KR970005548B1 - 개별화된 가교결합 섬유를 함유하는 흡수 구조물 - Google Patents
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Abstract
내용 없음.
Description
본 발명은 고도의 유체 흡수 특성을 가진 셀룰로오즈 섬유, 특히 이러한 셀룰로오즈 섬유로 만든 흡수 구조물(absorbent structure)에 관한 것이다. 더 상세히 말하면, 본 발명은 개별화된 가교결합 셀룰로오즈 섬유를 포함하는 흡수 구조물에 관한 것이다.
사실상 개별화된 형태로 가교결합된 섬유 및 이러한 섬유를 만드는 여러 가지 방법은 당해 기술분야에서 이미 기술된 것들이다. 개별화된 가교결합 섬유(individualized, crosslinked fibers)라 함은 주로 섬유내 화학적 가교결합을 갖는 셀룰로오즈 섬유를 말한다. 즉, 가교결합은 분리된 섬유의 셀룰로오즈 분자들 사이에서 보다는 주로 단일 섬유의 셀룰로오즈 분자들 사이에서 일어난다. 개별화된 가교결합 섬유들은 일반적으로 흡수성 제품에 적용하는데 유용한 것으로 간주된다. 일반적으로, 개별화된 가교결합 섬유를 만드는 방법으로는 세 가지가 있다.
세가지 방법은 다음에 설명하는 바와 같이, 1) 건식 가교결합법, 2) 수용액 가교결합법 및 3) 비수용액 가교결합법 등이다.
섬유 자체와 개별화된 가교결합 섬유를 포함하는 흡수 구조물은 일반적으로 종래의 가교결합되지 않은 섬유에 비하여 하나 이상의 중요한 흡수 특성이 향상되었음을 나타낸다. 이러한 흡수성의 향상을 흔히 흡수능(absorbent capacity)이라고 한다. 그외에도, 개별화된 가교결합 섬유로 만든 흡수 구조물은 일반적으로 가교결합되지 않은 섬유로 만든 흡수 구조물에 비하여 습윤 탄성과 건조 탄성이 증가되었음을 나타낸다. 이하에서 탄성(resilience)이라 함은 셀룰로오즈 섬유로 만든 패드에 작용하는 압축력이 해제될 때 팽창된 원상태로 복귀될 수 있는 능력을 말한다. 건식 탄성이라 함은 특히 섬유가 사실상 건조한 상태에 있는 동안에 가하여진 압축력이 해제될 때 흡수 조직이 팽창할 수 있는 능력을 말한다. 습윤 탄성이라 함은 특히 섬유가 습윤 상태에 있는 동안에 가하여진 압축력이 해제될 때 흡수 조직이 팽창할 수 있는 능력을 말한다.
본 발명의 목적 및 기술의 일관성을 위하여 습윤 탄성을 관찰하고, 포화 상태로 가습된 흡수 구조물을 살펴보기로 한다.
건식 가교결합 기술로 개별화된 가교결합 섬유를 만드는 방법은 1965년 12월 21일자로 엘. 제이. 버나딘(L. J. Bernardin)에게 허여된 미합중국 특허 제3,224,926호에 기술되어 있다. 개별화된 가교결합 섬유는 팽윤된 섬유를 가교결합제 수용액에 함침시키고, 탈수시킨 다음, 기계적 작용에 의하여 섬유를 분해(defiberizing)하고, 섬유가 사실상 개별 상태에 있는 동안 가교결합이 수행되도록 섬유를 고온에서 건조시켜 제조한다.
섬유는 본래 가교결합 전에 미리 탈수되기 때문에 팽윤되지 않은 붕괴된 상태에서 가교결합된다. 미합중국 특허 제3,224,926호에 예시된 방법으로서, 섬유가 팽윤되지 않은 붕괴된 상태에 있는 동안에 가교결합이 일어나게 하는 방법을 건식 가교결합섬유의 제조방법이라고 한다. 건식 가교결합 섬유는 유체 보유치(Fluid Retention Value)(FRV)가 낮은 것이 특징이다. 1969년 4월 22일자로 알. 청(R. Chung)에게 허여된 미합중국 특허 제3,440,135호에서는 미합중국 특허 제3,224,926호에 기술되어 있는 바와 유사한 건식 가교결합공정을 실시하기 전에 섬유내 결합 능력을 감소시키기 위하여 섬유를 가교결합제 수용액에 침지시키는 방법을 제안하였다. 바람직하게는 약 16 내지 48시간 동안 예비처리하여 불완전한 섬유 분해로 인한 니트(nit)함량을 감소시킴으로써 제품의 품질이 향상되는 것으로 알려져 있다.
수용액 가교결합 섬유를 만드는 방법이 1966년 3월 22일자로 에프. 에이치. 스타이거(F. H. Steiger)에게 허여된 미합중국 특허 제3,241,553호에는 기술되어 있다. 개별화된 가교결합 섬유는 가교결합제와 촉매를 함유하는 수용액 속에서 섬유를 가교결합시킴으로써 생성된다. 이하에서는 이러한 방법으로 생성된 섬유를 수용액 가교결합섬유라고 한다. 수용액 가교결합 섬유는 셀룰로오즈 섬유에 대한 물의 팽윤효과에 의하여 붕괴되지 않은 팽윤상태에서 가교결합된다. 미합중국 특허 제3,241,553호에 기술되어 있는 수용액 가교결합 섬유는 건식 가교결합 섬유에 비하여 유연성이 크고, 강성이 적으며, 유체 보유치가 높은 것이 특징이다. 수용액 가교결합 섬유로 만든 흡수 구조물은 건식 가교결합 섬유로 만든 패드에 비하여 습윤 탄성과 건식 탄성이 작다.
1977년 7월 12일자로 에스. 산게니스(S. Sangenis), 지. 귀로이(G. Guiroy) 및 제이. 퀘에르(J. Quere)에게 허여된 미합중국 특허 제4,035,147호에는, 섬유를 팽윤시키기에 불충분한 양의 물을 함유하는 사실상의 비수용액 속에서 탈수된 팽윤되지 않은 섬유를 가교결합제 및 촉매와 접촉시킴으로써 개별화된 가교결합 섬유를 생성하는 방법이 기술되어 있다. 가교결합은 섬유가 이러한 사실상의 비수용액 속에 존재하는 동안에 일어난다. 이러한 유형의 방법을 이하에서는 비수용액 가교결합법이라고 하며, 이러한 방법으로 생성된 섬유를 비수용액 가교결합 섬유라고 한다. 미합중국 특허 제4,035,147호에 기술되어 있는 비수용액 가교결합 섬유는 당해 기술 분야의 숙련자들에게 팽윤 시약으로 공지되어 있는 용액과 장시간 동안의 접촉시에도 팽윤되지 않는다. 이러한 섬유는 건식 가교결합 섬유와 같이 가교결합에 의하여 강성이 더 커지며, 이것으로 만든 흡수 구조물은 습윤 및 건식 탄성이 비교적 높다.
전술한 바와 같은 가교결합 섬유는 기저귀와 같은 저밀도 흡수제품 및 생리용품과 같은 고밀도 흡수제품에 있어서도 유용한 것으로 믿어진다. 그러나, 이러한 섬유는 그 유해성과 비용면에서 종래의 섬유보다도 상업적 성공을 거둘 만큼 충분한 흡수상의 편익을 제공하지 못한다. 가교결합 섬유의 상업적 매력도 안전상의 문제로 크게 저하된다. 문헌에서 가교결합제로서 가장 널리 알려진 포름알데히드는 불행히도 사람의 피부에 자극을 줄 뿐만 아니라 기타 안전상의 문제점을 많이 안고 있다. 가교결합 제품에 들어 있는 유리포름알데히드를 피부에 대한 자극이나 기타 안전상의 우려를 피할 수 있는 수준으로 제거하는 것도 기술적, 경제적 문제로 장해를 받아왔다.
수용액 가교결합 섬유는 탈지면, 템폰(tampon), 생리대 등과 같이 통상 밀도가 약 0.40g/cc인 고밀도 흡수 패드용으로는 유용할지라도, 습윤 상태에 있을 때에는 지나치게 유연하여 습윤 탄성이 낮은 흡수 구조물로 되어 버린다. 더구나, 수용액 가교결합 섬유는 젖게 되면 너무 유연하게 되어 저밀도 섬유에서는 패드를 구조적으로 지지할 수 없게 된다. 그러므로, 젖은 패드는 붕괴되고, 흡수능이 감소된다.
건식 가교결합 섬유와 비수용액 가교결합 섬유는 일반적으로 너무 빳빳하고 건식 탄성이 있는 섬유로 되어 버리기 때문에, 운반하기에 편리한 조밀한 시트로 형성시킨 다음에 섬유를 손상시키지 않고 이를 다시 부풀게 하기가 어렵다. 더구나, 이러한 섬유로 만든 패드는 건조한 상태에서 압축되는 경우 습윤에 대한 반응성이 낮다. 즉, 이러한 패드는 일단 건조한 상태에서 압축되는 경우 습윤 상태 이전의 흡수능의 상당량을 거의 회복할 수 없다.
건식 가교결합 섬유 및 비수용액 가교결합 섬유와 관련된 또다른 문제점은 섬유가 세공 성형 와이어 위에 습식 적층(wet-laying)되는 경우 급속히 응집된다는 점이다. 이것은 흡수성 습식 적층 구조물의 성형 및 섬유 전환공정까지 경제적으로 수송할 수 있도록 하는 조밀한 시트로의 성형을 방해한다.
건식 가교결합 섬유 및 비수용액 가교결합 섬유와 관련된 또다른 문제점은 이러한 섬유로 만든 패드는 흡상 능력과 흡수능이 높지만, 실제 사용에 있어서 종래의 섬유로 만든 패드에 비하여 착용자의 피부 표면에 많은 수분이 묻게 된다는 점이다.
본 발명의 목적은 개별화된 가교결합 섬유와 이러한 섬유로 만든 흡수 구조물로서, 가교결합되지 않은 섬유로 만든 흡수 구조물에 비하여 흡수성이 높고, 이미 공지된 건식 가교결합 섬유 및 비수용액 가교결합 섬유로 만든 구조물보다 습윤 탄성이 높고 건식 탄성이 낮으며, 이미 공지된 수용액 가교결합 섬유로 만든 구조물보다 습윤 탄성과 구조적 보전성이 높은 흡수 구조물을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 개별화된 가교결합 섬유 및 전술한 바와 같이, 공지된 가교결합 섬유와 종래의 가교결합되지 않은 섬유에 비하여 습윤에 대한 반응성이 향상된, 이러한 섬유로 만든 흡수 구조물을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 산업적으로 실행할 수 있는 개별화된 가교결합 섬유와 전술한 바와 같이, 사람의 피부에 안전하게 사용할 수 있는, 상기 섬유로 만든 흡수 구조물을 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은, 실제사용에 있어서 착용자에게 고도의 피부 건조를 제공하는 향상된 흡수능과 흡상 능력을 가진 흡수 구조물을 제공하는 것이다.
전술한 본 발명의 목적과 명백하게 될 기타의 목적들은 개별화된 가교결합 섬유에 의해 달성할 수 있으며 또한 본 명세서에 기술되어 있는 바와 같이, 이러한 섬유를 흡수 구조물에 혼입시킴으로써 달성할 수 있다. 개별화된 가교결합 섬유는 섬유내 가교결합 형태로 섬유와 반응하는 가교결합제를 셀룰로오즈 무수 글루코스 mol을 기준으로 계산하여, 약 0.5mol% 내지 약 3.5mol% 함유하는 것이 바람직하며, 여기서 가교결합제는 C2-C8디알데히드, 하나 이상의 알데히드 작용기를 갖는 C2-C8디알데히드 산 동족체, 이러한 C2-C8디알데히드와 디알데히드 산 동족체와의 올리고머로 구성된 그룹으로부터 선택한다. 보수치(Water Retention Value)(WRV)가 약 60 이하인 것이 특징인 이러한 섬유는 개별화된 가교결합 섬유에 관한 전술한 목적을 달성하게 하고, 흡수 구조물 용도에 있어서 특히 양호한 흡수성을 제공하는 것으로 밝혀졌다.
개별화된 가교결합 섬유는 본 발명의 범위를 제한함이 없이, 바람직하게는 습윤시 팽창하는 압축 흡수 구조물로 또는 바람직하게는 습윤시 사실상 일정한 체적을 유지하는 저밀도 흡수 구조물로 형성된다.
흡수 구조물은 추가로 하이드로겔 형성 물질을 함유할 수 있다. 현저하게 향상된 피부 건조, 흡수능 및 착용자의 피부 건조는 개별화된 가교결합 섬유와 함께 하이드로겔 형성 물질을 이용함으로써 수득할 수 있다. 종래의 가교결합되지 않은 셀룰로오즈 섬유를 하이드로겔 형성 물질과 함께 사용하는 경우에 비하여 개별화된 가교결합 섬유를 하이드로겔 형성 물질과 함께 사용함으로써 현저하게 향상된 흡상 능력과 흡수능을 수득한다. 놀랍게도, 개별화된 가교결합 섬유가 포함된 패드의 경우, 종래의 셀룰로오즈 섬유 패드에 비하여, 중량을 기준으로, 하이드로겔 형성 물질을 적게 사용하여 이러한 향상된 결과를 얻을 수 있다.
본 발명에는 각종 천연 셀룰로오즈 섬유들을 이용할 수 있다. 연목, 경목 또는 무명 린터의 증해 섬유를 사용하는 것이 바람직하다. 에스파르토 풀(Esparto grass), 버개스(bagasse), 켐프(kemp), 플랙스(flax), 기타 목질 섬유 공급원 및 셀룰로오즈 섬유 공급원으로부터의 섬유를 본 발명에서 원료로 사용할 수 있다. 섬유는 슬러리 형태, 시트 형태(sheeted form) 또는 비시트 형태(unsheeted form)로 공급할 수 있다. 습윤 랩, 건조 랩 또는 시트 형태로 공급되는 섬유는 섬유를 가교결합제와 접촉시키기 전에 시트를 기계적으로 분쇄시킴으로써 비시트 형태로 만드는 것이 바람직하다. 섬유는 습윤 상태로 제공되는 것이 바람직하고, 전혀 건조되지 않은 섬유가 가장 바람직하다. 건조 랩의 경우에는 섬유에 대한 손상을 최소화하기 위하여 섬유를 기계적으로 분쇄하기 전에 습윤시키는 것이 유리하다.
본 발명과 관련하여 사용하는 최적의 섬유 공급원은 예정하는 특정한 최종 용도에 따라 달라질 것이다. 일반적으로 화학적 펄프화 공정에 제조된 펄프 섬유가 적당하다. 완전 표백 섬유, 부분 표백 섬유 및 비표백 섬유를 모두 사용할 수 있다. 우수한 휘도와 소비자의 기호에 따라 표백 펄프를 사용되는 것이 바람직한 경우가 많다. 이하에서 더 상세히 설명할 본 발명의 신규한 한 가지 양태에 있어서, 섬유는 부분적으로 표백하여 가교결합시킨 다음 완전히 표백한다. 종이 타월, 기저귀, 생리대, 생리용품 및 기타 이와 유사한 흡수 제지 제품용 흡수 패드의 경우 흡수 특성이 아주 우수하여 남부 연목 펄프로부터 제조한 섬유를 이용하는 것이 특히 바람직하다.
본 발명에서 사용할 수 있는 바람직한 가교결합제는 C2-C8디알데히드 및 이러한 디알데히드의 산 동족체(여기에서, 산 동족체는 하나 이상의 알데히드 그룹을 포함한다)와 이러한 디알데히드 및 산 동족체의 올리고머를 포함한다. 이 화합물들은 단일 셀룰로오즈 쇄내에서 또는 단일 섬유내에 있는 인접하게 위치하는 셀룰로오즈 쇄에서 2개 이상의 하이드록실 그룹과 반응할 수 있다. 가교결합제 분야의 전문가들은 전술한 디알데히드 가교결합제가 전술한 산 동족체 및 올리고머의 형태를 포함한 여러 가지 형태로 존재하거나 반응할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 이러한 모든 형태가 본 발명의 범위안에 포함되는 것으로 이해해야 한다. 그러므로, 이하에서 특정 가교결합제라 함은 특정 가교결합제는 물론 수용액 중에 존재할 수 있는 다른 형태를 포함한다. 본 발명에서 사용할 수 있는 특정 가교결합제는 글루타르알데히드, 글리옥살 및 글리옥살산이다. 글루타르알데히드는 섬유에 고도의 흡수성과 탄성을 제공하고, 반응된, 가교결합 상태에서도 안전하고 사람의 피부에 자극을 주지 아니하며, 가장 안정된 가교결합을 제공하기 때문에 특히 바람직하다. 아세트알데히드 및 푸르푸랄과 같은 추가의 카복실 그룹을 갖지 않는 모노알데히드 화합물은 흡수 구조물에 목적하는 수준의 흡수능, 탄성 및 습윤에 대한 반응성을 제공하지 못하는 것으로 밝혀졌다.
우수한 흡수 패드 성능은 종전에 실시한 가교결합 수준보다 상당히 낮은 가교결합 수준에서 얻을 수 있음을 예기치 않게 발견하게 되었다. 일반적으로, 섬유와 반응하는 가교결합제를, 셀룰로오즈 무수 글루코오즈 mol을 기준으로 계산하여, 약 0.5mol% 내지 약 3.5mol%로 함유하는 개별화된 가교결합 섬유로 만든 흡수 패드의 경우 예상외로 양호한 결과가 얻어진다.
가교결합제는 개별화된 섬유 구조물의 내부로 침투할 수 있는 조건하에 액체 매질 속에서 섬유와 접촉하는 것이 바람직하다. 그러나, 섬유가 개별화되고 부풀은 형태로 있는 동안에 섬유를 분무하는 것을 포함한 기타의 가교결합제 처리방법도 본 발명의 범위 안에 포함된다.
일반적으로, 섬유는 가교결합 전에 적합한 촉매와 접촉하게 된다. 촉매가 섬유와 접촉하는 형태, 양 및 방법은 실시하는 특정한 가교결합법에 따라 달라진다. 이러한 변수들은 다음에 더 상세히 설명하기로 한다.
섬유가 일단 가교결합제와 촉매로 처리되면, 가교결합제는 사실상 섬유간 결합 없이, 즉 부풀지 않은 펄프 섬유에 비하여 섬유간 접촉이 적어진 상태로 유지되거나, 섬유가 섬유간 결합, 특히 수소결합의 형성을 촉진시키지 않는 용액에 잠겨 있는 동안에 섬유와 반응을 일으킨다. 이로 인하여 사실상 섬유내 가교결합이 형성된다. 이러한 조건하에서, 가교결합제는 반응하여 단일 셀룰로오즈 쇄의 하이드록실 그룹들 사이에서 또는 단일 셀룰로오즈 섬유에 근접하여 위치하는 셀룰로오즈 쇄들의 하이드록실 그룹들 사이에서 가교결합을 형성한다.
본 발명의 범위를 제한하려는 의도는 아니지만, 가교결합제는 셀룰로오즈의 하이드록실 그룹과 반응하여 헤미아세탈 및 아세탈 결합을 형성하는 것으로 밝혀졌다. 안정된 가교결합을 제공하는 바람직한 결합 유형으로 밝혀진 아세탈 결합의 형성은 산성 반응 조건하에서 촉진된다. 그러므로, 본 발명의 목적을 위해서는 산 촉매된 가교결합 조건이 매우 바람직하다.
섬유는 가교결합제가 섬유와 반응하기 전에 플러프(fluff)로 알려진 저밀도 개별화 섬유질 형태로 기계적으로 섬유 분쇄(mechanically defibration)시키는 것이 바람직하다. 기계적 섬유 분쇄는 현재 당해 기술분야에서 공지되어 있거나, 이후에 알려질 여러 가지 방법으로 실시할 수 있다. 기계적 섬유 분쇄는 매듭 형성과 섬유의 손상을 최소화하는 방법으로 수행하는 것이 바람직하다. 셀룰로오즈 섬유를 섬유질 형태로 분쇄시키는데 특히 유용한 것으로 판명된 장치의 하나는 1976년 10월 26일자로 디. 알. 무어(D. R. Moore)와 오. 에이. 쉴즈(O. A. Shields)에게 허여된 미합중국 특허 제3,987,968호에 기술된 3단계 플러핑 장치이며, 이 특허는 본 명세서에 참고로 인용한다. 미합중국 특허 제3,987,968호에 기술한 플러핑 장치는 습윤 셀룰로오즈 펄프 섬유를 기계적 충격, 기계적 교반, 공기 교반 및 한정된 양의 공기 건조가 조합된 단계를 거쳐 거의 매듭이 없는 보풀이 되게 한다. 개별화된 섬유는, 컬(curl)과 트위스트(twist)가 이러한 섬유에 본래부터 존재하는 양보다 많다. 이러한 추가의 컬 및 트위스트는 완성된 가교결합 섬유로 만든 흡수 구조물의 탄성을 높이는 것으로 믿어진다.
셀룰로오즈 섬유를 섬유질 형태로 분쇄시키는 다른 방법에는 워링 배합기(waring blender)에 의한 처리 및 섬유를 회전 디스크 정제기 또는 와이어 브러쉬와 접선적으로 접촉시키는 방법 등이 포함된다. 섬유를 개별화된 형태로 분리하는 것을 돕기 위하여 이러한 섬유 분쇄 동안 공기를 섬유쪽으로 흘려보내는 것이 바람직하다.
플러프를 형성시키는데 사용하는 기계장치의 종류를 불물하고, 섬유는 처음에 20% 이상의 수분, 바람직하게는 약 40% 내지 약 60%의 수분을 포함하면서 기계적으로 처리하는 것이 바람직하다.
조도(consistency)가 큰 섬유 또는 부분적으로 건조된 섬유를 기계적으로 정제하여, 기계적 섬유 분쇄의 결과로 부여된 컬이나 트위스트 이외의 컬이나 트위스트를 섬유에 추가로 제공할 수 있다.
본 발명에 의하여 제조된 섬유는 특유하게 조합된 강성과 탄성을 가지며, 이에 의하여 이러한 섬유로 만든 흡수 구조물은 고도의 흡수성을 유지할 수 있고, 고도의 탄성과 건조 압축 흡수 구조물의 습윤에 대한 팽창 반응성을 타나낸다. 가교결합 섬유는 이미 설명한 범위의 가교결합 수준을 가지는 이외에, 화학적으로 펄프를 만드는 종래의 제지용 섬유에 비하여 약 60 이하, 바람직하게는 약 28 내지 45의 보수치(WRV)를 가지는 것이 특징이다. 각 섬유의 WRV는 가교결합의 수준과 가교결합 당시 섬유의 팽윤도를 나타낸다. 당해 기술분야의 전문가들은 섬유가 가교결합 당시 팽윤되면 될수록 소정 수준의 가교결합에 대한 WRV가 그만큼 더 높아진다는 것을 이해할 것이다. 전술한 공지된 건식 가교결합 방법에 의하여 생성된 것과 같은 고도로 가교결합된 섬유는 WRV가 약 25 미만, 일반적으로 약 20 미만임이 입증되었다. 이용하는 각각의 가교결합 방법은 가교결합 섬유의 WRV에 영향을 주는 것은 물론이다. 그러나, 가교결합 수준과 WRV를 전술한 범위내에 포함되도록 하는 방법은 본 발명의 범위내에 포함되는 것으로 밝혀졌다. 응용할 수 있는 가교결합 방법에는 발명의 배경에서 논의한 건식 가교결합법과 비수용액 가교결합법이 포함된다. 본 발명의 범위에 포함되는 바람직한 특정 건식 가교결합법과 비수용액 가교결합법을 더 상세히 설명하면 다음과 같다. 용액이 섬유를 고도로 팽윤시키게 하는 수용액 가교결합법은 WRV가 60을 초과하는 섬유를 형성시킨다. 이러한 섬유는 본 발명의 목적을 위하여 불충분한 강성과 탄성을 제공할 것이다.
특히, 건식 가교결합법에 있어서, 개별화된 가교결합 섬유는 다량의 셀룰로오즈 섬유를 제공하고, 섬유의 슬러리를 전술한 종류 및 양의 가교결합제와 접촉시키고, 기계적으로 분리시키고, 즉 섬유를 개별 형태로 분쇄하고, 섬유를 건조시키고, 가교결합제를 촉매의 존재하에 섬유와 반응시켜 섬유가 사실상 개별 형태로 유지되는 동안 가교결합을 형성시키는 방법으로 생성할 수 있다. 섬유 분쇄 단계는 건조 단계와는 별도로 추가의 컬을 제공하는 것으로 밝혀졌다. 후속 건조에 의하여 섬유가 트위스팅되며, 이러한 트위스트의 정도는 섬유의 컬링된 기하학에 의해 커진다. 여기에서 섬유의 컬이라 함은 섬유의 종축 둘레의 섬유의 기하학적 곡률을 말한다. 트위스트라 함은 섬유의 종축의 수직 단면 둘레를 섬유가 회전하는 것을 말한다. 본 발명의 범위를 특별히 제한할 의도없이 설명할 목적만으로, 섬유 1mm당 평균 트위스트가 약 6인 본 발명의 범위내의 개별화된 가교결합 섬유를 관찰하였다.
섬유를 건조 및 가교결합시키는 동안 사실상 개별 형태로 유지시키는 것은 섬유로 하여금 건조 도중에 트위스팅되게 함으로써 트위스팅되고 컬링된 상태에서 가교결합되도록 한다. 섬유를 트위스팅되고 컬링될 수 있는 상태에서 건조시킨다는 것은 사실상 제한을 가하지 않은 상태에서 섬유를 건조시킴을 뜻한다. 반면에 섬유를 시트 형태로 건조시키면 개별 형태로 건조시킨 섬유와 같이 트위스팅되거나 컬링되지 않은 건조 섬유가 된다. 섬유간 수소 결합은 섬유의 트위스팅과 컬링의 상대적 발생을 제한하는 것으로 밝혀졌다.
섬유를 가교결합제 및 촉매와 접촉시킬 수 있는 여러 가지 방법이 있다. 하나의 양태에 있어서, 섬유는 최초로 가교결합제와 촉매를 둘 다 포함하는 용액과 접촉시킨다. 또 다른 양태에서는 섬유를 가교결합제의 수용액과 접촉시키고, 촉매를 첨가하기 전에 침지시킨다. 그런 다음 촉매를 첨가한다. 제3양태에서는 가교 결합제와 촉매를 셀룰로오즈 섬유의 수성 슬러리에 첨가한다. 전술한 방법 이외의 다른 방법들은 당해 기술분야의 전문가들이 잘 알고 있으며, 따라서 본 발명의 범위에 포함된다. 섬유를 가교결합제 및 촉매와 접촉시키는 특정한 방법에 관계없이, 셀룰로오즈 섬유, 가교결합제 및 촉매는 개별 섬유와 철저하게 접촉하고 이에 함침되도록 하기 위해 바람직하게는 섬유와 충분히 혼합하고/하거나 침지시키는 것이 바람직하다.
일반적으로 가교결합 메카니즘을 촉진시키는 물질은 어느 것이라도 사용할 수 있다. 사용할 수 있는 촉매에는 유기산과 산 염이 포함된다. 특히 바람직한 촉매는 알루미늄, 마그네슘, 아연 및 칼륨의 염산염, 질산염 또는 황산염과 같은 염이다. 바람직한 염의 구체적인 예는 질산아연·6수화물이다. 기타 촉매에는 황산, 염산 등과 같은 산과 다른 무기산 및 유기산이 포함된다. 선택된 촉매는 단일 촉매제로 사용하거나, 하나 이상의 다른 촉매들과 함께 사용할 수 있다. 촉매제로서의 산 염과 유기산의 혼합물은 우수한 가교결합 반응 효율을 제공하는 것으로 밝혀졌다. 질산아연 염과 시트르산과 같은 유기산의 촉매 혼합물의 경우, 뜻밖의 높은 반응 완결도가 관찰되었으며, 이러한 혼합물을 사용하는 것이 바람직하다. 무기산은 섬유가 용액속에서 가교결합제와 접촉하고 있는 동안에 섬유의 pH를 조정하는데 유용하나, 이를 1차 촉매로 이용하지 않는 것이 바람직하다.
가교결합제와 촉매의 최적 사용량은 사용되는 가교결합제, 반응 조건 및 제품의 예상 용도 등에 따라 달라질 것이다.
촉매의 바람직한 사용량은 가교결합제의 종류 및 양, 반응조건, 특히 온도와 pH에 따라 달라진다. 일반적으로, 기술적, 경제적 측면에서 셀룰로오즈 섬유에 첨가되는 가교결합제의 중량을 기준으로 하여 약 10 내지 약 60중량%의 촉매 수준이 바람직하다. 예를 들면, 사용되는 촉매가 질산아연·6수화물이고 가교결합제가 글루타르알데히드인 경우에도, 첨가되는 글루타르알데히드의 양을 기준으로 하여 약 30중량%의 촉매 수준이 적당하다. 가장 바람직하게는 글루타르알데히드의 중량을 기준으로 시트르산과 같은 유기산 약 5 내지 약 30%를 촉매로 첨가한다. 가교결합제와 섬유가 접촉하는 동안 셀룰로오즈 섬유 슬러리 또는 가교결합제 용액의 수성 부분을 pH 약 2 내지 약 5, 바람직하게는 pH 약 2.5 내지 약 3.5로 조정하는 것이 바람직하다.
셀룰로오즈 섬유는 일반적으로 탈수하고, 임의로 건조시켜야 한다. 작업을 할 수 있는 최적 조도는 사용하는 플러핑 장치의 유형에 따라 달라진다. 바람직한 양태에 있어서, 셀룰로오즈 섬유를 탈수시키고, 약 30 내지 약 80%의 조도로 임의로 건조시킨다. 섬유를 탈수시킨 다음, 약 40 내지 약 60%의 조도 수준으로 건조시키는 것이 더 바람직하다. 섬유를 이와 같이 바람직한 범위내로 건조시키는 것은 일반적으로 고습도 수준과 관련된 매듭의 과도한 형성이나 저습도 수준과 관련된 섬유의 과도한 손상없이 개별 형태로 섬유를 분쇄시키는 것을 촉진시킨다.
예를 들면, 탈수는 펄프를 기계적으로 압착, 원심분리 또는 공기건조시키는 것과 같은 방법으로 수행할 수 있다. 추가의 건조는 장시간에 걸쳐 고온을 이용할 필요가 없는 조건하에서 당해 기술분야에서 이미 공지된 공기 건조, 플래시 건조 등과 같은 방법으로 수행하는 것이 바람직하다. 이 공정 단계에서의 과도한 고온은 가교결합을 너무 빨리 진행시킬 우려가 있다. 약 160℃를 초과하는 온도는 2 내지 3초 이상 지속시키지 않는 것이 바람직하다. 기계적 섬유 분쇄는 전술한 바와 같이 수행한다.
그 다음에는, 분쇄된 섬유를, 가교결합제를 경화시키기에 유효한 시간, 즉 셀룰로오즈 섬유와 반응하기에 유효한 시간동안 적합한 온도로 가열한다. 가교결합의 속도와 정도는 섬유의 건조동, 온도, 촉매와 가교결합제의 양 및 종류, 가교결합을 수행하는 동안 섬유를 가열 및/또는 건조시키기 위해 이용하는 방법 등에 따라 달라진다. 특정 온도에 있어서의 가교결합은 특정한 초기 함수율을 갖는 섬유를 정지 오븐 속에서 건조 및 가열하는 때보다는 계속적으로 공기를 통하게 하여 건조시키는 때에 더 고속으로 발생한다. 당해 기술분야의 전문가들은 가교결합제의 경화에 있어서 여러 가지 온도-시간 관계가 존재한다는 것을 이해할 것이다. 정적 대기 상태하에서 약 30 내지 60분 동안의 종래의 종이 건조 온도(예 : 120℉ 내지 150℉)는 일반적으로 함수율이 약 5% 미만인 섬유에 대하여 허용될 수 있는 경화효과를 제공한다. 당해 기술분야의 전문가들은 고온과 공기 대류가 경화시간을 단축시킨다는 사실도 알고 있을 것이다. 그러나, 섬유를 약 160℃를 초과하는 고온에 노출시키면 섬유가 황변되거나 손상되기 때문에, 경화온도는 약 160℃ 미만으로 유지하는 것이 바람직하다.
섬유가 사실상 건조(함수율 5% 미만)될 경우 최대 수준의 가교결합을 성취할 수 있다. 섬유는 이러한 수분의 결여로 인하여 사실상 팽윤되지 않은 붕괴된 상태에 있는 동안에 가교결합된다. 따라서, 섬유는 본 발명에 적용할 수 있는 범위에 비하여 유체 보유치(FRV)가 낮은 것이 특징이다. FRV라 함은 건조 섬유를 기준으로 계산한 유체의 양으로서, 물에 흠뻑 적신 후에 원심분리시켜 섬유간 유체를 제거한 섬유의 샘플에 의해 흡수되어 있는 유체의 양을 말한다(FRV에 대한 정의와 FRV 측정과정에 관하여는 다음에 설명한다). 가교결합된 섬유가 흡수할 수 있는 유체량은 포화시 팽윤 능력, 다시 말하면, 최대 팽윤시 섬유의 내부 직경이나 용적에 따라 달라진다. 이러한 능력은 가교결합의 수준에 따라 달라진다. 특정한 섬유와 방법에 있어서, 섬유내 가교결합 수준이 증가함에 따라, 섬유의 FRV는 섬유가 습윤 상태에서 더 이상 팽윤되지 않을 때까지 감소된다. 이와 같이 섬유의 FRV 값은 포화상태에 있는 섬유의 물리적 상태를 구조적으로 설명하는 것이다. 달리 명시하지 아니하는 한, 여기에서 말하는 FRV 데이터는 섬유의 보수치(WRV)로 보아야 한다. 염수, 합성뇨와 같은 다른 유체도 분석용 유체 매질로 이용할 수 있다. 이 방법에서와 같이 경화가 주로 건조에 의존하는 방법으로 가교결합시킨 특정 섬유의 FRV는 주로 가교결합제와 가교결합 수준에 따라 달라진다. 본 발명에 적용할 수 있는 가교결합제 수준에서 이러한 건식 가교결합법에 의하여 가교결합된 섬유의 WRV는 일반적으로 약 25 이상 약 50 이하, 바람직하게는 약 28 내지 약 45이다. 셀룰로오즈 무수 글루코오즈의 mol을 기준으로 계산하여, 글루타르알데히드를 약 0.5mol% 내지 약 2.5mol% 함유하는 표백된 SSK 섬유는 WRV가 약 40 내지 약 28에 이르는 것으로 관찰되었다. 표백의 정도와 가교결합후 표백 단계의 실시가 WRV에 영향을 끼치는 것으로 판명되었다. 이러한 영향을 더 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명 이전에 공지된 건식 가교결합법에 의하여 제조된 SSK(Southern Softwood Kraft)섬유는 여기에서 설명하는 것보다 가교결합 수준이 높으며 WRV가 25 미만이다. 이러한 섬유는 전술한 바와 같이, 매우 뻣뻣하며, 본 발명의 섬유보다 흡수능이 낮은 것으로 나타났다.
건식 가교결합법에 의하여 개별화된 가교결합 섬유를 제조하는 또 다른 방법에 있어서, 셀룰로오즈 섬유는 전술한 바와 같이 가교결합제가 들어 있는 용액과 접촉시킨다. 섬유는 가교결합제와 접촉되기 전 또는 후에 시트 형태로 제공된다. 가교결합제를 함유하는 용액은 전술한 바와 같이 건식 가교결합법에 적용할 수 있는 촉매들 중의 하나를 함유하는 것이 바람직하다. 섬유는 시트 형태로 있는 동안에 건조시키고, 바람직하게는 섬유를 약 120℃ 내지 약 160℃의 온도로 가열하여 가교결합시킨다. 가교결합에 이어서 섬유를 기계적으로 사실상 개별 형태로 분리한다. 이는 미합중국 특허 제3,987,968호에 기술되어 있는 바와 같은 섬유 플러핑 장치로 처리하는 것이 바람직하나, 이 기술분야에서 공지된 섬유 분쇄법으로 실시할 수 있다. 이러한 시트 가교결합법에 따라 제조한 개별화된 가교결합 섬유는 셀룰로오즈 무수 글루코오즈 mol을 기준으로 계산하고, 섬유 분쇄에 이어 측정한 가교결합제 0.5mol% 내지 3.5mol%가 섬유내 가교결합 형태로 섬유와 반응할 수 있도록 충분한 양의 가교결합제로 처리한다. 섬유를 시트 형태로 있는 동안에 건조 및 가교결합시키는데 따르는 또 다른 효과는 섬유 대 섬유의 결합이 건조의 정도가 증가함에 따라 발생하는 섬유의 컬링과 트위스팅을 제한한다는 점이다. 사실상 제한을 가하지 않은 상태하에서 섬유를 건조시킨 다음에 트위스팅되고 컬된 형태로 가교결합시키는 방법에 따라 제조된 개별화된 가교결합 섬유에 비하여, 전술한 시트 경화법으로 만든 비교적 트위스팅되지 아니한 섬유로 만든 흡수 구조물은 습윤 탄성이 낮고 건조 흡수 구조물의 습윤에 대한 반응성이 낮을 것으로 예상된다.
본 발명에 적용할 수 있는 또 다른 가교결합법은 비수용액 경화 가교결합법이다. 비수용액 가교결합 섬유를 제조하는 데에는 건식 가교결합법에서 사용할 수 있는 것과 동종의 섬유를 사용할 수 있다. 섬유는 0.5mol% 내지 3.5mol%의 가교결합제가 섬유 및 적합한 촉매와 반응(여기서, 반응된 가교결합제의 수준은 가교결합 반응 후에 계산한다)할 수 있을 만큼 충분한 양의 가교결합제로 처리한다. 가교결합제는 섬유가 상당한 수준의 팽윤을 유발하지 않는 용액 속에 침지되어 있는 동안에 반응을 일으키게 된다. 그러나, 섬유는 약 30% 이하의 물을 함유하거나, 함수율이 약 30%의 섬유에 상당하는 정도로 가교결합 용액 속에서 팽윤될 수 있다. 이와 같은 부분적으로 팽윤된 섬유는 이하에서 더 상세히 설명하는 바와 같은 추가의 이점을 제공한다는 것을 알게 되었다. 가교결합 용액에는 아세트산, 프로파노산 또는 아세톤(그러나, 이에 한정되지 않는다)과 같은 물과 혼화성인 비수성 극성 희석제가 들어 있다. 바람직한 촉매에는 황산과 같은 무기산과 염산과 같은 할로겐산이 포함된다. 사용할 수 있는 다른 촉매에는 무기산 및 할로겐산의 염, 유기산 및 이의 염이 포함된다. 가교결합 매질로서 사용할 수 있는 가교결합 용액 시스템에는 1977년 7월 12일자로 에스. 산게니스, 지. 귀로이 및 제이. 퀘에르에게 허여된 미합중국 특허 제4,035,147호에 기술된 것들도 포함된다. 가교결합 용액은 약간의 물이나 기타 섬유 팽윤액을 포함할 수 있으나, 물의 양은 70% 조도의 펄프 섬유(함수율 30%)에 의해 나타나는 수준에 상당하는 팽윤 수준을 야기시키기에는 불충분한 것이 바람직하다. 또한, 섬유를 제외한 가교결합 용액의 총 용적을 기준으로 하여, 가교결합 용액 함수량은 10% 미만인 것이 바람직하다. 가교결합 용액내의 함수량이 이 양을 초과하면 가교결합의 효율과 속도가 저하된다.
섬유에 의한 가교결합제의 흡수는 가교결합 용액 자체 내에서, 또는 섬유를 가교결합제가 들어 있는 수용액 또는 비수용액으로 포화시킴을 포함하는 사전 처리단계에서 행하여질 수 있다. 섬유는 기계적으로 개별 형태로 분쇄하는 것이 바람직하다. 이러한 기계적 처리는 전술한 건식 가교결합법과 관련하여 섬유를 플러핑시키는 방법에 의하여 수행할 수 있다.
플러프(fluff) 제조단계에서, 젖어 있는 셀룰로오즈 섬유가 천연 상태의 섬유의 컬이나 트위스트의 양을 초과는 정도로 컬링되거나 트위스팅되도록 하는 기계적 처리를 포함시키는 것이 특히 유리하다. 이는 처음에는 습윤 상태의 플러핑(fluffing)용 섬유를 제공하고, 이러한 섬유를 개별 형태로 분쇄한 다음, 섬유를 적어도 부분적으로 건조시키는 것과 같은 전술한 방법에 따라 기계적으로 처리함으로써 수행할 수 있다.
섬유에 부여되는 컬과 트위스트의 상대량은 부분적으로 섬유의 함수량에 따라 달라진다. 섬유는 섬유와 섬유의 접촉이 적은 조건하에서 즉, 섬유가 개별 형태일 때 건조되면서 자연적으로 트위스팅된다. 처음에 젖은 섬유를 기계적으로 처리하는 때에도 섬유가 컬을 형성한다. 그 다음에 섬유를 건조시키거나, 거의 제한받지 않은 상태에서 부분적으로 건조시키면 섬유가 트위스트를 형성하는데, 트위스트 정도는 기계적으로 부여된 컬의 추가량에 의해 증가한다. 섬유 분쇄 플러핑 단계는 조도가 큰 습윤 펄프 또는 약 45% 내지 약 55%의 섬유 조도(섬유 분쇄 개시 전에 측정)까지 탈수시킨 펄프에 대하여 실시하는 것이 바람직하다.
섬유 분쇄단계에서 함수율이 0% 내지 약 30% 정도인 섬유가 제공되지 않는 경우에는 섬유 분쇄에 이어 가교결합 용액과 접촉되기 전에 섬유를 위의 함수량 범위까지 건조시켜야 한다. 건조단계는 섬유가 사실상 비제한받지 않은 상태에 있는 동안에 수행하여야 한다. 즉, 섬유와 섬유의 접촉은 건조 도중에 자연 발생하는 섬유의 트위스팅이 방해받지 않도록 최소화시켜야 한다. 이러한 목적을 위해서 공기 건조법과 플래시 건조법이 적합하다.
그 다음에, 개별화된 섬유를 물과 혼화성인 비수성 희석제, 가교결합제 및 촉매가 들어 있는 가교결합 용액과 접촉시킨다. 가교결합 용액에는 제한된 양의 물을 포함시킬 수 있다. 가교결합 용액의 함수량은 약 18% 미만, 바람직하게는 약 9% 미만이어야 한다.
기계적으로 분쇄되지 않은 하나의 배트(bat)의 섬유도 전술한 바와 같이 가교결합 용액과 접촉시킬 수 있다.
사용하는 가교결합제와 산 촉매의 양은 조도, 온도, 가교결합 용액 및 섬유내의 함수량, 가교결합 용액내의 가교결합제 및 희석제의 종류 및 필요한 가교결합의 양과 같은 반응조건에 따라 달아진다. 가교결합제의 사용량은 약 2중량% 내지 약 10중량%(섬유가 함유되지 않은 가교결합 용액의 총 중량을 기준)인 것이 바람직하다. 바람직한 산 촉매 함량도 가교결합 용액내에 있는 촉매의 산도에 따라 달라진다.
아세트산 희석제, 바람직한 수준의 글루타르알데히드 및 제한된 양의 물이 들어 있는 가교결합 용액 중의 촉매(염산 포함) 함량이 약 0.3중량% 내지 약 5중량%(섬유가 함유되지 않은 가교결합 용액의 중량을 기준)일 때 일반적으로 양호한 결과가 얻어질 수 있다. 전술한 가교결합 용액과 관련하여 가교결합을 수행하기 위해서는 섬유 조도가 10중량% 이하인 가교결합 용액과 섬유의 슬러리가 바람직하다.
가교결합 반응은 주위온도 또는 촉진된 반응 속도의 경우에는 약 40℃ 미만의 온도에서 실시할 수 있다.
섬유가 가교결합 용액과 접촉하여 가교결합될 수 있는 방법에는 여러 가지가 있다. 하나의 양태에 있어서, 섬유를 처음에 가교결합제와 산 촉매가 들어 있는 용액과 접촉시킨다. 섬유를 가교결합 용액에 침지시키면, 그 동안 가교결합이 이루어진다. 또 다른 예에 있어서, 섬유를 희석제와 접촉시키고, 산 촉매를 첨가하기 전에 침지시킨다. 산 촉매는 가교결합이 개시될 때에 첨가한다. 전술한 방법 이외의 방법도 당해 기술분야의 전문가들은 잘 알고 있으며, 따라서 본 발명의 범위 안에 포함된다.
가교결합제와 가교결합이 수행되는 조건은 섬유내 가교결합을 촉진할 수 있도록 선택하는 것이 바람직하다. 따라서, 가교결합제가 섬유내로 침투할 수 있는 충분한 시간 경과 후에 대부분의 가교결합 반응이 일어나도록 하는 것이 유리하다. 반응조건은 가교결합제가 이미 섬유내로 침투하지 않은 경우, 순간적인 가교결합을 피할 수 있도록 선택하는 것이 바람직하다. 가교결합이 약 30분간에 걸쳐 이루어지도록 하는 반응시간이 바람직하다. 반응시간이 이보다 길어도 섬유 성능이 그만큼 향상되지는 않는다. 그러나, 순간 가교결합을 포함한 더 짧은 반응시간과 더 긴 반응시간도 모두 본 발명의 범위안에 포함된다.
용액 속에 있는 동안에는 부분적으로만 경화시킨 다음, 공정 말기에 건조시키거나 가열처리하여 가교결합 반응을 완성시키는 방법도 있다.
가교결합 단계에 이어, 섬유에서 물을 빼고, 섬유를 세척한다. 가성 소다와 같은 충분한 양의 염기성 물질을 세척 단계에 첨가하여 펄프 속에 잔류하는 산을 중화시키는 것이 바람직하다. 섬유는 세척후 탈수시켜 완전히 건조시킨다.
섬유는 가교결합 섬유가 컬을 형성하도록 하는 제2의 기계적 섬유 분쇄 단계, 즉 탈수 및 건조단계 사이에 섬유 분쇄에 의한 플러핑 단계를 거치는 것이 바람직하다. 건조시킬 때 섬유의 컬 상태는, 가교결합 용액과 접촉하기 전에 실시하는 컬 처리와 관련하여 이미 기술한 바와 같이 추가의 트위스트를 제공한다. 제1의 기계적 섬유 분쇄단계와 관련하여 설명한 것과 동일한 트위스트 및 컬의 유발장치와 방법을 이러한 제2의 기계적 섬유 분쇄단계에도 적용할 수 있다. 여기에서, 섬유 분쇄라 함은 섬유가 이미 개별 형태로 제공될 수 있는 경우에도, 섬유를 기계에 의하여 사실상 개별 형태로 분리시키는데 사용할 수 있는 절차를 말한다. 그러므로, 섬유 분쇄는 개별 형태 또는 더욱 압축한 형태로 되어 있는 섬유를 기계적으로 처리하는 단계, 즉 1)섬유가 아직 개별 형태로 되어 있지 아니한 경우에는 이를 사실상 개별 형태로 분리시키고, 2)건조시 섬유에 컬과 트위스트를 제공하는 기계적 처리단계를 말한다.
섬유가 가교결합된 후의 이러한 제2의 섬유 분쇄처리는 펄프의 트위스트 및 컬 특성을 증대시키는 것으로 판명되었다. 이와 같은 섬유의 트위스트 및 컬 형성의 증대는 흡수 구조물의 습윤에 대한 탄성과 반응성을 높여준다. 제2의 섬유 분쇄 처리는 습윤 상태에 있는 어떠한 가교결합 섬유에 대하여도 실시할 수 있다. 그러나, 추가의 건조단계를 필요로 하지 않고 제2의 섬유 분쇄 단계를 개시할 수 있는 비수용액 가교결합법이 특히 유리하다. 이것은 섬유가 가교결합되는 용액이 섬유를 바람직하지 않게 너무 팽윤된 상태로 되게 하지는 않더라도, 가교결합 후에 유연하게 유지하기 때문이다.
그 외에도, 가교결합 전에 물기를 완전히 말린 섬유에 비하여 트위스팅되었으나 부분적으로 팽윤된 상태에 있는 동안에 가교결합된 섬유로 만든 구조물의 경우, 압축된 패드가 젖을 때 흡수 구조물이 큰 폭으로 팽창되는 것으로 밝혀졌다.
섬유를 가교결합 용액과 접촉시키기 전에 함수율 약 18% 내지 약 30%로 건조시킨 상태에서 가교결합 된 개별화된 가교결합 섬유에서 향상된 결과가 수득되었다. 섬유가 가교결합 용액과 접촉하기 전에 완전히 건조된 경우에는 팽윤되지 않은 붕괴된 상태에 있게 된다. 섬유는 용액 중의 함수량이 적기 때문에, 가교결합 용액과 접촉할 때 팽윤되지 않는다. 전술한 바와 같이, 가교결합 용액의 중요한 면은 섬유를 팽윤시키지 않는다는 점이다. 그러나, 가교결합 용액의 희석제가 이미 팽윤된 섬유에 의하여 흡수된 때에는 섬유는 사실상 물이 건조되어 있으나, 그전의 부분적으로 팽윤된 상태를 그대로 유지한다.
섬유가 팽윤되는 정도를 설명하기 위하여, 가교결합 후 섬유의 유체 보유치를 다시 언급하는 것이 유용하다. FRV가 높은 섬유는 다른 요인들이 모두 동일한 때에는 적게 팽윤된 상태에서 가교결합된 섬유보다 더 많이 팽윤된 상태에서 가교결합된 섬유에 해당한다. 본 발명의 범위를 제한하려는 의도는 없지만, 부분적으로 팽윤된 가교결합 섬유로서 FRV가 증가된 섬유는 습윤 탄성과 습윤에 대한 반응성이 상태에 있는 동안에 가교결합된 섬유보다 더 큰 것으로 밝혀졌다. 이와 같이 습윤 탄성과 습윤에 대한 반응성이 증대된 섬유는 물에 젖었을 때 더 쉽게 팽창하거나 트위스트가 풀려서 본래 상태로 복귀할 수 있다. 그러나, 가교결합에 의해 부여된 강성 때문에, 섬유는 여전히 섬유로 만든 포화 패드를 구조적으로 지지할 수 있다. 부분적으로 팽윤된 가교결합 섬유와 관련하여 여기에서 설명하는 FRV의 수치 자료는 보수치(WRV)이다. WRV가 약 60을 초과함에 따라 섬유의 강성은 포화된 흡수 구조물을 지지하는데 필요한 습윤 탄성과 습윤에 대한 반응성을 제공하기에 불충분하게 된다.
섬유를 용액 속에서 가교결합시키는 또 다른 방법에 있어서, 섬유를 먼저 수용액 또는 기타 섬유 팽윤 용액에 침지시켜 탈수시키고, 원하는 수준으로 건조시킨 다음, 전술한 바와 같은 촉매와 가교결합제가 들어있는 수혼화성 가교결합 용액에 침지시킨다. 이러한 섬유는 전술한 바와 같이 증가된 트위스트와 컬의 이점을 얻기 위하여 탈수 후, 추가의 건조 전에 기계적으로 플러프 형태로 분쇄하는 것이 바람직하다. 섬유가 가교결합제와 접촉한 후에 실시하는 기계적 섬유 분쇄는 가교결합제를 증발시켜 대기를 오염시키거나 고액의 공기 처리 비용을 유발하기 때문에 바람직하지 않다.
상기한 방법의 한 가지 변형방법에 있어서, 섬유를 분쇄한 다음, 가교결합제와 섬유 팽윤 희석제, 바람직하게는 물이 들어 있는 고농도 용액 속에 예비침지시킨다. 가교결합제의 농도는 섬유가 물에 의하여 팽윤되지 않도록 충분히 높게 한다. 섬유의 예비침지용 용액으로는 본 발명에 의한 가교결합제, 바람직하게는 글루타르알데히드의 50중량% 수용액이 유용하다는 것이 입증되었다. 예비침지 섬유를 탈수하고, 수혼화성 극성 희석제, 촉매 및 한정된 양의 물이 들어 있는 가교결합 용액에 침지시킨 다음, 전술한 바와 같이 가교결합시킨다. 가교결합 섬유는 전술한 바와 같이 탈수하고, 시트 또는 흡수 구조물로 추가로 가공하기 전에 제2의 기계적 섬유 분쇄단계를 거치게 할 수 있다.
가교결합제가 반응을 일으키기 전에 섬유를 수용액중의 가교결합제로 미리 침지시키는 것은 섬유를 가교결합제가 들어 있는 용액에 미리 침지시키지 않는 전술한 비수용액 경화 방법에 의한 가교결합 섬유로 만든 패드에 비하여 가교결합 섬유로 만든 흡수 패드에 고도로 흡수 특성을 제공한다.
전술한 건식 가교결합법과 비수용액 가교결합법에 의하여 형성된 가교결합 섬유는 본 발명의 생성물이다. 본 발명의 가교결합 섬유는 에어 레잉된 흡수 코어(air laid absorbent cores)를 제공하는데 직접 사용할 수 있다. 그외에도, 가교결합 섬유는 뻣뻣하면서도 탄성이 있기 때문에, 압축되지 않은 저밀도 시트로 습식 퇴적시킬 수 있으며, 이러한 시트는 건조시켜서 더 이상의 기계적 가공처리 없이 흡수 코어로서 직접 사용할 수 있다. 가교결합 섬유는 판매용 또는 원거리 수송용 압축 펄프 시트로도 습식 퇴적시킬 수 있다.
일단 개별화된 가교결합 섬유가 제조되면 건식 레잉시켜 직접 흡수 구조물로 성형시키거나, 습식 퇴적시켜 흡수 구조물 또는 조밀한 펄프 시트로 형성시킬 수 있다. 본 발명의 섬유는 성능상의 여러 가지 이점을 제공한다. 그러나, 이러한 섬유를 종래의 습식 시트 성형방법에 의하여 평활한 습식 적층 시트로 성형시키기 어렵다. 이것은 개별화된 가교결합 섬유가 용액 속에 있을 때 빨리 응집되기 때문이다. 이러한 응집은 헤드 박스 속에서도 일어나고, 세공 성형 와이어에 부착시킬 때에도 발생할 수 있다. 종전의 펄프 시트화 방법에 의하여 개별화된 가교결합 섬유를 시트화시키려는 시도는 응집된 섬유 덩어리들을 형성시킨다는 것을 알게 되었다. 이것은 섬유의 뻣뻣하고 트위스팅된 특성, 저수준의 섬유 대 섬유 결합, 시트 성형 와이어에 부착된 섬유의 높은 배수성 등에 기인하는 것이다. 그러므로, 개별화된 가교결합 섬유를 시트화할 수 있는 방법을 제공함으로써 습식 적층된 흡수 구조물과 운송 및 후속 섬유 분쇄용의 압축 펄프 시트를 형성할 수 있는지가 상업상 중대한 관심사이다.
이에 따라, 용액 속에서 응집되는 경향이 있는 개별화된 가교결합 섬유를 시트화하는 신규 방법이 개발되었는데, 여기에서는 개별화된 가교결합 섬유가 들어 있는 슬러리를 처음에는 종래의 펄프 시팅법과 유사한 방법으로 푸르드리니에(Foufdrinier)와이어와 같은 세공 성형 와이어에 부착시킨다. 그러나, 이러한 개별화된 가교결합 섬유는 그 성질로 인하여 성형 와이어에 다수의 섬유 덩어리로 부착된다. 하나 이상의 유체류, 바람직하게는 물의 흐름을 부착된 덩어리진 섬유로 흘려보낸다. 성형 와이어에 부착된 섬유로 일련의 샤우어(shower)를 보내는 것이 바람직하며, 연속적 샤우어는 용적 유량을 감소시킨다. 샤우어는 섬유에 부딪히는 유체의 충격으로 섬유가 응집되지 않게 하고, 이미 형성된 섬유의 응집을 분산시킬 수 있을 만큼 충분한 속도이어야 한다. 섬유 세팅 단계는 댄디 롤(dandy roll)과 같은 원통형 스크린이나 이 기술분야에서 공지되거나 알려지게 될 유사한 기능의 장치로서 수행하는 것이 바람직하다. 섬유 시트는 일단 세팅되면 건조시켜서 임의로 목적하는 바에 따라 압축시킬 수 있다. 샤우어의 간격은 섬유의 응집율, 성형 와이어의 선속도, 서형 와이어를 통한 배수, 샤우어의 수, 샤우어를 통한 속도 및 유량 등에 따라 달라진다. 샤우어는 상당한 수준의 응집이 생기지 않게 할 정도로 서로 밀접하게 수행하는 것이 바람직하다.
섬유에 퍼부어지는 유체는 섬유의 응집을 방지하고 섬유를 분산시키는 것 이외에, 후속 시트 형성을 위하여 섬유를 분산시킬 수 있는 추가의 액체 매질을 제공함으로써 개별화된 가교결합 섬유의 급속한 배수도 보상한다. 용적 유량을 감소시키는 다수의 샤우어는 슬러리의 조도를 체계적으로 순증가시키는 한편, 섬유의 응집에 대해 반복적 분산과 억제효과를 제공한다. 이에 의하여 섬유가 비교적 평탄하고 균일하게 부착되고, 이어서 응집이 일어나기 전에 유체를 배수시키고, 섬유를 세공 와이어에 압착시킴으로써 즉시 시트 형태로 고정시킨다.
본 발명의 가교결합 섬유로 만든 펄프 시트는 종래의 가교결합되지 않은 셀룰로오즈 섬유로 만든 펄프시트에 비하여 종래의 펄프 시트 밀도로 압축시키기가 곤란하다. 그러므로, 가교결합 섬유를 흡수 코어를 제조하는데 통상적으로 사용된 것과 같은 가교결합되지 않은 섬유와 결합시키는 것이 바람직하다. 뻣뻣한 가교결합 섬유가 들어 있는 펄프 시트에는 개별 가교결합 섬유와 혼합된 가교결합되지 않은 셀룰로오즈 섬유가, 시트의 총 건조중량을 기준으로 하여, 약 5% 내지 약 90% 포함되는 것이 바람직하다. 고도로 정제된 가교결합되지 않은 셀룰로오즈 섬유를 시트의 총 건조중량을 기준으로 하여 약 5% 내지 약 30% 포함시키는 것이 특히 바람직하다. 이와 같이 고도로 정제된 섬유는 약 300ml CSF, 보다 바람직하게는 약 100ml CSF 미만의 여수도(freeness)까지 정제하거나 개선시킨다. 가교결합되지 않은 섬유는 개별화된 가교결합 섬유의 수성 슬러리와 혼합하는 것이 바람직하다. 이러한 혼합물은 섬유 분쇄 후에 흡수 패드로 성형시키기 위해 압축 펄프 시트로 형성시킬 수 있다. 가교결합되지 않은 섬유를 혼입시킴으로써 펄프 시트를 압축 형태로 압축시키기가 용이한 반면, 그 후에 형성된 흡수 패드는 흡수성을 의외로 적게 상실한다. 가교결합되지 않은 섬유는 또한 펄프 시트 및 펄프 시트로부터 제조하거나 가교결합 섬유와 가교결합되지 않은 섬유의 혼합물로부터 제조한 흡수 패드의 인장강도를 증대시킨다. 가교결합 섬유와 가교결합되지 않은 섬유의 혼합물이 먼저 펄프 시트로 형성된 다음 흡수 패드로 형성되느냐, 아니면 직접 흡수 패드로 형성되느냐에 관계없이, 흡수 패드는 전술한 바와 같이 에어 레잉시키거나 습식 퇴적시킬 수 있다.
개별화된 가교결합 섬유 또는 가교결합되지 않은 섬유도 들어 있는 혼합물로 만든 시트 또는 웹은 기본 중량이 약 800g/㎡미만이고 밀도가 약 0.60g/㎥미만인 것이 바람직하다.
본 발명의 범위를 제한하고자 하는 것은 아니지만, 기본 중량이 약 300g/㎡ 내지 약 600g/㎡이고 밀도가 약 0.15g/㎥내지 약 0.30g/㎥인 습식 적층된 시트는 특히 기저귀, 템폰 및 기타 생리용품과 같은 일회용품에서 흡수 코어로 직접 사용할 수 있다. 기본 중량과 밀도가 이 수준을 초과하는 구조물은 흡수용품에 더욱 유용한 저밀도 기본 중량 구조물을 제조하기 위하여 후속 분쇄, 에어 레잉 또는 습식 적층에 있어서 가장 유용할 것으로 밝혀졌다. 이와 같은 고밀도 기본 중량의 구조물은 뜻밖의 높은 흡수도와 습윤에 대한 반응성을 나타낸다. 본 발명의 섬유로 만든 다른 용품들에는 밀도가 0.10g/cc 미만인 티슈 시트(tissue sheet)가 포함된다.
가교결합된 섬유가 사람의 피부에 또는 피부 가까이에 배치되는 제품에 있어서는 미반응 가교결합제를 제거하기 위하여 섬유를 추가로 처리하는 것이 바람직하다. 미반응 가교결합제의 수준은 셀룰로오즈 섬유의 건조 중량을 기준으로 하여 적어도 약 0.03% 미만으로 감소시키는 것이 바람직하다. 과도한 가교결합제를 성공적으로 제거하는 일련의 처리는 가교결합 섬유를 세척하고, 섬유를 상당 시간 동안 수용액에 침지 시켜 두고, 원심분리 등에 의해 약 40% 내지 약 80%의 조도로 섬유를 탈수시키고, 전술한 바와 같이 탈수된 섬유를 기계적으로 분쇄하고, 공기에 의하여 섬유를 건조시키는 연속 단계들로 구성된다. 이 방법은 잔류 유리 가교결합제 함량을 약 0.01% 내지 약 0.15% 감소시키는 것으로 밝혀졌다.
잔류 가교결합제를 감소시키는 또 다른 방법에 있어서, 쉽게 추출할 수 있는 가교결합제는 알칼리 세척에 의하여 제거한다. 알칼리도는 수산화나트륨과 같은 염기성 화합물에 의하여 또는 통상적으로 표백제로 이용되는 화합 약품(예 : 차아염소산나트륨) 및 헤미아세탈 결합을 가수분해하여 쉬프 염기(Schiff bases)를 형성하는 아미노 함유 화합물(예 : 수산화 암모늄)과 같은 산화제의 형태를 사용하여 부여할 수 있다.
pH는 아세탈 가교결합의 전환을 저지하기 위하여 바람직하게는 7 이상, 보다 바람직하게는 약 9 이상으로 유지하는 것이 유리하다. 헤미아세탈 결합은 아세탈 결합쪽으로 중립이 되어 있는 동안에 분해되게 하는 것이 바람직하다. 그러므로, 고도의 알칼리 상태에서 작용하는 추출제가 적당하다. 0.01N 내지 0.1N의 수산화암모늄에 의한 단일 세척처리는 30분 내지 2시간에 걸친 침지기간 동안 잔류물 함량을 약 0.0008% 내지 약 0.0023%로 감소시키는 것으로 관찰 되었다. 침지시간이 약 30분을 초과하는 경우와 수산화암모늄 농도가 약 0.01N을 초과하는 경우, 추가의 이점은 최소화된다.
1단계 산화와 다단계 산화가 모두 잔류 가교결합제의 효과적 추출방법인 것으로 판명되었다. 차아염소산 나트륨의 형태로 공급되고, 섬유의 건조 중량을 기준으로 계산한 0.1% 내지 약 0.8% 유효 염소(av. cl)를 사용한 1단계 세척이 잔류 가교결합제의 수준을 약 0.0015% 내지 약 0.0025% 감소시키는 것으로 관찰되었다.
개별화된 가교결합 섬유를 제조하는 신규한 접근방법의 하나에 있어서, 원료 섬유는 종래의 다단계 표백과정을 거치나, 과정 도중에 표백공정을 중단하고, 섬유를 본 발명에 따라 가교결합시킨다. 경화에 이어서 나머지 표백과정을 완성시킨다. 이 방법에 의하면 약 0.006% 미만의 낮은 가교결합제 잔류 수준을 얻을 수 있는 것으로 판명되었다. 이 방법은 표백단계와 잔류물 감소 단계를 통합시킴으로써 자본 비용과 추가 세척, 추출장비, 추가 공정단계 등의 가공상 불편을 피할 수 있기 때문에, 가교결합 섬유를 생성하는 바람직한 방법을 구현한 것으로 밝혀졌다. 실시하는 표백 순서와 가교결합을 위한 순서상의 중단점은 당해 기술 분야에서 통상적인 지식이 있는 자이면 누구나 알 수 있듯이 매우 상이할 수 있다.
그러나, 가교결합 후 DEP*또는 DEH*단계가 이어지는 다단계 표백 순서가 바람직한 결과를 제공하는 것으로 판명되었다(*D-이산화염소, E-부식제를 사용한 추출, P-과산화물, H-차아염소산나트륨). 가교결합 후의 표백단계들은 pH 약 7 이상, 더욱 바람직하게는 pH 약 9 이상에서 수행되는 알칼리 처리를 하는 것이 바람직하다.
가교결합 후의 알칼리 처리는 잔류 가교결합제를 효과적으로 감소시키는 이외에, 동등한 수준의 가교결합에 있어서 FRV가 높은 섬유의 생성을 촉진시키는 것으로 관찰되었다. FRV 가 높은 섬유는 건식 탄성이 낮다. 즉, 이러한 섬유는 건조 상태에 있는 동안에는 압축시키기가 더 쉬운 반면, 표백이 끝난 뒤에 가교결합된 동등한 섬유와 거의 동일한 습윤 탄성과 수분 반응성을 보유한다. 지금가지는 FRV가 높으면 흡수성이 감소된다는 것을 고려할 때 이는 특히 놀라운 사실이다.
여기에서 설명하는 가교결합 섬유는 개별화된 가교결합 섬유가 들어 있는 흡수 구조물을 갖는 일회용 기저귀, 생리용품, 생리대, 탬폰, 붕대 등을 포함한 여러 가지 흡수용품에 유용하다. 예를 들면, 액체 투과성 표면 시트(topsheet), 이러한 표면 시트와 연결된 불투과성 배면 시트(backsheet) 및 개별화된 가교결합 섬유가 들어 있는 흡수 구조물을 갖는 일회용 기저귀 또는 유사 제품을 특히 예상할 수 있다. 이러한 제품은 1975년 1월 14일자로 케네스 비. 뷰엘(Kenneth B. Buell)에게 허여된 미합중국 특허 제3,860,003호에 기술되어 있다.
통상적인 기저귀 및 기타 생리용품의 흡수 코어는 뻣뻣하지 않은 가교결합되지 않은 셀룰로오즈 섬유로 제조하며, 여기에서 흡수 코어는 건조 밀도가 약 0.06g/cc 내지 0.12g/cc이다. 흡수 코어는 습윤시 통상적으로 부피가 감소한다.
본 발명의 가교결합 섬유는 통상적인 가교결합되지 않은 섬유 또는 공지된 가교결합 섬유로 만든 동등한 밀도의 흡수 코어에 비하여 흡수능과 흡상율을 포함한 유체 흡수 특성이 높은 흡수 코어를 만드는데 이용할 수 있다. 더구나 이러한 향상된 흡수성은 습윤 탄성 수준의 증대와 동시에 얻을 수 있다. 습윤시 일정한 부피를 유지하는 약 0.06g/cc 내지 약 0.15g/cc의 밀도를 갖는 흡수 코어의 경우, 건조 셀룰로오즈 무수 글루코오즈 mol을 기준으로 하여 약 2.0mol% 내지 2.5mol% 가교결합제의 가교결합 수준을 가진 가교결합 섬유를 이용하는 것이 특히 바람직하다. 이러한 섬유로 만든 흡수 코어는 바람직한 구조의 보전성 즉, 내압축성과 습윤 탄성을 가진다. 여기에서 습윤 탄성이라 함은 습윤 패드가 압축력이 해제될 때 그 본래의 형상과 부피로 복원할 수 있는 능력을 말한다. 본 발명의 섬유로 만든 흡수 코어는 비처리 섬유와 종전의 공지된 가교결합 섬유로 만든 코어에 비하여 습식 압축력으로부터 해제될 때 그 본래 부피로 상당히 높은 비율로 회복된다.
또 다른 바람직한 양태에 있어서, 개별화된 가교결합 섬유는 에어 레잉되거나 습식 적층된(이후에 건조됨) 흡수 코어로 만들고, 이러한 흡수 코어는 패드의 평형 습윤 밀도 미만의 건조 밀도로 압축된다. 평형 습윤 밀도는 패드가 유체로 포화되었을 때 건조 섬유를 기준으로 계산한 패드의 밀도이다. 섬유가 평형 습윤 밀도 미만의 건조 밀도를 갖는 흡수 코어로 형성된 때에는, 포화 상태로 습윤시, 코어는 평형 습윤 밀도로 붕괴된다. 한편, 섬유가 평형 습윤 밀도를 초과하는 건조 밀도를 갖는 흡수 코어로 형성된 때에는, 포화 상태로 습윤시, 이 코어는 평형 습윤 밀도로 팽창한다. 본 발명의 섬유로 만든 패드는 평형 습윤 밀도가 종래의 가교결합되지 않은 섬유로 만든 패드보다 낮다. 본 발명의 섬유는 평형 밀도보다 높은 밀도로 압착되어, 습윤시 잘 팽창됨으로써 가교결합되지 않은 섬유에서 얻는 것보다 흡수능이 훨씬 증가된 패드를 형성할 수 있다.
특히, 건조 셀룰로오즈 mol을 기준으로 계산하여 약 0.75mol% 내지 1.25mol%의 가교결합 수준에서는 고도의 흡수특성, 습윤 탄성 및 습윤에 대한 반응성 등을 수득할 수 있다. 이러한 섬유는 건조 밀도가 이의 평형 습윤 밀도보다 높은 흡수 코어를 형성하는 것이 바람직하다. 흡수 코어는 약 0.12g/cc 내지 약 0.60g/cc 의 밀도로 압착시키며, 여기에서 상응하는 평형 습윤 밀도는 건조 압축 코어의 밀도 미만이다. 또한, 바람직하게는 흡수 코어를 약 0.12g/cc 내지 약 0.40g/cc의 밀도로 압착하며, 여기에서 상응하는 평형 습윤 밀도는 약 0.08g/cc 내지 약 0.12g/cc 이다. 이러한 섬유는 가교결합 수준이 2.0mol% 내지 약 2.5mol% 인 가교결합 섬유에 비하여 뻣뻣하지 않기 때문에, 보다 높은 밀도로 압착시키는데 더욱 적합하다. 전자의 섬유는 습윤시 2.0mol% 내지 2.5mol%의 가교결합 수준을 갖는 섬유보다 빠른 속도로 더 크게 복원되고, 더 높은 습윤 탄성을 가지면서도 거의 동일한 흡수능을 보유한다는 점에서 습윤에 대한 반응성이 높다. 그러나, 가교결합 수준이 낮은 가교결합섬유로부터 저밀도 흡수 구조물을 만들 수 있는 것과 같이, 수준이 높은 가교결합 섬유로부터 고밀도 범위내의 흡수 구조물을 만들 수 있음을 이해하여야 한다. 이러한 모든 구조물에 있어서 종래의 공지된 개별화된 가교결합 섬유에 비하여 향상된 성능을 얻을 수 있다.
이상의 설명은 고밀도 및 저밀도 흡수 구조물에 대한 바람직한 양태에 관한 것이지만, 본 명세서에 기술된 범위안에서 흡수 구조물의 밀도와 가교결합제 수준의 여러 가지 조합도 통상의 셀룰로오즈 섬유 및 종래에 공지된 가교결합 섬유에 비하여 우수한 흡수 특성과 흡수 구조물 보전성을 제공한다는 것을 알아야 한다. 이러한 양태들도 본 발명의 범위에 포함된다.
개별화된 가교결합 섬유로 만든 흡수 구조물은 거의 수불용성인 하이드로겔 형성 물질의 이산 입자들을 추가로 포함할 수 있다. 하이드로겔 형성 물질은 유체를 흡수하고, 이를 적합한 압력하에 유지시킬 수 있는 화합물이다.
바람직한 하이드로겔 형성 물질은 실리카 겔과 같은 무기물이나 가교결합 중합체와 같은 유기 화합물일 수 있다.
하이드로겔 형성 물질과 관련하여 언급되는 가교결합은 개별화된 가교결합 섬유를 형성하기 위한 가교결합제와 셀룰로오즈 섬유와의 반응과 관련하여 언급되는 경우보다 더 광의라는 것을 이해하여야 한다. 가교결합 하이드로겔 형성 중합체는 공유결합, 이온결합, 반데르 발스(van der waals) 결합 또는 수소결합에 의하여 가교결합될 수 있다. 하이드로겔 형성 물질의 예에는 폴리아크릴 아미드, 폴리비닐 알콜, 에틸렌-말레산 무수물 공중합체, 폴리비닐 에테르, 하이드록시프로필 셀룰로오즈, 카복시메틸 셀룰로오즈, 폴리비닐 모르폴리논, 비닐 설폰산, 폴리아크릴산염, 폴리아크릴아미드, 폴리비닐 피리딘 등의 중합체 및 공중합체가 포함된다. 기타의 바람직한 하이드로겔 형성 물질은 1975년 8월 26일자로 아싸쏜(Assarsson) 등에게 허여된 미합중국 특허 제3,901,236호에 기술되어 있는 것들이다. 특히 흡수 코어용으로 바람직한 하이드로겔 형성 물질은 가수분해된 아크릴로니트릴 그라프트 전분, 아크릴산 그라프트 전분, 폴리아크릴산염 및 이소부틸렌-말레산 무수물 공중합체 또는 이들의 혼합물 등이다. 사용할 수 있는 하이드로겔 형성 물질은 일본의 닛뽄쇼쿠바이가부시키가이샤(Nippon Shokubai Co.)에서 제조한 부분 중화된 폴리아크릴산인 아쿠알릭(Aqualic) L-73과 일본의 산요가부시키가이샤(Sanyo Co., Ltd.)에서 만든 부분 중화된 아크릴산 그래프트 전분인 산웨트(Sanwet) 1M 1000을 예로 들 수 있다. 1985년 6월 18일자로 출원된 미합중국 특허원 제746,152호에 기술된 바와 같은 비교적 높은 겔 강도를 갖는 하이드로겔 형성 물질이 개별화된 가교결합 섬유와 함께 사용하기에 바람직하다.
하이드로겔 형성 물질의 제조방법이 본원에 참조로 인용된, 1978년 2월 28일에 마스다(Masuda) 등에게 허여된 미합중국 특허 제4,076,663호 ; 1981년 8월 25일 쓰바키모토(Tsubakimoto) 등에게 허여된 미합중국 특허 제4,286,082호 ; 및 미합중국 특허 제3,734,876호, 제3,661,815호, 제3,670,731호, 제3,664,343호, 제3,783,871호 및 벨기에 왕국 특허 제785,850호에 기술되어 있다.
하이드로겔 형성 물질은 개별화된 가교결합 섬유가 들어 있는 흡수 구조물 전체에 분포되거나, 흡수 구조물중 특정 층이나 부분에만 분포될 수 있다. 또 다른 양태에서, 하이드로겔 형성 물질은 개별화된 가교결합 섬유가 포함될 수 있는 섬유질 흡수 구조물에 인접 배치된 시트나 필름에 접착되거나 적층된다. 이러한 시트나 필름은 하이드로겔 형성 물질이 층 사이에 위치하도록 다층 구조로 만들 수 있다. 또 다른 양태에 있어서, 하이드로겔 형성물질은 흡수 구조물의 표면 섬유에 직접 부착시킬 수 있다.
습윤 흡수 구조물이 피부에 접촉된 후 증발계를 이용하여 측정한 피부 습윤도 수준에 따라 본 발명의 개별화된 가교결합 섬유와 하이드로겔 형성 물질을 결합시킨 흡수 구조물에서 피부 건조도가 크게 상승하였음을 관찰하였다.
이러한 향상은 종래의 섬유에 비하여 개별화된 가교결합 섬유의 흡상능이 높고, 구조물의 흡수 능력이 증가된 때문인 것으로 밝혀졌다. 개별화된 가교결합 섬유로 만든 구조물의 특유한 흡상능은 섬유의 경질성과 이로 인하여 생기는 비교적 큰 빈 공간에 의한 것이다. 그러나, 종래의 공지된 개별화된 가교결합 섬유에 존재할 수 있는 지나치게 높은 수준의 가교결합제는 그 소수성으로 인하여 흡상을 감소시킨다.
건조 밀도가 상응하는 평형 습윤 밀도(건조 섬유를 기준으로 계산)보다 높은 개별화된 가교결합 섬유로 만든 흡수 구조물에서 또다른 중요한 장점을 관찰하였다. 이러한 흡수 구조물은 습윤시 체적이 팽창한다. 이와 같은 팽창으로 섬유내의 모세망도 넓어진다. 하이드로겔 형성 물질이 혼합되어 있는 통상의 흡수 구조물에서는 하이드로겔 형성 물질의 부피가 유체 흡수로 인하여 팽창함으로써 구조물의 전체 유체 흡수 퍼텐셜을 이용하기 전에 유체를 흡수하는 모세로를 폐쇄하거나 크기를 감소시킬 수 있다. 이러한 현상을 겔 블로킹(gel blocking)이라고 한다. 흡수 구조물의 섬유망의 팽창으로 인한 모세관 확장은 겔 블로킹의 발생을 감소시킨다. 이것은 구조물의 유체 흡수 퍼텐셜을 더 큰 비율로 이용할 수 있게 하고, 필요한 경우에는 겔 블로킹을 심각하게 높이지 않고 더 많은 하이드로겔 형성 물질을 흡수 구조물 속에 혼입시킬 수 있게 한다.
개별화된 가교결합 섬유와 하이드로겔 형성 물질이 들어있는 기저귀 코어용 흡수 구조물은 건조 밀도가 약 0.15g/cc 내지 약 0.40g/cc 이고 건조 섬유 중량을 기준으로 계산하여 하이드로겔 형성 물질을 약 20%미만 포함하는 것이 바람직하다. 개별화된 가교결합 섬유는 섬유내 가교결합 형태로 섬유와 반응하는 글루타르 알데히드를, 셀룰로오즈 무수글루코스 mol을 기준으로 계산하여, 약 0.75mol% 내지 약 1.25mol% 함유하는 것이 바람직하며, 여기서 섬유는 구조물이 습윤시 팽창할 수 있도록 충분히 압축된 건조 상태에서 비교적 얇은 흡수 구조물을 형성한다.
하이드로겔 형성 물질은 흡수 구조물의 전부 또는 일부에 걸쳐 균일하게 분산시킬 수 있다. 미합중국 특허 제3,860,003호에 기술된, 바람직한 개별화된 가교결합 섬유가 들어 있는 흡수 코어를 갖는 기저귀 구조물은 건조 밀도가 약 0.20g/cc이고, 코어에 고루 분산된 하이드로겔 형성 물질도 들어 있다. 현재로는 건조 흡수 코어의 총 중량을 기준으로 아쿠알릭 L-73 함량이 약 5중량% 내지 약 20중량%인 경우, 기저귀 흡상, 총 흡수능, 피부 습윤도 및 경제적 실행 가능성 등의 최적 균형을 얻을 수 있다고 본다. 미합중국 특허 제3,860,003호에 기술된 제품에서는 아쿠알릭 L-73과 같은 하이드로겔 형성 물질이 약 8중량% 내지 약 10중량% 정도로 개별화된 가교결합 섬유가 들어 있는 흡수 코어와 균질 혼합시키는 것이 바람직하다.
전술한 흡수 구조물에는 통상의 플러프 섬유 또는 고도로 정제된 섬유도 포함시킬 수 있는데, 여기에서 하이드로겔 형성 물질의 양은 전술한 바와 같이 섬유의 총 중량을 기준으로 한다. 여기에서 공개하는 양태들은 사실상 예시에 지나지 아니하며, 하이드로겔 형성 물질과 개별화된 가교결합 섬유의 적용 범위를 제한하는 것이 아니다.
유체 보수치 측정 과정
셀룰로우즈 섬유의 보수치(water retention value)를 측정하는 과정은 다음과 같다.
섬유 샘플 약 0.3g 내지 약 0.4g을 증류수 또는 탈염수 약 100ml가 들어 있는 뚜껑 달린 용기 속에 실온에서 약 15 내지 약 20시간 동안 침지시킨다. 침지된 섬유를 필터에 모으고, 원심분리 튜브의 60메쉬 스크린 저부에서 약 1·1/2in 위쪽에 지지되어 있는 80메쉬 와이어 바스켓(wire basket)으로 옮긴다. 튜브에는 플라스틱 덮개가 덮여 있고, 샘플은 19 내지 21분 동안 1500 내지 1700중력의 상대 원심력으로 원심분리한다. 그 이후에, 원심 분리된 섬유를 바스켓에서 꺼내어 계량한다. 계량한 섬유는 일정한 양에 이를 때까지 105℃의 온도에서 건조시킨 다음, 다시 계량한다. 보수치는 다음 식으로 계산한다.
상기식에서, W는 원심분리된 섬유의 습윤 중량이고, D는 섬유의 건조 중량이며, W-D는 흡수된 물의 중량이다.
드립능(drip capacity)측정 과정
흡수 코어의 드립능을 측정하는 절차는 다음과 같다. 드립능은 코어의 흡수 능력과 흡수율의 종합 척도로 이용한다.
약 7.5g의 4×4in 흡수 패드를 스크린 메쉬 위에 올려 놓는다. 합성 뇨를 8ml/s의 유속으로 패드 중앙에 공급한다. 합성 뇨의 첫 방울이 패드의 지부 또는 측면에서 벗어날 때 합성 뇨의 흐름을 중단 시킨다. 드립능은 합성 뇨를 도입하기 전 또는 후의 패드 질량의 차이를 절대 건조 기준으로 측정한 섬유의 질량으로 나누어 계산한다.
습윤압축율 측정 과정
흡수 구조물의 조직의 습윤 압축율(wet compressibility)을 측정하는 과정은 다음과 같다. 습윤 압축율은 흡수 코어의 습윤 내압축성, 습윤 구조직 보전성, 습윤 탄성 등의 척도로서 이용하였다.
7.5g의 4×4in 4각 패드를 준비하고, 그 두께를 측정하고, 밀도를 계산한다. 패드의 건조 중량의 10배 또는 포화점 중 적은 것에 상당하는 합성 뇨를 패드에 충전시킨다. 패드에 0.1PSI 압축 하강을 가한다. 패드가 평형되는 약 60초가 경과한 후, 패드의 두께를 측정한다. 이어서 압축 하중을 1.1PSI로 증가시키고, 패드가 평형되게 한 후, 그 두께를 측정한다. 그 다음에, 압축 하중을 0.1PSI로 감소시키고, 패드가 평형이 되게 한후, 그 두께를 다시 측정한다. 최초의 0.1PSI 하중, 1.1PSI 하중 및 두 번째의 0.1PSI하중[0.1PSIR(PSI리바운드)하중이라고 한다]에서의 패드의 밀도를 각각 계산한다. 그 다음에는 각 해당 압력 하중에 대한 공극율(void volume)(cc/g로 표시)을 측정한다. 이러한 공극율은 패드의 습윤 밀도에서 섬유 체적(0.95cc/g)을 뺀 값에 반비례한다. 0.1PSI 및 1.1PSI 공극율은 습윤 내압축성과 습윤 구조적 보전성의 유용한 지표가 된다. 공통 초기 패드 밀도에 대한 공극율이 크면 습윤 내압축성과 습윤 구조적 보전성이 크다는 것을 나타낸다. 0.1PSI 공극율과 0.1PSIR 공극율 사이의 차이는 흡수 패드의 습윤 탄성을 비교하는데 유용하다. 0.1PSI 공극과 0.1PSIR 공극 사이의 차이가 적으면 습윤 탄성이 크다는 것을 나타낸다.
건조한 패드와 압축 전에 포화된 패드 사이의 캘리퍼(caliper) 차이가 패드의 습윤에 대한 반응성의 유용한 지표가 된다는 것을 알게 되었다.
건조 압축율 측정 과정
흡수 코어의 건조 압축율을 측정하는 과정은 다음과 같다. 건조 압축율은 코어의건식 탄성의 척도로서 이용하였다.
약 7.5g의 4×4in 4각 에어 레잉된 패드를 준비하고, 건조상태에서 수압 프레스를 이용하여 5500ℓbs/16in2의 압력으로 압축시킨다. 패드를 뒤집어서 프레싱을 반복한다. 프레싱의 전후에 무하중 캘리퍼스를 이용하여 패드의 두께를 측정한다. 그 다음에는 프레싱 전후의 밀도를 질량(면적×두께)으로 계산한다. 프레싱의 전후의 밀도차가 크면 건식 탄성이 적다는 것을 나타낸다.
셀룰로오즈 섬유와 반응하는 글루타르알데히드의 농도를 측정하는 과정
개별 글루타르알데히드-가교결합 섬유의 셀룰로오즈 성분과 반응하여 섬유내 가교결합을 형성하는 글루타르알데히드의 농도를 측정하는데 이용하는 과정은 다음과 같다.
개별화된 가교결합 섬유의 샘플을 0.1N HCl을 사용하여 추출한다. 추출물을 섬유로부터 분리한 다음, 각 샘플별로 동일한 추출 분리 과정을 3회 더 반복한다. 각각의 추출공정에서 수득한 추출물을 2,4-디니트로 페닐히드라졸(DNPH)의 수용액과 별도로 혼합한다. 15분 동안 반응시킨 다음 일정량의 클로로포름을 혼합물에 첨가한다. 반응 혼합물을 45분간 더 혼합한다. 클로로포름과 수성 층들을 분별 깔때기로 분리시킨다. 글루타르알데히드의 농도는 DNPH유도체에 대한 고압 액체 크로마토그래피(HPLC)에 의하여 클로로포름층을 분석함으로써 측정한다.
HPLC 분석을 위하여 사용되는 크로마토그래피 조건들은 다음과 같다. 칼럼 : C-18 역상 ;검출기 : UV 360nm; 이동 상(Mobile phase) 80 : 20 메탄올 : 물; 유량 1ml/min 측정 : 피크 높이. 피크 높이의 보정 곡선과 글루타르알데히드 함량은 공지된 수준(0 내지 25ppm)의 글루타르알데히드를 함유하는 다섯 가지의 표준 용액의 HPLC 피크 높이를 측정함으로써 작성하였다.
각 섬유 샘플별로 4개의 클로로포름 상을 각각 HPLC에 의하여 분석하고, 피크 높이를 측정하고, 보정곡선으로부터 글루타르알데히드의 상응하는 농도를 측정한다. 이어서 각각의 추출물의 글루타르알데히드 농도를 합산하고, 섬유 샘플 중량(건조 섬유를 기준)으로 나누어서 섬유 중량을 기준으로 한 글루타르알데히드 함량을 구한다.
각각의 HPLC 크로마토그램 별로 2개의 글루타르알데히드 피크가 존재하였다. 동일한 피크가 과정 도중에 계속하여 사용되는 한, 어느 피크든지 사용할 수 있다.
[실시예 1]
본 실시예는 여러 가지 농도의 가교결합제인 글루타르알데히드가 개별화된 가교결합 섬유로 만든 흡수 패드의 흡수성과 탄성에 미치는 영향을 나타낸다. 개별화된 가교결합 섬유는 건식 가교결합법으로 제조한다.
각 샘플로는, 전혀 건조되지 않은 다량의 남부 연목 크라프트(SSK)펄프를 사용하였다. 섬유의 함수율은 약 62.4%(37.6% 조도에 상당)이다. 슬러리는 선택된 양의 50% 글루타르알데히드 수용액, 30% 질산아연·6수화물(글루타르알데히드의 중량을 기준), 탈염수 및 슬러리의 pH를 약 3.7로 감소시킬 만큼 충분한 양의 1N HCl이 들어있는 용액에 섬유를 첨가하여 형성시키다. 섬유를 20분 동안 슬러리에 침지시킨 다음, 원심분리에 의하여 섬유 조도가 약 34% 내지 35%가 되도록 탈수시킨다. 이어서 대기 온도의 공기를 이용하는 건조기를 통하여 송풍시킴으로써 섬유 조도가 약 55% 내지 56%로 되도록 탈수된 섬유를 공기로 건조시킨다. 공기로 건조된 섬유를 미합중국 특허 제3,987,968호에 기술되어 있는 바와 같은 3단계 플러핑 장치를 사용하여 분쇄한다. 분쇄된 섬유를 트레이에 넣고, 정적 건조 오븐속에서 145℃의 온도로 45분 동안 경화시킨다. 가교결합은 오븐속에 있는 동안에 완료된다. 개별화된 가교결합 섬유를 메쉬 스크린에 올려 놓고, 약 20℃의 물로 세척하고, 1%의 조도에서 60℃의 물속에 1시간동안 침지시키고, 선별한 다음, 약 20℃의 물을 사용하여 다시 세척하고, 60%의 섬유 조도로 원심분리한 다음, 전술한 바와 같은 3단계 플리퍼(fluffer)내에서 섬유 분쇄를 하고, 정적 건조 오븐 속에서 105℃의 온도로 4시간에 걸쳐 완전히 건조시킨다. 건조된 섬유를 에어 레잉시켜 흡수 패드를 형성한다. 패드를 수압 프레스를 이용하여 0.10g/cc 의 밀도로 압축시킨다. 패드의 흡수성, 탄성 및 전술한 과정에 따라 반응한 글루타르알데히드의 양 등을 시험한다. 반응한 글루타르알데히드는 건조 섬유 셀룰로오즈 무수 글루코스를 기준으로 계산한 mol%로 표시한다. 시험결과를 표 1에 나타내었다.
＃ 별도의 샘플로부터 취한 것임.
(N/A)-이용 불능
[실시예 2]
실시예 1의 개별화된 가교결합 섬유를 건조 섬유 밀도가 0.20g/cc인 건식 적층된 흡수 패드로 형성시킨다. 드립능 측정과정을 실시하는 동안 합성 뇨로 습윤시켜 패드가 제한받지 않은 상태하에서 팽창하게 한다. 그 다음에, 전술한 습윤 압축을 측정 과정에 따라 패드의 흡수성, 탄성 및 구조적 보전성 등을 시험한다. 시험결과를 표 2에 나타내었다. 드립능과 습윤 압축율은 0.5mol%의 글루타르알데히드에서 크게 증가하였다.
＃별개의 섬유 샘플에서 취함
[실시예 3]
본 실시예의 목적은 섬유를 가교결합에 이어 표백단계를 거치게 함으로써 저농도의 추출가능한 가교결합제를 수득할 수 있음을 입증하는데 있다. 추출가능한 가교결합제의 농도는 섬유의 샘플을 40℃의 탈염수속에 2.5%의 농도로 1시간 동안 침지시켜 측정한다. 물로 추출한 글루타르알데히드를 HPLC로 측정하고, 건조 섬유 중량을 기준으로 하여 추출가능한 글루타르알데히드로 표시한다. 섬유는 건식 가교결합법에 의하여 가교결합시킨다.
남부 연목 크라프트 펄프(SSK)를 제공하여, 펄프 섬유를 다음의 연속 표백단계에 의하여 부분적으로 표백한다 : 염소처리(C)-3 내지 4% 조도의 슬러리를 약 5% 유효 염소(av. Cl)로 pH 약 2.5에서 약 38℃의 온도하에 30분동안 처리한다 ; 가성 소다 추출-12% 조도의 슬러리를 1.4g/ℓ NaOH로 약 74℃의 온도에서 60분동안 처리한다 ; 차아염소산염 처리(H)-12% 조도의 슬러리를 충분한 차아염소산나트륨으로 pH 11-11.5에서 38℃ 내지 60℃의 온도하에 60분 동안 처리하여 60 내지 65의 엘레토 휘도(Elretho brightness)와 15.5 내지 16.5cp의 점도를 제공한다. 부분 표백된 섬유를 실시예 1에서 기술한 방법에 따라 가교결합제로서 글루타르알데히드를 사용하여 개별화된 가교결합 섬유로 가공한다. 섬유는 건조 섬유 셀룰로오즈 무수 글루코오즈 mol을 기준으로 계산한 결과, 2.29mol%의 글루타르알데히드를 보유하였다. 전형적으로, 이러한 섬유는 약 1000ppm(0.1%)의 추출 가능한 글루타르알데히드 농도를 갖는다.
이후에, 부분적으로 표백된 개별화된 섬유를 계속 표백하고, 이산화염소(D), 추출(E) 및 차아염소산나트륨(H) 순서(DEH도)에 의하여 이를 완성한다. 이산화염소 단계(D)에서는 개별화된 가교결합 섬유를 충분한 양의 염화나트륨을 함유하는 10% 농도의 수성 슬러리에 침지시켜 건조 섬유 중량을 기준으로 2%의 유효 염소를 제공한다. 혼합 후, 슬러리의 pH를 HCl을 첨가하여 약 pH 2.5로 감소시킨 다음, NaOH를 첨가하여 pH 4.4로 증가시킨다. 이후에, 펄프 슬러리를 70℃의 오븐 속에 2.5시간 동안 놓아두고, 선별한 다음, 중성 pH가 될 때까지 물로 씻어내고, 원심분리시켜 조도를 62.4%로 수득한다.
추출단계에서는, 탈수된 섬유의 10% 조도 수성 슬러리를 물 1ℓ당 0.33g NaOH로 40℃의 온도에서 1.5시간동안 처리한다. 이후에, 섬유를 선별하고, 중성 pH가 될 때까지 물로 세척한 다음, 원심분리시켜 62.4% 조도가 되게 한다.
끝으로, 차아염소산나트륨 단계(H)에서는, 건조 섬유 중량을 기준으로 하여 1.5%의 유효 염소를 제공하는 충분한 차아염소산나트륨을 함유하는 섬유의 10% 조도 슬러리를 제조한다. 슬러리를 혼합하고, 50℃의 오분 속에서 1시간 동안 가열한다. 이후에, 섬유를 선별하고, pH 5.0까지 세정한 후 원심분리시켜 62.4% 조도가 되게 한다. 탈수된 섬유를 공기를 건조시키고, 플러핑 한 다음, 105℃의 오븐 속에서 1시간에 걸쳐 완전히 건조시킨다. 완전히 표백된 개별화된 가교결합 섬유의 추출가능한 글루타르알데히드의 농도는 25ppm(0.0025%)이다. 이것은 섬유가 사람의 피부 가까이에서 사용되는 용품에 있어서 허용될 수 있는 것으로 밝혀진 추출가능한 글루타르알데히드의 최대 농도보다 훨씬 낮은 것이다.
부분 표백되고 가교결합된 다음, 완전 표백된 섬유로 만든 패드가 완전히 표백된 다음 가교결합된 개별화 섬유보다 이외로 높은 보수치와 흡상 속도, 적어도 드립능과 습윤 탄성을 갖는 것으로 밝혀졌다. 그러나, WRV가 높기 때문에, 표백단계의 중간점에서 가교결합된 섬유는 건조 상태에서의 압축성이 더 크다.
최종 차아염소산염 단계(H)를 과산화물 표백단계(P)로 대체시키는 경우 거의 대등한 결과를 수득한다. P단계에서는 10%조도 슬러리를 섬유 중량을 기준으로 하여 0.5%의 과산화수소로 pH 11 내지 11.5로 80℃에서 30분 동안 처리한다.
[실시예 4]
본 실시예는 무기염 촉매와 유기산의 혼합이 가교결합 반응 완결 수준에 미치는 영향을 나타낸다. 섬유는 건식 가교결합법에 의해 가교결합시킨다.
개별화된 가교결합 섬유의 제1샘플은 실시예 1에서 기술한 바와 같이 제조하고, 여기에서는 탈수 후 4.0mol%의 글루타르알데히드가 보유된다. 가교결합후의 섬유를 분석적으로 측정한 결과, 섬유에서 반응한 글루타르알데히드의 양은 약 37%의 반응 완성율에 상당하는 1.58mol%로 나타났다.
개별화된 가교결합 섬유의 제2샘플은 제1샘플과 동일한 방법으로 제조한다. 질산아연 촉매 이외에, 글루타르알데히드의 10중량%에 상당하는 다량의 시트르산이 추가의 촉매로서 펄프 슬러리중의 질산아연과 혼합되어 있는 것을 제외하고는 본 실시예에서 기술한 가교결합 후의 섬유를 분석적으로 혼합되지 않은 질산아연 촉매 샘플에 비하여 반응 완성시 55.1% 증가한 약 61%(mol기준)의 반응 완성율에 상당하는 2.45mol%로 나타났다.
[실시예 5]
본 실시예에서는 실시예 1에서 기술한 건식 가교결합법에 있어서, 알데히드 그룹을 1개 갖는 디알데히드산 동족체인 저농도의 글리옥실산의 사용을 기술한다.
셀룰로오즈 무수 글루코오즈 mol을 기준으로 하여 셀룰로오즈 섬유와 반응한 약 1.2%의 글르옥실산을 제공하기에 충분한 양의 글리옥실산 및 질산아연·6수화물 촉매를 함유하는 전혀 건조되지 않은 SSK의 섬유질 슬러리를 준비한다. 원심분리된 섬유는 섬유 조도가 약 38%이고 건조 섬유를 기준으로 약 1.06중량%의 글리옥실산을 함유한다. 가교결합제에 대한 촉매의 비는 약 0.30이다. 가교결합 개시시의 슬러리의 pH는 약 2.16이다. 섬유는 실시예 1에서 기술한 과정에 따라 개별화하고, 가교결합시킨다.
제2샘플에서는, 건조 섬유 중량을 기준으로 약 0.53중량%의 글리옥실산을 섬유에 가하여, 셀룰로오즈 무수 글루코스 mol을 기준으로 계산한 약 0.6mol%의 섬유와 반응하는 산정된 농도의 글리옥실산을 제공한다. 개별화된 가교결합 섬유는 가교결합 개시시의 슬러리의 pH가 약 2.35인 것을 제외하고는 바로 위에서 기술한 실시예에 따라 제조한다.
실시예 2에서 기술한 바와 같은 개별화된 가교결합 섬유로부터 밀도가 0.1g/cc 및 0.2g/cc 인 흡수 구조물을 제조한다. 패드의 드립능, 0.1PSI, 1.1PSI 및 0.1PSIR에서의 습윤 압축률과 흡상율은 종래의 가교결합되지 않은 섬유로 만든 유사한 밀도의 흡수 구조물에 비하여 훨씬 높다.
[실시예 6]
본 실시예에서는 섬유가 거의 팽윤되지 않은 붕괴된 상태에서 가교결합되는 비수용액 경화 가교결합법에 의하여 개별화된 가교결합 섬유를 제조하는 방법을 기술한다.
전혀 건조되지 않은 SSK 표백 섬유를 제공하고, 약 67%의 섬유 중량 조도로 건조시킨다. 섬유를 미합중국 특허 제3,987,968호에서 기술한 3단계 플러핑 장치를 사용하여 기계적으로 분쇄한다. 이후에, 분쇄된 섬유를 105℃의 온도에서 4시간에 걸쳐 완전히 건조시킨다. 이어서, 건조된 섬유를 섬유와 가교결합 용액의 10% 조도 슬러리에 넣으며, 가교결합 용액에는 50% 글루타르알데히드 용액 0.5중량% 내지 약 6.0중량%, 추가의 물 약 1.5중량% 내지 약 13중량%, 산성 촉매(HCl 또는 HSO)약 0.3중량% 내지 약 3.0중량% 및 잔여량의 아세트산이 함유되어 있다. 이후에, 섬유를 약 25℃의 온도에서 0.5 내지 6시간 동안 가교결합 용액 속에서 유지시키며, 이 시간 동안 주로 섬유내 가교결합이 형성된다. 이후에, 섬유를 냉수로 세척하고 약 60중량% 내지 약 65중량%의 섬유 조도가 되게 원심분리하고, 3단 플러프를 사용하여 섬유 분쇄를 수행한 다음, 105℃의 온도에서 4시간 동안 건조시킨다. 이러한 섬유는 일반적으로 셀룰로오즈 무수 글루코오즈 mol을 기준으로 계산하여, 섬유내에서 반응하는 가교결합제 약 0.5mol% 내지 약 3.5mol%를 갖는다. 건조된 섬유는 에어 레잉시켜 흡수 구조물을 형성시키고, 수압 프레스를 사용하여 실시예 1 및 2에서 형성한 패드와 유사하게 0.10g/cc 또는 0.20g/cc 의 밀도 또는, 필요에 따라, 다른 밀도로 압축할 수 있다.
[실시예 7]
본 실시예에서는 섬유가 부분적으로만 팽윤된 상태에서 가교결합되는 비수용액 경화 가교결합법에 의하여 개별화된 가교결합 섬유를 제조하는 방법을 기술한다.
본 실시예의 과정은, 전혀 건조되지 않은 SSK 섬유를 처음에는 섬유 분쇄 전에 50 내지 55중량%의 섬유 조도로 건조시키고, 분쇄된 섬유를 이러한 섬유 분쇄의 결과 약 18중량% 내지 약 30중량%의 함수율로 건조시키고, 필요한 경우, 추가의 건조 단계를 수행하는 것을 제외하고는 실시예 6에서 기술한 공정과 동일하다. 이후에, 부분적으로 팽윤된 형태를 갖는 섬유를 가교결합시키고, 세척하고, 원심분리시킨 다음, 분쇄하여 실시예 6에서 기술된 바와 같이 건조시킨다. 거의 대등한 양의 글루타르알데히드를 갖는 본 실시예의 부분 팽윤된 가교결합 섬유는 실시예 6의 가교결합 섬유에 비하여 WRV가 높으며, 더 높은 드립능과 습윤압축율을 갖는 흡수 구조물이 된다.
[실시예 8]
본 실시예에서는 섬유를 사실상 비수성의 가교결합 용액 속에서 가교결합시키기 전에 글루타르알데히드를 함유하는 고농도 수용액에 예비침지시키는 비수용액 가교결합법에 의하여 개별화된 가교결합 섬유를 제조하는 방법을 기술한다.
전혀 건조되지 않은 SSK 섬유를 미합중국 특허 제3,987,968호에 기술된 섬유 분쇄장치를 사용하여 기계적으로 분리시키고, 50중량%의 글루타르알데히드와 50중량%의 물이 들어 있는 수용액에 약 2 내지 30분동안 예비침지시킨다. 이후에, 섬유를 기계적으로 압착하여 부분적으로 팽윤된 글루타르알데히드 함침 섬유를 제공한다. 이후에, 섬유를 촉매의 존재하에 가교결합시키고, 세척하고, 원심분리하고, 분쇄한 다음, 실시예 6에서 기술한 바와 같이 건조시킨다. 이 실시예의 섬유는 거의 대등한 가교결합 수준을 갖는 실시예 6 또는 7의 가교결합 섬유에 비하여 드립능과 습윤 압축율이 높은 흡수 구조물이 된다.
[실시예 9]
실시예 7에서 기술한 방법에 따라 개별화된 가교결합 섬유를 제조한다. 가교결합 용액은 샘플 1 및 2의 경우에는 글루타르알데히드 2%, HSO1.29%, 물 3% 및 나머지로서 아세트산을 함유하고, 샘플 3 및 4의 경우에는 글루타르알데히드 0.5%, HSO0.6%, 물 1.2% 및 나머지로서 아세트산을 함유한다. 가교결합 용액으로 되는 섬유의 함수율은, 샘플 1 및 2의 경우에는 30%, 샘플 3 및 4의 경우에는 18%이다. 글루타르알데히드는 반응하여 섬유와 가교결합을 형성한다. WRV, 드립능 및 습윤 압축율 리바운드(0.1PSIR)를 측정하여 표 3에 기재한다.
* N/A-이용할 수 없음.
[실시예 10]
본 실시예의 목적은 개별화된 가교결합 섬유를 함유하는 습식 적층된 시트를 만드는 방법을 예시하는 것이다.
실시예 1에서 기술한 방법에 따라 제조한 90%의 개별화된 가교결합 섬유 90%와 여수도가 100CSF 미만인 통상의 비가교결합 섬유 10%를 함유하는 섬유 블랜드(blend)의 0.55% 조도의 슬러리를 통상의 84메쉬 푸르드리니에 성형 와이어 위에 응집된 덩어리진 섬유로 부착시킨다. 헤드 박스에서 빠져 나오는 제지유동량은 430㎏/min이다. 부착 직후에, 유동량이 순차적으로 감소되는 일련의 다섯 줄기의 스트림을 섬유 위로 흘려 보낸다. 다섯 줄기의 물 스트림들은 누적 유동비를 물 85㎏/절대 건조(b.d.)섬유 ㎏으로 제공한다. 이러한 샤우워들은 성형 와이어의 이동방향에 대하여 평행한 약 1m의 길이의 면적내에서 모두 이격된다. 각각의 물 스트림은 서로 1/2(12.7min)로 이격되고, 성형 와이어의 폭을 가로질러 연장되는 일련의 선형 1/8(3.2mm) ID 환형 구멍들을 통하여 섬유 위로 뿌려진다. 총 유동율을 기준으로 한 근사 유동비(%)와 각각의 샤우워에 대한 구멍을 통한 유동속도는 다음과 같다 : 총 유량의 1 내지 37% 샤우워 170m/min; 총유량의 2 내지 36% 샤우워, 165m/min; 총 유량의 3 내지 13% 샤우워 61m/min; 총 유량의 4 내지 9% 샤우워 41m/min; 총 유량의 5 내지 5% 샤우워 20m/min. 5번째 샤우워 직후에 섬유는 이 기술분야에서 댄디 롤이라고 알려진 원통형 스크린 롤을 사용한 처리에 의해 고정시킨다. 댄디 롤은 고정시 고조도 슬러리 형태로 존재하는 섬유를 성형 와이어에 대하여 압착시켜 섬유가 습윤 시트를 형성하도록 고정시킨다. 시트의 외관은 종래의 섬유질 펄프 시트와 유사하다.
본 발명의 범위는 다음의 청구범위에 따라 한정한다.
Claims (11)
- 가교결합제가, C2-C8디알데히드, 하나 이상의 알데히드 그룹을 갖는 C2-C8디알데히드 산 동족체 및 상기 디알데히드 및 디알데히드 산 동족체의 올리고머로 이루어진 그룹으로부터 선택되며; 섬유가, 건조 및 가교결합도중 개별 형태로 유지되고 25 내지 60의 WRV를 가지며 흡수 구조물이 건조 밀도 미만의 습윤 평형 밀도(습윤 평형 밀도는 건조 섬유를 기준으로 계산된다)를 가질 수 있도록 하는 성질을 갖는, 섬유내 가교결합 형태로 섬유와 반응하며 셀룰로오즈 무수글루코오즈 몰(mole)을 기준으로 계산하여 0.5몰% 및 3.5몰% 사이의 가교결합제를 갖는, 개별화된 트위스팅되고 컬링된(twisted and curled)가교결합 셀룰로오즈 섬유를 함유함을 특징으로 하는 흡수 구조물.
- 제1항에 있어서, 섬유가, 섬유내 가교결합 형태로 섬유와 반응하는 가교결합제를, 셀룰로오즈 무수 글루코오즈 몰을 기준으로 계산하여, 0.75 내지 2.5몰%로 함유함을 특징으로 하는 흡수 구조물.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 가교결합제가 글루타르알데히드임을 특징으로 하는 흡수 구조물.
- 제3항에 있어서, WRV가 28 내지 50임을 특징으로 하는 흡수 구조물.
- 제1항에 있어서, 구조물이 개별화된 가교결합 섬유 10 내지 95%와 가교결합되지 않은 셀룰로오즈 섬유 5 내지 90%를 함유함을 특징으로 하는 흡수 구조물.
- 제1항 또는 제5항에 있어서, 구조물이 구조물내에 배열된 하이드로겔-형성 물질을 추가로 함유함을 특징으로 하는 흡수 구조물.
- 제6항에 있어서, 하이드로겔-형성 물질이 구조물의 적어도 일부에 걸쳐 균질하게 배합됨을 특징으로 하는 흡수 구조물.
- 제6항에 있어서, 하이드로겔-형성 물질이 시트 위에 배열되어 있고, 시트는 섬유에 대한 병렬로 배치되어 있음을 특징으로 하는 흡수 구조물.
- 제1항, 제2항 및 제5항 중의 어느 한 항에 있어서, 흡수 구조물의 건조 밀도가 0.06 내지 0.15g/cc 이고, 개별화된 가교결합 섬유가 섬유내 가교결합의 형태로 섬유와 반응하는 가교결합제를, 셀룰로오즈 무수글루코오즈 몰을 기준으로 계산하여, 2.0 내지 2.5몰%로 함유함을 특징으로 하는 흡수 구조물.
- 제1항, 제2항 및 제5항중의 어느 한 항에 있어서, 흡수 구조물의 건조 밀도가 0.12 내지 0.60g/cc 이고, 건조 섬유를 기준으로 계산하여, 습윤 평형 밀도가 건조 밀도보다 작으며, 개별화된 가교결합 섬유가 섬유내 가교결합 형태로 섬유와 반응하는 가교결합제를, 셀룰로오즈 무수글루코오즈 몰을 기준으로 계산하여, 0.75 내지 1.25몰%로 함유함을 특징으로 하는 흡수 구조물.
- 흡수 구조물이 제1항, 제2항 및 제5항 중의 어느 한 항에서 청구한 흡수 구조물을 포함함을 특징으로 하는, 표면 시트(topsheet), 표면 시트와 연결된 배면 시트(backsheet) 및 표면 시트와 배면 시트 사이에 배열된 흡수 구조물을 갖는 1회용 흡수제품.
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