KR100732073B1

KR100732073B1 - 초흡수성 중합체

Info

Publication number: KR100732073B1
Application number: KR1020027008445A
Authority: KR
Inventors: 재킥 두트키윅즈; 통 선; 웨너 론스카이; 용 리; 지언 퀸; 자이아오민 장
Original assignee: 킴벌리-클라크 월드와이드, 인크.
Priority date: 1999-12-28
Filing date: 2000-12-19
Publication date: 2007-06-27
Anticipated expiration: 2020-12-19
Also published as: AU2583701A; KR20020062668A; BR0016828A; US7820873B2; RU2002120288A; JP2003524687A; ZA200205194B; DE60029996T2; AU777449C; MXPA02006537A; US20030139714A1; EP1242128B1; WO2001047569A1; AU777449B2; DE60029996D1; EP1242128A1; CN1450918A

Abstract

본 발명은 계내에서 초흡수성 중합체를 형성하는 흡수성 구조물에 관한 것이다. 상기 구조물은 흡수성 물질, 및 활성화제 함유 섬유성 물질을 포함한다. 상기 섬유성 물질은 활성제에 의해 자극시 활성화제를 방출하고, 이 활성화제에 의해 상기 중합체가 초흡수성 중합체로 된다. 흡수성 성분은 바람직하게는 수팽창성 수불용성 중합체이다. 흡수성 구조물은 계내에서 초흡수성 조성물을 형성한다. 활성화제 함유 섬유성 물질의 제조 방법이 제공된다.

수팽창성 수불용성 중합체, 활성화제, 섬유성 물질, 흡수성 구조물, 초흡수성 중합체

Description

초흡수성 중합체 {Superabsorbent Polymers}

본 발명은 전반적으로 다량의 액체를 흡수하는 능력을 가진 초흡수성 조성물을 계내에서 형성하는 흡수성 구조물에 관한 것이다. 상기 구조물은 흡수성 물질, 및 활성화제 함유 섬유성 물질을 포함한다. 섬유성 물질은 액체와 접촉시 활성화제를 방출시키고, 이 활성화제는 흡수성 물질이 초흡수성 물질이 되도록 활성화시킨다. 흡수성 구조물은 일회용 흡수성 용품, 예컨대 체액을 흡수하는데 이용되는 일회용 흡수성 용품에 유용하다.

보통 초흡수체로 알려진 수팽창성, 일반적으로 수불용성 흡수성 물질을 일회용 흡수성 개인 위생 용품에 이용하는 알려져 있다. 이러한 흡수성 물질은 일반적으로 기저귀, 배변 연습용 팬츠, 성인 요실금용 용품 및 생리대와 같은 흡수성 용품에 이용되어, 이들 용품의 전체 크기를 감소시키면서 용품의 흡수 용량을 증가시킨다. 상기 흡수성 물질은 일반적으로 흡수성 용품에서 목재 펄프 플러프의 매트릭스와 같은 섬유성 매트릭스중에 존재한다. 목재 펄프 플러프의 매트릭스는 일반적으로 플러프 1 g 당 액체 약 6 g의 흡수 용량을 갖는다. 일반적으로, 수중에서 초흡수성 물질의 흡수 용량은 그의 중량의 약 10배 이상, 바람직하게는 약 20배 이상, 흔히 약 1000배까지이다. 명백하게는, 상기 흡수성 물질을 개인 위생 용품에 포함시키면, 상기 용품의 흡수 용량을 증가시키면서 전체 크기를 감소시킬 수 있다.

개인 위생 용품에서 흡수성 물질로 사용되는 광범위한 물질들이 기재되었었다. 이러한 물질에는 천연 기재 물질, 예컨대 한천, 펙틴, 검, 카르복시알킬 전분 및 카르복시알킬 셀룰로오스, 및 합성 물질, 예컨대 폴리아크릴레이트, 폴리아크릴아미드 및 가수분해된 폴리아크릴로니트릴이 포함된다. 상기 천연 기재 흡수성 물질을 개인 위생 용품에 이용하는 것은 알려져 있으나, 그들의 흡수 특성이 일반적으로 폴리아크릴산나트륨과 같은 합성 흡수성 물질에 비해 열등하기 때문에 널리 이용되진 않았다. 구체적으로, 여러 천연 기재 물질들은 액체에 의해 팽창될 때 연질 젤라틴성 덩어리를 형성하는 경향이 있다. 흡수성 용품에 이용할 경우, 이러한 연질 젤라틴성 덩어리의 존재는 흡수성 물질이 포함된 섬유성 매트릭스 내부에서 액체 수송을 차단하는 경향이 있다. 이러한 현상은 겔 차단(gel blocking)으로 알려져 있다. 일단 겔 차단이 일어난 다음에는, 용품은 효과적으로 액체 배설물을 흡수할 수 없으며, 용품이 누수되는 경향이 있다. 또한, 여러 천연 기재 물질들은 특히 외부 압력이 가해질 때 불량한 흡수 특성을 나타낸다.

반대로, 흔히 합성 흡수성 물질은 일반적인 경질 비점액성 특성을 유지하면서 다량의 액체를 흡수할 수 있다. 따라서, 합성 흡수성 물질은 겔 차단 가능성을 최소화시키면서 흡수성 용품에 포함될 수 있다.

현재 시판되고 있는 초흡수성 물질의 한 특성은 초흡수성 물질과 접촉하게 되는 액체를 전형적으로 매우 신속히 흡수한다는 것이다. 이러한 신속 액체 흡수성은 여러 응용에 바람직할 수 있으나, 어떤 경우에는 바람직하지 않다. 예를 들어, 매우 국소적인 위치에서만 액체가 배설되는 경우에 흡수성 구조물은 일반적으로 전체 흡수성 구조물의 흡수 용량이 이용되도록 흡수성 물질의 전체 용적을 통해 액체가 분포되는 것이 바람직할 것이다. 그러나, 국소적 배설 위치 근처에 위치한 초흡수성 물질이 액체를 매우 신속히 흡수하는 경우에는, 초흡수성 물질이 팽창되어 흡수성 구조물의 나머지를 통해 액체가 유동하는 것을 제한할 수 있으며, 그 결과 국소적 배설 위치의 영역에서 흡수성 구조물의 액체 누출이 일어날 수 있다. 따라서, 국소적 배설 위치에서 실제 저속으로 액체를 흡수하는 초흡수성 물질을 이용하는 것이 흔히 바람직하다. 이는 먼저 액체가 흡수성 구조물을 통해 분산된 다음, 초흡수성 물질에 의해 후속적으로 흡수될 수 있게 한다.

비교적 고속 흡수하는 초흡수성 물질의 액체 흡수 속도를 늦추기 위한 여러 방법이 알려져 있다. 예를 들어, 고속 흡수하는 초흡수성 물질을 비흡수성 및(또는) 소수성 물질로 피복시킬 수 있다. 이러한 피복 물질은 아래에 있는 초흡수성 물질을 임의의 액체로부터 일시적으로 차폐시켜, 초흡수성 물질에 의한 액체의 흡수를 지연시키는 경향이 있다. 그러나, 이러한 피복 물질은 흔히 초흡수성 물질의 전체 액체 용량을 감소시키고, 초흡수성 물질의 제조 비용을 증가시키고 복잡하게 만들며, 초흡수성 물질의 다른 액체 취급 특성에 나쁜 영향을 미칠 수 있다.

시판되는 초흡수체는 일반적으로 실질적으로 중성화된 것이거나 또는 염 형 태이다. 이는 일반적으로 비교적 고용량의 액체 흡수성을 갖게 하기 위해서이며, 수팽창성 수불용성 중합체는 고분자전해질이어야 한다. 그러나, 이러한 초흡수체는 비교적 신속히 액체를 흡수하여, 상기한 문제점을 야기시킨다. 실질적으로 각각 유리 산 또는 유리 염기 형태인 산성 또는 염기성 수팽창성 수불용성 중합체를 각각 염기성 제2 물질 또는 산성 제2 물질과 혼합하는 경우, 생성된 흡수성 조성물은 비교적 고용량의 액체 흡수성 뿐만 아니라 비교적 저속의 액체 흡수 속도를 나타낼 것이다. 이는 상기 혼합물을 수용액중에 두었을 때, 실질적으로 각각 유리 산 또는 유리 염기 형태인 산성 또는 염기성 수팽창성 수불용성 중합체가 각각 염기성 제2 물질 또는 산성 제2 물질과 반응하여, 화학 평형이 산성 또는 염기성 수팽창성 수불용성 중합체가 각각 그의 유리 산 또는 염기성 형태로부터 각각 그의 염 형태로 전환되는 쪽으로 우세하기 때문인 것으로 믿어진다. 이에 따라, 전환된 수팽창성 수불용성 중합체를 포함하는 혼합물은 비교적 고용량의 액체 흡수성을 나타낼 것이다. 그러나, 수팽창성 수불용성 중합체가 각각 그의 유리 산 또는 유리 염기 형태로부터 각각 그의 염 형태로 전환되는 것은 비교적 저속의 이온화 및 중합체로의 이온 분산 과정이기 때문에, 수팽창성 수불용성 중합체는 또한 비교적 저속의 액체 흡수 속도를 나타낼 것이다. 또한, 전해질 함유 용액, 예컨대 염화나트륨 수용액중에서 수팽창성 수불용성 중합체를 그의 유리 산 또는 유리 염기 형태로부터 각각 그의 염 형태로 전환시키면, 전해질 함유 용액에 대한 실질적인 탈염화 효과를 일으켜, 염중독 효과의 경감에 의해 혼합물의 액체 흡수 성능이 개선될 것이다.

WO 98/24832호에는 고분자 흡수성 물질 및 제2 물질을 포함하는 흡수성 조성물이 개시되어 있다. 상기 두 성분을 혼합하여, 바람직하게는 섬유성 매트릭스와 함께 흡수성 제품에 이용한다. 제2 물질은 입자, 플레이크, 섬유, 필름 및 부직물 구조물 형태로 제공될 수 있거나, 또는 상기 두 성분이 2성분 섬유로서 제공될 수 있다. 이러한 조성물은 취급 특성 및 구조 일체성의 면에서 불리하다.

분자 구조물내에 산성 및 염기성 관능기 둘다를 포함하는 단일 물질 또는 중합체는 상기 기재된 목적하는 흡수 특성을 나타내지 않을 것이다. 이는 단일 분자 구조물내의 이러한 산성 및 염기성 관능기가 전형적으로 서로 반응하여 과가교된 중합체 구조물을 형성할 수 있기 때문인 것으로 믿어진다. 이에 따라, 산성 및 염기성 단량체로부터 공중합체를 제조함으로써 또는 수용성 산성 및 염기성 물질의 분자 수준 분산액, 예컨대 수용액을 제조함으로써 흡수성 조성물을 제조하는 것은 상기 공중합 또는 분자 수준 분산 동안 산성 및 염기성 물질이 전형적으로 서로 반응하여 가교되기 때문에 일반적으로 불가능하다.

따라서, 본 발명의 목적은 배설 액체와 접촉시 흡수성 물질을 초흡수성 물질로 만드는 활성화제를 방출시키는 섬유성 매트릭스를 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 또한 흡수된 액체와 접촉시 계내에서 초흡수성 중합체를 형성하는 흡수성 구조물을 제공하는 것이다.

<발명의 개요>

본 발명은 계내에서 초흡수성 중합체를 형성하는 흡수성 구조물에 관한 것이다. 상기 구조물은 흡수성 물질, 및 활성화제 함유 섬유성 물질을 포함한다. 섬 유성 물질은 활성화제를 방출시키며, 활성화제는 중합체가 초흡수성 중합체 (SAP)가 되게 한다. 흡수성 성분은 바람직하게는 수팽창성 수불용성 중합체이다.

섬유성 물질은 활성제에 의한 자극시 활성화제를 방출시키며, 활성제는 바람직하게는 초흡수체에 의해 흡수되는 액체이다. 이 액체는 일반적으로 소변 또는 다른 체액과 같은 수성 액체일 것이다. 섬유성 물질은 바람직하게는 소정 기간에 걸쳐, 바람직하게는 제어된 속도로 활성화제를 방출시킨다.

SAP의 흡수성은 섬유성 물질 또는 흡수성 물질 각각의 흡수성보다 크다. 활성화제가 섬유성 물질로부터 제어된 속도로 방출됨에 따라, 흡수성 중합체는 소정 기간에 걸쳐 친수성 SAP의 관능성을 얻는다. 한 실시양태에서, SAP는 저속 SAP이다.

따라서, 한 면에서 본 발명은 액체를 흡수하는 초흡수성 조성물을 계내에서 형성하고 비교적 다량의 액체를 흡수할 수 있는 흡수성 구조물에 관한 것이다.

한 실시양태에서, 중합체는 폴리아크릴산 겔이며, 섬유성 물질은 중탄산나트륨, 탄산나트륨 또는 그의 혼합물과 같은 염기성 활성화제를 운반한다.

다른 면에서, 본 발명은 소정 기간에 걸쳐 바람직하게는 제어된 속도로 방출될 수 있는 활성화제를 함유하는 섬유성 물질에 관한 것이다. 섬유성 물질은 흡수체와 결합할 수 있으며, 활성화제의 방출은 흡수체가 SAP로서 작용하게 한다. 한 실시양태에서, 섬유성 물질은 중탄산나트륨, 탄산나트륨 또는 그의 혼합물이 혼입된 셀룰로오스성 섬유이다.

또다른 면에서, 본 발명은 계내에서 초흡수성 중합체를 형성하는 방법에 관 한 것이다.

한 실시양태에서, 상기 방법은 활성화 액체와 접촉시 섬유성 물질로부터 방출되는 활성화제를 포함하는 섬유성 물질을 제공하고, 활성화제와 접촉시 초흡수체를 형성하는 수팽창성 수불용성 중합체를 제공하는 것을 포함한다. 활성화 액체가 섬유성 물질과 접촉시 활성화제가 방출되고, 이 활성화제에 의해 수팽창성 수불용성 중합체가 초흡수체를 형성한다.

다른 면에서, 본 발명은 본 발명의 흡수성 구조물을 포함하는 일회용 흡수성 용품에 관한 것이다. 한 실시양태에서, 일회용 흡수성 용품에는 액체-투과성 탑시트, 탑시트에 부착된 백시트, 및 탑시트와 백시트 사이에 위치한 본 발명의 흡수성 구조물이 포함된다.

비교적 고용량의 전체 액체 흡수 용량을 나타내는 초흡수성 물질을 형성하는 흡수성 구조물이 개시되어 있다. 한 실시양태에서, SAP는 비교적 저속의 액체 흡수 속도로 액체를 흡수한다. 흡수성 구조물은 2개 이상의 성분, 즉 흡수성 물질 및 섬유성 물질을 포함하며, 섬유성 물질은 흡수성 물질을 초흡수성 중합체로 되게 하는 활성화제를 방출한다. 한 성분은 산성이고, 다른 하나는 염기성이며, 흡수성 구조물은 성분 어느 하나만에 의해 나타나는 특성에 비해 개선된 전체 액체 흡수 뿐만 아니라 임의로 더욱 느려진 액체 흡수 속도를 비롯한 현저하고 예상치 못한 흡수성의 개선을 나타내는 흡수성 조성물을 형성한다.

I. 정의

본 명세서에서 사용되는 "산성" 물질이란 전자 수용체로서 작용할 수 있는 물질을 의미한다.

본 명세서에서 사용되는 "염기성" 물질이란 전자 제공체로서 작용할 수 있는 물질을 의미한다.

본 명세서에서 사용되는 "셀룰로오스성" 또는 "셀룰로오스"란 용어는 주요 성분으로서 셀룰로오스, 구체적으로 셀룰로오스 또는 셀룰로오스 유도체 50 중량％ 이상을 포함하는 임의의 물질을 포함하는 것을 의미한다. 따라서, 이 용어는 목화, 대표적인 목재 펄프, 셀룰로오스 아세테이트, 셀룰로오스 트리아세테이트, 레이온, 열기계 목재 펄프, 화학적 목재 펄프, 탈착된 화학적 목재 펄프, 밀크위드 등을 포함한다.

본 명세서에서 사용되는 "수팽창성 수불용성"이란 용어는 과량의 물에 노출될 때 그의 평형 부피로 팽창하지만 용액중에 용해되지는 않는 물질을 의미한다. 수팽창성 수불용성 물질 그 자체는 일반적으로 그의 고유의 동일성 또는 물리적 구조를 보유하지만, 물을 흡수하는 동안 매우 팽창된 상태에서는 흘러가거나 이웃하는 입자와 융합되지 않을 정도로 충분한 물리적 일체성을 가져야 한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 물질은 과량의 물에 실질적으로 용해되어 용액을 형성함으로써 그의 초기의 전형적인 미립자 형태를 상실하고 실질적으로 수용액에 걸쳐 분자적으로 분산되는 경우에 수용성인 것으로 간주된다. 일반적으로, 가교결합은 물질을 수불용성이 되게 하는 경향이 있으므로 수용성 물질은 상당한 정도의 가교결 합이 없다.

본 명세서에서 사용되는 "초흡수체"란 용어는 물 및 신체 배출물과 같은 액체를 중량적으로 다량 흡수하고, 이에 의해 히드로겔을 형성할 수 있는 물질을 의미한다. 초흡수체는 종종 적절한 압력하에 흡수된 액체를 보유할 수 있다. 히드로겔은 히드로콜로이드 및 겔로도 불린다.

본 명세서에서 사용되는 "저속 초흡수체"란 용어는 5 분 이상, 바람직하게는 10분 이상의 흡수 시간 지수를 갖는 초흡수체를 의미한다. 흡수 시간 지수는 SAP가 그의 자유 팽창 용량의 60％로 팽창하기까지의 시간으로 정의된다.

본 명세서에서 사용되는 "제지용 섬유"에는 셀룰로오스성 섬유를 포함하여 모든 공지된 셀룰로오스성 섬유 또는 섬유 혼합물이 포함된다. 본 발명의 웹을 형성하는 데 적합한 섬유로는 목화 섬유 및 목화 유도체, 아바카, 케나프, 사바이(sabai) 풀, 아마, 에스파토 풀, 밀짚, 황마, 대마, 사탕수수 찌꺼기, 밀크위드 플로스 섬유 및 파인애플 잎 섬유와 같은 비목질 섬유; 및 북부 및 남부 침엽수 크라프트 섬유와 같은 침엽수 섬유를 비롯한 낙엽수 및 침엽수로부터 수득된 것들과 같은 목질 섬유; 유칼리나무, 단풍나무, 자작나무, 포플러와 같은 활엽수 섬유 등의 임의의 천연 또는 합성 셀룰로오스성 섬유를 들 수 있지만 이에 제한되지는 않는다. 목질 섬유는 고수율 또는 저수율 형태로 제조되고, 임의의 공지된 방법으로 펄프화될 수 있으며, 크라프트, 아황산, 마쇄펄프(groundwood pulp), 열기계 펄프 (TMP), 화학열기계 펄프 (CTMP) 및 표백 화학열기계 펄프 (BCTMP)를 들 수 있다. 화학적 표백된 펄프를 비롯한 높은 광도의 펄프는 티슈 제조에 특히 바람직 하지만, 비표백 또는 반표백 펄프를 사용할 수도 있다. 재활용 섬유는 본 발명의 범위에 속한다. 임의의 공지된 펄프화 및 표백 방법이 사용될 수 있다.

합성 셀룰로오스 섬유 형태에는 모든 변형 형태의 레이온 및 비스코스 또는 화학적으로 개질된 셀룰로오스로부터 유도된 다른 섬유가 포함된다. 화학적으로 처리된 천연 셀룰로오스성 섬유는 예컨대, 머서화 펄프, 화학적으로 경직시키거나 가교결합시킨 섬유, 술폰화 섬유 등으로 사용될 수 있다. 적합한 제지용 섬유에는 재활용 섬유, 비가공(virgin) 섬유 또는 그의 혼합물이 포함될 수 있다.

본 명세서에서 사용되는 "머서화"란 셀룰로오스성 섬유를 적합한 조건하에 처리하여 종종 셀룰로오스 I이라 불리우는 그의 천연 형태로부터 종종 셀룰로오스 II라 불리우는 다른 결정형으로 전환시키는 방법을 의미한다. 화학적 처리 또는 머서화 셀룰로오스는 덜 결정성이며 더욱 무정형이기 때문에, 화학적 처리 또는 머서화 셀룰로오스는 일반적으로 추가의 시약을 사용한 추가 처리에 더욱 영향을 받기가 쉽다. 공지된 시험 방법은 머서화가 발생하는 정도와 같은 셀룰로오스성 섬유의 화학적 처리를 정량하는 것이다.

II. 조성물

본 발명의 흡수성 조성물은 일반적으로 2개 이상의 성분을 포함한다. 제1 성분은 수팽창성 수불용성 중합체이다. 본 발명의 흡수성 구조물에 사용된 바와 같이, 수팽창성 수불용성 중합체는 액체 흡수 용량의 범위가 넓은 흡수성 조성물을 제공할 필요가 있다. 수팽창성 수불용성 중합체 그 자체는 흡수성 조성물에 원하는 양의 액체 흡수 용량을 효과적으로 제공할 수 있어야 한다. 제2 성분은 소정 기간에 걸쳐 방출되는 활성화제가 혼입된 섬유성 물질이다. 활성화제는 수팽창성 수불용성 중합체에 작용하여 초흡수성 중합체 (SAP)를 형성한다. 활성화제는 바람직하게는 산성 또는 염기성 흡수성 물질을 중성화시킴으로써 SAP가 되게 하는 중성화제이다.

본 명세서에서 "활성화제 방출"이라는 것은 섬유성 물질이 섬유성 물질내 또는 물질상에 혼입된 화합물의 전부 또는 일부를 방출하는 것을 의미한다. 혼입된 화합물의 단지 일부만이 방출될 수 있으며, 방출된 화합물의 전부 또는 일부는 수팽창성 수불용성 중합체에 작용하여 초흡수성 중합체가 되게 할 수 있다.

흡수성 구조물에 의해 형성된 SAP는 적합하게는 본 명세서에서 겔 용량으로 불리는 액체 흡수력을 갖는다. 겔 용량의 측정 방법은 하기 기재된 바와 같이 수행한다. 일반적으로, 본 발명의 SAP의 겔 용량 값은 약 0.01 psi의 하중에 대해 약 10 이상, 더욱 바람직하게는 약 20 이상, 더욱 바람직하게는 약 25 이상, 가장 바람직하게는 약 35 이상 및 최대 약 200 g/g인 것이 바람직하다. 겔 용량은 약 30 내지 약 45의 범위가 바람직하다.

A. 중합체

흡수성 조성물에 목적하는 양의 액체 흡수 용량을 제공하는 데 있어서 효과와 관련된, 수팽창성 수불용성 중합체의 하나의 특성은 그의 분자량이다. 일반적으로, 고분자량을 가진 수팽창성 수불용성 중합체는 저분자량을 가진 수팽창성 수불용성 중합체와 비교하여 보다 높은 액체 흡수 용량을 나타낼 것이다.

흡수성 조성물에 유용한 수팽창성 수불용성 중합체는 일반적으로 광범위의 분자량을 가질 수 있다. 비교적 고분자량을 가진 수팽창성 수불용성 중합체는 본 발명에 사용하기에 종종 유리하다. 그럼에도 불구하고, 광범위의 분자량을 가진 중합체는 일반적으로 본 발명에 사용하기에 적합하다. 본 발명에 사용하기에 적합한 수팽창성 수불용성 중합체는 중량 평균 분자량이 유리하게는 약 100,000 이상, 보다 유리하게는 약 200,000 이상, 적합하게는 약 500,000 이상, 보다 적합하게는 약 1,000,000 이상, 및 약 10,000,000 이하까지일 것이다. 중합체의 분자량을 측정하는 방법은 일반적으로 당업계에 공지되어 있다.

25℃에서 1.0 중량％ 수용액 중의 그의 점도로 중합체의 분자량을 나타내는 것이 때때로 보다 용이하다. 본 발명에 사용하기에 적합한 중합체는 25℃에서 1.0 중량％ 수용액에서의 점도가 약 100 센티푸아즈 (100 mPa.s) 내지 약 80,000 센티푸아즈 (80,000 mPa.s), 보다 적합하게는 약 500 센티푸아즈 (500 mPa.s) 내지 약 80,000 센티푸아즈 (80,000 mPa.s), 가장 적합하게는 약 1,000 센티푸아즈 (1,000 mPa.s) 내지 약 80,000 센티푸아즈 (80,000 mPa.s)일 것이다.

흡수성 조성물에 유용한 수팽창성 수불용성 중합체는 일반적으로 가교결합될 것이다. 가교결합 양은 일반적으로 수불용성 중합체를 제조하기에 충분한 최소량을 초과하여야 하지만, 또한 수팽창성 수불용성 중합체가 목적하는 양의 액체를 흡수하기에 충분히 수팽창가능한 중합체가 되기 위한 얼마간의 최대량 미만이어야한다.

중합체의 가교결합은 일반적으로 2종의 상이한 유형의 가교제 중 1종에 의해 달성될 수 있다. 제1 유형의 가교제는 중합성 가교제이다. 적합한 중합성 가교제 는 일반적으로 중합체를 제조하는데 사용되는 단량체(들)에 반응하고, 따라서 일반적으로 단량체와 반응할 수 있는 관능기 2개 이상을 포함한다. 적합한 중합성 가교제의 예로는 유리 라디칼 중합용 에틸렌 불포화 단량체, 예컨대 N,N'-메틸렌 비스-아크릴아미드 및 중축합용 폴리아민 또는 폴리올을 들 수 있다.

제2 유형의 가교제는 잠재적(latent) 가교제이다. 잠재적 가교제는 일반적으로 전체적인 중합 공정에는 참여하지 않지만, 대신에 적절한 가교 조건이 제공된 이후에 중합체와 반응한다. 적합한 후속 처리 조건에는 약 60℃ 이상의 온도와 같은 가열 처리, 자외선 노출, 마이크로파 노출, 증기 또는 고습도 처리, 고압 처리 또는 유기용매 처리를 사용하는 것이 포함된다.

본 발명에 사용하기에 적합한 잠재적 가교제는 일반적으로 수용성이다. 적합한 잠재적 가교제는 중합체 상에 임의의 카르복실기, 카르복실산기, 아미노기 또는 히드록실기와 반응할 수 있는 관능기 2개 이상을 갖는 유기 화합물이다. 적합한 잠재적 가교제의 예에는 이에 제한되지는 않지만 디아민, 폴리아민, 디올, 폴리올, 폴리카르복실산 및 폴리옥사이드가 포함된다. 또다른 적합한 잠재적 가교제는 2가 이상의 양전하를 갖는 금속 이온, 예를 들면 Al³⁺, Fe³⁺, Ce³⁺, Ce ⁴⁺, Ti⁴⁺, Zr⁴⁺ 및 Cr³⁺을 포함한다.

중합체가 양이온성 중합체인 경우, 적합한 가교제는 폴리아크릴산나트륨, 카르복시메틸 셀룰로오스 또는 폴리인산염과 같은 다가음이온성 물질이다.

흡수성 조성물에 유용한 수팽창성 수불용성 중합체는 성질이 산성 또는 염기 성일 것이다. 일반적으로, 약산성 수팽창성 수불용성 중합체는 보다 저속 초흡수체를 제공하는 반면, 강산성 중합체는 보다 고속 작용을 하는 초흡수체를 제공할 것이다. 따라서, 중합체는 형성되는 초흡수성 중합체의 목적하는 흡수 속도에 일부 기준하여 선택될 수 있다.

적합한 산성 수팽창성 수불용성 중합체는 산으로 작용할 수 있는 관능기를 포함할 것이다. 이와 같은 관능기에는 이에 한정되는 것은 아니지만 카르복실기, 황산기, 아황산기 및 인산기가 포함된다. 적합한 관능기는 카르복실기이다. 일반적으로, 관능기는 가교결합된 염기성 중합체에 결합된다. 적합한 염기성 중합체에는 폴리아크릴아미드, 폴리비닐 알콜, 에틸렌 말레산 무수물 공중합체, 폴리비닐에테르, 폴리아크릴산, 폴리비닐피롤리돈, 폴리비닐모르폴린 및 이들의 공중합체가 포함된다. 또한, 천연 기재 다당류 중합체가 또한 사용될 수 있으며, 이에는 카르복시메틸 셀룰로오스, 카르복시메틸 전분, 히드록시프로필 셀룰로오스, 알긴, 알긴산염, 카라게난, 아크릴산 그래프팅된(grafted) 전분, 아크릴산 그래프팅된 셀룰로오스 및 이들의 공중합체가 포함된다. 또한, 폴리아스파르트산 및 폴리글루탐산과 같은 합성 폴리펩티드도 사용될 수 있다. 또한, 상기의 공중합체 및 혼합물도 사용될 수 있다.

산성 수팽창성 수불용성 중합체는 일반적으로 유리 산 형태인 것이 필요하다. 일반적으로, 산성 수팽창성 수불용성 중합체는 유리 산 형태로 그의 산성 관능기가 유리하게는 약 50 몰％ 이상, 보다 유리하게는 약 70 몰％ 이상, 적합하게는 약 80 몰％ 이상, 보다 적합하게는 약 90 몰％ 이상, 가장 적합하게는 실질적으 로 약 100 몰％인 것이 바람직하다. 또는, 산성 수팽창성 수불용성 중합체는 본 발명의 흡수성 조성물에 사용될 때에 실질적으로 중성화되어서는 안된다. 일반적으로, 산성 수팽창성 수불용성 중합체는 그의 산성 관능기의 중성화 정도가 유리하게는 약 50 몰％ 이하, 보다 유리하게는 약 30 몰％ 이하, 적합하게는 약 20 몰％ 이하, 보다 적합하게는 약 10 몰％ 이하, 가장 적합하게는 실질적으로 약 0 몰％인 것이 바람직하다.

본 발명에 유용한, 바람직한 산성 수팽창성 수불용성 중합체는 폴리아크릴산, 에틸렌 말레산 무수물 공중합체, 아크릴산 그래프팅된 전분, 아크릴산 그래프팅된 셀룰로오스, 카르복시메틸 셀룰로오스 및 폴리아크릴아미드 메틸프로판 술폰산이다. 가장 바람직한 산성 수팽창성 수불용성 중합체에는 폴리아크릴산, 폴리아크릴아미드 메틸프로판 술폰산 및 아크릴산 그래프팅된 전분이 포함된다.

저속 초흡수체를 제조할 목적인, 본 발명의 한 실시양태에서, 흡수성 조성물에 사용되는 산성 수팽창성 수불용성 중합체는 성질이 약산성일 것이다. 이와 같은 중합체의 pK_a는 유리하게는 약 2 내지 약 12, 보다 유리하게는 약 2 내지 약 10, 가장 바람직하게는 약 3 내지 약 6일 것이다. 때때로, 중합체를 제조하는데 사용되는 단량체(들)의 pH를 측정하는 것이 보다 용이할 수 있다. 단량체(들), 및 이 단량체로 제조된 중합체의 pH는 일치하지 않을 수 있으며, 이와 같은 pH 값은 실질적으로 유사하여야 한다. 이와 같이, 흡수성 조성물에 유용한 산성 수팽창성 수불용성 중합체는 pK_a가 유리하게는 약 2 내지 약 12, 보다 유리하게는 약 2 내지 약 10, 가장 바람직하게는 약 3 내지 약 6인 단량체로부터 제조될 것이다. 2종 이상의 단량체로부터 중합체가 제조되는 경우, 사용되는 단량체 각각의 pK_a는 유리하게는 약 2 내지 약 12, 보다 유리하게는 약 2 내지 약 10, 가장 바람직하게는 약 3 내지 약 6이어야 하지만, 본 명세서에서 유용한 수팽창성 수불용성 중합체의 바람직한 특성에 부정적인 영향을 주지 않는한 pK_a가 약 2 이하 또는 약 12 이상인 단량체가 소량 사용될 수 있다.

산의 pK_a는 산의 해리 정도, 또는 바꾸어 말하면 산의 강도를 나타내고, 본 명세서에서는 수팽창성 수불용성 중합체가 사용되는 특정 온도와 같은 조건에서 측정될 것이다. 적합하게는, pK_a는 약 25℃에서 측정된다. 일반적으로, 보다 약산일수록 pK_a 값이 보다 클 것이다. 다양한 온도에서 다수의 산에 대한 pK_a 값은 공지되어 있고, 문헌[CRC Handbook of Chemistry ＆ Physics, 75th Edition, edited by David R. Lide, CRC Press (1994)]과 같은 임의의 많은 입수가능한 참고문헌에서 찾을 수 있다.

적합한 염기성 수팽창성 수불용성 중합체는 염기로서 작용할 수 있는 관능기를 포함할 것이다. 이와 같은 관능기에는 이에 한정되지는 않지만 1급, 2급 또는 3급 아미노기, 이미노기, 이미도기 및 아미도기가 포함된다. 적합한 관능기는 아미노기이다. 일반적으로, 관능기는 가교결합된 염기성 중합체에 결합된다. 적합한 염기성 중합체에는 폴리아민, 폴리에틸렌이민, 폴리아크릴아미드, 폴리디알릴 디메틸 수산화암모늄 및 폴리사급암모늄이 포함된다. 또한, 천연 기재 다당류 중합체가 사용될 수 있고, 여기에 키틴 및 키토산이 포함된다. 또한, 폴리아스파라긴, 폴리글루타민, 폴리리신 및 폴리아르기닌과 같은 합성 폴리펩티드가 사용될 수 있다. 상기의 혼합물 및 공중합체도 사용될 수 있다.

염기성 수팽창성 수불용성 중합체는 일반적으로 그의 유리 염기 형태인 것이 필요하다. 일반적으로, 염기성 수팽창성 수불용성 중합체는 유리 염기 형태로 그의 염기성 관능기가 유리하게는 약 50 몰％ 이상, 보다 유리하게는 약 70 몰％ 이상, 적합하게는 약 80 몰％ 이상, 보다 적합하게는 약 90 몰％ 이상, 가장 적합하게는 실질적으로 약 100 몰％인 것이 바람직하다. 또는, 염기성 수팽창성 수불용성 중합체는 본 발명의 흡수성 조성물에 사용되는 때 실질적으로 중성화되어서는 안된다. 일반적으로, 염기성 수팽창성 수불용성 중합체는 그의 염기성 관능기의 중성화 정도가 유리하게는 약 50 몰％ 이하, 보다 유리하게는 약 30 몰％ 이하, 적합하게는 약 20 몰％ 이하, 보다 적합하게는 약 10 몰％ 이하, 가장 적합하게는 실질적으로 약 0 몰％인 것이 바람직하다.

본 발명에 유용한 바람직한 염기성 수팽창성 수불용성 중합체에는 키토산, 사급암모늄, 폴리비닐아민, 폴리에틸렌 이민 및 폴리디알킬아미노알킬 메타크릴아미드가 포함된다. 본 발명에 유용한 가장 바람직한 염기성 수팽창성 수불용성 중합체에는 사급암모늄, 폴리비닐아민 및 폴리에틸렌 이민이 포함된다.

저속 초흡수체를 제조할 목적인, 본 발명의 한 실시양태에서, 염기성 수팽창 성 수불용성 중합체는 성질이 약염기성일 것이다. 이와 같은 중합체의 pK_b는 유리하게는 약 2 내지 약 12, 보다 유리하게는 약 2 내지 약 10, 적합하게는 약 3 내지 약 6일 것이다. 때때로, 중합체를 제조하기 위해 사용되는 단량체(들)의 pH를 측정하는 것이 보다 용이할 수 있다. 단량체(들), 및 이 단량체로부터 제조된 중합체의 pH가 일치하지 않을 수 있으며, 이와 같은 pH 값은 실질적으로 유사하여야 한다. 이와 같이, 흡수성 조성물에 유용한 염기성 수팽창성 수불용성 중합체는 pK_b가 유리하게는 약 2 내지 약 12, 보다 유리하게는 약 2 내지 약 10, 적합하게는 약 3 내지 약 6인 단량체로부터 제조될 것이다. 2종 이상의 단량체로부터 중합체를 제조하는 경우, 사용되는 단량체 각각의 pK_b는 유리하게는 약 2 내지 약 12, 보다 유리하게는 약 2 내지 약 10, 적합하게는 약 3 내지 약 6이어야 하지만, 본 명세서에서 유용한 수팽창성 수불용성 중합체의 바람직한 특성에 부정적인 영향을 주지 않는한 pK_b가 약 2 이하 또는 약 12 이상인 단량체가 소량 사용될 수 있다.

염기의 pK_b는 염기의 해리 정도, 또는 바꾸어 말하면 염기의 강도를 나타내고, 본 명세서에서는 수팽창성 수불용성 중합체가 사용되는 특정 온도와 같은 조건에서 측정될 것이다. 적합하게는, pK_b는 약 25℃에서 측정된다. 일반적으로, 보다 약염기일수록 pK_b 값은 보다 클 것이다. 다양한 온도에서 염기에 대한 pK_b 값은 공지되어 있고, 문헌[CRC Handbook of Chemistry ＆ Physics, 75th Edition, edited by David R. Lide, CRC Press (1994)]과 같은 임의의 많은 입수가능한 참고문헌에 서 찾을 수 있다.

산성 또는 염기성 수팽창성 수불용성 중합체는 일반적으로 다양한 형태로 흡수성 조성물에 사용될 수 있다. 산성 또는 염기성 수팽창성 수불용성 중합체가 가질 수 있는 형태의 예에는 입자, 플레이크, 섬유, 필름 및 부직물 구조물이 포함된다. 흡수성 구조물이 일회용 흡수성 용품에 사용되는 경우에, 산성 또는 염기성 수팽창성 수불용성 중합체가 분리된 입자, 섬유 또는 플레이크 형태인 것이 일반적으로 바람직하다. 입자 형태인 경우에, 입자는 최대 횡단 치수가 유리하게는 약 50 내지 약 2,000 ㎛, 적합하게는 약 100 내지 약 1,000 ㎛, 보다 적합하게는 약 300 내지 약 600 ㎛의 범위인 것이 일반적으로 바람직하다.

B. 섬유성 물질

섬유성 물질은 바람직하게는 보통 임의로는 결합제와 함께 결합할 수 있는 랜덤한 다수개의 섬유인 섬유성 망과 같은 형태를 갖는 섬유성 매트릭스이다. 다르게는, 섬유성 물질은 세분된 목재펄프 플러프의 배트 (batt), 조직층, 수엉킴 펄프 시트, 직물 시트, 부직물 시트, 토우 (tow) 또는 기계적 연화된 펄프 시트의 형태를 가질 수 있다. 바람직한 실시양태에서, 섬유성 물질은 흡수성 제품으로 달리 사용할 수 있는 섬유성 물질과 유사하다.

사용할 수 있는 상기 정의된 바와 같은 임의의 제지용 섬유, 또는 그의 혼합물은 활성화제를 유지할 수 있고 바람직하게는 제어된 방식으로 소정 기간의 시간에 걸쳐 이를 방출할 수 있다. 상업적 이용가능성으로 인해, 침엽수 섬유 및 활엽수 섬유가 특히 바람직하다. 한 실시양태에서, 섬유는 우세하게는 50％ 이상, 또 는 약 60％ 이상, 또는 약 80％ 이상의 활엽수 또는 실질적으로 100％의 활엽수일 수 있다. 높은 불투명도 및 연성을 위해서는 활엽수 함량이 높을수록 바람직하지만, 강도를 위해서는 침엽수 함량이 높을수록 바람직하다. 또다른 실시양태에서, 섬유는 우세하게 침엽수일 수 있는데, 예를 들어 50％ 이상, 또는 약 60％ 이상, 또는 약 80％ 이상의 침엽수일 수 있거나, 실질적으로는 100％의 침엽수일 수 있다.

섬유성 물질은 단일층 또는 다중층으로 형성될 수 있다. 다중층일 경우, 층들은 일반적으로 가지런히 놓여진 관계 또는 표면-대-표면 (surface-to-surface) 관계로 배치되고, 층들의 전부 또는 일부가 인접한 층들에 결합될 수 있다. 섬유성 물질은 단일층 또는 다중층으로부터 형성될 수 있는 다수개의 별개의 섬유성 웹으로부터 형성될 수도 있다.

양호한 연성 및 불투명도를 달성하기 위해, 섬유성 성분은 상당량의 활엽수를 포함하는 것이 바람직하다. 양호한 강도를 위해, 상당량의 침엽수가 바람직하다. 강도 및 연성 둘다는 층이 있는 헤드박스 (headbox)로부터 제조된 것과 같으며 헤드박스에 의해 전달된 하나 이상의 층은 침엽수 섬유를 포함하지만 또다른 층은 활엽수 또는 다른 섬유 유형을 포함하는 층 조직을 통해 종종 달성된다. 당업계에 공지된 임의의 수단에 의해 제조된 층 조직 구조물은 에드워드 (Edwards) 등의 미국 특허 제5,494,554호에 의해 개시된 것을 포함하여 본 발명의 범위내에 있다.

섬유성 물질은 활성화제를 함유하고, 바람직하게는 제어된 방식으로 활성화 제를 방출할 수 있다. "제어된 방식에 의한"이란 것은 소정 기간의 시간에 걸쳐 속도가 대략적으로 일정한 것을 의미한다. 섬유성 물질은 바람직하게는 활성제 (보통 초흡수체에 의해 흡수되는 배설액임)와의 접촉시 활성화제를 방출한다. 활성화제는 여러 수단에 의해 섬유성 물질상에 유지될 수 있다. 예를 들어, 활성화제는 이온결합 또는 수 가수분해성 공유결합과 같은 수불안정성 결합에 의해 유지될 수 있다. 활성화제는 캡슐화 또는 물리적 갇힘과 같은 물리적 수단에 의해 유지될 수도 있다.

섬유성 물질로부터의 활성화제의 방출 속도는 몇가지 요인들에 의해 제어된다. 한가지 요인은 활성화제의 농도, 및 분자량, 전하 및 용해도와 같은 활성화제의 성질이다. 또다른 요인은 시약과 섬유간 결합 또는 상호작용의 유형 및 강도이다. 예를 들어, 섬유성 물질의 구조물 내에 담지된 활성화제는 아마도 매트릭스 표면 상에 담지된 활성화제보다 더욱 천천히 방출될 것이다.

C. 활성화제

수팽창성 수불용성 중합체가 산성일 경우, 활성화제는 염기성일 것이다. 다르게는, 수팽창성 수불용성 중합체가 염기성일 경우, 활성화제는 산성일 것이다. 염기성 활성화제의 예는 탄산염 및 중탄산염, 예컨대 중탄산나트륨 및 탄산나트륨, 폴리아민, 폴리이민, 폴리아미드, 폴리사급암모늄, 키틴, 키토산, 폴리아스파라긴, 폴리리신, 폴리아르기닌, 지방족 아민, 방향족 아민, 이민, 아미드, 금속 산화물, 수산화물, 예컨대 수산화나트륨, 수산화칼륨 및 수산화리튬, 염, 암모니아, 및 그의 혼합물 및 공중합체이다. 바람직한 염기성 활성화제는 중탄산나트륨, 탄산나트 륨, 탄산칼륨 및 중탄산칼륨이다.

산성 활성화제의 예는 폴리아크릴산, 폴리말레산, 카르복시메틸 셀룰로오스, 알긴산, 폴리아스파르트산, 폴리글루탐산, 시트르산, 글루탐산, 아스파르트산, 무기산, 염, 이소사카린산, 타르타르산, 옥살산, 말론산, 글루쿠론산, 및 그의 혼합물 및 공중합체이다. 바람직한 산성 활성화제는 시트르산, 글루탐산, 아스파르트산, 염화암모늄 및 염화칼슘이다.

활성화제는 섬유성 물질내에 약 5 내지 80 중량％, 바람직하게는 약 10 내지 50 중량％, 가장 바람직하게는 약 20 내지 40 중량％로 포함된다.

활성화제 및 중합체는 약 1:5 내지 5:1, 바람직하게는 약 1:2 내지 2:1, 가장 바람직하게는 약 1:1의 산:염기비로 흡수성 구조물내에 존재하여야 한다.

활성화제가 염기성일 때, 섬유성 물질의 pH는 약 7.5 내지 14, 바람직하게는 약 7.5 내지 9.0의 범위이다. 활성제가 산성일 때, 섬유성 물질의 pH는 약 0 내지 6.5, 바람직하게는 약 4 내지 6.5의 범위이다.

D. 완충제

선택적으로, 완충제는 용품 표면의 pH를 유지하기 위해 포함될 수 있다. 사용할 수 있는 완충제에는 아스파르트산, 아스코르브산, 클로로아세트산, β-클로로부티르산, 시스-신남산, 시트르산, 푸마르산, 글루타람산, 글루타르산, 이타콘산, 락트산, 말산, 말론산, o-프탈산, 숙신산, α-타르타르산 및 인산, α-알라닌, 알란토인, 시스테인, 시스틴, 디메틸글리신, 히스티딘, 글리신, 키토산, N-(2-아세트아미도)-2-이미노디아세트산, 트리스(히드록시메틸)아미노메탄, 테오브로민 및 티 로신이 포함된다.

본 발명의 흡수성 조성물의 주 성분을 상기에 기재하고 있지만, 이러한 흡수성 조성물은 이에 제한되지 않으며 목적하는 흡수체 특성을 갖는 흡수성 조성물에 역효과를 미치지 않는 다른 성분을 포함할 수 있다. 추가 성분으로 사용할 수 있는 물질들의 예에는 안료, 항산화제, 안정화제, 계면활성제, 왁스, 유동 촉진제, 고체 용매, 미립자, 및 흡수성 조성물의 가공성을 강화하기 위해 첨가되는 물질이 포함되지만, 이에 제한되지는 않는다.

II. 흡수성 구조물의 제조 방법

수팽창성 수불용성 중합체는 상업적으로 시판되거나 당업계에 공지된 방법에 의해 제조될 수 있다. 섬유성 물질도 또한 당업자들에게 공지된 방법에 의해 제조될 수 있다. 활성화제는 섬유성 물질의 일반형의 형성 동안 또는 형성 후에 섬유성 물질 내로 또는 그 위에 혼입될 수 있다. 본 발명에 유용한 섬유성 물질은 에어-레잉 (air-laying) 공정 또는 웨트-레이드 (wet-laid) 공정에 의해, 또는 섬유성 물질의 형성에 대한 당업자들에게 공지된 본질적으로 다른 임의의 공정에 의해 제조될 수 있다.

일반적으로, 활성화제는 시약을 섬유성 물질에 가역적으로 결합하고, 시약을 상기 물질에 가역적으로 캡슐화하거나, 시약을 섬유성 물질내에 가역적으로 물리적으로 가두는 것을 포함하는 공정에 의해 섬유성 물질 내에 또는 그 위에 혼입된다. 따라서, 활성화제와 섬유성 물질간의 상호작용은 이온성 상호작용, 불안정성 공유 상호작용, 또는 물리적 상호작용일 수 있다. 공정 및 상호작용의 이러한 유형들을 조합하여 사용할 수도 있다.

한 실시양태에서, 공정은 섬유성 물질의 초분자 구조를 느슨하게 할 수 있는 성분, 예컨대 수산화나트륨 또는 수산화칼륨을 하나 이상 포함하는 액체상에 섬유성 물질을 분산시키는 것을 포함한다. 이러한 성분은 섬유성 물질에 의해 유지될 수 있거나 씻겨나갈 수 있다. 이어서, 활성화제 또는 이 시약을 형성하는 화합물이 분산액에 첨가된다. 시약 또는 화합물은 바람직하게는 액체상에 가용성이다. 이어서, 액체상을 제거하여 셀룰로오스성 섬유가 그의 초분자 구조내에 활성화제를 캡슐화하거나 유지하게 된다.

한 실시양태에서, 활성화제를 함유하는 섬유성 물질은 머서화 셀룰로오스성 섬유성 물질을 사용하여 제조된다. 임의의 많은 머서화 방법을 사용할 수 있으며, 바람직한 방법은 썬 (Sun) 등의 미국 특허 제5,858,021호에 개시되어 있다. 이 방법은 바람직하게는 약 27 내지 100 중량％, 가장 바람직하게는 약 40 내지 80 중량％의 견실도 (consistency)로 셀룰로오스성 섬유와 물의 제1 혼합물을 제조하는 것을 포함한다. 알칼리 금속 수산화물을 제1 혼합물에 첨가하여 제2 혼합물을 제조한다. 알칼리 금속 수산화물은 바람직하게는 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화리튬 또는 그의 혼합물이다. 알칼리 금속 수산화물은 혼합물 중 알칼리 금속 수산화물과 물의 총 중량을 기준으로 제2 혼합물내에 바람직하게는 약 5 내지 55 중량％, 더욱 바람직하게는 약 13 내지 50 중량％의 양으로 첨가된다. 제2 혼합물을 균질화하고, 바람직하게는 약 60℃ 내지 80℃로 가열하여 섬유를 효과적으로 머서화시킨다.

이어서, 머서화 섬유성 물질을 머서화 공정 후에 통상적인 것과 같이 세척하지 않고 재빨리 헹군다. 섬유를 이산화탄소에 노출시키고, 중탄산나트륨과 탄산나트륨의 혼합물을 형성시키고, 섬유 벽 (루멘 (lumen)) 내에 묻으면 제한량이 섬유 표면상에 유지될 것이다. 이러한 방법은 섬유 및 흡수성 물질의 제조에서, 보통 머서화 공정에서 행해지는 NaOH 처리 후 섬유의 세척이 필요없다는 장점을 제공한다.

흡수성 구조물은 활성화제로 처리된 섬유성 물질이 없는 흡수성 구조물과 동일한 방법으로 제조될 수 있다.

III. 흡수성 구조물의 사용 방법

본 발명의 흡수성 구조물은 개인 위생 용품 (예, 기저귀, 배변 연습용 팬츠, 아기용 와이프, 여성 위생 용품, 성인 요실금용 용품) 및 의료용 용품 (예, 상처 드레싱, 수술용 케이프 및 드레이프)과 같은 일회용 흡수성 용품에 사용하기에 적합하다. 본 발명의 흡수성 구조물을 일회용 흡수성 용품에 사용하려는 경우, 일반적으로는 얻어진 초흡수성 조성물이 보통 중성 또는 약간 산성 특성을 갖는 것이 바람직하다. 이러한 특정 용도를 위해, 일반적으로 산성 또는 염기성 수팽창성 수불용성 중합체:염기성 또는 산성 활성화제의 몰비가 약 1:1인 것이 바람직하다.

본 발명의 한 실시양태에서, 액체-투과성 탑시트, 탑시트에 부착된 백시트, 및 탑시트와 백시트 사이에 위치한 본 발명의 흡수성 구조물을 포함하는 일회용 흡수성 제품이 제공된다.

본 발명의 모든 면들에 따른 일회용 흡수성 용품은 사용중에 일반적으로 여 러번의 체액 배설을 경험하게 된다. 따라서, 일회용 흡수성 용품은 바람직하게는 흡수성 용품 및 구조물이 사용 중에 노출되게 되는 양의 체액의 여러번의 배설물을 흡수할 수 있다. 배설은 일반적으로 소정 기간의 시간 간격으로 서로 떨어져 있다.

당업자들은 탑시트 및 백시트로 사용하기에 적합한 물질들을 알 것이다. 탑시트로 사용하기에 적합한 물질의 예는 액체-투과성 물질, 예컨대 약 15 내지 약 25 g/㎡의 기초 중량을 갖는 스펀본드 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌이다. 백시트로 사용하기에 적합한 물질의 예는 액체-불투과성 물질, 예컨대 폴리올레핀 필름 뿐만 아니라, 증기-투과성 물질, 예컨대 미세다공성 폴리올레핀 필름이다.

본 발명의 흡수성 구조물은 목적량의 액체를 흡수하는데 효과적인 초흡수성 조성물을 형성하는데 효과적인 양으로 존재하여야 한다.

본 발명은 하기 실시예들에 의해 더 설명되며, 이들 실시예에 의해 본 발명의 범위를 어떠한 방법으로든지 제한하려는 것은 아니다. 반대로, 당업자들은 본원의 기재 내용을 숙독한 후, 본 발명의 주제에서 벗어나지 않고 다양한 다른 실시양태, 변형물 및 등가물을 가질 수 있다는 것을 명확하게 이해할 것이다.

겔 용량의 시험법

제로 하중시의 유출 흡수도 (Flooded Absorbency Under Zero Load (FAUZL))시험법을 이용하여 겔 용량을 결정하였다. 이 시험법은 미립자 초흡수성 중합체 (SAP)의 식염수 흡수 속도를 측정하기 위해 고안되었다. 이 시험법은 소정 시간 내에 초흡수성 중합체 0.160 g (건조 또는 예비포화 상태에서 출발)에 의해 흡수된 식염수의 양을, 소정의 공칭 압력 0.01 psi (0.069 KPa) 하에 5.07 cm²의 면적 내에 한정된 상태로 측정한다.

이 시험법에서는, 소정 양의 SAP를 플라스틱 실린더의 바닥에 100 메쉬 스테인레스 강철 스크린이 부착된 1 인치 내경의 플라스틱 실린더에 넣는다. 과립이 실린더에 부착할 수 있고, 그러면 조작자가 과립이 스크린 상에 균일하게 분포할 때까지 실린더를 가볍게 두드려야 하기 때문에, 조작자는 SAP가 실린더의 측면과 접촉하는 것을 피해야 한다.

직경이 0.995 인치 (25.27 mm)인 플라스틱 피스톤 디스크 4.4 g을 실린더에 넣었다. 실린더 군의 중량을 측정하였다. 이 중량이 "실린더 군의 건조 중량"이다.

식염수 디스크 용기 (내부 직경이 2.125 인치 (53.98 mm)이고, 내부 깊이가 0.5 인치 (12.70 mm)임)를 혈액 은행 식염수 (0.9％ NaCl 용액) 및 경화 시간 동안 처리된 소정 양의 펄프로 충전하였다.

실린더 군을 식염수 디스크에 넣었다. 경화 시간이 지난 후, 실린더를 식염수로부터 분리하고, 이 실린더를 10층의 하이-드라이 더블 롤 (Hi-Dri Double Roll) 상표의 종이 타월 상에서 블로팅하였다(blotting). 실린더를 건조된 종이 타월이 있는 영역으로 옮겨 (약 5초) 종이 타월에 유체의 흔적이 안보일 때까지 계 속 블로팅하였다.

실린더 군의 중량을 측정하였다. 이 중량이 "실린더 군의 습윤 중량"이다. 실린더 군의 습윤 중량과 실린더 군의 건조 중량 사이의 차이가 흡수성 물질에 의해 흡수된 유체의 총량이며, 이를 이용하여 겔 용량을 계산하였다. 겔 용량은 흡수된 액체의 양 (g)을 겔의 양 (g)으로 나눈 값이다.

실시예 1: 폴리아크릴산 흡수체 및 탄산나트륨 활성화제

폴리아크릴산 (PAA) 겔의 제조

모두 알드리치 케미칼 컴퍼니 (Aldrich Chemical Company)에서 입수가능한 아크릴산 27 g, 과황산칼륨 (K₂S₂O₈) 0.05 g 및 N,N'-메틸렌 비스아크릴아미드 0.108 g을 500 ㎖ 용량 플라스크 중의 증류수 175 g에 첨가하고, 실온에서 혼합하여 완전히 용해된 용액을 형성하였다. 이 플라스크를 60℃의 수조에 3시간 이상 침지시키고, 지속적으로 진탕하였다. 그 결과 생성된 PAA 겔을 잘라 내어 통기 오븐에서 80℃에서 10시간 동안 건조시켰다. 완전히 건조된 중합체를 워링사 (Warring)에서 상업적으로 시판하는 블렌더 (모델 34BL97)에 의해 미립자로 분쇄하고, 300 내지 600 ㎛ 입도 범위의 체로 쳤다.

활성화제로의 펄프 처리

오븐 건조된 CR-54 (미국 알라바마주의 유.에스. 얼라이언스 쿠사 파인스 코포레이션 (U.S. Alliance Coosa Pines Corporation)에서 제조한, 완전 표백된 서던 파인 (Southern pine) 크라프트 펄프 (35％ 고형분 1714 g)) 600 g, 및 물 886 ㎖ 을 혼합하여 펄프를 형성하였다. 물 400 ㎖에 용해된 NaOH 480 g을 상기 펄프에 첨가하고, 이 조합물을 실온에서 20분 동안 혼합하였다. 혼합 후, 진공을 이용하여 과량의 액체를 제거하고, 혼합물을 추가의 물 1000 ㎖로 다시 희석하였다. 이것을 다시 탈수시켰다. 펄프를 파쇄하여 (조각조각으로 찢음) 큰 플라스틱 통에 넣었다. 타이곤 (Tygon) 관을 이용하여 이산화탄소를 통에 도입하면서, 펄프를 바닥에서부터 혼합하여 펄프가 이산화탄소에 최대로 노출되도록 하였다. 2시간 동안 혼합한 후, 통을 밀봉하여 추가의 60시간 동안 평형화시켰다. pH는 7과 8 사이였다. 이 펄프를 수동으로 혼합하고, 105℃ 오븐에서 하룻밤 건조시켜 1110 g (185％)의 생성물을 얻었다.

나트륨 함량 분석

처리된 CR54 중탄산염 펄프 중의 나트륨 양은 약 16.46 중량％로 측정되었다. 3배수의 물질을 태워 재로 만들고 황산으로 처리한 후 850℃로 가열하여, 나트륨 원소를 황산나트륨으로 전환시키고 이질적인 탄소성 물질을 모두 제거하였다. 존재하는 나트륨의 양은 형성된 황산나트륨의 중량으로부터 계산하여 측정하였다. 존재하는 나트륨의 양은 16.5％였으며, 이는 탄산염/중탄산염 형태의 나트륨 36％로 해석된다. Na₂CO₃는 43.4％의 나트륨을 함유하고 NaHCO₃는 27.4％의 나트륨을 함유하기 때문에, 나트륨의 일부는 Na₂CO₃로서 존재하고 일부는 NaHCO₃로서 존재한다.

겔 용량

상기와 같이 제조되고 처리된 섬유와 혼합된 PAA의 겔 용량은 제로 하중시의 유출 흡수도(FAUZL) 시험법에 의해 측정하였다. 폴리아크릴산 (PAA) 0.300±0.002 g을 사용하였다. 다양한 양의 NaHCO₃ 처리 펄프를 침지시키고 식염수 20 g과 함께 교반하였으며, 용액의 pH값을 0.5 간격의 pH 지시약 종이에 의해 측정하였다. PAA를 함유하는 실린더를 펄프 용액에 넣었다. 60분 후, 형성된 SAP의 겔 용량을 측정하였다. SAP를 용액에서 꺼낸 후에 용액의 pH값을 다시 측정하였다. 그 결과를 표 1에 기재하였다.

겔 용량
PAA (g)	0.30	0.30	0.30	0.30	0.30
처리된 펄프 (g)	0	0.30	0.60	1.50	3.0
pH 펄프 용액	5.5	11	12	12	12
겔 (g)	2.54	11.28	14.23	12.34	10.06
겔 용량 (g/g)	7.5	36.6	45.3	42.1	32.5
pH 겔 용액	4.5	11	11	11	11

펄프는 PAA를 중성화하기에 매우 효과적인 것으로 밝혀졌다. 최종 겔 용량은 약 32 g/g 내지 약 45 g/g의 범위로 매우 만족스러웠다.

실시예 2: 상이한 첨가량의 NaOH로의 섬유성 물질 처리

오븐 건조되고 완전 표백된 서던 침염수 (CR-54) 1800 g을 펄프화시키고 혼합하여 니트 (nit)를 분산시킨 후, 44％의 견실도로 탈수시켰다. 3가지 첨가량의 중탄산나트륨/탄산나트륨 포함 섬유를 제조하기 위해, 50 중량/중량％ NaOH 용액 960 g, 1920 g 및 2880 g을 각각 개별 혼합기 중의 펄프에 첨가하였다. 각 혼합기에서 물의 총량이 900 g (또는 펄프 견실도가 약 16.7％)이 되도록 물을 첨가하였다. 이 조합물을 실온 (23℃)에서 20분 동안 혼합하였다. 혼합 후, 펄프를 원심 분리기에 옮기고, 간단히 세척하였다. 그 후, 슬러리를 약 34％의 견실도로 탈수시키고, 플러퍼 (fluffer)에서 파쇄하였다. 이 펄프를 혼합기에 넣고, 이산화탄소의 존재하에 대기압에서 24시간 동안 텀블링하였다(tumbling). 펄프 용액의 pH는 각 샘플에 대해 8.2 내지 8.5인 것으로 밝혀졌다. 그 후, 섬유를 섬유화시켰다. 섬유 중의 중탄산나트륨 양을 측정하기 위해, 샘플을 15분 동안 회전 진탕시키면서 증류수 중에서 3회 추출하였다. 이 섬유를 구치 (gooch) 도가니 중에서 유리 섬유 필터를 통해 여과하였다. 추출물의 분액을 염산으로 적정하였다.

상기와 같이 제조되고 본 실시예의 처리된 섬유와 혼합된 폴리아크릴산 (PAA)의 겔 용량은 상기 제로 하중시의 유출 흡수도 (FAUZL) 시험법에 의해 측정하였다. PAA 0.160±0.002 g을 사용하였다. NaHCO₃로 캡슐화되고 다양한 중량％의 중탄산나트륨으로 처리된 펄프 1 g을 식염수 (0.9％ NaCl) 20 g과 함께 교반하였다. 식염수 중에서 펄프를 약 4분 동안 교반한 후, 시험 실린더를 펄프 용액에 넣었다. 이 샘플을 NaHCO₃에 대해 시험하고, 그 시험 결과를 표 2에 기재하였다. BC/(BC+펄프)는 상기 추출/적정법에 의해 측정된, 처리된 섬유 중의 중탄산염 함량을 나타낸다.

겔 용량
건조 PAA 중량 (g)	0.160	0.160	0.160	0.160
미처리 섬유 (g)	1.0	0	0	0
처리 섬유 (g)	0	1.0	1.0	1.0
BC/(BC+펄프)％	0	14.5	26.5	50.2
3시간째의 겔 용량 (g/g)	5.0	36.5	43.3	42.2
24시간째의 겔 용량 (g/g)	5.0	42.5	43.2	43.2

실시예 3: 상이한 첨가량의 NaHCO ₃ 로의 섬유성 물질 처리

오븐 건조되고 완전 표백된 서던 침염수 (CR54) 1000 g을 펄프화시키고, 혼합하여 니트 (nit)를 분산시킨 후, 30％의 견실도로 탈수시켰다. 3가지 첨가량의 중탄산나트륨/탄산나트륨 포함 섬유를 제조하기 위해, NaHCO₃ 170 g, 340 g 및 1000 g을 각각 개별 혼합기 중의 펄프에 첨가하였다. 섬유 중의 중탄산나트륨 양을 측정하기 위해, 샘플을 15분 동안 회전 진탕시키면서 증류수 중에서 3회 추출하였다. 이 섬유를 구치 도가니 중에서 유리 섬유 필터를 통해 여과하였다. 추출물의 분액을 염산으로 적정하였다. 시험 결과를 NaHCO₃로서 계산하였다.

상기와 같이 제조되고 본 실시예의 처리된 섬유와 혼합된 폴리아크릴산 (PAA)의 겔 용량은 상기 제로 하중시의 유출 흡수도 (FAUZL) 시험법에 의해 측정하였다. PAA 0.160±0.002 g을 사용하였다. 처리된 섬유 1 g을 식염수 (0.9％ NaCl) 20 g과 함께 교반하였다. 식염수 중에서 펄프를 약 4분 동안 교반한 후, 시험 실린더를 펄프 용액에 넣었다. 시험 결과를 표 3에 기재하였다.

겔 용량
건조 PAA 중량 (g)	0.160	0.160	0.160	0.160
미처리 섬유 (g)	1.0	0	0	0
처리 섬유 (g)	0	1.0	1.0	1.0
BC/(BC+펄프)％	0	14.4	22.0	42.8
3시간째의 겔 용량 (g/g)	5.0	25.5	33.8	25.1
24시간째의 겔 용량 (g/g)	5.0	34.4	45.0	36.0

상기 설명은 본 발명을 예시하기 위한 것이지, 본 발명을 제한하려는 것이 아니다. 상기 설명을 읽으면 당업자에게는 많은 실시양태가 명백해질 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 상기 설명에 의해 결정되어서는 안되고, 첨부되는 청구항 및 그 청구항에 주어지는 온전한 범위의 균등물을 기준으로 결정되어야 한다. 특허, 특허 출원 및 공개 문헌을 비롯하여 본원에서 언급한 모든 문헌 및 참고문헌은 본 명세서에 참고문헌으로 포함되는 것으로 간주한다.

Claims

산성 수팽창성 수불용성 중합체 또는 염기성 수팽창성 수불용성 중합체, 및

산성 활성화제 또는 염기성 활성화제가 함유된 섬유성 물질을 포함하는 흡수성 구조물로서,

상기 활성화제는 탄산나트륨, 중탄산나트륨, 지방족 아민, 방향족 아민, 이민, 아미드, 금속 산화물, 수산화물, 암모니아, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 알긴산, 시트르산, 글루탐산, 아스파르트산, 무기산, 이소사카린산, 타르타르산, 옥살산, 말론산, 글루쿠론산, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되고,

상기 섬유성 물질은 활성제에 의해 자극시 활성화제를 방출하고, 이 활성화제에 의해 상기 중합체가 초흡수성 중합체로 되며,

상기 중합체가 산성인 경우 활성화제가 염기성이고, 중합체가 염기성인 경우 활성화제가 산성인 흡수성 구조물.
제1항에 있어서, 초흡수성 중합체가 저속 초흡수성 중합체인 흡수성 구조물.
제1항 또는 제2항에 있어서, 수팽창성 수불용성 중합체가 폴리아크릴산, 폴리아크릴아미드, 폴리비닐 알콜, 에틸렌 말레산 무수물 공중합체, 폴리비닐에테르, 폴리비닐피롤리돈, 폴리비닐모르폴린, 카르복시메틸 셀룰로오스, 카르복시메틸 전분, 히드록시프로필 셀룰로오스, 알긴, 알긴산염, 카라게난, 아크릴산 그래프팅된(grafted) 전분, 아크릴산 그래프팅된 셀룰로오스, 폴리아스파르트산, 폴리글루탐산, 폴리아민, 폴리에틸렌이민, 폴리아크릴아미드, 폴리디알릴 디메틸 수산화암모늄, 폴리사급암모늄, 키틴, 키토산, 폴리아스파라긴, 폴리글루타민, 폴리리신, 폴리아르기닌, 및 이들의 혼합물 및 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 흡수성 구조물.
제1항 또는 제2항에 있어서, 활성화제 및 중합체가 1:5 내지 5:1의 산:염기 몰비로 흡수성 구조물에 존재하는 흡수성 구조물.
제1항 또는 제2항에 있어서, 활성화제 및 중합체가 1:1의 산:염기 몰비로 흡수성 구조물에 존재하는 흡수성 구조물.
제1항 또는 제2항에 있어서, 겔 용량이 30 내지 60 g/g의 범위인 흡수성 구조물.
제1항 또는 제2항에 있어서, 겔 용량이 10 g/g 이상인 흡수성 구조물.
제1항 또는 제2항에 있어서, 겔 용량이 25 g/g 이상인 흡수성 구조물.
제1항 또는 제2항에 있어서, 겔 용량이 35 g/g 이상인 흡수성 구조물.
제1항 또는 제2항에 있어서, 활성제가 초흡수성 중합체에 의해 흡수되는 액체인 흡수성 구조물.
제1항 또는 제2항에 있어서, 섬유성 물질이 셀룰로오스를 포함하는 흡수성 구조물.
제1항 또는 제2항에 있어서, 섬유성 물질이 제어된 방식으로 활성화제를 방출하는 흡수성 구조물.
제12항에 있어서, 섬유성 물질로부터 방출되는 활성화제의 방출 속도가 활성화제의 농도, 활성화제의 성질, 활성화제와 섬유성 물질 간의 상호작용의 유형, 및 활성화제와 섬유성 물질 간의 상호작용의 강도로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 요인에 의해 제어되는 흡수성 구조물.
제1항 또는 제2항에 있어서, 섬유성 물질이 섬유성 망, 세분된 목재펄프 플러프의 배트, 조직층, 수엉킴 펄프 시트, 직물 시트, 부직물 시트, 토우 및 기계적 연화된 펄프 시트로 이루어진 군으로부터 선택된 형태를 갖는 흡수성 구조물.
제1항 또는 제2항에 있어서, 활성화제가 섬유성 물질내에 5 내지 80 중량％로 포함된 흡수성 구조물.
제15항에 있어서, 활성화제가 섬유성 물질내에 10 내지 50 중량％로 포함된 흡수성 구조물.
제15항에 있어서, 활성화제가 섬유성 물질내에 20 내지 40 중량％로 포함된 흡수성 구조물.
제1항 또는 제2항에 있어서, 활성화제가 이온결합, 수불안정성 공유결합, 캡슐화 및 물리적 갇힘으로 이루어진 군으로부터 선택된 상호작용에 의해 섬유성 물질상에 유지되는 흡수성 구조물.
제1항 또는 제2항에 있어서, 수팽창성 수불용성 중합체가 산성이고, 활성화제가 염기성인 흡수성 구조물.
제19항에 있어서, 산성 수팽창성 수불용성 중합체의 pK_a가 2 내지 12인 흡수성 구조물.
제1항 또는 제2항에 있어서, 수팽창성 수불용성 중합체가 염기성이고, 활성화제가 산성인 흡수성 구조물.
제21항에 있어서, 염기성 수팽창성 수불용성 중합체의 pK_b가 2 내지 12인 흡수성 구조물.
제19항에 있어서, 수팽창성 수불용성 중합체가 폴리아크릴산을 포함하고, 활성화제가 중탄산나트륨, 탄산나트륨 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 흡수성 구조물.
제1항 또는 제2항에 있어서, 활성화제가 염기성이고, 섬유성 물질의 pH가 7.5 내지 14의 범위인 흡수성 구조물.
제1항 또는 제2항에 있어서, 활성화제가 염기성이고, 섬유성 물질의 pH가 7.5 내지 9.0의 범위인 흡수성 구조물.
제1항 또는 제2항에 있어서, 활성화제가 산성이고, 섬유성 물질의 pH가 0 내지 6.5의 범위인 흡수성 구조물.
제1항 또는 제2항에 있어서, 활성화제가 산성이고, 섬유성 물질의 pH가 4 내지 6.5의 범위인 흡수성 구조물.
제1항 또는 제2항의 흡수성 구조물을 포함하는 일회용 흡수성 용품.
제28항에 있어서, 액체-투과성 탑시트, 탑시트에 부착된 백시트, 및 탑시트와 백시트 사이에 위치한 섬유성 물질을 포함하는 일회용 흡수성 용품.
활성화 액체와 접촉시 섬유성 물질로부터 방출되는 산성 활성화제 또는 염기성 활성화제를 포함하는 섬유성 물질을 제공하고,

활성화제와 접촉시 초흡수체를 형성하는 산성 수팽창성 수불용성 중합체 또는 염기성 수팽창성 수불용성 중합체를 제공하고,

활성화 액체를 섬유성 물질과 접촉시켜 활성화제를 방출시키고, 이 활성화제에 의해 수팽창성 수불용성 중합체가 초흡수체를 형성하는 것을 포함하며,

상기 활성화제는 탄산나트륨, 중탄산나트륨, 지방족 아민, 방향족 아민, 이민, 아미드, 금속 산화물, 수산화물, 암모니아, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 알긴산, 시트르산, 글루탐산, 아스파르트산, 무기산, 이소사카린산, 타르타르산, 옥살산, 말론산, 글루쿠론산, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되고,

상기 중합체가 산성인 경우 활성화제가 염기성이고, 중합체가 염기성인 경우 활성화제가 산성인,

활성화 액체와 접촉시 계내에서 초흡수성 중합체를 형성하는 방법.
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