KR100552032B1 - 흡수성 발포체 - Google Patents

Abstract

바람직한 유연성 및 가교성을 나타내면서 고 흡수성인 흡수성 발포체가 개시되어 있다. 하나의 구현양태에서, 흡수성 발포체는 수팽윤성, 수불용성 중합체를 포함하며, 흡수성 발포체는 흡수성 발포체 g 당 액체 약 10 g 이상의 자유 팽윤 값 및 흡수성 발포체의 m² 당 g 당 약 30 g의 힘의 유연성 값을 나타낸다. 두번째 구현양태에서, 흡수성 발포체는 약 10 마이크론 내지 약 100 마이크론의 평균 셀 크기 및 약 0.1 마이크론 내지 약 30 마이크론의 평균 벽 두께를 가진 셀을 갖는다. 이러한 흡수성 발포체는 체액과 같은 유체의 흡수를 위한 1회용 흡수제품에서 사용될 수 있다. 또한, 흡수성 발포체의 제조 방법이 개시되어 있다. 방법은 일반적으로 용매중에 중합체의 용액을 형성하고, 용액을 비교적 느린 냉각 속도로 용매의 빙점 미만의 온도로 동결시키고, 동결된 용액으로부터 용매를 제거하고, 중합체를 회수하여 수팽윤성, 수불용성 중합체 발포체를 형성하는 것을 포함한다.

흡수성, 발포체, 자유 팽윤값, 유연성, 수팽윤성, 수불용성, 폴리아크릴아미드, 폴리아크릴산, 흡수능, 셀

Description

흡수성 발포체 {Absorbent Foam}

본 발명은 바람직한 유연성 및 가요성을 나타내면서 고 흡수성인 흡수성 발포체에 관한 것이다. 이러한 흡수성 발포체는 체액과 같은 유체의 흡수를 위한 1회용 흡수제품에서 사용될 수 있다. 본 발명은 또한 흡수성 발포체의 제조 방법에 관한 것이다. 방법은 일반적으로 용매중의 가용성 중합체 용액을 형성하고, 용액을 비교적 느린 냉각 속도로 용매의 빙점 미만의 온도로 동결시키고, 동결된 용액으로부터 용매를 제거하고, 중합체를 회수하여 수팽윤성, 수불용성의 중합 발포체를 형성하는 것을 포함한다.

1회용 흡수제품은 통상 많은 적용분야에서 널리 사용되고 있다. 예를들면, 영유아의 보육 분야에서, 기저귀 및 배변훈련 팬츠가 일반적으로 재사용가능한 천 흡수제품을 대신하여왔다. 기타 전형적인 1회용 흡수제품은 생리대 또는 탐폰과 같은 여성 위생용품, 성인 요실금 제품, 및 수술용 천 또는 외상 처치붕대와 같은 보건 위생용품을 포함한다. 전형적인 1회용 흡수제품은 일반적으로, 상면시트, 배면시트, 및 상면시트와 배면시트 사이의 흡수성 구조를 포함하는 복합 구조를 포함한다. 이러한 제품은 통상 착용자에게 제품이 꼭맞도록 하기 위한 일부 유형의 고정 체계를 포함하고 있다.

1회용 개인 보호 흡수제품에서, 통상 초흡수제로서 공지된, 수팽윤성, 일반적으로 수불용성의 흡습재를 사용하는 것이 공지되어 있다. 이러한 흡습재는 흡수제품의 전체 부피를 감소시키면서 제품의 흡수 능력을 증가시키기 위하여 일반적으로 흡수제품에서 사용된다. 이러한 흡습재는 일반적으로 섬유 기질, 예컨대 목재 펄프 잔털의 기질중에 소 입자의 형태로 흡수제품에 존재한다. 목재 펄프 잔털의 기질은 일반적으로 잔털 g 당 액체 약 6 g의 흡수 능력을 갖는다. 초흡습재는 일반적으로 수중에서 그들의 중량의 약 10 배 이상, 바람직하게는 약 20 배, 종종 100 배까지의 흡수 능력을 갖고 있다. 명백하게, 1회용 흡수제품에 이러한 흡습재를 혼입하면 제품의 흡수 능력을 증가시키면서 전체 부피를 감소시킬 수 있다.

초흡습재를 함유하는 섬유 기질을 사용하는 것의 대안으로서, 흡수성 발포체 복합재료가 또한 공지되어 있다. 흡수성 발포체 복합재료의 한가지 형태는, 폴리우레탄과 같은 발포체 재료를 제조하여 폴리우레탄 발포체의 구조내에 입상 초흡습재를 포함시키는 것이다. 대안적으로는, 폴리우레탄 발포체 재료의 2개 이상의 층 사이에 입상 초흡습재를 위치시켜 적층된 복합재료 구조를 형성하는 것이다. 이러한 발포체 구조는 특정한 용도에서는 유용한 흡습재일 수 있으나, 그들의 흡수 성질이 제한되는 경향이 있기 때문에, 1회용 흡수제품에서 사용하기에 최적의 것으로 보이지 않는다. 특히, 이러한 구조내에 폴리우레탄과 같은 발포체 재료는 일반적으로 액체를 보유하는 충분한 흡수 능력을 갖고 있지 않다. 따라서, 발포체 구조내의 입상 초흡습재가 액체를 보유할 수 있긴 하지만, 액체를 흡수 및 보유하기 위한 발포체 구조의 전체 용량은 한계가 있다. 더욱이, 발포체 구조의 전체 흡수 성 질은, 비교적 낮은 표면적으로 인해, 구조의 발포체 부분에 대한 입상 초흡습재 부분의 질량비로 제한되는 경향이 있다.

흡수성 발포체는 또한 필수적으로 모든 초흡습재를 포함하여 제조되는 것으로 공지되어 있다. 전형적으로, 발포된 수팽윤성의 중합체 액체 흡습재를 형성하기 위해서는 발포제가 사용된다. 그러나, 특정한 발포제를 사용하여 제조된 특정한 흡수성 발포체는 액체 흡수 또는 액체 분포에 대해 제한된 용도를 갖는것으로 밝혀졌다. 이는 전형적으로 불연속적인 홈, 너무 큰 평균 셀 크기, 허용될 수 없을 정도로 넓은 셀 크기 분포, 및(또는) 넓은 범위에서 랜덤하게 변하는 모세관 직경을 포함할 수 있는 발포체 구조의 물리적 특징에 기인하며, 이는 결국 바람직하지 못한 흡수율 및 흡수 능력과 바람직하지 못한 액체 분포 특성을 나타내게 된다. 또한, 필수적으로 모든 초흡습재를 포함하여 제조된 공지의 흡수성 발포체는, 전형적으로 유연성이 부족하거나 너무 부서지기 쉬운 등의 바람직하지 못한 비-흡수성 물리적 특성을 갖는 것으로 밝혀졌다. 또한, 많은 공지된 발포체들은 소수성 특성을 갖고, 친수성을 얻기 위해서는 습윤제로의 처리 또는 기타 적절한 처리 단계로 처리하는 것이 필요하다. 1회용 흡수제품은 일반적으로 소비자가 거칠게 사용하는 것을 견디도록 충분히 가요성인 것이 필요하고 또한 사용시 만족스럽게 쾌적하도록 충분히 유연한 것이 필요하므로, 흡수성 발포체의 이러한 바람직하지 못한 비-흡수성 물리적 특징은 1회용 흡수제품에서 흡수성 발포체의 유용성을 제한하는 경향이 있다.

따라서, 흡수성 발포체의 개선이 계속 요구되고 있다. 특히, 비교적 높은 액체 흡수 능력을 나타내면서 바람직한 유연성 및 가요성을 나타내는 흡수성 발포체가 요구되고 있다. 또한, 이러한 흡수성 발포체를 간단하고, 안전하고, 비용-효율적으로 제조하기 위한 방법이 요구되고 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 유연성 및 가요성과 같은 바람직한 물리적 특징을 나타내면서 비교적 높은 액체 흡수 능력을 나타내는 흡수성 발포체를 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 목적은 흡수성 발포체를 간단하고, 안전하고, 비용-효율적으로 제조하기 위한 방법을 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 목적은 유연성 및 가요성과 같은 바람직한 물리적 특징을 나타면서 비교적 높은 액체 흡수 능력을 나타내는 흡수성 발포체를 포함하는 1회용 흡수제품을 제공하는데 있다.

발명의 요약

본 발명은 비교적 높은 액체 흡수 능력을 나타내면서 유연성 및 가요성과 같은 바람직한 물리적 특징을 나타내는 흡수성 발포체에 관한 것이다.

본 발명의 한가지 측면은, 흡수성 발포체가 흡수성 발포체 g 당 액체 약 10 g 이상의 자유 팽윤 값 (Free Swell value)을 나타내고, 흡수성 발포체 m² 당 g 당 약 30 g 미만의 힘의 유연성 값 (Softness value)을 나타내는, 수팽윤성, 수불용성 중합체를 포함하는 흡수성 발포체에 관한 것이다.

다른 측면에서, 본 발명은, 흡수성 발포체내의 셀이 약 10 마이크론 내지 약 100 마이크론의 평균 셀 크기를 갖고, 약 0.1 마이크론 내지 약 30 마이크론의 평균 벽 두께를 갖는, 수팽윤성, 수불용성 중합체를 포함하는 흡수성 발포체에 관한 것이다.

본 발명은 또한 흡수성 발포체의 제조 방법에 관한 것이다.

이러한 방법의 한가지 구현양태는, 용매중의 가용성 중합체의 용액을 형성하고, 용액을 비교적 느린 냉각 속도로 용매의 빙점 미만의 온도로 동결시키고, 동결된 용액으로부터 용매를 제거하고, 임의로 중합체를 처리하여 수팽윤성, 수불용성의 중합체를 형성하는 것을 포함한다.

이러한 방법의 다른 구현양태는, 용매중의 가교된 중합체의 용액 겔을 형성하고, 용액 겔을 비교적 느린 냉각 속도로 용매의 빙점 미만의 온도로 동결시키고, 동결된 용액 겔로부터 용매를 제거하고, 수팽윤성, 수불용성의 흡수성 중합체 발포체를 얻는 것을 포함한다.

다른 측면에서, 본 발명은 본 명세서에 개시된 흡수성 발포체를 포함하는 1회용 흡수제품에 관한 것이다.

이러한 1회용 흡수제품의 한가지 구현양태는 액체 투과성 상면시트, 액체 투과성 상면시트에 부착된 배면시트, 및 액체 투과성 상면시트와 배면시트 사이에 위치한 본 발명의 흡수성 발포체를 포함한다.

도 1은 흡수성 발포체 또는 재료의 자유 팽윤값 및 하중하 흡수능 값을 결정하는데 사용되는 장치를 나타낸 것이다.

본 발명은 바람직한 유연성 및 가요성을 나타내면서 비교적 높은 액체 흡수 능력을 나타내는 흡수성 발포체에 관한 것이다. 흡수성 발포체는 수팽윤성, 수불용성 중합체를 포함한다. 본 발명에서 사용된 바와 같이, 액체-흡수 능력을 가진 흡수성 발포체를 제공하기 위해서는 수팽윤성, 수불용성의 중합체가 상당한 정도로 필요하다. 그로써, 원하는 정도의 액체-흡수 능력을 흡수성 발포체에 제공하기 위해서는 수팽윤성, 수불용성의 중합체는 효율적이어야 한다.

본 명세서에서 사용된 용어 "발포체"는, 일반적으로 중공 셀의 응집체로서 셀의 경계 또는 벽이 고체 중합체 재료를 포함하는, 다공질 중합체 기질을 나타내는 것이다. 셀은 서로 연결되어 발포체 구조내에 홈 또는 모세관을 형성할 수 있으며, 이러한 홈 또는 모세관은 발포체내에서 액체 분포를 촉진한다.

본 명세서에서 사용된 용어 "수팽윤성, 수불용성"이란 과량의 물에 노출시에 그의 평형 부피로 팽윤되지만 물에 용해되지 않는 재료에 대해 일컬어지는 의미이다. 그로써, 수팽윤성, 수불용성 재료는 일반적으로 물의 흡수시에 매우 팽창된 상태에서도 본래의 특성 또는 물리적 구조를 보유하고, 따라서 인접한 재료와의 유동 및 융합을 견디도록 물리적으로 충분히 완벽한 상태이어야 한다.

본 명세서에서 사용된 바와 같이, 재료는 실질적으로 과량의 물에 용해되어 용액을 형성하고, 이에 의해 그의 초기의 형태를 잃고 필수적으로 수용액을 통해 분자적으로 분산되어질 때 "수용성"인 것으로 간주된다. 일반적 법칙으로서, 가교가 재료를 수 불용성으로 만드는 경향이 있으므로, 수용성 재료는 실질적인 가교도 를 갖지 않는다.

본 발명에서 사용하기에 적절한 중합체는, 일반적으로 가용성 중합체가 물과 같은 액체 용매와의 혼합에 의해 용액으로 형성될 수 있도록 초기에 용매에 가용성이고, 이어서 중합체를 처리하여 중합체가 수팽윤성 및 수불용성이 되도록 하여, 그 결과 이러한 수팽윤성, 수불용성 중합체를 포함하는 흡수성 발포체가 바람직한 흡수능 및 물리적 특징을 나타내게 되는 임의의 중합체이다.

본 발명에서 사용하기에 적절한 중합체는 다양한 종류의 음이온성, 양이온성 및 비이온성 재료를 포함한다. 적절한 중합체는 폴리아크릴아미드, 폴리비닐 알콜, 에틸렌 말레산 무수물 공중합체, 폴리비닐에테르, 폴리아크릴산, 폴리비닐피롤리돈, 폴리비닐모르폴린, 폴리아민, 폴리에틸렌이민, 폴리아크릴아미드, 폴리4급 암모늄, 카르복시메틸 셀룰로스, 카르복시메틸 전분, 히드록시프로필 셀룰로스, 알긴, 알기네이트, 카라기난, 아크릴 그라프트 전분, 아크릴 그라프트 셀룰로스, 키틴 및 키토산과 같은 천연계 다당류 중합체, 및 폴리아스파르트산, 폴리글루탐산, 폴리아스파라긴, 폴리글루타민, 폴리리신, 및 폴리아르기닌과 같은 합성 폴리펩티드, 뿐만 아니라 이러한 중합체의 염, 공중합체 및 혼합물을 포함한다.

본 발명의 한가지 구현양태에서, 사용되는 중합체는 유리질 중합체인 것이 바람직하다. 본 명세서에서 사용된 용어 "유리질" 중합체란 약 30 % 이하의 상대 습도에서 약 23 ℃ (약 실온) 이상의 유리 전이 온도 (Tg)를 갖는 중합체를 일컫는 것이다. 유리질 중합체의 예는, 폴리아크릴산 나트륨, 폴리아크릴산, 카르복시메틸 셀룰로스 나트륨, 및 키토산 염 중합체를 포함하지만 이에 한정되지 않는다. 비-유리질 중합체의 예는 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리비닐 아세테이트 및 폴리비닐 에테르 중합체를 포함하지만 이에 한정되지 않는다.

흡수성 발포체에 원하는 정도의 액체-흡수 능력을 제공하는데 있어서, 그의 효과와 관련된 수팽윤성, 수불용성 중합체의 한가지 특성은 중합체의 분자량이다. 일반적으로, 고분자량을 가진 수팽윤성, 수불용성 중합체는, 저 분자량을 가진 수팽윤성, 수불용성의 중합체에 비해 높은 액체-흡수 능력을 나타낸다.

본 발명의 흡수성 발포체에서 유용한 수팽윤성, 수불용성 중합체는 일반적으로 넓은 범위의 분자량을 가질 수 있다. 비교적 고분자량의 수팽윤성, 수불용성 중합체는 본 발명에서 사용하기에 종종 유리하다. 그럼에도 불구하고, 넓은 범위의 분자량이 일반적으로 본 발명에서 사용하기에 적절하다. 본 발명에서 사용하기에 적합한 수팽윤성, 수불용성 중합체는 유리하게는 약 10,000 이상의 중량 평균 분자량, 더욱 유리하게는 약 100,000 이상, 더욱 더 유리하게는 약 200,000 이상, 적절하게는 약 500,000 이상, 더욱 적절하게는 약 1,000,000 이상 및 약 20,000,000 이하의 중량 평균 분자량을 갖는다. 중합체의 분자량을 결정하기 위한 방법은 당 기술분야에 공지되어 있다.

일반적으로, 중합체는 바람직한 특성을 나타내는 흡수성 발포체를 얻기 위해 효과적인 양으로 흡수성 발포체에 존재하는 것이 바람직하다. 중합체는, 중합체, 가교제, 흡수성 발포체에 존재하는 임의의 기타 성분의 총 중량을 기준으로 하여, 약 50 중량% 내지 100 중량%, 유리하게는 약 60 중량% 내지 약 100 중량%, 더욱 유리하게는 약 70 중량% 내지 약 100 중량%, 적절하게는 약 80 중량% 내지 약 100 중량%, 더욱 적절하게는 약 90 중량% 내지 약 100 중량%, 더욱 더 적절하게는 약 95 중량% 내지 약 100 중량%의 양으로 흡수성 발포체에 존재한다. 본 발명의 한가지 구현양태에서, 흡수성 발포체는 본질적으로 중합체 및 임의로 중합체를 가교시키기 위해 사용되는 가교제로 구성되는 것이 바람직하다. 당업자에게 이해될 수 있듯이, 이러한 흡수성 발포체는 또한 제조 방법에서 보유되는 미량의 용매 및(또는) 공기에서 흡수된 미량의 수증기를 포함할 수도 있다. 일반적으로, 흡수성 발포체내에 수팽윤성, 수불용성 중합체가 아닌 임의의 재료가 존재하면 흡수성 발포체의 전체 액체 흡수능 용량이 감소되는 경향이 있다.

흡수성 발포체에서 유용한 수팽윤성, 수불용성 중합체는 일반적으로 가교되어진다. 가교량은 일반적으로 중합체를 수불용성으로 만들기에 충분한 최소량 이상이면서 중합체가 충분히 수 팽윤성으로 될 수 있는 최대량 미만이어야 하며, 그 결과 수팽윤성, 수불용성의 중합체가 원하는 양의 액체를 흡수한다.

중합체의 가교는 일반적으로 중합체가 용액상태일 때 일어나거나 또는 흡수성 발포체를 제조하기 위해 사용되는 용액으로부터 용매를 제거한 후에 일어날 수 있다. 이러한 중합체의 가교는 일반적으로 2가지 상이한 유형의 가교제에 의해 달성될 수 있다. 이러한 가교제는 일반적으로 사용되는 용매, 예를들어 물에 가용성이다.

가교제의 한가지 유형은 잠재적 가교제이다. 적절한 잠재적 가교제는 일반적으로 내부 잠재적 가교제 또는 외부 잠재적 가교제이다. 내부 잠재적 가교제는 일반적으로 중합체를 제조하기 위해 사용되는 단량체 또는 단량체들에 공중합될 수 있으며, 따라서 일반적으로 적어도 하나의 비닐 기 및 기본 중합체상의 사이드 기, 예컨대 폴리아크릴산 나트륨 중합체상의 카르복실기 (-COO^-) 또는 폴리아크릴산 중합체상의 카르복실산기 (-COOH)와 반응될 수 있는 하나의 작용기 또는 작용성을 포함한다. 적절한 공중합가능한 가교제의 예는 에틸렌성 불포화 단량체, 예컨대 에틸렌 글리콜 비닐 에테르 및 아미노 프로필 비닐 에테르를 포함한다.

외부 잠재적 가교제는 일반적으로, 중합체를 제조하기 위해 사용되는 특정한 단량체 또는 단량체들로부터 중합체가 형성된 후에 및(또는) 중합체가 용매와 혼합되어 용액을 형성한 후에, 중합체 자체를 가교시킨다. 잠재적 가교제는 일반적으로 전체 중합 방법에는 참여하지 않지만, 그 대신 추후의 시점에서 적절한 가교 조건이 제공되는 시기에서 중합체에 반응된다. 적절한 가교 조건은 열 처리, 예컨대 약 60 ℃ 이상의 온도 중의 처리, 자외선에 노출, 마이크로파에 노출, 증기 또는 고습 처리, 고압 처리, 또는 유기 용매로의 처리를 사용하는 것을 포함한다.

적절한 외부 잠재적 가교제는 중합체의 카르복실, 카르복실산, 아미노 또는 히드록실기와 반응될 수 있는 2 개 이상의 작용기 또는 작용성을 가진 임의의 유기 화합물이다. 이러한 유기 가교제가 디아민, 폴리아민, 디올, 및 폴리올 및 이들의 혼합물로 구성된 군, 특히 1차 디올, 1차 폴리올, 1차 디아민 및 1차 폴리아민 및 이들의 혼합물로 구성된 군에서 선택되는 것이 바람직하다. 디올 및 폴리올중에서, 4 개 이상의 더욱 긴 탄소 사슬 길이를 가진 것이 일반적으로 유리하다. 구체적으로, 가교제는 키토산 글루타메이트, A형 젤라틴, 디에틸렌트리아민, 에틸렌 글리콜, 부틸렌 글리콜, 폴리비닐 알콜, 히알루론산, 폴리에틸렌 이민 및 이들의 유도체 및 이들의 혼합물로 구성된 군에서 선택될 수 있다. 기타 적절한 유기 가교제는 모노클로로아세트산, 클로로아세트산 나트륨, 시트르산, 부탄 테트라카르복실산, 및 아스파르트산과 같은 아미노산, 및 이들의 혼합물을 포함한다. 기타 적절한 잠재적 가교제는 2 이상의 양전하를 가진 금속 이온, 예컨대 Al³⁺, Fe³⁺, Ce³⁺, Ce⁴⁺, Ti⁴⁺, Zr⁴⁺ 및 Cr³⁺을 포함한다. 적절한 금속 이온 가교제는 일반적으로 빈 d-오비탈을 가진 전이 원소의 가교제를 포함한다. 적절한 금속 이온 가교제는 AlCl₃, FeCl₃, Ce₂(SO₄)₃, Zr(NH₄)₄(CO₃)₄ 및 Ce(NH₄)₄(SO₄)₄·2H₂O, 기타 공지된 금속 이온 화합물 및 이들의 혼합물을 포함한다. 이러한 금속 이온 가교제는 특정한 중합체와 함께 사용될 때 중합체상의 카르복실, 카르복실산, 아미노 또는 히드록실기와 이온 결합을 형성하는 것으로 생각된다. 단지 2가 양전하를 가진 금속 이온, 예컨대 Zn²⁺, Ca²⁺, 또는 Mg²⁺가 특정한 중합체에 대한 가교제로서 또한 적절하다.

중합체가 양이온성 중합체일때, 적절한 가교제는 폴리아크릴산 나트륨, 카르복시메틸 셀룰로스 또는 폴리포스페이트와 같은 다음이온 재료이다.

특정한 중합체가 겪을 수 있는 두번째 유형의 가교 메카니즘은, 중합체의 고형화 과정 동안에 중합체 사슬의 거대 분자 재배열과 연관되며, 그 결과 중합체는 일반적으로 수불용성인 고도의 결정성을 가진 매우 규칙적인 구조를 형성한다. 이러한 가교 접근법에 적절한 중합체는 폴리비닐 알콜, 키토산, 및 비교적 낮은 카르 복시메틸화 도를 가진 카르복시메틸 셀룰로스를 포함하지만, 이에 한정되지는 않는다. 중합체의 추가의 강력한 결합이 고형화 과정 동안에 중합체 사슬 사이에 형성될 수 있으며, 그 결과 일반적으로 수 불용성 재료가 얻어질 수 있다. 이러한 동태의 예는 폴리비닐알콜내의 강한 수소 결합이 불용성 재료를 형성하는 것이다.

중합체 용액 겔 방법을 위해 적절한 가교제는 또한 일반적으로 2가지 상이한 유형: 내부 중합제 또는 외부 가교제이다. 가교제의 첫번째 유형은 중합 가능하면서 곧 가교제이다. 적절한 중합성 가교제는 일반적으로 중합체를 제조하기 위해 사용되는 단량체 또는 단량체들에 대해 반응성이고, 즉 일반적으로 단량체와 반응할 수 있는 적어도 2개의 작용기 또는 작용성을 포함한다. 적절한 중합성 가교제의 예는 에틸렌성 불포화 단량체, 예컨대 자유 라디칼 중합을 위한 N,N'-메틸렌 비스-아크릴아미드, 및 축중합을 위한 폴리아민 또는 폴리올을 포함한다. 가교제의 두번째 유형은 용액 단계에서 중합체의 카르복실, 카르복실산, 아미노 또는 히드록실기와 함께 반응될 수 있는 적어도 2개의 작용기 또는 작용성을 가진 반응성 화합물이며, 여기에서 상기 가교는 잠재적이 아니고, 가교 반응을 개시하기 위해서 추가의 조건이 필요하지 않다. 적절한 가교제는 알데히드, 예컨대 글루타르알데히드, 또는 글리시딜 에테르, 예컨대 폴리에틸렌 글리콜 디글리시딜 에테르로 구성된 군에서 선택될 수 있다.

중합체 용액에 또는 회수된 중합체상에 가교된 중합체 망상을 형성하기 위한 다른 접근법은, 전자 비임 방사 또는 마이크로파 방사와 같은 고 에너지 처리를 사용하여 중합체내에 자유 라디칼을 형성하고, 이어서 이를 사용하여 가교점을 형성 하는 것이다. 이러한 접근법은 흡수성 발포체를 제조하기 위해 가교제가 사용되지 않는 경우에 적용될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.

가교제가 사용된다면, 흡수성 발포체내에 존재하는 중합체 및 가교제의 총 중량을 기준으로하여 유리하게는 약 0.01 중량% 내지 약 20 중량%, 더욱 유리하게는 약 0.05 중량% 내지 약 10 중량%, 적절하게는 약 0.1 중량% 내지 약 5 중량%의 양으로 가교제를 사용하는 것이 일반적으로 바람직하다.

일반적으로, 본 발명의 흡수성 발포체를 제조하기 위해 중합체의 가교를 돕기 위해서는 가교 촉매가 요구되지 않지만, 그것이 유리할 수도 있다. 예를들면, 가교제로서 시트르산을 사용한다면, 하이포아인산 나트륨이 가교 촉매로서 유리하게 사용된다. 가교 촉매가 사용된다면, 사용되는 중합체의 총 중량을 기준으로하여 약 0.01 내지 약 3 중량%, 적절하게는 약 0.1 내지 약 1 중량%의 양으로 가교 촉매를 사용하는 것이 일반적으로 바람직하다.

본 발명의 흡수성 발포체의 주요 성분은 상기에 기재되었으나. 이러한 흡수성 발포체는 그것에 한정되지 않고, 흡수성 발포체의 바람직한 특성에 악영향을 미치지 않는 다른 성분들을 포함할 수 있다. 추가의 성분으로서 사용될 수 있는 재료의 예는 비제한적으로 안료, 산화방지제, 안정제, 가소제, 기핵제, 계면활성제, 왁스, 유동 촉진제, 고용제, 입상물질, 및 흡수성 발포체의 가공성을 향상시키기 위해 첨가되는 재료를 포함한다. 이러한 추가의 성분들이 흡수성 발포체내에 포함된다면, 이러한 추가의 성분들은, 중합체, 임의의 가교제, 및 흡수성 발포체에 존재하는 임의의 기타 성분들의 양의 총 중량을 기준으로 하여, 유리하게는 약 10 중 량% 미만, 더욱 유리하게는 약 5 중량% 미만, 적절하게는 약 1 중량% 미만의 양으로 사용되는 것이 일반적으로 바람직하다.

본 발명의 흡수성 발포체는 적절하게는 액체를 흡수하는 능력을 가지며, 이는 본 명세서에서 자유 팽윤 (FS) 값으로 일컬어진다. 자유 팽윤값을 결정하는 방법은 하기 실시예와 관련하여 이하에 주어진다. 하기 설명된 바와 같이 결정되고 본 명세서에 기록된 자유 팽윤값은, 약 0.00068 atm(약 0.01 파운드/in² (psi))의 무시할 수 있는 하중하에 약 1 시간동안 1 g의 재료가 흡수할 수 있는, 0.9 중량% 염화 나트륨을 함유하는 수용액의 양 (g)을 나타낸다. 일반적 법칙으로서, 본 발명의 흡수성 발포체는 약 0.00068 atm(약 0.01 psi)의 하중에 대해, 흡수성 발포체 g 당 약 10 g 이상, 유리하게는 약 15 g 이상, 더욱 유리하게는 약 20 g 이상, 적절하게는 약 25 g 이상, 더욱 적절하게는 약 30 g 이상, 및 약 200 g 이하의 자유 팽윤값을 갖는다.

또한, 본 발명의 흡수성 발포체는 적절하게는 흡수성 조성물이 외부압력 또는 하중하에 있을때 액체를 흡수하는 능력, 즉 하중하 흡수능 (AUL)값으로 일컬어지는 능력을 갖는다. 소비자에게 착용 및(또는) 사용되는 동안 1회용 흡수제품은 종종 외부 압력 또는 하중을 받게되고, 이는 1회용 흡수제품을 공격하는 액체를 효과적으로 흡수하기 위해 사용되는 흡습재의 능력에 좋지않는 영향을 미칠 수도 있으므로, 흡수성 조성물이 외부압력 또는 하중하에 있을 때에 액체를 흡수하는 재료의 능력이 1회용 흡수제품에서 사용되는 흡습재의 중요한 특징인 것으로 밝혀졌다. 하중하 흡수능을 결정하는 방법은 하기 실시예와 관련하에 이하에 주어진다. 하기 나타낸 바와 같이 결정되고 여기에 기록된 하중하 흡수능 값은 약 0.02 atm(약 0.3 파운드/in² (psi))의 하중하에 약 1 시간동안 1 g의 재료가 흡수할 수 있는, 0.9 중량% 염화 나트륨을 함유하는 수용액의 양 (g)을 나타낸다. 일반적 법칙으로서, 본 발명의 흡수성 발포체는 약 0.02 atm(약 0.3 psi)의 하중에 대해, 흡수성 발포체 g 당 약 10 g 이상, 유리하게는 약 15 g 이상, 더욱 유리하게는 약 20 g 이상, 적절하게는 약 25 g 이상, 더욱 적절하게는 약 30 g 이상 및 약 100 g 이하의 하중하 흡수능 값을 갖는 것이 바람직하다.

흡수성 발포체가 보관되는 조건은 발포체가 노화됨에 따라 흡수 특성에 잠재적으로 영향을 미칠 수 있음을 알아내었다. 심지어 비교적 온화한 조건, 예컨대 약 24 ℃ 및 약 30 % 이상의 상대 습도, 적절하게는 약 30 내지 약 60 % 상대 습도와 같은 주변 조건도, 흡수성 발포체가 노화됨에 따라 그의 흡수 특성을 저하시킬 수도 있다. 전형적으로, 주변 조건에 비해 비교적 높은 온도 및(또는) 비교적 높은 상대 습도와 같은 보관 조건은, 흡수성 발포체가 노화됨에 따라 흡수성 발포체의 흡수 특성을 더욱 빨리 및(또는) 더욱 심각하게 저하시킬 수도 있다.

본 발명의 한가지 구현양태에서, 본 발명의 흡수성 발포체는 노화후에 그의 초기 자유 팽윤값 및 AUL 값을 유지하는 경향이 있다. 구체적으로, 본 발명의 흡수성 발포체는 약 60일간 노화후에 그의 초기 자유 팽윤값 또는 AUL 값의 약 50 % 이상, 적절하게는 약 70 % 이상을 보유할 수 있다. 전형적으로, 노화 조건은 주변 조건, 예컨대 약 24 ℃ 및 약 30 % 이상의 상대 습도이다. 예를들면, 본 발명의 흡수성 발포체가 약 20의 초기 AUL 값을 갖는다면, 약 24 ℃ 및 약 30 % 이상의 상대 습도에서 약 60 일동안 노화 후에, 흡수성 발포체는 약 10 이상의 AUL 값, 적절하게는 약 14의 AUL 값을 가질 수 있다. 이와는 달리, 유사한 흡수성 발포체가 유사한 조건하에서 노화후에 그의 초기 자유 팽윤값 또는 AUL 값을 보유하지 않을 수도 있다.

적절하게는, 본 발명의 흡수성 발포체는 약 24 ℃ 및 약 100 % 상대 습도에서 약 60 일동안 노화후에 그의 초기 자유 팽윤값 및 AUL 값의 약 50 % 이상, 더욱 적절하게는 약 70 % 이상을 보유한다.

본 명세서에서 사용된 용어 "초기 자유 팽윤값" 또는 "초기 하중하 흡수능"은, 약 24 ℃ 및 약 30 내지 약 60 % 상대습도와 같은 주변 조건에서 흡수성 발포체를 보관할 때, 흡수성 발포체의 제조후 약 1 일이내에 측정된 흡수성 발포체에 의해 나타나는 자유 팽윤값 또는 AUL 값을 말한다.

또한, 본 발명의 흡수성 발포체는 적절한 액체 수직 심지 재료 또는 액체 흡입률 값과 같은 부가 액체 취급 특성을 나타내는 것이 바람직하다.

본 발명의 흡수성 발포체는 또한 적절하게는 바람직한 유연성 특징을 나타내며, 이는 유연성 값을 사용하여 정의된다. 흡수성 발포체를 포함하는 1회용 흡수제품이 조기 액체 누출을 방지하고, 일정한 정도의 쾌적감을 제공하고, 포장 부피가 감소되도록 하기 위해서는, 연질 재료가 일반적으로 최대의 압축성 및 접힘 능력을 제공하므로, 유연하고 가요성인 흡수성 발포체를 사용하는 것이 바람직하며, 그 결과 이러한 흡습성 발포체를 포함하는 1회용 흡수제품이 착용자 또는 사용자에게 양호한 적합성을 제공한다. 유연성 값을 측정하는 방법은 실시예와 관련하여 하기에 주어진다. 하기 기재된 바와 같이 측정되고 본 명세서에 기록된 유연성 값은 재료의 강성에 관계된 힘 값과 관련된다. 본 명세서에 기재된 시험 방법을 사용하면, 재료의 유연성 값은 모든 방향에서 재료의 평균 강성도를 제공하며, 이는 원형 구부림 시험에서 1분당 50 cm의 속도로 재료에 대해 가해지는 힘의 측정치이다. 일반적으로, 재료를 구부리기 위해 필요한 힘값이 높을수록, 재료는 더욱 단단하다. 일반적인 법칙으로서, 본 발명의 흡수성 발포체는 흡수성 발포체의 m² 당 g 당 유리하게는 약 30 g 미만, 더욱 유리하게는 약 25 g 미만, 더욱 더 유리하게는 약 20 g 미만, 적절하게는 약 15 g 미만, 더욱 적절하게는 약 10 g 미만, 더욱 더 적절하게는 약 5 g 미만의 힘의 유연성 값을 나타내는 것이 바람직하다.

전형적인 발포체는 발포체의 구조내에 개방 공간 또는 셀을 포함한다. 본 발명의 개발에서, 흡수성 발포체의 셀 크기가 일반적으로 수직 액체 심지 유용성과 같은 특정한 액체 운송 특성에 영향을 미치지만, 흡수성 발포체의 셀 크기는 일반적으로 흡수성 발포체의 전체 유연성 또는 가요성에는 최소의 영향을 미친다는 것을 알아내었다. 이것은 흡수성 발포체를 제조하기 위해 사용되는 중합체가 유리질 중합체일 경우에 특히 일치하는 것으로 밝혀졌다. 그 대신, 흡수성 발포체의 유연성 또는 가요성은 일반적으로 셀 벽의 두께에 의존하는 것으로 밝혀졌다. 일반적으로, 흡수성 발포체의 셀의 벽 두께가 얇을수록, 흡수성 발포체가 더욱 유연하고 및(또는) 더욱 가요성이다. 본 발명의 흡수성 발포체의 바람직한 흡수성 및 물리적 특징을 달성하기 위해서는, 흡수성 발포체의 평균 셀 크기 및 셀 벽의 평균 두께가 모두 신중하게 조절, 바람직하게는 최적화될 필요가 있음이 밝혀졌다.

본 발명의 한가지 구현양태에서, 흡수성 발포체내의 셀의 평균 셀 크기가 유리하게는 약 10 마이크론 내지 약 100 마이크론, 적절하게는 약 10 마이크론 내지 약 50 마이크론인 것이 바람직하다. 흡수성 발포체내 셀의 상기 범위의 평균 셀 크기는 일반적으로 흡수성 발포체의 구조내에 액체를 분포시키기 위해 효과적인 홈 체계를 형성하는 것으로 밝혀졌다. 흡수성 발포체내의 공극의 평균 셀 크기를 결정하는 방법은 실시예와 관련하여 하기에 주어진다.

본 발명의 한가지 구현양태에서, 흡수성 발포체내 셀의 평균 벽 두께는 유리하게는 약 0.1 마이크론 내지 약 30 마이크론, 적절하게는 약 0.5 마이크론 내지 약 10 마이크론인 것이 일반적으로 바람직하다. 흡수성 발포체내 셀의 벽 두께의 이러한 범위에 의해, 일반적으로 흡수성 발포체의 바람직한 물리적 특성, 예컨대 유연성 및(또는) 가요성이 달성됨을 알아내었다. 흡수성 발포체의 공극의 평균 벽 두께를 결정하는 방법은 실시예와 관련하여 하기에 주어진다.

본 명세서에서 사용된 용어 "소수성"이란 90 도 이상의 공기중 물의 접촉 각을 갖는 재료를 말한다. 반대로, 본 명세서에서 사용된 "친수성"이란 90 도 미만의 공기중 물의 접촉 각을 갖는 재료를 말한다. 이러한 적용을 위하여, 접촉 각 측정은 문헌(Robert J.Good 및 Robert J.Stromberg, Ed., "Surface and Colloid Science - Experimental Methods", Vol.II (Plenum Press, 1979))에 기재된 바와 같이 측정된다. 본 발명의 흡수성 발포체는 일반적으로 제조시에 친수성이고, 따라서 일반적으로 친수성으로 만들기위한 이후의 처리를 필요로 하지 않는다. 이는 발포체의 중합체 재료가 본래 친수성이 아니지만 계면활성제의 첨가와 같은 적절한 처리에 의해 친수성으로 되는 당 기술분야에 공지된 종래의 많은 흡수성 발포체와는 상이한 것이다.

본 발명의 흡수성 발포체는 비교적 간단하고, 안전하고, 비용-효율적인 방법에 의해 제조될 수 있는 것으로 밝혀졌다. 한가지 구현양태에서, 방법은 일반적으로 용매중의 가용성 중합체 용액을 형성하고, 용액을 비교적 느린 냉각 속도로 용매의 빙점 미만의 온도로 동결시키고, 동결된 용액으로부터 용매를 제거하고, 임의로 중합체를 처리하여 수팽윤성, 수불용성 중합체 흡수성 발포체를 형성하는 것을 포함한다.

다른 구현양태에서, 방법은 용매중의 단량체 용액을 형성하고, 단량체를 중합시켜 용매중의 가교된 중합체의 용액 겔을 형성하고, 용액 겔을 비교적 느린 냉각 속도로 용매의 빙점 미만의 온도로 동결시키고, 동결된 용액 겔로부터 용매를 제거하는 것을 포함한다. 임의로, 용액 겔을 동결시키기 전에, 추가의 용매를 사용하여 가교된 중합체의 용액 겔을 추가로 팽윤시킬 수도 있다.

본 발명의 흡수성 발포체는 또한, 용매중의 가용성 중합체의 용액을 형성하고, 용액에 발포제를 첨가하고, 발포제를 개시시키고, 용액에서 용매를 제거하고, 임의로 중합체를 처리하여 수팽윤성, 수불용성 중합체 흡수성 발포체를 형성하는 것을 포함하는 방법에 의해 형성될 수 있는 것으로 생각된다.

본 명세서에서 사용된 용어 "용매"는 본 명세서에서 사용된 중합체를 용해시켜 분자 수준에서 실질적으로 균일하게 분산된 혼합물을 형성할 수 있는 물질, 특히 액체 형태의 물질을 나타내기 위한 것이다. 본 발명의 한가지 구현양태에서, 흡수성 발포체를 제조하기 위해 사용되는 용매는 먼저 동결될 수 있고 이어서 승화될 수 있는 것이 필요하며, 이때 용매는 그의 동결 상태로부터 증기 상태로 직접 이동된다. 그 때문에, 흡수성 발포체를 제조하기 위해 사용되는 용매는 용매가 액체에서 고체로 변화하는 빙점을 가져야 한다. 물 및 기타 용매의 빙점은 일반적으로 당 기술분야에 공지되어 있다. 그러나, 당업자에게 이해될 수 있듯이, 특정한 용매의 빙점은 사용되는 특정한 용매, 중합체 및 가교제 뿐만 아니라 용액중의 각각의 성분의 상대 농도와 같은 요인에 의해 영향을 받을 수도 있다.

가용성 중합체 또는 단량체는 전형적으로 약 30 중량% 이상의 물, 유리하게는 약 50 중량%의 물, 적절하게는 약 75 중량%의 물, 더욱 적절하게는 100 중량%의 물을 포함하는 용매에 용해된다. 조-용매가 물과 함께 사용될 때, 기타 적절한 용매는 메탄올, 에탄올, 아세톤, 이소프로필 알콜, 에틸렌 글리콜, 글리세롤 및 당 분야에 공지된 기타 용매를 포함한다. 그러나, 수용성 중합체가 사용될때. 이러한 기타 비-수성 용매의 사용 또는 존재는 균질 혼합물의 형성을 방해할 수도 있고, 그 결과 용액을 형성하기 위해 중합체가 용매중에 효율적으로 용해되지 않는다.

일반적으로, 중합체, 용매, 및 임의로 가교제 및(또는) 기타 임의의 성분의 용액이 제조되며, 이때 중합체는 중합체로서 용액에 첨가될 수도 있거나 또는 용액중에서 단량체로부터 중합체로서 형성될 수도 있다. 본 발명에서, 용액중의 중합 체의 농도를 조절하는 것은 원하는 특성을 나타내는 흡수성 발포체를 달성하는데 중요한 것으로 밝혀졌다. 일반적으로, 용액중의 중합체의 농도가 너무 높으면, 비교적 두꺼운 셀 벽의 형성으로 인하여 제조된 흡수성 발포체는 바람직한 특성, 특히 유연성을 나타내지 않는 것으로 밝혀졌다. 용액 중에 너무 큰 농도의 중합체를 사용하면 전체 용액 부피에 비해 용매 분자에 의해 차지되는 공간의 부피가 비교적 작게 되는 것으로 가정되지만, 이러한 가정에 구속되지는 않는다. 일반적으로, 용액중의 중합체의 농도가 너무 낮으면, 너무 얇은 셀 벽이 형성되고 너무 큰 셀이 형성됨으로 인하여, 제조되는 흡수성 발포체는 바람직한 특성, 특히 흡수 특성 및 액체 분포 능력을 나타내지 않음을 알아내었다. 용액 중에 너무 낮은 농도의 중합체를 사용하면 용매 분자에 의해 차지되는 공간의 부피가 너무 커지게 된다고 가정되지만, 이러한 가정에 구속되지는 않는다. 일반적으로, 용액중의 중합체의 농도가 높을수록, 얻어지는 흡수성 발포체는 용액 중에 낮은 농도의 중합체를 가진 용액으로부터 제조된 흡수성 발포체에 비하여 더욱 작은 평균 셀 크기 및 더욱 두꺼운 평균 셀 벽을 나타내는 것이 밝혀졌다.

따라서, 용액은 총 용액 중량을 기준으로하여 약 0.1 내지 약 30 중량%, 유리하게는 약 0.5 내지 약 20 중량%, 적절하게는 약 1 내지 약 10 중량%의 중합체를 포함하는 것이 일반적으로 바람직하다. 용액은 일반적으로 약 99.99 내지 약 70 중량%, 유리하게는 약 99.5 내지 약 80 중량%, 적절하게는 약 99 내지 약 90 중량%의 용매를 포함한다.

본 발명의 한가지 구현양태에서, 가용성 중합체를 용매에 용해시키면 각각의 중합체 사슬의 단편이 서로 엉키게 되는 것으로 생각된다. 이러한 엉킴으로인해 중합체 사슬이 혼합물중에 서로 상호침투되고, 그 결과 랜덤하고 코일이 엉킨 분자 배열이 발생하며, 이는 가교점을 효과적으로 제공하고 예를들어 열-처리와 같은 추가의 처리시에 중합체의 추가의 가교를 돕는 것으로 생각된다. 중합체의 각각의 단편이 서로 효과적으로 엉키도록 하기 위하여, 중합체가 용매에 효과적으로 용해되도록 하기 위한 추가의 처리 단계 이전에, 용액을 평형상태에서 안정하고 균질한 용액으로 형성시키는 것이 적절하다. 전형적으로 용매에 용해되지 않는 중합체의 비-가용성 부분이 비교적 소량이 존재할 수도 있는 것으로 이해된다. 예를들면, 결정성-가교 중합체의 유지된 결정성 부위는 전형적으로 물에 용해되지 않는데 대하여, 비-결정성 부위는 전형적으로 물에 용해된다.

일반적으로, 중합체 또는 단량체, 용매 및 임의로 가교제의 혼합 순서는 중요하지 않다. 그 때문에, 중합체, 단량체 또는 가교제중의 어느 것을 먼저 용매에 첨가할 수도 있으며, 이어서 나머지 성분들을 연속적으로 첨가하거나, 또는 모든 성분들을 동시에 함께 첨가할 수도 있다. 그러나, 특정한 가교제 성분을 사용할 경우, 먼저 중합체 또는 단량체 및 용매를 첨가한 다음 가교제를 용액에 첨가하는 것이 유리할 수도 있다.

중합체 또는 단량체, 용매 및 임의로 가교제의 용액은 일반적으로 중합체 또는 단량체가 용매에 용해되는 온도에서 형성될 수 있다. 일반적으로, 이러한 온도는 약 10 ℃ 내지 약 100 ℃의 범위내이다.

용액은 산성 (pH 7 미만), 중성 (pH 7) 또는 염기성 (pH 7 초과)일 수 있다. 원한다면, 무기산, 예컨대 염산 또는 질산의 수용액 또는 유기산, 예컨대 아세트산의 수용액의 첨가에 의해 용액을 산성화할 수 있다. 유사하게, 염기성 pH를 가진 용액을 제공하고자 한다면, 수산화나트륨, 수산화칼륨 또는 암모니아의 수용액과 같은 염기를 용액에 첨가할 수 있다.

용액은 일반적으로 약 2 내지 약 12, 유리하게는 약 4 내지 약 9, 더욱 유리하게는 약 4 내지 약 7.5, 적절하게는 약 6 내지 약 7.5의 범위내의 pH를 갖는다. 얻어지는 흡수성 발포체는 일반적으로 용액과 동일한 pH를 갖는다.

본 발명의 흡수성 발포체를 개인 보호 제품, 예컨대 기저귀, 배변훈련 팬츠, 및 여성 위생용품에서 사용하고자 할때, 흡수성 발포체는 일반적으로 중성 특성을 갖는 것을 바람직하다. 이러한 이유로, 일반적으로 중성 pH를 가진 용액을 형성하는 것이 유리하다. 산성 또는 염기성 pH를 가진 용액이 형성된다면, 회수된 흡수성 발포체는 (각각) 산성 또는 염기성일 수도 있으나, 중화될 수도 있다. 산성인 회수된 흡수성 발포체는 예를들면 암모니아와 같은 기체상 염기와 접촉시킴으로써 중화될 수 있다. 염기성인 회수된 흡수성 발포체는 예를들면 이산화탄소와 같은 산성 기체와 접촉시킴으로서 중화될 수 있다.

중합체 또는 단량체, 용매 및 임의로 가교제를 포함하는 용액을 형성한 후에, 용액을 휘젓거나 교반하거나, 또는 그렇지 않으면 배합하여 성분들을 효과적으로 균일하게 혼합하여, 본질적으로 균질한 용액을 형성하는 것이 유리하다.

단량체들을 사용한다면, 단량체를 적절히 처리하여 원하는 중합체를 용액으로 형성시킨다.

이어서, 용액을 용매의 빙점 미만의 온도로 냉각하여, 용매를 동결시키고 용액중의 고체상이 되도록 한다. 중합체 및 임의로 가교제는 필수적으로 용액중에 균일하게 분산되기 때문에, 용매가 동결되어 고체상으로 될때, 중합체 및 임의로 가교제가 동결된 용액내에서 본질적으로 연속적인 기질을 형성하는 것이 일반적으로 바람직하다. 그 때문에, 중합체 및 임의로 가교제의 본질적인 연속 기질은 동결된 용매에 의해 실질적으로 포획되어 본질적으로 균일한 이연속 구조를 형성한다. 본 명세서에서 사용된 용어 "포획" 및 관련된 용어는 동결된 용매상이 중합체 및 임의로 가교제의 본질적인 연속 기질을 실질적으로 둘러싸거나 포위하는 것을 의미한다.

당업자에게 이해될 수 있듯이, 용매를 동결시키기 위하여 용액을 냉각시키는 온도는 전형적으로 사용되는 용매, 중합체 및 가교제 뿐만 아니라 용액중의 각각의 성분들의 상대 농도와 같은 요인에 의존된다. 일반적으로, 용액이 결국 냉각되는 온도가 용매의 빙점에 너무 가깝다면, 동결된 중합체 용액은 충분한 강도를 나타내지 않을 수도 있고, 동결된 용매를 제거하기 위한 진공 처리와 같은 추가의 가공 단계에서 변형될 수도 있음이 밝혀졌다. 또한, 용해된 중합체 및(또는) 가교제의 효과로 인해 용매의 빙점이 강하될 수도 있다. 그 때문에, 용액이 순수한 용매의 빙점으로 단순히 냉각된다면, 용액에 존재하는 용매의 일부는 그러한 온도에서 동결된 상태가 아닐 수도 있다. 일반적으로, 용액이 결국 냉각되는 온도가 너무 용매의 빙점 미만이 된다면, 용액중의 용매의 분자는 용액 전체에서 비-균일 결정성 상을 형성할 수도 있으며, 이는 중합체 기질과 그로부터 제조되는 흡수성 발포체에 균열을 형성할 수도 있는 것으로 밝혀졌다. 그러한 균열은 흡수성 발포체의 기계적 특성, 예컨대 인장 강도 및 유연성 또는 가요성을 감소시키는 경향이 있다. 또한, 매우 낮은 온도를 사용하면 동결된 용매를 승화시키는 속도를 느리게 할 수 있다.

흡수성 발포체를 제조하기 위해 사용되는 용매가 본질적으로 모두 물이거나 또는 대부분의 물과 다른 용매를 포함하는 수용액인 하나의 구현양태에서, 용액이 결국 냉각되는 온도는 약 -50 ℃ 내지 약 0 ℃, 유리하게는 약 -50 ℃ 내지 약 -5 ℃, 더욱 유리하게는 약 -40 ℃ 내지 약 -10 ℃, 적절하게는 약 -30 ℃ 내지 약 -10 ℃인 것이 일반적으로 바람직하다.

용매의 빙점 이상의 온도로 부터 용매의 빙점 미만의 온도로 용액이 냉각되는 속도는, 본 명세서에 기재된 바람직한 특성을 나타내는 흡수성 발포체를 달성함에 있어서 중요한 것으로 밝혀졌다. 정성적 방법에서, 사용되는 냉각 속도가 너무 빠르면 눈에 보이는 균열이나 눈에 보이는 비-균일성이 동결 용액에 형성되기 시작하므로 냉각 속도가 너무 빠르지 않도록 해야한다. 그로써, 본 발명의 바람직한 흡수성 발포체를 달성하기 위해서는, 특정한 용액에 대해 임계 냉각 속도가 일반적으로 존재한다. 그러한 임계 냉각 속도에 비해 빠른 냉각 속도를 사용하면, 비교적 비-균일한 공극 구조 및 균열된 중합체 기질을 나타내는 바람직하지 못한 흡수성 발포체가 얻어지게 된다. 반대로, 그러한 임계 냉각 속도에 비해 느린 냉각 속도를 사용하면, 비교적 균일한 공극 구조를 갖고 중합체 기질내에 상당한 균열이나 변형이 존재하지 않는 바람직한 흡수성 발포체가 일반적으로 얻어진다.

용매의 빙점에 대해서, 특정한 용액에 대해 사용되는 임계 냉각 속도는 전형적으로 사용되는 용매, 중합체 및 가교제 뿐만 아니라 용액중의 각각의 성분들의 상대 농도에 의존된다. 용매가 물이거나 또는 대부분의 물과 다른 용매를 또한 함유하는 수용액이고, 더욱 특별하게는 중합체가 용매의 총 중량을 기준으로 약 0.5 내지 약 2 중량%의 농도로 사용되는 본 발명의 한가지 구현양태에서, 임계 냉각 속도는 1 분당 약 0.4 ℃ 내지 약 0.5 ℃의 온도로 저하되는 것으로 나타났다. 따라서, 이러한 구현양태에서, 용매를 동결시키기 위해 사용되는 냉각 속도는 1 분당 약 0.4 ℃ 미만, 유리하게는 1 분당 약 0.3 ℃ 미만, 적절하게는 1 분당 약 0.1 ℃ 미만인 것이 바람직하다.

당업자에게 이해될 수 있듯이, 흡수성 발포체내에 본질적으로 균일한 셀 구조를 달성하기 위하여 임계 냉각 속도보다 느린 냉각 속도를 사용하는 시도 이외에도, 다른 방법을 또한 적용할 수 있다. 이러한 다른 방법은 작은 공기 거품을 포함시키거나 기핵제를 사용하는 것을 포함하지만, 이에 한정되지는 않는다. 기핵제의 사용은 핵의 수를 증가시켜, 냉각 과정동안에 용매 분자를 본질적으로 균일하게 결정화시키는 것으로 가정되지만, 이러한 가정에 구속되지는 않는다. 기핵제의 사용은 일반적으로 임계 냉각 속도를 증가시킨다.

용액이 냉각되어 용매가 동결되고 용액중의 고체상이 형성되고, 용액이 비교적 안정한 온도에 이르른후에, 동결된 용매를 용액으로부터 실질적으로 제거한다. 본 발명에서, 동결된 용매를 승화시키기 위해 적절한 진공을 사용하면 일반적으로 바람직한 흡수성 발포체가 얻어짐을 알아내었다. 당업자에게 명백한 바와 같이, 특정한 동결 용액을 위해 사용되는 진공은, 전형적으로 사용되는 용매, 중합체 및 가교제, 용액중의 각각의 성분들의 상대 농도, 및 동결된 용액의 온도와 같은 요인에 의존된다. 바람직한 진공 조건은 유리하게는 약 500 밀리토르 미만, 더욱 유리하게는 약 300 밀리토르 미만, 적절하게는 약 200 밀리토르 미만, 더욱 적절하게는 약 100 밀리토르 미만이다. 일반적으로, 진공이 높을수록, 동결된 용매의 승화 속도가 빨라진다.

본 명세서에서 사용된 바와 같이, 진공의 사용에 의해 동결된 용액으로부터 동결된 용매의 승화란, 필요한 경우 추가의 처리 단계에 앞서, 동결된 용액으로부터 실질적으로 모든 용매를 제거하는 것을 나타낸다. 그러나, 심지어 실질적으로 모든 용매를 제거한 후에도, 소량의 용매가 잔류 중합체 기질의 구조내에 갇혀 남아있을 수 있음을 이해해야 한다. 중합체 기질의 구조내에 갇혀 남아있는 용매의 양은 전형적으로 동결 용매를 승화시키는 방법 및 조건에 의존된다. 일반적으로, 용액중의 본래 용매 양의 약 20 중량% 미만, 유리하게는 약 15 중량% 미만, 적절하게는 약 10 중량% 미만이 흡수성 발포체의 잔류 중합체 기질내에 갇혀 남아있게 된다.

동결된 용액으로부터 동결된 용매를 실질적으로 승화시킨 후에, 중합체 및 임의로 가교제가 남게되며, 이러한 중합체는 일반적으로 발포체 구조를 달성하기 위해 일반적으로 상호연결된 셀을 포함하는 중합체 기질을 형성한다. 중합체 기질은 동결된 용매의 승화에 의해 형성되어진 개방 셀과 함께 셀의 벽을 형성한다. 상기 언급된 바와 같이, 얻어진 발포체 구조는 바람직한 평균 공극 크기 및 바람직한 셀 벽의 평균 두께를 나타내는 것이 일반적으로 바람직하다.

회수된 발포체 구조는 이미 바람직한 흡수성 및 물리적 특성을 나타낼 수 있으므로, 그 결과 회수된 발포체 구조는 본 발명의 흡수성 발포체가 되고 추가의 처리 단계를 필요로 하지 않는다. 당업자에 의해 이해될 수 있듯이, 이는 일반적으로 발포체의 제조시에 사용되는 특정한 중합체 및 사용된다면 특정한 가교제에 의존된다. 회수된 발포체 구조가 이미 바람직한 흡수성 및 물리적 특성을 나타낼 수도 있는 발포체 구조의 제조 방법은, 단량체를 용액중에서 중합시켜 가교된 불용성 중합체 겔 용액을 형성하고, 약 실온 또는 그 미만과 같은 비교적 낮은 온도에서 중합체와 반응될 수 있는 가교제를 사용하고, 폴리비닐 알콜 또는 키토산과 같은 사용되는 중합체가 동결 및 고형화 과정동안에 매우 정렬된 구조를 형성할 수 있는 것을 포함한다.

회수된 발포체 구조가 바람직한 흡수성 및 물리적 특성을 나타내지 않는다면, 회수된 중합체 발포체 구조를 추가의 가공 단계로 처리하는 것이 필요할 수도 있다. 예를들면, 사용되는 가교제가 잠재적 가교제인 경우, 적절한 가교 조건이 아직까지 중합체 및 가교제 혼합물에 제공되지 않았기 때문에, 이러한 가교제는 중합체와 반응되지 않을 수도 있다. 그로써, 중합체를 가교시켜 수불용성, 수팽윤성 중합체를 달성하기 위해서는, 효과적인 가교 조건을 제공하는 것이 필요할 수도 있다. 적절한 후 처리 조건은 열 처리, 자외선에 노출, 마이크로파로에 노출, 전자 비임에 노출, 증기 또는 고습 처리, 고압 처리, 또는 유기 용매로의 처리를 사용하는 것을 포함한다.

일반적으로, 열-처리가 필요하다면, 중합체에 대해 바람직하지 못한 손상을 입히지 않으면서 원하는 정도의 가교를 달성하는데 효과적인 온도 및 시간의 조합이 본 발명에서 사용하기에 적절하며, 그 결과 중합체 및 흡수성 발포체가 본 명세서에 기재된 바람직한 특성을 나타낸다. 일반적 법칙으로서, 가교제가 사용될때, 중합체를 약 50 ℃ 내지 약 250 ℃, 유리하게는 약 80 ℃ 내지 약 250 ℃, 더욱 유리하게는 약 100 ℃ 내지 약 200 ℃, 적절하게는 약 100 ℃ 내지 약 160 ℃의 온도로 열 처리한다. 사용되는 온도가 높을수록, 원하는 정도의 가교를 달성하기 위해 일반적으로 필요한 기간이 짧아진다. 효과적인 기간과 함께 매우 높은 온도, 예컨대 약 50 초 내지 약 500 분의 기간동안 약 100 ℃ 내지 약 250 ℃의 온도가 사용된다면, 가교제를 사용하지 않고도 카르복시알킬 폴리사카라이드와 같은 특정한 중합체에 대해 효과적인 자유 팽윤값 및 하중하 흡수능 값을 달성할 수 있다.

일반적으로, 열 처리 과정은 약 1 분 내지 약 600 분, 유리하게는 약 2 분 내지 약 200 분, 적절하게는 약 5 분 내지 약 100 분의 범위내의 기간에 걸쳐 지속된다.

열-처리 과정 또는 기타 허용가능한 후-회수 처리 과정이 사용된다면, 이러한 과정들은 일반적으로 중합체를 가교 또는 추가로 가교시키고, 일반적으로 중합체가 수 팽윤성 및 수 불용성으로 된다. 후-회수 처리 과정은, 중합체로부터의 작용기와 외부 가교제 사이에 또는 중합체가 한 종류 이상의 작용기를 함유하는 경우 중합체상의 작용기들 사이에 가교의 형성을 통해, 가교제의 존재와는 무관하게, 중합체를 어느 정도 가교시킬 수 있는 것으로 생각되나, 이러한 가정에 구속되지는 않는다. 자기-가교성 중합체의 한가지 예는 카르복실산 기와 히드록실기를 모두 함유하고 에스테르 결합을 형성할 수 있는 카르복시메틸 셀룰로스이다. 임의의 가교 이외에도 추가로, 이러한 자기-가교는 가교제의 존재에 의해 유발될 수도 있다. 또한, 가교제가 디아민 또는 폴리아민인 경우, 암모니아 염의 형성을 통한 중합체상 카르복실기의 아미드화에 의해 가교가 일어나는 것으로 생각된다. 자기-가교 과정을 통한 에스테르화는 주로 약산성, 중성 또는 약염기성 조건하에 주로 일어나는 것으로 생각된다. 자기-가교 과정을 통한 에스테르화는 비교적 염기성 조건하에서는 상당한 정도로 진행되지 않는 것으로 생각된다. 가교제로 인한 가교는 산성 및 염기성 조건 모두에서 일어날 수 있다. 즉, 가교제의 존재는 가교가 넓은 pH 범위에 걸쳐 일어날 수 있도록 한다.

일반적으로, 특정한 가교 중합체의 흡수능 성질을 최적화하는 특정한 중합체의 최적의 가교도 또는 가교량이 존재한다. 가교가 너무 적게 일어난다면, 겔 강도의 부족으로 인해 중합체는 비교적 낮은 흡수능 성질, 예컨대 하중하 흡수능 값을 가질 수 있다. 가교가 너무 많이 일어난다면, 중합체가 액체를 흡수할 수 없음으로 인하여, 중합체는 비교적 낮은 흡수능 성질, 예컨대 자유 팽윤값을 가질 수 있다.

당업자라면, 에스테르화 또는 아미드화, 이온 결합 또는 기타 유형의 결합에 의해 형성되는 가교의 존재가 다양한 분석 기술을 통해 검출될 수 있음을 이해할 것이다. 예를들면, 적외선 분광분석법 및 핵 자기 공명을 사용하여 에스테르 및 아미드 가교의 존재를 입증할 수 있다.

본 발명의 흡수성 발포체는 기저귀, 성인 요실금 제품 및 침대 패드와 같은 1회용 흡수제품을 포함한 1회용 제품, 생리대 및 탐폰과 같은 생리 기구, 및 닦개, 턱받이, 상처 처치 붕대 및 수술용 케이프 또는 드레이프와 같은 기타 흡수제품에서 사용하기에 적합하다. 따라서, 다른 측면에서, 본 발명은 본 발명의 흡수성 발포체를 포함하는 1회용 흡수제품에 관한 것이다.

본 발명의 한가지 구현양태에서, 액체 투과성 상면시트, 액체 투과성 상면시트에 부착된 배면시트, 및 액체 투과성 상면시트와 배면시트 사이에 위치한 흡수성 구조물을 포함하는 1회용 흡수제품이 제공되며, 여기에서 흡수성 구조물은 본 발명의 흡수성 발포체를 포함한다.

본 발명의 모든 측면에 따른 흡수제품 및 구조물은 일반적으로 사용동안에 체액의 다수 공격을 받는다. 따라서, 흡수제품 및 구조물은 사용동안 흡수제품 및 구조물이 노출되는 체액의 양의 다수 공격을 흡수할 수 있는 것이 바람직하다. 공격은 일반적으로 얼마간의 기간에 의해 서로 분리된다.

시험 방법

자유 팽윤값

자유 팽윤 능력 (FS)은, 약 0.00068 atm(약 0.01 파운드/in²)와 같은 무시할 수 있는 정도의 적용된 하중 또는 구속력하에서 약 1 시간동안 1 g의 재료가 흡수할 수 있는, 0.9 중량% 염화 나트륨을 함유하는 수용액의 양 (g)을 측정하는 시험이다.

도 1을 참조하면, 자유 팽윤값 및 하중하 흡수능을 결정하기 위한 장치 및 방법이 나타나 있다. 시험동안 적소에 있는 장치의 투시도를 나타낸 것이다. 작업대(3)를 올리고 내리기 위한 조절가능한 손잡이(2)를 가진 실험용 잭(1)이 나타나있다. 실험용 스탠드(4)는 두께 변화 계측 탐침(6)에 연결된 스프링(5)을 지탱하며, 탐침(6)은 실험용 스탠드에 의해 단단하게 지지된 계기의 하우징(7)을 관통한다. 시험하고자 하는 흡수성 발포체 재료 시료를 함유하는 플라스틱 시료 컵(8)은 액체 투과성 바닥을 가지며, 흡수되는 염용액을 함유하는 페트리 접시(9)내에 위치한다. 단지 하중하 흡수능 값의 결정을 위해서는, 추(10)를 흡수성 발포체 재료 시료 (보이지 않음)의 위에 놓인 스페이서 디스크(보이지 않음)의 위에 놓는다.

시료 컵은 25.4 mm(1 인치) 내경 및 31.75 mm(1.25 인치) 외경을 가진 플라스틱 실린더로 구성된다. 시료 컵의 바닥은, 체를 플라스틱의 융점 이상으로 가열하고 플라스틱 실린더를 고온의 체에 대해 가압하여 플라스틱을 녹이고 체를 플라스틱 실린더에 결합시키는 방식으로, 150 마이크론 개구부를 가진 100 메쉬 금속 체를 실린더의 끝에 부착시킴으로써 형성된다.

염용액을 흡수하면서 시료의 팽창을 측정하기 위해 사용되는 두께 변화 계기는, 0~12.7 mm(0∼0.5 인치)의 범위를 갖고 0.00127 mm(0.00005 인치)의 정확성을 갖는 미투토요 디지매틱 인디케이터 (Mitutoyo Digimatic Indicator), IDC 시리즈 543, 모델 543-180 (미투토요 코포레이션 (Mitutoyo Corporation), 일본국 도오꾜 108, 미나또꾸 시바 5 쵸메 31-19)이다. 미투토요 코포레이션으로부터 공급될때, 두께 계기는 계기 하우징내에 탐침에 부착된 스프링을 갖고 있다. 약 27 g의 하방 힘을 가진 자유-낙하 탐침을 제공하기 위해서는 이러한 스프링을 제거한다. 또한, 계기 하우징의 위에 위치한 탐침의 끝을 덮은 캡을 제거하여, 탐침을 현가 스프링(5) (맥마스터-카르 서플라이 코포레이션 (McMaster-Carr Supply Co.), 미국 일리노이주 시카고, 항목 번호 9640K41)에 부착시킬 수 있으며, 현가 스프링은 탐침의 하방 힘을 산출하거나 약 1 g + 0.5 g으로 감소시키는데 이용된다. 현가 스프링에 부착시키기 위해 와이어 후크를 탐침의 끝에 접착시킬 수 있다. 탐침이 시료 컵내로 삽입될 수 있도록, 탐침의 바닥 끝에 확장 니들 (미투토요 코포레이션, 부품 번호 131279)을 또한 제공한다.

시험을 수행하기 위하여, 흡수성 발포체 재료 시료를 약 1 인치 직경의 원형 디스크로 절단하였다. 총 약 0.160 g의 흡수성 발포체 재료 시료, 전형적으로 약 3 내지 4개 원형 디스크 층을 시료 컵안에 놓는다. 이어서 시료를 4.4 g 중량, 약 0.995 인치의 직경을 갖는 플라스틱 스페이서 디스크로 덮으며, 이는 시험동안 시료가 방해받는 것을 막고 또한 전체 시료위에 하중을 균일하게 적용시킨다. 재료 시료와 스페이서 디스크를 가진 시료 컵을 칭량하여 건조 중량을 얻는다. 시료 컵을 작업대 위의 페트리 접시에 놓고, 플라스틱 스페이서 디스크의 윗면이 탐침의 끝에 접촉할때 까지 실험용 잭을 올린다. 계기를 0점 조정한다. 충분한 양의 염용액을 페트리 접시 (50 ∼ 100 ml)에 첨가하여 시험을 시작한다. 시료가 염용액을 흡수할때 시료가 팽창됨으로써 플라스틱 스페이서 디스크가 올라간 거리를 탐침에 의해 측정한다. 이 거리를 시료 컵 내부의 단면적으로 곱한 것은, 흡수로 인한 시료의 팽창 부피의 측정치이다. 염용액의 밀도 및 시료의 중량으로 인수분해하면, 염용액의 흡수량이 쉽게 계산된다. 1 시간후 흡수된 염 용액의 중량은, 흡수성 발포체 시료의 g 당 흡수된 염 용액의 g으로 표현된 자유 팽윤값이다. 원한다면, 계산을 하고 자유 팽윤 눈금값을 제공하기 위하여, 두께 변화 계기의 눈금값을 연속적으로 컴퓨터 (미투토요 디지매틱 미니프로세서 DP-2DX)에 입력할 수 있다. 교차검사로서, 시험 전 및 시험 후에 시료 컵 간의 중량 차이를 결정함으로써 자유 팽윤값을 결정할 수 있으며, 중량 차이는 시료에 의해 흡수된 용액의 양이다.

하중하 흡수능

하중하 흡수능 (AUL)은, 약 0.02 atm(in² 당 약 0.3 파운드)의 가해진 하중 또는 구속력하에서 1 시간동안 1 g의 재료가 흡수할 수 있는, 0.9 중량%의 염화나트륨을 함유하는 수용액의 양 (g)을 측정하는 시험이다. 흡수성 조성물의 하중하 흡수능 값을 측정하기 위한 방법은, 100 g의 추를 플라스틱 스페이서 디스크의 위에 놓아 발포체가 염 용액을 흡수할때 흡수성 발포체상으로 약 0.02 atm(in² 당 약 0.3 파운드)의 하중이 가해지는 것을 제외하고는, 자유 팽윤 값을 측정하기 위한 방법과 실질적으로 동일하다.

유연성

재료의 유연성 값은 ASTM D4032-82 원형 구부림 절차를 따라 모형화된 시험에 의해 결정된다. 이러한 변형된 시험은 본 발명의 목적을 위해 사용되며, 이하에서 간단히 "원형 구부림 절차"라고 일컫는다. 원형 구부림 시험은 재료의 한면이 오목해지고 재료의 다른 면이 볼록해지는 재료의 다-방향 동시 변형이다. 원형 구부림 절차는 재료의 강성도에 관련되고 동시에 모든 방향에서의 강성도를 평균화하는 힘 값을 제공하며, 본 명세서에서는 역으로 재료의 유연성에 관련된다.

원형 구부림 절차를 위해 필요한 장치는 하기 부분: 102.0 mm (길이) ×102.0 mm (폭) × 6.35 mm (깊이)이고 18.75 mm직경의 오리피스를 갖는 매끄럽게 광을 낸 강철판 작업대를 갖는 변형된 원형 구부림 강성도 시험기이다. 오리피스의 오목한 곳의 가장자리는 4.75 mm의 깊이까지 45°각이어야 한다. 하기 치수: 72.2 mm의 전체 길이, 6.25 mm의 직경, 2.97 mm의 반경을 가진 볼 노즈, 및 볼 노즈로부터 0.88 mm 뻗어있고 0.33 mm 기본 직경을 가진 니들-포인트, 및 0.55 mm 미만의 반경을 가진 포인트를 포함하는 플런저가 사용된다. 플런저를 모든 측면에서 동일한 간격으로 오리피스를 중심으로하여 장착한다. 시험 동안에 시료의 측면 이동을 막기 위하여 간단히 니들-포인트를 사용한다. 플런저의 바닥은 오리피스 면의 위에 잘 고정되어야 한다. 이 위치로부터, 볼 노즈의 하향 왕복거리가 오리피스 판의 실제 바닥이 된다.

약 0.0 내지 약 2000.0 g의 하중 범위를 가진 역 압축 하중 셀을 힘 측정 게이지로서 사용하였다. 사용되는 압축 시험기는, 미국 메사츄세츠 칸톤의 인스트론 엔지니어링 코포레이션 (Instron Engineering Corporation)에서 입수가능한 인스트론(Instron) 모델 번호 1122 역 압축 하중 셀이었다.

하중 셀을 보정한 후에, 플런저의 변위를 위한 게이지 길이를 25.4 mm로 고정하였다. 시험을 수행하기 위하여, 다이 절단기를 사용하여 흡수성 발포체 시료를 38.1 mm ×38.1 mm 사각형 견본으로 절단하였다. 시료를 시험 작업대위에 놓고, 플런저를 25.4 mm 게이지 길이에 대해 500 mm/분의 크로스헤드 속도로 견본위 로 밀어내렸다. 플런저의 이동 동안에, 흡수성 발포체 시료가 플런저에 의해 18.75 mm 구멍안으로 아래쪽으로 휘어졌으며, 플런저의 25.4 mm 게이지 길이 변위 동안에 발포체 시료가 휘어지도록 압축 시험기에 의해 가해진 힘을 하중 셀에 의해 측정하고 기록하였다. 하중 셀에 의해 측정된 힘을 견본의 기본 중량으로 나누어, 힘의 g/견본의 m²당 g의 단위 (g/gsm)으로 기록하였다. 이 값은 견본의 유연성의 정량적 측정치를 얻기위한 유연성 값으로 사용된다. 유연성 값 (g/gsm)이 높을수록, 견본은 더욱 강하고 즉 유연성이 적은 것이다.

셀 공극 크기 및 셀 벽 두께의 측정

예리한 면도칼로 발포체 시료를 절단하였다. 절단된 발포체를 구리 테이프를 사용하여 금속 조각에 부착시키고, 12 kV 비임 전압을 사용하는 환경 주사 전자 현미경으로 이미지화하였다. 사용되는 장치는 미국 메사츄세츠 윌밍톤의 일렉트로스캔 코포레이션 (Electroscan Corporation)으로부터의 환경 주사 전자 현미경 모델 E-2020이었다. 시료 챔버 압력은 약 1.2 토르이었다. 환경 후방산란 전자 검출기를 사용하여 이미지를 수집하였고, 이는 조성물에서의 임의의 변화를 알아볼 수 있다는 장점을 갖는다. 확대 배율은 조사 대상 시료의 크기에 의존하여 변하며, 시료의 일반적인 검사를 위해서는 150 배율이 사용되고 셀 벽 두께 및 셀 크기를 측정하기 위해서는 2500 배율이 사용된다. 셀 벽 두께 및 셀 크기 측정은 주로 환경 주사 전자 현미경상에서 직접적으로 취해진다. 셀 벽 두께 측정을 위하여 이러한 복합 구조에 대해 일상적인 자동 상 분석법을 적용하는 것은 불가능하였다. 수동 측정이 요구된다. 각각의 시료의 셀 벽 두께 및 셀 크기는 20 회 이상의 측정으로부터 평균화되었다.

하기 실시예에서 사용하기 위하여, 하기 중합체 재료를 수득하였다.

중합체 1: 1,000,000 이상의 중량 평균 분자량을 갖고 , 셀룰로스 재료의 무수글루코스 단위에 대한 카르복시메틸 기의 치환도가 약 0.7인 카르복시메틸셀룰로스는, 미국 델라웨어 윌밍턴에 있는 헤르쿨스 인코포레이티드(Hercules Inc.) 자회사인 아쿠알론 (Aqualon)으로 부터 상표명 B313 카르복시메틸셀룰로스로 수득되었다. 카르복시메틸셀룰로스는 음이온성 중합체이다.

중합체 2: 약 4,000,000의 중량 평균 분자량을 갖고 약 70 %의 중화도를 갖는 폴리아크릴산 나트륨 중합체는 미국 펜실바니아 와링톤의 폴리사이언스 (Polysciences)로부터 카탈로그 번호 06501로 수득되었다. 폴리아크릴산 나트륨 중합체는 음이온성 중합체이다.

중합체 3: 약 240,000의 중량 평균 분자량을 갖고 약 70 %의 중화도를 갖는 폴리아크릴산 나트륨 중합체는 미국 펜실바니아 와링톤의 폴리사이언스로부터 카탈로그 번호 18613으로 수득되었다. 폴리아크릴산 나트륨 중합체는 음이온성 중합체이다.

중합체 4: 약 60,000의 중량 평균 분자량을 갖고 약 70 %의 중화도를 갖는 폴리아크릴산 나트륨 중합체는 미국 펜실바니아 와링톤의 폴리사이언스로부터 카탈로그 번호 18611로 수득되었다. 폴리아크릴산 나트륨 중합체는 음이온성 중합체이다.

중합체 5: 약 11,000,000의 중량 평균 분자량을 갖고 약 80 %의 아세틸화도를 갖는 키토산 아세테이트는 미국 워싱톤주 시애틀에 있는 밴슨 컴퍼니 (Vanson Company)로부터 상표명 VNS-608 키토산으로 수득되었다. 키토산 아세테이트는 양이온성 중합체이다.

중합체 6: 약 4,000,000의 중량 평균 분자량을 갖는 폴리에틸렌옥사이드는 미국 코넥티컷 댄버리에 있는 유니언 카바이드 코포레이션 (Union Carbide Corporation)으로부터 상표명 WSR-301 폴리에틸렌옥사이드로 수득되었다. 폴리에틸렌옥사이드는 비이온성 중합체이다.

실시예 1

약 23 ℃ 온도의 증류수 약 2000 g을 함유하는 각각의 배치에 다양한 중합체 시료의 중량을 용해시켰다. 카르복시메틸셀룰로스 (중합체 1) 및 폴리에틸렌 옥사이드 (중합체 6) 용액에 대해, 약 0.2 g의 시트르산을 가교제로서 용액에 첨가하였다. 폴리아크릴산 나트륨 용액 (중합체 2 - 4) 용액에 대해, 약 40 중량%의 암모늄 지르코늄 카르보네이트를 포함하는 수용액 약 0.75 g을 가교제로서 용액에 첨가하였다. 각종 용액들을 약 2 내지 3 시간동안 배합하여 성분들이 완전히 혼합되도록 하였다. 각각 제조된 용액의 약 500 g을, 254 mm(10 인치) (폭)×508 mm(20 인치) (길이)×25.4 mm(1인치) (깊이)의 치수를 가진 별도의 스테인레스 스틸 팬에 놓았다. 각각의 용액을 함유하는 팬을 미국 뉴욕주 가디너의 비르티스 인코포레이티드 (VirTis, Inc.)로부터 상표명 비르티스 제네시스 (VirTis Genesis) 모델 25 EL 동결 건조기로 구입가능한 동결 건조기에 놓았다. 용액중의 물을 동결시키기 위하여, 팬안의 각종 용액을 다양한 냉각 속도로 약 -15 ℃까지 냉각시켰다. 팬안의 각종 용액을 약 1 시간동안 약 -15 ℃로 유지시켜 물이 실질적으로 완전히 동결되도록 하였다. 동결된 용액을 동결건조기에 놓은후, 약 -60 ℃ 내지 약 -70 ℃의 온도로 고정된 응축기를 가진 진공 펌프에 의해 제공되는 약 105 밀리토르의 진공으로 약 15 시간동안 처리하였다. 얻어지는 발포체 구조물을 중합체의 가교를 돕기 위하여 다양한 온도에서 다양한 기간동안 처리하였다. 이어서, 최종 발포체 구조물을 자유 팽윤값, 하중하 흡수능 값, 및 유연성 값에 대해 평가하였다. 각종 공정 조건 및 각종 시료에 대한 평가 결과를 표 1에 요약한다. 중합체 4 (시료 7)를 사용하여 제조된 발포체 시료는 수용성이었고, 따라서 측정가능한 자유 팽윤값 및 하중하 흡수능 값을 나타내지 않았다.

비교용 발포체 시료 (시료 10)를 다음과 같이 제조하였다. 50 중량%의 아크릴산을 함유하는 약 250 g의 아크릴산 수용액을 1 N 수산화나트륨 용액을 사용하여 중화시켜 75 % 중화도를 가진 아크릴산 나트륨 용액을 형성하였다. 중합을 피하기 위해 약 5 ℃의 용액 온도를 유지하도록 주의한 빙욕을 사용하여 중화를 천천히 수행하였다. 약 200 ml의 용액을, 가열 자켓 및 고 전단 믹서 (독일 스타우펜의 양케 운트 쿤켈 게엠베하 (Janke & Kunkel GmbH)로부터의 울트라-튜락스(Ultra-Turrax) T25 믹서)가 장착된 2 리터 반응 용기에 옮겼다. 반응 용기내의 용액에 0.5 g의 N,N'-메틸렌비스아크릴아미드, 약 1.3 g의 2,2'-아조비스-(2-아미도프로판)히드로클로라이드 (미국 펜실바니아 피스터빌의 모노머-폴리머 앤드 다작 래보 레이토리즈 인코포레이티드 (Monomer -Polymer & Dajac Laboratories, Inc.)) 및 약 20 g의 600 중량 평균 분자량의 폴리에틸렌 글리콜 (유니언 카바이드 컴퍼니)을 첨가하고 혼합물을 22 ℃로 유지시켰다. 약 3.5 g의 소르비탄 모노라우레이트 및 약 6.5 g의 에톡시화 소르비탄 모노라우레이트를 약 60 g의 1,1,2-트리클로로트리플루오로에탄에 혼합하고, 이 혼합물을 반응 용기중의 용액에 첨가하였다. 고 전단 믹서를 가동시키고, 혼합물을 약 10 분동안 약 8000 rpm의 속도로 혼합한 후, 반응 용기로부터 믹서를 제거하고, 온도를 약 60 ℃로 증가시키고, 약 1 시간동안 유지시켜 발포체를 형성한 다음, 온도를 약 30 분동안 약 80 ℃로 증가 및 유지시키고, 마지막으로 온도를 약 120 ℃에서 약 30 분동안 증가 및 유지시켰다. 반응기를 약 22 ℃로 냉각하였다. 약 5 g의 글리세롤 및 약 25 g의 이소프로필 알콜로 구성된 혼합물을 반응기내의 발포체에 첨가하고, 온도를 약 180 ℃로 올리고 약 1 시간동안 유지시켰다. 이어서 반응기를 주변 온도로 식히고, 반응기에서 발포체를 제거하고, 약 80 % 상대 습도의 챔버내에 약 6 시간동안 놓아두어 최종 발포체 재료를 수득하였다. 이러한 발포체 시료를 자유 팽윤값, 하중하 흡수능 값, 및 유연성 값에 대해 평가하고, 그 평가결과를 표 1에 요약하였다.

시료번호	중합체 유형	중합체 농도 (중량%)	냉각 속도	열 처리 조건 (온도/시간)	자유 팽윤값 (g/g)	하중하 흡수능 값 (g/g)	유연성 값 (g/gsm)
시료1	중합체1	0.5	0.03℃/분	130℃/10분	26.1	18.3	2.90
시료2	중합체1	0.5	0.2℃/분	130℃/10분	21.8	-	6.53
시료3	중합체1	0.5	0.4℃/분	130℃/10분	22.1	-	20.58
*시료4	중합체1	4.0	0.4℃/분	130℃/10분	18.7	-	45.93
시료5	중합체2	0.5	0.03℃/분	200℃/40분	35.0	19.5	1.36
시료6	중합체3	0.5	0.03℃/분	200℃/5시간	42.8	2.5	1.09
*시료7	중합체4	0.5	0.03℃/분	200℃/72 시간	0	0	1.54
시료8	중합체5	0.5	0.03℃/분	100℃/10분	22.5	14.3	3.26
시료9	중합체6	0.5	0.03℃/분	60℃/10시간	15.3	4.1	0.46
*시료10		-	-		15	10.5	>100
* 본 발명의 실시예가 아님

실시예 2

다수의 실질적으로 유사한 발포체 시료를 다음과 같이 제조하였다. 약 10 g의 중합체 1 (카르복시메틸셀룰로스)를 약 23 ℃ 온도의 증류수 약 2000 g에 용해시켰다. 약 0.2 g의 시트르산을 가교제로서 용액에 첨가하였다. 용액을 약 2 내지 3 시간동안 배합하여 성분들을 완전히 혼합시켰다. 용액의 약 500 g을, 254 mm(10 인치) (폭)×508 mm(20 인치) (길이)×25.4 mm(1인치) (깊이)의 치수를 가진 스테인레스 스틸 팬에 놓았다. 용액을 함유하는 팬을 미국 뉴욕주 가디너의 비르티스 인코포레이티드로부터 상표명 비르티스 제네시스 모델 25 EL 동결 건조기로 구입가능한 동결 건조기에 놓았다. 용액중의 물을 동결시키기 위하여, 팬안의 용액을 약 0.04 ℃/분의 냉각 속도로 약 -15 ℃까지 냉각시켰다. 팬안의 용액을 약 1 시간동안 약 -15 ℃로 유지시켜 물이 실질적으로 완전히 동결되도록 하였다. 동 결된 용액을 동결건조기에 놓은후, 약 -60 ℃ 내지 약 -70 ℃의 온도로 고정된 응축기를 가진 진공 펌프에 의해 제공되는 약 105 밀리토르의 진공으로 약 15 시간동안 처리하였다.

얻어지는 발포체 구조물을 중합체의 가교를 돕기 위하여 다양한 온도에서 다양한 기간동안 처리하였다. 이어서, 최종 발포체 구조물을 자유 팽윤값, 하중하 흡수능 값, 및 유연성 값에 대해 평가하였다. 각종 공정 조건 및 각종 시료에 대한 평가 결과를 표 2에 요약한다.

시료 번호	열 처리 조건 (온도/시간)	자유 팽윤 값 (g/g)	하중하 흡수능 값 (g/g)	유연성 값 (g/gsm)
*시료 11	없음	0	0	20.58
시료 12	150℃/5분	27.9	-	-
시료 13	150℃/10분	25.1	14.3	-
시료 14	150℃/20분	15.7	11.2	-
시료 15	150℃/30분	16.6	11.3	20.58
*시료 16	없음	0	0	-
시료 17	130℃/5분	60.1	29.9	20.58
시료 18	130℃/10분	26.1	18.3	-
시료 19	130℃/15분	21.8	16.2	-
시료 20	130℃/20분	18.2	14.6	-
시료 21	130℃/25분	17.4	13.9	20.58
* 본 발명의 실시예가 아님

당업자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고도 본 발명이 다양하게 수정 및 변형될 수 있음을 이해할 것이다. 따라서, 상기 기재된 상세한 설명 및 실시예는 단지 예증을 위해 주어진 것일 뿐이며, 어떠한 방식으로도 하기 청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다.

Claims (43)

1. 흡수성 발포체의 총 중량을 기준으로하여 50 중량% 내지 100 중량%의 중량으로 흡수성 발포체내에 존재하는 수팽윤성, 수불용성 중합체를 포함하고, 흡수성 발포체 g 당 액체 10 g 이상의 자유 팽윤값 및 흡수성 발포체 m² 당 g 당 30 g 미만의 힘의 유연성 값을 나타내는 것을 특징으로 하는 흡수성 발포체.
2. 제 1 항에 있어서, 중합체가 폴리아크릴아미드, 폴리비닐 알콜, 에틸렌 말레산 무수물 공중합체, 폴리비닐에테르, 폴리아크릴산, 폴리비닐피롤리돈, 폴리비닐모르폴린, 폴리아민, 폴리에틸렌이민, 폴리아크릴아미드, 폴리4급 암모늄, 카르복시메틸 셀룰로스, 카르복시메틸 전분, 히드록시프로필 셀룰로스, 알긴, 알기네이트, 카라기난, 아크릴 그라프트 전분, 아크릴 그라프트 셀룰로스, 키틴, 키토산, 폴리아스파르트산, 폴리글루탐산, 폴리아스파라긴, 폴리글루타민, 폴리리신, 폴리아르기닌, 및 이러한 중합체의 염, 공중합체 및 혼합물로 구성된 군에서 선택되는 흡수성 발포체.
3. 제 2 항에 있어서, 중합체가 폴리아크릴산, 카르복시메틸 셀룰로스, 키틴, 키토산, 및 이러한 중합체의 염, 공중합체 및 혼합물로 구성된 군에서 선택되는 흡수성 발포체.
4. 제 3 항에 있어서, 수팽윤성, 수불용성 중합체가 폴리아크릴산 및 그의 염으로 구성된 군에서 선택되는 흡수성 발포체.
5. 제 1 항에 있어서, 수팽윤성, 수불용성 중합체가 60 중량% 내지 100 중량%의 중량으로 흡수성 발포체에 존재하는 흡수성 발포체.
6. 제 1 항에 있어서, 흡수성 발포체가 가교제를 더 포함함을 특징으로 하는 흡수성 발포체.
7. 제 6 항에 있어서, 가교제가 중합체 및 2 이상의 양 전하를 가진 금속 이온과 반응할 수 있는 2개 이상의 작용기 또는 작용성을 가진 유기 화합물로 구성된 군에서 선택되는 흡수성 발포체.
8. 제 6 항에 있어서, 가교제가 흡수성 발포체의 총 중량을 기준으로하여 0.01 중량% 내지 20 중량%의 중량으로 흡수성 발포체에 존재하는 흡수성 발포체.
9. 제 1 항에 있어서, 흡수성 발포체가 흡수성 발포체 g 당 액체 15 g 이상의 자유 팽윤값을 나타내는 흡수성 발포체.
10. 제 1 항에 있어서, 흡수성 발포체가 흡수성 발포체 m² 당 g 당 25 g 미만의 힘의 유연성 값을 나타내는 흡수성 발포체.
11. 제 1 항에 있어서, 흡수성 발포체가 흡수성 발포체 g 당 액체 10 g 이상의 하중하 흡수능 값을 나타내는 흡수성 발포체.
12. 제 1 항에 있어서, 흡수성 발포체가 셀의 평균 셀 크기가 10 마이크론 내지 100 마이크론인 셀을 포함함을 특징으로 하는 흡수성 발포체.
13. 제 1 항에 있어서, 흡수성 발포체가 두께가 있는 벽을 가진 셀을 포함하고, 셀의 평균 벽 두께는 0.1 마이크론 내지 30 마이크론인 것을 특징으로 하는 흡수성 발포체.
14. 제 1 항에 있어서, 수팽윤성, 수불용성 중합체가 폴리아크릴산, 카르복시메틸 셀룰로스, 키틴, 키토산, 및 상기 중합체의 염, 공중합체 및 혼합물로 구성된 군에서 선택되고, 흡수성 발포체가 두께가 있는 벽을 가진 셀을 포함하며, 셀의 평균 셀 크기는 10 마이크론 내지 100 마이크론이고, 셀의 평균 벽 두께는 0.1 마이크론 내지 30 마이크론인 것을 특징으로 하는 흡수성 발포체.
15. 삭제
16. 삭제
17. 삭제
18. 삭제
19. 삭제
20. 삭제
21. 삭제
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23. 제 1 항에 있어서, 흡수성 발포체가 흡수성 발포체 g 당 액체 10 g 이상의 자유 팽윤값 및 흡수성 발포체 m² 당 g 당 30 g 미만의 힘의 유연성 값을 나타내는 흡수성 발포체.
24. 액체 투과성 상면시트, 상면시트에 부착된 배면시트, 및 액체 투과성 상면시트와 배면시트 사이에 위치한 흡수성 코어를 포함하고, 흡수성 코어는 흡수성 발포체의 총 중량을 기준으로하여 50 중량% 내지 100 중량%의 중량으로 흡수성 발포체내에 존재하는 수팽윤성, 수불용성 중합체를 포함하는 흡수성 발포체를 포함하고, 흡수성 발포체는 흡수성 발포체 g 당 액체 10 g 이상의 자유 팽윤 값 및 흡수성 발포체 m²당 g 당 30 g 미만의 힘의 유연성 값을 나타내는 것을 특징으로 하는 1회용 흡수제품.
25. 삭제
26. a. 중합체가 총 용액 중량을 기준으로하여 0.1 내지 30 중량%의 중량으로 용액에 존재하는, 일정 중량의 물과 중합체를 포함하는 용액을 형성하고,

    b. 물을 동결시키기에 효과적인 조건하에서 1분 당 0.4 ℃ 미만의 냉각 속도로 용액을 -50 ℃ 내지 0 ℃의 온도로 냉각시키고,

    c. 용액으로부터 동결된 물을 실질적으로 제거하고,

    d. 중합체 발포체를 회수하는 것을 포함함을 특징으로 하는,

    수팽윤성, 수불용성 중합체를 포함하는 흡수성 발포체의 제조 방법.
27. 제 26 항에 있어서, 500 밀리토르 미만의 진공을 사용하여 용액으로부터 동결된 물을 제거하는 방법.
28. 제 27 항에 있어서, 용액중의 물의 중량의 20 중량% 미만이 회수된 흡수성 발포체내에 잔류하는 방법.
29. 제 26 항에 있어서, 수팽윤성, 수불용성 중합체를 달성하기에 효과적인 조건하에서 중합체 발포체를 처리하는 것을 더 포함함을 특징으로 하는 방법.
30. 제 29 항에 있어서, 중합체 발포체를 열처리, 자외선에의 노출, 마이크로파에의 노출, 전자 비임에의 노출, 증기 처리, 고습 처리, 고압 처리 및 유기 용매 처리로 구성된 군에서 선택되는 처리법으로 처리하는 방법.
31. 제 30 항에 있어서, 중합체 발포체를 50 ℃ 내지 250 ℃의 온도로 처리하는 방법.
32. 제 26 항에 있어서, 용액이 가교제를 더 포함함을 특징으로 하는 방법.
33. 제 32 항에 있어서, 가교제가 중합체 및 2 이상의 양전하를 가진 금속 이온과 반응가능한 2개 이상의 작용기 또는 작용성을 가진 유기 화합물로 구성된 군에서 선택되는 방법.
34. 제 26 항에 있어서, 중합체가 수용성 중합체인 방법.
35. 제 26 항에 있어서, 중합체가 폴리아크릴아미드, 폴리비닐알콜, 에틸렌 말레산 무수물 공중합체, 폴리비닐에테르, 폴리아크릴산, 폴리비닐피롤리돈, 폴리비닐모르폴린, 폴리아민, 폴리에틸렌이민, 폴리아크릴아미드, 폴리4급 암모늄, 카르복시메틸 셀룰로스, 카르복시메틸 전분, 히드록시프로필 셀룰로스, 알긴, 알기네이트, 카라기난, 아크릴 그라프트 전분, 아크릴 그라프트 셀룰로스, 키틴, 키토산, 폴리아스파르트산, 폴리글루탐산, 폴리아스파라긴, 폴리글루타민, 폴리리신, 폴리아르기닌, 및 상기 중합체의 염, 공중합체 및 혼합물로 구성된 군에서 선택되는 방법.
36. 제 35 항에 있어서, 중합체가 폴리아크릴산, 카르복시메틸 셀룰로스, 키틴, 키토산, 및 상기 중합체의 염, 공중합체 및 혼합물로 구성된 군에서 선택되는 방법.
37. 제 26 항에 있어서, 수팽윤성, 수불용성 중합체가 흡수성 발포체의 총 중량을 기준으로하여 50 중량% 내지 100 중량%의 중량으로 흡수성 발포체에 존재하는 방법.
38. 제 26 항에 있어서, 흡수성 발포체가 흡수성 발포체 g 당 액체 10 g 이상의 자유 팽윤 값 및 흡수성 발포체 m² 당 g 당 30 g 미만의 힘의 유연성 값을 나타내는 방법.
39. 제 38 항에 있어서, 흡수성 발포체가 두께가 있는 벽을 가진 셀을 포함하고, 셀의 평균 셀 크기는 10 마이크론 내지 100 마이크론이며, 셀의 평균 벽 두께는 0.1 마이크론 내지 30 마이크론인 것을 특징으로 하는 방법.
40. 삭제
41. 제 26 항에 있어서, 중합체가 폴리아크릴산, 카르복시메틸 셀룰로스, 키틴, 키토산 및 상기 중합체의 염, 공중합체 및 혼합물로 구성된 군에서 선택되고, 용액이 가교제를 더 포함하며, 500 밀리토르 미만의 진공을 사용하여 용액으로부터 동결된 물을 제거하고, 용액중의 물의 중량의 20 중량% 미만이 회수된 흡수성 발포체에 잔류하며, 열처리, 자외선에의 노출, 마이크로파에의 노출, 전자 비임에의 노출, 증기 처리, 고습 처리, 고압 처리 및 유기 용매 처리로 구성된 군에서 선택되는 처리법으로 중합체 발포체를 처리하는 것을 더 포함하며, 수팽윤성, 수불용성 중합체가 흡수성 발포체의 총 중량을 기준으로하여 50 중량% 내지 100 중량%의 중량으로 흡수성 발포체내에 존재하고, 흡수성 발포체가 흡수성 발포체 g 당 액체 10 g 이상의 자유 팽윤 값, 흡수성 발포체 g 당 액체 10 g 이상의 하중하 흡수능 값, 및 흡수성 발포체의 m² 당 g 당 30 g 미만의 힘의 유연성 값을 나타내며, 흡수성 발포체가 두께가 있는 벽을 가진 셀을 포함하고, 셀의 평균 셀 크기는 10 마이크론 내지 100 마이크론이고 셀의 평균 벽 두께는 0.1 마이크론 내지 30 마이크론인 것을 특징으로 하는 방법.
42. 제 26 항의 방법에 의해 제조된 흡수성 발포체.
43. 제 42 항에 있어서, 중합체가 폴리아크릴산, 카르복시메틸 셀룰로스, 키틴, 키토산, 및 상기 중합체의 염, 공중합체 및 혼합물로 구성된 군에서 선택되며, 수팽윤성, 수불용성 중합체가 흡수성 발포체의 총 중량을 기준으로하여 50 중량% 내지 100 중량%의 중량으로 흡수성 발포체내에 존재하며, 흡수성 발포체가 흡수성 발포체 g 당 액체 10 g 이상의 자유 팽윤 값, 흡수성 발포체 g 당 액체 10 g 이상의 하중하 흡수능 값, 및 흡수성 발포체 m² 당 g 당 30 g 미만의 힘의 유연성 값을 나타내며, 흡수성 발포체가 두께가 있는 벽을 가진 셀을 포함하고, 셀의 평균 셀 크기는 10 마이크론 내지 100 마이크론이고 셀의 평균 벽 두께는 0.1 마이크론 내지 30 마이크론인 것을 특징으로 하는 흡수성 발포체.

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