일회용 기저귀

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배경

일회용 기저귀는 두 장의 부직포 사이에 흡수 패드가 끼워져 있습니다. 패드는 체액을 흡수하고 유지하도록 특별히 설계되었으며, 부직포는 기저귀의 편안한 형태를 제공하고 누출을 방지합니다. 이 기저귀는 흡수 패드를 먼저 진공 성형한 다음 투과성 상단 시트와 불투과성 바닥 시트에 부착하는 다단계 공정으로 만들어집니다. 구성 요소는 열 또는 초음파 진동을 적용하여 함께 밀봉됩니다. 시트에 탄성 섬유가 부착되어 기저귀 가장자리를 적절한 모양으로 모아 아기의 다리와 사타구니에 꼭 맞습니다. 적절하게 장착되면 일회용 기저귀는 투과성 상판을 통과하여 패드로 흡수되는 체액을 보유합니다.

일회용 기저귀는 비교적 최근의 발명품입니다. 사실, 1970년대 초반까지 엄마들은 전통적인 천 기저귀에 대한 실질적인 대안이 없었습니다. 면 기저귀는 부드럽고 편안하며 천연 소재로 만들어진다는 장점이 있습니다. 이들의 단점은 상대적으로 열악한 흡수성과 세탁해야 한다는 사실을 포함합니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 일회용 기저귀가 개발되었습니다. 최초의 일회용품은 목재 펄프 보풀, 셀룰로오스 충전재, 보풀 셀룰로오스 또는 면 섬유를 흡수재로 사용했습니다. 그러나 이러한 재료는 무게에 비해 수분을 많이 흡수하지 않았습니다. 결과적으로 이러한 재료로 만든 기저귀는 매우 부피가 컸습니다. 이 문제를 해결하기 위해 보다 효율적인 흡수성 폴리머가 개발되었습니다.

1970년대부터 일회용 기저귀 기술은 계속해서 발전해 왔습니다. 실제로 지난 25년 동안 기저귀 디자인 및 구성과 관련된 거의 1,000개의 특허가 발행되었습니다. 오늘날의 기저귀는 고기능성일 뿐만 아니라 특정 성별과 연령에 맞는 특별한 크기와 색상, 어린이가 젖었을 때 표시되는 색상 변화 표시기, 재부착 가능한 벨크로™ 유형 잠금장치와 같은 고급 기능을 포함합니다. 이러한 혁신 덕분에 일회용품은 기저귀 시장에서 큰 점유율을 차지할 수 있었습니다. 1996년에 일회용 기저귀 판매는 미국에서만 40억 달러를 초과했습니다. 프록터 앤 갬블(Proctor and Gamble)과 킴벌리 클락(Kimberly Clark)은 두 개의 가장 큰 브랜드 이름 제조업체이며 그들의 매출이 시장의 거의 80%를 차지합니다. 매장 브랜드와 일반 기저귀를 생산하는 자체 상표 제조업체가 나머지 20%의 대부분을 차지합니다.

원자재

흡수 패드

기저귀, 천 또는 일회용품의 가장 중요한 특성은 수분을 흡수하고 유지하는 능력입니다. 천 기저귀에 사용되는 면 소재는 흡수성이 뛰어나지만 합성 폴리머는 천연 섬유의 용량을 훨씬 초과합니다. 오늘날의 최첨단 일회용 기저귀는 무게의 15배에 달하는 물을 흡수합니다. 이 놀라운 흡수 능력은 기저귀 코어에 있는 흡수 패드 때문입니다. 이 패드는 두 가지 필수 요소인 친수성 또는 물을 좋아하는 폴리머와 목재 펄프와 같은 섬유질 재료로 구성됩니다. 중합체는 아크릴산나트륨, 아크릴산칼륨 또는 아크릴산알킬과 같은 아크릴산 유도체의 미립자로 이루어진다. 이 고분자 입자는 물 속에서 자신의 무게보다 몇 배나 많은 무게를 유지하는 작은 스폰지 역할을 합니다. 현미경으로 볼 때 이러한 고분자 분자는 긴 사슬이나 로프와 유사합니다. 이러한 화학적 "로프"의 일부는 물 분자와 상호 작용하도록 설계되었습니다. 폴리머의 다른 부분은 가교라고 알려진 과정에서 다른 폴리머 분자와 화학적으로 연결하는 능력을 가지고 있습니다. 다수의 이러한 고분자 사슬이 교차 연결되면 수용성은 아니지만 엄청난 양의 물을 흡수할 수 있는 겔 네트워크를 형성합니다. 이러한 능력을 가진 고분자를 하이드로겔, 초흡수제 또는 하이드로콜로이드라고 합니다. 가교 정도에 따라 겔 네트워크의 강도가 달라질 수 있습니다. 이것은 겔 강도가 응력 하에서 변형되거나 흐르는 폴리머의 경향과 관련이 있기 때문에 중요한 특성입니다. 강도가 너무 높으면 폴리머가 충분한 수분을 유지하지 못합니다. 너무 낮으면 폴리머가 너무 쉽게 변형되고 패드의 가장 바깥쪽 입자가 너무 빨리 물을 흡수하여 물이 내부 패드 입자에 도달하는 것을 차단하는 젤을 형성합니다. 겔 차단으로 알려진 이 문제는 목재 펄프 섬유를 폴리머 매트릭스 전체에 분산시켜 극복할 수 있습니다. 이 나무 섬유는 물을 더 빨리 빨아들이고 매트릭스를 통해 더 효율적으로 분산시켜 젤 블로킹을 방지하는 수천 개의 작은 빨대 역할을 합니다. 제조업체는 가능한 가장 효율적인 흡수성을 제공하기 위해 폴리머와 섬유질 재료의 조합을 최적화했습니다.

부직포

흡수 패드는 기저귀의 핵심입니다. 기저귀 본체를 구성하는 부직포 시트로 제자리에 고정되어 있습니다. 부직포는 만드는 방식 때문에 기존 직물과 다릅니다. 전통적인 직물은 실크, 면, 폴리에스터, 양모 등의 섬유를 함께 짜서 섬유 루프의 맞물린 네트워크를 만들어 만듭니다. 부직포는 일반적으로 나일론, 폴리에스터, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌과 같은 플라스틱 수지로 만들어지며 플라스틱 섬유를 기계적, 화학적 또는 열적으로 맞물려 조립합니다. 부직포를 조립하는 주요 방법에는 습식 공정과 건식 공정의 두 가지가 있습니다. "멜트블로운" 방법과 같은 건식 공정은 일반적으로 기저귀 부직포를 만드는 데 사용됩니다. 이 방법에서 플라스틱 수지는 용융되어 공기 압력에 의해 작은 구멍을 통해 압출되거나 강제됩니다. 공기로 불어넣은 섬유 흐름이 냉각되면 섬유가 시트에 응축됩니다. 그런 다음 가열된 롤러를 사용하여 섬유를 평평하게 만들고 함께 결합합니다. 폴리프로필렌은 일반적으로 투과성 상단 시트에 사용되는 재료이고 폴리에틸렌은 비투과성 후면 시트에 선택되는 수지입니다.

기타 구성요소

탄성 실, 핫멜트 접착제, 테이프 스트립 또는 기타 마개, 장식 인쇄에 사용되는 잉크와 같은 다양한 기타 보조 구성 요소가 있습니다.

제조
프로세스

흡수 패드의 형성

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1 흡수 패드는 긴 "성형 챔버"를 통과하는 이동식 컨베이어 벨트에 형성됩니다. 챔버의 다양한 지점에서 가압 노즐은 폴리머 입자나 섬유질 재료를 컨베이어 표면에 분사합니다. 컨베이어 바닥은 천공되어 있으며, 벨트에 패드재질을 분사하면서 아래에서 진공을 가하여 섬유를 끌어당겨 평평한 패드를 형성합니다.

패드에 흡수성 폴리머를 통합하기 위해 적어도 두 가지 방법이 사용되었습니다. 한 가지 방법에서 폴리머는 섬유를 공급하는 동일한 공급 원료에 주입됩니다. 이 방법은 전체 길이, 너비 및 두께에 걸쳐 흡수성 폴리머가 고르게 분산된 패드를 생성합니다. 이 방법과 관련된 문제점은 진공에 의해 컨베이어의 구멍을 통해 미세 입자가 당겨지기 때문에 흡수제의 손실이 발생할 수 있다는 것입니다. 따라서 비싸고 지저분합니다. 이 방법은 또한 흡수제가 한쪽에서만 손실되고 다른 쪽에서는 손실되지 않기 때문에 패드가 고르지 않게 흡수되도록 합니다.

폴리머 및 섬유를 적용하는 두 번째 방법은 패드가 형성된 후 패드의 상단 표면에 흡수성 재료를 적용하는 것입니다. 이 방법은 윗면에 흡수성 물질이 집중되어 있고 패드 전체에 흡수성이 많지 않은 패드를 생성합니다. 또 다른 단점은 패드가 이렇게 하면 표면에 적용된 폴리머가 일부 손실될 수 있습니다. 또한, 이 접근 방식은 모든 흡수제가 패드 외부에 있기 때문에 젤 블로킹을 유발하는 경향이 있습니다. 수분은 이 외층에 갇혀 중앙으로 확산될 기회가 없습니다. 이 막힘은 피부에 대한 수분을 유지하고 착용자에게 불편함을 유발할 수 있습니다.

이러한 문제는 고분자와 섬유질의 혼합물을 조절함으로써 해결된다. 다중 스프레이 디스펜서는 폴리머와 섬유의 여러 레이어를 적용하는 데 사용됩니다. 섬유가 챔버로 유입되고 패드의 바닥이 형성되면 폴리머의 일부가 혼합물에 추가되어 폴리머와 섬유가 결합된 층을 형성합니다. 그런 다음 더 순수한 섬유를 위로 당겨 샌드위치 효과를 줍니다. 이 형성은 섬유질 재료로 둘러싸인 중심에 제한된 흡수성 폴리머가 있는 패드를 생성합니다. 폴리머가 패드의 코어에 집중되어 있기 때문에 젤 막힘은 문제가 되지 않습니다. 또한 모든 흡수제가 섬유질 소재로 둘러싸여 있어 입자 손실 문제를 해결합니다. 마지막으로, 이 공정은 필요한 곳에 폴리머를 분배하기 때문에 더 비용 효율적입니다.

2 패드가 섬유와 폴리머의 전체 용량을 받은 후 컨베이어 경로를 따라 성형 챔버 출구 근처의 레벨링 롤러로 진행합니다. 이 롤러는 패드 상단의 섬유 부분을 제거하여 균일한 두께로 만듭니다. 그런 다음 패드는 배출구를 통해 컨베이어를 통해 이동하여 경쟁 기저귀를 형성하는 후속 작업을 수행합니다.

부직포의 준비

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3 부직포 시트는 위에서 설명한 대로 멜트블로운 공정을 사용하여 플라스틱 수지로 형성됩니다. 이 시트는 "웹"으로 알려진 넓은 롤로 생산된 다음 기저귀에 사용하기 위해 적절한 너비로 절단됩니다. 상단 시트용 웹과 하단 시트용 웹이 있습니다. 부직포는 종종 별도의 위치에서 만들어지기 때문에 이 단계가 패드 형성 후에 반드시 순서대로 일어나는 것은 아니라는 점에 유의해야 한다. 제조업체가 기저귀 생산을 시작할 준비가 되면 이 큰 직물 볼트가 직물을 조립 라인으로 공급하는 특수 롤러 장비에 연결됩니다.

4 이 과정의 어느 시점에서 신축된 탄성 밴드가 접착제로 배킹 시트에 부착됩니다. 기저귀가 조립되면 이 탄성 밴드가 수축하여 기저귀를 함께 모아서 꼭 맞는 착용감을 보장하고 누출을 제한합니다.

구성 요소 조립

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5 공정의 이 시점에서 여전히 세 개의 개별 구성요소인 흡수 패드, 탑 시트 및 백킹 시트가 있습니다. 이 세 가지 구성 요소는 긴 스트립으로 되어 있으며 함께 연결하고 기저귀 크기 단위로 잘라야 합니다. 이것은 폴리에틸렌 바닥 시트가 있는 컨베이어에 흡수 패드를 공급하여 수행됩니다. 그런 다음 폴리프로필렌 상단 시트를 제자리에 공급하고 편집된 시트를 접착, 가열 또는 초음파 용접으로 결합합니다. 조립된 기저귀에는 테이프나 벨크로 ^™ 와 같은 다른 부착물이 있을 수 있습니다. , 폐쇄 역할을 합니다.

6 긴 롤을 개별 기저귀로 자르고 접고 포장하여 배송합니다.

부산물/폐기물

기저귀 생산은 상당한 부산물을 생산하지 않습니다. 실제로 기저귀 산업은 다른 산업의 부산물을 사용합니다. 기저귀 생산에 사용되는 흡수성 수지는 종종 다른 화학 산업의 생산 라인에서 남아 있습니다. 폴리머 입자는 다른 응용 분야에는 너무 작지만 기저귀에 사용하기에 적합합니다. 그러나 기저귀 생산에서 상당한 양의 부직포 재료와 폴리머 입자가 낭비됩니다. 이러한 낭비를 최소화하기 위해 업계에서는 재료 1제곱야드(미터)에서 얻을 수 있는 기저귀의 수를 최적화하려고 합니다. 또한 성형 챔버에 사용된 과잉 섬유 및 폴리머 재료를 회수하기 위해 모든 노력을 기울였습니다. 그러나 필터 막힘 및 기타 손실로 인해 항상 가능한 것은 아닙니다.

품질 관리

일회용 기저귀의 품질을 관리하는 방법에는 여러 가지가 있으며 대부분은 제품의 흡수성과 관련이 있습니다. 한 가지 핵심은 흡수 패드의 폴리머/섬유 비율이 올바른지 확인하는 것입니다. 너무 많은 변화는 기저귀의 수분 흡수 능력에 영향을 미칩니다. 업계의 시행 착오를 통해 최적의 성능과 비용을 위해서는 섬유 대 입자 비율이 약 75:25에서 90:10이어야 함을 보여주었습니다. 이 비율보다 훨씬 더 중요한 것은 이러한 입자의 크기와 분포입니다. 질량 중앙 입자 크기가 약 400미크론 이상인 입자는 섬유와 매우 잘 작동하여 유체가 신체에서 멀리 수송되는 속도를 향상시키는 것으로 확인되었습니다. 입자가 이 범위를 크게 벗어나면 젤 블로킹이 발생할 수 있습니다.

기저귀 흡수율을 설정하기 위해 업계에서 사용하는 몇 가지 표준 테스트가 있습니다. 하나는 수요 습윤성 또는 중량 측정 흡광도라고 합니다. 이러한 테스트는 일반적으로 AUL(Absorbance Under Load)이라고 하는 것을 평가합니다. AUL은 21,000다인 또는 약 0.30lb/sq in(0.021kg/sq cm)에 해당하는 압력을 받는 동안 폴리머에 의해 흡수되는 0.9% 식염수 용액의 양으로 정의됩니다. 이 테스트는 젖은 기저귀에 아기가 앉아 있는 효과를 시뮬레이션합니다. 기저귀의 1시간 후 흡수도가 24ml/g 이상이면 품질이 허용되는 것으로 간주됩니다.

흡수성 외에 다른 품질 관리 요소는 기저귀의 착용감과 편안함과 관련이 있습니다. 기저귀 외피를 형성하는 데 사용되는 부직포의 용융 특성에 특히 주의해야 합니다. 융점이 다른 재료를 사용하면 가장 빨리 녹는 재료가 너무 부드러워져 조립 장치에 달라붙을 수 있습니다. 원단을 뜯을 때 표면이 거칠어 사용자가 불편할 수 있습니다. 마지막으로 구성 요소의 정렬을 주의 깊게 확인해야 합니다. 그렇지 않으면 누출이 발생할 수 있습니다.

미래

일회용 기저귀 제조는 지난 수십 년 동안 지속적으로 혁신을 보여 온 첨단 기술 분야입니다. 그럼에도 불구하고 여전히 추가 개선이 필요한 부분이 많습니다. 그러한 영역 중 하나는 누출 감소 영역입니다. 제조업체는 마찰이나 불편함 없이 허리를 더 단단히 고정하기 위해 개선된 탄성 밴드를 개발할 가능성이 높습니다. 또한 매립지에서 일회용 기저귀의 역할에 대한 현재의 우려가 제조 및 제형에 영향을 미칠 가능성이 있습니다. 이러한 우려는 부피가 적고 생분해성인 기저귀의 개발로 이어질 수 있습니다.