KR950002843B1 - 개별화된 가교결합 섬유의 제조 방법 및 이 방법으로 제조한 섬유 - Google Patents

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Description

개별화된 가교결합 섬유의 제조 방법 및 이 방법으로 제조한 섬유

본 발명은 개별화된 가교 결합 섬유의 제조 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 잔류하는 가교 결합제의 농도가 저하된 개별화된 가교 결합 섬유의 제조 방법에 관한 것이다.

실질적으로 개별화된 형태로 가교 결합된 섬유와 이러한 섬유를 제조하는 각종 방법은 형태로 가교 결합된 섬유와 이러한 섬유를 제조하는 각종 방법은 당해 기술 분야에서 기술되어 왔다.

"개별화된 가교 결합 섬유(individualized, cross1inked fibers)"라 함은 주로 섬유내의 화학적 가교 결합을 갖는 셀룰로오즈 섬유를 만한다. 즉, 가교 결합은 분리된 섬유의 셀룰로오즈 분자들 사이에서 보다는 주로 단일 섬유의 셀룰로오즈 분자들 사이에 존재한다. 개별화된 가교 결합 섬유들은 일반적으로 흡수성 제품에 적용하는데 유용한 것으로 본다. 일반적으로, 개별화된 가교 결합 섬유를 제조하는 방법으로서는 3가지종류가 발표되었다. 이 3가지 방법은 다음에 설명하는 바와 같이, 1) 건식 가교 결합법, 2) 수용액 가교 결합법 및 3) 비수용액 가교 결합법이다. 섬유 자체와 개별화된 가교 결합 섬유를 포함하는 흡수 구조는 일반적으로 종래의 가교 결합되지 않은 섬유에 비하여 하나 이상의 중요한 흡수 특성이 향상되었음을 보여준다.이러한 흡수성의 향상을 흡수 능력이라는 용어로 나타내는 경우가 종종 있다. 또한, 개별화된 가교 결합 섬유로 제조한 흡수 구조는 일반적으로 가교 결합되지 않은 섬유로 제조한 흡수 구조에 비하여 습윤 리질리언스(wet resilience)와 건조 리질리언스(dry resilience)가 증가되었음을 보여준다. 이하 "리질리언스(resilience)"라는 용어는 셀룰로오즈 섬유로 제조한 패드가 압축력이 이완될때 팽창된 원상태로 복귀될 수있는 능력을 뜻한다. 건조 리질리언스라 함은 특히 섬유가 거의 건조한 상태에 있는 동안에 가해진 압축력이 이완될때 흡수 구조가 팽창할 수 있는 능력을 뜻한다. 습윤 리질리언스라 함은 특히 섬유가 젖은 상태에 있는 동안에 가해진 압축력이 이완될때 흡수 구조가 팽창할 수 있는 능력을 말한다.

본 발명의 목적 및 내용의 일관성을 위하여, 습윤 리질리언스를 관찰하고 포화 상태로 습윤된 흡수 구조를 살펴보기로 한다.

건식 가교 결합 기술을 사용하여 개별화된 가교 결합 섬유를 제조하는 방법은 1965년 12월 21일자로 엘.제이. 버나딘(L. J. Bernardin)에게 허여된 미합중국 특허 제3,224,926호에 기술되어 있다. 개별화된 가교 결합 섬유는 팽윤된 섬유(swollen fiber)를 가교 결합제가 들어 있는 수용액 속에 침지시키고, 기계적 작용에 의하여 섬유를 탈수시키고 분쇄한 다음, 섬유가 실질적으로 개별 상태에 있는 동안 가교 결합이 수행되도록 섬유를 고온에서 건조시킴으로써 제조한다. 섬유는 본래 가교 결합되기 전에 탈수되기 때문에 팽윤되지 않고 붕괴된 상태에서 가교 결합된다. 미합중국 특허 제 3,224,926호에 예시된 방법으로서, 섬유가 팽윤되지 않은 붕괴된 상태에 있는 동안에 가교 결합이 일어나게 하는 방법을 "건식 가교 결합"섬유의 제조방법이라 한다. 건식 가교 결합 섬유는 유체 보유치(FRV)가 낮은 것이 특징이다. l969년 4월22일자로 알.정(R. Chung)에게 허여된 미합중국 특허 제3,440,135호에는 미합중국 특허 제3,224,926호에 기술된 바와 유사한 건식 가교 결합 공정을 수행하기 전에 섬유내의 결합 능력을 감소시키기 위하여 섬유를 가교 결합제가 들어 있는 수용액 속에 침지시키는 방법을 제안하였다. 약 16 내지 48시간이나 소요되는 이러한 시간 낭비적 예비 처리가 불완전한 섬유질화로 인한 니트(nit)함량을 감소 시킴으로써 제품의 품질을 향상시킨다고 주장한다.

수용액 가교 결합 섬유를 제조하는 방법은, 예를들면, 1966년 3월 22일자로 허여된 에이취. 스타이거(H.Steiger)의 미합중국 특허 제3,24l,553호에 기술되어 있다. 개별화된 가교결합 섬유는 가교 결합제와 촉매를 포함하는 수용액내에서 섬유를 가교 결합시킴으로써 제조한다. 이하에서는 이러한 방법으로 제조한 섬유를 수용액 가교 결합"섬유라 한다. 수용액 가교 결합 섬유는 셀룰로오즈 섬유에 대한 물의 팽윤 효과에 의하여 붕괴되지 않은 팽윤 상태에 있는 동안에 가교 결합된다.

미합중국 특허 제3,241,553호에 기술된 바와 같이, 수용액 가교 결합섬유는 건식 가교 결합 섬유에 비하여 유연성이 크고, 강성이 적으며, 유체 보유치(FRV)가 더 높은 것이 특징이다. 수용액 가교 결합 섬유로 제조한 흡수성 구조물은 건식 가교 결합 섬유로 제조한 패드에 비하여 습운 리질리언스와 및 전조 리질리언스가 더 낮게 나타난다.

1977년 7월 12일자로 에스. 산제니스(S. Sangenis), 지. 귀로이(G. Guiroy) 및 제이. 쿼어(J. Quere)에게 허여된 미합중국 특허 제 4,035,147호에는 섬유를 팽윤시키기에는 불충분한 양의 물을 포함하는 거의 비수성인 용액속에 탈수되고 팽윤되지 않은 섬유를 가교 결합제와 접촉시킴으로써 개별화된 가교 결합 섬유를 제조하는 방법이 기술되어 있다. 가교 결합은 섬유가 이러한 거의 비수성인 용액속에 존재하는 동안에 일어난다. 이러한 방법을 이후에는 비수용액 가교 결합법이라하며, 이 방법으로 제조한 섬유를 비수용액 가교결합 섬유라 한다. 미합중국 특허 제 4,035,147호에 기술된 비수용액 가교 결합 섬유는 당해 기술 분야의 전문가에게 팽윤제로서 공지된 용액과 장시간 접촉시키는 경우에도 팽윤되지 않는다. 이러한 섬유는 건식가교 결합 섬유와 같이 가교 결합에 의하여 강성이 커지며, 이와 같이 제조된 흡수성 구조물은 습윤성 리질리언스와 건식 리질리언스가 비교적 높다.

위에서 기술된 바와 같은 가교 결합 섬유는 기저귀(diaper)와 같은 저밀도 흡수 제품과 생리용품(catamenial)과 같은 고밀도 흡수 제품에 있어서도 유용한 것으로 밝혀졌다. 그러나, 이러한 섬유는 그 유해성과 비용이라는 관점에서 종래의 섬유보다도 상당한 상업적 성공을 거둘만큼 충분한 흡수성의 편익을 제공하지 못한다. 가교 결합 섬유의 상업적 매력도 안전상의 문제로 크게 저하된다. 문헌상 가장 널리 가교 결합제로 알려진 포름알데히드도 사람의 피부에 자극을 줄 뿐만 아니라 기타 안전상의 문제점을 많이 안고 있다. 피부에 대한 자극이나 기타 안전상의 문제점을 많이 안고 있다. 피부에 대한 자극이나 기타 안전상의 우려를 피할 수 있을 정도로 가교 결합 제품에 들어 있는 자유 포름알데히드를 충분히 낮은 수준까지 제거하는 것도 기술적 장벽과 경게적 장벽 모두로 인하여 방해 받아 왔다.

포름알데히드 이외의 가교 결합제로부터 제조된 가교 결합 섬유는 또한 사람 피부에 접촉되는 제품에 바람직한 가교 결합제의 잔류 농도보다 더 높은 농도를 가질 수 있다. 따라서, 가교 결합시킨 후 섬유 위의 불안정한 잔류 가교 결합제 농도를 감소시키는 방식으로 섬유를 처리하는 것이 바람직하다. 이를 수행하기위한 한 가지 방법은 가교 결합시킨 후 섬유를 물로 세척하는 것이다. 이러한 방법은 효과적이지만, 잔류하는 가교 결합제의 농도를 바람직하게 낮은 수준으로 저하시키지는 못한다. 또한, 이러한 가교 결합후의 세척 공정은 섬유의 세척 및 건조와 관련된 부가적인 자본 및 작업 비용을 필요로 한다.

본 발명의 목적은 위에서 기술한 바와 같이 사람의 피부와 접촉하여 안전하게 사용될 수 있고 시판될 수 있는 개별화된 가교 결합 섬유 및 이러한 섬유로부터 제조한 흡수 구조물을 제공하는 것이다.

본 발명의 추가의 목적은 잔류 가교 결합제의 농도를 저하시킴으로써 장비 및 관련된 조작 비용에 대한 자본 투자를 최소화 하는 개별화된 가교 결합 섬유의 제조 방법을 제공하는 것이다.

위에서 정의한 본 발명의 목적은 저하된 농도의 불안정한 잔류 가교 결합제를 갖는 개별화된 가교 결합섬유를 하기 공정을 실행하여 수득함으로써 성취할 수 있다. 이 공정은 a) 셀룰로오즈 섬유를 제공하고 이를 가교 결합제와 접촉시킨 후; b) 가교 결합제를 섬유간 결합이 사실상 존재하지 않는 섬유와 반응시켜 섬유내 가교 결합을 형성시킨 다음: c) 섬유를 알칼리성 용액으로 세척하는 단계를 포함한다.

가교 결합제는 C₂-C₈디알데히드, 하나 이상의 알데히드 그룹을 함유하는 C₂-C₈디알데히드 산 동촉체, 및 이러한 디알데히드 및 디알데히드 산 동족체와 올리고머로 이루어진 그룹으로부터 선택된 알데히드가교 결합제가 바람직하다.

섬유는 pH가 약 9이상의 알카리성 용액으로 세척하는 것이 바람직하다. 또한, 섬유를 바람직한 가교 결합제중의 하나의 충분량과, 셀룰로오즈 무수 글루코오즈 물 기준으로 계산하여 약 0.5% 내지 약 3.5%의 가교 결합제가 섬유와 반응되고 섬유의 보수치(water retention value)가 약 60미만으로 되도록 접촉시키는 것이 바람직하다.

놀랍게도, 본 발명에 따라 제조된 섬유는 충분히 표백된 섬유 위에서 수행된 또 다른 동일한 가교 결합과정으로 제조한 같은 농도의 가교 결합제를 갖는 섬유보다 보수치가 더 높다.

본 발명의 섬유로부터 제조한 상응하는 흡수성 구조물은 습윤 리질리언스 및 습윤화에 대한 반응성을 포함하는 개선된 흡수 특성을 갖는다.

본 발명에는 각종의 천연 셀룰로오즈 섬유들을 이용할 수 있다. 연목, 경목 또는 면 린터로부터 제조한 중해된(digested) 섬유를 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 에스파르토그래스(Espado gras), 버개스(bagase), 조모(kemp), 아마(fIax), 기타의 목질(ligneous) 및 셀룰로오즈 섬유 공급원으로부터 제조한 섬유를 본 발명에서 원료로 이용할 수 있다. 섬유는 슬러리 형태, 시이트(sheet)형태 또는 비시이트(unsheet) 형태로 공급할 수 있다. 습윤 랩, 건조 랩 또는 기타의 시이트 형태로 공급되는 섬유는 바람직하게는 섬유를 가교 결합제와 접촉시키기 전에 시이트를 기계적으로 분쇄시킴으로써 비시이트 형태로 만드는 것이 바람직하다. 또한, 섬유는 젖은 상태 또는 습윤 상태로 제공하는 것이 바람직하며, 전혀 전조되지 않은 섬유가 가장 바람직하다. 건조 랩의 경우에는 섬유에 대한 손상을 최소화하기 위하여 섬유를 기계적으로 분쇄시키기 전에 습윤시키는 것이 유리하다.

본 발명과 관련하여 사용하는 최적의 섬유 공급원은 의도하는 특별한 최종 용도에 따라 다르게 된다. 일반적으로, 화학적 펄프화 공정을 사용하여 제조하는 펄프 섬유가 바람직하다. 완전 표백 섬유, 부분 표백섬유 및 비표백 섬유를 모두 이용할 수 있다. 종종, 우수한 휘도(brightness)와 소비자의 기호에 따라 표백 펄프를 이용하는 것이 바람직할 수 있다. 이하에서 더 상세히 설명할 본 발명의 신규한 한가지 태양에있어서, 섬유는 부분적으로 표백하여 가교 결합시킨 다음, 완전히 표백한다. 기저귀, 위상 냅킨, 생리용품 및 기타 이와 유사한 흡수성 종이 제품용의 흡수성 패드 및 종이 타월과 같은 제품에 있어서는, 흡수 특성이 매우 우수한 남부 지방의 연목 펄프로부터 제조한 섬유를 이용하는 것이 특히 바람직하다.

본 발명에 적용할 수 있는 가교 결합제에는 C₂-C₈디알데히드와 이러한 디알데히드의 산 동족체가 포함되며, 여기서 산 동족체는 적어도 하나 이상의 알데히드 그룹과 이러한 디알데히드 및 산동족체의 올리고머를 갖는다. 이러한 화합물은 단일 셀룰로오즈 쇄 내에서나 단일 섬유내에 있는 거의 위치가 정하여진 셀룰로오즈 쇄 위에서 2개 이상의 하이드록실 그룹과 반응할 수 있다. 가교 결합제 분야의 전문가는 위에서 기술한 디알데히드 가교 결합제는 위에서 기술한 산 동족체 및 올리고머의 형태를 포함한 각종 형태로 존재하거나 반응할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 이러한 모든 형태가 본 발명의 범위 안에 포함된다는 것을 의미한다. 그러므로, 이하에서 특별한 가교 결합제라 함은 이러한 특별한 가교 결합제 뿐만 아니라 수용액속에 존재할 수 있는 기타 형태의 가교 결합제로 의미한다. 본 발명에서 사용할 수 있는 특정한 가교 결합제는 글루타르 알데히드, 글리옥살 및 글리옥실산이다. 글루타르 알데히드는 섬유에 고도의 흡수성과 리질리언스를 제공하고, 반응되고 가교 결합되는 상태에 있을 때에도 안전하고, 사람 피부에 자극을 주지 않으며, 가장 안정한 가교 결합을 제공하기 때문에 특히 바람직하다. 아세트알데히드 및 푸르푸랄과 같은 추가의 카복실 그룹을 갖지 않는 모노알데히드 화합물은 흡수성 구조물에 필요한 수준의 흡수 능력, 리질리언스 및 습윤화에 대한 반응성을 제공하는 것으로 밝혀지지는 않았다.

종전에 실시한 가교 결합 수준보다 더 낮은 가교 결합 수준에서 우수한 흡수성 패드 성능을 수득할 수 있음을 발전하게 되었다. 일반적으로, 셀룰로오즈 무수 클루코오즈 물을 기준으로 계산하여, 섬유와 반응하는 가교 결합제 약 0.5% 내지 약 3.5물 %를 갖는 개별화된 가교 결합 섬유로 제조한 흡수성 패드에 있어서 예상외로 양호한 결과가 얻어진다.

가교 결합제는 개개의 섬유 구조의 내부로 침투할 수 있는 조건하에 액체 매질내에서 섬유와 접촉하는 것이 바람직하다. 그러나, 섬유가 개별화되고 부풀은 형태로 있는 동안에 이를 분무하는 것을 포함한 기타의 가교 결합제 처리 방법도 본 발명의 범위 안에 포함된다.

일반적으로, 섬유는 가교 결합되기 전에 적합한 촉매와 접촉하게 된다, 촉매가 섬유와 접촉하는 유형, 양 및 방법은 실시하는 각 가교 결합 방법에 따라 달라진다. 이러한 변수들은 다음에 더 상세히 설명하기로 한다.

섬유가 일단 가교 결합제와 촉매로 처리되면, 가교 결합제는 사실상 섬유내 결합 없이, 즉 부풀지 않은 펄프 섬유에 비하여 섬유간 접촉의 발생 빈도가 낮게 유지되는 동안 또는 섬유가 섬유내 결합, 특히 수소 결합의 형성을 촉진시키지 않는 용액내에 침지되어 있는 동안 섬유와 반응을 일으킨다. 이로 인하여 성질상 섬유내에서 발생하는 가교 결합이 형성된다. 이러한 조건하에서, 가교 결합제가 반응하여 단일 셀룰로오즈 쇄의 하이드록실 그룹들 사이에서 또는 단일 셀룰로오즈 섬유의 근접 위치하는 셀룰로오즈 쇄의 하이드록실 그룹들 사이에서 가교 결합이 형성된다.

본 발명의 범위를 제한하려는 의도는 아니지만, 가교 결합제는 셀룰로오즈의 하이드록실 그룹과 반응하여 헤미아세탈 및 아세탈 결합을 형성하는 것으로 밝혀졌다. 안정한 가교 결합을 제공하는 바람직한 결합 형태로 밝혀진 아세탈 결합의 형성은 산성 반응 조건하에서 촉진된다. 따라서, 본 발명의 목적을 위해서는 산촉매 가교 결합 조건이 매우 바람직하다.

섬유는 가교 결합제가 섬유와 반응하기 전에 "보풀(fluff)"로서 공지된 저밀도의 개별화된 섬유 형태로 기계적으로 해섬(defirating)시키는 것이 바람직하다. 기계적 해섬 공정은 현재 본 기술 분야에서 공지되어있거나, 이후에 알려진 수 있는 각종 방법으로 수행하는 것이 바람직하다, 기계적 해섬은 매듭 형성과 섬유의 손상을 최소화하는 방법으로 실시하는 것이 바람직하다. 셀룰로오즈 섬유를 해섬시키는데 특히 유용한것으로 판명된 한가지 장치는 l976년 10월 26일자로 디.알. 무어(D. R. Moore)와 오. 에이. 쉴즈(O.A. Shields)에게 허여된 미합중국 특허 제 3,987,968호에서 기술된 3단계 플러핑 장치이며, 이 특허는 본발명에서 참고 문헌으로 삽입되어 있다. 동 특허 문헌에 기술된 플러핑 장치는 습기가 있는 셀룰로오즈 펄프 섬유를 기계적 충격, 기계적 교반, 공기 교반 및 한정된 양의 공기 건조 등의 단계를 거쳐 사실상 매듭이 없는 보풀을 생성시킨다. 개별화된 섬유는 이러한 장치에 의하여 섬유에 고유하게 존재하는 자연적인 커얼(curl)과 트위스트(twist) 보다 커얼과 트위스트가 더 많아진다. 이러한 추가의 커얼 및 트위스트는 가공된 가교 결합 섬유로 제조한 흡수성 구조물의 리질리언스를 향상시키는 것으로 밝혀졌다.

셀룰로오즈 섬유를 해섬시키는데 적용할 수 있는 기타의 방법에는 이에 제한되지는 않지만 워링 배합기(Waring blenber)에 의한 처리 및 섬유를 회전하는 디스크 리파이너(disk refiner) 또는 와이어 브러쉬(wire brush)와 접선적으로 접촉시키는 방법 등을 포함한다. 섬유를 실질적으로 개별화된 형태로 분리시키는 것을 돕기 위하여 이러한 해섬 과정 도중에 기류를 섬유쪽으로 흘려보내는 것도 바람직하다.

보풀을 형성시키는데 이용하는 기계 장치의 여하를 불문하고, 섬유는 최초에 약 20%이상의 수분, 바람직하게는 약 40 내지 약 60%의 수분이 포함되어 있는 동안에 기계적으로 처리하는 것이 바람직하다.

기계적 해섬의 결과로 부여된 커얼이나 트위스트 이외에, 섬유에 커얼이나 트위스트를 추가로 제공하기 위하여 조도(consistency)가 높은 또는 부분 건조된 섬유를 기계적으로 정련하는 방법도 사용할 수 있다.·

본 발명에 따라 제조한 섬유는 강성과 리질리언스의 독특한 조합을 갖는데, 이러한 섬유로 제조한 흡수성 구조물은 고도의 흡수성을 유지하며 고도의 리질리언스와 건조된 압축 흡수성 구조물의 습윤에 대한 팽창반응성을 보인다. 가교 결합 섬유는 이미 설명한 범위의 가교 결합 수준을 갖는 것 이외에도, 화학적으로 펄프를 만드는 종래의 제지용 섬유에 비하여 약 60미만, 바람직하게는 약 25 내지 45의 보수치(WRV)를 갖는 것이 특징이다. 특정한 섬유의 WRV는 가교 결합시의 섬유의 팽윤도와 가교 결합의 수준을 나타낸다. 당해 기술 분야의 전문가들은 섬유가 가교 결합 당시 팽윤이 증가함에 따라 소정 수준의 가교 결합에 대한 WRV가 그만큼 더 높아진다는 것을 이해할 것이다. 위에서 기술한 공지된 건식 가교 결합 방법에 의하여 생성된 것과 같은 고도로 가교 결합된 섬유는 WRV가 약 25미만, 일반적으로 20미만인 것으로 밝혀졌다. 사용되는 특정한 가교 결합 방법은 가교 결합 섬유의 WRV에 영향을 주는 것은 물론이다. 그러나, 가교 결합 수준과 WRV를 위에서 기술된 범위내로 만드는 특별한 방법은 본 발명의 영역내에 포함된다. 적용할 수 있는 가교 결합 방법에는 위에서 기술한 건식 가교 결합법과 비수용액 가교 결합법이 포함된다. 본 발명의 영역내에 포함되는 특정의 바람직한 건식 가교 결합법과 비수용액 가교 결합법을 더 상세히 설명하면 다음과 같다. 용액이 섬유를 고도로 팽윤시키는 수용액 가교 결합법은 WRV가 약 60을 초과하는 섬유를 생성시킨다. 이러한 섬유는 본 발명의 목적을 달성하기에는 불충분한 강성과 리질리언스를 제공한다.

특히, 건식 가교 결합법에 있어서, 개개의 가교 결합 섬유는 다량의 셀룰로오즈 섬유를 제공하고, 섬유의 슬러리를 위에서 기술한 종류와 양의 가교 결합제와 접촉시키고, 기계적으로 분리시키고, 예를들면, 섬유를 사실상 개별 형태로 해섬시키고, 섬유를 건조시키고, 가교 결합제가 촉매의 존재하에 섬유와 반응하도록 하여 섬유가 사실상 개별 형태로 유지되는 동안 가교 결합을 형성시킴으로써 제조할 수 있다. 해섬 단계는 건조 단계와는 별도로 추가의 커얼을 부여하는 것으로 밝혀졌다. 후속적인 건조에 의하여 섬유가 꼬이게 되며, 이러한 꼬임의 정도는 섬유가 기하학적으로 커일링(curling)되는 만큼 커진다.

본 발명에서, 섬유의 "커얼(curl)"이라 함은 섬유의 종축 부근의 섬유의 기하학적 만곡을 뜻하며, "꼬임 또는 트위스트"라함은 섬유의 종축의 수직 횡단면 둘레를 섬유가 회전하는 것을 말한다. 본 발명의 영역을 특별히 제한할 의도 없이 예시적인 목적만으로, 섬유 1mm당 평균 약 6개의 트위스트를 갖는 본 발명의 범위에 속하는 개별화된 가교 결합 섬유를 관찰하였다.

섬유를 건조 및 가교 결합시키는 동안 사실상 개별화된 형태로 유지하는 것은 섬유를 건조시키는 동안에 꼬이게 함으로써 꼬이고 커얼된 상태에서 가교 결합될 수 있게 한다. 섬유를 꼬이고 커얼될 수 있는 상태에서 건조시킨다는 것을 뜻한다. 한편, 섬유를 시이트 형태로 건조시키면 사실상 개별화된 형태로 건조시킨 섬유와 같이 꼬이거나 커얼되지 않고 건조된 섬유를 생성한다. 섬유간 수소 결합은 섬유의 트위스팅 및 커얼링의 상대적 발생을 제한"하는 것으로 밝혀졌다.

섬유를 가교 결합제 및 촉매와 접촉시키는 각종 방법이 있다. 한가지 양태에 있어서, 섬유는 먼저 가교결합제와 촉매를 모두 포함하는 용액과 접촉시킨다. 또 다른 양태에서는, 섬유를 가교 결합제의 수용액과 접촉시키고, 촉매를 첨가하기 전에 침지시킨다. 이후에, 촉매를 첨가한다. 세번째 양태에서는 가교 결합제와 촉매를 셀룰로오즈 섬유의 수성 슬러리에 첨가한다. 위에서 기술한 방법 이외의 방법들은 당해 기술 분야의 전문가들이 잘 알고 있으며, 따라서 본 발명의 범위에 포함된다. 섬유를 가교 결합제 및 촉매와 접촉시키는 특별한 방법에 관계없이, 셀룰로오즈 섬유, 가교 결합제 및 촉매는 섬유와 충분히 혼합되고/되거나 침지되게 함으로써 개별화된 섬유와 철저하게 접촉하고 함침되게 하는 것이 바람직하다.

일반적으로, 가교 결합 메카니즘을 촉매하는 물질은 어느 것이라도 이용할 수 있다. 적용할 수 있는 촉매에는 유기산과 산성염이 포함된다. 특히 바람직한 촉매는 염화 알루미늄, 염화마그네슘, 염화아연, 염화칼슘, 질산알루미늄, 질산마그네슘, 질산아연, 질산칼슘, 황산알루미늄, 황산마그네슘 및 황산칼슘과 같은 염이다. 바람직한 염의 한가지 특수한 예는 질산아연 6수화물이다. 기타의 촉매에는 황산, 염산 등과 같은 산과 기타의 무기산 및 유기산이 포함된다. 선택된 촉매는 단일 촉매제로 이용하거나, 하나 이상의 다른 촉매들과 함께 이용할 수 있다. 촉매제로서의 산성염과 유기산의 혼합물은 우수한 가교 결합 반응 효율을 제공하는 것으로 밝혀졌다. 질산아연 염과 유기산[예 : 시트산]의 촉매 혼합물의 경우 반응 완성도가 예기치않게 높다는 것이 관찰되었으며, 이러한 혼합물을 사용하는 것이 바람직하다. 무기산은 섬유가 용액내에서 가교 결합제와 접촉하고 있는 동안에 섬유의 pH를 조정하는데 유용하지만, 이를 1차 촉매로서 사용하지 않는 것이 바람직하다.

가교 결합제와 촉매의 최적 사용량은 사용하는 가교 결합제, 반응 조건 및 제품의 예상 용도 등에 따라 달라진다.

촉매의 바람직한 사용량은 가교 결합제의 종류 및 양, 반응조건, 특히 온도와 pH에 따라 달라진다. 일반적으로, 기술적 및 경제적 고려에 근거하여 셀룰로오즈 섬유에 첨가되는 가교 결합제의 중량을 기준으로 하여 약 10 내지 약 60중량%의 촉매 수준이 바람직하다. 예를들면, 사용하는 촉매가 질산아연 6수화물이고 가교 결합제가 글루타르알데히드인 경우에도, 첨가된 글루타르알데히드의 양을 기준하여, 약 30중량%의 촉매 수준이 바람직하다. 가장 바람직하게는 글루타르 알데히드의 중량을 기준으로 하여, 약 5% 내지 약30%정도의 유기산[예 : 시트르산]을 촉매로서 첨가한다. 가교 결합제와 섬유가 접촉되는 기간동안의 셀룰로오즈 섬유 슬러리 또는 가교 결합제 용액의 수성 부분의 목적 pH를 pH 2 내지 pH 약 5, 바람직하게는 pH약 2.5 내지 pH 약 3.5로 조절하는 것도 바람직하다.

셀룰로오즈 섬유는 일반적으로 탈수시키고, 임의로 건조시켜야 한다. 작업을 할 수 있는 최적 조도는 사용하는 플러핑 장치의 유형에 따라 달라진다. 바람직한 양태에 있어서, 셀룰로오즈 섬유는 탈수시키고 30내지 80%의 조도로 건조시키는 것이 가장 적합하다. 보다 바람직하게는 섬유를 탈수시킨 다음, 약 40 내지 약 60%의 조도 수준으로 건조시킨다. 섬유를 이와같이 바람직한 범위내로 건조시키는 것은 일반적으로 다량의 수분과 관련된 매듭들이 과도하게 형성되지 않고 소량의 수분과 관련된 섬유의 심한 손상없이 개별 형태로 섬유를 해섬시키는 것을 촉진시킨다.

예를들면, 탈수는 펄프를 기계적으로 압착, 원심분리 또는 공기 건조하는 것과 같은 방법으로 수행할 수 있다. 추가의 건조 공정은 장시간에 걸쳐 고온을 이용할 필요가 없는 조건하에서, 당해 기술분야에서 이미 공지된 공기 건조, 플래시 건조 등과 같은 방법으로 수행하는 것이 바람직하다. 이 단계에서 온도가 지나치게 높으면 가교 결합을 조기 개시시킬 수 있다. 약 160℃를 초과하는 온도는 2 내지 3초 이상 지속시키지 않는 것이 바람직하다. 기계적 해섬은 위에서 기술된 바와 같이 수행한다.

이후에, 해섬된 섬유를 유효 시간동안에 적합한 온도로 가열시켜서 가교 결합제를 경화, 즉 셀룰로오즈 섬유와 반응시킨다. 가교 결합의 속도 및 정도는 섬유의 건조도, 온도, 촉매와 가교 결합제의 양 및 종류, 가교 결합이 수행되는 동안 섬유를 가열 및/또는 건조하는데 이용하는 방법 등에 따라 달라진다. 특정 온도에 있어서의 가교 결합은 특정한 초기 함수율의 섬유를 정적 오븐(static oven)내에서 건조 및 가열하는 경우보다는 연속적으로 공기를 통하게 하여 건조시키는 경우에 더 고속으로 발생한다. 당해 기술분야의 전문가들은 가교 결합제를 경화시키는데 있어서, 다수의 온도-시간 관계가 존재한다는 것을 이해할 것이다. 정적대기상태하에서 약 30 내지 60분간에 걸친 종래의 종이 건조 온도[예: 120°F 내지 15°F]는 일반적으로 함수율이 약 5%이하인 섬유에 대하여 허용될 수 있는 경화 효율을 제공한다. 당해 기술분야의 전문가들은 고온과 공기 대류가 경화에 소용되는 시간을 단축시킨다는 사실도 알 것이다. 그러나, 섬유를 약 l60℃를 초과하는 고온에 노출시키면 섬유가 황변(yellowing)하거나 손상되기 때문에, 경화 온도는 약 160℃ 미만으로 유지하는 것이 바람직하다.

섬유가 완전히 건조된 경우(함수율이 약 5% 미만인 경우)에는 최대 수준의 가교 결합이 성취된다. 섬유는 이러한 수분의 부재로 인하여 사실상 팽윤되지 않는 통과된 상태에 있는 동안에 가교 결합된다. 따라서, 섬유는 본 발명에 적용할 수 있는 범위에 비하여 낮은 유체 보유치(FRV)를 갖는 것이 특징이다. FRV는 건조 섬유를 기준으로 하여 계산한 유체의 양으로서, 침지시킨 다음 원심 분리시켜 섬유내 유체를 제거한 섬유의 샘플이 흡수하고 남은 유체의 양을 뜻한다(FRV에 대한 정의와 FRV측정 절차에 관해서는 다음에 설명한다). 가교 결합된 섬유가 흡수할 수 있는 유체의 양은 포화시키는 경우, 다시 말하면 팽윤시 섬유의 내부 직경이나 용적이 최대 수준에 도달하는 경유에 팽윤 될 수 있는 능력에 따라 달라진다. 이는 가교 결합 정도에 따라 달라진다. 소정의 섬유와 방법에 있어서, 섬유내 가교 결합 수준이 증가함에 따라, 섬유의 FRV는 섬유가 습윤시에 더 이상 팽윤되지 않을때까지 감소된다. 따라서, 섬유의 FRV 값은 포화상태에 있는 섬유의 물리적 상태를 구조적으로 설명하는 것이다. 달리 명시하지 않는 한, 본 발명에서 기술된 자료는 섬유의 보수치(WRV)로 보아야 한다. 영수, 합성 뇨와 같은 기타의 유체도 분석용 유체 매질로 사용하는 것이 유리할 수 있다.

본 발명에서와 같이 경화가 주로 건조에 의존하는 과정에 의하여 가교 결합된 특정 섬유의 FRV는 주로 가교 결합제와 가교 결합수준에 따라 달라진다. 본 발명에 적용할 수 있는 가교 결합제 수준에서 이러한 건식 가교 결합법에 의하여 가교 결합된 섬유의 WRV는 일반적으로 약 25 내지 50미만, 바람직하게는 약 28내지 약 45이다. 셀룰로오즈 무수 글루코오즈에 반응하고, 셀룰로오즈 무수 글루코오즈 물을 기준으로 계산하여 약 0.5 물% 내지 약 2.5물%의 글루타르알데히드를 갖는 표백된 SSK 섬유는 약 48 내지 약 28에 이르는 WRV를 갖는 것으로 관찰되었다. 표백정도와 가교 결합후 표백 단계의 실시가 WRV에 영향을 주는 것으로 밝혀졌다. 이러한 영향을 더 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명 이전에 알려진 건식 가교 결합법에 의하여 제조된 SSK(Southern Softwood Kraft)섬유는 본 발명에서 기술된 것보다 가교 결합 수준이 더 높으며 WRV는 약 25 이하이다. 이러한 섬유는 위에서 기술된 바와 같이, 너무 뻣뻣하며 본 발명의 섬유보다 더 낮은 흡수 능력을 나타낸다.

건식 가교 결합법에 의하여 개별화된 가교 결합 섬유를 제조하는 또 다른 방법에 있어서, 셀룰로오즈 섬유는 위에서 기술한 바와 같이 가교 결합제를 포함하는 용액과 접촉된다. 섬유는 가교 결합제와 접촉되기 전 또는 후에 시이트 형태로 제공된다. 또한, 가교 결합제를 포함하는 용액에는 위에서 기술한 바와 같이 건식 가교 결합법에 적용할 수 있는 촉매들 중의 하나를 포함하는 것이 바람직하다. 섬유는 시이트 형태로 존재하는 동안에 건조시키고, 바람직하게는 섬유를 약 120℃내지 약 160℃의 온도로 가열함으로써 가교 결합시킨다. 섬유는 가교결합된 후에 기계적으로 사실상 개별 형태로 분리된다. 이는 미합중국 특허 제 3,987,968호에 기술된 바와 같은 섬유 플러핑 장치로 처리하는 것이 바람직하나, 당해 기술분야에서 공지된 섬유 해섬 방법에 의하여 실시할 수 있다. 이러한 사이트 가교 결합벱어에 따라 제조한 개별화된 가교 결합섬유는 셀룰로오즈 무수 글루코오즈 물을 기준으로 계산하고, 해섬시킨 후에 측정하여 가교결합제 약 0.5물% 내지 약 3.5물%가 섬유간 가교 결합 형태로 섬유와 반응할 수 있도록 충분한 양의 가교 결합제로 처리한다. 섬유를 시이트 형태로 있는 동안에 건조 및 가교 결합시키는 또 다른 효과는 섬유와 섬유의 결합이 건조 정도가 증가함에 따라 섬유가 커얼링되고 꼬이는 것을 제한한다는 점이다. 섬유를 사실상 구속을 받지않은 상태에서 건조시킨 다음에 꼬이고 커얼링된 형태로 가교 결합시키는 방법에 따라 제조된 개별화된 가교 결합 섬유에 비하여, 위에서 기술한 시이트 경화법으르 제조한 비교적 꼬이지 않은 섬유로 제조한 흡수성 구조물은 낮은 습윤 리질리언스와 건조 흡수 구조물의 습윤에 대한 낮은 반응성을 나타내는 것으로 예상된다.

본 발명에 적용할 수 있는 또 다른 가교 결합법은 비수용액 경화 가교 결합법이다. 비수용액 가교 결합섬유를 제조하는 데이는 건식 가교 결합법에 적용할 수 있는 것과 동종의 섬유를 사용할 수 있다. 섬유는 가교 결합 반응 후에 계산하여 가교결합제 약 0.5물%내지 약 3.5물%가 섬유와 반응할 수 있을만큼 충분한 양의 가교 결합제 및 적합한 촉매로 처리된다. 가교결합제는 섬유를 거의 평윤시키지 않는 용액속에 침지되어 있는 동안에 반응을 일으키게 된다. 그러나, 섬유는 약 30% 이하의 물을 함유하거나, 함수율이 약30% 이하인 섬유와 등량의 가교결합 용액내에서 팽윤될 수 있다. 이와같이 부분적으로 팽윤된 섬유는 이하에서 더 상세히 설명하는 바와 같은 추가의 기대하지 않는 이점을 제공하는 것으로 밝혀졌다. 가교 결합 용액은 이에 제한되지 않지만, 프로파노산 또는 아세톤과 같은 비수성의 수혼화성인 극성 희석제를 포함한다. 바람직한 촉매는 황산과 같은 무기산과 염산과 같은 할로산을 포함한다. 적용할 수 있는 기타의 촉매는 무기산 및 할로겐산의 염, 유기산 및 이의 염을 포함한다. 가교 결합 매질로서 사용할 수 있는 가교 결합 용액 시스템은 또한 본 발명에서 참고 문헌으로 삽입된 1977년 7월 12일자로 에스. 산게니스, 지. 귀로이 및 제이. 퀘레에게 허여된 미합중국 특허 제 4,035,147호에 기술된 것들도 포함한다. 가교 결합 용액은 약간의 물이나 기타 섬유 팽윤 액을 포함할 수 있으나 물의 양은 70% 조도의 펄프 섬유(함수율 30%)의 경우에 발생하는 팽윤에 상당하는 수준의 팽윤을 일으키기에는 불충분한 것이 바람직하다. 가교 결합 수용액 함량은 섬유를 제외한 용액의 총 용적의 약 10% 미만인 것이 바람직하다. 가교 결합 용액내의 물 수준이 이러한 양을 초과하면 가교 결합의 효율과 속도가 저하된다.

섬유가 가교 결합제를 흡수하는 것은 가교 결합 용액 자체내에서 또는 이에 제한되진는 않지만 섬유를 가교 결합제를 포함하는 수용액 또는 비수용액으로 포화시키는 것을 포함하는 예비 처리 단계에서 수행될 수 있다. 섬유는 기계적으로 개별 형태로 해섬하는 것이 바람직하다. 이러한 기계적 처리는 위에서 기술한 건식 가교 결합법과 관련하여 섬유를 플러핑시키는 방법에 의하여 수행할 수 있다.

플러프 형성에 있어서는 습윤 상태의 셀룰로오즈 섬유를 자연 상태에서도 어느 정도의 커얼이나 트위스트가 있는 경우에는 그 이상으로 더 꼬이거나 커얼링 되게 하는 기계적 처리를 포함시키는 것이 특히 바람직하다. 이것은 처음에는 습윤 상태에 있는 플러핑(fIuffing)용 섬유를 제공하고, 이러한 섬유를 사실상 개별형태로 해섬시키고, 섬유를 적어도 부분적으로 건조 시키는 것과 같은 위에서 기술한 방법에 따라 기계적으로 처리 함으로써 수행할 수 있다.

섬유에 부여되는 커얼과 트위스트의 상대량은 부분적으로 섬유의 함수율에 따라 달라진다. 섬유는 자연적으로 섬유와 섬유의 접촉을 적게 하는 조건하에서는 즉, 섬유가 개별 형태로 존재하는 경우에는 건조시에 자연적으로 꼬인다. 습윤 섬유를 기계적으로 처리하는 때에도 치음에는 섬유가 커얼링 된다. 이후에, 섬유를 건조하거나, 사실상 억제되지 않은 상태하에서 부분적으로 건조하면, 섬유는 기계적으로 부여된 커얼의 추가량 만큼 트위스트 정도가 커지게 된다. 섬유 분쇄 플러핑 단계는 고농도 습윤 펄프 또는 약 45% 내지 약 55%의 섬유 농도(섬유 분쇄 개시 전에 측정)까지 탈수 펄프에 대하여 실시하는 것이 바람직하다.

해섬 단계에서 섬유의 함수율이 0% 내지 약 30% 범위가 되지 않는 경우에는, 해섬시킨 다음, 가교 결합용액과 접촉시키기 전에 섬유를 상기 함수율 범위로 건조시켜야 한다. 건조 단계는 섬유가 사실상 구속을 받지 상태에 있는 동안에 수행해야 한다. 즉, 섬유와 섬유의 접촉은 건조 도중에 발생하는 섬유의 고유한 트위스팅 방해받지 아니하도록 최소화시켜야 한다. 이러한 목적을 위해서는 공기 건조법과 플래시 건조법이 적당하다.

이후에, 개별화된 섬유를 수 혼화성의 비수성 희석제, 가교 결합제 및 촉매를 포함하는 가교 결합 용액과 접촉시킨다·가교 결합 용액은 한정된 양의 물을 포함할 수 있다. 가교 결합 용액의 함수율은 약 18%미만, 바람직하게는 약 9%미만이어야 한다.

기계적으로 해섬되지 않은 한 배트(bat)의 섬유도 위에서 기술한 바와 같이 가교 결합 용액과 접촉시킬수 있다.

사용하는 가교 결합제와 산성 촉매의 양은 농도, 온도, 가교 결합 용액내의 함수율, 섬유, 가교 결합 용액내의 가교 결합제 및 희석제의 종류 및 필요한 가교 결합의 양 등에 따라 달라진다. 가교 결합제의 사용량은 약 2중량% 내지 약 10중량%(섬유가 없는 가교 결합 용액의 총 중량을 기준으로 함)인 것이 바람직하다. 바람직한 산성 촉매 함량은 또한 가교 결합 용액내에 있는 촉매의 산도에 따라 달라진다. 아세트산 희석제, 바람직한 수준의 글루타르알데히드 및 한정된 양의 물을 포함하는 가교 결합 용액내에 염산을 포함한 촉매 함량이 약 0.3중량% 내지 약5중량%(섬유가 없는 가교 결합 용액의 중량을 기준으로 함)일때 일반적으로 양호한 결과를 얻을 수 있다. 위에서 기술한 가교 결합 용액과 함께 가교 결합을 수행하기 위해서는 섬유 조도가 약 l0중량% 미만인 가교 결합 용액과 섬유의 슬러리가 바람직하다.

가교 결합 반응은 주위 온도, 반응 속도를 높이기 위해서는, 약 40℃미만의 온도에서 실시할 수 있다. 섬유가 가교 결합 용액과 접촉하고, 그 속에서 가교 결합 될 수 있는 각종 방법이 있다. 한가지 양태에서, 섬유는 처음에 가교 결합제와 산성 촉매를 둘 다 포함하는 용액과 접촉한다. 섬유는 가교 결합이 일어나는 시간동안 가교 결합 용액속에 침지 시킨다. 또 다른 양태에서, 섬유를 희석제와 접촉시키고, 산성 촉매가 첨가되기 전에 침지시킨다. 이후에, 산성 촉매는 가교 결합이 개시될 때에 첨가한다. 위에서 기술한 방법 이외의 방법도 당해 기술 분야의 전문가에게는 명백한 것이며, 따라서 본 발명의 범위내에 포함시키고자 한다.

가교 결합제와 가교 결합이 수행되는 조건은 섬유내 가교 결합을 촉진할 수 있도록 선택하는 것이 바람직하다. 따라서 가교 결합 반응의 상당 부분이 가교 결합제가 섬유내로 침투되기에 충분한 시간을 가진 후에 수행되는 것이 유리하다. 반응 조건은 가교 결합제가 이미 섬유내로 침투하지 않는 한 즉각적인 가교 결합을 피할 수 있도록 선택하는 것이 바람직하다. 반응 시간은 가교 결합이 약 30분간에 걸쳐 사실상 완결되는 시간인 것이 바람직하다. 반응 시간이 이보다 길어도 섬유 선능에 있어서의 이점은 최소로 중가되는 것으로 밝혀졌다. 그러나, 사실상 순간적인 가교 결합을 포함하는 더 짧은 반응 시간과 더 긴 반응 시간도 모두 본발명의 범위 안에 포함된다.

또한, 용액내에 있는 동안에는 부분적으로 경화시킨 다음에, 후반에 건조 또는 가열 처리에 의하여 가교 결합 반응을 완성시키는 방법도 있다.

가교 결합 단계에 뒤어어 섬유에서 물을 빼고 세척한다. 펄프내에 잔류하는 산을 중화시키기 위하여 가성물질과 같은 충분한 양의 염기성 물질을 세척 단계에서 첨가하는 것이 바람직하다. 섬유는 세척후에 해섬시켜 완전히 건조시킨다. 섬유는 가교 결합 섬유를 만드는 제2기계적 해섬 단계, 즉 유체 제거 단계와 커얼링 시키는 건조 단계 사이에서 해섬에 의한 플러핑 단계를 적용하는 것이 바람직하다. 건조시의 섬유의 커얼링 상태는 가교 결합 용액과 접촉시키기 전에 실시하는 커얼링 처리와 관련하여 위에서 기술한 바와 같은 추가의 트위스트를 제공한다. 제1기계적 해섬 단계와 관련하여 설명한 것과 동일한 트위스트 및 커얼을 유도하는 장치 및 방법을 이러한 제2기계적 해섬 단계에도 적용할 수 있다. 본 발명에서는, "해섬"이라는 용어는 섬유가 이미 개별 형태로 제공될 수 있는 경우에도, 섬유를 사실상 개별 형태로 기계적으로 분리시키는데 사용할 수 있는 특별한 과정을 뜻한다. 따라서, "해섬"은 개별형태 또는 더 치밀한 형태로 존재하는 섬유를 기계적으로 처리하는 단계, 즉 1) 섬유가 아직 개별 형태로 되어 있지 않은 경우에는 이를 사실상 개별 형태로 분리시키고, 2) 건조시 섬유에 커얼과 트위스트를 부여하는 기계적 처리 단계를 뜻한다.

섬유가 가교 결합된 후의 이러한 제2해섬 처리는 펄프의 트위스트 특성과 커얼링 특성을 증가시키는 것으로 밝혀졌다. 이와 같은 섬유의 트위스트 및 커얼링 형상의 증대는 흡수 구조물의 습윤에 대한 리질리언스 및 반응성을 향상시킨다. 제2해섬 처리는 습윤 상태에 있는 본 발명에 기술된 어떠한 가교 결합 섬유에 대해여도 실시할 수 있다. 그러나, 추가의 건조 단계를 필요로 하지 않고 제2해섬 단계를 수행할 수 있는 비수용액 가교 결합법이 특히 유리하다. 이것은 섬유가 가교 결합되는 용액이 섬유를 바람직하지 않게 너무 팽윤된 상태로 만들지 않으면서, 가교 결합후에 유연하게 유지시키기 때문이다.

또한, 가교 결합시키기 전에 물을 완전히 건조 제거시킨 섬유에 비하여 부분적으로 팽윤된 꼬인 상태에 있는 동안에 가교 결합된 섬유로 제조한 구조물에 있어서, 압축된 패드를 습윤시키는 경우 흡수 구조물이 큰 폭으로 팽창된다는 것을 예기치 않게 발견하였다.

섬유를 가교 결합 용액과 접촉시키기 전약 약 18% 내지 약 30%의 함수율로 건조시킨 상태에서 가교 결합된 개별화된 가교 결합 섬유에서 향상된 결과를 수득하였다. 섬유를 가교 결합 용액과 접촉시키기 전에 완전히 건조한 경우에는 팽윤되지 않고 붕괴된 상태에 있게 된다. 섬유는 용액내의 함수율이 낮기 때문에, 가교 결합 용액과 접촉시키는 경우 팽윤되지 않는다. 위에서 기술한 바와 같이, 가고 결합 용액의 중요한측면은 섬유를 실질적으로 팽윤시키지 않는다는 점이다. 그러나, 가교 결합 용액의 희석제가 이미 팽윤된 섬유에 의하여 흡수되는 경우, 섬유는 사실상 물이 건조되어 있으나, 이전의 부분적으로 팽윤된 상태를 그대로 유지한다.

섬유가 팽윤되는 정도를 설명하기 위하여, 가교 결합후의 섬유의 유체 보유치(FRV)를 다시 언급하는 것이 유용하다. FRV가 더 큰 섬유는 다른 요인들이 모두 동일한 때에는 적게 팽윤된 상태에 있을 때 가교 결합된 섬유에 비하여 더 많이 팽윤된 상태에 있을 때 가교 결합된 섬유에 해당한다. FRV가 증가된 부분적으로 팽윤된 가교 결합 섬유는 팽윤되지 않은 상태에 있는 동안에 가교 결합된 섬유보다 습윤 리질리언스와 습윤에 대한 반응성이 더 크다. 이와 같이 습윤 리질리언스와 습윤에 대한 반응성이 증대된 섬유는 습윤되는 경우 더 쉽게 팽창하거나 꼬임이 풀려서 자연 상태로 복귀할 수 있다. 그러나, 가교 결합으로 인한 강성 때문에, 섬유는 여전히 섬유로 제조한 포화 패드를 구조적으로 지지할 수 있다. 부분적으로 팽윤된 가교 결합 섬유와 관련하여 본 발명에서 설명하는 수치적 FRV자료는 보수치(WRV)이다. WRV가 약 60이상으로 증가함에 따라, 섬유의 강성은 포화된 흡수 구조물을 지지하는데 필요한 습윤 리질리언스와 습윤에 대한 반응성을 제공하기에 불충분하게 된다.

섬유를 용액내에서 가교 결합시키는 또 다른 방법에 있어서, 섬유를 먼저 수용액 또는 기타의 섬유 팽윤 용액 속에 침지시키고, 유체화 하고, 바람직한 수준으로 건조시킨 다음, 위에서 기술한 바와 같은 촉매 및 가교 결화제를 포함하는 수 혼화성 가교 결합 용액에 침지시킨다. 이러한 섬유는 위에서 기술한 바와 같이 증진된 트위스트와 커얼의 이득을 수용하기 위하여 탈유체화 후 추가의 건조 전에 기계적으로 보풀 형태로 해섬시키는 것이 바람직하다. 섬유가 가교 결합제와 접촉된 후에 실시하는 기계적 해섬은 가교 결합제를 증발시켜서 대기를 오염시키거나, 고액의 공기처리 비용을 유발하기 때문에 그리 바람직하지 않다.

위에서 기술한 방법의 한가지 변형에 있어서, 섬유를 해섬시킨 다음, 가교 결합제와 섬유 팽윤성 희석제, 바람직하게는 물이 들어 있는 고농도 용액속에 예비 침지시킨다. 가교 결합제의 농도는 섬유가 물에 의하여 팽윤되지 않도록 충분히 높게 한다. 섬유의 예비 침지용 용액으로는 본 발명에 의한 가교 결합제의 50중량% 수용액, 바람직하게는 글루타르알데히드가 유용한 용액인 것으로 밝혀졌다·예비 침지된 섬유를 탈유체와 하고, 수 혼화성의 극성 희석제, 촉매 및 일정량의 물을 포함하는 가교 결합 용액속에 침지시킨 다음 위에서 기술한 바와 같이 가교 결합시킨다. 가교 결합 섬유는 위에서 기술한 바와 같이, 유체화하고, 시이트 또는 흡수 구조물로 추가로 가공하기 전에 제2기계적 해섬 단계로 처리할 수 있다.

가교 결합제가 반응을 일으키기 전에 섬유를 가교 결합제와 함께 수용액 속에 예비 침지시키는 경유에는, 섬유를 가교 결합제를 포함하는 용액이 예비 침지시키지 않은 위에서 기술한 비수용액 경화법에 의한 가교 결합 섬유로 제조한 패드에 비해서도 가교 결합 섬유로 제조한 흡수성 패드에 기대하지 않게 높은 흡수 특성을 제공한다.

위에서 기술한 건식 가교 결합법 및 비수용액 가교 결합법에 의하여 형성된 가교 결합 섬유는 본 발명의 생성물 이다. 본 발명의 가교 결합 섬유는 에어 레잉된 흡수성 코어(air laid absorbent cores)를 제조하는데 직접 이용할 수 있다. 또한, 가교 결합 섬유는 뻣뻣하면서도 탄력있는 특성이 있기 때문에, 치밀하지 않은 저밀도 시이트로 습윤 레잉(wet laying)시킬 수 있으며, 이러한 시이트는 이후에 건조시켜서 더 이상의 기계적 가공 처리 없이 흡수성 코어로서 직접 사용할 수 있다. 가교 결합 섬유는 판매용 또는 원거리 수송용의 조밀한 펄프 시이트로서 습윤 레잉 시킬 수 있다.

개별화된 가교 결합 섬유는 일단 말들어지면 건식으로 레잉시켜서 직접 흡수성 구조물로 형성시키거나, 습식으로 레잉 시켜서 흡수성 구조물 또는 조밀한 펄프 사이트로 형성할 수 있다. 본 발명의 섬유는 실질적인 성능상의 여러가지 이점을 제공한다. 그러나, 이러한 섬유를 종래의 습윤 시이트 형성법에 의하여 평활한 습윤 레잉된 시이트(wet laid sheet)로 형성 시키기는 힘들다. 이것은 개별화된 가교 결합 섬유가 용액속에 있을때 빠르게 응집되기 때문이다. 이러한 응집은 헤드 박스 내에서도 일어날 수 있고, 소공 형성 와이어(wire)내로 침전되는 경우에도 발생할 수 있다. 종전의 펄프 시이팅법에 의하여 개별화된 가교 결합섬유를 시이트화시키려는 시도는 응집된 섬유의 다수의 덩어리(clump)를 형성시키는 것으로 밝혀졌다. 이것은 섬유의 뻣뻣하고, 꼬이는 특성, 저수준의 섬유 대 섬유 결합, 및 일단 시이트 형성 와이어에 부착된 경우의 섬유의 높은 배수성 등에 기인하는 것이다. 따라서, 습윤 레잉된 흡수성 구조물과 트랜싯(transit) 및 후속적인 해섬용의 조밀한 펄프 시이트를 형성할 수 있는, 개별화된 가교 결합 섬유를 시이트로 만들 수 있는 실제적 방법을 제공하는 것이 상업상 중대한 관심사이다.

따라서, 용액내에서 응집되는 경향이 있는 개별화된 가교 결합 섬유를 시이팅 하는 신규한 방법이 개발되었는데, 여기서는 개별화된 가교 결합 섬유를 포함하는 슬러리를 처음에는 종래의 펄프 시이팅법과 유사한 방법으로 푸르드리니에르 와이어(Fourdrinier Wire)와 같은 소공 형성 와이어 위에 부착시킨다. 그러나, 이러한 개별화된 가교 결합 섬유는 그 성질로 인하여 성형 와이어 위에 다량의 섬유 덩어리를 부착시킨다. 유체, 바람직하게는 물의 스트림 하나 이상을 부착된 덩어리 섬유로 흘려보낸다. 성형 와이어 위에 부착된 섬유에 일련의 샤워(shower)를 보내는 것이 바람직하나, 연속적 샤워는 용적 유량을 감소시킨다. 샤워는 섬유에 부딪치는 유체의 충격으로 섬유가 응집되지 못하게 하고, 이미 형성된 섬유의 응집체를 분산시킬 수있을 만큼 충분한 속도이어야 한다. 섬유 세팅 단계는 댄디 롤(dandy ro1l)과 같은 원통형 스크린이나 당해 기술분야에서 공지되거나 공지될 수 있는 유사한 기능의 또 다른 장치를 사용하여 수행하는 것이 바람직하다. 섬유상 시이트는 일단 세팅되면 건조시켜서 원하는 바에 따라 선택적으로 치밀하게 할 수 있다. 샤워의 간격은 섬유의 응집율, 성형 와이어의 선속도, 성형 와이어를 통한 배수, 샤워의 수, 샤워의 속도 및 유동율에 따라 달라진다. 샤워는 뭉쳐지지 않을 정도로 서로 밀접하게 수행하는 것이 바람직하다.

섬유에 퍼부어지는 유체는 또한 섬유 응집물의 형성을 방지하고 이를 분산시키는 것 이외에, 섬유가 후속적인 시이트 형성을 위하여 그 속에 분산될 수 있는 추가의 액체 매질을 제공함으로써 개별화된 가교 결합 섬유의 급속한 배수도 보상한다. 용적 유량을 감소시키는 다수의 샤워는 슬러리의 농도를 체계적으로 순수하게 증가시키는 한편, 섬유의 응집에 대한 반복적 분산 및 억제 효과를 제공한다. 이에 의하여 섬유가 비교적 평활하게 형성되고, 섬유가 부착되는 경우에도, 유체를 배수시키고 섬유를 소공성 와이어에 압축시킴으로써 즉시, 즉 재응집 전에 시이트 형태로 세팅시킨다.

본 발명의 가교 결합 섬유로 제조한 펄프 시이트는, 종래의 가교 결합되지 않은 셀룰로오즈 섬유로 제조한 펄프 시이트에 비하여 종래의 펄프 시이트 밀도로 압축하기가 더 힘들다. 따라서, 가교 결합 섬유를 흡수성 코어를 제조하는데 통상적으로 사용한 것과 같은 가교 결합 섬유와 결합시키는 것이 바람직할 수 있다. 뻣뻣한 가교 결합 섬유를 포함하는 펄프 시이트에는 개별화된 가교 결합 섬유와 혼합된 가교 결합되지않은 셀룰로오즈 섬유를 시이트의 총 건조 중량을 기준으로 하여 약 5% 내지 약 90%정도 포함하는 것이 바람직하다. 이와 같이 고도로 정제된 섬유는 약 300ml CSF, 바람직하게는 약 100ml CSF 미만의 여수도(freeness)까지 정제하거나 비이팅(beating)한다. 가교 결합되지 않은 섬유는 개별화된 가교 결합 섬유의 수성 슬러리와 혼합하는 것이 바람직하다. 이러한 혼합물은 후속적인 해섬시키고 흡수성 패드로 형성시킬수 있도록 조밀한 펄프 시이트로 형성시킬 수 있다. 가교 결합되지 않은 섬유를 혼입시킴으로써 펄프 시이트를 조밀한 형태로 압축시키기가 용이해지면서도 후속적으로 형성된 흡수성 패드는 흡수성을 약간만 상실한다. 가교 결합되지 않은 섬유는 그 외에도 펄프 시이트 또는 가교 결합 섬유와 가교 결합되지 않은 섬유의 혼합물로 제조한 흡수성 패드와 펄프 시이트의 인장 강도를 추가로 증가시킨다. 가교 결합 섬유와 가교 결합되지 않은 섬유의 혼합물이 먼저 펄프 시이트로 형성된 다음에 흡수성 패드로 형성되느냐, 아니면 직접 흡수성 패드로 형성되느냐에 관계없이, 흡수성 패드는 위에서 기술한 바와 같이 에어 레잉 또는 습윤 레잉시킬 수 있다.

개별화된 가교 결합 섬유 또는 가교 결합되지 않은 섬유를 포함하는 혼합물로부터 제조한 시이트 또는 웹은 약 800g/m²미만의 기본 중량과 약 O.60g/cm³미만의 밀도를 가지는 것이 바람직하다. 본 발명의 범위를 제한하고자 하는 것은 아니지만, 기본 중량이 약 3O0g/m²내지 약 6OOg/m²이고 밀도가 O.15g/cm³인 습윤 레잉된 시이트는 특히 기저귀, 탬폰 및 기타의 생리용품과 같은 일회용품에서 흡수성 코어로 직접 적용할 수 있다. 기본 중량과 밀도가 이러한 수준을 초과하는 구조물은 흡수용품에 더 유용한 저밀도 및 기본중량 구조물을 형성하기 위하여 후속적인 인쇄, 에어 레잉 또는 습윤 레잉에 있어서 가장 유용한 것으로 밝혀졌다. 이와 같은 밀도 및 기본 중량이 큰 구조물은 또한 고도의 흡수도와 습윤에 대한 반응성을 나타낸다. 본 발명의 섬유로 제조한 기타의 제품들에는 티슈 시이트(tissue sheets)가 포함되며, 여기서 이러한 시이트의 밀도는 0.10g/cc 미만일 수 있다.

가교 결합된 섬유가 사람의 피부에 또는 피부 가까이에 배치되는 제품에 있어서는 반응하지 않은 가교 결합제를 제거 하기 위하여 섬유를 추가로 가공 처리는 것이 바람직하다. 반응하지 않은 가교 결합제의 수준은 셀룰로오즈 섬유의 건조 중량을 기준으로 적어도 약 0.03% 이하로 감소시키는 것이 바람직하다·과도한 가교 결합제를 성공적으로 제거하는 일련의 처리하는 순차적으로 가교 결합 섬유를 세척하고, 섬유를 상당시간 동안 수용액 속에 침지시키고, 원심분리 등에 의하여 약 40% 내지 약 80%의 조도로 섬유를 탈수시키고, 위에서 기술한 바와 같이 탈수된 섬유를 해섬시키고, 섬유를 공기 건조시키는 단계들을 포함한다. 이방법은 잔류하는 저유 가교 결합제 함량을 약 0.01% 내지 약 0.15% 정도로 감소시킨다.

잔류하는 가교 결합제를 감소시키는 또 다른 방법에 있어서, 쉽게 추출할 수 있는 가교 결합제는 알칼리세척에 의하여 제거한다. 알칼리성은 수산화나트륨과 같은 염기성 화합물에 의하여 또는 통상적으로 표백제로 이용되는 화학약품(예 : 차아염소산나트륨) 및 아미노 함유 화합물(예 : 수산화암모늄)로서 헤미아세탈 결합을 가수분해하여 쉬프 염기(Schiff base)를 형성하는 것과 같은 산화제의 형태로 도입시킬 수 있다. pH는 아세탈 가교 결합의 환원을 억제하기 위하여 pH 7 이상, 바람직하게는 pH 약 9이상으로 유지하는 것이 바람직하다. 헤미아세탈 결합은 아세탈 결합쪽으로 중립이 되어 있는 동안에 분해되게 하는 것이 바람직하다. 따라서, 고도의 알카리 상태에서 작영하는 추출제가 바람직하다. 0.01N 내지 0.1N 수산화암모늄 농도에 의한 단일 세척 처리는 30분 내지 2시간에 걸친 침지 기간 도중의 잔류물 함량을 약 0.0008% 내지 약0.0023% 정도 감소시키는 것이 관찰되었다. 침지 시간이 약 30분을 초과하고 수산화암모늄 농도가 0.01N을 초과하는 경우에 최소한의 부수적인 이점을 얻는 것으로 밝혀졌다.

단일 단계 산화와 다단계 산화가 모두 잔류하는 가교결합제의 효과적 추출 방법임이 판명되었다. 차이염소산 나트륨의 형태로 공급되고, 섬유의 건조 중량을 기준으로 계산하여 0.1% 내지 0.8% 유효 염소를 사용하여 단일 단계 세척하는 경우 잔류하는 가교 결합제의 수준이 0.0015% 내지 0.0025% 정도로 감소되는 것을 관찰하였다.

개별화된 가교 결합 섬유를 제조하는 한가지 신규한 접근방법에 있어서, 원(源)섬유는 통상적인 다단계 표백 순서를 거치지만 이러한 순서의 중간 지점에서 표백 공정이 중단되고, 섬유는 본 발명에 따라 가교 결합된다. 경화시킨 다음, 나머지 표백 공정이 완결된다. 이 방법에 의하면 약 0.006% 미만의 낮은 가교 결합제 잔류 수준을 수득할 수 있는 것으로 밝혀졌다. 이 방법은 표벽 단계와 잔류를 감소 단계를 통합시킴으로써 투자 비용과 추가 세척, 추출 장비 및 추가 공정 단계등의 가공상 불편을 피할 수 있기 때문에, 가교 결합 섬유를 생성하는 바람직한 방법을 구현할 수 있는 것으로 밝혀졌다. 실시하는 표백 순서와 가교 결합순서의 중단점은 당해, 기술 분야에 통상적인 지식을 갖는 자이면 누구나 알 수 있듯이 매우 광범위하게 변할 수 있다. 그러나, 가교 결합 후 DEP^*또는 DEH^*단계가 이어지는 다단계 표백 순서가 바람직한 결과를 제공하는 것으로 밝혀졌다.(^*D-이산화염소, E-가성 물질 추출, P-과산화물, H-차아염소산나트륨). 가교 결합후의 표백 단계들은 약 pH 7 이상, 바람직하게는 약 pH 9이상의 pH에서 알칼리 처리를 수행하는 것이 바람직하다.

가교 결합후의 알칼리 처리는 잔류하는 가교 결합제를 효과적으로 감소시키는 것 외에도, 동등한 수준의 가교 결합에 있어서, RFV가 높은 섬유의 게빌을 촉진시킨다는 것이 관찰되었다. 고 FRV 섬유는 낮은 건조 리질리언스를 갖는다. 즉, 이러한 섬유는 건조 상태에 있는 동안에는 치밀화시키기가 쉬우면서도, 표백이 완결된 후에는 가교 결합된 동등한 섬유와 동일한 습윤 리질리언스와 습윤 반응성을 그대로 보유한다. 지금까지는 FRV가 높을수록 흡수 특성이 감소된 것을 고려하면 이와 같은 사실을 특히 놀라운 것이다.

본 발명에서 기술된 가교 결합 섬유는 개별화된 가교 결합 섬유를 포함하는 흡수성 구조를 갖는 일회용기저귀, 생리용품, 위생 냅킨, 탬폰, 붕대 등을 포함한 각종 흡수용품에 유용하다. 예를들면, 투액성 톱시이트(topsheet), 이러한 톱시이트와 연결된 볼투액성 백시이트(backsheet) 및 개별화된 가교 결합 섬유를 포함하는 흡수성 구조를 갖는 일회용 기저귀 또는 유사용품을 특히 예상할 수 있다. 이러한 제품에 관하여는 케니쓰 비. 부엘(Kenneth B. Buell)에게 허여된 미합중국 특허 제3,860,003호에 기술되어 있다.

종래에는 기저귀 및 기타 생리용품의 흡수성 코어는 뻣뻣하지 않고 가교 결합되지 않은 셀룰로오즈 섬유로부터 제조하였는데, 이러한 흡수성 고어는 건조 밀도가 약 0.06g/cc 내지 약 0.12g/cc이다. 흡수성 코어는 습윤시 통상적으로 용적이 감소된다.

본 발명의 가교 결합 섬유는 종래의 가교 결합되지 않은 섬유 또는 종래에 공지된 가교 결합 섬유로 제조한 동등한 밀도의 흡수 코어에 비하여 흡수 능력 및 흡상율(wicking rate)을 포함한 유체 흡수 특성이 더높은 흡수성 코어를 제조하는데 사용할 수 있다. 더구나, 이러한 향상된 흡수성은 습윤 리질리언스 수준의 증대와 함께 수득할 수 있다. 습윤시 사실상 일정한 용적을 유지하는 밀도가 약 0.06g/cc 내지 약 0.15g/cc인 흡수성 코어에 있어서는 건조 셀룰로오즈 무수 글루코오즈 몰을 기준으로 하여 약 2.0몰% 내지 약 2.5몰% 가교 결합제의 가교 결합 수준을 갖는 가교 결합 섬유를 사용하는 것이 특히 바람직하다· 이러한 섬유로 제조한 흡수성 코어는 바람직한 구조적 보전성 즉, 압축에 대한 저항성과 습윤 리질리언스를 갖는다. 여기서 "습윤 리질리언스"라는 용어는 습윤된 패드가 압축력에 노출되고 압축력이 이완될때 그 본래의 형상과 용적으로 급속히 복귀할 수 있는 능력을 말한다. 본 발명의 섬유로 제조한 흡수성 코어는 처리하지 않은 섬유와 종래의 공지된 가교 결합 섬유로 제조한 코어에 비하여, 습윤 압축력으로부터 이완될때 그 본래의 용적보다 더 많은 부분을 회복한다.

또 다른 바람직한 양태에 있어서, 개별화된 가교 결합 섬유는 에어 레잉 또는 습윤 레잉(후에 건조시킴)흡수성 코어로 형성되고, 이러한 흡수성 코어는 패드의 균형 습윤 밀도 미만의 건조 밀도로 압축된다. 평형습윤 밀도는 패드가 유체에 의해 완전히 포화되었을때 건조 섬유를 기준으로 하여 계산한 패드의 밀도이다. 섬유가 포화상태로 습윤되는 경우 건조 밀도가 평형 습윤 밀도 미만인 흡수성 코어로 형성시키는 경우에는 코어는 평형 습윤 밀도로 붕괴된다. 한편 섬유가 포화 상태로 습윤되는 경우에는 건조 밀도가 평형 습윤 밀도 이상인 흡수성 코어로 형성된 때에는 이 코어는 평형 습윤 밀도로 팽창한다. 본 발명의 섬유로 제조한 패드는 평형 습윤 밀도가 통상적인 가교 결합되지 않은 섬유로 제조한 패드 보다 더 낮다. 본 발명의 섬유는 평형 밀도보다 더 높은 밀도로 압축되어, 습윤시 팽창됨으로써 가교 결합되지 않은 섬유에서 수득하는 것보다 흡수 능력이 훨씬 더 증가된 패드를 형성할 수 있다.

특히, 건조 셀룰로오즈 몰을 기준으로 하여 계산하여 약 0.75몰% 내지 약 1.25몰%의 가교 결합 수준에서는 고도의 흡수 특성, 습윤 리질리언스 및 습윤에 대한 반응성 등을 수득할 수 있다. 이러한 섬유는 건조밀도가 이의 평형 습윤 밀도보다 높은 흡수성 코어로 형성하는 것이 바람직하다. 흡수성 코어는 약 0.12g/cc 내지 약 0.60g/cc의 밀도로 압축시키는데, 여기서 상응하는 평형 습윤 밀도는 건조 압축 코어의 밀도보다 더 적다. 흡수성 코어를 약 0.12g/cc 내지 약 0.40g/cc의 밀도로 압축시키는데, 여기서 대응하는 습윤밀도는 약 0.08g/cc 내지 약 0.12g/cc이다. 이러한 섬유는 가교 결합 수준이 2.0몰% 내지 2.5몰%인 가교 결합 섬유에 비하여 덜 뻣뻣하기 때문에, 더 높은 밀도로 압축시키는데 더 적합하다. 위에서 언급한 섬유는 습윤시 가교 결합 수준이 2.0몰% 내지 2.5몰%인 섬유보다 더 빠른 속도와 정도로 탄력있게 개방되며 습윤 리질리언스가 더 높으면서도 거의 동일한 흡수 능력을 보유한다는 점에서 습윤에 대한 반응성이 높다. 그러나, 저밀도 흡수성 구조물을 가교 결합 수준이 더 낮은 가교 결합 섬유로부터 제조할 수 있는 것과 같이, 고밀도 범위내의 흡수성 구조물은 가교 결합 수준이 더 높은 가교 결합 섬유로부터 제조할 수 있음을 이해하여야 한다. 이러한 모든 구조물에 있어서 종래의 공지된 개별화된 가교 결합 섬유에 비하여 향상된 성능을 수득할 수 있다.

이상의 설명은 고밀도 및 저밀도 흡수성 구조물에 대한 바람직한 양태에 관한 것이지만, 본 발명에 기술된 범위내에서 흡수성 구조물의 밀도와 가교 결합 수준의 각종 조합도 종래의 셀룰로오즈 섬유 및 종래에 공지된 가교 결합 섬유에 비하여 우수한 흡수 특성과 흡수성 구조물의 완전성을 제공한다는 것을 인지해야한다. 이러한 양태들도 본 발명의 범위에 포함된다.

유체 보유차 측정 절차

셀룰로오즈 섬유의 보수치(water retention value)를 측정하는 절차는 다음과 같다.

약 0.3g 내지 약 0.4g의 섬유 샘플을 약 100m1의 증류수 또는 탈이온수가 들어 있는 덮개가 있는 용기속에 약 15 내지 약 20시간 동안 실온에서 침지시킨다. 침지된 섬유를 필터 위에 수집하고, 원심분리 튜브의 60메쉬 스크린 바닥으로부터 약 1과 1/2in 정도 위쪽에 지지되어 있는 80메쉬 와이어 바스켓으로 옮긴다. 튜브에는 플라스틱 덮개가 엎혀 있고, 샘플은 19 내지 21분 동안 1500 내지 1700중력의 상대 원심력으로 원심분리된다. 이후에, 원심분리된 섬유를 바스켓에서 꺼내어 중량을 측정한다. 중량을 측정한 섬유는 일정한 중량에 이를때까지 105℃의 온도에서 건조시키고, 다시 중량을 측정한다. 보수치는 다음과 같이 계산한다.

상기 식에서, W는 원심분리된 섬유의 습윤 중량이고, D는 섬유의 건조 중량이며 W-D는 흡수된 수분의중량이다.

드립 용량(drip capacity) 측정 절차

흡수성 코어의 드립 용량을 측정하는 절차는 다음과 같다. 드립 용량은 코어의 흡수 능력과 흡수율의 조합된 척도로 이용하였다.

중량이 약 7.5g인 4×4in 흡수성 패드를 스크린 메쉬 위에 올려놓는다. 합성 노(symhetic urine)를 8ml/s의 속도로 패드 중앙에 공급한다. 합성 뇨의 첫번째 방울이 패드의 바닥 또는 측면으로부터 벗어날때 합성뇨의 흐름을 중단시킨다. 드립 용량은 건조 섬유의 중량을 기준으로 한 섬유의 중량으로 나눈 합성 뇨를 도입하기 전과 후의 패드 질량의 차로 계산한다.

습윤 압축을 측정 절차

흡수성 구조물의 습윤 압축율(wet comprescibility)을 측정하는 과정은 다음과 같다. 습윤 압축율은 흡수성 코어의 습윤 압축에 대한 저항성, 습윤시의 구조적 보전성, 습윤 리질리언스 등의 척도로서 이용하였다.

중량이 7.5g인 4×4in의 직사각형 패드를 제조하고, 그 두께를 측정하고 밀도를 계산한다. 패드의 건조중량 또는 포화점 중 적은 것의 10배에 상당하는 합성 뇨를 패드에 가한다. 0.1PSI 압축 하중을 패드에 가한다. 패드가 평형되는 약 60초가 경과한 후 패드의 두께를 측정한다. 이후에, 압축 하중을 1.1PSI로 증가시키고, 패드가 평형되게 한 후 그 두께를 측정한다. 이후에, 압축 하중을 0.1PSI로 감소시키고, 패드가 평형이 되게 한 후 그 두께를 다시 측정한다. 최초의 0.1PSI 하중, 1.1PSI 하중 및 두번째 0.1PSI 하중[0.1PSIR(PSI 리바운드) 하중이라함]에서 패드의 밀도를 각각 계산한다. 이후에, 각각의 압력 하중에 대한 공극 용적(void volume) (cc/g로 표시)을 측정한다. 이러한 공극 용적은 패드의 습윤 밀도-섬유용적(0.95cc/g)에 반비례한다. 0.1PSI 및 1.1PSI의 공극 용적은 습윤 압축에 대한 저항성과 습윤시의 구조적 보전성의 유용한 지표가 된다. 공통되는 초기의 패드 밀도에 대한 공극 용적이 커지면 습윤 압축에 대한 저항성과 습윤시의 구조적 보전성이 커진다는 것을 나타낸다. 0.1PSI 공극 용적과 0.1PSIR의 공극용적 사이의 차이는 흡수성 패드의 습윤 리질리언스를 비교하는데 유용하다. 0.1PSI 공극 용적과 0.1PSIR 공극 용적사이의 차이가 적으면 습윤 리질리언스가 크다는 것을 나타낸다.

건조 패드와 압축전에 포화된 패드 사이의 칼러퍼(Caliper) 차이가 패드의 습윤에 대한 반응성의 유용한 지표인 것으로 밝혀졌다.

건조 압축을 측정 절차

흡수성 코어의 건조 압축율을 측정하는 과정은 다음과 같다. 코어의 건조 리질리언스의 척도로서 건조 압축율을 이용하여 코어의 건조 리질리언스를 측정한다.

질량이 약 7.5g인 4×4in의 에어 레잉된 정방형 패드를 제조하고, 건조 상태에서 수압 프레스를 사용하여 5500lb/16in²의 압력으로 압축시킨다. 패드를 뒤집어서 압축을 반복한다. 압축전과 후에 무부하(no-1oad)캘리퍼스를 사용하여 패드의 두께를 측정한다. 이후에, 압축 전과 후의 밀도를 질량/(면적×두께)로 계산한다. 압축 전과 후의 밀도 차이가 크면 건조 리질리언스가 작다는 것을 나타낸다.

셀룰로오스 섬유와 반응하는 글루타르알데히드의 수준을 측정하는 절차

개별화된 글루타르알데히드 가교 결합 섬유의 셀룰로오즈 성분과 섬유내 가교 결합을 형성하기 위하여 반응하는 글루타르알데히드의 수준을 측정하는데 사용되는 절차는 다음과 같다.

개별화된 가교 결합 섬유의 샘플을 0.1N HCl을 사용하여 추출한다. 추출물을 섬유로부터 분리한 다음, 각각의 샘플에 대하여 추가로 3회씩 동일한 추출/분리 절차를 반복한다. 각각의 추출 공정으로부터 수득한 추출물을 별도로 2,4-디니트로페닐하이드라존(DNPH)의 수용액과 혼합시킨다. 일정량의 클로로포름을 혼합물에 첨가한 후 15분동안 반응을 지속시킨다. 반응 혼합물을 추가로 45분간에 걸쳐 혼합한다. 클로로포름과 수성 층을 분별 깔때기로 분리시킨다. 글루타르알데히드의 수준은 DNPH 유도체에 대한 고압 액체 크로마토그래피(HPLC)에 의하여 클로로포름 층을 분석함으로서 측정한다.

사용되는 HPLC 분석을 위한 크로마토그래피 조건들은 다음과 같다. 컬럼 : C-18 역상, 검출기 : 360mm에서의 UV, 이동 상 80 : 20 메탄올 : 물; 유동율 1ml/min.; 측정:피크 높이. 피크 높이와 글루타르알데히드 함량 보정곡선은 글루타르알데히드의 공지된 수준이 0 내지 25ppm인 5가지의 표준 용액의 HPLC 피크 높이를 측정함으로써 전개하였다.

각각의 섬유 샘플별로 4개의 클로로포름 상을 각각 HPLC 시킴으로써 분석하고, 피크 높이를 측정하고, 보정곡선으로부터 대응하는 수준의 글루타르알데히드를 측정하여다. 이후에, 각 추출물의 글루타르알데히드 농도를 합산하고, 섬유 샘플 중량(건조 섬유를 기준으로 함)으로 나누어서 섬유 중량을 기준으로 한 글루타르알데히드 함량을 측정한다.

각각의 HPLC 크로마토그램별로 2개의 글루타르알데히드 피크가 존재하였다. 과정 전반에 걸쳐 동일한 피크가 계속하여 사용되는 한, 어느 피크든지 사용할 수 있다.

실시예 1

본 실시예는 여러가지 수준의 가교 결합제인 글루타르알데히드의 개별화된 가교 결합 섬유로 제조한 흡수성 패드의 흡수성과 리질리언스에 미치는 효과를 나타낸다. 개별화된 가교 결합 섬유는 건식 가교 결합법으로 제조한다.

각 샘플로는 전혀 건조되지 않은 다량의 남부 지방의 연목 크래프트(SSK) 펄프를 제공한다. 섬유의 함수율은 약 62.4%(37.6% 조도와 동일함)이다. 슬러리는 선택된 양의 50% 글루타르알데히드 수용액, 30%질산아연 6수화물(글루타르알데히드의 중량을 기준으로 함), 탈염수 및 슬러리의 pH를 약 3.7로 감소시키기에 충분한 양의 1N HCl을 포함하는 용액에 섬유를 첨가함으로서 형성한다. 섬유를 20분동안 슬러리속에 침지시킨 다음, 원심분리 시킴으로써 섬유 조도가 약 34% 내지 약 35%가 되도록 탈수시킨다. 이후에, 주위 온도의 공기를 이용하는 건조기를 통하여 송풍 취입시킴으로써 섬유 조도가 약 55% 내지 약 56%가 되도록 탈수된 섬유를 공기 건조시킨다. 공기로 건조한 섬유를 미합중국 특허 제3,987,968호에 기술한 바와같은 3단계 플러핑 장치를 이용하여 해섬시킨다. 해섬된 섬유를 트레이(tray) 속에 넣고, 정적 건조 오븐속에서 145℃의 온도로 45분동안 경화시킨다. 가교 결합은 오븐내에 있는 동안에 완결된다. 개별화된 가교 결합 섬유를 메쉬 스크린 위에 올려놓고, 약 20℃의 물로 세척하고, 1%의 농도에서 60℃의 물속에 1시간동안 침지시키고, 스크리닝한 다음, 60%의 섬유 농도로 원심분리하고, 위에서 기술한 바와 같은 3단 플리퍼(fluffer)내에서 해섬시키고 정적 건조 오븐 속에서 105℃의 온도로 4시간에 걸쳐 완전히 건조시켰다. 건조된 섬유를 에어 레잉시켜 흡수성 패드를 형성한다. 패드를 수압 프레스를 이용하여 0.10g/cc의 밀도로 압축시킨다. 패드의 흡수성, 리질리언스 및 위에서 기술한 과정에 따라 반응한 글루타르알데히드의 양 등을 시험한다. 반응한 글루타르알데히드는 건조 섬유 셀룰로오즈 무수 글루코오즈를 기준하여 계산한 몰%로 나타낸다. 결과를 표 1에 나타내었다.

[표 1]

* 각각의 섬유 샘플로부터 취한 것임.

(N/A) - 이용불능

실시예 2

본 실시예의 목적은, 섬유를 가교 결합시킨 다음 표백 단계를 거치게 함으로써 낮은 수준의 추출성 가교 결합제를 수득할 수 있음을 입중하는 것이다. 추출성 가교 결합제의 수준은 섬유 샘플을 40℃의 탈이온수내에 2.5% 농도로 1시간 동안 침지시킴으로써 측정한다. 물로 추출한 글루타르알데히드를 HPLC로 측정하고, 건조 섬유 중량을 기준으로 하여 추출성 글루타르알데히드로 나타내었다. 섬유는 건식 가교 결합법을 사용하여 가교 결합시킨다.

남부 지방의 연목 크라프트 펄프(SSK)를 제공한다. 펄프 섬유를 다음의 표백 순서에 따라 부분적으로 표백시킨다. 염소 처리(C)-3 내지 4% 농도 슬러리를 약 5% 유효 염소로 pH 약 2.5에서 약 38℃의 온도하에 30분간 처리; 가성물질 추출-12% 농도 슬러리를 약 74℃의 온도에서 60분간 1.4g/l NaOH로 처리; 차아염소산 처리(H)-12% 조도 슬러리를 충분한 차아염소산 나트륨으로 pH 11 내지 11.5에서 38℃내지 60℃의 온도하에 60분간 처리하여 60-65 엘레토 휘도(Elretho brightnes) 및 15.5 내지 16.5cp의 점도를 제공 부분 표백된 섬유를 실시예 1에 기술된 방법에 따라 가교 결합제로서 글루타르알데히드를 사용하여 개별화된 가교 결합 섬유로 가공한다. 섬유는 건조 섬유 셀룰로오즈 무수 글루코오즈 몰을 기준으로 하여 계산한 2.29몰%의 글루타르알데히드를 보유한다. 전형적으로, 이러한 섬유는 약 1000ppm(0.1%)의 추출성 글루타르알데히드 수준을 갖는다.

이후에, 부분적으로 표백된 개별화된 섬유의 표백을 계속하고, 이산화염소(D), 추출(E) 및 차아염소산나트륨(H) 순서(DEH)에 의하여 이를 완결한다. 이산화염소 단계(D)에서는 개별화된 가교 결합 섬유를 건조섬유 중량을 기준으로 하여 2%의 유효 염소를 제공하기에 충분한 양의 차아염소산나트륨을 함유하는 10%농도의 수성 슬러리 속에 침지시킨다. 혼합시킨 후, 슬러리의 pH를 HCl을 첨가하여 pH 약 2.5로 감소시킨 다음, NaOH를 첨가하여 pH 4.4로 증가시킨다. 이후에, 펄프 슬러리를 70℃오븐 속에 2.5시간 동안 놓아두고, 스크리닝하여 물로 중성 pH가 될때까지 세정한 다음, 62.4% 조도로 되도록 원심분리시킨다.

추출 단계에서는 탈수된 섬유의 10% 조도 수성 슬러리를 0.33g NaOH/l 물로 40℃의 온도에서 l.5시간동안 처리한다. 이후에, 섬유를 스크리닝하고, 중성 pH가 될때까지 물로 세정한 다음, 62.4% 농도로 원심분리한다.

최종적으로, 차아염소산나트륨 단계(H)에서는 건조 섬유 중량을 기준으로 하여 1.5%의 유효 염소를 제공하기에 충분한 차아염소산나트륨을 함유하는 섬유의 10% 조도 슬러리를 제공한다. 슬러리를 혼합하고, 50℃의 오븐내에서 1시간 동안 가열한다. 이후에, 섬유를 스크리닝하고, pH 5.0으로 될때까지 세정한 다음 62.4% 농도로 원심분리시킨다. 탈수된 섬유를 공기 건조시키고, 플러핑시킨 다음 105℃의 오븐내에서 1시간에 걸쳐 완전히 건조시킨다. 완전히 표백된 개별화된 가교 결합 섬유의 추출성 글루타르알데히드 수준은 25ppm(0.0025%)이다. 이것은 섬유가 사람의 피부 가까이에 이용되는 제품에서 허용되는 것으로 밝혀진 추출성 글루타르알데히드의 최대 수준보다 상당히 더 낮은 것이다.

부분 표백되고, 가교 결합된 다음 완전 표백된 섬유로 제조한 패드가 높은 유체 보유치 및 흡상율, 완전히 표백된 다음에 가교 결합된 개별화된 섬유와 적어도 동등한 도립 용량 및 습윤 리질리언스를 갖는 것으로 밝혀졌다. 그러나, 표백 순서중 중간 지점에서 가교 결합된 섬유가 높은 WRV의 결과로서 건조 상태에서는 압축성이 더 높았다.

최종 차아염소산 단계(H)를 과산화물 표백 단계(P)로 대체시키는 경우에도 거의 동등한 결과를 수득하였다. P단계에서는 10% 조도 슬러리를 섬유 중량을 기준으로 하여 0.5%의 과산화수소로 pH 11 내지 11.5 및 80℃에서 30분간 처리하였다.

Claims (9)

1. (a) 준비된 셀룰로오즈 섬유를 가교 결합제와 접촉시키는 단게, (b) 가교 결합제와 섬유를 반응시켜, 섬유간 결합없이 섬유내 가고 결합이 형성되도록 하는 단계 및 (c) 수득한 섬유를 알칼리성 용액으로 세척하는 단계를 포함하는 개별화된 가교 결합 섬유의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 가교 결합제가 (C₂-C₈) 디알데히드, 하나 이상의 알데히드 그룹을 갖는 (C₂-C₈)디알데히드 산 동족체 및 이들의 올리고머로 이루어지는 그룹 중에서 선택되는 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 알칼리성 용액의 pH가 9 이상인 방법.
4. 제2항에 있어서, 섬유를 셀룰로오즈 무수 글루코오즈 몰을 기준으로 계산하여 0.5몰% 내지 3.5몰%의 가교 결합제가 섬유와 반응하도록 하기에 충분한 양의 가교 결합제와 접촉시키며, 섬유의 보수치가 60미만인 방법.
5. 제2항에 있어서, 섬유를 셀룰로오즈 무수 글루코오즈 몰을 기준으로 계산하여 0.5몰% 내지 2.5몰%의 가교 결합가 섬유와 반응하도록 하기에 충분한 양의 가교 결합제와 접촉시키며, 섬유의 보수치가 60 미만인 방법.
6. 제1항에 있어서, 단계(a)의 셀룰로오즈 섬유가 다단계 표백 과정중 하나 이상의 단계에서 부분적으로 표백되는 방법.
7. 제1항 또는 제6항에 있어서, 알칼리성 용액이 수성 매질과 차아염소산나트륨, 수산화암모늄, 과산화수소 및 아황산 수소나트륨으로 구성된 그룹 중에서 선택된 화합물을 포함하는 방법.
8. 제7항에 있어서, 알칼리성 용액의 pH가 9 이상인 방법.
9. 제4항 또는 제5항의 방법에 따라 제조된 개별화된 가교 결합 섬유.