우선적으로 농축될 수 있다.
음이온 교환 흡수성 중합체가 바람직하게는 한가지 유형일 수 있지만(균일함), 음이온 교환 중합체의 혼합물이 본 발명에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 가교결합 폴리에틸렌이민 및 가교결합 폴리알릴아민의 혼합물이 본 발명에서 사용될 수 있다.
혼합상 이온 교환 조성물의 일부분으로 사용되는 경우, 음이온 교환 흡수성 중합체는 중화되지 않은 염기 형태로, 약 50% 내지 약 100%, 바람직하게는 약 80% 내지 약 100%, 보다 바람직하게는 약 90% 내지 약 100%에서 출발한다.
혼합상 이온 교환 흡수성 중합체 조성물의 이온 교환능을 극대화하기 위해서, 흡수성 중합체가 건조 중합체의 1 그램당 높은 이온 교환능을 가지는 것이 바람직하다. 따라서, 음이온 교환 흡수성 중합체 성분의 이온 교환능이 약 10 meg/g 이상, 보다 바람직하게는 약 15meg/g 이상, 가장 바람직하게는 약 20 meg/g 이상인 것이 바람직하다.
(ii) 양이온 교환 흡수성 중합체
양이온 교환제로서 유용한 흡수성 중합체는 전형적으로 카복실산 기와 같은 다수개의 산 작용성 기를 가진다. 본원에서 사용하기에 적당한 양이온 교환 중합체의 예로는, 중합성 산 함유 단량체 또는 중합후에 산 기로 전환될 수 있는 작용성 기를 함유하는 단량체로부터 제조될 수 있는 것을 포함한다. 따라서, 이러한 단량체은 올레핀계 불포화 카복실산과 무수물, 및 이들의 혼합물을 포함한다. 양이온 교환 중합체는 또한 올레핀계 불포화 단량체로부터 제조되지 않는 중합체도 포함할 수 있다. 이러한 중합체의 예로는 폴리사카라이드계 중합체, 예를 들어 카복시메틸 전분 및 카복시메틸 셀룰로즈 및 폴리(아미노산)계 중합체, 예를 들어 폴리(아스파르트산)을 들 수 있다. 폴리(아미노산) 흡수성 중합체의 설명을 위해서, 본원에서 참고로 인용중인 1993년 9월 21일자로 도나치(Donachy) 등에게 허여된 미국 특허 제 5,247,068 호를 참고로 한다.
일부 비-산성 단량체는, 본원의 흡수성 중합체를 제조하는데 일반적으로 소량 포함될 수 있다. 이러한 비-산성 단량체로는 예를 들어 카복실레이트 또는 설포네이트 에스테르, 하이드록시기, 아미드기, 아미노기, 니트릴기, 4급 암모늄 염 기, 및 아릴 기(예를 들어 페닐기, 예를 들어 스티렌 단량체로부터 유도된 기)의 작용기를 함유하는 단량체를 들 수 있다. 그밖의 선택적인 비-산성 단량체로는 불포화된 탄화수소, 예를 들어 에틸렌, 프로필렌, 1-부텐, 부타디엔 및 이소프렌을 들 수 있다. 이러한 비-산성 단량체는 공지된 물질이며, 본원에서 참고로 인용중인 1978년 2월 28일자로 마슈다(Masuda) 등에게 허여된 미국 특허 제 4,076,663 호 및 1977년 12월 13일자로 웨스터만(Westerman)에게 허여된 미국 특허 제 4,062,817 호에 보다 상세히 기술되어 있다.
올레핀계 불포화 카복실산 및 무수물 단량체로는 아크릴산 자체, 메타크릴산, α-클로로아크릴산, α-시아노아크릴산, β-메틸아크릴산(크로톤산), α-페닐아크릴산, β-아크릴옥시프로피온산, 소르브산, α-클로로소르브산, 안겔산, 신남산, p-클로로신남산, β-스테아릴아크릴산, 이타콘산, 시트로콘산, 메사콜산, 글루타콘산, 아코니트산, 말레산, 푸마르산, 트리카복시에틸렌 및 말레산 무수물을 들 수 있다.
바람직한 양이온 교환 흡수성 중합체는 카복실기를 함유한다. 이러한 중합체로는 가수분해된 전분-아크릴로니트릴 그래프트 공중합체, 부분적으로 중화된 가수분해 전분-아크릴로니트릴 그래프트 공중합체, 전분-아크릴산 그래프트 공중합체, 부분적으로 중화된 전분-아크릴산 그래프트 공중합체, 가수분해된 비닐 아세테이트-아크릴산 에스테르 공중합체, 가수분해된 아크릴로니트릴 또는 아크릴아미드 공중합체, 임의의 전술한 공중합체의 약한 망상 가교결합된 중합체, 폴리아크릴산 및 폴리아크릴 산의 약하게 망상 가교결합된 중합체를 들 수 있다. 이러한 중합체는 단독 형태 또는 2종 이상의 상이한 중합체의 혼합물의 형태로 사용될 수 있다. 이러한 중합체 물질의 예로는, 미국 특허 제 3,661,875 호, 미국 특허 제 4,076,663 호, 미국 특허 제 4,093,776 호, 미국 특허 제 4,666,983 호 및 미국 특허 제 4,734,478 호에 개시되어 있다.
양이온 교환 흡수성 중합체를 제조하는데 사용하기 위한 가장 바람직한 중합체 물질은 폴리아크릴산의 약하게 망상 가교결합된 중합체 및 이들의 전분 유도체이다. 망상 가교결합은 중합체를 실질적으로 수불용성이도록 하고, 부분적으로 흡수성 중합체의 흡수능 및 추출가능한 중합체 성분의 특성을 결정짓는다. 이러한 중합체와 전형적인 망상 가교결합제를 망상 가교결합하기 위한 공정은 미국 특허 제 4,076,663 호에 보다 상세히 기술되어 있다.
양이온 교환 흡수성 중합체는 바람직하게는 한가지 형태일 수 있지만(즉, 균일할 수 있지만), 양이온 교환 중합체의 혼합물도 본 발명에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 전분 아크릴산 그래프트 공중합체 및 폴리아크릴산의 약하게 망상 가교결합된 중합체의 혼합물이 본 발명에서 사용될 수 있다.
혼합상 이온 교환 조성물에서 부분적으로 사용되는 경우, 양이온 교환 흡수성 중합체는 중화되지 않은 산의 형태로 약 50% 내지 약 100%, 바람직하게는 약 80% 내지 약 100%, 보다 바람직하게는 약 90% 내지 약 100%에서 출발할 수 있다.
혼합상 이온 교환 흡수성 중합체 조성물의 이온 교환능을 극대화하기 위해서, 양이온 교환 흡수성 중합체가 건조 중합체 1그램당 높은 이온 교환능을 가지는 것이 바람직하다. 따라서, 양이온 교환 흡수성 중합체 성분의 이온 교환능은 약 4meq/g 이상, 보다 바람직하게는 약 8 meq/g 이상, 보다 바람직하게는 약 10meq/g 이상, 가장 바람직하게는 약 13meq/g 이상이다.
(iii) 조성물 및 통상적인 물질의 특성
음이온 및 양이온 교환능의 동등물은 혼합상 이온 교환 흡수성 중합체 조성물중에서 같거나 다를 수 있다. 예컨대, 음이온 및 양이온 교환 흡수성 중합체의 다소 많은 동등물을 갖는 것이, 예컨대, pK의 차이를 상쇄하고, 중화도의 차이를 상쇄하고, 이온 교환 뇨 등의 pH를 변경하는 것이 바람직할 수 있다.
고농도 흡수 코어중의 혼합상 이온 교환 흡수성 중합체 조성물은 용액 흐름, 교반 등에 의존하여 입자사이의 수송을 보조하고 이온 교환의 속도를 촉진시킬 수는 없다. 따라서, 신속한 이온 교환 운동을 촉진시키기에 적합한 입자 형태를 갖는 것이 바람직하다. 바람직한 형태는 (i) 넓거나 좁은 입경 분포를 갖는 고표면적(예, 작고/작거나 다공성) 입자의 혼합상 응집체, (ii) 예컨대, 양이온 교환 흡수성 중합체의 작은 불연속 주영역내에 함유되는 음이온 교환 흡수성 중합체 입자, 및 (iii) 음이온 및 양이온 교환 흡수성 중합체의 불연속 영역을 함유하는 입자를 포함한다.
흡수성 중합체는 또한 예컨대, 분쇄 실리카, 계면활성제, 아교, 결합제 등의 하나이상의 첨가제를 소량으로 갖는 혼합물을 포함할 수 있다. 이 혼합물중의 성분은 물리적 및/또는 화학적으로 연관된 형태일 수 있음으로써 흡수성 중합체 성분 및 비흡수성 중합체 첨가제는 물리적으로 분리되는 것이 쉽지 않다. 흡수성 중합체는 본질적으로 비다공성(즉, 내부 다공도)일 수 있고, 또는 상당한 내부 다공성을 가질 수 있다. 혼합상 흡수성 중합체 조성물에서, 한가지 형태의 흡수성 중합체는 다른 형태의 흡수성 중합체보다 높은 가교결합 밀도를 가질 수 있다.
본 발명에 유용한 흡수성 중합체의 입자는 일반적으로 약 1 내지 약 2000마이크론, 보다 바람직하게 약 20 내지 약 1000마이크론의 입경을 가질 것이다. 질량 중간 입경은 일반적으로 약 20 내지 약 1500마이크론, 보다 바람직하게 약 50 내지 약 1000마이크론, 보다 바람직하게 약 100 내지 약 800마이크론일 것이다.
본 발명에 유용한 흡수성 중합체의 중요한 특징은 중합체 자체에 존재하는 추출물의 양이다. 각각의 문헌이 본원에 참고로 인용되고 있는, 1987년 3월 31일자로 허여된 미국 특허 제 4,654,039 호(브란트등)(1988년 4월 19일자로 재허여된 미국 재허여 특허 32,649 호)를 참고로 한다. 다수의 흡수성 중합체는 체액(예, 뇨)이 흡수성 중합체와 접하는 시간동안 체액에 의해 팽윤된 중합체 매트릭스의 외부로 유출될 수 있는 상당량의 추출가능한 중합체 물질을 함유한다. 이러한 방법으로 체액에 의해 추출되는 중합체 물질은 체액이 흡수 제품중의 흡수성 중합체에 의해 보다 느리게 흡수되고 보다 불량하게 유지되는 정도로 체액의 화학적 및 물리적 특징을 변경시킬 수 있다. 추출가능한 중합체는 가용성 중합체가 대향하여 충전된 중합체로 구성된 겔 입자로 이동하는 경향이 있기 때문에 혼합상 이온 교환 흡수성 중합체에 특히 해롭다. 상기 2개의 중합체는 스스로 중화됨으로써 시스템의 이온 교환능을 감소시킬 것이다. 추출가능한 중합체는 대향하여 충전된 중합체에 다가 반대이온을 효과적으로 포함하기 때문에, 상기 중합체는 또한 겔의 팽윤성을 억제하는 이온 가교결합을 형성한다.
따라서, 본 발명의 흡수성 중합체에서, 추출가능한 중합체의 양은 총 중합체의 약 15% 이하, 보다 바람직하게 약 10% 이하, 가장 바람직하게 약 7% 이하가 바람직하다.
b. 물리적 특성
(i) 가압하의 작업 용량(PUP) 및 볼 버스트 강도(BBS)
요구 습윤성(Demand Wettability) 또는 중량 측정 흡수성(Gravimetric Absorbence)을 측정하는 경우 고농도의 흡수성 중합체의 대역 또는 흡수성 중합체층의 사용 압력하에서 체액을 흡수하는 능력에 관한 정보를 제공할 수 있다[참조: 1996년 10월 8일자로 허여된 미국 특허 제 5,562,646 호(골드만(Goldman)등) 및 1997년 2월 4일자로 허여된 미국 특허 제 5,599,335 호(골드만 등); 이들 문헌에서 요구 습윤성 또는 중량 측정 흡수성은 가압하의 작업 용량(PUP)으로 언급된다. PUP 측정에서, 100% 농도의 초기 무수 흡수성 중합체 조성물을 기계적 제한 압력하에서 피스톤/실린더 장치에 위치시키고(여기서, 실린더의 저부는 용액에 대해서는 투과성이나 흡수성 중합체에 대해서는 불투과성이다), 제로 유체 정력학적 흡입 및 높은 기계적 압력의 요구 흡수성 조건하에 합성 뇨 용액을 흡수시킬 수 있다. "PUP" 용량은 0.032g/cm2의 흡수성 중합체 층에 의해 합성 뇨 용액의 g/g 흡수능으로서 정의되지만, 특정 시간동안 특정 적용 압력하에서 제한된다. PUP 용량을 측정하는 방법은 특정 사용 조건에서 보다 정밀하게 모의 실험하기 위해 다양한 시간대 및 다양한 요구되는 제한 압력하에서 변형시켜 수행할 수 있다. 흡수성 중합체의 PUP 용량의 측정 방법은 하기 시험 방법란에서 상세하게 기술한다. 고 PUP 용량은 흡수성 중합체가 흡수 부재에서 고농도로 사용되는 경우 흡수성 중합체에 대한 임계적인 중요한 특성이다.
흡수성 중합체에 적용되는 사용 압력은 기계적 압력(예, 사용자의 체중 및 동작, 테이핑력 등에 의해 적용되는 압력) 및 모세관 압력(예, 유체가 흡수성 중합체에 의해 흡수되기 전에 일시적으로 유체를 보유하는 흡수 코어중의 포획 성분(들)의 모세관 탈수 압력)을 포함한다. 약 0.7psi(4.8kPa)의 총 압력은 사용 조건하에서 체액을 흡수함으로써 흡수성 중합체 조성물상에 이들 압력의 합계를 나타낸다. 그러나, 고압 및 저압은 또한 사용 조건하에서 흡수성 중합체 조성물에 의해 겪게될 수 있다.
흡수 부재의 유체 수송에 영향을 주는 다른 중요한 인자는 이들 중합체를 포함하는 영역 또는 영역들의 유지능이다. 고농도의 흡수성 중합체를 갖는 영역 또는 영역들은 부분적으로 습윤되고/되거나 습윤된 상태에서 충분한 유지능을 가져야 하고, 흡수부재의 물리적 연속성(인접하는 틈 공극/모세관으로 유체를 포획하고 수송하는 능력)은 보통 사용 조건에서 실질적으로 붕괴되거나 변경되지 않는다. 흡수성 중합체 조성물에 의해 겪게되는 상기 기계적 및 모세관 압력외에, 흡수성 중합체 조성물을 포함하는 층은 전형적으로 흡수제품의 일반적인 사용도중에 다양한 강도 및 방향의 장력 및 비틀림력을 갖게된다. 이들 장력 및 비틀림력은 흡수제품을 착용하는 개인이 걷고, 앉고, 굽힘으로써 신장력 및 꼬임력을 가랑이 영역중에 번칭시키는 것을 포함한다. 습윤 유지능이 부적합하면, 이들 장력 및 비틀림력은 흡수부재의 물리적 연속성에서 상당한 변경 및/또는 붕괴를 잠재적으로 초래할 수 있고, 인접하는 공극 및 모세관으로 유체를 포획 및 수송하는 능력이 감소한다. 흡수성 중합체를 포함하는 층은 부분적으로 분리되고, 완전히 분리되고, 유도된 틈을 갖고, 상당히 얇은 영역을 갖고, 또는 다수의 상당히 작은 분획으로 파열된다. 이러한 변경은 유체를 포획 및 수송하기 위한 흡수성 중합체를 포함하는 층의 능력을 손상시킬 수 있고, 따라서 흡수 제품중에 흡수성 중합체의 전체 효능을 감소시킬 수 있다.
흡수성 중합체 조성물의 팽윤층의 볼 버스트 강도(BBS)는 팽윤 상태중에 흡수성 중합체 조성물 층의 유지능을 측정할 수 있게 한다. 상기 BBS는 특정 조건하에서 합성 뇨 용액중에 팽윤된 흡수성 중합체 조성물층을 파열시키는데 요구되는 힘(g으로 나타낸 피크 하중이다). 볼 버스트 강도 측정에서, 흡수성 중합체 조성물 1.0g 시료는 합성 뇨 용액 30ml를 흡수하여 팽윤 겔층을 형성한다. 볼형 스테인레스 스틸 프로브를 갖는 층을 파열하는데 요구되는 힘은 물질의 볼 버스트 강도이다. 흡수성 중합체의 볼 버스트 강도를 측정하는 방법은 하기 시험 방법 분야에서 상세하게 기술된다. 전술한 바와 같이, 비교적 높은 볼 버스트 강도는 고농도의 흡수성 중합체를 포함하는 층의 양호한 유지능을 나타낸다.
본 발명의 흡수성 중합체 조성물은 0.7psi의 제한 압력하에서 합성 뇨를 흡수하는 능력 뿐만 아니라 팽윤 상태중에 비교적 높은 유지능을 나타내기 위한 능력의 면에서 기술된다. 이와 관련하여, 본 발명은 4시간후 0.7psi의 제한 압력하에서 약 39g/g이상의 합성 뇨 용액중에 가압하의 작업 용량(PUP) 및 약 50gf 이상의 볼 버스트 강도(BBS)를 갖는 흡수성 중합체 조성물에 관한 것이다. 중합체 조성물은 0.7psi의 제한 압력하에서 바람직하게는 약 41g/g 이상, 보다 바람직하게는 약 43g/g 이상, 가장 바람직하게는 약 44g/g 이상의 합성 뇨 용액중의 PUP 용량 및 약 50gf 이상의 BBS를 가질 것이다. 전형적으로, BBS 요구치외에, 중합체 조성물은 0.7psi의 제한 압력하에서 약 39g/g 내지 약 58g/g, 보다 전형적으로 약 41g/g 내지 약 55g/g, 보다 전형적으로 약 43g/g 내지 약 50g/g의 PUP 용량을 가질 것이다.
다른 양태에서, 흡수성 중합체 조성물은 4시간후 0.7psi의 제한 압력하에서 약 36g/g이상의 합성 뇨 용액중의 PUP 용량 및 약 100gf 이상의 BBS 값을 가질 것이다. 바람직하게, 상기 중합체 조성물은 4시간후 0.7psi의 제한 압력하에서 약 38g/g 이상, 보다 바람직하게는 약 40g/g 이상, 가장 바람직하게는 약 42g/g 이상의 PUP 용량 및 약 100gf 이상의 BBS 값을 가질 것이다. 전형적으로, 약 100gf 이상의 BBS 값외에, 중합체 조성물은 4시간후 0.7psi의 제한 압력하에서 약 36g/g 내지 약 58g/g, 보다 전형적으로 약 38g/g 내지 약 55g/g, 보다 전형적으로 약 40g/g 내지 약 50g/g, 보다 전형적으로 약 42g/g 내지 약 50g/g의 PUP 용량을 가질 것이다.
다른 유사한 양태에서, 흡수성 중합체 조성물은 4시간후 0.7psi의 제한 압력하에서 약 33g/g 이상의 PUP 용량 및 약 150gf 이상의 BBS 값을 가질 것이다. 바람직하게, 중합체 조성물은 4시간후 0.7psi의 제한 압력하에서 약 35g/g 이상, 보다 바람직하게는 약 37g/g 이상, 가장 바람직하게는 약 40g/g 이상의 PUP 용량 및 약 150gf의 BBS 값을 가질 것이다. 전형적으로, 약 150gf 이상의 BBS 값을 갖는 것 외에, 상기 중합체 조성물은 4시간후 0.7psi의 제한 압력하에서 약 33g/g 내지 약 58g/g, 보다 전형적으로 약 35g/g 내지 약 55g/g, 보다 전형적으로 약 37g/g 내지 약 50g/g, 보다 전형적으로 약 40g/g 내지 약 50g/g의 PUP 용량을 가질 것이다.
또다른 양태에서, 흡수성 중합체 조성물은 4시간후 0.7psi의 제한 압력하에서 약 30g/g 이상의 PUP 용량 및 약 200gf 이상의 BBS 값을 가질 것이다. 중합체 조성물은 4시간후 0.7psi의 제한 압력하에서 바람직하게는 약 32g/g 이상, 보다 바람직하게는 약 34g/g 이상, 가장 바람직하게는 약 37g/g 이상의 PUP 용량 및 약 200gf 이상의 BBS 값을 가질 것이다. 전형적으로, 약 200gf 이상의 BBS 값을 갖는 것 외에, 상기 중합체 조성물은 4시간후 0.7psi의 제한 압력하에서 약 30g/g 내지 약 58g/g, 보다 전형적으로 약 32g/g 내지 약 55g/g, 보다 전형적으로 약 34g/g 내지 약 50g/g, 보다 전형적으로 약 37g/g 내지 약 50g/g의 PUP 용량을 가질 것이다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 흡수성 중합체 조성물은 상기 조성물의 흡수능에 따라 약 50gf 내지 약 200gf의 BBS값을 갖는다. 압력하의 흡수능에 관계없이, BBS 값은 전형적으로 약 50 내지 약 1000gf, 보다 전형적으로 약 100 내지 약 800gf, 보다 전형적으로 약 150 내지 약 400gf, 가장 전형적으로 약 200 내지 약 300gf일 것이다.
흡수성 중합체를 포함하는 대역 또는 층의 양호한 유지능은 고농도의 흡수성 중합체를 갖는 흡수 부재중의 각종 고안, 형태, 조성물 등에 의해, 흡수코어(예, 유체 포획 부재)중의 다른 성분에 의해, 흡수제품(예, 상면시이트 및/또는 배면시이트)중의 다른 성분에 의해 또는 이들 성분의 임의의 조합에 의해 본 발명에 따라 얻어질 수 있다. 예컨대, 1996년 10월 8일자로 골드만 등에게 허여된 미국 특허 제 5,562,646 호를 참고로 한다.
바람직한 혼합상 이온 교환 시스템에서, 양이온 교환성분 및 음이온 교환성분은 서로 접착하는 경향이 있다. 이론에 얽매임없이, 이는 인접한 입자중에 반대 전하 부류에 고유하게 유인되는 중합체 겔 입자의 표면에서 반대 전하 폴리이온 및/또는 산/염기 부류에 연유한다. 이는 하이드로겔 대역 또는 층에서 중합체 입자를 부착시키는 3차원 망상조직을 초래함으로써 상기 대역 또는 층의 유지능을 크게 향상시킨다.
이와 관련하여, 본 발명의 흡수성 중합체 조성물은 전술한 바와 같은 BBS 값을 가질 것이다.
(ii) 흡수성 중합체를 포함하는 대역 또는 층의 투과성
흡수성 중합체를 포함하는 대역 또는 층과 관련된 다른 특성은 유체에 대한 이들의 투과성이다. 흡수부재 또는 흡수제품에 있어서, 이는 허용가능한 속도로 체액을 포획 영역으로부터 멀리 수송시키기 위한 팽윤된 흡수성 중합체를 포함하는 층등의 물질의 능력에 직접 영향을 미친다. 투과성/유동 전도성은 물질을 염수 유체로 수송시키기 위한 능력의 척도인 염수 유동 전도성(SFC)으로 정의될 수 있다. 흡수성 중합체의 SFC 값이 약 30×10-7cm3sec/g 이상이면 바람직한 투과성을 갖는다. 염수 유동 전도성을 측정하는 방법은 1996년 10월 8일자로 골드만 등에게 허여된 미국 특허 제 5,562,646 호에 개시되어 있다. 이 방법은 하기 시험 방법 분야에서 기술된 바와 같이, 혼합상 이온 교환 흡수성 중합체의 측정도중에 겔층의 비팽윤을 위해 변경된다. 이론에 얽매임없이, 혼합상 이온 교환 흡수성 중합체의 SFC 측정동안에 중합체 시료는 염수 용액으로부터 이온을 계속 교환한다. 결국, 흡수성 중합체의 이온 교환능은 과도하게 되고, 팽윤 중합체를 둘러싸는 용액의 이온 강도는 증가하고, 겔층의 비팽윤을 다소 생성시킨다. 이 비팽윤의 결과로서 겔로부터 나타나는 유체량은 SFC 측정동안에 겔층을 통해 흐르는 유체량에 비해 소량이다. 겔층의 최종 두께가 초기 두께보다 상당히 얇기 때문에 겔층의 최종 두께를 사용하여 SFC 값을 계산한다. 계산시 겔층의 최종 두께를 사용하여 측정동안에 얻어지는 최소 SFC를 제공한다. 겔층의 초기 또는 중간 두께를 사용하여 비교적 높은 SFC 값을 제공할 것이다.
본 발명의 흡수성 중합체 조성물은 필수적인 것은 아니지만, 바람직하게는 약 30×10-7cm3sec/g 이상, 보다 바람직하게는 약 50×10-7cm3sec/g 이상, 보다 바람직하게는 약 70×10-7cm3sec/g 이상의 SFC 값을 가질 것이다. 전형적으로, 본 발명의 흡수성 중합체는 약 30 내지 약 100×10-7cm3sec/g, 보다 전형적으로 약 50 내지 약 90×10-7cm3sec/g, 보다 전형적으로 약 70 내지 약 80×10-7cm3sec/g의 SFC 값을 가질 것이다.
(iii) 흡수성 중합체를 포함하는 대역 또는 층의 다공성
본 발명의 흡수성 중합체의 다른 특징은 상기 중합체가 제한 압력하에서 체액중에서 팽윤될 때 흡수성 중합체를 포함하는 대역 또는 층의 개방성 또는 다공성이다. 본원에 유용한 흡수성 중합체가 흡수 부재 또는 흡수 제품중에서 고농도로 존재한다음 통상적인 압력하에서 팽윤될 때 입자들간은 서로 접촉하고, 고농도 영역중의 틈 공극은 일반적으로 팽윤된 중합체에 의해 제한된다. 이러한 것이 발생할 때 상기 영역의 개방성 또는 다공성 특성은 일반적으로 팽윤된 흡수성 중합체만으로부터 형성된 대역 또는 층의 다공성을 반영한다. 본원에 사용된 바와 같이, "다공성"이란 용어는 고형 물질에 의해 차지되지 않은 단편 체적(치수가 없음)을 의미한다. 예컨대, 제이.엠.콜슨(J.M.Coulson) 등의 문헌[Chemical Engineering Vol.2,3판, Pergamon Press, 1978, p. 126]을 참고로 한다.
다공성은 통상적인 압력하에서 체액을 포획 및 분배시킬 수 있도록 개방부를 유지하기 위한 팽윤된 흡수성 중합체를 포함하는 대역 또는 층의 능력의 효과적인 척도이다. 팽윤된 고농도 영역의 다공성의 증가는 흡수 코어에 대한 우수한 흡수성 및 유체 취급 특성을 제공함으로써 특히 높은 유체 하중에서 누출을 감소시킨다. 바람직하게, 팽윤된 흡수성 중합체를 포함하는 대역 또는 층의 다공성은 목재-펄프 플러프와 같은 통상적인 포획/분배 물질의 다공성과 비슷하거나 이보다 더욱 월등하다. 1996년 10월 8일자로 골드만등에게 허여된 미국 특허 제 5,562,646 호를 참고로 한다.
c. 흡수성 중합체의 제조방법
본 발명에 유용한 흡수성 중합체는 임의의 중합 및/또는 가교결합 기법에 의해 형성될 수 있다. 이들 중합체의 전형적인 제조방법은 1988년 4월 19일자로 허여된 미국 재허여 특허 제 32,649 호(브란트 등), 1987년 5월 19일자로 허여된 미국 특허 제 4,666,983 호(쓰바키모토 등) 및 1986년 11월 25일자로 허여된 미국 특허 제 4,625,001 호(쓰바키모토 등)에 기술되어 있고, 이들 모두는 본원에 참고로 인용되어 있다.
본 발명에 유용한 이온 교환 중합체를 제조하기 위한 중합방법은 자유 라디칼, 개환, 축합, 음이온, 양이온 또는 조사 기법을 포함할 수 있다. 상기 중합체는 중화되거나, 일부 중화되거나, 비중화된 형태로 제조될 수 있지만, 바람직한 생성물은 비중화된 것이다. 상기 흡수성 중합체는 균질 용액 중합방법 또는 다상 중합 기법(예, 역 유화 또는 현탁 중합 절차)를 사용하여 제조될 수 있다.
가교결합은 중합도중에 적합한 가교결합 단량체를 혼입시켜 수행할 수 있다. 한편으로, 상기 중합체는 중합후에 적합한 반응성 가교결합제와 반응시켜 가교결합시킬 수 있다. 초기에 형성된 중합체의 표면 가교결합은 비교적 높은 PUP 용량, 다공성 및 투과성을 갖는 흡수성 중합체를 얻기위한 바람직한 방법이다. 이론에 얽매임없이, 표면 가교결합은 팽윤된 흡수성 중합체 입자의 표면의 변형 저항성을 증가시킴으로써 팽윤된 입자가 외부 압력하에서 변형될 때 이웃하는 중합체 입자사이의 접촉 정도를 감소시킨다. 표면 가교결합된 흡수성 중합체는 내부보다 표면 근접부에서 보다 높은 가교결합도를 갖는다. 본원에 사용된 바와 같이, "표면"은 입자의 외부-대향 경계를 의미한다. 다공성 흡수성 중합체(예, 다공성 입자 등)에 있어서, 노출된 내부 경계가 또한 포함될 수 있다. 표면에서의 높은 가교결합도에 의해, 표면의 근접부에서 흡수성 중합체에 대한 작용성 가교결합도는 일반적으로 내부에서 중합체에 대한 작용성 가교결합도보다 높다는 것을 의미한다. 표면으로부터 내부로 가교결합의 단계적 변화는 깊이 및 윤곽에 따라 변할 수 있다.
표면 가교결합을 도입하기 위한 다수의 방법이 당해 분야에 기술되어 있다. 표면 가교결합을 위한 적합한 방법은 (i) 흡수성 중합체내에 존재하는 작용기와 반응할 수 있는 이작용성 또는 다작용성 제제(들)을 흡수성 중합체의 표면에 도포하고, (ii) 흡수성 중합체내에 다른 첨가된 제제 및 가능하게는 존재하는 작용기와 반응할 수 있는 이작용성 또는 다작용성 제제를 표면에 도포(예, 단량체와 가교결합제의 첨가 및 제 2 중합 반응의 개시)하여 표면에서 가교결합도를 증가시키고; (iii) 추가의 다가 제제를 첨가하지 않지만, 제 1 중합 방법도중에 또는 후에 흡수성 중합체내에 존재하는 성분들사이에서 추가 반응(들)을 유발하여 표면에서 또는 표면 부근에서 보다 높은 가교결합도를 발생시키고(예, 가교결합제가 표면 부근에서 보다 높은 정도로 존재하는 현탁 중합방법); (iv) 다른 물질을 표면에 첨가하여 보다 높은 가교결합도를 유발하거나 다르게는 생성된 하이드로겔의 표면 변형성을 감소시키는 것을 포함한다. 본 발명에 따라 흡수성 중합체의 표면 가교결합을 수행하기에 적합한 일반적인 방법은 1985년 9월 17일자로 허여된 미국 특허 제 4,541,871 호(오바야시(Obayashi)); 1992년 10월 1일자로 공개된 PCT 공개공보 WO 92/16565 호(스탄리(Stanley)); 1990년 8월 9일자로 공개된 PCT 공개공보 WO 90/08789 호(타이(Tai)); 1993년 3월 18일자로 공개된 PCT 공개공보 WO93/05080(스탄리); 1989년 4월 25일자로 허여된 미국 특허 제 4,824,901 호(알렉산더(Alexander)); 1989년 1월 17일자로 허여된 미국 특허 제 4,789,861 호(존슨(Johnson)); 1986년 5월 6일자로 허여된 미국 특허 제 4,587,308 호(마키타(Makita)); 1988년 3월 29일자로 허여된 미국 특허 제 4,734,478 호(쓰바키모토(Tsubakimoto)); 1992년 11월 17일자로 허여된 미국 특허 제 5,164,459 호(키무라(Kimura) 등); 1991년 8월 29일자로 공개된 독일 특허원 제 4,020,780 호(다멘(Dahmen)); 1992년 10월 21일자로 공개된 유럽 특허원 제 509,708 호(가트너(Gartner))에 기술되어 있고, 이들은 본원에 참고로 인용되어 있다. 양이온 흡수성 중합체에 있어서, 적합한 이작용성 또는 다작용성 가교결합 제제는 디/폴리-할로알칸, 디/폴리-에폭시드, 디/폴리-산 염화물, 디/폴리-토실, 알칸 디/폴리-알데히드, 디/폴리-산 등을 포함한다.
C. 시험 방법
1. 가압하의 작업(PUP) 용량
이 시험은 1997년 2월 4일자로 허여된 미국 특허 제 5,599,335(골드만 등)에 기술된 방법을 기초로 한다. 이 시험은 제한압력(예, 0.7psi 또는 1.4psi)하에서 피스톤/실린더 조립체에 측방향으로 제한된 흡수성 중합체(예, 혼합상 이온 교환 흡수성 중합체 조성물을 포함함)에 의해 흡수된 합성 뇨 용액의 양을 측정한다. 이 시험의 목적은 상기 중합체가 흡수 부재중에 고농도로 존재하고 통상적인 압력으로 노출될 때 흡수성 중합체 조성물을 포함하는 제품의 지속적인 사용(예, 밤동안)에 필적할만한 시간(예, 1, 2, 4, 8 또는 16시간)동안 체액을 흡수하기 위한 흡수성 중합체의 능력을 평가한다. 흡수성 중합체가 유체를 흡수하는데 요구되는 통상적인 압력은 착용자의 체중 및/또는 움직임으로부터 초래되는 기계적 압력, 탄성 및 고착 시스템으로부터 생성되는 기계적 압력 및 인접층 및/또는 부재의 유체 정력학적 탈수 압력을 포함한다.
PUP 용량 시험에 대한 시험 유체는 합성 뇨 용액이다. 이 유체는 거의 제로 유체 정력학적 압력에서 요구되는 흡수 조건하에서 흡수성 중합체에 의해 흡수된다.
이 시험에 대해 적합한 장치는 도 1에 도시한다. 이 장치의 한쪽 단부는 덮개(714)를 갖는 유체 저장고(712)(예, 페트리 접시)이다. 상기 저장고(712)는 분석 천칭(716)상에 위치한다. 장치(710)의 나머지 단부는 프릿화된 깔때기(718), 내부 깔때기(718)에 부착된 피스톤/실린더 조립체(720) 및 깔대기(718)상에 부착된 원통형 플라스틱 프릿화된 깔대기 덮개(722)이고, 저부에서 개방되고, 핀홀을 갖는 상부에서 밀폐된다. 장치(710)는 섹션 유리 튜브(724 및 731a), 가요성 플라스틱 튜브(731b)(예, 1/4인치 i.d. 및 3/8인치 o.d. 타이곤(Tygon) 튜브), 스톱콕 조립체(726 및 738) 및 유리 튜브(724 및 731a)와 스톱콕 조립체(726 및 738)를 연결시키기 위한 테플론 연결기(748,750 및 752)로 이루어지는 어느 한쪽 방향으로 유체를 수송하기 위한 시스템을 갖는다. 스톱콕 조립체(726)는 3방향 밸브(728), 주 유체 시스템중의 유리 모세관 튜브(730 및 734), 및 저장고(712)를 보충시키고 프릿화된 깔대기(718)중에 프릿화된 디스크를 전방으로 채우는 유리 모세관 튜브(732) 섹션으로 이루어진다. 스톱콕 조립체(738)는 유사하게 3방향 밸브(740), 주 유체 도관중의 유리 모세관 튜브(742 및 746), 및 상기 시스템에 대한 배수관으로서 작용하는 유리 모세관 튜브(744) 섹션으로 이루어진다.
도 1에 있어서, 조립체(720)는 실린더(754), 컵모양 피스톤(756) 및 내부 피스톤(756)에 부착된 중량계(758)로 이루어진다. 실린더(754)의 저부 말단에 부착된 것은 부착이전에 팽팽하게 이축으로 신장된 No 400 메쉬 스테인레스 스틸 클로스 스크린 759이다. 흡수성 중합체 조성물(760)은 스크린(759)상에 남겨진다. 실린더(754)는 투명한 렉산(Lexan) 로드(또는 동등물)로부터 시굴되고, 6.00cm의 내경(면적= 28.27cm2), 약 5mm의 벽 두께 및 약 5cm의 높이를 갖는다. 피스톤(756) 테플론 또는 켈-에프(Kel-F) 컵의 형태이고, 실린더와 피스톤사이에 0.114mm 내지 0.191mm의 고리모양 틈으로 실린더(754)중에 미끄러짐 부착으로 구조된다. 원통형 스테인레스 스틸 중량계(758)는 피스톤(756)내에 편안하게 부착되도록 이루어지고, 제거하기에 용이하도록 상부에 핸들이 부착되어 있다(도시되지 않음). 0.7psi의 제한 압력에 있어서, 피스톤(756) 및 중량계(758)의 혼합 중량은 1390g이고, 이는 28.27cm2의 면적에 대한 0.7psi의 압력에 해당한다. 1.4psi의 제한 압력에 있어서, 피스톤(756) 및 중량계(758)의 혼합 중량은 2780g이다.
장치(710)의 성분은 10cm의 유체 정력학적 헤드하로 흐르는 합성 뇨의 유속이 프릿화된 깔대기(718)중에 프릿화된 디스크의 36g/hr/cm2이상이도록 하는 크기이다. 유속에 특히 영향을 주는 요소는 프릿화된 깔대기(718)중에 프릿화된 디스크의 투과성 및 유리 튜브(724, 730, 734, 742, 746 및 731a) 및 스톱콕 밸브(728 및 740)의 내경이다.
저장고(712)는 0.1g/hr 미만의 표류로 0.01g 이상으로 정확한 분석 천칭(716)상에 위치한다. 상기 천칭은 바람직하게 (i) PUP 시험의 개시로부터 미리 맞춘 시간으로 천칭 중량 변화를 관찰하고, (ii) 천칭 민감성에 의존하는 0.01 내지 0.05g의 중량 변화에 의해 개시 데이터 포획을 자동으로 맞출 수 있는 소프트웨어를 갖는 컴퓨터에 접속한다. 저장고(712)로 유입되는 튜브(724)는 저부 또는 덮개(714)와 접촉하지 않아야 한다. 저장고(712)중의 유체(도시하지 않음)의 체적은 측정하는 도중에 공기가 튜브(724)속으로 취입되지 않도록 충분해야 한다. 측정의 개시에서 저장고(712)중의 유체량은 프릿화된 깔대기(718)중에 프릿화된 디스크의 상부 표면아래에서 약 2mm이어야 한다. 이는 프릿화된 디스크상에 소적량의 유체를 놓고, 저장고(712)로 되돌아오는 유체량의 흐름을 중량 측정으로 관찰함으로써 확인할 수 있다. 상기량은 피스톤/실린더 조립체(720)가 깔대기(718)내에 위치될 때 상당히 변화하지 않아야 한다. 상기 저장고는 충분히 큰 직경(예, 14cm 이하)을 가짐으로써 40ml이하의 분획의 회수는 3mm 미만의 유체 높이의 변화를 초래한다.
측정 이전에 조립체를 합성 뇨 용액으로 채우고, 프릿화된 깔대기(718)중에 프릿화된 디스크를 채움으로써 새로운 합성 뇨 용액으로 채워진다. 가능한 정도로, 공기 기포를 프릿화된 디스크의 저부면 및 저장고에 깔대기를 연결하는 시스템으로부터 제거한다. 하기의 절차는 3방향 스톱콕의 연속 작동으로 수행한다:
1. 프릿화된 디스크의 상면상의 과량의 유체를 프릿화된 깔대기 718로부터 제거한다(예, 붓는다).
2. 저장고(712)의 용액 높이/중량을 적절한 양/값으로 조절한다.
3. 프릿화된 깔대기(718)를 저장고(712)에 대해 보정 높이로 위치시킨다.
4. 프릿화된 깔대기(718)을 프릿화된 깔대기 덮개(722)로 덮는다.
5. 저장고(712) 및 프릿화된 깔대기(718)를 개방부 연결 위치에서 스톱콕 조립체(726 및 738)의 밸브(728 및 740)로 평형시킨다.
6. 밸브(728 및 740)를 밀폐한다.
7. 밸브(740)를 회전시킴으로써 깔대기를 배수관(744)으로 개방시킨다.
8. 시스템을 5분동안 이 위치에서 평형시킨다.
9. 밸브(740)를 그의 밀폐 위치로 복귀시킨다.
단계 번호 7 내지 9는 프릿화된 깔대기(718)의 표면을 5cm 이하의 작은 유체 정력학적 흡입부에 노출시킴으로써 프릿화된 깔대기(718)의 표면을 일시적으로 "건조"시킨다. 튜브(744)의 개방 말단부가 프릿화된 깔대기(718)중의 프릿화된 디스크의 수준아래로 5cm 이하로 연장되고, 합성 뇨로 채워지는 경우에 흡입부를 적용한다. 전형적으로, 0.2g 이하의 유체가 이 절차도중에 시스템으로부터 배수된다. 이 절차는 피스톤/실린더 조립체(720)가 프릿화된 깔대기(718)내에 위치할 때 합성 뇨의 미숙한 흡수를 방지한다. 이 절차중의 프릿화된 깔대기로부터 배수되는 유체량(소위, 프릿화된 깔대기의 보정 높이)은 피스톤/실린더 조립체(720)없이 15분동안 PUP 시험(하기 나타냄)을 수행함으로써 측정한다. 상기 절차에 의해 프릿화된 깔대기로부터 배수된 모든 유체는 본질적으로 이 시험이 시작할 때 프릿에 의해 매우 빨리 재흡수된다. 따라서, PUP 시험(하기 나타냄)동안에 저장고로부터 제거된 유체의 중량으로부터 보정 중량을 감하는 것이 필요하다.
흡수성 중합체 조성물(760)을 적합한 절차, 예컨대 충분한 시간동안 적절한 온도에서 고진공하에서 탈수시켜 건조시킴으로써 시료중에서 수분 및/또는 다른 용매의 수준을 가능한한 많이 감소시킨다. 칼 피셔 적정 또는 열중량 측정 분석과 같은 적절한 기법에 의해 측정되는 바와 같이, 잔여 수분의 최종 수준은 약 5% 미만, 바람직하게 약 3% 미만이어야 한다. 약 0.9g(Wap)의 건조 흡수성 중합체 조성물(760)(0.032g/cm2의 기본중량에 해당함)을 실린더(754)에 가하고, 스크린(759)상에 균일하게 분배시킨다. 흡수성 중합체(760)가 실린더(754)의 내벽에 부착되는 것을 방지하기 위해 주의해야 한다. 피스톤(756)은 실린더(754)로 미끄러지고, 흡수성 중합체(760)의 상부에 위치하는 한편, 피스톤이 실린더내를 자유롭게 미끄러질 수 있다. 피스톤이 부드럽게 회전함으로써 흡수성 중합체를 분배시킬 수 있다. 피스톤/실린더 조립체(720)를 깔대기(718)의 프릿부의 상부에 놓고, 중량계(758)가 피스톤(756)으로 미끄러지고, 깔대기(718)의 상부를 프릿화된 깔대기 덮개(722)로 덮는다. 안정성을 위해 천칭 판독을 체크한 후에, 밸브(728 및 740)를 개방하여 깔대기(718)와 저장고(712)를 연결함으로써 시험을 시작한다. 자동 개시에 따라, 깔대기(718)가 유체를 재흡수하기 시작함으로써 데이터 수집을 즉시 시작한다.
저장고(712)에 남아있는 유체의 중량을 시험의 진행동안 빈번한 간격으로 기록한다. 임의의 시간(t)에서 PUP 용량을 하기와 같이 계산한다:
PUP 용량(gm/gm;t) =[Wr(t=0)-Wr(t)-Wfc]/Wap
상기식에서,
Wr(t=0)은 개시이전에 저장고(712)의 g중량이고,
Wr(t)는 경과된 시간(t)(예, 1, 2, 4, 8 또는 16시간)에서 저장고(712)의 중량(g)이고,
Wfc프릿화된 깔대기 보정 중량(g)(개별적으로 측정됨)이고,
Wap는 흡수성 중합체의 초기 건조 중량(g)이다.
2. 볼 버스트 강도(BBS) 시험
이 시험은 흡수성 중합체 조성물의 볼 버스트 강도(BBS)를 측정한다. 상기 BBS는 시험 방법에 규정된 절차하에서 합성 뇨 용액중에 팽윤된 흡수성 중합체 조성물 층을 파열시키는데 요구되는 힘(피크 하중, gf)이다. BBS는 팽윤 상태중에 흡수성 중합체 조성물 층의 유지능의 척도이다.
BBS 측정을 위해 적합한 장치는 도 4에 도시되어 있다. 이 장치는 흡수성 중합체 층(260)을 함유하기 위해 사용되는 내부 실린더(270), 외부 실린더(230), 테플론 평면 저부 트레이(240), 내부 실린더 덮개 판(220) 및 스테인레스 스틸 중량계(210)를 포함한다. 상기 내부 실린더(270)는 투명한 렉산 로드 또는 동등물로부터 시굴되고, 6.00cm의 내경(면적= 28.27cm2), 약 0.5cm의 벽 두께 및 약 1.50cm의 높이를 갖는다. 외부 실린더(230)는 렉산 로드 또는 동등물로부터 시굴되고, 내경(270)의 외경보다 약간 큰 내경을 가짐으로써 내부 실린더(270)는 외부 실린더(230)내에 부착되고, 자유롭게 미끄러진다. 외부 실린더(230)는 약 0.5cm의 벽 두께 및 약 1.00cm의 높이를 갖는다. 외부 실린더(230)의 저부는 부착이전에 팽팽하게 이축으로 신장된 400메쉬 스테인레스 스틸 스크린(250)과 대향한다. 내부 실린더 덮개판(220)은 0.8cm의 두께 및 500g의 중량을 갖는 유리 판으로 제조된다. 스테인레스 스틸 중량(210)은 1700g의 중량을 갖는다.
버스트 시험 하중 셀을 갖는 인장 시험기(펜실바니아주 소재의 스윙-알버트 인스트루먼트 캄파니에 의해 제조된 인텔렉트-II-STD 인장 시험기로부터 이용가능함)를 본 시험을 위해 사용한다. 도 5에 있어서, 이 기구는 소결된 스테인레스 스틸 볼형 프로브(290)를 구비한 힘 센스 하중 셀(330), 이동 크로스헤드(320), 정체 크로스헤드(310), 원형 하부 압반(280) 및 시료(260)를 공기압으로 클램프하기 위해 사용되는 상부 클램핑 압반(300)을 포함한다. 하부 클램프 압반(280)은 정체 크로스헤드(310)상에 설치된다. 저부 클램프 압반(280) 및 상부 클램프 압반(300)은 115mm의 직경, 2.9mm의 두께 및 직경중에 18.65mm의 원형 개방부를 갖는다. 소결된 스테인레스 스틸 볼형 프로브는 15.84mm의 직경을 갖는다. BBS 시험 절차동안에, 이동 크로스헤드(320)는 상승하고, 프로브(290)는 시료(260)와 접촉하여 침투한다. 프로브(290)가 시료(260)를 침투할 때 시험은 종결된 것으로 간주되고, 적절한 데이터를 기록한다.
도 4에 도시된 시료 장치에 있어서, 내부 실린더(270)를 외부 실린더(230)로 삽입한다. 1.0g의 흡수성 중합체 조성물 시료를 내부 실린더(270)에 가하고 400메쉬의 스테인레스 스틸 스크린(250)상에 균일하게 분산시킨다. 흡수성 중합체를 갖는 조립된 실린더를 테플론 평면 저부 트레이(240)로 이동시키고, 내부 실린더 덮개 판(220)을 내부 실린더(270)상에 위치시킨다. 30.0ml의 합성 뇨 용액을 테플론 평면 저부 트레이(240)에 부었다. 합성 뇨 용액은 스테인레스 스크린을 통과하고, 흡수성 중합체 조성물(260)에 의해 흡수된다. 유체를 첨가한지 5분후에 스테인레스 중량계(210)를 내부 실린더 덮개 판(220)상에 놓았다. 추가로 25분후에, 스테인레스 스틸 중량계(210) 및 내부 실린더 덮개 판(220)을 제거한다. 효과적인 절차에 있어서, 모든 합성 뇨 용액은 이 시점에서 흡수성 중합체 조성물에 의해 흡수되어야 한다. 팽윤된 흡수성 중합체(260)의 층을 갖는 내부 실린더(270)를 BBS의 측정을 위해 버스트 시험기로 즉시 이동시킨다.
도 5에 도시된 버스트 시험기에 있어서, 팽윤된 흡수성 중합체(260)를 갖는 내부 실린더(270)을 저부 클램프 압반(280)상의 중심에 놓고 상부 클램핑 압반(300)으로 공기압으로 고정한다. 10.00g의 파괴 민감성 및 5.00인치/분의 시험 속도를 사용하여 측정을 수행한다. 측정을 시작하고, 소결된 스테인레스 스틸 볼형 프로브(290)이 흡수 물질 겔 층(260)을 침투할때까지 크로스헤드(320)를 상승시킨다. 시료 버스트를 기록한후, 이동 크로스헤드(320)는 시작 위치로 복귀한다. 상기 BBS는 피크 하중(gf)으로서 나타낸다. 상기 3개의 측정의 평균을 흡수성 중합체 조성물에 대한 BBS로 기록한다.
D. 흡수 부재
본 발명에 따른 흡수 부재는 전술한 흡수성 중합체 조성물을 단독으로, 또는 섬유, 열가소성 물질 등과 같은 다른 임의의 구성성분과 함께 포함한다. 바람직한 물질은 골드만 등의 미국 특허 제 5,562,646 호의 23컬럼 13째줄 내지 29컬럼 16째줄에 자세히 기재되어 있다. 이러한 흡수성 중합체를 포함하는 상기 흡수 부재는 흡수 코어에서 유체 저장 부재로서 작용할 수 있다. 이러한 유체 저장 부재의 주요 기능은 배출된 체액을 직접 또는 다른 흡수 부재(예를 들면, 유체 포획/분배 부재)로부터 흡수하고, 이어서 착용자의 움직임에 따라 통상적으로 겪게되는 압력이 가해지는 경우에도 이러한 유체를 보유하는 것이다. 그러나, 이러한 중합체-함유 흡수 부재는 유체 저장 이외의 기능을 제공할 수 있는 것으로 이해되어야 한다.
바람직한 양태에서, 본 발명에 따른 흡수 부재는 비교적 고농도의 이러한 흡수성 중합체를 갖는 하나 이상의 영역을 함유한다. 다량의 체액을 흡수하고 보유할 수 있는 비교적 얇은 흡수 제품을 제공하기 위하여, 이러한 중합체의 수준을 최대화하고 다른 구성성분, 특히 섬유성 구성성분의 수준을 최소화하는 것이 바람직하다. 그러나, 이러한 흡수성 중합체를 비교적 고농도로 이용하기 위해서는, 이들 중합체가 비교적 높은 제한 압력하에 비교적 높은 필요 흡수능(즉, PUP 용량) 및 바람직하게는 압력하에 비교적 높은 투과성(즉, SFC)을 갖는 것이 중요하다. 이것은 중합체가 체액의 존재로 팽창된 경우, 중합체가 이러한 배출된 체액을 포획하고, 이어서 이들 유체를 비교적 높은 겔 농도를 갖는 대역 또는 층을 통하여 흡수 부재 및/또는 흡수 코어의 다른 영역으로 전달하고/하거나 이들 체액을 저장하는 적합한 능력을 제공하도록 한다.
흡수 부재의 제공된 영역에서 흡수성 중합체 조성물의 농도를 측정하는데 있어서, 흡수성 중합체 및 중합체를 함유하는 영역에 존재하는 임의의 다른 구성성분(예를 들면, 섬유, 열가소성 물질 등)의 중량의 합에 대한 흡수성 중합체의 중량의 백분율이 사용된다. 이를 고려하여, 본 발명의 흡수 부재의 제공된 영역의 흡수성 중합체 조성물의 농도는 전형적으로 약 40 내지 100%, 약 50 내지 약 100%, 약 60 내지 100%, 약 70 내지 100%, 약 80 내지 100%, 또는 약 90% 내지 100%의 범위이다. 물론, 일반적으로 흡수성 중합체의 상대 농도가 높을수록, 흡수 부재가 더욱 얇아지고 부피가 적어진다.
E. 흡수 코어 및 흡수 제품
본 발명의 흡수성 중합체 조성물은 미국 특허 제 5,562,646 호(골드만 등)에 기재된 바와 같이 체액의 흡수를 위해 사용된 임의의 흡수 코어 및/또는 흡수 제품에서의 통상적인 흡수성 중합체로서만 사용될 수 있다. 상기 '646 호 특허의 33컬럼, 7째줄 내지 52컬럼 24째줄에는 흡수 코어가 자세히 기재되어 있고; 52컬럼, 25째줄 내지 54컬럼 9째줄에는 흡수 제품이 자세히 기재되어 있다. 이러한 제품은 기저귀, 생리 용품 및/또는 성인 실금자용 제품을 포함한다. 동일한 중량에서 혼합상 이온 교환 흡수성 중합체를 통상적인 흡수성 중합체 대신에 대체시키면, 제품의 흡수능이 증가하게 된다. 다르게는, 흡수성 중합체는 제품의 흡수능을 증가시키지 않지만 제품이 더욱 가볍고, 더욱 얇고/얇거나 더욱 부피가 작도록 더욱 작은 중량으로 대체될 수 있다.
전술한 임의의 흡수 제품에서 본 발명의 흡수성 중합체의 혼입은 당업자에게 명백하다. 이러한 제품은, 예를 들면 통기성 배면시이트, 후크 및 루프 패스너(hook-and-loop fastner), 이중 구성성분 섬유 매트릭스 등과 같은 특징부를 갖는 것을 포함한다.
본원에 기재된 흡수성 중합체 조성물을 함유할 수 있는 흡수 제품은, 예를 들면 1965년 12월 21일자로 베르나르딘(Bernardin)에게 허여된 미국 특허 제 3,224,926 호; 1969년 4월 22일자로 청(Chung)에게 허여된 미국 특허 제 3,440,135 호; 1976년 1월 13일자로 챠터지(Chatterjee)에게 허여된 미국 특허 제 3,932,209 호; 및 1977년 7월 12일자로 산제니스(Sangenis) 등에게 허여된 미국 특허 제 4,035,147 호를 포함한다. 더욱 바람직한 보강 섬유는 1989년 4월 18일자로 딘(Dean) 등에게 허여된 미국 특허 제 4,822,453 호; 1989년 12월 19일자로 딘 등에게 허여된 미국 특허 제 4,888,093 호; 1990년 2월 6일자로 무어(Moore) 등에게 허여된 미국 특허 제 4,898,642 호; 1992년 8월 11일자로 헤로우(Herrow) 등에게 허여된 미국 특허 제 5,137,537 호; 1989년 4월 4일자로 웡(Wong)에게 허여된 미국 특허 제 4,818,598 호; 1996년 10월 8일자로 골드만 등에게 허여된 미국 특허 제 5,562,646 호; 1993년 6월 8일자로 영(Young) 등에게 허여된 미국 특허 제 5,217,445 호; 1994년 11월 1일자로 쿡(Cook) 등에게 허여된 미국 특허 제 5,360,420 호; 라쉬(Lash) 등의 미국 특허 제 4,935,022 호; 1993년 11월 16일자로 드라구(Dragoo) 등에 의해 출원된 미국 특허원 제 08/153,739 호; 1993년 12월 8일자로 드라구 등에 의해 출원된 미국 특허원 제 08/164,049 호; 린드세이(Lindsay) 등의 미국 특허 제 4,260,443 호; 1984년 8월 21일자로 페더센(Pedersen) 등에게 허여된 미국 특허 제 4,467,012 호; 1987년 12월 29일자로 랑(Lang)에게 허여된 미국 특허 제 4,715,918 호; 1989년 7월 25일자로 패커드(Packard) 등에게 허여된 미국 특허 제 4,851,069 호; 1990년 8월 21일자로 오스본(Osborn)에게 허여된 미국 특허 제 4,950,264 호; 1991년 2월 19일자로 베르나르딘에게 허여된 미국 특허 제 4,994,037 호; 1991년 4월 23일자로 베르나르딘에게 허여된 미국 특허 제 5,009,650 호; 1991년 4월 23일자로 오스본에게 허여된 미국 특허 제 5,009,653 호; 1992년 7월 7일자로 마쿠이(Makoui)에게 허여된 미국 특허 제 5,128,082 호; 1992년 9월 22일자로 켈렌버르거(Kellenberger) 등에게 허여된 미국 특허 제 5,149,335 호; 1993년 1월 5일자로 베르나르딘에게 허여된 미국 특허 제 5,176,668 호; 1993년 10월 21일자로 리차드(Richard) 등에 의해 출원된 미국 특허원 제 141,156 호; 1984년 1월 31일자로 콜핀(Kolpin) 등에게 허여된 미국 특허 제 4,429,001 호; 및 1991년 11월 19일자로 아지즈(Aziz) 등에 의해 출원된 미국 특허원 제 07/794,745 호에 개시되어 있고, 이들은 모두 본원에 참고로 인용되어 있다.
F. 특정 실시예
비교적 높은 PUP 용량(0.7psi에서 ∼33g/g; 60분)을 갖는, 고도로 가교결합되고 부분적으로 중화된 폴리(아크릴산) 흡수성 중합체를 미국 일리노이주 팔란틴 소재의 더 켐달 코포레이션(the Chemdal Corporation: ASAP-2300; 목록 번호 426152)에서 구입하였다. (ASAP-2300과 유사한 시료는 미국 오하이오주 신시내티 소재의 더 프록터 앤드 갬블 캄파니 페이퍼 테크놀러지 디비젼(The Procter ＆ Gamble Co., Paper Technology Division)에서 구입가능하다). 이 물질은 비교용 시료로서 제공되고 본원에서 "비교용 시료"로서 칭한다.
통상적인 폴리아크릴레이트 흡수성 중합체와 비교되는 증가된 일체성을 제공하는 흡수성 중합체의 시료를 니폰 쇼쿠바이(Nippon Shokubai: 목록 번호 TN37408)로부터 구입하였다. 이것은 폴리에틸렌이민에 의해 표면 처리된 폴리아크릴레이트이다. 이 중합체는 1995년 1월 17일자로 출원된 미국 특허 제 5,382,610 호에 자세히 기재되어 있다. 이 물질은 본원에서 "시료 ST"로 칭한다.
실시예 1
이온 교환 흡수성 중합체의 제조
(i) 양이온 교환 흡수성 중합체
양이온 교환 흡수성 중합체를 제조하기 위하여, 비교용 시료의 일부를 U.S.A. 시리즈 스탠다드(Series Standard) 50메쉬 분자체로 걸러서 직경이 약 300마이크론보다 큰 입자를 제거하였다. 입자 크기가 약 300마이크론 보다 작은 걸러진 흡수성 중합체 약 50g을 약 900mL의 증류된 탈이온수에 약 46.5g의 진한 HCl[베이커(Baker); 36.5 내지 38% HCl]을 첨가함으로써 제조된 묽은 염산 용액에 현탁시킴으로써 산 형태로 전환시켰다. 현탁액을 약 1.5시간동안 부드럽게 교반한 후, 흡수성 중합체를 침전시키고, 상층의 유체를 따라내어 제거하였다. 따라낸 액체 대신 동일한 체적의 증류된 탈이온수를 채우고, 현탁액을 약 1시간 동안 부드럽게 쉐이킹(shaking)하고, 흡수성 중합체를 침전시키고, 상층의 유체를 다시 따라내어 제거하였다. 이러한 교환 과정을 상층 액체의 pH가 5 내지 6에 이를 때까지 동일한 체적의 증류된 탈이온수로 반복하였다(약 8회). 이어서, 교환 과정을 이소프로판올(시약 등급; 미국 펜실베니아 웨스트 체스터 소재의 VWR 제조)에 의해 3회, 아세톤(시약 등급; VWR)에 의해 3회 및 무수 에테르[시약 등급; 미국 뉴저지주 깁스타운 소재의 EM 사이언스(Science) 제조]에 의해 1회 반복하였다. 생성물을 폴리테트라플루오로에틸렌의 시이트 상에 부드럽게 살포하고 하룻밤 동안 건조시켰다. 스패튤라에 의해 부드럽게 수동적으로 부순 후에, 생성물을 실온에서 96시간 동안 고진공하에 건조시켜 임의의 잔류 용매를 제거하였다. 시료를 U.S.A. 20메쉬의 분자체를 통하여 걸러서 임의의 큰 입자 또는 응집체를 제거하였다. 약 30g의 산-형태의 가교결합된 폴리(아크릴산)인 이온 교환 흡수성 중합체가 수득되었고 건조 분위기하에 저장하였다(시료 PAA).
(ii) 음이온 교환 흡수성 중합체
750,000g/몰의 명목상 중량 평균 분자량을 갖는 분지된 폴리에틸렌이민을 미국 위스콘신주 밀워키 소재의 알드리치 케미칼 캄파니(Aldrich Chemical Co.)로부터 50% 수용액으로 구입하였다(카탈로그 번호 18,917-8; 목록 번호 12922PQ). 이 용액의 20g의 시료를 증류수 37g으로 추가로 희석하고 250mL 비이커에서 30분 동안 교반하여 완전히 용해시켰다. 에틸렌 글리콜 디글리시딜 에테르(50% 용액) 2.14g(알드리치 케미칼 캄파니, 카탈로그 번호 E2,720-3; 목록 번호 07405DN)을 폴리에틸렌이민 용액에 첨가하고 혼합물을 실온에서 약 2분 동안 교반한 후, 약 65℃에서 3시간 동안 배기 오븐에 두었다. 생성된 겔을 냉각시킨 후, 약 1 내지 5mm 직경의 조각으로 절단하였다. 이어서, 혼합물을 증류수 2L를 함유한 4000mL들이 비이커로 옮기고, 하룻밤동안 부드럽게 교반하였다. 과량의 물을 따라내고, 남은 시료를 약 96시간 동안 고진공하게 건조시켜 고도로 가교결합된 폴리에틸렌이민 음이온 교환 흡수성 중합체를 수득하였고, 이를 건조 분위기하에 저장하였다(시료 BPEI).
(iii) 혼합상 이온 교환 흡수성 중합체
가교결합된 폴리에틸렌이민 음이온 교환 흡수성 중합체(시료 BPEI)를 극저온상태로 분쇄하고 무수 질소의 분위기하에 체로 걸러 내었다. U.S.A. 시리즈 스탠다드 25메쉬 분자체를 통과하지만, U.S.A. 시리즈 스탠다드 70메쉬 분자체를 통과하지 않는 입자 크기의 분획물을 수집하였다(즉, 직경이 약 200 내지 700마이크론 범위인 입자를 갖는 분획물).
거의 동일한 중량의 걸러진 가교결합된 폴리(아크릴산) 양이온 교환 흡수성 중합체(시료 PAA) 및 걸러진 가교결합된 폴리에틸렌이민 음이온 교환 흡수성 중합체(시료 BPEI)를 함께 혼합하여 각 유형의 중합체의 입자를 혼합물 전체에 걸쳐 균일하게 분포시켰다. 이 혼합물은 본 발명의 혼합상 이온 교환 흡수성 중합체 조성물(시료 MB-1)을 포함한다.
(iv) PUP 용량 측정
약 0.9g의 혼합상 이온 교환 흡수성 중합체 조성물(시료 MB-1)을 PUP 실린더(상기 시험 방법 부분에 기재된 바와 같다)로 옮기고, 실린더의 바닥을 포함하는 스크린의 전체 면적에 걸쳐 부드럽게 살포하였다. PUP 용량을 0.7 및 1.4psi의 제한 압력하에 별도의 시료에 대하여 측정하고, 흡수된 유체의 양을 16시간 동안 잦은 간격으로 측정하였다. 0.7psi에서 측정된 PUP 용량을 도 3에 시간의 함수로서 나타낸다. 2, 4, 8 및 16시간에서 선택된 PUP 용량 데이터를 하기 표 1에 기재하였다.
흡수성 중합체 조성물에 대한 PUP 용량
0.7psi(4시간) 0.7psi(8시간) 0.7psi(16시간) 1.4psi(2시간) 1.4psi(8시간) 1.4psi(16시간)
시료 MB-1 44g/g 48g/g 50g/g 32g/g 40g/g 42g/g
비교용 시료 33g/g 33g/g 33g/g 20g/g 20g/g 20g/g
PUP 용량의 비교는 혼합상 이온 교환 흡수성 중합체 조성물(시료 MB-1)이 동일한 시험 조건하의 부분적으로 중화된 폴리아크릴레이트 흡수성 중합체(비교용 시료)의 용량에 비해, 8시간후에 1.4psi의 제한 압력에서 PUP 용량이 약 100% 증가하고, 0.7psi의 제한 압력에서 약 40% 증가함을 나타낸다.
(v) 투과성 측정
투과성 및 다공성 지표의 측정을 1996년 10월 8일자로 골드만 등에게 허여된 미국 특허 제 5,562,646 호에 기재된 바와 같이 겔 층상의 염수 유동 전도도에 의해 제공하였다. 이 방법을 하기 논의된 바와 같이 혼합상 이온 교환 흡수성 중합체 시스템 용으로 변경하였다. 혼합상 이온 교환 흡수성 중합체 조성물(시료 MB-1) 약 0.9g을 염수 유동 전도도(SFC) 측정을 위해 고안된 실린더로 옮기고, 실린더의 바닥을 포함하는 스크린의 전체 면적에 대하여 부드럽게 살포하였다. 측정된 염수 유동 전도도 값을 하기 표 2에 기재하였다.
흡수성 중합체 조성물에 대한 SFC 값
SFC 값
시료 MB-1 ∼68 ×10-7cm3ㆍsec/g
비교용 시료 ∼10 ×10-7cm3ㆍsec/g
염수 유동 전도도의 비교는 혼합상 이온 교환 흡수성 중합체 조성물(시료 MB-1)의 투과성이 동일한 시험 조건하의 부분적으로 중화된 폴리아크릴레이트 흡수성 중합체(비교용 시료)의 투과성에 비해 실질적으로 더 크다는 것을 증명하였다. 혼합상 이온 교환 흡수성 중합체 시료는 SFC 측정 동안 염수 용액으로부터 이온을 계속 교환하는 것으로 생각된다. 결국, 흡수성 중합체의 이온 교환능이 커지고, 팽윤된 중합체를 둘러싼 용액의 이온 세기가 증가하여, 겔 층상의 일부 탈팽창을 초래한다. 이러한 탈팽창의 결과로서 겔로부터 나오는 유체의 양은 SFC 측정 동안 겔 층상을 통하여 유동하는 유체의 양에 비해 적다. 겔 층상의 최종 두께가 초기의 두께에 비해 상당히 작기 때문에, 겔 층상의 최종 두께는 SFC 값을 계산하기 위하여 사용된다. 계산에서 겔 층상의 최종 두께를 사용하면 측정 동안 달성된 최소의 SFC를 수득한다. 겔 층상의 초기 또는 중간 두께를 사용하면 더욱 큰 SFC 값을 수득한다.
SFC가 다공성의 직접적인 값은 아니지만, 일반적으로 유체에 대한 고도의 투과성은 특히 흡수성 중합체 시스템에서 고도의 다공성을 요구한다. 따라서, 혼합상 이온 교환 흡수성 중합체 조성물에 대한 비교적 높은 SFC 값은 또한 비교적 높은 수준의 다공성을 나타낸다.
(vi) 겔 층상의 일체성
팽창된 상태의 흡수성 중합체 조성물 층의 일체성 측정을 이전에 기재된 바와 같이 볼 버스트 강도(BBS)에 의해 제공하였다. 시료 MB-1, 시료 ST 및 비교용 시료에 대해 측정된 볼 버스트 강도 값을 하기 표 3에 기재하였다.
혼합상 이온 교환 흡수성 중합체 조성물에 대한 BBS 값
BBS
시료 MB-1 225gf
시료 ST 133gf
비교용 시료 17gf
표 3에서의 볼 버스트 강도 값의 비교는 혼합상 이온 교환 흡수성 중합체 조성물(시료 MB-1)이 동일한 조건하의 부분적으로 중화된 폴리아크릴레이트 흡수성 중합체(비교용 시료) 및 시료 ST에 비해 겔 층의 일체성에서 실질적인 증가를 보임을 나타낸다.
실시예 2
이온 교환 흡수성 중합체의 제조
(i) 양이온 교환 흡수성 중합체
양이온 교환 흡수성 중합체를 실시예 1의 (i)에 기재된 바와 같이 제조하였다(시료 PAA).
(ii) 음이온 교환 흡수성 중합체
a) 가교결합된 폴리알릴아민의 제조
60,000g/몰의 명목상 중량 평균 분자량을 갖는 폴리알릴아민 하이드로클로라이드를 미국 펜실베니아 워링톤 소재의 폴리사이언스 인코포레이티드(Polyscience, Inc.)로부터 구입하였다(카탈로그 번호 18378; 목록 번호 455913). 폴리알릴아민 하이드로클로라이드 용액을 165mL의 증류수에 상기 중합체 16.4g을 용해시켜 제조하였다. 50% 수산화 나트륨 수용액 15.6g을 상기 용액에 교반하면서 적가하였다. 에틸렌 글리콜 디글리시딜 에테르(50% 용액) 2.0g(알드리치 케미칼 캄파니, 카탈로그 번호 E2,720-3; 목록 번호 07405DN)을 폴리알릴아민 용액에 첨가하고 혼합물을 실온에서 약 2분 동안 교반하고 3시간 동안 약 65℃에서 배기 오븐에 두었다. 생성된 겔을 직경 약 5mm의 조각으로 자르고, 증류수 1L를 함유하는 4000mL들이 비이커에 옮겼다. 혼합물을 하룻밤 동안 부드럽게 교반하고 초과량의 물을 따라내었다. 남은 시료를 고진공하에 실온에서 약 96시간 동안 건조시켜 고도로 가교결합된 폴리알릴아민 음이온 교환 흡수성 중합체를 수득하였고, 이를 무수 분위기하에 저장하였다(시료 PAAM).
b) 시료 PAAM의 메틸화
포름산(96% 용액) 21.02g(알드리치 케미칼 캄파니, 카탈로그 번호 25,136-4) 및 포름알데히드(37% 용액) 35.56g(알드리치 케미칼 캄파니, 카탈로그 번호 25,254-9; 목록 번호 04717TZ)을 증류수 800g에 첨가하였다. 가교결합된 폴리알릴아민(시료 PAAM) 10g을 상기 용액에 첨가하고, 혼합물을 70℃의 오븐에 24시간 동안 두었다. 겔을 따라내어 회수하고 물 1000mL에서 하룻밤 동안 교반하여 추출성 물질을 제거하였다. 상층 용액을 따라내고, 1.7% 수산화 나트륨 수용액 1L를 대신 첨가하여 겔중의 과량의 포름산을 제거하였다. 혼합물을 약 24시간 동안 정치시키고, 상층액을 따라내어 중합체를 회수하였다. 이 과정을 pH 13이 수득될 때까지 1.7% 수산화 나트륨 수용액 1L에 의해 반복하였다(약 3회). 겔을 진공 여과에 의해 회수하고, 물 3000mL에 하룻밤 동안 담갔다. 과량의 물을 따라내고, 남은 시료를 고진공하에 실온에서 약 96시간 동안 건조시켜 고도로 가교결합된 3급-폴리알릴아민 음이온 교환 흡수성 중합체를 수득하였고, 이를 무수 분위기 하에 저장하였다. 생성물의 NMR 분광 분석은 중합체 내의 아민 기의 약 90%가 메틸화되어 3급 아민 잔기를 형성함을 나타내었다(시료 t-PAAM).
(iii) 혼합상 이온 교환 흡수성 중합체
가교결합된 3급-폴리알릴아민 음이온 교환 흡수성 중합체(시료 t-PAAM)를 극저온에서 분쇄하고 건조 질소의 분위기하에 체로 걸러내었다. U.S.A. 시리즈 스탠다드 25메쉬 분자체를 통과하지만, U.S.A.시리즈 스탠다드 70메쉬 분자체를 통과하지 않는 입자 크기의 분획물을 수집하였다(즉, 직경이 약 200 내지 700마이크론 범위인 입자를 갖는 분획물).
체로 걸러진 가교결합된 폴리(아크릴산) 양이온 교환 흡수성 중합체(시료 PAA) 약 0.29g 및 체로 걸러진 가교결합된 3급-폴리알릴아민 음이온 교환 흡수성 중합체(시료 t-PAAM) 0.71g을 함께 혼합하여 각 유형의 중합체의 입자를 혼합물에 전체적으로 균일하게 분포시켰다. 이 혼합물은 혼합상 이온 교환 흡수성 중합체 조성물(본 발명의 시료 MB-2)을 포함한다.
(iv) PUP 용량 측정
약 0.9g의 혼합상 이온 교환 흡수성 중합체 조성물(시료 MB-2)을 PUP 실린더(상기 시험 방법 부분에 기재된 바와 같다)로 옮기고, 실린더의 바닥을 포함하는 스크린의 전체 면적에 걸쳐 부드럽게 살포하였다. PUP 용량을 0.7 및 1.4psi의 제한 압력하에 별도의 시료에 대하여 측정하고, 흡수된 유체의 양을 16시간 동안 잦은 간격으로 측정하였다. 0.7psi에서 측정된 PUP 용량을 도 3에 시간의 함수로서 나타낸다. 2, 4, 8 및 16시간에서 선택된 PUP 용량 데이터를 하기 표 4에 기재하였다.
흡수성 중합체 조성물에 대한 PUP 용량
0.7psi(4시간) 0.7psi(8시간) 0.7psi(16시간) 1.4psi(2시간) 1.4psi(8시간) 1.4psi(16시간)
시료 MB-2 41g/g 43g/g 44g/g 33g/g 40g/g 42g/g
비교용 시료 33g/g 33g/g 33g/g 20g/g 20g/g 20g/g
PUP 용량의 비교는 혼합상 이온 교환 흡수성 중합체 조성물(시료 MB-2)이 동일한 시험 조건하의 부분적으로 중화된 폴리아크릴레이트 흡수성 중합체(비교 시료)에 비해 실질적으로 더 많은 합성 뇨 용액을 흡수함을 나타낸다.
실시예 3
이온 교환 흡수성 중합체의 제조
(i) 양이온 교환 흡수성 중합체
양이온 교환 흡수성 중합체를 실시예 1의 (i)에 기재된 바와 같이 제조하였다(시료 PAA).
(ii) 음이온 교환 흡수성 중합체
a) 선형 폴리에틸렌이민의 제조
500,000g/몰의 명목상 중량 평균 분자량을 갖는 폴리(2-에틸-2-옥사졸린)을 미국 위스콘신 밀워키 소재의 알드리치 케미칼 캄파니에서 구입하였다(카탈로그 번호 37,397-4; 목록 번호 17223HG). 폴리(2-에틸-2-옥사졸린) 100g의 시료를 물 100mL 및 200mL의 진한 염산을 혼합하여 제조한 염산 용액에 용해시켰다. 이 용액을 100℃에서 72시간 동안 환류시키고, 이어서 실온으로 냉각시켰다. 생성물을 교반하에 50% 수산화 나트륨 용액 256mL를 첨가하여 반응 용액으로부터 침전시켰다. 백색 고형의 침전물을 진공 여과에 의해 회수하고 물 5000mL로 세척하였다. 생성물을 고진공하에 48시간 동안 건조시켜 선형의 폴리에틸렌이민을 수득하였다.
b) 가교결합된 선형 폴리에틸렌이민의 제조
상기 제조된 선형 폴리에틸렌이민 5.0g을 메탄올 50mL에 용해시켰다. 에틸렌 글리콜 디글리시딜 에테르(50% 용액) 0.5g(알드리치 케미칼 캄파니, 카탈로그 번호 E2,720-3; 목록 번호 07405DN)을 선형 폴리에틸렌 용액에 첨가하고, 혼합물을 실온에서 약 2분 동안 교반하고, 3시간 동안 약 65℃에서 배기 오븐에 두었다. 생성된 겔을 직경 약 5mm의 입자로 부수고, 500mL의 메탄올에서 하룻밤 동안 부드럽게 교반하였다. 시료를 따라내어 회수하고 고진공하에 약 48시간 동안 건조시켜 고도로 가교결합된 폴리에틸렌이민 음이온 교환 흡수성 중합체를 수득하였고, 이를 무수 분위기 하에 저장하였다(시료 LPEI-1).
c) 가교결합된 폴리에틸렌이민의 부분 메틸화
상기 제조된 선형 폴리에틸렌이민 5.37g을 메탄올 45g에 용해시켰다. 에틸렌 글리콜 디글리시딜 에테르(50% 용액) 1.07g(알드리치 케미칼 캄파니, 카탈로그 번호 E2,720-3; 목록 번호 07405DN)을 선형 폴리에틸렌이민 용액에 첨가하고 혼합물을 실온에서 약 2분 동안 교반하고, 3시간 동안 약 65℃에서 배기 오븐에 두었다. 생성된 겔을 직경 약 5mm의 입자로 부수고, 500mL의 메탄올에서 하룻밤 동안 부드럽게 교반하였다. 시료를 따라내어 회수하고 고진공하에 약 48시간 동안 건조시켜 고도로 가교결합된 폴리에틸렌이민 음이온 교환 흡수성 중합체를 수득하였고, 이를 무수 분위기 하에 저장하였다(시료 LPEI-2).
포름산(96% 용액) 48.44g(알드리치 케미칼 캄파니, 카탈로그 번호 25,136-4) 및 포름알데히드(37% 용액) 81.17g(알드리치 케미칼 캄파니, 카탈로그 번호 25,254-9)을 증류수 370.39g에 첨가하여 원료 용액 500g을 수득하였다. 원료 용액 46.98g을 가교결합된 선형 폴리에틸렌이민(시료 LPEI-2)의 5.37g에 첨가하였다. 혼합물을 450mL의 증류수로 추가로 희석시키고, 70℃의 오븐에 24시간 동안 두었다. 겔을 따라내어 회수하고 물 2500mL에서 하룻밤 동안 교반하여 추출성 물질을 제거하였다. 상층 용액을 따라내고, 50% 수산화 나트륨 수용액 20mL를 대신 첨가하여 겔중의 과량의 포름산을 제거하였다. 혼합물을 약 3시간 동안 정치시키고, 상층액을 따라내어 중합체를 회수하였다. 이 과정을 pH 13이 수득될 때까지 50% 수산화 나트륨 수용액 20mL에 의해 반복하였다(약 3회). 겔을 진공 여과에 의해 회수하고, 물 1000mL에 하룻밤 동안 담갔다. 상층액을 따라내고, 테트라하이드로푸란 500mL로 대체하였다. 24시간후에, 테트라하이드로푸란을 따라내고, 무수 에테르 500mL로 대체하였다. 24시간후에, 에테르를 따라내고, 겔을 고진공하에 실온에서 약 48시간 동안 건조시켰다. 생성물의 NMR 분광 분석은 중합체 내의 아민 기의 약 65%가 메틸화되어 3급 아민 잔기를 형성함을 나타내었다(시료 NMEI-65).
(iii) 혼합상 이온 교환 흡수성 중합체
가교결합된 선형 폴리에틸렌이민 및 폴리(N-메틸에틸렌이민) 음이온 교환 흡수성 중합체(시료 LPEI-1 및 NMEI-65)를 극저온에서 각각 별도로 분쇄하고 건조 질소의 분위기하에 체로 걸러내었다. 각 물질에 대하여 U.S.A. 시리즈 스탠다드 25메쉬 분자체를 통과하지만, U.S.A. 시리즈 스탠다드 70메쉬 분자체를 통과하지 않는 입자 크기의 분획물(즉, 직경이 약 200 내지 700마이크론 범위인 입자를 갖는 분획물)을 수집하였다.
체로 걸러진 가교결합된 음이온 교환 흡수성 중합체(시료 LPEI-1 및 NMEI-65) 각각 약 1g을 체로 걸러진 가교결합된 폴리(아크릴산) 양이온 교환 흡수성 중합체(시료 PAA)의 1g과 별도로 혼합하여 각 유형의 중합체의 입자를 혼합물에 전체적으로 균일하게 분포시켰다. 이 혼합물은 각각 본 발명의 혼합상 이온 교환 흡수성 중합체 조성물(각각 시료 MB-3a 및 MB-3b)을 포함한다.
(iv) PUP 용량 측정
약 0.9g의 혼합상 이온 교환 흡수성 중합체 조성물(시료 MB-3a 및 MB-3b)을 PUP 실린더(상기 시험 방법 부분에 기재된 바와 같다)로 옮기고, 실린더의 바닥을 포함하는 스크린의 전체 면적에 걸쳐 부드럽게 살포하였다. PUP 용량을 0.7 및 1.4psi의 제한 압력하에 별도의 시료에 대하여 측정하고, 흡수된 유체의 양을 16시간 동안 잦은 간격으로 측정하였다. 0.7psi에서 측정된 PUP 용량을 도 3에 시간의 함수로서 나타낸다. 4, 8 및 16시간에서 선택된 PUP 용량 데이터를 하기 표 5에 기재하였다.
흡수성 중합체 조성물에 대한 PUP 용량
0.7psi(4시간) 0.7psi(8시간) 0.7psi(16시간) 1.4psi(8시간) 1.4psi(16시간)
시료 MB-3a - - - 32g/g 37g/g
시료 MB-3b 39g/g 42g/g 43g/g - -
비교용 시료 33g/g 33g/g 33g/g 20g/g 20g/g
PUP 용량의 비교는 혼합상 이온 교환 흡수성 중합체 조성물(시료 MB-3a 및 MB-3b)이 동일한 시험 조건하의 부분적으로 중화된 폴리아크릴레이트 흡수성 중합체(비교용 시료)에 비해 실질적으로 더 많은 합성 뇨 용액을 흡수함을 나타낸다.

Claims (10)

  1. (i) 4시간후 0.7 psi의 제한 압력하에서 약 39 g/g 이상의 합성 뇨 용액 중의 가압하의 작업 용량(Performance under Pressure; PUP) 용량 및 약 50gf 이상의 볼 버스트 강도(Ball Burst Strength; BBS) 값, (ii) 4시간후 0.7 psi의 제한 압력하에서 약 36g/g 이상의 합성 뇨 용액중의 PUP 용량 및 약 100gf 이상의 BBS 값, (iii) 4시간후 0.7 psi의 제한 압력하에서 약 33g/g 이상의 합성 뇨 용액 중의 PUP 용량 및 약 150gf 이상의 BBS 값, 및 (iv) 4시간후 0.7 psi의 제한 압력하에서 약 30 g/g 이상의 합성 뇨 용액중의 PUP 용량 및 약 200gf 이상의 BBS 값의 특성 중에서 하나이상의 특성을 갖는 흡수성 중합체 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서,
    4시간후 0.7 psi의 제한 압력하에서 41g/g 이상, 바람직하게는 43g/g 이상, 보다 바람직하게는 44g/g 이상의 PUP 용량 및 50gf 이상의 BBS 값을 갖는 흡수성 중합체 조성물.
  3. 제 2 항에 있어서,
    100gf 이상, 바람직하게는 150gf 이상의 BBS 값을 갖는 흡수성 중합체 조성물.
  4. 제 1 항에 있어서,
    4시간후 0.7 psi의 제한 압력하에서 38g/g 이상, 바람직하게는 40g/g 이상, 보다 바람직하게는 42g/g 이상의 PUP 용량 및 100gf 이상의 BBS 값을 갖는 흡수성 중합체 조성물.
  5. 제 4 항에 있어서,
    150gf 이상, 바람직하게는 200gf 이상의 BBS 값을 갖는 흡수성 중합체 조성물.
  6. 제 1 항에 있어서,
    4시간후 0.7 psi의 제한 압력하에서 35g/g 이상, 바람직하게는 37g/g 이상, 보다 바람직하게는 40g/g 이상의 PUP 용량 및 150gf 이상의 BBS 값을 갖는 흡수성 중합체 조성물.
  7. 제 6 항에 있어서,
    200gf 이상의 BBS 값을 갖는 흡수성 중합체 조성물.
  8. 제 1 항에 있어서,
    4시간후 0.7 psi의 제한 압력하에서 32g/g 이상, 바람직하게는 34g/g 이상, 보다 바람직하게는 37g/g 이상의 PUP 용량 및 200gf 이상의 BBS 값을 갖는 흡수성 중합체 조성물.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항중 어느 한 항에 따른 흡수성 중합체 조성물을 포함하는 하나이상의 영역을 포함하는, 수성 체액의 봉쇄를 위한 흡수 부재.
  10. 액체 투과성 상면시이트, 배면시이트 및 상기 상면시이트와 배면시이트사이에 위치한 흡수코어를 포함하는 흡수 제품에 있어서,
    상기 흡수 코어가 제 9 항의 흡수 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 흡수 제품.
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