KR920002936B1 - 고밀도 흡수성 구조체 - Google Patents

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Description

고밀도 흡수성 구조체

본 발명은, 수불용성 불연속 하이드로겔 입자와 친수성 섬유와의 혼합물을 포함하며, 실질적으로는 결합되지 않은 가요성 흡수성 구조체(flexible absorbent×tructure)에 관한 것이다. 일반적으로 부직 쉬이트 또는 섬유상 웨브(fibrous web)인 가요성 흡수성 구조체는 유체(예 : 수분 및 인체분비액)를 상당량 흡수할 수 있다. 예를 들면, 이들을 1회용 타월, 화장용 티슈, 화장지 또는 흡수성 제품(예 : 1회용 기저귀 및 생리대)의 흡수성 심재(core)로서 사용한다. 통상, 이러한 구조체는 값이 저렴한 친수성 섬유, 전형적으로는 목재펄프섬유로 제조한다.

수불용성 하이드로겔은 다량의 물, 전형적으로는 자체중량의 20배이상의 물을 흡수할 수 있는 중합성 물질이다. 이들 물질이 최초로 소개되었을 때, 이 물질은 1회용 흡수성 소비재(즉, 1회용 기저귀, 생리대, 실금용 패드 등의 제품)분야에 큰 변혁을 일으킬 것으로 기대되었다. 그러나, 현재까지 수불용성 하이드로겔을 1회용 흡수성 제품에 대규모로 사용하지는 않는다. 그 이유는, 하이드로겔의 흡수능이 상당히 높음에도 불구하고, 1회용 흡수성 제품에 사용하는 경우, 이의 수행능을 허용할 수 없기 때문이다.

하이드로겔의 수행능이 불량한 원인중의 하나는 겔차단(gel bloking)이라고 불리는 현상 때문이다. 겔차단이란 하이드로겔 입자, 필름, 섬유 등이 습윤되는 경우 발생되는 현상을 의미하며; 표 면은 팽윤하고 액체가 내부로 투과함을 억제한다. 연속하여, 내부의 습윤화는 상당히 느린 확산과정에 의하여 발생한다. 실제적인 용어로, 흡수하려는 유체의 방출보다 흡수가 느려서, 기저귀, 생리대 또는 기타의 흡수성 구조체내의 하이드로겔 물질이 충분이 습윤되기도 전에 흡수성 구조체가 흡수하지 못할 수 있음을 의미한다.

수불용성 하이드로겔은, 전형적으로 1회용 흡수성 소비재에서 사용되는 목재펄프섬유상 웨브의 수분흡수능을 훨씬 능가하는(일반적으로, 크기의 차이보다 훨씬 큰) 수분흡수능을 갖는다. 전해질 함유 유체(예 : 소변)의 흡수능은 훨씬 낮지만, 섬유상 웨브에서 보다는 훨씬 큰 흡수능을 갖는다. 따라서, 당해분야에서는 이러한 웨브의 유체 흡수능을 증가시키기 위하여 하이드로겔 물질을 목재펄프로 된 섬유 웨브에 홍인시키려고 시도해 왔다. 초기에는, 하이드로겔 분말을 간단하게 섬유상 웨브로 혼합하려고 시도했다. 이 방법으로는 웨브의 체적 흡수능을 증가시키지 못하였다[참조 : R.E. Ericson, ＂1st International Absorbent Products Conference Proceedings＂, 제6절 제3면(1988.11)]. 에릭슨(Ericson)은 ＂압력하에서의 유체 보유력은 증가하지만, 체적 흡착능은 본질적으로 동일하다＂고 보고하였다. 이 현상을 몇가지로 설명해 왔다. 에릭슨은 섬유상 매트릭스가 하이드로겔 입자의 팽윤을 방지하기 때문이라고 설명하였다. 다른 사람들은 하이드로겔의 심지특성(wicking characteristic)이 상당히 불량하여 수행능이 나빠졌다고 간주한다. 원인이 무엇일 수 있든지 간에, 친수성 섬유와 하이드로겔 입자와의 단순한 혼합물은 이러한 혼합물중의 각 성분의 특성을 근거로 하여 기대되는 흡수능을 가질 수 없음이 명백해졌다.

하이드로겔의 불량한 심지특성으로 인하여, 1회용 흡수성 구조체내에서의 수행능이 불량해짐을 근거로 하여, 당해분야의 몇몇 사람은 섬유를 하이드로겔 입자내로 도입시킴으로써 하이드로겔 수행능을 개선시키려고 시도하였다. 섬유를 하이드로겔 입자내로 도입시키는 것은 하이드로겔 입자와 친수성 섬유와의 혼합물을 습윤배향(wet-laying)시킴으로써 달성할 수 있다. 이러한 공정의 습윤단계동안에 하이드로겔은 팽윤된다. 건조단계 동안에는 하이드로겔이 수축되는 경향이 있다. 결과로서 겔은 섬유표 면에 걸쳐 확장되고, 결합제(예 : 라텍스)를 사용하는 경우에 발생하는 결합과 상이하지 않은 방법으로 섬유-섬유 결합을 형성한다. 습윤처리 및 하이드로겔에 의한 결합의 결과로서, 생성된 흡수성 구조체는 상당히 뻣뻣하다. 이러한 구조체의 강성(stiffness)은 구조체를 고압으로 처리함으로써 저하될 수 있는 것으로 기재되어 있다. 이렇게 처리하는 경우에서조차, 이러한 구조체의 강성은 여전히 높고, 특히 50 : 50이상의 섬유/하이드로겔의 비를 사용하는 경우에 비교적 높다. 그러나, 이러한 섬유/하이드로겔 비는 비용면에서 가장 바람직하며; 하이드로겔은, 예를 들면, 목재펄프섬유보다 훨씬 값비싸다. 더욱이, 전술한 방법은 다량의 물을 사용한 다음 건조시키는 단계를 포함한다. 이는 흡수성 구조체의 제조비용에 상당한 영향을 끼친다.

또다른 방법은 적층구조체를 제조함으로써, 심지 특성이 양호한 물질층상에 하이드로겔 물질층을 위치시킨다. 심지층은 하이드로겔층의 표 면 대부분에 걸쳐 액체를 확산시켜서, 더욱 많은 하이드로겔이 흡수하려는 액체에 노출되도록 한다. 이러한 구조체는 흡수능이, 예를 들면, 친수성 섬유상 웨브내의 하이드로겔 입자 혼합물보다 크다고 주장되어 왔다. 심지층이 하이드로겔층 표 면에 액체가 확산되도록 하지만, 액체의 하이드로겔 층내로의 투과에 대한 보장은 없다. 액체 투과는 여전히 겔차단에 의해 크게 제한된다. 즉, 흡수성 구조체는 당해 분야에 공지된 바와 같이 하이드로겔의 잠재적 흡수능을 완전발휘시키지는 못한다.

따라서, 하이드로겔의 흡수능을 이제까지 가능하였던 것보다 완전히 발휘시키는 가요성인 흡수성 구조체에 대한 요구가 계속 있어왔다. 본 발명의 흡수성 구조체는 탁월한 흡수능 및 우수한 심지특성을 제공하며, 아직은 가요성이 있고 탄성이 있으며 측면의 일체성이 양호하다. 이들 구조체는 극히 얇고 편안하지만, 통상 시판되고 있는 훨씬 부피가 큰 제품과 적어도 동일한 흡수능을 갖는 1회용 기저귀에 사용하기에 특히 적합하다. 흡수성 구조체는 물 또는 또다른 용매를 사용하지 않는 방법으로 제조할 수 있다. 따라서, 방법은 용매처리 및 건조단계를 수반하지 않는다. 방법은 간단하므로 통상 흡수성 웨브를 제조하는데 사용하는 바와 같은 표 준장치를 사용할 수 있도록 하며; 본 발명의 흡수성 구조체는 어떠한 금전상의 투자도 없이 낮은 제조단가로 제조할 수 있다. 따라서, 본 발명의 목적은 흡수능이 개선된 수불용성 하이드로겔을 포함하는 가요성 흡수성 구조체를 제공하는 것이다. 추가의 목적은 종래의 1회용 흡수성 제품보다 실질적으로 얇으며 부피가 더욱 작은 개선된 1회용 흡수성 제품(예 : 기저귀)을 제공하는 것이다. 본 발명의 추가의 목적은 이러한 흡수성 구조체를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

겔차단 현상은 충분히 기재되어 왔으며, 하이드로겔을 함유하는 흡수성 구조체의 특성이 불량해지는 결과를 논의해왔다[참조 : E. Carus, ＂1st International Absorbent Products Conference Proceedings＂, 제V-1절(1988.11); 및 J.H. Field, ＂Pulp Parameters Affecting Product Performance＂, TAPPI, 65(7), pp, 93-97(1982)].

일본 특허명세서 제56-65630호(공고일 : 1981. 6.3)는 수불용성 수지를 지지하는 셀룰로우즈 섬유의 ＂융모 럼프(tufted lumps)＂를 제조하는 방법을 기재하고 있다. 럼프는, 섬유 및 수지를 메탄올중에서 분산시키고, 혼합물을 습윤배향시킨 다음, 용매를 건조 제거함으로써 제조한다. 연속하여, 웨브를 0.1g/cm³이상, 바람직하게는 약 0.6g/cm³의 밀도로 압축시킨다. 이렇게 하여 수득한 쉬이트를 각각 0.5g미만의 조각으로 절단한다. 유사한 방법은 미합중국 특허 제4,354,901호(특허일 : 1982.10.19; Kopolow)에 기재되어있다. 이 문헌은 수중 약 0.1중량%미만의 고체를 갖는 슬러리(이때 셀룰로우즈 섬유와 하이드로-콜로이드성 입자형 물질과의 혼합물이다)를 제조하는 방법을 기술하고 있다. 습윤된 웨브는, 연속하여 건조시키고 적어도 10%, 바람직하게는 적어도 50%로 치밀화시킨 슬러리로부터 제조한다. 치밀화 단계에 의해, 흡수성 구조체의 강성이 감소되게 된다고 기재되어 있다(거얼리 강성치(Gurley×tiffness) : 40g미만).

본 발명은 친수성 섬유와 수불용성 불연속 하이드로겔 입자와의 혼합물을 섬유/하이드로겔의 비가 약 30 : 70 내지 약 98 : 2로 함유되며, 밀도가 약 0.15 내지 약 1g/cm³인 실질적으로는 결합되지 않은 가요성 흡수성 구조체에 관한 것이다.

또한, 본 발명은, (a) 섬유/하이드로겔의 중량비가 약 30 : 70 내지 약 98 : 2인, 친수성 섬유와 수불용성 하이드로겔 입자와의 무수 혼합물을 웨브로 공기배향(air-laying)시키고, (b) 이 웨브를 약 0.15내지 약 1g/cm³의 밀도로 압축시키는 단계를 포함함을 특징으로 하여, 가요성 흡수성 구조체를 제조하는 방법에 관한 것이다.

본 발명은, 섬유/하이드로겔의 중량비가 약 30 : 70 내지 약 98 : 2이고, 또한 구조체를 약 0.15 내지 약 1g/cm³의 밀도로 치밀화시키는 경우, 친수성 섬유와 수불용성 하이드로겔 입자와의 혼합물을 흡수성이 큰 가요성 구조체로 제조할 수 있다는 발견을 근거로 한다. 본 발명의 흡수성 구조체는 근본적으로는, 웨브내에 수불용성 불연속 하이드로겔 입자가 분산되어 있는, 친수성 섬유의 웨브이다. 하이드로겔 입자는 무작위하게 분산될 수 있거나, 섬유/하이드로겔 비가 낮은 부분 및 섬유/하이드로겔 비가 높은 부분의 패턴(단지 섬유만의 부분을 포함한다)일 수 있다.

＂실질적으로 결합되지 않은＂이란 용어는 섬유/섬유결합, 섬유/하이드로겔 입자 결합, 및 하이드로겔 입자/하이드로겔 입자 결합의 숫자가 가능한한 적절하게 낮게 유지되어 있다는 의미이다. 발생할 수 있는 결합으로는 수소결합(예 : 제지성(paper-making) 결합), 섬유와 하이드로겔 입자 사이에서, 하이드로겔 입자들 사이에서 및 특정한 형태의 섬유(예 : 열가소성섬유)사이에서 발생할 수 있는 바와 같은 기타 형태의 화학적 결합, 및 기계적 결합을 포함할 수 있다. 이것은 본 발명의 흡수성 구조체의 큰 흡수능이, 이 구조체가 초기에 습윤되는 중에 구조체가 신속하게 부피를 회복할 수 있는 상당한 정도의 능력에 기인하기 때문에 중요하다. 구조체 성분간의 대다수의 결합은 이 능력을 상당히 손상시킬 것이다.

형성되는 결합으로부터 결합을 완전히 방지한다는 것은 실질적으로 불가능하다. 그러나, 어느 정도까지의 결합은 초기습윤중에 구조체가 신속하게 부피를 회복할 수 있는 능력에 역으로 작용하지 않는 것으로 나타났다. 통상, 결합정도는 섬유 및 하이드로겔 입자, 또는 흡수성 구조체가 액체형태로 물에 노출됨을 방지하고, 상대습도가 높은 공기중에 장기간 노출됨을 방지함으로써 최소화시킨다. 이들 공정의 변수는 하기에보다 상세하게 논의하고 있다.

본 명세서에서 사용하는 바와 같은 ＂하이드로겔＂은 수성 유체를 흡수하여 상압하에서 보유할 수 있는 무기 또는 유기화합물을 의미한다. 양호한 결과를 얻기 위해서는, 하이드로겔이 수불용성이어야 한다. 예로는 무기성 물질(예 : 실리카겔) 및 유기화합물(예 : 가교결합된 중합체)이 있다. 가교결합은 공유결합, 이온결합, 반데르발스 결합, 또는 수소결합일 수 있다. 중합체의 예로는 폴리아크릴아미드, 폴리비닐알콜, 에틸렌 무수 말레산 공중합체, 폴리비닐 에테르, 하이드록시프로필 셀룰로우즈, 카복시메틸 셀룰로우즈, 폴리비닐 모르폴리논, 설폰산비닐의 중합체 및 공중합체, 폴리아크릴레이트, 폴리아크릴아미드, 폴리비닐 피리딘 등을 포함한다. 기타의 적합한 하이드로겔은 본 명세서에서 참조로 인용하는 미합중국 특허 제3,901,236호(특허일 : 1975. 8. 26; Assarsson)에 기재된 것이다. 본 명세서에서 사용하기에 특히 바람직한 중합체는 가수분해된 아크릴로니트릴 그래프트화 전분, 아크릴산 크래프트와 전분, 폴리아크릴레이트 및 이소부틸렌 무수말레산 공중합체, 또는 이들의 혼합물이다.

하이드로겔을 제조하기 위한 방법은 미합중국 특허 제4,076,663호(특허일 : 1978. 2. 28 : Fusayoshi Masuda), 제4,286,082(특허일 : 1981. 8. 25; Tsuno Tsubakimoto 등), 제3,734,876호, 제3,661,815호, 제3,670,731호, 제3,664,343호, 제3,783,871호, 및 벨기에왕국 특허 제785,858호에 기재되어 있다(이들 문헌 모두 본원중 참조로서 인용되고 있다).

본 명세서에서 사용되는 바와 같은 ＂입자＂란 어떠한 형태(예 : 구형, 반구형, 정육면체, 막대형, 다면체 등)의 입자라도 포함하며, 또한 최대칫수/최소칫수의 비를 갖는 형태(예 : 침상, 박편형, 섬유형)의 입자도 포함한다. 본 명세서에서 사용하는 바와 같은 ＂입자크기＂란 최소 칫수의 입자 각각의 중량 평균을 의미한다. 또한 이러한 집성체(conglomerate)의 중량평균 크기가 후술하는 범위내에 있는 하이드로겔 입자 집성체를 사용할 수도 있다.

본 발명의 흡수성 구조체가 입자크기가 광범위하게 다양한 하이드로겔 입자를 사용함으로써 잘 수행되리라고 기대되지만, 상당히 작거나 상당히 큰 입자의 사용의 배제를 고려할 수 있다. 산업적인 위생 때문에 약 30마이크론 이하의(중량) 평균 입자크기는 덜 바람직하다. 길이가 약 4mm이상인 최소칫수의 입자는 흡수성 구조체에서 거친 촉감을 줄 수 있으므로, 소비자의 입장에서 바람직하지 못하다. 본 명세서에서 사용하기에 바람직한 입자는(중량) 평균 입자크기가 약 50마이크론 내지 약 1mm인 입자이다.

친수성 섬유의 형태는 본 발명에 사용하기에 비제한적이다. 통상의 흡수성 제품에 사용하기에 적합한 어떠한 형태의 친수성 섬유라도 역시, 본 발명의 흡수성 구조체에 사용하기에 적합하다. 특별한 예로는 셀룰로우즈 섬유, 레이온, 폴리에스테르 섬유를 포함한다. 기타의 적합한 친수성 섬유의 예는 친수성화된 소수성 섬유(예 : 계면활성제 처리하거나 실리카 처리한 열가소성 섬유)이다. 또한, 통상의 흡수성 구조체에서는 유용하기에 충분한 흡수능의 웨브를 제공하지는 못하지만 양호한 심지 특성을 제공하는 섬유는 본 발명의 구조체에서 사용하기에 적합하다. 이것은, 본 발명의 목적상, 섬유의 심지특성이 섬유의 심지특성이 섬유의 흡수능보다 훨씬 중요하기 때문이다. 입수가능성 및 가격의 이유 때문에, 셀룰로우즈 섬유, 특히 목재펄프 섬유가 바람직하다.

친수성 섬유와 하이드로겔 입자의 상대량은 섬유/하이드로겔의 중량비로 나타내는 것이 가장 간편하다. 이들 비는 약 30 : 70 내지 약 98 : 2일 수 있다. 낮은 비의, 즉 약 30 : 70 내지 약 50 : 50의 섬유/하이드로겔의 비는, 사용한 하이드로겔의 팽윤능이 낮은 경우, 즉 소변 및 기타의 인체분비액에 대한 하이드로겔의 흡수능이 자체중량의 약 15배(15X)미만의 경우에만 실용적이다(흡수능 자료는 통상, 하이드로겔의 제조업체로부터 구입할 수 있거나, 후술하는 흡수/배출시험에 의해 편리하게 측정할 수 있다). 흡수능이 상당히 높은(즉, 25배이고, 따라서 습윤후에 고도로 팽윤하는)하이드로겔은 섬유/하이드로겔의 비가 낮은 흡수성 구조체에 사용하는 경우, 겔차단시키는 경향이 있으므로, 바람직하지 못하게 느리게 확산하는 형태의 흡수역학을 나타내게 된다. 한편, 상당히 높은(예 : 95 : 5이상) 섬유/하이드로겔의 비는, 사용된 하이드로겔의 흡수능이 높은(예 : 소변 및 기타의 인체분비액에 대하여 25배) 경우에만 상당한 수행능을 제공한다. 상업적으로 가장 구매가능한 하이드로겔에 있어서 최적의 섬유/하이드로겔의 비는 약 50 : 50 내지 95 : 5이다.

가격/수행능의 분석을 근거로, 약 75 : 25 내지 약 90 : 10의 섬유/하이드로겔 비가 바람직하다. 물론, 이 바람직함은 친수성 서유(예 : 목재펄프 섬유)와 하이드로겔의 상대적인 가격을 근거로 한다. 예를 들어, 목제펄프 가격이 상승하고/하거나 하이드로겔 가격이 하락하는 경우, 섬유/하이드로겔 비가 낮을수록 비용면에서 더욱 효과적일 것이다.

흡수성 구조체의 밀도는 매우 중요하다. 하이드로겔 입자가, 밀도가 약 0.1g/cm³인 친수성 섬유의 흡수성 웨브내로 분산되는 경우, 이러한 웨브의 유체흡수는 느리기 때문에, 하이드로겔 혼합물은 실용적으로 타당한 시간(예 : 10분)내에 흡수되는 유체의 양은 단지 소량 증가하게 된다. 흡수성 구조체가 적어도 약 0.15g/cm³의 밀도로 치밀화되는 경우, 흡수능이 현저하게 증가됨이 관찰된다. 더욱이, 유체흡수는 치밀화중에 훨씬 더 빨라진다. 흡수능의 증가는, 웨브를 치밀화시킴으로써 무수 구조체내의 공극(void) 체적이 감소될 것이기 때문에 놀랍다. 웨브를 치밀화시킴으로써 웨브내로의 유체의 심지성이 더욱 양호해져서, 더욱 많은 하이드로겔 입자가 흡수공정에 참여하게 됨으로써, 실제의 흡수능이 높아지게 되는 것으로 간주된다. 또한, 치밀화된 웨브는 서로 분리된 하이드로겔 입자를 유지하는데 더욱 효과적일 수 있는 것으로 간주된다. 또한, 웨브를 약 0.15g/cm³내지 약 1g/cm³로 치밀화시킴으로써, 흡수능의 손실없이도 구조체의 부피가 감소하게 된다(미관상의 이유로 소비자의 입장에서는 바람직하다). 그러나, 약 0.6g/cm³이상의 밀도로 더욱 치밀화시키면, 부피와 밀도 사이의 반비례관계 때문에, 부피가 더욱 감소되지는 않는다. 따라서, 본 발명의 흡수성 구조체의 밀도는 바람직하게는, 약 0.15 내지 약 0.6g/cm³, 보다 바람직하게는 약 0.25 내지 약 0.4g/cm³이다.

본 발명의 연속적인 가요성 흡수성 구조체는, (a) 중량비가 약 30 : 70 내지 약 98 : 2인, 친수성 섬유와 수불용성 하이드로겔 입자와의 무수 혼합물을 공기배향시키고, (b) 이 웨브를 약 0.15 내지 약 1g/cm³의 밀도로 압축시키는 단계를 포함하는 방법으로 제조할 수 있다. 단계 (a)는, 친수성 섬유를 함유하는 기류 및 하이드로겔 입자를 함유하는 기류를 와이어 스크린상에서 계량함으로써 수행할 수 있다. 섬유 및 하이드로겔 입자는 서로 접촉함에 따라 두 기류를 난류시킴으로써 혼합하게 된다. 이와는 달리, 섬유 및 하이드로겔을 공기배향시키기 전에 별도의 혼합실에서 혼합시킬 수 있다.

본 발명의 목적상, 무수 하이드로겔 입자를 사용하는 것은 필수적이다. 또한, 섬유, 입자, 또는 섬유와 입자의 혼합물은 본 공정 또는 후속 공정도중의 어느 때라도 액체상태의 물 또는 또다른 용매에 노출되어서는 안된다. 습윤 하이드로겔 입자를 사용하는 경우, 섬유는 엉켜버리고/버리거나 입자와 결합하게 됨으로써, 흡수성 구조체에 비바람직한 강성을 갖게 한다. 특히, 본 발명의 흡수성 구조체내의 친수성 섬유로서 셀룰로우즈 섬유(예 : 목재펄프섬유)를 사용하는 경우, 이들 구조체의 유연성은 소량의 화학적 결합해리제(양이온계, 비이온계 또는 음이온계 계면활성제)를 섬유에 첨가함으로써 증진시킬 수 있다. 적합한 결합해리제의 예는 본 명세서에서 참조로 인용하는 미합중국 특허 제3,821,068호(특허일 : 1974. 6. 28;×haw)에 기재되어 있다. 특히 적합한 결합해리제는 본 명세서에서 참조로 인용하는 미합중국 특허 제3,554,862호(특허일 : 1971. 1. 12; Hervey등)에 기재되어 있는 유형의 4급 암모늄 화합물이다. 바람직한 4급 암모늄 화합물은 다음 일반식의 화합물이다.

상기식에서, R¹및 R²는 탄소수가 약 8 내지 약 22인 하이드로카빌그룹이며, R³및 R⁴는 C_1-6알킬이고, n 및 m은 2내지 약 10의 정수이며, X는 할로겐이다.

이러한 화합물의 예는 본 명세서에서 참조로 인용하는 미합중국 특허 제4,144,122호(특허일 : 1979. 3. 13; Emanuelsson 등)에 기재되어 있다.

전형적으로는, 흡수성 구조체중의 화학적 결합 해리제의 양은 천수성 섬유의 약 0.01 내지 약 0.5중량%이다.

본 명세서에서 사용하는 바와 같은 ＂무수＂란 ＂절대무수성＂을 의미하는 것은 아니다. 예를 들어, 정상적인 보관 및 취급조건하에서 하이드로겔 입자는 약 간의 습기를 흡수한다. 또한, 친수성 섬유는 보관도중에 약 간의 습기를 흡수한다. 더욱이, 먼지를 방지하기 위하여 섬유 및 하이드로겔 입자의 공기운반중 습기찬 공기를 사용하는 것이 바람직할 수도 있다. 이러한 공정 조건하에서, 하이드로겔 입자 및 섬유는 훨씬 많은 수분을 흡수하게 되지만, 이것이 본 발명을 실시하는데 역으로 작용하지는 않는다. 그러나, 하이드로겔과 운송 공기와의 접촉시간은 짧고, 습기찬 공기로 공기운송하는 도중에 하이드로겔에 의해 제한된 흡수량은 구조체내의 실질적인 결합을 생성시키지 않을 것이다. 중요한 기준은, 하이드로겔 입자가 상당히 팽윤되도록 허용해서는 안되며, 섬유가 엉키고/거나 결합하게 되는 정도로 표 면 점착성을 발달시켜서는 안된다는 것이다. 통상, 이것은, 친수성 섬유 및 하이드로겔 입자를 액체형태의 물이 아닌 단지 수증기에만 노출시킴으로써 달성할 수 있다. 하이드로겔을 단순히 습기찬 공기에 노출시킴으로써, 이러한 노출시간이 연장되는 경우, 차후의 공정, 특히 캘린더링(calendering) 도중에 실질적인 구조체 결합을 생성시킬 수 있다. 예를 들어, 미합중국 특허 제4,252,761호(특허일 : 1981. 2. 24;×choggen 등)에는 특정한 하이드로겔 물질을 일정한 수준의 물에 노출시키는데, 이는 비허용적인 초기 흡수 역학으로 인해 본 발명의 목적에 허용되지 않는 결합된 구조를 형성케한다. 구조체가 실질적으로 결합되지 않은 채로 유지하기 위해서는, 흡수성 구조체의 수분함량이 무수 흡수성 구조체의 약 10중량% 미만이어야 한다.

흡수성 구조체는 편리하게는, 친수성 섬유상 웨브를 공기배향시키기 위하여 고안된 종래의 장치를 이용함으로써 제조할 수 있다. 이러한 장치에서, 웨브는 전형적으로, 기류중에서 친수성 섬유를 흡수하고, 섬유를 와이어 메시(wire mesh) 스크린상에 침착시킴으로써 형성된다. 와이어 메시 스크린의 바로 상류 지점에서, 목적하는 양의 하이드로겔 입자를 기류로 혼입시킴으로써, 친수성 섬유와 하이드로겔 입자와의 바람직한 혼합물을 제조할 수 있다. 이어서, 스크린상에 형성된 웨브를, 닙(nip) 압력으로 고정되는 캘린더롤을 통과시켜, 목적하는 밀도의 흡수성 구조체를 얻게 된다. 본 발명의 이 실시태양은 흡수성 구조체를 제조하기 위해서 종래의 장치를 단지 약 간만 변형시킬 필요(즉, 하이드로겔 입자를 첨가하기 위한 계량 장치의 설치)가 있다는 것이 명백하다. 특정한 경우에서는, 장치상의 표 준 와이어 메시 스크린을 하나 이상의 미세 메시 크기로 대체할 필요가 있을 수 있다. 이 필요성은 비교적 작은 하이드로겔 입자를 사용하는 경우, 및 /또는 표 준 스크린의 메시 크기가 비교적 조악한 경우에 야기될 것이다.

본 발명의 흡수성 구조체는 이의 특별한 특성 때문에, 1회용 흡수성 제품에 사용하기에 매우 적합하다. 본 명세서에서 ＂흡수성 제품＂이란 상당량의 물 및 기타의 유체(예 : 인체분비액)를 흡수할 수 있는 소비재를 의미한다. 흡수성 제품의 예로는 1회용 기저귀, 생리대, 실금용 패드, 종이타월, 화장지 등을 포함한다. 본 발명의 흡수성 구조체는 통상의 친수성 섬유상 웨브보다 흡수능이 높고, 밀도는 크며, 통상의 섬유상 웨브의 가요성과 적어도 동일한 가요성을 갖는다. 이들 이유 때문에, 이들 흡수성 구조체는 제품(예 : 기저귀, 생리대, 실금용 패드)에 사용하기에 특히 적합하다. 고흡수능 및 고밀도에 의해, 얇으면서도 흡수능이 실패할 우려가 없을 만큼 충분한 흡수능을 갖는 흡수성 제품을 고안할 수 있다. 구조체의 가요성에 의해, 착용자에게 편안함을 주며 흡수성 제품의 착용성이 양호하게 된다. 또한, 제품의 고밀도/저부피는, 제조업자에게 포장 및 수송비용 절감에 있어서 중요하게 될 것이다.

본 발명의 흡수성 구조체를 포함하는 1회용 기저귀는 종래의 기저귀 제조기술을 이용하지만, 종래의 기저귀에서 전형적으로 사용하는 목재펄프섬유 웨브(＂공기-펠트(air-felt)＂) 심재를 본 발명의 흡수성 구조체로 대체함으로써 제조할 수 있다. 즉, 1회용 기저귀는(상부로부터 하부로) 상부 쉬이트(소수성 부직티슈(예 : 니틀 펀치된(needle punched) 폴리에스테르), 흡수성 구조체, 및 유연한 방수성 지지 쉬이트(예 : 두께가 약 2.3mil인 엠보싱된 경질 폴리에틸렌)로 이루어진다. 임의로는, 흡수성 구조체를 외피티슈(envelope tissue)(습윤강도를 갖는 화장지)로 포장할 수 있다. 이 유형의 1회용 기저귀는 본원중 참조로서 인용된 미합중국 특허 제3,952,745호(특허일 : 1976. 4.27; Duncan), 미합중국 특허 제3,860,003호(특허일 : 1975. 1.14; Buell)에 더욱 상세히 기재되어 있다.

본 발명의 흡수성 구조체의 흡수능이 통상의 목재펄프섬유 웨브보다 크기 때문에, 목재펄프 웨브를, 중량이 이와 동일하거나 작은 본 발명의 흡수성 구조체로 대체할 수 있다. 감소된 중량 및 증가된 밀도가 합하여, 부피가 계수 3내지 12이상으로 저하(사용한 하이드로겔의 유형, 섬유/하이드로겔의 비, 및 밀도에 따라 좌우되는)된다.

1회용 기저귀에 사용하는 흡수성 구조체의 양을 구조체의 단위중량(g/cm²)으로 표 현하는 것이 편리하다. 전형적으로는 1회용 기저귀에 사용하는 바와 같은 본 발명의 흡수성 구조체의 단위중량은 약 0.01 내지 약 0.05g/cm²이다. 본 발명이 사용될 수 있는 한가지 방법은, 종래의 기저귀보다 흡수능이 증가되고 부피가 감소된 기저귀를 제조하는 것이다. 이것은, 단위중량이 약 0.018 내지 약 0.03g/cm²인 흡수성 구조체를 사용해 수득할 수 있다. 바람직한 단위 중량은 약 0.019 내지 약 0.021g/cm²이다. 상이한 방법은, 본 발명에 의해 부피감소의 능력을 완전히 발휘하면서, 종래의 기저귀의 흡수능과 실직적으로 동등한 흡수능을 목적으로 하는 것이다. 이것은 통상, 약 0.01내지 약 0.017g/cm²이다. 1회용 기저귀에 사용되는 흡수성 구조체는 바람직하게는, 두께가 약 0.3내지 2mm, 보다 바람직하게는 약 0.5내지 약 1mm이다.

종래의 1회용 기저귀는 통상(상부로부터 하부로) 상부쉬이트(소수성 부직티슈(예 : 니들-펀치된 폴리에스테르)), 목재펄프섬유로 된 흡수성 심재, 및 유연한 방수성 지지 쉬이트(예 : 두께가 약 2.3mil인 엠보싱된 경질 폴리에틸렌)를 함유한다. 이러한 기저귀의 흡수능은, 본 발명의 흡수성 구조체를 목재펄프섬유 심재와 지지 쉬이트의 사이에 두는 경우, 실질적으로 증가된다. 흡수성 구조체를 이 방법으로 사용하는 경우, 약 0.1 내지 약 1mm인 두께가 바람직하다. 삽입체로서 사용한 흡수성 구조체는 크기 및 형태가 목재펄프섬유 심재와 동일하거나 상이할 수 있다. 특정한 실시태양에서, 목재펄프섬유 심재는 모래시계형(즉, 심재의 중심 폭이 말단에서의 폭보다 실질적으로 작다)이며, 흡수성 구조체는 직사각형으로, 길이가 목재펄프섬유 심재의 길이와 거의 동일하며 폭은 모래시계형의 가장 좁은 지점에서의 목재펄프섬유 심재의 폭보다 약 1내지 약 5cm 좁다.

본 발명의 흡수성 구조체는 흡수성이 크면서도 얇고 가요성이 있기 때문에, 생리대에 사용하기에 대단히 적합하다. 1회용 기저귀의 경우에서와 같이, 본 흡수성 구조체를 사용하는 생리대는 종래의 생리대의 흡수성 심재(전형적으로는, 목재펄프섬유의 웨브)를 간단히 본 발명의 흡수성 구조체로 대체함으로써 종래의 생리대로부터 유도될 수 있다. 이러한 대체는 중량×중량을 기준으로 할 수 있어서, 체적이 감소되며 흡수능이 증대될 것이나, 가벼운 중량을 기준으로 할 수 있어서, 부피를 더욱 감소시키기 위해서는 흡수능 증가분을 희생시킨다. 생리대에 사용하는 흡수성 구조체는 바람직하게는 두께가 약 0.1 내지 약 2mm, 더욱 바람직하게는 약 0.3 내지 약 1mm이다.

생리대의 한 예는 본 발명의 흡수성 구조체의 패드; 소수성 상부 쉬이트; 및 유체 불투과성 하부 쉬이트를 포함한다. 상부 쉬이트 및 하부 쉬이트는 흡수성 구조체의 맞은편 측부에 둔다. 임의로는, 흡수성 구조체를 외피 티슈로 포장한다. 상부 쉬이트, 하부 쉬이트 및 외피 티슈용으로 적합한 물질은 당해분야에 널리 공지되어 있다. 생리대 및 이에 사용하기에 적합한 물질은 미합중국 특허 제3,871,378(특허일 : 1975. 3.18; Duncan 등)에 더욱 상세히 설명되어 있다.

[수행능 실험]

A. 격리시험(Partitioning Test)

흡수성 구조체의 샘플을, 보다 상세히 후술하는 격리시험(Partitioning test)에 수행한다. 이 시험은 액체 하중이 낮은 조건 및 높은 조건 둘다에서 종래의 셀룰로우즈 섬유상 웨브와 비교하여 흡수성 구조체의 흡수성 성능을 측정하려고 고안한 것이다. 흡수 액체는 ＂합성 소변＂(증류수중의 1% NaCl 용액)이며; 용액의 표 면장력은 약 0.0025% 옥틸페녹시 폴리에톡시 에탄올 계면활성제(Triton X-100, Rohm and Hass Co.의 제품)로 45yne/cm로 조정한다. 이 시험은 흡수성 구조체를 기저귀의 흡수성 심재로서 사용하는 경우의 전형적인 사용 조건하에서의 흡수능을 예견하는 것으로 밝혀졌다.

흡수성 구조체는, 소정량의 하이드로겔 입자를 남부 침엽수 벌목 소나무 섬유(southern×oft×lash pine fiber)를 함유하는 기류내로 혼입시키고; 혼합물을 와이어 메시 스크린상에서 공기배향시키고 생성된 웨브를 캘린더를 사이에서 필요한 밀도로 치밀화시킴으로써 제조한다. 구조체는 단위중량이 0.04g/cm²이다. 동일한 장치상에서, 또한 단위중량이 0.04g/cm²인 남부 침엽수 벌목 소나무 섬유의 웨브를 제조하고 0.1g/cm²의 밀도로 캘린더링시킨다. 어떠한 하이드로겔 입자도 후자의 웨브에 첨가하지 않는다. 후자의 웨브는 모든 시험에서 대조로서 사용된다. 직경이 6cm인 원형샘플은, 격리시험용 흡수성 물질로 쉬이트로부터 펀칭시킨다.

격리시험은 다음과 같이 수행한다. 즉, 폴리에틸렌 쉬이트(통상, 1회용 기저귀의 지지 쉬이트로서 사용된 종류의 물질) 조각을 편평한 비흡수성 표 면상에 둔다. 시험하려는 흡수성 구조체의 원형 샘플(직경 : 6cm)을 지지 쉬이트상에 둔다. 그 상부에 통상, 1회용 기저귀에서 외피 티슈로서 사용하는 유형의 종이 티슈 조각을 둔다. 외피 티슈의 상부상의 대조물질(남부 침엽수 벌목 소나무 섬유상의 웨브, 밀도 0.1g/cm³) 샘플을 둔다. 4.4파운드(약 2kg)의 분동을 가중시킨 또다른 지지 쉬이트 조각으로 덮힌 상부의 샘플을 소정량(약 1g)의 합성소변으로 습윤시킨다. 이 분동은 1psi(약 70×10³N/m²)의 제한압력을 나타낸다. 5분의 평형시간이 지난 후, 분동을 제거하고 흡수성 물질의 두 샘플을 각각 측량한다. 흡수성 물질 1g당 흡수된 합성소변의 양(g)으로서 정의된 ＂하중＂은 각각의 샘플에 대하여 계산된다. 이어서, 샘플에 추가의 합성소변을 가하고, 다시 제한중량하에 둔 다음, 평형시키고, 측량한다. 이것을 수차례(전형적으로는 8내지 10회정도)반복하여, 광범위한 전체 하중에 대한 시험물질의 상대적인 흡수능을 수득한다. 이어서, 하부의 시험층의 하중은 대조물질인 상부층에서 하중의 함수로서 나타낸다.

특히 흥미있는 것은 대조물질의 하중이 각각 2.0g/g 및 4.5g/g인 지점에서의 시험층의 하중이다. 대조물질의 하중이 4.5g/g이 지점에서의 시험층의 하중은, 시험물질을 1회용 기저귀의 심재로서 사용하는 경우 통상적인 사용에 있어서 하중의 실패를 예견할 수 있는 것으로 밝혀졌다. 대조층의 하중이 2.0g/g인 지점에서의 시험층의 하중은 전형적인 사용조건하에서의 기저귀의 하중을 나타낸다. 본 명세서에 기재된 모든 실험결과는 2회 혹은 3회의 시험을 통한 평균결과이다.

B. 흡수/배출 시험

흡수성 구조체의 흡수특성은 이의 ＂합성소변＂ 흡수 및 배출작용에 의해 측정된다. 기본절차 및 장치구조는 본 명세서에 참조로 인용되는 문헌[참조 : Burgeni ＆amp; Kapur, ＂Capillary×orption Equilibria in Fiber Masses＂, Textile Research Journal, 37, 362(1967)]에 기술되어 있다. 시험은 흡수역학을 측정하는데 특히 유용하다.

길이가 약 120cm인 수평한 모세관으로 이루어진 흡수장치는 밸브에 의해 유체 저장기에 연결시킨다. 모세관 단부는 타이곤 튜빙(tygon tubing)시킴으로써, 흡수성 웨브샘플이 놓여져 있는 ASTM 4 내지 8마이크론 프릿(frit)을 포함하는 깔대기에 연결시킨다. 상기 유리 프릿 깔대기는 수직 지주상에 장착시킨다. 모세관 상부의 프릿 높이는 샘플상에 가해지는 유체정력학적(hydrostatic) 흡입력을 결정한다. 전형적인 흡수/배출 실험에서, 흡수성 합성소변의 체적은 100cm(-100cm의 유체정력학적 압력에 상당하는)에서 출발하는 유체정력학적 흡입력의 함수로서 결정한다.

단순화된 시험은 흡수성 웨브의 유용한 흡수능을 측정하기 위하여 개발되었다. 이 시험에서, -25cm 유체정력학적 압력에서 흡수된 체적을 측정한다(＂25cm,흡수＂). 그후, 샘플을 포함하는 프릿을 0의 유체정력학적 입력으로 저하시키고, 흡수된 체적의 평형값을 측정한다.(＂0cm,공극체적＂). 이어서, 프릿을 다시 25cm 지점으로 상승시키고, -25cm에서 배출형태로 흡수된 체적을 측정한다(＂25cm,배출＂).

C. 거얼리 강성(Gurley×tiffness) 시험

흡수성 구조체의 강성은 거얼리 강성 시험기(미국 뉴욕 트로이에 소재한 W. and L.E. Gurley의 제품)를 사용하여 측정한다. 이 시험기의 사용은 본원중 참조로서 인용된 미합중국 특허 제4,354,901호(특허일 : 1982.10.19; Kopolow)에 기재되어 있다. 본질적으로, 이 장치는 한쪽 단부가 고정되어 있고 나머지 단부에 하중이 가해지는 특정한 칫수의 물질의 스트립(strip)을 소정치만큼 편향시키는데 필요한 외력(外力)을 측정한다. 결과는 ＂거얼리 강성치＂로서 g의 단위로 수득한다. 각각의 흡수성 물질 스트립은 3.5인치×1인치(약 8.9cm×2.5cm)이다. 본 발명의 흡수성 구조체는 단위중량이 0.03g/cm²인 스트립상에서 측정하는 경우, 거얼리 강성치가 2g미만, 바람직하게는 약 1g미만이다.

[실시예 1]

흡수성 구조체의 격리 수행능에 대한 섬유/하이드로겔 비의 효과를 시험하기 위하여, 하기의 흡수성 구조체를 제조한다.

남부 침엽수 벌목 소나무 섬유를 중량 평균 입자 크기가 약 250마이크론인 아크릴산 그래프트화 전분 하이드로겔(＂Sanwet IM 1000＂, 일본 소재의×anyo Co., Ltd.의 제품)과 100 : 0(즉, 하이드로겔이 없음), 95 : 5, 90 : 10, 85 : 15 및 80 : 20의 섬유/하이드로겔비로 무수 색 혼합시킨다. 칫수가 41×30cm이며, 단위중량은 390g/cm³인 웨브를 뱃치형 공기배향장치내에서 제조한다. 웨브는 편평한 수압식 프레스를 사용하여, 1.3mm의 두께에 상응하는 0.3g/cm²의 건조 밀도로 압축시킨다.

이들 웨브의 샘플을 전술한 격리 시험을 수행하여, 하기의 결과를 수득한다.

[표 1]

[표 2]

자료에 의해, 동일한 밀도의 모든 섬유 구조체에 비해, 광범위한 조건에 걸쳐 본 발명의 흡수성 구조체에 의해 수득되는 흡수능이 극적으로 증가됨을 알 수 있다.

[실시예 2]

비교하기 위하여, 흡수성 구조체는 미합중국 특허 제4,354,901(특허일 : 1982.10.19; Kopolow)에 기술된 습윤 배향법을 이용하여 하기와 같이 제조한다 : 남부지방의 벌목 소나무 목재펄프섬유와 아크릴산 그래프트화 전분 하이드로겔 물질(Sanwet IM 1000, 일본 소재의×anyo Co., Ltd.의 제품)과의 혼합물(섬유/하이드로겔비=80 : 20)을 0.7%의 컨시스턴시(consistency)로 물에 슬러리화시킨다. 웨브는 슬러리를 와이어 메시 스크린상에서 스트레인시켜 형성한다. 슬러리의 양은 0.034g/cm³의 단위 중량을 얻을 수 있을 정도이다. 웨브를 100^oC 오븐내에서 건조시킨다. 건조된 웨브의 밀도는 약 0.2g/cm³이다. 이어서, 웨브를 수압식 프레스로 0.38g/cm³의 밀도로 압축시킨다. 생성된 구조체는 뻣뻣하며 판상형(board-like)이다.

이 샘플의 흡수능은 전술한 격리시험으로 측정한다. 결과는 본 발명의 방법에 따라 제조한 공기 배향된 구조체의 결과와 비교한다(표 3).

[표 3]

1) 구조체 둘다의 밀도는 0.3g/cm²이다.

2) 본 발명의 방법에 따르는.

3) 미합중국 특허 제4,354,901호에 기술된 바와 같은 방법.

자료에 의해 본 발명의 방법에 의한 흡수성 구조체는 습윤 배향법에 의해 제조된 흡수성 구조체보다 흡수 특성이 훨씬 우수함을 알 수 있다.

[실시예 3]

전술한 공기 배향법으로 다음의 구조체를 제조한다 :

전체가 섬유(남부 벌목 소나무)로만 된 밀도 0.1g/cm³의 웨브(샘플A), 전체가 섬유(남부 벌목 소나무)로만 된 밀도 0.3g/cm³의 웨브(샘플B), 밀도 0.3g/cm³인 섬유(남부 벌목 소나무)/하이드로겔 구조(섬유/하이드로겔비=80 : 20)(샘플C). 하이드로겔은 실시예 1 및 2에서 사용한 것과 동일하다. 모든 구조체는 부드럽고 가요성이 있다.

이들 샘플의 격리수행능은 전술한 격리시험을 사용하여 측정하며, 단 평형시간은 1분이다.

[표 4]

* 본 발명에 따르는 구조체.

격리 자료에 의해, 전체가 섬유로만 된 구조체(A-B)를 치밀화시키면 저하중에서는 격리 수행능이 커지지만(심지 특성이 더욱 양호하기 때문에), 고하중에서는 수행능이 작아짐을 알 수 있다(감소된 공극 체적에 기인). 고밀도(0.3g/cm³)의 80 : 20 섬유-하이드로겔 혼합물(샘플C)은 격리 특성이 저하중 및 고하중 모두에서 대단히 우수하다.

[실시예 4]

상이한 유형의 하이드로겔 입자를 함유하는 흡수성 구조체는, 건조한 하이드로겔 입자를 남부 침엽수 벌목 소나무 섬유의 유도내로 혼입시킴으로써 제조한다. 모든 하이드로겔 샘플은 중량 평균 입자 크기가 100마이크론 내지 1mm이다. 혼합물은 와이어 스크린 상에서, 단위 중량이 약 0.035g/cm²인 쉬이트로 형성된다. 쉬이트를 0.3g/cm³의 건조 밀도로 압축시킨다.

쉬이트 각각의 격리 수행능은 전술한 격리 시험으로 시험한다. 결과를 표 5에 기재한다.

[표 5]

1) A-100, Grain Processing의 제품.

2) A-200, Grain Processing의 제품.

3) J-550, Grain Processing의 제품.

4)×GP 147, 미국 Henkel의 제품.

5)×GP 502SB, 미국 Henkel의 제품.

6) Akucell 3019, 독일 Enka의 제품.

7) Foxorb 15, 프랑스 Avebe의 제품.

8)×anwet IM 1000, 일본×anyo의 제품.

9) KI Gel 201, 일본 Kuraray의 제품.

결과로부터, 치밀화된 친수성 섬유상 웨브내에 하이드로겔 입자가 존재함으로써 저하중 및 고하중 조건 모두에서 격리능이 상당히 증가함을 알 수 있다.

유사한 구조체는 남부 침엽수 크래프트(Kraft) 펄프 섬유를 활엽수 크래프트 펄프 섬유, 열-화학적 기계적 침엽수 섬유, 유칼립투스 크래프트 펄프 섬유, 목화 섬유, 폴리에스테르 섬유로 대체하여 제조한다. 실질적으로 유사한 결과를 수득한다.

[실시예 5]

흡수성 구조체는 실시예 1에 기재한 뱃치형 공정으로 제조한다. 남부 침엽수 크래프트 펄프 섬유는 아크릴산 크래프트화 전분 하이드로겔(＂Sanwet IM 1000, 일본 소재의×anyo Co., Ltd.의 제품)과 혼합하여 사용한다. 이 유형의 하이드로겔은 합성 소변에 대한 포화능이 약 25배이다.

각종 섬유/하이드로겔비의 샘플을 제조한다. 이들 샘플의 합성 소변 흡수 역학은 전술한 흡수/배출 장치에서 연구한다. 이 시험에 사용한 합성 소변은 증류수중의 1% NaCl, 0.06%의 MgCl₂·6H₂O, 및 0.03% CaCl₂2H)의 용액이고; 용액의 표 면 장력은 약 0.0025%의 옥틸 페녹시 폴리 에톡시 에탄올 계면활성제(＂Triton X-100＂, Rohm and Haas Co.의 제품)으로 45dyne/cm로 조정한다. 모든 흡수성 구조체는 밀도가 0.3g/cm³이고, 단위 중량은 약 0.04g/cm²이다. 모든 흡수 역학은 1psi(약 70×10³N/m²)의 제한압력하에서 측정하며, 이것은 기저귀에 사용하는 실생활 조건에 거의 근접한다.

[표 6]

자료에 의해, 하이드로겔의 양이 증가함으로써 평형 흡수능이 증가함을 알 수 있다. 그러나, 자료에 의해, 하이드로겔의 양이 증가할수록 평형 흡수능에 도달하는 속도도 역시 점차 느려짐도 알 수 있다.

이 특정한 섬유-하이드로겔 시스템에 대한 최적 섬유/하이드로겔비는 이들 시험 조건하에서 약 75 : 25인 것으로 나타난다.

유사한 결과는 0cm-공극 체적 흡수 역학으로 수득하지만, 흥미롭게도 상이하다(포7). 이들 시험 조건하에서는 심지 특성이 거의 중요하지 않기 때문에, 흡수성 구조체의 상대적인 수행능이 이들 구조체의 평형 흡수능에 의해 상당한 정도로 측정된다. 또한, 흡수 역학이 매우 불량한(즉, 40 : 60의 섬유/하이드로겔비) 구조체는 0cm의 유체 정력학적 압력 조건하에서 조차 61 : 39 및 53 : 47의 섬유/하이드로겔 샘플보다 60분의 시간에서 결함을 나타낸다.

[표 7]

＂합성 소변＂에 대한 포화능이 약 10배인, 유사 샘플을 남부 침엽수 크래프트 펄프 섬유 및 하이드로겔로 제조하는 경우, 흡수능은 각각의 섬유/하이드로겔비에 대하여 표 7에서 보다 낮을 것이다. 그러나, 이들 혼합물에 있어서는, 포화능이 25배인 상기 하이드로겔로 수득한 결과와 상반되게도, 40 : 60의 섬유/하이드로겔비는 5분 및 10분의 평형 시간에서 50 : 50의 섬유/하이드로겔비보다 양호하게 수행되는 것으로 예상된다.

[실시예 6]

흡수성 구조체는 실시예 1에 기재한 바와 같이, 본 발명의 방법에 따라 제조한다. 섬유/하이드로겔 중량비는 80 : 20이다. 이들 구조체의 거얼리 강성치를 측정한다. 비교하기 위하여 미합중국 특허 제4,354,901호에 기술된 습윤 배향법에 따라 제조한 구조체(참조 : 실시예 2)의 거얼리 강성치를 치밀화 단계의 전후에 측정한다(표 8).

[표 8]

이 자료에 의해, 습윤 배향된 구조체의, 초기에는 상당히 높은 거얼리 강성치는 구조체를 미합중국 특허 제4,354,901호에 기재된 바와 같이 고밀도로 압축시킴으로써, 감소시킬 수 있음이 확인된다. 또한, 이 자료에 의해, 본 발명의 공기 배향된 구조체의 거얼리 강성치는 압축된 습윤 배향 구조체에서 보다 소숫점 한자리의 차이 정도로 낮고, 압축되지 않은 습윤 배향 구조체에서 보다는 소숫점 두자리 이하로 낮음을 알 수 있다.

[실시예 7]

본 발명에 따르는 흡수성 구조체를 사용하는 1회용 기저귀를 하기와 같이 제조한다 :

실시예 1에서와 같이 제조한 흡수성 구조체를 0.1psi(약 7×10³N/m²)의 제한압력하에서 측정하는 경우, 두께가 약 0.1cm이고 밀도가 약 0.3g/cm³이 되도록 캘린더링시킨다. 웨브를 12인치×16인치(약 30×40cm)의 패드로 절단한다. 패드를, 단위 중량이 약 121b/3000ft²(약 20g/m²)이고 기계방향으로의 건조 인장 강도는 약 700g/인치이며 기계와 교차하는 방향으로의 건조 인장 강도는 약 300g/인치인 습윤강도를 갖는 티슈지로 봉함한다.

이와 같이 봉합된 패드를, 용융 지수가 약 3이며 밀도는 약 0.92g/cm³인 엠보싱된 폴리에틸렌 필름으로된 13인치×17인치(약 33cm×43cm)의 지지 쉬이트에 접착시킨다. 지지 쉬이트의 단부를 봉함된 패드상부로 접어올려서 아교로 부착시킨다. 최종적으로, 흡수성 패드를 소수성이지만 물 및 소변을 통과시키는 물질(Webline No. F 6211, 미국 매사츄세츠주 월폴시 소재의 Kendall Co.의 제품, 아크릴계 라텍스와 결합된 부직 레이온으로 구성된)로 된 상부 쉬이트로 감싼다.

기저귀는 물 및 합성 소변에 대한 흡수성, 심지 특성, 및 보유성이 우수하다.

[실시예 8]

본 발명에 따른 흡수성 구조체를 사용하는 생리대는 하기와 같이 제조한다 :

실시예 1에서와 같이 제조한 흡수성 구조체는 0.1psi(약 7×10³N/m²)의 제한 압력하에서 측정하는 경우 약 0.07cm의 두께 및 약 0.4g/cm³의 밀도로 캘린더링시킨다.

웨브는 말단이 가늘어진 8인치×2인치(약 20cm×50cm)의 패드로 절단한다. 이 패드의 상부에 5인치×2인치(약 13cm×5cm)의 두 번째 패드(직사각형)를 둔다. 조합된 패드 구조체는 엠보싱된 두께가 2.3mil인 엠보싱된 경질 폴리에틸렌으로 된 방수성 지지 쉬이트(8인치×2인치, 가늘어진) 맞은편에 둔다. 구조체는, 밀도가 약 0.03g/cm³이고 두께가 약 2.3mm이며 니들-펀칭된 3데니어의 폴리에스테르 부직포로 상부 쉬이트로 덮어준다. 이와 같이 덮어진 구조체를, 측정된 중량이 약 15g/m²인 소수성 방사 결합된 부직 폴리에스테르로 된 9인치×3인치(약 23cm×7.5cm)의 하부 쉬이트상에 둔다. 하부 쉬이트는 중첩된 쉬이트를 함께 결합하는 열 및 압력으로 상부로 접어올린다. 이와 같이하여 생성된 흡수성 구조체는 생리대로서 유용하며, 월경액을 흡수하고 보유하는 특성이 우수하다.

[실시예 9]

본 발명의 흡수성 구조체를 함유하는 기저귀는 실시예 7에서와 같이 제조한다. 동일 디자인의 대조용 기저귀는, 밀도가 0.3g/cm³인 흡수성 구조체의 대신에 밀도가 0.1g/cm³인 목재펄프섬유의 웨브를 사용하여 제조한다.

기저귀를 정상 유아에게 착용시킨다. 유아는 시험중에 기저귀를 착용한 채로 유아원에서 놀도록 한다. 기저귀는 유아가 누출할 때까지 계속 착용시킨다. 시험을 가속시키기 위하여, 소정량의 합성 소변을 기저귀에 미리 하중시킨다.

누출한 후, 기저귀를 벗기고 흡수된 유체의 양을 측정한다. 흡수성 물질 1g당 누출될 때까지 흡수된 유체의 양(g)으로 정의되는 하중 X를 계산한다. 결과는 표 9에 나타낸다.

종래 기저귀의 흡수성 심재(샘플 A,G 및 I)는 누출시 자체 중량의 약 5배의 유체를 함유한다. 본 발명의 흡수성 구조체는 누출시 자체 중량의 8.0내지 12.7배의 유체를 함유한다. 또한, 자료에 의하면, 본 발명은 기저귀의 흡수능을 유지하면서 기저귀 심재의 체적을 1/7(종래의 공기 펠트 기저귀 심재보다)까지 감소시킬 수 있음을 알 수 있다(샘플 J를 샘플 A, G 및 I와 비교한다).

[표 9]

이와는 달리, 기저귀 심재의 부피를 1/7미만으로 감소(예 : 샘플B,C 및 D에서 1/4; 샘플F에서 1/5; 또는 샘플E 및 H에서 1/6)시키고도 흡수능은 종래의 1회용 기저귀보다 실질적으로 증가한다.

[실시예 10]

본 명세서에서 참조로 인용한 미합중국 특허 제3,860,003호(특허일 : 1975. 1.14; Buell)에 기술된 바와 같이 기저귀를 제조하며, 단 문헌에 기재된 흡수성 본체(예 : 공기 배향된 목재 펄프로 제조한) 이외에 본 발명의 모래시계형 흡수성 구조체를 흡수성 본체와 지지 쉬이트 사이에 삽입한다. 흡수성 구조체는 실시예 1에 기술한 바와 같이 제조한다. 단위 중량은 0.035g/cm³이고, 밀도는 0.3g/cm³이며, 생성되는 두께는 1.17mm이었다.

[실시예 11]

본 명세서에서 참조로 인용한 미합중국 특허 제3,860,003호(특허일 : 1975. 1.14; Buell)에 기술된 바와 같이 기저귀를 제조한다. 침엽수 펄프로 된 모래시계형 심재는 길이가 15.5인치(약 40cm)이고, 가장자리의 폭이 10.5인치(약 27cm)이며, 중심에서의 두께는 3.75인치(약 9.5cm)이다.

본 발명의 흡수성 구조체는 실시예 1의 방법을 이용하여, 침엽수 섬유, 및 중량 평균 입자 크기가 약 25마이크론인 아크릴산 그래프트화 전분 하이드로겔(＂Sanwet IM 1000＂, 일본소재의×anyo Co., Ltd의 제품)을 85 : 15의 섬유/하이드로겔비로 제조한다. 흡수성 구조체는 단위 중량이 0.12g/인치(0.019g/cm²)이고, 두께는 0.03인치(0.076cm)이며, 0.25g/cm³의 밀도에 상응한다. 구조체를 외피 티슈로 된 쉬이트로 덮고, 3.5인치×15.5인치(약 9×40cm)의 크기로 절단한다. 구조체를 전술한 기저귀내의 모래시계형 심재와 폴리에틸렌 지지 쉬이트 사이에 길이 방향으로 삽입하며, 외피 티슈는 모래시계형 심재 맞은편에 둔다.

추가의 기저귀는, 흡수성 구조체 삽입체의 크기가 2.25×15.5인치(약 6×40cm)인 것을 제외하고는 동일한 방법으로 제조한다.

삽입체는 기저귀의 소변 흡수능을 상당히 상승시킨다.

[실시예 12]

종래의 제지공정으로부터 수득한 침엽수 섬유의 건조한 랩(drylap)에, 다음 일반식의 4급 암모늄 화합물의 10% 용액을 분무한다.

상기식에서, n 및 m은 2내지 10의 정수이며, R₁은 알킬아릴이고, R₂는 C_1-6알킬이다(＂Berocell 579＂, 미국 LA 소재의 Berol Chemicals, Inc.의 제품).

건조 랩은 건조한 섬유 1kg당 용액 10g의 비율로 분무하며, 이것은 섬유상의 0.1% 4급 암모늄 화합물에 상응한다. 이어서, 건조 랩을 붕해시키고, 섬유를 중량 평균 입자 크기가 약 250마이크론인 아크릴산 그래프트화 전분 하이드로겔(＂Sanwet IM 1000＂, 일본 소재의×anyo Co., Ltd.의 제품)과 80 : 20의 섬유/하이드로겔비로 혼합한다.

섬유-하이드로겔 혼합물로부터, 단위 중량이 0.13g/인치²(약 200g/cm²)인 공기 배향된 웨브를 형성한다. 웨브를 약 0.2g/cm³의 밀도로 캘린더링시키며, 이것은 약 0.038인치(약 2mm)의 두께에 해당한다. 이렇게하여 수득한 흡수성 구조체는 흡수 특성 및 유연성이 우수하다. 유사한 구조체는 4급 암모늄 화합물의 대신에 비이온계 및 음이온계 유연화제를 사용하여 제조한다. 실질적으로 특성이 유사한 구조체를 수득한다.

4급 암모늄 화합물을 함유하는 웨브를 117/8×16인치(약 30×41cm)의 패드로 절단한다. 패드는 실시예 7에 기술한 바와 같은 1회용 기저귀의 제조에 사용한다.

Claims (21)

1. 친수성 섬유와 수불용성 불연속 가교-결합된 중합성 하이드로겔 입자와의 공기-배향된 실질적인 무수 혼합물을 포함하며, 섬유/하이드로겔의 중량비가 약 30 : 70 내지 약 98 : 2이고, 밀도는 약 0.15 내지 약 1g/cm³이며, 수분 함량은 무수 흡수성 구조체의 약 10중량%미만이고, 거얼리 강성치(Gurley×tiffness value)가 2g미만인, 실질적으로 결합되지 않은 가요성 흡수성 구조체.
2. 제1항에 있어서, 섬유/하이드로겔의 중량비가 약 50 : 50 내지 약 95 : 5인 흡수성 구조체.
3. 제1항에 있어서, 섬유/하이드로겔의 중량비가 약 75 : 25 내지 약 90 : 10인 흡수성 구조체.
4. 제1항에 있어서, 밀도가 약 0.15 내지 약 0.6g/cm³인 흡수성 구조체.
5. 제1항에 있어서, 밀도가 약 0.25 내지 약 0.44g/cm³인 흡수성 구조체.
6. 제1항에 있어서, 친수성 섬유가 목재 펄프 섬유인 흡수성 구조체.
7. 제1항에 있어서, 하기 일반식의 4급-암모늄 화합물의 친수성 섬유 약 0.01 내지 약 0.5중량%를 추가로 포함하는 흡수성 구조체.

   

   상기식에서 R₁및 R₂는 탄소수 약 8 내지 약 22의 하이드로카빌 그룹이며, R₃및 R₄는 C_1-6알킬이고, n 및 m은 2내지 약 10의 정수이며, X는 할로겐이다.
8. 제1항에 있어서, 하이드로겔 입자의 평균 입자 크기가 약 50마이크론 내지 약 1mm인 흡수성 구조체.
9. 제1항에 있어서, 하이드로겔 입자의 평균 입자 크기가 약 30마이크론 내지 약 4mm인 흡수성 구조체.
10. (a) 섬유/하이드로겔의 중량비가 약 30 : 70 내지 약 98 : 2이고, 수분 함량이 혼합물의 약 10중량%이하인, 친수성 섬유와 수불용성 가교-결합된 중합성 하이드로겔 입자와의 무수 혼합물을 웨브로 공기 배향(air-laying)시키고, (b) 이 웨브를 약 0.15내지 약 1g/cm³의 밀도 및 2g이하의 거얼리 강성치로 압축시키는 단계를 포함함을 특징으로 하여, 연속적인 가요성 흡수성 구조체를 제조하는 방법.
11. 제10항에 있어서, 친수성 섬유와 하이드로겔 입자와의 혼합물은 섬유/하이드로겔 중량비가 약 50 : 50 내지 약 95 : 5인 방법.
12. 제10항에 있어서, 친수성 섬유와 하이드로겔 입자와의 혼합물은 섬유/하이드로겔 중량비가 약 75 : 25 내지 약 90 : 10인 방법.
13. 제10항에 있어서, 웨브를 약 0.15 내지 약 0.6g/cm³인 밀도로 압축시키는 방법.
14. 제10항에 있어서, 웨브를 약 0.25 내지 약 0.4g/cm³의 밀도로 압축시키는 방법.
15. 제10항에 있어서, 친수성 섬유가 목재 펄프 섬유인 방법.
16. 제10항에 있어서, 가교-결합된 중합성 하이드로겔이 가수분해된 아크릴로니트릴 그래프트화 전분, 아크릴산 그래프트화 전분, 폴리 아크릴산염, 이소부틸렌과 무수 말레산과의 공중합체, 및 이들의 혼합물중에서 선택되는 방법.
17. 제10항에 있어서, 하이드로겔 입자의 평균 입자 크기가 약 50마이크론 내지 약 1mm인 방법.
18. 제10항에 있어서, 하이드로겔 입자의 평균 입자 크기가 약 30마이크론 내지 약 4mm인 방법.
19. 제1항에 있어서, 거얼리 강성치가 1g미만인 흡수성 구조체.
20. 목재 펄프 섬유와 수불용성 불연속 가교-결합된 중합성 하이드로겔 입자와의 공기 배향된, 실질적인 무수 혼합물을 포함하고, 섬유/하이드로겔의 중량비가 약 75 : 25 내지 약 90 : 10이며, 가교-결합된 중합성 하이드로겔이 가수분해된 아크릴로니트릴 그래프트화 전분, 아크릴산 그래프트화 전분, 폴리아크릴산염, 이소부틸렌과 무수 말레산과의 공중합체, 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹중에서 선택되고, 입자의 평균 크기가 약 50마이크론 내지 약 1mm이며, 밀도가 약 0.15 내지 약 0.6g/cm³이고 거얼리 강성치가 2g미만인 실질적으로 결합되지 않은 가요성 흡수성 구조체.
21. (a) 하이드로겔 입자의 평균 입자 크기가 약 50마이크론 내지 약 1mm이며, 가교-결합된 중합성 하이드로겔이 가수분해된 아크릴로니트릴 그래프트화 전분, 아크릴산 그래프트화 전분, 폴리아크릴산염, 이소부틸렌과 무수 말레산과의 공중합체 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹중에서 선택되는, 친수성 섬유와 수용성 가교-결합된 중합성 하이드로겔 입자를 중량비 약 75 : 25 내지 약 90 : 10으로 무수 혼합하고; (b) 단계(a)에서 수득된 혼합물을 웨브로 공기-배향시킨 후; (c) 웨브를 밀도 약 0.15 내지 약 0.6g/cm³및 거얼리 강성치 2g미만으로 압축시키는 단계로 이루어짐을 특성으로 하여, 실질적으로 결합되지 않은 가요성 흡수성 구조체를 제조하는 방법.