KR20010043071A - 흡수성이 개선된 흡수체 구조물 - Google Patents

Abstract

기저귀, 팬티 기저귀, 요실금안전장치, 위생 냅킨 등의 흡수체 물품내의 흡수체 구조물로서, 상기 구조물은 섬유류 및/또는 발포체같은 다공성 재료와 초흡수재가 분포되는 적어도 한 영역에서의 적어도 50중량%의 초흡수재의 조합을 포함한다. 상기 초흡수재는 이온결합, 바람직하게는 다원자가 금속이온에 의해 교차결합된다. 초흡수체는 또한 공유 교차결합될 수 있다.

Description

흡수성이 개선된 흡수체 구조물{ABSORBENT STRUCTURE HAVING IMPROVED ABSORPTION PROPERTIES}

상술한 종류의 흡수체 물품의 경우, 많은 양의 액체를 신속히 수용하고 흡수할 수 있는 능력을 갖는 것이 가장 중요하다. 또한 액체는 젖은 영역으로부터 흡수체 구조물의 다른 부분으로 배포되어, 물품의 총 흡수력을 이용할 수 있도록 하는 것이 중요하다.

흡수체 구조물은 사용자가 이동할 때, 앉을 때, 또는 누울 때와 같이 외부부하를 받을 때 또한 액체를 보유할 수 있는 것이 가장 중요하다.

특히 상대적으로 많은 양의 액체를 수용하고 흡수하도록 되어있는 기저귀 및 요실금안전장치에 대한 한 문제는 그 총 흡수력이 완전히 이용되기 전에 누설될 위험이 있다는 것이다. 그러한 누설의 한 이유는 특히 반복된 젖음에서 흡수체 구조물은 많은 양의 액체를 신속하게 수용하여 흡수할 수 있는 능력이 감소한다는 것이다.

이러한 종류의 흡수체 물품은 액체 투과성 톱시트(topsheet), 액체 불투과성 백시트(backsheet) 및 그 사이에 배열되는 흡수체 구조물을 포함하며, 상기 흡수체 구조물은 액체 투과성 톱시트에 인접하여 위치하는 액체 획득층, 및 하나이상의 액체 저장부 및 액체 분배층을 포함한다.

물품이 외부하중을 받았을 때 높은 흡수력 및 높은 액체보유력을 얻기 위해 종종 소위 초흡수체를 포함한다. 초흡수체는 그 자체의 중량의 몇 배, 10배 이상의 양의 액체를 흡수할 능력을 갖는 교차결합된 중합체이다. 더욱더 외부하중을 받을 때 또한 액체를 보유할 능력을 가진다. 그것들은 흡수체 물품에서 광범한 용도를 얻어 통상적으로 입자, 미립, 플레이크 또는 섬유류같은 특별한 형태로 존재하며, 다른 흡수물질, 통상 셀룰로오스 섬유류와 함께 혼합되거나 층화된다.

초흡수체의 능력은 초흡수체가 흡수체 구조물로 혼합될 위치 및 방법, 초흡수체 입자의 물리적 형태, 그리고 흡수율, 겔강도 및 액체보유력같은 초흡수체의 특성 등의 많은 요인에 의존한다.

흡수체 구조물이 반복적인 젖음, 즉 제2 및 제3 젖음의 경우에 불만족스럽게 작용하는 중요한 이유는 초흡수재가, 초흡수체 입자가 팽창한 후에 그 구조물 및 형태를 유지하기가 어렵다는 것이다. 초흡수체 입자의 경도 및 형태는 외부하중에서 예컨대 약화될 수 있다. 외부하중에서 그리고 제1 및 제2 젖음 후에 초흡수체가 그 구조물 및 형태를 유지하기 어렵다는 사실에 의해, 겔 블로킹이라 불리는 일반현상이 일어난다. 겔 블로킹은 젖었을 때의 초흡수체가 겔을 형성하기 때문에 다공성 파이버 구조물내의 구멍을 차단하고 흡수체 구조물의 젖은 영역에서 다른 부분으로 액체 수송을 저하시키는 것을 의미한다. 이는 흡수체 구조물의 총 흡수력이 최적으로 이용되지 않고 또한 누설의 위험이 증가한다는 것을 포함한다.

흡수체 구조물내의 초흡수재의 양이 많을 때 겔블로킹의 문제가 증가한다. 분리되고 착용이 편한 물품을 만들기 위해서는 그러나 물품이 얇아야 하는 요구가 있다. 높은 액체 흡수력을 유지하기 위해서 그러한 얇은 물품은 종종 상대적으로 많은 양의 초흡수재를 구비한다.

외부하중에서도 그리고 몇번 젖은 후에도 그 구조물을 유지하는 초흡수체의 능력을 향상시키기 위해서 초흡수재는 종종 2단계로 교차결합된다. 제1 교차결합은 소위 내부 교차결합이고 네트워크의 형성하에 아크릴산 및 적어도 하나의 이작용기성제의 공중합반응에 의해 이루어진다.

초흡수체 공중합체에서 사용되는 공중합성 교차결합제는 통상 디아크릴레이트 에스테르 및 알릴메타크릴레이트같은 이작용기성물질, 1,1,1-트리메틸올 프로판 트리아크릴레이트 및 트리알릴아민과 같은 삼작용기 물질, 또는 테트라알릴옥시에탄과 같은 사작용기성 물질로 구성된다.

제2 교차결합은 소위 표면 교차결합이고 초흡수체가 외부하중을 받았을 때 및 몇회 젖은 후에도 또한 그 원형을 더 용이하게 유지하는 것과 관계한다. 초흡수체의 표면 교차결합은 통상 카르복실기의 에스터화반응에 의해 이루어진다. 표면 교차결합제의 한 예는 폴리히드록시 물질이다. 다른 예는 유기 탄산염, 바람직하게는 에틸렌 카보네이트 수용액이다. 제3 예는 디글리시딜 화합물, 특히 에틸렌 글리콜-디글리시딜에테르(EDGE)의 사용이다.

또한 US4,043,952에 의해 다원자가 금속이온, 예컨대 알루미늄과 음이온 고분자전해질 기제의 초흡수체를 표면 교차결합하는 것이 공지된다. 표면 교차결합은 이온결합과 함께 일어난다. 문제의 초흡수체가 수성매질에서 분산력이 향상되었다고 기술된다. 흡수체 물품의 흡수력에 대한 효과에 대해선 아무 언급이 없다.

EP-B-0 248 963에 의해 초흡수체의 흡수력 증가를 위해 폴리쿼터너리 아민으로 음이온성 초흡수체를 표면 교차결합하는 것이 공지된다. 여기서도 이온결합에 의한 교차결합이 이루어진다.

본 발명은 기저귀, 팬티 기저귀, 요실금안전장치, 위생 기저귀 등의 흡수체 물품의 흡수체 구조물에 관한 것으로, 상기 구조물은 파이버 및/또는 발포체같은 다공성 재료, 및 초흡수재의 조합을 포함한다. 본 발명은 또한 그러한 흡수체 구조물를 함유하는 흡수체 물품에 관한 것이다.

본 발명은 첨부도면을 참조하여 다음에서 더 상세히 설명될 것이다.

도 1a 및 b는 젖은 영역으로부터 다른 거리에 관한 흡수물품의 흡수력의 이용도의 비교를 도표 형태로 보여주며, 여기서 물품은 각각 50 및 70중량%의 양의 다른 초흡수체를 함유한다.

도 2a 및 b는 각각 50 및 70중량%의 양으로 다른 초흡수체를 함유하는 흡수체 물품에서 제1. 제2 및 제3 젖음이 일어난 경우에 획득 시간을 막대그래프의 형태로 보여준다.

도 3a 및 b는 각각 50 및 70중량%의 양으로 다른 초흡수체를 함유하는 흡수체 물품의 제1, 제2 및 제3 젖음이 일어난 후에 재젖음을 도표 형태로 보여준다.

도 4a 및 b는 각각 50 및 70중량%의 양을 갖는 다른 초흡수체를 함유하는 흡수체 물품의 제1, 제2, 제3 및 제4 젖음의 경우에 일정부하 하에서의 순간획득시간을 막대그래프의 형태로 보여준다.

발명의 목적 및 가장 중요한 특징

본 발명의 목적은 많은 양의 초흡수재를 포함하는 상기 종류의 흡수체 물품내에 흡수체 구조물을 제공하는 것이고, 상기 흡수체 구조물은 액체 획득력 및 반복 젖음에서의 분배 능력에 관하여 개선된 특성을 갖는다. 이는 본 발명에 따라서 흡수체 구조물이, 초흡수재가 분포하는 적어도 한 영역에서 건조 상태의 구조물의 총 중량을 기준으로, 적어도 50중량%의 초흡수재를 포함하는 사실에 의해 달성되었으며, 상기 초흡수재는 이온결합에 의해 교차결합된다.

초흡수재는 또한 다른 교차결합제에 의해 공유결합될 수 있다.

초흡수재는 바람직하게는 음이온 작용기를 갖는 중합체, 예컨대 카르복시 작용기를 갖는 폴리아크릴레이트의 교차결합 중합체를 포함한다.

초흡수재는 바람직하게는 이온결합에 의해 초흡수재의 음이온 작용기에 결합되는 양이온에 의해 교차결합된다. 한 구체예에 따라서 양이온 교차결합제는 다원자가 금속이온, 예컨대 알루미늄, 지르코늄, 크롬, 티타늄 또는 아연을 포함한다. 바람직한 구체예에 따라서 이온교차결합은 알루미네이트 이온, Al(OH)^4-에 의해 이루어진다.

초흡수재는 이온 교차결합제에 의해 표면 교차결합될 수 있거나 실질적으로 균질하게 교차결합될 수 있다.

한 구체예에 따라 흡수체 구조물은, 초흡수재가 분포하는 적어도 한 영역에서 건조상태의 구조물의 총 중량을 기준으로, 적어도 70중량%의 초흡수재를 함유한다.

본 발명은 또한 액체 투과성 톱시트, 액체 불투과성 백시트 및 그 사이에 배열된 흡수체 구조물을 포함하는 기저귀, 팬티 기저귀, 요실금안전장치, 위생 냅킨 등과 같은 흡수체 물품과 관련되며, 흡수체 구조물은 상기 종류의 것이다.

구체예의 기술

초흡수체 물질은 겔 형성하에 그 자체 중량의 몇 배, 10배 이상의, 합성 요 또는 0.9%의 함염용액같이 비교할 만한 체액 및 시험액을 흡수할 수 있는 그러한 물질로 정의된다. 그러한 물질은 예컨대 폴리아크릴산, 폴리메타크릴산, 아크릴 및 메타크릴산과 다른 단량체와의 공중합체, 아크릴산 융합 스타아치, 카르복시메틸 스타아치같은 다당류, 카르복시메틸 셀룰로오스, 잔탄, 알긴산염, 치토산, 펙틴, 구아르검, 그리고 펩티드 및 단백질 등의 알칼리염 형태의 히드로겔형성 중합체일 수 있다. 히드로겔 형성 중합체는 통상 불수용성이도록 교차결합된다. 일반적으로 사용되는 교차결합제는 에틸렌 글리콜 디메타크릴레이트, 디에틸렌 글리콜 디아크릴레이트, 알릴메타크릴레이트, 1,1,1-트리메틸올프로판 트리아크릴레이트, 트리알릴아민 및 테트라알릴 옥시에탄이며, 공유결합에 의해 중합체 구조물에 결합된다.

본 발명에 따라 초흡수체는 이온결합에 의해 다원자가 교차결합제에 의해 표면 교차결합 또는 균질 교차결합된다. 그 밖에 다른 교차결합제에 의해 공유 교차결합됨이 또한 바람직하다. 초흡수재는 바람직하게는 카르복시기, 술포네이트기, 술페이트기, 포스페이트기, 아미드기 또는 니트릴기, 바람직하게는 그러나 카르복시기같은 음이온 작용기와의 공중합체를 포함한다. 이온 교차결합체는 이온결합에 의해 초흡수재의 음이온 작용기에 결합되는 양이온으로 구성된다. 양이온은 바람직하게는 알루미늄, 지르코늄, 크롬, 티타늄 또는 아연같은 다원자가 금속이온을 포함한다.

바람직하게 교차결합제는 동일자 출원 독일특허출원 제198-18852.8호에 개시된 것에 따라 알루미네이트 이온, Al(OH)^4-이다. 제조시, 그러한 초흡수체 알루미네이트 이온이 중합체, 예컨대 폴리아크릴레이트를 함유하는 카르복시기의 수분 함유겔에 가해지고, 바람직하게는 통상적 방식으로 공유결합에 의해 교차결합된다. 겔은 알루미네이트 이온으로 교차결합되고 분말 또는 미립으로 건조되어, 균질 이온 결합된 히드로겔 구조물이 얻어진다.

초흡수체가 액체를 흡수하여 팽창할 때 교차결합제와의 공유결합은 연속적으로 깨져서, 팽창과 관련하여 초흡수체는 겔 안정성이 느슨하게 된다. 그러나 공유결합은 할 수 없지만, 이온결합은 중합체가 팽창할 때 재배열되고 재현되기때문에, 이온 교차결합제에 의해 표면 교차결합 또는 균질 교차결합된 초흡수체는 보다 양호한 방식으로 팽창된 후에 겔 안정성을 유지한다.

본 발명에 따른 초흡수체는 따라서 공유 및 이온 교차결합, 또는 오로지 이온 교차결합될 수 있다. 이온 교차결합은 초흡수체 입자의 표면 상이나 초흡수체 전체 구조물에 걸쳐 균질하게 존재할 수 있다.

초흡수체가 함유된 다공성 구조물은 셀룰로오스 플러프 펄프의 섬유상 구조물, 다른 종류의 합성섬유, 재생 셀룰로오스 섬유 또는 그 혼합물같은 임의의 종류일 수 있다. 다공성 구조물은 또한 흡수성 발포재로 구성될 수 있다.

초흡수체는 다공성구조물과 같이 혼합되거나 그 안의 층으로서 사용될 수 있다. 또한 다공성 재료의 두 층 사이에 초흡수재의 층을 끼울 수 있다.

흡수체 구조물내의 초흡수재의 양은 초흡수재가 분포하는 적어도 한 영역에서 건조상태의 구조물의 중량을 기준으로 산출된 적어도 50중량%이어야 한다. 이는 다른 층에서 다른 양의 초흡수재를 갖는 예컨대 이중 또는 다중층 구조물에서, 초흡수재의 양은 층들 중 적어도 한 층에서 적어도 50중량%이어야 한다는 것을 의미한다. 하지만 전체 흡수체 구조물에서의 초흡수재의 총량은 50중량%보다 낮을 수 있었다.

한 구체예에 따라 흡수체 구조물내의 초흡수재의 양은 초흡수재가 분포하는 적어도 한 영역에서 건조상태의 구조물의 중량을 기준으로 산출된 적어도 70중량%이어야 한다.

초흡수재의 물리적 형태는 흡수체 구조물에서의 그 기능에 중요하고 바람직하게는 분말, 입자 또는 미립의 형태이다.

이하에서 펄프섬유류(화학 펄프) 및 4가지 다른 형태의 초흡수재의 각각 50 및 70중량%의 조합을 함유하는 흡수체 구조물에서의 이용도, 획득시간 및 재젖음에 관하여 실행된 많은 시험이 개시된다. 시험 흡수체는 28x10㎝의 크기, 300g/㎡의 표면중량 및 3㎤/g의 부피의 것이었다. 초흡수체 입자는 펄프 섬유와 실질적으로 균질 혼합되었다.

사용된 초흡수체는 Sanwet IM 7100의 이름으로 Clariant GmbH로부터 시중에서 입수가능한 초흡수체와 상기에 따라 알루미네이트 이온에 의해 균질 교차결합되고 또한 공유 교차결합된 폴리아크릴레이트의 세가지 다른 시험 물질이었다. 시험 물질은 E271/97, E214/97 및 E222/97로 명명되고 Clariant GmbH and Clariant Corp에 의해 공급된다.

이용도

흡수체를 사용 중의 기저귀의 배치를 모방하기 위해 30˚경사로 놓았다. 하부말단을 합성 요(아래에 따른 식)의 액 욕조와 접촉시켜 60분 동안 액을 흡수하도록 하였다. 젖은 영역의 길이를 측정하였다. 시험체를 다른 길이의 작은 조각으로 잘라 중량을 쟀다. 이용도는 다음 식:

이용도=흡수된 요의 중량(g)/이론 흡수력(g)

(여기서, 흡수된 요의 중량=흡수 후의 샘플 중량-건조 중량이고,

이론 흡수력=샘플 중 초흡수체의 중량(g)·합성 요의 자유팽창력+펄프섬유의 중량(g)·펄프의 흡수력)에 따라 산출된다.

펄프섬유의 흡수력은 합성 요의 60분의 자유흡수 후에 측정되어 8g 요/g 펄프였다.

초흡수체의 자유팽창력은 하기의 방법에 따라 측정되었다.

결과는 표 1a 및 b의 도표로 도시되어, 젖은 영역으로부터 가장 멀리 위치한 부분에서의 이용도는 기준과 비교할때 시험물질에 대하여 명백히 더 나았음을 알 수 있다.

합성 요의 식

0.66g/l의 마그네슘 술페이트, 4.47g/l의 염화칼륨, 7.60g/l의 염화나트륨, 18.00g/l의 요소, 3.54g/l의 인산이수소칼륨, 0.745g/l의 인산수소나트륨, 1.00g/l의 0.1-%-ig 트리톤, 0.4g/l의 니콕킨(유색), 잔여 탈이온수.

자유팽창력

폴리에스테르 네트 7x12㎝의 파우치를 제조하였다. 0.2g의 초흡수체의 중량을 재고 파우치에 넣고 용접하고 중량을 쟀다. 파우치를 합성 요에 60분 동안 침지시켜 흡수시킨 후 배출시키고 중량을 쟀다. 흡수 전후의 중량 차이가 자유팽창력이다.

획득시간

각 80ml의 합성 요를 시험체 상에 놓인 플렉시글래시 튜브(내경 23㎜)을 통해 세번 가하였다. 부가 사이의 시간 간격은 10 분이었다. 모든 액체가 흡수될 때까지 걸리는 시간이 측정(육안 관찰)되었다. 측정 결과를 도 2a 및 b에 나타냈다. 제2 특히 제3 부가에서의 획득시간은 기준물질과 비교할때 시험물질을 함유하는 흡수체에 대해서 더 작았다는 것을 알 수 있다.

재젖음량

재젖음량은 여과지를 젖은 영역 상에 놓음에 의한 각각의 부가 후 10분 경과후에 15초 동안 2550g의 중량으로 로딩하여 측정되었다. 로딩 전 후의 여과지의 중량을 재고 재젖음량을 계산하였다.

결과가 도 3a 및 b에 도시되며, 제1 젖음 후의 재젖음량은 각각 시험물질과 기준물질을 함유하는 흡수체에 있어서 실질적으로 동일하고 매우 작았다는 것을 알 수 있다. 50% 초흡수체를 함유하는 흡수체의 경우(도 1a), 제2 부가 후에 이미 기준체 및 시험체 사이의 재젖음량에 있어 차이가 관찰되었고, 제3 부가 후에 또한 차이는 존재하였다. 70% 초흡수체를 함유하는 흡수체의 경우(도 3b), 재젖음량은 제2 부가 후에도 동일하였으나, 제3 부가 후에 시험체와 기준체 간의 차이는, 시험체가 기준체보다 상당히 작은 재젖음량을 가지는 점에서, 의미있었다.

일정압력하의 순간획득시간

시험 흡수체는 원형 개구부를 갖는 플렉시글래스 디스크하에 고정되었다. 각각 80ml 합성 요의 4회 부가가 깔때기 및 페트리 디스크를 거쳐 원형 개구부를 통해 이루어졌다. 부가 사이의 시간 간격은 10분이었다. 모든 액체가 흡수되기까지 걸리는 시간이 측정되었다(육안관찰). 결과가 도 4a 및 b에 도시된다. 시험물질(E-222/97)에 대한 획득시간은 기준물질(IM 7100)과 비교될 때 모든 부가에서 낮았다. 차이는 제3 및 제4 부가에서 가장 컸다. 유사한 결과가 50 및 70중량%의 초흡수체에 관하여 얻어졌다.

보여진 이점 이외에 이온 교차결합 초흡수체를 함유하는 흡수체 구조물의 흡수성의 개선에 관하여 보여진 이점이외에 전자는 또한 예컨대 기저귀 장치에서 초흡수체 입자를 다룰 때 일어날 수 있는 기계적 스트레스에 고도의 저항성을 가진다는 중요한 이점을 갖는다. 오로지 표면 공유교차결합되고 그 표층이 기계적인 스트레스로 인해 손상된 초흡수체 입자는 그 겔 안정성을 상당힝 잃을 것이다. 균질하거나 오로지 표면상에서 이온 교차결합된 초흡수체 입자는 표층 일부의 기계적인 손상 후에조차 그 겔 안정성을 실질적으로 유지할 것이다. 이온 표면교차결합된 초흡수체 입자에서 이온 교차결합은 입자표면에 걸쳐 표층내의 손상의 수리가 가능한 방식으로 재분포될 수 있다.

Claims (13)

1. 섬유류 및/또는 발포체같은 다공성 재료와 초흡수재의 조합을 포함하는, 기저귀, 팬티 기저귀, 요실금 안전장치, 위생 냅킨 등과 같은 흡수체 물품에서의 흡수체 구조물에 있어서,

   흡수체 구조물이 초흡수재가 분포되는 적어도 한 영역에서 건조상태의 구조물의 총 중량을 기준으로, 적어도 50중량%의 초흡수재를 함유하고, 상기 초흡수재가 이온결합에 의해 교차결합되는 것을 특징으로 하는 흡수체 구조물.
2. 제 1 항에 있어서, 초흡수재가 또한 공유 교차결합되는 것을 특징으로 하는 흡수체 구조물.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 초흡수재가 음이온 작용기를 갖는 중합체를 포함하는 것을 특징으로 하는 흡수체 구조물.
4. 제 3 항에 있어서, 초흡수재가 카르복시 작용기를 갖는 폴리아크릴레이트의 교차결합 중합체인 것을 특징으로 하는 흡수체 구조물.
5. 선행하는 항 중 어느 한 항에 있어서, 초흡수재가 이온결합에 의해 초흡수재의 음이온 작용기에 결합되는 양이온에 의해 교차결합되는 것을 특징으로 하는 흡수체 구조물.
6. 선행하는 항 중 어느 한 항에 있어서, 양이온 교차결합제가 다원자가 금속이온을 포함하는 것을 특징으로 하는 흡수체 구조물.
7. 선행하는 항 중 어느 한 항에 있어서, 금속이온이 알루미늄, 지르코늄, 크롬, 티타늄 또는 아연인 것을 특징으로 하는 흡수체 구조물.
8. 선행하는 항 중 어느 한 항에 있어서, 교차결합제가 알루미네이트이온, Al(OH)^4-인 것을 특징으로 하는 흡수체 구조물.
9. 선행하는 항 중 어느 한 항에 있어서, 초흡수재가 이온교차결합제에 의해 표면 교차결합된 것을 특징으로 하는 흡수체 구조물.
10. 선행하는 항 중 어느 한 항에 있어서, 초흡수재가 이온교차결합제로 실질적으로 균질하게 교차결합된 것을 특징으로 하는 흡수체 구조물.
11. 선행하는 항 중 어느 한 항에 있어서, 흡수체 구조물이, 초흡수재가 분포하는 적어도 한 영역에서 건조상태의 구조물의 총 중량을 기준으로 산출되는, 적어도 70중량%의 초흡수재를 함유하는 것을 특징으로 하는 흡수체 구조물.
12. 선행하는 항 중 어느 한 항에 있어서, 초흡수재가 분말, 입자 또는 미립의 형태인 것을 특징으로 하는 흡수체 구조물.
13. 액체 투과성 톱시트, 액체 불투과성 백시트 및 그 사이에 넣어진 흡수체 구조물을 포함하는 종류의 기저귀, 팬티 기저귀, 요실금 안전장치, 위생 냅킨 등과 같은 흡수체 물품에 있어서,

    흡수체 구조물이 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 기술된 종류의 것인 것을 특징으로 하는 흡수체 물품.