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KR940000808B1 - 흡수성 코어 및 이를 포함하는 일회용 흡수성 제품 - Google Patents

흡수성 코어 및 이를 포함하는 일회용 흡수성 제품 Download PDF

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KR940000808B1
KR940000808B1 KR1019860005229A KR860005229A KR940000808B1 KR 940000808 B1 KR940000808 B1 KR 940000808B1 KR 1019860005229 A KR1019860005229 A KR 1019860005229A KR 860005229 A KR860005229 A KR 860005229A KR 940000808 B1 KR940000808 B1 KR 940000808B1
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Abstract

내용 없음.

Description

흡수성 코어 및 이를 포함하는 일회용 흡수성 제품
본 발명은 하이드로겔 물질 및 섬유성 음이온 교환물질로 이루어지는 흡수성 구조물에 관한 것이다. 음이온 교환 섬유가 존재하므로, 구조물중의 하이드로겔은 체액, 특히 뇨에 대한 흡수용량을 증가시킨다.
또한, 본 발명은 이러한 흡수성 구조물로 이루어지는 일회용 흡수 제품에 관한 것이다.
고 흡수성 하이드로겔 물질, 대표적으로 약간 가교결합된 친수성 중합체는 공지되어 있으며, 흡수성 구조물로서의 용도로 제안되어 있다. 고 흡수성 하이드로겔 물질은 탈이온수에 대한 높은 흡수용량, 대표적으로 자체 중량의 100배 또는 그 이상의 흡수용량을 갖는다. 고 흡수성 하이드로겔 물질의 뇨 또는 월경 같은 체액에 대한 흡수용량은 탈이온수에 대한 흡수용량보다 매우 작다. 일반적으로, 체액에 대한 흡수용량이 훨씬 더 작은 것은 체액의 전해질 함량 때문이며 따라서 이러한 현상은“염 피독(salt poisoning)”효과 때문이라고 생각된다. 체액에 대한 하이드로겔의 흡수용량을 증가시키기 위해서는 고 흡수성 하이드로겔 물질을 더욱 경제적이고 유효하게 사용하는 것이 바람직하다.
그러므로, 본 발명의 목적은 전해질-함유 유체에 대해 증가된 흡수용량을 갖는 하이드로겔로 이루어지는 흡수성 구조물을 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 본 발명의 흡수성 구조물로 이루어지는, 일회용 기저귀 및 생리대 등의 일회용 흡수성 구조물을 제공하는 것이다.
나가노(Nagano)등의 미합중국 특허 제4,026,291호(1977. 5. 31)에는 분비된 인간의 체액 처리용 제품의 흡수성 코어(core)에 디에틸 아미노 셀룰로즈를 사용하는 것이 기재되어 있다. 코어중의 이온 교환 섬유의 작용은 분비된 체액을 방취, 멸균 및 응고시키는 것이다.
1976년 10월 19일자로 공고된 일본국 특허원 OPI 제118,846호에는 당 시럽(sugar syrups)을 정제시키는 작용을 하는, 셀룰로즈 및 비닐 섬유등의 양이온 교환 섬유와 음이온 교환 섬유의 조합이 기재되어 있다.
1982년 3월 13일자로 공고된 일본국 특허원 OPI 제45,057호는 자체 가교결합된 폴리아크릴레이트와 같은 하이드로겔 물질과 혼합된, 분말 또는 과립형태의 이온 교환 수지에 관한 것이다. 이온 교환물질은 음이온 교환체 또는 양이온 교환체이거나 양자의 혼합물일 수 있다. 이온 교환물질의 흡수용량은 통상의 흡수성 물질보다 염의 존재에 대한 영향을 적게 받는다.
본 발명은 (a) 하이드로겔 약 1 내지 약 99중량% ;
(b) 섬유성 음이온 교환물질 약 1 내지 약 99중량% ;
(c) 섬유성 양이온 교환물질 약 1 내지 약 99중량% ; 및
(d) 통상의 흡수성 물질 약 0 내지 약 99중량%로 이루어지며, 평형 pH가 약 5 내지 11인 흡수성 구조물에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 (a) 소수성 표면 시트 ; (b) 액체 불투과성 이면 시트 ; 및 (c) 본 발명의 흡수성 구조물로 이루어지는 흡수성 코어(이는 이면 시트와 표면 시트사이에 위치한다)로 이루어지는, 기저귀 또는 생리대등의 일회용 흡수성 제품에 관한 것이다.
본 명세서에 사용되는“하이드로겔”이란 용어는 수성 유체를 흡수하여 적당한 압력하에 이를 보유할 수 있는 무기 또는 유기 화합물을 의미한다. 우수한 결과를 위하여, 하이드로겔은 수불용성이어야 한다. 하이드로겔의 예에는 실리카겔등의 무기물질 및 가교결합된 중합체등의 유기화합물이 있다. 가교결합은 공유, 이온, 반데르 발스 또는 수소 결합일 수 있다. 중합체의 예에는 폴리아크릴 아미드, 폴리비닐알코올, 에틸렌 말레산 무수물 공중합체, 폴리비닐 에테르, 하이드록시 프로필 셀룰로즈, 카복시메틸 셀룰로즈, 폴리비닐 모르폴리논, 비닐설폰산이 중합체 및 공중합체, 폴리아크릴레이트, 폴라아크릴아미드, 폴리비닐 피리딘 등이 포함된다. 다른 적절한 하이드로겔은 아자르선(Assarson)등의 미합중국 특허 제3,901,236호 (1975. 8. 26허여)에 기재되어 있다. 본 발명에 사용하기에 특히 바람직한 중합체는 가수분해된 아크릴로니트릴 그라프트화 전분, 전분 폴리아크릴레이트, 가교결합된 폴리아크릴레이트 및 이소부틸렌 말레산 무수물 공중합체, 또는 이의 혼합물이다. 전분 폴리아크릴레이트 및 가교결합된 폴리아크릴레이트가 가장 바람직하다.
하이드로겔은 염-형성 양이온으로 중화된 산성 작용성 그룹 약 0 내지 100%를 함유할 수 있다. 하이드로겔 산성 작용성 그룹의 약 50%이상, 더욱 바람직하게는 약 70% 이상이 염-형성 양이온으로 중화된 하이드로겔이 바람직하다. 바람직한 염-형성 양이온에는 알칼리 금속(예 : 칼륨, 나트륨), 암모늄, 치환된 암모늄(예 : 탄소수 1 내지 약 6의 알킬 그룹으로 모노-, 디-, 트리- 또는 테트라-알킬 치환된 암모늄, 예를들면 트리에틸 또는 트리메틸암모늄, 테트라메틸 또는 테트라에틸 암모늄) 및 아민이 포함된다.
하이드로겔 물질은 본 발명의 흡수성 구조물중에 분리된 입자형태로 사용한다. 이러한 입자는 원하는 형태, 예를들면, 구형, 반구형, 입방체형, 막대형, 다면체형등일 수 있다. 또한, 침상, 플레이크 및 섬유와 같이 최대 크기/최소 크기 비를 갖는 형태도 본 발명에 사용할 수 있다. 또한, 하이드로겔 입자의 집적물도 사용할 수 있다.
본 발명의 흡수성 구조물은 넓은 범위의 입자크기를 갖는 하이드로겔 입자를 사용하여 잘 실행된다고 생각되지만, 한편으로 매우 작거나 매우 큰 입자를 사용하는 것을 배제할 수는 없다. 산업 위생적인 이유에서, (중량)평균 입자크기가 약 30마이크론 보다 작은 것은 덜 바람직하다. 또한, 최소 크기가 약 3mm보다 큰 입자는 흡수성 구조물에 거친 촉감이 생기도록 할 수 있고, 이는 소비자의 미적 관점에서 바람직하지 않다. (중량)평균 입자크기가 약 50마이크론 내지 약 1mm인 입자가 본 발명에 사용하기 바람직하다. 본 명세서에서 사용되는“입자크기”는 개개 입자의 최소 크기의 중량 평균을 의미한다.
하이드로겔을 제조하는 방법은 마수다(Masuda)등의 미합중국 특허 제4.076,663호(1978. 2. 28허여), 쯔바끼모토(Tsubakimoto)등의 미합중국 특허 제4,286,082호(1981. 8. 25허여) 및 미합중국 특허 제3,734,876호, 제3,661,815, 제3,670,731호, 제3,664,343호, 제3,783,871호 및 벨기에 왕국 특허 제785,858호에 기재되어 있으며, 상기 특허들은 본 명세서에 참조 인용되어 있다.
본 명세서에 사용되는“섬유”및“섬유성”은 최소 크기가 약 100마이크론 미만이고, 두번째 최소 크기가 상기 최소 크기와 동일하며, 최대 크기가 약 0.5mm 이상인 입자를 의미한다.
“양이온 교환물질”은 여러가지 양이온과 방출가능한 이온 결합을 형성할 수 있으며, 완전히 pH 중화되지 않고 하이드로겔이 아닌 수불용성 물질을 의미한다. 양이온 교환물질 자체는 음이온성이다. 양이온 교환물질은 약 50% 미만 중화되는 것이 바람직하며, 매우 양성자화된 형태의 양이온 교환물질이 가장 바람직하다. 양이온 교환물질의 교환용량은 양이온 교환물질 1g당 약 0.1meq이상, 바람직하게는 약 0.25meq이상, 가장바람직하게는 약 0.5meq 이상이다.
본 명세서에 사용되는“음이온 교환물질”은 여러가지 음이온과 이온 결합을 형성할 수 있으며, 완전히 pH 중화되지 않은 수불용성 물질을 의미한다. 음이온 교환물질 자체는 양이온성이다. 음이온 교환물질은 약 50%미만 중화되는 것이 바람직하고, 매우 하이드록실화된 형태의 음이온 교환물질이 가장 바람직하다. 음이온 교환물질의 교환용량은 음이온 교환물질 1g당 약 0.1meq이상, 바람직하게는 약 0.25meq이상, 가장 바람직하게는 약 0.5meq 이상이다.
본 발명의 흡수성 구조물에 사용하기 위한 이온 교환 섬유는 양이온성 또는 음이온성 그룹을 천연 섬유(예 : 셀룰로즈 섬유)에 도입하여 수득할 수 있다. 남부의 연질목재 크라프트 섬유를 개질시키면 우수한 결과가 수득되지만, 또한 북부의 경질목재 화학열 기계적 펄프[예 : 설폰화 화학열 기계적 펄프(“설폰화 CTMP”)]등도 사용할 수 있다. 양이온 셀룰로즈성 교환체는 설포네이트, 설포에틸, 포스포노메닐, 포스페이트, 카복실레이트 등의 강산 그룹을 가하여 합성할 수 있다. 음이온 셀룰로즈성 교환체는 디에틸아미노에틸, 아미노에틸, 트리에틸아미노에틸, 구아니도에틸, 파라아미노벤질 등의 염기성 그룹을 가하여 합성할 수 있다. 섬유성 음이온 교환물질을 제조하는 방법은 본 분야에 잘 공지되어 있고, 셀룰로즈성 이온 교환체는 하기 문헌에 기재되어 있다[참조 : Peterson“Cellulosic IonExchanger”, ℓaboratory Techniques in Biochemistry and Molecular Biology(Elsevier/ North-Holland Biomedical Press ; Amsterdam, N. Y., Oxford(1970), Vol 2, Part II, pp 2280396(1980)].
바람직한 음이온 교환물질은 섬유 형태의 개질 셀룰로즈 물질로 이루어진다. 이에는 예를들며, 통상적인 기술을 사용하여 제조한, 디에틸 아미노에틸(“DEAE”) 셀룰로즈, 폴리에틸렌이민(“PEI”) 셀룰로즈, 아미노에틸 셀룰로즈, 트리에틸아미노에틸 셀룰로즈, 구아니도에틸 셀룰로즈, 파라아미노벤질 셀룰로즈, ECTEOLA 셀룰로즈(글리세릴 및 폴리글리세릴 쇄를 통하여 셀룰로즈에 연결된 트리에탄올아민), 벤조일화 DEAE 셀룰로즈 및 벤조일화 나프토일화 DEAE 셀룰로즈가 포함된다. 예를들면, DEAE 셀룰로즈는 셀룰로즈를 2-(디에틸아미도)에틸 클로라이드 용액으로 처리하여 제조할 수 있다. DEAE 셀룰로즈를 제조하는 방법의 예는 하기 문헌에 기재되어 있다[참조 : Rousseu et al., Ind.Eng.Chem.Prod, Res.Dev., Vol. 23, pp 250-252(1984) Peterson and Sober, Biochemical Preparations, (John Wiley & Sons. Inc., N. Y.ℓondon), Vol.8, pp 39-42(1961)]. 셀룰로즈로부터 다른 음이온 교환 섬유를 제조하는 방법은 하기 문헌에 기재되어 있다[ 참조 : Perterson,“Cellulosic Ion Exchangers”및 Randerath, Angew,Chem., Vol.74, p 780(1962)].
바람직한 양이온 교환물질은 섬유형태의 개질 셀룰로즈 물질로 이루어진다. 이에는 예를들면, 통상적인 기술을 사용하여 제조한, 산화 셀룰로즈, 설포에틸 셀룰로즈, 설폰화 셀룰로즈, 포스포노메틸 셀룰로즈 및 포스포릴화 셀룰로즈 (“셀룰로즈 포스페이트”)가 포함된다. 예를들면, 포스포릴화 셀룰로즈는 셀룰로즈를 요소 및 인산 용액, 포스포러스 옥시클로라이드 및 피리딘, 포스포러스 옥시클로라이드 및 인산, 포스포러스 옥시클로라이드 및 디옥산, 또는 포스포러스 옷시클로라이드 단독으로 처리하여 제조할 수 있다. 포스포릴화 셀룰로즈 이온-교환 섬유를 제조하는 방법의 예는 본 명세서에서 참조 인용된 베르나딘(Bernadin)의 미합중국 특허 제3,691,154호(1972. 9. 12. 허여) 및 베르나딘의 미합중국 특허 제3,58,790호 (1972. 4. 25. 허여)에 기재되어 있다. 다른 형태의 이온-교환 셀룰로즈 유도체를 제조하는 방법은 본 명세서에 참조 인용된 사노(Sano)등의 미합중국 특허 제4,200,735호(1980. 4. 29. 허여), 워드(Ward)등의 미합중국 특허 제3,854,868호 (1974. 12. 17. 허여), 브리지포드(Bridgeford)의 미합중국 특허 제3,533,725호 (1970. 10. 13. 허여), 짐머러(Zimmerer)의 미합중국 특허 제3,793,299호(1974. 2. 19. 허여) 및 큐큐로(Cuculo)의 미합중국 특허 제3,671,184호(1972. 6. 20. 허여)에 기재되어 있다.
또한, 팩틴-함유 식물성 물질로부터 유도된 섬유성 양이온 교환물질도 본 발명에 사용할 수 있다. 이러한 물질의 예는 감귤류의 흡수성 물질(“CAM”) 및 사탕무우-유도물질(예 : 바람직하게는 산 형태의 숙시닐화 사탕무우 물질 및 포스포릴화 사탕무우 펄프)이다. 이러한 물질은 본 명세서에 참조 인용된 리치(Rich)의 유럽 특허원 제84305279.6호(1985. 4. 17일 공고된 공고번호 제137611호, CAM의 합성), 리치의 유럽 특허워 제84305198.8호(1985. 4. 17일 공고된 공고번호 제137608호, CAM을 함유하는 흡수성 구조물), 및 본원과 동시에 출원된 골드맨(Goldman)등의 미합중국 특허원(“흡수성 식물성 물질”, 예를들면 숙시닐화 또는 포스포릴화 사탕무우 펄프의 합성)에 기재되어 있다.
본 발명에 사용하는 바람직한 섬유성 음이온 교환물질은 DEAE 셀룰로즈, PEI 셀룰로즈, 아미노에틸 셀룰로즈, 트리에틸 아미노에틸 셀룰로즈, 구아니도에틸 셀룰로즈, 파라아미노벤질 셀룰로즈, ECTEOLA 셀룰로즈, 벤조일화 DEAE 셀룰로즈, 및 벤조일화-나프토일화 DEAE 셀룰로즈이며, DEAE 셀룰로즈 및 PEI 셀룰로즈가 더욱 바람직하고, DEAE 셀룰로즈가 가장 바람직하다. 본 발명에 사용하는 바람직한 섬유성 양이온 교환물질은 셀룰로즈 포스페이트, 설포에틸 셀룰로즈, 설폰화 CTMP, 숙시닐화 사탕무우 펄프, 포스포릴화 사탕무우 펄츠 및 CAMC이며, 셀룰로즈 포스페이트 및 설폰화 CMP가 바람직하다.
대표적인 하이드로겔 물질은 약간 가교결합된 친수성 중합체이다. 이러한 중합체의 친수성 성질은 친수성 그룹 대표적으로 카복실 그룹이 존재하기 때문이다. 친수성 그룹의 이온성 때문에, 친수성 중합체는 흡수되는 유체에 존재할 수 있는 이온과 서로 상호작용할 수 있다. 이러한 전해질의 대표적인 예는 뇨중의 염화나트륨이다. 중합체상의 친수성 그룹과의 상호작용 때문에, 흡수되는 유체중의 전해질은 하이드로겔의 흡수용량을 감소시킨다. 이는“염 피독 효과”로 언급된다.
일본국 특허원 OPI 제45057호(1982. 3. 13. 공개)에는 하이드로겔과 함께 강한 염기성 음이온 교환 수지 또는 강한 산성 양이온 교환 수지 또는 이의 혼합물(미립 또는 과립 형태)을 사용하는 것이 기재되어 있다. 상기 일본국 특허원에는, 상기와 같이 조합시키면 0.9% NaCl용액에 대한 흡수성이 개선된다고 기재되어 있다. 그러나, 시험에서는 흡수성 구조물을 1시간 동안 요액중에 침지시킨다. 물론, 1시간의 침지조건 및 평형 시간은 일반적으로 일회용 흡수성 제품(예 : 기저귀 또는 생리대)에 사용되는 흡수성 구조물에 대한 현실적인 조건은 아니다. 실제로, 상기 일본국 특허원에 사용되는 미립 또는 과립 이온 교환 수지는 하기에 기재된 더욱 실제적인 흡수성 시험으로 시험할 경우, 이점이 있다해도 많지 않다는 것이 밝혀졌다.
대조적으로, 본 발명의 섬유성 음이온 교환물질은 실질적인 사용조건과 유사한 시험 조건하에서 염-함유유체에 대한 하이드로겔의 흡수능을 개선시킨다는 것이 밝혀졌다. 또한, 섬유성 양이온 교환물질은 동일한 시험 조건하에서 염-함유 유체에 대한 하이드로겔의 흡수능을 개선시키지 않으며 심지어 약간 감소시킨다는 것이 밝혀졌다. 그러나, 놀랍게도 하기에 서술하는 범위내에서 섬유성 양이온 교환물질과 섬유성 음이온 교환물질을 하이드로겔-함유 흡수성 구조물에 포함시킬 경우 하이드로겔 흡수능은 섬유성 음이온 교환물질만을 하이드로겔-함유 구조물에 가함으로써 얻어지는 것보다 훨씬 더 개선되는 것이 본 발명에서 밝혀졌다. 끝으로, 섬유성 음이온(또는 음이온/양이온) 교환물질을 함유하는 흡수성 구조물중의 하이드로겔에 의한 개선된 흡수능은 추가의 유체를 가한 후에도 손실되지 않는다는 것이 밝혀졌다. 마지막의 발견은 초초로 젖은 후 흡수성 구조물에 추가의 유체가 가해지는 기저귀 또는 생리대의 경우 특히 중요하다.
일회용 흡수성 제품, 특히 기저귀 및 실금용 패드에서 본 발명의 흡수성 구조물의 용도는 선행기술에 비하여 여러가지 이점을 갖는다. 첫째로 본 발명의 흡수성 구조물은 (동일한 중량%의 하이두로겔을 함유하는 통상적인 흡수성 구조물에 비하여) 하이드로겔 용량이 증가되므로, 본 발명의 일회용 흡수성 제품은 더 많은 염-함유 유체를 보유할 수 있다. 그러므로, 동일한 중량/중량 기준으로 통상적인 흡수성 구조물을 본 발명의 흡수성 구조물로 대체하면 흡수용량이 증가된다. 또한, 본 발명의 흡수성 구조물로 대체하면 동일한 중량 기준으로 더 가벼우므로, 더 무거운 통상적인 일회용 흡수성 제품과 동일한 흡수용량을 갖는 더 가벼운 일회용 흡수성 제품을 수득할 수 있다.
본 발명의 또 다른 장점은 본 발명의 흡수성 구조물중의 비교적 비싼 하이드로겔 성분의 중량%를 흡수용량을 조금도 감소시킴 없이 통상의 흡수성 구조물에 비해 감소시킬 수 있다는 점이다. 이는 본 발명의 일회용 흡수성 제품의 제조에 있어 비용을 감소시킨다.
마지막으로, 본 발명의 흡수성 구조물은 완전히 포화되기전 새는 빈도가 현저히 줄어 선행기술을 능가하는 장점을 갖는다. 즉, 본 발명의 일회용 흡수성 제품은 실수의 빈도를 감소시킬 것으로 기대된다.
이론에 의해 제한되지는 않으나, 섬유성 및 수지성 이온 교환-함유 하이드로겔 흡수성 구조물사이에 관찰되는 하이드로겔 성능의 차이는 수화 반응속도 및/또는 이온 교환 반응속도의 결과일 것이다. 하이드로겔의 성능은 이온 교환물질이 완전히 수화될 때까지는 이온 교환물질에 의해 증진되는 것은 아니며, 섬유성 이온 교환물질은 이온 교환 수지보다 빠르게 수화한다. 즉, 특유의 사용 조건하에 [많은 양의 염-함유 유체의 빠른 흡수 및 염 함유 유체의 빠른 이온 교환(즉, 염 제거)이 요구되는 경우]보다 빠르게 수화된 섬유성 물질이 수지에 비해 증진된 하이드로겔 성능을 갖는 것으로 관찰되었다. 또한, 섬유성 물질은 수지보다 하이드로겔과 더 잘 물리적으로 상호작용을 할 수 있어(즉, 섬유성 물질과 하이드로겔의 보다 근접한 접촉), 보다 쉽게 하이드로겔과 섬유성 물질 사이의 양이온/음이온 및 산/염기 상호작용이 일어난다.
하이드로겔 성능이 증진된 이외에, 섬유성 이온 교환물질 자체는, 흡수성 구조물에 이온 교환 수지가 제공하지 못하는 장점을 제공한다. 섬유성 이온 교환물질은 흡수성 수조물에 구조적 강도를 제공한다. 또한 섬유성 이온 교환물질은 이온 교환 수지보다 유체를 더 잘 흡수할 수 있으므로 이 섬유를 흡수성 구조물에 가하여 추가의 흡수성을 제공한다.
본 발명의 흡수성 구조물은 하이드로겔과 섬유성 음이온 교환물질, 또는 하이드로겔과 섬유성 음이온/양이온 교환물질 사이에 산-염기 상호작용의 장점을 제공하여 하이드로겔의 염 피독효과(염 함유 유체의 이온 교환을 통해)가 감소된다. 하이드로겔 성능은 흡수성 구조물의 평형 pH에 따라 변하는 것으로 관찰되었다. 흡수성 구조물의“평형 pH”란“합성 뇨”로 완전히 포화된 경우 흡수성 구조물의 평균 표면 pH이다(후술하는 성능시험 부분에 자세히 기술함). 이 평균 표면 pH는 표면 pH 프로브(Markson Science, Phoeniz., Arizona, Model No. H01208)로 환형 시험 표본에 대해 환의 12, 3, 6 및 9시 방향 부위 및 환의 중앙 부위에서 성능시험(후술함)을 5회 측정한 5가지 표면 pH 측정치를 평균한 것이다. 흡수성 구조물의 평형 pH는 구조물내에 함유된 섬유성 양이온 교환물질, 섬유성 음이온 교환물질 및 하이드로겔의 상대비율의 함수이다.
적절한 양이온 섬유/음이온 섬유비(meq/g : meq/g)를 선택하여 하이드로겔-함유 흡수성 구조물의 특정 평형 pH를 성취할 수 있다. 예를들어, 2 : 1의 비 또는 1 : 1 의 비로 비교적 낮은 pH를 유지할 것이다. 바람직한 양이온/음이온 교환비율의 선택은 결국 흡수성 구조물의 의도한 용도에 따라 좌우될 것이다. 의도하는 용도를 기준으로 흡수용량을 최적화할 경우, 낮은 양이온/음이온 교환비율(예를들어, 약 1 : 1 미만, 바람직하게는 약 1 : 1 내지 약 1 : 10)을 사용하거나 교환물질로서 유일하게 음이온 교환 섬유만을 사용한다. 하편, pH 조절이 중요한 경우(예를들어, 월경액의 냄새를 막기 위하여), 약 1 : 1 내지 약 10 : 1의 비가 바람직하며, 약 1 : 1 내지 약 3 : 1의 비가 더욱 바람직하고 약 1 : 1 내지 약 2 : 1의 비가 가장 바람직하다.
하이드로겔 성능에 있어서 최적의 개선은 약 6.5 내지 약 9의 평형 pH에서 일어남이 관찰되었다. 이의 평형 pH가 변화되도록 흡수성 구조물의 성분을 변화시킴에 따라(예를들어, 보다 섬유성인 음이온 교환물질을 가하여 흡수성 구조물을 보다 염기성으로 만들거나, 또는 보다 섬유성인 양이온 교환물질 또는 하이드로겔을 가하여 흡수성 구조물을 보다 산성으로 만든다), 하이드로겔 성능의 개선은 평형 pH가 약 9 이상으로 증가하면 약간 떨어지지만 약 5.3 내지 그 이하의 평형 pH에서는 성능이 급격히 감소되며 평형 pH가 약 5.0 미만에서는 증진됨이 관찰되지 않는다. 즉, 개선된 하이드로겔 성능과 흡수성 구조물평형 pH사이에 관찰된 상관관계에 비추어, 흡수성 구조물의 평형 pH가 흡수성 구조물의 조성의 함수이므로 본 발명의 흡수성 구조물은 그의 평형 pH로 정의할 수 있다.
섬유성 이온 교환물질 및 하이드로겔 물질 이외에, 본 발명의 흡수성 구조물은 흡수성 구조물에 통상 사용되는 다른 물질을 추가로 함유할 수 있다(이후부터는“통상의 흡수성 물질”로 언급됨). 통상의 흡수성 섬유의 예로는 면섬유, 목재 펄프 섬유(예 : 크라프트 펄프 섬유, 화학-열 기계적 펄프 섬유), 아바카(abaca)섬유, 시이잘(sisal)섬유, 용설란(heneguen)섬유, 캔털라(cantala)섬유, 이스틀리(istle)섬유, 모리티루스(Mauritirus)섬유, 포르늄(phornium)섬유, 산세비에리아 (sansevieria)섬유, 카로아(caroa)섬유, 플라사바(plassava)섬유, 금작화뿌리 (broomroot)섬유, 아마 섬유, 대마 섬유, 모시 섬유, 황마 섬유, 케나프(kenaf)섬유, 로셀레(roselle)섬유, 우레아(urena)섬유, 야자껍질(coir)의 섬유 및 케이폭 (kapok)의 섬유와 같은 식물성 섬유가 포함된다. 통상의 흡수성 물질의 대표적인 예로는 레이온, 셀룰로즈 아세테이트, 셀룰로즈 트리아세테이트, 단백질섬유, 폴리아미드, 나일론-6,6, 나일론-6, 방향족 폴리아미드, 폴리에스테르, 아크릴섬유, 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌 섬유와 같은 인조섬유가 또한 포함된다. 대부분의 인조섬유는 소수성이나 당해 분야에 공지된 기술로 친수성화시킬 수 있다. 소수성 섬유는 본 명세서에 참조인용된 1975년 11월 4일 허여된 톰슨(Tompson)의 미합중국 특허 제3,916,447호 및 1978년 7월 11일 허여된 앤더슨(Anderson)등의 미합중국 특허 제4,100,324호에 기술된 계면활성제 처리로 친수성화시킬 수 있다. 열가소성 섬유는 친수성 물질(예 : 실리카)로 피복시키거나, 친수성 그룹을 섬유에 표면 그라프트화시켜 또한 친수성화할 수 있다. 실리카 필름 피막을 포함하는 흡수성 물질이 본 명세서에 참조 인용된 1984년 9월 4일 허여된 와이즈만(Weisman)등의 미합중국 특허 제4,469,746호에 기재되어 있다.
따라서, 본 발명은 (1) 하이드로겔 약 1 내지 약 99중량%, 바람직하게는 약 1 내지 약 50중량%, 가장 바람직하게는 약 1 내지 약 10중량% ; (2) 섬유성 음이온 교환물질 약 1 내지 약 99중량%, 바람직하게는 약 1 내지 약 70중량%, 가장 바람직하게는 약 1 내지 약 60중량% ; (3) 섬유성 양이온 교환물질 약 0 내지 약 90중량%, 바람직하게는 약 0 내지 약 50중량% ; 및 (4) 통상의 흡수성 물질 약 0 내지 약 99중량%, 바람직하게는 약 0 내지 약 50중량%를 포함하며, 평형 pH가 약 5 내지 약 11, 바람직하게는 약 5.3 내지 약 9, 가장 바람직하게는 약 5.3 내지 약 7인 흡수성 구조물에 관한 것이다. 흡수성 구조물은 섬유성 양이온 교환물질을 함유하는 것이 더욱 바람직하며, 섬유성 양이온 : 음이온 물질 비율(meq/g : meq/g)이 약 10 : 1 내지 약 1 : 10, 바람직하게는 약 3 : 1 내지 약 1 : 10, 가장 바람직하게는 약 2 : 1 내지 약 1 : 3의 범위인 것이 바람직하다.
흡수성 구조물의 제조시 사용된 섬유성 음이온 또는 양이온 교환물질의 교환용량(meq/g)이 클수록, 하이드로겔 성능을 증진시키는데 효과적인 흡수성 구조물에 필요한 교환물질의 중량%가 작아짐을 알 수 있다. 본 발명의 흡수성 구조물에 사용된 섬유성 양이온 및 음이온 교환물질이 약 0.25meq/g이상, 바람직하게는 약 0.5meq/g 이상의 교환용량을 갖는 것이 바람직하다.
본 발명의 흡수성 구조물내의 하이드로겔에 의해 개선된 흡수능은 보다 적은 중량%의 하이드로겔을 사용하여 흡수성 구조물에 의해 흡수될 체액의 양과 동일한 양을 흡수시킬 수 있다. 즉, 생산비의 관점에서, 본 발명은 보다 큰 중량%의 하이드로겔을 통상의 흡수성 구조물에 사용하지 않고서도 상당한 생산비 절감을(동일한 흡수력을 얻기 위해 비교적 고가인 하이드로겔의 소량 사용이 요구됨으로) 제공한다. 그러나, 흡수성 구조물에 약 50% 이상의 하이드로겔을 사용하는 것이 일반적으로 필요하지는 않으나 경제적으로 또는 구조적으로 바람직하다. 즉, 대부분의 일회용 흡수성 제품은 하이드로겔을 약 1 내지 약 50%,가장 바람직하게는 약 1 내지 약 10% 함유하는 본 발명의 흡수성 구조물이 바람직하다. 또한 생산비 분석의 견지에서, 본 발명의 흡수성 구조물이 섬유성 음이온 교환물질 약 1 내지 약 70%(가장 바람직하게는 약 1 내지 60%) ; 섬유서 양이온 교환물질 약 0 내지 약 50% ; 및 통상의 흡수성 물질 약 0 내지 약 50%를 함유하는 것이 바람직하다.
본 발명의 흡수성 구조물을 제조하는 경우, 구조물은 여러 성분의 층으로 구성되거나, 구조물은 약간 또는 모든 성분의 균질 혼합물일 수 있다. 본 발명의 층 구조물의 예는 다음과 같다 : (1) 하이드로겔/셀룰로즈 섬유층과 교호된 혼합된 양이온/음이온 교환 섬유층 ; (2) 하이드로겔/셀룰로즈 섬유층상의 음이온 교환 섬유층 상에 위치한 양이온 교환 섬유층 및 (3) 셀룰로즈 섬유층 사이에 샌드위치 형태로 위치한 음이온 교환물질층 및 하이드로겔 층, 흡수성 구조물은 흡수성 구조물의 모든 성분의 균질 혼합물인 것이 바람직하다.
본 발명의 흡수성 구조물은 통상 친수성 섬유성 웹의 에어 레이(airℓaying)를 위해 고안된 통상의 장치를 사용하여 제조할 수 있다. 상기 장치에서, 웹은 친수성 섬유를 기류에 적용시키고 와이어 메쉬 스크린(wire mesh screen)상에 섬유를 부착시켜 통상 형성한다. 와이어 메쉬 스크린의 바로 상부 위치에서 원하는 양의 흡수성 물질 입자 또는 섬유 입자를 기류에 계량하여, 이온 교환 섬유, 하이드로겔 및 다른 흡수성 물질의 목적 혼합물을 제조할 수 있다. 그다음 스크린상에 형성된 웹을 목적하는 밀도의 흡수성 구조물을 생성시키도록 니프(nip) 압력을 가하는 캘린더 로울에 통과시킨다. 본 과정의 상기 태양은 흡수성 구조물을 제조하는 통상의 장치를 단지 조금 변형(즉, 흡수성 물질을 가하는 계량 장치의 설치)할 필요가 있다는 것이다. 특정의 예로서, 장치상의 표준 와이어 메쉬 스크린을 미세한 메쉬 크기를 갖는 것으로 대체할 필요가 있다. 비교적 작은 입자를 사용하는 경우 및/또는 표준 스크린의 메쉬 크기가 비교적 고르지 않은 경우, 상기의 필요성은 증가될 것이다.
임의로, 구조물은 캘린더 로울에 대한 니프 압력을 증가시킴으로써 통상의 에어 레이된 목재 펄프 섬유 웹보다 높은 밀도로 압출시킬 수 있다. 조밀화된 흡수성 구조물은 공극 부피가 감소되었음에도 불구하고 일반적으로 우수한 흡수성을 가지며 비-조밀화 구조물 보다 우수한 습윤강도 및 건조강도를 갖는다. 이는 물질에 의해 나타나는 습윤 탄성 때문이다. 조밀화 상태에서 젖는 경우 실제로 원래의 부피를 모두 회복하게 되므로 비압축 및 압출상태에서 모두 높은 흡수성을 나타낸다(압축시 현저히 흡수성이 감소되는 목재 펄프 섬유 웹과 다르다.) 그러므로 조밀화된 구조물은 일회용 기저귀, 실금용 패드 및 생리대 등의 흡수성 제품용으로 매우 바람직한 특성(부피가 작고, 흡수성이 크다)을 갖는다. 조밀화 구조물은 밀도가 약 0.1g/cm3내지 약 1g/cm3, 바람직하게는 약 0.15g/cm3내지 약 0.5g/cm3이다. 조밀화 흡수성 구조물은 본 명세서에 참조 인용된 와이즈만(Weisman)등의 유럽 특허원 제84304578.5호(1984년 10월 17일 공개된 공개번호 제122042호)에 기재되어 있다.
또한, 흡수성 구조물은 전술한 흡수성 구조물중 하나의 시트에 대해 흡수성 섬유 웹을 놓아 형성시킬 수 있다. 임의로 시트 및/또는 웹을 외피 티슈로 감싸 구조물의 측면 강도를 증가시킬 수 있다. 본 발명의 흡수성 구조물은 하나 이상의 흡수성 물질 시트 및 하나 이상의 전술한 흡수성 구조물중 하나의 시트로 이루어지는 라미네이트, 예를들어, 하이드로겔 및 섬유성 음이온 교환물질로 이루어지는 시트에 대해 하나의 수-불용성 하이드로겔 시트를 위치시킨 라미네이트 ; 또는 하이드로겔과 섬유성 음이온 교환물질로 이루어지는 두장의 시트 사이에 위치하는 수-불용성 하이드로겔 물질 시트를 포함하는“샌드위치”형 라미네이트를 포함한다. 본 분야의 숙련가에게는 분명한 여러가지 변형이 가능하다.
이와 달리, 흡수성 구조물은 수성 슬러리중에 흡수성 물질(예 : 목재 펄프 섬유), 하이드로겔 및 섬유성 이온 교환물질을 혼합시키고 : 계면 활성제를 혼합시켜 공기로 발포시켜 제조할 수 있다. 발포된 슬러리를 와이어 스크린상에 운반하고, 바람직하게는 와이어 스크린의 하단부에 진공을 적용하여 탈수시킨다. 이와 같이 수득된 발포된 매트를 공기중에 연속하여 건조시킨다. 발포공정에 대한 상세한 설명이 본 명세서에 참조 인용된 1975년 3월 18일 허여된 로버트슨(Robertson)의 미합중국 특허 제3,871,952호에 기재되어 있다. 상기와 같이, 혼합물을 흡수용량의 손실없이 약 1g/cm3의 밀도까지 조밀화시킬 수 있는데, 구조물의 밀도가 약 0.15 내지 약 0.5g/cm3인 것이 보다 바람직하다.
또한, 본 발명의 흡수성 구조물은 구조물의 바람직한 특정 성질을 위해 다른 성분(예 : 습윤 강도 부가제, 결합제 등)을 함유할 수 있다. 예를들어, 본 발명의 흡수성 구조물의 강도를 증가시키기 위해, 구조물을 소량(대표적으로 약 0.5 내지 약 5%)인 긴 열가소성 섬유와 혼합할 수 있다. 본 명세서에서 사용된 긴 섬유란 길이가 약 1인치(약 2.3cm) 이상인 섬유를 의히한다. 적절한 열가소성 물질은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 폴리에스테르와 같은 저가의 중합체이다. 폴리에스테르 섬유가 바람직한데, 그 이유는 폴리올레핀 섬유보다 친수성이기 때문이다. 상기 구조물의 강도를 개선시키기 위해 흡수성 구조물에 열가소성 섬유를 사용하는 것이 본 명세서에 참조 인용된 1981년 12월 29일 허여된 투치야(Tsuchiya)등의 미합중국 특허 제4,307,721호 ; 1980년 8월 26일 허여된 페티언스(Patience)등의 미합중국 특허 제4,219,024호 ; 및 1978년 7월 11일 허여된 앤더슨 등의 미합중국 특허 제4,100,329호에 기재되어 있다. 그밖의 부가제가 본 분야의 숙련가들에게 알려져 있다.
상기의 특별한 특성 때문에, 본 발명의 흡수성 구조물은 일회용 흡수성 제품에 사용하기에 매우 적합하다. 본 명세서의“일회용 흡수성 제품”이란 물 및 다른 유체, 특히 체액(예 : 뇨 및 월경액), 및 특히 뇨를 흡수할 수 있는 소비 제품을 의미한다. 일회용 흡수성 제품의 예에는 일회용 기저귀, 생리대, 실금용 패드, 종이수건, 화장지, 밴드 등이다. 본 발명의 흡수성 구조물은 기저귀, 밴드, 실금용 패드 및 생리대 등의 제품에 사용하기에 특히 적합하다. 이러한 용도로 인해 흡수성 제품은 얇지만 거북하고 불편함을 피하기 위해 보다 충분한 흡수용량을 갖도록 디자인할 수 있다. 구조물의 유연성은 착용자에게 안락함을 주고 흡수성 제품의 착용을 좋게 해준다.
본 발명의 흡수성 구조물을 포함하는 일회용 기저귀는 통상의 기저귀 제조 기술을 사용하여 제조할 수 있지만, 통상의 기저귀에서 통상 사용하는 목재 펄프 섬유 웹 코어를 본 발명의 흡수성 구조물로 대체 사용한다. 일회용 기저귀는 본 명세서에 참조 인용된 1967년 1월 31일 허여된 던칸(Duncan) 및 베이커(Baker)의 미합중국 특허 제Re 26,151호 ; 1971년 7월 13일 허여된 던칸의 미합중국 특허 제3,592,194호 ; 1970년 1월 13일 허여된 던칸 및 질레트(Gellert)의 미합중국 특허 제3,489,148호 ; 1975년 1월 14일 허여된 부엘(Buell)의 미합중국 특허 제3,860,003호 ; 1976년 4월 27일 허여된 던칸의 미합중국 특허 제3,952,745호에 상세히 기술되어 있다. 본 발명의 목적을 위해 바람직한 일회용 기저귀는 본 발명의 흡수성 구조물을 포함하는 흡수성 코어 ; 코어의 한쪽면에 적층되거나 포개진 표면 시트 ; 및 표면에 대해 코어의 반대면에 적층되거나 포개진 액체 불투과성 이면 시트로 이루어진다. 기저귀는 목재 펄프 섬유 웹과 같은 제2흡수성 코어 또는 수-불용성 하이드로겔 시트를 추가로 함유할 수 있다. 이면은 코어보다 폭이 더 큰 것이 가장 바람직하며, 따라서 코어에서 연장된 이면의 측면 가장자리 부위가 제공된다. 기저귀는 바람직하게는 모래시계 모양으로 제조된다. 실금용 패드는 유사하게 구성되지만, 통상 더 많은 중량%의 하이드로겔이 포함된다.
일회용 흡수성 제품의 이면 시트는, 예를들어, 거의 수 불투과성인 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 또는 그밖의 유연한 수분 차단물질의 얇은 플라스틱 필름으로 제조할 수 있다. 약 1.5mils의 엠보스 모세관을 갖는 폴리에틸렌이 특히 바람직하다.
본 발명의 일회용 흡수성 제품의 표면 시트는 폴리에스테르, 폴리올레핀, 레이온 등의 합성섬유 또는 면등의 천연섬유로 일부 또는 완전히 제조할 수 있다. 섬유들은 통상 열 결합방법 또는 폴리아크릴레이트 같은 중합체성 결합제에 의해 서로 결합된다. 이 시트는 거의 다공성이며 하부에 위치한 흡수성 코어로 유체가 쉽게 통과되도록 한다. 표면 시트는 이의 제조에 사용된 섬유 및 결합제의 선택 및 처리에 따라 다소 소수성이 될 수 있다. 본 발명의 제품에 사용된 표면 시트는 상기 제품의 흡수성 코어와 비교할때 비교적 소수성이다. 표면 시트의 제조방법은 일반적으로 본 명세서에 참조 인용된 1959년 9월 22일 허여된 데이비슨(Davidson)의 미합중국 특허 제2.905,176호 ; 1962년 11월 13일 허여된 델 구에르치오(Del Guercio)의 미합중국 특허 제3,063,452호 ; 및 1963년 12월 10일 허여된 홀리데이(Holliday)의 미합중국 특허 제3,113,570호에 기술되어 있다. 바람직한 표면 시트는 폴리에스테르, 레이온, 레이온/폴리에스테르 혼방 또는 폴리프로필렌으로 제조한다.
본 발명의 흡수성 구조물은 흡수력이 매우 좋지만 얇고 유연하므로 생리대에 사용하기에 적합하다. 일회용 기저귀의 경우와 같이 본 발명의 흡수성 구조물을 사용하는 생리대는 단순히 이의 흡수성 코어(대표적으로, 목재 펄프 섬유 웹)를 본 발명의 흡수성 구조물로 대체시킴으로서 통상의 생리대로부터 유도할 수 있다. 이러한 대체는 중량 대 중량을 기준으로 하여 부피의 감소 및 용량의 증가를 수득하거나 ; 동일한 중량보다 조금 작은 중량을 기준으로 하여 오히려 부피를 보다 많이 감소시키기 위해서는 흡수용량의 증가가 부분적으로 감소될 수 있다. 또한, 본 발명의 조밀화 흡수성 구조물을 사용하여 부피를 감소시킬 수 있다.
생리대의 일례는 본 발명의 흡수성 구조물 패드 ; 소수성 표면 시트 및 유체 불투과성 이면 시트로 구성된다. 표면 시트 및 이면 시트는 흡수성 구조물의 서로 반대 부위에 위치한다. 임의로, 흡수성 구조물을 외피 티슈로 감싼다. 표면 시트, 이면 시트 및 외피 티슈용으로 적절한 물질은 상기에 더욱 상세히 기재하였으며 본 분야에 공지되어 있다. 생리대 및 이에 사용하기에 적절한 물질의 더욱 상세한 설명이 본 명세서에 참조 인용된 1975년 3월 18일 허여된 던칸 등의 미합중국 특허 제3,71,378호에 기술되어 있다.
성능시험
A, 분배 시험 방법
본 발명의 흡수성 구조물 표본을 후술하는 분배 시험에 적용한다. 이 시험은 하이드로겔이 흡수성 구조물에 사용되는 경우, 적은 양의 액체 및 많은 양의 액체를 함유한 상태에서 하이드로겔의 흡수 성능을 측정하도록 고안되어 있다. 사용하는 흡수유체는“합성 뇨”[증류수중의 1% NaCl, 0.06% MgCl2·H2O 및 0.03% CaCl2·H2O 용액, 용액의 표면 장력을 약 0.0025%의 옥틸페녹시 폴리에톡시 에탄올 계면 활성제(Triton X-100, Rohm and Haas Co.)로 45dynes/cm로 조절한다]이다. 이 시험은 흡수성 물질이 기저귀에서 흡수성 코어로 사용되는 경우, 흡수성 물질의 대표적인 사용 조건하에 흡수용량을 예견하는 것이다.
분배 시험은 다음과 같이 수행한다. 비닐 아세테이트 시트 조각을 평평한 비흡수성 표면에 놓는다. 시험할 흡수성 구조물의 원형 표본(직경 57mm)을 상기 비닐 아세테이트 시트위에 놓는다. 일회용 기저귀의 외피 티슈로서 일반적으로 사용된 형태의 티슈 페이퍼 조각(직경 57mm)을 시험 표본위에 놓는다. 외피 티슈 위에 대조 물질의 표본(남부 연질 목재 섬유성 웹, 0.1gm/cm3; Buckeye Cellulose Co., Memphis, Tennessee에서 구입한 Foley fluff)을 놓는다. 시험 표본 및 대조 표본을 유사한 표본 중량, 즉, 기본 중량을 갖도록 제조한다. 상단의 표본을 예정된 양(약 2X하중)의 합성 뇨로 적시고, 폴리에틸렌 시트 조각(직경 76mm)로 덮는다. 폴리에틸렌 시트는 일회용 기저귀의 이면 시트로 일반적으로 사용되는 물질과 유사한 종류이다. 제한 중량 4.4파운드(약 2kg)를 폴리에틸렌 시트 상단에 놓는다. 이 중량은 제한압력 1psi(약 7×103N/m2)를 나타낸다[표본의 직경은 약 60mm로 제한한다]. 5분간 평형시킨 후, 하중을 제거하고 흡수성 물질의 표본의 중량을 측정한다. 흡수성 물질 g당 흡수된 합성 뇨의 양(g)으로 정의되는“X-하중(X-load)”을 각 표본에 대해 계산한다. 그 다음 표본을 제한 중량하에 놓고, 추가량의 합성뇨를 적용시켜 평형화시킨 다음 중량을 측정한다. 이를 수회(통상 8 내지 10회) 반복하여, 광범위한 X-하중에 대한 시험 물질의 상대적 흡수성능을 대조 표면층의 하중 함수로서 수득한다.
B. 시험 표본 제조방법
개개의 시험 표본은 8온스 블렌더 병을 사용하는 갈락시 오스터라이저 블렌더(Galaxie Osterizer blender)내에 15초간 혼합 속도로 여러가지 섬유 혼방을 균일하게 혼합하여 제조한다. 그 다음 시험 표본을 블렌더 병으로부터 제거하고, 직경이 63mm인 양철 뚜껑에 놓고 원하는 밀도까지 압축한다. 작은 스패튤라를 사용하여 표본을 제거하고 직경이 57mm인 펀치로 뚫는다. 각 표본의 정확한 기본 중량 및 두께를 측정한다. 시험 표본의 기본 중량이 0.035gm/cm2인 경우, 블렌더 병에 가한 성분의 총 중량은 1.1g이다. 시험 표본의 기본 중량이 0.025gm/cm2인 경우, 블렌더 병에 가한 성분의 총 중량은 0.75g이다.
C. 대조 표본 제조방법
다량의 대조 표본 코어 시트는 탈섬유의 남부 연질 목재 펄프(Buckeye Cellulose Co., Memphis, Tennessee에서 구입한 Foley fluff)의 10”×16”(25cm×40cm)시트를 에러 레이시켜 제조한다. 시트는 시험 표본의 요구되는 기본 중량에 상응하게 에어 레이시킨다. 그 다음, 이 시트를 밀도가 0.1gm/cm2가 되도록 압축한다. 각각의 분배 시험 대조물질 표본을 펀칭하고(직경 57mm), 밀도 및 기본 중량을 측정하여 필요에 따라 조절한다.
D. 유효 하이드로겔 용량의 계산
분배 시험이 완결된 후, 광범위한 X-하중에 대한 시험 물질의 상대흡수 성능을 대조 표면 층에서의 하중의 함수로 수득한다. 표본 조건(즉, 기본 중량, 밀도 및 평형 시간)이 동일한 경우, 이 결과를 다른 분배 시험 결과와 비교한다. 또한, 비-이온 교환 섬유/하이드로겔 시스템보다 이온성이 더 큰 용액으로 유지하기 위한 이온 교환 섬유/하이드로겔 시스템의 능력을 증가시키는 이온 교환 섬유 시스템의 유효성을 측정하기 위하여, 시험 표본의 총 흡수용량은 시험 표본내의 개개 성분의 분별적인 흡수용량에 의해 제공된다고 가정한다. 이러한 가정으로부터, 흡수성 구조물내의 하이드로겔의 흡수성을 측정하는“유효 하이드로겔 용량”은 하기 식에 의해 측정할 수 있다.
Figure kpo00001
상기식에서, Css는 유효 하이드로겔 용량(X-하중)이고, Xss는 시험 표본내의 하이드로겔 중량 분획이며, Csys는 시험 표본 X-하중이고, C1는 순수 시험 표본내의 성분 1의 X-하중이고, X1은 시험 표본내의 성분 1의 중량분획이며, C2는 순수 시험 표본내의 성분 2의 X-하중이고, X2는 시험 표본내의 성분 2의 중량분획이며, Cn은 순수 시험 표본내의 성분 n의 X-하중이고, Xn은 시험 표본내의 성분 n의 중량분획이다.
상기식에서 알 수 있는 바와 같이, 어떤 숫자의 성분도 시험 표본에 사용될 수 있다. 유효 하이드로겔 용량은 분배 자료가 시험 표본의 순수(순)성분에 대해 수득되는 한 계산될 수 있다. 이러한 지지되는 자료는 시험 표본과 동일한 조건 즉, 유사한 기본 중량, 밀도, 흡수유체, 제한압력 및 평형시간하에 순수 성분에 대해 수득한다. 상기 방정식을 사용함에 있어서, 순수 성분의 개별적인 X-하중은 시험 표본의 동일한 대조 표면층 X-하중으로 사용된다. 일반적으로, 유효 하이드로겔 용량의 값이 클수록 이온 교환 섬유/하이드로겔 시스템은 시험 표본에 유체를 유지하기 위한 하이드로겔의 활용(또는 효율)을 증가시키는 그의 능력이 더욱 우수하다. 또한 일반적으로, 분배 시험 결과를 비교해 보면, 대조 표면층의 특정 X-하중에 있어서 시험층에서 유체 용량(X-하중)의 값이 보다 큰 것은 제시된 시험 표본에 대한 성능이 보다 우수함을 나타낸다. 비교는 유사한 시험 조건, 즉, 유사한 기본 중량, 밀도, 흡수 유체, 제한압력 및 평형시간을 기준으로 수행하여야 한다.
[실시예 I]
음이온 교환 섬유를 함유하는 흡수성 구조물
(a) DEAE 셀룰로즈의 합성
2000g의 전혀 건조되지 않은 젖은 랩 폴리 플루프(lap Foley fluff)[46% 고체 ; Buckeye Cellulose Co., Memphis, Tennessee에서 구입한 남부 연질 목재 크라프트 펄프]를 30분간 냉(0 내지 5℃) 22% NaOH용액 6ℓ에서 머서화(mercerized)시킨다. 완전히 젖은 펄프를 통상의 호바트(Hobart) 혼합기에서 펄프 슬러리(11.5% 고체)를 일정하게 느린 속도로 교반시켜 성취한다. 30분간 머서화 가공기킨 후, 5.3kg의 2-(디메틸아미노)에틸 클로라이드 염산염 용액(“DEAE-CH.HCl”; 3.0의 증류수중에 2.3kg의 DEAE-Cl.HCl을 용해시켜 제조함)을 펄프-머서화 가공한 슬러리에 가한다. 생성되는 펄프 슬러리 혼합물을 통상의 호바트 혼합기로 혼합시키고, 반응기 온도를 사용하여 45분간 83℃를 넘기 않도록 가열한다. 이후 추가의 염기(51.2% NaOH용액 1.06kg)를 펄프 슬러리에 가한다. 생성되는 혼합물을 83℃의 반응기 온도에서 20분간 교반시킨 다음 열원을 제거하고 염기(51.2% NaOH요액 1.06kg)를 가한 다음 2분간 더 계속 교반시킨다.
약간의 펄프 슬러리를 정착시킨 후, 반응기에서 4.5ℓ의 액체를 제거한다. 추가의 신선한 염기(22.1% NaOH용액 6.0kg)를 교반 및 가열된 반응 혼합물에 가한다. 염기를 가한 즉시 3ℓ의 4.5M DEAE-Cl.HCl 용액을 가한다. 83 내지 88℃에서 15분간 혼합시킨 후, 이 혼합물에 염기(51.2% NaOH용액 1.06kg)를 가한다. 교반하에 다시 20분간 83℃ 내지 85℃로 가열한 후, 가열 및 교반을 중단하고, 펄프를 일부 정착되게 하고, 5.0ℓ의 반응용액을 제거한다. 뜨거운 펄프 슬러리를 빙욕에서 10℃까지 냉각시킨 다음, 5.0ℓ의 2M NaCl 용액을 펄프 슬러리와 혼합시켜 개질 펄프 섬유를 완전히 팽윤시킨다.
부흐너(Buchner) 깔때기로 진공하에 개질 펄프를 여과하여 펄프 섬유로부터 펄프 슬러리 용액을 제거한다. 개질 펄프를 물(2% 고체)로 2회 세척한 다음 여과하여 반응물과 부산물을 제거한다. 개질 펄프를 2M HCl 용액(2% 고체)으로 세척한 다음 여과(용출액의 pH는 2이다)하여 미반응 DEAE를 제거하고 과량의 염기를 중화시킨 다음, 물(2% 고체)로 3회 세척하고 여과한다. pH가 11이 되도록 하기에 충분한 양의 1N NaOH를 슬러리에 가하여 염기 세척(2% 고체) 및 여과한다.
그 다음 pH가 1 내지 2.5가 되도록 하기에 충분한 양의 1N HCl을 슬러리에 가하여 산 세척(2% 고체) 및 여과한다. 물(2% 고체)로 3회 세척하고 여과한 후, 개질 펄프가 염기 형태가 되었는지를 확인하기 위해 최종적으로 염기 세척 및 여과한다. 이 단계는 슬러리(2% 고체)를 제조하고 pH가 11이 되도록 하기에 충분한 양의 1N NaOH를 가하는 과정으로 구성된다. 그 다음 개질 펄프를 여액의 pH가 중성이 될때까지 증류수로 반복하여 세척하고 여과한다. 젖은 DEAE 셀룰로즈를 6% 농도로 동결 건조시킨다. 이 과정으로 이온 교환 용량이 약 2.15meq/g(적정에 의해 측정)인 OH-형태의 DEAE 셀룰로즈를 수득한다.
(b) 흡수성 구조물의 제조
(a)에서 제조한 DEAE 셀룰로즈를 통상의 에어 레잉장치를 사용하여 약 70% 중화된 아크릴산 그라프트화 전분 하이드로겔(“Sanwet IM-1000”, 제조원 : Sanyo Chemical Industries,ℓtd., Japan)과 85% 대 15%의 중량비로 혼합하여 웹을 형성한다. 그 다음 통상의 압착장치를 사용하여 이 웹을 압축시켜 구조물을 약 0.25g/cm까지 조밀화시킨다. 평형 pH가 약 8.5인 흡수성 구조물은 특히 뇨에 대해 우수한 흡수성을 가지며, 예를들어, 기저귀, 실금용 패드 및 생리대에 사용하기에 적절하다.
평형 pH가 약 5 내지 약 11인 본 발명의 다른 흡수성 구조물은 하기의 조성 및 중량%를 사용하여 유사하게 제조한다 :
(1) DEAE 셀룰로즈 95%(교환용량=1.5meq/g) 및 Sanwet IM-1000 5%, 밀도 0.15g/cm3(평형 pH 약 8.5) ;
(2) PEI 셀룰로즈 95%(교환용량=0.2meq/g) 및 75% 중화 가교결합된 폴리아크릴레이트 5%, 밀도 0.2g/cm3(평형 pH 약 7.0) ;
(3) DEAE 셀룰로즈 50%(교환용량=2.5meq/g) 및 Sanwet IM-1000 50%, 밀도 0.25g/cm3(평형 pH 약 8) ;
(4) DEAE 셀룰로즈 65%(교환용량=2.0meq/g), Sanwet IM-1000 15% 및 Foley fluff 20%, 밀도 0.2g/cm3(평형 pH 약 8.5) ;
상기의 흡수성 구조물은 특히 뇨에 대해 우수한 흡수성을 가지며, 예를들어 기저귀, 실금용 패드 및 생리대에 사용하기에 적절하다.
[실시예 II]
음이온 및 양이온 교환 섬유 함유 흡수성 구조물
(a) 셀룰로즈 포스페이트의 합성
76.5g의 전혀 건조시키지 않은 젖은 Foley fluff(40.8% 고체 ; 남부의 연질 목재 크라프트 펄프, Buckeye Cellulose Co., Memphis Tennessee에서 구입)를 통상의 워닝 블렌더(waring blender)중에서 3500g의 뇨/85% 인산/물 혼합물(35.4중량%/23.2중량%/40.4중량%)에 가한 다음, 이 혼합물을 30초간 저속으로 혼합시킨다. 6인치×6인치(약 15cm×15cm) 덱켈(Deckel)상자에 충분한 양의 뇨/85% 인산/물 용액(36.4중량%/23.2중량%/40.4중량%)을 가하여 100메쉬 스테인레스 와이어 스크린까지 상자에 채운 다음, 상기의 잘 혼합된 펄프 슬러리를 덱켈 상자에 젖은채로 놓는다. 용액으로 물을 제거한 후, 덱켈 상자로부터 젖은 함침된 펄프 덩어리를 제거하여, 펄프 덩어리가 건조될 때까지 140°F(약 60℃)의 가압 통풍 오븐에 넣는다.
펄프 덩어리를 1시간 동안 320°F(약 160℃)의 가압 통풍 오븐에서 경화시키는데, 이때 오븐 출구에서 암모니아의 배출이 관찰된다. 경화된 펄프 덩어리를 2.3ℓ의 150°F(약 65℃) 증류수에 넣고, 교반하에 가열하여 경화된 펄프를 물에 분산시킨다. 펄프가 완전히 분산되며, 부흐너 깔때기로 물을 제거하는데, 유출되는물은 극히 산성(pH=1)이다. 이러한 뜨거운 물 세척(다시 2.3ℓ의 증류수를 사용하여)을 반복하고 여과한다. 그 다음 펄프를 부흐너 깔때기에서 여과한 후, 30ml의 진한 HCl 및 2.3ℓ의 증류수로 제조한 교반용액에서 펄프를 10분간 산세척한다. 그 다음, 펄프를 증류수로 수회 세척 및 여과하여 유출액의 pH가 중성이 되도록 한다. 최종 젖은 펄프 덩어리를 6% 농도로 동결 건조시켜 건조된 셀룰로즈 포스페이트를 수득한다.
(b) 흡수성 구조물의 제조
통상의 에어 레잉장치를 사용하여, DEAE 셀룰로즈(교환용량=1.1meq/g), 셀룰로즈 포스페이트(교환용량=2.1meq/g) 및 Sanwet IM-1000을 75% : 10% : 15% 중량비를 혼합하여 웹을 형성시킨다. 이 웹을 통상의 압력장치를 사용하여 압축하여 구조물을 약 0.25g/cm로 조밀화한다. 흡수성 구조물(평형 pH는 약 6.8이다)은 특히 뇨에 대해 우수한 흡수성을 가지며, 예를들어, 기저귀, 실금용 패드 및 생리대에 사용하기에 적절하다.
평형 pH가 약 5 내지 약 11인 본 발명의 다른 흡수성 구조물은 (1) DEAE 셀룰로즈(65%, 셀룰로즈 포스페이트 20% 및 Sanwet IM-1000 15%(평형 pH=약 5.8)를 사용하여 ;
(2) DEAE 셀룰로즈 60%, 셀룰로즈 포스페이트 25% 및 Sanwet IM-1000 15%(평형 pH=약 5.4)를 사용하여 ;
(3) Sanwet IM-1000 대신 가교결합 폴리아크릴레이트를 사용하여 ;
및 (4) 흡수성 구조물에 20%의 Foley fluff를 가하여 제조할 수 있다.
상기의 흡수성 구조물은 특히 뇨에 우수한 흡수성을 가지며, 예를들어, 기저귀, 실금용 패드 및 생리대에 사용하기에 적절하다.
[실시예 III]
추가 성분을 함유하는 흡수성 구조물
폴리에스테르-강화 흡수성 구조물은 다음과 같이 제조된다 :
6데니어의 폴리에스테르 섬유[섬유 길이 약 4인치(약 10cm)]를 보풀을 일으켜 미결합 웹을 형성시킨 다음, 티슈로 덮은 와이어 스크린에 놓는다. DEAE 셀룰로즈 및 Sanwet IM-1000(85% : 15% 중량비)의 혼합물을 폴리에스테르 섬유 웹 위에 붓고 와이어 스크린 하부에서 웹에 공기 압력을 감소시킨다. 생성되는 구조물을 평평한 수압으로 밀도가 0.2g/cm3가 되도록 압축한다. 폴리에스테르 섬유 : DEAE 셀룰로즈 : Sanwet IM-1000을 5% : 80.75% : 14.25% 중량비로 포함하는 상기 흡수성 구조물은 우수한 흡수력 및 강도를 가지며, 예를들어, 기저귀, 실금용 패드 및 생리대에 사용하기에 적합하다.
[실시예 IV]
흡수성 구조물을 사용하는 기저귀
본 발명의 흡수성 구조물을 사용하는 일회용 기저귀는 다음과 같이 제조한다 :
실시예 II에서 제조된 흡수성 구조물을 기본 중량이 3,000ft2당 약 12파운드(약 20g/m2)이고 건조 인장 강도가 기계방향으로 약 700g/in(약 275g/cm)이고 기계절단면 방향으로 약 300g/in(약 120g/cm)인 젖은 상태의 강한 티슈 페이퍼로 감싼다.
감싼 패드를 용융 지수가 약 3이고, 밀도가 약 0.92g/cm3인 엠보스 폴리에틸렌 필름 7인치×11인치(약18cm×28cm)의 이면 시트에 부착시킨다. 이면 시트의 양 말단을 감싼 패드위로 접어 접착제로 붙인다. 최종적으로, 흡수성 패드를 물 및 뇨만 통과하는 물질인 소수성 표면 시트로 덮는다(Webline No. F 6211, 제조원 : Kendall Co., Walpole, Massachusetts 소재, 아크릴 라텍스와 결합된 부직포 레이온으로 이루어짐). 생성되는 흡수성 구조물은 기저귀로서 유용하며 뇨의 흡수 및 보유 특성이 우수하다.
[실시예 V]
흡수성 구조물을 사용하는 생리대
본 발명의 흡수성 구조물을 사용하는 생리대는 다음과 같이 제조된다 :
실시예 II에서 제조된 흡수성 구조물을 제한 압력 0.1psi(약 7×103N/m2)하에 밀도가 약 0.4g/cm3이 되도록 한다. 이 웹을 테이퍼(taperde) 말단을 갖는 8in×2in(약 20cm×5cm) 크기의 패드로 절단한다. 이 패드의 표면의 크기가 5in×2in(약 13cm×5cm)인 제2의 패드(사각형)를 놓는다. 이 혼합 패드 구조물을 엠보스 두께가 1.4mils인 엠보스된 경질 폴리에틸렌의 방수 이면 시트[8in×2in(약 20cm×5cm), 테이퍼 형태]와 마주하도록 놓는다. 이 구조물을 밀도가 약 0.03g/cm3이고 두께가 약 2.3mm인 부직포 3데니어 침상으로 천공된 폴리에스테르 섬유의 표면 시트로 덮는다. 이렇게 덮은 구조물을 측정된 중량이 약 15g/m2인 소수성 스핀 결합된 부직포 폴리에스테르의 크기가 9in×3in(약 23cm×7.5cm)인 이면 시트위에 놓는다. 이면 시트는 중첩된 시트를 서로 결합시키는 열 및 압력에 의해 위쪽으로 미리 접는다. 생성되는 흡수성 구조물은 생리대로 유용하며 월경 분비액의 흡수 및 보유 특성이 우수하다.

Claims (23)

  1. (a) 가수분해된 아크릴로니트릴 그라프트화 전분, 전분 폴리아크릴레이트, 가교결합된 폴리아크릴레이트 및 이소부틸렌 말레산 무수물 공중합체 또는 이들의 혼합물로 이루어진 그룹중에서 선택된 하이드로겔 1 내지 99중량% ; (b) 음이온 교환물질로서 작용하는 섬유상 양이온 물질 1 내지 99중량% ; (c) 양이온 교환물질로서 작용하는 섬유상 음이온 물질 1 내지 99중량% ; (d) 통상의 흡수성 물질 0 내지 99중량%를 포함하며, 합성뇨로 포화될 경우 표면의 평형 pH가 5 내지 11인 흡수성 코어.
  2. 제1항에 있어서, 섬유상 양이온 교환물질 : 섬유성 음이온 교환물질의 교환 용량비가 10 ; 1 내지 1 : 10으로 되는 양으로 섬유성 양이온 교환물질을 포함하는 흡수성 코어.
  3. 제1항에 있어서, 하이드로겔을 1 내지 50중량% 포함하는 흡수성 코어.
  4. 제3항에 있어서, 평형 pH가 5.3 내지 9인 흡수성 코어.
  5. 제3항에 있어서, 하이드로겔과 섬유성 음이온 교환물질의 균질 혼합물을 포함하는 흡수성 코어.
  6. 제1항에 있어서, (a) 하이드로겔 1 내지 50중량% ; (b) 섬유성 음이온 교환물질 1 내지 70중량% ; (c) 섬유성 양이온 교환물질 0 내지 50중량% ; (d) 통상의 흡수성 물질 0 내지 99중량%를 포함하는 흡수성 코어.
  7. 제6항에 있어서, 섬유성 양이온 교환물질 : 섬유성 음이온 교환물질의 교환 용량비가 3 : 1 내지 1 : 10으로 되는 양으로 섬유성 야이온 교환물질을 포함하는 흡수성 코어.
  8. 제7항에 있어서, 평형 pH가 5.3 내지 9인 흡수성 코어.
  9. 제6항에 있어서, 하이드로겔과 섬유성 음이온 교환물질인 균질 혼합물을 포함하는 흡수성 코어.
  10. 제1항에 있어서, 섬유성 음이온 교환물질이 디에틸 아미노 에틸 셀룰로즈, 폴리에틸렌이민 셀룰로즈, 아미노에틸 셀룰로즈, 트리에틸 아미노에틸 셀룰로즈, 구아니도에틸 셀룰로즈, 파라이미노벤질 셀룰로즈, 글리세릴 및 폴리글리세릴쇄를 통해 트리에탄올아민과 커플링된 셀룰로즈, 벤조일화 디에틸 아미노 에틸 셀룰로즈, 벤조일화-나프토일화 디에틸 아미노 에틸 셀룰로즈 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹중에서 선택되는 흡수성 코어.
  11. 제1항에 있어서, 섬유성 양이온 교환물질이 셀룰로즈 포스페이트, 설포에틸 셀룰로즈, 설폰화된 화학열-가공펄프(chemothermal mechanical pulp)숙시닐화 사탕무우 펄프, 포스포릴화 사탕무우 펄프, 감귤류의 흡수성 물질 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹중에서 선택되는 흡수성 코어.
  12. 제10항에 있어서, 섬유성 양이온 교환물질이 셀룰로즈 포스페이트, 설포에틸 셀룰로즈, 설폰화된 화학열-가공펄프, 숙시닐화 사탕무우 펄프, 포스포릴화 사탕무우 펄프, 감귤류의 흡수성 물질 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹중에서 선택되는 흡수성 코어.
  13. 제1항에 있어서, (a) 하이드로겔 1 내지 50중량% ; (b) 디에틸 아미노 에틸 셀룰로즈, 폴리에틸렌 이민 셀룰로즈 또는 이들의 혼합물 중에서 선택되는 섬유성 음이온 교환물질 1 내지 70중량% ; (c) 셀룰로즈 포스페이트, 설폰화된 화학열-가공펄프, 또는 이들의 혼합물중에서 선택되는 섬유성 양이온 교환물질 0 내지 50중량% 이하 및 (d) 통상의 흡수성 물질 0 내지 50중량%를 포함하며, 평형 pH가 5.3 내지 7.0이고, 섬유성 양이온 교환물질 : 섬유성 음이온 교환물질의 교환용량비가 2 : 1 내지 1 : 3인 흡수성 코어.
  14. (a) 소수성 표면 시트 ; (b) 액체 불투과성 이면 시트 ; 및 (c) 이면 시트와 표면 시트 사이에 위치하는 제1항에 따른 흡수성 코어를 포함하는 일회용 흡수성 제품.
  15. (a) 소수성 표면 시트 ; (b) 액체 불투과성 이면 시트 ; 및 (c) 이면 시트와 표면 시트 사이에 위치하는 제4항에 따른 흡수성 코어를 포함하는 일회용 흡수성 제품.
  16. (a) 소수성 표면 시트 ; (b) 액체 불투과성 이면 시트 ; 및 (c) 이면 시트와 표면 시트 사이에 위치하는 제6항에 따른 흡수성 코어를 포함하는 일회용 흡수성 제품.
  17. (a) 소수성 표면 시트 ; (b) 액체 불투과성 이면 시트 ; 및 (c) 이면 시트와 표면 시트 사이에 위치하는 제10항에 따른 흡수성 코어를 포함하는 일회용 흡수성 제품.
  18. (a) 소수성 표면 시트 ; (b) 액체 불투과성 이면 시트 ; 및 (c) 이면 시트와 표면 시트 사이에 위치하는 제11항에 따른 흡수성 코어를 포함하는 일회용 흡수성 제품.
  19. (a) 소수성 표면 시트 ; (b) 액체 불투과성 이면 시트 ; 및 (c) 이면 시트와 표면 시트 사이에 위치하는 제12항에 따른 흡수성 코어를 포함하는 일회용 흡수성 제품.
  20. (a) 소수성 표면 시트 ; (b) 액체 불투과성 이면 시트 ; 및 (c) 이면 시트와 표면 시트 사이에 위치하는 제13항에 따른 흡수성 코어를 포함하는 일회용 흡수성 제품.
  21. 제1항에 있어서, 하이드로겔이 전분 폴리아크릴레이트 및 가교결합된 폴리아크릴레이트로 이루어진 그룹중에서 선택되는 흡수성 코어.
  22. 제3항에 있어서, 하이드로겔, 섬유성 음이온 교환물질 및 섬유성 양이온 교환물질의 균질 혼합물을 포함하는 흡수성 코어.
  23. 제6항에 있어서, 하이드로겔, 섬유성 음이온 교환물질 및 섬유성 양이온 교환물질의 균질 혼합물을 포함하는 흡수성 코어.
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