KR20010052647A - 초흡수성 중합체 입자의 내재층을 가진 흡수구조 - Google Patents

초흡수성 중합체 입자의 내재층을 가진 흡수구조 Download PDF

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Abstract

수계 고분자결합제를 사용하여 섬유성 흡수구조의 하부면에 부착된 이산 초흡수층이 개시된다. 장점은 초흡수성 롤제품이 일회용 흡수제품으로 추후 전환되도록 제조될 수 있다는 것이다. 수계 고분자결합제의 사용함으로써 처리 및 가공하는 동안 초흡수제의 입자들이 상기 구조로부터 제거되는 것을 방지한다.

Description

초흡수성 중합체 입자의 내재층을 가진 흡수구조 {ABSORBENT STRUCTURES WITH INTEGRAL LAYER OF SUPERABSORBENT POLYMER PARTICLES}
아기기저귀, 성인용 실금장치, 및 여성용 생리대와 같은 종래의 흡수용품은 흡수중심으로의 유체가 차단되지 않고 통과하도록 하는 기능을 가진 액체투과 상면시트와, 흡수된 유체를 보유하여 그것이 흡수중심을 통과하여 흡수용품 사용자의 속옷을 적시는 것을 방지하는 기능을 가지고 일반적으로 플라스틱물질로 된 액체불투과 이면시트 사이에 끼워진 셀룰로오스섬유 보풀계 흡수중심으로 이루어지는 것이 일반적이다.
일반적으로 이 흡수용품의 흡수중심은 초흡수성 중합체과립을 가지거나 가지지 않은 섬유질제거 목재펄프로 구성된다. 일반적으로 흡수중심은 가공을 촉진하기 위하여 담체조직 상의 전환장치의 패드형성장치 상에 형성된다. 어떤 흡수중심형성장치는 다층 흡수구조를 형성하기 위하여 제2이산보풀층이 제1보풀계 흡수층 위에 놓여질 수 있는 층형성능력을 갖춘다. 이들 흡수구조에서, 제1층은 초흡수성 중합체과립을 포함할 수 있다. 종래에 제조된 흡수구조에 관해서는, 그 내용이 인용에 의해 본 명세서에 삽입된, 미합중국특허 제5,009,650호, 제5,378,528호, 제5,128,082호, 제5,607,414호, 제5,147,343호, 제5,149,335호, 제5,522,810호, 제5,041,104호, 제5,176,668호, 제5,389,181호 및 제4,596,567호를 인용한다.
최근에, 더 얇고 더 편안한 흡수용품에 대한 시장수요가 증가하고 있다. 초박형 여성용 생리대는 더 이상 부피가 큰 제품을 만드는 경향이 있는 느슨한 목재펄프로 구성되지 않고, 사전형성된 흡수중심물질의 롤은 보풀계 제품에서 요구되는 섬유질제거단계없이 흡수패드제조장치 상으로 직접 풀릴 수 있는 롤제품계 에어레이드(airlaid) 흡수중심으로 구성된다. 롤제품계 접근방식은 느슨한 보풀계 기술에 의해서는 가능하지 않은 박막형 제품을 가져온다.
흡수구조의 초흡수성 중합체 구성요소에 관해서, 카르복실 고분자전해질이 일반적으로 초흡수제라 불리는 물질을 형성하기 위하여 교차결합될 수 있다는 것은 당해 기술분야에서 공지되어 있다(예를 들면, 미합중국특허 제3,669,103호 및 제3,670,731호). 이 물질들은 일회용 흡수용품의 흡수성을 증진시키는데 사용된다. 초흡수성 중합체는 다양한 물질에 코팅(연속 또는 불연속코팅)될 수 있다(미합중국특허 제4,076,673호 참조). 초흡수성 입자의 층은 미합중국특허 제3,686,024호에 개시된 바와 같은 수팽창 초흡수제의 고유한 점착성을 이용하여 섬유성 기질에 결합될 수 있다. 열활성화된 접착성 결합제는 유럽특허 0 641 835 A1에 개시된 바와 같이 사용될 수도 있다. 미합중국특허 제5,128,082호는 웨브를 안정화시키고 입자들을 결합시키기 위하여 샌드위치구조의 각 면에 도포된 라텍스결합제로, 초흡수성 과립들이 두 층의 섬유 사이에 침적된 초흡수제함유 웨브를 조립하는 것을 개시한다. 미합중국특허 제5,071,681호는 에어레이드 섬유성 웨브를 제조하여, 웨브의 한 면에 불수용성 결합제를 도포하고 웨브의 다른 면에 초흡수제를 형성할 수 있는 수용성 중합체를 도포하는 것을 개시하고 있다. 미합중국특허 제4,444,830호에서, 액상 초흡수제 전구체용액은 화학적으로 거품이 형성되어 베이스 보풀형성물질에 도포되고 코팅된 보풀형성물질은 건조되고, 분해되어 매트릭스 전체에 분포된 흡수성 중합체 작은 판들을 포함하는 섬유성 보풀매트릭스로 기계적으로 가공된다.
미합중국특허 제3,686,024호에서의 실시예에서 설명된 바와 같이 크게 수팽창된 초흡수성 과립을 섬유성 기질에 부착하는 것은 사용하기 전에 상당량의 물을 흡수구조로부터 제거해야만 하기 때문에 가공에 불리하다. 웨브에서 입자들을 섬유에 열결합시키면 그들이 섬유성기질과 혼합되거나 섬유성기질 상에 도포되어 열접착제와 융합하도록 가열되기 전에 접착제를 과립들과 결합시키는 별도의 가공단계를 수반한다. 액상 초흡수제 전구체의 희석액을 에어레이드 웨브 상에 분무하면 초흡수성 중합체가 웨브의 섬유 상의 코팅보다 작은 이산층이 되도록 하기 위하여 웨브 속으로 초흡수제가 투과된다. 초흡수성 과립을 2 이상의 섬유분포기 헤드 사이에 첨가하고 라텍스 결합제를 분무하는 것은 웨브 내에 과립을 파묻고 에어레이드 웨브의 바닥에 초흡수제의 이산층이 형성되는 것을 방해한다. 초흡수성 입자가 결합되거나 결합되지 않은 섬유와 혼합될 때 초흡수제와 초흡수제가 완전한 흡수포텐셜을 달성하는 것을 방해하는 주위의 섬유성 구조 사이에서 유체에 대한 경쟁이 일어난다는 것은 당해 기술분야에서 숙련된 자들은 알고 있다. 본 발명은 초흡수성 입자를 이산적이지만 내재적인 층에 위치시킴으로써 이러한 제한을 피한다.
출원인은 초흡수성 과립의 별도층을 흡수제구조의 한 면에 결합시키는 것이 바람직하다는 것을 발견하였다.
본 출원은 인용에 의해 본 명세서에 완전히 삽입된, 1998년 6월 8일에 출원된 가출원 제60/088,451호에 대하여 35 U.S.C. §119의 우선권을 주장한다.
본 발명은 기저귀 및 생리대와 같은 일회용 흡수성 위생용품에 사용하기 위한 초흡수성 롤제품을 제조하는 방법 및 그 방법의 산물에 관한 것이다. 바람직하게는 거품형성된, 수계 결합제는 섬유성 흡수구조의 표면에 이산적이지만 내재적인 초흡수층을 형성하도록 종래의 초흡수성 입자와 결합된다. 일회용 흡수제품에 사용될 때, 내재적 초흡수층은 예정된 유체손상으로부터 멀리 떨어져 위치한다. 그러한 일회용 흡수제품의 손상면은 열가소성 결합제 섬유 또는 파우더, 라텍스 결합제, 또는 그들의 조합과 결합된 결합되어 강화된 셀룰로오스 또는 합성 섬유의 포착층을 포함하는 것이 바람직하다.
도 1a는 본 발명의 일실시형태에 따라 제조된 초흡수성 롤제품의 구조를 나타내는 도면이다.
도 1b는 본 발명의 일실시형태에 따라 제조된 초흡수성 롤제품의 구조를 나타내는 도면이다.
초흡수제가 예정된 기능을 수행하도록 하기 위하여 초흡수성 중합체 물질이 흡수성 합성물 전체에 분산될 필요는 없다는 것이 밝혀졌다. 사실, 액체손상의 원인으로부터 대부분 제거되는 독립층 내에 농축된 초흡수제를 가지는 것은 유체를 처음에 흡수한 다음 수송하기 위하여 흡수성 합성물 내에서 섬유성 물질을 보다 효과적으로 이용할 수 있게 한다. 본 발명의 바람직한 실시형태에서, 초흡수성 입자의 내재층은 포착/분포층 밖으로의 유체수송을 촉진하기 위하여 불연속식으로 도포된다. 불연속의 패턴이 중요하지는 않지만 입자분포기 헤드의 영역들을 차폐하거나 입자들이 결합제로 코팅된 영역에만 부착하도록 하는 라텍스결합제의 실크스크린형 인쇄에 의하는 것과 같이 당해 기술분야에서 공지된 수단에 의해 달성될 수 있다. 따라서 어떤 종래 제품과 동일한 수준의 기능을 얻는데 총섬유가 보다 적게 필요하다.
따라서, 본 발명은 결합된 초흡수성 중합체입자를 포함하는 별도의 초흡수층을 포함하는, 일회용 흡수제품에서 사용하기에 적합한 초흡수성 롤제품에 관한 것이다.
또한 본 발명은 본 발명의 초흡수층을 포함하는 본 발명의 롤제품을 제조하는 방법에 관한 것이다.
본 명세서에서 인용된 모든 특허, 특허출원 및 참고문헌들은 그 전체가 인용에 의해 본 명세서에 삽입된다. 어떤 모순이 있는 경우에는, 본 개시내용에 따라 결정된다.
본 발명은 결합된 초흡수성 중합체 입자들을 포함하는 별도의 초흡수층을 포함하는, 일회용 흡수제품에서 사용하기에 적합한 초흡수 롤제품에 관한 것이다. 일반적으로, 초흡수성 입자들의 층은 예를 들면 에어레이드 부직포와 같은, 섬유성 흡수층의 표면에 결합된다.
기저귀나 여성용 위생용품과 같은 일회용 흡수제품에 사용될 때, 본 발명의 초흡수층은 섬유성 흡수층에 결합되고 제품의 표면에 위치하며, 흡수제품의 사용자로부터 멀리 떨어져 있게 된다.
본 발명의 초흡수층은 초흡수성 중합체 입자들과 수용성 또는 수분산성 고분자결합제를 포함한다. 초흡수층은 어떤 첨가된 섬유들을 포함하지 않는 것이 일반적이지만, 섬유성 구조의 표면의 평면으로부터 일반적으로 돌출될 수 있는 것들과 초흡수성 과립들이 그 속으로 떨어질 수 있는 표면 내의 침하 주위의 것들을 포함할 수 있다. 용어 "초흡수성 중합체 입자"는 불규칙한 입자들, 구형 입자들(구슬), 짧은 섬유 및 다른 기다란 입자들을 포함하는, 초흡수성 중합체의 어떤 미립자 형태를 포함할 것으로 생각된다. 용어 "초흡수성 중합체"는 본 발명의 초흡수층을 형성하기 전에 교차결합된 일반적으로 수용성인 중합체를 말한다.
현재 흔히 초흡수제로 불리는, 하이드로겔형성 물질을 만들기 위하여 카르복실 고분자전해질을 교차결합시키고, 일회용 흡수제품의 흡수성을 증진시키기 위하여 그러한 물질을 사용하는 것이 미합중국특허 제3,669,103호와 제3,670,731호로부터 공지되어 있다. 또한 카르복실화된 고분자전해질의 용액에 교차결합제를 첨가하여 건조시키고 중합체를 초흡수제에 경화하는 것이 미합중국특허 제3,980,663호와 제4,076,673호로부터 공지되어 있다. 본 발명의 실시에 유용한 초흡수성 중합체 과립들은 다우 케미컬(Dow Chemical)(미시건주 미들랜드), 스톡하우젠(Stockhausen)(노스 캐롤리나주 그린스보로), 및 켐달(Chemdal)(일리노이주 알링턴 헤이츠)과 같은, 많은 제조자로부터 상업적으로 입수가능하다.
종래의 과립형 초흡수성 중합체는 당해 기술분야에서 공지된 많은 다기능 공단량체 교차결합제 중 어느 것과의 중합동안 교차결합된 폴리(아크릴산)을 기본으로 한다. 이들 교차결합제 중 대표적인 것으로는 N.N'-메틸렌비스아크릴아미드, 트리아릴아민, 및 1,1,1-트리메틸올프로판 트리아크릴레이트이다. 교차결합된 폴리(아크릴산)이 매우 수팽창성이 되게 하기 위하여, 약 50-80%의 카르복실그룹은 나트륨, 칼륨 또는 암모늄염의 형태이다. 초흡수성 중합체과립은 중합 후 적절한 수용성 중합체를 교차결합시킴으로써 제조될 수도 있지만, 이 접근방식은 수용성 중합체로부터 수팽창성 결합제를 제조하는데 더할 나위없이 적합하다. 본 발명의 실시에 유용한 수용성 및 수팽창성 중합체는 어떤 생리학적으로 양립가능한, 친수성 중합체일 수 있다. 본 발명의 일실시형태에 따르면, 카르복실 고분자전해질이 사용될 수 있다.
바람직한 일실시형태에서, 본 발명에 유용한 고분자전해질은 아크릴 또는 메타크릴산의 동종중합체 및 1 이상의 에틸렌불포화 공단량체를 가진 공중합체의 암모늄 또는 알칼리금속염이다.
일실시형태에서, 고분자전해질은 부분적으로 비누화된 폴리아크릴레이트 중합체이다. 비누화되기 전에, 중합체는 (1) 알킬그룹이 1-10개의 탄소원자를 가지는 알킬 아크릴레이트, 알킬그룹이 4-10개의 탄소원자를 가지는 알킬 메타크릴레이트, 또는 그 혼합물 30-92중량%; (2) 올레핀불포화 카르복실산 8-70중량%; 및 (3) 하이드록시알킬그룹이 1-4개의 탄소를 가지는 오메가 하이드록시알킬 아크릴레이트 0-15중량%를 포함할 수 있는 단량체의 혼합물을 반응시킴으로써 제조될 수 있다.
유용한 알킬 아크릴레이트의 예에는 메틸 아크릴레이트, 에틸 아크릴레이트, 프로필 아크릴레이트, 부틸 아크릴레이트, 및 헥실 아크릴레이트가 포함된다. 유용한 알킬 메타크릴레이트의 예에는 메틸 메타크릴레이트, 에틸 메타크릴레이트, 헥실 메타크릴레이트, 옥틸 메타크릴레이트 및 데실 메타크릴레이트가 포함된다. 유용한 오메가 하이드록시알킬 아크릴레이트의 예에는 2-하이드록시에틸 아크릴레이트, 하이드록시메틸 아크릴레이트, 및 4-하이드록시 부틸 아크릴레이트가 포함된다.
본 발명에 유용한 올레핀불포화 카르복실산은 모노- 또는 폴리카르복실산이다. 모노카르복실산의 예에는 아크릴산, 메타크릴산, 크로톤산, 및 이소크로톤산이 포함된다. 폴리카르복실산의 예에는 말레산, 푸마르산, 및 이타콘산이 포함된다.
쉽게 입수할 수 있는 단량체로부터 제조되어 그들의 염형태로 전환될 수 있는 적용가능한 중합체의 리스트는 다음과 같다: 아크릴산-아크릴레이트 공중합체; 아크릴산-아크릴아미드 공중합체; 아크릴산-올레핀 공중합체; 폴리아크릴산, 아크릴산-비닐 방향족 공중합체; 아크릴 비닐 에테르 공중합체; 아크릴산-비닐 아세테이트 공중합체; 아크릴산-비닐 알콜 공중합체 및 상기 공단량체 모두와 메타크릴산의 공중합체.
본 발명의 바람직한 일실시형태에서, 카르복실 고분자전해질은 알파-올레핀 및 말레산 무수물의 선택적 공중합체의 반나트륨염이고, 알파올레핀은 에틸렌, 프로필렌, 1-부텐, 이소부틸렌, 스티렌, 또는 그들의 2 이상의 혼합물이다. 다른 바람직한 실시형태에서, 카르복실 고분자전해질은 폴리(아크릴산), 또는 에틸렌불포화 단량체와 아크릴산과의 공중합체이고, 산부분은 수산화나트륨으로 40-90% 중화된다.
아크릴 공중합체 및 스타치/그래프트 공중합체와 같은, 다른 친수성 중합체도 사용될 수 있다. 미합중국특허 제3,997,484호와 제4,405,387호에 개시된 비누화되고 젤라틴화된 스타치/폴리아실로니트릴 그래프트 중합체의 불수용성 알칼리염도 유용하다.
본 발명의 초흡수성 고분자물질을 제조하는데 사용될 수 있는 교차결합제는 당해 기술분야에서 공지되어 있다.
상기 고분자전해질을 수팽창성 중합체로 전환시키기 위하여 본 발명에서 유용한 다기능 교차결합제의 예들은 인용에 의해 본 명세서에 삽입된 미합중국특허 제2,929,154호; 제3,224,986호; 제3,332,909호; 및 제4,076,673호에 개시되어 있다. 이들 다기능 교차결합제는 일반적으로 폴리아미드-폴리아민 에피클로로하이드린 부가물로 알려져 있다. 유사한 교차결합제는 상업적으로 입수가능한 {델라웨어주 윌밍턴, 헤라클레스 인코포레이티드(Hercules Incorporated)에서 구입한} 폴리컵 172(Polycup 172) 및 카이멘 557(Kymene 557)이다. 이들 부가물의 구조는 공지되어 있고 M.E.쿠어(Coor) 등에 설명되어 있다{Journal of Applied Polymer Science, Vol. 17, 페이지 721-735(1973)}.
본 발명에서 유용한 이중기능제의 예들은 1,3-디클로로이소프로판올; 1,3-디브로모이소프로판올과 같은 폴리할로알칸올; 노볼락 수지의 테트라하이드로티오펜 부가물과 같은 술포늄 양성이온; 에피클로로하이드린, 에피브로모하이드린, 2-메틸 에피클로로하이드린 및 에피이오도하이드린과 같은 할로에폭시알칸; 1,4-부탄디올 디글리시딜 에테르, 글리세린-1,3-디글리시딜 에티르, 에틸렌 글리콜 디글리시딜 에테르, 프로필렌 글리콜 디글리시딜 에테르, 디에틸렌 글리콜 디글리시딜 에테르, 네오펜틸 글리콜 디글리시딜 에테르, 약 175 내지 약 380의 에폭시등가중량범위를 가지는 폴리프롤필렌 글리콜 디글리시딜 에테르, 약 182 내지 약 975의 에폭시등가중량범위를 가지는 비스페놀 A-에피클로로하이드린 에폭시수지 및 상기 물질들의 혼합물과 같은 폴리글리시딜 에테르이다.
또한 단량체 아민-에피할로하이드린 부가물도 교차결합제로서 유용하다. 인용에 의해 본 명세서에 삽입된 미합중국특허 제3,660,431호; 제3,749,737호; 및 제3,749,738호에 설명된 술포늄 양성이온도 사용될 수 있다.
교차결합제는 사용되는 고분자전해질의 중량에 대해 약 0.05 내지 약 5.0%의 양이 사용될 수 있다. 이것은 일반적으로 고분자전해질이 가볍게 교차결합되는데 충분하다. 그러나, 당해 기술분야에서 숙련된 자는 본 명세서에서의 안내와 당해 기술분야에서의 일반적인 지식에 근거한 일반적인 실험법을 이용하여 최종 교차결합된 물질의 흡수성을 최적화하기 위하여 각 고분자전해질에 대하여 이 범위를 조절할 수 있다.
본 발명의 흡수층을 제조하기 위하여 사용되는 수팽창성(초흡수성) 중합체 미립자는 고분자결합제와 결합된다. 용어 "고분자결합제"는 초흡수성 과립을 서로서로 및/또는 섬유성 흡수층에 결합시킬 수 있는 어떤 화합물을 말한다. 초흡수층의 초흡수성 입자는 그 자체가 라텍스 결합된 및/또는 열결합된, 초흡수성 결합제의 형태가 될 수 있는 첨가된 교차결합제와 함께 수용성 중합체를 사용하여 결합될 수 있다.
천연 또는 합성 라텍스는 결합제로서 사용될 수도 있다. 바람직한 실시형태에서, 라텍스는 실온 또는 그 이하의 최소 막형성온도를 가진다. 적절한 라텍스 결합제의 예는 알킬아크릴레이트, 비닐 아세테이트 및 스티렌-부타디엔의 중합체 및 공중합체이다. 미합중국특허 제5,128,082호는 웨브에 라텍스 결합제를 도포함으로써 초흡수성 입자에 의한 흡수를 감소시킬 수 있다고 개시하고 있기 때문에, 본 발명에서 결합제로서 라텍스를 사용하는 장점은 예상되지 않았다.
라텍스는 일반적으로 160 gsm 초흡수용품 당 약 10 gsm 라텍스 내지 160 gsm 초흡수성 입자 당 약 80 gsm 라텍스를 사용하고, 바람직하게는 160 gsm 초흡수입자 당 약 20 내지 약 40 gsm 라텍스를 사용한다.
열결합된 초흡수층은 당해 기술분야에서 공지되고, 열가소성 섬유 또는 파우더의 융점까지 가열함에 따라 결합을 제공하는 것으로 알려진 열가소성 섬유 또는 파우더를 포함할 수 있다.
본 발명에서 사용하기에 적합한 고분자결합제는 교차결합제와 혼합된 카르복실 고분자전해질일 수 있고, 교차결합제는 고분자전해질의 카르복실 또는 카르복실레이트 그룹과 반응하는 특성을 가진다. 고분자결합제는 실온 또는 그 이하의 최소 막형성온도를 가지는 천연 또는 합성 라텍스일 수 있다. 고분자결합제는 교차결합가능한 카르복실 고분자전해질용액과 라텍스의 혼합물일 수도 있다. 이 혼합물은 양 특성, 즉 교차결합된 고분자전해질의 흡수성과 탄성 중합체의 탄력성을 나타낸다. 분산된 탄성상태는 손상없이 초흡수성 코팅의 휨과 가요성을 촉진할 수 있다.
상기 설명된 고분자결합제의 다른 결합은 본 발명에 사용될 수 있다.
본 발명의 초흡수층은 다음의 방법에 따라 제조될 수 있다.
본 발명의 일실시형태에서, 초흡수성 입자의 층은 시트형 섬유물질의 표면에 당해 기술분야에서 공지된 방법을 사용하여 도포될 수 있다. 그 다음에 수용성 또는 수분산성 결합제가 초흡수성 입자의 층 위에 도포된다(예를 들면 분무되거나 섞인다). 도포 전에, 결합제는, 예를 들면, 그 원래부피의 약 1.5배 내지 약 10배, 바람직하게는 그 원래 부피의 약 3 내지 4배로 거품이 형성된다. 이러한 도포방식은 일반적으로 실험조건에서 사용되고 있다.
본 발명의 다른 실시형태에서, 초흡수성 중합체 입자는 수용성 또는 수분산성 결합제와 혼합된 후 시트형 섬유물질의 표면에 도포된다. 선택적으로, 먼저 결합제가 거품이 형성될 수 있고, 그 다음에 초흡수성 입자들은 섬유물질에 도포하기 전에 즉시 그 거품에 첨가될 수 있다. 이러한 도포방식은 연속적 도포에 적합하고, 따라서 대량생산에 유용하다.
본 발명의 일실시형태에서, 거품형성된 수용성 결합제는 건조 및 경화됨에 따라 카르복실 고분자전해질을 초흡수성 물질과 교차결합시키는데 적합한 교차결합제와 혼합된다.
본 발명의 일실시형태에서, 초흡수성 롤제품은 도 1a에 도시된 구조를 가진다. 이 구조는 초흡수층이 한 면에 결합되고 포착층이 다른 면에 결합된 섬유성 흡수층을 포함한다. 포착층은 당해 기술분야에서 일반적으로 공지된 바와 같을 수 있다. 일실시형태에서, 포착층은 폴리에스테르, 폴리아미드, 및 폴리올레핀으로 구성된 그룹으로부터 선택된 합성섬유를 포함한다. 합성섬유는 라텍스 고분자결합제 또는 열가소성 결합제 섬유 또는 열가소성 결합제 파우더 또는 그들의 화합물과 결합될 수 있다. 선택적으로, 포착층은 라텍스 고분자결합제 또는 열가소성 결합제 섬유 또는 열가소성 결합제 파우더 또는 그들의 화합물과 결합된 경화된 셀룰로오스섬유를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태에서, 본 발명의 초흡수성 롤제품은 예를 들면 도 1b에 도시된 바와 같이, 초흡수성 입자들의 내재층과 포착층 사이에 위치한 분포층을 포함한다. 분포층은 당해 기술분야에서 일반적으로 공지된 바와 같을 것이다. 예를 들면, 분포층의 매트릭스섬유는 (ⅰ) 보풀 셀룰로오스섬유{예를 들면, 테네시주 멤피스, 벅아이 테크놀로지즈 인코포레이티드(Buckeye Technologies, Inc.)에서 입수가능한 벅아이 폴리 보풀(Buckeye Foley fluff)}, (ⅱ) 화학적으로 변형된 보풀 셀룰로오스(예를 들면 교차결합된 셀룰로오스) 또는 매우 정제된 셀룰로오스(예를 들면 Buckeye HPF), 또는 (ⅲ) 그들의 혼합물일 수 있다. 이 섬유들은 라텍스결합 섬유, 열결합 섬유 또는 그들의 화합물일 수 있다.
본 발명의 초흡수성 롤제품은 기저귀, 여성용 위생용품 및 실금제품과 같은 일회용 흡수제품을 제조하는데 사용될 수 있다. 초흡수제품에 사용될 때, 본 발명의 초흡수층은 사용자의 피부로부터 멀리 떨어져, 즉 예정된 유체손상으로부터 멀리 떨어져 위치한다. 그러한 일회용 흡수제품의 손상면은 열가소성 결합제 섬유 또는 파우더, 라텍스 결합제, 또는 그들의 화합물과 결합된 결합셀룰로오스 또는 합성섬유의 포착층을 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 장점 중 하나는 취급 및 가공하는 동안 섬유성 구조 내에 초흡수성 입자가 함유된다는 종래의 문제를 해결하는 것이다. 본 발명은 최종 흡수제품의 제조자가 그 제품을 생산하기 위하여 섬유구멍, 웨브형성, 및 초흡수성 측정장치를 움직일 필요가 없도록 일회용 흡수용품의 흡수구성요소를 롤형태로 제공한다. 따라서, 본 발명은 일회용 흡수제품의 제조를 촉진한다.
본 발명의 다른 장점은 초흡수성 물질이 이산적이지만 내재적인 층 내의 흡수구조 속에 존재함으로써 포획층 속으로 및 중간층 또는 분포층을 통과하는 유체의 유입은 제한되지 않고 초흡수제 그 자체의 팽창은 섬유매트릭스에 걸려서 방해되지 않는다. 입자들이 웨브에 잘 함유되고 초흡수제 추가는 웨브형성과정의 일부로써 행해지거나 형성장치로부터 독립된 라인에서 행해질 수 있기 때문에 본질적으로 모든 초흡수성 입자는 결합제에 노출된다. 웨브형성장치로부터 멀리 떨어진 이러한 작동을 행함으로써 상당한 고가의 휴지시간을 일으킬 수 있는 초흡수제 먼지로 막히는 것을 방지할 수 있는 장점이 있을 수 있다.
본 발명은 하기의 비제한적 실시예들에 의해 더 설명된다.
실시예
실험과정
초흡수성 고분자 전구체용액의 제조
쿠라레이 인터내셔널(Kuraray International)(ISOBAM-10, lot no. 825271)의 폴리(이소부틸렌-코-말레산 무수물)의 나트륨반염은 쉘 케미컬 컴퍼니(Shell Chemical Company)(텍사스주 휴스턴)의 네오돌(Neodol) 25-9(비이온성 계면활성제) 0.3 g을 포함한 증류수 582g에 154g(1.0 mol)의 공중합체를 현탁시킴으로써 25% 고체로 패들교반기, 리플럭스 컨덴서, 온도제어기 및 가열맨틀이 장착된 1000㎖ 수지 플라스크 속에서 제조된다. 알약 또는 구슬형태의 수산화나트륨{알드리취 케미컬(Aldrich Chemical)(위스콘신주 밀워키) lot no. 02420HQ의 40.0 g, 1.0 mol}을 상기 슬러리에 첨가하고 온도를 85℃까지 높인다. 중합체가 용해될 때까지, 약 4시간동안 계속하여 가열 및 교반한다. 제조된 용액은 초흡수성 과립용 고분자결합제로서 사용될 수 있고, 또는 당해 기술분야에서 공지된 방법을 사용하여 초흡수성 과립으로 전환될 수 있다.
초흡수성 전구체 거품의 제조
반중화된 이소밤-10(ISOBAM-10)(50.0g)의 25% 용액을 125g의 증류수로 10% 고체까지 희석하고, 거품을 안정화시키기 위하여 0.13g의 소디움 라우릴 설페이트(음이온성 계면활성제)를 첨가한다. 중합체 중량(1.25 g)의 1.0%의 교차결합제{헤라클레스 인코포레이티드(델라웨어, 윌밍턴)의 카이멘 557(KYMENE 557)}를 첨가하고 거품형성을 촉진하여 위하여 질소의 수면 하 흐름을 가진 관통패들로 용액을 빨리 교반한다. 교반은 거품부피가 원래의 액체부피의 약 3배가 될 때까지 계속된다. 거품은 사용할 준비가 되고 건조되어 경화된 중합체를 유연하게 하기 위하여 라텍스와 혼합될 수 있다. 라텍스가 첨가되면, 상기 방법에서 라텍스 내의 물은 증류수로부터 제거될 수 있다.
부직포를 거품으로 코팅
원하는 중합체 부하를 생산하도록 계산된 중량의 거품을 부직포에 고르게 분무하고 실험용 대류오븐 내의 125℃에서 건조한다. 14×14인치 패드 상의 40 gsm에 대하여, 총고체는 5.06g(50.6g의 거품)이다. 건조단계 동안, 교차결합제가 활성화되어 중합체는 초흡수제로 된다. 본 실험에서 사용되는 상업적 과립형 초흡수제는 표면교차결합된 아크릴산계 종래 초흡수제인, 스톡하우젠의 페이버 SXM(FAVOR SXM)이다.
포화용량
시료를 2제곱인치로 절단하여, 표지된 일회용 계량접시에 놓고, 가장 가까운 센티그램까지 중량을 측정한다. 과량의 식염수(0.9% NaCl)를 첨가하고 30분 동안 흡수가 계속되도록 한다. 과량의 식염수를 부어내고 접시를 그 측면에 5분간 세워둔다. 어떤 추가배액은 부어내고 접시와 패드의 중량을 측정한다. 패드의 포화용량(패드 1g 당 흡수된 식염수의 g수)은 접시와 (젖은 패드의 총중량 - 건조패드와 접시의 중량) ÷건조패드의 중량과 같다.
보유용량
포화용량시험에서의 패드를 4층의 건조펄프시트(압지로서 기능함) 위에 놓고 0.9 psi의 하중으로 5분간 누른다. 눌린 패드의 중량을 측정하고, 보유용량은 (눌린 패드의 중량 - 건조패드의 중량) ÷ 건조패드의 중량이다.
포착속도
4 제곱인치 패드를 표준 기저귀 커버저장물질로 싸고 0.3 psi 하중 하에 놓았다. 4인치 높이의 투명추가튜브가 장착된 직경 1.5인치 표적영역은 무게중심에 있다. 0.9% 식염수 50㎖를 실린더에 붓고 그것이 흡수되는 시간을 기록한다. 1분 간격으로 2번 더 반복한다. 제3손상의 ㎖/sec로 발현된 속도를 시료에 대한 포착속도로 한다.
덕용 재습윤
기저귀를 실험벤치 상부에 평평하게 놓고 눈금실린더로부터 부은 0.9% NaCl 50㎖로 중심을 손상시켰다. 20분 후, 11 ㎝ 직경의 와트만 No.3 여과지의 용기중량스택(10-12장)을 표적영역에 놓고 9㎝ 직경 중량에 의해 가해진 0.8 psi의 압력 하에서 1분간 눌렀다. 여과지에 의해 포착된 식염수의 중량이 재습윤이다. 상기 과정은 재습윤이 일반적으로 반복된 손상 후에 높아지기 때문에 추가 여과지를 사용하여 2번 더 반복한다.
실험결과
상업용 제품인 조브코(Zorbcor)를 제외하고, 모든 대조구와 실시예는 포착층섬유와 결합제섬유의 혼합물이 형성된 후 보풀과 결합제 섬유의 혼합물이 형성되는 대표적인 실험용 에어레이드 웨브형성장치 상에서 만들어졌다.
대조구 1(테네시주 멤피스, 벅아이 테크놀로지즈 인코포레이티드가 공급한 Zorbcor 5902)은 총 450 gsm을 가진다. 이것은 패드 전체에 실질적으로 균일하게 분포된 183 gsm의 과립을 포함한다. 이 물질은 매우 높은 흡수용량을 요구하는 실금제품에 보통 사용된다. 대조구 1은 150 gsm의 섬유(50 gsm의 90/10 교차결합 셀룰로오스/2성분 결합제 섬유층과 100 gsm의 95/5 보풀/2성분 결합제 섬유층)가 함유된 실험실에서 제조된 패드와 비교하였다. 2성분섬유{호치스트-트레비라(Hoechst-Trevira)(노스캐롤리나주 샬럿)의 Type T-255}는 폴리에스테르 중심 상의 저융점 폴리에틸렌 덮개이다. 결합제 섬유를 융합시키기 위하여 새로 형성된 흡수구조를 약 160℃까지 가열하였다. 보풀쪽에, 160-180 gsm의 초흡수성 과립을 도포하고 총 350 gsm을 부과하기 위하여 여러 가지 결합제 공식을 적용하였다.
이 실시예들에서 사용된 특정 라텍스는 롬 앤드 하스(Rohm and Haas)(펜실바니아주 필라델피아)가 공급하는 로플렉스 HA-8(RHOPLEX HA-8)이었다. 부직포제조에서 대표적으로 사용되는 다른 라텍스도 효과적일 것이다. 초흡수제는 스톡하우젠 인코포레이티드(노스 캐롤리나주 그린보로)가 공급하는 표면교차결합된 과립형 물질인 페이버 SXM70(FAVOR SXM70)이었다. 실시예 4와 5에 대하여, 결합제들을 도포하기 전에 180 gsm의 과립형 초흡수제가 에어레이드 부직포에 분무된 것을 제외하고는 실시예 2와 3의 과정들이 반복되었다. 상업용 제품인 조브코를 제외한 모든 대조구와 실시예들은 포착층섬유와 결합제섬유의 혼합물이 먼저 형성된 후 보풀과 결합제섬유의 혼합물이 형성되는 대표적인 실험용 에어레이드 웨브형성장치 상에서 만들어졌다.
대조구 3{벅아이 테크놀로지즈의 비조브 3900(Vizorb 3900)}은 120 gsm(30 gsm 초흡수제)이고, 일반적으로 여성용 위생용품에 사용된다. 비조브는 80 gsm 보풀과 스티렌-부타디엔 라텍스 결합제인 파일럿라인제조 에어레이드와 비교하였다. 부드러운 (와이어) 쪽은 초흡수성 과립 및 거품/라텍스로 처리하였다.
실시예 1-6
실시예 gsm섬유 gsm SAP과립 gsm SAP거품 고체 gsm 라텍스고체 포화용량g/g 0.9 psi보유용량g/g 포착속도㎖/sec
대조구 1 267 183 20.1 13.1 0.3
대조구 2 150 25.5 1.0 1.1
실시예 1 150 160 40 32.3 17.0 0.9
실시예 2 150 160 30 10 24.8 17.5 1.0
실시예 3 150 160 40 25.7 14.8 1.6
실시예 4 150 180 30 10 32 21.6 1.4
실시예 5 150 180 40 33.2 24.6 1.6
대조구 3 90 30 20.9 5.8 0.3
실시예 6 80 30 10 5 23.1 5.4 0.7
더 적은 섬유를 사용했지만, 실시예 1-3은 상업용 시료인 대조구 1보다 g당 더 높은 흡수성을 나타냈다. 실시예 3(초흡수제용 라텍스 결합제)도 대조구 1보다 적은 초흡수제를 가진다. 대조구 1에 비교할만한 흡수부하를 가진 실시예 5는 상당히 더 높은 용량을 나타낸다. 포착속도(흡수패드의, 특히 상부의 다공성의 기준)은 상업용 대조구보다 실시예들에서 더 높았는데, 이는 이산 포착층의 결핍을 제어하고 흡수제 과립이 패드 전체에 고르게 분포된다. 이산 포착층을 가지지 않은 실시예 6조차 대조구 3보다 더 높은 포착속도를 가지는데, 이는 대조구 3에서의 초흡수성 입자의 균일한 분포가 흡수구조의 하면에 모두 결합된 입자들을 가지는 것에 비하여 포착을 저해하고 있을 수 있다는 것을 나타낸다.
대조구 4와 실시예 7-9에 대해서, 경화된 셀룰로오스섬유 포착층 대신에 권축 폴리에스테르 스테이플섬유(노스 캐롤리나주 솔즈베리의 호치스트-트레비라의 T-224)가 160℃까지 가열된 후 합성 포착층을 형성하도록 2성분 섬유와 혼합되는 것을 제외하고는, 실시예 1-3의 절차가 반복되었다.
실시예 7-9
실시예 gsm섬유 gsm SAP과립 gsm SAP거품 고체 gsm라텍스고체 포화용량g/g 0.9 psi보유용량g/g 포착속도㎖/sec
대조구 4 150 19.2 0.5 2.1
실시예 7 150 160 40 18.3 8.0 2.8
실시예 8 150 160 30 10 25.8 13.2 3.1
실시예 9 150 160 40 29.1 29.1 6.6
권축 폴리에스테르/2성분 내재 포착층은 표 1의 대조구 2와 실시예 1-5에서 사용된 경화 셀룰로오스 포착층에 비해 현저한 포착속도를 나타낸다. 실시예 7-9는 대조구 4보다 더 빨리 유체를 포착하기 때문에, 초흡수제의 층은 포착층과 중간층을 고갈시킴으로써 도움을 받는 것으로 나타난다.
용량이 기저귀 디자인에서 유일한 결정적인 특성이 아니다. 편안하고 피부건강을 위하여, 제품은 여러 번의 손상 후 압력 하에서 낮은 재습윤을 나타냄으로써 피부를 건조한 상태로 유지해야한다. 기본형 기저귀구조를 손으로 제조하여 0.9% 식염수 50㎖ 손상을 이용하여 포착(투과)속도와 덕용 재습윤에 대하여 실험하였다. 실험을 위한 기저귀(4인치 ×14인치)를 만들기 위하여, 한 조각의 담체조직 또는 에어레이드를 폴리에틸렌 이면시트에 놓은 후, 거기에 부착되고 뉴저지주 랜즈빌의 PGI 부직포에서 이용가능한 종래의 열결합된 폴리프로필렌 소면된 웨브 커버스톡으로 덮인 포착/분포층을 놓았고, 어떤 고무밴드나 다리커프스가 없는 직사각형 기저귀를 만들기 위하여 전체구조의 가장자리를 봉했다. 팸퍼스 베이비 드라이 3(PAMPERS Baby Dry 3)이라는 이름으로 프록터 ＆ 갬블(Proctor ＆ Gamble)이 제조한 상업용 기저귀를 평평하게 놓이도록 다리커프스와 고무밴드를 제거한 후 실험기본형쪽을 따라 실험하였다.
실시예 10에서, 250 gsm의 초흡수제는 기저귀의 길이에 연속적인 SAP 층에서의 1/2인치 넓이의 개방된 스트립을 남기는 폴리(비닐 아세테이트) 공중합체 라텍스{펜실바니아주 앨린타운의 에어프로덕츠 앤드 케미컬즈 인코포레이티드(Air Products and Chemicals, Inc.)의 에어플렉스 108(AirFlex 108)} 25 gsm을 사용하여 포착/분포층의 바닥에 결합된다. ADL은 셀룰로오스 보풀(테네시주 멤피스의 벅아이 테크놀로지즈로부터 입수가능한 HPF 가공처리된 펄프)과 호치스트-트레비라(노스 캐롤리나주 샬럿)으로부터의 Type T-255 2성분섬유의 90/10 열결합된 혼합물 40 gsm에 대하여 6 gsm의 폴리(비닐 아세테이트) 공중합체 라텍스{에어 프로덕츠 앤드 케미컬즈 인코포레이티드의 에어플렉스 192)와 결합된 권축 폴리에스테르 34 gsm이다. 부착된 초흡수제를 가진 포착층을 50 gsm 셀룰로오스 보풀-2성분 섬유 에어레이드 분포층에 대해 시험하였다.
실시예 11은 25 gsm 대신 단 15 gsm의 라텍스가 SAP 결합제로 사용된 것을 제외하고는 유사하였다.
실시예 12는 (폴리에틸렌 외부커버 다음의) 기저귀의 바닥분포층이 50 gsm 에어레이드 대신에 작은 30gsm 담체조직이라는 것을 제외하고는 실시예 10과 동일하였다.
실시예 10-12
실시예 기저귀기초중량 포착속도㎖/sec 재습윤 1 재습윤 2 재습윤 3
10 433 gsm 4.8 0.2 2.3 12.3
11 423 gsm 8.6 0.2 0.7 8.5
12 413 gsm 6 0.1 1.1 8.7
대조구 700 gsm 2.9 0.2 1.5 6.3
표 3은 본 발명에 따라 구성된 기저귀가, 상당히 적은 흡수물질을 함유함에도 불구하고, 이들 유체취급시험에서 성공적인 상업용 제품에 필적한다는 것을 보여준다.

Claims (25)

  1. 별도의 초흡수구조를 포함하는 일회용 개인보호용품 속에 조립하기에 적합한 초흡수성 롤제품.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 초흡수구조는 섬유성 흡수층에 불가분적으로 결합된 것을 특징으로 하는 초흡수성 롤제품.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 초흡수구조는 사용자로부터 멀리 떨어져 있도록 롤제품의 측면에 위치한 것을 특징으로 하는 초흡수성 롤제품.
  4. 제1항에 있어서,
    초흡수구조는 과립형 카르복실 고분자전해질을 포함하고,
    상기 고분자전해질은 교차결합된 것임을 특징으로 하는 초흡수성 롤제품.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 고분자전해질은 폴리(아크릴산)의 중합체 및 공중합체로 구성된 그룹으로부터 선택된 것임을 특징으로 하는 초흡수성 롤제품.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 고분자전해질은 고분자결합제에 결합된 것임을 특징으로 하는 초흡수성 롤제품.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 고분자결합제는 천연 또는 합성 라텍스이고,
    상기 라텍스는 실온 또는 그 이하의 최소막형성온도를 가지는 것을 특징으로 하는 초흡수성 롤제품.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 고분자결합제는 교차결합제와 혼합된 카르복실 고분자전해질을 포함하고,
    상기 교차결합제는 상기 고분자전해질의 카르복실 또는 카르복실레이트 그룹과 반응하는 특성을 가지는 것을 특징으로 하는 초흡수성 롤제품.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 고분자결합제는 최소막형성온도를 가지는 천연 또는 합성 라텍스, 카르복실 고분자전해질, 및 카르복실 또는 카르복실레이트 그룹과 반응하는 특성을 가지는 교차결합제를 포함하는 것을 특징으로 하는 초흡수성 롤제품.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 교차결합제는 다기능 교차결합화합물인 것을 특징으로 하는 초흡수성 롤제품.
  11. 제2항에 있어서, 상기 초흡수성 롤제품은,
    포착층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초흡수성 롤제품.
  12. 제11항에 있어서, 상기 초흡수성 롤제품은,
    분포층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초흡수성 롤제품.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 포착층은 폴리에스테르, 폴리아미드, 및 폴리올레핀으로 구성된 그룹으로부터 선택된 합성섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 초흡수성 롤제품.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 합성섬유는 라텍스 고분자결합제와 결합된 것임을 특징으로 하는 초흡수성 롤제품.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 합성섬유는 열가소성 결합제 섬유 또는 열가소성 결합제 파우더와 결합된 것임을 특징으로 하는 초흡수성 롤제품.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 합성섬유는 열가소성 결합제 및 라텍스 결합제의 화합물과 결합된 것임을 특징으로 하는 초흡수성 롤제품.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 포착층은 경화 셀룰로오스섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 초흡수성 롤제품.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 경화 셀룰로오스섬유는 라텍스 고분자결합제와 결합된 것임을 특징으로 하는 초흡수성 롤제품.
  19. 제11항에 있어서,
    상기 포착층은 합성섬유와 셀룰로오스섬유의 화합물을 포함하고,
    상기 섬유는 라텍스와 결합되거나, 열결합되거나, 양자 모두인 것을 특징으로 하는 초흡수성 롤제품.
  20. 제15항에 있어서,
    상기 경화 셀룰로오스섬유는 열가소성 결합제섬유 또는 열가소성 결합제 파우더와 결합된 것임을 특징으로 하는 초흡수성 롤제품.
  21. 제4항에 있어서,
    상기 카르복실 고분자전해질은 불연속식으로 침적되는 것을 특징으로 하는 초흡수성 롤제품.
  22. 제1항의 롤제품으로부터 제조된 일회용 흡수성 위생용품.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 용품은 기저귀인 것을 특징으로 하는 일회용 흡수성 위생용품.
  24. 제22항에 있어서,
    상기 용품은 생리대인 것을 특징으로 하는 일회용 흡수성 위생용품.
  25. 제22항에 있어서,
    상기 용품은 성인용 실금제품인 것을 특징으로 하는 일회용 흡수성 위생제품.
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