KR100625713B1

KR100625713B1 - 다기능성 흡수 재료 및 이로부터 제조한 제품

Info

Publication number: KR100625713B1
Application number: KR1019997004491A
Authority: KR
Inventors: 리차드 앨런 앤더슨; 앤드류 스카트 번즈; 구오-수 에드워드 장; 스탠리 마이클 그라이스키빅츠; 코니 라인 헤즐러; 마가렛 그윈 라티머; 용 리; 실비아 밴디 리틀; 타마라 리 메이스; 빌리 진 매튜즈; 제임즈 브라이언 리들; 호아 라 윌헬름; 로렌스 하우엘 소이어
Original assignee: 킴벌리-클라크 월드와이드, 인크.
Priority date: 1996-11-22
Filing date: 1997-11-21
Publication date: 2006-09-20
Anticipated expiration: 2017-11-21
Also published as: DE69739746D1; EP0952802B1; ID24385A; RU2183443C2; AU5360098A; PL186732B1; CA2269869A1; IL129541A0; WO1998022065A1; AU721662B2; US5843063A; KR20000069067A; PL333407A1; JP4008500B2; CA2269869C; EP0952802A1; CN1303957C; TR199901139T2; CN1238671A; AR010630A1

Abstract

개인 위생 용품에 사용하기 위한 다기능성 재료가 제공된다. 다기능성 재료는 약 100 내지 10000 다르시(Darcys)의 투과도, 약 2 내지 15 cm의 모관 장력을 갖는다. 이 다기능성 재료를 함유하는 구조체는 그의 수명 동안에 100 ㎖ 배설물 당 25 ㎖ 미만의 유출량을 가질 수 있다. 다기능성 재료는 약 30 내지 75 중량%의 저속 초흡수체, 25 내지 70 중량%의 펄프 및 0 내지 최대 약 10%의 결합제 성분을 가져야 한다. 재료는 밀도가 바람직하게는 약 0.05 내지 0.5 g/cc이다. 재료는 사용자의 상태와 일치하는 기간 동안에 서지 재료로부터 탈착시켜 원격 저장 위치로 분배시키기 위하여 액체를 방출시키는 액체 통로를 갖는다. 흡수 및 분배 재료와 합해졌을 때 상기 재료는 개인 위생 용품에 사용하기 위한 복합체 구조를 형성한다.

다기능성 재료, 저속 초흡수체, 펄프, 결합제 성분.

Description

다기능성 흡수 재료 및 이로부터 제조한 제품{Multifunctional Absorbent Material and Products Made Therefrom}

본 발명은 기저귀, 배변 연습용 팬츠, 실금자 용품 또는 생리대와 같은 개인 위생 용품용 흡수 제품 중의 재료 구조체에 관한 것이다.

전통적인 개인 위생 용품용 흡수 시스템은 가랑이 영역에서 실질적으로 모든 액체 배설물을 저장한다. 이것은 가랑이 영역이 1차 배설에 의한 액체로 무겁게 부하되도록 하여 2차, 3차 또는 그 이후의 배설에 대해서는 불충분한 용량을 초래할 수 있다. 이 가랑이 영역 하중은 제품이 착용자로부터 멀리 처지도록 하여 착용자에게 불편함을 야기시키고 누출 가능성이 생길 수 있다. 가랑이 영역에서 배설물의 저장은, 가랑이 영역이 다른 위치에 배설물을 저장한 시스템에서 가능한 영역보다 더 넓어야 할 필요가 있다. 보다 넓은 가랑이 영역은 또한 착용자에게 불편함을 야기시킬 수 있다. 또한, 가랑이 영역에서의 저장은 제품의 전체 영역을 저장에 사용하지 않기 때문에 일반적으로 제품 영역 전반에 걸쳐 퍼져있는 흡수 재료의 낭비를 초래한다. 따라서, 주로 가랑이 영역에서의 저장은 재료의 비효율적인 사용으로 인해 제품 비용을 상승시키게 된다. 배설물이 개인 위생 용품에 의해 받아들여져서 제품의 먼 지역으로 분배되어 가랑이 영역으로부터 원격 저장됨으로써 제품의 가랑이 영역이 다른 배설을 자유로이 받아들일 수 있는 시스템이 가랑이 영역 저장 디자인으로서 바람직하다. 이러한 시스템은 제품의 사용 면적을 최대화시키고, 처짐을 감소시키며, 보다 폭이 좁고 보다 안락한 가랑이를 갖는 개인 위생 용품의 제조를 가능하게 한다. 제품 재료의 보다 효율적인 사용은 소비자 비용을 보다 낮출 수 있다.

그러므로 뇨 처리 분야용 분배 재료와 액체 소통하도록 사용되는 다기능성 복합 재료를 제공하는 것이 본 발명의 목적이다. 이러한 재료는 착용자로부터 액체 배설물을 흡수하여 일정 기간 동안 그의 일부를 저장하고, 배설물의 대부분을 조절되는 방식으로 액체를 원격 저장 위치로 이동시키게 되는 분배 재료로 방출시킨다. 폭이 보다 좁은 가랑이 디자인을 갖는 개인 위생 용품을 제공하는 것이 본 발명의 다른 목적이다.

<발명의 개요>

개인 위생 용품에 사용하기 위한 다기능성 재료가 제공된다. 다기능성 재료는 약 100 내지 10000 다르시(Darcys)의 투과도, 약 2 내지 15 cm의 모관 장력을 갖는다. 이 다기능성 재료를 포함하는 구조체는 그의 수명 동안에 100 ㎖ 배설물 당 25 ㎖ 미만의 유출량을 가질 수 있다. 다기능성 재료는 약 30 내지 75 중량%의 초흡수체, 25 내지 70 중량%의 펄프 및 0 내지 약 10% 이하의 결합제 성분을 가져야 한다. 재료는 바람직하게는 약 0.05 내지 0.5 g/cc의 밀도를 갖는다. 재료는 배설 동안에 액체를 받아들인 다음 사용자의 상태와 일치하는 기간 동안에 서지 재료로부터 탈착시켜 원격 저장 위치로 분배시키기 위하여 액체를 방출시키는 액체 통로를 갖는다. 흡수 및 분배 재료와 합해졌을 때 상기 재료는 개인 위생 용품에 사용하기 위한 복합 구조체를 형성한다. 이 재료를 사용하는 개인 위생 용품은 이 재료의 우수한 성능 때문에 이전의 제품보다 폭이 더 좁은 가랑이를 가질 수 있다.

도 1은 본 발명의 다기능성 재료를 포함시킨 기저귀의 횡단면도.

도 2는 MIST 평가 시험에 사용된 요람의 측면도.

도 3은 시판되는 하기스(Huggies)(등록상표) 울트라트림(Ultratrim)(등록상표) 기저귀와 실시예 1의 재료를 비교하는 AUT 데이타의 그래프.

도 4는 실시예 1에서 조립한 기저귀의 측면도.

도 5는 실시예 1(실선) 및 하기스(등록상표) 슈프림(Supreme)(등록상표)(점선)에 대한 유출 결과 그래프.

도 6은 y축 상에 액체 g 및 x축 상에 시간을 나타내는, 1차 배설 후 실시예 1의 구조물 중에서의 액체 분배를 예시하는 그래프. 3개의 막대로 된 각 세트에서 첫번째 막대는 서지 재료 중의 액체를 나타낸다. 두번째 막대는 다기능성 재료 중의 액체를 나타낸다. 세번째 막대는 분배 재료 중의 액체를 나타낸다.

도 7은 도 6과 동일한 표시를 사용하는, 2차 배설 후 실시예 1의 구조물 중에서의 액체 분배를 예시하는 그래프이다.

도 8은 도 6과 동일한 표시를 사용하는, 3차 배설 후 실시예 1의 구조물 중에서의 액체 분배를 예시하는 그래프이다.

도 9는 100 ㎖ 배설물(점선) 및 3회의 100 ㎖ 배설물 후(실선)의 경우 본 발명의 재료를 사용한 시스템의 액체 프로필을 그래프 형태로 비교한다. 배설 부위로부터의 거리를 x축 상에 표시한다.

<정의>

"일회용"이란 세척하여 재사용하도록 의도되지 않고 사용후 버릴 수 있는 것을 포함한다.

"전방" 및 "후방"이란 본 명세서 전반에 걸쳐 의류가 착용자 상에 위치하였을 때 가정되는 의류의 임의의 위치를 제시하기 보다는 의류 그 자체에 대한 상대적 관계를 표시하는데 사용된다.

"친수성"이란 섬유와 접촉하는 수용액에 의해 습윤되는 섬유 또는 섬유의 표면을 말한다. 재료의 습윤도는 다시 관련된 재료 및 액체의 표면 장력 및 접촉각의 면에서 설명될 수 있다. 특정 섬유 재료의 습윤도를 측정하기에 적합한 장치 및 기술은 칸(Cahn) SFA-222 표면력 분석기 시스템(Surface Force Analyzer System) 또는 실질적으로 동등한 시스템에 의해 제공될 수 있다. 이 시스템으로 측정하였을 때 90°미만의 접촉각을 갖는 섬유를 "습윤성" 또는 친수성으로 표시하는 반면에, 90°또는 그를 초과하는 접촉각을 갖는 섬유를 "비습윤성" 또는 소수성으로 표시한다.

"내측" 및 "외측"이란 흡수성 의류의 중심에 대한 위치, 구체적으로는 흡수성 의류의 종방향 및 횡방향 중심으로부터 횡방향으로 및(또는) 종방향으로 가깝거나 또는 먼 위치를 말한다.

단수로 사용되었을 때 "층"이란 1개의 요소 또는 다수개의 요소의 이중적인 의미를 가질 수 있다.

"액체"란 흐르고, 또한 액체를 붓거나 또는 넣은 용기의 내부 형태를 취할 수 있는 물질 및(또는) 재료를 의미한다.

"액체 소통"이란 뇨와 같은 액체가 한 층으로부터 다른 층으로 이동할 수 있음을 의미한다.

"종방향" 및 "횡방향"은 도 x에서 횡방향 구획선 x-x에 의해 나타내어지는 바와 같이, 그의 통상적인 의미를 갖는다. 종방향 축은 제품을 편평하게 놓아서 완전히 펼쳤을 때 제품의 평면 내에 있으며 일반적으로 제품을 착용할 때 서 있는 착용자를 좌측 및 우측 몸 절반으로 이분한 수직 평면에 평행하다. 횡방향 축은 일반적으로 종방향 축에 수직인 제품의 평면 내에 있다. 예시한 바와 같이, 재품은 횡방향보다 종방향이 더 길다.

"입자"는 제한되는 것은 아니지만 구형 입자, 원통형 섬유 또는 가닥, 평평한 표면 또는 거칠은 표면, 시트, 리본, 스트링, 가닥 등과 같은 임의의 기하학적 형태를 의미한다.

"분무액" 및 그의 변형은 공기 또는 다른 가스의 인가압에 의해, 중력에 의해 또는 원심력에 의해 오리피스, 노즐 등을 통해 와선 필라멘트와 같은 스트림, 또는 세분화 입자로서 강력하게 분출되는 액체를 포함한다. 그 분무액은 연속적이거나 또는 비연속적일 수 있다.

"스펀본디드 섬유"란 용융 열가소성 재료가 방사구의 다수의 미세한, 일반적 으로 원형인 모관으로부터 필라멘트로서 압출되고, 그후에 압출된 필라멘트의 직경이 예를 들면 아펠(Appel) 등의 미국 특허 제4,340,563호, 도르쉬너(Dorschner) 등의 미국 특허 제3,692,618호, 마쯔끼(Matsuki) 등의 미국 특허 제3,802,817호, 키니(Kinney)의 미국 특허 제3,338,992호 및 제3,341,394호, 하트만(Hartman)의 미국 특허 제3,502,763호 및 도보(Dobo) 등의 미국 특허 제3,542,615호에서와 같이 급격하게 감소되도록 형성되는 작은 직경의 섬유를 의미한다. 스펀본드 섬유는 그것이 수집 표면 상에 침적될 때 일반적으로 점착성이 아니다. 스펀본드 섬유는 일반적으로 연속적이며 7 μ을 초과하는, 보다 구체적으로는 약 10 내지 30 μ의 평균 직경(10개 이상의 샘플로부터 구함)을 갖는다. 그 섬유는 비통상적인 형태의 섬유를 설명하는, 호글(Hogle) 등의 미국 특허 제5,277,976호, 힐스(Hills)의 미국 특허 제5,466,410호 및 라르그만(Largman) 등의 미국 특허 제5,069,970호 및 제5,057,368호에 기재된 바와 같은 형태를 가질 수도 있다.

"멜트블로운 섬유"란 용융된 열가소성 재료를 다수개의 미세한, 일반적으로 원형인 다이 모관을 통해, 용융된 열가소성 재료의 필라멘트를 섬세화(纖細化)시켜 그의 직경을 감소시켜 미세섬유 직경이 될 수 있게 하는 집중 고속, 일반적으로 고온의 가스(예를 들면, 공기) 스트림에 용융 실 또는 필라멘트로서 압출시킴으로써 제조된 섬유를 의미한다. 그후에, 멜트블로운 섬유는 고속 가스 스트림에 의해 운반되고 수집 표면 상에 침적되어 불규칙하게 분산된 멜트블로운 섬유의 웹을 형성한다. 그러한 방법은 예를 들면 미국 특허 제3,849,241호에 기재되어 있다. 멜트블로운 섬유는 연속적 또는 불연속적일 수 있는 미세섬유이며, 평균 직경이 일반적 으로 10 μ 미만이며, 수집 표면 상에 침적될 때 일반적으로 점착성이다.

"복합 섬유"란 별개의 압출기로부터 압출된 2가지 이상의 중합체로부터 형성되지만 함께 방사되어 하나의 섬유를 형성하는 섬유를 의미한다. 복합 섬유는 종종 다성분 또는 이성분 섬유로 불리운다. 복합 섬유는 일성분일 수 있긴 하지만, 중합체는 일반적으로 서로 상이하다. 중합체는 복합 섬유의 횡단면에 걸쳐 실질적으로 일정하게 위치된 별개의 대역에 배열되어 복합 섬유의 길이를 따라 연속적으로 퍼진다. 그러한 복합 섬유의 배위는 예를 들면 한 중합체가 다른 것에 의해 둘러싸인 외피/코어 배열일 수 있거나 또는 병렬형(side-by-side) 배열, 파이 배열 또는 "해중도(islands-in-the-sea)" 배열일 수 있다. 복합 섬유는 가네꼬 (Kaneko) 등의 미국 특허 제5,108,820호, 스트랙(Strack) 등의 미국 특허 제5,336,552호 및 파이크(Pike) 등의 미국 특허 제5,382,400호에 교시되어 있다. 이성분 섬유의 경우에, 중합체는 75/25, 50/50, 25/75의 비 또는 임의의 다른 소정의 비로 존재할 수 있다. 그 섬유는 또한 비통상적인 형태의 섬유를 설명하는, 본 명세서에 그의 전체 내용이 참고문헌으로 인용된 호글 등의 미국 특허 제5,277,976호 및 라르그만 등의 미국 특허 제5,069,970호 및 제5,057,368호에 기재된 바와 같은 형태를 가질 수도 있다.

"이구성성분 섬유"는 동일한 압출기로부터 블렌드로 압출된 2가지 이상의 중합체로부터 형성된 섬유를 의미한다. "블렌드"란 용어는 아래에서 정의된다. 이구성성분 섬유는 섬유의 횡단면적에 걸쳐 비교적 일정하게 위치된 별개의 대역에 배열된 각종 중합체 성분을 갖지 않으며 각종 중합체는 일반적으로 섬유 전체 길이 를 따라 연속적이지 않으며, 대신에 일반적으로 무작위로 시작되고 끝나는 피브릴 또는 프로토피브릴을 형성한다. 이구성성분 섬유는 종종 다구성성분 섬유로도 불리운다. 이 일반적인 형태의 섬유는 예를 들면 게스너(Gessner)의 미국 특허 제5,108,827호에 논의되어 있다. 이성분 및 이구성성분 섬유는 또한 교과서 (Polymer Blends and Composites by John A. Manson and Leslie H. Sperling, copyright 1976 by Plenum Press, a division of Plenum Publishing Corporation of New York, IBSN 0-306-30831-2, at pages 273-277)에서도 논의된다.

"본디드 카디드 웹"은 스테이플 섬유를 기계 방향으로 분리하거나 또는 나눠서 정렬시켜 일반적으로 기계 방향 배향된 섬유상 부직 웹을 형성하는, 코밍 (combing) 또는 카딩 유닛을 통해 보내지는 스테이플 섬유로부터 제조된 웹을 의미한다. 카딩 유닛 전에 섬유를 분리하는 오프너/블렌더 또는 픽커에 놓여지는 상기 섬유는 일반적으로 꾸러미로 구입된다. 일단 웹이 형성되면, 이어서 몇가지 공지된 결합 방법 중 한가지 이상에 의해 결합된다. 이러한 결합 방법 중 하나는 분말 접착제를 웹 전체에 분배시키고 일반적으로 고온 공기로 웹 및 접착제를 가열하여 활성화시키는 분말 결합이다. 다른 적합한 결합 방법은 가열된 캘린더 롤 또는 초음파 결합 장치가 일반적으로 국소 결합 패턴으로 섬유를 함께 결합시키는데 이용되는 패턴 결합법이긴 하지만, 원하는 경우 웹은 그의 전체 표면에 걸쳐 결합될 수 있다. 특히 이성분 스테이플 섬유를 사용할 때 다른 적합한 공지된 결합 방법은 통기 결합법이다.

"에어레잉"은 섬유상 부직 층이 형성될 수 있는 공지된 방법이다. 에어레잉 방법에서, 약 3 내지 약 19 ㎜의 전형적인 길이를 갖는 작은 섬유 다발은 분리되고 공급 공기 중에 연행된 다음, 일반적으로 진공 공급에 의해 성형 스크린 상에 침적된다. 그후에, 불규칙하게 침적된 섬유는 고온 공기 또는 분무 접착제를 이용하여 서로 결합된다.

"개인 위생 용품"은 기저귀, 배변 연습용 팬츠, 흡수성 속팬츠, 성인 실금용품 및 여성 위생 용품을 나타낸다.

<시험 방법>

흡수 시간 지수(Absorption Time Index; ATI): 이 시험에서, 초흡수체 재료의 흡수 용량은 예를 들면 약 0.01 psi의 가벼운 압력 하에서 200분 이하 동안의 시간에 대해 결정된다.

한 단부에 일체식 100 메쉬 스텐리스강 스크린이 있는 1 인치(2.54 ㎝) 내경의 원통을 이용하여 건조 초흡수체 0.16 ± 0.005 g을 지지한다. 초흡수체가 원통의 측면에 달라붙지 않도록 초흡수체를 원통내에 조심스럽게 놓아야 한다. 초흡수체를 스크린 상에 보다 균일하게 분배시키기 위해 원통을 가볍게 두드려야 한다. 그후에, 4.4 g, 0.995 인치(252.73 mm) 직경의 플라스틱 피스톤을 원통 안에 놓고, 원통, 피스톤 및 초흡수제 어셈블리를 칭량한다. 어셈블리를 0.875 중량% NaCl 염수가 1 ㎝ 깊이로 들어있는 3 인치 x 3 인치(76.4 ㎜ x 76.4 ㎜) 수세기에 놓는다. 그 아래에 트랩핑된 공기를 제거하기 위해 원통을 가볍게 두드리고 시험 동안 염수를 1 ㎝ 깊이로 유지한다.

1초 간격으로 200분을 읽을 수 있는 타이머를 이용한다. 타이머를 작동시키 고 용액 중에서 5분 후에, 어셈블리를 제거하고 흡수지 상에 블롯팅시킨다. 임의의 다른 효과적인 종이가 사용될 수 있긴 하지만, 바람직한 종이는 클리넥스(KLEENEX)(등록상표) 프리미엄 디너 냅킨(Kimberly-Clark Corp. 제품)이다. 블롯팅시에, 원통에 대해 종이를 단단히 압착시켜 양호한 접촉이 일어나도록 한다. 원통을 건조지에 3회 접촉시키는데 3회째는 제거되는 액체가 거의 없어야 한다. 어셈블리를 칭량하여 어셈블리를 액체 수세기로 돌려보낸다. 블롯팅 및 칭량은 약 5초 정도 걸려야 하며 타이머는 시험 내내 계속 작동되어야 한다. 5분, 10분, 15분, 30분, 45분, 60분, 75분, 90분, 120분, 160분 및 200분에 판독한다. 각 판독마다 새로운 건조 냅킨을 사용한다.

최종 판독 후에, 초흡수체 1g 당 흡수된 액체의 g을 계산한다. 특정 시간에 흡수된 액체의 양을 200분에 흡수된 양으로 나누어 시간에 대해 플롯팅하여 흡수율 그래프를 작성할 수 있다.

ATI는 다음과 같이 계산된다:

ATI=(t₁₀+t₂₀+t₃₀+t₄₀+t₅₀+t₆₀+t₇₀+t₈₀+t₉₀)/9

여기서, t_n은 200분에서의 흡수 용량의 n %가 사용된 시간(분)이며, 예를 들면 t₃₀은 총 용량의 30%가 사용된 시간이다.

장력 하의 흡수(AUT) 시험: 본 시험은 제목이 "sorptive rate and capacity of bibulous paper products using gravimetric principles"인 TAPPI 방법 T561pm-96의 변형된 방법이다. TAPPI 방법 T561pm-96의 부록 A2는 비표준 변법들을 논의 하고 있다.

샘플의 시험표본을 그의 바닥 표면이 플레이트 상에 놓여지고 상부 표면이 시험 중량에 의해 덮혀지도록 수평 시험 플레이트 상에 위치시킨다. 샘플을 이것이 단지 한 방향; 중량에 의해 덮혀진 방향으로만 팽창하도록 억제 수단으로 둘러싼다. 시험 플레이트를 흡관을 사용하여 액체 저장로에 연결시킨다. 시험표본은 흡관의 유출물(염수 1ℓ 당 8.5 g)과 접촉하고 샘플에 대한 액체 저장조의 최상부 표면이 시험 동안에 조절될 수 있다. 액체 저장조를 적합한 칭량 장치 상에 위치시킨다. 시험 동안에, 액체가 시험표본 내로 흡수되고 이 흡수는 칭량 장치로 측정하였을 때 액체 저장조 중에 존재하는 액체의 감소를 야기시킨다. 액체 저장조 중의 중량 감소는 직접적으로 플롯팅하거나 또는 샘플의 g수로 나누어 시간에 걸친 샘플 g 당 흡수 용량을 제공할 수 있다.

본 명세서에서 사용된 시험 방법에서, 샘플은 직경이 6.25 cm(2.75 인치)이었고, 샘플 높이 및 중량은 샘플 밀도에 의존하였다. 샘플을 수평으로의 팽창을 제한하기 위하여 6.25 cm 직경 둥근 유리 고리로 둘러쌌다. 시험 중량은 샘플 상에 약 0.25 psi의 압력을 유지시키기 위하여 674.14 g이었다. 샘플과 액체 저장조의 표면 사이의 높이 차는 0 cm로 유지시켰다.

다중 배설 시험(Multiple Insult Test: MIST 평가): 이 시험에서, 2가지 이상의 재료로 이루어진 직물 재료 또는 구조체를 아크릴 요람에 놓아 유아와 같은 사용자의 신체 굴곡을 모의한다. 이 요람을 도 2에 예시하였다. 요람은 말단이 차단되고, 도면에 나타낸 바와 같은, 33 ㎝의 폭, 19 ㎝의 높이, 30.5 ㎝의 상부 팔 사이의 내부 거리 및 60°의 상부 팔 사이의 각을 갖는다. 요람은 요람의 길이를 따라 최저점에서 6.5 ㎜ 폭의 홈을 갖는다.

피검 재료를 샘플과 동일한 크기의 폴리에틸렌 필름 단편 상에 놓고 그것을 요람에 놓는다. 1ℓ 당 염화나트륨 8.5 g의 염수 100 ㎖를 피검 재료의 ¼ 인치(6.4 ㎜) 위에서 재료의 중심에 대해 수직인 노즐로 20 ㏄/초의 속도로 피검 재료에 붓는다. 유출량을 기록한다. 재료를 즉시 요람으로부터 제거하여 칭량하고, 0.01 psi 압력 하에서 0.2 g/cc의 밀도를 갖는 건조 40/60 펄프/초흡수체 패드 상에 수평 위치로 놓고, 5분, 15분 및 30분 후에 칭량하여 재료로부터 초흡수체 패드로의 액체 탈착량 및 재료 중의 액체 보유량을 구한다. 이 시험에 사용된 펄프 플러프 및 초흡수체는 킴벌리-클라크(미국 텍사스주 달라스 소재)의 CR-2054 펄프 및 스톡하우센 캄파니(미국 노쓰 캐롤라이나주 그린스보로 소재)의 페이버 870 초흡수체이지만, 다른 상응하는 펄프 및 초흡수체가 5분 동안 유리 팽윤 조건 하에서 염수 중에 침지 후에, 5분 동안 패드 두께 전체에 걸쳐 인가된 예를 들면 약 0.5 psi(약 3.45 kPa)의 진공 흡입에 의한 공기압 차를 받은 후 탈착 패드 1g 당 염수 20 g 이상을 보유하는 한 사용될 수 있다. 시험 편이 다른 성분들로 제조된 경우(예를 들면, 라미네이트인 경우), 성분들 또는 층들을 분리시키고 칭량하여 그들 사이의 액체 분배를 알아본 다음 각 칭량후 재조립하여 다시 플러프/초흡수체 상에 위치시킨다. 이 시험을 각 배설에 대해 새로운 탈착 패드를 사용하여 반복하여 총 3회의 배설이 도입되어, 배설 사이에 30분의 간격을 갖는 1.5 시간에 걸쳐 액체 분배를 측정하였다. 각 샘플 재료 당 5회의 시험이 추천된다.

X선 영상화 시험: 이 시험은 흡수 시스템의 5개 대역 각각에서 액체의 양을 구하는데 이용된 방법 중 하나이다. X선 영상화는 예를 들면, 논문("Fluid Distribution: comparison of X-ray Imaging Data" by David F. Ring, Oscar Lijap and Joseph Pascente in Nonwovens World magazine, summer 1995, at pages 65-70)에 기재된 바와 같이 당 업계에 공지되어 있다. 일반적으로, 이 방법은 액체 함량을 계산하기 위하여 습윤 및 건조 샘플의 x-선 영상을 비교한다. 그러한 x-선 시스템은 미국 컨넥티컷주 06045 브랜포드 비지니스 파크 드라이브 31 소재의 트로닉스 인크.(Tronix Inc.)로부터 모델 번호 10561 HF 100 w/동봉물로서 입수할 수 있다. 이 시스템은 미국 콜로라도주 포린츠 콜린스 소재의 옵투무스 인크.(Optumus Inc.)로부터 바이오-스캔 옵티메이트(Bio-scan Optimate)(등록상표) S/N OPM4101105461 버젼 4.11로서 판매되는 소프트웨어를 사용한다.

모관 장력: 액체의 ㎝로 표시되는 모관 장력(c.t.)은 당업계에 공지되어 있으며 많은 문헌(예를 들면, Textile Science and Technology, vol. 7, by Pronoy K. Chatterjee, published by Elsevier Science Publishers B.V. 1985, ISBN 0-444-42377-X(vol. 7), chapters 2,4,5)에 교시되어 있는 방법에 의해 재료에 의해 발휘되는 모관 압력을 액체의 기둥에 의해 제공된 정수압과 동일하게 함으로써 섬유 및 웹 특성으로부터 계산된다. 이 계산은 뇨의 유사품 또는 모조품으로서 사용되는 8.5 gm/ℓ 염수로부터 취한 68 dynes/cm의 표면 장력을 가정한다. 뇨는 표면 장력이 아주 가변적일 수 있다.

모관 장력은 본 명세서에 기재된 수직 흡상 높이 시험에 의해 실험적으로 계 산되거나 또는 결정될 수 있다. 산정 수치는 염수에 노출될 때 시험 액체, 특히 초흡수체를 함유하는 재료의 존재하에 이용된다.

변수 단위

c.t. =

염수 ㎝

α =

㎠/g

ρ_avg =

g/㎤

ρ_web =

g/㎤

r_i,eff =

㎝

긴 원통의 경우 r_i,eff(㎝) =

구의 경우 r_i,eff(㎝) =

여기서,

γ = 액체의 표면 장력(dyne/cm)

θ₁ = 성분 i에 대한 진입 액체-고체 접촉각(°)

π = 3.1415906

ρ_web = 웹의 밀도(g/㎤)

ρ_avg = 질량 칭량된 평균 성분 밀도(g/㎤)

d_i = 성분 i의 직경(μ)

ρ_i = 성분 i의 밀도(g/㎤)

x_i = 웹 중의 성분 i의 질량 분율

r_{i, eff} = 유효 섬유 반경(㎝)

BW = 샘플의 중량/면적(g/㎡)

t = 0.05 psi(23.9 dyne/㎠) 또는 2.39 파스칼(N/㎡)

하중 하의 샘플의 두께(㎜)

L = 원통 길이(㎝)

V_i = 성분 i의 부피(㎤)

SA_i = 성분 i의 표면적(㎠)

<모관 장력 예시 계산>

57% 서던 연재 펄프, 40% 초흡수체 및 3% 결합제 섬유를 함유하며, 0.05 psi에서 617.58 g/㎡의 기초 중량 및 5.97 ㎜의 벌크 두께를 갖는 구조체에 대해 염수의 모관 장력의 예시적 계산을 실시한다.

성분 특성은 다음과 같다:

성분	형태	직경 d_i (μ)	접촉각 θ_i	밀도 ρ_i (g/㎤)	질량 분율 x_i
서던 연재	원통	13.3	45	1.55	0.57
초흡수체	구	1125	30	1.49	0.40
결합제 섬유	원통	17.5	90	0.91	0.03

형태 및 접촉 각은 대략적인 것임에 주의해야 한다.

변수

α(㎠/g) =

α(㎠/g) = 794.5

ρ_avg(g/㎤) =

ρ_avg(g/㎤) = 1.496

ρ_web(g/㎤) =

ρ_web(g/㎤) = 0.1034

c.t.(염수 ㎝) =

c.t.(염수 ㎝) = 6.91

투과도: 코제니-카르만(Kozeny-Carman) 방정식으로부터 투과도(k)를 계산할 수 있다. 이것은 널리 사용되는 방법이다. 이 방법에 대해서는 문헌(R.W. Hoyland and R. Field in the journal Paper Technology and Industry, December 1976, p. 291-299 and Porous Media Liquid Transport and Pore Structure by F.A.L. Dullien, 1979, Academic Press, Inc. ISBN 0-12-223650-5)을 참고하면 된다.

계산된 변수 방정식 단위

투과도 = k =

다르시

코제니 상수 = K =

단위없음

재료 질량 당 표면적 = Sv =

㎠/g

질량 칭량된 평균 성분 밀도= ρ_avg =

g/㎤

재료 실체적 당 표면적 = S_o = S_v ρ_avg ㎝^-1

다공도 = ε =

단위없음

유효 섬유 반경 = r_i,eff =

㎝

웹 밀도 = ρ_web =

g/㎤

긴 원통의 경우 r_i,eff =

구의 경우 r_i,eff =

여기서,

d_i= 성분 i의 직경(μ)

ρ_i= 성분 i의 밀도(g/㎤)

x_i = 웹 중의 성분 i의 질량 분율

BW= 샘플의 중량/면적(g/㎡)

t = 0.05 psi(23.9 dyne/㎠) 또는 2.39 파스칼(N/㎡)

하중 하의 샘플의 두께(㎜)

<투과도 예시적 계산>

57% 서던 연재 펄프, 40% 초흡수체 및 3% 결합제 섬유를 함유하며, 0.05 psi에서 617.58 g/㎡의 기초 중량 및 5.97 ㎜의 벌크 두께를 갖는 구조체에 대해 예시적 투과도 계산을 실시한다.

성분 특성은 다음과 같다(형태는 대략적인 것임):

성분	형태	직경 d_i (μ)	밀도 ρ_i (g/㎤)	질량 분율 x_i
서던 연재	원통	13.3	1.55	0.57
초흡수체	구	1125	1.49	0.40
결합제	원통	17.5	0.925	0.03

ρ_web(g/㎤) =

ρ_web(g/㎤) = 0.1034

ε =

ε = 0.9309

S_v(㎠/g) =

S_v(㎠/g) = 1194

ρ_avg(g/㎤) =

ρ_avg(g/㎤) = 1.496

S₀(㎝^-1) = S_vρ_avg

S₀(㎝^-1) = 1194 x 1.496

S₀(㎝^-1) = 1786

K =

K = 10.94

k =

k = 491 다르시

재료 칼리퍼(두께): 두께의 척도인 재료의 칼리퍼(caliper)를 스타렛 (Starret) 타입 벌크 시험기로 0.05 psi에서 ㎝ 단위로 측정한다.

밀도: 재료의 밀도는 68.9 파스칼에서 1㎡ 당 g 단위(gsm)의 샘플 단위 면적 당의 중량을 밀리미터(mm) 단위 샘플의 벌크로 나누고 그 결과에 0.001을 곱하여 그 값을 1cc 당 g(g/cc)으로 환산하여 계산할 수 있다. 밀도 값을 위해 총 3가지 샘플을 평가하고 평균화한다.

<흡수 구조체의 흡상 시간 및 수직 액체 플럭스>

약 2 인치(5 ㎝) x 15 인치(38 ㎝) 크기의 재료의 샘플 스트립이 시험 개시시에 액체 저장조 위에 위치할 때 샘플 스트립의 바닥이 액체 표면과 바로 접촉하도록 샘플 스트립을 수직으로 놓는다. 사용된 액체는 8.5 g/ℓ 염수이다. 상대 습도는 평가 동안에 약 90 내지 약 98%로 유지되어야 한다. 샘플 스트립을 알려진 중량 및 부피의 액체 위에 놓고, 샘플 스트립의 바닥 연부가 용액의 표면에 접촉하자 마자 스톱워치를 작동시킨다.

여러 시간대에 샘플 스트립 전방 위로 이동하는 액체의 수직 거리 및 샘플 스트립에 의해 흡수된 액체 중량을 기록한다. 시간 대 액체 전방 높이를 플롯팅하여 약 5 ㎝ 및 약 15 ㎝에서 흡상 시간을 구한다. 평가 시작부터 약 5 ㎝ 높이까지 및 15 ㎝ 높이까지 샘플 스트립에 의해 흡수된 액체의 중량도 데이타로부터 구한다. 샘플 스트립에 의해 흡수된 액체의 g을 샘플 스트립의 기초 중량(gsm); 액체가 특정 높이에 도달하는데 필요한 시간(분); 및 샘플 스트립의 폭(인치) 각각으로 나누어 특정 높이에서의 샘플 스트립의 수직 액체 플럭스 값을 계산한다. 초흡수체를 함유하지 않는 재료(예를 들면, 서지 재료)에서의 모관 장력은 30분 후 8.5 g/ℓ 염수의 평형 수직 흡상 높이에 의해 간단히 측정된다.

일회용 개인 위생 용품의 효능을 개선시키기 위한 이전의 시도들은 제품의 특정 영역에 초흡수성 재료(SAM) 또는 플러프 입자들을 분배시키거나 또는 흡수체 코어에 의한 흡수 전에 배설물이 흡수되는 상이한 형태의 저장 또는 보유 영역들을 제공하는 것을 포함한다. 이 방법들은 제품의 이용가능한 내부 표면 전체를 일반적으로 이용하지 않거나 또는 동일한 정도로 사용하지 않기 때문에 제품 몸체의 비효율적인 사용을 초래한다.

선행 기술의 시도들도 또한 흡수되어야 하는 액체의 상당수가 제품의 가랑이 영역에 남아 있는 구조를 초래하였다. 그렇게 디자인된 구조는 가랑이가 매우 넓어야 하고, 따라서 특히 흡수체 코어에 의한 액체 흡수 및 이어지는 흡수 재료의 팽윤 후에 착용자에게 불편하다. 가랑이에서의 저장은 또한 제품이 착용자 몸으로부터 멀리 처지게 되는 경향을 증가시킨다.

그러므로, 제품의 이용가능한 영역의 대부분을 체액 배설물의 흡수에 사용하고 가랑이 영역에 대부분의 배설물을 보유하지 않는 일회용 개인 위생 용품에 대한 요구가 남아있다. 이것은 가랑이가 보다 좁고, 몸과 보다 같은 모양이 되는 제품이 제조될 수 있도록 하여 착용자의 보다 양호한 맞음새 및 보다 큰 안락함, 및 재료의 보다 효율적인 사용을 일으킨다. 기저귀 및 배변 연습용 팬츠에 대해 말할 때, 좁은 가랑이는 폭이 7.6 cm 이하, 보다 구체적으로는 폭이 5 cm 이하인 것이다.

전통적인 개인 위생 용품용 흡수 시스템은 흡수(서지 조절) 및 포함(보유) 또는 SC의 기능을 갖는 것으로 일반화될 수 있다.

서지 조절 재료, SC 중의 "S"는 유입 배설물을 재빨리 받아들여 제품 바깥쪽 으로 누출되지 않도록 하기 위하여 제공된다. 서지층은 또한 흡수층, 전달층, 수송층 등으로도 언급될 수 있다. 서지 재료는 전형적으로는 예를 들면 유아의 경우, 약 5 내지 20 cc/초의 용적 유량으로 약 60 내지 100 cc의 유입 배설물을 처리할 수 있어야 한다.

포함 또는 보유 재료, SC 중의 "C"는 배설물을 재빨리 및 효율적으로 흡수해야 한다. 이들은 상당한 "겔 차단" 또는 흡수체 외층의 팽창에 의한 흡수체 내로의 액체의 추가의 침투의 차단 없이 액체를 흡수할 수 있어야 한다. 보유 재료는 종종 고속 초흡수 재료, 예를 들면 폴리아크릴레이트 초흡수체 및 플러프의 블렌드이다. 이들 재료는 액체를 신속하게 흡수하고 보유한다. 보유 재료의 예는 일괄 양도된 잭슨(Jackson) 등의 미국 특허 제5,350,370호에서 발견할 수 있다.

상기한 바와 같이, 흡수 및 포함의 기능을 갖는 전통적인 흡수 시스템은 일반적으로 임의의 배설물의 대부분을 표적 지역, 일반적으로 가랑이에 보유한다. 액체는 가랑이 용량이 가득찬 후에만 상기 시스템 중에서 가랑이로부터 멀리 이동된다. 이것은 매우 넓은 가랑이를 갖는 개인 위생 용품을 만든다. 시판되는 각종 기저귀의 포함 위치 및 보유 능력의 예는 본 출원과 동일자로 출원되고 동일 양수인에게 양도되고 발명의 명칭이 ABSORBENT ARTICLES WITH CONTROLLABLE FILL PATTERNS인 미국 특허 출원 번호 제08/755,136호의 표 3에 제공된다.

전통적인 흡수 시스템과는 대조적으로, 발명의 명칭이 ABSORBENT ARTICLES WITH CONTROLLABLE FILL PATTERNS인 특허 출원은 각 배설 후 일정 시간 내에 액체가 흡수 시스템의 미리 정해진 영역에, 즉 표적 영역으로부터 멀리 떨어져 위치하게 되도록 디자인되고, 배치되고 조립된 성분들을 포함하는 흡수 시스템을 제공한다. 임의적으로 5개의 대역들로 나눠진 흡수 시스템을 사용할 때, 이들 흡수 시스템은 30 분의 간격을 갖는 100 ㎖의 3회 배설 후 2개의 말단 대역 각각에 대한 중앙의 표적 대역, 일반적으로 가랑이에 위치한 액체의 g 단위의 "충전비"가 5:1 미만이다. 이 충전비가 3:1 미만인 것이 바람직하고, 2.5:1 미만인 것이 가장 바람직하다. 현재 시판되는 많은 기저귀들은 20:1, 50:1 또는 심지어는 이보다 더 큰 충전비를 갖는다. 즉, 이들은 대부분의 배설물 액체를 가랑이에 보유한다.

전통적인 흡수 시스템에서 서지 조절 및 포함 재료 외에, 최근의 연구는 S 및 C 층들 사이에 끼워놓여진 다른 성분을 도입하였다. 이 새로운 성분은 서지 조절, 분배 및 포함 또는 "SDC"를 갖는 시스템을 만드는 분배 재료이다.

분배 재료, SDC에서 "D"는 초기 침적 지점으로부터 저장이 바람직한 곳으로 액체를 이동시킬 수 있어야 한다. 분배는 허용가능한 속도로 일어나서 표적 배설 영역, 일반적으로 가랑이 영역이 다음의 배설에 대해 준비되도록 해야 한다. "다음의 배설에 대해 준비"란, 표적 대역으로부터 충분한 액체가 이동하여 다음의 배설이 액체 흡수 및 허용가능한 부피 내에서의 유출을 야기시킴을 의미한다. 배설 사이의 시간은 일반적으로 착용자의 연령에 따라, 겨우 몇 분으로부터 수 시간까지 변할 수 있다.

본 발명의 다기능성 재료는 개인 위생 용품, 이 경우에서는 기저귀의 횡단면도인 도 1에서 보여지는 바와 같이 서지 재료와 분배 재료 사이에 위치한다. 기저귀(1)는 흡수 영역 중에 서지 재료(2), 서지 재료(2) 아래에 다기능성 재료(3), 다기능성 재료(3) 아래에 분배 재료(4) 및 기저귀(1)의 각 단부에 보유/저장 재료(5,6)를 갖는다. 이러한 제품은 또한 일반적으로 라이너 재료 및 배면시트(간략화를 위해 나타내지 않음)를 갖는다. 명백하게 드러날 수 있지만, 효과적으로 작용하기 위해서 본 발명에 사용된 재료들은 그들 사이에서 액체를 전달하도록 충분한 접촉을 가져야 함에 특히 주의해야 한다.

라이너는 때때로 신체측 라이너 또는 표면시트로 언급되고, 서지 재료에 인접한다. 라이너 재료는 착용자의 피부와 마주 대하는 층이고, 따라서 착용자로부터의 액체 또는 기타 배설물과 접촉하는 제1층이다. 라이너는 추가로 흡수 구조체 중에 보유된 액체로부터 착용자의 피부를 격리시키는 작용을 하고, 순응적이고 촉감이 부드러우며 비자극성이어야 한다.

개구 플라스틱 필름, 직포, 부직 웹, 다공질 발포체, 망상 발포체를 비롯한 각종 재료들이 본 발명의 신체측 라이너를 제조하는데 사용될 수 있다. 폴리올레핀, 폴리에스테르, 폴리아미드(또는 기타 유사 섬유 형성 중합체) 필라멘트의 스펀본드 또는 멜트블로운 웹, 또는 천연 중합체(예를 들면, 레이온 또는 면 섬유) 및(또는) 합성 중합체(예를 들면, 폴리프로필렌 또는 폴리에스테르) 섬유의 본디드 카디드 웹을 포함하는 부직 재료가 신체측 라이너를 제조하는데 사용하기 특히 적합하다. 예를 들면, 신체측 라이너는 합성 폴리프로필렌 필라멘트의 부직 스펀본드 웹일 수 있다. 부직 웹은 1㎡ 당 약 10.0 g(gsm) 내지 약 68.0 gsm, 보다 구체적으로는 약 14.0 gsm 내지 약 42.0 gsm 범위의 기초 중량, 약 0.13 mm 내지 약 1.0 mm, 보다 구체적으로는 약 0.18 mm 내지 약 0.55 mm의 벌크 또는 두께, 및 1cc 당 약 0.025 g(g/cc) 내지 약 0.12 g/cc, 보다 구체적으로는 약 0.068 g/cc 내지 약 0.083 g/cc의 밀도를 가질 수 있다. 추가로, 상기 부직 웹의 투과도는 약 150 다르시 내지 약 5000 다르시일 수 있다. 부직 웹은 선택된 양의 계면활성제, 예를 들면 약 0.28% 트리톤(Triton) X-102 계면활성제로 처리되거나 또는 다르게는 소정의 습윤성 및 친수성을 부여하도록 가공처리된 표면일 수 있다. 계면활성제가 사용될 경우, 계면활성제는 임의의 종래의 수단, 예를 들면 스프레잉, 프린팅, 브러쉬 코팅 등에 의해 웹에 도포될 수 있다.

비록 본 발명에서는 서지층이 본 발명의 다기능성 재료와 접촉하고 있지만, 서지층은 가장 대표적으로는 신체측 라이너와 다른 층, 예를 들면 분배 또는 보유층 사이에 끼워놓여지고 이들과 긴밀한 액체 소통 접촉하고 있다. 서지층은 일반적으로 신체측 라이너의 안쪽(노출되지 않은) 표면 밑에 있다. 액체 전달을 추가로 향상시키기 위하여, 서지층의 상부 및(또는) 하부 표면을 각각 라이너 및 분배층에 부착시키는 것이 바람직할 수 있다. 접착제 결합(수 기재, 용매 기재 및 열 활성화 접착제 사용), 열 결합, 초음파 결합, 니들링 및 핀 천공, 및 상기한 것 또는 다른 적절한 부착 방법들의 조합을 포함하지만 이들로 제한되지는 않는 적합한 종래의 부착 기술을 사용할 수 있다. 예를 들면, 서지층이 신체측 라이너에 접착제로 결합되는 경우, 접착제 첨가량은 라이너로부터 서지층으로의 액체의 흐름을 과도하게 제한하지 않으면서 소정의 결합도를 제공하기에 충분해야 한다. 한 예의 서지 재료는 약 250 내지 1500 다르시의 투과도 및 1.5 내지 5 cm의 모관 장력을 갖는, 실질적으로 균일한 직경 30 μ 또는 그 미만의 습윤성 섬유의 웹인 서지 재료를 제공하는, 본 출원과 동일한 날에 출원되고 동일한 양수인에게 양도되고 발명의 명칭이 HIGHLY EFFICIENT SURGE MATERIAL FOR ABSORBENT ARTICLES인 미국 특허 출원 번호 제08/755,514호에서 발견할 수 있다.

다양한 직포 및 부직 웹을 사용하여 서지층을 구성할 수 있다. 예를 들면, 서지층은 폴리올레핀 필라멘트의 멜트블로운 또는 스펀본드 웹으로 이루어진 부직포층일 수 있다. 상기 부직포층은 스테이플 또는 다른 길이의 복합, 이구성성분 및 단일중합체 섬유 및 상기 섬유와 다른 유형의 섬유들의 혼합물을 포함할 수 있다. 서지층은 또한 천연 및(또는) 합성 섬유로 이루어진 본디드 카디드 웹 또는 에어레잉된 웹일 수 있다. 본디드 카디드 웹은 예를 들면 분말 본디드 카디드 웹, 적외선 본디드 카디드 웹 또는 통기 본디드 카디드 웹일 수 있다. 본디드 카디드 웹은 임의적으로 상이한 섬유들의 혼합물 또는 블렌드를 포함할 수 있고, 선택된 웹 내에서 섬유 길이는 약 3 mm 내지 약 60 mm 범위일 수 있다. 예시적인 서지층은 평방 야드 당 약 0.50 온스(1㎡ 당 약 17 g) 이상의 기초 중량, 68.9 파스칼의 압력에서 1cc 당 약 0.010 g 이상의 밀도, 68.9 파스칼의 압력에서 약 1.0 mm 이상의 벌크, 약 75% 이상의 벌크 회복율, 약 500 내지 약 5000 다르시의 투과도 및 1cc 당 약 20 ㎠ 이상의 공극 부피 당의 표면적을 가질 수 있다. 서지층은 실질적으로 소수성 재료로 이루어질 수 있고, 소수성 재료는 임의적으로 계면활성제로 처리되거나 또는 다르게는 소정의 습윤성 및 친수성을 부여하도록 가공처리될 수 있다. 서지층은 일반적으로 균일한 두께 및 횡단면적을 가질 수 있다.

분배층은 초기 침적 지점으로부터 저장이 바람직한 곳으로 액체를 이동시킬 수 있어야 한다. 분배는 표적 배설 영역, 일반적으로 가랑이 영역이 다음의 배설에 대해 준비하도록 허용가능한 속도로 일어나야 한다. 배설 사이의 시간은 일반적으로 착용자의 연령에 따라 단지 몇 분으로부터 수 시간까지 변할 수 있다. 이러한 수송 기능을 달성하기 위하여, 분배층은 높은 모관 장력 값을 가져야 한다. 초흡수체를 함유하지 않는 분배 및 기타 재료에서의 모관 장력은 초흡수체를 함유하는 재료에 대해 주어진 시험 방법에 의해서가 아니라, 수직 액체 플럭스 속도 시험에 따라 8.5 g/l 식염용액의 평형 수직 흡상 높이에 의해 간단히 측정된다. 성공적인 분배층은 액체를 이로부터 수용하는(착용자를 향하는 면 상에서) 인접 재료보다 큰 모관 장력, 바람직하게는 약 15 cm 이상의 모관 장력을 가져야 한다. 모관 장력과 투과도 사이의 일반적으로 역 관계 때문에, 이러한 높은 모관 장력은 분배층이 일반적으로 낮은 투과도를 갖게 됨을 의미한다.

적합한 분배 재료의 바람직한 다른 액체 수송 성질은 분배 재료가 약 15 cm의 높이에서, 적합하게는 분 당 분배 재료 1㎡ 당 분배 재료의 횡단면 폭의 인치 당 약 0.002 g(gsm) 이상(g/(분^*gsm^*인치)) 약 0.1 g/(분^*gsm^*인치) 이하의 수직 액체 플럭스 속도를 나타내는 것이다. 본 명세서에서 사용된 분배 재료의 수직 액체 플럭스 속도 값은 1분 당 분배 재료의 정규량 당 중심에 모인 액체 배설 위치로부터 명시된 수직 거리만큼 떨어져 있는 경계를 가로질러 수송된 액체의 양을 나타냄을 의미한다. 약 15 cm의 높이에서, 분배 재료의 수직 액체 플럭스 속도는 본 명세서에서 설명한 시험 방법에 따라 측정될 수 있다.

분배 재료의 바람직한 다른 액체 수송 성질은 분배 재료가 약 5 cm의 높이에서, 적합하게는 약 0.01 g/(분^*gsm^*인치) 이상 약 0.5 g/(분^*gsm^*인치) 이하의 수직 액체 플럭스 속도를 나타내는 것이다. 약 5 ㎝의 높이에서 흡수 구조체의 수직 액체 플럭스 속도는 본 명세서에서 설명한 시험 방법에 따라 측정될 수 있다.

분배층을 만드는 재료로는 직포 및 부직 웹, 발포체 및 필라멘트성 재료를 들 수 있다. 예를 들면, 분배층은 폴리올레핀, 폴리에스테르, 폴리아미드(또는 다른 웹 형성 중합체) 필라멘트의 멜트블로운 또는 스펀본드 웹으로 이루어진 부직포층일 수 있다. 상기 부직포층은 스테이플 또는 다른 길이의 복합, 이구성성분 및 단일중합체 섬유 및 상기 섬유와 다른 유형의 섬유들의 혼합물을 포함할 수 있다. 분배층은 또한 천연 및(또는) 합성 섬유, 또는 이들의 조합물로 이루어진 본디드 카디드 웹, 에어레잉된 웹 또는 습식레잉된 펄프 구조물일 수 있다. 분배층은 35 내지 300 gsm, 또는 보다 바람직하게는 80 내지 200 gsm의 기초 중량, 약 0.08 내지 0.5 g/cc의 밀도, 및 약 50 내지 1000 다르시의 투과도를 가질 수 있다.

배면시트는 때때로 외부 커버로 언급되고, 착용자로부터 가장 먼 층에 위치한다. 외부 커버는 대표적으로는 실질적으로 액체에 불투과성인 얇은 열가소성 필름, 예를 들면 폴리에틸렌 필름으로 이루어진다. 외부 커버는 흡수 구조체 중에 함유되어 있는 몸의 배설물이 착용자의 의류, 침구류 또는 기타 기저귀와 접촉하는 것들을 습윤시키거나 또는 오염시키는 것을 막는 작용을 한다. 외부 커버는 예를 들면, 약 0.5 밀(0.012 ㎜) 내지 약 5.0 밀(0.12 ㎜)의 초기 두께를 갖는 폴리에틸 렌 필름일 수 있다. 중합체 필름 외부 커버는 미관상 보다 만족스러운 외관을 제공하기 위하여 엠보싱되거나 및(또는) 무광택 마무리 처리될 수 있다. 외부 커버용 다른 대체용 구성물로는 소정의 액체 불투과도를 부여하도록 구성되거나 또는 처리된 직물 또는 부직 섬유 웹 또는 직물 또는 부직물 및 열가소성 필름으로 이루어진 라미네이트를 들 수 있다. 외부 커버는 임의적으로 증기 또는 가스에 투과성이지만 액체에는 실질적으로 불투과성인 증기 또는 가스 투과성 미공질 "통기성" 재료로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 필름 중합체 배합물 중에 충전제를 사용하여 충전제/중합체 배합물을 필름으로 압출시킨 다음 필름을 충분히 연신시켜 충전제 입자 주위에 공극을 생성시켜 필름을 통기성으로 만듦으로써 중합체 필름 중에 통기성을 부여할 수 있다. 일반적으로, 보다 많은 충전제를 사용하고 연신도가 보다 높을수록, 통기성의 정도가 보다 커진다.

본 발명의 다기능성 재료는 서지 재료와 분배 재료 사이에서 서지 재료와 인접하게 위치하여, 분배 재료가 흡수 대역으로부터 액체를 이동시킬 수 있을 때까지 배설물로부터 많은 액체를 받아들여 보유한다. 본 발명의 다기능성 재료의 기본 구조는 초흡수체 재료, 바람직하게는 저속 초흡수체와 고벌크 습윤 탄성 펄프 및 구조 안정화 성분, 예를 들면 복합 구조체 중의 폴리올레핀 결합제 섬유의 독특한 혼합물이다.

"저속 초흡수체"란 적어도 5분, 바람직하게는 10분 이상의 흡수 시간 지수(ATI)를 갖는 초흡수체를 의미한다. 초흡수체의 흡수 속도 조절은 중합체의 입자 크기, 표면 성질 및 화학을 개질시킴으로써 달성될 수 있다. 비록 저속 초흡 수체가 바람직하고 본 명세서에서 언급된다 할지라도, 다기능성 재료의 투과도 및 모관 장력이 본 명세서에서 기재한 필요 범위 내에 있는 한 저속 초흡수체와 종래의 초흡수체의 블렌드도 또한 사용될 수 있음에 주의해야 한다.

다기능성 재료는 1) 강제 흐름 동안에, 즉 실제 배설 동안에 배설물 부피의 일부분을 받아들이고, 2) 배설 동안 및 배설 후에 서지 재료로부터 액체를 탈착시키고, 3) 배설 동안에 배설물 부피의 일부분이 그(다기능성 재료)를 통과하여 분배 재료로 가도록 하고, 4) 액체 배설물의 일부분을 영구적으로 흡수함으로써 서지 재료를 도와주도록 디자인되었다. 다기능성 재료는 실제 사용 압력에도 불구하고 및 착용자의 움직임에 의해 유발되는 중력 효과에도 불구하고 이들 기능을 수행해야 한다.

배설 동안 및 배설 후에, 본 명세서에서 기재한 다기능성 재료는 서지 재료 중에 보유된 과량의 액체를 받아들이고, 최종 저장 위치로 이동시키기 위하여 액체 일정 부분을 분배 재료로 방출시킨다. 다기능성 재료는 액체의 일부분에 대한 영구적인 저장을 제공하지만, 액체의 단지 비교적 소량만이 표적 배설 영역에서의 다기능성 재료 중에 궁극적으로 저장되는 경우에 제품의 맞음새 및 벌크 이점이 달성되게 된다. 제품 성능 개선은 표적 배설 대역 중의 다기능성 재료에 저장된 액체가 다기능성 재료에 의해 제공되는 다른 3개의 기능들을 손상시키지 않는 경우에 달성되게 된다. 이들 기능 모두는 수회의 배설을 통해 계속되어야 하고, 흡수 및 분배 재료와의 적절한 상호작용을 유지하면서 다기능성 재료 중의 내부 공극 부피의 재생을 필요로 한다.

본 발명의 다기능성 재료의 흡수를 나타내는 한 방법은 AUT 시험에 따라 시험하여 그의 흡수성을 다른 공지된 흡수체와 비교하는 것이다. 도 3은 하기 실시예 1의 재료 및 시판되는 하기스(등록상표) 울크라트림(등록상표) 기저귀로부터 얻은 흡수 재료의 AUT 시험 결과를 나타낸다. 울트라트림(등록상표) 기저귀는 스톡하우센(Stockhausen) 페이버(FAVOR) 880 초흡수체 32% 및 서던 연재 펄프 68%를 함유하였고, 0.183 g/cc의 밀도 및 814 gsm의 기초 중량을 가졌다. 도 3은 실시예 1 재료가 울트라트림(등록상표) 기저귀만큼 빠르게 배설물을 흡수하지 않아, 액체가 이용가능하게 남아있어 다른 곳에서의 최종적인 저장을 위해 분배 성분으로 이동하게 됨을 분명하게 보여준다.

다기능성 재료의 전체 흡수 속도 및 일부 액체를 즉시 분배 성분으로 통과시킬 수 있는 능력은 다기능성 재료가 액체 접촉하고 있는 재료에 대한 다기능성 재료의 투과도 및 모관 장력에 의해 조절된다. 보다 구체적으로는, 다기능성 재료의 투과도는 100 다르시보다 크거나 또는 보다 바람직하게는 250 다르시보다 커야 한다. 다기능성 재료 투과도의 상한치는 가능하게는 약 10,000 다르시이다. 다기능성 재료의 모관 장력은 액체가 다기능성 재료를 통해 이동하기 위해서 서지의 값보다 커야 하고, 분배 재료의 값보다는 작아야 한다. 서지 재료가 일반적으로 2 cm 이하의 모관 장력을 갖고 분배 재료는 일반적으로 15 cm 이상의 모관 장력을 갖기 때문에, 다기능성 재료가 시스템의 수명 동안에 약 2 내지 약 15 cm 범위의 모관 장력을 갖는 것이 바람직하다. 초기의 건조 상태에서, 실시예 1의 다기능성 재료는 예를 들면 490 다르시 투과도 및 5.7 cm 모관 장력을 갖는다. 초흡수체를 함유하는 재료에 대한 모관 장력은 평형 흡상에 의해서가 아니라, 시험 방법 부분에서 설명한 방법에 의해 계산된다는 것에 주의해야 한다.

투과도에 관해서는, 저속 초흡수체가 팽윤함에 따라 다기능성 재료 캘리퍼가 증가하고 초흡수체 입자 및 섬유의 기하학적 배치가 적절한 투과도를 유지하는 구조를 개방시켜 후속되는 배설에 대한 흡수/통과 기능을 제공하는 것으로 생각된다. 일단 초흡수체 입자가 팽윤하여 재료의 두께가 증가하면, 첨가된 액체가 30분의 평형 시간 후에 팽윤된 초흡수체 입자 내에 체류한다고 가정하여 두께 및 습윤된 면적을 측정함으로써, 임의의 웹 포화도에 대한 성분들의 질량 비율, 입자 직경 및 밀도, 웹 다공도, 투과도, 및 모관 장력을 시험 방법들에 따라 계산할 수 있다. 액체의 신속한 흡수를 위한 적절한 투과도를 유지하는 것 외에, 입자 및 섬유 배치는 수회의 배설을 통해 적합한 공극률을 제공한다.

일시적인 보유 기능 및 서지 재료로부터 탈착시키는 능력이 초흡수체를 둘러싸는 간극 모관 매트릭스에 의해 조절되는 것으로 믿어지기 때문에 모관 장력은 중요하다. 제품이 갑자기 위치 변화를 행할 때 액체가 보유되어 방출되지 않도록 할 수 있는 충분히 높은 모관 장력에서 간극 매트릭스에 의해 생성되는 모관 내에 액체가 보유되어야 한다. 추가로, 다기능성 재료의 모관 장력 값은 시스템 또는 제품의 수명 전반에 걸쳐 서지 재료의 모관 장력 값 이상을 유지하여 서지 재료로부터의 탈착이 일어나고 잔류 액체가 다기능성 재료로부터 서지 재료를 재습윤시키는데 이용되지 않아야 한다.

서지 재료로부터 액체를 제거하는 것 외에, 다기능성 재료는 액체를 분배 재료로 방출시켜야 한다. 이어지는 다른 곳에서의 영구 저장을 위한 다기능성 재료로부터 분배 재료로의 액체 방출은 둘다 초흡수체 입자를 둘러싸는 섬유 매트릭스로부터 액체를 끌어당기는 초흡수체 액체 흡수 속도와 아래에 놓여지는 분배 재료로의 모관현상 전달 또는 흡상 속도 사이의 경쟁에 의해 일어난다. 이들 속도가 적절하게 조화를 이룰 때 분배층으로 방출되는 액체의 양은 다기능성 재료 중에 저장된 양과 거의 동일하다. 속도가 균형을 이루지 못할 경우, 액체 분배가 바뀐다. 예를 들면, 초흡수체가 분배 재료가 흡상하는 것보다 더 빨리 흡수하는 경우, 보다 많은 액체가 다기능성 재료 중에 영구적으로 저장되게 된다. 이들 경쟁적인 전달 속도들은 액체의 원하는 분배를 확실하게 보장하는데 중요한 분배 재료와 다기능성 재료 사이의 모관 장력 차를 만든다. 그러므로, 다기능성 재료 내에서 충분히 낮은 모관 장력을 유지하는 것이 매우 중요하다. 초흡수체의 성질 및 그들 사이의 섬유 매트릭스의 성질은 모두 다기능성 재료의 모관현상에 영향을 미친다. 매트릭스의 섬유는 구조체가 습윤되었을 때 서로를 향해 붕괴되지 않는다는 것이 중요하다. 높은 습윤 모듈러스를 갖는 섬유 및(또는) 결합제 성분의 혼입은 상기한 붕괴를 예방하는데 도움을 주고 따라서 허용가능한 모관 현상을 유지하는데 도움을 준다. 모관현상은 또한 초흡수체 크기 및 형태에도 관계가 있는데, 그 이유는 입자의 경우 예를 들면 큰 입자가 그들이 팽윤할 때 작은 입자보다 배설 후 모관현상의 보다 신속한 저하를 야기시키기 때문이다. 그러므로, 다기능성 재료의 기능성은 초흡수체 크기 및 형태 및 팽윤 속도에 관계있다. 팽윤 속도는 다시 초흡수체 조성 및 화학, 표면 성질, 예를 들면 임의의 표면 처리 효과 및 형태와 크기에 의해 영향을 받는다. 초흡수체는 다양한 모양 및 형태, 예를 들면 비이드, 입자, 발포체, 필름 및 섬유 형태로 이용할 수 있다. 그 결과, 다기능성 재료의 초흡수체 함량의 바람직한 범위가 본 명세서에 주어지기 때문에, 이들 범위를 넘는 초흡수체 함량도 또한 그의 수명 동안에 모관현상 및 투과도 요구치가 만족되는 경우 작용할 수 있음을 기억해야 한다.

다기능성 재료에 크게 영향을 미칠 수 있는 다른 인자는 배설에 대한 유출량이다. 제품에 의해 흡수되지 않은 액체가 제품으로부터 자유로이 빠져나가 착용자의 의류 또는 침구를 오염시키기 때문에 유출량은 기저귀와 같은 개인 위생 용품에서 매우 중요하다. 다기능성 재료로부터의 유출량은 낮은 모관 장력이 액체가 보다 서서히 다기능성 재료로 들어가게 하기 때문에, 다른 인자들 중에서도 특히 다기능성 재료 모관현상에 의해 영향받는다. 본 발명의 다기능성 재료를 함유하는 구조에 대한 유출량은 실시예에서 주어진 바와 동일한 크기를 사용하여 30분 간격의 3회의 배설에 대해 각 100 ㎖의 배설 당 25 ㎖ 이하이다.

명백하게 드러날 수 있지만, 효과적으로 기능하기 위해서는, 본 발명에 사용된 재료는 그들 사이에 액체를 전달시키기 위하여 충분한 접촉을 가져야 함에 특히 주의해야 한다.

다기능성 재료는 건조 및 습윤 사용 조건에 견디기 위하여 기계적으로 안정해야 한다. 초흡수체 고함유 복합체의 일체성은 예를 들면, 소량의 열 활성화 복합 결합제 섬유에 의해 또는 다른 적합한 수단, 예를 들면 이구성성분 섬유, 액체 접착제 또는 가열 활성화 필름 접착제에 의해 제공될 수 있다. 예시적인 결합제 섬유로는 폴리올레핀 및(또는) 폴리아미드의 복합 섬유, 및 이들을 물리적을 엉키게 하거나 및(또는) 접착제로 결합시키기 위해 다른 성분들과의 공성형체에서 멜트블로운 폴리프로필렌 섬유와 같은 단일중합체 미세섬유를 들 수 있다.

상기한 바와 같이, 본 발명의 다기능성 재료의 기본 구조는 초흡수체 재료, 고벌크 습윤 탄성 펄프 및 폴리올레핀 결합제 섬유와 같은 구조 안정화 성분의 독특한 블렌드이다. 다기능성 재료는 약 100 내지 10,000 다르시의 투과도, 약 2 내지 15 cm의 모관 장력를 갖는다. 본 발명의 다기능성 재료 뿐만 아니라 서지 및 분배 재료를 포함하는 구조체는 그의 수명 동안에, 100 ㎖ 배설 당 25 ㎖ 미만의 유출량을 갖는다. 다기능성 재료의 "수명"은 본 발명의 목적상 30분의 간격이 있는 각 100 ㎖의 3회 배설인 것으로 간주된다.

필요한 모관 장력 및 투과도를 달성하기 위하여, 본 발명의 다기능성 재료가 저속 초흡수체 30 내지 75 중량%, 펄프 25 내지 70 중량% 및 결합제 성분 0 내지 약 10 중량% 이하를 갖는 것이 바람직하다. 보다 구체적으로는, 본 발명의 다기능성 재료는 저속 초흡수체 35 내지 60 중량%, 펄프 40 내지 65 중량% 및 결합제 성분 약 1 내지 7 중량%를 가져야 한다. 더욱 더 구체적으로는, 본 발명의 다기능성 재료는 저속 초흡수체 40 내지 55 중량%, 펄프 45 내지 60 중량% 및 결합제 성분 약 2 내지 5 중량%를 가져야 한다. 필수적이지는 않지만, 고습윤 모듈러스 펄프가 특히 바람직하다. 재료는 약 0.05 내지 0.5 g/cc의 밀도를 가져야 한다. 재료의 기초 중량은 제품 사용분야에 따라 변하게 되지만, 일반적으로는 약 200 내지 700 gsm이어야 한다.

다기능성 재료는 한 면에 인접하게 서지 재료를 첨가하고, 다른 면에 인접하게 분배 재료를 첨가하여 개인 위생 용품에 사용되는 유형의 복합 구조체로 제조될 수 있다. 다기능성 재료와 함께 사용된 서지 재료가 액체가 다기능성 재료로 통과하도록 하고 및(또는) 액체를 다기능성 재료로 용이하게 방출시키는 것이 물론 중요하다. 복합 구조체는 또한 분배 재료가 다기능성 재료로부터 액체를 보유 재료로 이동시키도록 분배 재료에 인접하게 보유 재료를 포함할 수도 있다.

하기하는 실시예에서 투과도 및 모관 장력의 계산에 사용되는 성분 성질들은 다음과 같다:

성분	형태	직경(mm)	접촉각	밀도(g/cm³)
CR 1654 펄프	원통형	13.3	30	1.55
CR 2054 펄프	원통형	13.3	30	1.55
HBAFF	원통형	13.3	45	1.55
키멘 처리된 CR 1654 또는 2054	원통형	13.3	60	1.55
XL AFA-126-15^*	구형	1125	90	1.49
페이버 880	구형	450	30	1.49
2 데니어 PE/PP	원통형	17.5	90	0.925
다나클론 결합제 섬유
형태 및 접촉각은 대략적인 것이다. ^* XL AFA-126-15 폴리아크릴레이트 비이드는 미국 미시간주 48674 미들랜드 소재의 더 다우 케미칼 캄파니(The Dow Chemical Company) 제품이다.

<실시예 1>

본 실시예에서 다기능성 재료는 저속 초흡수체 약 40 중량%, 베이어해우서 (Weyerhaeuser) 고벌크 첨가제 포름알데히드 유리 펄프(HBAFF) 약 57 중량% 및 다나클론(Danaklon) 쇼트 컷 2 데니어 폴리에틸렌/폴리프로필렌(PE/PP) 외피/코어 복합 결합제 섬유 약 3 중량%로 이루어졌다.

사용된 저속 초흡수체는 미국 미시간주 미들랜드 소재의 더 다우 케미칼 캄 파니로부터 얻은 상품명 XL AFA-126-15인 850 내지 1400 μ 현탁액 중합된 폴리아크릴레이트 비이드이었다. 저속은 입자 크기, 표면 특성 및 화학에 의해 달성되었다.

사용된 고벌크 첨가제는 베이어해우서 페이퍼 캄파니(Weyerhaeuser Paper Company)로부터 상품명 HBAFF 하에 시판되는 향상된 습윤 모듈러스를 갖는 가교결합된 펄프 섬유이었다. 펄프 섬유를 기계적으로 처리하여 섬유에 꼬여지고 비틀린 성질을 부여하였다. 화학 처리는 섬유에 첨가된 건조 및 습윤 강성 및 탄성을 부여하는 것 외에 이 커얼 및 꼬임을 고정시킨다. 보강 펄프 섬유는 결합제 섬유와 합해져 섬유화될 수 있는 펄프 시트로 되었다. 결합제 섬유는 덴마크 바르데 KD-6800 엥드라젯 소재의 다나클론(Danaklon a/s)으로부터 얻었고, 6 mm 길이로 절단한 2 데니어 복합 PE/PP 외피/코어 섬유이었다.

다기능성 재료는 기초 중량이 620 g/㎡(gsm)인 혼합된 구조체를 달성하기 위하여, 실험실 핸드시트 성형기(handsheet former)를 사용하여 공기성형하였다. 구조체는 약 150 ℃에서 1분 동안 작동하는 제한된 가열 압축기 내에서 안정화되어 결합제 섬유를 활성화시키고 약 0.1 g/cc의 표적 밀도를 달성하였다. 당 업계에 공지된 임의의 만족스러운 방법을 사용하여 재료를 제조할 수 있다.

다기능성 재료 외에, 2가지 다른 재료들을 완전한 복합체 성능을 입증하기 위한 기능 시험에 포함시켰다.

제1 재료는 3 데니어 폴리에틸렌/폴리에틸렌 테레프탈레이트 외피/코어 복합 스테이플 섬유 90 중량% 및 1.5 데니어 레이온 섬유 10 중량%인 부직포로 된 서지 층이었다. 서지층 섬유는 카딩되고 약 270 ℉(132 ℃)에서 열 결합되어 약 0.045 g/cc의 밀도 및 약 100 gsm 기초 중량을 달성하였다. 서지 재료 투과도는 1,600 다르시이었고, 수직 흡상에 의해 측정하였을 때 약 1.5 내지 2 cm의 모관 장력을 가졌다.

서지 구조체는 100 ㎖의 이용가능한 공극률을 제공하도록 적층된 2 인치 x 6 인치 샘플(5 cm x 15 cm)이었다. 시험 샘플은 길이 곱하기 폭 곱하기 두께를 곱하여 계산한 총 부피 대략 150 cc를 함유하였음에 주의해야 한다. 그러나, 시험 배위는 대략 100 cc의 이용가능한 공극률을 초래하는 배설에 사용가능하고 이용할 수 있는 총 길이 10.2 cm 미만을 초래하였다. MIST 시험 요람에서 샘플은 배설 위치의 한 영역 상에서 샘플 전체 길이가 아닌 약 2 인치의 길이 또는 4 인치(10.2 cm)를 사용하였고, 이것은 계산된 100 cc의 공극률을 초래하였다.

제2 재료는 약 0.17 g/cc 밀도를 갖는 200 gsm 습식레잉된 펄프 구조체인 분배층이었다. 분배 재료 투과도는 약 50 내지 100 다르시이었고, 모관 장력은 수직 흡상으로 측정하였을 때 15 cm보다 컸다.

3개의 재료들을 서지, 다기능성 및 분배 재료의 순서로 좁은 가랑이 디자인을 모의하는 기능 시험을 위하여 2 인치(5 cm) 폭으로 함께 적층시켰다. 측면도를 서지층(7), 다기능성 재료(8) 및 분배층(9)을 보여주는 도 4에 나타낸다. 3개의 성분들을 유아와 같은 사용자의 신체 굴곡을 모의하는 아크릴 요람 중에 위치시켜 MIST 평가 시험에 따라 시험하였다. 최상층에 서지를 갖는 3개의 성분들에 서지 재료의 중심에 대해 수직인 노즐을 사용하여 20 cc/초로 8.5 g/ℓ 염수 100 ㎖를 부었다. 유출량을 기록하였다. 3개의 성분들을 요람으로부터 즉시 제거하여 개별적으로 칭량하여 그들 사이의 액체 분배를 측정하였다. 칭량 후, 이들을 재조립하여 수평 위치로 40/60 플러프/초흡수체 패드 상에 위치시켰다. 0.01 psig에서 압력을 인가하고 재료를 5분, 15분 및 30분 후에 이 배위로부터 제거하여 분리시켜 이 기간 동안의 액체 분배를 결정하기 위하여 각 재료를 개별적으로 칭량하였다. 각 칭량후 샘플을 동일한 순서로 재조립하여 역시 신체 굴곡을 모의하는 요람 내에 다시 위치시켰다. 이 시험을 반복하여 3회의 배설 전체를 도입시켜 액체 분배를 1.5 시간에 걸쳐 측정하였다. 결과를 하기 표 1에 나타내는데, 표 1에서 데이타는 3회의 배설 각각에 대한 각 층을 표시하는 5, 15 및 30분 직후에 재료 중의 액체의 g으로 나타낸다. 각 배설 후 구조체 및 다기능성 재료의 유출, 모관 장력 및 투과도도 역시 나타낸다.

표에 나타낸 양은 반올림 때문에 기대한 또는 적절한 합계에 정확하게 첨가될 수 없음에 주의해야 한다.

		재료 중의 액체 g
		직후	5분	15분	30분
1차 배설	서지 다기능성 분배	51.26 27.76 15.72	6.94 9.72 18.19	5.36 11.43 15.21	3.75 12.88 12.79
		직후	5분	15분	30분
2차 배설	서지 다기능성 분배	59.1 40.0 21.4	13. 32.5 31.	7.8 26.8 26.2	6.0 28.4 21.3
		직후	5분	15분	30분
3차 배설	서지 다기능성 분배	60.7 53.5 29.3	28.5 37.4 28.6	19.1 38.2 27.8	12.6 39.2 26.4
배설 1차 2차 3차 유출 4.1 6.8 9.3 모관 장력 6.9 5.6 6.5 투과도 490 1160 660 두께(mm) 6 10 12 습윤된 면적(cm²) 0 56.4 56.4

도 5는 표 1에서 얻은 유출 결과를 실선으로 그래프로 예시한다. 이 시험 데이타는 x축이 배설 횟수이고 y축이 g 단위의 유출량일 때 서지 및 분배 요소와 합해진 본 발명의 2 인치(5.08 ㎝) 폭의 재료 구조체에 대한 낮은 유출값을 입증한다. 비교하기 위하여, 도 5는 또한 미국 텍사스주 달라스 소재의 킴벌리-클라크 코포레이션(Kimberly-Clark Corporation)으로부터 시판되는 4 인치(10 cm) 폭 가랑이의 하기스(등록상표) 슈프림(등록상표) 기저귀에 대한 유출 결과를 점선으로 나타낸다. 이들 데이타는 모든 3회의 배설 하중을 통해 좁은 가랑이 다기능성 복합체에 대한 우수한 흡수 성능을 입증한다.

도 6, 7 및 8의 그래프는 즉각적인 통과 기능, 서지 재료로부터의 탈착 및 일정 시간 동안에 다기능성 복합체로부터 분배 재료로의 액체의 방출을 포함하는 다기능성 복합 재료의 독특한 액체 전달 특성을 예시한다. 도 6, 7 및 8은 직후, 5분, 15분 및 30분 후의 각 층에서의 g 단위의 액체의 양(y축)을 제공하는, 각각 1차, 2차 및 3차 배설에 대한 표 1로부터의 데이타를 그래프로 보여준다. 도 6, 7 및 8에서, 흡수 또는 서지 재료는 각 세트에서 첫번째 막대이고, 다기능성 재료는 두번째 막대이며, 분배 재료는 세번째 막대이다.

도 6 그래프의 제1 세트의 기둥들은 1차 배설 직후 3개의 성분들 사이의 액체 분배를 보여준다. 이들 기둥들은 서지 재료가 100 ㎖ 배설물 중의 절반 또는 50 ㎖를 보유하는 반면, 본 발명의 다기능성 재료가 약 30 ㎖를 보유함을 보여준다. 약 15 ㎖는 다기능성 재료 아래의 분배 재료 내에 보유된다. 이것은 다기능성 재료가 일부 액체가 즉시 분배 재료로 통과할 수 있도록 충분히 높은 출발 투과도를 가짐을 보여준다.

5분의 탈착 시간 후, 도 6의 그래프에서 제2 세트의 기둥들은 서지 재료가 약 5 ㎖의 양으로 탈착되었음을 보여준다. 이것이 전체 시험 과정 동안에 걸쳐 다기능성 재료 위에 위치하기 때문에, 액체는 탈착 기간 동안에 다기능성 재료를 통과한다.

도 6의 그래프에서 제2 세트의 기둥들은 다기능성 재료가 탈착 기간 동안에 액체 약 20 ㎖를 방출하였음을 보여준다. 이것은 액체의 일부분이 다기능성 재료 매트릭스로부터 끌어당겨지는 반면 일부는 영구적인 저장을 위하여 다기능성 재료의 저속 초흡수체로 전달된다는 디자인 기준을 지지한다.

도 7의 그래프는 2차 100 ㎖ 배설 후의 액체 분배를 예시한다. 제1 세트의 막대들은 서지 재료가 다시 약 50 ㎖를 흡수한다는 것을 보여준다. 첫번째 막대가 전체 약 55 ㎖를 나타내지만, 또한 서지 재료가 1차 배설 후에 5 ㎖를 보유하여 1 차 배설 성능과 일치하는 총 50 ㎖의 흡수량을 만든다는 것에 주의해야 한다. 제1 세트의 막대들 중의 두번째 막대는 1차 배설 성능과 유사하게 다기능성 재료가 약 30 ㎖를 흡수함을 보여준다. 이 막대는 40 ㎖를 나타내지만, 다기능성 재료는 제1 탈착 주기의 종반에 10 ㎖를 보유하여 2차 배설 동안에는 단지 30 ㎖만이 흡수된다는 것에 주의해야 한다.

분배 재료는 모든 탈착 시험 전반에 걸쳐 유사한 포화도를 보여준다. 탈착 시험 동안에, 분배 재료는 이 시험 형태에 사용된 탈착 보유 패드와 접촉된다. 분배 재료가 일단 1차 배설에서 포화되면, 분배 재료가 다기능성 복합체로부터 방출되는 액체가 공급되고 액체를 유사한 속도로 보유 재료로 방출시키기 때문에 그의 포화도는 대략적으로 일정하게 유지된다.

도 8의 그래프는 3차 배설 후 탈착 기간 액체 분배를 예시하며, 도 6 및 7에 대하여 논의된 데이타 결론들을 재확인시켜준다.

<실시예 2>

본 실시예에서 다기능성 재료는 실시예 1과 동일한 저속 초흡수체 약 40 중량% 및 액체 결합제 0.2 중량%로 처리된 킴벌리-클라크의 CR2054 서던 연재 플러프 약 60 중량%로 이루어졌다. 사용된 구체적인 액체 결합제는 미국 델라웨어주 윌밍톤 소재의 헤르클레스, 인크.(Hercules Inc.)로부터 구입할 수 있는 키멘 (Kymene)(등록상표) 557LX 결합제이었다. 물 20 중량%를 첨가하여 약 10분 동안 약 105 ℃로 가열시켜 액체 결합제를 활성화시켰다.

다기능성 재료를 실험실 핸드시트 성형기를 사용하여 공기성형시켜 기초 중 량이 440 gsm인 혼합된 구조체를 얻었다. 구조체는 표적 밀도가 약 0.22 g/cc이었다.

이 다기능성 재료를 실시예 1에서와 동일한 서지 및 분배 재료층과 함께 본 명세서에서 설명한 바와 동일한 방식으로 시험하여 결과를 표 2에 나타낸다.

		재료 중의 액체 g
		직후	5분	15분	30분
1차 배설	서지 다기능성 분배	44.4 19.8 14.4	4.7 19.7 21.6	3.5 22.0 17.7	3.1 24.3 10.6
		직후	5분	15분	30분
2차 배설	서지 다기능성 분배	51.4 45.4 23.0	5.5 40.5 26.8	3.9 41. 24.0	3.4 41.9 20.2
		직후	5분	15분	30분
3차 배설	서지 다기능성 분배	54.6 58.8 27.2	6.7 55.4 29.8	4.6 53.8 27.4	4.1 53.1 23.2
배설 1차 2차 3차 유출 19 20 23 모관 장력 16.3 6.1 6.9 투과도 140 840 660 두께(mm) 2 7 8.4 습윤된 면적(cm²) 0 118 118

<실시예 3>

본 실시예에서 다기능성 재료는 실시예 1과 동일한 저속 초흡수체 약 60 중량%, 킴벌리-클라크의 CR1654 플러프 약 37 중량%, 및 다나클론 복합 섬유 결합제 약 3 중량%로 이루어졌다.

다기능성 재료를 실험실 핸드시트 성형기를 사용하여 공기성형시켜 기초 중량이 660 gsm인 혼합된 구조체를 얻었다. 구조체는 표적 밀도가 약 0.12 g/cc이었다.

이 다기능성 재료를 실시예 1에서와 동일한 서지 및 분배 재료층과 함께 본 명세서에서 설명한 바와 동일한 방식으로 시험하여 결과를 표 3에 나타낸다. 비록 각 배설 후의 모관 장력 및 투과도를 계산하지 않았지만, 이들은 재료의 조성에서의 유사성 때문에 실시예 1에서의 값과 유사할 것으로 예측된다는 것에 주의해야 한다.

		재료 중의 액체 g
		직후	5분	15분	30분
1차 배설	서지 다기능성 분배	51.9 20.3 14.6	4.9 12.8 18.3	2.7 16.7 13.5	2.0 18.38 10.
		직후	5분	15분	30분
2차 배설	서지 다기능성 분배	58. 39.7 19.6	8.4 32.2 20.7	5.2 35.6 15.8	3.8 37.9 11.9
		직후	5분	15분	30분
3차 배설	서지 다기능성 분배	64.2 58.6 20.	22.9 50.8 21.1	11.9 53.9 20.3	6.4 56.9 18.1
배설 1차 2차 3차 유출 10.5 9.8 7.4 모관 장력 5.4 NA^* NA 투과도 800 NA NA 두께(mm) 0.5 NA NA 습윤된 면적(cm²) 0 NA NA ^* NA는 값을 구할 수 없음을 의미한다.

<실시예 4>

본 실시예에서 다기능성 재료는 저속 초흡수체 약 60 중량%, 실시예 1과 동일한 펄프 약 37 중량% 및 다나클론 복합 결합제 섬유 약 3 중량%로 이루어졌다.

사용된 저속 초흡수체는 실시예 1에서 사용한 것과 동일한 것이었다.

다기능성 재료를 실험실 핸드시트 성형기를 사용하여 공기성형시켜 기초 중량이 440 gsm인 혼합된 구조체를 얻었다. 구조체는 표적 밀도가 약 0.09 g/cc이었 다.

이 다기능성 재료를 실시예 1에서와 동일한 서지 및 분배 재료층과 함께 본 명세서에서 설명한 바와 동일한 방식으로 시험하여 결과를 표 4에 나타낸다.

		재료 중의 액체 g
		직후	5분	15분	30분
1차 배설	서지 다기능성 분배	53.4 21.9 15.2	4.3 13.3 12.5	3.4 14.4 10.1	2.7 15.1 8.5
		직후	5분	15분	30분
2차 배설	서지 다기능성 분배	58.2 38.0 17.9	7.4 31.4 27.8	4.8 32.7 19.3	4. 33.7 15.3
		직후	5분	15분	30분
3차 배설	서지 다기능성 분배	65.4 53. 24.2	11.0 44.2 25.3	6.7 45.9 22.8	5.1 47.0 21.9
배설 1차 2차 3차 유출 7.6 6.9 5.5 모관 장력 3.8 2.0 2.3 투과도 1370 9150 5980 두께(mm) 5 12.5 14 습윤된 면적(cm²) 0 84 84

<실시예 5>

본 실시예에서 다기능성 재료는 실시예 4와 동일한 저속 초흡수체 약 70 중량%, 실시예 1과 동일한 펄프 약 27 중량% 및 다나클론 복합 결합제 섬유 약 3 중량%로 이루어졌다.

다기능성 재료를 실험실 핸드시트 성형기를 사용하여 공기성형시켜 기초 중량이 500 gsm인 혼합된 구조체를 얻었다. 구조체는 표적 밀도가 약 0.12 g/cc이었다.

이 다기능성 재료를 실시예 1에서와 동일한 서지 및 분배 재료층과 함께 본 명세서에서 설명한 바와 동일한 방식으로 시험하여 결과를 표 5에 나타낸다. 다기능성 재료의 낮은 모관 장력이 서지층으로부터 액체의 탈착을 방해하였음에 주의해야 한다. 이 낮은 모관 장력은 원하는 저속을 달성하기 위하여 실시예 5에서 사용된 초흡수체 입자의 크고 소수성인 성질에 의해 야기되는 것으로 생각된다. 다기능성 재료의 저속이 입자 크기 및 소수성 이외의 방법에 의해 달성되는 경우, 초흡수체 70 중량%를 갖는 다기능성 재료는 본 발명의 한계 및 경계 내에서 허용가능하게 잘 기능해야 한다. 사실상, 투과도 및 모관현상을 예측할 필요가 있는 실시예 5로부터의 2차 및 3차 배설 정보를 사용하고 접촉각이 30도이고 450 μ의 크기를 갖는 초흡수체 70 중량%를 갖는 다기능성 재료라 가정할 때 본 발명에 따르는 모관 장력 및 투과도를 계산하여 아래에 나타낸다(실제 재료가 만들어지지 않았기 때문에 유출량 데이타는 생략되었음을 알아야 한다):

배설	1차	2차	3차
모관 장력	4.1	3.1	2.9
투과도	1325	3590	3880

		재료 중의 액체 g
		직후	5분	15분	30분
1차 배설	서지 다기능성 분배	56 13.9 13.3	38.1 9.9 13.	34. 13.7 9.7	31.1 16.5 8.3
		직후	5분	15분	30분
2차 배설	서지 다기능성 분배	60.4 31.1 18.	55. 25.2 14.4	50.6 28.5 12.4	46.7 30.9 10.9
		직후	5분	15분	30분
3차 배설	서지 다기능성 분배	65.8 48.5 20.5	56.2 38.6 13.5	52.6 40.5 11.9	49.7 41.6 10.0
배설 1차 2차 3차 유출 16.5 43.3 43.4 모관 장력 3.9 2.4 2.1 투과도 1490 5670 7060 두께(mm) 4 10 14 습윤된 면적(cm²) 0 71.6 71.6

최종적으로, 도 9의 그래프는 기저귀 밑판 상에 위치시켜 아기에서 시험한 실시예 1의 서지, 다기능성 및 분배 재료를 갖는 전체 흡수 시스템으로부터 얻은 액체 분배 데이타를 부여준다. 이 흡수 시스템은 도 1에 나타낸 바와 같고, 제 위치의 영구 저장 보유 복합체를 갖는다. 영구 저장 보유 복합체는 스톡하우센 캄파니의 페이버 870 고도로 가교결합된 표면 초흡수체 60 중량%, 킴벌리-클라크 코포레이션의 CR2054 펄프 38 중량% 및 키멘(등록상표) 액체 결합제 약 2 중량%로부터 제조되었다. 기저귀를 20명의 아기 상에 위치시켜 30분 간격으로 염수 1ℓ 당 8.5 g의 배설물 100 ㎖로 3회 적셨다. 기저귀를 30분 및 90분 끝에 아기로부터 제거하여 x선 촬영하여 액체 분배를 알아보았다. 도 9의 그래프는 100 ㎖ 및 300 ㎖ 배설 모두에 대해 제품의 단부로 액체가 이동하였음을 보여준다. 이것은 다기능성 재료 액체 분배 특성들이 완전한 흡수 시스템에서 기능하여 모의된 실제 사용 상태 하에서 액체 분배가 일어나도록 했음을 보여준다.

요약하면, 실시예의 다기능성 재료 데이타는 본 발명의 재료 및 구조체의 독특한 강제 흐름 액체 처리 및 모관 흐름 액체 분배 특성들을 예시한다. 데이타는 가랑이가 좁은 다기능성 복합 구조체에 대한 낮은 유출 값을 보여준다. 또한, 실시예 벤치 데이타는 복합 구조체가 액체 통로를 갖고, 사용자 상태와 일치하는 기간 동안(예를 들면 약 90분) 서지 재료로부터 탈착되고 흡수면에서 배설물 대부분을 보유하는 대신 원격 저장 위치로 분배시키기 위하여 간극 매트릭스로부터 액체를 방출시킴을 보여준다. 이 다기능성 재료의 분배 이점은 실제 유아 상의 기저귀 밑판 구조물 내에서의 완전한 흡수 시스템 시험에서 입증된다.

비록 본 발명의 단지 몇 개의 예시적인 실시태양을 상기에서 상세하게 설명하였지만, 당업계의 통상의 숙련인은 본 발명의 신규의 교시 및 이점들로부터 물질적으로 벗어나지 않고서도 예시적인 실시태양에서 많은 변형들이 가능함을 용이하게 알 수 있다. 따라서, 상기한 모든 변형들은 하기하는 특허 청구의 범위에서 정의되는 바와 같은 본 발명의 영역 내에 포함되도록 의도된 것이다. 청구범위에서, 수단 + 기능 클레임은 인용된 기능을 수행하는 본 명세서에서 설명된 구조체 및 구조 등가물 뿐만 아니라 등가 구조물도 또한 포함하도록 의도된 것이다. 따라서, 비록 못은 목재 부품들을 함께 고정시키기 위해 원통형 표면을 사용하는 반면, 나사는 나선형 표면을 사용한다는 점에서 못과 나사는 구조 등가물이 아닐 수 있지만, 목재 부품들을 체결시킨다는 면에서는 못과 나사는 등가 구조물일 수 있다.

Claims

초흡수체 30 내지 75 중량%, 펄프 25 내지 70 중량% 및 결합제 성분 0 초과 약 10% 이하를 포함하고, 수명 동안 100 내지 10000 다르시(Darcy)의 투과도 및 약 2 내지 15 cm의 모관 장력을 갖는 다기능성 흡수 재료.
삭제
제1항에 있어서, 밀도가 약 0.05 내지 0.5 g/cc인 다기능성 흡수 재료.
제1항에 있어서, 기초 중량이 약 200 내지 700 gsm인 다기능성 흡수 재료.
제1항에 있어서, 상기 초흡수체가 5분보다 큰 흡수 시간 지수를 갖는 것인 다기능성 흡수 재료.
제1항에 있어서, 상기 초흡수체가 10분보다 큰 흡수 시간 지수를 갖는 것인 다기능성 흡수 재료.
제1항에 있어서, 상기 초흡수체가 입자, 비이드 및 섬유로 이루어진 군으로부터 선택된 것인 다기능성 흡수 재료.
제1항에 있어서, 상기 결합제 성분이 액체 및 섬유 접착제로 이루어진 군으로부터 선택된 것인 다기능성 흡수 재료.
제8항에 있어서, 상기 결합제가 가열 활성화 접착제 섬유인 다기능성 흡수 재료.
제9항에 있어서, 상기 섬유가 폴리에틸렌/폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에스테르/폴리에틸렌 테레프탈레이트 및 폴리에틸렌/폴리프로필렌으로 이루어진 군으로부터 선택된 것인 다기능성 흡수 재료.
분배 재료와, 이에 인접한 제1항 기재의 다기능성 흡수 재료 및 이에 인접한 서지 재료를 포함하는 개인 위생 용품용 복합 구조체.
제11항에 있어서, 상기 다기능성 흡수 재료가 상기 서지 재료보다는 크고 상기 분배 재료보다는 작은 모관 장력을 갖는 것인 복합 구조체.
제11항에 있어서, 상기 분배 재료에 인접한 보유 재료를 추가로 포함하여, 상기 분배 재료가 상기 다기능성 흡수 재료로부터 액체를 상기 보유 재료로 분배시키는 것인 복합 구조체.
제1항 기재의 다기능성 흡수 재료를 포함하는, 기저귀, 배변 연습용 팬츠, 흡수성 속팬츠, 성인 실금용품 및 여성 위생 용품으로 이루어진 군으로부터 선택된 개인 위생 용품.
제14항에 있어서, 여성 위생 용품인 개인 위생 용품.
제14항에 있어서, 성인 실금용품인 개인 위생 용품.
제14항에 있어서, 기저귀인 개인 위생 용품.
제17항에 있어서, 7.6 cm 이하의 가랑이 폭을 갖는 기저귀인 개인 위생 용품.
서지 재료;

저속 초흡수체 35 내지 60 중량%, 펄프 40 내지 65 중량% 및 결합제 성분 약 1 내지 7 중량%를 포함하고 수명 동안에 250 내지 10000 다르시의 투과도 및 약 2 내지 15 cm의 모관 장력을 갖는, 상기 서지 재료와 액체 소통하는 다기능성 흡수 재료층;

분배층; 및

액체를 저장하고, 상기 분배층과 액체 소통하는 보유 재료

를 포함하고, 5 cm 이하의 가랑이 폭 및 100 ㎖ 배설 당 25 ㎖ 미만의 유출량을 갖는 가랑이가 좁은 기저귀.
약 5 내지 20 cc/초의 용적 유량에서 약 60 내지 100 cc의 유입 배설물을 처리할 수 있는 서지 재료;

사용자의 상태와 일치하는 전 기간 동안 서지 재료로부터 탈착시켜 액체를 원격 저장 위치로 분배시키기 위하여 방출하는 액체 통로를 갖는, 상기 서지 재료와 액체 소통하는 다기능성 흡수 재료층;

상기 다기능성 흡수 재료로부터 액체를 원격 저장 위치로 이동시키고 15 cm보다 큰 모관 장력을 갖는, 상기 다기능성 흡수 재료와 액체 소통하는 분배층; 및

액체를 저장하고, 상기 분배층과 액체 소통하는 보유 재료

를 포함하고, 5 cm 이하의 가랑이 폭을 갖는 가랑이가 좁은 기저귀.