KR20080042088A - 포말형성된 열가소성 발포체 및 위생 분야에서의 그의 용도 - Google Patents

포말형성된 열가소성 발포체 및 위생 분야에서의 그의 용도 Download PDF

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영삼 김
루터 에프. 스톡톤
마크 더블유. 반수머렌
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다우 글로벌 테크놀로지스 인크.
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Abstract

본 발명에서는, 열가소성 중합체를 포함하는 미세공동-함유 탄성 발포체; 상기 미세공동-함유 발포체 및 상기 미세공동내에 함유된 다수의 입자, 바람직하게는 수성 유체 흡수성 입자를 포함하는 복합체 구조체; 상기 발포체 및 구조체의 제조 방법; 및 상기 발포체 및 복합체가 혼입된 일회용 소비 물품이 제공된다. 발포체 및 복합체 구조체의 수성 유체 흡수성 특징은 이들이 일회용 소비 물품, 특히 체액의 "인설트"를 빠르게 흡수함으로써 상기 체액을 위생 용품의 착용자의 피부와의 접촉부로부터 이끌어내도록 디자인된 위생 용품의 제작에 유용하도록 한다. 유용한 물품으로는, 유아용 및 아동용 기저귀, 성인 실금자용 팬츠, 여성용 위생 패드, 애완동물 소변 흡수 패드 및 매트, 가정용 클리닝 패드, 수술용 직물 등이 포함된다.
Figure 112008011875701-PCT00012
미세공동-함유 탄성 발포체, 포말형성된 열가소성 발포체, 수성 유체 흡수성 입자, 위생 용품

Description

포말형성된 열가소성 발포체 및 위생 분야에서의 그의 용도 {FROTHED THERMOPLASTIC FOAM AND ITS USES IN SANITARY APPLICATIONS}
본 발명은, 열가소성 중합체를 포함하는 미세공동 구조화된 발포체 및 상기 미세공동 구조화된 발포체 및 다수의 입자를 포함하는 복합체; 상기 발포체의 제조 방법, 및 상기 발포체 및 복합체가 혼입된 물품에 관한 것이다.
<관련 출원의 상호 참조>
본원은, 발명의 명칭이 "Microcavity-Containing Resilient, Thermoplastic Foam; Composite of Such Foam and Particles; Methods of Preparing and Articles Prepared From Same"인 미국 가출원 제60/700,644호 (2005년 7월 19일 출원됨)로부터의 우선권을 청구하며, 상기 출원의 교시는 하기에 전체적으로 재현되는 바와 같이 본원에 참고로 도입된다.
초흡수성 중합체 (또한, 수성 유체 흡수성 중합체 또는 "SAP"라고 지칭됨)는 개인 위생 제품, 예를 들어 아기용 기저귀, 성인 실금자용 제품 및 여성용 위생 제품에 주로 사용된다. 이러한 용도에서, 초흡수성 중합체 입자는 합성 및/또는 천연 섬유 또는 종이 기재의 직물 및 부직물 구조체 또는 강화된 섬유 덩어리, 예컨대 플러프 패드를 함유하는 흡수성 구조체내에 혼입된다. 이러한 구조체에 사용되 는 물질은 수성 유체를 빠르게 흡수하여 이들을 전체 흡수성 구조체 전반에 걸쳐 분포시킬 수 있다. 이러한 구조체는, 초흡수성 중합체의 부재 하에, 제한된 흡수능을 갖고, 허용가능한 흡수능을 제공하기 위해 다량의 물질이 필요한 것으로 인해 벌키하며, 가압 하에 유체를 잘 보유하지 못한다. 이러한 흡수성 구조체의 흡수성 및 유체 보유 특성은, 이들내에 수성 유체를 흡수하여 팽윤된 히드로겔 물질을 형성하는 SAP 입자를 혼입함으로써 향상된다.
개인 위생 용품의 제조업자들은, 최소의 두께를 가지면서 흡수 용품내에서 우수한 흡수능을 나타내는 흡수성 코어 구조체를 갖는 것을 오랫동안 요망하여 왔다. 얇은 흡수성 구조체는 수송을 위한 단위 부피의 감소로 인해 경제적으로 보다 유리할 뿐만 아니라 착용시 개인의 성가심을 없애기 위해 중요한 요소이다. 예를 들어, 현대의 기저귀에서, 제조업자들은 셀룰로스 섬유 성분의 중량에 대한 SAP의 양을 증가시켜왔고, 기저귀 또는 기타 위생 용품내의 초흡수성 중합체의 양은 50 중량％ 이상일 수 있다. 이러한 흡수성 코어 구조체의 감소된 두께에서 흡수능을 증가시키기 위해 다양한 방법이 이전에 이용되어 왔다. 전형적으로, 이것은 보다 많은 양의 SAP를 사용함으로써 달성되지만, 그에 따라 증가된 겔 블록킹으로 인한 흡상(wicking)능의 보상적 손실 뿐만 아니라 이러한 SAP 함유 물품내 혼입이 가능한 플러프의 양의 감소가 존재한다. 따라서, 이전의 접근법은 요망되는 결과를 달성하는 데 있어 완전히 만족스럽지 못하다.
본 발명자들은, 열가소성, 바람직하게는 올레핀 중합체 입자의 포말형성된 수성 분산액 및 임의로는 다수의 섬유로부터 적합하게 제조된 미세공동 구조화된 연속 셀(open-cell) 발포체가 현저히 향상된 연성, 표면 외관 및 투과성을 나타낸다는 것을 발견하였다. 미세공동 구조체는 입자가 얇은 발포체 복합체내에 고농도로 배치되어 함유될 수 있게 한다. 본 발명자들은 또한, 놀랍게도, 본 발명의 미세공동 구조체는 SAP 입자가 고농도까지 보다 양호하게 함유될 수 있게 할 뿐만 아니라 "겔 블록킹"을 막도록 돕는다는 것을 밝혀내었다. 추가로, 본 발명자들은 또한, SAP 입자 표면의 다른 미립자, 특히 나노 입자로의 처리가 놀랍게도 겔 블록킹을 막도록 돕는다는 것을 밝혀내었다. 본 발명의 발포체내의 미세공동의 일 실시양태는 적합하게는 일반적으로 원통형 형상을 갖는다.
본 발명의 복합체는 기술적으로 비교적 용이하게 제조된다. 양호한 수성 유체 흡수능에 추가로, 그의 얇은 두께 및 우수한 연성, 기계적 안정성 및 가요성은 본 발명의 복합체가 기저귀 및 각종 흡수성 위생 용품에 특히 유용하게 한다.
개인 위생 용품의 제조업자들은 또한, 용이하게 재활용가능한 흡수 용품을 갖는 것을 요망한다. 현재, 시판용 기저귀 및 성인 실금자용 용품에는 흡수성 코어 구조체가, 중합체 조성물 및 셀룰로스 섬유가 먼저 분리되어 이로부터 오염물의 세정 후에 재활용될 수 있도록 하는 방식으로 혼입된다. 따라서, 재활용 공정은 복잡하고, 기계적으로 난해하게 될 뿐만 아니라 비경제적이다. 본 발명의 중합체 흡수성 코어 구조체는, 그의 구조체가 오염물로부터, 또한 중합체 성분들이 서로로부터 용이하게 분리될 수 있기 때문에 보다 용이하게 재활용가능한 것으로 여겨진다. 본 발명의 기저귀는, 이전의 시판용 기저귀 및 기타 위생 용품에 비해 보다 경제적일 뿐만 아니라 보다 환경 친화적이다.
2005년 3월 10일자 PCT 특허 출원 공개 제WO2005/021622 A2호는, 분산된 올레핀 중합체 입자를 포함하는 수성 포말 조성물, 상기 포말의 제조 방법, 및 이로부터의 연속 셀 발포체, 라미네이트 및 최종 용품의 제조에 관한 것이다.
SAP 입자를 함유하는 발포체는, 예를 들어 미국 특허 제4,990,541호 및 유럽 특허 제0 427 219호에 기재된 바와 같이 카르복실화 스티렌-부타디엔 라텍스로부터 제조되었다. 여기서는, 고체 SAP 분말을 포말형성된 습윤 라텍스 상에 분무한 후 포말을 건조시킴으로써 초흡수성 중합체를 포말형성된 습윤 라텍스에 도입한다. 상기 방법에서는, 일반적으로 약 30 ㎛ 미만의 입도를 갖는 SAP를 발포체 중량을 기준으로 하여 대략 25％의 분말 로딩으로 사용한다. 대략 30 ㎛ (마이크론)의 크기를 갖는 초흡수성 미세 분말 입자는, 특히 대규모에서 취급 및 가공이 어렵고, 이는 부분적으로 미세 SAP 분말이 공기로부터 수분을 빠르게 흡수하여 그의 입자가 응집되는 것에 기인한다. 이러한 미세 분말의 취급은 또한, 가능한 가공성의 문제를 증가시킨다. 이들은 가능한 분진 흡입 문제 (호흡성 미분), 및 미세 분진 취급시 발생되는 가능한 분말 폭발성의 문제를 포함한다. SAP 분말의 습윤 라텍스 포말로의 첨가 및 혼합은 포말 파괴를 초래할 수도 있고, 생성된 발포체의 임의의 연속 셀 구조가 파괴될 수 있다. SAP 미립자에 의한 물의 빠른 흡수로 인해, SAP 첨가 방법은 습윤 발포체 표면에 대한 이러한 분말의 적합하게 조절된 분포를 가능하게 하지 않는다. 이러한 포말형성된 라텍스에 첨가가능한 비교적 소량의 초흡수성 중합체는 또한, 상기 시스템의 사용을 비교적 낮은 흡수능만을 요구하는 용도로 제한한다.
미국 특허 제6,033,769호 및 동 제5,763,067호 및 독일 특허 제4 418 319호는, 수용성 중합체 발포체층 및 SAP 입자층을 포함하는 적층형 발포체 복합체에 관한 것이다. 수용성 중합체, 전형적으로 폴리비닐 알콜 또는 카르복시메틸 셀룰로스는 포말형성되어 포말형성된 시트층내에 분산된다. 이어서, SAP 입자가 주형을 통해 포말 상에 산재되고, 열 처리에 의해 고정된다. 이러한 수용성 중합체 발포체는 전형적으로 가요성이 부족하고, 비-취성의 발포체가 제공되기 위해서는 다량의 가소제, 예를 들어 발포체 중량을 기준으로 하여 200％ 초과의 가소제 양으로 처리될 필요가 있다. 이러한 수용성 중합체 발포체는 수성 액체와 접촉시 용해될 수 있고, 이로 인해 가능한 발포체 안정성의 문제가 초래된다. 위생 용품에서의 이러한 수용성 중합체 물질의 이동은 사용자에게 불쾌감을 줄 수 있어, 바람직하지 않다.
미국 특허 제5,149,335호 및 유럽 특허 제0 962 206호는 양쪽 모두, 비교적 고농도의 SAP를 함유할 수 있는 수성 유체에 대한 봉쇄 수단을 포함하는 흡수성 구조체에 관한 것이다. 상기 특허에는, 비교적 고농도로 SAP를 사용할 것이 요망되는 경우의 특정 흡수성 특징을 갖는 SAP의 사용이 기재되어 있다. 상기 미국 특허에서는 유기 현탁 매질내의 특정하게 응집된 SAP 미립자를 사용한다. 봉쇄 수단은 셀룰로스 조직의 2개의 층을 압착시킴으로써 제조되며, 여기서는 SAP 입자를 저부 조직층 상에 패턴화된 방식으로 배치하고, 이어서 이 층을 고온 용융 접착제를 사용하여 상부 조직층을 저부층에 접합시켜 함께 압착시킨다. 상기 두 특허 모두에 기재된 봉쇄 수단에서는 셀룰로스 플러프 펄프의 흡수성 코어 및 SAP 입자를 포함 하는 기저귀 디자인이 사용된다.
<발명의 요약>
본 발명은, 열가소성 중합체 및 임의로는 다수의 섬유를 포함하는 미세공동 구조화된, 바람직하게는 연속 셀 발포체의 미세공동내에 함유된 다수의 입자, 바람직하게는 초흡수성 중합체 입자를 포함하는 복합체, 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명은 또한, 미세공동 구조체를 갖는 것을 특징으로 하는 열가소성 발포체에 관한 것이다. 상기 발포체는 적합하게는, 발포체내에 미세공동을 도입하는 방식으로 열가소성, 바람직하게는 올레핀 중합체 입자의 수성 분산액을 포말형성시킨 후 건조시킴으로써 제조된다. 적합하게는, 연속 셀 발포체는, 중합체 입자의 포말형성된 분산액을 돌출부 또는 함몰부를 갖도록 구성되어 생성된 발포체의 하나 이상의 표면 상에 각각 함몰부 또는 융기부를 형성시키는 금형내로 도입함으로써 (이어서 함몰부/융기부는 생성된 미세공동 구조화된 발포체에 대한 기초를 형성함) 배치식 또는 연속식 방법으로 형성된다. 별법으로, 미세공동형성된 발포체는, 포말을 이동 벨트 상에 또는 상기 벨트 상에서 운반되는 기판 상에 도입하고, 포말을 발포체로 건조시키고, 발포체를 엠보싱 롤에 적용하여 발포체의 하나 이상의 표면 상에 미세공동을 열 엠보싱시키는 연속식 방법으로 제조한다.
본 발명은, 바람직하게는 수성 올레핀 중합체 입자 분산액 및 다수의 섬유의 블렌드를 사용하여 제조된, 미세공동 구조를 갖는 연속 셀 발포체를 추가로 포함한다.
본 발명은, 발포체의 미세공동내에 함유된 다수의 입자를 갖는 미세공동 구조화된 발포체를 갖는 것을 특징으로 하는 얇은 프로파일 발포체 및 그의 제조 방법; 입자 (바람직하게는 수분 흡수성 입자, 예컨대 SAP)를 미세공동 구조화된 발포체의 미세공동내에 도입하는 방법; 미세공동 구조화된 발포체내에 함유된 흡수성 입자를 포함하는 미세공동형성된 흡수성 코어 복합체의 제조 방법; 및 미세공동 구조화된 발포체의 미세공동내에 함유된 흡수성 입자, 바람직하게는 SAP를 포함하는 미세공동형성된 흡수성 코어 복합체를 각종 유체 흡수 용도에 사용하는 방법을 추가로 포함한다. 상기 초흡수성 중합체 입자는 유체를 흡수한다.
본 발명은 적합하게는 일회용 소비 물품 및 용품, 바람직하게는 위생 용품, 예컨대 유아용 및 아동용 기저귀, 성인 실금자용 제품 및 여성용 위생 제품의 제조에 적용되며, 여기서 미세공동 구조화된 흡수성 코어내에 함유된 입자는 수성 액체를 흡수하여 팽윤된 히드로겔을 형성하는 작용을 한다.
본 발명의 예시를 위해, 본 발명의 바람직한 형태를 도면에 나타내었으나, 본 발명은 도시된 정확한 배열 및 수단으로 제한되는 것은 아님을 이해한다.
도 1은, 올레핀 중합체의 포말형성된 수성 미립자 분산액을 건조시키는 데 사용되는 온도의 최적 범위를 나타내는, 올레핀 중합체에 대한 시차 주사 열량계 흡열 곡선을 나타내고;
도 2A 내지 2D는, 포말형성된 열가소성 중합체 수성 분산액으로부터의 미세공동 구조화된 발포체의 제조에 유용한 금형을 나타내며;
도 3A 및 3B는, 입자가 미세공동내에 함유되어 있는 미세공동 구조화된 발포체를 나타내고;
도 4는, 미세공동 구조화된 발포체로부터 제조된 물품 또는 구조체의 테스트를 위한 U자형 장치를 나타낸다.
정의
용어 "정합성"은, 사용자가 요망하는 형상, 예를 들어 흡수 용품의 착용자의 형상으로 굽어지고 굴곡되는 능력을 의미한다.
용어 "분산액"은, 수성 상이 통상적으로 연속상이고, 적합하게는 분산 작용제/분산제의 도움 하에, 중합체 입자가 적어도 포말형성 단계가 완료되기 위해 요구되는 시간 동안 분산되어 유지되도록 안정한 방식으로 중합체 입자가 수성 상내에 현탁되어 있는, 액체/미립자 열가소성 중합체 조성물의 2상을 의미한다. 바람직하게는, 중합체 입자는, 완료 공정이 분산액으로부터의 중합체 입자의 침강 없이 수행될 수 있도록 전체 포말형성 및 건조 공정 전반에 걸쳐 분산되어 유지된다. 적합한 방법은 당업계에 교시되어 있고, 예를 들어 이러한 방법에 관련되는 정도까지 본원에 참고로 도입된 미국 특허 제5,798,410호 및 동 제6,448,321호를 참조한다.
용어 "건조"는 포말이 건조 발포체가 되도록 하는 공정을 의미하고, 용어 "건조한" 또는 "건조된"은 포말로부터 수분의 95％ 이상이 제거된 것을 의미한다.
용어 "포말형성" 또는 "포말형성된"은, 상당 부피의 공기 또는 다른 기체를 수성 액체 중에 혼입하여, 포말형성된 물질의 80 부피％ 이상, 바람직하게는 85 부피％ 이상, 보다 바람직하게는 90 부피％ 이상이 기체 성분으로 구성되도록 하는 방법을 의미한다. 수성 액체는 균질 용액, 마이셀 용액 또는 분산액일 수 있다. 일반적으로, 포말은 주변 조건 하에서의 고전단 혼합 등의 기계적 방법에 의해, 또는 임의로는 기체를 혼합하며 시스템내로 주입함으로써 형성된다.
용어 "포말"은 상기한 바와 같이 "포말형성된" 후에 "건조된" 열가소성 중합체 입자의 수성 분산액을 의미한다.
용어 "발포체"는 열가소성 중합체를 주성분으로 하며, 붕괴되지 않은 연속 셀 또는 독립 셀 (closed cell)의 셀 구조를 갖는 구조체를 의미한다.
용어 "주표면"은, "발포체"에서, 최대 면적을 갖는 실질적으로 평행인 두 표면 중 하나를 의미하며, 이는 발포체의 부표면과 상대적이다. 원료 발포체를 6개 표면의 등변 등각 3차원 입방체 기하 구조를 형성하는 방식으로 (여기서 발포체의 6개 표면은 모두 실질적으로 동일한 면적을 가짐) 절단 및 트리밍(trimming)할 수 있다. 그러나, 연속 생성되는 발포체 물품의 실용적인 면 및 한계로 인해, 시판용 발포체 제조는 적합하게는 포말형성된 물질을 x-방향 (y-방향은 포말의 폭 방향이고, z-방향은 포말의 두께 방향임)으로 이동하는 컨베이어 장치 상에 분산시킴으로써 달성된다. z-축 또는 z-방향은 상기 컨베이어의 표면에 의해 한정되는 xy-평면에 실질적으로 수직이며, 따라서 생성된 포말 및 발포체의 주표면에 일반적으로 수직인 축을 의미한다. x-길이 및 y-폭을 갖는 포말의 2개의 주표면은, 발포체로 건조시, 표면적이 상부 및 저부 양쪽 모두에서 약 xy와 같은 3차원 발포체 구조를 형성한다. 이들 상부 및 저부 발포체 표면 각각이 본원에서 주표면으로 지칭되는 것이거나, 또는 x-y 축을 따라 대략 동일한 두께의 조각으로 쪼개진 발포체의 경우, 주표면은 생성된 쪼개진 발포체 시트 각각의 각 대향하는 평행한 면 상의 생성된 보다 큰 평행한 표면을 의미한다.
용어 "미세공동"은 발포체 표면 상의 또는 그 근처의 (예를 들어 바로 아래의) 일정 치수의 공극 공간을 나타낸다. 용어 "미세공동형성된" 또는 "미세공동-함유"는 이러한 미세공동을 포함하는 발포체 또는 발포체 구조를 나타낸다.
용어 "연속 셀 발포체"는, ASTM D2856A에 의해 또는 그에 따라 측정시 적어도 80％ 이상, 바람직하게는 적어도 85％ 이상, 보다 바람직하게는 적어도 90％ 이상의 연속 셀 함량을 갖는 발포체를 의미한다.
용어 "중합체"는 동일하거나 상이한 유형의 단량체의 중합에 의해 제조된 거대분자를 의미한다. "중합체"는 단독중합체, 공중합체, 삼원공중합체, 인터폴리머 등을 포함한다. 용어 "인터폴리머"는 2종 이상의 단량체의 중합에 의해 제조된 중합체를 의미한다. 이는, 공중합체 (통상적으로 상이한 2종의 단량체로부터 제조된 중합체를 지칭함), 삼원공중합체 (통상적으로 상이한 3종의 단량체로부터 제조된 중합체를 지칭함) 및 사원공중합체 (통상적으로 상이한 4종의 단량체로부터 제조된 중합체를 지칭함) 등을 포함하나, 이에 제한되지는 않는다.
용어 "단량체" 또는 "공단량체"는 중합 반응에 첨가되어 중합체를 형성하는, 중합성 잔기를 갖는 임의의 화합물을 지칭한다.
용어 "열가소성 중합체" 또는 "열가소성 조성물" 및 유사 용어, 예컨대 "열성형성 중합체"는 실질적으로 열 압출가능한 또는 변형가능한 중합체 또는 중합체 조성물을 의미한다.
용어 "탄성"은, 발포체가 실온, 예를 들어 약 25℃에서 그의 원래 두께의 절반으로 압축되었을 때 그의 원래 두께로 되돌아가는, 즉 발포체 원래 두께의 60％ 이상, 바람직하게는 약 70％ 이상, 보다 바람직하게는 약 80％ 이상이 회복되는 발포체로서 정의된다. 발포체는 탄성 테스트 동안 그의 건조 상태로 존재하며, 즉 수분 함량 약 10 중량％ 이하, 바람직하게는 약 5 중량％ 이하의 최소 수분 함량을 갖는다.
초흡수성 중합체 ( SAP )의 제조
본 발명에서 유용한 초흡수성 중합체 ("SAP") 입자는 문제의 유체, 예컨대 습기, 수분 또는 수성 액체를 그 자체 중량의 여러배로 흡수하는 것들이다. SAP 입자는 유체를 흡수하면 팽윤된다. SAP는 기저귀, 건축 산업에서의 수분-차단 용도 및 식품 포장 시스템 뿐만 아니라 위생 및 의료 용품에서의 액체 흡수제를 비롯한 각종 용도로 사용된다. SAP 입자는, 일부 경우에는 입자를 그의 건조 크기의 수배로 팽윤시키는, 가교되어 있고 다량의 수성 유체를 흡수할 수 있는 임의의 공지된 친수성 중합체일 수 있다. 이들 중합체는 당업계에 공지되어 있고, 상업적으로 폭넓게 입수가능하다. 대부분의 SAP는 가교되고, 부분 중화되고/거나 표면 처리되어 있다. 바람직하게는, 가교 정도는 특정 용도에 대해 요망되는 팽윤 특징을 제공하도록 선택된다.
일부 적합한 SAP 및 SAP의 제조 방법 (겔 중합 방법 포함)의 예는, 미국 특허 제3,669,103호; 동 제3,670,731호; 동 제3,926,891호; 동 제3,935,099호; 동 제3,997,484호; 동 제4,076,663호; 동 제4,090,013호; 동 제4,093,776호; 동 제4,190,562호; 동 제4,286,082호; 동 제4,340,706호; 동 제4,446,261호; 동 제4,459,396호; 동 제4,654,039호; 동 제4,683,274호; 동 제4,708,997호; 동 제4,857,610호; 동 제4,985,518호; 및 동 제5,145,906호에 개시되어 있으며, 이들의 교시는 본원에 참고로 도입된다. 또한, 문헌 [Buchholz, F. L. and Graham, A.T., "Modern Superabsorbent Polymer Technology," John Wiley & Sons (1998)] 및 [Lisa Brannon-Peppas and Ronald S. Harland, "Absorbent Polymer Technology" Elsevier (1990)]을 참조한다.
SAP는 입자 형태 또는 섬유 등의 다른 형태로 존재할 수 있다. 바람직하게는, SAP는 입자 형태로 존재하고, 이는 1종 이상의 에틸렌계 불포화 카르복실-함유 단량체 및 임의로는 카르복실-함유 단량체와 공중합가능한 1종 이상의 공단량체로부터 유도된다.
SAP는 유리하게는 1종 이상의 에틸렌계 불포화 카르복실산, 에틸렌계 불포화 카르복실산 무수물 또는 그의 염으로부터 유도된다. 바람직한 불포화 카르복실산 및 카르복실산 무수물 단량체는, 아크릴산, 메타크릴산, 이타콘산, 말레산, 푸마르산 및 말레산 무수물을 포함한다. 보다 바람직하게는 출발 단량체는 아크릴산, 메타크릴산 또는 이들의 염이다. 또한, SAP는 초흡수성 중합체에 사용되는 것으로 당업계에 공지된 공단량체 또는 아크릴아미드, 아크릴로니트릴, 비닐 피롤리돈, 비닐 술폰산, 아크릴옥시에틸트리메틸 암모늄 클로라이드 또는 이들의 염 등의 공단량체를 포함하는 그래프트 공중합체, 및 셀룰로스, 개질된 셀룰로스, 폴리비닐 알콜 또는 전분 가수분해물 등의 그래프트 기재를 포함할 수 있다. 사용되는 경우, 공단량체는 25 중량％ 이하의 단량체 혼합물을 포함할 수 있다.
바람직하게는, 초흡수성 중합체의 카르복실산 단위의 약 50 mol％ 이상, 보다 바람직하게는 약 65 mol％ 이상이 염기에 의해 중화된다. 이러한 중화는 중합 완료 후에 수행될 수 있다. 바람직한 실시양태에서, 출발 단량체 혼합물은 카르복실산 잔기를 가지며, 이는 중합 전에 요망되는 정도로 중화된다. 최종 중합체 또는 출발 단량체는 이들을 알칼리 금속 수산화물, 예를 들어 수산화나트륨 또는 수산화칼륨, 또는 알칼리 금속 탄산염, 예를 들어 탄산나트륨 또는 탄산칼륨과 접촉시킴으로써 중화시킬 수 있다.
초흡수성 중합체는 이들이 수 불용성이 되도록 약하게 가교되어 있다. 비닐, 비-비닐 또는 바이모달(bimodal) 가교제를 단독으로, 혼합물로서, 또는 각종 조합으로 사용할 수 있다. 존재하는 모든 가교제의 총량은 양호한 흡수능, 양호한 하중 하 흡수성 및 저비율의 추출가능한 물질을 갖는 중합체를 제공하기에 충분하다.
SAP에 사용되는 것으로 당업계에 공지된 폴리비닐 가교제 및 SAP에 대한 바람직한 비닐 가교제는, 예를 들어 비스(메트)아크릴아미드, 알릴(메트)아크릴레이트, (메트)아크릴산과 폴리올의 디- 또는 폴리-에스테르, 예컨대 디에틸렌 글리콜 디아크릴레이트, 트리메틸올 프로판 트리아크릴레이트 및 폴리에틸렌 글리콜 디아크릴레이트; 및 C1-C10 다가 알콜과 히드록실기 당 2 내지 8 mol의 C2-C4 알킬렌 옥시드의 반응으로부터 유도된 폴리올과 불포화 모노- 또는 폴리-카르복실산의 디- 또는 폴리에스테르, 예컨대 에톡실화 트리메틸올 프로판 트리아크릴레이트를 포함하나, 이에 제한되지는 않는다.
초흡수성 중합체의 제조에 사용가능한 비-비닐 가교제는, 중합체의 카르복실기와 반응가능한 2개 이상의 관능기를 갖는 작용제이고, 이는 글리세린, 폴리글리콜, 에틸렌 글리콜 디글리시딜 에테르 및 디아민 등의 물질을 포함한다. 이들 작용제의 많은 예가 미국 특허 제4,666,983호 및 동 제4,734,478호에 기재되어 있으며, 여기에는 이들 작용제를 흡수성 중합체 분말의 표면에 도포한 후 가열하여 표면 사슬을 가교 ("표면-가교")시켜 흡수능 및 이들의 분산/흡수율을 향상시키는 것이 교시되어 있다. 추가의 예는, 미국 특허 제5,145,906호에 기재되어 있고, 여기에는 이러한 작용제를 사용한 표면-가교가 교시되어 있다. 비-비닐 가교제는 공정 개시시에 중합 혼합물에 균일 첨가될 수 있다. 바람직한 비-비닐 가교제는, 글리세린, 에틸렌 글리콜 디글리시딜 에테르, 폴리에틸렌 글리콜 400 및 폴리에틸렌 글리콜 600을 포함하나, 이에 제한되지는 않는다. 비-비닐 가교제의 혼합물을 사용할 수 있다.
SAP의 제조에 사용가능한 바이모달 가교제는, 1개 이상의 중합성 비닐기 및 카르복실기와 반응가능한 1개 이상의 관능기를 갖는 작용제이다. 이들은 통상의 비닐 가교제와 구별하기 위해 "바이모달 가교제"라고 불리는데, 이는 이들이 두가지 상이한 반응 방식을 이용하여 가교를 형성하기 때문이다. 바이모달 가교제의 예로는, 히드록시에틸 메타크릴레이트, 폴리에틸렌 글리콜 모노메타크릴레이트, 글리시딜 메타크릴레이트 및 알릴 글리시딜 에테르가 포함되나, 이에 제한되지는 않는다. 바이모달 가교제는 유리하게는 중합 공정 개시시에 반응 혼합물에 균일 첨가된다. 바이모달 가교제의 혼합물을 사용할 수 있다.
초흡수성 중합체 제조에 사용되는 수성 매질의 또다른 성분은 자유 라디칼 개시제를 포함하며, 이는 임의의 통상의 수용성 중합 개시제일 수 있다. 예를 들어, 과산소 화합물, 예컨대 소듐, 포타슘 및 암모늄 퍼옥소디술페이트, 카프릴릴 퍼옥시드, 벤조일 퍼옥시드, 히드로젠 퍼옥시드, 쿠멘 히드로퍼옥시드, 3급 부틸 디퍼프탈레이트, 3급 부틸 퍼벤조에이트, 소듐 퍼아세테이트 및 소듐 퍼카르보네이트이다. 예를 들어, 소듐 비술파이트, 소듐 티오술페이트, L- 또는 이소-아스코르브산 또는 이들의 염 또는 제1철 염 등의 환원제와 상기 과산소 화합물의 조합에 의해 형성된 통상의 산화환원 개시제 시스템을 사용할 수도 있다. 바람직하게는 개시제는, 수성 매질 중의 중합성 단량체의 총 mol수를 기준으로 하여 0.001 내지 0.5 mol％로 포함된다. 개시제의 혼합물을 사용할 수 있다.
SAP 제조의 바람직한 한가지 방식에서는, 단량체 혼합물 또는 습윤 히드로겔에 1종 이상의 염소- 또는 브롬-함유 산화제를 첨가하여 최종 SAP 중의 잔류 단량체의 양을 감소시킨다. 이것은 바람직하게는 단량체 혼합물에 첨가한다. 바람직한 산화제는 칼륨 및/또는 나트륨 반대이온과의 염소산염이다. 염소-함유 산화제가 바람직하다. 단량체의 총 중량을 기준으로 하여 바람직하게는 100 중량ppm 이상, 보다 바람직하게는 200 ppm 이상의 염소-함유 산화제를 사용한다. 바람직하게는, 첨가된 염소-함유 산화제의 양은 가장 바람직하게는 500 ppm 이하이다. 산화제는 열처리 후 잔류 단량체 수준이 감소되고 요망되는 원심분리 보유능과 AUL 특성의 균형이 달성되도록 충분한 양으로 존재한다.
SAP는 배치식 또는 연속식으로 제조할 수 있다. 배치식 중합은 모든 반응 물질을 동시에 접촉시켜 반응을 진행시키는 방식으로 수행할 수 있거나, 또는 반응 기간 동안 1종 이상의 성분을 연속 첨가하여 수행할 수 있다. WO 03/022896 공보에는 SAP 제조를 위한 연속식 방법의 기재가 포함되어 있다. 바람직하게는, 중합은 불활성 기체 분위기, 예를 들어 질소 또는 아르곤 하에 수행한다. 반응은 중합이 일어나는 임의의 온도, 바람직하게는 25℃ 이상, 보다 바람직하게는 5O℃ 이상에서 수행할 수 있다. 반응은 단량체에서 가교된 SAP로의 요망되는 전환이 제공되기에 충분한 시간 동안 수행한다. 바람직하게는, 전환율은 98％ 이상이다. 유리하게는, 반응의 개시는 0℃ 이상의 온도에서 일어난다.
역 에멀젼 중합 또는 역 현탁 중합 방법 등의 다중상 중합 가공 기술을 이용한 중합 방법을 수행할 수 있다. 역 현탁 중합 방법은 미국 특허 제4,340,706호; 동 제4,506,052호 및 동 제5,744,564호에 보다 상세히 기재되어 있다. 역 현탁 중합 또는 역 에멀젼 중합 기술을 이용하는 경우, 적합하게는 계면활성제, 유화제 및 중합 안정화제 등의 추가의 성분을 전체 중합 혼합물에 첨가한다.
중합 동안, SAP는 일반적으로 모든 수성 반응 매질을 흡수하여 수성 히드로겔을 형성하고, 이 형태로 반응기로부터 제거된다. 용어 "히드로겔"은 수 팽윤된 초흡수성 중합체를 지칭하며, 중합체 입자의 형태로 존재할 수 있다. 바람직하게는, 히드로겔은 25 내지 45 중량％의 중합체를 포함하며, 나머지는 물이다 (100℃ 초과에서 1시간 이상 동안 히드로겔을 건조시킨 후의 중량 손실 또는 건조 중합체 입자의 수화에 따른 중량 이득으로 측정함). 히드로겔은 바람직하게는 교반기 또는 반응기로부터 히드로겔의 제거를 촉진시키는 다른 수단에 의해 반응기내에서 중합 반응 공정 동안 미립자 형상으로 가공된다. 히드로겔의 입도는 바람직하게는 0.01 내지 10 cm의 범위이다. 보다 바람직하게는, 히드로겔의 입도는 0.05 내지 0.3 cm의 범위이다. 다중상 중합에서, SAP 히드로겔 입자는 공비 증류 및/또는 여과 후 건조에 의해 반응 매질로부터 회수될 수 있다. 여과에 의해 회수되는 경우에는, 히드로겔 중에 존재하는 용매 제거에 대해 당업계에 통상적으로 공지된 수단을 이용한다.
히드로겔 중합체를 반응기로부터 제거한 후, 이를 예를 들어 편리한 기계적 입도 감소 수단, 예컨대 분쇄, 쵸핑, 절단 또는 압출에 의해 분쇄한다. 입도 감소 후 겔 입자의 크기는 입자의 균일한 건조를 가능하게 하여야 한다. 바람직하게는, 입도 감소는 히드로겔을 압출함으로써 수행된다.
분쇄된 히드로겔 중합체 입자에 건조 조건을 적용하여 잔류 중합 매질 및 임의의 분산 액체 (임의적 용매 및 실질적으로 모든 물 포함)를 제거한다. 바람직하게는, 건조 후 SAP의 수분 함량은 0 내지 5 중량％이다.
건조 온도는, 적당한 시간내에 물 및 임의적 용매를 포함한 액체 중합 매질을 제거하기에 충분히 높으면서, 예컨대 중합체 중의 가교 결합 파괴에 의한 SAP 입자의 분해를 초래할 정도로 높지는 않은 온도이다. 바람직하게는, 건조 온도는 18O℃ 이하, 및 바람직하게는 15O℃ 이상이다. 건조 시간은 실질적으로 모든 액체 매질을 제거하기에 충분하여야 한다. 바람직하게는, 건조 시간은 20분 내지 60분의 범위이다. 건조는 물 및 임의적 용매가 흡수성 중합체 입자로부터 휘발되어 제거되는 조건 하에 수행한다. 이는 진공 기술을 이용함으로써 또는 불활성 기체 또는 공기를 중합체 입자의 층 위로 또는 그를 통해 통과시킴으로서 달성할 수 있다. 바람직한 실시양태에서, 건조는 가열된 공기가 중합체 입자의 층 위로 또는 그를 통해 블로잉되는 건조기에서 수행된다. 바람직한 건조기는 유동화층이거나, 또는 벨트 건조기 또는 드럼 건조기를 사용할 수 있다. 별법으로는, 물을 공비 증류에 의해 제거한다. 이러한 기술은 당업계에 공지되어 있다.
건조 동안, SAP 입자는 응집체를 형성할 수 있고, 이어서 이는 예를 들어 응집체 파쇄를 위한 기계적 수단에 의해 분쇄될 수 있다. 이러한 수단은, 쵸핑, 절단 및/또는 분쇄를 포함할 수 있다. 바람직한 실시양태에서는, 건조된 중합체 입자를 쵸핑한 후 분쇄한다. 건조 및 분쇄된 입자의 입도는 바람직하게는 0.1 mm 내지 0.8 mm의 범위이다. 건조된 입자를 추가의 코어/쉘 처리를 위한 기재 중합체로서 사용할 수 있다. 현대 제2 세대 SAP는 중합체 입자에 코어/쉘 구조를 제공함으로써 제조된다. 쉘은 각종 기술에 의해 형성될 수 있는데, 하나는 건조 및 분쇄된 SAP 입자에 표면 가교를 적용하는 것으로, 이는 본래 입자 전반에 걸쳐 본질적으로 균일한 것으로 가정될 수 있는 가교 밀도를 갖는다. 표면 가교된 수분 흡수성 중합체의 이러한 코어/쉘 구조를 가시화하기 위한 현미경 기술은 문헌 [Y.-S. Kim, the proceedings of INDEX 99 Congress (April 1999), Geneva Switzerland]에 기재되어 있다.
상기 표면 가교 기술은 상업적 중요성을 가지며, 예를 들어 승온에서 각종 시약을 사용한 펜던트 카르복실기의 에스테르화에 의한 표면 영역내의 새로운 공유 결합의 형성을 기초로 한다. 표면 가교는, 수분 흡수성 중합체 입자 표면 근처에서의 중합체의 가교 밀도를 입자 내부의 가교 밀도에 비해 증가시키는 임의의 공정이다. 표면 가교된 수분 흡수성 중합체 입자는 전형적으로 표면 가교제 유형 및 농도를 변화시킴으로써 제조된다. 바람직한 표면 가교제는 중합체 주쇄의 펜던트기 (전형적으로 카르복실산기)에 대해 반응성인 1개 이상의 반응성 관능기를 갖는 화학물질을 포함한다. 일례는, 건조되고 사이징된 입자 표면에 수성 이소프로판올 혼합물로 첨가된 다가 화합물, 예를 들어 글리세린의 사용이다. 이어서, 처리된 입자를 수분 동안 약 200℃로 가열한다. 펜던트기의 에스테르화는 또한, 표면 가교를 위한 수용액 중의 디글리시딜 또는 유기 카르보네이트 화합물, 예를 들어 각각 에틸렌 글리콜 디글리시딜 에테르, 또는 에틸렌 카르보네이트의 사용에 의해 달성될 수 있다.
전형적인 접근법은 표면 가교제 및 용매 및/또는 물의 코팅 혼합물을 건조 입자 표면에 첨가하는 것이다. 표면 가교제의 양은 적합하게는, 건조 수분 흡수성 중합체의 중량을 기준으로 하여 약 0.01 내지 약 4 중량％, 바람직하게는 약 0.1 내지 약 2.0 중량％이다. 유기 용매 및/또는 수성 유기 용매 혼합물은 가교제 분포의 균일성을 향상시킨다. 전형적인 유기 용매는 저급 알콜이고, 이는 메탄올, 에탄올, 2-프로판올 및 부탄올, 또한 이들 알콜의 혼합물을 포함한다. 각각의 개별 입자 상의 균일한 표면 쉘의 형성이 매우 바람직하기 때문에, 가교 반응은 가장 적합하게는 요망되는 입도 분포가 달성된 후에 일어난다. 투과 깊이, 및 따라서 생성된 쉘 두께는 코팅 혼합물 중의 수분 함량에 의해 어느 정도 조절될 수 있다. 표면 가교제 또는 표면 가교제의 혼합물이 용해된 알콜 용액에서, 알콜은 전형적으로 0.1 내지 6.0 중량％의 양으로 사용되고/거나 물은 0.1 내지 6 중량％의 양으로 (양쪽 모두 건조 수분 흡수성 중합체의 중량을 기준으로 함) 사용된다. 알콜의 사용량은 바람직하게는 폭발의 위험에 대해 보호되도록 가능한 한 낮게 유지된다. 표면 가교의 주요 결과는 특정 쉘 두께를 갖는 높은 가교 밀도의 쉘의 형성인 것으로 여겨진다. 이어서 코팅된 입자를, 약 120 내지 220℃의 온도에서, 적용된 온도에 따라 수분 내지 60분 이상 동안 혼합기, 예컨대 패들 혼합기, 유동화층 혼합기, 2축 혼합기에서 가열한다. 그 결과, 겔 입자가 팽윤 동안 겔-블록킹되는 것을 막거나 억제할 수 있는 보다 강성인 표면층이 형성된다. 결과적으로, 입자의 하중 하 흡수성 (AUL)이 향상된다.
표면 가교 반응 단계에서, 무기 및 유기질의 첨가제를 혼합물에 첨가하여 중합체 입자의 표면을 개질할 수 있다. 첨가제의 예는, 무기 및/또는 유기 첨가제, 예를 들어 실리케이트, 탄산칼슘, 산화아연, 인산칼슘, 산화알루미늄, 산화마그네슘, 이산화티타늄, 점토, 시클로덱스트린, 활성탄, 제올라이트, 벤토나이트, 카올린, 클로로필린 및 각종 수용성 중합체, 살생제 및 냄새 조절제이다.
SAP 제조에 사용되는 또다른 유형의 표면 가교 기술은 이온성 표면 가교이다. 이온성 표면 가교에서는, 다가 양이온이 폴리카르복실화 사슬 상의 1개 초과의 카르복실기와 회합될 수 있다는 사실이 이용된다. 다가 금속염은 바람직하게는 수용성이고, 바람직한 금속 양이온은 Ca, Mg, Al, Zn, Zr 및 Ti의 양이온을 포함한다. 바람직하게는, 금속 양이온은 +3 이상의 원자가를 갖는다. 3가 양이온, 예컨대 알루미늄이 가장 바람직하다. 다가 금속염 중의 바람직한 음이온은 할라이드, 아세테이트 및 술페이트를 포함한다. 황산알루미늄이 가장 바람직한 다가 금속염이다. 황산알루미늄염은 12 내지 14개의 수화 물을 갖는 수화된 황산알루미늄으로서 상업적으로 입수가능하다. 바람직하게는 황산알루미늄은 약 5 내지 49 중량％의 농도를 갖는 수용액으로서 사용된다.
이온성 표면 가교 반응은 일반적으로 실온 반응이다. 이 기술에서는, 건조되고 임의로는 열 처리된 SAP 입자를 황산알루미늄 또는 다른 다가 금속염으로 표면 처리한다. 수분 흡수성 중합체 및 다가 금속염을 통상의 블렌딩 기술을 이용하여 혼합한다. 수분 흡수성 중합체는 건조 수분 흡수성 중합체의 중량을 기준으로 하여 전형적으로 0.1 내지 약 8 중량％의 다가 금속염을 포함할 수 있다. 건조 블렌딩 단계에서, 결합제 (예를 들어 광유, 프로필렌 글리콜, 글리세린 또는 폴리(에틸렌 글리콜)일 수 있음)를 혼합물에 첨가할 수 있다. 건조 블렌딩 단계에서는, 다가 금속염 및 수분 흡수성 중합체의 혼합물을, 상기한 바와 같이 각종 입자 형상의 각종 유형의 무기 및 유기질의 미립자 첨가제와 조합하여 중합체 입자의 표면을 개질할 수도 있다.
건조된 SAP 입자의 유동성을 증가시키기 위해, 이산화규소, 바람직하게는 흄드(fumed) 실리카 또는 다른 미세 무기 또는 유기 분말을 중합체 입자와 혼합할 수 있다. 바람직하게는 임의의 다른 분말형 첨가제를 흄드 실리카와 함께 첨가하여 중합체 입자와 혼합한다. 흄드 실리카는 바람직하게는 건조 중합체를 기준으로 하여 0.01 내지 5, 보다 바람직하게는 0.05 내지 3 중량％의 양으로 사용된다. 흄드 실리카의 예는, 독일 소재의 데구사 아게(Degussa AG)로부터 입수가능한 에어로실(Aerosil) R972이다. 첨가제는 건조 상태로 또는 수성 분산액 형태로 첨가할 수 있다.
또다른 실시양태에서, 코어/쉘 구조화된 입자는 미국 특허 제5,629,377호에 교시된 바와 같이 특정 산화제의 존재 하에 중합체 네트워크의 열 조절된 분해에 의해 달성된다. 이 기술에서, 코어/쉘 구조는 코어 가교 밀도를 감소시키면서 표면 가교 밀도는 그대로 유지하거나 심지어 증가시킴으로써 형성되는 것으로 여겨진다. 예를 들어, 산화제로서 사용된 염소산나트륨 또는 칼륨을 중합 전에 첨가하여 이들이 생성된 건조 입자내에서 균일하게 존재하도록 한다. 산화제 ('염소산염')는 중합 및 건조 공정 단계 동안 실질적으로 불활성이지만, 이어서 후속 열 처리 단계 동안 활성화된다. 이 기술에서는, 염소산염을 함유하는 건조되고 분쇄된 SAP 입자를 건조 및 임의적 입도 감소 후에 열 처리 단계에 적용한다. 열 처리는 SAP의 AUL, 특히 고압 하의 AUL의 유리한 증가를 제공한다. 활성화된 염소산염에 의한 코어 영역내 중합체 네트워크의 조절된 사슬 절단은 입자내의 코어/쉘 구조를 유도하는 것으로 여겨진다. 염소산염 기술에 의해 제조된 SAP의 흡수 특성은 표면 가교 기술에 의해 달성된 특성과 유사하다. 열 처리에 적합한 장치는, 회전 디스크 건조기, 유체층 건조기, 적외선 건조기, 교반 트로치(trough) 건조기, 패들 건조기, 와류 건조기 및 디스크 건조기를 포함하나, 이에 제한되지는 않는다. 열 처리 단계의 시간 및 온도는 중합체의 흡수 특성이 요망되는 바와 같이 향상되도록 선택된다. 중합체는 바람직하게는 약 22O℃ 이상 및 235℃ 이하의 온도에서 열 처리한다. 중합체를 요망되는 열 처리 온도로 가열하고, 바람직하게는 그 온도에서 10분 이상 동안, 또한 약 40분 이하 동안 유지시킨다.
이용가능한 SAP 입자가 적합한 특성, 예를 들어 요망되는 입도, 원심분리 보유능 및/또는 하중 하 흡수성 (AUL) (모두 실온에서 0.9 중량％의 NaCl 용액에서 측정됨)을 갖지 않는 경우, 이러한 특성을 갖는 입자는 통상적으로 적합한 처리 수단, 예를 들어 밀링, 스크리닝에 의해 및/또는 SAP에 상기한 바와 같은 열 처리, 표면 가교 및/또는 이온성 가교 공정 중 하나 이상을 적용함으로써 이용가능한 SAP 입자로부터 제조할 수 있다.
미세공동-함유 발포체의 제조
본 발명의 발포체는 발포체의 하나 이상의 표면 상의 또는 그 근처의 미세공동을 포함하고, 이들 미세공동은 하기에서 보다 상세히 교시되는 간단한 성형 기술에 의해 적합하게 형성된다. 본원에서 사용된 바와 같이, 표면 근처는 발포체의 임의의 표면으로부터 1 ㎛ 이상의 거리를 지칭한다. 대부분의 미세공동은 바람직하게는 일반적으로 균일한 크기를 갖는다. 또한, 바람직하게는 미세공동은 발포체의 하나 이상의 표면 상에 또는 그 근처에 실질적으로 균일한 패턴으로 배열된다.
도 2A 내지 2D를 참조로 하여, 본 발명의 발포체내에 미세공동을 형성하는 간단한 수단은 발포체의 전구체 포말을, 각각 금형의 하나 이상의 면으로부터 및/또는 하나 이상의 면내로 연장되는 다수의 돌기부, 융기부 또는 돌출부 및/또는 후퇴부 또는 함몰부를 갖는 요망되는 형상의 금형내에 분산시키는 것이다. 따라서, 이러한 면은 포말에 인접한 금형 표면, 및 궁극적으로 발포체 표면을 형성하고, 건조시 그 위에 미세공동형성된 구조가 영구적으로 역상으로 찍힌다. 따라서, 전구체 포말의 건조 후에 발포체 표면 상에 형성되는 미세공동의 형상은 금형의 디자인으로 용이하게 예정될 수 있다. 도 3을 참조로 하여, 상기와 같은 금형을 사용하여 상기와 같은 포말/건조/성형 공정으로부터 제조될 수 있는 미세공동형성된 발포체를 나타내는 도면 (일정 비율은 아님)이 나타나있다. 명확하게, 금형 돌출부는 발포체 표면 인접부에 상응하는 후퇴부를 형성하고, 금형 함몰부는 상응하는 융기부를 형성한다.
결과적으로, 도 3A 및 3B를 참조로 하여, 생성된 탄성 발포체내의 미세공동 (303)의 대략적 형상 및 크기가 또한 금형의 상기 특징부의 형상 및 크기의 디자인으로 예정될 수 있다. 일반적으로 원통형 형상을 갖는 미세공동은, 도 2A 내지 2D에 나타낸 바와 같이 적합하게 디자인된 금형을 사용함으로써 용이하게 얻어진다. 도 3A 및 3B는, 도 2A 내지 2D에 나타낸 금형으로부터의 원통형보다는 원뿔 형상으로 나타낸 미세돌출부 (302) 및 생성된 미세공동 (303)을 갖는데, 이는 이와 같은 도시에서 입자가 미세공동내에 구속되어 있는 방식이 보다 명확해지기 때문이다.
기계적 게이지, 광학 현미경, 주사 전자 현미경 (SEM)에 의해 측정된 또는 금형의 디자인으로 예정된 발포체의 미세공동의 평균 직경 또는 개구 크기는 적합하게는 적어도 0.1 mm 이상; 바람직하게는 적어도 1 mm 이상; 보다 바람직하게는 적어도 2 mm 이상이고; 적합하게는 10 mm 이하; 바람직하게는 5 mm 이하; 보다 바람직하게는 3 mm 이하이다. 기계적 게이지, 광학 현미경 또는 주사 전자 현미경 (SEM) 방법에 의해 측정된 또는 금형 디자인에 의해 예정된 발포체의 미세공동의 평균 깊이는 적합하게는 적어도 0.5 mm 이상; 바람직하게는 적어도 2 mm 이상; 보다 바람직하게는 적어도 3 mm 이상이고; 적합하게는 10 mm 이하; 바람직하게는 7 mm 이하; 보다 바람직하게는 5 mm 이하이다.
발포체내의 미세공동에 의해 누적 점유된 발포체내의 전체 공극 부피는, 적합하게는 발포체의 총 부피의 5％ 이상, 바람직하게는 7％ 이상, 보다 바람직하게는 9％ 이상, 가장 바람직하게는 12％ 이상이고; 적합하게는 29％ 이하, 바람직하게는 25％ 이하, 보다 바람직하게는 22％ 이하, 더욱 더 바람직하게는 18％ 이하, 가장 바람직하게는 14％ 이하이다.
도 3A 및 3B를 참조로 하여, 발포체내의 미세공동 (303)의 총 공극 부피는 하기와 같이 계산될 수 있다.
총 공극 부피 (％) = V MC / V Tot
식 중,
V Tot = 미세공동형성 포말형성된 발포체의 총 부피 (cm3) = (l) x (w) x (D);
l = 발포체의 길이 (cm)
w = 발포체의 폭 (cm)
D = 발포체의 깊이 (cm);
V MC = 미세공동의 총 부피 (cm3) = (N) x [(π) x (r2)] x (d)
N = 미세공동의 수
r = 미세공동의 반경 (cm)
d = 미세공동의 깊이 (cm)
본 발명은, 입자, 바람직하게는 흡수성 물질의 입자 ("흡수성 입자"), 보다 바람직하게는 유체 흡수성 입자가 발포체의 하나 이상의 표면 상의 또는 그 근처의 미세공동에 의해 형성된 공극내에 포획되거나 본질적으로 갇혀있는 탄성 발포체 구조체를 추가로 포함한다. 본원에서 사용된 용어 "갇혀있는", "구속된" 또는 "함유된"은, 상기 입자가 발포체의 표면으로부터 자유롭게 이동할 수 없으나, 반드시 발포체의 개개의 셀내에 내포되거나 강하게 부착되어 있는 것은 아니고 각각의 미세공동의 테두리내에서 제한된 이동이 가능하다는, 적합하게는 각각의 상기 미세공동의 벽에 의해 그의 측방향 이동으로 구속되거나 제한된다는 개념을 의미하는 것으로 의도된다.
인지되는 바와 같이, 미세공동은 발포체의 하나 이상의 표면 상에 또는 그 근처에 (상기에서 정의한 바와 같음) 위치한다. 이들은 하나 초과의 상기 표면 상에 또는 그 근처에 (상기에서 정의한 바와 같음) 위치할 수 있다. 제조 및 조립을 간소화하기 위해, 단지 하나의 표면, 바람직하게는 주표면 상에 또는 그 근처에 (상기에서 정의한 바와 같음) 미세공동을 형성하는 것이 바람직하다. 도 3B를 참조로 하여, 미세공동형성된 발포체 구조체 (301)의 돌출부 (302) 사이에 형성된 미세공동 (303)을 나타내었고, 이는 미립자 물질로 로딩될 수 있다.
특정 실시양태에서, 미세공동이 전구체 포말 및 건조 후 생성된 탄성 발포체의 표면에/표면 상에 (상기에서 정의한 바와 같음) 형성된 경우, 미세공동은 금형 표면을 향해 개방되고 사실상 발포체 표면으로부터 "먼쪽을 대향하는" 하나 이상의 공동 "벽"을 갖는다. 이러한 실시양태에서, 도 3B를 참조로 하여, 개방 "벽"은 적합하게는 커버 부재 (310), 바람직하게는 동일하거나 다른 가요성 흡수성 발포체 물질로 구성된 층이 도포됨으로써 폐쇄되고, 상기 층 (310)은 미세공동형성된 발포체 표면을 덮거나 둘러싸기 위해 적합한 방식으로 부착된다. 따라서 미세공동 (303)내에 위치하는 입자 (305)는 돌출부 (302), 발포체 표면 및 커버층 (310) 사이에 형성된 실질적으로 폐쇄된 미세공동 공간내에 구속된다 ("케이지형"과 같음). 개개의 인접한 미세공동 사이의 제한된 양의 입자의 일부 소통은 생성된 발포체 구조체의 일반적 유용한 흡수성에 대해 불리하지 않다. 그러나, 미세공동에 의해 한정된 공극 공간의 한쪽 영역에서 다른쪽 영역으로의 다수의 미세공동으로부터의 입자의 총체적 이동은 이러한 입자의 흡수능의 불량한 분포 및 그 발포체 표면을 가로지르는 불균일한 유체 유동을 초래할 수 있다. 결론적으로, 다수의 미세공동으로부터 다른 곳으로의 입자의 총체적 소통은 요망되지 않는다. 일반적으로, 위생 및 의료 용품에서, 예를 들어 기저귀, 수술용 직물 등에서의 흡수성 매체/부재로서 의 입자 함유 발포체의 사용을 위해, 입자 이동은 억제되어야 한다.
커버 부재 (310)은, 그로 인해 입자가 적절히 구속되는 한, 구조체에 대해 의도된 용도에 적합한 임의의 재료, 구성 및 배열로 제조될 수 있다. 커버 부재 구성 (310)의 예는, 바람직하게는 발포체, 직물 또는 부직물층 및 이들의 복합체를 포함하는 투과성 및/또는 흡수성 물질의 웹, 시트 및 필름을 포함하나, 이에 제한되지는 않는다.
본 발명은 보다 바람직하게는 1종 이상의 에틸렌 인터폴리머를 포함하며, 발포체의 하나 이상의 표면 상의 또는 그 근처의 다수의 미세공동을 함유하는 탄성 발포체를 포함하며, 상기 미세공동은 상기에 보다 상세히 기재된 바와 같은 발포체의 총 부피에 대한 비율로 누적 포함된다. 발포체에 대한 수성 기재의 분산된 열가소성 중합체 포말 전구체는 적합하게는, 생성된 탄성 발포체에 재활용가능한 특징을 부여하는 반결정성 열성형성 중합체의 입자로부터 제조된다.
본 발명의 미세공동형성된 연속 셀 발포체 조성물은 탄성 발포체이다. 이는 열가소성 중합체 입자의 포말형성된 수성 분산액을, 포말내의 개개의 기포의 합체를 억제하도록 선택된 조건 하에, 포획된 기포를 둘러싼 얇은 수성층 중에 함유된 분산된 열가소성 중합체 입자가 수성 필름 구조가 상당히 붕괴되기 전에 적합한 배열의 금형내에서 융해될 수 있게 하기에 충분한 시간 동안 건조시킴으로써 수득할 수 있다. 포말형성 공정은 임의의 조건 하에 수행할 수 있고, 예를 들어 포말형성 공정은 열가소성 중합체의 융점 미만 또는 실온, 예를 들어 25℃ ± 10℃에서 수행할 수 있다. 포말은 임의의 점도를 가질 수 있고, 예를 들어 포말은 50,000 센티 포아즈 미만의 점도를 가질 수 있다. 50,000 센티포아즈 미만의 모든 개별 값 및 하위범위가 본원에 포함되고 본원에 개시되며, 예를 들어 포말은 30,000 센티포아즈 미만의 점도를 가질 수 있거나; 또는 별법으로, 포말은 20,000 센티포아즈 미만의 점도를 가질 수 있다. 건조는 물이 기포 표면으로부터, 또한 기포 사이의 채널 또는 틈새로부터 증발함에 따라 일어난다.
미세공동형성된 열가소성 발포체의 바람직한 사용 방식 및 그를 포함하는 물품은 수성 유체 흡수성 정합성 위생 용품, 보다 특별하게는 아기용 기저귀, 성인 실금자용 제품, 여성용 위생 제품, 수유 패드, 가정용 클리닝 패드, 예를 들어 애완동물 쓰레기 박스 라인에 사용되는 애완동물 소변 흡수 매트 등 또는 애완동물 개별 소변 흡수 패드, 스웨트밴드, 와이핑 타월 및 스폰지, 상처 드레싱 패드, 수술용 스폰지, 의료용 가먼트 및 수술용 직물 및 식품 포장 및 폐기물 처리용 흡수성 패드를 포함한다. 이러한 패드는 전형적으로 식품 포장 트레이 저부에서의, 또한 예를 들어 일회용 쓰레기/음식쓰레기 봉투에서의 육즙 및 적하액을 흡수하는 데 사용된다. 발포체는 또한, 예를 들어 피부 접촉 패치 등을 통한 전달과 같은 제약 및 약물 제품의 지효성 전달과 같은 지효성 전달 시스템에서 유용하다.
본 발명은, 재활용가능한 흡수 용품을 추가로 포함한다. 일반적으로, 소리 차단 및 단열과 같은 보다 영구적이고 재사용가능한 특성을 갖는 비-일회용 물품 및 쿠션 용품의 경우, 특히 재활용 특성은 흡수성 발포체가 물품 제작을 위한 매우 매력적인 재료가 되도록 한다. 이것은, 예를 들어 자동차 시트 쿠션, 헤드라이너 및 소리 차단 부품, 자동차 또는 가정용 카펫 배킹, 가구 쿠션 및 매트리스 및 패 드, 기체 또는 액체 여과 장치 및 유사 용품에서의 이들의 다른 유체 흡수 관련 특성에 기인한다.
열가소성 중합체
본 발명의 발포체 제조에 사용되는 열가소성 중합체는, 상기 발포체의 표면 상의 또는 그 근처의 (상기에서 정의한 바와 같음) 미세공동을 갖는 탄성 발포체로 성형되거나 형성될 수 있는 임의의 것일 수 있다. 에틸렌 및/또는 프로필렌 및 C4 내지 C20 올레핀, 바람직하게는 이소부텐, 1-부텐, 1-헥센, 4-메틸-1-펜텐, 1-헵텐, 1-옥텐, 1-노넨 및 1-데센 등의 알파-올레핀, 더욱 더 바람직하게는 C4 내지 C8의 알파-올레핀, 가장 바람직하게는 n-부텐, n-헥센 및 n-옥텐의 알파-올레핀으로부터 선택된 반결정성 올레핀 중합체가 본 발명에 사용하기 위해 매우 적합하게 적합화된다. 중합체의 에틸렌 또는 프로필렌 함량은 중합체의 약 2 내지 98 중량％의 범위이다. 보다 연성이고, 보다 가요성인 발포체가 요망되는 경우, 에틸렌이 중합체의 약 98 내지 65％로 포함된 주로 에틸렌 기재의 폴리올레핀이 선택된다. 보다 큰 굽힘 모듈러스를 갖는 보다 강성의 발포체가 요망되는 경우, 프로필렌이 중합체의 약 98 내지 65％로 포함된 주로 프로필렌 기재의 폴리올레핀이 선택될 수 있다. 소정의 공단량체(들)은 중합체의 나머지를 구성한다. 특히 바람직한 하나의 열가소성 중합체는 C3 내지 C8 알파-올레핀으로부터 선택된 공단량체와 에틸렌의 공중합체이다.
본 발명에 사용되는 올레핀 중합체의 바람직한 군은 하기 특징 및 특성을 갖 는다.
1) 표준 시차 주사 열량측정법 (DSC) 평가시 하나 이상의 흡열곡선에 준하여 측정된 결정화도 (예를 들어 도 1 참조);
2) 에틸렌 기재의 중합체의 경우 2.16 kg (4.75 lb) 중량으로 190℃ (375℉)에서 (즉, 조건 190C/2.16 kg에서) ASTM D1238에 따라 측정된 용융 지수 ("MI")가 30 g/10분 이하, 바람직하게는 약 25 g/10분 이하, 보다 바람직하게는 약 22 g/10분 이하, 가장 바람직하게는 약 18 g/10분 이하 및 약 0.1 g/10분 이상, 바람직하게는 약 0.25 g/10분 이상, 보다 바람직하게는 약 0.5 g/10분 이상, 가장 바람직하게는 약 1 g/10분 이상이고; 프로필렌 기재의 중합체의 경우 2.16 kg (4.75 lb) 중량으로 230℃ (446℉)에서 (즉, 조건 230C/2.16 kg에서) ASTM D1238에 따라 측정된 용융 유동 속도 ("MFR")가 약 85 g/10분 이하, 바람직하게는 약 70 g/10분 이하, 보다 바람직하게는 약 60 g/10분 이하, 가장 바람직하게는 약 50 g/10분 이하이고, 약 0.25 g/10분 이상, 바람직하게는 약 0.7 g/10분 이상, 보다 바람직하게는 약 1.4 g/10분 이상, 가장 바람직하게는 약 2 g/10분 이상임;
3) 에틸렌 기재의 중합체의 경우 ASTM D 792에 따른 밀도가 약 0.845 g/cc 이상, 바람직하게는 약 0.85 g/cc 이상, 보다 바람직하게는 약 0.855 g/cc, 가장 바람직하게는 약 0.86 g/cc 이상이고, 약 0.925 g/cc 이하, 바람직하게는 약 0.91 g/cc 이하, 보다 바람직하게는 약 0.905 g/cc 이하, 가장 바람직하게는 약 0.90 g/cc 이하이고; 프로필렌 기재의 중합체의 경우에는 밀도가 에틸렌 중합체의 경우에 비해 덜 통용되는 주쇄 조성물의 척도이기 때문에 프로필렌 기재의 중합체는 약 5％ 이상, 바람직하게는 약 7％ 이상, 및 약 35％ 이하, 바람직하게는 약 25％ 이하의 공단량체 함량을 가짐.
본 발명에 사용하기에 특히 적합화된 올레핀 중합체의 한가지 부류는, 에틸렌이 공중합체의 약 90 중량％ 이하, 바람직하게는 약 85 중량％ 이하 내지 약 50 중량％ 이상, 바람직하게는 약 55 중량％ 이상으로 포함되고, 공단량체가 공중합체의 약 10 중량％ 이상, 바람직하게는 약 15 중량％ 이상 내지 약 50 중량％ 이하, 바람직하게는 약 45 중량％ 이하로 포함된, 에틸렌과 1-옥텐, 1-헥센, 4-메틸-1-펜텐 또는 1-부텐의 공중합체이고, 이들 공중합체는 용융 지수가 약 0.25 g/10분 이상, 바람직하게는 약 0.5 g/10분 이상, 및 약 30 g/10분 이하, 바람직하게는 약 20 g/10분 이하이다.
본 발명에 사용하기에 특히 바람직한 중합체의 또다른 부류는, 프로필렌이 공중합체의 약 95 중량％ 이하, 바람직하게는 약 93 중량％ 이하 내지 약 65 중량％ 이상, 바람직하게는 약 75 중량％ 이상으로 포함되고, 공단량체가 약 5 중량％ 이상, 보다 바람직하게는 약 7 중량％ 이상 내지 약 35 중량％ 이하, 바람직하게는 25 중량％ 이하로 포함된, 프로필렌과 에틸렌, 1-옥텐, 1-헥센, 4-메틸-1-펜텐 또는 1-부텐의 공중합체이고, 이들 공중합체는 용융 유동 속도가 약 0.7 g/10분 이상, 바람직하게는 약 1.4 g/10분 이상 및 약 85 g/10분 이하, 바람직하게는 약 55 g/10분 이하이다.
별법으로, 단일 중합체 대신에 상기한 물리적 특징을 갖는 중합체의 블렌드를 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기한 범위에서 벗어난 비교적 높은 MI 또는 MFR 을 갖는 제1 중합체를, 비교적 낮은 MI 또는 MFR을 갖는 또다른 중합체와 블렌딩하여 블렌드의 조합된 MI 또는 MFR 및 평균 밀도가 상기한 범위내에 포함되도록 하는 것이 바람직할 수 있다. 보다 결정성인 알파-올레핀 중합체를 비교적 낮은 결정화도를 갖는 것, 예컨대 상당량의 장쇄 분지를 갖는 것과 조합하여 본 발명의 안정한 포말 및 탄성 발포체를 제조하는 데 있어 실질적으로 동등한 가공성을 갖는 블렌드를 제공할 수 있다. 본 명세서에서 "중합체"를 언급하는 경우, 동등한 물리적 특징을 갖는 중합체의 블렌드를 유사한 취지로 사용할 수 있으며, 이것은 본 발명의 범위내에 포함된다고 여겨지는 것으로 이해된다. 보다 바람직한 실시양태에서는, 1종 이상의 에틸렌 기재의 중합체가 1종 이상의 제2 에틸렌 기재의 중합체와 블렌딩된다.
다른 중합체 또는 필름 형성 첨가제 없이 사용되는 중합체의 특히 바람직한 부류는, 특정 유형의 DSC 플롯의 중합체 흡열곡선을 나타내는 것을 특징으로 한다. 바람직한 부류에서는, 도 1을 참조로 하여, 관찰된 흡열곡선이 주사 온도가 최종 흡열곡선 최대값 (즉, DSC 곡선 상의 최종 변곡점, 예를 들어 도 1에서 점 A로 나타낸 점, 여기서 곡선 기울기가 양이 되고, 이어서 곡선이 기준선 상태로 되돌아감)을 지나 증가함에 따라 비교적 완만한 기울기를 나타낸다. 이는, 일반적으로 예리한 융점으로 고려되는 것을 갖는 중합체보다는 폭넓은 용융 범위를 갖는 중합체를 나타낸다.
열가소성 중합체 입자의 수성 분산액 제조에 사용되는 열가소성 중합체 입자의 평균 입도는 적합하게는 약 0.1 ㎛ 이상, 바람직하게는 1 ㎛ 이상, 보다 바람직 하게는 1.5 ㎛ 이상; 및 적합하게는 10 ㎛ 이하, 바람직하게는 5 ㎛ 이하, 보다 바람직하게는 2 ㎛ 이하이다.
사용하기에 적합한 에틸렌 중합체의 예로는, 지글러-나타형 중합체, 예컨대 다울렉스(DOWLEX), 아스튜트(ASTUTE) 및 플렉소머(FLEXOMER)가 포함되나, 이에 제한되지는 않는다. 소위 메탈로센 중합체의 예로는, 이그잭트(EXACT), 어피니티(AFFINITY) 및 잉게이지(ENGAGE) 또한 익시드(EXCEED)가 포함된다. 사용하기에 적합한 다른 유형의 중합체로는, 바나듐 촉매화된 중합체, 예컨대 타프머(TAFMER)가 포함된다. 사용가능한 프로필렌 기재의 중합체로는, 비스타막스(VISTAMAXX) 및 베르시파이(VERSIFY)가 포함된다. 더 다우 케미칼 컴파니(The Dow Chemical Company)에서 제조된 상표명 인퓨즈(INFUSE)의 새로운 올레핀 블록 공중합체 또한 본 발명의 발포체를 제조하는 데 유용하다. 다른 유형의 블록 공중합체, 예컨대 SEBS, SBS, SIS 등 (부분적으로 또는 완전히 수소화된 블록 공중합체 포함)과 블렌딩된 것과 같은 상기 중합체의 블렌드를 사용할 수도 있다. 이러한 하나의 중합체는 상표명 크라톤(KRATON)의 것이다. 사용하기에 적합한 다른 중합체로는, 단독의 또는 블렌드 중의 에틸렌/카르복실산 (예를 들어, 아크릴산 또는 메타크릴산) 공중합체 및 이로부터 제조된 이오노머, 또한 통상의 고압 저밀도 폴리에틸렌 (LDPE)이 포함된다.
기타 성분 및 첨가제
주어진 유형의 SAP 미립자에서, SAP 입자를 다른 미립자, 예를 들어 응집된 실리카 나노입자를 포함하는 ㎛ 사이징된 입자인 흄드 실리카 입자로 표면 개질함 으로써 표면 처리하지 않고 사용된 동일한 SAP 미립자에 비해 수성 액체와 접촉시 복합체 구조체에 대해 보다 양호한 흡상이 얻어진다. SAP 미립자의 표면 처리를 위해, 흄드 실리카 및 마가다이트(Magadiite) 및 개질된 마가다이트 입자가 특히 유용하다. 초흡수성 복합체 구조체로부터의 수성 액체와의 접촉시 향상된 흡상 길이는 초흡수성 중합체 미립자의 흡수성이 이용되는 용도에서 특히 유용하다.
미립자는 각종 무기 및/또는 유기 물질의 판형, 상이한 특징적 길이를 갖는 튜브형, 예를 들어 나노-탄소 튜브형, 원통형, 다중원통형, 구형, 볼형, 예를 들어 풀러린형, 다면체형, 디스크형, 침상형, 다중침상형, 입방체형, 무정형 형상 또는 타원형의 형상으로 가정될 수 있다.
SAP의 표면은 각종 유형의 첨가제에 의해 개질될 수 있다. 또한, 무기 및/또는 유기 분말 첨가제, 예를 들어 실리케이트, 탄산칼슘, 이산화티타늄, 점토, 시클로덱스트린, 활성탄, 제올라이트, 클로로필린 및 각종 수용성 중합체, 살생제 및 냄새 조절제를 원료에 직접 첨가하여 포말을 제조할 수 있거나, 또는 생성된 발포체의 미세공동에 첨가하여 그에 함유시킬 수 있다. 이러한 무기 및/또는 유기 첨가제는 요망되는 경우 SAP 입자의 혼입 없이 발포체 미세공동에 별도로 첨가할 수 있다. 셀룰로스 기재의 원료로부터 제조된 섬유, 예를 들어 면 린터/스테이플 섬유, 및/또는 폴리프로필렌을 발포체 제조에 사용되는 포말내에 적합하게 혼입하여 추가의 강도 및 굽힘 모듈러스를 발포체에 제공하거나 또는 발포체 건조시 균열을 감소시키거나 제거할 수 있다.
테스트 절차/방법
달리 지정되지 않는 한, 하기 테스트 방법을 적합하게 이용하여 초흡수성 중합체 입자 및 발포체 샘플의 특징 및 성능, 또한 발포체 구조체의 미세공동내에 구속된 초흡수성 중합체 입자를 포함하는 발포체 복합체 샘플의 성능을 측정한다. 달리 언급된 경우를 제외하고는, ％ 및 부는 중량 기준이다.
초흡수성 중합체 (' SAP' ) 물질
본 발명에 적합하게 사용가능한 초흡수성 중합체는 드라이테크(DRYTECH) ST1 0 브랜드 초흡수성 중합체이다. 이것은 더 다우 케미칼 컴파니로부터 상업적으로 입수가능하고, 입도가 대략 100 내지 850 ㎛, 즉 ~100 내지 850 ㎛이다 (이하, '중합체 A'라 함).
일부 실시양태에서는, 사용되는 초흡수성 중합체를 500 ㎛ 체를 통과하고 100 ㎛ 체 상에 남도록 체질하여 제조함으로써 최종 SAP는 대략 100 내지 500 ㎛에 포함되는 크기 분획을 포함한다 (이하, '중합체 B'라 함).
특정 실시양태에서 사용되는 보다 미세하게 사이징된 SAP 물질 (이하, '미립자'라 함)은, 건조 및 분쇄된 초흡수성 중합체 생성물을 열 처리하기 전에 스크리닝하는 경우에 SAP의 제조 동안 통상적으로 부산물로서 상업적 설비로부터 얻어진다. 미립자의 입도 분포는 다소 폭이 넓고, 입도는 대략 315 ㎛ 미만이다 (이하, '중합체 C'라 함). 이러한 미립자는 미국 특허 출원 제2004/068,057 A1호에 공개되어 있다.
일부 경우에는, 중합체 A, B 또는 C에 대해, 하기하는 바와 같은 무기 및/또는 유기 분말 첨가제, 예를 들어 실리케이트, 탄산칼슘, 이산화티타늄, 점토, 시클 로덱스트린, 활성탄, 제올라이트, 클로로필린 및/또는 각종 수용성 살생제 냄새 조절 활성제 또는 수 불용성 중합체 냄새 조절 활성제를 사용한 표면 처리 방법을 적용한다.
초흡수성 중합체 입자 표면 처리
건조 (200 그램) 중합체 C 입자를 실온에서 50O mL 유리 병내에 배치한다. 주로 입자 유동성을 향상시키기 위해, 흄드 실리카 (데구사-휴엘즈 컴파니(Degussa-Huels Company, 독일 소재)로부터 입수가능한 에어로실 R972 2.0 g)를 중합체 분말에 교반하며 첨가한다. 상기한 다른 분말화된 무기 및/또는 유기 첨가제 및 냄새 조절제를 사용하는 경우, 이들을 각각의 중합체 A, B 또는 C 등과 흄드 실리카의 상기 혼합물에 첨가한다. 이어서, 다른 첨가제를 갖거나 갖지 않는, 중합체와 흄드 실리카의 혼합물을 샘플 롤러 (유.에스. 스톤웨어 인코포레이티드(U.S. Stoneware Inc., 미국 소재))에서 30분 동안 블렌딩한다.
또다른 실시양태에서는, 건조 중합체를 알루미늄 이온을 사용하여 표면 처리한다. 중합체 분말 (2.0 kg)을 실온에서 대략 2500 mL의 혼합 부피를 갖고, 로터 블레이드 및 노즐을 갖는 샤프트를 갖는 포르베르그(Forberg) 블렌더내에 배치한다. 증류수 515 g 중에 Al2(SO4)3·14H2O 485 g을 용해시켜 48.5 중량％의 알루미늄 처리 용액을 제조한다. 각각의 중합체 샘플에, 125 g의 황산알루미늄 용액 (건조 중합체 기준, 6.25％의 활성 알루미늄)을 중합체 입자 상에 직접 분무하고, 혼합물을 15분 동안 블렌딩한다. 다른 분말 또는 미립자 첨가제, 예를 들어 시클로덱스 트린, 활성탄, 클로로필린 등을 사용하는 경우, 이들을 중합체 및 황산알루미늄 용액의 혼합물에 첨가한다. 이어서, 블렌더 내용물을 15분 동안 블렌딩한다.
원심분리 보유능 ( CRC )
초흡수성 중합체 입자 (300 mg)를 30 내지 50 U.S. 표준 메쉬의 크기 범위로 체질하여 대략 300 내지 600 ㎛ (마이크론)의 평균 입도를 갖는 일정 범위의 SAP 입자를 얻고, 이를 가열 밀봉가능한 "티백" (63.5 mm × 76.2 mm) (등급 7291, 알스트롬 파이버컴포지츠(Ahlstrom Fibercomposites, 스코틀랜드 듄즈 베르윅샤이어 키른사이드 소재)로부터 입수가능함)내에 배치한다. SAP 미립자를 테스트하는 경우, 샘플을 그대로 사용한다. 티백을 모든 4개 연부 상에서 가열된 부재를 이용하여 가열 밀봉하고, SAP 입자를 수평으로 유지하고 가볍게 두드려 백의 전반에 걸쳐 균일하게 분포시킨다. 염화나트륨 용액 (0.9％)의 식염수 (2 리터)를 대략 42 cm x 25 cm x 6.4 cm의 치수를 갖는 스테인레스강 다용도 트레이내에 붓는다. 티백을 식염수 중에 30분 동안 침적시킨다. 티백을 식염수로부터 제거한 후, 1600 rpm으로 3분 동안 원심분리한다. 흡수된 식염수의 중량을, 건조 입자를 갖는 티백 중량 및 원심분리 후 티백과 입자의 중량의 차이에 의해 결정한다. 건조 SAP 입자 중량에 대한 흡수된 식염수 중량비가 원심분리 보유능 (CRC)이고, 이를 건조 SAP 입자 1 그램 당 용액의 그램 (g/g)으로 기록한다.
하중 하 흡수성 ( AUL )
50 mm × 50 mm 나일론 스크린 (100 메쉬/약 150 ㎛)을 천공 금속판 (5 mm 직경의 홀을 가짐) 상부에 놓은 후, 여과지 (직경 30 mm, 와트만(Whatman) No. 1) 를 놓고, 최종적으로 내경 25.4 mm, 외경 37 mm 및 높이 50 mm의 스테인레스강 실린더 (양단이 개방됨)를 놓는다. 30 내지 50 메쉬 크기 분획 (약 300 내지 600 ㎛의 범위)의 SAP 입자 (167 mg)를 실린더내에 배치하고, 고르게 분포시킨 후, 섬유 직경 26 mm의 부직 플라스틱 섬유 매트로 덮고, 기지의 중량을 갖는 직경 26 mm의 플라스틱 피스톤으로 압착한다. 피스톤의 총 중량은 109.4 그램이어서 입자 상에 2.1 kPa (0.3 psi)의 하중을 제공한다. 상부 실린더에 생성물을 갖는 금속 플레이트를 나일론 스크린 및 물 표면이 동일한 높이에 있도록 하는 방식으로 0.9 중량％의 수성 식염수 중에 침적시킨다. 이러한 방식으로, 여과지 및 초흡수성 중합체 입자는 임의의 정력학 압력의 영향 없이 물을 흡수할 수 있다. 1시간의 침지 시간을 적용한다. 플레이트를 물 용기로부터 제거하고, 플레이트의 홀 및 나일론 스크린 중의 과량의 물을 별도의 종이 티슈로 적셔올려 제거한다. 이어서, 팽윤된 겔 상부로부터 중량을 제거하고, 겔을 칭량한다. 건조 SAP 입자의 중량에 대한 하중 하 흡수된 식염수의 중량비를 측정하여 각각의 상이한 중량 로딩에 대한 하중 하 흡수 (AUL)로서 기록한다 (g/g).
팽윤된 SAP 겔층 투과도
본 테스트는 처리 후 SAP 입자의 겔 팽윤에 대한 상대적 감수성을 측정하는 데 이용된다. 이는 미세공동내에 상기와 같이 처리된 SAP 입자가 혼입된 미세공동-함유 발포체 구조체의 겔 블록킹의 상대적 차이를 측정하는 비교 수단을 제공한다. 투과도 테스트 실린더는 하기와 같이 구성된다. 한쪽 단부에 100 메쉬 스크린이 부착되고 높이를 따라 계량용 룰러가 부착된, 양단이 개방된 내경 2.54 cm (1 in) 및 높이 15.24 cm (6 in)의 투명 아크릴 실린더를 준비한다. 30 내지 50 메쉬 (약 600 내지 300 ㎛) 커트의 SAP 입자를 사용한다. 0.160 그램 ± 0.0005 그램의 SAP 샘플을 측정하고, 미리 칭량된 투과도 테스트 실린더내에 배치한다. 수직 실린더를 SAP 과립이 실린더 구멍내에 고르게 분포될 때까지 가볍게 두드린다.
15O g 분취량의 0.9％ 식염수를 25O mL 비커에 첨가한다. 투과성 실린더의 약 2.5 cm의 스크리닝된 단부를 중합체가 습윤화될 때까지 액체 비커내에 서서히 점차 담근다. 이어서, 실린더를 비커의 저부에 거의 닿을 때까지 담그고, 그 높이에서 실린더를 수직 고리 스탠드에 클램핑한다. 실린더 및 내용물을 30분 동안 침지시킨다.
침지 후, 실린더를 액체로부터 제거하고, 직경이 대략 2.4 cm인 나일론 메쉬를 팽윤된 겔 중합체 상부의 실린더내에 배치한다. 이어서, 플라스틱 천공된 아크릴 피스톤 (4.153 그램, 직경 2.136 cm, 각각 직경 1.588 mm의 19개의 홀을 가짐)을 나일론 메쉬 상부의 투과성 셀내에 배치한다. 일반적으로 삼각형 단면적을 갖고 아크릴 피스톤의 기저부를 가로질러 2.1 kPa (0.3 psi)의 압력을 인가하도록 사이징된 추 (예를 들어, 황동추의 종축을 통해 또한 그를 따라 천공 확장되어 형성된 금속 본체의 나머지 부분을 통한 또한 그 주위의 액체의 자유 유동을 가능하게 하는 원통형 플러그 및 그의 외부 표면의 종축을 따르는 다수의 채널을 갖는 100 그램의 부채꼴형 황동추)를 셀이 피스톤의 상부 표면 상부에 위치할 때까지 추를 서서히 강하시킴으로써 셀에 가한다. 이어서, 셀을 약 30초 동안 방치시키고, 그 후 팽윤된 겔의 높이를 센티미터 (L)로 기록한다. 실린더를 상기한 0.9％ 염화나 트륨 용액으로 그의 개방 단부까지 기포가 비말동반되지 않도록 주의깊게 충전시킨다. 액체 메니스커스의 높이 (즉, 팽윤된 겔층의 상부와 그 위의 액체의 메니스커스 사이의 거리) (센티미터) (h)를 측정하여 기록한다. 1 센티미터의 식염수액이 겔을 통해 배출되는 데 필요한 시간 (Δt)을 측정하여 초 단위로 기록한다. 이 값은 실린더내의 메니스커스의 관찰된 높이가 1 cm 강하되는 데 필요한 시간을 측정함으로서 얻을 수 있다. 각각의 샘플을 3회 측정한다. SAP 겔층 투과도에 대한 값을 10-9 cm2의 단위로 기록한다.
SAP 겔 투과도 (K) = (0.01 x L) / [(980) x (Δt) x (h)]
식 중,
K = 겔층 투과도 (10-9 cm2)
L = 팽윤된 겔의 높이 (cm)
Δt = 시간 (초)
h = 액체 메니스커스의 높이 (cm).
하기 표 1에 SAP 샘플의 CRC, AUL 및 겔 투과도에 대한 값을 나타내었다.
SAP 샘플의 CRC, AUL 및 겔 투과도
샘플 ID CRC (g/g) 0.3 psi AUL (g/g) 겔 투과도 (10-9 cm2)
중합체 A 34.3 31.6 29.6
0.5％ 에어로실 R972 처리된 중합체 A 33.9 24.3 121.1
6％ 알루미늄 용액 처리된 중합체 A 31.2 24.8 326.2
포말 및 발포체의 제조
본 발명의 미세공동형성된 발포체 구조체 실시양태로 가공할 수 있는 발포체 제조에 유용한 폴리올레핀 기재의 포말은 일반적으로 PCT 특허 출원 공개 제WO2005/021622 A2호 (2005년 3월 10일자) (그의 교시는 구체적으로 본원에 참고로 도입됨)에 기재된 바와 같이 적합한 올레핀 중합체 입자의 분산액으로부터 제조할 수 있다.
분산 단계
소정의 중합체(들)의 수성 분산액은, 중합체 및 소정의 분산제(들)을 원하는 양으로 또한 계량 방식으로 2축 중합체 압출기의 호퍼에 첨가하고, 여기서 이들을 약 220℃ (약 430℉)의 온도에서 용융 혼련시킴으로써 적합하게 제조된다. 바람직하게는, 18개 초과의 탄소 원자를 갖는 장쇄 지방산을 중합체와 함께 용융 혼련시킨다. 이어서, 분산제의 지방산 염을 동일계 형성하기에 충분한 염기 (예를 들어, KOH) 및 탈이온수를 약 150 내지 165℃ (~300 내지 330℉)에서 약 28 기압 (~2,80O kPa) 이상의 압력 하에 용융물에 첨가하여 분산액을 제조한다.
압출기 배럴내의 압력을 대략 20 내지 35 기압 (~2,000 내지 ~3,500 kPa)의 포화 증기압 초과로 유지하여 압출기의 배럴과 스크류 사이의 공간이 분산액으로 실질적으로 충전되도록 보장함으로써 상기 공간을 통한 "블로우백(blowback)"을 막는다. 이어서, 분산액을 약 193℃ (~380℉) 및 약 14 기압 (~1,40O kPa)에서 압출기 배럴내 개별 포트 하류에서 탈이온수로 희석하여 약 50 내지 60％의 고체를 갖는 최종 분산액을 제조한다. 분산액을 약 95℃ (~200℉)의 온도에서 분산액으로부터 물의 플래슁을 막기 위해 온화한 냉각 대역으로 통과시킨 후에 압출기로부터 이끌어내 수거한다.
분산액 1
분산액 1은 어피니티 (상표명) 8200 폴리에틸렌 (미국 소재의 더 다우 케미칼 컴파니로부터 입수가능함)으로 제조된 수성 분산액을 나타낸다. 이것은 공단량체 함량이 62/38％이고 밀도가 0.870 g/cm3이며 ASTM D1238 (190℃/2.16 kg)에 의한 용융 지수가 5 g/10분인 에틸렌/1-옥텐 공중합체이다.
분산액 1은 3％의 인더스트렌(INDUSTRENE, 상표명) 106 분산제 (위트코 케미칼즈(Witco Chemicals))를 함유하는 수성 매질 중에 분산된 상기한 에틸렌/1-옥텐 공중합체를 포함한다.
상기에서 머리글 "분산 단계" 하에 기재한 방식으로, 공중합체 10,000 부를 분산제 (인더스트렌 106) 640 부 (활성 중량)와 함께 중합체 압출기의 호퍼내에 공급하고, 약 220℃에서 단일축 압출기에 의해 용융 혼련시킨다. 2축 압출기의 배럴내로의 하류에서 탈이온수 850 부 중의 수산화칼륨 70 부를 약 155℃의 온도에서 대기압 초과의 배압(back-pressure) 하에 중합체/분산제 블렌드에 첨가한다. 블렌드가 압출기 배럴을 통과함에 따라, 약 56％ 중합체 고체 함량을 갖는 최종 분산액이 생성될 때까지 보다 많은 탈이온수를 첨가하고 (표 1에 나타낸 바와 같음), 이것을 약 93℃까지 냉각시킨 후 압출기로부터 내보내고, 이어서 회수한다.
분산액 2
분산액 2는 2 중량％의 유니시드(UNICID, 상표명) 350 분산제 (베이커-페트롤라이트(Baker-Petrolite)) 및 2 중량％의 히스트렌(HYSTRENE, 상표명) 4516 분산제 (위트코 케미칼즈)를 함유하는 상기한 어피니티 8200 공중합체의 분산액을 나타낸다. 분산액 2는, 사용된 분산제가 인더스트렌 106 대신에 유니시드 350 및 히스트렌 4516인 것을 제외하고는, 분산액 1에 대해 상기한 것과 동일한 방식으로 제조한다.
분산액 3 (분산액 혼합물)
분산액 1과 분산액 2의 혼합물을 물리적 혼합에 의해 제조한다. 다양한 양의 분산액 1을 분산액 2와 혼합하여 요망되는 혼합물 비를 갖는 분산액 3을 얻는다.
분산액 4
제4 분산액은, 분산액 1 및 분산액 2에 대해 상기한 것과 동일한 방식으로 제조한다. 분산액 4는 분산액 3에서와 동일한 최종량 및 유형의 분산제를 함유하나, 50/50 비율의 분산액 1 및 2의 블렌드로부터 제조된다.
분산액 5
분산액 5는 분산제의 최종량 및 유형이 2 중량％의 유니시드 (상표명) 350 분산제, 1 중량％의 히스트렌 (상표명) 4516 분산제 및 1 중량％의 스테파놀(STEPANOL, 상표명) WAT-K 분산제가 되도록 제조한다.
각종 분산액 및 그의 조성 및 특성을 표 2에 나타내었다.
각종 분산액 및 그의 조성
샘플 ID 중합체 분산제(들) 분산제 농도 (중량％) 평균 입도 (㎛) 고체 (중량％)
분산액 1 어피니티 (상표명) 8200 인더스트렌 (상표명) 106 3.0 2.04 55.9
분산액 2 어피니티 (상표명) 8200 유니시드 (상표명) 350/ 히스트렌 (상표명) 4516 2.0/2.0 2.01 55.9
분산액 4 어피니티 (상표명) 8200 유니시드 (상표명) 350/ 히스트렌 (상표명) 4516/ 인더스트렌 (상표명) 106 1.0/1.0/1.5 1.81 53.3
분산액 5 어피니티 (상표명) 8200 유니시드 (상표명) 350/ 히스트렌 (상표명) 4516/ 스테파놀 (상표명) WAT-K 2.0/1.0/1.0 1.77 51.7
포말 제조 단계
적합하게는 포말은, 분산액의 수성 상 중의 공기 또는 또다른 기체를 비말동반시키기 위한 고전단 기계적 혼합 방법을 이용하여, 상기한 바와 같이 수득가능한 미립자 열가소성 중합체의 수성 분산액으로부터 제조된다. 포말내에 혼입되는 공기 또는 다른 기체 (여기서는, 공기에 추가되는 또는 공기 이외의 기체가 바람직함)의 양은, 적합하게는 생성된 포말의 80 부피％ 이상, 바람직하게는 85 부피％ 이상, 보다 바람직하게는 90 부피％ 이상으로 포함된다. 일반적으로, 포말 제조에 사용되는 모든 성분들을 온화하게 교반하며 함께 혼합하여 공기의 포획을 막는다. 일단 모든 성분들이 잘 혼합되면, 조성물을 고전단 기계적 혼합에 노출시킨다. 이 단계 동안, 보다 많은 공기가 연속 수성 상내에 포획됨에 따라 벌크 점도가 증가한다. 혼합물을 비-유동성, 강성 포말이 형성될 때까지 혼합한다. 이로부터 일반적으로 약 100 g/L 미만의 밀도를 갖는 포말이 형성된다. 이 단계에 도달하는 시간은 포말형성 계면활성제의 양 및 유형 및 기계적 전단의 양에 따라 달라진다. 농후화된 수성 분산액내로 공기를 휘핑할 수 있는 임의의 기계적 혼합 장치, 예컨대 키친 블렌더/수동 혼합기, 와이어 휩이 장착된 호바트(Hobart) 혼합기 또는 보다 대규모의 코위-라이딩 트윈 포우머(Cowie-Riding Twin Foamer) (코위 라이딩 리미티드(Cowie Riding Ltd.), 영국 특허 제1,390,180호)를 사용할 수 있다. 또한 시판용 발포기로 공기를 그의 고전단 혼합 헤드내에 주입시켜 매우 저밀도 (50 g/L 미만)의 포말을 얻을 수 있다. 포말형성 공정은 상기한 바와 같은 임의의 조건 하에 수행할 수 있으며, 예를 들어 포말형성 공정을 열가소성 중합체의 융점 미만 또는 실온, 예를 들어 25℃ ± 10℃에서 수행할 수 있다. 포말은 상기한 바와 같이 임의의 점도를 가질 수 있으며, 예를 들어 포말은 50,000 센티포아즈 미만의 점도를 가질 수 있다. 50,000 센티포아즈 미만의 모든 개별 값 및 하위범위가 본원에 포함되고 본원에 개시되며, 예를 들어 포말은 30,000 센티포아즈 미만의 점도를 가질 수 있거나; 또는 별법으로, 포말은 20,000 센티포아즈 미만의 점도를 가질 수 있다.
포말 제조 방법 1
가정용 키친 블렌더, 예를 들어 와이어 휩이 장착된 스탠드 혼합기 키친에이드 프로페셔널(KitchenAid Professional) 혼합기 (모델 KSM50)를 사용하여 중합체의 수성 분산액으로부터 섬유 또는 첨가제가 없는 포말을 제조한다.
상기한 임의의 분산액 125 부의 샘플을 낮은 교반 속도 (블렌더 상에서 속도 셋팅 1)로 30초 동안 통상의 혼합 보울내에서 히드록시알킬 셀룰로스 에테르, 예를 들어 더 다우 케미칼 컴파니에서 제조된 메토셀(METHOCEL, 상표명) E4M 히드록시프로필 메틸셀룰로스의 2％ 수용액 11.5 부와 블렌딩한다. 초기 블렌드를 제조한 후, 혼합기 속도를 대략 1 내지 3초의 시간 동안 속도 셋팅 10까지 증가시키고, 이어서 이 속도에서 추가의 2분 동안 휘핑을 계속한다. 비-유동성, 강성이고 용이하게 취급되는 백색 포말이 형성된다.
포말 제조 방법 2
포말 제조 방법 1에서 상기한 것과 기본적으로 동일한 기술을 이용하여 섬유 함유 포말을 제조한다. 미립자 중합체 분산액 및 메토셀 (상표명) E4M의 초기 블렌딩 후, 원하는 양의 3 mm 또는 6 mm 길이의 폴리프로필렌 ("PP") 섬유 (폴리프로필렌 코어와 폴리에틸렌 쉬쓰를 갖는, 파이버비젼(FiberVision)에서 제조된 AL-어드헤시브(Adhesive)-C 섬유) 또는 셀룰로스 펄프 섬유 (부케예 폴레이(Buckeye Foley)에서 제조됨)로부터 선택된 섬유를 낮은 교반 속도 (속도 셋팅 2)로 대략 5 내지 10초의 시간 동안 첨가하고, 혼합물을 추가의 30초 동안 교반한다. 이어서, 상기한 바와 같이, 혼합기 속도를 대략 1 내지 3초의 시간 동안 속도 셋팅 10까지 증가시키고, 추가의 2분 동안 휘핑을 계속한다. 전형적으로, 비-유동성, 강성이고 용이하게 취급되는 백색 포말이 형성된다.
포말 제조 방법 3
상기 포말 제조 방법 1에서 사용된 것과 기본적으로 동일한 제조 방법을 이용하여 상기한 소정의 유기 또는 무기 미립자 첨가제 (예컨대 제올라이트, 실리케이트, 점토 등) 중 1종 이상을 갖는 포말을 제조한다. 중합체 분산액 및 메토셀 (상표명) E4M의 초기 블렌딩 후, 소정량의 분말화된 첨가제(들)을 낮은 교반 속도 (속도 셋팅 2)로 대략 5 내지 10초의 시간 동안 첨가하고, 추가의 30초 동안 혼합물 교반을 계속한다. 이어서, 혼합기 속도를 대략 1 내지 3초의 시간 동안 속도 셋팅 10까지 증가시키고, 추가의 2분 동안 휘핑을 계속한다.
발포체 건조 단계
적합하게는, 요망되는 탄성을 형성하는 수성 중합체 포말의 건조를 배치식 또는 연속식으로 수행할 수 있다. 포말이 배치되거나 그를 통해 이송될 수 있는 터널 또는 챔버가 연속식으로 배열된, 통상의 강제 통풍 건조 오븐 또는 적외선 가열 램프의 뱅크 또는 유전체 가열 장치, 예를 들어 전형적으로 1 내지 100 메가헤르츠 범위의 허용 주파수 밴드에서 작동하는 라디오파, 및 전형적으로 400 내지 2500 메가헤르츠 범위의 허용 주파수 밴드에서 작동하는 마이크로파의 주파수 에너지 발생원 등의 장치를 건조에 적합하게 사용할 수 있다. 동시에 또는 순차적으로 적용되는 상기 건조 에너지원의 조합을 적합하게 사용하여 포말을 건조시켜 발포체를 형성할 수 있다. 유전체 장치 및 강제 통풍 건조 오븐의 동시 사용이 바람직한 작업 방식이고, 1/4 인치 (~0.6 cm) 두께 정도의 발포체의 경우, 건조는 강제 통풍 오븐이 대략 75℃에서 작동되고, 라디오 주파수 발생기가 포말을 약 45 내지 50℃의 내부 온도로 가열할 때 45 내지 90초만큼 빠르게 달성될 수 있다. 건조 작업 온도는 바로 하기에 기재하는 바와 같이 발포체 제조에 사용되는 중합체의 성질 및 용융 범위 (DSC에 의해 측정됨)에 따라 선택된다. 다양한 국가에서 산업용으로 허용된 유전체 가열 주파수 밴드는 참조 문헌 [Foundations of Industrial Applications of Microware and Radio Frequency Fields", Rousy, G and Pierce, J. A. (1995)]에 보다 상세히 지정되어 있다.
건조 및 회수 단계
발포체는 상기한 방식으로 제조된 포말의 액체/수성 성분을 제거함으로써 적합하게 제조된다. 바람직하게는, 상기 전환 동안의 포말 부피 붕괴 양이 최소화되어야 한다. 바람직하게는, 발포체는 건조 공정 동안 부피 손실이 약 30％ 이하, 바람직하게는 약 10％ 미만, 보다 바람직하게는 약 5％ 미만이다. 포말을, 적합하게는 그를 강제 통풍 건조 오븐에서 최적 건조를 위해 선택된 온도에서 가열함으로써 건조시켜 본 발명의 발포체로 전환시킨다. 전형적으로, 에틸렌 인터폴리머의 분산액으로부터 제조된 포말의 경우, 포말을 약 60 내지 120℃ (~140 내지 250℉)의 온도로 가열한다. 열가소성 중합체의 성질이 허용함에 따라, 가공은 포말의 기포 표면 상의 중합체의 점도가 파괴되거나 부분 건조된 포말의 상당한 (예를 들어 30 부피％ 초과의) 붕괴가 초래되지 않으면서 포말로부터 가능한 한 빠르게 물을 제거하기에 적합한 최고 온도에서 수행한다. 전형적으로, 건조 단계를 열가소성 중합체의 용융 범위 (하기에 정의됨)에 접근하되 그를 초과하지는 않는 온도에서 수행하는 것이 바람직하다. 요망되는 조건은, 중합체내의 무정형 영역이 융합되기 시작할 수 있으면서, 동일 중합체내의 결정성 영역에 의해 생성된 중합체내의 유사-가교에 의해, 발포체가 그의 궁극적 형태 및 치수로 완전히 경화되거나 "건조"되기 전에, 예컨대 전형적으로 포말 중의 95 중량％ 이상의 물이 배출되기 전에 포말 붕괴를 막거나 적어도 최소화하기에 충분한 점도를 가열된 중합체에 여전히 부여할 수 있는 온도를 달성하는 것이다.
열가소성 중합체의 "용융 범위"는 표준 시차 주사 열량측정 (DSC) 기술에 의해 측정된다. DSC 주사 플롯 상에서 기준선으로 되돌아가기 직전에, 1개 초과의 흡열곡선이 존재하는 경우 최종 흡열곡선의 또는 DSC 흡열곡선의 영역을 괄호로 묶은 온도는 최종 발포체를 형성하는 포말의 건조가 가장 적합하게 수행되는 온도 범위를 결정한다.
다른 중합체 또는 첨가제 없이 사용시 특히 바람직한 중합체는, 그의 흡열곡선(들)의 특정 바람직한 DSC 플롯을 나타내는 것을 특징으로 한다. 이러한 중합체에서, 요망되는 흡열곡선은 주사 온도가 최종 흡열곡선 최대치 (즉, DSC 곡선 상의, 도 1의 곡선 상에서 점 A로 나타낸 바와 같은 최종 변곡점이며, 이어서 여기서 곡선 기울기가 양이 되고, 기준선 상태로 되돌아 감)를 지나 증가함에 따라 비교적 완만한 양의 기울기를 나타낸다. 이는, 일반적으로 예리한 융점으로 고려되는 것을 갖는 중합체보다는 폭넓은 용융 범위를 갖는 중합체를 나타낸다. 결론적으로, 중합체의 건조 온도는 기준선 위치로 되돌아가는 부분으로부터 상당한 거리의 흡열곡선 상의 점 (예를 들어, 도 1에서 점 B로 나타냄)에서 또는 그 근처에서 가장 잘 유지되며, 이 점에서 중합체의 결정성 부분의 전부는 아니어도 대부분이 융해되거나 융합된다. 건조 공정 동안, 이러한 온도를 유지함으로써 대부분의 중합체가 중합체의 인장 강도의 완전한 손실 및 기포 붕괴 (이는 다르게는 중합체의 모든 결정성 부분이 빠르게 용융되는 경우 그에 따라 일어남) 없이 융해될 수 있다.
건조가 유전체 가열원 (예를 들어, 마이크로파 발생기)을 사용하여 수행되어야 하는 경우, 포말의 수성 성분을 제공하기 위해 사용되는 액체가 적어도 미량의 이온성 물질을 함유하도록 보장하는 것이 바람직하다. 이는, 분산제로서의 이온성 계면활성제 또는 포말형성 계면활성제를 사용하거나 또는 포말형성 전에 또는 그 동안 소량 (예를 들어, 100 ppm)의 수용성 알칼리 금속 전해질 염, 예컨대 아세트산나트륨, 중탄산칼륨 등을 분산액에 첨가함으로써 달성할 수 있다.
중합체와 첨가제의 블렌드 (다른 열성형성 중합체와의 블렌드 포함)를 포말 및 발포체의 제조에 사용하는 경우, 적합하게는 블렌드에 대한 DSC 플롯을 먼저 생성한다. 관찰가능한 블렌드의 플롯 흡열곡선(들)에 의해, 또한 결론적으로, 측정된 블렌드의 최종 용융 범위 및 포말을 탄성 발포체로 전환시키기 위해 적합한 건조 온도를 선택할 수 있다.
바람직한 발포체의 제조 방법에서는, 포말을 컨베이어 장치 상에서 연속하여 닥터링하고, 이로부터 생성된 발포체를 회수한다. 별법으로, 포말을 금형내에 배치한 동안 소정의 기판을 포말의 편평한 표면에 적용하고, 포말을 건조되었을 때 기판에 접착시켜 라미네이트 구조체를 형성한다. 라미네이트의 한쪽 면 상에는 기판이 나타나고, 다른 면 상에는 금형으로부터 제거된 후 외부를 향하는 미세공동형성된 표면을 갖는 생성된 발포체가 나타난다. 요망되는 경우, 발포체/기판/발포체/기판 등으로 번갈아 배치함으로써 하나 이상의 기판 부재에 의해 분리된 발포체의 다층이 용이하게 제작할 수 있다. 선택에 따라, 발포체는, 발포체의 성형된 미세공동-함유 표면이 외부를 향하는 라미네이트 구조체의 하나 이상의 외층을 제공하여, 이어서 여기에 발포체의 의도된 최종 용도를 위해 선택된 입자를 로딩할 수 있다. 그러나, 발포체는 전형적으로, 당업자가 용이하게 인지하고, 선택하고 수행할 수 있는 바와 같이, 성형된 미세공동-함유 표면에 대한 선택된 입자의 로딩이 허용되는 방식으로, 임의의 통상의 또는 편리한 방식으로, 예를 들어 기계적 수단, 접착제의 사용, 가열 라미네이션 등에 의해 요망되는 기판에 부착시킬 수 있다.
바람직한 방법에서는, 포말을 컨베이어를 연속적으로 이동시키면서 금형 상부에서 닥터링하고, 배치식보다는 연속식으로 건조 단계를 수행한다. 보다 바람직하게는, 건조 단계에서는 둘 이상의 에너지원을 이용하고, 더욱 더 바람직하게는 이를 연속식으로 적용한다. 가장 바람직하게는, 둘 이상의 에너지원을 이들 건조 에너지원에 대한 포말의 동시 또는 순차적 노출을 통해 건조가 수행될 수 있게 하는 방식으로 배열한다.
본 발명의 특히 바람직한 실시양태에서는, 포말을 금형 상에, 이어서 포말의 성형면 반대쪽의 포말층의 주표면에 연속하여 닥터링하고, 포말을 그 자체가 유체 흡수 특성을 갖고 가열시 포말내의 중합체가 용이하게 접합될 수 있는 기판과 연속하여 접촉시킨다. 이어서 건조에 의해 라미네이팅된 발포체 구조체가 얻어지고, 이는 상이한 흡수성 물질의 2개의 층을 포함하는 응집 구조체를 형성한다. 따라서, 각각의 라이네이트 층에서 상이한 흡상 및/또는 유체 흡수능 특성을 갖는 라미네이트 구조체가 형성되고, 이로부터 유용한 흡수 용품이 제작될 수 있다. 예를 들어, 요망되는 연속 셀 구조 및 요망되는 셀 크기를 갖는 예비성형된 열가소성 중합체 발포체 기판층이 상기와 같은 베이스 기판으로서 작용할 수 있다. 이러한 기판층은 바람직하게는 포말의 주성분이 되는 것과 동일한 열가소성 물질을 주성분으로 한다.
본 발명의 가장 바람직한 실시양태에서는, 포말을 메쉬 벨트, 또는 벨트 상에서 운반되는 부직물 또는 다른 발포체층과 같은 베이스 기판 상에서 연속하여 닥터링한다. 상기 벨트는 포말층 또는 1개 이상의 포말층의 복합체를, 포말층에 적용되는 대류 가열 및 유전체 에너지원 양쪽 모두를 포함하는 2단계 건조 장치/공정으로 운반하여 포말층을 건조시킨다. 약 1 mm 이하의 닥터링된 포말 두께의 경우, 적합하게는 단일 단계 대류 가열 건조기를 사용하여 포말층을 건조시킬 수 있다.
건조 발포체가 연속식 방법의 건조 단계로부터 형성되면, 이를 엠보싱 장치, 예를 들어 접촉되는 발포체 표면(들) 상에 미세공동을 열적으로 엠보싱하는 가열 패턴 롤러내에 도입하는 열 엠보싱 단계에 적용한다.
이러한 2층 구조체를 얻는 하나의 다른 수단은, 본 발명의 제1 포말을 제조하고, 이를 성형 및 건조시켜 발포체를 형성하고, 제1 기판층으로서 적절히 사용하기 위해 성형한다. 이어서, 상기 제1 발포체 기판 상에 본 발명의 제2 포말 (제1 포말과 동일하거나 상이함)을 배치하고, 제2 포말을 건조시켜 제2 발포체층을 형성한다. 별법으로, 두가지 포말을 제조하고, 제1 포말은 충분한 수직 압축 강도로 제조함으로써, 제2 포말을 제1 포말층의 부피의 상당한 감소 없이 금형 상에 닥터링된 제1 포말층의 상부에 배치할 수 있다.
제1 포말층에 충분한 수직 압축 강도를 달성하기 위한 한가지 수단은, 제1 포말층 상에 배치되는 제2 포말층의 밀도보다 큰 밀도를 갖는 제1 포말층을 선택하는 것이다. 요망되는 수직 압축 강도를 달성하기 위한 또다른 수단은, 제1 포말층의 노출된 주표면을, 단지 제1 포말층의 부피의 상당한 감소 없이 제1 포말층 상에 적용되는 제2 포말층의 중량을 지지하기에 충분한 경량의 스킨을 형성하도록 충분히 부분적으로 건조시키는 것이다. 이어서, 두 포말층을 모두 동시에 발포체로 완전히 건조시켜 2층 발포체 라미네이트 구조체를 생성한다.
본 발명의 또다른 별법에서는, 제1 포말 형성에 사용된 것과 상용성인 동일하거나 유사한 성질을 갖는 물질로 된 압출된 연속 셀 열가소성 발포체로부터 제2 발포체층을 제조하고, 제1 포말을 제2 발포체 상에 배치하고, 이어서 포말의 노출된 주표면을 성형하고, 제2 발포체 상에서 건조시킨다. 별법으로, 상이하지만 상용성인 유형의 연속 셀 발포체 (예를 들어, 폴리우레탄 연속 셀 발포체)로부터 제2 발포체층을 제조하고, 이어서 제1 포말 (예를 들어, 수성 폴리올레핀, 연속 셀 포말)의 층을 제2 발포체 상에 배치하고, 이어서 상기 포말의 노출된 주표면을 성형하고 건조시켜 유용한 이중층 발포체 구조체를 얻는다.
본 발명의 임의의 구조화된 라미네이트 실시양태에서는, 분화된 모세관력을 갖는 구조를 갖는 2개의 상이한 발포체층, 예를 들어 상이한 평균 셀 크기를 갖는 2종의 상이한 셀 구조물 또는 발포체를 라미네이트 구조체의 제1 및 제2 발포체를 위해 바람직하게 선택한다. 발포체층내의 중합체 기재의 유사하거나 동일한 성질 때문에, 이들 사이에 양호한 접합이 형성됨으로써, 각각의 층내의 발포체의 상이한 모세관력으로 인해 구조체의 각각의 층에서 소정의 흡수 및/또는 흡상 특성이 나타날 수 있는 구조화된 라미네이트가 형성된다.
발포체내에 상이한 셀 구조물을 갖는 발포체가 분화된 모세관력을 나타내는 구조체의 바람직한 일 실시양태이다. 이러한 구조체는 구조체의 별도의 층내에 분화된 흡수능 및/또는 흡상능을 제공한다. 상기한 폴리올레핀/폴리우레탄 이중층 발포체 구조체가 이러한 분화된 셀 구조물의 일례이다.
특히 바람직한 또다른 실시양태는, 대부분이 실질적으로 타원형인 셀을 갖고, 그의 주축이 주표면에 대해 일반적으로 평행인 방식으로 정렬되어 있고, 발포체의 xy-평면내에 놓여있는 발포체이다. 이러한 발포체는, 미세공동-함유 탄성 발포체에 온화한 가열을 적용하면서 셀 배향 방식으로 발포체의 하나 이상의 표면에 압력을 균일하게 인가함으로써 제조할 수 있다. 바람직하게는 생성된 발포체내의 표면 셀의 대부분은 일반적으로 타원형 형상으로 안정하게 형성되고, 이러한 타원형 셀의 주축은 일반적으로 xy-평면에 맞춰 정렬되고 발포체의 주표면에 대략 평행하다.
이러한 타원형 셀 성형 및 주축 배향을 달성하기 위한 한가지 방법은, 탄성 발포체에, 바람직하게는 그의 건조 직후에 그의 성분 중합체(들)의 용융 범위의 하한 또는 적어도 실질적으로 상한 미만의 온도를 적용하는 것이다. 발포체를 용융 범위의 하한 근처의 온도로 가열함으로써 발포체 붕괴 개시 없이 발포체의 하나 이상의 표면을 연화시키기에 충분한 열이 제공되며, 그 표면에 적당한 압력이 고르고 균일하게 인가된다. 충분한 열 및 압력을 인가하여, 적어도 상기 표면에서 또한 그 근처에서 상기 셀의 직경을 그의 z-축을 따라 감소시키고, 그에 따라 이들이 "편평화된" 비치볼 형상을 나타내게 하고 이들 셀에 타원형 형상을 부여하며 3차원 셀의 주축 (종축)이 z-축에 일반적으로 수직이고 발포체의 xy-평면내에 있도록 배향한다. 압력 및 열이 인가되는 발포체의 표면 하부의 셀은 또한 타원체로 "편평화될" 수 있고, 많은 용도를 위해, 발포체의 주표면으로부터 매우 제한된 거리내에; 예를 들어, 발포체 층의 총 두께의 5 내지 10％의 거리가 되는 표면으로부터의 깊이까지 셀이 위치하도록 상기와 같이 하는 것이 단지 바람직할 수 있다.
실제로, 바람직한 실시양태에서 하기하는 폴리에틸렌 기재의 발포체의 경우, 셀의 타원형 형상으로의 재배향은 적합한 압력을 인가하면서 하나 이상의 표면을 약 40 내지 약 100℃의 온도로 가열함으로써 달성된다. 이러한 전형적인 적합한 압력 (게이지) 약 240 kPag 내지 약 830 kPag (약 35 내지 약 120 psig), 바람직하게는 약 310 kPag 내지 약 620 kPag (약 45 내지 약 90 psig)는 표면에 또는 그 근처에 충분한 타원형 셀 구조를 갖는 발포체를 제공하여 동일한 비개질된 발포체에 비해 수직 흡상능을 수배로 증가시킨다.
건조 방법 1
테스트에 유용한 적합한 발포체를 얻기 위해, 상기한 임의의 제조 방법에 의해 제조된 포말을 길이 약 230 mm 및 높이 6.35 mm 또는 3.18 mm의 2개의 금속 바 사이의 가정용 베이킹 페이퍼 상에 분산시키고, 포말을 금속 스크레이퍼로 금속 바의 높이까지 평활화한다. 페이퍼 상의 포말을 대략 75℃의 소정의 건조 온도에서 25분 동안 블루(Blue) M 강제 통풍 오븐에 배치한다. 통상적으로, 생성된 건조 발포체 시트는 백색이고 매우 연성이다.
건조 방법 2 ( 금형내 건조 방법)
상기한 임의의 제조 방법에 의해 제조된 포말을, 테플론(TEFLON, 상표명) 플루오로중합체, 알루미늄 금속 또는 다른 적합한 내구성의 평활하게 마감된 기계가공가능한 구성 물질로 제조된 금형 (금형의 본체내에 다수의 적절하게 성형된 미세공동-형성 부재 (230)을 가짐) 상에 분산시켜 (도 2A에 나타낸 바와 같음), 미세공동형성된 발포체 구조체를 제조한다. 포말을 닥터링하고 금속 스크레이퍼로 미세공동 형성 부재 상의 금형의 도 2C에 나타낸 dd의 높이 5 mm/0.197 in로 평활화한다 (도 2C에 나타낸 높이 = dd - ee가 2.5 mm/0.98 in인 부재 (230)).
금형은 적합하게는, 미세공동형성된 발포체로부터 구성되는 미세공동형성된 발포체 흡수성 구조체의 요망되는 폭에 근접하거나 그와 동일한 하나의 치수, 및 상기 구조체의 요망되는 종방향 치수에 근접하거나 그와 동일할 수 있거나, 또는 이러한 요망되는 치수보다 길 수 있는 제2 치수를 가지며, 후자는 요망되는 종방향 치수로 잘라지거나 절단된다. 연속식 방법에서, 내부에 가요성 이형제 코팅, 예컨대 테플론 성형 라이닝을 갖는 가요성 물질로 구성된 금형이 바람직할 수 있는데, 여기서 상기 금형은, 포말이 최종 발포체로 건조될 수 있게 하고, 상기 금형으로부터 최종 발포체가 스트리핑되어 금형이 포말의 반복 첨가를 위해 원래의 지점으로 되돌아갈 수 있게 하기에 충분한 길이를 갖는 이동 컨베이어 장치 상에 장착된다.
도 2B를 참조로 하여, 본원에서 이용되는 금형 실시양태에서는, 금형을 aa = 101.6 mm (4 in) × bb = 355.6 mm (14 in) (금형 틀 내부) 및 cc = 368.3 mm (14.5 in) (금형 틀 외부)의 치수를 갖는 알루미늄으로부터 구성한다. 금형은 5.0 mm의 깊이를 갖고, 금형의 미세공동-형성면내의 마이크로-실린더는 3.0 mm의 직경 및 2.5 mm의 스탠드 높이를 갖는다. 금형은 편평한 금형인 공동-커버 형성면 (도 2A에서 부재 (210)으로 나타냄) 및 미세공동-형성면 (도 2A에서 부재 (220)으로 나타냄)의 2개의 구획을 갖는다.
바로 형성된 포말이 로딩된 금형을 대략 75℃의 소정 건조 온도에서 25분 동안 블루 M 강제 통풍 오븐에 배치한다. 이어서, 편평한 금형면 및 미세공동형성된 금형면 양쪽 모두로부터의 건조 발포체 시트를 금형으로부터 부드럽게 수동 박리하여 회수한다. 통상적으로, 백색의 매우 연성인 발포체가 얻어진다. 일부 경우에, 성형된 건조 발포체 시트는 매우 연성 및/또는 취성이어서 발포체의 손상 및/또는 파괴 없이 이들을 박리하는 것이 불가능하다. 편평면 및 미세공동형성면 발포체의 총합 중량은 전형적으로 대략 25 그램이다.
건조 방법 3 (얇은 발포체 성형 방법)
상기한 임의의 방법에 의해 제조된 포말을 상기한 바와 같이 금형 상에 분산시키되, 단 금형 (도시하지 않음)에는 미세공동-형성 부재가 없고, 이로부터 그의 2개의 편평면 금형 구획 (각 면은 도 2A의 부재 (210)과 유사함)내에서 2개의 편평한 얇은 발포체 시트를 제조한다. 충전되는 금형의 깊이 (따라서 생성된 발포체의 두께)는 금형 틀 내부에서 3.75 mm이다. 금형으로부터 형성된 편평면 발포체의 중량은 각 면이 대략 11 그램이다.
포말로 로딩된 금형을 건조 방법 2에 기재된 바와 같이 건조시키고, 이어서 금형의 양쪽 편평면으로부터의 얇은 건조 발포체 시트를 금형으로부터 부드럽게 수동 박리함으로써 회수한다. 보다 얇은 상기 발포체는 샌드위치형 복합체 패드의 제작을 위한 상부 발포체 시트로서 사용되고, 미세공동형성면 발포체 시트 (건조 방법 2로부터)는 저부로서 사용된다. 일부 경우에는, 상기 금형으로부터의 보다 얇은 발포체는 미세공동을 갖지 않는 샌드위치형 복합체 패드의 제조를 위한 상부 발포체 시트로서 사용되고, 또다른 동일한 보다 얇은 발포체는 저부 발포체 시트로서 사용된다.
건조 방법 4 (2단계/ 두가지 에너지원 건조)
대류 가열원 및 유전체 에너지원 (예를 들어, 마이크로파)을 사용하는 2단계건조 방법을 이용한 가장 바람직한 실시양태에 대해 상기한 연속 방식에서는, 소정의 두께를 갖는 열가소성 중합체로부터 (예를 들어, 에틸렌 기재의 인터폴리머로부터) 제조된 요망되는 탄성 발포체의 제1층을 제조하고, 이를 외부 곡선형 표면 상에, 발포체가 적절한 압축 압력 하에 롤러 표면 하부를 통과함에 따라 발포체의 하나 이상의, 바람직하게는 주표면 상에 미세공동 패턴이 엠보싱되도록 적합화된 디자인을 갖는 가열된 패턴 롤러 부재 상에서 열 엠보싱 (열성형) 단계에 적용한다. 가열된 롤러 표면은 탄성 발포체에 그의 용융 온도 (표준 시차 주사 열량측정법에 의해 측정됨) 개시점 미만의 약 5 내지 10℃의 온도를 적용한다. 예를 들어, 각종 실시양태에 기재된 발포체와 유사한 에틸렌/1-옥텐 공중합체의 발포체를, 적합하게는 75℃ 내지 95℃의 온도에서, 또한 약 35 kPa 내지 105 kPa (약 5 내지 15 psi)의 압력에서 엠보싱한다. 평행 방법에서는, 탄성 발포체의 보다 얇은 제2층이, 보다 얇은 제2층의 열 엠보싱 없이, 즉 열성형 없이 제1 발포체층에 포함된 것과 동일하거나 상이한 중합체일 수 있는 소정의 열가소성 중합체로 제조된다. 그 후, 소정의 입자가 보다 두꺼운 제1 발포체층의 미세공동내에 도입된 후에 생성된 2개의 발포체층을 적합하게 연결시키고, 이로써 상기 입자를 생성된 구조체의 미세공동내에 구속시킨다.
성형된 발포체를 갖는 초흡수성 중합체 복합체 패드의 제조
상기한 포말 제조 및 건조 방법에 관계 없이, 주사 전자 현미경 (SEM)을 사용하여 평가하는 경우, 분산액 1 내지 4로부터의 연속 셀 발포체는 각각의 발포체 시트 샘플의 외부 표면 상의 작은 셀로부터 내부의 보다 큰 셀까지 셀 크기 구배를 나타낸다. 이러한 결과는, 특히 발포체가 유체를 빠르게 흡수하고, 또한 발포체의 접촉 표면으로부터 반대쪽 표면을 향해 유체를 빠르게 흡상할 필요가 있는 흡수 용품에서 바람직하다.
본 발명에서, 발포체는 바람직하게는 샌드위치형 패드 형태로 사용된다. 샌드위치형 패드는 상부의 편평면 성형 발포체 및 저부의 미세공동형성면 성형 발포체를 포함한다. 두 발포체에서, 외부 표면의 보다 큰 셀이 수용액에 의해 먼저 접촉된다. 이어서, 발포체 내부를 향한 방향으로 점차 작아지는 연속 셀에 의해 형성된 셀 크기 구배의 모세관 작용은, SAP 입자가 발포체 샌드위치의 미세공동내에 위치한 내부를 향해 표면으로부터 수용액이 흡상되도록 작용한다.
본 발명에서, 발포체는 가장 바람직하게는 얇은 편평한 발포체 성분 및 미세공동 구조화된 발포체 성분 사이에 구속된 흡수성 입자를 함유하는 샌드위치형 패드 복합체로서 사용된다. 복합체 구조체를 제조하기 위해, 미세공동형성된 발포체를 미세공동의 개구가 상부를 향하도록 배치한다. 이어서, 미세공동의 크기 및 배열에 정확히 일치되는 스테인레스강 금속 주형을 발포체 시트 위에 배치하고, 측정된 양의 미립자 물질, 바람직하게는 SAP 입자를 주형 홀을 통해 미세공동내로 스크레이핑한다. 미세 분말 또는 시판용 SAP 분말을 사용할 수 있고, 그 예는 상기에 기재하였으며 중합체 A, B 및 C로 나타내었다.
하기하는 작업 실시양태에서는, 대략 315 ㎛ 미만의 크기 분획 (중합체 C), 대략 100 내지 500 ㎛의 크기 분획 (중합체 B) 및 대략 100 내지 850 ㎛의 크기 분획 (중합체 A)이 사용된다. 달리 언급되지 않는 한, 각각의 중합체 유형 12 그램을 발포체 패드마다 사용한다. 발포체 시트의 한쪽 면 상에서, 도 3A 및 3B에 나타낸 바와 같이 미세공동 (303)은 과도충전되지 않으면서 (10.16 cm (4 in) × 35.56 cm (14 in)의 발포체 시트 상에) 대략 20 그램의 중합체 입자 (305)를 수용할 수 있다. 미세공동을 SAP 분말 입자 및 다른 임의적 유기 또는 무기 미립자 첨가제로 충전시킨 후, 발포체 시트 주변의 경계에 대략 4 mm의 연부 스트립을 따라 러버 시멘트 (Rubber Cement) (엘머스(ELMER'S, 상표명) 프로덕츠 인코포레이티드(ELMER'S, Products Inc., 미국 소재))를 얇게 분산시킨다. 이어서, 도 3A 및 3B에 나타낸 편평면 발포체 시트 (310)을 도 3A 및 3B에 나타낸 미세공동형성면 시트 (301) 상에 배치함으로써 "샌드위치형" 발포체 패드를 제조하여, 경계 연부 4 mm 스트립을 따라 아교로 접착시킨다 (도 3A 및 3B에 도시하지는 않음). 모든 경우에, 샌드위치형 구조체의 외부 표면 상의 작은 셀로부터 내부의 보다 큰 셀에 이르는 셀 크기 구배가 형성되도록 발포체의 편평면 시트 및 미세공동형성면 시트를 배향한다. 이어서, 샌드위치형, 아교 접착된 시트를 초기 접촉 후에 금형 플레이트의 편평한 표면 하에 함께 온화하게 대략 5분 동안 압착시켜 아교의 경화를 완료한다.
열 엠보싱 (열성형) 방법에 의한 SAP 및 발포체의 복합체 패드의 제조
본 발명에서 사용된 중합체 물질은 열가소성 물질이다. 열가소성 물질을 그의 연화점으로 가열하여 예비성형된 금형을 사용하여 재성형할 수 있다. 이들 금형은 진공을 이용하여 연화된 열가소성 물질을 금형내로 끌어내어 생성된 냉각 성형된 시험편이 금형의 형상을 갖도록 하는 암(female) 공동 형태일 수 있다. 금형은 또한, 열가소성 발포체로 압착되어 그와 접촉된 발포체를 연화시키고 금형의 형상으로 성형하는 가열된 수(male) 금형일 수 있다. 이는, 예를 들어 가열된 엠보싱 롤을 이용하여 연속식 방법으로 수행될 수 있다. 상기 기술을 나타내는 데 사용되는 실험실 방법을 하기에서 설명한다.
분산액 5를 사용하여 건조 방법 1에 의해 열 엠보싱, 즉 열성형 방법에 의해 복합체 패드 샘플을 제조한다. 패드 샘플은 3.18 mm의 두께를 갖고, 이를 10.16 cm × 21.59 cm의 크기로 절단하여 알루미늄 마이크로 공동 금형내에 일치시킨다. 절단된 시험편을 금형의 수(male) 측면 상부에 배치하고, 양쪽 모두를 75℃에서 5분 동안 오븐내에 배치한다. 오븐으로부터의 금형 및 시험편 제거 직후, 스티로포움(STYROFOAM, 등록상표) 브랜드 단열재 조각을 발포체 상부에 배치하고, 스티로포움 (등록상표) 상부에 5분 동안 추를 배치한다. 추, 스티로포움 (등록상표) 및 포말 발포체를 금형으로부터 제거하여 포말 발포체내에 열성형된 포켓을 남긴다.
열성형된 포켓을 충전시키기 위해, 주형을 성형된 시험편 상에 배치한다. 주형은 그 안으로 천공된 홀 패턴을 갖고, 이는 수(male) 미세공동 금형과 동일하다. 강철 금속 주형을 적소에 배치하고, 건조 중합체 A 분말 12 그램을 시험편 상에 산재시키고, 열성형된 포켓내에 직접 적하한다. 진동 도구를 사용하여 금형 상에 잔류 입자를 분포시키는 것을 도울 수 있다.
충전된 열성형된 시험편 상에 외피를 도포하기 위해, 발포체의 또다른 배치를 혼합기에서 형성한다 (포말 제조 방법 1). 중합체 A를 갖지 않는 시험편 (대조군) 및 중합체 A 입자를 갖는 시험편을 편평하게 배치하고, 두께 바 (0.635 cm)를 각 면 상에 배치한다. 포말 발포체를 스크리닝 도구 상에 배치하고, 이어서 유도 장치로서 양쪽 면 상의 두께 바를 이용하여 유체 연속 이동 하에 열성형된 시험편에 도포한다. 이어서, 시험편을 25분 동안 건조될 때까지 75℃에서 오븐에 배치한다. 50 cm2 의 면적 (직경 8.0 cm)을 갖는 원형 발포체 샘플을 각각의 패드로부터 천공하여 절단하고, 이를 MTS 액체 흡수 테스트에 사용한다.
압축 발포체의 제조
SAP 분말 내용물을 갖거나 갖지 않는 샌드위치형 발포체 패드를 25 ㎛ 두께의 얇은 테플론 흡수된 페이퍼로 감싼 후, 압축시킨다. 감싸진 발포체 패드의 압축은 데이크 히드랄릭 프레스(Dake Hydraulic Press) (모델 44251)을 이용하여 30초 또는 1분 동안 압착 ('열 압축')시킴으로써 수행한다. 테플론 흡수된 페이퍼는 압축된 발포체 시트가 프레스로부터 용이하게 박리되고 회수될 수 있게 한다. 전형적으로, 샌드위치형 발포체 패드는 10.16 cm (4 in) × 35.56 cm (14 in)의 크기를 갖고, 초기 두께가 약 3.18 내지 6.35 mm로 달라질 수 있다. 온도 및 압력은 바람직하게는 각각 55℃ 내지 100℃ 및 1 내지 2 미터톤으로 달라진다. 주변 습도는 약 50％로 유지하고, 프레스가 이동할 수 있는 거리를 제한함으로써 압축된 발포체 패드의 두께를 유지한다. 쐐기 크기는 요망되는 압축 패드 두께에 따라 달라진다. 대략 22℃의 주변 온도에서, 쐐기를 사용하여 결과적인 전형적인 열 압축 실험을 조절하고, 대략 23 cm의 길이를 갖는 쐐기의 세트를 사용한다. 쐐기 두께는 0.0937 in (2.38 mm) 내지 0.180 in (4.57 mm)로 달라진다. 패드를 압착 후 대략 5분 동안 냉각시키고, 이 때 압축된 패드 두께를 측정한다.
천공
일부 경우에는, 압축된 발포체 패드를 천공한다. 발포체 샘플의 천공은 6.35 mm 돌출 스파이크를 갖는 롤링가능한 원뿔체에서 수행한다. 샘플을 1 평방 센티미터 당 대략 20개의 홀이 형성될 때까지 샘플 전체를 통과하는 스파이크를 갖는 원뿔체에 의해 롤링한다.
발포체 밀도 (건조 기준)
전체 크기 성형된 발포체 샘플 또는 성형 샘플로부터 절단된 시험편에 대한 길이, 폭 및 두께를 측정한다. 두께는 0.05 psi (약 0.35 kPa) 압력 하에 측정한다. 치수를 기록하고, 이어서 샘플 또는 시험편을 칭량한다. 치수로부터 부피를 계산하고, 이를 발포체 샘플의 중량으로 나눈다. 기록 단위는 입방 센티미터 당 그램 (g/cm3)이다.
외관
샘플을 제조하여 외관을 기준으로 3개의 카테고리로 분류한다. 3개의 카테고리는, 표면 결점이 없는 "평활"; 표면 균열을 가지나 성능/물리적 특성을 현저히 방해하기에 충분히 깊지는 않은 "일부 균열"; 및 물리적 특성 테스트 결과에 영향을 주기에 충분히 깊은 균열인 "큰 균열"이다.
연성
샘플을 제조하여 테스터의 판단을 기준으로 3개의 카테고리로 분류한다. 3개의 그룹은, "연성", "중간" 및 "강성"이다. 이들 분류는 단지 샘플 개체수를 기준으로 한 것이다. "연성"은 벨벳 감촉이고, 샘플이 최소의 손가락 압력에서 변형되는 것이고; "중간"은 평활하고, 샘플 변형을 위해 소량의 압력이 요구되는 것이며; "강성"은 평활하거나 거친 감촉이며, 손가락 압력에 대해 딱딱하여 강한 압력에 대해서도 전혀 구부러지지 않는 것이다.
발포체 투과도
샘플의 공기 투과도 (Kp)는 샘플 두께 및 샘플 단면적 A를 가로지르는 압력 강하에 대한, 샘플을 통한 공기 유동의 척도이다.
발포체 투과도 Kp = (Q x μ x L) / (P x A)
식 중,
Kp = 투과도 (다르시)
Q = 공기 유동 (cm3/초)
A = 표면적 (cm2)
μ = 공기의 점도 (cP)
P = 압력 강하 (atm)
L = 두께 (cm)
텍스테스트 에어 퍼미어빌러티 테스터(TexTest Air Permeability Tester) 모델 FX3300으로 유동 데이타를 얻는다. 신뢰성 있는 투과도 결과를 위해, 샘플 물질의 모든 포인트가 물질의 투과도에 있어 최소의 변화를 가져서 전반적으로 동일한 유체 유동 효율을 갖는 것이 필수적이다.
발포체 굽힘 모듈러스
본 테스트에서는, 발포체의 좁은 스트립이 그 자체 중량 하에 고정된 각도로 굽어질 수 있게 함으로써 발포체 시험편의 굽힘 강성을 측정한다. 이 각도로 굽히기 위해 요구되는 직물의 길이를 측정하고, 이를 굽힘 길이로서 인식한다. 테스트 시험편은 각각 25 mm의 폭 및 200 mm의 길이를 갖는다. 시험편을 제조하고, 문헌 ["Physical Testing of Textiles," pages 258 - 259; (Edited by B. P. Saville, CRC Press, Woodhead Publishing Limited, Cambridge England, reprinted 2000)]의 셜리(Shirley) 강성 테스트의 테스트 방법에 기재된 바와 같이 테스트를 수행한다.
발포체 스트립의 강성은 그의 두께에 따라 달라진다. 다른 모든 인자가 동일하게 유지된다면, 발포체가 두꺼울수록 보다 강성이 된다. 굽힘 모듈러스는 테스트되는 스트립의 치수와 무관하다. 이것은 고유의 강성의 척도이고, 이는 하기 수학식 4로 나타내어진다.
굽힘 모듈러스 (N/m2) = (12 x G x 103) / T
식 중,
G = 굽힘 강성 = M x C3 x 9.807 x 10-6 (μNm)
C = 굽힘 길이 (cm)
M = 단위 면적 당 발포체 스트립 질량 (g/m2)
T = 발포체 두께 (mm)
배면- 습윤화 ( Back - Wetting ), 흡수 및 흡상 길이에 대한 크래들 테스트
기저귀의 전체적 성능을 평가하는 데 있어, 유체를 빠르게 흡수하는 능력 및 기저귀 전반에 걸쳐 이를 확산시키는 능력 모두 중요한 특징이다. '크래들 테스트'는 복합체 발포체 흡수성 패드 (이하, '패드') 및 본 발명의 복합체 패드를 함유하는 기저귀 (이하, '기저귀')의 성능을 흡수, 배면-습윤화 및 흡상 길이에 대해 측정하는 데 이용된다. 합리적으로 사실적인 데이타를 얻기 위해, 기저귀 및 패드를 플렉시글라스(PLEXIGLAS, 상표명) 또는 다른 유사한 아크릴 플라스틱 물질로 제조된 "크래들" 테스트 장치내에서 압력 하에 평가한다. 도 4는, 크래들 테스트 장치를 구성하는 플렉시글라스 (상표명)로 제조된 일치형 U자형 베이스 및 하중-받침 형태의 어셈블리를 나타낸다. 부재 (401)은 장치의 베이스이고, 부재 (402)는 테스트에서 "U"자내에 요망되는 인가 중량을 유지하도록 적합화된 챔버를 포함하는 하중 받침이다. 부재 (402)는 높이 f, 폭 g 및 너비 h를 갖는다. 하중 받침 (402)는 "U"자형 후퇴부내 높이 a, 가장자리로부터 가장자리까지의 내부 폭 c' 및 너비 e를 갖는 베이스 부재 (401)에 의해 형성된 U자형내에 일치되어 맞도록 디자인된다. 장치는 높이 f가 높이 a보다 약간 크면서, 폭 g가 폭 c'보다 약간 작고, 너비 h가 너비 e보다 상당히 작게 되도록 디자인된다. 예를 들어, 이들 각각의 크기는 하기와 같이 선택될 수 있다. 부재 (401)의 경우: a= 8.0; b = 3.4; c = 21.4; c' = 20.1; d = 11.4; e = 20.0이고; 부재 (402)의 경우: f = 8.2; g = 20.0; h = 15.0 단위이다.
장비 및 테스트 액체
저울 - 정밀도 0.01 그램, 메틀러(METTLER, 상표명) 모델 3600 또는 등가물;
도 4의 배열을 갖는 플렉시글라스 (상표명)로 제조된 2개의 U자형 형태;
강력 플라스틱 백내에 함유된 금속 비드로 제조된 4.2 킬로그램의 추;
여과지 와트만 No. 1,직경 12.5 cm;
플라스틱 디스크 (플렉시글라스 플레이트), 내경 12.5 cm;
직경 12.5 cm의 스테인레스강 하중 8.63 kg (1 psi 또는 6.9 kPa가 됨);
100 mL 첨가 깔대기;
100 mL 눈금 실린더;
타이머 - 정밀도가 0.1초에 가까움;
테스트 액체로서의 0.9 ％ NaCl 수용액; 및
청색 염료, 메틸렌 블루 (0.9％ 수성 NaCl 중 0.5％).
기저귀 섀시의 샘플 제조
본 발명의 복합체 패드를 테스트를 위해 상업적으로 입수가능한 기저귀 섀시내에 삽입하였다. 본 발명의 테스트에 사용된 섀시는, 더 킴벌리-클라크 컴파니( The Kimberly-Clark Company, 미국 소재)의 시판 제품인 하기스(HUGGIES, 상표명) 프리미엄 사이즈 4-브랜드 기저귀였다.
기저귀의 외부 표면 (배면 시트)이 상부를 향하도록 하여 테이블 상부에서 시판용 기저귀를 신장시켜 섀시를 제조하고, 기저귀의 4개의 연부 각각에 대략 1 kg의 추를 배치하였다. 이는 기저귀가 보다 양호한 취급을 위해 신장되어 편평하게 놓여 유지되는 것을 도왔다. 면도칼을 사용하여 기저귀 배면 시트를 보다 긴 (중앙) 기저귀 축을 따라 대충 절단하고, 이어서 다시 기저귀의 너비에 대해, 또한 중앙 절단부의 라인에 대략 수직으로, 길이 절단부의 각각의 단부에서 1회씩 절단하였다. 그 결과, "I"자형 절단부 형상으로 기저귀 배면 시트가 개방되었다. 기본적으로 셀룰로스 섬유 및 초흡수성 중합체를 포함하는 기저귀 코어 복합체를 기저귀로부터 완전히 제거하여, 노출된 기저귀 섀시를 얻었다.
상기한 바와 같이 제조된 압축된 발포체 복합체 패드를 제거된 기저귀 코어 물질 대신에 섀시내에 삽입하고, 이어서 절단부를 투명 테이프와 함께 뒤로 고정시켰다. 절단부를 단단히 밀폐시켜 절단부를 통해 유체가 유출되지 않도록 하였다.
크래들 테스트 방법
첨가 깔대기를 링 스탠드에 배치하고, 이어서 메틸렌 블루 염료/식염수 60 mL로 충전시킨다. 복합체 패드 또는 기저귀의 중량을 기록하고, 이어서 패드 또는 기저귀를 도 4에 나타낸 크래들 테스트 장치의 U자형 플렉시글라스 베이스 부재 (401)내 중심에, 부직물 기저귀 부분 또는 패드가 아기가 착용한 것과 같이 상부를 향하도록 하여 배치한다. 기저귀의 경우, 접착성 탭이 플리핑되어 나올 수 있다.
패드 또는 기저귀를 함유하는 크래들 형태를 깔대기 하부에 배치하여 깔대기 개구부가 상부 시트 위로 대략 13 cm로 기저귀 상의 중심에 배치되도록 한다. 깔대기 마개를 완전히 개방하고, 동시에 타이머를 작동시킨다. 기저귀 또는 패드의 부직물 면으로부터 1 인치 (약 2.54 cm)에 깔대기를 유지하며 대략 7 mL/초로 용액을 첨가한다. 모든 과량의 액체가 기저귀 상부 시트를 통해 침지되면 타이머를 중지시킨다. 경과 시간을 "제1 인설트(insult)" 흡수 시간으로서 기록한다.
도 4의 테스트 장치의 제2의 보다 작은 정합성 U자형 하중 부재 (402)를 기저귀 또는 패드의 상부에 배치하고, 이어서 4.2 kg의 추를 10분 동안 적용하여 과량의 액체를 제거한다. 6개의 여과지를 칭량하고, 그의 중량을 W0으로서 기록한다. U자형 크래들 하중 부재 (402)를 제거하고, 기저귀를 들어올려 칭량하고 편평하게 놓는다. 기저귀의 4개의 연부 각각에 대략 1 kg의 추를 배치하여 기저귀를 신장시켜 유지한다. 여과지 및 직경 12.5 cm의 플렉시글라스 디스크를 기저귀의 가랑이 영역에 함께 배치한다. 플렉시글라스 디스크와 기저귀 사이에 여과지를 끼워넣고, 8.63 kg의 추를 플렉시글라스 상에 배치한다. 1분 후, 플렉시글라스 디스크를 제거하고, 습윤 여과지를 칭량하여 W1로서 기록한다. 샘플의 "배면 습윤화"는 (W1 - W0) (그램)으로 나타내어진다.
흡상 길이로서 나타나는 샘플의 "유체 확장"을 센티미터 단위로 측정한다. 이 측정치는 기저귀의 중심으로부터 기저귀 주축 (종축)을 따라 관찰된 최대 및 최소 유체 확장의 산술 평균이다. 각각 제2 및 제3 식염수 첨가 후, 각각의 후속 배면 습윤화 측정을 위해 24개의 여과지를 사용하여 상기 순서를 반복한다.
SAP 로딩 테스트 방법
SAP 로딩 테스트 방법은, 초흡수성 중합체의 양을 모르는 기저귀를 기지의 표준물 세트에 대해 테스트하는 방법이다. 이를 위해, 칼륨 이온과 나트륨 이온 사이에서 일어나는 이온 교환을 측정한다. SAP 중합체는 통상적으로 그의 나트륨염 형태로 판매되는 중합체 카르복실산이고, 그 나트륨염 함량은 전형적으로 총 SAP 건조 중량의 약 30％ 내지 50％의 기지의 양이다. SAP 로딩을 위한 기저귀 테스트에서는, 기저귀 코어를 기지의 농도를 갖는 염화칼륨 용액과, 과량의 칼륨 이온을 제공하여 칼륨 이온이 모든 나트륨 이온을 대체하기에 충분한 양으로 잘 혼합한다. 이어서 나트륨 선택성 전극을 사용하여 여과된 용액의 나트륨 이온 농도를 측정한다. pH 측정기 (로스(ROSS, 상표명) 소듐 일렉트로드(Sodium Electrode), 모델 84/86-11, 써모 오리온 인코포레이티드(Thermo Orion Inc., 미국 소재))의 밀리볼트 (mV) 판독치를 소정의 나트륨 함량을 갖는 상이한 SAP 로딩에 대한 표준 용액의 mV 판독치의 보정 곡선과 비교하여 SAP의 질량을 측정한다.
테스트를 위한 주변 온도는 대략 22℃이고, 상대 습도는 50％이다. 추를 사용하여 배면이 상부를 향하도록 기저귀를 신장시킨다. 스캘펠 또는 다른 예리한 기기를 사용하여, 기저귀의 배면부를 절단하여 "I 형태"로 개방하고, 기저귀 코어 를 수동으로 추출한다. 기저귀 코어를 칭량하고 중량을 기록한다. 코어를 뚜껑이 있는 갤런 저그에 배치하고, 기지의 농도를 갖는 KCl 용액 3000 ml를 저그에 붓는다. KCl 용액과 추출된 기저귀 코어의 혼합물을 10분 동안 교반한다. 이어서, 큰 깔대기를 사용하여 혼합물을 중력 여과한다. 약 150 메쉬의 나일론 메쉬를 깔대기의 배럴내에 배치하여 샘플 여과시 SAP 겔을 염 용액으로부터 분리한다. 뚜껑이 있는 32 온스 (약 945 mL)의 단지를 사용하여 여과된 용액을 담는다. 수조에 연결된 유입구 및 유출구를 갖는 15O mL 유리 단지를 갖는 수조를 사용하여 샘플 컵 주변으로 30℃의 등온에서 물을 순환시킨다. 샘플 컵을 일부 양의 의도된 샘플로 플러슁하고, 이어서 샘플 60 mL를 첨가한다. 나트륨 이온-특이성 전극을 샘플 용액내에 삽입하고, 5분 후 mV 판독치를 기록한다. 데이타를 기지의 표준물 세트와 비교하여 샘플 중의 SAP 중합체의 양 (g)을 얻는다. 기저귀 샘플 중의 SAP의 양을 3회 평가한다.
침지 -및-적하 방법
본 기저귀 테스트 방법에서는 기저귀의 총 흡수능을 측정하고, 이를 이용하여 기저귀의 성능을 측정한다.
기저귀를 취하여 칭량한다 (초기 중량). 대략 3000 mL의 부피를 갖는 대형 트레이를 수성 0.9％ 식염수 2500 mL로 충전시킨다. 샘플 기저귀를 식염수를 포함하는 상기 트레이내에, 기저귀 내부가 상부를 향하도록 배치한다. 플라스틱 패널을 기저귀의 상부에 배치하여 기저귀가 완전히 식염수내에 잠기도록 보장한다. 30분 후, 플라스틱 패널을 제거하고, 기저귀를 그의 벨트로 취하여 기저귀의 폴리에 틸렌 배면 시트층이 바를 향하도록 바에 매달아 흡수되지 않은 용액이 적하될 수 있게 한다. 1분 후, 기저귀를 바로부터 내려놓고, 또다른 트레이에 배치하여 칭량한다 ("적하 중량").
적하 중량과 초기 중량의 차를 계산하여, 흡수된 식염수의 양을 얻는다 ("총 흡수량") 이어서, 또한 총 흡수량을 기저귀 샘플 중에 존재하는 SAP의 양으로 나누어 SAP 1 그램 당 식염수 흡수량을 계산한다. 이 파라미터가 기저귀 중의 SAP 중합체의 흡수능에 대한 표준 측정치이다.
MTS 액체 흡수 방법
마켓팅 테크놀로지 서비스, 인코포레이티드(Marketing Technology Service, Inc.) 소유의 본 방법은, 코어가 다양한 유속으로 액체를 흡수할 수 있는 양, 압력이 인가되었을 때 보유되는 양 및 붕괴가 발생하는 정도를 측정하는 것이다.
50 cm2 샘플 (직경 8.0 cm)을 사용하고, 샘플을 칭량하고, 초기 두께를 ㅊ추취하여 밀도를 측정하고, 초기 두께를 기록한다. 대략 3000 mL의 부피를 갖는 큰 비커에, 0.9％ 식염수 2500 ml를 충전시킨다. 높이 45 cm, 폭 28 cm 및 깊이 23 cm의 테스트 스탠드에 1000 ml 수용 비커 상에 2.5 cm 저부 개구를 갖는 1000 ml 깔대기를 셋팅한다. PG5002-S 저울을 테스트 스탠드 하부에 배치하여 샘플로부터 액체가 유출되는 양을 기록한다. 이 액체 양을 이용하여 샘플내로 흡수된 양을 결정한다. 스탠드 상부에 룰러를 부착하여 샘플이 팽윤되거나 붕괴되는 정도를 측정한다.
마스터플렉스(Masterflex) LS 펌프 모델 77200-60을 사용하여 14초내에 100 ml의 속도로 테스트 용액을 분배한다. 마스터플렉스 6409-16 타이곤(Tygon) 튜브를 사용하여 테스트 용액으로부터 직경 8 cm 및 두께 0.5 cm의 0.1 kpa (0.0145 psi와 같음) 분산기를 이용하여 펌프를 통해 샘플내로 유체를 전달하고, 중량 50.0 g을 샘플 상부에 배치한다. PE 배킹 시트를 테스트 스탠드 상의 스크린 상부의 샘플 하부에 배치하여 유체가 샘플을 통해 직접 통과되는 것을 막고 샘플을 통해 흡상되지 않도록 한다. 스탠드 상부의 룰러의 영점이 샘플의 저부에 있어야 한다. 이어서, 샘플을 테스트 유체로 인설팅(insulting)시킨다. 2분 후, 스탠드 상부의 룰러를 사용하여 샘플의 두께를 측정한다. 수용 비커에 포획된 유체의 양을 또한 기록한다. 이어서, 3 kpa (0.435 psi)의 추 (직경 6.0 cm x 높이 6.5 cm 및 중량 1450.0 g)를 샘플 상부에 배치하고, 2분 후 다시 두께를 기록하고, 유출을 기록한다. 최종적으로, 또다른 2 pka (0.290 psi)의 추 (직경 6.0cm x 높이 4.5cm 및 중량 1000.0 g)를 첨가하고, 2분 후에 두께 및 유출을 기록한다.
본 발명의 구체적 실시양태
모든 기록된 ％는 달리 언급되지 않는 한 중량 기준이다.
실시예 1 내지 10은, 올레핀 중합체 및 다수의 섬유의 블렌드를 포함하는 미세공동 구조화된 연속 셀 발포체 및 초흡수성 중합체 입자를 포함하는 복합체, 및 본 발명의 복합체를 함유하는 기저귀를 나타낸다. 실시예는 또한, 상이한 입도 및 표면 처리를 갖는 SAP 입자의 상대적 효과, 및 SAP 입자를 복합체 구조체내의 미세공동내에 혼입하는 다양한 방법을 나타낸다.
실시예 1:
건조 방법 1을 이용하여 분산액 1로부터 제조된 SAP 및 발포체의 복합체 패드
분산액 1을 사용하여 건조 방법 1에 의해 저부 패드를 위한 발포체 샘플을 제조하였다. 발포체 샘플은 6.35 mm 또는 3.18 mm의 두께를 가졌고, 이를 10.16 cm × 21.59 cm의 크기로 절단하였다. 이어서, 중합체 B 7.68 그램을 스테인레스강 주형을 통해 분산시킴으로써 편평한 저부 패드 상에 분포시켰다. 생성된 SAP 마이크로-섬(micro-island)의 상부에 발포체 패드와 동일한 치수의 대략 150 ㎛의 두께를 갖는 3차원 연속 셀 폴리프로필렌 발포체 시트를 배치하였다 (표 3의 3.18 mm 및 6.35 mm 패드). 하나의 실험에서는, 얇은 폴리프로필렌 섬유 매트를 폴리프로필렌 시트 상에 삽입하였다 (표 3의 6.35 mm의 "섬유 매트를 갖는 패드"). 6 mm의 폴리프로필렌 섬유 (길이 6 mm의 AL-어드헤시브-C 파이버비젼 (상표명) 폴리프로필렌 섬유) 약 1 그램을 분산시킴으로써 섬유 매트의 박층을 제조하였다. 파이버비젼 (상표명) 섬유를 테플론 흡수된 페이퍼로 감싼 대략 10.16 cm × 21.59 cm 크기의 테플론천 상에 분산시킨 후, 쐐기 없이 75℃에서 1분 동안 2 미터톤 (MT)의 압력 하에 열 압축시켰다.
중간층에 SAP 마이크로-섬을 갖는 샌드위치형 발포체 패드를 3.18 mm 두께의 쐐기를 사용하여 75℃에서 1분 동안 2 MT 압력 하에 압축시켰다. 샘플을 흡수, 배면-습윤화 및 흡상 길이에 대해 크래들 테스트하였다. 결과를 표 3에 요약하였다.
SAP를 함유하는 발포체를 갖는 패드 실험
샘플 ID 3.18 mm 패드 6.35 mm 패드 섬유 매트를 갖는 6.35 mm 패드
흡수 (초) 제1 인설트 45.5 60.6 42.2
제2 인설트 59.2 112.0 60.3
제3 인설트 153.3 117.3 122.4
배면 습윤화 (g) 제1 인설트 0.4 0.4 0.5
제2 인설트 2.2 2.3 1.7
제3 인설트 10.0 7.2 6.6
흡상 길이 (cm) 제1 인설트 15.5 14 13
제2 인설트 18 16 15
제3 인설트 21 18 17
6.35 mm 패드는, 3.18 mm 패드에 비해 보다 느린 흡수 및 보다 짧은 흡상 길이 및 보다 약간 우수한 배면 습윤화를 나타내었다. 3.18 mm 복합체 패드내에 삽입되어 6.35 mm 패드를 형성한 섬유 매트는, 섬유 매트가 없는 6.35 mm 패드에 비해 흡수 시간 및 배면 습윤화가 개선되었다.
실시예 2:
건조 방법 1을 이용하여 분산액 1로부터 제조된 SAP 미립자/ 발포체 복합체 패드
분산액 1을 사용하여 건조 방법 1에 의해 발포체 샘플을 제조하였다. 발포체는 3.18 mm의 두께를 가졌고, 이를 10.16 cm × 21.59 cm의 크기로 절단하였다. 표면 처리되지 않은 SAP 미립자 또는 표면 처리된 SAP 미립자 (중합체 C) (7.68 그램)를 미세공동이 없는 발포체 표면 상에 스테인레스강 주형을 통해 분산시킴으로써 저부 패드 상에 분포시켰다. 생성된 SAP 마이크로-섬의 상부에 발포체 패드와 동일한 길이 및 폭의 대략 150 ㎛의 두께를 갖는 3차원 연속 셀 폴리프로필렌 발포체 시트를 배치하였다. 중간층에 SAP 마이크로-섬을 갖는 샌드위치형 발포체 패드를 3.18 mm 두께의 쐐기를 사용하여 75℃에서 1분 동안 2 MT 압력 하에 압축시켰다. 샘플을 흡수, 배면-습윤화 및 흡상 길이에 대해 크래들 테스트하였다. 결과를 표 4에 요약하였다.
SAP 미립자를 함유하는 발포체를 갖는 패드 실험
샘플 ID 표면 처리되지 않은 미립자를 갖는 3.18 mm 패드 표면 처리된 미립자를 갖는 3.18 mm 패드
흡수 (초) 제1 인설트 겔 블록킹 148.8
제2 인설트 N/A 260.7
제3 인설트 N/A 318.4
배면 습윤화 (g) 제1 인설트 겔 블록킹 1.0
제2 인설트 N/A 2.4
제3 인설트 N/A 4.3
흡상 길이 (cm) 제1 인설트 겔 블록킹 16
제2 인설트 N/A 17
제3 인설트 N/A 18
N/A = 적용불가능
표 4에서 표면 처리되지 않은 미립자 SAP를 갖는 3.18 mm 패드는 겔 블록킹으로 인해 흡수가 나타나지 않았다. 크래들내의 제1 인설트의 액체는 20분 후에도 변하지 않고 흡수되지 않고 유지되었다. 테스트를 중단하였다. 흄드 실리카 입자-표면 처리된 미립자 (중합체 C)를 갖는 패드는 상이한 성능을 나타내었다. 겔 블록킹은 나타나지 않았다. 흡수는 실시예 1의 중합체 B를 갖는 3.18 mm 패드 샘플에 대한 것보다 다소 느렸다. 그러나, 배면-습윤화 데이타는 실시예 1의 3.18 mm 패드에 비해 보다 우수한 값을 나타내었고, 흡상 데이타는 그와 유사하게 나타났다.
실시예 3:
발포체 품질에 대한 분산액 1 및 2의 혼합물의 효과
분산액 1 및 분산액 2 사이의 다양한 혼합비를 갖는 분산액 3을, 테플론 금형을 사용하고 건조 방법 2를 이용하여 제조하였다. 건조 발포체의 밀도, 투과도, 외관 및 연성에 대한 결과를 표 5에 요약하였다.
분산액 2로부터 100％ 제조된 발포체는 매우 연성이고, 일부 균열을 나타내었다. 그러나, 이들 발포체는 너무 연성이고 취성이어서 미세공동형성면 금형으로부터의 발포체의 박리가 어려웠고, 그 결과 발포체를 손상시켰다. 분산액 1로부터 100％ 제조된 발포체는 일반적으로 큰 균열을 갖는 외관 및 강성 감촉을 나타내었다. 분산액 2가 25％ 내지 50％의 범위인 분산액 1과 분산액 2의 혼합물은 향상된 연성 및 균열이 감소되거나 없는 외관을 나타내었다.
실시예 4:
압축 실험 및 섬유 및 온도의 효과
분산액 1 및 분산액 2 사이의 상이한 혼합비를 사용하고, 테플론 금형내에서 건조 방법 2를 이용하여 포말 제조 방법 2에 의해 발포체를 제조하였다. 상이한 유형 및 양의 섬유를 분산액내에 혼입하였다. 성형된 발포체를 샌드위치형 발포체 패드내에 넣고, 이어서 임의의 SAP 분말을 갖지 않는 패드를 압축하였다. 압축은, 4.32 mm의 두께를 갖는 쐐기의 세트를 사용하여 30 또는 60초의 압축 시간 동안 수행하였다. 온도 및 압력을 각각 55℃ 내지 75℃ 및 1 내지 2 미터톤으로 변화시켰다. 압축 작업으로부터 얻어진 패드에 대한 결과를 표 6에 나타나었고, 여기에는 연성, 외관 및 밀도 뿐만 아니라 투과도의 발포체 품질이 포함되었다.
표 6에서 나타난 바와 같이, 3 mm 길이를 갖는 PP 섬유 1 g을 갖는 분산액 1과 분산액 2의 50/50 혼합물은 매우 양호한 발포체 품질을 제공하는 것이 명백하다. 예를 들어, 심지어 압축 공정 후에도 가요성, 연성이고 균열되지 않을 뿐만 아니라 보다 투과성인 발포체가 생성되었다. 일부 경우에는, 4％ 양의 섬유가 사용된 경우 다소 고밀도의 발포체가 얻어졌다. 이러한 결과는, 포말형성된 발포체의 부분적 붕괴에 기인한다. 50/50％ 혼합물로부터의 압축된 발포체는 또한 다른 발포체에 비해 높은 투과도를 나타낸다는 사실은 흥미롭다. 모든 경우에, 표 6에 나타낸 발포체는 균열을 나타내지 않았다. 특히, 분산액 1과 분산액 2의 50/50％ 혼합물비는, 분산액 1 및 2 단독 또는 분산액 1과 분산액 2의 75/25％ 혼합물에 비해 심지어 압축 후에도 보다 연성의 발포체를 제공하였다.
실시예 5:
분산액 4 및 발포체 품질
50/50％ 혼합물비를 갖는, 분산액 3에서와 동일한 최종량 및 유형의 분산제를 함유하는 분산액 4를 사용하여 발포체를 제조하였다. 분산액 4의 특성을 표 7에 나타내었다.
일반적으로, 발포체는 매우 취성이어서 발포체를 금형으로부터 박리하면 발포체에 일부 손상이 나타났다. 섬유가 없는 테플론 및 알루미늄 성형된 발포체 양쪽 모두에서 나타난 큰 균열은 섬유의 첨가에 의해 크게 개선되었으나, 발포체에 1％ PP (3 mm) 섬유를 첨가한 후에 균열은 여전히 존재하였다. 이러한 놀라운 결과는, 분산액 1과 분산액 2의 50/50％ 혼합물 효과에 대한 표 5 및 표 6에 나타낸 결과가 동일한 최종 분산제 농도를 갖는 분산액 4에서는 나타나지 않는다는 것을 강하게 시사한다.
실시예 6:
발포체 품질에 대한 섬유의 효과
3 mm 길이의 상이한 양의 PP 섬유를 분산액 1 또는 분산액 2, 또는 상이한 비율의 분산액 1과 분산액 2의 혼합물에 혼입하고, 건조 방법 2에 의해 건조시켰다. 편평면 발포체 및 미세공동형성면 발포체 (즉, 각각의 금형면으로부터의)에 대한 결과를 각각 표 8 및 9에 나타내었다.
금형 유형에 관계 없이, 표 8 및 9의 대부분의 발포체 시트 샘플은 연성이고 균열이 없는 매우 평활한 표면을 나타내었다. 미세공동으로 인해, 미세공동형성면 발포체의 밀도 (표 9)는 편평면 발포체 (표 8)에 비해 낮았고, 현저히 큰 가요성을 가졌으며, 즉 굽힘 모듈러스가 현저히 낮았다. 분산액 1과 2의 혼합물 (여기서, 분산액 2는 대략 30 내지 75％의 범위임)은 양호한 가요성 및 연성, 또한 보다 낮은 정도의 균열을 나타내었다. 50/50 혼합물은 가요성, 외관 및 연성에 대하여 놀랍게 양호한 전반적 특성을 나타내었다.
Figure 112008011875701-PCT00001
Figure 112008011875701-PCT00002
Figure 112008011875701-PCT00003
Figure 112008011875701-PCT00004
Figure 112008011875701-PCT00005
Figure 112008011875701-PCT00006
달리 언급되지 않는 한, 하기 실험에서는 테플론 또는 알루미늄 금형 및 총 분산액 중량을 기준으로 하여 1 중량％의 PP 3 mm 섬유를 사용하여 발포체 제조 방법 2 및 건조 방법 2에 대해 기재한 방식으로 발포체 샘플을 제조하였다. 하기 실시예 7 내지 10 전반에 걸쳐, 50％의 분산액 1 및 50％의 분산액 2를 포함하는 분산액 3을 발포체 복합체 제조에 사용하였다. 생성된 발포체는 모든 경우에 매우 균일하였고, 우수한 가요성 및 연성을 가졌다. 모든 경우에, SAP 양 (중합체 A 또는 중합체 B)은 복합체 패드 당 12 그램으로 유지하였다. 이어서, 4.32 mm 두께의 쐐기의 세트를 사용하여 60초의 압축 시간 동안 SAP 복합체 패드를 압축하였다. 온도 및 압력은 각각 65℃ 및 2 톤이었다. 압축된 SAP 복합체 발포체 패드 (이하, '복합체 패드')를 테스트하거나, 또는 이어서 복합체 패드를 기저귀 섀시 (이하, '기저귀')내에 삽입하고, 이어서 크래들 테스트에 의해 기저귀를 테스트하였다.
실시예 7:
기저귀 성능 테스트
테플론 금형내에서 성형된 발포체를 사용하여 복합체 패드를 제조하고, 복합체 패드를 함유하는 기저귀를 테스트하였다. 기저귀 대조군은 하기스 (상표명) 슈프림 사이즈 4 (22 내지 37 lbs/10 내지 17 kg)였다. 복합체 패드 샘플 기저귀 및 기저귀 대조군에 대한 크래들 테스트 결과를 표 10에 나타내었다.
Figure 112008011875701-PCT00007
본 발명의 기저귀는 기저귀 대조군에 비해 양호한 흡상을 나타내었다. 흡수 및 배면 습윤화는 복합체 패드 표면과 흡수층 사이의 긴밀한 접촉 부족에 의해 감소된 것으로 보인다.
실시예 8:
기저귀 및 복합체 패드 성능 테스트
알루미늄 금형으로부터의 발포체를 사용하여 복합체 패드를 제조하였다. 크래들 테스트를 이용하여 복합체 패드 및 기저귀의 성능을 테스트하고, 결과를 표 11에 나타내었다.
Figure 112008011875701-PCT00008
본 발명의 복합체 패드는 동일한 복합체 패드를 함유하는 기저귀에 비해 양호한 배면-습윤화를 나타내었다. 복합체 패드 및 기저귀의 흡상은 양쪽 모두 유사하였다. 복합체 패드 단독의 흡수 시간에 대한 테스트에서는, 기저귀로부터의 값에 비해 훨씬 높은 값을 나타내었다. 이 결과는, 기저귀의 흡수층이 빠른 흡수를 위한 역할을 수행한다는 것을 나타내었다. 복합체 패드에 대한 매우 높은 흡수 시간은 흡수되는 액체와의 접촉을 제한하는 패드의 얇은 두께에 부분적으로 기인하였다.
실시예 9:
기저귀 및 복합체 패드 성능 테스트 및 부직물 및 천공의 효과
알루미늄 성형된 발포체를 사용하여 표 12의 복합체 패드를 제조하고, PP 발포체 시트 및 부직물 티슈를 함유시키고, 천공하였다. SAP 충전된 미세공동형성면 발포체의 상부에 발포체와 동일한 치수를 갖고 대략 180 ㎛의 두께 및 17.20 g/m2의 밀도를 갖는 부직물 티슈를 배치하고, 이어서 PP 발포체 시트를 그 위에 배치하여 복합체 패드를 형성하였다. 크래들 테스트를 이용하여 복합체 패드의 샘플 및 복합체 패드를 함유하는 기저귀를 테스트하였다. 결과를 표 12에 나타내었다.
Figure 112008011875701-PCT00009
복합체 패드에 대한 흡수 시간은 높은 값을 나타내었고, 즉 상기한 패드의 작은 접촉 면적으로 인해 흡수가 느렸다. 표 12의 결과는, 부직물 티슈층을 갖는 천공 복합체 패드의 사용으로 인해 패드 성능 뿐만 아니라 전반적 기저귀 성능이 표 11의 결과에 비해 향상된다는 것을 나타낸다.
실시예 10:
침지 -및-적하 기저귀 테스트. 기저귀 성능
저부 시트 (건조 방법 2로부터의 테플론-성형된, 미세공동형성면 발포체) 및 보다 얇은 상부 시트 (건조 방법 3으로부터의 편평면 발포체)를 사용하여, 각각 12 그램 및 16 그램의 SAP를 함유하는 복합체 패드 양쪽 모두를 제조하였다. 기저귀에서는 평균 16 그램의 SAP가 나타났다. 추가의 비교용 대조군으로서, SAP 입자가 없는 발포체 복합체 패드를 함유하는 기저귀를 또한 제조하였다. 복합체 패드를 함유하는 기저귀를 침지-및-적하 테스트하고, 기저귀 대조군과 비교하였다. SAP 복합체 발포체 패드를 함유하는 기저귀 및 기저귀 대조군의 총 흡수능에 대한 침지-및-적하 테스트 결과를 표 13에 나타내었다.
Figure 112008011875701-PCT00010
침지-및-적하 테스트에 의해 총 흡수량을 측정한 경우, SAP 양에 관계 없이, 본 발명의 SAP 복합체 발포체 패드를 포함하는 기저귀는 기저귀 대조군의 경우에 비해 보다 양호한 SAP 1 그램 당 흡수량을 나타내었다.
실시예 11
건조 방법 1을 이용하여 분산액 5로부터 제조된 SAP 및 발포체의 복합체 패드 및 열 엠보싱 (열성형) 방법에 의한 미세공동 혼입 및 액체 흡수 테스트
분산액 5를 사용하고 건조 방법 1에 의해 SAP (중합체 A)를 갖는 또한 갖지 않는 열 엠보싱된 복합체 패드 샘플을 제조하였다. SAP (중합체 A)를 갖는 또한 갖지 않는 50 cm2 면적 (8.0 cm 직경)의 원형 발포체 샘플을 제조하고, MTS 액체 흡수 테스트하였다. 원형 발포체 복합체 샘플을 칭량하고, 초기 두께를 취하여 밀도를 측정하고, 초기 두께를 기록하였다. 상기한 바와 같이 중합체 A를 갖지 않는 대조군 원형 발포체 샘플 (실시예 14-1A 및 1B) 및 중합체 A를 갖는 원형 샘플 (14-2 A 및 2B)에 대한 액체 흡수 테스트를 하기 방법에 따라 수행하였다. 결과를 표 14에 요약하였다.
Figure 112008011875701-PCT00011
SAP (중합체 A)를 갖는 원형 복합체 패드가 SAP를 갖지 않는 대조군 패드에 비해 보다 우수한 액체 흡수 및 보유를 명확히 나타내었다. 대조군 패드는 압력 증가에 따라 훨씬 더 강한 흡수 감소를 나타낸 반면, SAP를 갖는 복합체 패드는 감소가 거의 나타나지 않고, 보다 높은 흡수값을 유지하였다.
예시적 실시양태
본 발명의 예시적 실시양태는 하기의 것을 포함하나, 이에 제한되지는 않는다.
실시양태 1.
1종 이상의 열가소성 중합체를 포함하고, 발포체의 하나 이상의 표면 상의 또는 그 근처의 다수의 미세공동을 함유하며, 여기서 미세공동은 발포체의 총 부피의 29％ 이하로 누적 포함된 탄성 발포체.
실시양태 2.
다수의 미세공동의 대부분이 발포체의 표면 상에 위치하는 것을 추가의 특징으로 하는 실시양태 1의 발포체.
실시양태 3.
발포체의 미세공동이 발포체의 총 부피의 18％ 이하로 누적 포함되는 것을 추가의 특징으로 하는 실시양태 1의 발포체.
실시양태 4.
발포체의 미세공동이 발포체의 총 부피의 5％ 이상으로 누적 포함되는 것을 추가의 특징으로 하는 실시양태 1, 2 또는 3의 발포체.
실시양태 5.
발포체의 미세공동이 발포체의 총 부피의 9％ 이상으로 누적 포함되는 것을 추가의 특징으로 하는 실시양태 1, 2 또는 3의 발포체.
실시양태 6.
1종 이상의 열가소성 중합체가 C4 내지 C20 알파-올레핀 공단량체로부터 선택된 다른 단량체를 갖거나 갖지 않는, 에틸렌 및/또는 프로필렌의 인터폴리머로부터 선택되는 것을 추가의 특징으로 하는 실시양태 1의 발포체.
실시양태 7.
인터폴리머가 약 1.5 내지 약 3의 Mw/Mn을 갖는 실시양태 6의 발포체.
실시양태 8.
인터폴리머가 촉매 선형 다중-블록 올레핀 인터폴리머를 포함하고; 여기서 촉매 선형 다중-블록 올레핀 인터폴리머는 하나 이상의 경질 세그먼트 및 하나 이상의 연질 세그먼트를 포함하는 실시양태 6의 발포체.
실시양태 9.
촉매 선형 다중-블록 올레핀 인터폴리머가 5 내지 70 중량％의 하나 이상의 경질 세그먼트를 포함하는 실시양태 8의 발포체.
실시양태 9.
다중-블록 올레핀 인터폴리머가 15 내지 60 중량％의 하나 이상의 경질 세그먼트를 포함하는 실시양태 8의 발포체.
실시양태 10.
다중-블록 올레핀 인터폴리머가 에틸렌/α-올레핀 블록 인터폴리머, 프로필렌/α-올레핀 블록 인터폴리머, 또는 이들의 조합 중 하나 이상을 포함하는 실시양태 8의 발포체.
실시양태 11.
하나 이상의 경질 세그먼트가 0 내지 5 중량％의 α-올레핀을 포함하는 실시양태 8의 발포체.
실시양태 12.
하나 이상의 연질 세그먼트가 5 내지 60 중량％의 α-올레핀을 포함하는 실시양태 8의 발포체.
실시양태 13.
다중-블록 올레핀 인터폴리머가 제조용 TREF에 의해 얻어진 0.3 내지 1.0의 블록 지수를 갖는 하나 이상의 중합체 분획을 포함하는 실시양태 8의 발포체.
실시양태 14.
다중-블록 올레핀 인터폴리머가 관계식: Tm > -2002.9 + 4538.5(d) - 2422.2(d)2에 상응하는 밀도 d (g/cc) 및 하나 이상의 융점 Tm (℃)을 갖는 실시양태 8의 발포체.
실시양태 15.
다중-블록 올레핀 인터폴리머가 관계식: Tm ≥ 858.91 - 1825.3(d) + 1112.8(d)2에 상응하는 밀도 d (g/cc) 및 하나 이상의 융점 Tm (℃)을 갖는 실시양태 8의 발포체.
실시양태 16.
1종 이상의 열가소성 중합체가 에틸렌과 1-옥텐, 1-헥센, 4-메틸-1-펜텐, 1-부텐, 이소부텐 또는 프로필렌 중 하나 이상의 인터폴리머인 것을 추가의 특징으로 하는 실시양태 1의 발포체.
실시양태 17.
1종 이상의 열가소성 중합체가 에틸렌과 1-옥텐의 공중합체인 것을 추가의 특징으로 하는 실시양태 1의 발포체.
실시양태 18.
다수의 미세공동의 적어도 일부가 실질적으로 원통형 형상을 갖는 것을 추가의 특징으로 하는 실시양태 1의 발포체.
실시양태 19.
발포체가 그 안에 분산되어 있는 다수의 섬유를 추가로 포함하는 것을 추가의 특징으로 하는 실시양태 1의 발포체.
실시양태 20.
상기 섬유의 적어도 일부가 셀룰로스 또는 폴리프로필렌 섬유로부터 선택되는 것을 추가의 특징으로 하는 실시양태 19의 발포체.
실시양태 21.
다수의 섬유의 평균 길이가 약 0.1 mm 초과 및 약 15 mm 미만이고, 다수의 섬유의 평균 두께가 약 0.001 mm 초과 및 약 0.05 mm 미만인 것을 추가의 특징으로 하는 실시양태 19의 발포체.
실시양태 22.
대부분의 섬유가 0.5 초과 및 50 미만, 바람직하게는 1.4 초과 및 2.3 미만의 평균 dtex를 나타내는 것을 추가의 특징으로 하는 실시양태 21의 발포체.
실시양태 23.
대부분의 미세공동이 일반적으로 균일한 크기를 갖는 것을 추가의 특징으로 하는 실시양태 1의 발포체.
실시양태 24.
미세공동이 발포체의 하나 이상의 표면 상에 또는 그 근처에 실질적으로 균일한 패턴으로 배열되어 있는 것을 추가의 특징으로 하는 실시양태 1의 발포체.
실시양태 25.
다수의 입자가 발포체내의 다수의 미세공동내에 실질적으로 구속되어 있는 것을 추가의 특징으로 하는 실시양태 1의 발포체를 포함하는 복합체 구조체.
실시양태 26.
다수의 입자가 상기 발포체와 상기 입자의 총합 중량의 0.1％ 이상으로 포함되는 것을 추가의 특징으로 하는 실시양태 25의 구조체.
실시양태 27.
다수의 입자가 상기 발포체와 상기 입자의 총합 중량의 80％ 미만으로 포함되는 것을 추가의 특징으로 하는 실시양태 25의 구조체.
실시양태 28.
다수의 입자가 유체 흡수성 입자를 포함하는 것을 추가의 특징으로 하는 실시양태 26 또는 27의 구조체.
실시양태 29.
다수의 입자가 수분 흡수성 중합체의 입자를 포함하는 것을 추가의 특징으로 하는 실시양태 25의 구조체.
실시양태 30.
다수의 입자가 아크릴산, 메타크릴산 및 상기 산의 염으로부터 선택된 1종 이상의 에틸렌계 불포화 단량체를 포함하는 아크릴 인터폴리머의 입자로부터 선택된 수분 흡수성 중합체의 입자를 포함하는 것을 추가의 특징으로 하는 실시양태 25의 구조체.
실시양태 31.
수분 흡수성 중합체의 입자가 초흡수성 중합체 또는 그래프트-공중합체 제조에 사용되는 것으로 당업계에 공지된 하나 이상의 공단량체 또는 그래프트 기재를 추가로 포함하며, 상기 공단량체는 아크릴아미드, 아크릴로니트릴, 비닐 피롤리돈, 비닐 술폰산 또는 이들의 염으로부터 선택되고, 그래프트-공중합체에 대한 그래프트 기재는 셀룰로스, 개질 셀룰로스 또는 전분 가수분해물로부터 선택되며, 여기서 공단량체는 수분 흡수성 중합체의 건조 중량의 25％ 이하로 포함되는 것을 추가의 특징으로 하는 실시양태 30의 구조체.
실시양태 32:
수분 흡수성 중합체의 입자가 각각의 염으로 중화되는 그의 산 잔기를 약 30％, 바람직하게는 약 50％ 내지 약 100％ 이하, 바람직하게는 약 80％ 이하로 갖는 것을 특징으로 하는 실시양태 30의 구조체.
실시양태 33:
수분 흡수성 중합체의 입자의 산 염 잔기가 I족 금속 이온염, 바람직하게는 나트륨 또는 칼륨염의 형태로 존재하는 것을 특징으로 하는 실시양태 32의 구조체.
실시양태 34:
수분 흡수성 중합체의 입자가 상기 입자의 건조 중량을 기준으로 하여 0.9 중량％의 NaCl 용액에서 측정된 약 70 g/g 미만, 바람직하게는 약 60 g/g 미만, 보다 바람직하게는 약 50 g/g 미만의 원심분리 보유능을 갖는 것을 특징으로 하는 실시양태 32의 구조체.
실시양태 35:
수분 흡수성 중합체의 입자가, 상기 입자의 건조 중량을 기준으로 하여 0.9 중량％의 NaCl 용액에서 측정된 약 10 g/g 초과, 바람직하게는 약 20 g/g 초과, 보다 바람직하게는 약 30 g/g 초과의 원심분리 보유능을 갖는 것을 특징으로 하는 실시양태 32의 구조체.
실시양태 36:
수분 흡수성 중합체의 입자가, 중합체의 건조 중량 및 구조체의 총 중량을 기준으로 하여, 약 0.1 중량％ 이상, 바람직하게는 약 10 중량％ 이상, 보다 바람직하게는 약 20 중량％ 이상, 더욱 더 바람직하게는 약 30 중량％ 이상, 가장 바람직하게는 약 40 중량％ 이상 및 약 80 중량％ 이하, 바람직하게는 약 70 중량％ 이하, 보다 바람직하게는 약 60 중량％ 이하, 더욱 더 바람직하게는 약 50 중량％ 이하, 가장 바람직하게는 약 45 중량％ 이하의 양으로 존재하는 것을 추가의 특징으로 하는 실시양태 29의 구조체.
실시양태 37:
수분 흡수성 중합체의 입자가, 그의 발포체의 미세공동내로의 혼입 전에, 상기 입자의 건조 중량을 기준으로 하여 0.9 중량％의 NaCl 용액에서 측정된 그의 원심분리 보유능을 약 20 g/g 내지 약 60 g/g으로 조절하는 공정에서 처리되고, 상기 처리 공정은 열-처리, 표면 가교 및 이온성 가교로 구성된 군 중 하나 이상으로부터 선택되는 것을 추가의 특징으로 하는 실시양태 29의 구조체.
실시양태 38:
다수의 입자가 수분 흡수성 중합체의 입자를 포함하며, 상기 수분 흡수성 중합체의 입자의, 상기 입자의 건조 중량을 기준으로 하여 0.9 중량％의 NaCl 용액에서 0.3 psi의 압력 하에 측정된 하중 하 흡수성 (AUL)이 약 50 g/g 미만, 바람직하게는 약 40 g/g 미만, 보다 바람직하게는 약 30 g/g 미만이고, 약 10 g/g 초과, 바람직하게는 약 15 g/g 초과, 보다 바람직하게는 약 20 g/g 초과인 것을 추가의 특징으로 하는 실시양태 25, 26 또는 27의 구조체.
실시양태 39:
수분 흡수성 중합체의 입자가, 그의 발포체의 미세공동내로의 혼입 전에 그의 AUL을 약 15 내지 약 40 g/g로 조절하기 위해 처리되고, 상기 처리는 열-처리, 표면 가교 및 이온성 가교로 구성된 군 중 하나 이상으로부터 선택되는 것을 추가의 특징으로 하는 실시양태 38의 구조체.
실시양태 40:
수분 흡수성 중합체의 입자의 체 분석에 의해 측정된 건조 기준 크기가 약 1000 ㎛ 미만, 바람직하게는 약 800 ㎛ 미만, 보다 바람직하게는 약 600 ㎛ 미만이고, 약 35 ㎛ 초과, 바람직하게는 약 100 ㎛ 초과, 보다 바람직하게는 약 300 ㎛ 초과인 것을 추가의 특징으로 하는 실시양태 25, 26 또는 27의 구조체.
실시양태 41:
수분 흡수성 중합체의 입자가, 발포체 제조에 사용되는 원료에 직접 첨가되거나 또는 발포체의 미세공동내에 첨가되어 함유된, 흄드 실리카, 마가다이트 및 개질된 마가다이트, 실리케이트, 탄산칼슘, 이산화티타늄, 점토, 시클로덱스트린, 활성탄, 제올라이트, 클로로필린, 수용성 중합체, 살생제 및 냄새 조절제로부터 선택된 무기 또는 유기질의 미립자로 표면 개질된 것을 추가의 특징으로 하는 실시양태 37의 구조체.
실시양태 42:
무기 또는 유기질의 미립자가 판형, 상이한 특징적 길이를 갖는 튜브형 (예를 들어, 나노-탄소 튜브형), 원통형, 다중원통형, 구형, 볼형 (예를 들어, 풀러린형), 다면체형, 디스크형, 침상형, 다중침상형, 입방체형, 무정형 형상 및 타원형의 형상으로 선택된 것을 추가의 특징으로 하는 실시양태 41의 구조체.
실시양태 43:
셀룰로스 기재 원료로부터 제조된 다수의 섬유 (예를 들어, 면 린터/스테이플 섬유) 또는 중합체 합성 섬유, 예컨대 폴리프로필렌을 가지며, 상기 섬유는 발포체내에 혼입되어 상기 섬유의 혼입 없이 제조된 동일한 발포체의 특성과 비교할 때 발포체에 추가의 강도 및 굽힘 모듈러스를 제공하거나, 또는 발포체내의 균열을 감소시키거나 제거하는 것을 추가의 특징으로 하는 실시양태 25의 구조체.
실시양태 44:
발포체 성분이 구조체내에 혼입되기 전 또는 혼입된 후에 열-압축 처리되며, 여기서 열-압축은 50℃ 이상의 온도, 바람직하게는 55℃ 이상의 온도, 보다 바람직하게는 65℃ 이상의 온도, 및 90℃ 미만의 온도, 바람직하게는 80℃ 미만의 온도, 보다 바람직하게는 70℃ 미만의 온도에서 수행되는 것을 추가의 특징으로 하는 실시양태 29의 구조체.
실시양태 45:
압축된 발포체 및 수분 흡수성 중합체의 입자가 복합체를 형성하고, 여기서 복합체는 천공되어 복합체의 표면의 적어도 일부에 홀을 형성한 것을 추가의 특징으로 하는 실시양태 44의 구조체.
실시양태 46.
다수의 입자가 적어도 부분적으로 냄새 조절제를 포함하는 것을 추가의 특징으로 하는 실시양태 25의 구조체.
실시양태 47.
하나의 성분으로서 실시양태 25의 복합체 구조체를 포함하는 위생 용품.
실시양태 48.
다수의 입자가 유체 흡수성 입자를 포함하고, 유아용 기저귀, 성인 실금자용 용품 및 여성용 생리대 용품으로부터 선택되며, 여기서 위생 용품의 인설트 흡수 부재는 적어도 상기 복합체 구조체를 포함하는 것을 추가의 특징으로 하는 실시양태 47의 위생 용품.
실시양태 49.
복합체 구조체의 발포체가 에틸렌과 1-옥텐의 1종 이상의 공중합체를 포함하고; 미세공동이 발포체의 총 부피의 5％ 이상으로 누적 포함되며; 다수의 입자가 아크릴산 및 적어도 그의 나트륨 또는 칼륨염을 포함하는 인터폴리머로부터 제조된 입자를 주성분으로 하는 것을 추가의 특징으로 하는 실시양태 48의 용품.
실시양태 50.
복합체 구조체의 탄성 발포체가 에틸렌과 1-옥텐의 1종 이상의 공중합체를 포함하고; 미세공동이 발포체의 총 부피의 5％ 이상으로 누적 포함되는 것을 추가의 특징으로 하는 실시양태 47의 위생 용품.
실시양태 51.
침지-및-적하 테스트에 의해 측정시 복합체 구조체 중의 수분 흡수성 중합체의 입자 1 그램 당 46 그램, 바람직하게는 50 그램, 보다 바람직하게는 52 그램 초과의 0.9％ 식염수의 건조 기준 흡수량을 나타내는 것을 추가의 특징으로 하는 실시양태 47의 위생 용품.
실시양태 52.
하나 이상의 부재로서 실시양태 25의 복합체 구조체를 포함하며, 애완동물 소변 흡수 패드, 애완동물 소변 흡수 매트 및 가정용 클리닝 패드로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 수성 액체 흡수 용품.
실시양태 53.
다수의 입자가 수분 흡수성 중합체의 입자를 포함하는 것을 추가의 특징으로 하는 실시양태 52의 용품.
실시양태 54.
탄성 발포체를 포함하는 하나 이상의 복합체 구조체를 포함하는 인설트 흡수성 부재를 포함하며, 상기 발포체는 에틸렌 80 중량％와 1-옥텐 20 중량％의 1종 이상의 인터폴리머를 포함하고, 발포체의 하나 이상의 표면 상의 또는 그 근처의 다수의 미세공동을 함유하며, 상기 미세공동은 발포체의 총 부피의 7％ 이상 및 14％ 이하로 누적 포함되며, 다수의 입자가 상기 다수의 미세공동내에 실질적으로 함유되어 있는 것을 특징으로 하고, 다수의 입자가 건조 중량을 기준으로 하여 상기 발포체와 상기 입자의 총합 중량의 35％ 이상 및 55％ 이하로 포함되는 것을 추가의 특징으로 하며, 또한 다수의 입자가 아크릴산 및 그의 나트륨 또는 칼륨염 중 하나 이상을 포함하는 인터폴리머로부터 선택된 수분 흡수성 중합체의 입자를 포함하고, 상기 수분 흡수성 입자의 건조 중량을 기준으로 하여 0.9 중량％의 NaCl 용액에서 측정된 상기 다수의 입자의 원심분리 보유능이 약 50 g/g 미만이고 약 25 g/g 초과이며, 또한 0.9 중량％의 NaCl 용액에서 0.3 psi의 압력 하에 측정된 하중 하 흡수능이 약 40 g/g 미만이고 약 15 g/g 초과인 것을 추가의 특징으로 하며, 위생 용품이 침지-및-적하 테스트에 의해 측정시 발포체 복합체 구조체의 미세공동내의 수분 흡수성 중합체의 입자 1 그램 (건조 중량) 당 46 그램 초과의 0.9％ 식염수의 흡수량을 갖는 것을 추가의 특징으로 하는, 유아용 기저귀로서 특성화된 위생 용품.
실시양태 55.
85℃, 20분, 0.5 psig의 압력에서 70％ 미만의 압축 경화율을 갖는 실시양태 1의 발포체.
실시양태 56.
85℃, 20분, 0.1 psig의 압력에서 45％ 미만의 압축 경화율을 갖는 실시양태 1의 발포체.
실시양태 57.
약 5 마이크로미터의 직경 내지 약 1000 마이크로미터의 직경의 크기 범위를 갖는 셀을 포함하는 실시양태 1의 발포체.
실시양태 58.
셀이 연속 셀을 포함하는 실시양태 57의 발포체.
실시양태 59.
셀이 연속 셀을 포함하는 실시양태 58의 발포체.
실시양태 60.
(1) 분산액을 제공하는 단계; (2) 분산액을 공기 또는 다른 불활성 기체와 접촉시켜 휘핑된 분산액을 형성하는 단계; (3) 휘핑된 분산액을 기판 상에 침적시키는 단계; 및 (4) 휘핑된 분산액을 적어도 부분적으로 건조시켜 포말형성된 발포체를 형성하는 단계를 포함하며; 여기서 휘핑된 분산액은 상기 분산액 중의 분산된 중합체의 융점 미만의 온도, 보다 바람직하게는 약 25℃±1O℃의 온도에서 형성되는, 포말 발포체의 제조 방법.
실시양태 61.
휘핑된 분산액이 공기 또는 다른 불활성 기체와의 접촉 전에 분산액보다 20％ 이상 큰 부피를 갖는, 실시양태 60의 포말 발포체의 제조 방법.
실시양태 61.
휘핑된 분산액이 공기 또는 다른 불활성 기체와의 접촉 전에 분산액보다 5％ 이상 작은 밀도를 갖는, 실시양태 60의 포말 발포체의 제조 방법.

Claims (28)

1종 이상의 열가소성 중합체; 및
포말형성된 발포체의 하나 이상의 표면 상의 또는 그 근처의 다수의 미세공동
을 포함하는 포말형성된 발포체.
제1항에 있어서, 상기 다수의 미세공동이 상기 포말형성된 발포체의 총 부피의 7％ 이상으로 포함된 포말형성된 발포체.
제2항에 있어서, 상기 다수의 미세공동이 상기 포말형성된 발포체의 총 부피의 29％ 미만으로 포함된 포말형성된 발포체.
제1항에 있어서, 상기 다수의 미세공동내에 실질적으로 함유되어 있는 다수의 입자를 추가로 포함하는 포말형성된 발포체.
제4항에 있어서, 상기 포말형성된 발포체와 상기 다수의 입자의 총합 중량을 기준으로 하여 약 35％ 이상의 상기 다수의 입자의 총 중량을 포함하는 포말형성된 발포체.
제1항에 있어서, 상기 열가소성 중합체가 C4 내지 C20 알파-올레핀 공단량체로부터 선택된 다른 단량체를 갖거나 갖지 않는, 에틸렌 및/또는 프로필렌의 인터폴리머로부터 선택된 포말형성된 발포체.
제6항에 있어서, 상기 인터폴리머가 약 1.5 내지 약 3의 Mw/Mn을 갖는 포말형성된 발포체.
제6항에 있어서, 상기 인터폴리머가 하나 이상의 경질 세그먼트 및 하나 이상의 연질 세그먼트를 포함하는 촉매 선형 다중-블록 올레핀 인터폴리머를 포함하는 포말형성된 발포체.
제1항에 있어서, 상기 열가소성 중합체가 에틸렌과 1-옥텐, 1-헥센, 4-메틸-1-펜텐, 1-부텐, 이소부텐 또는 프로필렌 중 하나 이상의 인터폴리머인 포말형성된 발포체.
1종 이상의 열가소성 중합체; 및
포말형성된 발포체의 하나 이상의 표면 상의 또는 그 근처의 다수의 미세공동
을 포함하는 포말형성된 발포체; 및
상기 다수의 미세공동내에 실질적으로 구속되어 있는 다수의 입자
를 포함하는 물품.
제10항에 있어서, 상기 다수의 미세공동이 상기 포말형성된 발포체의 총 부피의 7％ 이상으로 포함된 물품.
제11항에 있어서, 상기 다수의 미세공동이 상기 포말형성된 발포체의 총 부피의 29％ 미만으로 포함된 물품.
제10항에 있어서, 상기 포말형성된 발포체가 상기 다수의 미세공동내에 실질적으로 함유되어 있는 다수의 입자를 추가로 포함하는 물품.
제10항에 있어서, 상기 포말형성된 발포체가 상기 포말형성된 발포체와 상기 다수의 입자의 총합 중량을 기준으로 하여 약 35％ 이상의 상기 다수의 입자의 총 중량을 포함하는 물품.
제10항에 있어서, 상기 열가소성 중합체가 C4 내지 C20 알파-올레핀 공단량체로부터 선택된 다른 단량체를 갖거나 갖지 않는, 에틸렌 및/또는 프로필렌의 인터폴리머로부터 선택된 물품.
제15항에 있어서, 상기 인터폴리머가 하나 이상의 경질 세그먼트 및 하나 이상의 연질 세그먼트를 포함하는 촉매 선형 다중-블록 올레핀 인터폴리머를 포함하는 물품.
제10항에 있어서, 상기 열가소성 중합체가 에틸렌과 1-옥텐, 1-헥센, 4-메틸-1-펜텐, 1-부텐, 이소부텐 또는 프로필렌 중 하나 이상의 인터폴리머인 물품.
제17항에 있어서, 상기 다수의 입자가 상기 발포체와 상기 입자의 총합 중량의 0.1％ 이상으로 포함된 물품.
제17항에 있어서, 상기 다수의 입자가 상기 발포체와 상기 입자의 총합 중량의 80％ 미만으로 포함된 물품.
제17항에 있어서, 상기 다수의 입자가 유체 흡수성 입자인 물품.
제17항에 있어서, 상기 유체 흡수성 입자가 흄드(fumed) 실리카, 마가다이트(Magadiite) 및 개질된 마가다이트, 실리케이트, 탄산칼슘, 이산화티타늄, 점토, 시클로덱스트린, 활성탄, 제올라이트, 클로로필린, 수용성 중합체, 살생제 및 냄새 조절제로 구성된 군으로부터 선택된 무기 또는 유기질의 미립자로 표면 개질된 물 품.
제17항에 있어서, 다수의 섬유를 추가로 포함하는 물품.
제10항에 있어서, 위생 용품으로서 사용되는 물품.
인설트(insult) 흡수 용품인 제10항에 따른 물품
을 포함하는 유아용 기저귀.
인설트 흡수 용품인 제10항에 따른 물품
을 포함하는 성인 실금자용 용품.
인설트 흡수 용품인 제10항에 따른 물품
을 포함하는 여성용 생리대 용품.
중합체를 포함하는 분산액을 제공하는 단계;
상기 분산액을 공기 또는 다른 불활성 기체와 접촉시켜 휘핑된 분산액을 형성하는 단계;
상기 휘핑된 분산액을 기판 상에 침적시키는 단계; 및
상기 휘핑된 분산액을 적어도 부분적으로 건조시켜 포말형성된 발포체를 형 성하는 단계
를 포함하며, 여기서 상기 휘핑된 분산액은 상기 중합체의 융점 미만의 온도에서 형성되는, 포말 발포체의 제조 방법.
탄성 발포체를 포함하는 하나 이상의 복합체 구조체를 포함하는 인설트 흡수성 부재를 포함하며, 상기 발포체는 에틸렌 80 중량％와 1-옥텐 20 중량％의 1종 이상의 인터폴리머를 포함하고, 발포체의 하나 이상의 표면 상의 또는 그 근처의 다수의 미세공동을 함유하며, 상기 미세공동은 발포체의 총 부피의 7％ 이상 및 14％ 이하로 누적 포함되며, 다수의 입자가 상기 다수의 미세공동내에 실질적으로 함유되어 있는 것을 특징으로 하고, 다수의 입자가 건조 중량 기준으로 상기 발포체와 상기 입자의 총합 중량의 35％ 이상 및 55％ 이하로 포함되는 것을 추가의 특징으로 하며, 또한 다수의 입자가 아크릴산 및 그의 나트륨 또는 칼륨염 중 하나 이상을 포함하는 인터폴리머로부터 선택된 수분 흡수성 중합체의 입자를 포함하고, 상기 수분 흡수성 입자의 건조 중량을 기준으로 하여 0.9 중량％의 NaCl 용액에서 측정된 상기 다수의 입자의 원심분리 보유능이 약 50 g/g 미만이고 약 25 g/g 초과이며, 또한 0.9 중량％의 NaCl 용액에서 0.3 psi의 압력 하에 측정된 하중 하 흡수능이 약 40 g/g 미만이고 약 15 g/g 초과인 것을 추가의 특징으로 하며, 위생 용품이 침지-및-적하 테스트에 의해 측정시 발포체 복합체 구조체의 미세공동내의 수분 흡수성 중합체의 입자 1 그램 (건조 중량) 당 46 그램 초과의 0.9％ 식염수의 흡수량을 갖는 것을 추가의 특징으로 하는, 유아용 기저귀로서 특성화된 위생 용품.
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