KR20210149558A - Meltblown absorbent fibers and composites - Google Patents

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Abstract

Absorbent fibers are made from melt processable polymers. Absorbent composites include absorbent fibers in addition to natural fibers and superabsorbent materials. A method for making superabsorbent fibers and absorbent composites is also disclosed. Absorbents are useful in disposable personal care absorbent products such as diapers, training pants, feminine pads, adult incontinence products, and professional health care products for absorbing and retaining fluids.

Description

멜트블로운 흡수 섬유 및 복합재{Meltblown absorbent fibers and composites}Meltblown absorbent fibers and composites

본 발명은 흡수성이 개선된 흡수재에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 용융 가공가능 중합체로 제조된 흡수섬유 및 상기 흡수 섬유를 포함하는 흡수 복합재에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 흡수 섬유 및 흡수 복합재의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an absorbent material having improved absorbency. More particularly, the present invention relates to absorbent fibers made from melt processable polymers and absorbent composites comprising such absorbent fibers. The present invention also relates to absorbent fibers and methods of making absorbent composites.

미국 특허 제5,280,079호 (1994년 1월 18일자로 알렌 (Allen) 등에게 부여됨), 제5,147,956호 (1992년 9월 15일자로 알렌에게 부여됨), 제4,962,172호 (1990년 10월 9일자로 알렌 등에게 부여됨), 제5,151,465호 (1992년 9월 29일자로 르-칵 (Le-Khac)에게 부여됨) 및 제5,066,742호 (1991년 11월 19일자로 굽타 (Gupta)에게 부여됨)는 각각 흡수 섬유를 기재하고 있다. 그러나, 본원에서 설명되는 흡수 섬유는 용액 방사 공정에 의해 제조된다. 또한, 섬유 형성에 사용되는 수용성 중합체는 비용융 가공가능성이다. 또한, 초흡수성 스테이플 (staple) 섬유는 캐나다 캘거리 소재의 카멜롯 수퍼업소번트 (Camelot Superabsorbent Ltd)에서 시판하는, 이소부틸렌-말레산 무수물 공중합체 기재흡수 섬유인 상표명 FIBERDRI(등록상표), 영국 그림스비 소재의 테크니컬 업소번츠 (Technical Absorbents)에서 시판하는, 나트륨 폴리아크릴레이트 기재 흡수 섬유인 상표명 OASIS(등록상표) 101로서 상업적으로 입수가능하다. 상기 시판되는 초흡수 섬유도 비용융 가공가능한 수용성 중합체의 용액 방사에 의해 제조된다. 상기 스테이플 섬유는 방직 섬유 건식 방사 공정으로 제조된다. 이들은 에어 레이잉 (air laying) 공정을 통해 흡수 코어 내에 도입될 수 있지만, 코어의 다른 성분, 예를 들어 초흡수성 입자 및 플러프 섬유와 결합을 형성하지 않는다. 공정으로부터의 흡수 코어는 안정화된 구조가 아니다. 높은 생산성 및 저비용으로 제조할 수 있는 흡수 섬유 및 상기 흡수 섬유를 포함하는 흡수 복합재에 대한 필요성이 존재한다. 또한, 개선된 건조 및 습식 통합성을 보일 수 있는 안정화된 흡수 복합재에 대한 필요성이 존재한다. 또한, 흡수 섬유 및 흡수 복합재를 높은 생산성 및 저비용으로 제조하는 방법에 대한 필요성이 존재한다.U.S. Patent Nos. 5,280,079 (issued Jan. 18, 1994 to Allen et al.), 5,147,956 (issued Sep. 15, 1992 to Allen), 4,962,172 (issued Oct. 9, 1990 Allen et al.) et. is described. However, the absorbent fibers described herein are made by a solution spinning process. In addition, the water-soluble polymers used to form the fibers are non-melt processable. In addition, superabsorbent staple fibers are commercially available from Camelot Superabsorbent Ltd, Calgary, Canada, under the trade name FIBERDRI (registered trademark), an isobutylene-maleic anhydride copolymer based absorbent fiber, Grimsby, UK. It is commercially available under the trade designation OASIS(R) 101, a sodium polyacrylate based absorbent fiber, available from Technical Absorbents, Inc. These commercially available superabsorbent fibers are also prepared by solution spinning of non-melt processable water-soluble polymers. The staple fiber is produced by a textile fiber dry spinning process. They can be introduced into the absorbent core through an air laying process, but do not form bonds with other components of the core, such as superabsorbent particles and fluff fibers. The absorbent core from the process is not a stabilized structure. A need exists for absorbent fibers and absorbent composites comprising the absorbent fibers that can be manufactured with high productivity and low cost. There is also a need for stabilized absorbent composites that can exhibit improved dry and wet integrity. There is also a need for a method of making absorbent fibers and absorbent composites with high productivity and low cost.

현재 상업적으로 공급되는 흡수 섬유는 용액 방사 공정, 예를 들어 방직 섬유 제조를 위해 사용되는 용액 건식 방사공정 또는 부직물 제조를 위해 사용되는 용액 블로우잉 (blowing) 방사 공정에 의해 제조된다. 용액 방사 공정은 중합체 수용액으로 개시된다. 중합체 용액은 이어서 섬유로 방사되고, 가교결합되어 수팽창성의 수불용성 섬유를 형성한다. 그러나, 상기 용액 방사 공정은 중합체 용액 내에 과량의 물이 존재하기 때문에 생산성이 낮고 비용이 많이 소요된다. 이러한 이유로, 흡수 섬유는 1회용 개인 위생 흡수제품에 흡수재로서 널리 사용되지 않고 있다. 일부 중합체는 온도가 특정 온도 이상일 때 상이한 모양 또는 형태로 가공될 수 있고, '용융 가공가능'으로 언급할 수 있다. 다른 중합체는 특정한 승온에 도달시에 용융되기보다는 분해되고, '비용융 가공가능'으로 언급할 수 있다. 용융 가공가능 중합체, 예를 들어 폴리에틸렌 (PE) 또는 폴리프로필렌 (PP)으로 제조된 섬유는 저비용으로 부직 산업에 널리 사용된다. 그러나, 상기 중합체는 소수성이 높아 비습윤성 및 위킹 (wicking) 부재와 같은 유체 처리 특성을 불량하게 만들기 때문에 1회용 개인 위생 흡수제품의 흡수 복합재에 사용될 수 없다. Absorbent fibers currently supplied commercially are made by solution spinning processes, for example solution dry spinning used for making textile fibers or solution blowing spinning processes used for making nonwovens. The solution spinning process is initiated with an aqueous polymer solution. The polymer solution is then spun into fibers and crosslinked to form water-swellable, water-insoluble fibers. However, the solution spinning process is low in productivity and expensive due to the presence of an excess of water in the polymer solution. For this reason, absorbent fibers are not widely used as absorbent materials in disposable personal care absorbent products. Some polymers can be processed into different shapes or forms when the temperature is above a certain temperature and can be referred to as 'melt processable'. Other polymers decompose rather than melt upon reaching certain elevated temperatures and may be referred to as 'non-melt processable'. Fibers made from melt processable polymers such as polyethylene (PE) or polypropylene (PP) are widely used in the nonwoven industry due to their low cost. However, these polymers cannot be used in absorbent composites for disposable personal care absorbent articles because of their high hydrophobicity, which makes them non-wetting and poor fluid handling properties such as absence of wicking.

본 발명의 한 실시태양에서, 흡수 섬유는 멜트블로우잉된 후 가교결합되어 수팽창성이지만 수불용성의 흡수 섬유를 형성하는 용융 가공가능한 수용성 중합체를 포함한다. 생성되는 흡수 섬유의 제로 로드하 흡수치 (absorbency underzero load value)는 섬유 1 그램당 적어도 약 5 그램의 유체 (g/g)이다. 용융 가공가능한 수용성 중합체는 비이온계 단독중합체, 예를 들어, 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리프로필렌 옥사이드, 히드록시 프로필 셀룰로스, 메틸 셀룰로스, 에틸 셀룰로스, 메틸에틸 셀룰로스, 폴리에틸렌 이민, 폴리비닐 아민, 폴리비닐 알콜, 폴리(에틸렌 옥사이드-co-프로필렌 옥사이드), 폴리아크릴산, 폴리아크릴아미드 및 이들의 조합물일 수 있다. 또한, 용융 가공가능한 수용성 중합체는 적어도 하나의 이온계 및 하나의 비이온계 단량체, 예를 들어 나트륨 아크릴레이트 (현재 시판되는 초흡수성 물질에 사용됨) 및 메틸 메타크릴레이트 (현재 시판되는 용융 가공가능 중합체에 사용됨)의 단량체의 공중합체일 수 있다. 본 발명의 다른 실시태양에서, 흡수 복합재는 친수성 섬유 (예를 들어 목재 펄프 플러프, 면, 솜털, 다른 셀룰로스 섬유, 재생 셀룰로스 섬유, 천연 섬유 또는 개질 또는 스펀 스테이플 섬유, 및 친수성 합성 섬유, 예를 들어 미국 뉴저지주 모리스타운 소재의 앨리드 코포레이션 (Allied Corporation)에서 상표명 HYDROFIL (등록상표)로 시판하는 것 및 이들의 조합물) 및 시판되는 초흡수성 물질로 멜트블로우잉된 용융 가공가능한 수용성 중합체를 포함한다. 중합체는 가교결합되어 수팽창성이지만 수불용성인 흡수 섬유를 형성한다. 생성되는 흡수 복합재는 제로 로드하 흡수치가 복합재 1 그램당 적어도 5 그램의 유체 (g/g)이고, 적어도 약 10 g/g 내지 약 50 g/g의 제로 로드하 흡수치를 보일 정도의 초흡수성일 수도 있다. 상기 실시태양에서 설명한 바와 같이, 용융 가공가능한 수용성 중합체는 비이온계 단독중합체, 예를 들어 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리프로필렌 옥사이드, 히드록시 프로필 셀룰로스, 메틸 셀룰로스, 에틸 셀룰로스, 메틸에틸 셀룰로스, 폴리에틸렌 이민, 폴리비닐 아민, 폴리비닐 알콜, 폴리(에틸렌 옥사이드-co-프로필렌 옥사이드), 폴리아크릴산, 폴리아크릴아미드, 및 이들의 조합물일 수 있거나, 또는 적어도 하나의 이온계 및 하나의 비이온계 단량체, 예를 들어 나트륨 아크릴레이트 및 메틸 메타크릴레이트의 단량체의 공중합체일 수 있다. 어느 실시태양에서든, 가교결합제는 멜트블로운 섬유의 표면 상에 분무될 수 있다. 가교결합제는 용융 가공가능 중합체의 표면 상의 관능기와 반응할 수 있는 적어도 2개의 관능기를 가져야 한다. 가교결합 반응을 개시시키기 위해서, 후처리, 예를 들어 열처리, 마이크로파 조사, 전자빔 (e-빔) 조사, 자외선 (UV) 조사, 스팀 처리 또는 증기 처리가 필요하다. 또한, 본 발명은 용융 가공가능한 수용성 중합체를 융용하는 단계, 중합체를 압출하는 단계, 중합체를 방사하여 섬유를 형성하는 단계, 가교결합제를 첨가하는 단계 및 생성되는 섬유를 경화시키는 단계를 포함하는, 흡수 섬유 및 흡수복합재의 제조 방법에 관한 것이다.In one embodiment of the present invention, the absorbent fibers comprise melt-processable water-soluble polymers that are meltblown and then crosslinked to form water-swellable but water-insoluble absorbent fibers. The absorbency underzero load value of the resulting absorbent fiber is at least about 5 grams of fluid (g/g) per gram of fiber. Melt processable water-soluble polymers include nonionic homopolymers such as polyethylene oxide, polypropylene oxide, hydroxy propyl cellulose, methyl cellulose, ethyl cellulose, methylethyl cellulose, polyethylene imine, polyvinyl amine, polyvinyl alcohol, poly (ethylene oxide-co-propylene oxide), polyacrylic acid, polyacrylamide, and combinations thereof. In addition, melt processable water soluble polymers include at least one ionic and one nonionic monomer, such as sodium acrylate (used in commercially available superabsorbent materials) and methyl methacrylate (currently commercially available melt processable polymers). used in ) may be a copolymer of monomers. In another embodiment of the invention, the absorbent composite comprises hydrophilic fibers (such as wood pulp fluff, cotton, downy, other cellulosic fibers, regenerated cellulosic fibers, natural fibers or modified or spun staple fibers, and hydrophilic synthetic fibers such as For example, those sold under the trade name HYDROFIL (registered trademark) by Allied Corporation of Morristown, NJ and combinations thereof) and commercially available superabsorbent materials including meltblown melt processable water soluble polymers do. The polymers are crosslinked to form absorbent fibers that are water swellable but water insoluble. The resulting absorbent composite is superabsorbent such that it exhibits a zero load absorption value of at least 5 grams of fluid per gram of composite (g/g) and a zero load absorption value of at least about 10 g/g to about 50 g/g. may be As described in the above embodiments, melt processable water-soluble polymers are nonionic homopolymers such as polyethylene oxide, polypropylene oxide, hydroxy propyl cellulose, methyl cellulose, ethyl cellulose, methylethyl cellulose, polyethylene imine, polyvinyl. amines, polyvinyl alcohol, poly(ethylene oxide-co-propylene oxide), polyacrylic acid, polyacrylamide, and combinations thereof, or at least one ionic and one nonionic monomer, such as sodium It may be a copolymer of monomers of acrylate and methyl methacrylate. In either embodiment, the crosslinking agent may be sprayed onto the surface of the meltblown fibers. The crosslinking agent must have at least two functional groups capable of reacting with functional groups on the surface of the melt processable polymer. In order to initiate the crosslinking reaction, a post-treatment such as heat treatment, microwave irradiation, electron beam (e-beam) irradiation, ultraviolet (UV) irradiation, steam treatment or steam treatment is necessary. The present invention also relates to an absorbent comprising the steps of melting a melt processable water soluble polymer, extruding the polymer, spinning the polymer to form fibers, adding a crosslinking agent and curing the resulting fiber. It relates to a method of making fibers and absorbent composites.

흡수재는 1회용 개인 위생 흡수제품, 예를 들어 기저귀, 배변 연습용 팬티, 여성 패드, 성인 요실금 제품, 및 유체 흡수 및 보유용 전문 보건 위생제품에 유용하다. 흡수 또는 초흡수재는 당업계에 공지된 방법에 따라 1회용 개인 위생 흡수제품의 흡수 코어에 사용하기 위한 흡수 복합재를 제조하기 위해 종종 수불용성 섬유와 조합된다. 입자상 초흡수제는 1회용 개인 위생 흡수제품에 초흡수성 물질로서 널리 사용된다. 그러나, 초흡수성 입자는 1회용 개인 위생 흡수제품의 제조 동안 정지 상태로 존재하지 않아 1회용 개인 위생 흡수제품에서 위치를 이동시킬 수 있기 때문에 때때로 사용하기가 곤란하다. 1회용 개인 위생 흡수제품에 초흡수성 입자 대신에 흡수 또는 초흡수 섬유를 사용하면 제품 통합성의 개선, 우수한 보유성, 제품 부피 감소 및 흡수성, 예를 들어 신속한 유체 흡수 및 유체 분배성의 개선을 제공할 수 있기 때문에 잠재적으로 유리하다. 또한, 섬유를 사용하면 제품 특성의 개선, 예를 들어 우수한 신체 정합성, 겔 이동의 감소 및 흡수제품 제조 공정의 효과적인 단순화를 제공하는 보다 얇고 부드러운 제품을 제공할 수 있다. Absorbents are useful in disposable personal care absorbent products such as diapers, training pants, feminine pads, adult incontinence products, and professional health care products for absorbing and retaining fluids. Absorbents or superabsorbents are often combined with water insoluble fibers to make absorbent composites for use in the absorbent core of disposable personal care absorbent articles according to methods known in the art. Particulate superabsorbents are widely used as superabsorbent materials in disposable personal care absorbent products. However, superabsorbent particles are sometimes difficult to use because they do not exist stationary during the manufacture of the disposable personal care absorbent article and thus can be displaced in the disposable personal care absorbent article. The use of absorbent or superabsorbent fibers in place of superabsorbent particles in disposable personal care absorbent products can provide improved product integrity, better retention, reduced product volume and improved absorbency, for example, rapid fluid absorption and fluid dispensing. It is potentially advantageous because In addition, the use of fibers can provide thinner, softer products that provide improved product properties, such as better body conformability, reduced gel migration, and effective simplification of the absorbent article manufacturing process.

본 발명은 용융 가공가능 중합체로 제조된 흡수 섬유 및 상기 흡수 섬유를 포함하는 흡수 복합재에 관한 것이다. 또한, 흡수 복합재는 1회용 개인 위생 흡수제품의 흡수 코어에 사용될 수 있다. 흡수 복합재는 흡수용품, 예를 들어 기저귀, 배변연습용 팬티, 수영복, 성인 요실금용 제품, 여성 위생제품 및 의료용 흡수제품에 유용하다. 또한, 본 발명은 흡수섬유 및 흡수 복합재 제조 방법에 관한 것이다. 도 1은 기저귀의 분해 투시도이다. 도 1을 참고로 하여 설명하면, 1회용 기저귀 (10)은 외부 커버 (12), 신체측 라이너14), 및 신체측 라이너 (14)와 외부 커버 (12) 사이에 위치한 흡수 코어 (40)을 포함한다. 흡수 코어 (40)은 본 발명에 따른 흡수 섬유 또는 흡수 복합재를 포함할 수 있다. 신체측 라이너 (14) 및 외부 커버 (12)는 통상적인 비흡수성 물질로 제조된다. '비흡수성'은 초흡수제로 충전된 포켓을 제외하고 상기 물질이 물질 1 그램당 09% 염화나트륨 수용액 5 g을 초과하지 않는 흡수 용량을 갖는다는 것을 의미한다. 신체측 라이너 (14)는 액체 투과성이 높은 물질로 제조된다. 상기 층은 액체를 착용자로부터 흡수 코어 (40)으로 이송하는 기능을 수행한다. 적합한 액체 투과성 물질은 다공성 직조 물질, 다공성 부직 물질, 공극이 존재하는 필름, 개방기포 포움 및 솜을 포함한다. 적합한 신체측 라이너 물질의 다른 예는 폴리올레핀 섬유, 예를 들어 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 또는 폴리에스테르 섬유의 임의의 가요성의 다공성 시트, 스펀본디드 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 또는 폴리에스테르 섬유의 웹, 레이온 섬유의 웹, 합성 또는 천연 섬유의 본디드 카디드 웹 또는 이들의 조합물을 포함하나, 이로 제한되지 않는다. 본원에 참고로 포함된 미국 특허 제5,904,675호 (1999년 5월 18일자로 라욱스 (Laux) 등에게 부여됨)는 적합한 서지 (surge) 물질의 추가의 예를 제공한다. 상기 층은 또한 공극이 존재하는 플라스틱 필름일 수 있다. 적합한 솜은 특정 공기 형성된 열화학적 및 화학열기계적 목재 펄프를 포함한다. 물품 (10)의 상이한 층의 치수는 착용자의 체구 및 체형에 따라 상이할 수 있다. 외부 커버 물질 (12)는 수증기에 통기성이어야 한다. 일반적으로, 외부 커버 (12)의 수증기 투과 속도 (MVTR)는 본원에 참고로 포함된 INDA 시험 방법 IST-704-99으로 측정시에 적어도 약 300 g/m 2 -24시간, 바람직하게는 적어도 약 1000 g/m 2 -24시간 또는 적어도 약 3000 g/m 2 -24시간일 것이다. 외부 커버 (12)에는 허리 탄성 부재 (26), 패스닝 테이프 (28) 및 다리 탄성 부재 (30)이 부착된다. 다리 탄성 부재 (30)은 일반적으로 캐리어 시트 (32) 및 개개의 탄성 스트랜드 (34)를 갖는다. 도 1의 기저귀는 하나의 기본적인 기저귀 실시태양을 대표적으로 제시한 것이다. 기저귀 부분들의 디자인 및 물질을 상이하게 변경할 수 있다. 예를 들어 도 1에 도시한 기저귀 실시태양의 제조 방법 및 물질은 본원에 참 고로 포함된 미국 특허 제5,509,915호 (1996년 4월 23일자로 한슨 (Hanson) 등에게 부여됨)에 보다 상세하게 제시되어 있다. 도 1에 도시된 기저귀에 대한 가능한 변형은 미국 특허 제5,509,915호 및 제5,364,382호 (1994년 11월 15일자로 라티머 (Latimer) 등에게 부여됨)에 제시되어 있다. 본 발명의 한 실시태양에 따르면, 흡수 섬유는 멜트블로우잉된 후 가교결합되어 수팽창성이지만 수불용성의 흡수 섬유를 형성하는 용융 가공가능한 수용성 중합체를 포함한다. 적합한 용융 가공가능한 수용성 중합체는 비이온계 단독 중합체, 예를 들어 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리프로필렌 옥사이드, 히드록실 프로필 셀룰로스, 메틸 셀룰로스, 에틸 셀룰로스, 메틸에틸 셀룰로스, 폴리에틸렌 이민, 폴리비닐 아민, 폴리비닐 알콜, 폴리(에틸렌 옥사이드-co-프로필렌 옥사이드), 폴리아크릴산, 폴리아크릴아미드 및 이들의 조합물을 포함한다. 그의 용융 가공가능성을 개선시키기 위해, 어느 정도의 개질이 필요할 수 있다. 이러한 개질은 작은 비율의 첨가제, 블렌드 및(또는) 공단량체의 첨가를 포함하나, 이로 제한되지 않는다. 본원에서 사용되는 개질 폴리비닐 알콜은 일본 오사까 소재의 니뽄 고세이 (Nippon Gohsei)에서 시판하는 것을 입수할 수 있다. 비이온계 수용성 및 용융 가공가능 중합체가 흡수성일지라도, 그의 거대분자 사슬 상에 이온 하전기가 결여되어 있기 때문에 초흡수성을 갖지 않는다. 현재 시판되는 입자상 초흡수성 물질은 이온계 폴리아크릴레이트로 제조된다. 그러나, 순수한 이온계 수용성 중합체는 일반적으로 용융 가공이 불가능하다. 다른 용융 가공가능한 수용성 중합체는 이온계 단량체와 비이온계 단량체의 공중합체일 수 있다. 공중합체에 적합한 단량체는 이온계 단량체, 예를 들어 미국 위스콘신주 밀워키 소재의 알드리치 케미칼 컴퍼니 (Aldrich Chemical Co)에서 시판하는 나트륨 아크릴레이트 및 비이온계 단량체, 예를 들어 알드리치 케미칼 컴퍼니에서 시판하는 메틸 메타크릴레이트를 포함한다. 공중합체의 수용해도 및 용융 가공가능성을 모두 달성하기 위해서, 건조 중량을 기준으로 한 단량체의 비율이 중요하다. 바람직하게는, 건조 중량을 기준으로 한 단량체의 비율은 약 30:70 내지 약 70:30이어야 한다. 공중합체를 형성하는 중합은 당업계에 공지된 통상적인 방법에 따라 수행할 수 있다. 이온계 공단량체의 첨가 때문에, 수용성의 용융 가공가능 공중합체의 흡수도는 비이온계 단독중합체보다 크다. 단독중합체 또는 공중합체이든간에, 중합체의 분자량이 중요하다. 중합체의 분자량은 높은 유체 흡수도를 갖기 위해서 적어도 약 10,000이어야 한다. 그러나, 중합체의 분자량은 멜트블로우잉 장치가 지나치게 높은 점도를 처리할 수 없기 때문에 약 1,000,000을 초과할 수 없다. 적합한 중합체의 분자량은 약 50,000 내지 1,000,000, 바람직하게는 약 100,000 내지 1,000,000, 또는 약 100,000 내지 500,000이다. 섬유 형성 후에, 섬유는 여전히 수용성이다. 가교결합제를 포함하는 용액은 사용되는 가교결합제의 특성에 따라 수팽창성이지만 수불용성의 섬유를 즉시 또는 경화 단계 후에 형성하기 위해 멜트블로운 섬유의 표면 상에 분무된다. 적합한 가교결합제는 반응성이거나 잠재성일 수 있다. 반응성 가교결합제는 방사 공정에서 섬유를 가교결합시킬 것이다. 잠재 가교결합제는 섬유를 가교결합시키지 않고, 통상 가교결합을 촉발시키기 위해 일정한 활성화 에너지, 예를 들어 가열을 필요로 한다. 가교결합제는 용융 가공가능 중합체 상의 매달린 관능기와 반응할 수 있는 적어도 2개의 관능기를 갖는 것이 바람직하다. 적합한 가교결합제는 디올, 폴리올, 디아민, 폴리아민, 디카르복실산, 폴리카르복실산, 디알데히드, 폴리알데히드, 부탄디올, 디에틸렌 트리아민, 시트르산, 글루타르산 디알데히드 및 에틸렌 글리콜 디글리시딜 에테르, 3가 또는 4가 금속 이온, 및 이들의 조합물을 포함한다. 가교결합제 상의 적합한 관능기는 용융 가공가능 중합체에 따라 결정된다. 예를 들어, 폴리비닐 알콜이 용융 가공가능중합체로서 사용될 경우, 가교결합제 상의 적합한 관능기는 카르복실산기 (폴리비닐 알콜 상의 히드록실기와 에스테르 연결을 형성), 알데히드기 (폴리비닐 알콜 상의 히드록실기와 아세탈 연결을 형성) 또는 에폭시기 (폴리비닐 알콜상의 히드록실기와 에테르 연결을 형성)을 포함한다. 그러나, 용융 가공가능 중합체가 상이한 종류의 관능기, 예를 들어 아미노 또는 카르복실산 또는 다른 기를 가질 경우, 가교결합제 상의 적합한 관능기는 상이할 것이다. 예를 들어, 중합체가 카르복실산 관능기를 가질 경우, 가교결합제 상의 적합한 관능기는 히드록실기 (중합체 상의 카르복실산기와 에스테르 연결을 형성), 아미노기 (중합체 상의 카르복실산기와 아미드 연결을 형성) 또는 3가 또는 4가 금속 이온(중합체 상의 카르복실산기와 이온 결합을 형성)을 포함한다. 상업적으로 시판되는 가교결합제의 일례는 미국 델라웨어주 윌밍톤 소재의 허큘레스 인코포레이티드 (Hercules Incorporated)에서 시판하는 KYMENE (등록상표)이다. KYMENE (등록상표)은 폴리비닐 알콜 상의 히드록실기와 반응할 수 있는 관능기를 포함한다. KYMENE (등록상표)은 셀룰로스 섬유를 가교결합시키기 위해 널리 사용된다. 그러나, 화학 조성물은 특허권이 부여된 상태이다. 잠재 가교결합제가 사용될 경우, 가교결합 반응을 개시시키기 위해 후처리 공정이 필요하다. 상기 후처리 공정은 열처리, 마이크로파 조사, e-빔 조사, UV 조사, 스팀 처리 또는 증기 처리를 포함한다. 본 발명의 다른 실시태양에 따르면, 흡수 복합재는 코폼 물질을 형성하기 위해서 친수성 섬유 및 시판되는 초흡수성 물질과 함께 멜트블로우잉되는 용융 가공가능한 수용성 중합체를 포함한다. 중합체는 가교결합되어 수팽창성이지만 수불용성인 흡수 섬유를 형성한다. 분자량이 약 10,000 내지 1,000,000인 상기 설명한 임의의 단독중합체 또는 공중합체는 본 발명의 상기 실시태양의 용융 가공가능한 수용성 중합체에 적합할 수 있다. 초흡수성 물질은 시판되는 임의의 초흡수성 물질, 예를 들어 초흡수성 입자 또는 초흡수성 섬유일 수 있다. 시판되는 입자상 초흡수제의 예는 미국 버지니아주 포츠마우쓰 소재의 획스트 셀라네즈 (Hoescht Celanese)에서 시판하는 SANWET (등록상표) IM 3900 및 SANWET (등록상표) IM-5000P, 미국 미시건주 미들랜드 소재의 다우 케미컬 컴퍼니 (Dow Chemical Co)에서 시판하는 DRYTECH (등록상표) 2035 및 미국 노쓰 캐롤라이나주 그린스보로 소재의 스톡하우젠 (Stockhausen)에서 시판하는 FAVOR (등록상표) SXM 880, SXM 9543를 포함한다. 상기 시판되는 임의의 초흡수성 스테이플 섬유가 초흡수성 섬유로서 적합할 수 있다. 친수성 섬유는 미국 알라바마주 쿠사 파인 소재의 유에스 얼라이언스 포레스트 프라덕츠 코포레이션 (US Alliance Forest Products Corporation)에서 상표명 Coosa CR 1654로 시판하는 목재 펄프 플러프가 바람직하다. 도 2A-2C에 도시한 바와 같이 코폼 물질인 생성되는 흡수 복합재는 이 경우에 폴리비닐 알콜로 제조되는 흡수 섬유(36), 이 경우에 목재 펄프 플러프 (38)인 친수성 섬유 및 이 경우에 초흡수성 입자인 초흡수성 물질 (39)를 포함한다. 또한, 본 발명은 흡수 섬유 및 흡수 복합재의 제조 방법을 포함한다. 도 3에서, 호퍼 (50)은 용융 가공가능한 수용성 중합체의 펠렛을 포함한다. 단축 또는 2축 압출기 (52)는 통상적인 가열 장치에 의해 펠렛을 용융시켜 용융 압출가능조성물을 형성하고, 이 조성물은 압출기 (52) 내에 위치하는 회전 압출기 스크류 (도시하지 않음)의 작용에 의해 멜트블로우잉 다이 (54)를 통해 압출된다. 압출가능 조성물은 다이 (54)를 통해 공급된다. 다이 (54) 및 이를 통해 통급되는 기체 공급물은 통상적인 장치 (도시하지 않음)에 의해 가열된다. 방사 다이 직경 이외에, 섬유 직경을 조절하기 위해 공기 속도도 조정할 수 있다. 본 발명의 흡수 섬유만을 포함하는 부직 물질을 제조하기 위해서, 가교결합제를 포함하는 용액을 스트림 (60)에 의해제시되는 분무기에 의해 기체 함유 섬유 스트림 (56) 상에 분무한다. 이어서, 흡수 섬유를 진공 (67)에 의해 벨트 (66) 및 롤러 (68)을 포함하는 성형 와이어 (64) 상에 이송시켜 부직 물질을 공기 형성한 후 건조시키고, 가교결합 반응을 개시시키기 위해 후처리 공정으로 처리할 수 있다. 성형 와이어 (64) 아래의 진공 박스 (67)을 사용하면 섬유가 성형와이어 (64) 상에 균일한 웹을 형성하는 것을 도울 수 있다. 후처리는 열처리, 마이크로파 처리, e-빔 조사, UV 조사, 스팀 처리 또는 증기 처리일 수 있다. 부직 물질은 이어서 권취기 (70)에 권취되어 수집된다. 코폼 물질인 본 발명의 흡수 복합재를 제조하기 위해서, 기체 함유 섬유 스트림 (56)은 1단계로 상이한 섬유 물질을 통합시키기 위해서 개별화된 친수성 섬유, 바람직하게는 목재 펄프 섬유를 포함하는 제2 기체 스트림 (58)과 융합된다. 가교결합제를 포함하는 용액은 스트림 (60)에 의해 제시되는 분무기에 의해 기체 함유 섬유 스트림 (56) 상에 분무된다. 초흡수성 물질은 추가의 기체 스트림 (62)를 통해 친수성 섬유 및 가교결합제와 동시에 첨가될 수 있다. 이어서, 통합된 기체 스트림은 진공 (67)에 의해 벨트 (66) 및 롤러 (68)을 포함하는 성형 와이어 (64) 상에 이송되어 코폼물질을 공기 형성한다. 공기는 임의의 통상의 수단, 예를 들어 블로우어 (도시하지 않음)에 의해 공급될 수 있다. 상기 설명한 임의의 용융 가공가능 중합체, 초흡수성 물질, 친수성 섬유 및 가교결합제를 사용하여 흡수 섬유 및(또는) 흡수 복합재를 제조할 수 있다. 코폼 물질 형성 후에, 코폼 물질을 건조시키고, 가교결합 반응을 개시시키기 위해 후처리 공정으로 처리된다. 상기 후 처리는 때로 '경화'로 언급된다. 상기 처리는 열처리, 마이크로파 처리, e-빔 조사, UV 조사, 스팀 처리 또는 증기 처리 중의 어느 하나일 수 있다. 코폼 물질은 이어서 권취기 (70)에 권취되어 수집된다. 열처리를 코폼 물질의 후처리 공정으로 사용할 경우, 때때로 코폼 물질의 바 람직하지 않은 변색이 발생한다. 예를 들어, 목재 펄프 섬유를 포함하는 코폼 물질이 140℃보다 높은 온도에서 2시간 초과의 시간 동안 열경화될 경우, 경화된 코폼 물질은 목재 펄프 섬유의 산화 때문에 황색 내지 갈색의 어두운 색상을 갖게 된다. 상기 변색은 또한 멜트블로운 섬유가 폴리비닐알콜로 제조될 경우에도 발생할 것이다. 변색을 최소화 또는 제거하는 효과적인 방법은 (1) 촉매 또는 저온 경화성 가교결합제 사용에 의한 경화 온도의 저하, (2) 상이한 경화 방법, 예를 들어 마이크로파 조사 또는 e-빔 조사를 사용한 코폼 물질의 경화, (3) 상이한 유형의 용융 가공가능 중합체, 예를 들어 히드록시 프로필 셀룰로스의 사용, (4) 자가 가교결합성 중합체, 예를 들어 수분에 의해 유도되는 자가 가교결합능의 실란 그라프팅된 폴리에틸렌 옥사이드의 사용 및 (5) 항산화제의 사용을 포함하나, 이로 제한되지 않는다. 코폼 물질의 제조 동안에, 섬유 방사 동안 및 초흡수성 물질/목재 펄프 플러프/초흡수성 섬유 혼합 대역에서의 물 분사는 섬유간 또는 초흡수성 입자간 결합의 증가를 도울 수 있다. 따라서, 가교결합제의 농도가 흡수 복합재의 구조 및 통합성 조절에 중요한 기능을 수행할 수 있다. 보다 많은 물이 필요할 경우, 보다 희석된 가교결합제 용액을 제조할 수 있고, 그 반대도 가능하다. 다른 한편으로, 가교결합제의 농도는 가교결합된 섬유의 표면의 쉘 두께에 영향을 끼치고, 농도가 작을수록 보다 두꺼운 가교결합된 표면 쉘층이 형성된다.The present invention relates to absorbent fibers made from melt processable polymers and to absorbent composites comprising such absorbent fibers. The absorbent composite may also be used in the absorbent core of a disposable personal care absorbent article. Absorbent composites are useful in absorbent articles, such as diapers, training pants, swimwear, adult incontinence articles, feminine hygiene articles, and absorbent medical articles. The present invention also relates to absorbent fibers and methods of making absorbent composites. 1 is an exploded perspective view of a diaper; Referring to FIG. 1 , the disposable diaper 10 includes an outer cover 12 , a body-side liner 14 , and an absorbent core 40 positioned between the body-side liner 14 and the outer cover 12 . include The absorbent core 40 may include absorbent fibers or absorbent composites according to the present invention. The bodyside liner 14 and outer cover 12 are made of conventional non-absorbent materials. 'Non-absorbent' means that the material has an absorbent capacity of not more than 5 g of 09% aqueous sodium chloride solution per gram of material, excluding pockets filled with superabsorbent. The bodyside liner 14 is made of a material with high liquid permeability. The layer functions to transport liquid from the wearer to the absorbent core 40 . Suitable liquid-permeable materials include porous woven materials, porous non-woven materials, porous films, open-celled foams and cottons. Other examples of suitable bodyside liner materials include any flexible porous sheet of polyolefin fibers such as polypropylene, polyethylene or polyester fibers, spunbonded polypropylene, webs of polyethylene or polyester fibers, webs of rayon fibers, bonded carded webs of synthetic or natural fibers or combinations thereof. U.S. Patent No. 5,904,675, issued May 18, 1999 to Laux et al., incorporated herein by reference, provides further examples of suitable surge materials. The layer may also be a plastic film in which voids are present. Suitable cottons include certain air-formed thermochemical and chemothermomechanical wood pulps. The dimensions of the different layers of the article 10 may be different depending on the size and body type of the wearer. The outer cover material 12 must be breathable to water vapor. In general, the water vapor transmission rate (MVTR) of the outer cover 12 is at least about 300 g/m 2 -24 hours, preferably at least about 1000 g/m 2 -24 hours or at least about 3000 g/m 2 -24 hours. A waist elastic member 26 , a fastening tape 28 and a leg elastic member 30 are attached to the outer cover 12 . The leg elastic members 30 generally have a carrier sheet 32 and individual elastic strands 34 . The diaper of Figure 1 is representative of one basic diaper embodiment. It is possible to vary the design and material of the diaper parts differently. For example, methods and materials for making the diaper embodiment shown in FIG. 1 are set forth in greater detail in US Pat. No. 5,509,915, issued Apr. 23, 1996 to Hanson et al., which is incorporated herein by reference, have. Possible modifications to the diaper shown in FIG. 1 are set forth in US Pat. Nos. 5,509,915 and 5,364,382, issued Nov. 15, 1994 to Latimer et al. According to one embodiment of the present invention, the absorbent fibers comprise melt-processable water-soluble polymers that are meltblown and then crosslinked to form water-swellable but water-insoluble absorbent fibers. Suitable melt processable water-soluble polymers are nonionic homopolymers such as polyethylene oxide, polypropylene oxide, hydroxyl propyl cellulose, methyl cellulose, ethyl cellulose, methylethyl cellulose, polyethylene imine, polyvinyl amine, polyvinyl alcohol, poly (ethylene oxide-co-propylene oxide), polyacrylic acid, polyacrylamide, and combinations thereof. Some modifications may be necessary to improve their melt processability. Such modifications include, but are not limited to, addition of minor proportions of additives, blends and/or comonomers. The modified polyvinyl alcohol used herein is commercially available from Nippon Gohsei, Osaka, Japan. Although nonionic water-soluble and melt processable polymers are absorbent, they are not superabsorbent because of the lack of ionic charges on their macromolecular chains. Particulate superabsorbent materials on the market today are made of ionic polyacrylates. However, pure ionic water-soluble polymers are generally not melt-processable. Other melt processable water-soluble polymers may be copolymers of ionic and nonionic monomers. Suitable monomers for the copolymer include ionic monomers such as sodium acrylate commercially available from Aldrich Chemical Co, Milwaukee, Wis., and nonionic monomers such as methyl meta available from Aldrich Chemical Company. acrylates. In order to achieve both water solubility and melt processability of the copolymer, the proportion of monomers on a dry weight basis is important. Preferably, the ratio of monomers on a dry weight basis should be from about 30:70 to about 70:30. Polymerization to form the copolymer can be carried out according to conventional methods known in the art. Because of the addition of the ionic comonomer, the water-soluble melt processable copolymer absorbs greater than the nonionic homopolymer. Whether homopolymer or copolymer, the molecular weight of the polymer is important. The molecular weight of the polymer must be at least about 10,000 to have high fluid absorption. However, the molecular weight of the polymer cannot exceed about 1,000,000 because meltblowing equipment cannot handle excessively high viscosities. Suitable polymers have a molecular weight of about 50,000 to 1,000,000, preferably about 100,000 to 1,000,000, or about 100,000 to 500,000. After fiber formation, the fiber is still water soluble. A solution comprising a crosslinking agent is sprayed onto the surface of the meltblown fibers to form water-swellable but water-insoluble fibers either immediately or after the curing step, depending on the nature of the crosslinking agent used. Suitable crosslinking agents may be reactive or latent. The reactive crosslinking agent will crosslink the fibers in the spinning process. Latent crosslinking agents do not crosslink the fibers and usually require a certain activation energy, such as heating, to trigger crosslinking. It is preferred that the crosslinking agent has at least two functional groups capable of reacting with hanging functional groups on the melt processable polymer. Suitable crosslinking agents include diols, polyols, diamines, polyamines, dicarboxylic acids, polycarboxylic acids, dialdehydes, polyaldehydes, butanediol, diethylene triamine, citric acid, glutaric dialdehyde and ethylene glycol diglycidyl ether. , trivalent or tetravalent metal ions, and combinations thereof. Suitable functional groups on the crosslinker depend on the melt processable polymer. For example, when polyvinyl alcohol is used as the melt processable polymer, suitable functional groups on the crosslinker include carboxylic acid groups (forming ester linkages with hydroxyl groups on polyvinyl alcohol), aldehyde groups (with hydroxyl groups on polyvinyl alcohol) and form acetal linkages) or epoxy groups (form ether linkages with hydroxyl groups on polyvinyl alcohol). However, if the melt processable polymer has different types of functional groups, such as amino or carboxylic acids or other groups, suitable functional groups on the crosslinker will be different. For example, if the polymer has a carboxylic acid functional group, suitable functional groups on the crosslinker include a hydroxyl group (forming an ester linkage with the carboxylic acid group on the polymer), an amino group (forming an amide linkage with the carboxylic acid group on the polymer) or Contains trivalent or tetravalent metal ions (forming ionic bonds with carboxylic acid groups on the polymer). An example of a commercially available crosslinking agent is KYMENE®, available from Hercules Incorporated of Wilmington, Del. KYMENE® contains functional groups capable of reacting with hydroxyl groups on polyvinyl alcohol. KYMENE® is widely used to crosslink cellulosic fibers. However, the chemical composition is patented. When a latent crosslinking agent is used, a post-treatment process is required to initiate the crosslinking reaction. The post-treatment process includes heat treatment, microwave irradiation, e-beam irradiation, UV irradiation, steam treatment or steam treatment. According to another embodiment of the present invention, an absorbent composite comprises a melt-processable water-soluble polymer that is meltblown with hydrophilic fibers and a commercially available superabsorbent material to form a coform material. The polymers are crosslinked to form absorbent fibers that are water swellable but water insoluble. Any of the homopolymers or copolymers described above having a molecular weight of about 10,000 to 1,000,000 may be suitable for the melt processable water-soluble polymer of this embodiment of the present invention. The superabsorbent material may be any commercially available superabsorbent material, such as superabsorbent particles or superabsorbent fibers. Examples of commercially available particulate superabsorbents include SANWET® IM 3900 and SANWET® IM-5000P available from Hoescht Celanese, Potsmouth, Va., from Midland, Michigan, USA. DRYTECH® 2035 available from the Dow Chemical Co. and FAVOR® SXM 880, SXM 9543 available from Stockhausen, Greensboro, NC. Any of the above commercially available superabsorbent staple fibers may be suitable as superabsorbent fibers. The hydrophilic fiber is preferably wood pulp fluff sold under the trade designation Coosa CR 1654 by US Alliance Forest Products Corporation, Coosa Pine, Alabama. The resulting absorbent composite, which is a coform material, as shown in Figures 2A-2C, comprises absorbent fibers 36 made of polyvinyl alcohol in this case, hydrophilic fibers, in this case wood pulp fluff 38, and in this case supernatant. and superabsorbent material 39 which is an absorbent particle. The invention also includes methods of making absorbent fibers and absorbent composites. In FIG. 3 , hopper 50 contains pellets of a melt processable water soluble polymer. The single or twin screw extruder 52 melts the pellets by means of a conventional heating device to form a melt extrudable composition, which is melted by the action of a rotating extruder screw (not shown) located within the extruder 52 . It is extruded through a blowing die (54). The extrudable composition is fed through a die 54 . Die 54 and the gas feed circulated therethrough are heated by conventional apparatus (not shown). In addition to the spinning die diameter, the air speed can also be adjusted to adjust the fiber diameter. To produce a nonwoven material comprising only the absorbent fibers of the present invention, a solution comprising a crosslinking agent is sprayed onto the gaseous fiber stream 56 by a sprayer presented by stream 60 . The absorbent fibers are then conveyed by vacuum 67 onto a forming wire 64 comprising a belt 66 and rollers 68 to form the nonwoven material followed by air drying and post-crosslinking to initiate the crosslinking reaction. It can be treated with a treatment process. The use of a vacuum box 67 under the forming wire 64 may help the fibers form a uniform web on the forming wire 64 . The post-treatment may be heat treatment, microwave treatment, e-beam irradiation, UV irradiation, steam treatment or steam treatment. The nonwoven material is then wound on a winder 70 and collected. To prepare the absorbent composite of the present invention which is a coform material, the gas-containing fiber stream 56 is converted into a second gas stream comprising individualized hydrophilic fibers, preferably wood pulp fibers, to incorporate the different fiber materials in one step ( 58) is fused with The solution comprising the crosslinking agent is sprayed onto the gaseous fiber stream (56) by an atomizer presented by stream (60). The superabsorbent material may be added concurrently with the hydrophilic fibers and crosslinker via an additional gas stream 62 . The integrated gas stream is then conveyed by vacuum 67 onto a forming wire 64 comprising a belt 66 and rollers 68 to air form the coform. Air may be supplied by any conventional means, for example a blower (not shown). Any of the melt processable polymers, superabsorbent materials, hydrophilic fibers and crosslinking agents described above may be used to prepare absorbent fibers and/or absorbent composites. After coform material formation, the coform material is dried and subjected to a post-treatment process to initiate a crosslinking reaction. This post treatment is sometimes referred to as 'curing'. The treatment may be any one of heat treatment, microwave treatment, e-beam irradiation, UV irradiation, steam treatment, or steam treatment. The coform material is then wound on a winder 70 and collected. When heat treatment is used as a post-treatment process for coform materials, sometimes undesirable discoloration of coform materials occurs. For example, if a coform material comprising wood pulp fibers is thermally cured at a temperature greater than 140° C. for a time greater than 2 hours, the cured coform material will have a dark yellow to brown color due to oxidation of the wood pulp fibers. . The discoloration will also occur if the meltblown fibers are made of polyvinyl alcohol. Effective methods of minimizing or eliminating discoloration include (1) lowering the curing temperature by using a catalyst or low temperature curable crosslinker, (2) curing the coform material using different curing methods, such as microwave irradiation or e-beam irradiation, (3) the use of different types of melt processable polymers, such as hydroxy propyl cellulose, (4) the use of self-crosslinkable polymers, such as silane grafted polyethylene oxide, with moisture-induced self-crosslinking capacity. and (5) the use of antioxidants. During the manufacture of the coform material, during fiber spinning and water spraying in the superabsorbent material/wood pulp fluff/superabsorbent fiber mixing zone can help increase the interfiber or superabsorbent interparticle bonding. Thus, the concentration of cross-linking agent can play an important function in controlling the structure and integrity of absorbent composites. If more water is required, a more dilute crosslinker solution can be prepared and vice versa. On the other hand, the concentration of the crosslinking agent affects the shell thickness of the surface of the crosslinked fibers, the lower the concentration, the thicker the crosslinked surface shell layer is formed.

Claims (2)

용융 가공가능한 수용성 중합체 및 가교결합제를 포함하는, 제로 로드하 흡수치(absorbency under zero load)가 적어도 약 5 g/g인 흡수 섬유.An absorbent fiber having an absorbency under zero load of at least about 5 g/g comprising a melt processable water soluble polymer and a crosslinking agent. 제1항에 있어서, 중합체가 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리프로필렌 옥사이드, 히드록실 프로필 셀룰로스, 메틸 셀룰로스, 에틸 셀룰로스, 메틸에틸 셀룰로스, 폴리에틸렌 이민, 폴리비닐 아민, 폴리비닐 알콜, 폴리(에틸렌 옥사이드-co-프로필렌 옥사이드), 폴리아크릴산, 폴리아크릴아미드 및 이들의 조합물로 이루어지는 군 중에서 선택되는 중합체를 포함하는 것인 흡수 섬유.2. The method of claim 1, wherein the polymer is polyethylene oxide, polypropylene oxide, hydroxyl propyl cellulose, methyl cellulose, ethyl cellulose, methylethyl cellulose, polyethylene imine, polyvinyl amine, polyvinyl alcohol, poly(ethylene oxide-co-propylene oxide) ), polyacrylic acid, polyacrylamide, and combinations thereof.
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