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KR20080032649A - 초흡수제, 초흡수제로 마감된 나노섬유 부직포 및 이의용도 - Google Patents

초흡수제, 초흡수제로 마감된 나노섬유 부직포 및 이의용도 Download PDF

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KR20080032649A
KR20080032649A KR1020087005433A KR20087005433A KR20080032649A KR 20080032649 A KR20080032649 A KR 20080032649A KR 1020087005433 A KR1020087005433 A KR 1020087005433A KR 20087005433 A KR20087005433 A KR 20087005433A KR 20080032649 A KR20080032649 A KR 20080032649A
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호르스트 링
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쉴 운트 자일아허 악티엔게젤샤프트
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Abstract

본 발명은 물의 존재 하에서 팽윤하는 중심부와 표면상 후가교된 외피를 포함하는 중합체 입자로 이루어진 초흡수제 분말에 관한 것으로, 상기 분말은 외피의 표면상 후가교 후 분쇄되지 않은 중합체 입자의 선별 분획이다. 본 초흡수제 분말은 직경 10 ㎛ 미만의 초미세 섬유 또는 필라멘트로 구성된 직물의 마감, 그 중에서도 위생 제품의 마감에 특히 적합하다. 또한 친수성 유체의 흡수 및 보유, 하기 유체 중 적어도 하나의 흡수 및/또는 지연된 전달을 위한 초흡수제로 마감된 나노섬유 부직포의 용도를 제안한다: 체액, 인간 및 다른 동물의 땀, 냉각수, 응축수 및 수증기를 포함한 물, 농약 및 살충제를 포함한 화학 약품, 약물, 살생물제, 살균제 및 곰팡이제거제, 진단약, 방화 및 소화제, 세정제, 수경성 유체, 가열 및 냉각 유체, 방사능 오염된 유체를 포함한 오수, 방향제.

Description

초흡수제, 초흡수제로 마감된 나노섬유 부직포 및 이의 용도{SUPERABSORBENTS, NANOFIBRE WEBS FINISHED THEREWITH, AND USE THEREOF}
본 발명은 물의 존재 하에서 팽윤하는 중심부(core)와 표면상 후경화된 외피(shell)를 갖는 중합체 입자로 이루어진 초흡수제 분말, 직경 10 ㎛ 미만의 초미세 섬유 또는 초미세 필라멘트로 만들어진 직물 부직포(textile web)의 마감(finishing)을 위한 이의 용도, 또한 초흡수제로 마감된 나노섬유 부직포의 친수성 유체의 흡수 및 보유, 하나 이상의 유체 또는 유체 혼합물의 흡수 및/또는 방출을 위한 용도에 관한 것이다.
"초흡수제" 는 물 또는 다른 유체를 자기 무게의 천 배까지 흡수해서, 팽윤하여 겔을 형성할 수 있는 중합체 물질로 이해될 수 있다. 초흡수제의 흡수 및 보유 용량이 "겔 방해" 효과, 즉 팽윤하기 시작하거나 완전히 팽윤한 초흡수제 입자의 응집으로 인해 빠르고 강한 제한을 받게 되므로, 입자의 가교도 기울기를 뒤집는, 즉 중심부가 낮은 가교도를 외피가 높은 가교도를 갖게 하는 초흡수제 입자의 표면상 후경화에 대한 다양한 방법이 이미 제안되었다. 이런 종류의 변형된 초흡수제 및 이의 제조 방법은 Ullmanns Encyclopedia of Industrial Chemistry(제 6 판, 제 35 권, 73 쪽 이후, 2003 년)에서 공지되었는데, 위생 제품 예컨대 기저 귀 및 다른 실금용 제품, 생리대 및 상처용 드레싱의 마감을 위한 용도로서이다.
연구에 따르면, 약 1500만 명의 서유럽인 및 대략 같은 수의 미국인들이 요실금으로 고생하고 있다. 이러한 건강상 장애는 여자에게서 남자보다 10 배 많은 빈도로 발견된다. 30 내지 59 세 여성의 약 25 % 가 적어도 일시적으로 실금증상을 경험한다. 심지어 약 20 세인 젊은 여성의 10 내지 20 % 가 또한 이를 겪는다. 52억 개 이상의 실금용 제품, 예컨대 성인용 기저귀가 서유럽에서 매년 사용된다. 미국에서 실금용 제품에 대한 연간 지출은 164억 US 달러 이상으로 추정되며, 이 중 약 35 % 가 요양원에서 발생한다. 이는 상기 실금용 제품에 이용되는, 대개의 경우 부직포인 직물 부직포에 특히 적합한 개선된 초흡수제 개발의 사회 경제적 큰 중요성을 야기한다.
실금용 제품은 소변을 받아 들여, 확고하게 흡수하고 효과적으로 결합하는 기능을 주로 한다. 동시에, 수분을 피부로부터 떨어져 있게 되고, 냄새 발생을 억제한다. 이는 외부에 대한 액체 장벽으로 작용하는 포일(foil), 유체 분배를 통제하는 다양한 부직포 직물, 및 확실한 유체 흡수를 위한 초흡수제로 만들어진 다층(multi-ply) 구조에 의해 달성된다.
상기 기술적 기능성과는 별도로, 확실히 편안한 착용감, 몸에 꼭 맞음, 활동성(분배 경로, 부피, 탁탁 소리/바스락 소리) 및 위생적 처리가능성이 요구된다.
이미 오늘날, 실금용 제품은 가벼운 증상을 보이는 사람들이 거의 정상적인 일상 생활을 할 수 있게 해준다. 그럼에도 불구하고, 이동이 제약되고 거주가 위생 기반 시설을 갖춘 환경으로 한정되어, 이는 결국 사교 및 직업과 관련된 상황 에 영향을 미친다.
더욱 중증인 실금의 경우, 오늘날 시판중인 물질 및 실금용 제품의 구조로 기술적 문제는 관리할 수 있을지라도, 편안한 착용감, 몸에 맞음, 활동성 및 취급성 때문에 이들 장애가 특히 분명해진다.
실금이 사회적 금기 주제이기 때문에, 이 건강 장애의 사회/심리학적 요소는 특히 젊은 여성에게 특히 중요하며, 고립, 고독, 그리고 자신감 및 자주성의 상실로 즉시 이어질 수 있다.
새로운 실금용 제품에 이용될 새로운 유형의 물질이 이 점에서 안도감을 주는데, 이는 특히 작은 부피, 얇은 두께, 감소된 소음 및 뛰어난 편안한 착용감으로 활동성(discretion)에 대한 요구를 책임진다.
미국 특허 5,629,377 에서, 표면상 후경화된 중합체 입자로 만든 초흡수제 분말의 기저귀 및 다른 실금용 제품의 마감을 위한 용도가 이미 공지되었다. 그러나, 제품 사용자들이 보송보송한 피부표면을 선호하기 때문에 선택된, 초미세 섬유 부직포와 결합된 시판중인 초흡수제 분말은 아직 최적이 아님이 밝혀졌다. 이를 문제 없는 방식으로 가공하는 것은 가능하지 않았으며, 부직포 구조에 적합하게 통합되지 않아, 젖었을 때 부직포 구조 밖으로 새나왔다.
"나노섬유 부직포"는 직경이 10 ㎛ 미만, 바람직하게는 1 ㎛ 미만인 직물 섬유로 만들어진 부직포인 것으로 가정한다. 나노섬유 부직포 및 이의 제조 방법은, 예를 들면, 미국 특허 4,043,331 및 국제 특허 출원 WO 01/27365 에서 공지되었다. 선행 기술에서 공지된 나노섬유 부직포는 초흡수제로 마감되지 않았으 나, 그 부분을 제외하고 위생 제품 및 상처용 드레싱 마감에 이용되었다.
본 발명은 초미세 섬유 부직포와의 결합에 특히 적합한 초흡수제 분말을 제공하고, 위생 제품과 같은 직물 부직포의 마감에 상기 분말의 이용은 더욱 경제적인 생산을 선택케 하며, 또한 초흡수제로 마감된 초미세 섬유 부직포의 친수성 유체의 흡수 및 보유를 위한 응용 방법을 제공하려는 목적에 기초해 있는데, 여기서 상기 방식으로 마감된 나노섬유 부직포의 유리한 특성은 경제적, 생태적 또는 기술적 관점에서 특히 분명하게 명백하다.
상기 목적은 본 발명에 따라 분말이 외피의 표면상 후경화 후 분쇄되지 않은 중합체 입자의 선별 분획(screening fraction)이라는 점에서 초기에 언급된 유형의 초흡수제 분말에 의해 달성될 수 있다.
놀랍게도 종래의 초흡수제 분말이 실패했음이 밝혀졌는데, 이는 비록 기본적으로 특정 초미세 섬유 부직포에 대해 최적의 입자 크기 및 적절한 입자 크기 분포를 가질지라도, 제조 과정에서 후경화 이후까지도 여러 번 분쇄되고, 그래서 입자의 중심부/외피 구조가 손상되고 겔 방해 효과가 다시 시작되기 때문이다. 이것은, 만족스러운 결과가 동일한 종래의 초흡수제 분말과 "보통의" 또는 더 조악한 섬유 부직포로 획득될 수 있음에도 불구하고, 최적의 물 흡수 및 물 보유 수치가 초미세 섬유 부직포로 달성될 수 없는 이유이다. 신중하게 선별된, 분쇄되지 않은 입자가 초흡수제 분말로 선택되고, 초미세 섬유 부직포와 결합하여 이용됐을 때에만, 바람직한 최적의 물 흡수 및 물 보유 수치가 나타났다. 이는 물 흡수 및 보유 뿐만 아니라 다른 친수성 유체의 흡수 및 보유에도 적용된다.
사용된 선별 분획이 입자 크기 분포 d50 = 55 내지 100 ㎛ 및 d100 = 100 내지 150 ㎛ 를 보일 때, 나노섬유 부직포와 결합한 본 발명에 따라 최고의 결과가 획득되었다. 상기 "d50 = 55 ㎛" 는 입자의 50 중량% 가 55 ㎛ 까지, 실제로 55 ㎛ 이하의 입자 크기 가짐을 의미하며, "d100 = 100 ㎛" 는 입자의 100 중량% 가 100 ㎛ 까지의 입자크기를 가짐을, 즉 어떤 입자도 100 ㎛ 보다 크지 않음을 의미한다.
바람직하게는 초흡수제 입자를 구성하는 중합체는 (메트)아크릴레이트 또는 (메트)아크릴 공중합체이고; 특히 바람직하게는 중합체가 소듐 폴리아크릴레이트이다.
본 발명에 있어서, 선택된 선별 분획의 초흡수제 분말은 직경 10 ㎛ 미만의 초미세 섬유 또는 초미세 필라멘트로 만들어진 직물 부직포의 마감에 이용된다. 상기 섬유 또는 필라멘트는 바람직하게는 직경이 1 ㎛ 미만이다. 상기 초미세 섬유는 마이크로섬유 또는 나노섬유로 언급된다.
나노섬유 부직포, 특히 정전기 방적 나노섬유로 만들어진 부직포 마감을 위한 초흡수제 분말의 용도가, 특히 유익함이 밝혀졌으며, 이는 이하에서 상세히 설명될 것이다.
상기 섬유 또는 필라멘트는 바람직하게는 용융 방적 가능한 열가소성 및 친수성 또는 친수화 중합체로 이루어지고, 폴리우레탄이 특히 바람직하다.
본 발명에 있어서 초흡수제 분말은 바람직하게는 직물 부직포로 만든 위생 제품의 마감에 이용된다. 특히 바람직하게는, 본 발명에 따라, 기저귀 및 다른 실금용 제품, 생리대 및 상처용 드레싱이 유체를 흡수하도록 마감된다.
따라서, 본 발명에 있어서 용도의 바람직한 성과는 신축성 있는 초흡수제 나노섬유 부직포의 새로운 위생 제품, 특히 개선된 편안한 착용감, 확실한 냄새 결합 및 확대된 활동성을 갖는 실금용 제품을 위한 용도이다. 상기 위생 제품은 열가소성 폴리우레탄으로 된 부직포 직물로 이루어지며, 여기에 특정 입자 크기 분포를 갖고 특정 후경화 처리를 받은 폴리아크릴레이트로 만들어진 초흡수체 분말이 기계적으로 통합된다. 특정 초흡수제의 비율은 마감된 직물 한 단위 총 중량에 대해 85 중량% 에 달할 수 있다.
본 발명에 따라 친수성 유체의 흡수 및 보유를 위해 초흡수제로 마감된 나노섬유 부직포는 바람직하게는 하기 유체 중 하나 이상의 흡수 및/또는 서방성 방출에 이용된다: 체액, 인간 및 동물의 땀, 냉각수, 응축수 및 수증기를 포함한 물, 농약 및 살충제를 포함한 화학 약품, 약물, 살생물제, 살균제 및 곰팡이제거제, 진단용 제제, 방화 및 소화제, 세정제, 수경성 유체, 가열 및 냉각 유체, 방사능 오염된 유체를 포함한 오수, 방향제.
체액의 흡수 및/또는 서방성 방출을 위해, 본 발명에 따른 나노섬유 부직포가 바람직하게는 실금용 제품, 기저귀, 생리대, 상처용 드레싱, 냉습포, 위생 휴지, 화장용 패드 또는 침대 상감(bed inlay) 또는 상기 언급한 제품의 일부로서 이용된다.
인간 또는 동물 유래의 땀의 흡수 및/또는 서방성 방출을 위해, 본 발명에 따른 나노섬유 부직포가 바람직하게는 신발, 의류, 모자, 머리띠, 장갑, 침장 가구, 자동차 시트, 안장, 이불 호청, 침대 커버, 말옷, 운동 용품 또는 운동 장비 일부를 위한 땀 흡수용 충전재(padding)로서 이용된다.
냉각수, 응축수 및 수증기를 포함한 물의 흡수 및/또는 서방성 방출을 위해, 본 발명에 따른 나노섬유 부직포가 바람직하게는 손수건, 마루 걸레, 상해 방지 매트, 캠핑 매트, 방수포(tarpaulin), 젖은 천, 건조용 천, 연마용 천, 청소용 천 또는 세탁가능한 가죽 또는 상기 제품들의 일부로서 이용된다.
건설 분야에서 본 발명에 따른 나노섬유 부직포는 냉각수, 응축수 및 수증기를 포함한 물의 흡수 및/또는 서방성 방출을 위해, 바람직하게는 바닥재 또는 벽지, 쪽모이세공마루 기초판, 지붕 기초판, 방화 매트, 유출 방지 매트, 습기 찬 방, 텐트, 차량, 탱크 또는 컨테이너의 내장용 매트, 또는 상기 제품들의 일부로서 이용된다.
본 발명에 따른 나노섬유 부직포는 바람직하게는 여과 장치 소재, 포장재, 피복 재료, 절연재 또는 실링재(sealing material) 또는 상기 제품들의 일부로서 추가로 이용된다. 바람직한 용도의 예는 위험한 물품의 포장, 관 및 도관, 수송관, 통신선 및 전원 케이블을 포함한 전선, 및 상기 유형의 유체가 저장되거나 전송되며, 응축수 및 수증기 형태로 발전하거나, 유출 또는 사고로 샐 수 있는 모든 물체의 피복이다.
농약 및 살충제를 포함한 화학 약품의 흡수 및/또는 서방성 방출을 위해, 본 발명에 따른 나노섬유 부직포는 바람직하게는 지오 웹(geo web), 배수 매트, 아그로 웹(agro web)으로서 또는 약물, 화학 약품, 비료 또는 살충제의 서방성 방출을 위한 부직포로서 이용된다. 상기 적용분야에서, 부직포는 온실 내의 넓은 지역 또는 밭, 경작지 및 플랜테이션의 토양을 가로질러 펼쳐짐으로써, 상기 제제의 흡수 또는 얼마간 지체후 방출을 위해 이용될 수 있다. 본 발명에 따른 나노섬유 부직포의 중요한 적용 분야는, 예를 들면 교통 사고의 결과, 다량의 환경유해 유체가 유출되는 생태적 재난이다.
본 발명에 따라 제안된, 초흡수제로 마감된 나노섬유 부직포의 적용 가능성들에 있어서, 높은 물 및 유체 보유 용량 및 빠른 물 및 유체 흡수 속도, 이에 수반하여 흡수된 유체 양의 특히 느리고 지연된 (재)방출이 유리함이 명백하다. 이로 인해, 다량의 유출된 유체도 매우 단시간에 흡수되어 제거될 수 있다.
반면, 부직포는 유출이 염려되는 장소 및 물 뿐만 아니라 유독성, 부식성, 산성, 알칼리성 또는 환경적으로 위험한 유체가 도관, 컨테이너, 포장재, 탱크, 차량, 산업 설비 등으로부터 유출될 수 있는 장소에 걸쳐 예방적으로 이용될 수 있고; 유출된 유체는 도관 등을 피복 또는 포장하거나 안쪽에 붙여진 부직포에 의해 즉시 흡수될 것이고, 매우 신속히 개시되는 심지 효과로 인해 흡수된다.
본 발명의 이점이 직물 부직포에 기초한 위생 제품의 예로 이하 설명될 것이나, 본 발명을 한정하는 것으로 해석되어서는 안된다.
1. 개선된 활동성
실금용 제품의 두꺼움과 큰 부피의 이유는 초흡수제 분말(SAP)이 물과 접촉할 때 팽윤하여 입자가 응집하고, 그래서 추가적인 물 흡수가 더 어렵거나 방해(겔 방해)된다는 사실에 주로 기인한다. 겔 방해를 피하기 위해 지금까지의 관례는, SAP 를 항상 혼합물로 입자를 떨어져 있게 하는 짧은 셀룰로오스 섬유(펄프)와 함께 사용하는 것이었다. 그렇게 함으로써, SAP 의 비율이 최대 50 % 에 달할 수 있다. 펄프는 매우 낮은 밀도를 가지며, 따라서 부피가 매우 커서 유체 흡수에 필요한 SAP/펄프의 총 부피를 상당히 부풀린다.
상기 불편을 피하고 펄프 없이 할 수 있는 한편, SAP 와 함께 하기 위한 넓은 표면적을 동시에 확보하기 위해, 초흡수제를 분말 형태가 아닌 또다른 구조, 예컨대 거품, 섬유 부직포와 같은 또 다른 구조로 이용하거나, 또는 초흡수제로 코팅된 부직포 및 섬유의 형태로 이용하려는 다양한 시도가 있어 왔다. 상기 구조는, 그러나, 심각한 불이익, 예컨대 젖은 후 강도 상실, 건조 상태에서 부서짐/깨짐 또는 젖는 행태의 현저한 이방성 때문에 이용될 수 없었다.
현재 본 발명에 따른 물질의 새로운 접근은 한정된 입자 크기 분포를 갖는 초흡수제 분말의 개별 입자를 신축성 있는 부직포 구조에 결합하는 것으로서, 입자들이 공간적으로 서로 분리되어 물과의 접촉으로 완전히 젖어 3차원적으로 자유롭게 팽윤할 수 있는 방식으로 하는 것이다. 부직포 기질의 신축성으로 인해 겔 방해가 방지되는데, 이는 초흡수제 팽윤시 늘어나는 공간 소요 때문에 부직포 기질이 공간을 내어주기 때문이며, 그리하여 입자들이 서로 충분히 떨어져 있게 된다.
2. 개선된 편안한 착용감
높은 비율의 초흡수제를 지닌 신축성 있는 부직포 구조로 인해, 현재 일반적인 부피가 큰 SAP/펄프 혼합물을 대체하여 종래의 실금용 제품의 불편을 피할 수 있다. 두께는 1/10 로 줄어든다. 이는 본 발명에 따른 물질의 매끄러움, 신축성 및 얇은 두께로 인한 것이며, 실금용 제품의 고안자는 의복 같이 편안한 착용감과 활동성 및 기술적 성능을 통합하는 모든 선택권을 가진다.
3. 위생 제품의 단순화된 제조 과정
추가로, 값비싼 펄프 조화기(conditioning plant for pulp) 및 기저귀 기계 상류에 배열된 SAP 와 펄프의 혼합장치가 부직포, 스트립(strip) 또는 코일 제품 형태의 신축성 있는 초흡수제 부직포의 배치로 대체됨으로써 기저귀 제조 과정의 단순화가 달성된다. 또한, 구성 요소, 예컨대 티슈(tissue) 및 중심부 포장이 없어도 되므로 기저귀 구조가 단순화된다. 기저귀 구조는, 제조과정 동안 본 발명에 따른 물질(신축성 있고 흡수성 있는 부직포)이 적용되는, 예를 들면 신축성 있는 통기성 막과 부직포를 분배 및/또는 코팅하는 피복으로 줄어든다. 본 발명에 따른 물질의 제조 과정에서 이미 그것은 전달 물질(carrier material)로서 막 또는 호일(foil)에 적용되고, 다음 단계에서 통상의 부직포로 피복된다. 상기 수득된 복합물에서, 막 또는 호일은 종래의 배면 시트(back sheet)와, 본 발명에 따른 물질은 종래의 흡수성 중심부와, 피복용 부직포는 분배층 또는 표면의 부직포, 또는 적절한 구조인 경우 둘 다와 관련된다.
4. 냄새
냄새 결합에 대한 종래의 접근은 휘발성이며 대개 아민 타입인 화합물이 냄새 운반체로서 소변 성분의 박테리아 분해로 형성된다고 가정한다. 이에 따라, 초흡수제의 중화 수준 조정 및 pH 완충액 또는 정균제의 사용으로 미생물의 증식 및 활성을 정지시키려 한다. 여기서, 정균제 또는 심지어 살균제의 사용은 관련된 알레르기 유발 위험 때문에 대단히 논란의 소지가 많다.
소변 냄새가 실질적으로 요소의 효소 분해로 형성되는 암모니아 가스 냄새이고, 활성 효소는 사실 미생물에 의해 요소의 대사 분해를 위해 이용되며, 그러나 효소의 존재 및 효과는 살아있는 세포에 한정되지 않는다는 사실에 기초하여, 종래의 실금용 제품의 문제 해결을 위한 새로운 접근은 미생물과 싸우는 것이 아니라, 특정 효소 차단제에 의해 요소 분해효소의 효과를 차단하는 것이다.
종래의 알레르기를 유발하는 세포 독소 예컨대 살균제를 대체하는 무해한 효소 차단제는 냄새 결합 기술을 상응하는 이익/위험의 균형이 가능한 환자 또는 케이스에 한정하지 않지만, 실금 환자의 삶의 질 개선에 광범위한 적용을 허용한다.
효소 차단제는 신축성 있는 부직포 제조 과정에서 방적 덩어리에 추가될 수 있고, 분산 후 섬유 표면에서 활동성일 수 있거나, 또는 이어서 함침 형태로 섬유 표면에 적용될 수 있다.
5. 직물 부직포
문헌에서, 예를 들면 미국 특허 4,043,331 에서, 용액으로부터의 중합체는 전기방적 기술에 의해 무한 필라멘트로 된 부직포로 가공될 수 있음이 공지되었다. 전기방적은 여전히 부직포 직물 생산을 위한 매우 널리 보급된, 주류를 이루는 실험 기술은 아니다. 그러나 다른 부직포 배열 기술(laying technology)과는 달리, 상이한 중합체 또한 탄성 중합체로부터 나노미터 범위의 직경을 갖는 무한한 필라멘트를 생산하고, 방적 부직포의 한 형태로 배열하며(lay down), 입자 또는 마이크로캡슐(활성제, 방향 성분 등으로 채워지고, 물 또는 온도로 활성화됨)과 같은 입자를 방적 과정에서 부직포 구조에 기계적으로 통합시키는 가능성을 제공한다. 추가로, 효소, 효소 차단제, 비타민, 세제, 습윤제 등과 같은 활성제를 방적 용액에 추가할 가능성이 있고, 이는 방적 섬유 표면으로 확산되므로 그곳에서 활성이 나타날 수 있다.
L.M. Hansen 등은 Journal of Applied Polymer Science(제 95 권, 427-434 쪽, 2005년)에서 열가소성 폴리우레탄으로 만들어지고 전기방적법에 의해 생산된 부직포에 대해 기술하는데, 이는 Grain Processing Corp.[Muscatine, IA] 회사로부터 상표명 "Waterlock" 로 공급되는 변형된 전분 형태의 초흡수제로 충전되어 있다. 상기 물질은 이미 흥미로운 특성을 가지는데, 그러나 이는 위생 제품의 흡수성 중심부의 대용인 흡수제에 의한 최대 충전 지수, 비흡수(specific absorption), 및 유체 흡수 속도의 측면에서 필요 조건을 충족시키지 못한다.
그들이 통상적으로 위생 제품에서 초흡수제로서 사용되기 때문에, 현존 물질 중 변형된 전분(Waterlock)이 폴리아크릴레이트로 대체될 때 필요 조건을 충족시킬 수 있다는 기대하에, 상업적인 초흡수제 분말이 상기 나노섬유 부직포로 통합되기 위해 필요한 것으로 보이는 입자 크기로 분쇄되었다; 상기 물질로, 초흡수제를 포함하는 나노 부직포가 생산되었다. 예상대로, 변형된 전분(Waterlock)으로 충전된 부직포에 비해 개선된 흡수 행태가 관찰되었으나, 50 % 초과의 충전 지수는 겔 방해 때문에 비흡수의 중요한 진보를 가져올 수 없었다.
놀랍게도 종래의 초흡수제 분말을 분쇄하여 제조되지 않고, 표면상 후경화된 입자의 선별 분획으로서 수득되는, 적절한 입자 크기를 갖는 소듐 폴리아크릴레이트 초흡수제 입자가, 종래의 초흡수제 분말에 비해 기본적으로 서방성 흡수에도 불구하고, 바람직한 폴리우레탄 부직포 및 초흡수제의 전반적 구조에 독특하게 뛰어난 특성을 부여한다는 것을 알아냈다. 완전한 중심부/외피 구조 및 적절한 입자 크기 분포를 갖는, 폴리아크릴레이트 또는 다른 적합한 공중합체로 된 표면상 후경화된 초흡수제 분말의 이용만이, 유체의 신속한 흡수 및 분배, 높은 비흡수, 이에 수반하여 열가소성 폴리우레탄 및 나노미터 내지 마이크로미터 범위의 개별 필라멘트 직경을 갖는 초흡수제 분말로 이루어진 초흡수제 부직포의 약 85 % 이하의 높은 충전 지수를 허용한다.
본 발명은 하기 실시예에 따라 보다 상세하게 설명될 것이다.
시험 방법
A. 티백(Teabag) 흡수 시험(Tb)
"티백" 흡수 시험은 저항 없는 유체 흡수에 관한 정보를 제공한다. 제한된 양의 SAP 샘플을 시판중인 티백에 채우고; 티백을 30 분간 과량의 0.9 % 염화나트륨 용액에 함침시켰다가 꺼내고; 이후 10분간 티백에서 액체가 떨어지도록 했다.
[g/g] 단위의 Tb 값은 흡수된 물의 양과 최초의 SAP 양 사이의 비이다.
B. 물 보유력 시험
이 시험은 팽윤된 SAP 샘플의 물 보유력을 보여준다. Tb 시험에서의 팽윤된 티백을 원심분리기에 넣고 3 분간 가속도 250 g 로 원심분리시켰다.
[g/g] 단위의 CRC 값은 보유된 물의 양과 최초의 SAP 양 사이의 비율이다.
C. 수직 심지 효과
본 시험은 물 흡수 확산의 속도 및 선택적 방향에 대한 정보를 제공한다. SAP 샘플이 위에 붙어 있는 크기 10 X 1 cm 의 접착 테이프에 1 cm 의 동일한 간격마다 표시를 하고 0.9 % NaCl 용액에 첫 번째 1 cm 표시까지 수직으로 잠기게 하고; 유체 연장(extension)은 표시에 대해서 스트립을 조정함으로써 보상했다. 테이프 위에서 용액이 상향 이동하여 1, 2, 3, 4 및 5 cm 에 도달했을 때 시간을 측정했다.
결과
열가소성 폴리우레탄 및 상이한 충전량을 갖는 다양한 흡수 물질로 된 부직포를 전기방적법에 따라 실험실 방적 설비 또는 시험(pilot) 방적 설비에서 제조하였고 상기 시험을 수행했다.
본 발명에 따른 실험 3, 4, 6 및 7 에서, d50 약 100 μ 및 d100 약 150 μ, Tb 약 38 g/g 및 CRC 약 22 g/g 인 선별 분획의 입자 크기 분포를 갖는 중심부/외피 구조를 지닌 표면상 가교된 소듐 폴리아크릴레이트 분말을 초흡수제(SAP)로서 사용했다.
비교 실험 5 를 기계적으로 분쇄하고(따라서 본 발명에 따르지 않고) 이어 선별한 d50 약 55 μ 및 d100 약 100 μ, Tb 약 38 g/g, CRC 약 22 g/g 인 선별 분획의 입자 크기 분포를 갖는 초흡수제(SAP)로 수행했다.
종래의 위생 제품에서 현재 통상적인 입자 크기 분획을 갖는 시판중인 SAP는 너무 굵음이 밝혀졌다. 문제 없는 방식으로 그들을 가공하는 것은 가능하지 않았으며, 그들은 부직포 구조에 완벽하게 통합되지 않아서 젖었을 때 부직포 구조로부터 새나왔다. 이것이 상업적인 SAP 유형을 사용한 최초의 시험 실험이 이미 중단된 이유이다.
실험 결과를 표 1 에 요약했다.
충전지수 약 50 % 및 입자 크기 d50 = 100 μ, d100 = 150 μ 인 중심부/외피 구조를 갖는 표면상 가교된 소듐 폴리아크릴레이트 분말의 이용으로, 물 흡수 속도가 450 초에서 80 초까지 낮아지고 물 흡수는 29 g/g 에서 40 g/g 까지 및 16 g/g 에서 22 g/g 까지 각각 증가될 수 있음이 밝혀졌다. 충전지수 50 % 에서, 겔 방해는 여전히 확인될 수 없으며, Tb 및 CRC 값은 오히려 순수한 SAP 의 이론적인 값을 획득했다. 대형 시험 방적 설비에서 생산된 같은 조성의 샘플은 비교적 양호한 결과를 보였고 재현성을 확인했다(실험 6).
실험 5 에서 기계적 분쇄에 의한 SAP 입자의 후경화된 외피의 손상 및 수반되는 SAP 선별 분획 중 소형 입자 크기 비율의 증가는 부직포에서 유체 흡수 속도 및 유체 분배 속도에 유해한 영향을 준다는 것이 추가로 밝혀졌다.
본 실험은 또한 신축성 있는 부직포 구조와 완벽한 중심부/외피 구조 및 적절한 입자 크기를 지닌 표면상 후경화된 SAP 의 조합만이 필수 품질 특성, 예컨대, 유체 흡수 속도 및 유체 분배 속도 및 흡수 용량(Tb, CRC) 에 특히 요구되는 현저함을 가져옴을 증명했다. 놀랍게도 최고의 효과를 보이는 것은, 미세한 부직포 구조 때문에 기대되듯이 특히 미세한 분말이 아니라, 부직포 구조 크기보다 뚜 렷이 굵은 최적의 입자 크기의 존재임을 알아냈다.
흡수 물질 및 충전 지수에 의존한 다양한 부직포 샘플의 흡수 행태
번호 흡수 물질 충전 지수 수직 심지 4 cm [초] Tb [g/g] CRC [g/g]
1 Waterlock 50 % 450 29 16
2 Waterlock 70 % 480 24 14
3 SAP(중심부/외피) 40 % 260 41 22
4 SAP(중심부/외피) 50 % 80 40 18
5 SAP(미세 입자) 50 % 170 41 21
6 SAP(중심부/외피)(*) 50 % 90 50 22
7 SAP(중심부/외피) 75 % 270 29 16
(*) 시험 방적 설비

Claims (23)

  1. 물의 존재 하에서 팽윤하는 중심부와 표면상 후경화된 외피를 갖는 중합체 입자로 이루어진 초흡수제 분말로서, 상기 분말이 외피의 표면상 후경화 후 분쇄되지 않은 중합체 입자들의 선별 분획인 것을 특징으로 하는 초흡수제 분말.
  2. 제 1 항에 있어서, 선별 분획의 입자 크기 분포가 d50 = 55 내지 100 ㎛ 및 d100 = 100 내지 150 ㎛ 인 것을 특징으로 하는 초흡수제 분말.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 중합체가 (메트)아크릴레이트 또는 (메트)아크릴 공중합체인 것을 특징으로 하는 초흡수제 분말.
  4. 제 3 항에 있어서, 중합체가 소듐 폴리아크릴레이트인 것을 특징으로 하는 초흡수제 분말.
  5. 직경 10 ㎛ 미만의 초미세 섬유 또는 초미세 필라멘트로 된 직물 부직포의 마감을 위한 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 따른 초흡수제 분말의 용도.
  6. 제 5 항에 있어서, 섬유 또는 필라멘트가 직경 1 ㎛ 미만인 것을 특징으로 하는 용도.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서, 나노섬유 부직포 및 이로 만들어진 제품의 마감을 위한 용도.
  8. 제 7 항에 있어서, 정전기 방적 나노섬유로 만들어진 제품의 마감을 위한 용도.
  9. 제 5 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 섬유 또는 필라멘트가 용융 방적 가능한 열가소성 및 친수성 또는 친수화 중합체로 이루어진 것을 특징으로 하는 용도.
  10. 제 9 항에 있어서, 섬유 또는 필라멘트가 폴리우레탄으로 이루어진 것을 특징으로 하는 용도.
  11. 제 5 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 직물 부직포가 위생 제품을 구성하는 것을 특징으로 하는 용도.
  12. 제 11 항에 있어서, 실금용 제품, 생리대 및 상처용 드레싱의 마감을 위한 용도.
  13. 친수성 유체의 흡수 및 보유, 하기 유체 중 하나 이상의 흡수 및/또는 서방성 방출을 위한 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 따른 초흡수제로 마감된 나노섬유 부직포의 용도:
    - 체액,
    - 인간 및 동물의 땀,
    - 냉각수, 응축수 및 수증기를 포함한 물,
    - 농약 및 살충제를 포함한 화학 약품,
    - 약물, 살생물제, 살균제 및 곰팡이제거제,
    - 진단약,
    - 방화 및 소화제,
    - 세정제,
    - 수경성 유체,
    - 가열 및 냉각 유체,
    - 방사능 오염된 유체를 포함한 오수,
    - 방향제.
  14. 제 13 항에 있어서, 실금용 제품, 기저귀, 생리대, 상처용 드레싱, 냉습포, 위생 휴지, 화장용 패드 또는 침대 상감(bed inlay) 또는 상기 언급된 제품들의 일부로서 나노섬유 부직포의 용도.
  15. 제 13 항에 있어서, 신발, 의류, 모자, 머리띠, 장갑, 침장 가구, 자동차 시트, 안장, 이불 호청, 침대 커버, 말옷, 운동 용품 또는 운동 장비 중 일부를 위한 땀 흡수용 충전재로서 나노섬유 부직포의 용도.
  16. 제 13 항에 있어서, 손수건, 마루 걸레, 상해 방지 매트, 캠핑 매트, 방수포(tarpaulin), 젖은 천, 건조용 천, 연마용 천, 청소용 천 또는 세탁가능한 가죽 또는 상기 제품들의 일부로서 나노섬유 부직포의 용도.
  17. 제 13 항에 있어서, 바닥재 또는 벽지, 쪽모이세공마루 기초판, 지붕 기초판, 방화 매트, 유출 방지 매트, 습기 찬 방, 텐트, 차량, 탱크 또는 컨테이너의 내장용 매트, 또는 상기 제품들의 일부로서 나노섬유 부직포의 용도.
  18. 제 13 항에 있어서, 여과 장치 소재, 포장재, 피복 재료, 절연재 또는 실링재(sealing material) 또는 상기 제품들의 일부로서 나노섬유 부직포의 용도.
  19. 제 13 항에 있어서, 지오 웹(geo web), 배수 매트, 아그로 웹(agro web) 또는 약물, 화학 약품, 비료 또는 살충제의 서방성 방출을 위한 부직포로서 나노섬유 부직포의 용도.
  20. 제 13 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서, 부직포가 직경 10 ㎛ 미 만, 바람직하게는 1 ㎛ 미만의 초미세 섬유 또는 필라멘트로 이루어지는 것을 특징으로 하는 용도.
  21. 제 13 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서, 부직포가 정전기 방적 나노섬유로 제조되는 것을 특징으로 하는 용도.
  22. 제 13 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서, 부직포의 섬유 또는 필라멘트가 용융 방적 가능한 열가소성 및 친수성 또는 친수화 중합체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 용도.
  23. 제 22 항에 있어서, 섬유 또는 필라멘트가 폴리우레탄으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 용도.
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