KR20240041706A - 흡수성 시트, 이의 제조 방법, 및 이를 포함하는 흡수성 물품 - Google Patents

흡수성 시트, 이의 제조 방법, 및 이를 포함하는 흡수성 물품 Download PDF

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Abstract

본 발명은 흡수능 및 흡습능이 우수하고 재습윤 방지 특성이 우수하며, 흡수된 액체의 확산이 빠르게 이루어질 수 있어, 흡수성 물품의 흡수전달층의 용도로 사용되기에 적합한 흡수성 시트 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

Description

흡수성 시트, 이의 제조 방법, 및 이를 포함하는 흡수성 물품{Absorbent sheet, method for manufacturing same, and absorbent article comprising same}
본 발명은 흡수성 시트, 이의 제조 방법, 및 이를 포함하는 흡수성 물품에 관한 것이다.
일회용 기저귀, 생리대, 실금용 패드 등의 흡수성 물품은 일반적으로 액체 불투과성인 배면 시트(Back sheet), 흡수 코어(Absorbent core), 흡수전달층(Acquisition Distributioin Layer, ADL), 및 액체 투과성인 상부 시트(Top sheet)를 포함한다.
상부 시트는 친수성의 부직포로 만들어져 흡수 코어 속으로 액체가 스며드는 것을 도와주며, ADL은 상부 시트와 흡수 코어 사이에 존재하여 액체가 빨리 흡수될 수 있도록 하고, 또한 흡수된 액체를 넓게 확산시키는 역할을 한다. 흡수 코어는 액체의 흡수를 담당하는 핵심 요소로, 일반적으로 솜털 펄프와 고흡수성 수지 및 이들을 포장하는 코어 랩 시트 등으로 이루어지며, 상부 시트 및 ADL을 통과한 액체를 빠른 속도로 흡수하고 보유하는 기능을 수행한다. 배면 시트는 액체가 새는 것을 방지하는 역할을 수행하는 것으로, 액체 불투과성인 폴리에틸렌 필름을 주로 사용하고, 촉감 향상을 위해 폴리에틸렌 필름에 부직포를 접착한 것을 사용하기도 한다.
이 중, ADL은 상부 시트로부터 흡수된 액체를 흡수 코어로 전달 및 확산시키는 역할을 하는 것으로서, 일반적으로 폴리올레핀계 섬유로 제조된 부직포를 사용한다. ADL은 흡수 코어가 액체를 흡수할 때까지 액체를 흡수 및 보유하여야 하므로 빠른 흡수 속도를 나타내어야 하고, 흡수된 액체를 포착하는 성능이 필요하다. 그러나 기존의 폴리올레핀계 부직포의 경우 압력이 가해진 상태에서 보유되어 있는 액체가 흘러나오거나, 또는 상부 시트로부터 흡수된 액체가 신속히 흡수되지 못하여 사용감을 저해하는 문제가 있었다.
본 발명은 흡수능이 우수하고 재습윤(rewet) 방지 특성이 우수하며, 흡수된 액체의 확산이 빠르게 이루어질 수 있어 ADL로서 적합하게 사용될 수 있는 흡수성 시트를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 구현예에 따르면,
다공성 섬유 기재의 일면에 함침된 흡수성 중합체를 포함하는 흡수성 시트로서,
다공성 섬유 기재와 흡수성 중합체가 존재하는 제1층 및
다공성 섬유 기재만이 존재하는 제2층을 포함하는 흡수성 시트가 제공된다.
본 발명의 다른 일 구현예에 따르면,
산성기를 가지며 상기 산성기의 적어도 일부가 중화된 아크릴산계 모노머, 가교제, 셀룰로오스계 증점제, 보습제, 중합 개시제, 및 용매를 혼합하여 모노머 조성물을 제조하는 단계;
다공성 섬유 기재의 일면에 상기 모노머 조성물을 도포하여, 모노머 조성물을 기재 내부로 침투시키는 단계; 및
상기 모노머 조성물이 침투된 다공성 섬유 기재에 광을 조사하여 중합시켜 흡수성 중합체를 형성하는 단계를 포함하는, 제1항의 흡수성 시트의 제조방법이 제공된다.
본 발명의 또 다른 일 구현예에 따르면,
액체 불투과성 배면 시트;
고흡수성 수지 분말 및 펄프를 포함하는 흡수 코어;
흡수전달층; 및
액체 투과성 상부 시트를 포함하는 흡수성 물품으로서,
상기 흡수전달층은 제1항의 흡수성 시트인, 흡수성 물품이 제공된다.
본 발명의 흡수성 시트는 흡수능 및 흡습능이 우수하고 재습윤 방지 특성이 우수하며, 흡수된 액체의 확산이 빠르게 이루어질 수 있어, 흡수성 물품의 흡수전달층의 용도 등으로 적합하게 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 흡수성 시트의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 흡수성 시트의 단면을 촬영한 광학 현미경 사진이다.
본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 예시적인 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도는 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다", "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 단계, 구성 요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 단계, 구성 요소, 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 예시하고 하기에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
흡수성 시트
본 발명의 일 구현예에 따른 흡수성 시트(100)는 다공성 섬유 기재의 일면에 함침된 흡수성 중합체(미도시)를 포함하며, 이에 따라 다공성 섬유 기재와 흡수성 중합체가 존재하는 제1층(10)과, 흡수성 중합체가 함침되지 않아 다공성 섬유 기재만이 존재하는 제2층(20)을 포함한다.
상기 흡수성 시트의 제2층은 다공성 섬유 기재의 공극, 즉, 기재를 이루는 섬유가 서로 얽히며 형성된 다수의 섬유간 공극을 포함한다. 제1층은 상기 기재를 이루는 섬유간의 공극들 중 일부가 흡수성 중합체로 채워짐에 따라, 제2층에 비하여 크기가 작은 공극을 포함한다.
구체적으로, 제1층의 다공성 섬유 기재의 각 공극은, i) 제2층의 공극과 마찬가지로 흡수성 중합체를 포함하지 않거나, ii) 공극의 일부가 흡수성 중합체로 채워지거나, 또는 iii) 공극의 전체가 흡수성 중합체로 채워진 것일 수 있다. 상기 흡수성 시트의 제1층은 상기 i) 내지 iii)의 공극을 모두 포함함에 따라 다공성 구조를 나타낼 수 있다.
상기 구조를 만족하는 흡수성 시트는 제2층을 액체 투과성 상부 시트와 맞닿는 면으로, 제1층을 흡수 코어와 맞닿는 면으로 하여 기저귀 등 흡수성 물품의 ADL층으로 사용할 수 있다. 이 경우, 제2층의 공극을 통해 액체가 신속히 흡수되며, 이어서 제1층의 공극 및 흡수성 중합체로 전달 및 포착된다. 기존의 폴리올레핀계 부직포 등으로 이루어진 ADL층과 달리, 상기 흡수성 시트는 제1층에 흡수성 중합체를 포함하므로 가압시에도 액체가 누출되거나 배어나오지 않으며, 따라서 상기 흡수성 시트를 ADL층으로 활용하여, 흡수 속도 및 재습윤(rewet) 특성이 우수한 흡수성 물품을 구현할 수 있다.
또한, 일반적으로 흡수성 중합체는 액체를 흡수할 뿐, 전달하는 역할은 하지 못하지만, 상기 흡수성 시트는 제2층뿐만 아니라 제1층에도 다수의 공극을 포함하고 있어 흡수된 액체 중 공극에 포착되어 있는 액체가 흡수 코어로 전달될 수 있어, 액체의 신속한 흡수 및 전달을 돕는 ADL로서 적합하게 사용될 수 있다.
한편, 본 발명에서, 상기 흡수성 중합체는 산성기를 가지며 상기 산성기의 적어도 일부가 중화된 아크릴산계 모노머, 가교제, 셀룰로오스계 증점제, 보습제, 중합 개시제, 및 용매를 포함하는 모노머 조성물로부터 제조된 것일 수 있고, 바람직하게는, 상기 모노머 조성물이 기재의 섬유 표면에서 중합되어 제조된 것일 수 있다.
상기 모노머 조성물을 제조하기 위한 아크릴산계 모노머, 가교제, 셀룰로오스계 증점제, 보습제에 대해서는, 이하의 흡수성 시트의 제조방법에서 상세히 설명한다.
상기 모노머 조성물로부터 제조되는 흡수성 중합체는 투명하고 탄성 및 유연성이 우수한 겔 내지 막 형태를 가지며, 흡수성 및 흡습성이 우수하다. 이에, 상기 모노머 조성물로부터 제조된 흡수성 중합체를 포함하는 흡수성 시트는 흡수성 물품의 흡수전달층(ADL)으로 사용되었을 때, 상부 시트로부터 흡수된 액체를 보다 효과적으로 흡수할 수 있다.
또, 상기 모노머 조성물을 기재의 섬유 표면에서 중합시키는 경우, 흡수성 중합체가 기재의 섬유 표면에 단단하게 고정될 수 있어 바람직하다.
상기 다공성 섬유 기재로는 천연 섬유 또는 고분자 섬유로부터 제조되며, 상기 섬유들 사이의 공극을 포함하는 부직포를 사용할 수 있다.
구체적으로, 다공성 섬유 기재로는 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리에스테르, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 레이온, 면, 솜 등의 합성 섬유 또는 천연 섬유를 이용하여 제조된 친수성 부직포를 사용할 수 있다. 부직포의 제조법은 특별히 제한되지 않으며, 에어스루(TABCW), 에어레이, 써멀 본딩, 스펀레이스, 스펀본드, 멜트블로운, 스티치본드 등의 가공법에 의하여 제조된 것을 제한 없이 사용할 수 있다. 일례로, 상기 다공성 섬유 기재로는 PE/PP섬유로 제조된 TABCW 부직포를 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 다공성 섬유 기재는 평량이 10 내지 100 g/m2인 것이 바람직할 수 있고, 또는 15 g/m2이상, 또는 20 g/m2 이상이면서, 90 g/m2 이하, 또는 80 g/m2 이하인 것이 더욱 바람직할 수 있다. 평량이 상기 범위를 만족할 때, 다공성 SAP film 코팅이 가능하여 빠른 흡수 속도 특성을 나타낼 수 있으며, 재습윤 효과도 확보할 수 있다.
한편, 상기 다공성 섬유 기재를 이루는 섬유의 섬도는 1 denier 내지 20 denier 인 것이 바람직하며, 또는 2 denier 이상, 또는 3 denier 이상이면서, 15 denier 이하, 또는 10 denier 이하의 섬도를 갖는 것이 더욱 바람직할 수 있다. 상기 섬도 범위를 만족할 때 적정한 크기의 기공을 갖는 흡수성 시트를 제조할 수 있고, 이에 따라 ADL로서 우수한 성능을 나타낼 수 있다.
상기 다공성 섬유 기재의 두께는 0.1 mm 이상, 또는 0.15 mm 이상, 또는 0.2 mm 이상이면서, 2.0 mm 이하, 또는 1.8 mm 이하인 것이, ADL로서 적용되기에 적합할 수 있다.
상기 흡수성 시트는 두께(h2)가0.1 mm 이상, 또는 0.15 mm 이상, 또는 0.2 mm 이상이면서, 2.0 mm 이하, 또는 1.8 mm 이하인 것일 수 있다. 상기 흡수성 시트에 포함된 흡수성 중합체는 대부분 다공성 섬유 기재의 내부로 함침되므로, 흡수성 시트의 두께는 다공성 섬유 기재의 두께와 유사한 수준일 수 있다.
상기 다공성 섬유 기재 및 흡수성 시트의 두께는 광학 현미경을 통해 단면을 육안으로 관찰한 값이다.
흡수성 시트의 두께가 2.0 mm를 초과하는 경우는 ADL로 적용하였을 때 흡수성 물품의 두께가 지나치게 두꺼워질 수 있으며, 흡수된 액체가 흡수 코어로 원활히 전달되지 못하므로 ADL로서 역할하기에 적합하지 않다. 구체적으로는, 두께가 1.8 mm 이하, 또는 1.7 mm 이하이면서, 0.1 mm 이상, 0.3 mm 이상, 또는 0.5 mm 이상인 흡수성 시트가 ADL로서 보다 적합하게 사용될 수 있다.
상기 흡수성 시트의 전체 두께(h2)에 대한 상기 제1층의 두께(h1)의 백분율, 즉, h1/h2*100는, 1% 이상, 2% 이상, 또는 3% 이상이면서, 30% 이하, 또는 20% 이하일 수 있다. 이때 제1층의 두께(h1)는 도1에 도시된 바와 같이, 흡수성 중합체의 침투가 시작된 면으로부터 가장 깊이 침투한 부분까지의 수직 깊이를 의미한다. 상기 제1층의 두께는 흡수성 시트의 두께와 마찬가지로, 광학 현미경을 통해 측정할 수 있다. h1/h2*100이 상기 범위를 만족할 때, 적정량의 흡수성 중합체가 포함되어 상술한 바와 같은 우수한 액체 흡수 및 전달 성능을 나타낼 수 있다.
일례로, 상기 제1층의 두께(h1)는, 50 μm 이상, 또는 100 μm 이상이면서, 500 μm 이하, 또는 400 μm 이하, 또는 300 이하 μm, 또는 200 μm 이하일 수 있다.
한편, 상기 흡수성 시트 100 중량% 중 흡수성 중합체의 중량은 50 중량% 이상, 또는 55 중량% 이상, 또는 60 중량% 이상이면서, 99중량% 이하, 또는 95중량% 이하, 또는 90 중량% 이하, 또는 87 중량% 이하일 수 있다. 흡수성 중합체의 중량이 상술한 범위를 만족할 때, 흡수성 시트가 보다 빠른 흡수 속도를 나타내며, 흡수능 및 흡습능이 우수하게 나타날 수 있다. 흡수성 시트 중의 중합체의 중량은 흡수성 시트에 사용된 다공성 기재의 중량과, 제조된 흡수성 시트의 중량을 비교하여 도출할 수 있다.
상기 흡수성 시트는 상술한 구조를 만족함에 따라, 기저귀 등 흡수성 물품의 ADL로 사용되어, 물품의 흡수 속도를 향상시키고, 재습윤 현상을 방지할 수 있다.
흡수성 시트의 제조방법
본 발명의 일 구현예에 따른 상기 흡수성 시트의 제조방법은 아래의 단계들을 포함한다:
산성기를 가지며 상기 산성기의 적어도 일부가 중화된 아크릴산계 모노머, 가교제, 셀룰로오스계 증점제, 보습제, 중합 개시제, 및 용매를 혼합하여 모노머 조성물을 제조하는 단계;
다공성 섬유 기재의 일면에 상기 모노머 조성물을 도포하여, 모노머 조성물을 기재 내부로 침투시키는 단계; 및
상기 모노머 조성물이 침투된 다공성 섬유 기재에 광을 조사하여 중합시켜 흡수성 중합체를 형성하는 단계.
이하, 본 발명의 일 구현예에 따른 흡수성 시트의 제조방법을 단계별로 설명한다.
먼저, 산성기를 가지며 상기 산성기의 적어도 일부가 중화된 아크릴산계 모노머, 가교제, 셀룰로오스계 증점제, 보습제, 중합 개시제, 및 용매를 혼합하여, 흡수성 중합체를 제조하기 위한 모노머 조성물을 제조한다.
구체적으로, 상기 아크릴산계 모노머는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물이다.
[화학식 1]
R1-COOM1
상기 화학식 1에서,
R1은 불포화 결합을 포함하는 탄소수 2 내지 5의 알킬 그룹이고,
M1은 수소원자, 1가 또는 2가 금속, 암모늄기 또는 유기 아민염이다.
바람직하게는, 상기 아크릴산계 모노머는 아크릴산, 메타크릴산 및 이들의 1가 금속염, 2가 금속염, 암모늄염 및 유기 아민염으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함한다.
여기서, 상기 아크릴산계 모노머는 산성기를 가지며 상기 산성기의 적어도 일부가 중화된 것일 수 있다. 바람직하게는 상기 모노머를 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화암모늄 등과 같은 알칼리 물질로 부분적으로 중화시킨 것이 상기 아크릴산계 중합체를 제조하기 위한 모노머로서 사용될 수 있다. 이때, 상기 아크릴산계 모노머의 중화도는 40 내지 95 몰%, 또는 40 내지 80 몰%, 또는 45 내지 75 몰%일 수 있다. 상기 중화도의 범위는 목적하는 중합체의 물성에 따라 조절될 수 있으나, 상기 중화도가 지나치게 높으면 중화된 모노머가 석출되어 중합이 원활하게 진행되기 어려울 수 있으며, 반대로 중화도가 지나치게 낮으면 중합체의 흡수력이 크게 떨어질 수 있다.
바람직한 일 구현예에서, 상기 알칼리 물질로는 수산화나트륨(NaOH), 수산화칼륨(KOH), 또는 이들의 조합이 사용될 수 있다. 특히 알칼리 물질로 수산화칼륨을 포함할 경우, 보다 우수한 유연성 및 치수 안정성을 갖는 아크릴산계 중합체를 제조할 수 있다.
상기 아크릴산계 모노머의 농도는, 모노머 조성물 중 약 20 내지 약 60 중량%, 바람직하게는 약 40 내지 약 50 중량%로 될 수 있으며, 중합 시간 및 반응 조건 등을 고려해 적절한 농도로 될 수 있다. 다만, 상기 모노머의 농도가 지나치게 낮아지면 아크릴산계 중합체의 수율이 낮고 경제성에 문제가 생길 수 있고, 반대로 농도가 지나치게 높아지면 모노머의 일부가 석출되는 등 공정상 문제가 생길 수 있으며 고흡수성 수지의 물성이 저하될 수 있다.
본 발명에서, 상기 모노머 조성물에는 증점제 및 보습제가 포함된다. 이와 같이 증점제 및 보습제를 동시에 포함함에 따라, 본 발명의 모노머 조성물은 다공성 섬유 기재 내부의 적정 깊이까지 침투되기에 적합한 점도를 나타내며, 다공성 섬유 기재를 이루는 섬유 표면에 적절한 두께로 코팅될 수 있다. 또한, 모노머 조성물에 증점제 및 보습제를 포함할 경우 중합 과정에서 적절한 함수율이 유지되며, 제조되는 흡수성 중합체가 높은 유연성을 가지므로 흡수성 시트에서 흡수성 중합체가 분리되지 않고 우수한 내구성을 나타낼 수 있다.
본 발명에서 증점제로는 셀룰로오스계 증점제가 사용되며, 구체적으로 나노셀룰로오스, 히드록시에틸셀룰로오스, 히드록시프로필셀룰로오스, 히드록시에틸메틸셀룰로오스, 히드록시프로필메틸셀룰로오스, 및 카르복시메틸셀룰로오스나트륨으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상이 사용될 수 있다. 바람직하게는 나노셀룰로오스, 히드록시에틸셀룰로오스, 카르복시메틸셀룰로오스나트륨, 또는 이들의 조합이 사용될 수 있다.
상기 셀룰로오스계 증점제는 모노머 조성물 내 고형분 100 중량부에 대하여 0.01 중량부 이상, 0.1 중량부 이상, 0.2 중량부 이상, 또는 0.4 중량부 이상이면서, 5 중량부 이하, 3 중량부 이하, 1 중량부 이하, 또는 0.9 중량부 이하로 포함될 수 있다.
이때 모노머 조성물 내의 고형분은, 용매를 제외한 조성물의 전 성분을 의미한다. 즉, 상기 고형분은 아크릴산계 모노머, 아크릴산계 모노머를 중화시키기 위한 알칼리 물질, 셀룰로오스계 증점제, 보습제, 가교제, 열 개시제, 광 개시제, 가교제, 기타 첨가제의 총 함량을 의미한다.
만일 셀룰로오스계 증점제의 함량이 모노머 조성물 내 고형분 100 중량부에 대하여 0.01 중량부 미만이면 충분한 점증 효과를 확보할 수 없어 모노머 조성물이 다공성 섬유 기재에 지나치게 깊이 침투하거나 흘러내릴 수 있고, 반대로 5 중량부를 초과하면 모노머 조성물의 점도가 지나치게 높아져 코팅 두께가 두꺼워지고, 두께를 균일하게 제어하기 어려우며, 다공성 섬유 기재 내부로 조성물이 침투하기 어려워질 수 있다.
상기 보습제는 통상 의약품, 화장품, 화학 제품 등에 보습 성분으로 사용되는 물질이 제한 없이 사용될 수 있다. 이러한 보습제의 예로는 분자 내 히드록시기를 2 이상 포함하는 다가 알코올, 시트르산, 및 시트르산염으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상을 들 수 있다.
구체적으로, 상기 다가 알코올은 분자 내 히드록시기를 3 내지 12개 포함하는, 탄소수 3 내지 30의 다가 알코올이 사용될 수 있다. 일례로, 상기 다가 알코올은 글리세린; 디글리세린; 에틸렌글리콜; 프로필렌글리콜; 부틸렌글리콜; 소르비톨; 폴리에틸렌글리콜; 폴리글리세린-3; 폴리글리세린-6; 폴리글리세린-10; 및 폴리글리세린-10과 탄소수 3 내지 18의 포화지방산의 에스테르 화합물(예를 들어, 폴리글리세릴-10 디스테아레이트, 폴리글리세릴-10 올리에이트, 폴리글리세릴-10 라우레이트 등)로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있으며, 이 중 글리세린, 디글리세린, 프로필렌글리콜, 및 소르비톨로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상이 바람직하게 사용될 수 있다.
또한, 시트르산 및/또는 시트르산 염을 보습제로 사용할 수 있다. 시트르산 염의 예로는, 트리에틸시트레이트, 메틸시트레이트, 소듐시트레이트, 트리소듐 2-메틸시트레이트 등을 들 수 있다.
상기 보습제는 아크릴산계 모노머 100 중량부에 대하여 5 중량부 이상, 10 중량부 이상, 20 중량부 이상, 또는 30 중량부 이상이면서, 90 중량부 이하, 80 중량부 이하, 또는 70 중량부 이하로 사용되는 것이 바람직하다.
보습제의 함량이 아크릴산계 모노머 100 중량부에 대해 5 중량부 미만이면 모노머 조성물 필름의 함수율이 충분하지 못하여 이어지는 중합 및 건조 과정에서 필름이 말라버리거나 부스러질 수 있고, 제조되는 흡수성 중합체의 유연도를 확보할 수 없는 문제가 있다. 반대로 보습제의 함량이 아크릴산계 모노머 100 중량부에 대해 70 중량부를 초과하면 흡수성 중합체의 흡수능을 저하시키는 문제가 있을 수 있다. 따라서 보습제의 함량은 상기 범위를 만족하는 것이 바람직하다.
상기 모노머 조성물은 중합체의 가교를 위한 가교제를 포함한다. 상기 가교제는 통상의 고흡수성 수지의 제조시 사용되는 것을 사용할 수 있다. 보다 구체적으로 상기 가교제로는 상기 아크릴산계 모노머의 수용성 치환기와 반응할 수 있는 관능기를 1개 이상 가지면서, 에틸렌성 불포화기를 1개 이상 갖는 가교제; 혹은 상기 모노머의 수용성 치환기 및/또는 모노머의 가액체해에 의해 형성된 수용성 치환기와 반응할 수 있는 관능기를 2개 이상 갖는 가교제를 사용할 수 있다.
상기 가교제의 구체적인 예로는, 탄소수 8 내지 12의 비스아크릴아미드, 비스메타아크릴아미드, 탄소수 2 내지 10의 폴리올의 폴리(메타)아크릴레이트, 또는 탄소수 2 내지 10의 폴리올의 폴리(메타)알릴에테르 등을 들 수 있고, 보다 구체적으로, N, N'-메틸렌비스(메타)아크릴레이트, 에틸렌옥시(메타)아크릴레이트, 폴리에틸렌옥시(메타)아크릴레이트, 프로필렌옥시(메타)아크릴레이트, 글리세린 디아크릴레이트, 글리세린 트리아크릴레이트, 트리메티롤 트리아크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜 디아크릴레이트, 트리알릴아민, 트리아릴시아누레이트, 트리알릴이소시아네이트, 폴리에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜 및 프로필렌글리콜로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다. 일 구현예에서, 상기 가교제로 폴리에틸렌글리콜 디아크릴레이트를 사용할 수 있다.
상기 가교제는 모노머 조성물에 대하여 3000 ppm 이하의 농도로 포함되어, 중합된 고분자를 가교시킬 수 있다. 일 구현예에서, 상기 가교제는 10 ppm 이상, 50 ppm 이상, 또는 100 ppm 이상이면서, 3000 ppm 이하, 2500 ppm 이하, 또는 2000 ppm 이하로 포함될 수 있다.
본 발명의 흡수성 중합체의 제조 방법에서 중합 시 사용되는 중합 개시제는 고흡수성 수지의 제조에 일반적으로 사용되는 것이면 특별히 한정되지 않는다.
구체적으로, 상기 중합 개시제는 중합 방법에 따라 열중합 개시제 또는 UV 조사에 따른 광중합 개시제를 사용할 수 있다. 다만, 광중합 방법에 의하더라도, 자외선 조사 등의 조사에 의해 일정량의 열이 발생하고, 또한 발열 반응인 중합 반응의 진행에 따라 어느 정도의 열이 발생하므로, 추가적으로 열중합 개시제를 포함할 수도 있다. 바람직한 일 구현예에 따르면, 중합 개시제로 광중합 개시제 및 열중합 개시제를 동시에 사용할 수 있다.
상기 광중합 개시제는 자외선과 같은 광에 의해 라디칼을 형성할 수 있는 화합물이면 그 구성의 한정이 없이 사용될 수 있다.
상기 광중합 개시제로는 예를 들어, 벤조인 에테르(benzoin ether), 디알킬아세토페논(dialkyl acetophenone), 하이드록실 알킬케톤(hydroxyl alkylketone), 페닐글리옥실레이트(phenyl glyoxylate), 벤질디메틸케탈(Benzyl Dimethyl Ketal), 아실포스핀(acyl phosphine) 및 알파-아미노케톤(α-aminoketone)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 사용할 수 있다. 한편, 아실포스핀의 구체예로, 상용하는 lucirin TPO(2,4,6-Trimethylbenzoyldiphenylphosphine oxide), Irgacure 819(Phenylbis(2,4,6-trimethylbenzoyl)phosphine oxide) 등을 들 수 있다. 보다 다양한 광개시제에 대해서는 Reinhold Schwalm 저서인 "UV Coatings: Basics, Recent Developments and New Application(Elsevier 2007년)" p. 115에 잘 명시되어 있으며, 상술한 예에 한정되지 않는다.
상기 광중합 개시제는 상기 모노머 조성물에 대하여 10 ppm 이상, 20 ppm 이상, 또는 40 ppm 이상이면서, 2000 ppm 이하, 1000 ppm 이하, 500 ppm 이하, 또는 100 ppm 이하로 포함될 수 있다. 이러한 광중합 개시제의 농도가 지나치게 낮을 경우 중합 속도가 느려질 수 있고, 광중합 개시제의 농도가 지나치게 높으면 고흡수성 수지의 분자량이 작고 물성이 불균일해질 수 있다.
또한, 상기 열중합 개시제로는 과황산염계 개시제, 아조계 개시제, 과산화수소 및 아스코르빈산으로 이루어진 개시제 군에서 선택되는 하나 이상을 사용할 수 있다. 구체적으로, 과황산염계 개시제의 예로는 과황산나트륨(Sodium persulfate; Na2S2O8), 과황산칼륨(Potassium persulfate; K2S2O8), 과황산암모늄(Ammonium persulfate;(NH4)2S2O8) 등이 있으며, 아조(Azo)계 개시제의 예로는 2,2-아조비스-(2-아미디노프로판) 이염산염(2,2-azobis(2-amidinopropane) dihydrochloride), 2,2-아조비스-(N,N-디메틸렌)이소부티라마이딘 디하이드로클로라이드(2,2-azobis-(N,N-dimethylene)isobutyramidine dihydrochloride), 2-(카바모일아조)이소부티로니트릴(2-(carbamoylazo)isobutylonitril), 2,2-아조비스[2-(2-이미다졸린-2-일)프로판] 디하이드로클로라이드(2,2-azobis[2-(2-imidazolin-2-yl)propane] dihydrochloride), 4,4-아조비스-(4-시아노발레릭 산)(4,4-azobis-(4-cyanovaleric acid)) 등이 있다. 보다 다양한 열중합 개시제에 대해서는 Odian 저서인 'Principle of Polymerization(Wiley, 1981)', p. 203에 잘 명시되어 있으며, 상술한 예에 한정되지 않는다.
상기 열중합 개시제는 상기 모노머 조성물에 10 ppm 이상, 100 ppm 이상, 또는 500 ppm 이상이면서, 2000 ppm 이하, 1500 ppm 이하, 또는 1000 ppm 이하로 포함될 수 있다. 이러한 열중합 개시제의 농도가 지나치게 낮을 경우 추가적인 열중합이 거의 일어나지 않아 열중합 개시제의 추가에 따른 효과가 미미할 수 있고, 열중합 개시제의 농도가 지나치게 높으면 고흡수성 수지의 분자량이 작고 물성이 불균일해질 수 있다.
본 발명의 제조방법에서, 상기 모노머 조성물은 필요에 따라 계면활성제, 가소제, 보존안정제, 산화방지제 등의 첨가제를 더 포함할 수 있다.
상술한 아크릴산계 모노머, 셀룰로오스계 증점제, 보습제, 가교제, 중합 개시제, 및 선택적으로 포함되는 첨가제 등의 원료 물질은 용매에 용해된 모노머 조성물 용액의 형태로 준비된다.
사용할 수 있는 상기 용매는 상술한 성분들을 용해할 수 있으면 그 구성의 한정이 없이 사용될 수 있으며, 예를 들어 물, 에탄올, 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 1,4-부탄디올, 프로필렌글리콜, 에틸렌글리콜모노부틸에테르, 프로필렌글리콜모노메틸에테르, 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트, 메틸에틸케톤, 아세톤, 메틸아밀케톤, 시클로헥사논, 시클로펜타논, 디에틸렌글리콜모노메틸에테르, 디에틸렌글리콜에틸에테르, 톨루엔, 크실렌, 부티로락톤, 카르비톨, 메틸셀로솔브아세테이트 및 N,N-디메틸아세트아미드 등에서 선택된 1종 이상을 조합하여 사용할 수 있다. 일례로, 상기 용매로는 물을 사용할 수 있다.
본 발명에서 상기 모노머 조성물은 셀룰로오스계 증점제 및 보습제를 포함하여 다공성 섬유 기재의 섬유 표면을 적절한 두께로 코팅하고, 흡수성 시트의 공극을 확보하기에 적합한 점도를 나타낸다. 구체적으로, 상기 모노머 조성물의 25 ℃에서 점도는 100 mPa·s 이상, 150 mPa·s 이상, 200 mPa·s 이상, 또는 300 mPa·s 이상이면서, 30,000 mPa·s 이하, 25,000 mPa·s 이하, 20,000 mPa·s 이하, 15,000 mPa·s 이하, 또는 12,000 mPa·s 이하일 수 있다. 모노머 조성물의 점도는 점도계(예를 들어, TOKI 사의 TV-22)로, 스핀들 #1, 회전속도 1 rpm 조건 하에서 측정할 수 있다.
만일 모노머 조성물의 점도가 100 mPa·s 미만이면 모노머 조성물이 다공성 섬유 기재 내부 전체에 스며들 수 있어 제2층을 구비하도록 할 수 없고, 기재의 섬유 표면에 지나치게 얇은 두께로 코팅되어, 최종 제조되는 흡수성 시트의 흡수능과 재습윤 방지 효과가 떨어질 수 있다. 반대로 모노머 조성물의 점도가 12,000 mPa·s를 초과하면 모노머 조성물의 흐름성이 낮아서 기재의 표면에 균일하게 코팅하기 어려우며, 다공성 섬유 기재의 내부로 모노머 조성물이 침투되기 어려워 목적하는 구조를 얻을 수 없다.
다음으로, 상기 제조된 모노머 조성물을 다공성 섬유 기재에 도포하여, 모노머 조성물을 기재 내부로 침투시킨다.
다공성 섬유 기재에 관한 설명은 상술한 바와 같다.
상기 모노머 조성물의 도포 방법은 특별히 제한되지 않으나, 일례로 바코팅 방법에 의하여 모노머 조성물을 다공성 섬유 기재 상에 도포할 수 있다. 이때 다공성 섬유 기재의 단위 면적 당 도포되는 모노머 조성물의 양은 10 내지 2000 g/m2일 수 있으며, 또는 50 g/m2 이상, 또는 100 g/m2 이상이면서, 1000 g/m2 이하, 또는 500 g/m2 이하의 양으로 도포할 수 있다. 상기 도포량 범위에서 적절한 양의 모노머 조성물이 다공성 섬유 기재에 코팅 및 침투되어, 제조되는 흡수성 시트가 우수한 흡수능 및 재습윤 방지 특성을 나타낼 수 있다.
상기 다공성 섬유 기재에 모노머 조성물을 도포한 후, 자외선 등 광을 조사하여 중합시켜, 흡수성 중합체를 형성한다.
중합 시 온도는 모노머 조성물의 조성에 따라 적절히 조절될 수 있으나, 원활한 반응 진행을 위하여 40 ℃, 또는 50 ℃ 이상인 것이 바람직하다. 또, 온도가 너무 높을 경우 용매가 증발하여 모노머 조성물을 구성하는 성분이 석출될 수 있으므로, 중합 온도는 90 ℃ 이하, 또는 80 ℃ 이하인 것이 바람직하다.
상기 중합 단계를 거쳐 제조된 함수겔 중합체의 함수율은 약 20 중량% 이상, 바람직하게는 25 중량% 이상이면서, 40 중량% 이하, 또는 35 중량% 이하일 수 있다. 이에, 상기 중합 이후 함수율 조절을 위하여 추가로 건조 단계를 수행할 수 있다.
상기 건조 단계의 온도는 80 내지 150 ℃, 또는 90 내지 120 ℃ 범위가 바람직할 수 있다. 상기 온도 범위 내에서 약 5 내지 30분간 건조함으로써, 흡수성 중합체의 함수율을 15 중량% 이하, 또는 12 중량% 이하, 또는 10 중량% 이하, 또는 9 중량% 이하이면서 1 중량% 이상, 또는 2 중량% 이상, 또는 4 중량% 이상, 또는 6 중량% 이상으로 조절할 수 있다.
상기 방법으로 제조된 흡수성 시트는, 다공성 섬유 기재 및 그의 일면에 침투된 흡수성 중합체를 포함하고, 다공성 섬유 기재와 흡수성 중합체가 존재하는 제1층 및 다공성 섬유 기재만이 존재하는 제2층을 포함함에 따라, 기존에 ADL로 사용되었던 폴리올레핀계 부직포에 비하여 현저히 향상된 흡수 속도 및 흡수능을 나타내며, 재습윤 현상이 억제되어 가압시에도 액체가 누출되지 않고 우수한 사용감을 나타낸다.
이에, 상기 흡수성 시트는 액체 불투과성 배면 시트; 고흡수성 수지 분말 및 펄프를 포함하는 흡수 코어; 흡수전달층; 및 액체 투과성 상부 시트를 포함하는 흡수성 물품에 있어, 상기 흡수전달층의 재료로 적합하게 사용될 수 있다. 이때, 흡수성 시트의 제1층이 흡수 코어 측에 접하고, 제2층이 액체 투과성 상부 시트와 접하도록 하여 상술한 효과를 확보할 수 있다.
이하 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변경 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.
[실시예]
실시예 1
(1) 흡수성 시트의 제조
아크릴산 55 g, 수산화칼륨(KOH) 45 중량% 용액 66.6 g, 및 물 55 g을 혼합하여 아크릴산의 70 몰%가 중화된 중화액을 준비하였다.
상기 중화액에 히드록시에틸셀룰로오스(HEC, Ashland사 Natrosol 250HR), 가교제(폴리에틸렌글리콜 디아크릴레이트(PEGDA), MW=400, Aldrich사), 보습제로서 글리세린, 열중합 개시제로서 과황산나트륨, 광중합 개시제로서 Irgacure 819를 첨가하여, 고형분 함량(TSC)이 54 중량%인 모노머 조성물을 제조하였다.
상기 모노머 조성물 제조시, HEC는 모노머 조성물의 고형분 100 중량부에 대하여 0.45 중량부로 첨가하였다. 글리세린은 아크릴산 100 중량부에 대하여 40 중량부로 첨가하였고, 열중합 개시제는 모노머 조성물 총 중량에 대해 1000 ppm, 광중합 개시제는 80 ppm, 가교제는 1000 ppm 첨가하였다. 제조된 모노머 조성물의 25 ℃에서의 점도를, TOKI 점도계(TV-22)를 이용하여 1 rpm, spindle # 1로 측정하였으며, 720 mPa·s로 확인되었다.
상기 모노머 조성물을, 가로 22 cm, 세로 9 cm, 두께 1.6 mm, 평량 30 g/m2인 TABCW(Thru Air Bonded Carded Web) 부직포(한국 바이린, TABCW-air through, 섬도 5 denier)의 일면에 200 g/m2의 양으로 도포하고, 10초간 방치하여 부직포 내부로 코팅 및 침투되도록 하였다.
그런 다음, 상기 모노머 조성물 필름에 370 mJ/cm2의 자외선을 조사하여 10분간 중합을 실시하였다. 중합반응 후, 110℃ 온도에서 10분 동안 건조하여, 흡수성 중합체가 다공성 섬유의 일면에 침투된 흡수성 시트를 제조하였다.
(2) 흡수성 물품(일회용 기저귀) 샘플의 제조
평량 50 g/m2의 솜털 펄프(fluff pulp) 7 g을, 입경이 250 내지 600 ㎛인 폴리아크릴산염계 고흡수성 수지 분말(평균 입경 400 ㎛, CRC: 25-40 g/g, 0.3psi AUP: 18-25 g/g) 13g과 혼합한 다음, 이 혼합물을 코어 랩 시트(12 g/m2의 SMS 부직포)로 감싸 가로 32 cm, 세로 12 cm, 두께 2 cm의 흡수 코어를 제조하였다.
상기 흡수 코어의 상부 중앙에, 상기 (1)에서 제조한 흡수성 시트를 올리고, 그 위에 액체 투과성 상부 시트로서 20 g/m2의 TABCW 부직포를 올려, 흡수성 물품(일회용 기저귀) 샘플을 제조하였다. 이때 흡수성 시트의 제1층이 흡수 코어 측에 접하고, 제2층이 액체 투과성 상부 시트와 접하도록 하였다.
실시예 2
TABCW 부직포에 모노머 조성물을 100 g/m2의 양으로 도포한 것을 제외하고, 실시예 1의 (1)과 동일한 방법으로 흡수성 시트를 제조하였다.
이를 ADL층으로 사용하여, 실시예 1의 (2)와 동일한 방법으로 흡수성 물품을 제조하였다.
실시예 3
TABCW 부직포에 모노머 조성물을 50 g/m2의 양으로 도포한 것을 제외하고, 실시예 1의 (1)과 동일한 방법으로 흡수성 시트를 제조하였다.
이를 ADL층으로 사용하여, 실시예 1의 (2)와 동일한 방법으로 흡수성 물품을 제조하였다.
비교예 1
흡수성 시트 대신에, 가로 22 cm, 세로 9 cm, 두께 1.6 mm, 평량 30 g/m2의 TABCW 부직포(한국 바이린, TABCW-air through)를 ADL층으로 사용하여, 실시예 1의 (2)와 동일한 방법으로 흡수성 물품을 제조하였다.
실험예 1
광학 현미경을 통해 각 실시예 및 비교예의 흡수성 시트의 두께 및 흡수성 중합체를 포함하는 제1층의 두께를 측정하였다.
또, 모노머 조성물을 도포하기 전의 TABCW 부직포의 중량과 최종 제조된 흡수성 시트의 중량으로부터 흡수성 시트 100 중량% 중에 포함된 흡수성 중합체의 중량%를 계산하였다.
상기 결과를 하기 표 1에 기재하였다.
흡수성 시트 비교예 1 실시예 1 실시예 2 실시예 3
시트의 두께(mm) 1.6 1.6 1.6 1.6
제1층의 두께(μm) 0 200 100 50
흡수성 중합체의 중량% 0 86.9 76.9 62.5
실험예 2
기저귀의 상부 시트 위 정 중앙에 직경이 45 mm인 cylindrical tube를 놓고, 그 안으로 0.9 중량%의 염화나트륨 수용액(생리 식염수) 80 ml를 주입한 다음, 상기 생리 식염수 80 ml가 모두 흡수되는 시간(흡수 속도)를 측정하였다.
흡수가 완료된 10분 뒤, 상기 기저귀에 10cm x 10cm 크기의 페이퍼를 놓은 후 페이퍼 위에 다시 5kg 추를 올려 놓아 0.42 psi의 압력을 가하였다. 3분 후, 기저귀로부터 페이퍼로 배어 나온 염수의 양을 측정하여 다음의 계산식 1에 의해 재습윤량(g)을 산출하였다. 그리고, 기저귀에서의 생리 식염수의 확산 면적을 육안으로 측정하였다.
상기 페이퍼로는 ㈜한국여지의 정밀분석 정성여과지인 L-050을 사용하였다. L-050의 회분량(Ash Contents)은 0.1% 이하이며, 평량은 87 g/m2, 두께는 0.18 mm, 보유입자경(retention rate)은 10~15 μm이다.
[계산식 1]
재습윤량(g) = W2(g) - W1(g)
상기 계산식 1에서,
W1(g)는 페이퍼의 초기 무게이고, W2(g)는 무가압 하에 상기 기저귀에 생리 식염수를 주입한 후에, 하중(0.42 psi) 하에 3 분 동안 기저귀로부터 배어 나온 액체를 흡수한 페이퍼의 무게이다.
이후, 2차 측정을 위해, 기저귀의 상부 시트 위로 다시 cylindrical tube를 놓고 그 안으로 80 ml 생리 식염수를 주입한 다음, 1차 측정과 마찬가지로 흡수 속도, 재습윤량, 및 확산 면적을 측정하였다. 동일한 방법으로 3차로 흡수 속도, 재습윤량, 및 확산 면적을 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 1에 기재하였다.
비교예 1 실시예 1 실시예 2 실시예 3
흡수속도(s) 1차 38 32 28 25
2차 106 89 85 80
3차 122 98 92 88
확산면적(mm)_XY축 1차 190 165 162 158
2차 204 180 175 167
3차 224 195 190 185
재습윤(g) 1차 0.84 0.70 0.71 0.69
2차 1.69 1.20 1.18 1.19
3차 25.18 19.38 19.01 18.55
상기 표 2의 결과로부터, 본 발명의 흡수성 시트를 ADL층으로 사용할 경우 기존에 비해 흡수성 물품의 흡수속도 및 재습윤 방지 특성이 우수함을 확인할 수 있다.
10: 제1층
20: 제2층
100: 흡수성 시트

Claims (11)

  1. 다공성 섬유 기재의 일면에 함침된 흡수성 중합체를 포함하는 흡수성 시트로서,
    다공성 섬유 기재와 흡수성 중합체가 존재하는 제1층 및
    다공성 섬유 기재만이 존재하는 제2층을 포함하는 흡수성 시트.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1층의 다공성 섬유 기재의 각 공극은, i) 흡수성 중합체를 포함하지 않거나, ii) 공극의 일부가 흡수성 중합체로 채워지거나, 또는 iii) 공극의 전체가 흡수성 중합체로 채워진 것인, 흡수성 시트.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 흡수성 중합체는, 산성기를 가지며 상기 산성기의 적어도 일부가 중화된 아크릴산계 모노머, 가교제, 셀룰로오스계 증점제, 보습제, 중합 개시제, 및 용매를 포함하는 모노머 조성물이 기재의 섬유 표면에서 중합되어 제조된 것인, 흡수성 시트.
  4. 제1항에 있어서,
    흡수성 시트의 전체 두께에 대한 상기 제1층의 두께 백분율은 1 내지 30%인, 흡수성 시트.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 흡수성 시트 100 중량% 중 흡수성 중합체의 중량은 50 내지 99 중량%인 흡수성 시트.
  6. 산성기를 가지며 상기 산성기의 적어도 일부가 중화된 아크릴산계 모노머, 가교제, 셀룰로오스계 증점제, 보습제, 중합 개시제, 및 용매를 혼합하여 모노머 조성물을 제조하는 단계;
    다공성 섬유 기재의 일면에 상기 모노머 조성물을 도포하여, 모노머 조성물을 기재 내부로 침투시키는 단계; 및
    상기 모노머 조성물이 침투된 다공성 섬유 기재에 광을 조사하여 중합시켜 흡수성 중합체를 형성하는 단계를 포함하는, 제1항의 흡수성 시트의 제조방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 다공성 섬유 기재의 단위 면적 당 도포되는 모노머 조성물의 양은 10 내지 500 g/cm2인 흡수성 시트의 제조방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 모노머 조성물의 25 ℃에서의 점도는 100 mPa·s 내지 12,000 mPa·s인 흡수성 시트의 제조방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 다공성 섬유 기재의 평량은 10 내지 50 g/m2인, 흡수성 시트의 제조방법.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 다공성 섬유 기재의 두께는 0.1 내지 2.0 mm인, 흡수성 시트의 제조방법.
  11. 액체 불투과성 배면 시트;
    고흡수성 수지 분말 및 펄프를 포함하는 흡수 코어;
    흡수전달층; 및
    액체 투과성 상부 시트를 포함하는 흡수성 물품으로서,
    상기 흡수전달층은 제1항의 흡수성 시트인, 흡수성 물품.
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