KR20030027884A - 영구적으로 습윤성인 초흡수성 섬유 - Google Patents

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샤오민 장
스리드하르 란가나싼
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Abstract

영구적으로 습윤성인 초흡수성 재료의 제조 방법을 제공한다. 이 방법으로 제조된 영구적으로 습윤성인 초흡수성 재료는 부유 시간이 30 초 미만이고, 약 30 ％ 미만의 염수 표면 장력 감소를 유발한다. 이 방법은 초흡수성 재료를 계면활성제 용액으로 처리하는 것을 포함한다. 초흡수성 재료에 대해 반응성이 있는 관능기 하나 이상 및 반응성이 없고 친수성인 관능기 하나 이상이 있는 계면활성제를 사용한다. 초흡수성 재료 표면의 관능기가 재활성화되었을 때 계면활성제를 초흡수성 재료에 적용한다. 또한, 이 방법으로 제조된 영구적으로 습윤성인, 섬유와 같은 초흡수성 재료, 및 영구적으로 습윤성인 초흡수성 재료를 포함하는 일회용 흡수 제품을 제공한다.

Description

영구적으로 습윤성인 초흡수성 섬유{Permanently Wettable Superabsorbent Fibers}
통상 초흡수제로서 공지되어 있는, 수팽윤성이고 일반적으로는 수난용성인 흡수성 재료의 일회용 흡수성 개인 위생 제품에서의 용도는 널리 공지되어 있다. 이러한 흡수성 재료는 일반적으로 기저귀, 배변 연습용 팬츠, 성인 실금용 제품 및 여성 위생 제품과 같은 흡수 제품에서 이들 제품의 전체 부피를 감소시키는 동시에 흡수 용량을 증가시키기 위하여 사용되고 있다. 흡수성 재료는 일반적으로 목재 펄프 플러프(fluff) 매트릭스와 같은 섬유상 매트릭스 중의 초흡수성 입자로서 존재한다.
초흡수성 입자는 제조 공정 동안 정지된 상태를 유지하지 않고 물품 중에서 위치가 이동될 수 있기 때문에 때때로 사용하기 어렵다. 초흡수성 입자에 반하는, 초흡수성 섬유 사용의 잠재적인 이점으로는 개선된 제품 통합성, 보다 양호한 보유성(containment), 및 신속한 유체 흡수 및 유체 분산 특성과 같은 개선된 흡수 특성이 포함된다. 또한, 초흡수성 섬유를 사용하면 보다 얇고 보다 부드러운 제품과같은 개선된 제품 속성을 유발하여 보다 양호한 맞음새, 보다 덜한 겔 이동 및 잠재적인 제품 제조 공정 단순화를 제공할 수 있다.
초흡수성 섬유의 표면 특성은 초흡수성 섬유를 함유한 복합재의 유체 취급성을 결정하는데 중추적인 역할을 한다. 따라서, 충분한 표면 습윤성이 있는 초흡수성 섬유가 필요하다. 상업적으로 입수가능한 초흡수성 섬유는 영구적인 습윤성을 나타내지 않는다.
<발명의 요약>
본 발명은 초흡수성 재료를 계면활성제 용액으로 처리하는 것을 포함하는, 영구적으로 습윤성인 초흡수성 재료의 제조 방법을 포함한다. 초흡수성 재료와 반응성이 있는 관능기 하나 이상 및 반응성이 없고 친수성인 관능기 하나 이상이 있는 계면활성제가 사용된다. 초흡수성 재료 표면의 관능기가 활성화된 상태일 때 계면활성제를 초흡수성 재료에 적용한다. 한 실시양태에서, 초흡수성 재료가 용매화되었을 때 계면활성제를 초흡수성 재료에 적용한다. 바람직하게는, 계면활성제 용액은 계면활성제에 대해서는 용매이나 초흡수성 재료에 대해서는 비용매인 용매를 포함하고, 계면활성제 용액은 초흡수성 재료 표면을 용매화시키기에는 충분하나 초흡수성 재료의 현저한 팽윤을 유발하기에는 충분하지 못한 양의 물을 포함한다.
또한, 본 발명은 상기 방법으로 제조된 영구적으로 습윤성인, 섬유와 같은 초흡수성 재료, 및 영구적으로 습윤성인 초흡수성 재료를 포함하는 일회용 흡수 제품을 포함한다. 상기 방법으로 제조된 영구적으로 습윤성인 초흡수성 재료는 부유 시간(floating time)이 30 초 미만이고, 약 30 ％ 미만의 염수 표면 장력 감소를유발한다.
본 발명의 목적은 영구적으로 습윤성인 표면(θ< 90°이고 부유 시간이 30 초 미만임)을 나타내고, 유체 표면 장력의 적은 감소, 바람직하게는 약 30 ％ 이하, 보다 바람직하게는 약 25 ％ 이하, 보다 바람직하게는 20 ％의 염수(0.9 NaCl) 표면 장력 감소를 유발하는 초흡수성 섬유 및 그의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 초흡수제, 보다 구체적으로는 영구적으로 습윤성인 초흡수성 섬유에 관한 것이다.
초흡수성 섬유(SAF)는 섬유의 보다 작은 치수 및 보다 큰 표면적으로 인해, 초흡수성 입자(SAP)보다 유체 분산 특성이 더 양호할 가능성이 있다. 그러나, 캐나다 캘거리 소재의 카멜롯 수퍼업소번트스 엘티디.(Camelot Superabsorbents Ltd.)의 파이버드라이(Fiberdri, 등록상표) 및 영국 소재의 테크니컬 업소번트스(Technical Absorbents)의 오아시스(Oasis, 등록상표)와 같은 상업적으로 입수가능한 SAF는 유체 분산 특성이 상업적으로 입수가능한 SAP보다 실질적으로 불량하다. 이 보다 불량한 성능에 대하여 통상적으로 주창되는 한 이유는 초흡수성 섬유의 보다 빠른 유체 픽-업(pick-up) 속도이다. 그러나, 이 열등함에는 다른 원인이 두 가지 이상 있다. 첫째, 섬유 방사 공정 동안 SAF의 표면이 소수성으로 되기 때문이다. 둘째, 섬유의 소수성을 상쇄하기 위해 섬유에 적용된 계면활성제가 섬유로부터 섬유와 접촉하게 되는 액체로 방출되어 액체의 표면 장력을 보다 낮출 수 있다.
본원에는 염수 중에 위치할 때 염수 표면 장력의 현저한 감소를 유발하지 않는 영구적으로 습윤성(친수성)인 초흡수성 섬유, 및 초흡수성 섬유를 이러한 재료로 변형시키는 방법이 개시되어 있다. 본원에 사용된 용어, "영구적"은 반드시 초흡수제가 무한한 시간 동안 습윤성을 유지한다는 것을 의미하기보다는 적어도 반복된 세탁 및 일반적인 사용시 초흡수제가 습윤성을 유지한다는 것을 의미한다. 영구적으로 습윤성인 초흡수성 섬유를 함유한 복합재는 다른 SAF를 함유한 복합재보다 개선된 유체 분산 특성을 나타낸다. 본 발명은 본원에서 특히 영구적으로 습윤성인 초흡수성 섬유를 제조하는 방법으로서 기술되어 있으나, 본 발명은 또한 예를 들어 미립자, 필름, 부직포, 비드(bead), 발포체 및 코폼(coform)과 같은 다른 형태의 영구적으로 습윤성인 초흡수성 재료의 제조에도 적용가능하다는 것을 이해하여야 한다.
초흡수성 섬유가 SAP보다 개선된 유체 분산을 나타낼 것이라는 확신은 라플라스(Laplace) 방정식, p = 2γcosθ/Rc(여기서, p는 모세관압이고, γ는 유체의 표면 장력이고, θ는 액체-고체-공기 계면에서의 접촉각이고, Rc는 모세관 반경임)에 근거한 것이다. SAP에서 SAF로의 모세관 반경 Rc의 현저한 감소로 인해, 모세관압 p는 현저하게 증가할 것이고, 이는 유체 분산력의 증가를 의미한다. 그러나, 일부 경우에서 SAF는 SAP보다 유체 분산에 있어서 실질적으로 보다 불량하게 기능함이 밝혀졌다.
이론에 얽매이려는 의도 없이, SAF 표면이 방사 공정 동안 소수화되는 것이 보다 불량한 결과에 대한 이유라고 생각된다. 예를 들어, 통상적으로 사용되는 초흡수성 재료인 소듐 폴리아크릴레이트는 카르복실기(-COO-) 및 카르복실산기(-COOH)의 존재로 인해 친수성 중합체이다. 그러나, 중합체의 용액을 뜨거운 공기 중에서 건조시킬 경우 소듐 폴리아크릴레이트 섬유의 표면은 매우 소수성일 수 있다. 그것은 뜨거운 공기가 물에 비하여 소수성이어서 뜨거운 공기가 소듐 폴리아크릴레이트의 보다 소수성인 분절 (-C-C-)n을 표면 상으로 끌어당기는 동시에 중합체의 친수성 분절(-COO-,-COOH)을 표면으로부터 멀리 밀어내기 때문이다. 이것이 소위 표면 소수화이다. 표면 소수성은 SAF가 개선된 유체 분산 특성을 나타내지 않는 한 이유이다. 소수성 표면은 접촉각 θ이 90°보다 큰 표면으로서, 라플라스 방정식에서 음의 모세관압을 유발한다.
습윤성 초흡수성 섬유를 제조하기 위해, 다른 연구자들은 섬유의 접촉각 및 습윤성을 개선하기 위하여 섬유 상에 계면활성제를 적용하였다. 이 접근법은 표면 습윤성 문제를 해결할 수 있으나 또다른 문제를 야기한다. 적용된 계면활성제는 사용된 계면활성제 및 적용 방법으로 인해 초흡수성 섬유의 표면에 영구적으로 머물지 않는다. 초흡수성 섬유 표면 상의 계면활성제는 일시체류적(fugitive)이며, 섬유에 접촉하는 유체로 용해될 것이고, 이는 유체의 표면 장력 γ를 상당하게 감소키고 유체 분산 특성을 부정적으로 저해한다.
본 발명의 방법은 초흡수성 섬유가 활성화되었을 때 반응성 계면활성제를 초흡수성 섬유의 표면에 적용하는 것을 포함한다. 이를 달성하기 위한 몇 가지 방법이 있다. 본원에 특히 기술된 바람직한 방법에서는, 섬유가 용매화되었을 때 계면활성제를 섬유에 적용한다. 계면활성제에 대한 용매이나 섬유에 대한 용매는 아닌액체 중에서 계면활성제를 섬유에 적용한다. 계면활성제 용액에 물을 첨가한다. 물의 양은 섬유의 표면 거대분자의 이온기가 자유롭게 회전하여 계면활성제의 관능성 반응기와의 상호작용이 촉진될 수 있도록 섬유의 표면을 용매화시키기에 충분해야 한다. 그러나, 물의 양이 섬유의 현저한 팽윤을 유발하기에 충분하여서는 안된다. 섬유는 분무 또는 침지를 포함하는 다양한 방법으로 계면활성제/물/용매 용액으로 처리할 수 있다. 원할 경우, 처리된 섬유를 수세한 후, 건조하여 용매 및 물을 제거할 수 있다.
계면활성제 및 SAF의 관능기 사이의 상호작용을 촉진시키기 위해 다른 방법을 사용할 수 있다. 예를 들어, SAF를 보다 높은 습도 환경에 잠시 노출시킨 후, 계면활성제로 처리할 수 있다. 수증기가 SAF의 표면을 용매화시켜 액체 상태의 물과 동일한 용매화된 상태가 달성될 것이다. 또다른 예는 SAF를 전자선 또는 플라즈마와 같은 고에너지 방사선에 노출시킨 후 계면활성제로 처리하는 것이다. 이러한 방사선은 표면 거대분자를 활성화시켜 자유 라디칼 또는 이온을 발생시킬 수 있으며, 이는 계면활성제와의 반응을 촉진시킨다.
<섬유>
임의의 다양한 초흡수성 섬유를 본 발명에 사용할 수 있다. 본원에 사용된 용어 "초흡수제"는 가장 유리한 조건 하에서 자체 중량의 약 10 배 이상, 바람직하게는 약 20 배, 종종 약 1000 배까지의 물을 흡수할 수 있는 수팽윤성, 수난용성 재료를 가리킨다. 본 발명의 초흡수성 재료로서 사용하기에 적합한 유기 재료로는 한천(agar), 알긴(algin), 카라기난(carrageenan), 전분, 펙틴, 구아검(guar gum),키토산 등과 같은 천연 재료, 카르복시알킬 셀룰로오스, 메틸 셀룰로오스, 히드록시알킬 셀룰로오스, 키토산염, 덱스트란 등과 같은 개질된 천연 재료, 및 합성 히드로겔 중합체와 같은 합성 재료가 포함될 수 있다. 상기 히드로겔 중합체로는 폴리아크릴아미드, 폴리비닐 알코올, 에틸렌 말레인산 무수물 공중합체, 폴리비닐 에테르, 히드록시프로필셀룰로오스, 폴리비닐모르폴리논, 폴리아크릴산의 알칼리 금속염, 및 폴리아크릴레이트, 폴리아크릴아미드, 폴리비닐 아민, 폴리알릴아민, 폴리비닐피리딘, 비닐 설폰산의 중합체 및 공중합체 등이 포함되나, 이에 한정되지 않는다. 다른 적합한 중합체로는 가수분해된 아크릴로니트릴 그라프트 전분, 아크릴산 그라프트 전분 및 이소부틸렌 말레인산 무수물 공중합체, 및 이들의 혼합물이 포함된다. 히드로겔 중합체는 바람직하게는 재료가 실질적으로 수난용성이 되게 하기 위해 약간 가교시킨다. 예를 들어 조사(irradiation)에 의해 가교되거나 또는 공유 결합, 이온 결합, 반 데르 발스 결합 또는 수소 결합에 의해 가교될 수 있다.
본 발명의 한 실시양태에서, 흡수성 섬유는 가교된 중합체의 나트륨염 형태의 초흡수성 재료 1종 이상을 포함한다. 이러한 초흡수성 재료로는 파이버드라이(등록상표) 1161, 파이버드라이(등록상표) 1231 및 파이버드라이(등록상표) 1241(모두 캐나다 캘거리 소재의 카멜롯 수퍼업소번트스 엘티디.로부터 입수가능함), 및 오아시스(등록상표) 101, 오아시스(등록상표) 102 및 오아시스(등록상표) 111(모두 영국 소재의 테크니컬 업소번트스로부터 입수가능함)이 포함되나 이에 한정되지 않는다.
초흡수성 섬유는 당업계의 숙련자들에게 공지된 다양한 방법으로 제조할 수 있다.
<계면활성제>
적합한 계면활성제는 SAF에 대해 반응성이 있는 관능기 하나 이상 및 반응성이 없고 친수성인 관능기 하나 이상이 있는 화합물이다. 반응성 관능기로는 음이온성 SAF에 대한 양이온성 기 및 양이온성 SAF에 대한 음이온성 기가 포함된다. 양이온성 기의 예는 4급 암모늄기, 및 음이온성 SAF가 카르복실산기와 같은 산성 기를 함유할 경우, 아미노기이나, 이에 한정되지 않는다. 음이온성 기의 예는 카르복실기, 설포네이트기, 포스페이트기, 및 양이온성 SAF가 아미노기와 같은 염기성 기를 함유할 경우, 이들의 상응하는 산기이나, 이에 한정되지 않는다.
반응성이 없고 친수성인 관능기로는 히드록실기, 에테르기, 카르복실산기, 아미노기 및 이미노기가 포함되나, 이에 한정되지 않는다.
적합한 한 계면활성제는 롱-뿔랑, 잉크.(Rhone-Poulenc, Inc.)의 로다목스(Rhodamox) LO(라우릴 디메틸아민 옥사이드)이다. 계면활성제 용액의 농도는 바람직하게는 용매 1000 g 당 계면활성제 약 0.001 g 내지 20 g, 보다 바람직하게는 약 0.005 g 내지 10 g, 보다 더 바람직하게는 약 0.01 내지 5 g, 더욱 더 바람직하게는 약 0.05 내지 1 g이다.
<용매>
용매는 물과 같은 SAF의 활성제와 상용성 또는 혼화성이어야 한다. 용매는 계면활성제는 용매화시키나 섬유는 실질적으로 용매화시키지 않는 용매이다. 적절한 용매는 당업계의 숙련자들이 선택할 수 있으며, 이소프로판올, 메탄올, 에탄올, 부틸 알코올, 부탄디올, 부탄트리올, 부타논, 아세톤, 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 글리세롤, 및 상기의 혼합물이 포함되나, 이에 한정되지 않는다. 바람직한 용매로는 이소프로판올, 에탄올 및 아세톤이 포함된다.
<물의 양>
첨가되는 물의 양은 중요하며, 섬유의 표면 거대분자의 이온기가 자유롭게 회전하여 계면활성제의 관능기와의 상호작용이 촉진될 수 있도록 섬유의 표면을 용매화시키기에 충분해야 한다. 그러나, 물의 양은 섬유의 현저한 팽윤을 유발하기에 충분하여서는 안된다. SAF의 현저한 팽윤은 약 100 ％ 이상의 부피 증가로서 정의된다.
바람직한 물의 양은 용매의 총 중량의 0.5 내지 30 중량％, 바람직하게는 약 1 내지 20 ％, 보다 바람직하게는 약 1 내지 15 ％, 가장 바람직하게는 약 1 내지 10 ％이다. 본원의 모든 백분율은 다르게 언급되지 않은 한 중량 백분율이다.
이론에 얽매이려는 의도 없이, 물은 계면활성제의 반응성 관능기와 초흡수성 섬유의 관능기 사이의 반응을 촉진시키는 활성제로서 작용하는 것으로 생각된다. 예를 들어, 물의 부재 하에서 양이온성/비이온성 계면활성제를 폴리아크릴레이트 초흡수성 섬유의 표면 상에 적용할 경우, 섬유의 음이온성 기(-COO-)는 표면 소수화로 인해 표면에 존재하지 않거나 또는 물의 결핍으로 인해 이온 형태로 있지 않는다. 계면활성제에 양이온성 기가 있더라도, 섬유의 음이온성 기와 이온 결합을 형성할 수 없다. 계면활성제는 단지 섬유의 표면에 접착하여 일시체류적이 된다. 그러나, 특정량의 물이 처리 용액 중에 존재할 경우, 물은 섬유의 표면을 용매화시킬 수 있고, 섬유의 표면 근처의 음이온성 기는 안으로 향한 형태에서 밖으로 향한 형태로 회전할 수 있을 것이며, 이로 인해 계면활성제의 양이온성 기가 밖으로 향한 이들 음이온성 기와 이온 결합을 형성하여 영구적인 표면 습윤성 처리가 달성될 수 있다.
<반응 조건>
섬유는 분무 또는 침지를 포함하는 다양한 방법으로 계면활성제 용액으로 처리할 수 있다. SAF 대 처리 용액의 비는 계면활성제를 섬유에 적용하는 방법에 따라서 매우 다양할 것이다. 예를 들어, 1:1 내지 1:5의 비(SAF의 그램 대 용액의 그램)는 용액을 분무에 의해 적용할 경우에 바람직하다. 침지 처리의 한 실시양태에서, SAF를 미리 제조된 처리 용액에 첨가한다. SAF 대 처리 용액의 비는 바람직하게는 약 1:1 내지 1:500, 보다 바람직하게는 약 1:1 내지 1:100, 보다 더 바람직하게는 약 1:1 내지 1:50의 범위일 것이다.
처리는 약 0 ℃ 내지 100 ℃, 보다 바람직하게는 약 10 내지 60 ℃, 보다 더 바람직하게는 약 20 내지 30 ℃, 더욱 더 바람직하게는 실온(23 ℃)의 온도에서 실시한다. 처리 시간은 적용 방법, 적용 온도, 및 성분에 따라 좌우된다. 처리 시간은 약 0.01 내지 1 시간, 바람직하게는 약 0.05 내지 0.5 시간, 보다 바람직하게는 약 0.1 내지 0.3 시간 범위일 것이며, 바람직하게는 상기 처리 시간 동안 계속 교반한다.
<수세 및 건조>
수세의 목적은 임의의 일시체류적 계면활성제를 제거하는 것이다. 반응성 계면활성제 및 적당한 반응 조건을 선택하였더라도, 너무 많은 계면활성제를 사용하면(계면활성제 분자의 갯수가 SAF 표면의 이용가능한 관능기의 갯수보다 많거나 또는 계면활성제와 SAF의 관능기 사이의 반응이 불완전하면) 역시 일시체류적 계면활성제가 발생할 수 있다. SAF와 수세 용매를 약 1:2 내지 1:500, 바람직하게는 약 1:5 내지 1:200, 보다 바람직하게는 약 1:10 내지 1:100 범위의 중량비로 사용하면 효과적으로 수세된다. 실온에서의 수세가 바람직하나, 0 ℃ 내지 100 ℃ 범위의 온도를 사용할 수 있다. 기계식 교반, 진동 또는 초음파 처리와 같은 혼합 보조수단이 보다 높은 수세 유효성을 달성하는데 도움이 될 것이다. 수세에 사용되는 액체는 계면활성제에 대해선 용매이나 섬유에 대해선 용매가 아니다.
상온 또는 승온에서의 공기 건조, 진공 건조, 동결 건조, 초임계 건조 등과 같은 임의의 통상적인 건조 방법을 처리 및(또는) 수세된 섬유를 건조시키는 데 사용할 수 있다.
본 발명의 초흡수성 섬유는 개인 위생 제품, 예를 들어 기저귀, 배변 연습용 팬츠, 아기 수건, 여성 위생 제품, 성인 실금용 제품, 및 의료 제품, 예를 들어 상처 붕대, 수술용 케이프(cape) 및 드레이프(drape)와 같은 일회용 흡수 제품에 사용하기에 적합하다.
SAF는 상업적으로 입수가능한 초흡수성 섬유가 현재 사용되고 있는 것과 같이 제직 및 부직 제품에 사용할 수 있다. 흡수 구조물을 제조하기 위해 본 발명의초흡수성 섬유를 다른 섬유와 혼합하고(거나) 초흡수성 입자를 본 발명의 섬유로 제조한 웹에 첨가하는 것이 바람직할 수 있다. 개시된 본 발명을 미립자, 필름, 박편, 부직포, 비드 및 발포체와 같은 다른 형태의 초흡수제에 적용하여 그의 표면 습윤성을 개선할 수 있다.
본 발명의 한 실시양태에서, 액체-투과성 상부 시트, 상부 시트에 부착된 배면 시트, 및 상부 시트와 배면 시트 사이에 위치한 본 발명의 섬유로 제조된 흡수 구조물을 포함하는 일회용 흡수 제품을 제공한다.
본 발명의 모든 면에 따른 일회용 흡수 제품은 일반적으로 사용 동안 여러 번 배설되는 신체 액체에 노출된다. 그에 따라, 일회용 흡수 제품은 바람직하게는 흡수 제품 및 구조물이 사용 동안 노출될, 여러 번 배설되는 신체 액체의 양을 흡수할 수 있다. 일반적으로, 시간 간격을 두고 배설된다.
당업계의 숙련자들은 상부 시트 및 배면 시트로서 사용하기에 적합한 재료를 알 수 있을 것이다. 상부 시트로서 사용하기에 적합한 재료의 예는 기본 중량이 평방미터 당 약 15 내지 약 25 그램인 스펀본디드(spunbonded) 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌과 같은 액체 투과성 재료이다. 배면 시트로서 사용하기에 적합한 재료의 예는 폴리올레핀 필름과 같은 액체 불투과성 재료, 및 미다공성 폴리올레핀 필름과 같은 증기 투과성 재료이다.
본 발명은 하기 실시예로 더 예시되나, 이것을 어떤 방식으로든 본 발명의 범위에 제한을 두는 것으로서 해석하여서는 안된다. 반대로, 당업계의 숙련자들이 본원의 설명을 읽었을 때, 본 발명의 취지에서 벗어남 없이 당업계의 숙련자들에게떠오를 수 있는 다양한 다른 실시양태, 변형물 및 그들의 등가물에 대하여 이용기회가 있을 수 있음을 분명히 이해하여야 한다.
SAF의 두 특성, 즉 표면 습윤성을 나타내기 위한 부유 시간, 및 계면활성제의 일시체류성(fugitiveness)을 나타내기 위한, 염수 용액을 이용한 표면 장력을 실시예 1에서 측정하였다. 실시예 2에서, 기울임 흡상 시험(inclined wicking test)을 사용하여 본 발명의 SAF 시료를 포함한 복합재의 유체 분산 특성을 평가하였다. 또한, 자유 팽윤, 건조 중량, 밀도 및 염수 픽-업을 기록하였다. 시험 절차를 하기에 요약하였다.
부유 시간: RICCA 케미칼 코.(RICCA Chemical Co., 미국 텍사스주 알링톤)로부터 입수가능한 0.9 ％ NaCl 등장 염수 약 80 g을 100 ㎖ 비이커에 넣었다. 초흡수성 섬유 0.01 g을 칭량하고 염수의 표면 위 약 5 cm 높이에서 천천히 비이커에 첨가하였다. 섬유가 처음으로 염수의 표면에 접촉하는 때부터 섬유가 염수의 표면 아래에 있을 때까지의 시간을 부유 시간으로서 기록하였다.
표면 장력 시험: 초흡수성 섬유 1 g을 0.9 ％ NaCl 염수 150 g과 플라스크 안에서 완전히 혼합하였다. 15 분 후, 염수를 유리 용기에 부었다. 크루스 프로세서 텐시오미터(Kruss Processor Tensiometer) K-12를 사용하여 처리된 염수의 표면 장력을 측정하였다.
흡수성 시험: 초흡수성 섬유 약 0.16 g을 칭량하고 바닥에 100 메시 스크린이 있는 플라스틱 AUL 시험 실린더에 넣었다. 플라스틱 피스톤을 원판 위에 위치시켜 약 0.01 psi의 압력을 발생시켰다. 그 후에, 실린더를 0.9 ％ NaCl 염수 약 50 ㎖를 함유한 접시에 넣었다. 1 시간 후, 실린더를 꺼내어 종이 수건 위에 놓아 간극 유체를 빨아들였다. 종이 수건에 유체 자국이 보이지 않을 때까지 실린더를 건조된 종이 수건으로 이동시켜 빨아들이기를 계속하였다. 습윤 실린더 및 건조 실린더의 중량 차이가 SAF에 의해 흡수된 유체의 총량을 나타내며, 자유 팽윤 흡수성으로서 기록하였다. 흡수성 시험은 WO 제99/17695호의 "제로 하중 하에서의 침수 흡수(Flooded Absorbency Under Zero Load)"라는 표제의 단락에 보다 상세하게 기술되어 있다.
기울임 흡상 시험: 초흡수성 섬유 시료를 목재 펄프 플러프와 함께 총 기본 중량이 400 gsm인 복합재로 에어 레잉(air laid)하였다. 복합재를 약 0.2 g/cc로 조밀화시키고 33 cm×5.1 cm의 크기로 절단하였다. 흡상 시험을 위하여 절단 시료를 기울임 흡상 트로프(trough)(30°의 각도로 기울어짐)에 위치시켰다. 시험 유체는 0.9 ％ NaCl 염수였다. 시험을 약 90 분 지속하였고, 흡상 거리 및 흡상 용량(픽-업) 모두를 유체 분산 능력을 반영하는 인자로서 기록하였다. 흡상 시험은 유럽 특허 공개 제761,192A2호의 "흡상 인자(Wicking Parameter)"라는 표제의 단락에 보다 상세하게 기술되어 있다.
밀도는 웹의 기본 중량을 웹의 두께로 나누어 측정하였다. 두께는 일본 소재의 미쯔또요 코포레이션(Mitutoyo Corporation)으로부터 입수가능한 디지매틱 인디케이터 모델(Digimatic Indicator Model) 150E를 사용하여 0.05 psi의 적용 압력 및 0.001 mm의 정밀도로 측정하였다.
<실시예 1>
습윤성이고 표면 장력이 높은 섬유의 형성
상업적으로 입수가능한 초흡수성 섬유(파이버드라이 1241-캐나다 캘거리 소재의 카멜롯 수퍼업소번트스 엘티디.로부터 입수가능함)를 사용하였다. 이 섬유는 말레인산 무수물 및 이소부틸렌의 가교 공중합체이다. 이 섬유는 습윤성(부유 시간이 30 초 미만)이나, 72 dyne/cm에서 42 dyne/cm로의 염수(0.9 ％ NaCl) 표면 장력 감소(34.7 ％ 감소)를 유발한다. 초흡수성 섬유에 부수된 임의의 계면활성제를 제거하기 위해, 섬유를 이소프로판올 중에서 6 번까지 수세하였다(섬유 대 이소프로판올의 중량비는 약 1 대 10). 각각의 수세 시간은 약 1 시간이었다. 각 수세의 경우, 사용하지 않은 이소프로판올을 섬유에 첨가하였다. 시료 1 내지 7에 대한 표 I의 결과값은 섬유의 부유 시간 및 염수의 표면 장력이 각각의 수세와 함께 증가하는 것을 보여주며, 이는 계면활성제가 실제로 섬유에서 수세 제거되었다는 것과 섬유의 표면이 보다 소수성이 되었다는 것을 나타낸다.
두 번째 단계에서, 수세된 SAF를 물이 있거나(시료 9) 또는 없는(시료 8) 이소프로판올 매질 중의, 롱-뿔랑, 잉크.로부터 입수가능한 양이온-비이온성 계면활성제, 로다목스 LO(라우릴 디메틸아민 옥사이드)로 처리하였다. SAF/물/이소프로판올/로다목스 LO의 중량비는 1:1:50:0.005이었다. 그 후에, 미반응 계면활성제가 섬유의 표면에 확실하게 남아 있지 않도록, 처리된 섬유를 사용하지 않은 이소프로판올로 수세하였다. 부유 시험 및 표면 장력 시험은 물의 존재 하에 처리된 섬유가 부유 시간 26.1 초로 영구적으로 습윤성이고, 57.5 dyne/cm의 표면 장력(20 ％감소)을 유지하였다는 것을 보여준다.
시료 번호 초흡수성 섬유 부유 시험(초) 표면 장력(dyne/cm)
1 수득한 그대로의 파이버드라이 1241 19.1 47.8
2 1 번 수세한 파이버드라이 1241 59.5 54.2
3 2 번 수세한 파이버드라이 1241 60 초과 --
4 3 번 수세한 파이버드라이 1241 60 초과 --
5 4 번 수세한 파이버드라이 1241 60 초과 56.9
6 5 번 수세한 파이버드라이 1241 60 초과 57.1
7 6 번 수세한 파이버드라이 60 초과 58.1
8 6 번 수세하고 (물이 없는) 양이온성계면활성제로 처리한 파이버드라이 1241 24.6 44.3
9 6 번 수세하고 (물이 있는) 양이온성계면활성제로 처리한 파이버드라이 1241 26.1 57.5
<실시예 2>
복합재의 형성 및 시험
실시예 1로부터의 시료 번호 1, 7 및 9를 실시예 2의 섬유 시료로서 사용하였다. 시료 번호 1은 습윤성이나 표면 장력이 낮은 섬유를 대표하기 위해 선택하였고, 시료 번호 7은 비습윤성이나 표면 장력이 높은 섬유를 대표하기 위해 선택하였고, 시료 번호 9는 습윤성이고 표면 장력이 높은 시료를 대표하기 위해 선택하였다. 각각의 섬유 시료를 공기 성형법(air forming process)을 통해 복합재로 제조하였다.
공기 성형기(air former)를 사용하여 복합재를 제조하였다. 공기 성형기는 두 구획으로 이루어진다. 첫 번째 구획은 직경이 약 2 피트이고 높이가 약 1 피트이고, 압축 공기 공급원과 연결된 10 개의 공기 노즐이 장착된 실린더형 챔버이다. 이 챔버는 복합재에 첨가하고자 하는 성분들을 혼합하기 위한 것이다. 압축 공기는 강한 난류를 발생시켜 혼합을 도울 것이다. 에어 레잉 챔버로 불리는 두 번째챔버는 치수가 약 1.5'(L)×0.5'(W)×2.5'(H)이고, 진공 발생원과 연결되어 있다. SAF 및 목재 펄프 플러프를 특정 비로 첫 번째 챔버에 첨가하고, 난기류로 혼합한 후, 두 챔버를 연결하는 금속 스크린을 통하여 진공 하의 두 번째 챔버로 흡인시켰다. 완전히 균질화된 성분들을 형성 티슈의 시트 위에 에어 레잉하여 복합재를 형성하였다. 제조된 복합재를 카버(Carver) 프레스로 150 ℃의 온도 및 500 psi의 압력에서 10 초 동안 압축하였다.
각각의 복합재는 초흡수성 섬유 60 ％ 및 목재 펄프 플러프 섬유(미국 알라바마주 소재의 US 얼라이언스 쿠사 파인스 코포레이션(US Alliance Coosa Pines Corporation)에 의해 제조된 쿠사 CR1654) 40 ％를 포함하고, 기본 중량이 평방미터 당 400 그램(gsm)이었다. 카버 프레스를 사용하여 복합재를 약 0.2 g/cc로 조밀화시켰다. 복합재를 2"(5.08 cm)×13"(33.02 cm) 스트립으로 절단하고, 스트립을 기울임각이 30°내지 수평인 트로프에 위치시켜 기울임 흡상 거리 및 흡상 용량을 측정하였다. 하기 표 2에 결과값을 요약하였다.
복합재 번호 SAF 번호 SAF의 자유 팽윤(g/g) 건조 중량(g) 밀도(g/cc) 염수 픽-업(g) 흡상 거리(cm)
1 1 30.0 6.66 0.184 64.6 15.2
2 7 30.7 6.40 0.177 68.5 15.2
3 9 29.4 6.75 0.188 86.6 18.2
본 발명의 SAF 함유 복합재의 보다 큰 흡상 거리 및 보다 높은 흡상 용량에 주목하여야 한다.
상기 설명은 예시를 위한 것이며 제한하기 위한 것이 아니다. 상기 설명을 읽으면 많은 실시양태가 당업계의 숙련자들에게 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 상기 설명을 참조하여 결정하여서는 안되며, 대신 첨부된 청구의 범위, 및 그 청구의 범위의 권리가 주어진 등가물의 모든 범위를 함께 참조하여 결정하여야 한다. 특허, 특허 출원 및 공보를 포함한, 본원에 언급된 모든 논문 및 참고문헌의 개시는 본원에 참고문헌으로 인용된다.

Claims (21)

  1. 초흡수성 재료의 제2 관능기에 대해 반응성이 있는 제1 관능기 하나 이상 및 반응성이 없는 친수성 관능기 하나 이상이 있는 계면활성제 용액으로 초흡수성 재료를 처리하는 것을 포함하며,
    초흡수성 재료 표면의 제2 관능기가 활성화되었을 때 계면활성제를 초흡수성 재료에 적용하는 것을 특징으로 하는,
    영구적으로 습윤성인 초흡수성 재료의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 계면활성제 용액이 계면활성제에 대한 용매이나 초흡수성 재료에 대한 용매는 아닌 용매를 포함하고,
    계면활성제 용액이 초흡수성 재료 표면을 용매화시키기에 충분하나 초흡수성 재료의 현저한 팽윤을 유발하기에는 충분하지 않은 양의 물을 포함하는 방법.
  3. 제2항에 있어서, 처리된 초흡수성 재료를 건조시켜 용매 및 물을 제거하는 것을 더 포함하는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 처리된 초흡수성 재료를 용매로 수세하여 일시체류적(fugitive) 계면활성제를 제거하는 것을 더 포함하는 방법.
  5. 제2항에 있어서, 처리가 침지 또는 분무에 의한 것인 방법.
  6. 제1항에 있어서, 초흡수성 재료가 초흡수성 섬유인 방법.
  7. 제1항에 있어서, 초흡수성 재료가 미립자, 필름, 부직포, 비드(bead), 발포체 및 코폼(coform)으로 이루어진 군으로부터 선택된 형태의 것인 방법.
  8. 제6항의 방법으로 제조된 영구적으로 습윤성인 초흡수성 섬유.
  9. 제8항에 있어서, 염수의 표면 장력 감소가 약 30 ％ 미만인 섬유.
  10. 제1항에 있어서, 처리된 초흡수성 재료가 부유 시간이 30 초 미만이고, 약 30 ％ 미만의 염수 표면 장력 감소를 유발하는 방법.
  11. 제1항에 있어서, 처리된 초흡수성 재료가 약 25 ％ 미만의 염수 표면 장력 감소를 유발하는 방법.
  12. 제1항에 있어서, 처리된 초흡수성 재료가 약 20 ％ 미만의 염수 표면 장력 감소를 유발하는 방법.
  13. 제1항에 있어서, 초흡수성 재료가 폴리아크릴아미드, 폴리비닐 알코올, 에틸렌 말레인산 무수물 공중합체, 폴리비닐 에테르, 히드록시프로필셀룰로오스, 폴리비닐모르폴리논, 폴리아크릴산의 알칼리 금속염, 및 폴리아크릴레이트, 폴리아크릴아미드, 폴리비닐 아민, 폴리알릴아민 및 폴리비닐피리딘, 비닐 설폰산의 중합체 및 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택된 것인 방법.
  14. 제1항에 있어서, 초흡수성 재료가 한천(agar), 알긴(algin), 카라기난(carrageenan), 전분, 펙틴, 구아검(guar gum), 키토산 등, 카르복시알킬 셀룰로오스, 메틸 셀룰로오스, 히드록시알킬 셀룰로오스, 키토산염, 덱스트란 등과 같은 개질된 천연 재료로 이루어진 군으로부터 선택된 것인 방법.
  15. 제1항에 있어서, 계면활성제의 제1 반응성 관능기가 4급 암모늄기, 아미노기, 카르복실기, 설포네이트기, 포스페이트기, 및 이들의 상응하는 산기로 이루어진 군으로부터 선택된 것인 방법.
  16. 제1항에 있어서, 계면활성제의 반응성이 없고 친수성인 관능기가 히드록실기, 에테르기, 카르복실산기, 아미노기 및 이미노기로 이루어진 군으로부터 선택된 것인 방법.
  17. 제2항에 있어서, 용매가 이소프로판올, 메탄올, 에탄올, 부틸 알코올, 부탄디올, 부탄트리올, 부타논, 아세톤, 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 글리세롤, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 것인 방법.
  18. 제2항에 있어서, 물이 용매의 총 중량의 약 1 내지 10 ％로 존재하는 방법.
  19. 제1항에 있어서, 처리된 초흡수성 재료의 부유 시간이 30 초 미만인 방법.
  20. 액체 투과성 상부 시트, 상부 시트에 부착된 배면 시트, 및 상부 시트와 배면 시트 사이에 위치한 제8항의 섬유로 제조된 흡수 구조물을 포함하는 일회용 흡수 제품.
  21. 제1항에 있어서, 초흡수성 재료가 용매화된 상태일 때 계면활성제를 초흡수성 재료에 적용하는 방법.
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