KR20060065694A

KR20060065694A - 내손상성 초흡수재

Info

Publication number: KR20060065694A
Application number: KR1020067003192A
Authority: KR
Inventors: 지안 퀸; 케네스 알. 주니어 슐러; 호아 라 빌헬름; 데이브 앨런 소렌스
Original assignee: 킴벌리-클라크 월드와이드, 인크.
Priority date: 2003-09-05
Filing date: 2004-04-02
Publication date: 2006-06-14
Also published as: DE112004001524B4; CN100384486C; DE112004001524T5; WO2005025628A1; KR101092804B1; US7179851B2; AR045735A1; JP2011088145A; CN1835772A; US20050054784A1; JP2007503991A; JP5068533B2

Abstract

현재의 상업적인 기저귀 제조 공정 동안 발생하는 기계적 손상을 시뮬레이션하는 흡수제품 가공 시뮬레이션 시험에 적용시에 손상에 견디도록 처리된 초흡수재가 개시된다. 처리된 초흡수재는 초흡수재의 1 g당 약 15 g 이상의 0.9 중량％ 염화나트륨의 원심분리 보유 능력, 및 예비 스크리닝된 입자에 대해 약 200 (x 10^-9 cm²) 이상의 0 psi 팽창 압력에서의 겔 베드 투과도 (GBP)를 갖는다. 처리된 초흡수재를 흡수제품 가공 시뮬레이션 시험에 적용한 후에, 처리된 초흡수재는 예비 스크리닝된 또는 비스크리닝된 입자의 0 psi 또는 0.3 psi 팽창 압력에서의 GBP 감소를 보일 수 있고, 평균 입자 크기 직경 (PSD)의 최소 감소를 보일 수 있다. 초흡수재는 친수성 연질 중합체의 수용액을 초흡수재에 첨가하고, 초흡수재를 수용액과 혼합한 후 초흡수재를 건조시켜 처리할 수 있다.

기계적 손상, 초흡수재, 원심분리 보유 능력, 겔 베드 투과도, 흡수 용품

Description

내손상성 초흡수재{DAMAGE-RESISTANT SUPERABSORBENT MATERIALS}

본 발명은 흡수성, 구체적으로 겔 베드 투과도 및(또는) 평균 입자 크기가 유의하게 감소되지 않으면서 기계적인 힘을 견딜 수 있는 초흡수재에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 초흡수재의 내손상성을 증가시키는 방법에 관한 것이다.

상업적인 초흡수재는 다양한 개인 위생 용품, 예를 들어 유아용 기저귀, 아동 배변연습용 팬티, 성인 요실금용품, 여성 위생용품 등에 널리 사용된다. 이들 초흡수재 또는 하이드로겔은 수팽창성 및 수불용성이고 매우 높은 흡수도를 보이는 필수적으로 가교된 중합체전해질(polyelectrolyte)이다. 일반적으로, 이들 가교된 중합체전해질의 원심분리 보유 능력 (CRC)은 중합체 1 그램당 적어도 15 g의 0.9 중량％ 염화나트륨 수용액이다. 또한, 초흡수재는 체액을 신속하게 흡수하도록 디자인되고, 이것은 초흡수재가 높은 겔 베드 투과도 (GBP)를 가질 것을 필요로 한다. 상업적인 초흡수재는 제조 및 변형 공정 동안 유의한 입자 손상을 겪고, 이에 의해 그의 본래의 겔 베드 투과도를 크게 상실한다. 이러한 본래의 겔 베드 투과도의 상실은 조기 누출 및 피부 습윤 문제의 원인 중의 하나일 수 있다.

이러한 초흡수재는 유리상 중합체라는 특징을 갖고, 건조 상태 또는 낮은 상대 습도 (RH) 환경, 예를 들어 30％ 미만의 RH에서 기계적 충격 및 스트레스에 매우 취약하다. 그의 유리상 및 취약한 특성 때문에, 상기 중합체는 제조 공정, 예 를 들어 기저귀 제조 공정 동안 입자 크기 및 형태가 크게 손상된다. 중합체의 주요한 기계적 손상은 공기 운반 및 혼합 단계에서의 고속 충격 및 제품 치밀화 단계에서의 고압 압축에 의해 발생한다. 이러한 입자 손상은 제품 제조자가 보다 얇은 제품을 얻기 위해 노력하기 때문에 높은 초흡수재 함량을 사용하는 제품에서 더욱 증가한다. 이러한 기계적으로 유도되는 초흡수재에 대한 손상은 본원 명세서의 실시예에서도 예시되는 바와 같이 초흡수재의 효율을 저하시킨다.

따라서, 흡수성, 구체적으로 겔 베드 투과도 및(또는) 입자 크기가 유의하게 감소되지 않으면서 흡수제품 제조 및 변형 공정을 견딜 수 있는 초흡수재에 대한 필요성 또는 요구가 존재하고 있다. 또한, 초흡수재의 내손상성을 증가시키는 방법에 대한 필요성 또는 요구도 존재하고 있다.

<발명의 개요>

본 발명은 현재 상업적으로 이용가능한 초흡수재에 비해 기계적 손상에 대한 개선된 저항성 및 상기 기계적 손상에 의한 흡수성의 최소한의 상실을 보이는 초흡수재 및 초흡수재의 내손상성 및 기능 상실 저항을 증가시키는 방법에 관한 것이다.

내손상 처리 후 본 발명의 초흡수재는 적합하게는 초흡수재 1 그램당 약 15 g 이상의 0.9 중량％ 염화나트륨 수용액의 원심분리 보유 능력, 300-600 미크론 입자에 대해 측정한 약 200 (x 10^-9 cm²) 이상, 또는 약 300 (x 10^-9 cm²) 이상, 또는 약 500 (x 10^-9 cm²) 이상, 또는 약 800 (x 10^-9 cm²) 이상의 0 psi 팽창 압력에서의 겔 베드 투과도 (GBP) 값, 및 다음 특성 중의 적어도 하나를 갖는다: (1) 본원에서 설명하는 흡수제품 가공 시뮬레이션 시험을 따라 300-600 미크론 입자에 대해 측정한 0 psi 팽창 압력에서 GBP 값의 약 20％ 이하의 감소; (2) 흡수제품 가공 시뮬레이션 시험을 따라 300-600 미크론 입자에 대해 측정한 0.3 psi 팽창 압력에서 GBP 값의 약 50％ 이하의 감소; (3) 흡수제품 가공 시뮬레이션 시험을 따라 입자 자체에 대해 측정한 0 psi 팽창 압력에서 GBP 값의 약 50％ 이하의 감소; (4) 흡수제품 가공 시뮬레이션 시험을 따라 입자 자체에 대해 측정한 0.3 psi 팽창 압력에서 GBP 값의 약 60％ 이하의 감소; 및(또는) (5) 흡수제품 가공 시뮬레이션 시험을 따라 입자 자체에 대해 측정한 평균 입자 크기의 약 20％ 이하의 감소. 흡수제품 가공 시뮬레이션 시험은 현재의 상업적인 기저귀 제조 공정 동안 초흡수재에 대해 가해지는 기계적 손상을 시뮬레이션한다.

초흡수재는 초흡수재의 내손상성을 증가시키기 위해 비입자상 용액으로 처리될 수 있다. 예를 들어, 초흡수재의 내손상성을 증가시키기 위해 초흡수재를 처리하는 한 방법은 수팽창성이지만 수불용성인 중합체를 형성하기 위해 가교될 수 있는 친수성 연질 중합체의 수용액을 초흡수재에 첨가하는 단계, 수용액 및 초흡수재를 혼합하는 단계, 및 처리된 초흡수재를 건조하는 단계를 수반한다. 친수성 연질 중합체는 적합하게는 약 20℃ 미만의 유리 전이 온도를 갖고, 적합하게는 수용액의 약 0.1％ 내지 약 10 중량％의 양으로 수용액에 존재한다. 초흡수재는 초흡수재 중량의 10％ 내지 약 1000％ 수용액으로 처리될 수 있다.

처리 전에 초흡수재는 음이온성 중합체, 양이온성 중합체 또는 이들의 조합 물을 포함하여 상업적으로 이용가능한 가교된 표준 중합체전해질일 수 있다. 초흡수재는 생분해성이거나 비생분해성일 수 있다. 초흡수재는 입자, 섬유, 삼 (tow), 플레이크, 필름, 포움 등을 포함할 수 있다.

본 발명의 방법으로부터 생성되는 초흡수재를 포함하는 본 발명의 초흡수재는 임의의 적합한 흡수 용품 내로 포함될 수 있다. 이들 흡수 용품의 예는 유아용 기저귀, 아동 배변연습용 팬티, 성인 요실금용품, 여성 위생용품, 페이퍼 타월, 티슈 등을 포함하고, 이로 제한되지 않는다.

상기 내용의 측면에서, 내손상성 초흡수재를 제공하고 초흡수재의 내손상성을 증가시키는 방법이 본 발명의 특징 및 잇점이다.

도 1은 자유 유동 입자의 투과도 측정에 사용된 장치를 보여준다.

도 2는 도 1의 장치의 저면도를 보여준다.

도 3은 자유 유동 입자의 로드하 흡수성(AUL) 측정에 사용된 장치를 보여준다.

도 4는 도 3의 장치의 저면도를 보여준다.

<정의>

본원 명세서에서, 아래의 각각의 용어 또는 구문은 다음의 의미(들)을 포함할 것이다.

용어 "초흡수재"는 가장 유리한 조건 하에 0.9 중량％의 염화나트륨을 함유하는 수용액 중에서 그 중량의 적어도 약 15배, 보다 바람직하게는 적어도 약 25배를 흡수할 수 있는 수팽창성의 수불용성 유기 또는 무기 물질을 의미한다. 초흡수재는 천연, 합성 및 개질된 천연 중합체 및 물질일 수 있다. 또한, 초흡수재는 무기 물질, 예를 들어 실리카겔 또는 유기 화합물, 예를 들어 가교된 중합체일 수 있다. 초흡수재는 생분해성 또는 비생분해성일 수 있다. 초흡수재는 입자, 섬유, 삼, 플레이크, 필름, 포움 등을 포함할 수 있다. 물질은 상기 조건 하에서 그의 중량의 적어도 5배의 수용액을 흡수할 경우 "흡수성"이다.

용어 "중합체"는 단독중합체, 공중합체, 예를 들어 블록, 그라프트, 랜덤 및 교대 (alternating) 공중합체, 삼중중합체 등 및 이들의 블렌드 및 개질물을 포함하고, 이로 제한되지 않는다. 또한, 구체적으로 제한되지 않는 한, 용어 "중합체"는 상기 물질의 모든 가능한 기하학적 형태를 포함한다. 상기 형태는 규칙성 (isotactic), 교대성 (syndiotactic) 및 불규칙성 (atactic) 대칭형을 포함하고, 이로 제한되지 않는다.

본원에서 사용되는 용어 "예비 스크리닝된"은 특정 크기 범위 내의 입자를 포함하도록 스크리닝되거나 분류된 초흡수재 시료를 의미한다. 본원에서 달리 언급하지 않으면, 예비 스크리닝된 초흡수재는 300 내지 600 미크론 크기의 입자를 포함한다. 스크리닝 방법에 대한 보다 상세한 설명은 하기 평균 입자 크기 분포 시험 방법에서 제공된다.

본원에서 사용되는 용어 "비스크리닝된"은 용어 "그 자체의"와 서로 교환가능하게 사용된다. 이들 용어는 특정 크기 범위 내의 입자만을 포함하도록 스크리닝되거나 분류되지 않은 초흡수재 시료를 의미한다. 대신에, 비스크리닝된 초흡수재는 임의의 크기의 입자, 예를 들어 기계적 손상의 결과로서 크기 및 형태의 변형을 겪은 입자를 포함할 수 있다.

용어 "흡수 용품"은 기저귀, 배변훈련용 팬티, 수영복, 흡수성 속바지, 성인 요실금용 제품, 여성용 위생 제품 등, 및 흡수성 와이프 용품, 예를 들어 안면 티슈, 페이퍼 타월, 키친 타월, 휴대용 타월, 습윤 와이프 등 및 의료용 흡수용품, 예를 들어 의료용 흡수 가먼트, 덮는 천, 가운, 붕대, 마스크, 상처 드레싱, 언더패드, 와이프 등을 포함한다.

용어 "친수성"은 공기 중에서 물 접촉각이 90도 미만인 물질을 의미한다. 본원에서, 접촉각은 문헌 ["Surface and Colloid Science-Experimental Methods,"Vol. II, Robert J. Good and Robert J. Stromberg, Ed. (Plenum Press, 1979)]에 제시된 바와 같이 측정된다.

용어 "친수성 연질 중합체"는 3개 이하의 탄소의 알킬 사슬을 갖는 수용성 모노머의 중합으로부터 형성되며 건조된 중합체의 유리 전이 온도 (Tg)가 20℃ 미만인 물질을 의미한다. 친수성 연질 중합체는 실온에서 엘라스토머로서 작용하고, 신속한 비방사성 가교가 가능하다.

용어 "비입자상 용액"은 고체, 액체, 기체 또는 이들의 조합물일 수 있는 2 이상의 물질의 균질 혼합물을 의미하고, 여기서 용액은 그 내부에 용해되지 않은 고체 입자를 포함하지 않는다.

이들 용어는 본원 명세서의 나머지 부분에서 추가의 용어로 정의될 수 있다.

<바람직한 실시태양의 설명>

본 발명에 따르면, 내손상성 초흡수재는 본원에서 설명하는 방법을 사용하여 달성할 수 있다. 상기 초흡수재는 기계적 손상, 특히 흡수제품 가공으로 인한 손상에 대한 개선된 저항성 및 현재 상업적으로 이용가능한 초흡수재에 비해 감소된 기능 상실을 갖는다.

본 발명의 초흡수재는 하기 실시예에서 상세하게 설명하는 흡수제품 가공 시뮬레이션 시험에 적용시에 손상에 저항하도록 처리된 통상적인 초흡수재를 포함한다. 통상적인 초흡수재는 가교된 중합체전해질이다. 중합체전해질은 음이온성 및 양이온성 중합체를 모두 포함한다. 음이온성 중합체는 관능기, 예를 들어 카르복실, 술포네이트, 술페이트, 술파이트, 포스페이트 또는 이들의 혼합물을 포함한다. 음이온성 중합체의 예는 폴리아크릴산, 폴리아크릴아미도 메틸프로판 술폰산, 폴리비닐 아세트산, 폴리비닐 포스폰산, 폴리비닐 술폰산, 이소부틸렌-말레산 무수물 공중합체, 카르복시메틸 셀룰로즈, 알긴산, 카라기난, 폴리아스파르트산, 폴리글루탐산, 및 이들의 공중합체 또는 혼합물의 염 또는 부분염을 포함하고, 이로 제한되지 않는다. 양이온성 중합체는 관능기, 예를 들어 1급, 2급 및 3급 아민, 이민, 아미드, 4급 암모늄 또는 이들의 혼합물을 포함한다. 양이온성 중합체의 예는 폴리비닐 아민, 폴리디알릴 디메틸 암모늄 수산화물, 폴리아크릴아미도프로필 트리메틸 암모늄 수산화물, 폴리아미노 프로판올 비닐 에테르, 폴리알릴아민, 키토산, 폴리라이신, 폴리글루타민, 및 이들의 공중합체 또는 혼합물의 염 또는 부분염을 포함하고, 이로 제한되지 않는다. 상업적으로 이용가능한 초흡수재의 예는 SXM 9543 및 FAVOR 880 (둘 모두 미국 노쓰캐롤라이나주 그린스보로 소재의 스톡하우젠 인크. (Stockhausen Inc.)로부터 입수가능함) 및 Dow DRYTECH 2035 (미국 미시건주 미들랜드 소재의 다우 케미칼 캄파니 (Dow Chemical Co.)로부터 입수가능함)를 포함한다. 이들, 및 다성분 초흡수재 (즉, 음이온성 및 양이온성 중합체를 모두 갖는 초흡수제) 및 생분해성 초흡수제를 포함하는 다른 초흡수재가 본 발명에 사용하기 적합하다.

종래의 초흡수재처럼, 본 발명의 처리된 초흡수재는 중합체 또는 초흡수재 1 그램당 적어도 15 g의 0.9 중량％ 염화나트륨 수용액의 원심분리 보유 능력 (CRC) 및 300-600 미크론 입자에 대해 측정한 적어도 약 200 (x 10^-9 cm²), 또는 적어도 약 300 (x 10^-9 cm²), 또는 적어도 약 500 (x 10^-9 cm²), 또는 적어도 약 800 (x 10^-9 cm²) 이상의 0 psi 팽창 압력에서의 겔 베드 투과도 (GBP) 값을 보인다. 별법으로, 본 발명의 처리된 초흡수재는 흡수 구조체, 물질 또는 용품을 제조 공정에 적용하기 전에 초흡수재 1 그램당 약 20 g 이상 또는 약 25 g 이상의 0.9 중량％ 염화나트륨 수용액의 CRC를 보일 수 있다. 그러나, 본 발명의 처리된 초흡수재는 종래의 초흡수재처럼 약하지 않고, 따라서 하기 실시예에서 입증되는 바와 같이 흡수 용품 제조 공정 동안 손상이 적게 발생한다.

초흡수재의 내손상성은 초흡수재를 비입자상 용액으로 처리함으로써 증가시킬 수 있다. 예를 들어, 초흡수재의 내손상성을 증가시키기 위해 초흡수재를 처리하는 한 방법은 하기 실시예 5에 기재된 바와 같이 초흡수재를 표면처리하기 위해서 첨가제의 사용을 수반한다. 이 방법에서, 적합한 첨가제는 유리 전이 온도 (Tg)가 약 20℃ 이하 또는 약 10℃ 이하 또는 약 0℃ 이하인 친수성 연질 중합체이다. Tg가 낮을수록 보다 연질의 중합체이다. 적합한 친수성 연질 중합체의 예는 폴리에틸렌 글리콜-그라프팅된 공중합체를 포함하여 히드록시프로필 셀룰로즈, 폴리에틸렌 옥시드, 폴리프로필렌 옥시드, 폴리에틸렌 글리콜, 폴리프로필렌 글리콜, 및 친수성 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트 공중합체를 포함한다. 친수성 연질 중합체는 적합하게는 수용액 중량의 약 0.1％ 내지 약 10％, 또는 약 0.5％ 내지 약 8％, 또는 약 2％ 내지 약 5％의 양으로 수용액에 존재한다. 수용액은 초흡수재 중량의 약 10％ 내지 약 1000％, 또는 약 50％ 내지 약 800％, 또는 약 100％ 내지 약 500％의 양으로 초흡수재에 첨가될 수 있다. 이어서, 수용액 및 초흡수재를 함께 혼합한다. 일정한 표면 코팅을 보장하기 위해서, 수용액 및 초흡수재의 혼합물은 약 0.1 내지 약 10분 동안 교반할 수 있다. 수용액을 초흡수재에 첨가한 후, 초흡수재는 적합하게는 약 20 내지 약 150℃, 또는 약 50 내지 약 100℃의 온도에서 약 0.1 내지 약 30시간, 또는 약 1 내지 약 10시간 동안 건조시킬 수 있다. 첨가제를 포함하는 건조된 초흡수재는 체를 통해 스크리닝될 수 있고, 이어서 임의의 응집된 입자를 분리할 수 있다. 응집된 입자는 손으로 또는 부드럽게 압축하고 혼련하여 입자의 과도한 손상을 방지할 수 있는 장치를 사용하여 압축할 수 있다.

본원에서 개시되는 친수성 연질 중합체는 추가의 흡수성을 제공하기 위해서 가교되어 수팽창성이지만 수불용성인 중합체를 형성할 수 있다. 또한, 친수성 연질 중합체는 처리된 초흡수제의 GBP 값을 크게 증가시킬 수 있다. 균일한 코팅은 초흡수재 상에 코팅된 후에 친수성 연질 중합체를 가교시켜 달성할 수 있다. 표면 처리 후에 가교를 달성하기 위한 2가지의 메카니즘이 존재한다. 한 메카니즘은 잠재성 가교제를 사용하고, 다른 메카니즘은 자가가교성인 개질 친수성 연질 중합체를 사용한다. 잠재성 가교제는 수용액 중에서 또는 표면 처리 동안 친수성 연질 중합체와 반응하지 않는다. 이 가교제는 단지 중합체가 건조된 후에 적절한 조건이 제공될 때 중합체와 반응한다. 상기 적절한 조건은 예를 들어 가열, 마이크로파 처리, 전자빔 조사, UV, 고습도 및 유기 용매 처리를 포함한다. 적합한 잠재성 가교제는 친수성 연질 중합체 상의 매달린 기, 예를 들어 히드록실기, 아미노기, 카르복실산기, 카르복실기, 이미노기, 글리콜기, 옥시드기, 에폭시기, 이소시아네이트기, 아지리디노기 및 이들의 조합물과 반응할 수 있는 적어도 2개의 관능기 또는 관능체를 갖는 임의의 유기 화합물을 포함하고, 이로 제한되지 않는다. 그 예는 부탄디올, 에틸렌 글리콜, 에틸렌 트리아민, 시트르산, 나트륨 트리시트레이트, 폴리에틸렌 옥시드, 폴리비닐 아민, 폴리비닐 알콜, 폴리아크릴산, 폴리에틸렌 이민, 폴리에틸렌 글리콜, 글리세롤 폴리글리시딜 에테르, 에피클로로히드린, 폴리이소시아네이트, 폴리아지리딘 화합물, 폴리비닐 아민, 폴리 4급 (polyquaternary) 아민, 히드록시프로필 셀룰로즈, 메틸 셀룰로즈, 전분, 카르복시메틸 셀룰로즈, 키토산, 키토산염, 알긴산, 카레기나, 폴리아스파르트산, 폴리라이신, 폴리숙신산, 폴리글루탐산, 및 이들의 임의의 혼합물을 포함한다. 다른 적합한 잠재성 가교제는 적어도 3의 원자가를 갖는 양이온 또는 음이온, 예를 들어 Al³ ⁺, Fe³ ⁺, Zr⁴ ⁺, Ti⁺³, Co³ ⁺, Fe⁴ ⁺, Cr³ ⁺, Ce³ ⁺, Ce⁴ ⁺, -PO₄ ³ ^-를 포함한다. 양이온은 음이온성 매달린 기를 갖는 친수성 연질 중합체를 가교시키기 위한 잠재성 가교제로서 사용될 수 있고, 음이온은 양이온성 매달린 기를 가교시키기 위해 사용될 수 있다.

자가가교성의 잠재성 가교제는 알콕시실란 관능체를 포함하는 약 0.1 내지 약 20 질량％의 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트 에스테르 단위를 포함한다. 물에 노출시에, 알콕시실란 관능체는 축합되어 가교된 중합체를 형성하는 실란올기를 포함한다.

또한, 친수성 연질 중합체는 약 0.1 내지 약 75 질량％의 폴리올레핀 글리콜 및(또는) 폴리올레핀 옥시드 단위를 포함할 수 있다. 폴리올레핀 글리콜 및(또는) 옥시드는 약 2 내지 약 4개의 탄소 원자를 갖는 알파-올레핀을 포함할 수 있고, 분자당 약 30 내지 약 15,000개의 올레핀 글리콜 및(또는) 옥시드 단위를 포함할 수 있다. 폴리올레핀 글리콜 및(또는) 옥시드는 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트 에스테르와 그라프트 중합되어 그라프트 공중합체를 형성할 수 있다. 폴리올레핀 글리콜 및(또는) 옥시드는 단독중합체 또는 공중합체일 수 있다. 폴리올레핀 글리콜 및(또는) 옥시드는 상이한 수의 탄소 원자를 갖는 올레핀 글리콜 또는 옥시드 단위를 포함하는 블록 공중합체, 예를 들어 에틸렌 옥시드와 프로필렌 옥시드의 블록 공중합체일 수 있다. 폴리올레핀 글리콜 및(또는) 옥시드는 친수성 연질 중합체에 증강된 가요성을 제공한다. 따라서, 친수성 연질 중합체는 습식 조건에서 증강된 접착성, 흡수성 및 가요성을 갖는다.

친수성 연질 중합체는 모노에틸렌계 불포화 중합체 및 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트 에스테르가 예비형성 템플레이트 중합체, 즉 폴리올레핀 글리콜 및(또는) 폴리올레핀 옥시드의 존재 하에 중합되는 템플레이트 중합 방법을 사용하여 제조할 수 있다. 중합은 그중 하나가 알콕시실란 관능체를 포함하는 2개의 상이한 모노에틸렌계 불포화 모노머를 반응시켜 수행할 수 있다. 중합은 열, 방사선, 산화환원 화학 반응 및 다른 기술에 의해 유도될 수 있다. 적합한 방사선 개시제는 자외선, 마이크로파 및 전자 빔 조사를 포함하고, 이로 제한되지 않는다. 개시제는 모노머의 공중합을 야기하는 유리 라디칼을 생성시킨다. 한 실시태양에서, 중합 반응은 에탄올과 같은 유기 용매 중에서 수행된다. 또한, 중합은 수용액 또는 수성 및 유기 용매의 조합 용매 중에서 수행될 수도 있다.

폴리올레핀 글리콜 및(또는) 옥시드는 중합 공정 동안 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트 단위 상에 그라프트 중합되거나 되지 않을 수 있다. 생성되는 친수성 연질 중합체는 별개의 성분으로서 또는 공중합체의 일부로서 또는 이둘 모두로서 폴리올레핀 글리콜 및(또는) 옥시드를 함유할 수 있다.

생성되는 중합체는 알콕시실란 관능체에 의해 잠재성 습기 유도 가교능을 갖는다. 이 중합체는 유동가능 상태로 기재에 또는 다른 최종 사용 목적으로 적용될 수 있다. 습기 유도 가교는 알콕시실란의 가수분해 및 기재로부터 용매의 증발 또는 임의의 다른 효과적인 기술을 사용한 기재로부터 용매의 제거시의 후속 축합을 통해 달성될 수 있다. 별법으로, 알콕시실란의 가수분해 및 후속 축합은 코팅을 실온에서 습기에 노출시켜 용매를 제거한 후에 실시될 수 있다.

초흡수재의 내손상성을 증가시키기 위해 초흡수재를 처리하는 다른 방법은 흡수성 입자상 물질을 초흡수재에 첨가하는 것을 수반한다. 적합한 흡수성 입자상 물질의 한 예는 본원 명세서에 부합하는 방식으로 그 전부가 본원에 참고로 포함된 미국 특허 6,596,402 (Soerens 등에게 허여됨)에 기재된 바와 같은 가교된 폴리(에틸렌 옥시드)를 포함하고, 이로 제한되지 않는다.

흡수성 입자상 물질은 초흡수재 중량의 약 0.5％ 내지 약 10％, 또는 약 1％ 내지 약 5％, 또는 약 2％ 내지 약 4％의 양으로 초흡수재에 첨가될 수 있다. 흡수성 입자상 물질은 수용액 또는 알콜 용액 또는 물과 적합한 알콜, 예를 들어 메탄올 또는 에탄올의 블렌드의 형태로 초흡수재 상에 형성될 수 있다. 용액의 초흡수재에 대한 첨가 및 후속 건조에 의해 예를 들어 초흡수재의 표면 상에 가교된 흡수성 폴리(에틸렌 옥시드) 입자의 불연속적인 플라크가 형성된다. 상기 실시태양의 모든 다른 특징은 이전 실시태양과 일치한다.

상기 모든 방법은 흡수제품 가공 시뮬레이션 시험에 따른 예비 스크리닝된 또는 비스크리닝된 입자의 0 psi 또는 0.3 psi 팽창 압력에서의 겔 베드 투과도 (GBP)의 최소 감소 및 상기 물질의 평균 입자 크기 직경 (PSD)의 최소 감소에 의해 입증되는 바와 같이 초흡수재 손상을 크게 저하시킬 수 있다. 흡수제품 가공 시뮬레이션 시험은 흡수 용품의 제조 공정 동안 초흡수재에 일반적으로 인가되는 기계적 힘을 시뮬레이션하기 위해 실시되었다. 상기 시험은 하기 실시예 1 및 2에서 보다 상세히 설명한다. 하기 실시예는 또한 상업적인 초흡수재 및 본 발명의 처리된 초흡수재 모두에서 발생하는 손상의 양을 보여준다. 보다 구체적으로, 예비 스크리닝된 (300-600 미크론) 손상된 상업적인 초흡수재는 일반적으로 0 psi에서 적어도 30％의 GBP 감소 및 0.3 psi에서 60％의 GBP 감소를 보인다. 그 자체의 손상된 상업적인 초흡수재는 시뮬레이션 시험에 적용되기 전의 버진 (virgin) 물질에 비해 흡수제품 가공 시뮬레이션 시험에 따라 0 psi에서 적어도 50％의 GBP 감소 및 0.3 psi에서 95％의 GBP 감소 및 평균 입자 크기의 적어도 25％ 감소를 보인다. 이와 달리, 본 발명의 처리된 초흡수재는 처리된 초흡수재가 흡수제품 가공 시뮬레이션 시험에 적용된 후에 약 15 g/g 이상 또는 약 20 g/g 이상 또는 약 25 g/g 이상의 원심분리 보유 능력 (CRC); 300-600 미크론 입자에 대해 측정한 약 200 (x 10^-9 cm²) 이상, 또는 약 300 (x 10^-9 cm²) 이상, 또는 약 500 (x 10^-9 cm²) 이상, 또는 약 800 (x 10^-9 cm²) 이상의 0 psi 팽창 압력에서의 GBP; 및 (1) 300-600 미크론 입자에 대해 측정한 0 psi에서 GBP의 약 20％ 이하 또는 약 10％ 이하 또는 약 5％ 이하의 감소; (2) 300-600 미크론 입자에 대해 측정한 0.3 psi에서 GBP의 약 50％ 이하 또는 약 30％ 이하 또는 약 20％ 이하의 감소; (3) 입자 자체에 대해 측정한 0 psi에서 GBP의 약 50％ 이하의 감소; (4) 입자 자체에 대해 측정한 0.3 psi에서 GBP의 약 60％ 이하 또는 약 40％ 이하의 감소; 및(또는) (5) 입자 자체에 대해 측정한 평균 입자 크기의 약 20％ 이하의 감소 중의 적어도 하나의 흡수 특성에 의해 제시되는 바와 같은 우수한 초흡수성을 갖는다. 본 발명의 처리된 초흡수재는 상기 흡수 특성의 1, 2, 3, 4 또는 5개 모두를 보일 수 있다.

본 발명의 처리 방법은 초흡수재 제조 공정의 일부로서 전체적으로 또는 부분적으로 또는 초흡수재를 흡수 용품에 도입한 전 또는 후에 임의의 다른 시점에 또는 심지어 흡수 구조체, 물질 또는 용품 제조 공정 동안에 수행될 수 있다.

본 발명의 초흡수재는 임의의 적합한 흡수 구조체 및(또는) 용품 내에 도입되거나 또는 내에 형성될 수 있다. 적합한 흡수 구조체의 예는 초흡수재 및 천연 및(또는) 합성 섬유를 포함하는 섬유의 균질 또는 이종 혼합물을 포함하고, 이로 제한되지 않으며, 이 구조체는 섬유 또는 부직물, 포움, 계내 (in-situ) 중합 구조체의 층(들)에 인접한 초흡수재의 층(들) 또는 구분되는 포켓을 포함한다. 적합한 흡수 용품의 예는 개인 위생 제품, 예를 들어 기저귀, 배변연습용 팬티, 수영복, 흡수성 속바지, 성인 요실금 제품, 여성 위생 제품 등, 및 흡수성 와이프 용품, 예를 들어 안면 티슈, 페이퍼 타월, 키친 타월, 휴대용 타월, 습윤 와이프, 세정 도구 등 및 의료용 흡수용품, 예를 들어 의료용 흡수 가먼트, 덮는 천, 가운, 붕대, 마스크, 상처 드레싱, 언더패드, 와이프 등을 포함하고, 이로 제한되지 않는다. 예를 들어, 흡수 용품은 흡수층의 총 중량을 기준으로 적어도 약 10％, 적어도 약 40％, 적어도 약 60％ 또는 적어도 약 80 중량％의 처리된 초흡수재를 포함하는 적어도 하나의 구역으로 구성되거나 적어도 하나의 구역을 포함하는 흡수층을 포함할 수 있다. 본원에서 사용되는 용어 "흡수층"은 초흡수재를 포함하는 성분 또는 구조체를 의미한다. 흡수층은 또한 섬유, 천연 또는 합성 섬유, 기능성 첨가제 또는 계면활성제 등을 포함할 수 있다. 흡수층은 티슈층 또는 다른 적합한 랩 (wrap) 물질 내에 둘러싸일 수 있지만, 흡수층의 조성을 계산하기 위한 목적에서 흡수층은 랩층을 포함하지 않는다.

실시예 1

본 실시예는 기저귀 생산 라인 상에서 처리된 결과로서 초흡수재의 초흡수성 및 평균 입자 크기에서 발생한 변화를 설명한다. 표 1은 이들 변화를 요약한다. 버진 물질은 흡수 용품 내로 포함되기 전에 초흡수재 제조업자로부터 받은 상태의 물질이다. 재생 (reclaimed) 물질은 상업적으로 이용가능한 흡수 용품 내로 포함된 후 발견될 수 있는 상태의 물질이다. 재생 초흡수재는 기저귀 흡수 코어 내의 보풀로부터 초흡수제를 분리하기 위해 저속 또는 중간 속도에서 펄스 난기류 (pulsing air turbulence) 및 고무 비터 (beater)를 사용하여 수득하였다.

시험된 초흡수제는 2개의 상이한 로트로부터의 버진 SXM 9543 (미국 노쓰캐롤라이나주 그린스보로 소재의 스톡하우젠 인크.로부터 입수가능함); 및 버진 Dow DRYTECH 2035 (미국 미시건주 미들랜드 소재의 다우 케미칼 캄파니로부터 입수가능함)이었다. 상응하는 재생 초흡수재는 모두 상업적인 Huggies(등록상표) 기저귀 (미국 위스콘신주 니나 소재의 킴벌리-클라크 코오퍼레이션 (Kimberly-Clark Corporation)로부터 입수가능함)로부터 입수하였다.

버진 및 재생 SAP의 흡수 특성 ＆ 평균 PSD

특성	SXM 9543¹		Dow 2035²		SXM 9543³
특성	버진	재생	버진	재생	버진	재생
CRC (g/g)	21.8	23.3	28.5	29.0	22.5	23.7
0.9 AUL (g/g)	20.1	20.0	13.6	14.5	19.9	19.1
300-600 미크론 입자에 대한 0 psi에서 GBP (x 10^-9 cm²)	263	188	19	12	257	120
0 psi에서 GBP의 감소		-28.5％		-36.8％		-53.3％
300-600 미크론 입자에 대한 0.3 psi에서 GBP (x 10^-9 cm²)	139	86	3	1	121	47
0.3 psi에서 GBP의 감소		-38.1％		-66.7％		-61.2％
입자 자체에 대한 0 psi에서 GBP (x 10^-9 cm²)	164	68	7	3	131	5
0 psi에서 GBP의 감소		-58.5％		-57.1％		-61.8％
입자 자체에 대한 0.3 psi에서 GBP (x 10^-9 cm²)	69	34	1	0	58	25
0.3 psi에서 GBP의 감소		-50.7％		-100％		-56.9％
평균 PSD (㎛)	356.4	259.5	330.1	248.9	367.1	238.7
평균 PSD의 감소		-27.2％		-24.6％		-35.0％
¹로트 #X202804004 ²로트 #PL08011Y70 ³로트 #G1L311AA

표 1의 데이타는 팽창 압력의 존재 또는 부재 하에, 예비 스크리닝된 300-600 미크론 입자 또는 비스크리닝된 입자 자체에서 측정된 겔 베드 투과도를 표시하며, 초흡수재의 평균 입자 크기는 기저귀 제조 공정의 결과로서 유의하게 감소하였다. 따라서, 상기 데이타로부터 초흡수재의 주요 기계적 손상 및 기능적 손실이 기저귀 제조 공정에서 발생한 것을 알 수 있다.

실시예 2

상업적인 기저귀 라인에서 초흡수재에 가해진 손상의 정도, 특히 평균 PSD 및 그의 감소를 모방할 수 있는 벤치 (bench) 방법을 개발하기 위해, 동시에 소규모 기저귀 용도 시험을 위한 흡수 복합재를 제조하기 위해 적합한 시료 크기를 생성하면서, 상업적인 블렌더 OSTERIZER(등록상표) 12-스피드 (speed) (미국 플로리다주 보카 래톤 소재의 선빔 프러덕츠 인크. (Sunbeam Products, Inc.)로부터 입수가능함)를 사용하였다.

50 g의 그 자체의 ("버진") 입자상 초흡수제 (판매자로부터 받거나 이후에 본원에 기재된 바와 같이 변형/처리되는)을 매번 블렌더 (blender) 내로 첨가한 후, 블렌더를 다양한 시간 (15, 30 및 60초) 동안 가동하였으며, 블렌더는 "고속 (high speed)" 및 "블렌드 (blend)" 세팅의 조합으로 설정하였다. 블렌딩 시간의 길이를 손상 수준에 대응하도록 사용하였으며, 보다 긴 시간은 보다 심한 손상을 나타낸다. 표 2는 이러한 가설을 지지하는 데이타를 나열한다. 또한 표 2의 데이타를 기초로, 30초 블렌딩 방법이 상업적인 기저귀 제조 라인과 유사한 손상 수준을 나타내도록 선택된다. 이 방법은 본원에서 흡수제품 가공 시뮬레이션 시험으로 부르며, 또한 하기 시험 방법 섹션에 설명된다.

표 2는 또한 상업적인 기저귀 라인에 대한 파일럿 (pilot) 라인에 의해 초흡수재에 가해진 손상을 비교한다. 파일럿 라인은 평가를 위한 시료 흡수 코어를 제조하기 위해 사용하였다. 이들 시료 흡수 코어로부터의 재생 초흡수제는 그의 버진 초흡수제에 비해 평균 입자 크기가 최소로 감소하였으며, 이는 느린 생산 속도로 인해 파일럿 라인이 초흡수제에 대한 최소 손상을 야기한 것을 나타낸다. 이 결과는 또한 재생 공정이 초흡수재에 최소 손상 효과를 갖는다는 것을 나타낸다.

손상된 SXM 9543의 PSD

특성	SXM 9543³			블렌딩 시간에서 SXM 9543³
특성	버진	파일럿 라인으로부터 재생	기저귀로부터 재생	15초	30초	60초
평균 PSD (㎛)	367.1	336.4	259.5	288.2	245.2	202.1
평균 PSD의 감소		-8.4％	-29.3％	-21.5％	-33.2％	-44.9％

실시예 3

3가지 종류의 상업적인 초흡수제, 즉 SXM 9543과 FAVOR 880 (둘 모두 스톡하우젠 인크.로부터 입수가능함) 및 Dow DRYTECH 2035 (다우 케미칼 캄파니로부터 입수가능함)를 실시예 2에 기재된 30초 블렌딩 방법에 의해 개별적으로 손상을 입히고, 이들의 특성을 측정하여 표 3에 나열하였다. 3개의 모든 상업적인 초흡수제는 기계적 충격 및 스트레스에 의해 손상받을 수 있었다. 표 3에서 "버진"으로 표시한 시료는 블렌딩 공정을 거치지 않았다. "블렌드"로 표시한 시료는 상기한 바와 같이 30초 동안 블렌딩하였다. 입자 크기가 300-600 미크론인 시료는 0 psi에서 약 30％ 이상 및 0.3 psi에서 약 60％ 이상의 GBP 감소를 나타낸 반면, 입자 자체는 0 psi에서 약 50％ 이상 및 0.3 psi에서 약 95％ 이상의 GBP 손실을 나타냈고, 이들의 버진 초흡수제에 비해 약 25％ 이상의 평균 입자 크기 감소를 나타냈다.

손상된 상업적인 초흡수제의 GBP ＆ PSD 값

특성	SXM 9543¹		Dow 2035²		FAVOR 880⁵
특성	버진	손상	버진	손상	버진	손상
CRC (g/g)	21.2	22.5	28.5	29.4	30.9	32.2
0.9 AUL (g/g)	20.1	19.5	13.6	9.9	22.2	16.1
300-600 미크론 입자에 대한 0 psi에서 GBP (x 10^-9 cm²)	241.7	154.7	32	19	49.6	24.0
0 psi에서 GBP의 감소		-36.0％		-41.7％		-51.6％
300-600 미크론 입자에 대한 0.3 psi에서 GBP (x 10^-9 cm²)	67.3	5.0	5	2	14.8	5.4
0.3 psi에서 GBP의 감소		-92.6％		-62.6％		-63.5％
입자 자체에 대한 0 psi에서 GBP (x 10^-9 cm²)	89	41	7.1	0.3	21	0.9
0 psi에서 GBP의 감소		-53.9％		-95.8％		-95.7％
입자 자체에 대한 0.3 psi에서 GBP (x 10^-9 cm²)	32	1.0	0.9	0	4.8	0.1
0.3 psi에서 GBP의 감소		-96.9％		-100％		-97.9％
평균 PSD (㎛)	357.2	257.9	330.1	205.2	314.2	219.7
평균 PSD의 감소		-27.79％		-37.82％		-30.08％
⁴로트 #X210815 ⁵로트 #X106712B66

실시예 4

버진 및 블렌딩된 상업적인 초흡수제 SXM 및 Dow DRYTECH 2035를 느린 생산 속도로 인해 최소 초흡수제 손상을 일으키는 파일럿 라인을 이용하여 목재 펄프를 갖는 흡수 복합재 내로 포함시켰다.

상업적인 버진 초흡수제를 포함하는 흡수 복합재는 표 4에서 손상 수준에 대해 0초로서 표시한 반면, 손상된 또는 블렌딩된 상업적인 초흡수제를 포함하는 복합재는 부가된 블렌딩 시간에 따라 손상 정도를 나타내도록 표시하였다.

각 흡수 복합재 물질은 복합재 중량의 약 45％ 초흡수제와 55％ 목재 펄프 (CR 1654, 미국 알라바마주 쿠사 리버 소재의 보워터 (Bowater)로부터 입수가능함)로부터 제조하였다. 흡수 복합재 물질은 약 600 gsm의 총 기초 중량 및 0.22 g/cc의 밀도를 가졌다. 기저귀 시험을 위해 흡수 복합재 물질을 다이-커팅하고 흡수 코어로 조립하였다. 각 코어는 2층의 흡수 복합재 물질을 포함하였으며, 하부층은 현재의 상업적인 스텝 4 HUGGIES(등록상표) 울트라트림 (Ultratrim) 기저귀 코어와 동일한 T-형태를 갖고, 상부층은 2-7/8 인치 (7.3 cm) x 9 인치 (22.9 cm) 직사각형 형태를 갖고 하부층의 전면 엣지로부터 후방 3.5 cm에 배치되었다. 스텝 4 HUGGIES(등록상표) 울트라트림 기저귀는 미국 위스콘신주 니나 소재의 킴벌리-클라크 코오퍼레이션으로부터 입수가능하다. 하부층의 표면적은 약 394 cm²이고, 상부층의 표면적은 약 167 cm²이었다. 아래층의 가랑이 폭은 3.5 인치 (8.9 cm)이었다. 층들은 층들 사이에 티슈 없이 접착제로 라미네이팅시켰다. 이어서 적층된 흡수 코어를 각각 표준 스텝 4 HUGGIES(등록상표) 울트라트림 기저귀 새시에 넣었다. 이러한 기저귀 변형은 표준 스텝 4 HUGGIES(등록상표) 울트라트림 기저귀로부터 기존 라이너, 서지, 티슈 및 흡수 패드 물질을 절단하여 제거하고, 약간 분무된 구조 접착제와 접착 테이프를 사용하여 새로운 2층 흡수 코어 및 새로운 조각의 표준 스텝 4 HUGGIES(등록상표) 울트라트림 기저귀 라이너, 2.5 osy 서지 및 티슈 물질로 교체함으로써 수행하였다. 사용된 구조 접착제는 H2525A이고, 이는 미국 위스콘신주 와우와토사 소재의 핀들리 어드헤시브스, 인크. (Findley Adhesives, Inc.)로부터 입수가능한 스티렌 블록 공중합체 접착제이다.

시험은 체중 22 내지 32 파운드의 13 내지 36월령의 12명의 남아와 12명의 여아를 포함하였고, 앉은 자세와 엎드린 자세 (배 위치에서)에서 시험하였다. 피실험자는 배변 동안 및 배변후 추가의 30초 동안만 앉거나 엎드린 자세로 유지시켰다. 가먼트가 누출될 때까지 (피실험자의 면 팬츠 상에 적어도 미국 0.25 달러 동전 (약 2.4 cm 직경) 크기의 첫번째 습윤 얼룩이 관찰되었을 때) 까지, 70 ml의 0.9 wt％ 염화나트륨 수용액을 15 ml/sec의 속도로 기저귀에 15분마다 주입하였다. 실패시 평균 로드 (mean load) 및 280 g 로딩 전 실패된 기저귀의 퍼센티지 (초기 누출 (early leak)로 명명함)를 기저귀 성능을 나타내기 위해 사용하였다. 보다 높은 평균 로드 및 보다 낮은 초기 누출 퍼센티지가 보다 우수한 기저귀 성능을 나타낸다. 표 4는 시험 결과를 요약한다.

강압 (forced) 실패 시험 결과

초흡수제		손상 수준 (블렌딩 시간)
초흡수제		0초	30초	60초
SXM 9543¹	평균 로드	386 g	367 g	326 g
SXM 9543¹	초기 누출％	6.2％	14.4％	29.0％
2035²	평균 로드	384 g	342 g
2035²	초기 누출％	9.8％	24.0％

표 4에서 볼 수 있는 바와 같이, 최소 초흡수제 손상을 받은 초흡수재를 갖는 가먼트가 다른 가먼트들을 능가하였다.

실시예 5

본 실시예에서, 초흡수재의 내손상성은 초흡수재의 취성을 감소시키기 위해 친수성 연질 중합체의 수용액을 초흡수재에 도입함으로써 증가되었다. 적합한 친수성 연질 중합체는 적어도 실온 미만 또는 적어도 0℃ 미만의 유리 전이 온도 (Tg)를 갖는다.

본 실시예에서, 2가지 친수성 연질 중합체, 1:1 몰비의 아크릴산:아크릴레이트 4급 아민 공중합체 (중합체 A) 및 아크릴레이트 4급 아민 단독중합체 (중합체 B)를 사용하였다. 이들 중합체의 제조 방법은 아래 나열한다.

중합체 A의 제조

용액 No. 1은 다음과 같이 제조하였다. 200 ml 비이커 중 14.4 g (0.20 몰)의 아크릴산에 6.0 g의 폴리에틸렌 글리콜 200, 이어서 34 g의 증류수 중 3.2 g의 수산화나트륨의 용액을 첨가하였다. 이어서, 0.18 g (1.02 x 10^-3 몰)의 아스코르브산을 용액에 첨가하였다. 아스코르브산이 용해되고 혼합물이 23℃로 냉각될 때까지 이 혼합물을 약 23℃의 수조에서 자기 교반 막대로 약 60 rpm에서 교반하였다.

용액 No. 2는 다음 방식으로 제조하였다. 300 ml 비이커 중 48.4 g (0.20 몰)의 2-(아크릴로일옥시)에틸-트리메틸암모늄 클로라이드 (80％ 수용액)에 6.0 g의 폴리에틸렌 글리콜 200, 이어서 0.37 ml의 30％ 과산화수소수 및 1.0 ml (5.42 x 10^-3 몰)의 3-(트리메톡시실릴)프로필 메타크릴레이트를 첨가하였다. 성분들을 교반하면서 첨가하여 투명한 용액을 생산하였다. 이 혼합물을 자기 교반 막대로 약 60 rpm에서 교반하여 투명한 용액을 제공하였다.

용액 No. 2를 자기 교반 막대로 약 60 rpm에서 교반하면서 용액 No. 1에 첨가하였다. 온도를 모니터하고 반응 발열을 관찰하기 위해 열전쌍을 사용하였다. 중합 반응은 온도가 23에서 40℃로 상승하면서 혼합한 지 약 30초 이내에 시작하였다. 2가지 용액을 혼합한 지 3분 후 약 68℃의 최대 온도가 관찰되었다. 여전히 손으로 교반할 수 있는 점도를 유지하기 위해 추가로 40 g의 물을 첨가하였다. 혼합물을 47℃의 수조에서 70분 동안 유지시켰다. 생성되는 중합체 용액을 185 g의 물로 희석하여 균일한 용액을 형성하였다.

생성되는 수성 바인더 조성물은 24.7 g의 용액을 약 100 cm²의 표면적을 갖는 폴리스티렌 칭량 보트 (weigh boat) 내로 붓고, 물을 후드 내에서 실온에서 밤새 증발시켜 가교된 필름으로 주조하였다. 생성되는 필름은 5.36 g이었고, 이는 약 22.1％의 용액 농도를 나타낸다.

필름의 흡수능은 시험 방법 섹션에 설명된 원심분리 보유 능력 시험을 이용하여 시험하였다. 필름은 염수 용액의 12.2 g/g (그의 건조 중량)의 흡수능을 가졌다.

중합체 B의 제조

2개의 모노머 용액을 별도로 제조하였다. 용액 No. 1은 다음과 같이 제조하였다. 67.3 g의 2-(아크릴로일옥시)에틸-트리메틸암모늄 메틸 술페이트 (0.20 몰)의 80％ 용액에 25.3 g의 탈이온수 및 6.0 g의 PEG 200 (분자량 200)을 첨가하였다. 이어서, 0.18 g (1.02 x 10^-3 몰)의 아스코르브산을 용액에 첨가하였다. 아스코르브산이 용해될 때까지 이 혼합물을 자기 교반 막대로 약 60 rpm에서 약 23℃의 수조에서 교반하였다.

용액 No. 2는 다음 방식으로 제조하였다. 67.3 g의 2-(아크릴로일옥시)에틸-트리메틸암모늄 메틸 술페이트 (0.20 몰)의 80％ 용액에 25.3 g의 탈이온수 및 6.0 g의 PEG 200 (분자량 200), 0.37 ml의 30％ 과산화수소수 및 1.0 ml (5.42 x 10^-3 몰)의 3-(트리메톡시실릴)프로필 메타크릴레이트를 첨가하였다. 이 혼합물을 자기 교반 막대로 약 60 rpm에서 약 23℃의 수조에서 교반하여 투명한 용액을 제공하였다.

용액 No. 2를 37℃의 온도에서 수조에서 용액 No. 1에 첨가하였다. 온도를 모니터하고 반응 발열을 관찰하기 위해 열전쌍을 사용하였다. 용액들을 합한 후 3분 이내에, 1분에 걸쳐 온도가 73℃로 상승하여 발열이 명백하였고, 용액은 매우 점조해졌다. 용액 No. 2를 용액 No. 1에 첨가한 지 60분 후 반응 비이커를 수조에서 꺼내었다. 이어서, 150 g의 탈이온수를 첨가하여 중합체 농도를 약 25％로 감소시켰다.

50 g의 25％ 중합체 용액에 2.5 ml의 염산의 0.2％ 용액을 첨가하였다. 이 용액을 2개의 칭량 디쉬 (weighing dish) (100 cm² 면적)에 붓고, 용액을 실험실 후드 내에서 2일 동안 건조시켰다. 생성되는 필름은 매우 부드럽고 유연하며 약간 점착성이었다. 필름의 일부를 절단해 내어 (0.5 g), 20 ml의 0.9％ 염수에 60분 동안 침지시켰다. 필름의 흡수능은 시험 방법 섹션에 설명된 원심분리 보유 능력 시험을 이용하여 시험하였다. 필름은 실질적으로 팽창하였고, 약 7.1 g/g (그의 건조 중량)의 염수 용액을 흡수하였다.

50 g의 중합체 A의 10％ 용액을 칭량하여 500 ml 유리 비이커에 첨가하였다. 이 비이커에, 200 g의 증류수를 첨가하고 5분 동안 교반하여 균일한 용액 A1을 형성하였다. 유사한 방식으로, 84 g의 중합체 A의 10％ 용액을 칭량하여 500 ml 유리 비이커에 첨가하였다. 이 비이커에, 336 g의 증류수를 첨가하고 5분 동안 교반하여 균일한 용액 A2를 형성하였다. 또한, 50 g의 중합체 B의 10％ 용액을 칭량하여 500 ml 유리 비이커에 첨가하였다. 이 비이커에, 200 g의 증류수를 첨가하고 5분 동안 교반하여 균일한 용액 B를 형성하였다. 이어서, 100 g의 SXM 9543를 각 용액에 첨가하고 격렬하게 교반하였다. 팽창된 초흡수제를 80℃의 오븐에서 밤새 건조시켰다. 친수성 연질 중합체 첨가제를 갖는 건조된 초흡수제를 850 미크론 체를 통해 스크리닝하고, 850 미크론보다 큰 임의의 입자를 손으로 눌러 임의의 응집된 입자를 분리시켰다. 손상이 발생하지 않도록 보장하기 위해 기계적 힘은 사용하지 않았다. 건조되고 스크리닝된 SXM 9543 입자 일부를 흡수제품 가공 시뮬레이션 시험에 따라 30초 동안 블렌더에 의해 손상시켰다. 블렌더에 의해 손상시키기 전의 초흡수제는 제조된 시료로 지정한 한편, 손상된 초흡수제는 블렌드 시료로 지정하였다.

처리된 9543에 대한 PSD 및 흡수도가 더 이상 버진 물질의 것과 동일하지 않으므로, 손상된 처리된 9543 (블렌드 시료)을 처리된 9543 (제조된)과 비교하였다. 표 5의 결과는 친수성 연질 중합체의 첨가가 기계적 손상에 대한 저항성을 향상시키는 경향을 명백히 보여준다. 보다 구체적으로, 이러한 처리는 모든 상태의 제조된 초흡수제에 대한 GBP 값을 유의하게 증가시키고, 가공을 통한 이들 GBP 및 평균 입자 크기의 감소를 최소화시킨다.

친수성 연질 중합체에 의한 내손상성 초흡수제

특성	SXM 9543⁴		9543⁴ ＆ 5％ 중합체 A		9543⁴ ＆ 8.4％ 중합체 A		9543⁴ ＆ 5％ 중합체 B
특성	버진	블렌드	제조	블렌드	제조	블렌드	제조	블렌드
CRC (g/g)	21.2	22.5	18.3	20.5	17.5	19.1	17.5	19.3
0.9 AUL (g/g)	20.1	19.5	16.8	16.8	15.7	16.3	16.2	16.8
300-600 미크론 입자에 대한 0 psi에서 GBP (x 10^-9 cm²)	241.7	154.7	533	453	508	505	1135	778
0 psi에서 GBP의 감소		-36.0％		-15.0％		-0.6％		-31.5％
300-600 미크론 입자에 대한 0.3 psi에서 GBP (x 10^-9 cm²)	67.3	5.0	205	178	267	179	310	234
0.3 psi에서 GBP의 감소		-92.6％		-13.2％		-33.0％		-24.5％
입자 자체에 대한 0 psi에서 GBP (x 10^-9 cm²)	89	41	401	199	611	231	963	326
0 psi에서 GBP의 감소		-53.9％		-50.4％		-62.2％		-66.1％
입자 자체에 대한 0.3 psi에서 GBP (x 10^-9 cm²)	32	1.0	187	102	265	130	227	146
0.3 psi에서 GBP의 감소		-96.9％		-45.5％		-50.9％		-35.7％
평균 PSD (㎛)	357.2	257.9	463.1	371.3	481.5	306.7	445.5	304.8
평균 PSD의 감소		-27.8％		-19.8％		-36.3％		-31.6％

실시예 5에 대한 비교예:

본 비교예에서, 초흡수재의 내손상성은 초흡수재의 취성을 감소시키기 위해 소수성 연질 중합체의 에멀젼을 초흡수재에 도입함으로써 증가되었다. 적합한 소수성 연질 중합체는 적어도 실온 미만의 유리 전이 온도 (Tg)를 갖는다.

본 비교예에서, 소수성 라텍스 에멀젼, AIRFLEX 192 (에어 프러덕츠 앤 케미칼, 인크. (Air Product ＆ Chemical, Inc.)로부터 입수가능함)를 사용하였다. 다양한 양 (건조 초흡수제를 기준으로 2.5, 5 및 10 중량％)의 AIRFLEX 192를 별도로 칭량하여 3개의 250 ml 유리 비이커에 첨가하였다. 이들 3개의 비이커에, 증류수를 AIRFLEX 192 및 첨가된 물의 총 중량 25 g에 첨가하고, 2분 동안 교반하여 균일한 에멀젼을 형성하였다. 10 g의 SXM 9543을 각각의 희석된 에멀젼에 첨가하고 격렬하게 교반하였다. 팽창된 초흡수제를 60℃의 오븐에서 밤새 건조시켰다. 소수성 연질 중합체 첨가제를 갖는 건조된 초흡수제를 850 미크론 체를 통해 스크리닝하고, 850 미크론보다 큰 임의의 입자를 손으로 눌러 응집된 입자를 분리시켰다. 손상이 발생하지 않도록 보장하기 위해 기계적 힘은 사용하지 않았다. 건조되고 스크리닝된 SXM 9543 입자를 30초 동안 블렌더에 의해 손상시켰다.

처리된 9543에 대한 PSD 및 흡수도가 더 이상 버진 물질의 것과 동일하지 않으므로, 손상된 처리된 9543을 원래의 처리된 9543 (제조된)과 비교하였다. 표 6의 결과는 AIRFLEX 192의 첨가가 기계적 손상에 대한 저항성을 향상시키는 경향을 명백히 보여준다. 그러나, 이러한 첨가는 또한 모든 상태의 제조된 시료에서 GBP 값을 유의하게 감소시킨다. 예를 들어, 2.5％, 5％ 또는 10％ AIRFLEX 192를 SXM 9543에 첨가했을 때, 처리된 SXM 9543은 241.7x 10^-9 cm²에서 각각 131.3x 10^-9 cm², 98.2x 10^-9 cm² 및 85.9x 10^-9 cm²로 감소된 0 psi에서의 GBP 값을 가졌다. 기계적 손상 이전의 제조된 SXM 9543의 GBP 값은 본 발명의 범위 밖에 있다. 0 psi에서 GBP 값이 약 200x 10^-9 cm² 이상인 것이 바람직하다.

소수성 연질 첨가제에 의한 내손상성 초흡수제

특성	SXM 9543⁴		9543⁴ ＆ 2.5％ AIRFLEX		9543⁴ ＆ 5％ AIRFLEX		9543⁴ ＆ 10％ AIRFLEX
특성	버진	블렌드	제조	블렌드	제조	블렌드	제조	블렌드
CRC (g/g)	21.2	22.5	19.7	20.3	18.6	19.8	17.3	18.6
0.9 AUL (g/g)	20.1	19.5	17.8	18.2	17.1	18.0	15.9	17.1
300-600 미크론 입자에 대한 0 psi에서 GBP (x 10^-9 cm²)	241.7	154.7	131.3	106.6	98.2	102.9	85.9	99.8
0 psi에서 GBP의 감소		-36.0％		-18.8％		4.8％		16.2％
300-600 미크론 입자에 대한 0.3 psi에서 GBP (x 10^-9 cm²)	67.3	5.0	60.7	54.0	63.5	50.9	37.6	44.9
0.3 psi에서 GBP의 감소		-92.6％		-11.0％		-19.8％		19.4％
입자 자체에 대한 0 psi에서 GBP (x 10^-9 cm²)	89	41	56	45	43	36	39	32
0 psi에서 GBP의 감소		-53.9％		-19.6％		-16.3％		-17.9％
입자 자체에 대한 0.3 psi에서 GBP (x 10^-9 cm²)	32	1.0	25	18	23	20	14	16
0.3 psi에서 GBP의 감소		-96.9％		-28.0％		-13.0％		-14.3％
평균 PSD (㎛)	357.2	257.9	352.8	303.5	344.3	319.9	349.1	348.4
평균 PSD의 감소		-27.8％		-14.0％		-7.10％		-0.22％

시험 방법

0 psi 팽창 압력 시험에서 겔 베드 투과도 ( GBP ):

본원에서 사용되는 바와 같이, 0 psi 팽창 압력 시험에서 겔 베드 투과도 (GBP)는 겔 입자의 팽창된 베드 (예를 들어, 표면 처리된 흡수재 또는 표면 처리 전의 초흡수재)의 투과도를 측정하며, 이를 일반적으로 "자유 팽창" 상태로 부른다. 용어 "자유 팽창"은 겔 입자가 아래 설명될 시험 용액의 흡수시 구속 (restraining) 로드 없이 팽창되는 것을 의미한다. 겔 베드 투과도 시험을 수행하기 위한 적합한 장치를 도 1 및 2에 도시하고, 일반적으로 (28)로 표시한다. 시험 장치 (28)은 시료 용기 (일반적으로 (30)으로 표시함) 및 피스톤 (일반적으로 (36)으로 표시함)을 포함한다. 피스톤 (36)은 샤프트 (shaft)의 세로축 아래로 뚫린 동심 원통형 구멍 (40)을 갖는 원통형 LEXAN 샤프트 (38)을 포함한다. 샤프트 (38)의 두 단부는 각각 (42), (46)으로 지정된 상단부 및 하단부를 제공하도록 제작된다. 추 (weight, (48)로 나타냄)는 한 단부 (42) 상에 놓이고, 그의 중심의 적어도 일부를 통해 뚫린 원통형 구멍 (48a)를 갖는다.

원형 피스톤 헤드 (50)이 다른 단부 (46) 상에 배치되고, 각각 약 0.95 cm의 직경을 갖는 7개 구멍 (60)의 동심 내부 고리 및 또한 각각 약 0.95 cm의 직경을 갖는 14개 구멍 (54)의 동심 외부 고리를 갖는다. 구멍 (54, 60)은 피스톤 헤드 (50)의 상단부에서 저변부까지 뚫려있다. 피스톤 헤드 (50)은 또한 샤프트 (38)의 단부 (46)을 수용하기 위해 그의 중심에 뚫린 원통형 구멍 (62)를 갖는다. 피스톤 헤드 (50)의 저변부는 또한 2축 연신된 100 메쉬 스테인레스 스틸 스크린 (64)으로 덮일 수 있다.

시료 용기 (30)은 실린더 (34) 및 팽팽하게 2축 연신되어 실린더의 하단부에 부착된 400 메쉬 스테인레스 스틸 천 스크린 (66)을 포함한다. 겔 입자 시료 (도 1에서 (68)로 나타냄)는 시험하는 동안 실린더 (34) 내의 스크린 (66) 상에 지지된다.

실린더 (34)는 투명 LEXAN 막대 또는 동등한 물질로부터 뚫어질 수 있거나, LEXAN 튜브 또는 동등한 물질로부터 절단될 수 있고, 약 6 cm의 내경 (예를 들어, 약 28.27 cm²의 단면적), 약 0.5 cm의 벽 두께 및 약 10 cm의 높이를 갖는다. 실린더로부터 액체가 배수되도록 하여 시료 용기 내의 유체 수위를 스크린 (66)의 약 7.8 cm 위에 유지시키도록, 배수 구멍 (도시하지 않음)이 실린더 (34)의 측벽에 스크린 (66) 위쪽의 약 7.8 cm의 높이에 형성된다. 피스톤 헤드 (50)은 LEXAN 막대 또는 동등한 물질로 제작되고, 약 16 mm의 높이 및 최소 벽 간극을 가지면서 실린더 (34) 내에 꼭 맞지만 여전히 자유롭게 미끄러지도록 하는 크기의 직경을 갖는다. 샤프트 (38)은 LEXAN 막대 또는 동등한 물질로 제작되고, 약 2.22 cm의 외경 및 약 0.64 cm의 내경을 갖는다.

샤프트 상단부 (42)는 길이 약 2.54 cm이고 직경 약 1.58 cm로, 추 (48)을 지지하는 고리형 숄더 (shoulder) (47)를 형성한다. 고리형 추 (48)은 약 1.59 cm의 내경을 가져서, 샤프트 (38)의 상단부 (42) 상으로 미끄러져 그 위에 형성된 고리형 숄더 (47) 상에 놓인다. 고리형 추 (48)은 스테인레스 스틸 또는 증류수 중 0.9 중량％ 염화나트륨 용액인 시험 용액의 존재 하에 내부식성인 다른 적합한 물질로부터 제조될 수 있다. 피스톤 (36)과 고리형 추 (48)의 합한 중량은 약 596 g이고, 이는 약 28.27 cm²의 시료 면적 상에 약 0.3 파운드/제곱인치 (psi) 또는 약 20.7 다인 (dyne)/cm² (2.07 kPa)의 시료 (68)에 가해진 압력에 상응한다.

하기하는 바와 같이 시험하는 동안 시험 용액이 시험 장치를 통해 유동할 때, 시료 용기 (30)은 일반적으로 16 메쉬 경질 스테인레스 스틸 지지 스크린 (도시하지 않음) 상에 놓인다. 별법으로, 시료 용기 (30)은 지지 고리가 용기의 저변부로부터의 유동을 제한하지 않도록 실린더 (34)와 실질적으로 직경이 같은 크기인 지지 고리 (도시하지 않음) 상에 놓일 수 있다.

"자유 팽창" 조건 하에 겔 베드 투과도 시험을 수행하기 위해, 그 위에 설치된 추 (48)을 갖는 피스톤 (36)을 빈 시료 용기 (30)에 넣고, 플래튼 (platen)이 제거된 0.01 mm까지 정확한 적합한 계측기 (gauge)를 사용하여 높이를 측정한다. 다수 시험 장치를 사용할 때 비어있는 각 시료 용기 (30)의 높이를 측정하고 피스톤 (36)과 추 (48)이 사용되는 트랙을 유지하는 것이 중요하다. 시료 (68)가 이후 포화된 후 팽창될 때 측정을 위해 동일한 피스톤 (36) 및 추 (48)가 사용되어야 한다.

시험되는 시료는 미국 표준 30 메쉬 스크린을 통해 예비 스크리닝되고 미국 표준 50 메쉬 스크린 상에 보유되는 입자로부터 제조한다. 그 결과, 시험 시료는 약 300 내지 약 600 미크론 크기의 입자를 포함한다. 입자는 손으로 또는 자동으로 예비 스크리닝될 수 있다. 또한 시험 시료는 입자 자체일 수 있다. 약 0.9 g의 시료를 시료 용기 (30)에 넣고, 시료 용기의 저변부 상에 균등하게 펼친다. 이어서, 시료를 포화시키고 시료가 임의의 구속 로드 없이 팽창되도록, 내부에 피스톤 (36)과 추 (48)가 없는, 0.9 g의 시료를 갖는 용기를 시험 용액 내에 약 60분 동안 침액시킨다.

이 기간 종료시에 피스톤 (36) 및 추 (48) 조립체를 시료 용기 (30) 내의 포화된 시료 (68) 상에 놓은 다음, 시료 용기 (30), 피스톤 (36), 추 (48) 및 시료 (68)을 용액으로부터 꺼낸다. 앞서 사용된 동일한 두께 계측기를 사용하여 추 (48)의 저변부에서 실린더 (34)의 상단까지의 높이를 다시 측정함으로써, 포화된 시료 (68)의 두께를 결정하며, 단 영점은 초기 높이 측정치에서 변하지 않은 것으로 가정한다. 빈 시료 용기 (30), 피스톤 (36) 및 추 (48)를 측정하여 얻은 높이 측정치를 시료 (68)을 포화시킨 후 얻은 높이 측정치로부터 공제한다. 생성되는 값은 팽창된 시료의 두께 또는 높이 "H"이다.

투과도 측정은 시험 용액의 유동을 내부에 포화된 시료 (68), 피스톤 (36) 및 추 (48)를 갖는 시료 용기 (30) 내로 전달하여 개시한다. 용기 내로의 시험 용액의 유속은 시료 용기의 저변부 상에 약 7.8 cm의 유체 높이를 유지하도록 조정된다. 시료 (68)을 통해 통과하는 용액의 양 대 시간을 중량분석으로 측정한다. 데이타 점은 일단 유체 수위가 높이 약 7.8 cm에서 안정화되고 유지되면 적어도 20초 동안 매초 수집한다. 팽창된 시료 (68)을 통한 유속 Q는 시간 (초)에 대한 시료 (68)을 통해 통과하는 유체 (g 단위)의 선형 최소 제곱 피트 (linear least-square fit)에 의해 g/초 (g/s) 단위로 결정된다.

투과도 (cm²)는 하기 식에 의해 얻는다:

K= [Q*H*μ]/[A*ρ*P]

상기 식에서, K = 투과도 (cm²)이고, Q = 유속 (g/초)이며, H = 시료의 높이 (cm)이며, μ = 액체 점도 (포이즈)이며 (본 시험에 사용된 시험 용액의 경우 약 1 센티포이즈), A = 액체 유동을 위한 단면적 (cm²)이며, ρ = 액체 밀도 (g/cm³) (본 시험에 사용된 시험 용액의 경우 약 1 g/cm³)이며, P = 정수압 (hydrostatic pressure) (다인/cm²)이다 (보통 약 3,923 다인/cm²). 정수압은 하기 식으로부터 계산된다:

P =ρ*g*h

상기 식에서, ρ = 액체 밀도 (g/cm³)이고, g = 중력가속도 (명목상 981 cm/sec²임)이며, h = 유체 높이 (예를 들어, 본원에 기재된 겔 베드 투과도 시험의 경우 7.8 cm)이다.

최소 3개의 시료를 시험하고, 결과를 평균하여 시료의 겔 베드 투과도를 결정한다.

0.3 psi 팽창 압력 시험에서 GBP:

본원에서 사용될 때, 로드하 겔 베드 투과도 (GBP) 시험 (본원에서 0.3 psi에서 GBP로 부름)은 "로드하" 조건인 것으로 일반적으로 불리는 조건 하에 겔 입자 (예를 들어, 본원에서 사용된 용어로서 초흡수재 또는 흡수재)의 팽창된 베드의 투과도를 측정한다. 용어 "로드하"는 사용자가 앉거나, 걷거나, 비트는 것 등과 같은 입자에 가해진 보통의 사용 로드와 일반적으로 일치하는 로드에 의해 입자의 팽창이 구속된다는 것을 의미한다.

보다 구체적으로, 로드하 겔 베드 투과도 시험은 다음을 제외하면 앞서 설명한 자유 팽창 겔 베드 투과도 시험과 실질적으로 동일하다. 약 0.9 g의 시료를 시료 용기 (30)에 넣고 시료 용기의 저변부 상에 균등하게 편 후, 피스톤 (36) 및 추 (48)을 시료 용기 내의 시료 상에 놓은 후, 시료 용기 (내부에 피스톤과 추를 갖는)를 시험 용액 (0.9 wt％ NaCl 염수) 내에 약 60분 동안 침액시킨다. 그 결과, 시료가 포화되고 팽창함에 따라 0.3 psi 구속 로드가 시료에 가해진다.

평균 입자 크기 분포 시험

본 발명에 사용된 PSD 시험 방법은 체 크기 분석에 의해 초흡수재의 입자 크기 분포를 결정한다. 상이한 크기 오프닝 (opening)을 갖는 체들의 적층단 (stack)이 제공된 시료의 입자 크기 분포를 결정하기 위해 사용된다. 따라서, 예를 들어 원칙적으로, 600 미크론 오프닝을 갖는 체 위에 보유된 입자는 600 미크론보다 큰 입자 크기를 갖는 것으로 간주한다. 600 미크론 오프닝을 갖는 체를 통해 통과하고 300 미크론 오프닝을 갖는 체 위에 보유되는 입자는 300 내지 600 미크론의 입자 크기를 갖는 것으로 간주한다. 또한, 300 미크론 오프닝을 갖는 체를 통해 통과하는 입자는 300 미크론 미만의 입자 크기를 갖는 것으로 간주한다.

최대 오프닝을 적층단의 상부에, 최소 오프닝을 적층단의 저변부에 배치하여 850, 600, 300, 90 및 45 미크론 오프닝을 갖는 체를 오프닝의 크기 순서로 놓는다. 적층단을 팬의 상부에 놓는다. 초흡수제 입자의 25 g 시료를 최대 오프닝을 갖는 체에 넣는다. 체 적층단을 Ro-Tap 기계식 체 진동기 (Mechanical Sieve Shaker), 모델 B. (미국 오하이오주 멘토 소재의 더블유. 에스. 타일러 (W. S. Tyler)로부터 입수가능함) 또는 다른 유사한 진동 장치를 사용하여 10분 동안 진동시킨다. 진동이 완료된 후, 각 체 위에 보유된 초흡수제 입자를 제거하고, 중량을 측정하고 기록한다. 각 체 위에 보유된 입자의 퍼센티지는 각 체 위에 보유된 입자의 중량을 최초 시료 중량으로 나누어 계산한다. 최소 4개의 시료를 시험하고, 결과를 평균하여 시료의 각 체 위에 보유된 입자의 퍼센티지를 결정한다. 평균 입자 크기 직경 (PSD)은 하기 식에 의해 계산한다:

평균 PSD = (850W₈₅₀ + 600W₆₀₀ + 300W₃₀₀ + 90W₉₀ + 45W₄₅ + W_pan)/100

상기 식에서, W는 각 체 위에 보유된 입자의 평균 중량 퍼센티지를 나타내고, 각주는 각 체의 오프닝 크기를 나타낸다.

원심분리 보유 능력

원심분리 보유 능력 (CRC) 시험은 제어된 조건 하에 포화시키고 원심분리시킨 후 액체를 내부에 보유하는 겔 입자 (예를 들어, 표면 처리된 흡수재 또는 표면 처리 전의 초흡수재)의 능력을 측정한다. 측정된 보유 능력은 시료의 그램 중량 당 보유된 액체의 그램 (g/g)으로 나타낸다. 시험되는 시료는 미국 표준 30 메쉬 스크린을 통해 예비 스크리닝되고 미국 표준 50 메쉬 스크린 상에 보유되는 입자로부터 제조한다. 그 결과, 시료는 약 300 내지 약 600 미크론 크기의 입자를 포함한다. 입자는 손으로 또는 자동으로 예비 스크리닝될 수 있고, 시험할 때까지 밀봉된 기밀 용기에 보관된다.

보유 능력은 0.2±0.005 g의 예비 스크리닝된 시료를 시료를 포함할 수투과성 (water-permeable) 백에 넣고, 시험 용액 (증류수 중 0.9 중량％ 염화나트륨)이 시료에 의해 자유롭게 흡수되도록 함으로써 측정한다. 열-밀봉식 티백 물질, 예를 들어 미국 코네티컷주 윈저 록스 소재의 덱스터 코오퍼레이션 (Dexter Corporation)으로부터 모델 명칭 1234T 열 밀봉식 여과지가 대부분의 용도에 잘 작용한다. 백은 백 재료의 5-인치 x 3-인치 시료를 반으로 접고 열린 가장자리 중 2개를 열-밀봉시켜 2.5-인치 x 3-인치 직사각형 파우치 (pouch)를 형성함으로써 형성된다. 열 밀봉은 재료의 가장자리의 약 0.25 인치 내부에 있어야 한다. 시료를 파우치에 넣은 후, 파우치의 나머지 열린 가장자리도 또한 열-밀봉된다. 대조물로서 빈 백을 또한 제조한다. 3개의 시료 (예를 들어, 충전되고 밀봉된 백)를 시험을 위해 제조한다. 충전된 백은 밀봉된 용기에 즉시 넣지 않는다면 제조 3분 이내에 시험해야 하며, 즉시 넣는 경우에 충전된 백은 제조 30분 이내에 시험해야 한다.

백을 3 인치 오프닝을 갖는 2개의 TEFLON(등록상표) 코팅된 섬유유리 스크린 (미국 뉴욕주 피터스버그 소재의 타코닉 플라스틱스, 인크. (Taconic Plastics, Inc.)) 사이에 넣고, 23℃에서 시험 용액의 팬에 침액시켜, 백이 완전히 젖을 때까지 스크린이 아래에 유지되도록 한다. 젖은 후, 시료는 용액 중에 약 30±1분 동안 유지되고, 이때 용액으로부터 꺼내어 일시적으로 비흡수성의 평평한 표면 상에 놓는다. 다수 시험을 위해, 24개 백이 팬 내에서 포화된 후 팬을 비우고 새로운 시험 용액으로 재충전해야 한다.

이어서 젖은 백을 시료에 약 350의 g-력 (g-force)을 가할 수 있는 적합한 원심분리기의 바스켓에 넣는다. 하나의 적합한 원심분리기는 집수 바스켓, 디지탈 rpm 계측기, 및 백 시료를 유지시키고 배수시키도록 제작된 배수 바스켓을 갖는 Heraeus LaboFuge 400이다. 다수 시료를 원심분리하는 경우, 시료는 회전시 바스켓의 균형을 맞추도록 원심분리기 내에 마주보는 위치에 놓여야 한다. 백 (젖은 빈 백을 포함하는)을 약 1,600 rpm (예를 들어 약 350의 목적 g-력을 달성하도록)에서 3분 동안 원심분리하였다. 백을 꺼내어 칭량하고 (W), 빈 백 (대조물)을 먼저 칭량한 후 시료를 함유하는 백을 칭량한다. 백 자체에 의해 보유된 용액을 고려하여, 시료에 의해 보유된 용액의 양이 시료의 원심분리 보유 능력 (CRC)이고, 이는 시료 그램 당 유체의 g로서 표현된다. 보다 구체적으로, 보유 능력은 다음과 같이 결정된다:

CRC = (W_{원심분리후} _(시료+백) - W_{원심분리후} _백 - W_{건조 시료})/W_{건조 시료}

3개의 시료를 시험하고, 결과를 평균하여 원심분리 보유 능력 (CRC)을 결정한다. 시료는 23±1℃에서 50±2％ 상대 습도에서 시험한다.

로드하 흡수성 (0.9 psi에서의 AUL ) 시험

로드하 흡수성 (AUL) 시험은 흡수재를 0.9 psi 로드 하에 유지시키면서 실온에서 증류수 중 염화나트륨의 0.9 중량％ 용액을 흡수하는 겔 입자 시료 (예를 들어, 표면 처리된 흡수재 또는 표면 처리 전의 초흡수재)의 능력을 측정한다. AUL 시험을 수행하기 위한 장치 (106)은 도 3에 도시되어 있고, 요구 흡수도 시험기 (DAT) (일반적으로 (100)으로 표시함)를 포함하며, 이는 미국 매사추세츠주 대너스 소재의 M/K 시스템즈 (M/K Systems)로부터 입수가능한 GATS (중량분석 흡수도 시험 시스템) 및 문헌 [Lichstein, INDA Technological Symposium Proceedings, pages 129-142, March 1974]에 기재된 시스템과 유사하다.

시험 장치는 캐비티 (cavity) (102)가 내부에 형성된 시험 스탠드 (일반적으로 (101)로 표시함) (도 4), 및 캐비티 내에 설치하고 플레이트를 통해 신장하는 다수의 보어 (bore) (104)에 의해 형성된 약 2.54 cm 직경의 중앙 다공성 영역을 갖는 다공성 플레이트 (103)를 추가로 포함한다. 도 4에 나타낸 캐비티 (102)는 약 3.2 cm의 직경을 갖고, 다공성 플레이트 (103)은 약 3.1 cm의 직경을 갖고, 각각 약 0.3 cm의 직경을 갖는 7개의 보어 (104)를 포함한다. 보어 (104) 중 하나는 중앙에 위치하고, 나머지 6개의 보어는 중앙 보어 주위에 동심으로 배치되며, 중앙 보어의 중심에서 각각의 인접 보어의 중심까지의 간격은 약 1 cm이다.

시험되는 시료 (110)을 함유하는 시료 용기는 실린더 (112) 및 팽팽하게 2축 연신되어 실린더의 하단부에 부착된 스테인레스 스틸 천 스크린 (114)을 포함한다. 실린더 (112)는 투명 LEXAN 막대 또는 동등한 물질로부터 뚫어질 수 있거나 LEXAN 튜브 또는 동등한 물질로부터 절단될 수 있고, 약 1 인치 (약 2.54 cm)의 내경을 갖는다. 스테인레스 스틸 천 스크린 (114)는 적합하게는 100 메쉬 스크린이다.

디스크 (disc) 또는 피스톤 (116)은 LEXAN 막대, Plexiglass 또는 동등한 물질로 제작되고, 최소 벽 간극을 가지면서 실린더 (112) 내에 꼭 맞지만 여전히 자유롭게 미끌어지도록 하는 크기의 직경을 갖는다. 피스톤 (116)의 높이는 약 0.8 cm이고, 피스톤의 중량은 적합하게는 약 0.01 psi의 용기 내 시료의 단면 영역 상의 로드를 제공하도록 약 4.4 g이다. 추 (118)은 시료 상의 로드를 증가시키도록 (예를 들어 피스톤의 중량에 추가하여) 피스톤 (116) 상에 설치하기 위한 크기이다 (예를 들어 약 2.5 cm의 직경을 갖는다). 예를 들어, 용기 내 시료의 단면 영역 상에 약 0.9 psi의 로드 (예를 들어, 피스톤 중량을 포함하는)를 제공하도록 약 317 g의 추가 사용된다.

캐비티 (102), 따라서 다공성 플레이트 (103)은 적합한 도관 (conduit) (122)를 통해 시험 용액 (실온에서 증류수 중 0.9 중량％ 염화나트륨 용액)을 포함하는 저장기 (reservoir) (120)과 유체 소통관계이다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 저장기 (120)은 정전 저울 (108) 상에 설치된다.

약 0.160 g 중량의 겔 입자의 시료 (110)은 입자를 미국 표준 30 메쉬 스크린을 통해 스크리닝하고 미국 표준 50 메쉬 스크린 상에 입자를 보유시켜 시료가 약 300 내지 약 600 미크론 크기 범위의 입자를 포함하도록 함으로써 제조한다. 시료를 적합한 평량지 상에서 칭량한 다음 시료 용기 (피스톤 (116)이 제거된) 내로 로딩하여, 입자가 용기의 저변부에서 스크린에 균일하게 분포하고 깔리도록 한다. 시료 용기를 가볍게 두드려 용기 내 입자의 베드를 수평으로 한다.

AUL 시험은 다공성 플레이트 (103) 상에 내부에 형성된 보어 (104) 위쪽에 GF/A 유리 여과지 (124)의 원형 조각을 놓고, 저장기 (120)에서 도관 (122)를 통해 다공성 플레이트로 전달된 시험 용액으로 포화시킴으로써 개시한다. 여과지 (124)는 적합하게는 보어 (104) 위쪽의 증발을 억제하면서 우수한 접촉을 보장하도록 실린더 (112)의 내경보다 더 크고 외경보다 더 작은 크기이다. 이 시점에서 정전 저울 (108)을 영점에 맞춘다. 피스톤 (116)과 추 (118)를 용기 내의 시료 상에 놓고, 용기 (시료, 피스톤 및 추를 내부에 갖는)를 플레이트 (103) 상에 포화된 유리 여과지 (124) 위쪽에 놓아 시험 용액이 도관 (122), 플레이트 (102) 내의 보어 (104) 및 여과지를 통해 용기 내의 시료에 흡수되도록 한다.

약 60분에 걸친 시험 용액의 시료로의 유동을 측정하기 위해 정전 저울 (108)을 사용한다. 약 60분 후 시료에 흡수된 용액의 양 (g 단위)을 시료의 건조 중량 (예를 들어, 약 0.160 g)으로 나눈 값이 시료의 AUL 값(시료의 그램 중량 당 액체의 g)이다.

측정의 정확성을 보장하기 위해 2가지를 점검할 수 있다. 첫째, 시료 용기의 저변부에서 스크린 (114) 위로 올라온 피스톤 (116)의 높이 곱하기 피스톤의 단면적은 60분에 걸쳐 시료에 의해 흡수된 용액의 양과 대략 동일할 것이다. 둘째, 시료 용기는 시험 전에 (예를 들어 초흡수재가 건조한 동안) 및 시험 후에 칭량될 수 있고, 중량 차이는 60분에 걸쳐 시료에 의해 흡수된 용액의 양과 대략 동일할 것이다.

최소 3회 시험을 수행하고, 결과를 평균하여 0.9 psi에서의 AUL 값을 결정한다. 시료는 23±1℃에서 50±2％ 상대 습도에서 시험한다.

흡수제품 가공 시뮬레이션 시험

50 g의 초흡수재를 OSTERIZER(등록상표) 12-스피드 블렌더 (미국 플로리다주 보카 래톤 소재의 선빔 프러덕츠, 인크.로부터 입수가능함)에 놓는다. "고속" 및 "블렌드"로 설정된 블렌더를 사용하여 초흡수재를 30초 동안 블렌딩한다.

본원에 개시된 본 발명의 실시태양이 바람직하지만, 본 발명의 취지 및 범위에서 벗어나지 않는 상이한 변형 및 개선이 이루어질 수 있다. 본 발명의 범위는 첨부되는 특허청구항의 범위 및 그의 균등물의 의미 및 범위 내에 포함되는 모든 변경을 포함하는 것이다.

Claims

흡수제품 가공 시뮬레이션 시험에 적용시에 손상에 저항하도록 비입자상 용액 또는 흡수성 입자상 물질로 처리된 초흡수재를 포함하며,

처리된 초흡수재가 처리된 초흡수재를 흡수제품 가공 시뮬레이션 시험에 적용하기 전에 처리된 초흡수재 1 g당 약 15 g 이상의 0.9 중량％ 염화나트륨 수용액의 원심분리 보유 능력 및 예비 스크리닝된 300-600 미크론 입자에 대한 약 200 (x 10^-9 cm²) 이상의 0 psi 팽창 압력에서의 겔 베드 투과도 (GBP)를 갖고, 처리된 초흡수재가 처리된 초흡수재를 흡수제품 가공 시뮬레이션 시험에 적용한 후에 (1) 예비 스크리닝된 입자에 대한 0 psi 팽창 압력에서 GBP 값의 약 20％ 이하의 감소; (2) 예비 스크리닝된 입자에 대한 0.3 psi 팽창 압력에서 GBP 값의 약 50％ 이하의 감소; (3) 비스크리닝된 입자에 대한 0 psi 팽창 압력에서 GBP 값의 약 50％ 이하의 감소; (4) 비스크리닝된 입자에 대해 측정한 0.3 psi 팽창 압력에서 GBP 값의 약 60％ 이하의 감소; 및 (5) 평균 입자 크기의 약 20％ 이하의 감소로 이루어지는 군 중에서 선택되는 적어도 하나의 특성을 보이는 것인 초흡수재.
제1항에 있어서, 처리된 초흡수재를 흡수제품 가공 시뮬레이션 시험에 적용한 후에, 처리된 초흡수재가 (1) 예비 스크리닝된 입자에 대한 0 psi 팽창 압력에서 GBP 값의 약 20％ 이하의 감소; (2) 예비 스크리닝된 입자에 대한 0.3 psi 팽창 압력에서 GBP 값의 약 50％ 이하의 감소; (3) 비스크리닝된 입자에 대한 0 psi 팽창 압력에서 GBP 값의 약 50％ 이하의 감소; (4) 비스크리닝된 입자에 대한 0.3 psi 팽창 압력에서 GBP 값의 약 60％ 이하의 감소; 및 (5) 평균 입자 크기의 약 20％ 이하의 감소로 이루어지는 군 중에서 선택되는 적어도 2가지 특성 또는 적어도 3가지 특성 또는 적어도 4가지 특성을 보이는 것인 초흡수재.
제1항 또는 제2항에 있어서, 초흡수재가 음이온성 중합체, 양이온성 중합체 및 이들의 조합물로 이루어진 군 중의 적어도 하나를 포함하는 가교된 중합체전해질(polyelectrolyte)을 포함하는 것인 초흡수재.
제3항에 있어서, 음이온성 중합체가 카르복실, 술포네이트, 술페이트, 술파이트, 포스페이트 및 이들의 조합물로 이루어진 군 중에서 선택되는 관능기를 포함하는 것인 초흡수재.
제3항 또는 제4항에 있어서, 음이온성 중합체가 폴리아크릴산, 폴리아크릴아미도 메틸프로판 술폰산, 폴리비닐 아세트산, 폴리비닐 포스폰산, 폴리비닐 술폰산, 이소부틸렌-말레산 무수물 공중합체, 카르복시메틸 셀룰로즈, 알긴산, 카라기난, 폴리아스파르트산, 폴리글루탐산 및 이들의 공중합체 또는 혼합물의 염으로 이루어진 군 중에서 선택되는 것인 초흡수재.
제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 양이온성 중합체가 1급, 2급 및 3급 아민, 이민, 아미드, 4급 암모늄 및 이들의 조합물로 이루어진 군 중에서 선택되는 관능기를 포함하는 것인 초흡수재.
제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 양이온성 중합체가 폴리비닐 아민, 폴리디알릴 디메틸 암모늄 수산화물, 폴리아크릴아미도프로필 트리메틸 암모늄 수산화물, 폴리아미노 프로판올 비닐 에테르, 폴리알릴아민, 키토산, 폴리라이신, 폴리글루타민 및 이들의 공중합체 또는 혼합물의 염으로 이루어진 군 중에서 선택되는 것인 초흡수재.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 초흡수재가 초흡수재 중량의 약 10％ 내지 약 1000％의 친수성 연질 중합체 수용액으로 처리되고, 상기 친수성 연질 중합체의 유리 전이 온도가 약 20℃ 이하인 초흡수재.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 처리된 초흡수재가 처리된 초흡수재를 흡수제품 가공 시뮬레이션 시험에 적용하기 전에 예비 스크리닝된 300-600 미크론 입자에 대한 약 800 (x 10^-9 cm²) 이상의 0 psi 팽창 압력에서의 GBP 값을 갖는 것인 초흡수재.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 처리된 초흡수재가 처리된 초흡수재를 흡수제품 가공 시뮬레이션 시험에 적용하기 전에 예비 스크리닝된 300-600 미크론 입자에 대한 약 100 (x 10^-9 cm²) 이상 또는 약 200 (x 10^-9 cm²) 이상의 0.3 psi 팽창 압력에서의 GBP 값 및 처리된 초흡수재 1 g당 약 25 g 이상의 0.9 중량％ 염화나트륨 수용액의 원심분리 보유 능력을 갖는 것인 초흡수재.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 처리된 초흡수재가 처리된 초흡수재를 흡수제품 가공 시뮬레이션 시험에 적용한 후에 비스크리닝된 입자에 대한 0.3 psi 팽창 압력에서의 GBP 값의 약 40％ 이하 또는 약 30％ 이하 또는 약 10％ 이하의 감소를 보이는 것인 초흡수재.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 처리된 초흡수재가 처리된 초흡수재를 흡수제품 가공 시뮬레이션 시험에 적용하기 전에 처리된 초흡수재 1 g당 약 20 g 이상 또는 약 25 g 이상의 0.9 중량％ 염화나트륨 수용액의 원심분리 보유 능력을 갖는 것인 초흡수재.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항 기재의 초흡수재를 포함하는 흡수재 또는 흡수 용품.
제13항에 있어서, 흡수층의 총 중량을 기준으로 약 10％ 이상의 농도의 초흡수재를 포함하는 적어도 하나의 영역을 갖는 흡수층을 포함하는 흡수재 또는 흡수 용품.
유리 전이 온도가 약 20℃ 이하인 친수성 연질 중합체의 수용액을 초흡수재에 첨가하는 단계,

상기 수용액을 상기 초흡수재와 혼합하는 단계; 및

상기 초흡수재를 적어도 부분적으로 건조시키는 단계

를 포함하는, 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항 기재의 초흡수재의 제조 방법.
제15항에 있어서, 초흡수재 중량의 약 10％ 내지 약 1000％의 수용액을 첨가하는 것을 포함하는 방법.
제15항 또는 제16항에 있어서, 친수성 연질 중합체의 수용액이 용액의 약 0.1 내지 약 10 중량％의 친수성 연질 중합체를 포함하는 것인 방법.
제15항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 초흡수재를 약 20 내지 약 150℃의 온도에서 건조시키는 것을 포함하는 방법.
제15항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 초흡수재를 여과하고, 적어도 일부의 응집된 입자를 분리시키는 단계를 더 포함하는 방법.
제15항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 초흡수재 건조 후에 초흡수재를 흡수 용품에 도입하는 단계를 더 포함하는 방법.