KR20050025969A - 높은, 조절된 겔층 마찰각을 가진 초흡수성 재료 및그로부터 제조된 복합재료 - Google Patents

높은, 조절된 겔층 마찰각을 가진 초흡수성 재료 및그로부터 제조된 복합재료 Download PDF

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아르빈더 팔씽 카인트
리차드 노리스2세 도지
조세프 레이몬드 펠드캄프
스테이시 아베릭 문드샤우
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킴벌리-클라크 월드와이드, 인크.
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Abstract

본 발명은 조절된 가변성 겔층 마찰각을 갖는 수팽윤성, 수불용성 초흡수성 재료에 관한 것이다. 초흡수성 재료의 겔층 마찰각의 조절은 초흡수성 재료의 팽윤, 초흡수성 재료의 흡수성, 및(또는) 초흡수성 재료를 함유하는 흡수성 복합재료의 흡수성, 탄력성 및 다공성의 조절을 가능하게 할 수 있다. 본 발명은 마찰각을 조절하기 위한 초흡수성 재료의 처리 및 목적하는 마찰각 특성을 갖는 새로운 초흡수성 재료에 관한 것이다. 본 발명은 또한 목적하는 마찰각 특성을 갖는 초흡수성 재료를 이용하는 흡수성 복합재료에 관한 것이다.

Description

높은, 조절된 겔층 마찰각을 가진 초흡수성 재료 및 그로부터 제조된 복합재료{SUPERABSORBENT MATERIALS HAVING HIGH, CONTROLLED GEL-BED FRICTION ANGLES AND COMPOSITES MADE FROM THE SAME}
사람들은 그들의 일상 생활에서 흡수성 제품에 의존한다.
성인 실금용품, 여성 위생용품 및 기저귀를 포함한 흡수성 제품은 일반적으로 실질적으로 액체 투과성인 표면시트; 표면시트에 부착된 실질적으로 액체 불투과성인 배면시트; 및 표면시트와 배면시트 사이에 위치된 흡수성 코어를 결합시킴으로써 제조된다. 제품을 착용할 때, 액체 투과성 표면시트는 착용자의 몸에 인접하게 위치된다. 표면시트는 체액이 흡수성 코어로 통과하게 한다. 액체 불투과성 배면시트는 흡수성 코어에 보유된 유체의 누출 방지를 돕는다. 흡수성 코어는 바람직한 물리적 특성, 예를 들면 높은 흡수 용량 및 높은 흡수 속도를 갖도록 설계되어, 체액이 착용자의 피부로부터 일회용 흡수성 제품으로 운반될 수 있게 한다.
본 발명은 흡수성 코어에 유입되는 유체를 "폐쇄"하는 것을 부분적으로 돕는, 흡수성 코어 (흡수성 복합재료로도 칭함)에 주로 이용되는 수팽윤성, 수불용성 초흡수성 재료에 관한 것이다. 더욱 특별하게는, 본 발명은 초흡수성 재료의 겔층에서 측정되는 변형된 마찰각을 갖는 초흡수성 재료에 관한 것이다. 본 발명의 초흡수성 재료의 겔층 마찰각은 조절가능하며 일정한 패턴을 따른다. 본 발명은 또한 흡수성 복합재료 및 그러한 흡수성 복합재료를 포함하는 흡수성 제품에서의 조절된 겔층 마찰각 초흡수성 재료의 용도에 관한 것이다. 초흡수성 재료의 겔층 마찰각의 조절은 한정되는 것은 아니지만, 초흡수성 재료의 팽윤; 초흡수성 재료 및(또는) 흡수성 복합재료 내의 다른 성분 (예를 들면, 섬유)에 가해지는 응력; 초흡수성 재료를 함유하는 흡수성 복합재료의 투과성; 및(또는) 흡수성 복합재료의 흡수성, 탄력성 및 다공성을 포함한 현상을 조절을 가능하게 한다. 본 발명은 겔층 마찰각을 조절하기 위한 초흡수성 재료의 처리 및 목적하는 겔층 마찰각 특성을 갖는 새로운 초흡수성 재료에 관한 것이다.
흡수성 제품에 사용되는 흡수성 복합재료는 전형적으로 천연 및(또는) 합성 섬유를 함유하는 복합재료 매트릭스와 혼합된, 초흡수성 재료와 같은 흡수성 재료로 이루어진다. 유체가 흡수성 복합재료에 유입될 때, 초흡수성 재료는 유체를 흡수하여 팽윤한다. 초흡수성 재료는 그것이 팽윤될 때 주위 매트릭스 성분 및 아마도 다른 초흡수성 재료와 접촉한다. 초흡수성 재료를 포함하는 흡수성 복합재료에 작용하는 응력은 간극 기공 용적, 즉 초흡수성 재료, 섬유, 다른 성분, 또는 그의 일부 조합 사이의 공간을 줄이는 작용을 할 수 있다 (특별한 유추에 기초하지 않고 예시의 목적으로만, 기공을 가진 스폰지상 재료의 일부 단위 면적에 작용하는 힘, 단위 면적당 힘, 즉 스폰지상 재료의 두께, 및 그에 따른 기공 용적을 감소시키는 작용을 하는 응력을 생각함).
초흡수성 재료는 팽윤할 때, 흡수성 복합재료 매트릭스의 공극내로 재배열하고 매트릭스에 대해 쉽게 팽창하여 추가의 공극을 형성할 수 있다. 또한, 초흡수성 재료가 팽윤할 때, 흡수성 복합재료 내에 및(또는) 상에 작용하는 응력은 적어도 부분적으로 초흡수성 재료의 팽창으로 인해 증가함으로써, 섬유, 초흡수성 재료, 흡수성 복합재료 내의 다른 성분, 또는 그의 일부 조합 사이의 기공 용적이 줄어들게 된다. 복합재료 매트릭스 내에 재배열하는 능력, 및 복합재료 매트릭스 내에 및 상에 작용하는 응력의 크기 및 정도는 초흡수성 재료의 겔층 마찰각을 포함한 몇가지 요인에 좌우된다. 또한, 초흡수성 재료가 복합재료 매트릭스 내에서 이동할 때, 초흡수성 재료는 섬유 및 결합 재료와 같은 주위 매트릭스의 성분들과 접촉할 수 있다. 따라서, 초흡수성 재료의 마찰 성질은 재료가 매트릭스 내에서 팽윤 및 재배열 또는 이동하는 능력, 및 복합재료 매트릭스 내에 및 상에 작용하는 응력의 크기 및 정도에 영향을 줄 수 있다.
초흡수성 재료는 흡수성 복합재료의 공극 내에서 회전 및 병진운동하여 초흡수성 재료가 매트릭스 내에서 가능한한 완전한 팽윤 용량에 가깝게 팽윤하도록 하는 것이 바람직하다. 흡수성 복합재료 매트릭스의 공극 내에서 더욱 쉽게 재배열할 수 있는 초흡수성 재료가 필요하다. 초흡수성 재료가 흡수성 복합재료 매트릭스 내에서 재배열하도록 하고; 흡수성 복합재료 또는 그의 성분(들) 내에 또는 상에 작용하는 응력을 감소 또는 최소화하고; 및(또는) 상기 응력의 형성을 수반할 수 있는 기공 용적의 감소를 줄이는 물리적 역학을 조절하는 방법이 필요하다. 이러한 필요를 충족시키는 새로운 초흡수성 재료는 2002년 7월 30일에 출원된, K-C 사건 번호 17991A로서 칭해지는 동시계류중인 출원 (발명의 명칭: "Superabsorbent Materials Having Low, Controlled Gel-Bed Friction Angles and Composites Made From The Same")에 기재되어 있다. 이러한 동시계류중인 출원은 본원과 일치하는 방식으로 전체적으로 참고로 포함되어 있다.
또한, 흡수성 복합재료가 초기에 높은 다공성을 갖거나 이미 완전히 팽윤된 경우에, 매트릭스 내에 재배열되지 않고, 그에 따라 복합재료 매트릭스 내의 자유 공극 공간을 유지함으로써 다공성 및 복합재료 투과성을 유지하는 초흡수성 재료를 갖는 것이 바람직할 수 있다.
요약
본 발명자는 조절된 겔층 마찰각을 갖는 초흡수성 재료가 이러한 필요 중의 하나 이상을 충족시키는 것을 발견하였다. 따라서, 본 발명은 조절된 겔층 마찰각을 갖는 초흡수성 재료에 관한 것이다. 본 발명의 초흡수성 재료는 통상의 초흡수성 재료가 따르는 겔층 마찰각 패턴과 실질적으로 다른 조절된 겔층 마찰각 패턴을 따르는 겔층 마찰각을 갖는다. 본 발명의 초흡수성 재료는 목적하는 겔층 마찰각을 얻기 위한 비통상적 제조 방법을 이용하여 또는 팽윤 중에 초흡수제 겔층의 마찰각을 증가, 감소 또는 조절하기 위한 첨가제로 처리함으로써 제조될 수 있다. 겔층 마찰각은 모어-쿨롬 (Mohr-Coulomb) 파괴 이론에서 얻은 겔층 또는 초흡수성 재료의 특성이다.
본 발명의 초흡수성 재료는 초흡수성 재료 g 당 0.9 중량% 염화 나트륨 용액 약 5.0 g의 초흡수성 재료 팽윤도에서 제1 겔층 마찰각을 가지며, 초흡수성 재료 g 당 0.9 중량% 염화 나트륨 용액 약 5.0 g을 초과하는 초흡수성 재료 팽윤도에서, 제1 겔층 마찰각과 실질적으로 동일하거나 그보다 큰 겔층 마찰각을 갖는 수팽윤성, 수불용성 초흡수성 재료일 수 있다. 제1 겔층 마찰각은 약 30 ° 이상일 수 있다. 흡수성 복합재료는 다수의 습윤성 재료를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 이들 및 다른 특징, 측면 및 잇점은 다음의 설명, 첨부된 청구의 범위 및 동봉된 도면을 참고로 하면 더 잘 이해될 것이다.
도 1은 매질에 작용하는 응력 (즉, 단위 면적당 힘)에 대한 다공성 매질의 반응의 예를 나타낸다.
도 2는 다공성 매질에서의 평형시의 임의의 요소의 응력 상태의 예를 나타낸다.
도 3은 임의의 요소의 예 및 그 임의의 요소를 통과하는 평면에 작용하는 수직력 및 전단력을 나타낸다.
도 4는 수직 응력 (x 축)에 대한 전단 응력 (y 축)의 플롯 상의 모어 (Mohr) 원의 예를 나타낸다.
도 5는 수직 응력 (x 축)에 대한 전단 응력 (y 축)의 플롯 상의 하나의 가능한 응력 경로에 해당하는 일련의 모어 원의 예를 나타낸다.
도 6은 수직 응력 (x 축)에 대한 전단 응력 (y 축)의 플롯 상의 모어-쿨롬 파괴 포락선과 관련된 모어 원의 예를 나타낸다.
도 7은 수직 응력 (x 축)에 대한 전단 응력 (y 축)의 플롯 상의 모어-쿨롬 파괴 포락선과 관련된 모어 원의 특정 예를 나타낸다.
도 8은 제니크-슐쯔 고리 전단 시험기 (Jenike-Schulze Ring Shear Tester; Jenike & Johanson, Inc. (Westford, Massachusetts 소재)로부터 미국에서 판매됨)의 경우인 마찰각 측정 장치의 예를 나타낸다.
정의
본 명세서의 내용에서, 아래의 각 용어 또는 구는 다음 의미(들)를 포함할 것이다.
"하중 하의 흡수성" (AUL)은 기계적 하중 하의 재료의 액체 보유 능력의 척도를 의미한다. 그것은 1 g의 재료가 약 0.3 lb/inch2 (2,000 Pascal)의 가해진 하중 또는 억제 압력 하에 1시간 내에 흡수할 수 있는 0.9 중량% 염화 나트륨 수용액의 g 단위의 양을 측정하는 시험에 의해 결정된다. AUL을 결정하는 절차는 본원과 일치하는 방식으로 전체적으로 참고로 포함된 미국 특허 제5,601,542호에 제공되어 있다.
"흡수성 제품"은 기저귀, 배변연습용 팬츠, 수영복, 흡수성 언더팬츠, 유아 와이프, 실금용품, 여성 위생용품 및 의료용 흡수성 제품 (예를 들면, 흡수성 의료용 가먼트, 언더패드, 붕대, 드레이프 및 의료용 와이프)을 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
"섬유" 및 "섬유상 매트릭스"는 천연 섬유, 합성 섬유 및 그의 조합을 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 천연 섬유의 예는 셀룰로오스 섬유 (예를 들면, 목재 펄프 섬유), 면 섬유, 울 섬유, 실크 섬유 등, 및 그의 조합을 포함한다. 합성 섬유는 레이온 섬유, 유리 섬유, 폴리올레핀 섬유, 폴리에스테르 섬유, 폴리아미드 섬유, 폴리프로필렌을 포함할 수 있다. 본원에 사용된 용어 "섬유상 매트릭스"는 다수의 섬유를 포함함을 이해하여야 한다.
"자유 팽윤 용량"은 1 g의 재료가 가해진 하중 거의 없이 1시간 내에 흡수할 수 있는, 0.9 중량% 염화 나트륨 용액의 g 단위의 양을 측정하는 시험의 결과를 의미한다.
"겔층 마찰각"은 제니크-슐쯔 고리 전단 시험기 또는 다른 마찰각 측정 기술에 의해 측정된 겔층에서의 초흡수성 재료의 마찰각을 의미한다.
"구배"는 물리적 양, 예를 들면 흡수성 패드의 각종 위치에 존재하는 초흡수성 재료의 양, 또는 질량, 밀도 등과 같은 다른 패드 특성의 크기의 단계적 변화를 의미한다.
"겔층"은 고리 전단 셀과 같은 용기 내의 초흡수성 재료의 양을 의미한다.
"균질 혼합된"은 각각의 물질의 물리적 양의 크기가 조성물 전체에서 실질적으로 일정하게 남아있도록 하는 조성물 내의 2가지 이상의 물질의 균일한 혼합을 의미한다.
"실금용품"은 아동용 흡수성 속옷, 자폐증 아동 또는 지체 장애의 결과로서 방광/장 조절 문제를 가진 다른 사람과 같은 특별한 필요를 가진 아동 또는 청소년용 흡수성 가먼트, 및 노년 실금자용 흡수성 가먼트를 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
"멜트블로운 섬유"는 용융된 열가소성 물질을 통상적으로 원형인 다수의 미세 다이 모세관을 통해, 용융된 열가소성 물질의 필라멘트를 섬세화 (纖細化)시켜 그의 직경을 감소시켜 미세섬유 직경이 될 수 있게 하는 집중 고속의 열기 (예를 들면, 공기) 흐름에 용융 실 또는 필라멘트로서 압출시킴으로써 형성된 섬유를 의미한다. 그후에, 멜트블로운 섬유는 고속 기체 흐름에 의해 운반되고 수집 표면 상에 퇴적되어 불규칙하게 분산된 멜트블로운 섬유의 웹을 형성한다. 그러한 방법은 예를 들면 번틴 (Buntin) 등의 미국 특허 제3,849,241호에 개시되어 있다. 멜트블로운 섬유는 연속적 또는 불연속적일 수 있는 미세섬유이며, 일반적으로 약 0.6 데니어 미만이며, 수집 표면 상에 퇴적될 때 일반적으로 점착성이다. 본 발명에 사용된 멜트블로운 섬유는 바람직하게는 실질적으로 연속적인 길이를 갖는다.
"모어 (Mohr) 원"은 하나 이상의 힘을 받은 재료 내의 응력의 상태를 그래프로 나타낸 것을 의미한다. 모어 원은 아래에 더욱 상세하게 설명된다.
"모어 파괴 포락선"은 파괴 또는 전단 면 상의 수직 응력의 함수로서의 파괴 면에서의 파괴 전단 응력을 의미한다. 모어 파괴 포락선은 아래에 더욱 상세하게 설명된다.
"중합체"는 일반적으로 단독중합체, 공중합체, 예를 들면 블록, 그래프트, 랜덤 및 교대 공중합체, 삼원공중합체 등 및 이들의 블렌드 및 변형물을 포함하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 달리 구체적으로 제한하지 않는 한, 용어 "중합체"는 재료의 모든 가능한 기하학적 배위를 포함할 것이다. 이 배위는 이소택틱, 신디오택틱 및 어택틱 대칭을 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
"초흡수제" 또는 "초흡수성 재료"는 가장 바람직한 조건 하에서 0.9 중량% 염화 나트륨을 함유하는 수용액에서 그의 중량의 약 10배 이상, 더욱 특별하게는 그의 중량의 약 20배 이상을 흡수할 수 있는 수팽윤성, 수불용성 유기 또는 무기 재료를 의미한다. 초흡수성 재료는 천연, 합성 및 개질된 천연 중합체 및 재료일 수 있다. 또한, 초흡수성 재료는 실리카겔과 같은 무기 재료, 또는 가교 결합된 중합체와 같은 유기 화합물일 수 있다. 본 발명의 초흡수성 재료는 입자, 섬유, 플레이크, 구를 포함한 각종 구조 형태를 가질 수 있다.
"패턴" 또는 "일정한 패턴"은 겔층 마찰각의 내용에서 언급될 때 초흡수성 재료의 팽윤도에 대한 겔층 마찰각의 특별한 의존성을 의미한다. 겔층 마찰각의 패턴은 초흡수성 재료의 팽윤도의 함수로서의 초흡수성 재료의 겔층 마찰각의 변화를 의미할 수 있다.
"스펀본디드 섬유"는 용융된 열가소성 물질을 방사구의 통상적으로 원형 또는 다른 형태를 가진 다수의 미세 모세관으로부터 필라멘트로서 압출시키고, 그후에 압출된 필라멘트의 직경을 예를 들면 각각이 본원과 일치하는 방식으로 전체적으로 참고로 포함된, 아펠 (Appel) 등의 미국 특허 제4,340,563호, 도르쉬너 (Dorschner) 등의 미국 특허 제3,692,618호, 마쯔끼 (Matsuki) 등의 미국 특허 제3,802,817호, 키니 (Kinney)의 미국 특허 제3,338,992호 및 제3,341,394호, 하트만 (Hartmann)의 미국 특허 제3,502,763호, 피터슨 (Petersen)의 미국 특허 제3,502,538호 및 도보 (Dobo) 등의 미국 특허 제3,542,615호에서와 같이 급격하게 감소시킴으로써 형성된 작은 직경의 섬유를 의미한다. 스펀본드 섬유는 급냉되며, 일반적으로 이들이 수집 표면 상에 퇴적될 때 점착성이 아니다. 스펀본드 섬유는 일반적으로 연속적이고 종종은 0.3을 초과하는, 더욱 특별하게는 약 0.6 내지 10의 평균 데니어를 갖는다.
이들 용어는 명세서의 나머지 부분에서 추가의 용어로 정의될 수 있다.
연속체 역학, 모어 원 및 모어-쿨롬 파괴 이론의 개요
본 발명자의 발견이 역학에서의 수단 및 용어를 이용하여 설명된다면, 연속체 역학, 모어 원 및 모어-쿨롬 파괴 이론의 개요가 편의상 제공된다. 이러한 개요는 설명의 목적으로만 제공되며, 그것은 본 발명을 특징화하기 위한 분석적 체계를 제공하며, 본원에 개시된 본 발명을 제한하는 것으로 간주되지 않아야 함을 이해하여야 한다.
흡수성 제품 및 복합재료는 다공성 성질을 갖는다. 복합재료를 구성하는 각종 성분들 (예를 들면, 초흡수성 재료 및 섬유) 사이의 개방 공간은 통상적으로 공극 및 기공 공간으로서 칭해진다. 기공 공간은 액체를 저장하고(하거나) 흡수성 복합재료 또는 제품 전체에 대해 액체를 운반하는 도관 또는 경로를 제공하는 작용을 한다. 흡수성 복합재료의 단위 용적당 기공 용적은 통상적으로 "다공성"으로서 칭해진다. 일반적으로, 흡수 성능은 다공성을 증가시킴으로써 개선된다. 예를 들면, 흡수성 복합재료의 투과성, 즉 액체 운반을 용이하게 하는 복합재료의 능력은 다공성 증가에 따라 증가한다 (비표면적 및 왜곡도와 같은 다른 인자들은 동일함).
흡수성 복합재료 또는 제품과 같은 다공성 매질에 가해지는 응력은 비등방성 응력의 경우에 전단 변형 뿐만 아니라 전체적으로 매질의 용적 변형을 야기시키는 것으로 알려져 있다. 도 1은 다공성 매질 (12)의 용적 변형의 예를 도시한다. 도 1의 좌측 영상은 "더 높은 다공성" (10)으로 표시되어 있고 다공성 매질 (12)의 최상부 평면 (14)에 자중(weight)이 가해지지 않은 다공성 매질 (12)을 나타낸다 (최상부 평면은 일부 분리 면을 가짐). 도 1의 우측 영상은 "더 낮은 다공성" (16)으로 표시되어 있고 다공성 매질 (12')의 최상부 평면 (14')에 자중 (18)이 가해진 동일한 다공성 매질 (12')을 나타낸다. 응력, 또는 단위 면적당 수직력, σ (20)을 발생시키는 자중 (18)의 배치에 반응하여, 두께는 감소한다 (ΔL (22)로 표시됨). (주: 본 발명의 목적을 위하여, 압축 응력은 양의 값을 갖는 것으로 표시된다.)
초흡수제 입자 및 섬유와 같은 개개의 성분으로 구성된 다공성 매질 (12) (예를 들면, 흡수성 복합재료)의 경우, 전체적으로 다공성 매질 (12)의 두께 변화, ΔL (22)는 개개의 입자 및 섬유의 개개의 치수 감소로부터 생겨나지 않는다 (이들 개개의 두께 감소는 작거나 무시할 정도임). 대신에, 전체적으로 다공성 매질 (12)의 두께 감소, ΔL (22)는 다공성 (또는, 유사하게는 공극 용적) 감소로부터 생겨난다. 따라서, 도 1에 도시된 예에서, 응력, 또는 단위 면적당 수직력, σ (20)의 증가는 전체적으로 다공성 매질 (12)의 두께 ΔL (22)를 감소시키고, 다공성 매질 (12)의 다공성을 감소시킨다. (주: 도 1에서 기공 내의 유체가 압축 기체이면, 다공성 매질 (12)의 표면에 작용하는 수직 응력은 기공 내의 기체를 압축하거나; 또는 기공 내의 기체의 일부가 다공성 매질 (12)에서 빠져나가도록 하거나; 또는 일부 조합된 현상이 일어날 것이다. 동일한 도 1에서, 기공 내의 유체가 비압축성 액체이면, 다공성 매질 (12)의 표면에 작용하는 수직 응력은 액체의 일부가 다공성 매질 (12)에서 빠져나가도록 할 것이다.)
도 1의 다공성 매질 (12)은 다공성 매질 (12) 내의 임의의 요소에 작용하는 응력을 분석하기 위해 더 시험될 수 있다. 도 2는 평형 시에 - 여기서 육면체의 표면으로 표시되는 - 임의의 요소 (30)의 응력 상태를 예시한다 (임의의 요소는 외부 응력 σ외부 (34)을 받는 다공성 매질 (32) 내에 있음). 이러한 목적을 위하여, 다공성 매질 (32) 내의 임의의 요소 (30)는 연속체로서 취급된다. 도 2에서, 응력 상태는 전단 응력 τ (40) 뿐만 아니라 응력의 2개의 수직 성분, 육면체의 표면에 수평으로 작용하는 σh (36) 및 육면체의 다른 표면에 수직으로 작용하는 σv (38)에 의해 표시된다. 응력의 수직 성분 (36)은 임의의 요소 (30)의 표면에 수직인 반면, 전단 응력 (40)은 임의의 요소 (30)의 표면에 평행하다.
전단 응력 (40)이 0이면 (즉, τ=0), 2개의 수직 응력 (36)은 주응력으로서 칭해진다. 또한, τ=0일 때, 2개의 수직 응력 (36) 중 더 큰 것은 주요 주응력으로 불리우며, 다른 것은 작은 주응력으로 불리운다. 본 발명의 논의를 위하여, 2개의 응력은 주응력이 σh ≥ σv인 것으로 가정된다.
일반적으로 2가지 이상의 응력 발생 원인이 조합되어 도 2에 표시된 것과 같은 주응력을 발생시킨다. 처음 원인은 다공성 매질 (32)의 경계에 작용하는, 아마도 불균일한 외부 응력 (34)이다. 이 응력은 공지된 힘-균형 방정식에 따라서 다공성 매질 (32)을 통해 전해진다. 제2 원인은 다공성 매질 (32)을 구성하는 성분 (예를 들면, 초흡수성 재료)의 팽윤으로 인해 발생된다. 예를 들면, 도 2에 도시된 임의의 요소 (30)에 바로 인접한 블록 또는 요소의 팽윤은, 다른 요소가 임의의 요소 (30)에 대하여 또한 서로 팽창하려고 할 때 임의의 요소 상에 또는 그것을 따라 작용하는 "내부적으로" 발생된 응력을 야기시킬 것이다.
상기한 바와 같이, 도 2에 도시된 것과 같은 임의의 요소 (30)에 작용하는 응력이 주응력일 때, 임의의 요소 (30)의 표면에 작용하는 전단 응력 (40)은 존재하지 않는다. 그러나, 도시된 임의의 요소 (30)를 통과하는 다른 가상의 면 - 도 3에 도시된 바와 같이 수평에서 약간의 각도 α (50), 0 < α< 90°로 배향된 면에 작용하는 전단 응력 (40)이 있다. 도 3은 주요 주평면 (54)에 작용하는 주요 주응력 σh (52) 및 작은 주평면 (58)에 작용하는 작은 주응력 σv (56)을 나타낸다. 수직 응력 σnα (60) 및 전단 응력 τα (62)는 수평에서 각도 α (50)로 배향된 가상의 또는 임의의 평면 (64)에 작용한다.
도 3에 도시된 요소 (66)를 통과하는 임의의 평면 (64)에 각각 작용하는 전단력 (62) 및 수직력 (60)은 도 4에 예시된 바와 같은 모어 원의 그래프 방법을 이용하여 간단히 얻을 수 있다. 도 4는 수직 응력 (x-축) (72)의 함수로서의 전단 응력 (y-축) (70)의 플롯을 나타낸다. 본 발명의 논의를 목적으로, 주응력은 알려진 것으로 가정된다 (예를 들면, 계산 또는 측정에 의해). 작은 주응력 σv (74) 및 주요 주응력 σh (76)의 x-y 좌표는 x-축 위에 놓여진다 (즉, 전단 응력 τ(70)이 0인 경우). 반원 (78)은 작은 주응력 (74) 및 주요 주응력 (76)의 좌표는 반원 (78)의 둘레를 한정하는 호의 종결점에 해당하도록 그려진다. 이러한 반원 (78)의 직경은 주요 주응력 σh (76)과 작은 주응력 σv (74) 사이의 차이의 절반과 동일하다. x-축으로부터의 각도 2α (82)로 반지름 방향 선분 (80)을 작성함으로써 (반지름 방향 선분 (80)의 한 말단은 반원 (78)의 중심에 해당하고, 다른 말단은 주요 주응력에 가장 가까운 반원 호 상의 지점에 해당함), 모어 반원 (78)과 반지름 방향 선분 (80)의 교차점 (88)에서 수직 응력 σnα (84) 및 전단 응력 τα (86) 둘다 얻어진다.
도 5는 하나 이상의 팽윤 성분 (예를 들면, 입상 초흡수성 재료)을 이용하는 다공성 매질에 대한 응력 전개의 일례를 나타낸다. y-축은 다시 전단 응력 τ (100)에 해당하고, x-축은 다시 수직 응력 σ (102)에 해당한다. 다공성 매질로부터의 임의의 요소에 작용하는 작은 주응력 σv (104)이 변화되지 않고 유지된다면, 응력 발전 (예를 들면, 초흡수성 재료의 팽윤을 수반할 것임)은 모두 동일한 작은 주응력 σv (104)을 갖는 모어 원 그룹 (106, 108, 110 및 112)으로서 관찰될 수 있다. 모어 원 (106, 108, 110 및 112)의 진행은 통상적으로 응력 경로 (114) - 더욱 정확하게는, 각 모어 원 (106, 108, 110 및 112)에 대한 평균 응력 및 최대 전단 응력을 동시에 위치시키는 지점에서 일련의 모어 원 (106, 108, 110 및 112)을 통과하는 선으로서 칭해진다.
평균 응력과 동일시되는 각 모어 원 (106, 108, 110 및 112)의 중심은 특별한 임의의 요소 내에 함유된 기공의 용적 변형의 정도를 결정하며, 이는 초흡수성 재료에 의해 경험되는 대략의 응력에 해당할 수 있다.
다공성 매질 내의 응력은 무한정으로 증가하기 보다는 특별한 파괴 평면 (예를 들면, 초흡수성 재료와 섬유 사이의 계면에서; 또는 초흡수성 재료의 개개의 입자 사이의 계면에서; 기타 등등에서)을 따라 이동함으로써 수반되는 파괴가 일어날 것이다. 모어-쿨롬 파괴 기준은 파괴시에 평면에 작용하는 전단력이 다시 파괴시에 동일한 평면에 작용하는 수직력에 선형 비례할 것임을 나타낸다. 그러므로, 모어-쿨롬 이론은 그 이상에서 응력의 안정한 상태가 존재하지 않는, 파괴 한계 또는 포락선을 제공한다. 이러한 파괴 한계에 해당하는 선이 모어 원 (106, 108, 110 및 112)을 도시하는 전단 응력과 수직 응력의 플롯 상에 겹쳐놓여진다면 (초흡수성 재료를 이용하는 다공성 매질에 대한 팽윤도 또는 일정한 상태에 해당하는 것으로 생각될 수 있음), 모어 원 (106, 108, 110 및 112)은 그것이 이러한 직선 포락선에 접하게 되는 정도까지 반경이 증가하기만 할 수 있다 (예를 들면, 다공성 매질 및(또는) 다공성 매질에 이용되는 초흡수성 재료의 추가의 팽윤에 의해).
도 6은 수직 응력 σ (124)에 대한 전단 응력 τ (122)의 플롯 상의 직선 파괴 포락선 (120)을 도시한다. 이 플롯에는 2개의 모어 원 (126 및 128)이 도시되어 있으며, 각 모어 원은 다른 초기 응력 값 - 즉, 작은 주응력 σv (130 및 130')의 2가지의 다른 값을 갖는다. 마찰각 φ (132) 및 응집값 c (134)은 특정 물질 (예, 섬유 및 초흡수성 재료를 포함하는 흡수성 복합재료; 팽윤된, 입상 초흡수성 재료의 겔층; 등)의 특성이다. 원소 역학으로부터의 정적 마찰 계수와 동등한 마찰각 φ (132)의 탄젠트는 증가하는 수직력이 더 큰 최대 전단력을 허용하는 정도의 척도이다. 응집값 c (134)은 제안된 파괴 평면 상에 임의의 수직력이 존재하는 않는 경우 파괴전에 재료가 견딜 수 있는 전단 응력의 양을 나타낸다. 세가지 파라메터 - 마찰각 φ (132), 응집값 c (134) 또는 작은 주응력 σv (130 및 130') 중 어느 하나의 증가는 다공성 물질 중의 더 큰 응력 - 즉, 더 큰 모어 원의 발생을 허용할 것이다. 마찰각 φ (132) 및 응집값 c (134)은 재료의 특성이며 측정될 수 있다 (예를 들면, 본원에 개시된 시험 및 방법론을 이용함). 도 6은 또한 마찰각 φ (132), 응집값 c (134), 파괴 전단 응력 τff (138) 및 파괴 수직 응력 σnff (140)에 관한 수학적 관계 τff = c + σnff (tan φ)(136)를 나타낸다. (주: 이러한 설명에서, σnff는 σff와 동등하며, 둘다 파괴시에 파괴 평면에 작용하는 수직 응력에 관한 용어이다.) 이러한 관계는 아래의 상세한 설명 단락에서 더욱 상세히 설명된다.
이전에 설명한 바와 같이, 일반적으로 흡수성 제품에 압축 응력을 가함으로써 발생되는, 다공성 또는 기공 용적의 감소를 최소화하거나 줄이는 것이 유리하다. 응력 증가를 제한하는 재료 (예를 들면, 조절된, 낮은 겔층 마찰각 초흡수성 재료)를 선택함으로써, 다공성 감소의 정도가 줄어들 수 있다. 예를 들면, 조절된, 낮은 겔층 마찰각 초흡수성 재료는 응력이 다공성, 및 그에 따른 투과성의 상당한 손실을 야기시키는 값으로 상승하기 전에 파괴 개시를 촉진시킬 것이다. 조절된, 낮은 겔층 마찰각 초흡수성 재료를 통해 응력 경감을 제공하는 추가의 잇점은 그러한 초흡수성 재료가 더 많은 부분의 자유 팽윤 용량을 보유할 것이라는 점이다 (초흡수제 용량은 하중 증가에 따라 감소되는 것으로 알려져 있음). 이러한 필요를 충족시키는 새로운 초흡수성 재료는 2002년 7월 30일에 출원된, K-C 사건 번호 17991A로서 칭해지는 동시계류중인 출원 (발명의 명칭: "Superabsorbent Materials Having Low, Controlled Gel-Bed Friction Angles and Composites Made From The Same")에 기재되어 있다. 이러한 동시계류중인 출원은 본원과 일치하는 방식으로 전체적으로 참고로 포함되어 있다.
그러나, 어떠한 상황에서는 높은 겔층 마찰각을 갖는 초흡수성 재료가 유리하다. 예를 들면, 흡수성 복합재료가 고도로 팽윤된 상태이거나 고도로 다공성인 상태이면, 높은 겔층 마찰각을 갖는 초흡수성 재료가 고도로 다공성인 구조를 "고정화 (lock in)"하는데 이용될 수 있다. 본 발명은 그러한 새로운 초흡수성 재료에 관한 것이다.
본 발명은 수팽윤성, 수불용성 초흡수성 재료 및 흡수성 제품의 흡수성 복합재료에서의 초흡수제의 용도에 관한 것이다.
흡수성 제품의 흡수성 복합재료는 일반적으로 셀룰로오스 플러프 펄프와 같은 매트릭스 재료와 균질 혼합된, 초흡수성 섬유 및(또는) 초흡수성 입자와 같은 각종 형태의 초흡수성 재료를, 일부 경우에는 비교적 다량으로 함유한다. 초흡수성 재료 및 셀룰로오스 플러프 펄프의 혼합물은 흡수성 복합재료의 전체에서 균질할 수 있거나 초흡수성 재료는 섬유 매트릭스 내에 구배를 형성하는 것과 같이 흡수성 복합재료 내에 일정하게 위치될 수 있다. 예를 들면, 흡수성 복합재료의 대향 단부에 존재하는 초흡수성 재료보다 더욱 초흡수성인 재료가 흡수성 복합재료의 한 단부에 존재할 수 있다. 별법으로, 흡수성 복합재료의 하부 표면을 따라 존재하는 초흡수성 재료보다 더욱 초흡수성인 재료가 흡수성 복합재료의 상부 표면을 따라 존재할 수 있거나, 흡수성 복합재료의 상부 표면을 따라 존재하는 초흡수성 재료보다 더욱 초흡수성인 재료가 흡수성 복합재료의 하부 표면을 따라 존재할 수 있다. 당업계의 숙련자는 흡수성 복합재료에 이용가능한 각종 실시양태를 이해할 것이다. 본 발명의 수팽윤성, 수불용성 초흡수성 재료는 흡수성 복합재료의 이들 및 다른 각종 실시양태에 사용될 수 있다.
흡수성 복합재료는 일반적으로 초흡수성 재료를 함유하는 매트릭스를 포함한다. 매트릭스는 종종 섬유 재료 또는 발포 재료로부터 제조되지만, 당업계의 숙련자는 복합재료 매트릭스의 각종 실시양태를 이해할 것이다. 하나의 그러한 섬유상 매트릭스는 셀룰로오스 플러프 펄프로 제조된다. 셀룰로오스 플러프 펄프는 적당하게는 목재 펄프 플러프를 포함한다. 셀룰로오스 펄프 플러프는 전체적으로 또는 부분적으로 합성, 중합체 섬유 (예를 들면, 멜트블로운 섬유)로 교체될 수 있다. 합성 섬유는 본 발명의 흡수성 복합재료에 필수적이지는 않지만 포함될 수 있다. 목재 펄프 플러프의 하나의 바람직한 유형은 상품명 CR1654 (보와터 (Bowater, Childersburg, Alabama, U.S.A.)로부터 판매됨)로 명명된다. 셀룰로오스 플러프 펄프는 초흡수성 재료와 균질 혼합될 수 있다. 흡수성 제품 내에서, 균질 혼합된 플러프 및 초흡수성 재료는 신체 배출물을 더욱 잘 함유하고 흡수하기 위해 농도가 더 높은 원하는 대역에 선택적으로 놓여질 수 있다. 예를 들면, 균질 혼합된 플러프 및 초흡수성 재료의 질량은 패드의 배면 부분에서보다 패드의 정면 부분에 더 높은 기본 중량이 존재하도록 조절가능하게 위치될 수 있다.
본 발명의 흡수성 복합재료는 섬유, 초흡수성 재료 및(또는) 임의의 다른 성분의 총 중량을 기준으로, 약 5 내지 약 95 질량%의 초흡수성 재료를 함유할 수 있다. 임의로, 흡수성 복합재료 내의 초흡수성 재료의 질량 조성은 약 20 내지 약 80%일 수 있다. 추가로, 흡수성 복합재료 내의 초흡수성 재료의 질량 조성은 약 40 내지 약 60%일 수 있다.
본 발명에 유용한 적합한 초흡수성 재료는 천연, 합성, 및 개질된 천연 중합체 및 재료로부터 선택될 수 있다. 초흡수성 재료는 실리카겔과 같은 무기 재료, 또는 한천, 펙틴, 구아 검 등과 같은 천연 재료, 및 합성 히드로겔 중합체와 같은 합성 재료를 포함한 유기 화합물일 수 있다. 그러한 히드로겔 중합체는 예를 들면 폴리아크릴산의 알칼리 금속염; 폴리아크릴아미드; 폴리비닐 알코올; 에틸렌 말레산 무수물 공중합체; 폴리비닐 에테르; 히드록시프로필셀룰로오스; 폴리비닐 모르폴리논; 비닐 술폰산의 중합체 및 공중합체; 폴리아크릴레이트; 폴리아크릴아미드; 폴리비닐 피리딘; 폴리아민; 및 그의 조합을 포함한다. 다른 적합한 중합체는 가수분해된 아크릴로니트릴 그래프트된 전분, 아크릴산 그래프트된 전분 및 이소부틸렌 말레산 무수물 공중합체 및 그의 조합을 포함한다. 히드로겔 중합체는 적합하게는 약하게 가교 결합되어 재료를 실질적으로 수불용성으로 만든다. 가교 결합은 예를 들면, 조사에 의해 또는 공유, 이온, 반데르 바알스 또는 수소 결합에 의한 것일 수 있다. 본 발명의 초흡수성 재료는 입자, 섬유, 플레이크, 구 등을 포함한, 흡수성 구조체에 사용하기에 적합한 임의의 형태일 수 있다.
전형적으로, 초흡수성 중합체는 0.9 중량% 염화 나트륨 수용액에서 그의 중량의 약 10배 이상을 흡수할 수 있고, 특별하게는 0.9 중량% 염화 나트륨 수용액에서 그의 중량의 약 20배 이상을 흡수할 수 있다. 본 발명에 따른 처리 또는 변형에 적합한 초흡수성 중합체는 각종 공급업체, 예를 들면 다우 케미칼 캄파니 (Dow Chemical Company, Midland, Michigan, U.S.A.) 및 스톡하우젠 인크. (Stockhausen Inc., Greensboro, North Carolina, USA)로부터 구입가능하다. 본 발명에 따른 처리 또는 변형에 적합한 다른 초흡수성 중합체는 각각이 본원과 일치하는 방식으로 참고로 포함된, 1997년 2월 11일자로 멜리우스 (Melius) 등에게 허여된 미국 특허 제5,601,542호; 1999년 12월에 출원되어 킴벌리-클라크 코포레이션에게 양도된 미국 특허 출원 제09/475,829호; 및 1999년 12월에 출원되어 킴벌리-클라크 코포레이션에게 양도된 미국 특허 출원 제09/475,830호에 기재되어 있다.
본 발명에 사용하기 위해 변형될 수 있는 시판되는 초흡수성 재료의 다른 예는 스톡하우젠으로부터 상품명 FAVOR (등록상표)로 판매되는 폴리아크릴레이트 재료를 포함한다. 그 예로는 FAVOR (등록상표) SXM 77, FAVOR (등록상표) SXM 880 및 FAVOR (등록상표) SXM 9543을 포함한다. 본 발명에 사용하기 위해 변형될 수 있는 다른 폴리아크릴레이트 초흡수성 재료는 다우 케미칼 (Dow Chemical, USA)로부터 DRYTECH (등록상표) 2035와 같은 상품명 DRYTECH (등록상표)로 판매된다.
본 발명의 초흡수성 재료는 비팽윤된 상태로 미국 재료 시험 협회 (ASTM) 시험 방법 D-1921에 따른 체질 (sieve) 분석에 의해 결정된, 약 50 미크론 내지 약 1,000 미크론, 적합하게는 약 100 미크론 내지 약 800 미크론의 최대 단면 직경을 갖는 입자 형태일 수 있다. 상기 범위 내에 드는 초흡수성 재료의 입자는 고체 입자, 다공성 입자를 포함할 수 있거나, 또는 기재된 크기 범위의 입자내로 응집된 더 작은 많은 입자를 포함한 응집된 입자일 수 있음을 이해하여야 한다.
흡수성 복합재료는 또한 각종 화학적 첨가제 또는 처리제, 충전제 또는 기타 첨가제, 예를 들면 점토, 제올라이트 및(또는) 다른 탈취 물질, 예를 들면 활성탄 캐리어 입자 또는 활성 입자, 예를 들면 제올라이트 및 활성탄을 함유할 수도 있다. 흡수성 복합재료는 또한 결합제, 예를 들면 가교결합제 또는 접착제, 및(또는) 결합제 섬유, 예를 들면 이성분 섬유를 포함할 수 있다. 흡수성 복합재료는 흡수성 복합재료의 결합성 및(또는) 형태를 유지하는 적합한 티슈 랩에 의해 랩핑되거나 둘러싸여지거나 그렇지 않을 수 있다.
흡수성 복합재료의 구조 및 성분은 유체를 흡수하도록 설계된다. 섬유 매트릭스의 다공성은 유체가 흡수성 복합재료를 투과하여 유체를 흡수하는 초흡수성 재료와 접촉하도록 한다. 초흡수성 재료는 유체 흡수시에 팽윤한다. 초흡수성 재료의 팽윤은 주위 매트릭스 재료와 같은 외부 요인 및 흡수성 제품 사용자로부터의 압력 (즉, 단위 면적당 힘, 또는 응력)에 의해 영향받을 수 있다. 주위 매트릭스 섬유 및(또는) 초흡수성 재료 및 초흡수성 재료에 대한 압력은 초흡수성 재료의 팽윤을 억제하여 흡수를 중단시키며, 따라서 흡수성 복합재료가 완전한 자유 팽윤 용량에 도달하는 것을 중단시킨다. 또한, 상기한 바와 같이 초흡수성 재료를 이용하는 흡수성 복합재료와 같은 흡수성 복합재료에 작용하는 응력은 흡수성 복합재료의 다공성 및(또는) 투과성을 감소시킬 수 있다.
초흡수성 재료의 마찰각은 초흡수성 재료가 흡수성 복합재료 매트릭스 내에서 이동하거나 팽창하거나, 또는 별법으로 복합재료가 고다공성, 고투과성 구조를 갖는 경우에 그러한 이동을 감소시키는 능력에 영향을 줄 수 있는 중요한 기계적 특성이다. 개략 단락에 상기 논의한 바와 같이, 마찰각은 모어-쿨롬 파괴 이론에서 얻은 것이며, 마찰각의 탄젠트는 정적 마찰의 전통적인 계수와 동등하다. 더 작은 마찰각은 초흡수성 재료와 주위 매트릭스 사이의 더 작은 접촉 마찰, 및 팽윤 중에 매트릭스 내에 재배열하는 초흡수성 재료의 더 큰 능력을 나타내므로 초흡수성 재료가 더 많은 부분의 자유 팽윤 흡수 용량을 보유할 수 있게 된다. 또한, 더 작은 마찰각은 더 낮은 응력 형성 수준에서 파괴 (즉, 예를 들어 초흡수성 재료의 팽윤된 입자 사이의 이동, 또는 초흡수성 재료의 팽윤된 입자와 주위 섬유 매트릭스 사이의 이동 등)를 촉진시킴으로써, 흡수성 복합재료에서의 다공성 및(또는) 투과성의 손실이 감소된다.
한편, 초흡수성 재료가 완전히 팽윤되고 겔층 또는 고다공성 흡수성 복합재료에 있을 때, 더 큰 마찰각은 초흡수성 재료가 복합재료 매트릭스의 공극 내로 재배열되는 것을 억제함으로써 겔층 또는 흡수성 복합재료 투과성을 유지할 수 있는, 초흡수성 재료와 주위 매트릭스 성분 사이의 더 많은 접촉 마찰을 나타낼 수 있다.
초흡수성 재료과 주위 성분의 표면 사이의 파괴 상태는 초흡수성 재료가 습윤 매트릭스 또는 부분적으로 팽윤된 겔층 내에 재배열되도록 한다. 개략 단락에 나타낸 바와 같이, 모어 원은 습윤 겔층 또는 흡수성 복합재료 또는 다공성 매질과 같은 재료의 응력 상태를 설명하는데 사용될 수 있다. 도 7은 특별한 수준으로 팽윤된 전형적인 겔층에 대한 대표적인 모어 원 (150 및 152)을 나타낸다. 도 7은 초흡수성 재료 g 당 염수 용액 2.0 g의 팽윤도에서 초흡수제 FAVOR (등록상표) 9543에 대한 모어 원 (150 및 152)을 나타낸다. 더 큰 모어 원 (152)은 약간의 예비-압밀 응력이 겔층에 가해진 상황을 나타내며, 더 작은 모어 원 (150)은 일부 주요 주응력이 겔층의 어느 곳에 존재하고 작은 주응력이 0인 상황을 나타낸다. 도 7에 도시되지는 않지만, 모어 원 (150 및 152)은 각각의 가해진 정상 응력에서 만들어진다. 초흡수성 재료에 대한 파괴 상태는 모어 파괴 포락선 (Mohr failure envelope)을 함께 한정하는 파괴시의 일련의 모어 원에 의해 설명된다. 도 7에 선 (154)으로서 나타내어진 모어 파괴 포락선은 주로 선에 매우 가까우며, 이는 동일한 면에 작용하는 수직 응력에 대한, 파괴 면 상의 파괴 전단 응력을 나타낸다. 주로 모어-쿨롬 파괴 기준으로서 칭해지는 선형화된 파괴 포락선 (154)은 다음 식으로 수학적으로 표시될 수 있다:
τff = c + σff (tan φ)
여기서, τff는 전단 응력이고, c는 유효 응집 상수이고, σff는 수직 응력이고, φ는 겔층 또는 초흡수성 재료의 마찰각이다. 유효 응집 상수는 그래프 상에 값 (156)으로 나타내어져 있으며, 이는 주위 매질에 대한 흡수제 입자의 응집에 관한 것이다.
본 발명의 초흡수성 재료의 겔층 마찰각은 토양 역학과 같은 분야에 이용되는 각종 방법을 이용하여 결정될 수 있다. 겔층 마찰각을 결정하기 위한 유용한 기기는 시그마 1과 같은 삼축 전단 측정 기기 (GeoTac (Houston, Texas 소재)에서 판매됨), 또는 제니크-슐쯔 고리 전단 시험기 (Jenike & Johanson (Westford, Massachusetts 소재)에서 판매됨)와 같은 고리 전단 시험기를 포함한다.
도 8은 참조 번호 (170)으로 표시된 제니크-슐쯔 고리 전단 시험기의 부분 절취 개략도를 나타낸다. 고리 전단 시험기 (170)는 고리 전단 셀 (172)을 방향 ω로 회전시킬 수 있는 모터 (도시하지 않음)에 연결된 고리 전단 셀 (172)을 갖고 있다. 고리 전단 셀 (172) 및 뚜껑 (174)은 시험될 초흡수성 재료 겔층 (176)을 함유한다. 뚜껑 (174)은 고리 전단 셀 (172)에 고정되지 않으며, 크로스빔 (178)은 뚜껑 (174)에 걸쳐져 2개의 안내 롤 (180)과 2개의 타이 로드 (182)를 뚜껑 (174)에 연결한다. 팽윤된 초흡수성 재료 겔층 (176)의 겔층 마찰각을 측정하기 위해, 초흡수성 재료를 고리 전단 셀 (172) 외부에서 팽윤시키고 고리 전단 셀 (172)에 놓는다. 일정한 힘 N을 자중 (도시하지 않음)을 이용하여 뚜껑 (174)에, 그에 따라 초흡수성 재료 (176)에 가할 수 있다. 더 낮은 표준 압력에서 시험하기 위해 평행추 시스템 (도시하지 않음)을 결합시킬 수 있다. 고리 전단 셀 (172)이 컴퓨터 제어 모터 (도시하지 않음)에 의해 방향 ω로 회전할 때, 고리 전단 셀 (172)과 접촉하는 초흡수성 재료 겔층 (176)에 전단 응력이 가해진다. 타이 로드 (182)에 연결된 기기는 힘 F1 및 F2를 측정하며, 이를 이용하여 초흡수성 재료 겔층 (176)의 (일정하게 가해진 수직 응력에 대한) 파괴 전단 응력을 결정한다.
본 발명의 한 실시양태에서, 높은 겔층 마찰각을 가진 초흡수성 재료는 고도로 팽윤된 상태 또는 고다공성 상태인 흡수성 복합재료에 유용하다. 본 발명의 한 실시양태에서, 초흡수성 재료의 겔층 마찰각은 초흡수성 재료 g 당 0.9 중량% 염화 나트륨 수용액 약 5.0 g의 초흡수성 재료 팽윤도 (g/g)에서 약 30 ° 이상일 수 있으며, 약 5 g/g을 초과하는 팽윤도에서 약 30 °에서 유지되거나 그 이상으로 증가한다. 더욱 적합하게는, 초흡수성 재료의 겔층 마찰각은 초흡수성 재료 g 당 0.9 중량% 염화 나트륨 수용액 약 5.0 g의 초흡수성 재료 팽윤도 (g/g)에서 약 33 ° 이상일 수 있으며, 약 5 g/g을 초과하는 팽윤도에서 약 33 °에서 유지되거나 그 이상으로 증가한다. 더욱 특별하게는, 초흡수성 재료의 겔층 마찰각은 초흡수성 재료 g 당 0.9 중량% 염화 나트륨 수용액 약 5.0 g의 초흡수성 재료 팽윤도 (g/g)에서 약 38 ° 이상일 수 있으며, 약 5 g/g을 초과하는 팽윤도에서 약 38 °에서 유지되거나 그 이상으로 증가한다.
흡수성 복합재료가 고다공성을 갖거나 고도로 팽윤된 상태인 경우, 초흡수성 재료의 높은 마찰각은 흡수성 복합재료 매트릭스 내의 재배열을 느리게 하고(하거나) 억제할 수 있다. 필요시에 초흡수성 재료의 재배열을 느리게 하고(하거나) 억제하는 것으로 개방 복합재료 구조를 유지할 수 있으며, 그에 따라 바람직한 흡수성 복합재료 투과성을 유지하게 된다. 높은 겔층 마찰각 초흡수성 재료는 하중 하에 고도의 개방 구조를 유지하는데 특히 적합할 수 있다. 높은 초흡수성 재료 겔층 마찰각은 제조 공정을 통해 또는 더 낮은 마찰각 초흡수성 재료를 습윤 시에 초흡수성 재료의 겔층 마찰각을 증가시키는 각종 마찰각 증가 첨가제로 처리함으로써 얻어질 수 있다. 본 발명의 한 실시양태에서, 양이온성 중합체 마찰각 증가 첨가제 키토산은 음이온성 초흡수성 중합체 사이에 점착 조건을 형성하여 더 높은 마찰각으로 유도할 수 있다. 그러한 마찰각 증가 첨가제의 다른 예는 한정되는 것은 아니지만, 소듐 실리케이트, 소듐 알루미네이트 및 알루미노 실리케이트를 포함한다.
겔층 마찰각 증가 첨가제, 계면활성제 또는 유화제의 양은 팽윤 또는 비팽윤된 초흡수성 재료의 약 1.0 중량% 이하일 수 있다. 임의로, 겔층 마찰각 증가 첨가제, 계면활성제 또는 유화제의 양은 팽윤 또는 비팽윤된 초흡수성 재료의 약 10.0 중량% 이하일 수 있다. 또한, 겔층 마찰각 증가 첨가제, 계면활성제 또는 유화제의 양은 팽윤 또는 비팽윤된 초흡수성 재료의 약 100.0 중량% 이하일 수 있다. 겔층 마찰각 증가 첨가제, 계면활성제 또는 유화제의 양은 팽윤 또는 비팽윤된 초흡수성 재료의 약 0.001 중량% 이상일 수 있다. 임의로, 겔층 마찰각 증가 첨가제, 계면활성제 또는 유화제의 양은, 팽윤 또는 비팽윤된 초흡수성 재료의 약 0.1 중량% 이상일 수 있다. 또한, 겔층 마찰각 증가 첨가제, 계면활성제 또는 유화제의 양은 팽윤 또는 비팽윤된 초흡수성 재료의 약 1.0 중량% 이상일 수 있다.
본 발명의 흡수성 복합재료는 상기 동시계류중인 출원에 기재된 바와 같이, 낮은 겔층 마찰각을 가진 초흡수성 재료 뿐만 아니라 본 발명의 각종의 조절된 겔층 마찰각 초흡수성 재료를 포함할 수 있다. 조절된 겔층 마찰각을 가진 초흡수성 재료는 흡수성 복합재료 내에 균질 혼합되거나 각각의 조절된 겔층 마찰각이 요구되는 다른 흡수성 복합재료 면 내에 선택적으로 위치될 수 있다.
본 발명의 한 실시양태에서, 초흡수성 재료의 겔층 마찰각은 팽윤 중에 수팽윤성, 수불용성 중합체와 결합되어 초흡수성 재료 구조내에 위치된 마찰각 증가 첨가제에 의해 증가될 수 있다. 마찰각 증가 첨가제는 초흡수성 재료가 팽윤할 때 중합체 구조 내로부터 초흡수성 재료의 표면으로 이동하는 경향을 갖는다. 사실상, 마찰각 증가 첨가제는 건조될 때 초흡수성 재료 표면을 코팅하지 않거나 실질적으로 코팅하지 않으며, 습윤 시에, 그것은 팽윤 중에 표면으로 이동하여 초흡수성 재료의 겔층 마찰각 증가를 야기할 수 있다. 마찰각 증가 첨가제는 천연 또는 합성인 유기 및(또는) 무기 첨가제일 수 있다.
마찰각 증가 첨가제 혼합물, 및 마찰각 증가 첨가제 이외에 사용될 수 있는 저농도의 유화제 및(또는) 계면활성제는 초흡수성 재료의 겔층 마찰각을 증가시키는 것을 도울 수 있다. 유화제 및 계면활성제는 비극성 마찰각 증가 첨가제와 극성 마찰각 증가 첨가제 사이의 혼화성을 증가시킬 수 있다. 유화제 및 계면활성제는 또한 팽윤된 초흡수성 재료를 코팅하는데 구성 요소로서의 역할을 할 수 있다. 본 발명에서는 사용된 마찰각 증가 첨가제에 따라서 각종 유화제 및(또는) 계면활성제가 사용될 수 있다. 유화제의 예는 포스파티딜콜린 및 레시틴이다. 액상 계면활성제의 예는 소르비탄 모노라우레이트, 트리톤 (등록상표) 계열 화합물 (X-100, X-405 & SP-135) (J.T. Baker로부터 판매됨), 브리즈 (등록상표) 계열 화합물 (92 및 97) (J.T. Baker로부터 판매됨), 폴리옥시에틸렌 (80) 소르비탄 모노라우레이트, 폴리옥시에틸렌 소르비탄 테트라올레에이트, 및 트리에탄올아민 및 기타 알코올 아민 및 그의 조합을 포함한다. 마찰각 또는 응집값 변경 첨가제, 유화제 및 계면활성제와 같은 극성 및 비극성 화합물의 혼합물을 사용할 때, 비극성 화합물은 극성 화합물보다 더 큰 비율로 존재할 수 있다.
본 발명의 또다른 실시양태에서, 초흡수성 재료의 겔층 마찰각은 흡수성 복합재료의 매트릭스 내에 위치된 마찰각 증가 첨가제에 의해 증가될 수 있다. 마찰각 증가 첨가제는 매트릭스 성분과 결합되어 있다 (예를 들어, 습윤성 매트릭스 섬유 상에 코팅됨). 마찰각 증가 첨가제는 습윤시에 섬유로부터 방출되고 초흡수성 재료의 표면과 결합하여 초흡수성 재료의 겔층 마찰각을 증가시키는 경향이 있다. 적합하게는, 마찰각 증가 첨가제는 습윤시에 조절된 속도로 매트릭스 성분과 분리되며, 따라서 일정 기간에 걸쳐 초흡수성 재료의 겔층 마찰각을 점차적으로 증가시킨다. 마찰각 증가 첨가제는 천연 또는 합성인 유기 및(또는) 무기 첨가제일 수 있다.
초흡수성 재료의 마찰각을 변경시킬 수 있는 마찰각 증가 첨가제 및 마찰각 감소 첨가제와 같은 첨가제는 초흡수제로 직접 또는 간접적으로 전달될 수 있다. 직접 전달은 초흡수성 재료 자체로부터의 방출을 통해 일어날 수 있는 반면, 간접 전달은 초흡수성 재료 및(또는) 흡수성 복합재료 내에 또는 인접하게 위치된 섬유 또는 일부 다른 성분으로부터 일어날 수 있다. 또한, 마찰각 변경 첨가제는 흡수성 복합재료에 존재하는 기존의 성분으로부터의 방출을 통해 또는 가장 적당한 순간에 마찰각 변경 첨가제를 방출하도록 고안된 일부 화학 반응의 결과로서 일정 기간에 걸쳐 점차적으로 전달될 수 있다. 예를 들면, 마찰각 변경 첨가제는 초흡수성 재료의 표면에 부착되거나 그의 내부에 묻혀지거나, 또는 그것은 한정되는 것은 아니지만 섬유 재료를 포함한, 흡수성 복합재료에 존재하는 일부 다른 성분 상에 및(또는) 내에 가해질 수 있다. 마찰각 변경 첨가제는 즉시 이용가능하여 마찰각의 즉각적인 변경을 유도하거나, 또는 화학 반응 또는 확산 또는 일부 다른 기전때문에 소정의 시간에서 소정의 방식으로 마찰각을 점차적으로 변경할 수 있다.
목적하는 초기 마찰각을 가진 재료를 제공하기 위해 초흡수성 재료, 섬유 및(또는) 섬유상 매트릭스, 및(또는) 흡수성 복합재료에 사용될 수 있는 다른 성분을 마찰각 감소 첨가제, 마찰각 증가 첨가제 및(또는) 그의 조합과 같은 마찰각 변경 첨가제로 처리하는 것이 바람직할 수 있다. 목적하는 초기 마찰각을 제공하기 위해 마찰각 변경 첨가제로 처리한 재료는 그후에 본 발명에 따라서 추가의 마찰각 변경 첨가제로 처리할 수 있다. 본원에서 마찰각에 대하여 사용되는 용어 "실질적으로"는 +/- 1 ° 내를 의미한다. 본원에서 응집값에 대하여 사용되는 용어 "실질적으로"는 +/- 100 Pascal 내를 의미한다.
본 발명의 조절된 겔층 마찰각 초흡수성 재료는 흡수성 제품에 유용한 흡수성 복합재료에 포함될 수 있다. 본 발명의 각종의 조절된 겔층 마찰각 초흡수성 재료는 섬유 복합재료, 예를 들면 멜트블로운, 에어레이드 및 스펀본드 복합재료 및 발포 복합재료를 포함한, 상기한 바와 같은 당업계에 공지된 각종 복합재료 구조에 사용될 수 있다. 본 발명의 초흡수성 재료는 흡수성 복합재료에 입자, 플레이크, 섬유 및 구를 포함한 각종 구조로 형성될 수 있다.
본 발명의 한 실시양태에 따라서, 초흡수성 재료는 수팽윤성, 수불용성 초흡수성 재료를 포함할 수 있다. 초흡수성 재료는 초흡수성 재료 g 당 0.9 중량% 염화 나트륨 용액 약 5.0 g의 초흡수성 재료 팽윤도에서 제1 겔층 마찰각을 가질 수 있다. 초흡수성 재료는 또한 초흡수성 재료 g 당 0.9 중량% 염화 나트륨 용액 약 5.0 g을 초과하는 초흡수성 재료 팽윤도에서, 제1 겔층 마찰각과 실질적으로 동일하거나 그보다 큰 겔층 마찰각을 가질 수 있다. 제1 겔층 마찰각은 약 30 ° 이상일 수 있다.
본 발명의 다른 면에 따라서, 제1 겔층 마찰각은 약 38 ° 이상일 수 있다. 수팽윤성, 수불용성 초흡수성 재료는 주로 천연 재료, 개질된 천연 재료, 합성 재료 및 그의 조합으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
수팽윤성, 수불용성 초흡수성 재료는 주로 실리카겔, 한천, 펙틴, 구아 검, 폴리아크릴산의 알칼리 금속염, 폴리아크릴아미드, 폴리비닐 알코올, 에틸렌 말레산 무수물 공중합체, 폴리비닐 에테르, 히드록시프로필셀룰로오스, 폴리비닐 모르폴리논, 비닐 술폰산의 중합체 및 공중합체, 폴리아크릴레이트, 폴리아크릴아미드, 폴리비닐 피리딘, 아크릴로니트릴 그래프트된 전분, 아크릴산 그래프트된 전분, 이소부틸렌 말레산 무수물 공중합체 및 그의 조합으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. 대안으로, 수팽윤성, 수불용성 초흡수성 재료는 주로 실리카겔, 한천, 펙틴, 구아 검, 폴리아크릴산의 알칼리 금속염, 폴리아크릴아미드, 폴리비닐 알코올, 에틸렌 말레산 무수물 공중합체, 폴리비닐 에테르, 히드록시프로필셀룰로오스, 폴리비닐 모르폴리논, 비닐 술폰산의 중합체 및 공중합체, 폴리아크릴레이트, 폴리아크릴아미드, 폴리비닐 피리딘, 아크릴로니트릴 그래프트된 전분, 아크릴산 그래프트된 전분, 이소부틸렌 말레산 무수물 공중합체, 폴리아민 및 그의 조합으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
본 발명은 초흡수성 재료와 결합된 마찰각 증가 첨가제를 더 포함할 수 있다. 마찰각 증가 첨가제는 주로 키토산, 소듐 실리케이트, 소듐 알루미네이트, 알루미노 실리케이트 및 그의 조합으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. 초흡수성 재료는 입자, 섬유, 플레이크, 구 및 그의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 구조를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또다른 실시양태에 따라서, 흡수성 복합재료는 다수의 습윤성 섬유 및 습윤성 섬유와 결합된 수팽윤성, 수불용성 초흡수성 재료를 포함할 수 있다. 초흡수성 재료는 초흡수성 재료 g 당 0.9 중량% 염화 나트륨 용액 약 5.0 g의 초흡수성 재료 팽윤도에서 제1 겔층 마찰각을 가질 수 있다. 초흡수성 재료는 또한 초흡수성 재료 g 당 0.9 중량% 염화 나트륨 용액 약 5.0 g을 초과하는 초흡수성 재료 팽윤도에서, 제1 겔층 마찰각과 실질적으로 동일하거나 그보다 큰 겔층 마찰각을 가질 수 있다. 제1 겔층 마찰각은 약 30 ° 이상일 수 있다.
본 발명의 다른 면에 따라서, 제1 겔층 마찰각은 약 38 ° 이상일 수 있다. 수팽윤성, 수불용성 초흡수성 재료는 주로 천연 재료, 개질된 천연 재료, 합성 재료 및 그의 조합으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
수팽윤성, 수불용성 초흡수성 재료는 주로 실리카겔, 한천, 펙틴, 구아 검, 폴리아크릴산의 알칼리 금속염, 폴리아크릴아미드, 폴리비닐 알코올, 에틸렌 말레산 무수물 공중합체, 폴리비닐 에테르, 히드록시프로필셀룰로오스, 폴리비닐 모르폴리논, 비닐 술폰산의 중합체 및 공중합체, 폴리아크릴레이트, 폴리아크릴아미드, 폴리비닐 피리딘, 아크릴로니트릴 그래프트된 전분, 아크릴산 그래프트된 전분, 이소부틸렌 말레산 무수물 공중합체 및 그의 조합으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. 대안으로, 수팽윤성, 수불용성 초흡수성 재료는 주로 실리카겔, 한천, 펙틴, 구아 검, 폴리아크릴산의 알칼리 금속염, 폴리아크릴아미드, 폴리비닐 알코올, 에틸렌 말레산 무수물 공중합체, 폴리비닐 에테르, 히드록시프로필셀룰로오스, 폴리비닐 모르폴리논, 비닐 술폰산의 중합체 및 공중합체, 폴리아크릴레이트, 폴리아크릴아미드, 폴리비닐 피리딘, 아크릴로니트릴 그래프트된 전분, 아크릴산 그래프트된 전분, 이소부틸렌 말레산 무수물 공중합체, 폴리아민 및 그의 조합으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
본 발명은 초흡수성 재료와 결합된 마찰각 증가 첨가제를 더 포함할 수 있다. 마찰각 증가 첨가제는 주로 키토산, 소듐 실리케이트, 소듐 알루미네이트, 알루미노 실리케이트 및 그의 조합으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. 초흡수성 재료는 입자, 섬유, 플레이크, 구 및 그의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 구조를 더 포함할 수 있다.
흡수성 복합재료는 습윤성 섬유와 결합된 마찰각 증가 첨가제를 더 포함할 수 있다. 마찰각 증가 첨가제는 주로 키토산, 소듐 실리케이트, 소듐 알루미네이트, 알루미노 실리케이트 및 그의 조합으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
마찰각 측정
제니크-슐쯔 고리 전단 시험기 장치와 같은 고리 전단 시험 장치를 사용하여 초흡수성 재료 겔층 마찰각을 결정할 수 있다. 시험하기 위해, 충분량 (200-1000 g)의 팽윤된 초흡수성 재료 (예를 들면, 팽윤도 0-30 g/g 이상)를 고리 전단 셀 내에 놓는다. 아래에 기재된 샘플에 대해, 제니크-슐쯔 고리 전단 시험기에 대한 매뉴얼 'RST-01.pc,RST-CONTROL'에 기재된 바와 같은 '항복 곡선'을 결정하기 위한 표준 절차를 따른다. 재료 제조 및 시험 절차에 대한 특정의 상세한 설명은 아래에 기재되어 있다:
먼저 특정량의 용액 (200-1000 g)을 블렌더 볼 (볼의 대략 용적: 5 quart)에 붓고 다음에 교반기를 최저 속도 셋팅하여 (셋팅 범위 1-10, 1은 최저이고 10은 최고) 유체를 서서히 교반시키면서 일정량 (20-600 g)의 건조 초흡수성 재료를 첨가하여 초흡수성 재료를 키친 에이드TM 블렌더 (모델 #K5SS, 5 Quart)에서 0.9 중량% 염화 나트륨 수용액 (예를 들면, Ricca Chemical Company (Arlington, Texas 소재)로부터 판매됨)으로 소정의 농도까지 팽윤시킨다. 팽윤 용액을 모든 초흡수성 재료에 균일하게 분포되도록 이를 행한다. 초흡수성 재료에 의해 모든 용액이 흡수될 때 (흡수 시간: 0-30 분), 볼을 블렌더에서 제거하고, 증발을 방지하기 위해 커버하고 유체가 각 입자 전체에 골고루 분포되도록 1시간 동안 평형화하였다. 샘플을 15분 마다 수동으로 혼합하여 응집이 일어나지 않도록 한다.
SAP 용량(g/g) SAP-유체 비 필요 건조중량 (g) 필요 염수중량 (g) SAP-유체총 중량 (g) 표준 고리 셀에대한 양 (g)
1 1:1 250 250 500 350-450
2 1:2 150 300 450 350-450
5 1:5 80 400 480 400-480
10 1:10 50 500 550 450-550
15 1:15 40 600 640 540-640
20 1:20 30 600 630 550-630
코팅을 초흡수성 재료에 도포한다면, 적절한 코팅 첨가제를 예를 들어, 아래에 기재한 바와 같이 별개로 제조한다. 키친 에이드TM 블렌더를 사용하여 먼저 팽윤된 초흡수성 재료를 볼에 도입하고, 다음에 교반기를 항상 최저 속도 셋팅하여 (셋팅 범위 1-10, 1은 최저이고 10은 최고) 초흡수성 재료를 볼에서 회전시키면서 코팅 첨가제를 서서히 첨가하여 (첨가 시간: 1-30분) 평형화되고 (약 1시간) 팽윤된 초흡수성 재료를 골고루 코팅시킨다. 처리제의 동일한 분포를 유지하기 위해 코팅된 초흡수성 재료를 5분 마다 수동 혼합하며 0-30분 동안 둔다.
제니크-슐쯔 고리 전단 시험기 장치를 사용하여 겔층 마찰각 및 유효 응집 측정치를 결정한다. 제니크-슐쯔 고리 전단 시험기를 사용하여 각종 팽윤도에서 초흡수성 재료 겔층의 겔층 마찰각 값을 얻는다. 고리 전단 시험기를 제공된 제조업자의 설명서에 따라서 작동시키고 보정한다. 샘플을 초흡수제 겔층이 골고루 분포되도록 하면서 고리 전단 셀 (용적 고리 셀 - 표준: 942.48 ㎤)에 부하시킨다 (상기 표 참조). 0.9 중량% 염화 나트륨 용액으로 1시간 동안 가상 평형화한 후에, 고리 전단 셀을 시험될 벌크 초흡수성 재료로 채운다 (상기 표 참조). 초흡수성 재료를 압축시키지 않고 스파튤라로 과량의 재료를 제거하여 골고루 채운다. 초흡수성 재료 겔층은 고리 전단 셀의 상부와 적당하게 같은 높이로 한다. 채워진 고리 전단 셀 (뚜껑이 없음)의 중량을 저울로 측정하고 기록한다. 아래에 기재된 샘플을 고리 전단 시험기 제어 프로그램 (RSTCTRL)에 의해 1-2시간 동안 시험한다. RSTCTRL의 요구에 의해, 채워진 전단 셀을 동축에 고정되게 놓는다. 고리 전단 셀 위에 뚜껑을 놓고 전단 위치로부터 몇도의 시계반대 방향에 위치시키고; 고리 전단 시험기는 이 출발 위치를 미리 셋팅한다. 평형추의 손잡이는 크로스빔의 우측에 있어야 하며, 크로스빔 위의 후크는 핸들을 향하고 있어야 한다. RSTCTRL의 요구에 의해, 평형추 및 행거를 크로스빔의 중앙축에 후크로 고정된다. 타이 로드를 크로스빔의 양측에 부착하고, 고리 전단 셀은 타이 로드가 응력받지 않도록 조정한다. RST-제어는 화살표 키: ← →로 전단 셀을 조정하고, 적당하게 위치되었을 때 ↑↓를 사용하여 중단시킬 수 있게 한다.
시험 절차 중에, 샘플을 예비-전단시키는 압력을 제어 파일로부터 읽는다. 아래에 설명된 샘플 시험에서, 예비-전단 표준 압력은 3000 Pascal로 셋팅되며 그후에 예비-전단/예비-압밀된 겔층은 전단 파괴되어 500 Pascal 내지 2500 Pascal의 표준 압력 범위에서 모어-쿨롬 포락선을 얻게 된다. 예비-전단은 각 전단 측정에 선행된다. 따라서, 모든 초흡수성 재료 겔층은 한 실험에서 임의의 전단 표준 압력에서 2번 전단된다. 때로는, 실험이 반자동 방식으로 전개될 필요가 있으며, 데이타 점은 수동으로 얻어진다. 아래의 샘플 제조가 완결된 후에, RSV 95, Version 1.0을 사용하여 결과를 분석하고; 소프트웨어 패키지를 고리 전단 시험기에 포함시켰다.
본 발명의 측면들을 입증하기 위해, 스톡하우젠 인크. (Stockhausen Inc., Greensboro, North Carolina)로부터 구입가능한 FAVOR (등록상표) SXM 9543으로 칭해지는 초흡수성 재료를 겔층 마찰각이 감소되도록 처리하였다.
대조용
미처리된 FAVOR (등록상표) SXM 9543인 초흡수성 재료의 겔층 마찰각을 각종 팽윤도에서 대조용으로서 측정하였다. 그 결과를 표 1에 요약하였다.
팽윤도 (g/g) 2 5 10 15 20
겔층 마찰각 (°) 23 15 12 11 12
샘플 1
세가지 양의 FAVOR (등록상표) SXM 9543을 상기한 바와 같이 초흡수성 재료 g 당 각각 0.9 중량% 염화 나트륨 수용액 2 g, 5 g 및 10 g의 팽윤도로 팽윤시키고, 1시간 동안 평형화하였다. 팽윤된 초흡수성 재료 3.0 g 당 첨가제 1.0 g 비의, 제이.티. 베이커 (J.T. Baker, Phillipsburg, New Jersey)에서 판매되는 소듐 실리케이트 용액의 코팅을 상기한 바와 같이 팽윤된 초흡수성 재료에 도포하였다. 겔층 마찰각을 상기한 바와 같이 측정하였다. 일정한 각각의 팽윤도에서의 코팅된 초흡수성 재료의 겔층 마찰각은 표 2에 기록되어 있다.
초흡수성 재료 팽윤도 겔층 마찰각 (°)
2 g/g 33
5 g/g 31
10 g/g 31
본원에 기재된 본 발명의 실시양태가 현재 바람직하긴 하지만, 본 발명의 취지 및 영역에서 벗어나지 않고 각종 변형 및 개선이 이루어질 수 있다. 본 발명의 영역이 첨부된 청구의 범위에 의해 나타내어지며, 등가물의 의미 및 범위 내에 드는 모든 변화는 본원에 포함되는 것으로 의도된다.

Claims (16)

  1. 수팽윤성, 수불용성 초흡수성 재료를 포함하며,
    상기 초흡수성 재료가 초흡수성 재료 g 당 0.9 중량% 염화 나트륨 용액 약 5.0 g의 초흡수성 재료 팽윤도에서 제1 겔층 마찰각을 가지고 초흡수성 재료 g 당 0.9 중량% 염화 나트륨 용액 약 5.0 g을 초과하는 초흡수성 재료 팽윤도에서, 제1 겔층 마찰각과 실질적으로 동일하거나 또는 그보다 큰 겔층 마찰각을 가지며,
    여기서 제1 겔층 마찰각이 약 30 ° 이상인 초흡수성 재료.
  2. 제1항에 있어서, 제1 겔층 마찰각이 약 38 ° 이상인 초흡수성 재료.
  3. 제1항에 있어서, 수팽윤성, 수불용성 초흡수성 재료가 주로 천연 재료, 개질된 천연 재료, 합성 재료 및 그의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 초흡수성 재료.
  4. 제3항에 있어서, 수팽윤성, 수불용성 초흡수성 재료가 주로 실리카겔, 한천, 펙틴, 구아 검, 폴리아크릴산의 알칼리 금속염, 폴리아크릴아미드, 폴리비닐 알코올, 에틸렌 말레산 무수물 공중합체, 폴리비닐 에테르, 히드록시프로필셀룰로오스, 폴리비닐 모르폴리논, 비닐 술폰산의 중합체 및 공중합체, 폴리아크릴레이트, 폴리아크릴아미드, 폴리비닐 피리딘, 아크릴로니트릴 그래프트된 전분, 아크릴산 그래프트된 전분, 이소부틸렌 말레산 무수물 공중합체 및 그의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 초흡수성 재료.
  5. 제3항에 있어서, 수팽윤성, 수불용성 초흡수성 재료가 주로 실리카겔, 한천, 펙틴, 구아 검, 폴리아크릴산의 알칼리 금속염, 폴리아크릴아미드, 폴리비닐 알코올, 에틸렌 말레산 무수물 공중합체, 폴리비닐 에테르, 히드록시프로필셀룰로오스, 폴리비닐 모르폴리논, 비닐 술폰산의 중합체 및 공중합체, 폴리아크릴레이트, 폴리아크릴아미드, 폴리비닐 피리딘, 아크릴로니트릴 그래프트된 전분, 아크릴산 그래프트된 전분, 이소부틸렌 말레산 무수물 공중합체, 폴리아민 및 그의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 초흡수성 재료.
  6. 제1항에 있어서, 초흡수성 재료와 결합된 마찰각 증가 첨가제를 더 포함하는 초흡수성 재료.
  7. 제6항에 있어서, 마찰각 증가 첨가제가 주로 키토산, 소듐 실리케이트, 소듐 알루미네이트, 알루미노 실리케이트 및 그의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 초흡수성 재료.
  8. 제1항에 있어서, 입자, 섬유, 플레이크, 구 및 그의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 구조를 더 포함하는 초흡수성 재료.
  9. 다수의 습윤성 섬유; 및
    습윤성 섬유와 결합되어 있으며, 초흡수성 재료 g 당 0.9 중량% 염화 나트륨 용액 약 5.0 g의 초흡수성 재료 팽윤도에서 제1 겔층 마찰각을 가지고 초흡수성 재료 g 당 0.9 중량% 염화 나트륨 용액 약 5.0 g을 초과하는 초흡수성 재료 팽윤도에서, 제1 겔층 마찰각과 실질적으로 동일하거나 또는 그보다 큰 겔층 마찰각을 갖는 수팽윤성, 수불용성 초흡수성 재료
    를 포함하며, 여기서 제1 겔층 마찰각이 약 30 ° 이상인 흡수성 복합재료.
  10. 제9항에 있어서, 제1 겔층 마찰각이 약 38 ° 이상인 흡수성 복합재료.
  11. 제9항에 있어서, 수팽윤성, 수불용성 초흡수성 재료가 주로 천연 재료, 개질된 천연 재료, 합성 재료 및 그의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 흡수성 복합재료.
  12. 제11항에 있어서, 수팽윤성, 수불용성 초흡수성 재료가 주로 실리카겔, 한천, 펙틴, 구아 검, 폴리아크릴산의 알칼리 금속염, 폴리아크릴아미드, 폴리비닐 알코올, 에틸렌 말레산 무수물 공중합체, 폴리비닐 에테르, 히드록시프로필셀룰로오스, 폴리비닐 모르폴리논, 비닐 술폰산의 중합체 및 공중합체, 폴리아크릴레이트, 폴리아크릴아미드, 폴리비닐 피리딘, 아크릴로니트릴 그래프트된 전분, 아크릴산 그래프트된 전분, 이소부틸렌 말레산 무수물 공중합체 및 그의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 흡수성 복합재료.
  13. 제11항에 있어서, 수팽윤성, 수불용성 초흡수성 재료가 주로 실리카겔, 한천, 펙틴, 구아 검, 폴리아크릴산의 알칼리 금속염, 폴리아크릴아미드, 폴리비닐 알코올, 에틸렌 말레산 무수물 공중합체, 폴리비닐 에테르, 히드록시프로필셀룰로오스, 폴리비닐 모르폴리논, 비닐 술폰산의 중합체 및 공중합체, 폴리아크릴레이트, 폴리아크릴아미드, 폴리비닐 피리딘, 아크릴로니트릴 그래프트된 전분, 아크릴산 그래프트된 전분, 이소부틸렌 말레산 무수물 공중합체, 폴리아민 및 그의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 흡수성 복합재료.
  14. 제9항에 있어서, 초흡수성 재료와 결합된 마찰각 증가 첨가제를 더 포함하는 흡수성 복합재료.
  15. 제14항에 있어서, 마찰각 증가 첨가제가 주로 키토산, 소듐 실리케이트, 소듐 알루미네이트, 알루미노 실리케이트 및 그의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 흡수성 복합 재료.
  16. 제9항에 있어서, 초흡수성 재료가 입자, 섬유, 플레이크, 구 및 그의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 구조를 더 포함하는 흡수성 복합재료.
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