KR20010080493A - 탄성 흡수성 구조물 - Google Patents

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로날드 디. 맥크레이
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Abstract

향상된 순응성을 갖는 흡수성 탄성 부직물은 흡수성 탄성 부직물의 약 3 내지 20 중량% 미만의 양으로 존재하는 열가소성 탄성중합체성 부직 필라멘트의 매트릭스를 포함한다. 복수개의 흡수성 섬유 및 초흡수성 물질이 매트릭스내에 함유되며, 각각은 흡수성 탄성 부직물의 약 20-77 중량%를 구성한다. 흡수성 탄성 부직물은, 유연성 및 순응성 뿐 아니라 흡수성 및 탄성이 중요한 매우 다양한 신체 보호용 및 의료용 흡수물품에 유용하다.

Description

탄성 흡수성 구조물 {Elastic Absorbent Structures}
탄성중합체성 흡수성 물질은, 제한없이, 기저귀, 트레이닝 팬츠, 생리대, 손수건, 턱받이, 상처용 붕대, 및 외과용 캡 또는 휘장을 포함한 다양한 신체 보호용 구조물에서 검토되어지고 있다. 미국 특허 제 5,645,542호 (Anjur et al.)는 열가소성 탄성중합체 섬유 및 습윤성 스테이플 섬유의 조합으로 구성된 탄성중합체성 흡수성 구조물을 개시하고 있다. 상기 참고문헌에는 중간 정도의 양이 바람직하다는 것과 함께, 약 20-80 중량%의 스테이플 섬유, 및 약 20-80 중량%의 탄성중합체성 섬유의 유용한 범위가 개시되어 있다. 유용한 스테이플 섬유로는 목질 펄프 섬유, 변형된 셀룰로스 섬유, 면 또는 레이온과 같은 직물 섬유, 및 실질적으로 비흡수성인 합성 중합체 섬유를 들 수 있다.
상기 특허 (Anjur et al.)는 또한 흡수성을 증가시키기 위해 히드로겔-형성 중합체가 첨가될 수 있다는 것을 개시한다. 히드로겔-겔형 중합체는 구조물의 약15-16 중량%를 구성할 수 있고, 중간정도의 양이 바람직하다.
통상적인 탄성 흡수성 물질은 전형적으로 매우 높은 장력 하중하에서 늘어나고, 하중이 완화되거나 감소되는 경우 늘어나지 않은 상태로 회복되는 경향이 있다. 상기 구조물과 관련하여 상대적으로 높은 수축력은 흔히 불필요하며, 때때로 바람직하지 않다. 예를 들어, 신체 보호용 물품에 존재하는 높은 수축력은 물품이 불편할 정도로 꼭 끼어 맞도록 할 수 있다. 또한, 높은 수축력은 물품내에 함유된 흡수성 물질의 팽창을 물리적으로 억제하여 물품의 흡수성을 감소시킬 수 있다.
이러한 이유로 인해, 보다 많이 순응할 수 있고 보다 적은 수축력을 갖는 탄성 부직 흡수성 물질에 대한 필요 및 요구가 있다. 더 적은 양의 탄성중합체성 필라멘트 성분 및 비교적 더 많은 양의 덜 비싼 흡수성 물질을 필요로 하는 덜 비싼 탄성 부직 흡수성 물질에 대한 필요 또는 요구가 있다.
본 발명은 낮은 수준의 하중에서 향상된 순응성을 갖는 부직 탄성 흡수성 물질에 관한 것이다. 더욱 특별하게는, 본 발명은 통상적인 탄성중합체성 흡수성 물질보다 더 큰 유연성 및 순응성을 가진, 부직 탄성중합체성 필라멘트, 펄프 섬유 및 초흡수성 물질의 조합에 관한 것이다.
발명의 요약
본 발명은 상기 요건들을 목적으로하는 순응가능하고, 편안하고 고흡수성 탄성 부직물에 관한 것이다. 본 발명의 흡수성 부직물로는 부직 탄성 중합체 필라멘트, 흡수성 섬유, 및 초흡수성 미립자 또는 섬유의 혼합물을 들 수 있다. 탄성 중합체 필라멘트는 길이에 있어서 실제로 연속적이거나 스테이플일 수 있고, 바람직하게는 실질적으로 연속적이다. 부직 탄성 중합체 필라멘트는 흡수성 부직물의 20 중량% 미만, 및 흡수성 부직물의 약 3 중량% 이상을 구성한다. 흡수성 섬유 및 초흡수성 미립자 또는 섬유 각각은 흡수성 부직물의 약 20-77 중량%를 구성한다.
본 발명의 흡수성 부직물은, 탄성 필라멘트를 더 높은 수준으로 함유하는 유사한 복합물 보다 기본 중량당 더 낮은 장력 하중을 이용하여, 그의 본래 늘어나지 않은 길이의 약 110 % 이상까지 늘어날 수 있다. 상기 낮은 신장력은 또한 흡수성 부직물이 늘어날 때 수축력이 더 적다는 것을 의미한다. 낮은 신장력 및 상응하는 낮은 수축력은 상기 재료로 만든 흡수 물품이 더 우수한 편안함 및 더 좋은 흡수력을 갖도록 한다. 향상된 흡수력은 부분적으로 초흡수성 중합체 성분의 팽창에 대한 더 적은 탄성적 억제가 있다는 사실에 기인한다.
본 발명의 흡수성 부직물은 또한, 더 적은 양의 탄성 중합체 필라멘트가 대응적으로 더 많은 양의 덜 비싼 펄프 섬유를 포함하도록 하기 때문에, 생산하기에 비교적 덜 비싸다. 또한, 본 발명의 흡수성 부직물은 통상적인 탄성중합체성 흡수성 물질 보다 더 우수한 심지재료를 나타낸다.
정의
용어 "부직 직물 또는 웹"은 사이에 끼워 넣어진 각각의 섬유 또는 필라멘트의 구조를 갖는 웹을 의미하지만, 짜여진 편물에서와 같은 동일한 방식을 의미하지는 아니다. 용어 "섬유" 및 "필라멘트"는 본 명세서에서는 호환적으로 사용된다. 부직 직물 또는 웹은, 예를 들어, 용융취입성형 방법, 방적결합 방법, 공기 부설 방법, 및 결합된 보풀 직물 방법과 같은 많은 방법들로 형성되어지고 있다. 상기 용어는 또한 구멍이 뚫려있거나 또는 공기가 통과할 수 있도록 달리 처리된 막을 포함한다. 부직 섬유의 기본 중량은 보통 제곱 야드당 재료의 온스 (osy) 또는 제곱 미터당 그램 (gsm)으로 표현되고, 섬유 직경은 보통 마이크론으로 표현된다. (주: osy 에서 gsm으로 전환하기 위해서는, osy에 33.91를 곱한다)
용어 "미세섬유"는, 예를 들어, 평균 직경이 약 1 마이크론 내지 약 50 마이크론, 또는 보다 특히, 평균 직경이 약 1 마이크론 내지 약 30 마이크론인, 평균 직경이 약 75 마이크론 이하인 작은 직경 섬유를 의미한다.
용어 "방적결합된 섬유"는 원형 또는 기타 모양을 갖는 방적돌기의 복수개의 미세 모세관으로부터 용융 열가소성 재료를 필라멘트로서 압출하여 형성된 소직경 섬유를 의미하는 것으로, 압출된 필라멘트의 직경은, 예를 들어, 미국 특허 제 4,340,563 호 (Appel et al.), 미국 특허 제 3,692,618 호 (Dorschner et al.), 미국 특허 제 3,802,817 호 (Matsuki et al.), 미국 특허 제 3,338,992 호 및 제 3,341,394 호 (Kinney), 미국 특허 제 3,502,763 호 (Hartman), 미국 특허 제 3,502,538 호 (Petersen), 및 미국 특허 제 3,542,615 호 (Dobo et al.)에서와 같이 급속하게 감소된다. 방적결합된 섬유는 급냉되고 일반적으로 그들이 드로우 유니트 (draw unit)으로 도입되거나 또는 그들이 수합된 표면상에 침적되는 경우 표면상에 점착성이 없다. 방적결합된 섬유는 일반적으로 연속적이며 평균 직경이 7 마이크론 이상, 흔히 약 10 내지 30 마이크론일 수 있다.
용어 "용융취입성형된 섬유"는 용융된 열가소성 물질을 복수개의 미세한, 대체적으로 원형인, 다이 모세관을 통해 용융된 실 또는 필라멘트로서 한 곳으로 모여진 고속 가열된 기체 (예컨대, 공기) 흐름속으로 압출함으로써 형성된 섬유를 의미하고, 용융된 열가소성 물질의 필라멘트는 가늘어져 그들의 직경이 감소되는데, 이는 미세섬유 직경까지 감소될 수 있다. 이후, 용융취입된 섬유는 고속 기체 흐름에 의해서 운반되고 수합된 표면상에 침적되어 무작위로 분산된 용융취입성형된 섬유의 웹을 형성한다. 이러한 방법은 예를 들어, 미국 특허 제 3,849,241 호 (Butin et al.)에 개시되어 있다. 용융취입성형된 섬유는 연속적 또는 비연속적일 수 있는 미세섬유이고, 일반적으로 직경이 10 마이크론 미만이고, 일반적으로 수합된 표면상에 침적될 때 자가 결합되어진다. 본 발명에 사용된 용융취입성형된 섬유는 바람직하게는 실질적으로 연속적이다.
용어 "중합체"는 일반적으로 이에 국한되는 것은 아니나, 동종중합체, 블록, 그라프트, 랜덤 및 교대 공중합체를 포함하는 공중합체, 삼종중합체 등, 및 그의 배합물 및 변형물을 포함한다. 더욱이, 달리 특이적으로 한정된 바 없으면, 용어 "중합체"는 재료의 모든 가능한 기하학적 배열을 포함할 것이다. 이러한 배열은 이에 국한되는 것은 아니나, 동일배열, 교대배열 및 혼성배열 대칭을 포함한다.
용어 "실질적으로 연속적인 필라멘트 또는 섬유"는, 제한없이 방적결합된 섬유 및 용융취입성형된 섬유를 포함하여, 방적돌기로부터의 압출에 의해 제조된 필라멘트 또는 섬유를 의미하는 것으로, 부직 웹 또는 직물로 형성되기 전에 그들의 본래 길이로부터 절단되지 않는다. 실질적으로로 연속적인 필라멘트 또는 섬유는 약 15 cm 초과 내지 1 m 이상 범위의 길이일 수 있고; 부직 웹 또는 직물의 길이 미만으로 형성된다. "실질적으로 연속적인 필라멘트 또는 섬유"의 정의는 부직 웹 또는 직물로 형성되기 전에 절단되지 않은 것을 포함하지만, 이후 부직 웹 또는 직물이 절단되는 경우 절단된다.
용어 "스테이플 필라멘트 또는 섬유"는 천연적이거나 또는 웹으로 형성되기전에 제조된 필라멘트로부터 절단되고, 길이가 약 0.1-15 cm, 보다 일반적으로는 약 0.2-7 cm 의 범위인 길이를 갖는 필라멘트 또는 섬유를 의미한다.
용어 "섬유" 또는 "섬유성"은 미립자 물질의 길이 대 직경의 비율이 약 10을 초과하는 미립자 물질을 일컫는 것을 의미한다. 반대로, "비섬유" 또는 "비섬유성" 물질은 미립자 물질의 길이 대 직경의 비율이 약 10 이하인 미립자 물질을 일컫는 것을 의미한다.
용어 "습윤성"은 물, 합성 소변, 또는 0.9 중량 % 식염수 용액과 같은 액체를 90 °미만의 공기 접촉 각도로 나타내는 섬유를 의미한다. 접촉 각도는 예를 들어, ASTM D724-89에 따라 결정될 수 있다.
용어 "열가소성"은 열에 노출되는 경우 부드러워지고 실온으로 냉각되었을 때 실질적으로 본래 상태로 되돌아오는 물질을 의미한다.
용어 "탄성" 및 "탄성 중합체성"은 변형 후에 변형력이 제거되었을 때 일반적으로 그의 모양으로 되돌아올 수 있는 물질을 의미하는 것으로 호환적으로 사용된다. 구체적으로, 본 명세서에서 사용되는 것으로는, 탄성 또는 탄성 중합체성은 치우친 힘의 적용시 물질이 그의 힘이 가해지지 않은 비스듬하지 않은 길이 보다 적어도 약 25 % 더 많이 당겨진 비스듬한 길이로 늘어날 수 있고, 당겨지는 신장력을 제거하였을 때 물질을 그의 늘어난 상태의 40 % 이상으로 회복시킬 수 있는 물질의 성질을 의미한다. 탄성중합체성 물질의 상기 정의를 만족할 가설적인 예는, 적어도 1.25 인치로 늘어날 수 있고 1.25 인치로 당겼다가 놓았을 때 1.15 인치 이하로 회복하는 물질의 1 인치 샘플이다. 많은 탄성 물질들은 그들의 힘이 가해지지 않은 길이의 25 % 이상으로 잡아당겨질 수 있고, 이들중 많은 것이 당기는 신장력을 제거했을 때 실질적으로 그들 본래의 힘이 가해지지 않은 길이로 회복될 것이다. 물질의 상기 후자 부류는 일반적으로 본 발명의 목적에 유익하다.
용어 "회복" 또는 "수축"은 치우친 힘을 가하여 재료을 잡아당긴 다음 치우친 힘의 종료시 늘어난 재료의 수축성에 관한 것이다.
용어 "초흡수성 물질"은, 가장 바람직한 조건하에서, 0.9 중량% 염화나트륨을 함유하는 수용액중에 그의 중량의 약 15 배 이상, 바람직하게는 그의 중량의 약 30 배 이상을 흡수할 수 있는 수 팽창가능한, 수-불용성인 유기 또는 무기 물질을 의미한다.
용어 "펄프 섬유"는 목질 및 비목질성 식물과 같은 천연 원료로부터 유래된 섬유를 의미한다. 목질성 식물로는, 예를 들어, 낙엽수 및 침엽수를 들 수 있다. 비목질성 식물로는, 예를 들어, 면화, 아마, 아프리카 나래새(esparto grass), 밀크위드(유액을 분비하는 식물), 밀짚, 황마, 대마, 및 버개스(bagasse; 사탕수수의 짜고 남은 찌끼)를 들 수 있다.
용어 "평균 펄프 섬유 길이"는 카자아니 섬유 분석기 모델 No. FS-100 (Kajaani Oy Electronics in Kajaani, Finland)를 이용하여 측정된 펄프의 가중된 평균 길이를 의미한다. 상기 시험 방법하에서, 섬유 샘플을 불림액으로 처리하여 섬유 다발 또는 단편들이 존재하지 않도록 한다. 각 섬유 샘플을 온수에 분산시키고 약 0.001% 농도로 희석시킨다. 각각의 시험 샘플들을 희석 용액으로부터 약 50 내지 500 ml 분량으로 덜어내고 표준 카자아니 섬유 분석 방법을 이용하여 시험한다. 가중된 평균 섬유 길이는 하기 방정식으로 표현될 수 있다:
식중, k = 최대 섬유 길이,
Xi= 각각의 섬유 길이,
ni= 길이가 Xi인 섬유의 수, 및
n = 측정된 섬유의 총 수.
용어 "이성분 필라멘트 또는 섬유"는 개별적인 압출기로부터 압출된 2 개 이상의 중합체들로부터 형성되지만 함께 방적되어 하나의 섬유를 형성하는 섬유를 의미한다. 중합체들은 이성분 섬유의 단면을 가로질러 실질적으로 일정하게 위치된 별개의 영역에 배열되고 이성분 섬유의 길이를 따라 연속적으로 연장된다. 상기 이성분 섬유의 배치는, 예를 들어, 하나의 중합체를 다른 것이 둘러싸는 외피/중심 배열, 또는 병행 배열 또는 "바다-내-섬 (islands-in-the-sea)" 배열일 수 있다. 이성분 섬유는 미국 특허 제 5,108,820 호 (Kaneko et al.), 미국 특허 제 5,336,552 호 (Strack et al.) 및 미국 특허 제 5,382,400 호 (Pike et al.)에 제시되어 있으며, 이들 각각은 전체적으로 본 발명에 참고로서 포함된다. 두 가지 성분 섬유로서, 중합체들은 75/25, 50/50, 25/75 의 비율 또는 기타 바람직한 비율로 존재할 수 있다. 안료 및 계면활성제와 같은 통상적인 첨가제는 하나 또는 두 중합체 흐름에 포함될 수 있거나, 또는 필라멘트 표면에 도포될 수 있다.
용어 "신체 보호용 흡수 물품"으로는 기저귀, 트레이닝 팬츠, 수영복, 흡수성 팬티, 성인 실금용품, 및 여성 위생용품을 들 수 있다.
용어 "공기-통과 결합 (through-air bonding)" 또는 "TAB"는 웹의 섬유를 구성하는 중합체중 하나를 용융시키기에 충분히 고온인 공기가 웹을 통과하도록 하는, 부직, 예를 들어, 이성분 섬유 웹을 결합시키는 방법을 의미한다. 공기 속도는 흔히 분당 100 내지 500 피트이고, 머무는 시간은 6초 정도로 길 수 있다. 중합체의 용융 및 재고형화가 결합을 제공한다. 공기-통과 결합은 제한된 가변성을 가지고 있고 일반적으로는 두 번째 결합 방법으로 간주된다. TAB 은 결합을 달성하기 위해서 적어도 한 성분의 용융을 필요로 하기 때문에, 이성분 섬유 웹과 같은 2 가지 성분들을 가진 웹 또는 접착성 섬유 또는 분말을 함유하는 웹에 한정된다.
용어 "열의 포인트 결합"은 결합될 섬유의 직물 또는 웹이 가열된 캘린더 롤과 앤빌 롤 사이로 통과하는 것을 의미한다. 캘린더 롤은 대개, 항상 그렇지는 않지만, 직물 전체가 그의 전표면을 가로질러 결합되지 않는 방식으로 도안되어 있다. 결과적으로, 캘린더 롤을 위한 다양한 패턴은 기능적인 이유 뿐 아니라 심미적인 이유로 개발되어지고 있다. 패턴의 한 예는 포인트들을 가지며, 미국 특허 제 3,855,046 호 (Hansen and Pennings)에 제시된 바와 같이 제곱 인치당 약 200 결합을 가진 결합 영역을 약 30% 갖는 한센 페닝 또는 "H&P" 패턴이다. H&P 패턴은 각 핀이 측면 크기가 0.038 인치 (0.965 mm)이고, 핀 사이의 공간이 0.070 인치 (1.778 mm)이고 결합의 깊이가 0.023 인치 (0.584 mm)인 스퀘어 포인트 또는 핀 결합 면적을 갖는다. 생성된 패턴은 약 29.5 %의 결합된 면적을 갖는다. 또 다른전형적인 포인트 결합 패턴은, 측면 크기가 0.037 인치 (0.94 mm)이고, 핀 공간이 0.097 인치 (2.464 mm)이며, 깊이가 0.039 인치 (0.991 mm)인 스퀘어 핀을 가진 15% 결합 면적을 생성하는 확장된 한센과 페닝 또는 "EHP" 결합 패턴이다. "714"로 명명된 또 다른 전형적인 포인트 결합 패턴은 각 핀이 측면 크기가 0.023 인치이고, 핀 사이의 공간이 0.062 인치 (1.575 mm)이고, 결합의 깊이가 0.033 인치 (0.838 mm)인 스퀘어 핀 결합 면적을 갖는다. 생성된 패턴은 약 15%의 결합된 면적을 갖는다. 또 다른 통상적인 패턴은 약 16.9 %의 결합 면적을 갖는 C-스타 패턴이다. C-스타 패턴은 별들을 사출시킴으로써 가로막히는 십자-방향 막대 또는 "코르덴" 디자인이다. 다른 통상적인 패턴으로는 반복되고 약간 한쪽으로 치우친 다이아몬드를 가진 다이아몬드 패턴 및 예컨대, 윈도우 스크린처럼 이름이 나타내는 바와 같이 보이는 와이어직 패턴을 들 수 있다. 대표적으로는, 결합 면적의 퍼센트는 직물 라미네이트 웹 면적의 약 10% 내지 약 30%로 다양하다. 당 분야에서 잘 알려진 바와 같이, 스팟 결합은 라미네이트층을 함께 고정시킬 뿐 아니라 각 층내에서 필라멘트 및/또는 섬유를 결합시킴으로써 각 개별적인 층에 보전성을 부여한다.
현재 바람직한 구현예의 상세한 설명
본 발명에 따르면, 흡수성 물질의 높은 적재 및 탁월한 순응성을 가진 흡수 탄성 부직 웹 복합물이 제공된다. 흡수성 탄성 부직 웹 복합물은 복수개의 열가소성 탄성중합체성 부직 필라멘트를 포함하는 약 3 내지 20 중량% 미만의 탄성 필라멘트 매트릭스, 약 20-77 중량% 의 흡수성 섬유, 및 약 20-77 중량%의 초흡수성 물질을 포함한다. 흡수성 섬유 및 초흡수성 물질은 매트릭스내에 포함된다. 바람직하게는, 흡수성 탄성 부직 웹 복합물은 약 5-18 중량%의 탄성 필라멘트 매트릭스, 약 25-70 중량%의 흡수성 섬유, 및 약 25-70 중량%의 초흡수성 물질을 포함한다. 보다 바람직하게는, 흡수성 탄성 부직 웹 복합물은 약 5-15 중량%의 탄성 필라멘트 매트릭스, 약 30-62 중량%의 흡수성 섬유, 및 약 40-65 중량%의 초흡수성 물질을 포함한다.
본 발명에서 열가소성 탄성중합체성 섬유를 제조하는데 사용하기 적합한 물질은, 상품명 KRATON 탄성중합체성 수지 (the Shell Chemical Company로부터 수득될 수 있다)인, 스티렌-이소프렌-스티렌, 스티렌-부타디엔-스티렌, 스티렌-에틸렌/부틸렌-스티렌, 또는 스티렌-에틸렌/프로필렌-스티렌을 포함하는 올레핀 공중합체; 상품명 LYCRA 폴리우레탄 (E.I.Du Pont de Nemours Co. 시판)을 포함하는, 폴리우레탄; 상품명 PEBAX 폴리에테르 블록 아미드 (Ato Chemical Company 시판)인 폴리에테르 블록 아미드를 포함하는, 폴리아미드; 상품명 HYTREL 폴리에스테르 (E.I.Du Pont de Numours Co. 시판)와 같은 폴리에스테르; 및 상품명 AFFINITY (Dow Chemical Co. 시판)인, 밀도가 약 0.89 grams/cc 미만인 단일-사이트 또는 메탈로센-촉매 폴리올레핀과 같은 이중블록, 삼중블록 또는 다중블록 탄성중합체성 공중합체를 포함한다.
다수의 블록 공중합체가 본 발명에 유용한 열가소성 탄성중합체성 섬유를 제조하는데 사용될 수 있다. 이러한 블록 공중합체는 일반적으로 탄성중합체성 미드블록 부분 및 열가소성 엔드블록 부분을 함유한다. 본 발명에 사용되는 블록 공중합체는 일반적으로 엔드블록 부분 유리전이온도 (T2) 보다 아래의 삼차원 물리적 교차결합된 구조를 가지며 탄성중합체성이다. 블록 공중합체는 또한 그들이 물리적 성질에 있어서 (최소의 산화성 분해를 가정하여) 변화가 거의 또는 전혀 없이 수차례 용융되고, 형성되고, 재고형화될 수 있다는 점에서 열가소성이다.
상기 블록 공중합체를 합성하는 한 방법은 탄성중합체성 미드블록 부분과는 별개로 열가소성 엔드블록 부분을 공중합화하는 것이다. 일단 미드블록 및 엔드블록 부분이 개별적으로 형성되면, 그들은 연결될 수 있다. 전형적으로, 미드블록 부분은, 예를 들어, 부타디엔, 이소프렌 등과 같은 디엔, 및 1,3,5-헵타트리엔 등과 같은 트리엔과 같은 이중- 및 삼중-불포화된 C4-C10탄화수소를 중합화함으로써 수득될 수 있다. 엔드블록 부분 A가 미드블록 부분 B와 연결되는 경우, A-B 블록 공중합체 단위체가 형성되고, 이 단위체는 각종 기술들에 의해 또는 각종 커플링제 C로 커플링되어 A-B-A와 같은 구조물을 제공할 수 있고, 두 A-B 블록이 꼬리-대-꼬리로 함께 연결되어 A-B-C-B-A 배열을 구성하는 것으로 여겨진다. 유사한 방법에 의해서, 라디칼 블록 공중합체는 식 (A-B)nC (식중, C는 중심 또는 중앙 다관능성 커플링제이고, n은 2 보다 큰 수이다)으로 형성될 수 있다. 커플링제 방법을 이용하여, C 의 관능성은 A-B 가지의 수를 결정한다.
엔드블록 부분 A는 일반적으로 평균 분자량이 1,000 내지 60,000 인, 폴리스티렌과 같은 폴리(비닐라렌)을 포함한다. 미드블록 부분 B는 일반적으로, 평균 분자량이 약 5,000 내지 약 450,000 인, 폴리이소프렌, 에틸렌/프로필렌 중합체, 에틸렌/부틸렌 중합체, 폴리부타디엔 등과 같은 실질적으로 무정형인 폴리올레핀, 또는 그의 혼합물을 포함한다. 블록 공중합체의 총 분자량은 적합하게는 약 10,000 내지 약 500,000 이고, 보다 적합하게는 약 200,000 내지 약 300,000 이다. 블록 공중합체의 미드블록 부분에서 잔여 불포화는 선택적으로 수소화될 수 있어서블록 공중합체에서 올레핀성 이중결합의 함량은 잔류 비율이 5 % 미만 및 적합하게는 약 2 % 미만으로 감소될 수 있다. 상기 수소화는 산화성 분해에 대한 감수성을 감소시키는 경향이 있으며 탄성중합체성 성질에 대해 유익한 효과를 가질 수 있다.
본 발명에서 사용되는 적합한 블록 공중합체는 적어도 두 개의 실제적으로 폴리스티렌 엔드블록 부분 및 적어도 하나의 실제적으로 에틸렌/부틸렌 미드블록을 함유한다. 한 예로서, 에틸렌/부틸렌은 전형적으로 상기 블록 공중합체에 있어서주요량의 반복 단위체를 포함할 수있고, 예를 들어, 블록 공중합체의 70 중량% 이상을 구성할 수 있다. 블록 공중합체는 3 개 이상의 암(arm)을 가질 수 있고, 우수한 결과는, 예를 들어, 4, 5, 또는 6 개의 암으로 수득될 수 있다. 미드블록 부분은, 필요하다면, 수소화될 수 있다.
A-B-A, A-B-A-B-A 등과 같은 직선 블록 공중합체는 엔드블록 함량을 기준으로 적절하게 선택되고, 큰 엔드블록이 바람직하다. 폴리스티렌-에틸렌/부티렌-폴리스티렌 블록 공중합체로는, 약 12 내지 약 30 중량%와 같이, 약 10 중량%를 초과하는 스티렌 함량이 적합하다. 스티렌 함량이 더 높아짐에 따라, 폴리스티렌 엔드블록 부분은 일반적으로 비교적 높은 분자량을 갖는다. 상기 직선 블록 공중합체의 시판되는 예는 약 13 중량% 스티렌 단위체를 함유하는 스티렌-에틸렌/부틸렌-스티렌 블록 공중합체이고, 본래 밸런스는, 상품명 KRATON G1657 탄성중합체성 수지 (the Shell Chemical Company 시판)인, 에틸렌/부틸렌 단위체이다. KRATON G1657 탄성중합체성 수지의 전형적인 성질은, 제곱 인치당 3400 파운드 (제곱 미터당 2×106킬로그램)의 장력 강도, 제곱 인치당 350 파운드 (제곱 미터당 1.4×105킬로그램)의 300 퍼센트 계수, 파손시 750 퍼센트의 신장도, 65의 쇼어 A 경도, 및 톨루엔 용액중 25 중량%의 농도일 때, 실온에서 약 4200 센티포이즈의 브록필드 점도를 포함하는 것으로 보고된다. 또 다른 적합한 탄성중합체, KRATON G2740 은 점착성 부여제 및 저밀도 폴리에틸렌과 배합된 스티렌 부타디엔 블록 공중합체이다.
다른 적합한 탄성중합체성 중합체는 또한 열가소성 탄성 섬유를 제조하기 위해 사용될 수 있다. 이는, 제한 없이, 탄성중합체성 (단일-사이트 또는 메탈로센 촉매된) 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 및 밀도가 약 0.89 g/cc 미만인 기타 알파-올레핀 동종중합체 및 공중합체; 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체; 및 에틸렌-프로필렌, 부텐-프로필렌, 및 에틸렌-프로필렌-부텐의 실제적으로 무정형인 공중합체 및 삼종중합체를 포함한다.
메탈로센-촉매 탄성중합체성 중합체는 비교적 신규하며, 현재 바람직하다. 폴리올레핀을 제조하기 위한 메탈로센 방법은 공-촉매로 활성화 (즉, 이온화)된 메탈로센 촉매를 사용한다.
메탈로센 촉매를 이용하여 생성된 중합체는 좁은 분자량 분포를 갖는다. "좁은 분자량 분포 중합체"는 약 3.5 미만의 분자량 분포를 나타내는 중합체를 일컫는다. 당 분야에서 공지된 바와 같이, 중합체의 분자량 분포는 중합체의 수평균 분자량에 대한 중합체의 중량 평균 분자량의 비율이다. 분자량 분포를 측정하는 방법은 문헌 [Encyclopedia of Polymer Science and Engineering, Volume 3, Pages 299-300 (1985)]에 기재되어 있다. 좁은 분자량 분포 폴리올레핀의 예로는 메탈로센-촉매 폴리올레핀, 단일-사이트 촉매 폴리올레핀, 및 상기 기재된 속박된 기하학-촉매 폴리올레핀을 들 수 있다. 당 분야에서 공지된 바와 같이, 메탈로센-촉매 폴리올레핀 및 속박된 기하학-촉매 폴리올레핀은 때때로 단일-사이트 촉매된 중합체의 유형으로서 언급되어진다. 3.5 이하 및 더욱이 2 이하의 다분산성 (Mw/Mn)이 메탈로센 생성된 중합체에 대해 가능하다. 상기 중합체들은 또한, 이와는 달리 유사한 지에글러-나타 생성된 중합체와 비교했을 때, 좁은 단쇄 분기 분포를 갖는다.
메탈로센 촉매로는 비스(n-부틸시클로펜타디에닐)티타늄 디클로라이드, 비스(n-부틸시클로펜타디에닐)지르코늄 디클로라이드, 비스(시클로펜타디에닐)스칸디움 클로라이드, 비스(인데닐)지르코늄 디클로라이드, 비스(메틸시클로펜타디에틸)티타늄 디클로라이드, 비스(메틸시클로펜타디에닐)지르코늄 디클로라이드, 코발토센, 시클로펜타디에닐티타늄 트리클로라이드, 페로센, 하프노센 디클로라이드, 이소프로필(시클로펜타디에닐1-1-플로우레닐)지르코늄 디클로라이드, 몰리브도센 디클로라이드, 니켈로센, 니오보센 디클로라이드, 루테노셈, 티타노센 디클로라이드, 지르코노센 클로라이드 히드라이드, 지르코노센 디클로라이드, 등을 들 수 있다.상기 화합물을 보다 총괄적인 목록은 미국 특허 제 5,374,696 호 (Rosen et al., the Dow Chemical Company에 양도)에 포함되어 있다. 상기 화합물들은 미국 특허 제 5,064,802 호 (Stevens et al., 또한 Dow에 양도) 에서 논의되어 있다.
메탈로센 방법, 및 특히 촉매 및 촉매 지지체 시스템은 여러 특허들의 주제이다. 미국 특허 제 4,542,199 호 (Kaminsky et al.)에는 일반식 (시클로펜타디에닐)2MeRHal (식중, Me는 전이금속이고, Hal은 할로겐이며, R은 시클로펜타디에닐 또는 C1 내지 C6 알킬 라디칼 또는 할로겐이다)의 메탈로센 촉매가 사용되어 폴리에틸렌을 형성하는 방법이 기재되어 있다. 미국 특허 제 5,189,192 호 (LaPointe et al., Dow Chemical에 양도)에는 금속 중심 산화를 통한 첨가 중합화 촉매를 제조하는 방법이 기재되어 있다. 미국 특허 제 5,352,749 호 (Exxon Chemical Patents, Inc.)에는 유동층에서 단량체를 중합화하는 방법이 기재되어 있다. 미국 특허 제 5,349,100 호에는 부재 메탈로센 화합물, 및 좌우상선택성 수소화물 전이로 인한 부재 중심의 생성에 의한 그의 제법이 기재되어 있다.
공-촉매는 가장 일반적인 메틸알루미녹산 (MAO), 다른 알킬알루미늄 및 트리스(펜타플루오로페닐)붕소, 리튬 테트라키스(펜타플루오로페닐)붕소, 및 디메틸아닐리늄 테트라키스(펜타플루오로페닐)붕소와 같은 붕소 함유 화합물과 같은 물질이다. 다른 공-촉매 시스템, 또는 취급 및 생성물 오염 문제 때문에 알킬알루미늄을 최소화 또는 더욱 제거하는 가능성에 대한 연구가 계속되고 있다. 중요한 점은 메탈로센 촉매가 중합화될 단량체(들)과의 반응을 위해 활성화 또는 양이온 형태로 이온화된다는 것이다. 입체 선택성 메탈로센 촉매가 사용되는 경우 메탈로센 촉매시스템을 사용하여 중합체의 동일배열을 매우 밀접하게 조절하는 것이 또한 가능하다. 사실상, 동일배열이 99 퍼센트를 초과하는 중합체가 생성되고있다. 이러한 시스템을 사용하여 매우 교대배열 폴리프로필렌을 생성하는 것도 또한 가능하다.
중합체의 동일배열을 조절하는 것은 또한 중합체 사슬의 길이를 초과하여 동일배열 물질의 블록 및 혼성배열 물질의 블록을 번갈아 함유하는 중합체를 생성할 수 있게 한다. 이러한 구조는 혼성배열 부분에 의해 탄성 중합체가 생성된다. 이러한 중합체 합성은 문헌 [Science, Volume 267, 13 January 1995, Page 191]의 기사 (K.B. Wagner)에서 논의되고 있다. Coates와 Waymouth의 연구를 논의하면서, Wagner는 혼성배열 중심의 연속적인 길이에 연결되어진 교대배열 입체중심의 연속적인 길이를 갖는 중합체 사슬을 생성하는 입체화학적 형태 사이에서 촉매가 동요한다는 것을 설명하였다. 교대배열의 우세는 탄성의 생성이 감소된다. 동일한 문제에 대한 기사 [표제 "Oscillating Stereocontrol: A Strategy for the Synthesis of Thermoplastic Elastomeric Polypropylene", at Page 217]에서 Geoffrey W. Coates 및 Rober M. Waymouth는 메틸알루미녹산 (MAO)의 존재하에서 메탈로센 비스(2-페닐인데닐)-지르코늄 디클로라이드을 사용하고, 반응기내의 압력 및 온도를 변화시킴에 의해, 중합체 형태를 동일배열과 혼성배열 사이에서 동요시키는 그들의 연구를 논의하고 있다.
메탈로센 중합체의 상업적인 생성은 다소 제한되지만 증가하고 있다. 이러한 중합체는 폴리프로필렌 기재 중합체 대해서는 상품명 EXXPOL 및 폴리에틸렌 기재 중합체에 대해서는 상품명 EXACT (Exxon Chemical Company; Baytown, Texas)로시판되고 있다. 다우 케미칼 사(Midland, Michigan)는 중합체를 상품명 ENGAGE 으로 시판하고 있다. 이러한 물질은 비-입체 선택성 메탈로센 촉매를 사용하여 생성되는 것으로 여겨진다. Exxon 은 일반적으로 "단일 사이트" 촉매로서 그들의 메탈로센 촉매 기술을 언급하는 반면, Dow 는 다중 반응 사이트를 갖는 전통적인 지에글러-나타 촉매과는 구별되는 상품명 INSIGHT 의 "속박된 기하학" 촉매로서 언급한다. Fina Oil, BASF, Amoco, Hoechst 및 Mobil 과 같은 다른 제조사들이 당 분야에서 활동하고 있으며 상기 기술에 따라 생성된 중합체의 유용성은 실제적으로 다음 십년간 증가할 것으로 여겨진다.
메탈로센 기재 탄성중합체성 중합체에 관해서, 미국 특허 제 5,204,429 호 (Kaminsky et al.)에는 입체고정된 부재 메탈로센 전이금속 화합물 및 알루미녹산인 촉매를 사용하여 시클로올레핀 및 직선 올레핀으로부터 탄성 공중합체를 생성할 수 있는 방법이 기재되어 있다. 중합화는 지방족 또는 톨루엔과 같은 지환족 탄화수소와 같은 비활성 용매중에서 수행된다. 반응은 또한 용매로서 중합화되는 단량체를 사용하여 기체상에서 일어날 수 있다. 미국 특허 제 5,278,272 호 및 제 5,272,236 호 (Lai et al., Dow Chemical에 양도; 제목 "Elastic Substantially Linear Olefin Polymers")에는 특정한 탄성 성질을 가진 중합체들이 기재되어 있다. Dow는 또한 일련의 탄성중합체성 폴리올레핀을 상품명 ENGAGE 으로서 상업적으로 생산하고 있다.
탄성중합체성 섬유는 실질적으로 길이에 있어서 연속적이거나 또는 스테이플일 수 있지만, 바람직하게는 실제적으로 연속적이다. 실제적으로 연속적인 필라멘트는, 스테이플 섬유 보다, 더 우수한 셀룰로스 섬유 및 초흡수성 물질의 함유를 나타내며, 더 우수한 탄성 회복력을 가지고, 더 우수한 액체 분포를 제공한다. 탄성중합체성 섬유는 방적결합 방법, 용융취입성형 방법, 또는 또 다른 적합한 방법을 이용하여 생성될 수 있다. 탄성중합체성 섬유는 평균 직경이 약 1-75 마이크론, 바람직하게는 약 1-40 마이크론, 보다 바람직하게는 약 1-30 마이크론일 수 있다.
열가소성 탄성중합체성 섬유는 원형일 수 있지만 또한 타원형, 사각형, 삼각형 또는 다중-구형과 같은 다른 단면 구조를 가질 수 있다. 열가소성 탄성중합체성 섬유는 습윤가능할 수 있다. 열가소성 탄성중합체성 섬유는 우선 열가소성 탄성중합체성 섬유를 제조한 다음 이어서 섬유에 친수성 표면처리함으로써 습윤가능하게 될 수 있다.
이와는 달리, 열가소성 탄성중합체성 섬유는 방적하기 전에 중합체에 친수성 성분을 첨가함으로써 습윤가능하게 될 수 있다. 일반적으로, 열가소성 탄성중합체성 성분과 중합화될 수 있고, 생성된 공중합체 물질을 습윤가능하도록 친수성화시킬 수 있는 (친수성 성분은 제조된 섬유의 탄성 성질에는 실질적으로 영향을 주지 않는다) 임의 중합체 성분이 본 발명에서의 사용에 적합하다. 본 발명의 사용에 적합한 친수성 성분으로는 제한없이 폴리에틸렌 산화물 및 폴리비닐알콜, 뿐 아니라 매우 다양한 시판되는 친수성 계면활성제가 포함된다.
또 다른 구현예에 있어서, 열가소성 탄성중합체성 섬유는 이성분 또는 이구성성분 필라멘트일 수 있고, 이중 중합체 성분들중 하나가 친수성이거나 또는 친수성이 된다. 예시적인 구현예는 친수성 외피로 둘러싸인 친수성 중심을 갖는 외피/중신 이성분 필라멘트이다. 내부 및/또는 국부적인 처리가 이성분 필라멘트중 하나 또는 둘 모두의 중합체 성분에 대해 적용될 수 있다. 안료과 같은 다른 첨가제가 또한 탄성중합체성 필라멘트에 포함될 수 있다.
흡수성 섬유는, 가장 바람직한 조건하에서, 0.9 중량% 염화나트륨을 함유하는 수용액내에서 그의 중량보다 약 1 내지 15 배 미만을 흡수할 수 있는 임의 액체-흡수성 천연 또는 합성 섬유일 수 있다. 흡수성 섬유로는 제한없이 레이온 스테이플 섬유, 면화 섬유, 목질 펄프 섬유 및 면화 린터와 같은 천연 셀룰로스 섬유, 기타 펄프 섬유, 및 섬유화된 깃털 (예를 들어, 섬유화된 닭털과 같은, 섬유화된 가금류 깃털)이 포함된다.
펄프 섬유는 탄성중합체성 부직 웹 복합물에 있어서 흡수성 섬유로서 특히 유용하다. 바람직한 펄프 섬유로는 셀룰로스 펄프 섬유가 포함된다. 펄프 섬유는 임의 고평균 섬유 길이 펄프, 저평균 섬유 길이 펄프, 또는 그들의 혼합물일 수 있다.
용어 "고평균 섬유 길이 펄프"는 비교적 적은 양의 단섬유 및 비-섬유 입자들을 함유하는 펄프를 의미한다. 고평균 섬유 길이 펄프는, 상기 참고된 카자아니 시험기와 같은, 광학 섬유 분석기에 의해서 결정된 바와 같이, 전형적으로 평균 섬유 길이가 약 1.5 mm 이상, 바람직하게는 약 1.5-6 mm이다. 원료는 일반적으로 비-이차 (순수한) 섬유 뿐 아니라 선별되어진 이차 섬유 펄프를 포함한다. 고평균 섬유 길이 펄프의 예로는 표백 및 비표백된 순수한 연한 목질 섬유 펄프가 포함된다.
용어 "저평균 섬유 길이 펄프" 는 상당량의 단섬유 및 비-섬유 입자들을 함유하는 펄프를 의미한다. 저평균 섬유 길이 펄프는, 상기 참고된 카자아니 시험기와 같은, 광학 섬유 분석기에 의해서 결정된 바와 같이, 평균 섬유 길이가 약 1.5 mm 미만, 바람직하게는 약 0.7-1.2 mm 이다. 저평균 섬유 길이 펄프의 예로는 순수한 단단한 목질 펄프, 뿐 아니라 사무실 휴지, 신문 용지, 및 두꺼운 판지 조각과 같은 원료로부터의 이차 섬유 펄프가 포함된다.
고평균 섬유 길이 목질 펄프의 예로는 상품명 Longlac 19, Coosa River 56, 및 Coosa River 57 (U.S. Alliance Coosa Pines Corporation)으로 시판되는 것이 포함된다. 저평균 섬유 길이 펄프는 임의 순수한 단단한 목질 펄프 및 신문 용지, 재생이용된 판지, 및 사무실 휴지를 포함하는 원료로부터의 이차 (즉, 재생된) 섬유 펄프가 포함될 수 있다. 고평균 섬유 길이 펄프 및 저평균 섬유 길이 펄프의 혼합물은 저평균 섬유 길이 펄프를 우세하게 함유할 수 있다.
펄프 섬유는 정제되지 않을 수도 있거나 또는 다양한 정도의 정제로 다져질 수도 있다. 교차결합제 및/또는 수화제는 또한 펄프 혼합물에 첨가될 수 있다. 매우 성기거나 느슨한 부직 펄프 섬유 웹을 원한다면 탈결합제를 첨가하여 수소 결합의 정도를 감소시킬 수 있다. 한 예시적인 탈결합제는 상품명 Quaker 2008 (the Quaker Oats Chemical Company, Conshohocken, Pennsylvania)으로 시판되고 있다. 예를 들어, 복합체의 1-4 중량%의 양으로 임의 탈결합제의 첨가는 측정된 정적 및 동적 마찰계수를 감소시킬 수 있고 열가소성 연속적인 중합체 필라멘트의 내마모성을 향상시킬 수 있다. 탈결합제는 윤활제 또는 마찰 감소제로서 작용한다. 탈결합된 펄프 섬유는 상품명 NB405 (Weyerhaeuser Corp.)으로 시판되고 있다.
초흡수성 물질은 섬유, 미립자, 또는 그들의 조합의 형태일 수 있다. 상기 설명한 바와 같이, 용어 "초흡수제" 또는 "초흡수성 물질"은, 가장 바람직한 조건하에서, 0.9 중량% 염화나트륨을 함유하는 수용액중에서 그의 중량의 약 15 배 이상, 및 보다 바람직하게는 그의 중량의 약 30 배 이상을 흡수할 수 있는, 수-팽창가능하고, 수-불용성인 유기 또는 무기 물질을 의미한다.
초흡수성 물질은 천연, 합성 및 변성된 천연 중합체 및 물질일 수 있다. 또한, 초흡수성 물질은, 실리카 겔과 같은 무기 물질, 또는 교차-결합된 중합체과 같은 유기 화합물일 수 있다. 용어 "교차-결합된"은 정상적으로 수-가용성 물질을 실제적으로 수 불용성이지만 팽창가능하도록 효과적으로 만드는 임의 수단을 의미한다. 이러한 수단으로는, 예를 들어, 물리적 엉킴, 결정성 영역, 공유 결합, 이온성 복합 및 결합, 수소 결합과 같은 친수성 결합, 소수성 결합 또는 반데르발스 힘이 포함될 수 있다.
합성 초흡수성 물질 중합체의 예로는 알칼리금속 및 폴리(아크릴산) 및 폴리(메타크릴산)의 암모늄염, 폴리(아크릴아미드), 폴리(비닐 에테르), 비닐 에테르 및 알파-올레핀과의 말레산 무수물 공중합체, 폴리(비닐 피롤리돈), 폴리(비닐모르폴리논), 폴리(비닐 알콜), 및 그들의 혼합물 및 공중합체가 포함된다. 더욱이, 초흡수성 물질로는, 가수분해된 아크릴로니트릴-그라프트된 전분, 아크릴산 그라프트된 전분, 메틸 셀룰로스, 키토산, 카르복시메틸 셀룰로스, 히드록시프로필셀룰로스와 같은 천연 및 변성된 천연 중합체, 및 알기네이트, 크산탄 고무, 구주콩 고무 등과 같은 천연 고무가 포함된다. 천연 및 전체적으로 또는 부분적으로 합성된 초흡수성 중합체의 혼합물이 또한 본 발명에서 유용할 수 있다. 다른 적합한 흡수성 겔화 물질이 미국 특허 제 3,901,236 호 (Assarsson et al., August 26, 1975)에 개시되어 있다. 합성 흡수성 겔화 중합체를 제조하는 방법이 미국 특허 제 4,076,663 호 (Masuda et al., February 28, 1978) 및 미국 특허 제 4,286,082 호 (Tsubakimoto et al., August 25, 1981)에 개시되어 있다.
초흡수성 물질은 습윤되었을 때 히드로겔을 형성하는 크세로겔일 수 있다. 용어 "히드로겔"은, 그러나, 초흡수성 중합체 물질의 습윤된 형태와 비습윤된 형태 모두를 일컫는 것으로 통상 사용되고 있다. 초흡수성 물질은 박편, 분말, 미립자, 섬유, 연속적 섬유, 네트워크, 용액 방적 필라멘트 및 웹과 같은 많은 형태일 수 있다. 미립자는 임의의 바람직한 형태, 예를 들어, 나선 또는 반-나선, 정육면체, 막대-모양, 다면체 등일 수 있다. 침상, 박편, 섬유, 및 조합들이 또한 사용될 수 있다.
초흡수제는 일반적으로 약 20 내지 약 1000 마이크론의 범위인 미립자 크기가 유용하다. 적합한 시판되는 미립자 초흡수제의 예로는 SANWET IM 3900 및 SANWET IM-5000P (Hoescht Celanese 시판, Partsmouth, Virginia 소재), DRYTECH 2035LD (Dow Chemical Co. 시판, Midland, Michigan 소재), 및 FAVOR SXM 880 (Stockhausen 시판, Greensborough, North Carolina 소재)가 포함된다. 섬유성 초흡수제의 예는 OASIS 101 (Technical Absorbents 시판, Grimsby, United Kingdom소재)이다.
열가소성 탄성중합체 부직 필라멘트는 당 분야에 잘 알려진 방법들을 이용하여 흡수성 및 초흡수성 물질들과 조합될 수 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 용융취입성형된 다이헤드를 투하장치 근처에 배열시키고 이를 통해 다른 물질들을 웹이 형성되는 동안 첨가되는, 공동형성 방법이 사용될 수 있다. 공동형성 방법들은 미국 특허 제 4,818,464 호 (Lau) 및 제 4,100,324 호 (Anderson et al.)에 기재되어 있고, 이러한 개시는 참고로서 포함된다. 열가소성 탄성중합체성 필라멘트 및 흡수성 및 초흡수성 물질이 또한 수력 엉킴 또는 기계적 엉킴을 이용하여 조합될 수 있다. 수력 엉킴 방법은 미국 특허 제 3,485,706 (Evans)에 기재되어 있고, 이러한 개시는 참고로서 포함된다. 성분들을 조합한 후, 흡수성 탄성 부직 복합물은 상기 기재된 공기-통과 결합 또는 열의 포인트 결합 방법들을 이용하여 함께 결합되어 응집성의 고보존성 구조을 제공할 수 있다.
이와는 달리, 흡수성 구조물은 탄성중합체성 필라멘트를 압출하는 2 개의 다이 끝을 이용하여, 중간층으로서 흡수성 및 초흡수성 물질을 2 개의 탄성중합체성 필라멘트 층사이에 끼워넣은 적층된 구조물로서 형성될 수 있다. 탄성중합체성 필라멘트 및 흡수성/초흡수성 물질의 다양한 정도의 혼합은 탄성중합체성 필라멘트의 더 큰 농도 및 더 작은 농도의 영역들을 용이하게 하기 위해 수행될 수 있다. 상기 적층된 구조물은 공동형성 방법에 의해서 생성된 흡수성 구조물의 대안으로, 여기에서 흡수성 성분들은 탄성중합체성 부직 웹의 개개의 필라멘트 사이에 실제적으로 고르게 분포된다.
본 발명의 흡수성 탄성 부직물은, 20% 이상의 탄성 필라멘트를 함유하는 유사한 물질의 비율 이하의 기본 중량에 대한 장력 하중의 비율을 이용하여, 그의 본래 늘어나지 않은 길이의 약 110% 이상으로 늘어날 수 있다. 바람직하게는, 기본 중량에 대한 장력 하중의 비율은, 20% 이상의 탄성 필라멘트를 갖는 것과 비교하여, 본 발명의 흡수성 탄성 부직물에 대해 약 10 % 이상 더 낮고, 더욱 바람직하게는 약 25% 이상 더 낮을 것이다. 흡수성 탄성 부직물은, 순응성, 안락함, 유연성, 고흡수성 및 비교적 낮은 비용이 중요할 수 있는 신체 보호용 및 의료용 흡수 물품에 유용하다. 신체 보호용 흡수 물품으로는 기저귀, 트레이닝 팬츠, 수용복, 흡수성 팬티, 아기용 휴지, 성인 실금용품, 여성용 위생용품 등이 포함된다. 흡수성 탄성 부직물은 유연성, 순응성 및 고흡수성이 모두 중요한 기저귀에 특히 유용하다. 흡수성 탄성 부직 물질을 이용할 수 있는 다른 흡수성 물품으로는 제한없이 언더패드, 탄성 붕대, 흡수성 휘장을 포함하는 흡수성 의료용품, 및 알콜 및/또는 기타 소독제를 함유하는 의료용 와이프가 포함된다.
16개의 흡수성 탄성 부직 복합물을 하기 성분들을 조합하여 제조하였다:
1. 탈결합제를 가진, 남부 소나무로부터 수득된 연한 목질 펄프,
Weyerhaeuser NB405.
2. 16% 단단한 목질을 가진, 남부 소나무로부터 수득된 연한 목질 펄프,
U.S. Alliance Coosa Pines 1654.
3. 미세 섬유를 함유하는 저평균 섬유 길이 펄프, Sappi Saiccor Eucalyptus
(National-Gottesman, Inc. 시판, Purchase, New York 소재).
4. 점착성 부여제를 가진 스티렌-부티다엔 블록 공중합체와 저밀도 폴리에틸
렌의 혼합물을 포함하는, 시판되는 탄성중합체 KRATON G2740
(Shell Chemical Co. 시판). 상기 탄성중합체는 길이에 있어서 실제적으로
연속적인 용융취입성형된 필라멘트내로 형성되었다.
5. 미립자 아크릴레이트-기재 초흡수성 물질, FAVOR SXM 880
(Stockhausen Co. 시판).
KRATON 필라멘트는 AHCOVEL 베이스 N62 (Hodgson Textile & Chemical Co.) 및 GLUCOPON 220UP (Henkel Corporation 시판) 을 3:1 비율 (활성 중량비)로 함유하는 0.4-2 %의 계면활성제 시스템으로 분무처리되었다. 이어서, 필라멘트 및 흡수성 성분들을 미국 특허 제 4,100,324 호 (Anderson et al.)에 기재된 방법과 유사한, 공동형성 방법을 이용하여 조합하였다. 초흡수성 미립자는 형성되는 실제적으로 연속적인 필라멘트의 흐름내로 펄프 섬유와 함게 첨가되었다. 펄프의 각 형태에 대해서, 펄프 및 초흡수제의 상이한 양이 탄성중합체성 필라멘트내로 포함되었고, 이는 흡수성 탄성 부직 복합물의 5 중량% 내지 적어도 20 중량%, 및 약 40 중량% 미만의 수준으로 존재하였다.
상기 제조된 샘플들을 이어서 하기 방법들을 이용하여 시험하였다:
장력 시험
장력 시험은 INDA Strip Tensile 시험 방법 IST 110.1-92 에 따라서 수행되었다. 샘플은 IST 110.1-92에 기재된 2" 너비 대신에 3" 너비였다. 시험 매개변수들로는 a) 크로스-헤드 속도: 20"/분, b) 10 또는 25 Ibs의 하중셀, c) 3"의 게이지 길이, 및 d) 일정한 연장 속도가 포함되었다.
최종 파손 하중 및 신장도는, 신장될 때 증가하는 변화에 대해서 부하시 순간적인 변화에 의해 결정되는 바와 같이, 장력 하중이 75%로 감소되는 점에서 정의된 파손점으로부터 결정되었다.
최고 하중은 시험중에 최대 하중으로서 정의되고, 최고 신장도는 상기 하중에서의 신장도이다.
초기 계수는 스트레스 스트레인 곡선의 초기 부분에서 스트레스/스트레인으로 계산되었고, 스트레스는 하중/단면적으로서 계산되고 스트레인은 초기 길이로 나눈 신장도이다.
순환 장력 시험
순환 장력 시험을 위해서, 샘플들을 제조하였고 INDA Strip Tensile 시험 방법 IST 110.1-92 에 따라서 조절되었다. 샘플은 IST 110.1-92에 기재된 2" 너비 대신에 3" 너비였다. 샘플을 IST 110.1-92 에 따라서 시험 기계의 클램프에 올려놓았고, 이는 IST 110.1-92 에 기재된 일정-속도의 연장 시험 기계이다. 순환 시험의 매개변수들은 하기와 같다:
크로스헤드 속도: 20 인치/분
하중셀: 10 또는 25 파운드
게이지 길이: 3 인치
싸이클 수: 5
싸이클당 연장도: 100%
5 회 싸이클의 각각에 대해서, 샘플은 그의 본래 길이 (또는 전체 6 인치)의 100% 로 연장되고 그의 본래 위치 (0% 신장도 또는 3 인치)로 되돌아왔다. 기록된 성질들은 모든 싸이클에 대해서 % 이력현상 (% 에너지 소실) 및 5 번째 싸이클 이후에는 % 세트였다.
% 이력현상 (% 에너지 소실)은 특정 싸이클내에서 소실된 에너지의 양이다. 이는 특정 싸이클에 대한 하중 및 비하중 곡선 사이의 면적으로서 계산된다.
% 세트는 적용된 스트레스의 제거 후 남아있는 스트레인의 정도이다. 세트는 (최종 길이-초기 길이)/초기 길이 × 100 으로서 계산된다. 최종 길이는 하중이 최초로 0에 도달하는 점으로서, 5 번째 싸이클의 비하중에 대해 결정된다.
포화 용량 시험
각 샘플에 대해서, 포화 용량은 각 복합물의 6" × 9" 샘플을 0.9 % 식염수 용액중에 20 분간 담금으로써 시험되었다. 이어서, 샘플을 진공 박스상에서 0.5 psi로 5 분간 탈수하였다. 용량은 습윤 샘플의 중량에서 건조 샘플의 중량을 뺌으로써 계산되었고, 그 차이를 건조 샘플 중량으로 나누었다. 결과는 기록하였다.
압착
샘플의 일부를 1.3 mm 조각으로 110 ℉ 및 20,000 Ibs의 압력에서 10-50 초간 가열 수력 프레스를 이용하여 시험전에 압착하였다.
표 1 (하기)은 16 개의 흡수성 탄성 부직 복합물의 시험 결과들을 나타낸다. 주어진 형태의 펄프에 대해, 실시예들로부터 알 수 있는 바와 같이, 최고 하중/기본 중량의 비율은 통상적으로 탄성 부직 필라멘트의 퍼센트와 함께 증가한다. 상기 비율은 20 % 이상 수준의 탄성 필라멘트 보다 20 % 이하 수준의 탄성 필라멘트에서 더 낮다. 상기 차이는, 그러나, 압착된 샘플에 대한 것 보다 비압착된 샘플에 대해서 더 유리한 것으로 판단된다. 유사한 경향이 10 % 신장도에서 하중/기본 중량의 비율로 관찰된다.
실시예번호 펄프 타입 %KRATON G2740 %펄프 %FAVORSXM 880 기본 중량gsm 밀도g/cc 포화 용량g/g 최고 하중/기본 중량 g/gsm
압착
1 NB-405 10 56 34 409 0.2 16.0 1.16
2 NB-405 15 54 31 461 0.2 15.5 1.56
3 NB-405 10 53 37 383 0.2 18.0 1.29
4 NB-405 20 43 37 420 0.2 16.0 1.33
5 Eucalyptus 10 53 37 362 0.2 17.7 1.45
6 Eucalyptus 20 43 37 392 0.2 16.4 2.70
7 Eucalyptus 15 53 31 434 0.2 14.6 2.25
8 Eucalyptus 30 44 26 635 0.2 13.3 3.00
9 1654 15 54 31 451 0.2 12.8 2.00
10 1654 31 45 25 523 0.2 10.4 3.25
11 1654 41 38 21 370 0.2 10.2 2.65
비압착
12 NB-405 5 59 35 194 .10 19.5 0.05
13 NB-405 10 53 37 197 .10 17.0 1.10
14 NB-405 15 47 38 205 .12 17.0 1.75
15 NB-405 20 43 37 205 .15 18.1 2.25
16 NB-405 5 57 38 403 .11 19.5 0.50
17 NB-405 10 55 35 392 .11 17.5 0.93
18 NB-405 15 49 36 395 .12 16.2 3.00
19 NB-405 20 43 37 396 .16 15.5 2.41
20 1654 15 54 31 451 .08 13.0 1.79
21 1654 31 45 25 523 .10 11.4 6.49
22 1654 41 38 21 370 .11 11.2 12.73
23 Eucalyptus 15 53 31 434 .12 15.0 0.51
24 Eucalyptus 30 44 26 634 .14 13.0 0.87
100% 신장도에서5회 싸이클 시험
실시예번호 펄프 타입 최고 하중에서 신장도% 최종 신장도% 초기계수N/cm2 10% 신장도에서하중/BWg/gsm 싸이클 1% 에너지소실 싸이클 3% 에너지소실 싸이클 5% 세트
압착
1 NB-405 12 152 19 1.13 87 43 25
2 NB-405 20 197 27 1.25 80 38 20
3 NB-405 16 125 21 1.15 84 40 23
4 NB-405 25 228 24 1.02 75 37 18
5 Eucalyptus 235 384 13 0.63 75 41 25
6 Eucalyptus 250 459 32 1.39 65 27 12
7 Eucalyptus 40 252 33 1.25 73 31 16
8 Eucalyptus 35 299 99 1.87 70 31 17
9 1654 26 329 40 1.29 66 31 16
10 1654 415 433 36 1.90 66 31 14
11 1654 225 189 37 1.54 79 34 18
비압착
12 NB-405 28 125 2 0.19 76 28 24
13 NB-405 150 150 7 0.55 73 32 28
14 NB-405 239 250 10 0.70 73 33 29
15 NB-405 266 275 14 0.76 65 29 26
16 NB-405 27 100 4 0.26 81 34 28
17 NB-405 34 125 5 0.40 73 33 29
18 NB-405 266 266 10 0.65 80 38 35
19 NB-405 242 242 17 0.97 68 32 30
20 1654 280 438 9 0.66 71 32 30
21 1654 440 590 18 1.15 61 27 12
22 1654 440 492 37 1.66 59 27 11
23 Eucalyptus 30 419 22 0.35 70 29 14
24 Eucalyptus 80 445 20 0.44 72 31 14
본 명세서에 기재된 본 발명의 구현예는 현재 바람직한 것이며, 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않으면서 다양하게 변형 및 개량될 수 있다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구범위에 나타나있으며, 균등한 의미 및 범위내에 속하는 모든 변화까지도 그 안에 포함하고자 한다.

Claims (33)

  1. 복수개의 열가소성 탄성중합체성 부직 필라멘트를 포함하는 약 3 내지 20 중량% 미만의 탄성 필라멘트 매트릭스; 및 매트릭스내에 함유된, 약 20-77 중량%의 흡수성 섬유 및 약 20-77 중량%의 초흡수성 물질을 포함하는 흡수성 탄성 부직물.
  2. 제 1 항에 있어서, 약 5-18 중량%의 탄성 필라멘트 매트릭스, 약 25-70 중량%의 흡수성 섬유, 및 약 25-70 중량%의 초흡수성 물질을 포함하는 흡수성 탄성 부직물.
  3. 제 1 항에 있어서, 약 5-15 중량%의 탄성 필라멘트 매트릭스, 약 30-62 중량%의 흡수성 섬유, 및 약 40-65 중량%의 초흡수성 물질을 포함하는 흡수성 탄성 부직물.
  4. 제 1 항에 있어서, 흡수성 섬유 및 초흡수성 물질이 탄성 필라멘트중에 실제적으로 고르게 분포된 흡수성 탄성 부직물.
  5. 제 1 항에 있어서, 흡수성 섬유 및 초흡수성 물질이 더 큰 농도 및 더 적은 농도의 영역에서 탄성 필라멘트중에 배치된 흡수성 탄성 부직물.
  6. 제 1 항에 있어서, 열가소성 탄성중합체성 필라멘트가 실제적으로 연속적인 필라멘트를 포함하는 흡수성 탄성 부직물.
  7. 제 1 항에 있어서, 열가소성 탄성중합체성 필라멘트가 방적결합된 필라멘트를 포함하는 흡수성 탄성 부직물.
  8. 제 1 항에 있어서, 열가소성 탄성중합체성 필라멘트가 용융취입성형된 필라멘트를 포함하는 흡수성 탄성 부직물.
  9. 제 1 항에 있어서, 열가소성 탄성중합체성 필라멘트가 스티렌-이소프렌-스티렌 블록 공중합체, 스티렌-부타디엔-스티렌 블록 공중합체, 스티렌-에틸렌/부틸렌-스티렌 블록 공중합체, 스티렌-에틸렌/프로필렌-스티렌 블록 공중합체, 폴리우레탄, 탄성중합체성 폴리아미드, 탄성중합체성 폴리에스테르, 탄성중합체성 폴리올레핀 동종중합체 및 공중합체, 혼성배열 폴리프로필렌, 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체, 밀도가 약 0.89 g/cc 미만인 단일-사이트 또는 메탈로센 촉매 폴리올레핀, 및 그들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택된 중합체를 포함하는 흡수성 탄성 부직물.
  10. 제 1 항에 있어서, 흡수성 섬유가 레이온, 면화, 셀룰로스, 면화, 섬유화된 깃털, 및 그들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택된 물질을 포함하는 흡수성 탄성부직물.
  11. 제 1 항에 있어서, 섬유가 펄프 섬유를 포함하는 흡수성 탄성 부직물.
  12. 제 1 항에 있어서, 초흡수성 물질이 초흡수성 섬유를 포함하는 흡수성 탄성 부직물.
  13. 제 1 항에 있어서, 초흡수성 물질이 초흡수성 미립자를 포함하는 흡수성 탄성 부직물.
  14. 복수개의 열가소성 탄성중합체성 부직 필라멘트를 포함하는 약 5-18 중량%의 탄성 필라멘트 매트릭스; 및 매트릭스내에 함유된, 약 25-70 중량%의 흡수성 섬유 및 약 25-70 중량%의 초흡수성 물질을 포함하는 흡수성 탄성 부직물을 포함하는 신체 보호용 흡수물품.
  15. 제 14 항에 있어서, 열가소성 탄성중합체성 부직 필라멘트가 실제적으로 연속적인 필라멘트를 포함하는 신체 보호용 흡수물품.
  16. 제 14 항에 있어서, 흡수성 섬유가 펄프를 포함하는 신체 보호용 흡수물품.
  17. 제 14 항에 있어서, 기저귀인 신체 보호용 흡수물품.
  18. 제 14 항에 있어서, 트레이닝 팬츠인 신체 보호용 흡수물품.
  19. 제 14 항에 있어서, 수영복인 신체 보호용 흡수물품.
  20. 제 14 항에 있어서, 흡수용 팬티인 신체 보호용 흡수물품.
  21. 제 14 항에 있어서, 아기용 휴지인 신체 보호용 흡수물품.
  22. 제 14 항에 있어서, 성인 실금용품인 신체 보호용 흡수물품.
  23. 제 14 항에 있어서, 여성용 생리용품인 신체 보호용 흡수물품.
  24. 복수개의 열가소성 탄성중합체성 부직 필라멘트를 포함하는 약 5-18 중량%의 탄성 필라멘트 매트릭스; 및 매트릭스내에 함유된, 약 25-70 중량%의 흡수성 섬유 및 약 25-70 중량%의 초흡수성 물질을 포함하는 흡수성 탄성 부직물을 포함하는 의료용 흡수물품.
  25. 제 24 항에 있어서, 열가소성 탄성중합체성 부직 필라멘트가 실제적으로 연속적인 필라멘트를 포함하는 의료용 흡수물품.
  26. 제 24 항에 있어서, 흡수성 섬유가 펄프를 포함하는 의료용 흡수물품.
  27. 제 24 항에 있어서, 언더패드인 의료용 흡수물품.
  28. 제 24 항에 있어서, 붕대인 의료용 흡수물품.
  29. 제 24 항에 있어서, 휘장인 의료용 흡수물품.
  30. 제 24 항에 있어서, 의료용 와이프인 의료용 흡수물품.
  31. 제 11 항에 있어서, 펄프 섬유가 짧은 길이 펄프 섬유를 포함하는 흡수용 탄성 부직물.
  32. 제 16 항에 있어서, 펄프 섬유가 짧은 길이 펄프 섬유를 포함하는 신체 보호용 흡수물품.
  33. 제 26 항에 있어서, 펄프 섬유가 짧은 길이 펄프 섬유를 포함하는 의료용 흡수물품.
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