(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素結合官能部位をもち、第１のセットの条件下にて圧縮すると第１の密度に緻密化する木材パルプ繊維、を供給する工程；および
前記第１のセットの条件下で圧縮すると第２の密度に緻密化する緻密化剤を施した木材パルプ繊維、を供給するのに有効な量にて、前記木材パルプ繊維に、ソルビトールである緻密化剤を施す工程、このとき前記第２の密度は前記第１の密度より大きい；
を含む、緻密化することができる繊維ウェブを製造するための方法であって、
前記繊維ウェブが少なくとも３５０ｇ／ｍ2の坪量を有する、上記方法。
【請求項２】
前記緻密化剤が、乾燥繊維と緻密化剤の合計重量を基準として０．１〜３０．０重量％の量にて施される、請求項１記載の方法。
【請求項３】
緻密化剤を含んだ繊維に外部圧力を加えることによって、前記繊維を緻密化する工程をさらに含む、請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記緻密化工程が、ウェブをカレンダーロールのニップに通すことによってウェブに外部圧力を加える工程を含む、請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記緻密化工程が、プレスにてウェブに外部圧力を加える工程を含む、請求項３記載の方法。
【請求項６】
前記繊維が繊維内架橋を含む、請求項１記載の方法。
【請求項７】
粒子を繊維に加える工程をさらに含む、請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記粒子が超吸収性粒子である、請求項７記載の方法。
【請求項９】
水素結合官能部位を有し、第１のセットの条件下にて圧縮したときに第１の密度に緻密化する木材パルプ繊維；および
前記第１のセットの条件下で圧縮すると第２の密度に緻密化する緻密化剤を施した木材パルフ繊維、を供給するのに有効な量であり、ソルビトールである緻密化剤、このとき前記第２の密度は前記第１の密度より大きい；
を含む、繊維ウェブであって、
少なくとも３５０ｇ／ｍ2の坪量を有する前記繊維ウェブ。
【請求項１０】
前記緻密化剤が、乾燥繊維と緻密化剤の合計重量を基準として０．１〜３０．０重量％の量にて施される、請求項９記載の繊維ウェブ。
【請求項１１】
前記繊維が繊維内架橋を含む、請求項９記載の繊維ウェブ。
【請求項１２】
請求項１、６または８に記載の方法によって製造した繊維ウェブ。
【請求項１３】
請求項９または１１に記載の繊維ウェブを含んだ物品。
【請求項１４】
おむつ、失禁用器具、ベッドパッド、拭取材料、女性用衛生用品、および包帯からなる群から選ばれる、請求項１３記載の物品。
【請求項１５】
前記物品が吸収性物品である、請求項１３記載の物品。
【発明の詳細な説明】
発明の分野
本発明は、繊維に用いる有機および無機のポリマーおよび非ポリマー緻密化剤、ならびにそれらの緻密化剤を繊維の緻密化の増強に使用することに関するものである。それらの緻密化剤で処理した繊維は外部圧力を付与することによって容易に緻密化しうる。これらの結合剤は、湿式積層繊維シート製造ラインにおいて繊維に付与し、次いでエアレイ装置を用いる処理のために繊維化することができる。具体的な態様においては、本発明はセルロース系繊維に関するものであって、次いでこれをたとえば吸収性繊維の製造に使用し、これを緻密化して吸収性製品に含有させることができる。
関連出願との相互関係
本出願は以下の米国特許出願の一部継続出願であり、これらはそれぞれ１９９２年８月１７日にミカエル  Ｒ．ハンセンおよびリチャード  Ｈ．ヤング、Ｓｒの名で出願された。これらの出願それぞれを本明細書に参考として引用する：（１）出願第０７／９３１，０５９号、表題“粒子を繊維に結合させるためのポリマー結合剤”、（２）出願第０７／９３１，２７７号、表題“粒子を繊維に結合させるための非ポリマー有機結合剤”、（３）出願第０７／９３１，２１３号、表題“粒子を繊維に結合させるための反応性化しうる結合剤を用いる湿式積層繊維シート製造”、（４）出願第０７／９３１，２７８号、表題“粒子を繊維に結合させるための反応性化しうる結合剤”、（５）出願第０７／９３１，２８４号、表題“嵩高繊維用の粒子結合剤”、および（６）出願第０７／９３１，２７９号、表題“繊維の緻密化を増強する粒子結合剤”。
また本出願は以下の米国特許出願の一部継続出願であり、これらはそれぞれ１９９３年８月１７日にミカエル  Ｒ．ハンセンおよびリチャード  Ｈ．ヤング、Ｓｒの名で出願された。これらの出願それぞれを本明細書に参考として引用する：（７）出願第０８／１０７，４６９号、表題“粒子結合剤”、（８）出願第０８／１０８，２１９号、表題“繊維に対する粒子の結合”、（９）出願第０８／１０７，４６７号、表題“水溶性粒子を繊維に結合させるための結合剤”、（１０）出願第０８／１０８，２１７号、表題“粒子結合剤”、および（１１）出願第０８／１０８，２１８号、表題“繊維に対する粒子の結合剤”。
また本出願は米国特許出願第０８／１９２，６８２号の一部継続出願である：１９９４年２月７日にリチャード  Ａ．ジェウェル、フー（ＮＭＩ）ウェスト、ロバート  Ｈ．ヤング、エリザベス  Ａ．ウェールバンク、エイマー  Ｎ．ネオギ、ドナルド  Ｄ．ハラビスキーおよびミカエル  Ｒ．ハンセンの名で出願、表題“超吸収性ポリマーの吸収性を増大させるための方法および組成物”。３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１２０のもとに、これら先願の出願日の優先権を本出願において主張する。
発明の背景
自重の多数倍の液体を吸収しうる超吸収性ポリマーが近年開発された。水不溶性ヒドロゲルとしても知られるこれらのポリマーは、生理用品、たとえばおむつおよび生理用ナプキンの吸収性を高めるために用いられている。超吸収性ポリマーはしばしば、製品の吸収性を高めるために吸収性セルロース系製品全体に分散した粒状粉末、穎粒または繊維の形で供給される。超吸収性粒子は、たとえば米国特許第４，１６０，０５９号；米国特許第４，６７６，７８４号；米国特許第４，６７３，４０２号；米国特許第５，００２，８１４号；および米国特許第５，０５７，１６６号明細書に記載されている。吸収性ヒドロゲルを含有するおむつなどの製品は米国特許第３，６６９，１０３号および米国特許第３，６７０，７３１号明細書に記載されている。
超吸収性材の使用に伴う１つの問題は、超吸収性材料が吸収性製品のセルロース系繊維から物理的に排除される可能性があることである。超吸収性材がその支持体から引き離されると、製品の吸収性が低下し、超吸収性材料の有効性が低下する。この問題が欧州特許出願公開第４４２  １８５  Ａ１号明細書において対処されており、これは吸収性ポリマーを繊維性支持体に結合させるためのポリ塩化アルミニウム結合剤の使用を示している。しかしポリアルミニウム結合剤は、容易には生物分解し得ない無機物質であるという欠点をもつ。さらに、この欧州特許明細書には吸収性粒子の結合に有用なポリ塩化アルミニウム以外の結合剤を選択する指針が提示されていない。
超吸収性材を固定化する方法が米国特許第４，４１０，５７１号明細書に記載されており、この方法では水膨潤性の吸収性ポリマーを非粒状の固定化された融合層に変換している。ポリマー粒子はポリヒドロキシ有機化合物、たとえばグリセリン、エチレン／グリコール、またはプロピレングリコール中で可塑化することにより、コーティングフィルムに変換されている。超吸収性材は支持体上で発泡しうる非粒状の固定化された形態をとる。超吸収性材の個々の粒子性はこの方法では失われている。超吸収性材料の融合性はゲル粘着を生じる可能性もあり、その場合、水膨潤したポリマーが液体のフィルム層貫通を遮断するので、吸収性が低下する。
米国特許第４，４１２，０３６号および米国特許第４，４６７，０１２号明細書には吸収性積層品が示され、その場合２つのテッシュ層間に加水分解デンプン−ポリアクリロニトリルグラフトコポリマーおよびグリセリンの混合物が積層されている。これらのテッシュ層を外部からの熱および圧力の付与により互いに積層する。反応条件によりテッシュ層間に共有結合が形成され、これがテッシュ層を互いに強固に結合させる。
多数の他の特許明細書に、繊維ウェブに結合剤を付与する方法が記載されている。一例には、米国特許第２，７５７，１５０号；米国特許第４，５８４，３５７号；および米国特許第４，６００，４６２号明細書が含まれる。それらの結合剤は粒子、たとえば超吸収性粒子を繊維に結合させるのに有用であるとは記載されていない。さらに他の特許明細書には、個別化したセルロース繊維と繊維内共有結合を形成する架橋剤、たとえばポリカルボン酸が示されている：たとえば欧州特許出願公開第４４０  ４７２  Ａ１号；欧州特許出願公開第４２７  ３１７  Ａ２号；欧州特許出願公開第４２７  ３１６  Ａ２号；および欧州特許出願公開第４２９  １１２  Ａ２号明細書。繊維内共有結合は高温で形成され、この架橋剤で処理されたセルロース繊維の嵩が繊維内エステル架橋の形成によって高められる。エステル結合の逆行を阻止するために、架橋は酸性条件下で行われなければならない。繊維内の共有結合によって、一般的なパルプシート密度にまで圧縮するのが未処理シートより困難なパルプシートが生成する。共有架橋結合は繊維と粒子の間でも形成され、他の場合には吸収に用いられる官能基を占有し、したがって吸収効率を低下させる可能性がある。
繊維内共有エステル架橋を形成することの欠点は特に、得られる繊維製品が繊密化に抵抗することである。吸収性製品を緻密化するために極めて高い圧縮圧力を用いなければならないので、緻密化した吸収性製品の製造のためのエネルギー要求は高くなる。緻密化のためのエネルギー要求を低下させることによって架橋繊維の緻密化を増強する方法が提供されれば有利であろう。
異なる最終用途のために超吸収性材以外の多種多様な粒子を繊維に添加することができる。抗微生物薬、ゼオライトおよび難燃剤は繊維に添加される粒子の数例にすぎない。最終ユーザーの多種多様な粒子要望に適応しうる粒子結合方法が提供されれば有利であろう。さらに、結合過程での粒子のむだを少なくし、かつ粒子の添加を必要とする繊維製品の輸送を簡単にすることができれば有利であろう。これらの繊維の輸送および過度の取り扱いはそれらに機械的衝撃を与え、これが若干の粒子を繊維から排除する可能性があるので、粒子が付着したばら繊維を輸送する必要なしに粒子を繊維に結合させることが有利であろう。最初のパルプシート製造プロセスで結合剤を繊維に含有させ、これにより繊維を活性化して遠隔地の製品製造場所で使用しうる状態にすることも有利であろう。
セルロース製品に添加される粒子が液体、たとえば水または液体結合剤に不溶性であることが、従来は重要であった。可溶性粒子は結合剤を含有する水によって溶解するであろうから、液体不溶性（特に水不溶性）はセルロース繊維に結合する粒子に必須の特性であると考えられていた。粒子は結合剤が蒸発するのに伴って結果的に再凝固する可能性はあるが、粒子が結合剤に溶解することにより製品の不必要または望ましくない領域へ粒子が拡散するであろう。したがって水溶性粒子は、結合剤により繊維に結合させる粒子には用いられていなかった。
発明の概要
以上および他の問題が、水素結合性官能部位を備えた繊維、および水より低い揮発性を有する結合剤を提供することにより克服された。結合剤は繊維と水素結合を形成しうる官能基、および水素結合性または配位共有結合性官能基を有する粒子とも水素結合または配位共有結合を形成しうる官能基を有する。
本発明の繊維は、ポリマーまたは非ポリマー結合剤により繊維と結合した粒子を含むことができる。結合剤は結合剤分子を含む。ポリマー結合剤は、ポリグリコール［特にポリ（プロピレングリコール）］、ポリカルボン酸、ポリカルボキシレート、ポリ（ラクトン）ポリオール、たとえばジオール、ポリアミド、ポリアミン、ポリスルホン酸、ポリスルホネートおよびその組み合わせよりなる群から選択しうる。限定ではないが、これらの結合剤のうち若干の具体例は以下のものである：ポリグリコールにはポリプロピレングリコール（ＰＰＧ）およびポリエチレングリコール（ＰＥＧ）が含まれる；ポリ（ラクトン）ポリオールにはポリ（カプロラクトン）ジオールが含まれる；ポリカルボン酸にはポリアクリル酸（ＰＡＡ）が含まれる；ポリアミドにはポリアクリルアミドまたはポリペプチドが含まれる；ポリアミンにはポリエチレンイミンおよびポリビニルピリジンが含まれる；ポリスルホン酸およびポリスルホネートにはポリ（ナトリウム−４−スチレンスルホネート）またはポリ（２−アクリルアミド−メチル−１−プロパンスルホン酸）；ならびにそのコポリマー（たとえばポリプロピレングリコール／ポリエチレングリコールコポリマー）。ポリマー結合剤は一般に反復単位を含む。反復単位は、たとえばポリペプチドの場合のように化合物の主鎖であってもよく、その場合反復ポリアミドはペプチド鎖中に生じる。反復単位は主鎖以外の単位、たとえば反復アクリル酸単位をも意味しうる。このような場合、反復単位は同一でも異なってもよい。結合剤分子は、粒子と水素結合または配位共有結合を形成しうる官能基を少なくとも１個、および繊維と水素結合を形成しうる官能基を少なくとも１個含む。現在最も好ましいポリマー結合剤はポリエチレングリコールであるが、他の特に好ましいポリマー結合剤はアミド結合剤、たとえばポリペプチド結合剤であり、ポリグリシンが特に好ましい例である。
非ポリマー結合剤は水より低い揮発性を有する。非ポリマー結合剤分子は、粒子と水素結合または配位共有結合を形成しうる官能基を少なくとも１個、およびセルロース繊維と水素結合を形成しうる官能基を少なくとも１個含む。非ポリマー結合剤は有機結合剤であり、好ましくはカルボキシル（たとえばカルボン酸）、カルボキシレート、カルボニル（たとえばアルデヒド類）、スルホン酸、スルホネート、リン酸、ホスフェート、ヒドロキシル（たとえばアルコール類またはポリオール）、アミド、アミン、およびその組み合わせ（たとえばアミノ酸またはヒドロキシ酸）よりなる群から選ばれる官能基を含み、その際この分子にはこの群から選ばれる少なくとも２個の官能基があり、これら２個の官能基は同一でも異なってもよい。それらの結合剤の例にはポリオール、ポリアミン（２個以上のアミン基を含む非ポリマー有機結合剤）、ポリアミド（２個以上のアミド基を含む非ポリマー有機結合剤）、ポリカルボン酸（２個以上のカルボン酸官能基を含む非ポリマー有機結合剤）、ポリアルデヒド（２個以上のアルデヒドを含む非ポリマー有機結合剤）、アミノアルコール、ヒドロキシ酸が含まれる。これらの結合剤は粒子および繊維と前記の結合を形成しうる官能基を有する。
より好ましくは、非ポリマー有機結合剤はグリセリン、グリセリンモノエステル、グリセリンジエステル、グリオキサール、アスコルビン酸、尿素、グリシン、ペンタエリトリトール、単糖類または二糖類、クエン酸、酒石酸、タウリン（２−アミノエタンスルホン酸）、ｐ−アミノサリチル酸、ジプロピレングリコール、および尿素誘導体、たとえばＤＭＤＨＥＵ、ならびにその組み合わせよりなる群から選ばれる。適切な糖類にはグルコース、スクロース、ラクトース、リボース、フルクトース、マンノース、アラビノース、およびエリトロースが含まれる。好ましい結合剤は、結合剤を繊維および粒子の両方に水素結合させうる複数の水素結合性官能基を含む非ポリマー分子である。特に好ましい結合剤には、粒子表面にある官能基と５または６員環、極めて好ましくは６員環を形成しうるものが含まれる。現在では、グリセリン、グリセリンモノエステル（モノグリセリドを含む）、グリセリンジエステル（ジグリセリドを含む）、ポリグリセリンオリゴマー、プロピレングリコールオリゴマー、尿素、およびその組み合わせ（たとえばグリセリンと尿素）。本明細書において用いるオリゴマーとは、ポリオールの縮合生成物であって、その際縮合生成物が１０未満のモノマー単位を含むものを意味する。本明細書において述べるポリグリセリンオリゴマーとは、２個以上のグリセリン分子の縮合生成物を意味する。本明細書において述べるプロピレングリコールオリゴマーとは、２個以上のプロピレングリコール分子の縮合生成物を意味する。現在特に好ましい非ポリマー結合剤はグリセリンである。
繊維性材料は結合剤と水素結合を形成しうるセルロース系繊維または合成繊維であり、一方粒子は結合剤と水素結合または配位共有結合を形成しうる種類のものであるように選ばれる。意外にもこの結合剤系は粒子を繊維に著しく良好に固定することが見出された。したがって結合していない粒子または共有結合した粒子と比較して改良された破収性を有する卓越した繊維製品が製造される。非共有結合の形成によって、容易に製造される繊維製品、ならびに容易に緻密化され、かつ容易に生物分解および廃棄しうるウェブが製造される。
好ましい１態様においては、吸収性製品は粒状の超吸収性ヒドロゲル粒子を含有する繊維性セルロースマットを含む。超吸収性粒子は結合剤に応じて結合剤と水素結合または配位共有結合を形成し、一方結合剤はセルロース繊維のヒドロキシル基と水素結合を形成しうる。これらの結合剤と粒子の間の非共有性の、比較的融通性のある結合は、粒子を繊維と接触させた状態に維持し、かつ製造、貯蔵または使用に際してマットに付与される機械的な力により粒子が排除されるのに抵抗する。存在する結合剤の量は一般に多数の因子に依存し、これには結合剤および粒子の性質、ならびに粒子が繊維に直ちに添加されるか、または一定期間後に添加されるかが含まれる。したがって当業者には、個々の用途に適切な、かつ特に有用な量は変動することが自明であろう。しかし結合剤は繊維材料の全重量の約１−８０％の量で存在することが適切であろう。結合剤の特に適切な範囲は繊維材料の１−４０重量％、または１−２５重量％である。本発明の結合剤により結合した粒子（水素結合／配位共有結合により）は繊維材料および粒子の全重量の．０５−８０重量％、好ましくは１−８０重量％、もしくは３−８０重量％、すなわち３重量％より多量の量で存在することが適切であろう。粒子の特に適切な範囲は繊維材料および粒子の３−４０重量％である。粒子と結合剤の好ましい重量比は８：１−５０：１である。適切な粒子の例は超吸収性ポリマー、たとえばデンプングラフトポリアクリレートヒドロゲルの微粒子またはより大きなサイズの粒子、たとえば顆粒であり、これは結合剤と水素結合を形成する。結合剤はセルロースのヒドロキシル基とも水素結合を形成し、これにより超吸収性粒子を繊維に強固に付着させる。
本発明は粒子を繊維に結合させる方法であって、粒子が結合剤に実質的に不溶性（かつ水に可溶性）であり、したがって結合後にそれらの固体粒子形態を保持する方法をも包含する。粒子は水溶性であるか否かにかかわらず、結合剤と水素結合または配位共有結合を形成し、一方、結合剤はセルロース繊維のヒドロキシル基と水素結合を形成しうる。目的とする官能基を含まない他の粒子が繊維製品中に含有されてもよいが、それらの粒子は同じ様式ではさほど強固に結合しないであろう。
特に好ましい態様においては、繊維はセルロース系であり、粒子は水素結合により結合剤に結合する超吸収性粒子である。繊維は、結合剤と水素結合する水素結合性官能基を有する連続または不連続の合成または天然繊維であってもよい。結合剤は繊維材料の全重量の少なくとも１％、好ましくは８０％を越えない量で繊維に付与するのが適切である。粒子は１５０℃より低い温度で、または外部熱を付与せずに周囲温度（たとえば約２５℃）で、繊維に結合させることができる。粒子も外部圧力なしに、または外部からの熱および圧力なしに、結合させることができる。
ある態様においては、結合剤は固体（たとえば乾燥粉末または乾固した液体）として繊維と結合し、結合工程が実施される時点で繊維は少なくとも７重量％の水を含有する。繊維中のこの水準の水分で、粒子と繊維が互いに良好に結合するのに十分な反応体移動度が得られる。液体結合剤（たとえばグリセリンまたはグリシン粉末溶液）を用いる場合、繊維は少なくとも約０．５重量％の水を含有することが適切である。固体結合剤は、結合剤を液化するためにその融点より高温に加熱する場合、０．５重量％未満の水を含有する繊維と共に用いることが適切である。固体を過飽和溶液として繊維に付与するか、または結合剤を液化するためにその融点より高温に固体結合剤を加熱し、そののちこれを繊維に付与することができる。凝固すると、結合剤は不活性化される。固体結合剤は熱可塑性または融解性であって、それをその融点／または軟化点より高温に加熱し、次いで冷却して、繊維を互いに融着させることができる。結合剤の熱可塑性は粒子と繊維間にさらに機械的な付着を与えることができる。ある態様においては、粒子を熱可塑性および水素結合の両方で付着させうる熱可塑性結合剤、たとえば尿素を使用しうる。
他の態様においては、粒子は水に可溶性であるが、結合剤中における溶解度は低く、したがって粒子は固体粒子状で繊維に結合しうる。結合剤の添加により粒子が溶解して繊維への結合の目的部位から拡散することはない。
結合剤は粒子を繊維に付着させ、機械的破壊に対して抵抗性であることが認められた結合を形成する。これらの結合剤の著しい利点は、結合剤と粒子が繊維上で一緒になって繊維の緻密化に必要な圧力を低下させることが認められた点である。結合剤を不活性な状態で繊維上に１週間以上、１ヵ月以上、または１年以上存在させ、次いでのちに活性化または再活性化して、粒子を繊維に結合させることもできる。
液体結合剤（これには純粋な液体、または固体結合剤の水溶液が含まれる）を繊維上に配置し、乾燥させ、のちに繊維を湿潤させることによって活性化することができる。あるいは乾燥した固体結合剤を繊維に添加し、のちに液体の添加によって活性化してもよい。不活性結合剤は、結合剤および繊維が大気と平衡な水分に達したのち（以下、“風乾”と称する）、繊維に動的エネルギーを付与することによっても活性化しうる。動的エネルギーは、たとえば機械的攪拌、外部供給源からの圧力などを付与することにより、または超音波を用いて、結合剤および繊維に付与することができるが、これは限定ではない。さらに他の態様においては、結合剤を繊維に付与したのち繊維を加熱することにより活性化または再活性化することができる。
活性化または再活性化しうることは、結合剤を繊維に付与し、次いでこれを結合剤が不活性な形で配送地点まで輸送するのを可能にする。次いで配送地点（たとえば顧客の施設）で結合剤を活性化し、ここで粒子を繊維に添加し、それに結合させることができる。本明細書で用いる結合剤“活性化”には、それ以前は不活性であった結合剤（たとえば液体の不在下での固体結合剤）の活性化、またはそれ以前に活性であった結合剤（たとえば乾固した液体結合剤）の活性化の両方が含まれる。
本発明の他の利点は、繊維材料中において希望する粒子分布に対応するパターンで結合剤を活性化または再活性化しうることである。活性化流体、たとえば活性化液体を、おむつの使用中に最初に尿でぬれる領域に付与することができる。適切な活性化液の例には水、低級アルキルアルコール、ポリオール、たとえばグリコール、アセトンおよびその組み合わせ、たとえば水とグリセリンが含まれるが、これらに限定されない。活性化流体が液体、たとえば水である場合、水を噴霧その他の方法で付与し、また水分を含んだ気体、たとえば湿った空気の形で供給することができる。液体である他の活性化流体も同様な様式で付与しうる。超吸収性粒子をおむつの活性化領域に添加し、ほとんど、最初に尿が吸収される必要のある領域にのみ付着させることができる。目標を定めた結合剤活性化により粒子を効果的かつ経済的に繊維に付着させ、粒子のむだを少なくすることができる。さらに、目標を定めた結合剤活性化および粒子付着により吸収性製品の平面内で液体が過度に吸い上げられるのを低下させることによって、製品の吸収効率が高められる。
また本発明は、本明細書に記載するいずれかの方法で製造された繊維製品、およびそれらの繊維製品からなる吸収性物品に関するものである。これらの繊維製品には不活性または活性化しうる結合剤を含む繊維が含まれる。繊維製品は個別化した繊維またはそれからなるウェブであってもよい。
本発明は以上の目的、特色および利点のそれぞれまたは組み合わせに関するものである。以上および他の本発明の目的および特色は以下の詳細な記載および添付の図面からより明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
図１は、繊維シートの製造過程で本発明による結合剤を付与することを示した湿式積層シート製造ラインの模式図である。
図２は、本発明による結合剤活性化および粒子付着プロセスの模式図である。
図３は、嵩高繊維を製造する本発明装置の構成部品の模式図である。
図４は、本発明の繊維が付着粒子と共に含まれる構造体の上面平面図であり、繊維は図示された吸収パッドの形である。
図５は、図４のパッドの部分断面図である。
図６は、本発明の繊維を含有する包帯の平面図である。
図７は、図６の線７−７に沿って得た図６の包帯の断面図である。
図８は、本発明の繊維のコアを含む使い捨ておむつの平面図である。
図９は、図８のおむつの線９−９に沿って得た縦断面図である。
図１０は、本発明の結合剤により繊維に接着された粒子を含む拡大した繊維の図である。
図１１は、その表面全体およびその深部までにわたって結合した粒子を含むセルロースマットの模式図である。
図１２は、アスコルビン酸結合剤により繊維に付着した粒子の顕微鏡写真である。
図１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃおよび１３Ｄは、ラクトースにより繊維に結合した粒子の顕微鏡写真である。
図１４は、結合剤グリセリンにより架橋繊維に結合したＥＤＴＡ（エチレンジァミン四酢酸）の顕微鏡写真である。
本発明の幾つかの好ましい態様の詳細な説明
Ｉ．繊維の加工
図１Ａは、湿式積層シート製造ライン、たとえばパルプシート製造ライン１０を示す。この製造ラインにおいては、パルプスラリー１２をヘッドボックス１４からスライス１６を通ってフォルドリニア網１８上へ付与する。パルプスラリー１２は一般にセルロース繊維、たとえば木材パルプ繊維を含有し、スラリーの一部として合成その他の非セルロース繊維を含有してもよい。網１８上に堆積したパルプから一般的な減圧システム（図示されていない）により水を排除すると堆積したパルプシート２０が残り、これは脱水ステーション２２へ運ばれる。これはこの場合２組のカレンダーロール２４、２６として示され、これらがそれぞれニップを規定し、ここをパルプシートまたはマット２０が通過する。脱水ステーションからパルプシート２０はパルプ製造ラインの乾燥区画３０に進入する。一般的なパルプシート製造ラインにおいては、乾燥区画３０は多重キャニスタードライヤーを含むことができ、パルプマット２０が各キャニスタードライヤーの周りの蛇行路をたどり、乾燥シートまたはマット３２として乾燥区画３０の出口から出る。他の代替となる乾燥機構が単独で、またはキャニスタードライヤーのほかに、乾燥段階３０に含まれてもよい。乾燥パルプシート３２は製造業者の明細に従った最大含水率を有する。一般に最大含水率は繊維の１０重量％以下であり、極めて好ましくは約６−約８重量％以下である。さもなければ繊維は水分が多すぎる。水分の多すぎる繊維は直ちに使用しない限り、たとえばカビなどにより分解されやすい。乾燥シート３２は遠隔地、たとえばパルプシート製造ラインから離れた場所、たとえば製品の製造に使用するためのユーザーのプラントへ輸送するために、ロール４０に巻き取られる。あるいは乾燥シート３２はベール荷造り装置４２内に集められ、ここから遠隔地への輸送のためのパルプのベール４４が得られる。
後記に詳述する種類の結合剤が１または２以上の結合剤付与装置からパルプシートに付与され、その１つが図１の５０に示されている。任意の結合剤付与装置、たとえば吹き付け装置、ロールコーター、浸漬アプリケーターなどを使用しうる。吹き付け装置が一般にパルプシート製造ラインに使用しやすく、かつ組み込みやすい。矢印５２、５４および５６により示したように、結合剤はパルプシート製造ラインの種々の位置または多数の位置で、たとえば乾燥段階３０の前（矢印５２で示す）、乾燥段階３０の途中（矢印５４で示すように）、または乾燥段階３０の下流（矢印５６で示すように）で付与しうる。水性結合剤、たとえば非ポリマー尿素は一般に、目的とする最大含水率を上回らない乾燥した結合剤含有繊維シートを製造するために、乾燥段階でなお十分な乾燥が行われうる位置で付与される。したがって乾燥段階３０を利用するために、水性結合剤は一般に位置５２または５４で付与される。位置５２では、この段階でシートまたはマット２０内に残留する水がシート内への結合剤の浸透を妨害する傾向がある。したがってある程度の乾燥が行われたのち、たとえば位置５４での結合剤の付与が好ましい。水性結合剤を位置５６において、シートの含水率を目的とする最大水準より高める量で付与した場合、含水率を目的水準より低下させるためにパルプ製造ラインに追加の乾燥段階（図示されていない）を含めることができる。
非水性結合剤、たとえばグリセリンは乾燥段階の下流で位置５６において、または位置５４に示すように乾燥段階の途中で添加するのが極めて好ましい。しかし液状の非水性結合剤を乾燥段階の上流の位置、たとえば位置５２で添加してもよい。結合剤は吸湿性の傾向があるので、この後者の位置ではこの時点で湿潤しているウェブ内の水がこれらの結合剤をマットまたはシート内へ吸引する傾向がある。非水性結合剤は一般にシートに水分を付加することが原因で製品の分解を高めることはないので、シートの含水率を目的とする最大水準より高めることなしにそれらを乾燥段階の下流で付与することができる。
後記の説明に従って選ばれた粒状材料をパルプ製造ラインで、たとえば粒子アプリケーター６０（これは嵩または容量計量式の計量装置からなる）により示すようにシートに添加し、結合剤によりそれに付着させることができる。これらの粒子は散布、注ぎかけその他の様式でシートに添加することができる。この位置でシートへのこれらの粒子の付着を促進するために、後記に説明するように水性結合剤の場合は粒子と繊維の接着を可能にするのに十分な水分がシートに残されていなければならない。非水性結合剤については、この場合の粒子は結合剤がまだ湿潤している間に添加されるか、または反応を促進するために加熱される。粒子牽パルプシート製造ラインにこの様式で添加し、後続の乾燥段階を利用して粒子添加後に含水率を低下させることができる。しかし水性結合剤が粒子添加後に繊維を湿潤させすぎるならば、これは好ましい方法ではない。
粒子は繊維に強固に結合するので上記方法は有利であるが、これらの繊維のロールまたはベールの輸送中に粒子が輸送中の機械的衝撃により排除される可能性がある。さらに、この方法はユーザーの場所で繊維の用途を特注するのを妨害する。たとえばユーザーはユーザーの製品において繊維に付着させる粒子の特別な種類または銘柄を選択しうることを希望するかもしれない（この選択をパルプシート製造業者が行ってパルプシートの製造に際し粒子を含有させるのではなく）。またある種の粒子は経時的に劣化し、このためそれらの粒子を製品に含有させる直前に添加するのが有利である場合もある。たとえば超吸収性粒子は輸送中に大気から水分を吸収しやすい。保存寿命が比較的短い粒子、たとえば一例としてある種のゼオライト（たとえば経時的に臭気で飽和される可能性のある吸臭材料を含むアブセンツ（Ａｂｓｃｅｎｔｓ））も経時的に劣化する。他の例は、光分解する可能性のある抗微生物薬としての銀塩を含むゼオライトである。したがって製品の最終ユーザーが繊維を製品に変換する時点で目的粒子を含有させうる繊維製品を提供することも有利である。
したがってこの後者の好ましい方法に合わせて、図２に示すように結合剤を含有し、粒子を含まない各ロール４０またはベール４４をユーザーが使用する遠隔地へ輸送する。これらのロールまたはベール（または他の形、たとえば袋詰め、コンテナ輸送その他、ばら状で輸送された繊維）を次いで繊維化装置７０により再繊維化する。任意の繊維化装置を使用しうるが、典型的な繊維化装置はハンマーミルであり、これを単独で、または他の装置、たとえばピッカーロールなど、シート３２もしくはベール４２を破砕して個別化した繊維にするための装置と連携して使用しうる。
粒状材料添加機構７２〈たとえば機構６０など〉が目的粒子をユーザーの希望する位置で繊維に付与する。この場合も装置７２は一般に計量機構を含むが、粒子を繊維材料に添加するのに適した任意の装置を使用しうる。たとえばライン７４に示すように粒子を繊維化装置７０に送入してもよい。ある種の結合剤の場合、のちに詳述するように繊維化装置７０内での繊維の攪拌により結合剤が活性化され、粒子が結合剤により繊維に付着する。あるいは活性化流体、たとえば水、グリセリン、低級アルコール、ポリオール、たとえばグリコール、アセトンおよびその組み合わせ、たとえば水とグリセリンを、たとえば活性化流体のタンクまたは供給源７８から吹付け装置（図示されていない）により位置８０において繊維に吹き付けるか、または他の様式で付与してもよい。次いでライン８４に示すように、活性化液体を付与する位置８０の下流で粒子を繊維に添加することができる。あるいは位置８０の前または位置８０において添加された粒子を、位置８０における結合剤の活性化に際して結合剤により繊維に付着させる。さらに他の代替法においては、繊維化した繊維をエアレイ装置９０に送入し、目的製品、たとえば９２に示すウェブに再形成する。エアレイ繊維の場合、図示したように活性化流体または液体を位置９６においてウェブに付与し、次いで粒子を位置９８において添加し、こうして活性化された結合剤により粒子を繊維に付着させてもよい。粒子はプロセス内で活性化液体を位置９６で付与するより上流の位置で付与されてもよい。あるいは活性化流体を粒子の添加と同時に添加し、したがって活性化が粒子の添加と同時に起こってもよい。活性化流体は粒子を繊維に添加したのち添加することもできる。さらに、ウェブ９２上の特定の位置、たとえば粒子を含む製品の吸収性材コアの標的帯域の結合剤を活性化し、その際粒子をこれらの標的帯域にのみ付与し、これにより粒状材料のむだを少なくすることができる。標的帯域の具体例はおむつのぬれが最も起こる、おむつの股領域である。超吸収性粒子をこの帯域に付与することにより、これらの粒子はそれらが液体の吸収に最も有用である位置に配置される。最終ユーザーの製品の他の成分を含むか、または含まないウェブ９２を、次いでユーザーの製品に加工し、たとえば使い捨ておむつ１００に含有させる。
繰り返すが、この方法においては繊維の最終ユーザーがその製品に付与する粒子を容易に選ぶことができ、かつユーザーの製品の効率的生産を高めるために必要に応じて結合剤を活性化することができる。さらにユーザーは、エアレイその他の様式で結合剤含有繊維を組み合わせて目的粒子を含む最終製品にする際の融通性を得る。結合剤はすべて水溶性であるので、結合剤含有繊維は湿式積層されない方が好ましい。湿式積層により少なくとも若干の粒子が除去されると思われるからである。パルプシート製造業者による粒子含有製品の取り扱いおよび輸送が避けられるだけでなく、繊維の製造場所と粒状材料の添加場所との間で粒子が機械的な力を受けないので繊維に対する粒子の付着が増強される。
ＩＩ．繊維特性
本発明は粒子を繊維に結合させる方法、およびその方法により製造された製品（吸収性最終製品を含む）を包含する。特に好ましい態様においては、製品はセルロース系繊維または合成繊維であり、これに超吸収性ヒドロゲルポリマー粒子を結合剤により付着させ、これから吸収性製品を作成する。適切な繊維には木材パルプ繊維が含まれ、これは周知の化学的方法、たとえばクラフト法および亜硫酸法で得られる。本発明は木材パルプと特定の結合剤の組み合わせをも包含し、これはこの組み合わせの目的に関しては少なくとも３５０ｇ／ｍ2の坪量を有するロール状の、またはベール状のばら繊維である。ばら繊維は少なくとも約４００ｋｇ／ｍ3の密度をもちうる。好ましいばら繊維は木材パルプ繊維または軟材パルプ繊維である。パルプ繊維はケミカルもしくはサーモメカニカルもしくはケミサーモメカニカルまたはそれらの組み合わせであってよい。好ましいパルプ繊維はケミカルである。これらの方法において最良の出発原料は、長繊維針葉樹種、たとえばマツ、ベイマツ、ハリモミおよびベイツガから選ばれる。木材パルプ繊維は機械的方法により、たとえば砕木、メカニカル、サーモメカニカル、ケミメカニカルおよびケミサーモメカニカルパルプ法により得られる。繊維は好ましくは伸長され、たとえば長さ：幅の比１０：１−５：１をもつ。
本発明の繊維には、結合剤を繊維に付与する前に前処理された繊維も含まれる。この前処理には、物理的処理、たとえば繊維を蒸気処理すること、または化学的処理、たとえば繊維を架橋することが含まれる。限定と解すべきではないが、繊維の前処理の例には、たとえば繊維に難燃性化学薬品を吹き付けることにより繊維に難燃剤を付与することが含まれる。具体的な難燃性化学薬品には、たとえばホウ酸ナトリウム／ホウ酸、尿素、尿素／ホスフェートなどが含まれる。さらに、繊維を界面活性剤または他の液体、たとえば水または溶剤で前処理してもよく、これにより繊維の表面が変性される。他の前処理には、抗微生物薬または顔料に暴露することが含まれる。
繊維の湿潤性を高めるように繊維を前処理することもできる。繊維を所望により一般的な架橋剤で前処理し、また加撚またはけん縮処理してもよい。リグニンまたはセルロースに富む繊維表面をもたらす化学薬品によるセルロース繊維の前処理も、常法により実施しうる。
漂白法、たとえば塩素またはオゾン／酸素漂白も繊維の前処理に際し採用しうる。さらに、各種溶液を入れた浴内で繊維をスラリー化することにより繊維を前処理することもできる。たとえば繊維の寿命期間にわたって経時的に放出させるための抗微生物薬溶液（たとえば後記の抗微生物薬粒子の溶液）、ならびに肥料および農薬、ならびに／または香料およびフレーバーの溶液。他の化学薬品、たとえば熱可塑性樹脂および熱硬化性樹脂で前処理した繊維も使用しうる。前処理の組み合わせも採用することができ、次いで得られた繊維に以下に説明するように結合剤コーティングを付与することができる。
砕木繊維、再生または二次木材パルプ繊維、ならびに漂白および無漂白木材パルプ繊維を使用しうる。木材パルプ繊維製造の詳細は当業者に周知である。これらの繊維は、本発明の譲受人であるウェヤーハウザー・カンパニーを含めた多数の会社から入手しうる。
繊維は多様な他の天然または合成繊維のいずれかであってもよい；ただし本発明により粒子を結合させる繊維はすべて、水素結合性官能基を含む。これは、この種の繊維をこの特性を欠如する繊維とブレンドすることを除外するものではない。ただし水素結合性官能基を欠如する繊維は、それらの繊維が水素結合性官能基を有する場合に存在すると思われる強度および様式でそれに結合した粒子を保有しないであろう。
水素結合は、電気陰性の強い小型の元素（たとえば窒素および酸素）に共有結合している水素原子と、他のこのような電気陰性元素上の非結合電子対との間で起こる分子間力である。水素結合性官能基は、酸素原子または窒素原子をを含む官能基、たとえばヒドロキシル類、カルボキシル類、スルホン酸類、スルホンアミド類、エーテル類、エステル類、エポキシド類、カルボニル類、アミン類、ウレタン類など、水素結合を形成しうる官能基である。酸素または窒素上の非結合電子対の軌道は、他の窒素原子または酸素原子に共有結合した水素の比較的空いている１ｓ軌道と重なる。水素の１ｓ軌道は、それと、それが結合している小型の電気陰性原子（酸素または窒素）との間の共有結合に際して電子の共有が不均等であるため、比較的空いている。
水素結合性官能基を含む天然繊維の具体例には、チョップトシルクファイバー、木材パルプ繊維、バガス、大麻、ジュート、イネ、コムギ、タケ、トウロモコシ、サイザル麻、ワタ、亜麻、洋麻、ピートモス、およびその混合物が含まれる。水素結合性官能基を含む適切な合成繊維には、アクリル、ポリエステル、カルボキシル化ポリオレフィン、レーヨンおよびナイロンが含まれる。水素結合性官能基はアクリル繊維においてはエステル、カルボキシル化ポリオレフィンにおいてはカルボン酸、ポリエステルにおいてはエステル、ナイロンにおいてはアミド、レーヨンにおいてはヒドロキシルである。ポリエチレンおよびポリプロピレンは本発明の様式で粒子を繊維に結合させる際に使用するのには不適当な繊維であろう。それらは炭素および水素のみを含有し、水素結合に関与しうる他の原子、たとえば酸素または窒素を含有．しないからである。
便宜上（限定と解すべきではない）、個別化したケミカルウッドパルプ繊維の処理につき以下の記載を進める。繊維を、たとえばハンマーミル内での離解（ｄｅｆｉｂｅｒｉｚａｔｉｏｎ）により個別化する。それらの個別化された繊維は常法によりマットに形成され、たとえばＮＢ４１６繊維としてウェヤーハウザー・カンパニーから市販されている。他の適切なセルロース系マットには、ＩＴＴレイヨニアからのレイフロック（Ｒａｙｆｌｏｃ）ＪＬＤが含まれる。セルロース繊維はセルロースウェブまたはルーズなセルロース繊維であってもよい。
ＩＩＩ．粒子特性
本発明により、目的特性、たとえば例示にすぎないが、吸収性、研摩性または抗微生物活性を高めるために、粒子を繊維に添加する。粒子は目的特性を有し、かつ結合剤と水素結合または配位共有結合を形成しうる任意の粒状材料でよい。水素結合は前記のように特定の官能基を含む粒子、特に酸素または窒素を含むものにより形成されうる。これに対し配位共有結合は１原子上の孤立電子対を他の原子の空の軌道に供与することにより形成される。共有結合は１対の電子により形成され、その際それらの電子のうちの１個がその結合に関与する各原子から供与されるという点で、配位共有結合は共有結合と異なる。粒子はそれらが結合剤からの１対の電子を受容しうる空のｐまたはｄまたはｆ軌道をもつ場合、配位共有結合を形成しうる。
配位共有結合は、結合に供与する孤立電子対を有する供与原子と、供与体から孤立電子対を受容する空の軌道を有する受容原子との間で起こる。増成およびパウリの原理によれば、電子は原子軌道のローブ（ｌｏｂｅ）を一度に１つ占め、ローブ当たり最高２個の電子（逆のスピンをもつもの）を含む。最も基本的な軌道はｓ軌道であり、これは周期表の第１列の元素の結合に用いられる。周期表の第２列の場合、電子はまずＬｉおよびＢｅの２ｓ軌道を埋める。しかし３未満の周期の金属は配位共有結合に関与するのに十分な親和性を電子に対してもたない。ＩＩＩＢ族（ホウ素）以後は３つのｐ軌道が配位共有結合に関与し、ｐ軌道のローブが埋まり始める。ホウ素は２Ｐ軌道の１つに１個の電子をもち、したがって他の２Ｐ軌道は空のままであり、配位共有結合に用いられる。配位共有結合したホウ素を含有する粒子の例はホウ酸であり、これは収敏薬、防腐薬および難燃剤として用いられる。下記に示すように、ホウ酸のホウ素原子はポリプロピレングリコール（ＰＰＧ）の酸素原子により供与される孤立電子対に対する受容体として作用し、これによりホウ酸粒子とＰＰＧ結合剤との間に配位共有結合を形成する。下記のホウ酸の式はホウ素の水性化学に典型的なものではなく、配位共有結合において起こると考えられる型の結合を説明するために提示したものである。
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次の元素である炭素は、通常は混成して、２ｓ軌道に１個の電子をもち、残り３個の電子は３つのｐ軌道に１個ずつ配置される。これには配位共有結合のための空のローブが残らず、周期表のその列をさらに進んで電子が付加されても空のローブは残らない。したがってホウ素が、周期表の第２列において配位共有結合を形成しうる唯一の元素である。
次いで第３列が埋まり始め、ナトリウムおよびマグネシウムにおいてはまず２個の３ｓ電子が埋める。
ナトリウムおよびマグネシウムは配位に用いられる空のｄ軌道をもつ。マグネシウム配位化合物の例は一般に知られている。次いでアルミニウムはホウ素と同様に１個の電子を３ｐローブの１つに配置し、他の２つの３ｐローブは空であり、配位共有結合に用いられる。同じ傾向が第３列を通して続くが、第３列の元素は利用しうる５つの３ｄロープをも有し、したがって第３列では３ｐ軌道が占有されても配位結合の可能性は存在する。よってＡｌ、Ｐ、ＳおよびＣｌは電子対供与体から１対の電子を受容して配位共有結合を形成しうる。この例はＰＣ１５、アルミニウム３水和物または五硫化リンの結合に見られる。五硫化リン粒子は製品の燃焼性を高めるために用いることができ、一方アルミニウム３水和物は難燃剤である。配位共有結合したアルミニウム化合物の例は
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アルミニウム３水和物であり、これはポリプロピレングリコール（ＰＰＧ）ポリマーとの配位共有結合に関与しうる。この例においては、アルミニウム３水和物のアルミニウム原子がポリプロピレングリコール（ＰＰＧ）結合剤の酸素原子により供与される電子対に対する電子受容体として作用する。上記に示したアルミニウム３水和物の式はアルミニウムの水性化学に典型的なものではなく、配位共有結合において起こると考えられる型の結合を説明するために提示したものである。
次の列においては、４ｓ軌道が最初に埋まり、次いで３ｄローブがローブ当たり１個の電子で埋まり始めてすべてに１個が付加され、次いで各ローブに第２電子が付加されてすべてのローブが埋まる。しかし４ｐおよび４ｆ軌道もあるので、遷移元素の多くは配位共有結合を形成しうる。
配位共有結合に関与する空の軌道をもつ元素には、第１および２周期中の金属（水素を除く）ならびにＣ、Ｎ、Ｏ、Ｆ、ＮｅおよびＨｅ以外のすべての元素が含まれる。これらの金属は配位共有結合に関与するめに十分なほど電子に対する親和性をもたない。特に好ましい粒子はホウ素、アルミニウム、鉄、ロジウム、オスミウム、白金およびパラジウム、極めて好ましくはホウ素を含有する。配位共有結合しうる粒子の例はアルミニウム３水和物、酸化アンチモン、二硫化ヒ素、アルミン酸ビスマス、酸化ヨウ化ビスマス、リン酸ビスマス、次炭酸ビスマス、次没食子酸ビスマス、サリチル酸カドミウム、炭酸クロム、水酸化クロム、酸化クロムおよびリン酸クロムである。本発明のポリマー結合剤［ポリグリコール（たとえばＰＰＧ）、ポリカルボン酸（たとえばＰＡＡ）、ポリ（ラクトン）ジオール（たとえばポリ（カプロラクトン）ジオール）、ポリアミド、ポリアミンなど］は電気陰性原子、たとえば酸素または窒素からの孤立電子対を供与し、電子を受容して配位共有結合を形成するための空の軌道をもつ原子を含有する適切な粒子と配位共有結合を形成しうる。
ＩＶ．超吸収性粒子
開示した１態様においては、添加される粒子は超吸収性粒子であり、これは水に暴露された際に大量の水を吸収することにより膨潤して水和ゲル（ヒドロゲル）を形成するポリマーを含む。本明細書において超吸収性材は、大量の液体、すなわちその１部当たり１０−１５部以上の液体を吸収する能力を示す材料であると定義される。これらの超吸収性材料は一般に３群、すなわちデンプングラフトコポリマー、架橋カルボキシメチルセルロース誘導体、および改質親水性ポリアクリレートに分類される。それらの吸収性ポリマーは、加水分解デンプン−アクリロニトリルグラフトコポリマー、中和デンプンーアクリル酸グラフトコポリマー、けん化アクリル酸エステル−酢酸ビニルコポリマー、加水分解アクリロニトリルコポリマーまたはアクリルアミドコポリマー、改質架橋ポリビニルアルコール、中和自己架橋性ポリアクリル酸、架橋ポリアクリレート塩、カルボキシル化セルロース、および中和架橋イソブチレン−無水マレイン酸コポリマーである。
超吸収性粒子、たとえばバージニア州ポーツマスのヘキスト−セラニーズから得られるデンプングラフトポリアクリレートヒドロゲル微粒子（ＩＭ  １０００Ｆ）、またはより大型の粒子、たとえば穎粒が市販されている。他の超吸収性粒子が商標サンウェット（ＳＡＮＷＥＴ）（サンヨーカセイ工業株式会社により供給）、スミカゲル（ＳＵＭＩＫＡ  ＧＥＬ）（住友化学株式会社から供給され、これは乳化重合されたものであり、溶液重合した粉砕粒子と異なり球形である）、フェイバー（ＦＡＶＯＲ）（ノースカロライナ州グリーンスボロ、ストックハウゼンにより供給）、およびノルソクリル（ＮＯＲＳＯＣＲＹＬ）（アトケムにより供給）で市販されている。超吸収性粒子は多様な大きさおよび形態で得られる：たとえばＩＭ  １０００およびＩＭ  １０００Ｆ。１０００Ｆの方が微細であり、２００メッシュの飾を通過するのに対し、ＩＭ  １０００は６０メッシュの節を通過しない粒子を若干含む。他の種類の超吸収性粒子はＩＭ  ５６００（凝集した微粒子）である。超吸収性性粒状親水ポリマーも米国特許第４，１０２，３４０号明細書に詳述されている。その特許明細書にはヒドロコロイド型吸収性材料、たとえば架橋ポリアクリルアミドが示されている。
Ｖ．他の粒子
水素結合または配位共有結合を形成する多くの粒子が本発明に使用するのに適している。それらの粒子の若干を、列記した粒子の機能の指示と共に表Ｉに挙げる。表Ｉに挙げた粒子は水不溶性粒子である。
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他の適切な水不溶性粒子には、タンパク質、ビタミン、ゼオライトおよびシリカが含まれ、それらはそれぞれ電気陰性原子、たとえば酸素基もしくは窒素基または両者を含有する。適切なゼオライトの例は、ニューヨーク州タリータウンのＵＯＰから入手される吸臭剤アブセンツである。適切な抗微生物薬粒子の例は、クロルヘキシジン（Ｎ，Ｎ”−ビス（４−クロロフェニル）−３，１２−ジイミノ−２，４，１１，１３−テトラアザテトラデカンジイミドアミド）である。各種類の粒子につきそれが水素結合または配位共有結合を形成しうるか否かを容易に判定しうるので、表１のリストは決して完全なものではない。多くの粒子が非吸収材ではないか、または超吸収性ポリマーではない。
表Ｉに挙げた粒子は、それらを本発明の結合剤により繊維に結合させるのに適したものにする化学的特性を備えている。挙げられた粒子はほとんど、または全く水溶性をもたないが、水素結合する能力をもつ有機または無機の化合物である。水溶性は低いことが好ましく、たとえば完全に溶解するのは２５℃の水３００ｍｌに１０ｇ未満、より好ましくは２５℃の水３００ｍｌに約１ｇ未満である。この低い溶解度により粒子は固体状態を維持することができ、かつ水性結合剤を用いた場合ですら水素結合能によりそれらを繊維に付着させることが可能となる。いったん結合すると、粒子は溶解または融着せずに実質的に別個の粒子形態を維持する。したがっていったん結合すると、多くの粒子が融着せずに別個の状態にある。
水素結合または配位共有結合を形成しうる多くの水溶性粒子が本発明の結合剤と共に用いるのに適している。それらの水溶性粒子の若干を、列記した粒子の機能の指示と共に表ＩＩに挙げる。
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ならびに広範な無機塩類を含めた多数の他のもの。
各種類の粒子につきそれが水素結合または配位共有結合を形成しうるか否かを容易に判定しうるので、表ＩＩのリストは完全なものではない。すべてもしくは大部分の粒子は非吸収性であるか、または超吸収性ポリマーではない。水および結合剤中における粒子の溶解度は容易に、たとえば標準的な基準化学物質中において確認することができる。
表ＩＩに挙げた粒子は、それらを本発明の結合剤で繊維に結合させるのに適したものにする化学的特性を備えている。挙げられた粒子は水溶性の有機および無機化合物であり、なおかつ水素結合する能力をもつ。水溶性は高いことが好ましい。水溶性とは、２５℃で３００ｍｌの水に約１０ｇより多量の粒子が溶解することを意味する。溶解度範囲は、たとえば２５℃で３００ｍｌの水に１０ｇの下限から、粒子が２５℃の水とあらゆる割合で混和しうる上限まで及びうる。この高い溶解度により粒子は尿などの水性液体に暴露された場合には溶解するが、結合剤の存在下で、ただし製造プロセスが終了したのち最終ユーザーが使用する際には水性液体の不在下で、それらを水素結合により繊維に付着させることができる。結合されている間、粒子は少なくとも水性液体に暴露されるまでは、溶解または融着せずに別個の粒子の形を保持する。水性液体の不在下で結合される間は、多くの粒子が凝集せずに別個の状態にある。粒子が液状の結合剤を含む繊維に暴露される場合、粒子がそれらの粒状形態を維持するために、結合剤を粒子がその結合剤に貧溶解性であるように選ぶことが好ましい。貧溶解性とは、２５℃で３００ｍｌの水に溶解する粒子が約５ｇ以下であることを意味する。有効割合の粒子が粒状形態を維持するのに十分なほど少量の結合剤を使用する限り、粒子は結合剤に溶解性であってもよい。
繊維に添加する粒子の量は広範に、たとえば繊維材料と粒子の全重量の．０５−８０％に及びうる。抗微生物薬、たとえばクロルヘキシジンまたは他の非吸収性粒子は極めて低い量、たとえば．０５−１０％で有効である。超吸収性粒子は繊維材料と粒子の３−７０重量％、特に２０−４０重量％の量で添加することが好ましい。粒子は２種類以上の粒子を含有するように、たとえば超吸収性粒子と非一超吸収性粒子、または２種類の超吸収性粒子を組み合わせることができる。２種類の粒子を用いる場合、粒子の全重量は繊維材料と粒子の全重量の８０％を越えない。
ＶＩ．ポリマー結合剤特性
粒子をポリマー結合剤により繊維に結合させることができ、結合剤は水溶性であってもよく、前記に定めたポリマー結合剤の群から選ばれる。ポリマー結合剤は結合剤分子を含み、結合剤分子は少なくとも１個の水素結合性官能基または配位共有結合形成性官能基を含む。ポリマー結合剤は反復単位を含むことができ、その際ポリマーの反復単位それぞれが少なくとも１個の水素結合性官能基または配位共有結合形成性官能基を含むことが好ましいが、必須ではない。本発明によれば、前記に定めたポリマー結合剤の群にはポリグリコール［特にポリ（プロピレングリコール）］、ポリカルボン酸、ポリカルボキシレート、ポリ（ラクトン）ポリオール、たとえばジオール、ポリアミド、ポリアミン、ポリスルホン酸、ポリスルホネート、およびその組み合わせよりなる結合剤の群が含まれる。これらの結合剤の若干の具体例は、限定ではないが、以下のものである：ポリグリコールにはポリプロピレングリコール（ＰＰＧ）が含まれる；ポリ（ラクトン）ジオールにはポリ（カプロラクトン）ジオールが含まれる；ポリカルボン酸にはポリアクリル酸（ＰＡＡ）が含まれる；ポリアミドにはポリアクリルアミドまたはポリペプチドが含まれる；ポリアミンにはポリエチレンイミンおよびポリビニルピリジンが含まれる；ポリスルホン酸またはポリスルホネートにはポリ（ナトリウム−４−スチレンスルホネート）またはポリ（２−アクリルアミド−メチル−１−プロパンスルホン酸）が含まれる；ならびにそのコポリマー（たとえばポリプロピレングリコール／ポリエチレングリコールコポリマー）。ポリマー結合剤は一般に反復単位を含む。反復単位は、たとえばポリペプチドの場合のように化合物の主鎖であってもよく、この場合反復ポリアミドはペプチド鎖中に起こる。反復単位は主鎖以外のものについても言える（たとえば反復アクリル酸単位）。このような場合、反復単位は同一でも異なってもよい。結合剤分子は粒子と水素結合または配位共有結合を形成しうる官能基、および繊維と水素結合を形成しうる官能基を含む。
本明細書において用いるポリマーは、５以上の同一または異なる結合性単位（モノマー）を化学的に統合することにより形成される高分子である。ポリアミンはアミン官能基を含むポリマーであり、ポリアミドはアミド官能基を含むポリマーである。結合剤はそれぞれ水素結合性または配位共有結合性官能基を含む。官能基はヒドロキシル、カルボキシル、カルボキシレート、スルホン酸、スルホネート、アミド、エーテル、アミン、またはその組み合わせであってもよい。これらの結合剤は電気陰性元素、たとえば酸素または窒素を含む官能基をもつため、水素結合を形成することができる。
ポリグリコールは分子の末端にヒドロキシル基を含む反復エーテル単位を有する。ポリカルボン酸、たとえばポリアクリル酸は反復カルボキシル基を含み、この場合水素が電気陰性酸素に結合しており、水素を部分的に正に帯電させておく双極子を形成する。ポリアミド（たとえばポリペプチド）またはポリアミンは反復ＮＲ基を含み、この場合水素は電気陰性窒素に結合しており、これも水素を部分的に正に帯電させておく。両方の場合とも、次いでその水素が粒子または繊維上の電気陰性原子、特に酸素または窒素と相互作用して水素結合を形成することができ、これが結合剤を粒子および繊維に付着させる。結合剤の電気陰性酸素または窒素も、水素が結合した電気陰性原子、たとえば酸素または窒素により誘導される正の双極子を含む粒子または繊維中の水素原子と水素結合を形成しうる。ポリアミドは粒子または繊維中の水素原子と相互作用しうる電気陰性酸素を含むカルボニル基をも有する。したがってポリマー結合剤は下記の水素結合を増強することができる：（ａ）繊維と結合剤の間；および（ｂ）水素結合性官能基を含む粒子の場合は結合剤と粒子の間。
あるいはポリマー結合剤は粒子と配位共有結合を形成し、かつ繊維と水素結合を形成してもよい。たとえば結合剤上の酸素または窒素は結合していない電子対をもち、これらを粒子の空の軌道に供与して配位共有結合を形成することができる。たとえば酸素または窒素上の１対の自由電子をホウ素含有粒子の空のｐ軌道に供与して配位共有結合を形成し、これが粒子を結合剤に付着させる。繊維自体は結合剤と水素結合を形成しうる官能基を含有し、結合剤を繊維に付着させる。たとえばセルロース繊維および合成繊維は結合剤のヒドロキシル、カルボン酸、アミドまたはアミン基と水素結合しうるヒドロキシル、カルボキシル、カルボニル、アミン、アミドおよびエステル基を含みうる。したがってポリマー結合剤は粒子を配位共有結合により付着させ、かつ繊維は水素結合により付着するであろう。
ある好ましい態様においては、ポリマー結合剤は繊維および粒子の両方に水素結合により結合する。たとえばポリプロピレングリコールは水不溶性ポリアクリレートヒドロゲル粒子をセルロース繊維に結合させるために使用しうる。グリコール結合剤上のヒドロキシルおよびエーテル基は、以下に示すようにセルロース繊維上のヒドロキシル基およびポリアクリレートヒドロゲル上のカルボキシル基との水素結合性相互作用に関与する：
0004065020.tif 000015
あるいは、たとえばポリプロピレングリコール（ＰＰＧ）結合剤を用いて水溶性粒子をセルロース繊維に結合させることができる。グリコール結合剤上のヒドロキシルおよびエーテル基は、以下に示すようにセルロース繊維上のヒドロキシル基および水溶性粒子上の適宜な官能基との水素結合性相互作用に関与する：
0004065020.tif 000016
したがって結合剤は粒子および繊維の両方を水素結合により接着するであろう。ポリマー結合剤の反復単位それぞれに水素結合性官能基が存在することはポリマーの単位質量当たりの水素結合性相互作用の数を増加させ、これは卓越した結合効率をもたらし、繊維からの粒子の分離を減少させることが認められた。上記に示した各例においてはグリコール結合剤上の反復エーテル官能基がこの効率を与える。反復カルボキシル基はポリアクリル酸上の反復官能基であり、一方アミド結合の反復カルボニルおよびＮＲ基（ここでＲはＨまたはアルキル、好ましくは低級アルキル、すなわち炭素原子５個以下のノルマルまたはイソ構造のものである）はポリアミド、たとえばポリペプチド上の反復官能基である。反復アミン基はポリアミン上に存在する。
本発明のポリマー有機結合剤は、少なくとも後記実施例に報告する範囲の分子量内では、ポリマーの長さが増大するのに伴って結合効率が増大することが認められた。この結合効率の増大は、分子長さの増大に伴ってポリマー上の水素結合または配位共有結合基の数が増加することによる。ポリマー結合剤それぞれが水素結合性または配位共有結合性の官能基を含む。ポリマーの反復単位それぞれが反復官能基を含む場合、長いポリマーほど水素結合性相互作用または配位共有結合に関与しうる水素結合基または配位共有結合基をより多く供給する。
本発明は特定の分子量のポリマー結合剤に限定されないが、５００ｇ／モルより大きい分子量をもつポリマー結合剤が好ましい。それらは好ましい物理的特性を備え、固体は低分子量のポリマー結合剤と比較して揮発性がより低いからである。４０００ｇ／モルより大きい分子量をもつポリマー結合剤は揮発性が極めて低く、繊維から蒸発する可能性がより低いため、特に好ましい。低分子量材料はより高い分子量の材料より一般に流動性である。低分子量材料は繊維一粒子界面へより容易に移動する可能性があり、粒子を繊維に結合させるのに利用されない場所でより容易に繊維に吸収される。分子量の高い材料ほど繊維に吸収されにくく、かつ低分子量材料より揮発性が低い。その結果、分子量の高いポリマー結合剤ほどより多く、粒子を繊維に結合させるのに利用される粒子表面に留まる。ある特定の態様においては、４０００−８０００ｇ／モルの分子量をもつポリマーが使用される。８０００ｇ／モルより大きい分子量をもつポリマーも使用しうるが、このように著しく高い分子量のポリマーは加工の困難さのため結合効率が低下する。
あるポリマー結合剤はそれらの反復官能基がより効率的な水素結合基であるため、より高い結合効率をもつ。反復アミド基は反復カルボキシル官能基より効率的であり、カルボキシル官能基は反復ヒドロキシル官能基より効率的であり、そしてヒドロキシル官能基はアミンまたはエーテル官能基より効率的であることが認められた。したがって反復アミンまたはエーテル官能基、より好ましくは反復ヒドロキシル官能基、さらに好ましくは反復カルボニルまたはカルボキシル官能基、極めて好ましくは反復アミド官能基をもつポリマー結合剤が好ましいであろう。結合はいかなるｐＨにおいても起こりうるが、得られる繊維製品の酸加水分解を少なくするために５−８、好ましくは６−８の中性ｐＨで実施するのが適切である。適切な結合剤は、ポリグリコール、たとえばポリエチレングリコールまたはポリプロピレングリコール、ポリカルボン酸、たとえばポリアクリル酸、ポリアミド、ポリアミン、ポリ（ラクトン）ジオール、たとえばポリ（カプロラクトン）ジオール、およびその組み合わせまたはコポリマーよりなる群から選ぶことができる。
ポリカルボン酸（たとえばアクリル酸）、ポリアミドおよびポリアミンよりなる群が特に良好な結合効率をもつことが認められた。ポリアミドのうちではポリペプチドが特に好ましい。
ＶＩＩ．非ポリマー結合剤の特性
粒子を、揮発性がそれぞれ水より低い、前記に定めた群から選ばれる非ポリマー有機結合剤により繊維に結合させることができる。結合剤の蒸気圧はたとえば２５℃で１０ｍｍＨｇ未満、より好ましくは２５℃で１ｍｍＨｇ未満である。非ポリマー結合剤は非ポリマー結合剤分子を含み、それらの分子は粒子と水素結合または配位共有結合を形成する官能基を少なくとも１個含む。本発明によれば、前記に定めた群の非ポリマー有機結合剤はカルボキシル、カルボキシレート、カルボニル、スルホン酸、スルホネート、ホスフェート、リン酸、ヒドロキシル、アミド、エーテル、アミン、およびその組み合わせ（たとえばアミノ酸またはヒドロキシ酸）よりなる群から選ばれる官能基を含むことができ、その際それぞれの結合剤はこれらの官能基を少なくとも２個含み、それら２個の官能基は同一でも異なってもよい。非ポリマー結合剤に対する要件は、水素結合しうる複数の官能基、または水素結合しうる少なくとも１個の基および配位共有結合を形成する少なくとも１個の基を含むことである。本明細書において用いる“非ポリマー”という語はモノマー、ダイマー、トリマー、テトラマーおよびオリゴマーを意味するが、格別な非ポリマー結合剤はモノマーおよびダイマー、好ましくはモノマーである。
特に好ましい非ポリマー有機結合剤は、粒子の表面にある官能基と５または６員環を形成しうる。それらの結合剤の例は、水素結合の形成により６員環を形成するアミンまたはアミノ酸（たとえば第一アミン、またはアミノ酸、たとえばグリシン）である：
0004065020.tif 000017
６員環はカルボン酸、アルコール類およびアミノ酸のヒドロキシル基によっても形成される。たとえば：
0004065020.tif 000018
５員環は結合剤と粒子表面にある官能基によって形成される。たとえば：
0004065020.tif 000019
ここで粒子は水溶性粒子、たとえばＳＡＰであり、結合剤はアルコール類、たとえば隣接炭素上にヒドロキシル基をもつポリオール、たとえば２，３−ブダンジオールである。５員環を形成する結合剤は水溶性粒子と共に使用することもでき、その際たとえば粒子はＥＤＴＡであり、かつ結合剤はアルコール類、たとえば隣接炭素上にヒドロキシル基をもつポリオール、たとえば２，３−ブタンジオールである。
５員環を形成しない他のアルコール類、たとえば隣接炭素上にヒドロキシル基をもたないアルコール類も使用しうる。適切なアルコール類の例には第一、第二または第三アルコールが含まれる。
アミノアルコール結合剤はアミノ基（−ＮＲ2）を含むアルコール類であり、これにはエタノールアミン（２−アミノエタノール）およびジグリコールアミン（２−（２−アミノエトキシ）エタノール）などの結合剤が含まれる。非ポリマーポリカルボン酸は２個以上の官能基を含み、これにはクエン酸、プロパントリカルボン酸、マレイン酸、ブタンテトラカルボン酸、シクロペンタンテトラカルボン酸、ベンゼンテトラカルボン酸および酒石酸が含まれる。ポリオールは複数のヒドロキシル基を含むアルコール類であり、これにはジオール、たとえばグリコール（二価アルコール）、エチレングリコール、プロピレングリコールおよびトリメチレングリコール；トリオール、たとえばグリセリン（１，２，３−プロパントリオール）が含まれる。ヒドロキシル含有結合剤も用いることができ、グリセリンのモノ−およびジエステル、たとえばモノグリセリドおよびジグリセリドが特に好ましい。ジグリセリドの場合、少なくとも１つのエステル形成性酸部分は、繊維と少なくとも１つの水素結合を形成しうる官能基、または粒子と水素結合もしくは配位共有結合を形成しうる少なくとも１個の官能基をも含まなければならない。ポリヒドロキシまたはポリカルボン酸化合物の例には、酒石酸またはアスコルビン酸（ビタミンＣ）が含まれる：
0004065020.tif 000020
ヒドロキシ酸結合剤はヒドロキシル基を含む酸であり、これにはヒドロキシ酢酸（ＣＨ2ＯＨＣＯＯＨ）および乳酸、酒石酸、アスコルビン酸、クエン酸およびサリチル酸が含まれる。アミノ酸結合剤には任意のアミノ酸、たとえばグリシン、アラニン、バリン、セリン、トレオニン、システイン、グルタミン酸、リシンまたはβアラニンが含まれる。
スルホン酸結合剤およびスルホネートはスルホン酸基（−ＳＯ3Ｈ）またはスルホネート（−ＳＯ3−）を含む化合物である。アミノスルホン酸も使用しうる。本発明に適したアミノスルホン酸結合剤の一例はタウリン、すなわちアミノエタンスルホン酸である。非ポリマーポリアミド結合剤は２個以上のアミド基を有する小型の分子（たとえばモノマーまたはダイマー）、たとえばオキサミド、尿素およびビウレットである。同様に非ポリマーポリアミン結合剤は２個以上のアミン基を有する非ポリマー分子、たとえばエチレンジアミン、ＥＤＴＡ、またはアミノ酸であるアスパラギンおよびグルタミンである。
以上の考察によれば他の非ポリマー有機結合剤も適しているが、非ポリマー有機結合剤は好ましくはグリセリン、グリセリンモノエステル、グリセリンジエステル、グリオキサール、アスコルビン酸、尿素、グリシン、ペンタエリトリトール、単糖類、二糖類、クエン酸、タウリン、酒石酸、ジプロピレングリコール、尿素誘導体、ホスフェート、リン酸、ヒドロキシ酸、およびその組み合わせよりなる群から選ばれる。また非ポリマー結合剤は極めて好ましくはグリセリン、グリセリンモノエステル、グリセリンジエステル、ポリグリセリンオリゴマー、尿素およびその組み合わせよりなる群から選ばれる。非ポリマー結合剤も好ましくはカルボキシル、カルボキシレート、カルボニル、スルホン酸、スルホネート、ホスフェート、リン酸、ヒドロキシル、アミン、アミドおよびその組み合わせ（たとえばアミノ酸またはヒドロキシ酸）よりなる群から選ばれる官能基を含む。非ポリマー結合剤はそれらの群からの官能基を少なくとも２個含まなければならず、それらの基は同一でも異なってもよい。
上記の非ポリマー結合剤は電気陰性原子、特に酸素もしくは窒素を含む官能基を有するか、または電気陰性基、特に酸素もしくは窒素を含む基を有し、かつ水素原子を含むので、水素結合を形成しうる。アミノアルコール、アミノ酸、カルボン酸、アルコール類およびヒドロキシ酸はすべて、水素が電気陰性酸素に結合して水素を部分的に正に帯電させておく双極子を形成するヒドロキシル基を有する。アミノアルコール、アミノ酸、アミドおよびアミンはすべてＮＲ基を有し、この場合は水素が電気陰性窒素に結合し、これが同様にこの水素を部分的に正に帯電させておく。次いで両方の場合とも、部分的に正に帯電したこの水素が粒子または繊維上の電気陰性元素、たとえば酸素または窒素と相互作用して、結合剤が粒子および繊維に付着するのを助ける。ポリカルボン酸、ヒドロキシ酸、アミノ酸およびアミドも、粒子および繊維中、または結合剤と粒子または繊維との介在分子中の水素原子と相互作用しうる電気陰性酸素を含むカルボキシル基を有する。同様に、繊維または粒子上の電気陰性原子（たとえば酸素または窒素）は結合剤上の正の双極子を有する水素原子と相互作用することができ、繊維または粒子上の部分的に正の水素原子は結合剤上の電気陰性原子と相互作用することができる。
２種類の結合剤（グリシシおよび１，３−プロパンジオール）とセルロースとにつき提唱された幾つかの水素結合性相互作用を以下に示す：
0004065020.tif 000021
水素結合性相互作用を点線で示す。そのような相互作用の１つがグリシンの窒素とセルロース上の−ＯＨの水素との間に示される。グリシンとの水素結合はグリシン上の−ＯＨの酸素とセルロース上のアルコール側鎖のヒドロキシ水素との間にも示される。１，３−プロパンジオールの水素結合性相互作用は、結合剤の−ＯＨ上の酸素とセルロース分子上の−ＯＨ基の水素との間に点線で示される。他の水素結合がグリコール結合剤の−ＯＨ上の水素とセルロースのアルコール側鎖中の酸素との間にも示される。
繊維と結合剤の間に水または他の水素結合性分子を介在させ、これにより繊維と結合剤の両方を水分子に水素結合させることもできる。
あるいは結合剤上の原子が非結合電子対、たとえば酸素または窒素原子からの孤立電子対をもち、これを粒子中の受容原子の空の軌道へ供与して配位共有結合を形成することができる。酸素または窒素上の自由電子対を粒子（たとえばホウ素含有粒子）の空のｐ、ｄまたはｆ軌道へ供与して、粒子を結合剤に付着させる配位共有結合を形成することができる。繊維自体は普通は結合剤との配位共有結合の形成に際して電子受容体として作用うる官能基を含まないが、水素結合性相互作用により結合剤を繊維に付着させることができる。たとえばセルロースおよび合成繊維は結合剤のヒドロキシル、カルボン酸、アミド、アミンその他の基と水素結合するヒドロキシル、カルボキシルおよびエステル基を含む。これらの官能基を有する非セルロース繊維または非合成繊維、たとえばアミド結合をもつ絹を用いることもできる。したがって結合剤は粒子を配位共有結合により、かつ繊維を水素結合により付着させることができる。
ある好ましい態様においては、結合剤は繊維および粒子の両方に水素結合により結合する。たとえばポリオール結合剤を用いてポリアクリレートヒドロゲル粒子をセルロース繊維に結合させることができる。ポリオール結合剤上のヒドロキシル基はセルロース繊維上のヒドロキシル基およびポリアクリレートヒドロゲル上のカルボキシル基との水素結合性相互作用に関与する。したがって結合剤は繊維および粒子の両方に水素結合により結合するであろう。これらの水素結合は卓越した結合効率を与え、繊維からの結合粒子の分離を少なくする。
クエン酸、ビタミンＣおよび尿素が水不溶性ＳＡＰ粒子または水溶性ＥＤＴＡ粒子を水素結合によりセルロースに付着させる構造式を以下に示す。可能性のある水素結合性相互作用の若干を点線で示す。他の分子（たとえば水分子）が結合剤と粒子または繊維との間の介在物質としてこれらの結合の若干に関与する可能性もある。
0004065020.tif 000022
特に有効な水素結合性結合剤には、カルボキシル基をもつもの、たとえばアスコルビン酸、またはアミド基をもつもの、たとえば尿素が含まれる。ヒドロキシル基も極めて有効な結合剤である。アミンおよびエーテル官能基はこれよりは有効性の低い結合剤である。
結合剤は、カルボキシル、カルボキシレート、カルボニル、ヒドロキシル、スルホン酸、スルホネート、リン酸、ホスフェート、アミド、アミン、およびその組み合わせよりなる群から独立して、または組み合わせて選ばれる官能基を有する。これらの官能基はたとえば以下の化合物により供給しうる：カルボキシル基はカルボン酸、たとえばアスコルビン酸により供給しうる；イオン化したカルボン酸であるカルボキシレートはアスコルベートなどの物質により供給しうる；カルボニル基はアルデヒド、たとえばケトンなどの物質により供給しうる；ヒドロキシルはたとえばアルコール類、あるいはポリオール、たとえばグリセリンまたはグリセリンのエステルであるモノーもしくはジグリセリドにより供給しうる；アミドはたとえばペプチドにより供給しうる；アミンはアルキルアミン、たとえばエチレンイミンにより供給しうる。これらにおいて結合剤はこれらの官能基を少なくとも２個有し、それぞれの官能基は同一であってもよく（たとえばポリオール、ポリアルデヒド、ポリカルボシ酸、ポリアミンまたはポリアミド）、または異なってもよい（たとえばアミノアルコール、ヒドロキシアミド、カルボキシァミドまたはアミノ酸）。官能基はカルボキシル、アルコール、アミドおよびアミンよりなる群から独立して、または組み合わせて選ぶことができる。アルデヒドは特にそれが酸化されてカルボン酸になる場合、所望によりこれらの各群の員子であってもよい。
ポリマーと非ポリマー結合剤、ならびに他の結合剤との組み合わせも、それらが非反応性である限り使用しうる。すなわちそれらの結合剤が本発明による結合にとって存在することを必要とする官能基を保有するのを妨害する様式で反応しない限り使用しうる。
ＶＩＩＩ．プロセス上の利点
本発明の結合剤はプロセス上の多数の利点をも提供する。たとえば繊維への結合剤の結合は外部熱を付与することなく行うことができる。よって所望により周囲温度で粒子の結合を行うことができる。したがって本発明は、セルロース基を互いに共有架橋させるために高温を必要とする先行技術の架橋法とは異なる。さらに、本発明の結合剤は流体、たとえば液体溶剤（本明細書においては時に活性化液と称し、その一例は水である）の添加によって活性化しうるという利点をもつ。したがって液体結合剤（これには固体もしくは液体結合剤の溶液、または室温より低い融点もしくは軟化点をもつ結合剤が含まれる）を、結合させるべき粒子の不在下でセルロースマットに付与し、繊維製品が周囲の空気中の水分と平衡な含水率に達するまで結合剤を乾燥させることができる。次いで結合剤を活性化して、粒子を適所に結合させることができる。ある種の結合剤（特に液体結合剤）は繊維全体に拡散して結合剤の平衡分布に達する。あるいは結合剤を固体として、たとえば粒子または粉末として付与してもよい。その後の加工段階で水または他の活性化流体もしくは液体を、粒子の結合が望まれる位置に添加しうる。次いで粒子をマットに添加し、マットの湿潤させておいた部分に付着させることができる。あるいは結合剤の活性化の前またはそれと同時に、粒子をマットに添加してもよい。
結合剤は室温で液体（たとえばグリセリン）、または室温で固体である結合剤の液体溶液（たとえばグリシンの水溶液）、または固体結合剤の液状ホットメルトであってもよい。固体結合剤を過飽和溶液として繊維に付与してもよく、または固体結合剤をその融点以上に加熱して繊維に付与してもよい。結合剤は凝固すると不活性化される。固体結合剤は、それらがその後の熱または液体の付与により固定される限り、粒状で、たとえば結合剤粒子を繊維に振りかけることにより添加してもよい。
本発明の結合反応は触媒の必要なしに広範なｐＨにわたって起こりうる。触媒を用いない適切なｐＨ範囲は１−１４であるが、好ましい範囲は５−８または６−８である。このような中性ｐＨ範囲は酸加水分解によって損傷を受けにくい繊維製品（たとえばセルロース製品）を生成するからである。非酸性ｐＨ（７以上）はエステル結合の形成を阻害する環境を提供し、本発明の粒子を結合剤により繊維に付着させる水素結合または配位共有結合の形成を促進するであろう。
水不溶性粒子を用いる場合、結合反応中の繊維の含水率は繊維、結合剤および粒子に対し水０．５−５０重量％、適切には５−４０重量％、または好ましくは５−２０重量％である。２０％より多い、好ましくは３０％より多い、または２０−５０％もしくは３０−５０％の含水率は、このように高い含水率が中間体である無水物の形成を妨害し、また嵩高繊維の製造に際して共有結合の形成を阻害するけれども採用しうる。水溶性粒子を用いる場合、結合反応中の繊維の含水率は０．５−３０重量％、適切には５−２５重量％、好ましくは１２−２０重量％である。粒子が製品の表面に隈定されることなく繊維製品全体に分布するように粒子を添加することができる。粒子を繊維製品、たとえばマットまたはウェブの深部まで分布させることができる。
結合剤は処理された製品中に、繊維材料の重量の少なくとも１％であって、８０％（“重量％”）を越えない量で存在するのが適切である。特に好ましい態様においては、結合剤は繊維材料の重量の１−８０、より好ましくは１−４０、または１−２５重量％の量で存在する。約１％未満では、繊維上に配置された場合に存在する量が結合を達成するのには不十分である。過剰量の結合剤の使用は結合プロセスに不必要な費用を導入する可能性がある。高い割合の結合剤は、結合剤が装置の表面に移行するので加工上の問題を引き起こす可能性もある。したがって粒子と繊維を結合させるのに必要な量を越えない結合剤を使用することがしばしば好ましい。
熱可塑性結合剤を用いて繊維相互の、および繊維に対する粒子の結合を助成することもできる。水素結合性または配位共有結合性官能基を有する結合剤自体が熱可塑性であってもよい。本発明のポリマー結合剤およびある種の非ポリマー結合剤は熱可塑性固体であるという利点をもつ。したがって本発明により処理された繊維は、繊維温度を結合剤の軟化温度より高めて熱可塑性結合剤を軟化させ、繊維を相互に、かつ繊維を粒子に熱可塑性結合させることにより、熱接着することができる。あるいは補助または第２の結合剤を繊維に室温で固体として付与し、第２結合剤の温度をその軟化点より高めて、繊維および粒子を熱接着することができる。補助結合剤は主結合剤を付与する前または後に、ただし熱接着の前に繊維に付与することができる。
本発明の結合剤は、実質的な繊維内共有架橋を有する繊維（たとえばウェヤーハウザーから入手されるＨＢＡ）または実質的に繊維内共有架橋を有しない繊維につき使用しうる。個別化した繊維内架橋繊維の例は、欧州特許出願公開第４４０  ４７２  Ａ１および４２７  ３１７  Ａ２号明細書中に見られる。これらはそれらの明細書に実質的に繊維間結合を有しないと記載される製品を製造する。本発明の繊維は、これらの欧州特許出願の場合のように繊維間結合を除くために処理する必要がない。したがって本発明の結合剤は、実質的な繊維間結合を有する天然繊維、すなわち実質的に繊維間結合を除くために欧州特許出願公開第４４０  ４７２  Ａ１および４２７  ３１７  Ａ２号明細書の場合のような処理がなされていない繊維と定義されるものにつき使用しうる。このように処理されていない繊維は実質的に繊維内結合を有しない。
本発明方法の繊維製品（繊維内結合を有するもの、または有しないもの）は、さらに外部圧力の付与によって緻密化しうる。緻密化された製品は小型であり、容易に輸送しうる。また粒子が超吸収性粒子である場合、得られる繊維製品は緻密化されていない製品と比較して卓越した特性をもつ。本発明者らは、本発明の結合剤によって容易に緻密化しうる製品が製造されることを見出した。緻密化しやすさは結合剤と粒子および繊維との闇に形成された水素結合および配位共有結合に伴うものである。繊維、粒子および結合剤のうち少なくとも５％、より好ましくは１０％が繊維に付着したＳＡＰ粒子である場合、繊維は特に容易に緻密化される。
本発明によれば、結合剤は粒子の添加の前、後、または添加と同時に繊維に付与することができる。同時添加は繊維基材に同時に向けられた粒子と結合剤の別個の、あるいは基材に接する直前または一定時間前に合流する、２つの流れにより達成しうる。本発明を限定するものではないが、粒子に少量の水分を添加することは超吸収性粒子および恐らく他の種類の粒子を繊維に結合させるのを補助すると思われる。たとえば結合剤を含有する繊維に粒子を送入するのに伴って粒子を湿度６５％の空気に暴露すると粒子の結合が増強されることが認められた。
結合は、水素結合または配位共有結合の形成を支持し、かつ共有結合の形成を妨害する条件下で実施しうる。共有結合を支持する条件は米国特許第４，４１２，０３６号および米国特許第４，４６７，０１２号明細書に示されるものであり、その場合粒子および結合剤は高い温度および圧力下でティッシュ層間に積層され、積層接着ティッシュ層を形成する。その特許明細書は、外部熱を供給しない場合には２００ｐｌｉ（直線インチ当たりのポンド、カレンダープレスの場合と同様）で最小付着が起こるが、反応温度を高めることにより付着が改良されることを教示する。ティッシュ層の付着の改良は、温度の上昇に伴って共有結合が増強されるので起こる。
共有結合形成を支持する条件は欧州特許出願公開第４４０  ４７２  Ａ１；４２７  ３１７  Ａ２；４２７  ３１６  Ａ２；および４２９  １１２  Ａ２号明細書にも示されている。これらの欧州特許出願はポリカルボン酸架橋剤を使用しており、繊維内共有エステル結合の形成を促進し、かつエステル結合の逆行を阻止するために、高温（たとえば１４５℃より高い）および酸性条件（７未満のｐＨ）を必要とする。これに対し本発明は１４５℃より低い温度、１００℃より低い温度、および室温ですら水素結合または配位共有結合を形成することができる。また本発明の結合剤は中性またはアルカリ性条件下で、すなわち７より高いｐＨ、好ましくは５−８または７−８のｐＨで、粒子を繊維に結合させることができる。繊維を個別化し（たとえば繊維化装置（ｆｉｂｅｒｉｚｅｒ）中で）、それらを高温（１５０℃より高い）で硬化させることにより、繊維内共有結合から嵩高繊維が製造される。特に結合剤が架橋剤として機能しうる場合、このような嵩高繊維への結合剤の最初の付与は、好ましくは硬化工程後に行われる。本明細書に開示する、架橋も行いうる具体的な結合剤の種類は、ポリオール、ポリアルデヒド、ポリカルボン酸およびポリアミン（２個以上のアミン基を有するポリマーまたは非ポリマー結合剤）である。それらの結合剤が硬化中に存在すると、共有架橋結合を形成するための硬化工程で結合剤が消費されるであろう。これが起こると、もはや水素結合または配位共有結合するための結合剤はなく、繊維への粒子の結合は無効となる。
前記の欧州特許明細書に記載された繊維内共有結合形成法は無水物の形成を必要とし、次いでこれがセルロース上のヒドロキシル基と反応して共有エステル結合を形成する。繊維中に約２０重量％より多量の水が存在すると無水物の形成が妨害され、共有結合形成が阻害されると考えられる。したがって本発明においてポリカルボン酸、ポリオールおよびポリアミン（２個以上のアミン基を有するポリマーまたは非ポリマー結合剤の両方を包含する）を結合剤として使用する方法の場合、硬化が起こる際に繊維中に粒子および結合剤が存在するならば、繊維は少なくとも２０％の水（または２０−５０％の水）（重量％）を含有すべきである。水は共有結合の形成を阻害し、かつすべての結合剤が繊維内共有架橋の形成に用いられることを阻止する。したがって粒子との非共有結合の形成に用いられる若干の結合剤が残され、本発明方法により製造された繊維製品の緻密化が容易になる。
これに対し本発明は、水素結合または配位共有結合の形成を支持する条件下で製品を製造する。したがって粒子を外部からの熱または圧力の付与なしに繊維に結合させることができる。たとえば粒子を結合させ、得られた繊維製品を、ＳＡＰにつき２００ｐｌｉ（約８０００ｐｓｉ）未満で、またはＳＡＰにつき１００ｐｌｉ（約４０００ｐｓｉ）未満で、外部熱の付与なしに緻密化して、粒子の実質的部分が非共有結合（水素結合または配位共有結合）により結合した製品を製造することができる。実質的部分が非共有結合により結合した粒子とは、粒子を繊維に結合させている結合の少なくとも半分が共有結合以外のもの、たとえば水素結合または配位共有結合であることを意味する。
さらに他の例においては、粒子を外部圧力の付与なしに、ただし高温で結合させることができる。
特に好ましい態様においては、粒子は実質的にすべて非共有結合により繊維に結合する。
ＩＸ．活性化
本発明のバインダーは、液体の添加、加熱、あるいは運動エネルギー（例えば機械的攪拌、圧力、または超音波によって供給される）によって、繊維上の不活性状態から活性化させることができるという利点を有している。したがって液体バインダーは、結合させようとする粒子の非存在下で、ルーズな形態または他の形態（例えばセルロースマット）でセルロース繊維に施すことができる。次いでバインダーを、例えば、バインダーと繊維が周囲空気との平衡水分に達するまで、乾燥もしくは自然乾燥する。これとは別に、バインダーは固体として施すこともできる（例えば、粒子を繊維マット上に振りかける）。これより後のプロセス段階において液体（例えば水）を繊維に加え、これによってバインダーの活性化を起こさせる。次いで粒状物を加えると、バインダーにより粒状物が繊維に固定される。粒子を結合させるためのこの後の繊維加工は、例えば、バインダーが繊維に施される場所とは別の場所で行うことができる。したがって、製品メーカーは、処理繊維を組み込んだ最終製品の製造場所において、当該粒子（例えば、超吸収性粒子または繊維；抗菌性粒子など）を加えることができる。さらに、必要に応じて２種以上の粒状物質（水溶性粒子および水不溶性粒子を含めて）を加えることもできる。必要な官能価をもたない粒子は、同じ方法では結合しないであろう。
さらに、本発明のバインダーの幾つかは機械的攪拌（運動エネルギーの適用）によって活性化できる、ということが見いだされている。例えば、グリセリンバインダーを繊維質セルロースに施す。グリセリンバインダーを自然乾燥し、次いで超吸収性粒子および／または他の粒子の存在下で繊維を機械的に攪拌してグリセリンバインダーを活性化させ、粒子を繊維に結合させる。機械的攪拌は、例えばデファイバライザー（defiberizer）中で行うことができ、このときグリセリン処理したセルロース繊維のシートまたはマットをデファイバライズすると同時に、機械的攪拌によって繊維に結合するSAPと十分に混合する。
Ｘ．バインダー活性化の実施例
本発明におけるバインダー活性化では、粒子を繊維に加える前でも後でも、バインダーを繊維に加えることができる。バインダーは引き続き、液体や熱を加えることによって、あるいは運動エネルギー（例えば攪拌により得られる）によって活性化され、粒子が繊維に結びつけられる。粒子は、バインダー活性化の前でも、バインダー活性化の後でも、あるいは活性化と同時にでも繊維に加えることができる。SAPおよび／または他の粒子をセルロース繊維に加えようとする場合、例えば、バインダーは引き続きファイバライズされるパルプシートに施すことができる。液体（例えば水）はファイバリゼーション（fiberization）の前でも後でも加えることができ、またSAPは水付加の前でも後でも、あるいは水付加と同時にセも加えることができる。水付加の後にSAPを加える場合、加えた水が繊維から完全に蒸発する前に、SAPを繊維に施さなければならない。さらに、水は他の方法でも（例えば、高湿度の空気、霧、ミスト、またはスチームとして）加えることもできる。
活性化は、繊維全体でも、あるいは繊維の一部だけ（例えば、粒状物の結合が必要とされるマットのターゲットゾーンまたはターゲット部分）でもよい。粒子をマットに加え、活性化されたマットのターゲットゾーンに付着させる。幾つかの実施態様においては、バインダーは固体として施し、あとの処理段階時に加熱して、バインダーが粒子を繊維に結合するよう軟化させることによってバインダーを活性化させる。粒子は、繊維質材料中への粒子の所望の分布（例えば非均質分布）に対応したパターンで加えることができる。しかしながら通常、活性化は、バインダー溶媒（binder solvent）を使用して、不活性の（乾燥状態のまたは乾燥させた）バインダーが既に導入されている物品のターゲット部分を湿らすことによって行われる。
さらに他の実施態様においては、バインダーを繊維に施し、次いで繊維に運動エネルギーを加えることによって活性化させる。例えば、ニートのポリプロピレングリコール（分子量2000）バインダーを繊維に噴霧し、自然乾燥させる。次いで所望の粒子を繊維に加え、繊維をブレンダーまたはデファイバライザー中で機械的に攪拌して、運動エネルギーによりバインダーを活性化させ、粒子を繊維に結合させる。運動エネルギーによる活性化に対しては、バインダーは繊維に液体としても、あるいは固体としても加えることができる。液体バインダー付加の場合、液体を自然乾燥し、次いで繊維とバインダーを機械的に攪拌することによって活性化させる。固体バインダー付加の場合は、バインダーを固体として施し、湿らせ（例えば、約７％のトータル繊維水分まで）、次いで機械的に攪拌する。
バインダーの活性化は、粒子を加える前でも、粒子を加えた後でも、あるいは粒子の付加と同時にでも行うことができる。バインダーがいったん活性化されると、バインダーは粒子の実質的な部分を繊維に付着させる。このとき“実質的な部分”とは、少なくとも粒子が過剰に加えられていない場合は、加えた粒子の約半分を意味する。付着させようとする粒子のうち少なくとも半分（より典型的には実質的に全て、例えば８０％以上）が繊維に付着される。
バインダーを繊維に固体として施す実施態様においては、活性化工程は、バインダーを繊維に施した後、バインダーを繊維に施す直前、あるいはバインダーの繊維への施しと同時に、液体を繊維に施す工程を含むことができる。
キュアー工程を行う必要がある場合は、キュアー工程が完了した後に活性化工程を行うことができる。
ＸＩ．熱可塑性バインダー
補助バインダーはさらに、補助バインダーの融点以上の温度にて繊維を互いに結合させやすくするのに使用される。補助バインダーは固体の熱可塑性物質であってもよく、この場合、補助バインダーを繊維に施し、結合工程時に温度を補助バインダーの軟化点以上に上昇させることによって軟化させる。これによって補助バインダーは一時的に軟化し、流動性がより高くなり〔便宜上、補助バインダーメルティング（auxiliary binder melting）と呼ぶ〕、その後温度が低下すると再び固化し、このとき繊維を互いに、そしてまた粒子を繊維に熱可塑的に結合させる。補助バインダーはさらに、粒子を繊維に水素結合させる水素結合官能価を含んでいてもよい。熱可塑性であって且つ水素結合基を含んでいる補助バインダーの例としては、エチレンビニルアルコール、ポリビニルアセテート、アクリレート、ポリカーボネート、ポリエステル、およびポリアミドなどがある。こうした補助バインダーの使用についてのさらなる情報は、米国特許第5,057,166号において見いだすことができる。
補助バインダーまたは第２のバインダーは、繊維を互いに結合しやすくするために、また繊維と粒子との間にさらなる結合をもたらすために、第１のバインダーの前でも後でも繊維に加えることができる。適切な第２のバインダーは、熱可塑性または熱硬化性のバインダーである。熱可塑性ポリマーの場合、該ポリマーは熱可塑性を永久的に保持するような物質でよい。これとは別に、該ポリマーは、部分的または完全に架橋可能であって、外部触媒を使用して、あるいは使用しないで熱硬化性タイプのポリマーになるような材料であってもよい。幾つかの特定の例としての適切な熱可塑性バインダーは、以下のような物質から製造することができる：エチレンビニルアルコール、ポリ酢酸ビニル、アクリル酸誘導体（acrylic）、ポリ酢酸アクリル酸ビニル（polyvinyl acetate acrylate）、アクリレート、ポリニ塩化ビニル、エチレン酢酸ビニル、エチレン塩化ビニル、ポリ塩化ビニル、スチレン、スチレンアクリレート、スチレン／ブタジエン、スチレン／アクリロニトリル、ブタジエン／アクリロニトリル、アクリロニトリル／ブタジエン／スチレン、エチレンアクリル酸、ポリエチレン、ウレタン、ポリカーボネート、オキシドポリプロピレン（oxide polypropylene）ポリエステル、およびポリイミド。さらに、熱硬化性バインダーの特定の例としては、以下のような物質から製造されるものがある：エポキシ化合物、フェノール系誘導体、ビスマレイミド、ポリイミド、メラミン／ホルムアルデヒド、ポリエステル、ウレタン、ウレア、およびウレア／ホルムアルデヒド。
これら物質の２種以上を使用して繊維を処理することができる。例えば、熱硬化性物質の第１の被膜またはシースを使用し、次いで熱可塑性物質の第２の被膜を使用することができる。超吸収性粒子または他の粒子は、一般には外側のバインダー物質に付着される。物品を製造するためのその後の繊維使用時に、熱硬化性物質の温度をそのキュアー温度にまで上昇させずに、熱可塑性物質をその軟化温度または粘着温度に加熱する。熱硬化性物質が残留しているので、繊維を引き続き加熱することにより、さらなる処理加工時に熱硬化性物質をキュアーすることができる。これとは別に、繊維を熱硬化性物質のキュアー温度に加熱することによって、熱可塑性物質を加熱するのと同時に熱硬化性物質をキュアーすることができる。
ある特定のタイプのバインダーを使用すると、処理した繊維の耐火性が、したがってこれらの繊維から造られた物品の耐火性が増大する。例えば、ポリ塩化ビニル、ポリニ塩化ビニル、エチレン塩化ビニル、およびフェノール系誘導体などは難燃剤である。
必要に応じて界面活性剤も、液体バインダー中に組み込むことができる。処理した繊維に所望の特性を付与するために、他の物質を液体バインダーと混合することもできる。例えば、例えば、粒状物質（顔料など）をバインダー中に組み込んで繊維に施すことができる。
ＸＩＩ．バインダーの施し
本発明のバインダーは、従来のいかなる方法によっても繊維に加えることができる。こうした方法の１つは、コンベヤーベルトに載って噴霧器を通って搬送される繊維のウェブ上にバインダーを噴霧する、という方法である。これとは別に、ルーズな繊維を噴霧器を通り過ぎる形で降下させたり、あるいはルーズな繊維を噴霧器を通り過ぎる形でコンベヤーに載せて移動させたりすることもできる。さらに、ルーズな繊維をバインダーと共にスラリー状にしたり、あるいはバインダー中に浸漬することもできる。バインダーが高粘度である場合には、ウェブ上にバインダーをロール塗りするのも好ましい方法である。固体バインダーの場合、繊維とバインダーとのブレンディングを行ってもよいし、あるいはバインダーを単に繊維にふりかけるか、または繊維と混合してから固定化工程（例えば、熱や液体の付加）を施してもよい。繊維にバインダーを噴霧したり、繊維をバインダー中に浸漬したり、あるいはバインダー粒子を繊維に施すこともできる。これらの繊維は、液体バインダーの場合には、あるいは液体や固体の活性化の後ではまだ湿潤状態であるけれども、粒子と結合させることができる。
繊維はさらに、活性化用流体（例えば活性化用液体）を使用する後の活性化の際に乾燥することができ、そのときに粒子と結合させることができる。バインダーを繊維に施し、その後で粒子の存在下にてバインダーを活性化させるのが望ましいという例は、粒子を離れた場所で加える場合である。例えば、バインダーは、バインダーを繊維に施す第１の場所から離れた第２の場所にて、不活性状態から活性化させることができる。この第２の場所は、例えば、製造業者が繊維と粒子を結合させて製品（例えば吸収性物品）にする場所であってもよい。粒子は、ハンマーミル中の従来型容量供給装置から加えてもよいし、あるいは紙製造ラインのインジェクターから加えてもよい。
繊維をバインダーで均一に被覆してから粒子を加える１つの方法が、米国特許第5,064,689号に説明されている。しかしながら、本発明は、繊維、バインダー、および粒子を結びつけるいかなる特定のメカニズムにも限定されない。
ＸＩＩＩ．高ばら繊維の製造
繊維内架橋を有する高ばら繊維（high bulk fiber）の製造については、当業界によく知られている。このような繊維を製造するための方法が、EP440472A1；FP427317A2；EP427316A2；EP429112A2；および1990年10月31付けで出願の米国特許出願第07/607,268号とその対応する公開ヨーロッパ特許出願；に説明されている。本明細書に開示のバインダーによって粒子を高ばら繊維に結合させた状態で、これらの高ばら繊維を本発明において使用することができる。高ばら繊維を製造する方法は周知なので、こうした方法の１つを以下にごく簡単に説明する。
Ａ．全体のシステム
本発明の装置110（図３）は、セルロース繊維または他の繊維のマット114を繊維処理ゾーン116を介して移送するための搬送装置112；処理用物質（例えば、架橋用物質）をその供給源119からマット114に繊維処理ゾーン116にて施すためのアプリケーター118；マット114を含んだ個々のセルロース繊維を完全に分離して、実質的にニット（nit）やノット（knot）を含まない、実質的に非損傷のセルロース繊維（substantially unbroken cellulose fiber）で構成された繊維アウトプット（fiber output）を形成させるためのファイバライザー120；および繊維アウトプットから残留水分をフラッシュ蒸発させるための、また架橋用物質をキュアーし、これによって乾燥・キュアーしたセルロース繊維を形成させるための乾燥機122；を含む。
セルロース繊維のマット114は、広げたシートの形態であるのが好ましい（使用するまではロール124の形態で貯蔵）。通常は、マット114を構成しているセルロース繊維が必ずしも完全に乾燥している必要はない。セルロースは親水性物質なので、その分子は一般に、乾燥した後でもある特定レベルの残留水分を有している。残留水分のレベルは、一般には10重量％以下であり、“湿潤状態”として感知することはできない。図３はさらに、２つ以上の供給物（例えば、セルロース繊維のマット114の複数ロール）を、本発明を使用して同時に処理できることを示している。
繊維処理ゾーン116において、噴霧器または他のアプリケーター118により、架橋剤等の化学物質をマットに施す。一般には、化学物質はマットの両側に均一に施す。湿潤状態のマットが一対のローラー128間を通り、このときローラーが、化学物質をマット全体に均一に分布しやすくする。他のアプリケーターも使用できることは言うまでもない。
架橋用物質は、当業界の公知の種々の架橋用溶質（crosslinking solute）のいずれかの液体溶液（liquid solution）である。必要に応じて、架橋用物質は、架橋用物質の分子とセルロース分子との間の結合反応を促進する触媒を含んでもよい。しかしながら、殆どではないにしても、多くの架橋用物質は触媒を必要としない。
架橋用物質の好ましいタイプは、メチロール化ウレア、メチロール化環状ウレア、メチロール化低級アルキル置換環状ウレア、メチロール化ジヒドロキシ環状ウレア、およびこれらの混合物等のウレア誘導体からなる群から選ばれる。特に好ましい架橋用物質はジメチロールジヒドロキシエチレンウレア（DMDHEU）である。さらに、架橋用物質はポリカルボン酸（例えばクエン酸）でもよい。架橋用物質については当業界に公知であり、例えば、前述のチャング（Chung）の特許；ラッシュ（Lash）らによる米国特許第4,935,022号；ヘロン（Herron）らによる米国特許第4,889,595号；ショー（Shaw）らによる米国特許第3,819,470号；ステイジャー（Steijer）らによる米国特許第3,658,613号；ディーン（Dean）らによる米国特許第4,822,453号；及びグラエフ（Graef）らによる米国特許第4,853,086号；に記載されている。
適切な触媒としては、ウレアベースの架橋用物質を使用したときに有用となりうる酸性塩がある。このような塩としては、塩化アンモニウム、硫酸アンモニウム、塩化アルミニウム、塩化マグネシウム、これらの混合物、または他の類似化合物がある。リン含有酸のアルカリ金属塩も使用することができる。
図３において、マット114に施される架橋用物質は、その供給装置119（例えば、タンクまたは類似の容器）から得られる。
架橋したセルロース繊維は、それぞれが複数のセルロース分子で構成された個々の繊維（individual fiber）であり、このときセルロース分子上のヒドロキシル基の少なくとも一部が、外来的に加えられた化学薬剤（“架橋用物質”または“架橋剤”と呼ばれる）との架橋反応を介して、同じ繊維における隣接のセルロース分子上のヒドロキシル基に共有結合している。適切な架橋剤は通常、前記隣接ヒドロキシル基間に共有結合の“ブリッジ”を生成する二官能タイプである。
Ｂ．搬送用装置
さらに図３を参照すると、セルロース繊維の各マット114が搬送用装置112（マットを繊維処理ゾーン116を通して運ぶ）によって搬送される。図３はさらに、それぞれのマット114に対する第１の対のローラー126と第２の対のローラー128とを含んだタイプの搬送用装置のさらなる部分を示している。第１の対のローラー126と第２の対のローラー128は、実質的に一定で且つ制御された速度にて当該マットを送り出すのに特に効果的である。
Ｃ．繊維処理ゾーン
第１と第２の対のローラー126と128によって繊維処理ゾーン116を通して各マット114を送り出し、このときマット114に液体架橋用物質を含浸させる。このような目的に対して有用な当業界に公知の種々の方法（例えば、噴霧、ロール塗り、浸漬、またはこれらに類似の方法）のいずれかを使用して、マットの片面または両面に架橋用物質を施すのが好ましい。スプレー・アプリケーターとローラー・アプリケーターとの組み合わせも使用することができる。
架橋用物質は、通常はセルロース繊維１トン当たり約2〜200kg（好ましくは約20〜100kg）の範囲の量で施される。
Ｄ．ファイバライザー
繊維処理ゾーンの次のサブシステムはファイバライザー120であり、これは、架橋用物質を含浸した１つ以上のマット130を粉砕して、繊維アウトプットを含んだ個々の実質的に非損傷のセルロース繊維（individual substantially unbroken cellulose fiber）にするよう作用する。
さらに図３を参照すると、粉砕装置（attrition device）132の出口162から導管262を介して繊維を進ませるために、従来設計の第１のコンベヤーファン260を使用することができる。
粉砕装置132の出口162から出てきた繊維を濃縮するために従来法において使用される、第１のサイクロン264または当業界に公知の類似装置は、ファイバライザー120の任意の構成成分である。第１のサイクロン264は、導管262を介して繊維を受け入れる。
過剰の空気は第１のサイクロン264の頂部266にて回収することができ、必要に応じて導管268を介して、第１のコンベヤーファン260（使用している場合）より上流の場所に再循環することができる。こうした追加の空気は、第１のコンベヤーファン260を介しての繊維の移送を容易にするのに有利である。
ディスク・リファィナー268は、必要に応じて繊維のさらなる分離（ノットの除去）を果たすのに使用することのできる、ファイバライザー120の他の任意構成成分である。ディスク・リファイナー268は当業界に公知のタイプであり、ディスク・リファイナー入口270とディスク・リファイナー出口272を含む。代表的なディスク・リファイナー268は、ペンシルバニア州マンシーのスプラウトーバウアー社（Sprout-Bauer Incorporated）製造のタイプDM36である。ディスク・リファイナー268を使用する場合、その入口270は、導管274を介して第１のサイクロン264の出口276に連結されている。
導管180を介してディズク・リファイナー268の下流に繊維を進ませるのに、第２のコンベヤーファン278を必要に応じて使用することができる。過剰の空気を第１のサイクロン264の頂部266から回収し、導管281を介して第２のコンベヤーファン２ラ８の少し上流の丁字管282に送ることができる。
ファイバライザー120の他の任意構成成分はフラフ発生器290であり、任意の第２コンベヤーファン278から導管284を介して繊維を受け入れる。フラフ発生器については下記に、また同時係属中の米国特許出願第07/607,157号に詳細に説明されている。
Ｅ．乾燥器
さらに図３を参照すると、本発明の装置110の好ましい実施態様は、２つの逐次的機能（すなわち、繊維から残留水分を除去し、架橋剤をキュアーする）を果たすのに使用される乾燥器１２２を含む。乾燥器122は、例えばフラフ発生器出口304から繊維を受け入れるための、そして“フラッシュ乾燥”法によって繊維から残留水分を除去するための乾燥ゾーン373、および架橋剤をキュアーするための第２の乾燥ゾーン360,362を含む。図３において、キュアーはゾーン360において始まり、ゾーン362まで継続される。
図１の実施態様は、ゾーン373が、導管372によってフラフ発生器出口に、および加熱空気（通常は、天然ガス376とフレッシュ空気378の供給物を燃焼することによって得られる）の供給源374に連結されていることを示している。加熱空気の温度は、乾燥ゾーン373の温度を約200〜315℃の範囲内に保持するよう調整される。繊維アウトプットが乾燥ゾーン373を通るとき、繊維アウトプットを含んだ湿潤繊維が、このゾーンにおいて実質的に瞬間的に高温にさらされる。こうした高温への速やかな暴露により、繊維に“フラッシュ乾燥”効果が加えられ、これによって繊維の急速かつ完全な乾燥と分離が果たされる。乾燥ゾーン373を通過する時間は１秒未満が好ましい。
図３の実施態様は、第１のゾーン360が、本体部分366、入口368、および第１の塔出口370を含んだ第１の塔364で構成されていることを示している。乾燥ゾーン373は、導管372を介してフラフ発生器290の出口に連結されている。
図３において、第１の塔364は、導管380を介してダウンチューブ（down tube）382に連結されており、このダウンチューブは、導管384を介して第2の塔390の入口388に位置している第３のコンベヤーファン386に連結されている。第３のコンベヤーファン386は、乾燥器を介して繊維を第２の塔390に移送する。繊維が第２の塔390を通して高く飛ばされると、繊維は約140〜180℃の範囲内のキュアー温度に暴露される。この範囲のキュアー温度は、乾燥繊維を焦がすことなく架橋剤のキュアーを行うのに充分な温度である。架橋反応が完了するまで、ロフティング（lofting）により繊維を分離状態に保持する。キュアー温度は、繊維を処理するのに使用される架橋用物質の種類によって異なり、キュアー時に繊維を焦がさないようなレベルに設定される。単一工程の乾燥器を使用できることにも留意しておかなければならない。
塔390の乾燥器出口を出た乾燥・キュアーした繊維は、極めて低いレベルのニットを含み、ノットを実質的に含まない。さらに、これらの繊維は、スコーチングなどによる変色を起こさず、マット14を構成している繊維のメジアン長さと実質的に変わらないメジアン繊維長（median fiber length）を有する。
図３はさらに、導管402を介して塔390の出口に連結された従来設計の第２のサイクロン400を示しており、このサイクロンは、ここを通過する繊維をあとで捕集集できるように濃縮するよう作用する。こうして濃縮された繊維は、当業界に公知の数多くの捕集装置408のいずれか（例えば繊維袋詰め装置）を使用して捕集することができる。
実施例１
本実施例においては、不織の繊維質マットに架橋剤を含浸させ、ファイバライズし、乾燥し、そして図３に概略的に示した装置を使用してキュアーした。
サザンパインクラフト木材パルプ繊維（southern pine kraft wood pulp fiber）のマットで、680ｇ/M2の基本重量を有する52インチ幅のマット２つを装置に供給した。ジメチロールジヒドロキシエチレンウレアを約５％の濃度で使用してマットに含浸させた。このときスプレーノズルと含浸ローラーとの組み合わせを使用して、各マットの両側に施した。架橋剤の組み込みレベルは約4.5重量％であった。
処理した繊維マットを、8m/分の速度にて粉砕装置32に供給した。本実施例において使用する特定の粉砕装置に、６つのマット入口と、外周上に前述のような16列のハンマーを有するローターとを取り付けた。ローターの直径は30インチであり、電気モーターによって1200rpmの角速度で回転させた。他のrpm速度についても試験し、極めて高いrpm速度も含めて満足できるものであることが判明した。
繊維のランダムサンプルをアウトプット粉砕装置（output attrition device）から得て、ニットに関して観察した。これらのサンプルは重量が2.6gであり、平均で常に２つ以下のニットを有することが観察されたが、ほとんどのサンプルはニットを有していなかった。粉砕装置は、洗浄のため、16時間ごとに一回水でフラッシングした。
ディスク・リファイナーは粉砕装置より下流で使用した。この特定のディスク・リファイナーは前述のDM36リファイナーであった。図７〜９に示すフラフ発生器はディスク・リファイナーの下流にて使用した。本実施例において乾燥器のインプットでの温度は200〜315℃の範囲内であった。第２の塔の出口における温度は140〜180℃の範囲内であった。乾燥器のアウトプットにおける架橋繊維は、約5000ポンド／時の割合で生成させた。本発明の粒子バインダーと粒子は、キュアーの前でも後でも加えることができ、あるいはキュアーと同時に加えることもできる。“バインダー存在下でのキュアー”とは、バインダーがキュアーの前に、あるいはキュアーと同時に加えられるということを意味している。バインダー存在下でのキュアーは、一般には問題を起こさない。なぜなら、バインダーは必ずしも繊維内架橋反応に関与するわけではなく、またバインダーはキュアー工程によって影響を受けないからである。しかしながら、ある特定の状況では、バインダーは共有結合による繊維内架橋を形成することもできる。ポリカルボン酸（例えばクエン酸）、ポリオール（例えばジプロピレングリコール）、およびポリアミン（例えばエチレンジアミン）は架橋剤として機能することができ、キュアー工程時に共有結合架橋の形成を伴って消費される。したがって、架橋剤がバインダー物質でもある限られたケースにおいては、バインダーがキュアー工程において架橋剤として消費されないよう複数の工程を行わねばならない。
繊維内共有エステル結合が形成されるには、無水物中間体が必要とされる。無水物中間体の形成は、水の存在によって阻害されることがある。本発明者らは、繊維中に約20重量％（さらに好ましくは少なくとも30重量％）の水が存在すると、キュアーがかなり遅くなり、このためバインダーのもつ充分な官能基が、粒子を繊維に結合するのに利用できる状態で繊維中に残留する。したがって、架橋用物質でもあるバインダーの存在下で架橋用物質をキュアーする場合、キュアーが始まるときに繊維は、繊維の重量を基準として少なくとも約20重量％の水を含有していなくてはならない。架橋用物質ではないバインダーの存在下で架橋用物質をキュアーする場合、共有結合の形成を防止するための工程は通常は必要でない。架橋用物質がバインダーの存在下でキュアーされない場合、すなわちキュアーの後にバインダーを施す場合、共有結合の形成を抑えるための工程を行う必要はない。
ＸＩＶ．複合吸収性製品
本発明によれば、繊維、バインダー、および付着用粒子を使用して、吸収性構造物または蚊収性物品を製造することができる。これらの物品は、複合構造物（例えば、複数の材料から製造したもの）であってもよい。例えば、これらの物品は、複数のタイプの繊維または繊維層で造られたコアーを有することができ、このとき被覆用物質が存在していてもいなくてもよい。これらの物品は、相当量の水や他の流体（例えば、尿や他の体液）を吸収することができる。このような物品としては、使い捨ておむつ、生理用ナプキン、失禁用パッド、タオル、およびこれらの類似物などがある。
図４と５は、本発明の繊維から形成することのできる吸収性パッド構造物を示している（他の繊維がブレンドされていてもいなくてもよい）。図４と５は、熱型押スクリーンパターン412を有する吸収性パッド410を示している。パターンをもたないパッドも使用することができる。カバーシート414とバッキングシート416を有するパッドを、例えば、シートからカットした角形繊維片を対応するプレカットしたバッキングシート上に配置することによって形成させることができる。対応するプレカットカバーシートを、バッキングシート上の繊維418の上に配置する。この集成体は、連続的マージン420を取り囲むような形で接着剤により接合させることができる。
図６と７を参照すると、包帯の形態の吸収性構造物が示されている。創傷に施して血液や他の体液を吸収するための包帯430が示されている。バッキングストリップ436の外側表面またはパッド据え付け用表面434に、吸収性パッド440がしっかり据え付けられている。パッド440中には繊維441が収容されており、本発明にしたがって粒子が繊維441に結合している。適切な据え付け用もしくは固定化用手段を使用して、パッド440をストリップ436の表面434に固定することができる。しかしながら、パッド440を接着剤により所定の場所に据え付けできるよう、表面434に接着剤を塗被するのが好ましい。代表的な接着剤はエチレン酢酸ビニル接着剤である。さらに、バッキングストリップ436の全表面438に従来の接着剤を塗被するのが望ましい。表面438は、創傷を取り巻いている皮膚の部分に貼られる表面である。従来の“ピール・バック（peel-back）”タブを使用して、包帯が施されるまで接着剤被膜とパッド440を保護することができる。このタイプのバッキングストリップは当業界によく知られている。
バッキングストリップ436は、皮膚に施すのに適した公知の軟質材料でよい。創傷からの流体が包帯によって収容されるよう、ストリップ416は液体が透過できない材料であるのが好ましい。しかしながら、ストリップ436は開口を設けてもよい。すなわち、空気が創傷に達して治癒の進行を促進するよう、ストリップ436が呼吸作用できるようにする。適切なバッキングストリップ436の特定の例はポリエチレンフィルムである。
他の構造物の場合と同じように、このような包帯の繊維441において、抗菌物質と他の粒子との種々の組み合わせを使用することができる。しかしながらこの場合も、粒子が水素結合官能価または配位共有結合官能価（coordinate covalent bonding functionality）を有していて、これらの粒子が結合する繊維が水素結合官能価を有している場合は、粒子を所定の場所にしっかり付着させる。このときバインダーは、ポリプロピレングリコール、ポリプロピレングリコール／ポリエチレングリコールコポリマー、ポリカルボン酸（例えばポリアクリル酸）、ポリ（ラクトン）ジオール〔例えばポリ（カプロラクトン）ジオール〕、ポリアミド、ポリアミン、ポリスルホン酸、ポリスルホネート、ポリカルボキシレート、およびこれらの組み合わせ物からなる群から選ばれる。ポリマーバインダーは、水素結合形成用の、または配位共有結合形成用の官能価を有する。非ポリマーバインダーとしては、グリセリン、モノグリセリド、ジグリセリド、アスコルビン酸、ウレア、グリシン、ペンタエリスリトール、単糖類または二糖類、クエン酸、酒石酸、タウリン、ジプロピレングリコール、およびウレア誘導体（例えばDMDH）等の有機バインダーがある。適切な糖類としては、グルコース、スクロース、リボース、フルクトース、マンノース、アラビノース、およびエリトロースなどがある。２種の異なった粒子（例えば粒状形態の異種抗菌物質）を同じ繊維に付着させることができる。これとは別に、それぞれの異種抗菌性粒子または他の粒子を異なった繊維に別々に付着させることもできる。さらに、パッド366のような吸収性構造物中には繊維のブレンドも組み込むことができる。例えば、これらのブレンドとしては、１種以上の抗菌性粒子を付着させた繊維と、超吸収性粒子を付着させた繊維とのブレンド；超吸収性粒子を含まずに１種以上の抗菌性粒子を含んだ繊維と、超吸収性粒子を付着させた繊維（抗菌性粒子を含んだ場合または含まない場合）とのブレンド；ならびに未処理繊維および／または超吸収性粒子もしくは抗菌性粒子を含まないバインダー被覆繊維等の繊維の組み合わせ；などがある。さらに、他の粒子（例えば抗凝結薬や止血薬）を繊維に結合させることもできる。
包帯430の吸収性パッドは、カバーシートを通して繊維４４１に液体を容易に通すことのできる適切な材料で造られたカバーシート（例えば、レーヨン、ナイロン、ポリエステル、プロピレン、およびこれらのブレンド等の繊維の不織布ウェブ）を含んでもよい。１つの特に好ましいカバーシート材料は、スコット・ペーパー社から市販の、18g/m2の基本重量を有する70％レーヨン／30％ポリエステルのブレンドである。
図８と９は、超吸収性粒状物質を付着させた状態の本発明の繊維で構成されたコアー552を含んだ従来の使い捨ておむつ550を示している。これらの超吸収性物質は、ターゲットゾーン（例えば、556で示されている、おむつのフロント部分またはクロッチ部分）により高い濃度にて場所限定することができる。こうした限定は、本発明の繊維をこのようなゾーンにおいてエアーレイ処理することによって果たすことができる。さらに、コアーは、バインダーを融解させることによって、あるいはターゲットゾーンを水で湿らすことによって活性化させることができる。超吸収性粒子は、この湿潤ゾーンにふりかけてもよいし、あるいは施してもよい。ゾーンが乾燥すると、粒子が所定の場所に付着される。
ＸＶ．緻密化
本発明の繊維のウェブだけでなく、上記のような物品も、ウェブに外部から圧力を加えることによって緻密化することができる。それぞれ60pli（ポンド／リニアインチ、カレンダープレスの場合）と90pliに設定された一組のカレンダーロールにウェブを通して、密度の増大したシートを生成させることによって、ウェブを緻密化させることができる。これとは別に、圧縮ロールまたはプレスによって緻密化を行うこともできる。本発明のバインダーで処理したSAP含有物品において、活性状態のバインダーを使用して緻密化を行うと緻密化が容易になる、ということを本発明者らは見いだした。これらのバインダーで処理した物品は、ある与えられた密度に緻密化するのに必要な熱と圧力が未処理の繊維より少ない。緻密化は、約0.05〜0.7g/ccの密度を有する物品が得られるように行うのが好ましい。緻密化は、0.1〜0.3g/ccの密度を有する物品が得られるように行うのがさらに好ましい。
本発明のバインダーの幾つかを使用して行った緻密化の例を以下に示す。
実施例２
本発明の物品は、実験室用パッドフォーマー（padformer）により550g/m2のシート（直径６インチ）に形成することができる。次いでこれらのパッドを、それぞれ60pliと90pliに設定した一組のカレンダーロールに通して、0.3〜0.5g/ccの密度を有するシートを生成させる。
実施例３
50gのポリプロピレングリコールを50gの脱イオン水で希釈する。こうして得られた溶液を、ブレンダー様ミキシング装置中で空気同伴させた321gの繊維内架橋セルロースフラフ（ワシントン州タコマのウェイヤーヒューサー社から市販のHBAパルプ）に噴霧する。HBA繊維がまだ湿った状態のときに、438gのIM1000F（バージニア州ポーツマスのヘキスト−セラニーズから市販）を本混合物に加える。次いで、こうして得られる混合物をブレンダーから取り出し、カウンター上に広げて一晩乾燥する。550g/m2のハンドシート（直径６インチ）を実験室用パッドフォーマーで作製する。次いでこれらのパッドをそれぞれ2000psiと3000psi（あるいはカレンダーロールにおいて60pliと90pli）にてプレスして、0.39/ccと0.59/ccの密度を有するシートを生成させる。これとは別に、未処理のHBAパルプと45％のIM1000Fとをブレンドして得られるパッドは、同程度の密度のパッドを得るのに、100℃までの加熱と8,000〜11,000psiの圧力を必要とする。
実施例４
40％のIM1000Fを含んだHBAパルプ、および12％のグリセリンと40％のIM1000Fとを含んだHBAパルプをパッドフォーマーたて６インチパッドに形成し、次いで約6500psiにて15秒プレスした。グリセリンバインダーを含まないHBAパルプは0.4g/ccの密度に達し、グリセリン結合粒子を含んだHBAパルプは0.57g/ccの密度に達した。本実施例は、本発明の方法で処理した繊維が、同じ圧縮圧力では未処理の繊維より高い密度を達成する、ということを示している。
ＸＶＩ．水の付加
本発明の幾つかの実施態様においては、架橋用物質を繊維に加え、キュアーして高ばら繊維（high bulk fiber）をもたらす繊維内共有結合を形成させる。架橋用物質とバインダーが同じ場合（例えばポリカルボン酸）、架橋用物質とバインダーが異なるが、繊維内架橋を起こすことができる場合、およびキュアーを行う前にバインダーを加える場合、架橋用物質／バインダーの実質的にすべてが共有結合をもたらす架橋反応において使用され、したがってその後において、水素結合や配位共有結合で粒子を繊維に結びつけるのに利用できるものはない。この特定の場合（架橋用物質とバインダーがどちらも架橋反応を起こすことができ、キュアーの前に加えられる）においては、キュアーの前に水を繊維に加えてキュアー工程の開始を遅らせ、バインダーの官能価の一部が架橋反応において消費されないようにすることができる。繊維中に少なくとも20重量％の水が存在すれば、繊維内共有結合の形成がかなり遅くなり、したがって繊維上の残留ポリカルボン酸により粒子を繊維に結合させることができる。
ＸＶＩＩ．粒状物の結合
図10は、SAP粒子602が本発明のバインダーによって結合している状態の、隔離・拡大したセルロース繊維600を示している。この図面は、繊維に結合した後でも分離した粒状形態を保持しているSAPの例を示している。本発明にし牟がって幾らかの粒子対粒子の融合も起こることがあるが、分離粒状形態の保持により、完全に融合したフィルム（粒子が粒状物としての本性を失う）の形成が防止される。このような融合フィルムは、繊維への効率的な液体吸収を阻害するゲルブロッキング（gel blocking）を生じる。
図示の繊維600は細長い形状をしており、約10:1〜5:1（好ましくは約10:1）のアスペクト比（長さ対幅の比）を有する。
図11は、パッド606の深さ604全体にわたって実質的に均一に分布した粒子602を示している。粒子は、パッドの全表面に付着しているように示されている。粒子は、本発明にしたがってパッド全体にわたっていかなる所望のパターンにでも分布させることができるが、粒子は必ずしも全表面に付着している必要はなく、必ずしもマットの体積全体にわたって分布している必要はなく、あるいは必ずしも均一に分布している必要はない。
図10と11（および下記の図12〜13）からわかるように、粒子はバインダーによって封入されていない。本発明の粒子と繊維はバインダーで封入されていない。さらに、バインダーは繊維を凝集させず、また多くの実施態様において繊維を互いに結合しない。分離した個々の粒子は、繊維や粒子の周りで熱可塑性容器（thermoplastic encasement）中に包合されないで、繊維の表面上にそれらの本性を保持している。
ＸＶＩＩＩ．電子顕微鏡写真
アスコルビン酸バインダーでセルロース繊維に結合された超吸収性粒子（SAP）の電子顕微鏡写真が図12に示されている。SAPは写真の左端に位置し、顕微鏡写真の中央部分を占めている繊維に結合している。粒子は繊維に結合しているように見え、繊維は幾らかの勇断損傷を受けている（この結果、繊維が破壊されている）。繊維が勇断損傷を受けている一方で、粒子が繊維に結合されたままであるというのは重要なことである。なぜなら、このことは、アスコルビン酸によって形成された粒子−繊維結合が極めて強固で且つ弾力があり、機械的崩壊に耐えていることを示しているからである。
図13A、13B、13C、及び13Dは、ラクトースバインダーで繊維に結合された個々の粒子を示す電子顕微鏡写真である。例えば13Cは、SAPがラクトースバインダーで繊維に結合されたときに、SAPがその個々の粒状形態を保持している、ということを示している。粒子は、粒状物の本性をもたない融合マス（fused confluent mass）を形成しない。
ＸＩＸ．繊維混合物
本発明の繊維（例えば、繊維600）を他の種類の繊維（例えば、米国特許第5,057,166号に開示のもの）と混合することができる。該特許のラテックス被覆繊維を本発明の繊維と混合して、両方の種類の繊維の特徴をもった吸収性製品を得ることができる。
ＸＸ．バインダーのさらなる特性
米国特許第3,903,889号は、シロップ、蜂蜜、および他の多糖類（例えばデキストリン）を使用して、吸収性粒子をパルプ繊維に接着させる方法を開示している。これらの接着剤の必須要件は、永久的に柔軟性であって、堅くてもろいフィルムにはならないという特性を有していなければならない、ということである。これとは対照的に本発明のバインダーは、堅い結品質物質に固化した後でもバインダーとして機能することができる。堅い固体とはならない本発明のバインダー（例えば、グリセリンやPPG）でもかなり吸湿性であり、15％以下の（あるいはさらに１２％以下の）トータル水分を有する繊維上に存在することができる。このことは、米国特許第3,903,889号に開示の蜂蜜やコーンシロップ等の接着剤（吸湿性ではない）とは対照的である。多糖類（例えばコーンシロップ、蜂蜜、およびデキストリン）は、バインダーとしては本発明の幾つかの実施態様からは除外される。なぜなら、これらは乾燥しても粘着性のままだからである。粘着性のバインダーは、バインダー被覆された繊維の処理加工を困難にする。多糖類ポリマーも、本発明のバインダーの非ポリマー実施態様から除外される。さらに、非ポリマー糖類（例えば、単糖類や二糖類）は、多糖類（例えば、コーンシロップや蜂蜜）のもつ高粘度や粘着・接着性という物理的特性に欠けている。本発明の非ポリマー糖類は固体であってもよく、固体であれば、ポリマーに付きものの粘度や取り扱い上の問題点が避けられる。
本発明において使用される水溶性の粒子は、25℃にて300mlの水中に少なくとも10gが完全に溶解する。バインダーに対する溶解性が低い粒子は、25℃にて300mlのバインダー中に約5g以下が完全に溶解する。
本発明のバインダーの幾つかも水溶性である。水溶性のバインダーは、25℃において300mlの水中に少なくとも10gが完全に溶解する。
ＸＸＩ．粒子を含まない状態での繊維の緻密化
本発明の他の態様によれば、下記のような緻密化剤を繊維（例えば、水素結合官能価を有する前述の繊維）に施すと、この繊維は、緻密化剤で処理していない繊維より大幅に緻密化する、ということを本発明者らは見いだした。繊維の緻密化性（densifiability）を改良するのに使用できる緻密化剤としては、一般には繊維の乾燥密度より大きい密度を有する有機物質および無機物質があるが、これらに限定されない。このような緻密化剤は、前記のバインダーを繊維に施すのと同じ仕方で繊維に施すことができる。上記のような繊維緻密化法に加えて、本発明のこの態様の利点は、ベール・フォーマー（bale former）での繊維の緻密化にも適用できる。
有用な有機緻密化剤としては、前述の有機ポリマーバインダーおよび有機非ポリマーバインダーがある。このようなバインダーを緻密化剤として使用する場合、その分子は必ずしも粒子を結合するための官能価を有している必要はない。したがって、水素結合官能価を１つだけしか含んでいない有機分子も、緻密化剤として有用である。緻密化剤は繊維に結合する必要はないけれども、好ましい実施態様では緻密化剤は繊維に結合する。緻密化剤として有用なバインダーは、上記のバインダー官能価のほかに、スルホンアミド官能価やホスホルアミド官能価を含んでもよい。好ましい非ポリマー有機緻密化剤としては、ソルビトール、グリセリン、プロピレングリコール、およびこれらの混合物などがある。本発明のこの態様によれば、有機緻密化剤は、繊維と緻密化剤の合計量を基準として約０．１〜３０重量％の範囲の量で繊維に施すことができる。
繊維の緻密化特性に加えて、好ましい緻密化剤であるソルビトールやグリセリンを使用すると、繊維、および緻密化の前後に繊維を含有している物品の柔軟性が向上する、ということが見いだされた。有機酸（例えば乳酸）は、繊維に施しても繊維の緻密性を向上させないが、これで処理した繊維を軟化させることが観察された。柔軟性は、繊維または繊維を含有した物品〔例えば、ドレープや繊維を含んだハンド・オブ・アーティクル（hand of articles including fiber）〕の剛性に関係する。柔軟性の他の態様は、繊維または繊維を含有した物品の摩耗性またはその欠如に関係する。圧縮性は柔軟性の別の態様である。ガーレイ剛性、テーバー剛性（摩擦係数の測定）、およびハンドロメーター（handlometer）などを含めて、柔軟性に関するこれら態様の幾つかを評価するための種々の試験がある。理解しておかなければならないことは、上記試験のいずれも、繊維または繊維含有物品の柔軟性を完全に定量化もしくは評価しているわけではなく、したがって材料の柔軟性を評価するためには、主観的な試験も行われる。
上記のポリマーおよび非ポリマー有機緻密化剤のほかに、ある種の無機物質が、緻密化剤が施された繊維の緻密性を向上させる、ということを発明者らは見いだした。有機緻密化剤の場合と同じように、無機緻密化剤は一般に、乾燥繊維の密度より高い密度を有することを特徴とするものであるが、これらに限定されない。無機緻密化剤はさらに、繊維に施したときに、繊維の体積にそれほど影響を与えずに繊維のマスを増大させる。無機緻密化剤は、繊維内のあらかじめ存在しているスペース（例えば、内腔や孔など）を占めることによって、繊維の体積にあまり影響を及ぼすことなくマスを増大させることができる。緻密化剤の付加によって引き起こされる繊維の体積増大は、繊維の密度が増大するよう、繊維のマス増大未満であるのが好ましい。
繊維より高い密度を有していて、繊維の体積にあまり影響を及ぼさずに繊維のマスを増大させる無機緻密化剤の例としては、カチオンが一価である無機酸塩〔例えば、アルカリ金属塩、アンモニウム塩、または置換アンモニウム塩（例えば、モノー、ジー、トリー、またはテトラーアルキル置換アンモニウム塩、このときアルキル基は１〜６個の炭素原子を有し、例えばトリエチルアンモニウム、トリメチルアンモニウム、テトラメチルアンモニウム、またはテトラエチルアンモニウムなどが挙げられる）〕がある。適切な緻密化剤としては、ピロホスフェート、ヘキサメタホスフェート、トリポリホスフェート、ハイポホスフェート、ポリリン酸、エチレンジアミン四酢酸、ヒドロキシエチリデンホスホネート、およびアミノトリ−（メチレンホスホネート）のアルカリ金属塩、アンモニウム塩、または置換アンモニウム塩がある。特定の緻密化剤としては、次リン酸ナトリウム、ピロリン酸四カリウム、およびピロリン酸四ナトリウムなどがある。ピロリン酸四ナトリウムとピロリン酸四カリウムが特に有用である。他の特定の緻密化剤としては、ヘキサメタリン酸ナトリウム、エチレンジアミン四酢酸のナトリウム塩、ピロリン酸ナトリウム、ジエチレントリアミン五酢酸のナトリウム塩、ヒドロキシエチルエチレンジアニリン三酢酸のナトリウム塩、およびジヒドロキシエチルグリシンのナトリウム塩などがある。さらに他の緻密化剤としては、オキサレート、ホスフェート、およびタングステートのアルカリ金属塩、アンモニウム塩、または置換アンモニウム塩などがある。シュウ酸ナトリウム、二塩基性リン酸ナトリウム、およびタングステン酸ナトリウムが特に有用である。前記緻密化剤の混合物も有用である。本発明のこの態様によれば、無機緻密化剤は、繊維と緻密化剤の合計量を基準として約1.0〜50重量％の量にて施すことができる。
本発明の範囲を限定しようという意図はないが、繊維の緻密性と柔軟性に及ぼす緻密化剤の影響に対する１つの可能な説明は、セルロース繊維内のセルロース分子と特定のセルロース分子との間に生じる水素結合を考慮することによって可能である。緻密化剤は、繊維に施すと、セルロース分子間に存在する水素結合、あるいはあるセルロース分子内に存在する水素結合を崩壊させるか、あるいは崩壊を促進することがある。言い換えると、緻密化剤は、セルロース分子内に、あるいは他のセルロース分子と水素結合を形成するであろうと思われるセルロース分子上の部位を占めることがある。
無機緻密化剤（例えばTKPP）に関して、繊維または繊維を含有した物品の緻密性と柔軟性に及ぼす無機緻密化剤の影響に対するもう一つの可能な説明は、TKPPの吸湿性に関するものであり、TKPPで処理された繊維中に周囲環境から水分が引きつけられる。この水分は、セルロース分子間の水素結合またはあるセルロース分子内の水素結合を崩壊させるか、あるいは水素結合の崩壊に関与する。繊維の級密性を増大させることのほかに、TKPPは、繊維に施したときに繊維を軟化させる、ということを本発明者らは見いだした。吸湿性であって且つ繊維を軟化させる他の無機緻密化剤としては、ピロホスフェート、ヘキサメタホスフェート、トリポリホスフェート、ハイポホスフェート、ポリリン酸、エチレンジアニリン四酢酸・ヒドロキシエチリデンジホスホネート、およびアミノトリー（メチレンホスホネート）の多くのアルカリ金属塩、アンモニウム塩、または置換アンモニウム塩などがある。特定の吸湿性緻密化剤としては、次リン酸ナトリウム、ピロリン酸四カリウム、およびリン酸ニナトリウムなどがある。ピロリン酸四カリウムが特に有用である。吸湿性である他の特定の緻密化剤としては、ヘキサメタリン酸ナトリウム、およびエチレンジアミン四酢酸のカリウム塩がある。吸湿性緻密化剤と非吸湿性緻密化剤との混合物も有用である。
本発明のこの態様の利点は、上記の緻密化剤で処理した繊維を含んだ組成の物品にも広がり、このとき粒状物質（例えば超吸収剤）がまったく存在しないか、あるいは粒状物質（例えば超吸収剤）は存在するが繊維に結合していない。
下記の実施例は、緻密化剤をパルプ繊維にどのように施せば、未処理の同じパルプ繊維に比べてより級密化が容易な物品が得られるかを示している。
実施例５
NB416パルプシート（ワシントン州タコマのウェヤーハウザー社から市販）のサンプルに、スリッター／リワインド装置（slitter/rewind apparatus）を通しながら異なったレベルのグリセリンを噴霧して、種々のレベルのパルプとグリセリンを含んだ幾つかの材料ロールを得た。次いでこのパルプシートを、ポケット・フォーマー（pocket fomer）と大人失禁用製品の製造ラインに連結された工業サイズのハンマーミルに供給した。製造の最終段階時に、種々のレベルのグリセリンで処理したこれらのパルプから造った物品を、材料の全範囲にわたって一定の圧力にセットされた一組のデバルキングロール（debulking roll）に通した。最終物品を取り出し、コアー材料の密度を調べた。結果は以下のとおりである。
0004065020.tif 000023
上記のパーセントは、パルプ繊維の乾燥重量を基準としたグリセリンの重量％である。９％グリセリンサンプル（エージング）は、工業サイズのハンマーミルに供給する約３ヶ月前にパルプシートにグリセリンを施したものである。これらの結果は、パルプ繊維上のグリセリンレベルが増大すると、ある与えられたセットの緻密化条件に対しては密度の増大した物品が得られる、ということを示している。エージングしたサンプルに対する結果に基づくと、さらに時間を増やせばセルロース繊維内の水素結合のさらなる崩壊が起こるものと考えられる。
実施例６
本実施例は、他の緻密化剤をグリセリンと共にどのように加えれば、未処理のパルプ繊維に比べて緻密化がより容易な物品が得られるかを示している。
NB416パルプシート（ワシントン州タコマのウェヤーハウザー社から市販）のサンプルに、得られる生成物が91％のO.D.パルプ（すなわちオーブン乾燥したパルプ）と９％の添加剤で構成されるよう、33％のラクトースと66％のグリセリンを含んだ溶液を噴霧した。別のパルプシートサンプルに、50％のグルコースと50％のグリセリンを含んだ溶液を噴霧して、同程度の付加レベルを有する物品を得た。次いで，これらの物品を、実施例３８に記載の手順と同様の仕方で処理した。これらの材料から造った物品のコアー密度の測定によれば、次のような結果が得られた。
0004065020.tif 000024
これらの結果は、パルプ繊維上のグリセリンに加えて緻密化剤が、ある与えられたセットの緻密化条件に対しては、密度の増大した物品を生成するということを示している。
実施例７
本実施例は、他の緻密化剤をどのように加えれば、未処理のパルプに比べて緻密化するのがより容易な物品が得られるのかを説明している。
NB416パルプシート（ワシントン州タコマのウェヤーハウザー社から市販）のサンプルを、70％ソルビトールの溶液；64％ソルビトールと6.4％乳酸を含んだ溶液；ならびに51.2％ソルビトール、12.8％ピロリン酸四カリウム、および6.4％乳酸を含んだ溶液；をそれぞれ使用してロール塗り装置を通すことにより処理して、１サンプル当たり８〜９％の付加レベルの緻密化剤を含んだシートを得た。シートを一晩自然乾燥し、次いで処理したパルプシートを、lin2の角形孔スクリーンを備えたフィッツ・ハンマーミルに供給し、エアーレイ機（デンマーク、ホーセンズのＭ＆Ｊ社から市販のＭ＆Ｊエアーレイ機）に移し、エアーレイ処理してウェブを形成した。未処理のパルプシートおよび９％グリセリン単独で処理したパルプシートから、同様のサンプルを作製した。３つのサンプルウェブと２つの対照標準ウェブを、25psiの圧力に設定した一組のデバルキング・ロール（debulking rolls）に通し、得られた材料の密度を測定して以下の結果を得た。
0004065020.tif 000025
これらの結果は明らかに、パルプ上の他の緻密化剤が、ある与えられたセットの処理条件に対して密度の増大した物品を生成させる、ということを示している。
実施例８
本実施例は、架橋したパルプにグリセリンをどのように加えれば、対応する未処理の架橋バルプに比べて緻密化のより容易な物品が得られるのかを説明している。
HBAとHBAFF（ワシントン州タコマのウェヤーハウザー社により製造された架橋パルプ）の300gサンプルをそれぞれ、ブレンダー様ミキシング装置中で空気同伴させ、33gのグリセリンを50mlの脱イオン水に溶解して得られた溶液をパルプに噴霧した。どちらの場合も、ミキサーを停止し、生成物を取り出し、一晩自然乾燥した。処理パルプの10gサンプルと対応する未処理パルプの10gサンプルを実験用パッドフォーマーにてエアーレイ処理して直径６インチのパッドとし、700psiの圧力で１分プレスした。得られたパッドの厚さを測定し、そして密度を算出して以下のような結果が得られた。
0004065020.tif 000026
HBAFFの場合、グリセリンを加えると、ある与えられたセットの条件に対してより容易に緻密化される物品が得られる、ということが上記結果からわかる。下記の実施例は、本発明にしたがってある特定の緻密化剤をパルプにどのように施せば、ある与えられたセットの処理条件に対して柔軟性の改良された物品が得られるのかを説明している。
実施例９
本実施例は、特定の緻密化剤が剛性にどのように影響を及ぼすのかを説明している。剛性は、緻密化剤で処理した繊維のエアーレイ加工ウェブの柔軟性の１つの態様である。
NB416パルプシート（ワシントン州タコマのウェヤーハウザー社から市販）のサンプルをロール塗り装置に通して、パルプシートにソルビトールと乳酸の等量混合物を繊維のマスを基準として5.8重量％塗被し、次いで緻密化剤を加えた。NB416の別のサンプルに50％TKPPの溶液を、繊維とTKPPの合計マスを基準として5％TKPPのレベルまで噴霧した。シートを一晩自然乾燥し、処理したパルプシートと未処理の対照標準を、lin2の角形孔スクリーンを備えたフィッツ・ハンマーミルに供給し、このとき同時にIM3900（バージニア州ポーツマスのヘキストーセラニーズから市販の超吸収剤）を、60％の処理繊維と40％のIM3900を含んだ材料が得られるような割合で加えた。本混合物をエアーレイ機（デンマーク、ホーセンズのＭ＆Ｊ社から市販のＭ＆Ｊエアーレイ機）に移し、エアーレイ処理してウェブを得た６各ウェブのサンプルをフラットプレス中に配置し、プレスして同等の密度を得た。すべてのサンプルがほぼ等しい密度に緻密化されるよう、プレス条件を調節した。次いで、プレスした各サンプルに対してガーレイ剛性試験を行って以下の結果を得た。
0004065020.tif 000027
上記の結果は、ある特定の緻密化剤で処理したパルプ繊維の緻密化エアーレイウェブが、未処理パルプ繊維の対応する緻密化エアーレイウェブよりどの程度剛性が低いかを示している。この剛性データを、ウェブの他の特性（例えば、圧縮性、与えられた密度を達成するのに必要な圧力、およびドレープ性など）と組み合わせて評価すると、処理した繊維は未処理の繊維より柔軟性が高いということがわかる。
実施例１０
本実施例は、緻密化剤をパルプ繊維にどのように加えれば、顕著な体積の増大もなくマスの増大した材料が得られるのかを示している。
NB416パルプシート（ワシントン州タコマのウェヤーハウザー社から市販）のサンプルをロール塗り装置に通して、パルプシートに繊維とグリセリンの合計マスを基準として９％グリセリンとならよう塗被した。NB416の別のサンプルに50％TKPPの溶液を、繊維とTKPPの合計マスを基準として５％TKPPのレベルまで噴霧した。シートを一晩自然乾燥し、処理したパルプシートと未処理の対照標準を、lin2の角形孔スクリーンを備えたフィッツ・ハンマーミルに供給し、このとき同時にIM3900（バージニア州ポーツマスのヘキスト−セラニーズから市販の超吸収剤）を、60％の処理繊維と40％のIM3900を含んだ材料が得られるような割合で加えた。本混合物をエアーレイ機（デンマーク、ホーセンズのＭ＆Ｊ社から市販のＭ＆Ｊエアーレイ機）に移し、エアーレイ処理してウェブを得た。各ウェブの基本重量は約375g/m2であった。緻密化処理していないウェブをキャリパーで測定し、密度を算出した。
0004065020.tif 000028
上記の結果は、ある特定の緻密化剤で処理した繊維から作製したエアーレイ処理ウェブが、繊維の同じマスに関して厚さがどの程度減少しているのかを示している。
多くの好ましい実施態様を挙げて本発明の原理を説明・例証してきたが、当業者にとっては、本発明の原理を逸脱することなく本発明に対しその集成および詳細に関して変形を施すことができるのは明らかである。本発明者らは、請求の範囲に記載の精神と範囲内に包含される全ての変形を特許請求する。
【図１】
0004065020.tif 000029
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１４】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１３Ｄ】
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