KR20040060999A - 그 자리에서 중합된 초흡수제를 갖는 흡수성 재료의 제조방법 - Google Patents

그 자리에서 중합된 초흡수제를 갖는 흡수성 재료의 제조방법 Download PDF

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데이비드 마틴 잭슨
영 씨. 고
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제이슨 엠. 로머
스리드하 란가나탄
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킴벌리-클라크 월드와이드, 인크.
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Abstract

흡수성 섬유, 초흡수성 중합체, 및 선택적으로 열가소성 섬유 및 기타 성분을 포함하는 흡수성 복합체의 제조 방법이 제공된다. 초흡수제의 합성(즉, 중합)이 흡수성 복합체의 형성 방법 내에 완전히 통합된다. 구체적으로, 초흡수제의 중합은 다수의 흡수성 및/또는 열가소성 섬유 내에서부터 개시되고, 이어서 웹으로 형성된다. 통합된 공정은 섬유 형성 및 웹 형성 공정에 앞서 초흡수성 중합체의 별도 제조를 위한 필요를 없애준다. 또한, 이와 같이 형성된 초흡수성 중합체는 더 잘 분산되어 흡수제 및/또는 열가소성 섬유에 접착된 상태를 유지하는 경향이 있으므로, 다양한 최종 용도 응용에 대하여 안정하고 균일한 흡수성 복합체를 제공한다.

Description

그 자리에서 중합된 초흡수제를 갖는 흡수성 재료의 제조 방법{Process for Making Absorbent Material with In-Situ Polymerized Superabsorbent}
셀룰로오스 섬유 등으로부터 흡수성 복합 재료를 형성하는 방법이 알려져 있다. 미국 특허 제 5,350,624 호(Georger 등); 미국 특허 제 4,902,559 호(Eschwey 등); 미국 특허 제 4,818,464 호(Lau) 및 미국 특허 제 4,100,324 호(Anderson 등)는 흡수성 셀룰로오스 섬유를 열가소성 섬유와 조합하여 흡수성 복합체를 제조하는 방법을 개시한다. 멜트블로운 섬유 제조에 사용되는 하나 이상의 멜트블로운 다이 헤드가 슈트(chute) 근처에 배치되거나, 에쉬웨이(Eschwey)의 경우에서와 같이 연속적인 섬유가 섬유화된 펄프를 함유하는 도관 내로 방적된다. 셀룰로오스 섬유 및, 혹시 다른 재료가 상기 슈트로부터 섬유가 형성되는 동안 발생하려고 하는 섬유 스트림 내로 주입된다. 미리-형성된 입자 또는 초흡수성 재료의 섬유가 상기 슈트를 통해 첨가될 수도 있다. 상기 공정은 일반적으로 "공형성(coform)" 공정이라 불린다.
흡수성 복합 재료에 유용한 초흡수성 중합체의 제조를 위한 다양한 방법이 또한 알려져 있다. 미국 특허 제 5,962,068 호(Tsuchiya 등)는 수분-흡수성 복합체의 제조 방법을 개시한다. 먼저, 수분-흡수성 중합체를 생성할 수 있는 중합가능한 단량체를 함유하는 수성 단량체 용액을 제공한다. 이어서, 산화환원 중합 개시제를 사용하여 중합을 개시한다. 부분적으로 중합된 수득되는 반응 혼합물을 섬유성 기재 상에 적가한다. 상기 기재 상에서 중합이 완결된다.
공지된 방법이 공통적으로 갖는 하나의 특징은 초흡수성 재료가 상기 흡수성 복합체의 형성 공정에 첨가될 수 있기 전에 상기 초흡수성 재료를 중합시키거나 부분적으로 중합시키기 위한 적어도 일부의 별도 공정 단계를 필요로 한다는 것이다. 달리 말하면, 어느 공정도 초흡수성 중합체 형성을 흡수성 복합체 형성을 위한 궁극적인 공정과 완전하게 통합시키지 못하고 있다.
정의
"셀룰로오스 섬유"라는 용어는 목재 및 비-목재 식물, 재생 셀룰로오스 및 화학적, 기계적 또는 열적 처리를 이용한 상기 섬유로부터의 유도체 또는 이들의 임의의 조합과 같은 천연 원료로부터의 섬유를 의미한다. 목재 식물은 예를 들면, 낙엽수 및 침엽수를 포함한다. 비-목재 식물은 예를 들면, 목면, 아마, 아프리카 수염새, 밀크위드(milkweed), 밀짚, 주트 대마(jute hemp) 및 사탕수수 깍지를 포함한다. 재생된 셀룰로오스 섬유는 예를 들면 비스코스 및 레이온을 포함한다. 셀룰로오스 유도체는 예를 들면 미세결정성 셀룰로오스, 화학적으로 가교된 섬유 및 화학적으로 가교되지 않은 꼬인 섬유를 포함한다.
"평균 펄프 섬유 길이"라는 용어는 카자아니 오이 일렉트로닉스 (Kajaani Oy Electronics) (핀랜드 카자아니(Kajaani) 소재)로부터 시판되는 카자아니 섬유 분석기 모델 No. FS-100를 이용하여 측정된 펄프의 중량 평균 길이를 의미한다. 상기 시험 방법에 따라, 섬유 시료를 분해액(macerating liquid)으로 처리하여 섬유 뭉치 또는 부스러기(shives)가 존재하지 않도록 한다. 각 섬유 시료를 뜨거운 물에 분산시키고 약 0.001% 농도로 희석한다. 개별적인 시험 시료를 상기 희석 용액으로부터 약 50 내지 500 ml 분획으로 취하고 표준 카자아니 섬유 분석 방법을 이용하여 시험한다. 중량 평균 섬유 길이는 다음 수학식으로 표시될 수 있다:
k
Σ(Xi*ni)/n
Xi> 0
상기 식 중, k = 최대 섬유 길이,
Xi= 개별적인 섬유 길이,
ni= 길이 Xi를 갖는 섬유의 수, 및
n = 측정된 섬유의 총 수이다.
"멜트블로운 섬유"라는 용어는 용융된 열가소성 재료를 통상적으로 원형인 다수의 미세 다이 모세관을 통하여, 용융된 열가소성 재료의 필라멘트를 가늘게하여 미세섬유 직경까지 될 수도 있도록 그 직경을 감소시키는 수렴하는 고속의 가열된 기체(예, 공기) 스트림 내로 용융된 실 또는 필라멘트로서 압출하여 형성된 섬유를 의미한다. 그후, 멜트블로운 섬유는 고속의 기체 스트림에 실려 수집 표면 상에 침착되어 랜덤하게 분산된 멜트블로운 섬유의 웹을 형성한다. 그러한 방법은 예를 들면 미국 특허 제 3,849,241 호(Butin 등)에 개시되어 있다. 멜트블로운 섬유는 연속적 또는 비연속적일 수 있으며 일반적으로 직경 10 미크론 미만이고, 수집 표면 상에 침착될 경우 일반적으로 자가 접착되는 미세섬유이다.
"스펀본드 섬유"라는 용어는 용융된 열가소성 재료를 원형 또는 다른 형태를 갖는 방사구로 된 다수의 미세한 모세관으로부터 필라멘트로 압출하고, 이어서 압출된 필라멘트의 직경을, 예를 들면 미국 특허 제 4,340,563 호(Appel 등), 미국 특허 제 3,692,618 호(Dorschner 등), 미국 특허 제 3,802,817 호(Matsuki 등), 미국 특허 제 3,338,992 호 및 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 등)에 의해, 급속히 감소시킴으로써 형성된 작은 직경의 섬유를 의미한다. 스펀본드 섬유는 급냉되고, 그들이 방사(draw) 단위로 들어갈 때, 혹은 그들이 수집 표면 상에 침착될 때 표면 상에 일반적으로 점착성이지 않다. 스펀본드 섬유는 일반적으로 연속적이며 7 미크론을 초과하는, 종종 약 10 내지 30 미크론 사이의 평균 직경을 가질 수 있다. 상기 두 경우 모두에, 섬유는 공기역학적 방사 공정에 의해 그 최종 직경까지 가늘어진다.
"스테이플 필라멘트 또는 섬유"라는 용어는 천연의, 또는 웹으로 형성하기 전에 제조된 필라멘트로부터 절단된, 약 0.1-15 cm, 더욱 일반적으로 약 0.2-7 cm 범위의 길이를 갖는 필라멘트 또는 섬유를 의미한다.
"미세섬유"라는 용어는 약 75 미크론 이하의 평균 직경, 예를 들면 약 0.05 미크론 내지 약 50 미크론의 평균 직경, 더욱 특별하게는 약 0.1 미크론 내지 약 10 미크론, 더더욱 전형적으로는 0.5 미크론 내지 약 5 미크론의 평균 직경을 갖는 작은 직경 섬유를 의미한다.
"실질적으로 연속적인 필라멘트 또는 섬유"라는 용어는 스펀본드 및 멜트블로운 섬유를 비제한적으로 포함하는, 부직 웹 또는 부직포로 형성되기 전에 그 원래 길이로부터 절단되지 않은, 방사구로부터 압출에 의해 제조된 필라멘트 또는 섬유를 의미한다. 실질적으로 연속적인 필라멘트 또는 섬유는 약 15 cm를 초과하여 1 미터를 넘는 범위; 및 형성되는 부직 웹 또는 부직포의 길이에 이르는 길이를 가질 수 있다. "실질적으로 연속적인 필라멘트 또는 섬유"라는 정의는 부직 웹 또는 부직포로 형성되기 전에 절단되지 않지만 부직 웹 또는 부직포가 절단되는 경우 나중에 절단되는 것들을 포함한다.
"부직포 또는 웹"이라는 용어는 얽혀있는(interlaid), 그러나 편직물에서와 같이 식별되는 방식으로는 아닌, 개별적인 섬유 또는 필라멘트의 구조를 갖는 웹을 의미한다. "섬유" 및 "필라멘트"라는 용어는 본원에서 상호교환가능하게 사용된다. 부직포 또는 웹은 예를 들면 멜트블로우 공정, 스펀본드 공정, 에어 레이 공정(air laying processes) 및 접착된 카드 웹 공정과 같은 여러가지 방법으로부터 형성되어 왔다. 상기 용어는 또한 공기 통과를 허용하도록 천공되거나 달리 처리된 필름을 포함한다. 부직포의 기본 중량은 일반적으로 제곱 야드 당 재료의 온스(osy) 또는 제곱미터 당 그램(gsm)으로 표현되며, 상기 섬유의 직경은 일반적으로 미크론으로 표시된다. (osy를 gsm으로 변환시키려면 osy에 33.91을 곱해야 함을 주목하라.)
"중합체"라는 용어는 일반적으로 단독중합체, 블럭, 그래프트, 랜덤 및 교호 공중합체, 삼원중합체 등을 포함하는 공중합체 및 이들의 배합물 및 개질생성물을 포함하지만 이에 국한되지는 않는다. 또한, 달리 구체적으로 한정되지 않는 한, "중합체"라는 용어는 물질의 모든 가능한 기하학적 배열을 포함할 것이다. 상기 배열은 이소택틱, 신디오택틱 및 어택틱 대칭성을 포함하지만 이에 국한되지는 않는다.
"습윤가능한" 및/또는 "친수성"이라는 용어는 물, 합성 소변, 또는 0.9 중량% 염수 용액과 같은 액체가 90°미만의 공기 접촉 각을 나타내는 섬유를 의미한다. 접촉 각은 예를 들면 ASTM D724-89에 따라 측정될 수 있다.
"열가소성"이라는 용어는 열에 노출될 경우 연화되고 유동되며 실온으로 냉각시키면 그 원래의 고화된 상태로 실질적으로 복귀하는 물질을 나타낸다.
"초흡수성 중합체 전구체 조성물"이라는 용어는 혼합될 경우 화학적으로 반응하여 초흡수성 중합체를 형성하는 임의의 및 모든 용액을 의미한다. 각 용액은 올리고머(들), 단량체(들), 가교제(들), 중화제 또는 개시제(들)의 임의의 조합으로 이루어질 수 있다. 단일 용액 만이 사용되는 경우, 모든 바람직한 성분들은 상기 용액 중에 있어야 하며, 개시제(들)는 추후의 활성화 단계(예, 가열 또는 조사)를 요구해야 한다. 2종 이상의 용액이 사용되는 경우, 개시제(들)는 가장 빈번하게는 화학적 산화환원 쌍이지만 이에 국한되지는 않는다. 산화 라디칼 생성제 및환원제로 이루어진 산화환원 쌍이 개시제로서 사용되는 경우, 산화 라디칼 생성제 및 환원제는 별도의 용액에 존재해야 한다. 산화 라디칼 생성제 또는 환원제의 용액은 올리고머(들), 단량체(들), 가교제(들) 또는 중화제의 임의의 조합을 함유할 수도 있다.
"탄성의" 및 "엘라스토머의"라는 용어는 변형력이 제거될 때는 변형 후 그의 형태를 일반적으로 회복할 수 있는 재료를 의미하는 것으로 상호교환가능하게 사용된다. 구체적으로, 여기에 사용되는 바와 같이, '탄성의' 또는 '엘라스토머의'란, 신장력을 가하면 그 재료가 그 이완된 길이의 약 25% 이상의 신장된 길이로 신장가능하고, 상기 신장하는 신장력의 이완 시 상기 신장의 40% 이상을 회복하게 하는 임의의 재료의 성질을 의미한다. 엘라스토머성 재료의 상기 정의를 만족시킬 가설적 예는 적어도 1.25 인치까지 신장가능하며, 1.25 인치까지 신장되고 이완될 경우 1.15 인치 이하의 길이로 회복되는 재료의 1 인치 시료일 것이다. 많은 탄성 재료가 그 이완된 길이의 25%를 훨씬 초과하여 신장될 수 있고, 이들 중 다수가 신장하는 신장력의 이완시 원래의 이완된 길이로 실질적으로 회복될 것이다.
"회복(recover)" 또는 "수축(retract)"이라는 용어는 신장력을 가한 경우 재료의 신장에 따르는 신장력의 종결 시에 신장된 재료의 수축에 관계된다.
"초흡수성 재료"라는 용어는, 가장 알맞은 조건에서, 0.9 중량% 염화 나트륨을 함유하는 수용액 중에서 그 중량의 약 15 배 이상, 바람직하게는 그 중량의 약 20 배 이상을 흡수할 수 있는 수 팽윤성, 수-불용성 유기 또는 무기 재료를 의미한다. "흡수성 재료"라는 용어는 같은 용액 중 그 중량의 약 5 내지 약 15 배 미만을 흡수할 수 있는 임의의 재료를 의미한다.
"개인 위생 흡수성 제품"이라는 용어는 기저귀, 배변연습용 팬츠, 수영복, 흡수성 언더팬츠, 성인 실금자용 제품, 여성 위생 제품 등을 포함한다.
"의약용 흡수성 제품"이라는 용어는 의약용 흡수성 의류, 드레이프, 가운, 붕대, 상처 드레싱, 언더패드, 와이프 등을 포함한다.
"티슈 및 타월 제품"이라는 용어는 안면용 및 화장실용 티슈, 종이 타월, 습윤 와이프 등을 포함한다.
발명의 요약
본 발명은 초흡수제의 중합반응이 섬유성 부직 웹 기재를 형성하는 방법에 완전히 통합된 흡수성 복합 부직 웹의 제조 방법에 관한 것이다. 본 방법은 전구체 물질의 초흡수성 중합체 혼합물을 반응시키는 것으로부터 다수의 입자, 섬유 또는 세섬유(fibril)를 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 본 방법은 이어서, 중합되는 초흡수성 재료를 함유하고 이를 압출 또는 조합 장치로부터 실어나르기 위해 하나 이상의 1차 기체 스트림을 제공하는 단계를 추가로 포함한다. 열가소성 섬유(만일 제공될 경우)를 함유하고 그들을 압출 장치로부터 실어 나르기 위해 추가의 기체 스트림이 제공될 수 있다. 상기 추가의 기체 스트림은 또한 적어도 1종의 초흡수성 중합체 전구체 조성물을 함유 및 운반하는 한편, 유사한 기체 스트림이 상기 초흡수성 중합체 전구체 조성물로 하여금 중합을 시작하도록 하는 성분을 운반할 수 있다. 상기 방법은 또한 다수의 친수성(예를 들면, 셀룰로오스) 섬유를 운반하는 하나 이상의 2차 기체 스트림을 제공하고, 상기 1차 및 2차 스트림을 함께병합하여 상기 1차 및 2차 스트림으로부터 성분의 혼합물을 함유하는 통합된 스트림을 형성하고, 상기 통합된 스트림을 형성 표면 상으로 보내어 복합 재료를 형성하는 단계들을 더 포함한다.
초흡수성 중합체 전구체 조성물의 하나 이상의 스트림이 상기 셀룰로오스 섬유, 스테이플 섬유 및/또는 열가소성 섬유에, 바람직하게는 상기 섬유가 형성 표면에 접촉하기 전에 첨가된다. 이는 a) 초흡수성 중합체 전구체의 하나 이상의 스트림을 상기 1차 스트림(열가소성 섬유를 함유하거나 함유하지 않는)이 2차 스트림과 합쳐지기 전에 1차 스트림에 가하는 것, b) 초흡수성 중합체 전구체의 하나 이상의 스트림을 상기 2차 스트림의 셀룰로오스 섬유에, 그것이 상기 1차 스트림과 합쳐지기 전에 가하는 것, c) 초흡수성 중합체 전구체의 첫번째 스트림을 상기 1차 스트림(열가소성 섬유를 함유하거나 함유하지 않는)에 가하고, 초흡수성 중합체 전구체의 두번째 스트림을 상기 2차 스트림 중 셀룰로오스 섬유에 상기 두 스트림이 합쳐지기 전에 가하는 것, 및/또는 d) 초흡수성 중합체 전구체의 하나 이상의 스트림을, 셀룰로오스 섬유(열가소성 섬유를 함유하거나 함유하지 않는)가 형성 표면과 접촉하기 전에 통합된 스트림으로 합쳐진 하나 이상의 3차 기체 스트림에 가하는 것에 의해 이루어질 수 있다. 다시, 상기 열가소성 섬유는 생략될 수 있고, 상기 1차 스트림은 초흡수성 중합체 전구체의 첫번째 스트림을 첨가하기 위해서만 사용될 수 있다.
초흡수성 중합체 전구체의 하나 이상의 스트림은, 상기 흡수성 복합체 부직 웹이 상기 형성 표면 상에 형성될 때, 화학적으로 반응하여 스테이플 섬유, 열가소성 섬유 및/또는 셀룰로오스 섬유의 표면 상에 직접 초흡수성 중합체를 형성할 수 있다. 그렇지 않으면, 초흡수성 중합체 전구체의 하나 이상의 스트림은 상기 형성 표면과 접촉되기 전에 부분적으로 또는 완전히 반응하여 초흡수성 중합체를 형성할 수도 있다. 또다른 선택은 초흡수성 중합체 전구체가 부분적으로 반응하여 다른 섬유(셀룰로오스, 스테이플 및/또는 열가소성)와 접촉하기 전에 입자, 섬유 또는 세섬유를 형성하고, 상기 섬유와의 접촉 후 및 심지어는 부직 웹이 상기 형성 표면 상에 형성된 후에 중합을 마무리하는 것이다.
1차, 2차, 3차 및/또는 추가의 스트림을 통해 상기 흡수성 복합체 부직 웹에 기타 성분이 첨가될 수도 있다. 상기 기타 성분은 예를 들면, 엘라스토머 섬유, 보다 친수성이 적은 합성 섬유(예, 나일론 및 폴리에스테르), 이미 형성된 초흡수성 입자 또는 섬유, 냄새 제거 입자 또는 섬유, 접착제, 습윤제 등을 포함할 수 있다.
그 자리에서(in situ) 중합된 초흡수제로써, 그것이 형성 표면에 있다면, 상기 흡수성 재료 상에 추가의 표면 가교가 수행될 수도 있다. 상기 표면 가교는 상기 재료의 흡수 성질을 향상시킬 수 있다.
본 발명은, 흡수성 재료의 초흡수성 중합체 성분이 흡수성 재료의 제조 도중 합성되는, 개인 위생용 흡수성 제품, 의약용 흡수성 제품 등에 유용한 흡수성 재료의 제조 방법에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 방법을 실시하는 데 유용한 공형성(coform) 장치의 한 실시태양을 도시하는 도면이고;
도 2는 본 발명의 방법을 실시하는 데 유용한 공형성 장치의 또다른 실시태양을 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 방법을 실시하는 데 유용한 공형성 장치의 세번째 실시태양을 도시하는 도면이며;
도 4는 본 발명의 방법을 실시하는 데 유용한 공형성 장치의 네번째 실시태양을 도시하는 도면이다.
도 1은, 조오저(Georger) 등에게 부여된 미국 특허 제 5,350,624 호(이는 참고로서 본원에 포함됨)에 기재된 것과 같은 공형성 장치를 도시한다. 상기 장치는 본 발명의 방법을 실시하기 위해 적절한 수정을 가하거나 가하지 않고 사용될 수 있다.
도 1을 참고하면, 장치(10)는 호퍼(12), 다이 말단(24)을 갖는 공급 멜트블로우 다이(16 및 18)와 각각 연결된 한쌍의 압출기(14)를 포함한다. 멜트블로우 다이(16 및 18)는 도시된 상기 첫번째 및 두번째 1차 스트림(20) 내에 열가소성 중합체 재료를 공급하기 위해 사용될 수 있다. 각각의 멜트블로우 다이는 다이를 통해 가늘어지는 기체의 두 스트림이 수렴하여 1차 스트림(20)에서 용융된 실(thread)을 나르면서 가늘어지는 단일 스트림의 기체를 형성하여, 섬유 또는 미세섬유를 형성하도록 배열된다. 따라서 각각의 멜트블로우 다이(16 및 18)는 실리고(entrained) 가늘어진 중합체 섬유를 함유하는 기체의 상응하는 단일 스트림(26 및 28)을 갖는다. 중합체 섬유를 함유하는 기체 스트림(26 및 28)은 충돌 영역(30)에서 수렴하도록 정렬된다.
흡수성(예, 셀룰로오스) 또는 기타 친수성 섬유(미립자 및 다른 성분을 함유하거나 함유하지 않는)를 함유할 수 있는 2차 스트림(32)은 충돌 영역(30)에서 발생하는 섬유를 함유하는 1차 스트림(20)과 합쳐진다. 2차 스트림(32)과 열가소성 중합체 섬유의 1차 스트림(20)이 합쳐지는 것은 흡수성 섬유가 열가소성 섬유의 합쳐진 스트림(20) 내에서 점차적인 분포를 생성하도록 고안된다. 이는 섬유의 2차 스트림(32)을 함유하는 2차 기체 스트림(34)을 열가소성 섬유를 함유하는 1차 기체 스트림(26 및 28) 사이로 병합시켜, 세 기체 스트림 모두가 통합된 스트림(56) 내로 제어된 방식으로 수렴되도록 함으로써 수행될 수 있다. 합쳐진 섬유의 통합된 스트림(56)은 형성 표면(58)에 침착되어, 흡수성 복합 재료(54)가 형성되도록 한다. 상기 복합 재료(54)는 하나 이상의 롤(60) 상에 저장될 수 있다.
섬유의 2차 스트림을 위한 섬유 형성 장치는 셀룰로오스 또는 기타 섬유의 매트(matt) 또는 속솜(batt)(40)을 개별적인 섬유(32)의 2차 스트림 내로 분리시키도록 조정된 다수의 톱니(38)를 갖는 통상의 피커(picker) 롤(36) 배열을 포함한다. 2차 섬유의 매트 또는 속솜은 셀룰로오스 섬유, 보다 적은 친수성의 스테이플 섬유, 또는 이들 모두를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 상기 2차 섬유(32)는 흡수성 섬유이다. 하우징(46)은 피커 롤(36)을 둘러싸고 하우징(46)과 피커 롤(36)의 톱니(38)의 표면 사이에 통로 또는 간격(48)을 제공한다. 공기와 같은 기체가 기체 도관(50)에 의해 상기 간격(46)에 공급된다. 기체 도관(50)은 노즐(44)과 간격(48)의 접합부(52)에서 상기 간격(46)으로 들어갈 수 있다. 기체는 상기 2차 섬유(32)를 노즐(44)를 통해 운반할 뿐 아니라 피커 롤(36)의 톱니(38)로부터 2차 섬유(32)를 제거하는 것을 돕기에 충분한 양으로 공급된다. 첨가제 및/또는 기타 물질을 상기 기체 스트림에 첨가하거나 실려보내 상기 2차 섬유를 처리할 수 있다. 섬유(32)의 2차 스트림은, 2차 섬유(32)가 피커 롤(36)의 톱니(38)을 통과하는 속도와 거의 같은 속도로 노즐(44)을 통과한다.
본 발명에 따르면, 1종 이상의 초흡수성 중합체 전구체 조성물이, 합쳐진 스트림(56)이 형성 표면(58)과 접촉하기 전에 상기 1차 스트림(20), 상기 2차 스트림(32), 및/또는 합쳐진 스트림(56)에 첨가된다. 예를 들면, 첫번째 중합체 전구체 조성물이 1차 스트림(20)의 하나 또는 둘 다에 첨가될 수 있고, 두번째 중합체 전구체 조성물이 2차 스트림(32)에 첨가될 수 있다. 그렇지 않으면, 모든 반응성 성분을 함유하는 하나의 초흡수성 중합체 전구체 조성물만이 1차 및/또는 2차 스트림(20 및 32)의 하나 이상에 첨가될 수 있다. 그렇지 않으면, 멜트블로운 섬유가 1차 스트림(20)의 하나 또는 둘 다로부터 완전히 제거될 수 있고, 1차 스트림(20)의 하나 또는 둘 다는 상기 언급된 첫번째 중합체 전구체 조성물 및 두번째 중합체 전구체 조성물, 또는 단일의 합쳐진 중합체 전구체 조성물 만을 운반하는 데 사용될 수 있다. 그렇지 않으면, 하나 이상의 추가의 즉, 3차 스트림(도시되지 않음)을 이용하여 초흡수성 중합체 전구체 조성물(들)을 통합된 스트림(56)에 첨가할 수 있다. 도 1의 장치는 1종 이상의 초흡수성 중합체 전구체 조성물의 첨가를 용이하게 하도록 임의의 적절한 방식으로 개조될 수 있다.
광범위하게 다양한 초흡수성 중합체 전구체 조성물이 본 발명의 방법에 사용될 수 있다. 하나 이상의 중합체 조성물은 단량체를 포함할 수 있다. 적절한 초흡수제-형성 단량체는 다음의 단량체 및 이들의 조합을 포함한다.
1. 카르복실 기 함유 단량체: 모노에틸렌계 불포화 모노 또는 폴리-카르복실산, 예를 들면 (메트)아크릴산(아크릴산 또는 메타크릴산을 의미함. 유사한 표기가 이후에도 사용됨), 말레산, 푸마르산, 크로톤산, 소르브산, 이타콘산 및 신남산;
2. 카르복실산 무수물 기 함유 단량체: 모노에틸렌계 불포화 폴리카르복실산 무수물 (예, 말레산 무수물);
3. 카르복실산 염 함유 단량체: 모노에틸렌계 불포화 모노- 또는 폴리-카르복실산의 수용성 염(알칼리 금속 염, 암모늄 염, 아민 염 등)(예, 소듐 (메트)아크릴레이트, 트리메틸아민 (메트)아크릴레이트, 트리에탄올아민 (메트)아크릴레이트, 소듐 말레이트, 메틸아민 말레이트);
4. 술폰산 기 함유 단량체: 지방족 또는 방향족 비닐 술폰산(예, 비닐술폰산, 알릴 술폰산, 비닐톨루엔술폰산, 스티렌 술폰산), (메트)아크릴 술폰산[예, 술포프로필 (메트)아크릴레이트, 2-히드록시-3-(메트)아크릴옥시 프로필 술폰산];
5. 술폰산 염 기 함유 단량체: 상기 언급된 술폰산기 함유 단량체의 알칼리 금속 염, 암모늄 염, 아민 염;
6. 히드록실 기 함유 단량체: 모노에틸렌계 불포화 알코올 [예, (메트)알릴 알코올], 폴리올(알킬렌 글리콜, 글리세롤, 폴리옥시알킬렌 폴리올)의 모노에틸렌계 불포화 에테르 또는 에스테르, 예를 들면 히드록시에틸 (메트)아크릴레이트, 히드록시프로필 (메트)아크릴레이트, 트리에틸렌 글리콜 (메트)아크릴레이트, 폴리(옥시에틸렌 옥시프로필렌) 글리콜 모노(메트)알릴 에테르 (여기에서 히드록실 기는에테르화 또는 에스테르화될 수 있음);
7. 아미드 기 함유 단량체: 비닐포름아미드, (메트)아크릴아미드, N-알킬 (메트)아크릴아미드(예, N-메틸아크릴아미드, N-헥실아크릴아미드), N,N-디알킬 (메트)아크릴 아미드(예, N,N-디메틸아크릴아미드, N,N-디-n-프로필아크릴아미드), N-히드록시알킬 (메트)아크릴아미드 [예, N-메틸올 (메트)아크릴아미드, N-히드록시에틸 (메트)아크릴아미드], N,N-디히드록시알킬 (메트)아크릴아미드 [예, N,N-디히드록시에틸 (메트)아크릴아미드], 비닐 락탐 (예, N-비닐피롤리돈);
8. 아미노 기 함유 단량체: 모노에틸렌계 불포화 모노- 또는 디-카르복실산의 아미노 기 함유 에스테르(예, 디알킬아미노알킬 에스테르, 디히드록시알킬아미노알킬 에스테르, 모르폴리노알킬 에스테르 등) [예를 들면, 디메틸아미노에틸 (메트)아크릴레이트, 디에틸아미노에틸 (메트)아크릴레이트, 모르폴리노에틸 (메트)아크릴레이트, 디메틸 아미노에틸 푸마레이트, 비닐 피리딘(예, 2-비닐 피리딘, 4-비닐 피리딘, N-비닐 피리딘), N-비닐 이미다졸과 같은 헤테로시클릭 비닐 화합물;
9. 4차 암모늄 염 기 함유 단량체: N,N,N-트리알킬-N-(메트)아크릴로일옥시알킬암모늄 염[예, N,N,N-트리메틸-N-(메트)아크릴로일옥시에틸암모늄 클로라이드, N,N,N-트리에틸-N-(메트)아크릴로일옥시에틸암모늄 클로라이드, 2-히드록시-3-(메트)-아크릴로일옥시프로필 트리메틸 암모늄 클로라이드]; 및
10. 에테르 기 함유 단량체: 메톡시 폴리에틸렌 글리콜 (메트)아크릴레이트; 폴리에틸렌 글리콜 디메트아실레이트.
바람직하게는, 본 발명의 방법에 적합한 초흡수제 형성 단량체는, 단독으로또는 조합되어 사용될 수 있는, 지방족 불포화 모노카르복실산 또는 그의 염; 아크릴산 또는 그의 염, 메타크릴산 또는 그의 염과 같은 특정 불포화된 모노카르복실산 또는 그의 염, 또는 말레산 또는 그의 염, 이타콘산 또는 그의 염과 같은 불포화 디카르복실산 또는 그의 염을 비제한적으로 포함한다.
이들 중에서, 아크릴산 또는 그의 염 및 메타크릴산 또는 그의 염이 바람직하며 아크릴산 또는 그의 염이 특히 바람직하다.
본 발명에서 수분-흡수 중합체를 제공하는 중합가능한 단량체는 바람직하게는 전술한 지방족 불포화 카르복실산 또는 그의 염이므로, 상기 중합가능한 단량체의 수용액은 바람직하게는 지방족 불포화 카르복실산 또는 그의 염을 주로 함유하는 수용액이다. 본원에서 사용된, "지방족 불포화 카르복실산 또는 그의 염을 주로 함유하는"이라는 표현은 지방족 불포화 카르복실산 또는 그의 염이 중합가능한 단량체의 총량을 기준으로 할 때 50 몰% 이상, 바람직하게는 80 몰% 이상 함유된 것을 의미한다.
지방족 불포화 카르복실산의 적절한 염은 통상적으로 알칼리 금속 염, 알칼리 토금속 염, 암모늄 염 등과 같은 수용성 염을 포함한다. 중화도는 그 목적에 따라 적절하게 선택되지만, 아크릴산의 경우 카르복실기의 20 내지 90 몰%가 알칼리 금속 염 또는 암모늄 염으로 중화되는 것이 바람직하다. 아크릴 단량체의 부분 중화도가 20 몰% 미만일 경우, 수득되는 수분-흡수 중합체는 낮은 수분-흡수 용량을 갖는 경향이 있다.
아크릴 단량체는 알칼리 금속 수산화물 또는 중탄산염 또는 수산화 암모늄등으로, 바람직하게는 수산화 나트륨 및 수산화 칼륨 같은 알칼리 금속 수산화물로 중화될 수 있다.
초흡수제-형성 단량체는 또한 상기 나열된 임의의 단량체와 함께 중합가능한 공단량체를 포함할 수 있다. 상기 공단량체는 주요 단량체와 동일한 초흡수성 중합체 전구체 조성물의 일부를 형성하거나 상이한 초흡수성 중합체 전구체 조성물의 일부일 수 있고, 동일 또는 상이한 스트림을 이용하는 섬유성 혼합물에 첨가될 수 있다. 주요 단량체가 지방족 불포화 카르복실산일 경우, 적절한 공단량체는 (메트)아크릴아미드, (폴리)에틸렌 글리콜 (메트)아크릴레이트, 2-히드록시에틸 (메트)아크릴레이트와 같은 2차적 단량체를 비제한적으로 포함하거나, 아크릴-덮인 우레탄, 메틸 아크릴레이트 또는 에틸 아크릴레이트와 같은 아크릴 알킬 에스테르를 포함하는 심지어는 약간 수용성인 단량체가 본 발명에서 수득되는 수분-흡수 중합체의 성능에 영향을 주지 않는 범위 내의 양으로 공중합될 수도 있다. 여기에서 사용되는 "(메트)아크릴"이라는 용어는 "아크릴" 및 "메타크릴"을 둘 다 의미한다.
지방족 불포화 카르복실산 또는 그의 염, 특히 아크릴산 또는 그의 염은 경우에 따라서 스스로 자가-가교된 중합체를 형성하지만, 가교제를 사용하여 가교된 구조를 형성하도록 적극적으로 유도될 수 있다. 가교제의 사용은 수득되는 수분-흡수 중합체의 수분-흡수 성능을 통상적으로 향상시킨다. 바람직하게는, 적절한 가교제는 N,N'-메틸렌비스(메트)아크릴아미드, (폴리)에틸렌 글리콜 (메트)아크릴레이트와 같은 상기 중합가능한 단량체와 공중합가능한 디비닐 화합물, 및 에틸렌 글리콜 디글리시딜 에테르, 폴리에틸렌 글리콜 디글리시딜 에테르와 같은 폴리글리시딜 에테르를 포함하는 카르복실산과 반응할 수 있는 2 개 이상의 작용기를 갖는 수용성 화합물을 포함한다. 그 중에서 N,N'-메틸렌비스(메트)아크릴아미드가 특히 바람직하다. 가교제는 단량체의 양을 기준으로 0.001 내지 1 중량%, 바람직하게는 0.01 내지 0.5 중량%의 양으로 사용되며, 단량체와 동일한 초흡수성 중합체 전구체 조성물 중에 첨가되거나 상이한 전구체 조성물의 일부로서 첨가될 수 있다.
전술한 지방족 불포화 카르복실산 또는 그 염을 주로 함유하는 중합가능한 단량체의 수용액 중 중합가능한 단량체의 농도는 20% 이상, 바람직하게는 25% 이상이다. 20 중량% 미만의 농도는 적절한 점도를 갖는 액적(droplet)이 생성되기 어렵고 따라서 수득되는 수분-흡수 중합체가 불충분한 수분-흡수 용량을 갖기 때문에 바람직하지 못하다. 상한은 중합 반응 용액의 취급을 감안할 때 약 80 중량%가 바람직하다.
1종 이상의 중합 개시제가 동일 또는 상이한 초흡수성 중합체 전구체 조성물 중에 단량체(들)로서 첨가될 수 있다. 상기 중합 개시제는 이어지는 활성화가 필요한 경우 또는 상기 개시제가 산화환원 쌍의 단일 성분일 경우에, 단량체와 동일한 전구체 조성물의 부분으로 첨가될 수 있다. 그렇지 않으면, 상기 중합 개시제는, 일단 접촉이 일어나면 중합 개시제가 신속하게 작용하여 상기 단량체 단위를 중합시킬 수 있다는 사실로 인하여, 단량체와 상이한 전구체 조성물의 일부로서 첨가될 수도 있다.
예를 들어 도 1을 참고하면, 산화 라디칼 생성제를 함유하는 하나의 전구체 조성물은 1차 스트림(20)의 하나를 이용하여 첨가될 수 있고, 환원제를 함유하는두번째 전구체 조성물은 다른 1차 스트림(20)을 이용하여 첨가될 수 있다. 즉, 각각의 전구체 조성물은 산화환원 쌍의 상응하는 성분 단독으로 구성되거나, 전구체 조성물의 어느 하나 또는 둘 다는 올리고머(들), 단량체(들), 가교제(들), 중화제의 임의의 조합을 더 포함할 수도 있다. 이와 관련하여, 상기 초흡수성 중합체 전구체 조성물은 하나 또는 양쪽 1차 스트림(20)의 단독 성분이거나, 멜트블로운 섬유 및/또는 기타 섬유 종류와 함께 그 중 하나의 스트림에 첨가될 수 있다. 2 개의 주요 스트림이 올리고머(들), 단량체(들), 가교제(들), 중화제, 셀룰로오스 섬유 및/또는 기타 선택적 성분의 임의의 조합을 함유할 수 있는 2차 스트림(32)와 함께 충돌 영역(30)에서 수렴하는 경우, 상기 중합 반응은 중합 개시제가 서로 접촉하게 된 후에 진행된다. 유사한 방식으로, 상기 예는 1차 스트림(20)이 둘 다 동일한 산화환원 쌍 성분(산화 라디칼 생성제 또는 환원제의 어느 하나)을 함유하고 2차 스트림(32)이 상응하는 산화환원 쌍 성분을 함유하는 경우를 또한 포함한다.
그렇지 않으면, 역시 도 1을 참고하여, 상기 단량체(들)를 함유하는 첫번째 전구체 조성물이 1차 스트림(20)의 하나 또는 둘 다를 이용하여 첨가될 수 있다. 이와 관련하여, 상기 첫번째 초흡수성 중합체 전구체 조성물은 하나 또는 양쪽 1차 스트림(20)의 단독 성분이거나, 멜트블로운 섬유 또는 기타 섬유 종류와 함께 그 중 하나의 스트림에 첨가될 수 있다. 중합 개시제(들)를 함유하는 두번째 전구체 조성물은 상기 2차 스트림(32)에 단독으로 첨가되거나 셀룰로오스 섬유 및 기타 선택적 성분과 함께 첨가될 수 있다. 1차 또는 2차 스트림이 충돌 영역(30)에서 수렴할 경우, 중합 반응은 중합 개시제(들)가 상기 단량체(들)와 접촉된 후에 진행된다.
본 발명에 적합한 중합 개시제는 산화 라디칼 생성제 및 환원제를 조합하는 약간 수용성인 산화환원 계를 비제한적으로 포함한다. 상기 산화제는 과산화 수소, 브롬산 칼륨, N-브로모숙신이미드, 과황산 암모늄, 과황산 나트륨 또는 과황산 칼륨 같은 과황산염, 1-부틸 히드로퍼옥시드 또는 큐멘 히드로퍼옥시드 같은 히드로퍼옥시드를 포함하는 과산화물, 2차 세륨 염, 과망간산염, 아염소산염, 차아염소산염 등을 포함하며, 그 중에서 과산화 수소가 특히 바람직하다. 상기 산화제는 중합가능한 단량체를 기준으로 할 때 0.001 내지 10 중량%, 바람직하게는 0.01 내지 2 중량%의 양으로 사용될 수 있다.
산화환원 계와 함께 환원제가 또한 사용되며, 이는 중합 개시제의 부분으로서 첨가될 수 있다. 적절한 환원제는 상기 산화제와 함께 산화환원 계를 형성할 수 있는 것이며, 구체적으로 아황산 나트륨 또는 아황산수소 나트륨 같은 아황산염, 티오황산 나트륨, 아세트산 코발트, 황산 구리, 황산 제일철, 황산 제일철 암모늄, 메타중아황산 나트륨, 삼차 아민 또는 디아민, L-아스코르브산 또는 L-아스코르브산 알칼리 금속 염 등이다. 다른 것들보다도, L-아스코르브산 또는 L-아스코르브산 알칼리 금속 염이 특히 바람직하다. 상기 환원제가 중합가능한 단량체를 기준으로 0.001 내지 10 중량%, 바람직하게는 0.01 내지 2 중량%의 양으로 사용된다. 바람직하게는, 산화 라디칼 생성제를 함유하는 상기 전구체 조성물은 환원제를 위해 사용된 것과는 다른 첨가 스트림을 이용하여 첨가된다.
공정 조건은 원하는 형태의 구조를 생성하기 위해 맞추어질 수 있다. 예시적 공정 조건은 예를 들면, 참고 문헌으로서 도입되는, 상기 언급된 미국 특허 제 5,350,624 호의 표 1에 개시되어 있다. 공정 조건은 다음 조성을 갖는 흡수성 부직 웹 복합체를 제조하기 위해 맞추어질 수 있다.
조성, 중량%
흡수성 섬유 그 자리에서 형성된초흡수성 중합체 열가소성 멜트블로운및/또는 스테이플 섬유
넓은 1-90 10-99 0-85
중간 20-85 15-80 0-45
좁은 30-70 30-70 10-30
전술한 중합 개시제(들)의 산화환원 계가 사용되는 경우, 화학 반응은 자발적으로 진행된다. 그러나, 사용된 화학 반응의 메카니즘에 따라, 스트림(20 및 32)의 온도, 속도, 스트림이 사용되는 형성 표면 위의 거리, 및 화학적 반응을 촉진 또는 적정화하는 데 필요한 기타 공정 조건을 조절하는 것이 바람직할 수 있다. 용융된 열가소성 중합체가 1차 스트림(20) 내로 압출되는 경우, 일부의 온도가 높아야 할 필요가 있을 것이며, 이는 중합체의 적절한 압출을 허용하는 범위 내에서만 제어가능할 것이다.
통상의 멜트블로운 섬유가 상기 1차 스트림(20)에 첨가되는 경우, 이들은 폴리올레핀, 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리우레탄, 폴리비닐 알코올, 폴리카프로락톤 등을 비제한적으로 포함하는 열가소성 중합체로부터 형성될 수 있다. 적절한 폴리올레핀은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부틸렌, 에틸렌과 기타 알파-올레핀과의 공중합체, 프로필렌과 기타 알파-올레핀과의 공중합체, 부틸렌과 기타 알파-올레핀과의 공중합체, 및 이들의 조합을 비제한적으로 포함한다.
흡수성 섬유가 상기 2차 스트림(32)에 바람직하게 첨가된다. 바람직하게는, 상기 흡수성 섬유는 셀룰로오스 섬유를 포함한다. 셀룰로오스 섬유의 예는 재구성된 셀룰로오스(레이온), 목면, 목재 펄프 섬유, 목재 펄프 플러프, 컬화된(curled) 펄프 섬유, 미세결정성 셀룰로오스, 미세섬유성 셀룰로오스 등을 비제한적으로 포함한다. 합성 열가소성 스테이플 섬유 및 합성 엘라스토머 스테이플 섬유 뿐만 아니라 기타의 친수성 섬유가 또한 사용될 수 있다. 흡수성의 바람직한 수준 또는 탄성 따위의 기타 바람직한 특성에 도달하도록 임의의 바람직한 방식으로 셀룰로오스 및 비-셀룰로오스 섬유의 배합물이 사용될 수도 있다. 미리-형성된 초흡수성 입자 또는 섬유도 첨가될 수 있다. 그러나, 그 자리에서 형성되는 초흡수성 중합체를 사용하는 것의 하나의 장점은 그것이 2차 스트림(32) 중의 셀룰로오스 및 기타 섬유에 강하게 접착되어, 흡수성 복합 재료(54) 중 초흡수제의 균일하고 안정한 분포의 결과를 가져오는 경향이 있다는 것이다. 따라서, 본 발명의 목적을 위해서, 상기 흡수성 복합체(54)는 미리-형성된 초흡수성 입자 또는 섬유가 첨가되건 첨가되지 않건 간에, 적어도 일부의 그 자리에서 형성된 초흡수성 중합체를 포함한다.
그 자리에서 형성될 수 있는 초흡수성 재료 중합체의 예는 폴리(아크릴산) 및 폴리(메타크릴산)의 알칼리 금속 및 암모늄 염, 폴리(아크릴아미드), 폴리(비닐 에테르), 비닐 에테르 및 알파-올레핀과의 말레산 무수물 공중합체, 폴리(비닐 피롤리돈), 폴리(비닐모르폴리논), 및 이들의 혼합물 및 공중합체를 비제한적으로 포함한다. 추가의 초흡수성 재료는 가수분해된 아크릴로니트릴-그래프트화 전분, 아크릴산 그래프트화 전분, 메틸 셀룰로오스, 키토산, 카르복시메틸 셀룰로오스, 히드록시프로필 셀룰로오스와 같은 천연 및 개질된 천연 중합체, 및 알긴산염, 크산탄 고무, 로커스트 빈 고무 등과 같은 천연 고무를 포함한다. 천연 및 전체적으로 또는 부분적으로 합성된 초흡수성 중합체의 혼합물이 본 발명에 또한 유용할 수 있다. 다른 적합한 흡수성 겔형성 재료는 1975년 8월 26일자로 애서슨(Assarsson) 등에게 부여된 미국 특허 제 3,901,236 호에 개시되어 있다. 합성 흡수성 겔형성 중합체를 제조하는 공지의 방법은 1978년 2월 28일자로 마스다(Masuda) 등에게 부여된 미국 특허 제 4,076,663 호, 및 1981년 8월 25일자로 쓰바키모토(Tsubakimoto) 등에게 부여된 미국 특허 제 4,286,082 호에 개시되어 있다.
초흡수성 재료는 습윤 시 하이드로겔을 형성하는 제로겔(xerogel)일 수 있다. 그러나, "하이드로겔"이라는 용어는 또한 초흡수성 중합체 재료의 습윤 및 비습윤된 형태를 둘 다 의미하도록 일반적으로 사용되어 왔다. 초흡수성 재료는 플레이크, 분말, 미립자, 섬유, 연속성 섬유, 그물구조, 용액 방적 필라멘트 및 웹과 같은 다양한 형태일 수 있다. 입자는 예를 들면 나선형 또는 반-나선형, 입방체, 막대-형, 다면체 등 임의의 바람직한 형태일 수 있다. 침상(needles), 플레이크, 섬유 및 이들의 조합이 사용될 수도 있다.
미리-형성된 미립자 초흡수제는 약 20 내지 약 1000 미크론 범위의 입자 크기에서 일반적으로 입수가능하다. 적절한 시판되는 미립자 초흡수제의 예로서 바스프 사(Portsmouth, Virginia 소재의 BASF Corporation)로부터 시판되는 히드라소브(Hydrasorb(R)) P7050, 다우 케미칼 사(Midland, Michigan 소재의 Dow Chemical Co.)로부터 시판되는 드라이테크(DRYTECH(R)) 2035, 및 스톡하우젠 사(Greensborough, North Carolina 소재의 Stockhausen, Inc.)로부터 시판되는 페이버(FAVOR(R)) SXM 880을 들 수 있다. 섬유성 초흡수제의 예로서 테크니칼 업소번츠(영국 Grimsby 소재의 Technical Absorbents)로부터 시판되는 오아시스(OASIS(R)) 101이 있다.
도 2는 본 발명의 방법을 실시하는 데 사용될 수 있거나 사용하기 위해 개조된 공형성 장치의 또다른 예를 도시한다. 도 2의 공형성 장치는 고속 공기 방사된 (즉, 멜트블로운) 섬유 대신 연속적인 저속 공기 방사된 (즉, 스펀본드) 필라멘트를 함유하는 복합체 웹을 형성하도록 고안되었다. 도 2의 장치는 참고문헌으로 도입되는 에쉬웨이(Eschwey) 등의 미국 특허 제 4,902,559 호에도 기재되어 있다.
도 2를 참고하면, 연속적 필라멘트(72)의 하나 이상의 열이 같은 수의 오리피스의 열을 갖는 긴 방사구(71)를 통해 방적된다. 1차 스트림(81)을 나타내는 필라멘트(72)는 유도 및 신장 통로(73)를 통과하여 거기에서 그들의 낙하 방향과 평행한 공기 송풍에 의해 원하는 정도로 신장된다. 공기 스트림의 속도는 소리의 속도까지 이를 수 있다. 유도 통로(73)를 통과한 후, 상기 연속적 필라멘트(72)는 샤프트(74) 내로 통과하며, 그의 제3 바닥은 혼합 영역 M을 형성한다. 혼합 영역M에서, 연마 기구(75)로부터 공급된 셀룰로오스 또는 기타 흡수성 섬유(76)가 하나 이상의 2차 스트림(83) 내로 공급되고 1차 스트림(81)으로부터 공급된 필라멘트(72)와 혼합되어 합쳐진 스트림(85)을 형성한다. 임의의 미리형성된 초흡수제 입자 또는 첨가될 수 있는 기타 재료 역시 혼합 영역 M에 도입된다. 공기 스트림은 또한 필라멘트의 열의 양측 상으로 들어가는 섬유 및 입자의 첨가를 도울 수 있다.
필라멘트 및 섬유, 뿐만 아니라 임의의 추가 재료는 균일하게 움직이는 무한 스크린(78) 상에 침착되고 흡입 기구(79)에 의해 유도된 통풍에 의해 상기 스크린 상에 보유된다. 상기 필라멘트의 침착의 속도 및 방식은 공기 중 필라멘트의 양 및 스크린 아래의 흡입 조건에 의해 제어된다. 흡입 기구(79)는 섬유 및 공기를 함유하는 스트림이 스크린으로부터 반사되거나 수평으로 편향되지 않도록 일정한 흡입 속도를 유지하여야 한다. 흡입된 공기는 세정 장치(도시되지 않음)를 통과한 후 신장 영역(73)으로 되돌려질 수 있다.
형성되는 시트 재료(77)는 그후 하나의 매끈한 및 하나의 엠보싱된 롤러를 갖는 가열된 엠보싱 기구(80)에서 압축 및 강화를 위해 통과된다.
본 발명에 따르면, 하나 이상의 초흡수성 중합체 전구체 조성물이, 합쳐진 스트림(85)이 형성 표면(87)과 접촉하기 전에, 1차 스트림(81), 2차 스트림(83), 및/또는 합쳐진 스트림(85)에 첨가된다. 예를 들면, 첫번째 중합체 전구체 조성물은 1차 스트림(81)에 첨가될 수 있고, 2차 중합체 전구체 조성물은 2차 스트림(83)의 하나 또는 둘 다에 첨가될 수 있다. 그렇지 않으면, 단지 하나의 초흡수제 중합체 전구체 조성물 만이 하나 이상의 1차 및/또는 2차 스트림(81 및 83)에 첨가될 수 있고, 상기 전구체 조성물은 모든 반응성 성분을 함유한다. 그렇지 않으면, 상기 열가소성 섬유는 1차 스트림(81)으로부터 제거될 수 있거나, 셀룰로오스 섬유가 하나의 2차 스트림(83)으로부터 완전히 제거될 수 있고, 그 스트림은 초흡수성 중합체 전구체 조성물을 공급하기 위해서만 사용될 수 있다. 그렇지 않으면, 초흡수성 중합체 전구체 조성물(들)은 하나 이상의 추가의, 즉, 3차 스트림(도시되지 않음)을 이용하여 통합된 스트림(85)에 첨가될 수 있다.
도 2의 장치를 사용할 경우, 상기 열가소성 연속적 필라멘트(72)는 도 1의 멜트블로운 섬유에 관하여 전술한 임의의 열가소성 중합체로부터 형성될 수 있다. 2차 스트림(83) 내로 주입된 셀룰로오스 섬유 및 기타 재료는 도 1에 관하여 기재된 임의의 셀룰로오스 및 기타 재료를 포함할 수 있다. 상기 초흡수성 중합체 전구체 조성물은 위에서 혼합된 임의의 단량체 및 기타 성분을 포함할 수도 있다.
초흡수성 중합체 전구체 조성물(들)은 화학적으로 반응하여 1차 스트림(81) (만일 거기에 첨가되었다면), 2차 스트림(들)(83) (만일 거기에 첨가되었다면), 및/또는 합쳐진 스트림(85)에서 초흡수성 중합체를 형성하고, 합쳐진 성분이 형성 표면(87) 상에 침착된 후에 반응을 계속할 수 있다. 공정 조건은 원하는 종류의 구조를 생성하도록 맞추어져야 한다. 예시적 공정 조건은 예를 들면 참고문헌으로 도입되는 상기 언급된 미국 특허 제 4,902,559 호에 개시되어 있다. 공정 조건은 다음 조성을 갖는 흡수성 부직 웹 복합체를 생성하도록 맞추어질 수 있다:
조성, 중량%
흡수성 섬유 그 자리에서 형성된초흡수성 중합체 열가소성 스펀본드 섬유
넓은 1-90 10-99 0-85
중간 20-85 15-80 0-45
좁은 30-70 30-70 10-30
도 3 및 도 4는 두 초흡수성 중합체 전구체 조성물이 형성 벨트와 접촉하기 전에 서로 및 다른 섬유와 합쳐지는 두 공정(90)을 도시한다. 도 3 및 4를 참고하면, 노즐(91 및 91')은 접합부(92)를 향하여 첫번째 및 두번째 초흡수성 중합체 전구체 조성물을 공급하고, 거기에서 그들이 합쳐진 전구체 스트림(93)으로 합쳐진다(및 반응을 시작할 수 있다). 장치(94 및 94')는 베일(bale)(예, 셀룰로오스)로부터 친수성 섬유를 형성하기 위해 섬유화기(fiberizer), 및/또는 멜트블로운 섬유를 형성하기 위한, 및 섬유를 섬유 스트림(101 및 101') 내에 공급하기 위한 멜트블로운 압출기일 수 있다. 합쳐진 전구체 스트림(93)은 첫번째 스트림(101 및 101')과 합쳐져서 복합체 스트림(95)을 형성하고, 이것이 그 후 형성 컨베이어(96) 상에 미리-압축된 흡수성 복합 재료(97)로서 침착된다. 상기 미리-압축된 흡수성 복합 재료(97)는 그 후 통상의 기술을 이용하여 압축, 접착 또는 달리 처리되어 본 발명의 흡수성 복합 재료를 형성한다.
도 3 및 4의 차이는, 도 3의 실시태양에서는 노즐(91 및 91')이, 첫번째 및 두번째 초흡수성 중합체 전구체 조성물을 별도의 스트림 내로 방출하고 이것이 나중에 합쳐지는 두 별도의 공급 장치(98 및 98')의 부분이라는 점이다. 도 4의 실시태양에서, 상기 노즐(91 및 91')은 단일의 합쳐진 전구체 스트림을 방출하기 전에 상기 첫번째 및 두번째 초흡수성 중합체 전구체 조성물을 한데 합치는 단일의 공급 장치(99)의 부분이다. 두 경우 모두, 상기 첫번째 및 두번째 초흡수성 중합체 전구체 조성물은 접촉 시 서로 반응하기 시작할 수 있으며, 혼합 및 웹 형성 단계 도중 반응을 계속하여 초흡수성 중합체를 형성할 수 있다.
수득되는 흡수성 복합 부직 재료는, 섬유의 표면에 점착되어 자유롭게 움직일 수 없는, 그 자리에서 형성된 초흡수성 입자를 갖는 다수의 친수성 섬유를 포함한다. 적절하게는, 상기 초흡수성 입자는, 액체의 존재 하에 서로 접촉하지 않고 초흡수성 입자가 팽윤될 수 있도록, 약 50 내지 4000 미크론, 바람직하게는 약 200 내지 3000 미크론의 평균 거리로 서로 떨어져 위치하도록 하는 양으로 그 자리에서 형성된다. 적절하게는, 그 자리에서 형성된 초흡수성 입자는 건조하고 비팽윤된 상태에서 종래의 미리-형성된 초흡수성 입자와 동일한 평균 직경을 갖는다. 상기 평균 건조 입자 직경은 약 10 내지 1000 미크론, 바람직하게는 약 20 내지 500 미크론의 범위일 수 있다. 본 발명의 흡수성 복합 재료의 주요 장점은 초흡수성 입자가 섬유성 기질에 점착되어 초흡수성 입자 사이의 거리가 유지된다는 점이다.
본 발명의 흡수성 복합 부직 재료는 다양한 흡수성 제품에, 특히 개인 위생용 흡수성 제품 및 의약용 흡수성 제품에 흡수성 코어 재료로서 유용하다. 개인 위생용 흡수성 제품은 기저귀, 배변연습용 팬츠, 수영복, 흡수성 언더팬츠, 유아용 와이프, 성인 실금자용 제품, 여성 위생 제품 등을 포함한다. 의약용 흡수성 제품은 의약용 흡수성 의류, 드레이프, 가운, 붕대, 상처 드레싱, 언더패드, 와이프 등을 포함한다.
여기에 기재된 본 발명의 실시태양이 현재로서는 바람직한 것이지만, 본 발명의 정신과 범위를 벗어나지 않고 다양한 수정 및 개선이 이루어질 수 있다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구범위에 나타내며, 동등물의 의미 및 범위 내에 해당하는 모든 변화가 거기에 포함되는 것으로 의도된다.

Claims (26)

  1. 첫번째 초흡수성 중합체 전구체 조성물을 제공하는 단계;
    다수의 친수성 섬유를 운반하는 하나 이상의 스트림을 제공하는 단계;
    상기 초흡수성 중합체 전구체 조성물을 상기 친수성 섬유를 운반하는 스트림과 합하여 혼합물을 형성하는 단계;
    상기 초흡수성 중합체 전구체 조성물을 화학적으로 반응시켜 상기 혼합물 내에 초흡수성 중합체를 형성하는 단계;
    상기 혼합물을 형성 표면 상에 침착시키는 단계; 및
    상기 혼합물로부터 흡수성 복합체 부직 웹을 형성하는 단계를 포함하는, 흡수성 복합체 부직 웹의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    첫번째 초흡수성 중합체 전구체 조성물을 운반하는 1차 기체 스트림을 제공하는 단계;
    다수의 친수성 섬유를 운반하는 2차 기체 스트림을 제공하는 단계; 및
    상기 1차 및 2차 기체 스트림을 합하여 상기 혼합물을 운반하는 통합된 스트림을 형성하는 단계를 더 포함하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    다수의 열가소성 섬유를 운반하는 하나 이상의 1차 기체 스트림을 제공하는 단계;
    다수의 친수성 섬유를 운반하는 2차 기체 스트림을 제공하는 단계;
    하나 이상의 1차 및 2차 기체 스트림 중에 상기 첫번째 초흡수성 중합체 전구체 조성물을 제공하는 단계; 및
    상기 1차 및 2차 스트림을 합하여 상기 혼합물을 함유하는 통합된 스트림을 형성하는 단계를 더 포함하는 방법.
  4. 두번째 초흡수성 중합체 전구체 조성물을 제공하는 단계;
    상기 첫번째 초흡수성 중합체 전구체 조성물을 운반하는 1차 기체 스트림을 제공하는 단계;
    다수의 친수성 섬유 및 두번째 초흡수성 중합체 조성물을 운반하는 2차 기체 스트림을 제공하는 단계;
    상기 1차 및 2차 기체 스트림을 합하여 상기 혼합물을 운반하는 통합된 스트림을 형성하는 단계; 및
    상기 첫번째 초흡수성 중합체 전구체 조성물을 상기 혼합물 내의 상기 두번째 초흡수성 중합체 전구체 조성물과 화학적으로 반응시키는 단계를 더 포함하는 방법.
  5. 첫번째 압출 장치를 사용하여 첫번째 다수의 열가소성 섬유를 형성하는 단계;
    첫번째 다수의 열가소성 섬유를 압출 장치로부터 멀리 운반하는 첫번째 1차 기체 스트림을 제공하는 단계;
    첫번째 다수의 흡수성 섬유를 운반하는 첫번째 2차 기체 스트림을 제공하는 단계;
    상기 첫번째 1차 기체 스트림 및 첫번째 2차 기체 스트림을 합하여 열가소성 섬유 및 흡수성 섬유의 혼합물을 포함하는 통합된 스트림을 형성하는 단계;
    첫번째 초흡수성 중합체 전구체 조성물을 제공하는 단계;
    상기 초흡수성 중합체 전구체 조성물을 화학적으로 반응시켜 상기 혼합물 내에 초흡수성 중합체를 형성하는 단계;
    상기 혼합물을 형성 표면 상에 침착시키는 단계; 및
    상기 혼합물로부터 흡수성 복합체 부직 웹을 형성하는 단계를 포함하는, 흡수성 복합체 부직 웹의 제조 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 두번째 압출 장치를 사용하여 두번째 다수의 열가소성 섬유를 형성하는 단계;
    상기 두번째 다수의 열가소성 섬유를 상기 압출 장치로부터 운반하는 두번째 1차 기체 스트림을 제공하는 단계; 및
    상기 두번째 1차 기체 스트림을 상기 첫번째 1차 기체 스트림 및 상기 첫번째 2차 기체 스트림과 합하여 상기 혼합물을 포함하는 통합된 스트림을 형성하는단계를 더 포함하는 방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    두번째 다수의 흡수성 섬유를 운반하는 두번째 2차 기체 스트림을 제공하는 단계; 및
    상기 두번째 2차 기체 스트림을 상기 첫번째 1차 기체 스트림 및 상기 첫번째 2차 기체 스트림과 합하여 상기 혼합물을 포함하는 통합된 스트림을 형성하는 단계를 더 포함하는 방법.
  8. 제 5 항에 있어서,
    두번째 초흡수성 중합체 전구체 조성물을 제공하는 단계; 및
    상기 두번째 초흡수성 중합체 전구체 조성물을 상기 첫번째 초흡수성 중합체 전구체 조성물과 상기 혼합물 내에서 화학적으로 반응시켜 초흡수성 중합체를 형성하는 단계를 더 포함하는 방법.
  9. 제 5 항에 있어서, 상기 첫번째 1차 기체 스트림에 상기 첫번째 초흡수성 중합체 전구체 조성물을 첨가하는 단계를 더 포함하는 방법.
  10. 제 5 항에 있어서, 상기 첫번째 2차 기체 스트림에 상기 첫번째 초흡수성 중합체 전구체 조성물을 첨가하는 단계를 더 포함하는 방법.
  11. 제 5 항에 있어서, 상기 통합된 스트림에 상기 첫번째 초흡수성 중합체 전구체 조성물을 첨가하는 단계를 더 포함하는 방법.
  12. 제 5 항에 있어서, 상기 열가소성 섬유가 멜트블로운 섬유를 포함하는 방법.
  13. 제 5 항에 있어서, 상기 열가소성 섬유가 스펀본드 섬유를 포함하는 방법.
  14. 제 5 항에 있어서, 상기 흡수성 섬유가 셀룰로오스 섬유를 포함하는 방법.
  15. 제 5 항에 있어서, 상기 흡수성 섬유가 친수성 섬유를 포함하는 방법.
  16. 제 5 항에 있어서, 상기 흡수성 섬유가 스테이플 섬유를 포함하는 방법.
  17. 제 5 항에 있어서, 상기 초흡수성 중합체가 폴리(아크릴 산) 및 폴리(메타크릴 산)의 알칼리 금속 및 암모늄 염, 폴리(아크릴아미드), 폴리(비닐에테르), 비닐 에테르 및 알파-올레핀과의 말레산 무수물 공중합체, 폴리(비닐 피롤리돈), 폴리(비닐모르폴리논), 폴리(비닐 알코올) 및 이들의 조합에서 선택된 중합체를 포함하는 방법.
  18. 단량체를 포함하는 첫번째 초흡수성 중합체 전구체 조성물을 제공하는 단계;
    중합 개시제를 포함하는 두번째 초흡수성 중합체 전구체 조성물을 제공하는 단계;
    다수의 셀룰로오스 섬유를 운반하는 하나 이상의 스트림을 제공하는 단계;
    상기 첫번째 및 두번째 초흡수성 중합체 전구체 조성물을 상기 셀룰로오스 섬유와 합하여 혼합물을 형성하는 단계;
    상기 첫번째 및 두번째 초흡수성 중합체 전구체 조성물을 화학적으로 반응시켜 초흡수성 중합체를 형성하는 단계;
    상기 혼합물을 형성 표면 상에 침착시키는 단계; 및
    상기 혼합물로부터 흡수성 복합체 부직 웹을 형성하는 단계를 포함하는, 흡수성 복합체 부직 웹의 제조 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    다수의 열가소성 섬유를 운반하는 하나 이상의 스트림을 제공하는 단계; 및
    상기 열가소성 섬유를 상기 첫번째 및 두번째 초흡수성 중합체 전구체 조성물 및 셀룰로오스 섬유와 합하여 혼합물을 형성하는 단계를 더 포함하는 방법.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 열가소성 섬유가 멜트블로운 섬유를 포함하는 방법.
  21. 제 19 항에 있어서, 상기 열가소성 섬유가 스펀본드 섬유를 포함하는 방법.
  22. 제 18 항에 있어서, 상기 중합 개시제가 산화환원 계의 일부를 포함하는 방법.
  23. 제 18 항에 있어서, 상기 단량체가 지방족 불포화 모노카르복실산 및 그들의 염, 메타크릴산 및 그들의 염, 불포화 디카르복실산 및 그들의 염, 및 이들의 조합으로 구성된 군에서 선택된 화합물을 포함하는 방법.
  24. 제 18 항에 있어서, 상기 단량체가 아크릴산 및 그의 염, 메타크릴산 및 그의 염, 및 이들의 조합으로 구성된 군에서 선택된 화합물을 포함하는 방법.
  25. 첫번째 초흡수성 중합체 전구체 조성물을 제공하는 단계;
    다수의 셀룰로오스 섬유를 운반하는 하나 이상의 스트림을 제공하는 단계;
    상기 초흡수성 중합체 전구체 조성물을 상기 셀룰로오스 섬유를 운반하는 스트림과 합하여 혼합물을 형성하는 한편, 상기 초흡수성 중합체 전구체 조성물을 화학적으로 반응시켜 초흡수성 중합체를 형성하는 단계;
    상기 혼합물을 형성 표면에 침착시키는 단계; 및
    상기 혼합물로부터 흡수성 복합체 부직 웹을 형성하는 단계를 포함하는, 흡수성 복합체 부직 웹의 제조 방법.
  26. 제 25 항에 있어서, 상기 화학 반응은 상기 초흡수성 중합체 전구체 조성물이 셀룰로오스 섬유를 운반하는 스트림과 합쳐지기 전에 인클로저(enclosure) 내에서 시작되고 그후에 계속되는 방법.
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