JP2021506989A - 高吸水性樹脂およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は2017年12月15日付韓国特許出願第10−2017−0173553号および2018年11月13日付韓国特許出願第10−2018−0139102号に基づいた優先権の利益を主張し、該当韓国特許出願の文献に開示された全ての内容は本明細書の一部として含まれる。
前記ベース樹脂粉末上に形成されており、前記第1架橋重合体が表面架橋剤を媒介として追加架橋された第2架橋重合体を含む表面架橋層を含む高吸水性樹脂であって、
前記高吸水性樹脂は、それぞれの高吸水性樹脂粒子の最短直径/最長直径で定義される縦横比が0.5未満である高吸水性樹脂粒子を10個数%以上で含み、
生理食塩水(0.685重量%塩化ナトリウム水溶液)の流れ誘導性(SFC;・10-7cm3・s/g)が30(・10-7cm3・s/g)以上である高吸水性樹脂を提供する。
前記含水ゲル重合体をゲル粉砕、乾燥、粉砕および分級して、それぞれのベース樹脂粉末の最短直径/最長直径で定義される縦横比が0.5未満であるベース樹脂粉末を10個数%以上で含むベース樹脂を形成する段階;および
表面架橋剤および液状媒質を含み、20〜25℃の温度で表面張力が25〜50mN/mである表面架橋液の存在下に、前記ベース樹脂を熱処理して表面架橋する段階を含む高吸水性樹脂の製造方法を提供する。
前記高吸水性樹脂は、それぞれの高吸水性樹脂粒子の最短直径/最長直径で定義される縦横比が0.5未満である高吸水性樹脂粒子を10個数%以上で含み、
生理食塩水(0.685重量%塩化ナトリウム水溶液)の流れ誘導性(SFC;・10-7cm3・s/g)が30(10-7cm3・s/g)以上である高吸水性樹脂が提供される。
[化学式1]
R1−COOM1
上記化学式1中、
R1は、不飽和結合を含む炭素数2〜5のアルキルグループであり、
M1は、水素原子、1価または2価金属、アンモニウム基または有機アミン塩である。
[計算式1]
CRC(g/g)={[W2(g)−W1(g)−W0(g)]/W0(g)}
上記計算式1中、
W0(g)は、高吸水性樹脂の初期重量(g)であり、
W1(g)は、高吸水性樹脂を入れない不織布封筒を常温で生理食塩水に30分間含浸した後、遠心分離機を使用して250Gで3分間脱水した後に測定した重量であり、
W2(g)は、高吸水性樹脂を入れた不織布封筒を常温で生理食塩水に30分間含浸した後、遠心分離機を使用して250Gで3分間脱水した後に測定した重量である。
[計算式2]
AUP(g/g)=[W4(g)−W3(g)]/W0(g)
上記計算式2中、
W0(g)は高吸水性樹脂の初期重量(g)であり、W3(g)は高吸水性樹脂の重量および前記高吸水性樹脂に荷重を付与することができる装置重量の総合であり、W4(g)は荷重(0.7psi)下に1時間前記高吸水性樹脂に生理食塩水を吸収させた後に、高吸水性樹脂の重量および前記高吸水性樹脂に荷重を付与することができる装置重量の総合である。
[式1]
吸水度=CRC+AUP
上記式1中、
CRCは、前記高吸水性樹脂の生理食塩水(0.9重量%塩化ナトリウム水溶液)に対する30分間の遠心分離保水能であって、前記計算式1のように算出される保水能を示し、
AUPは、前記高吸水性樹脂の生理食塩水(0.9重量%塩化ナトリウム水溶液)に対する0.7psi下で1時間の加圧吸水能であって、前記計算式2で算出される加圧吸水能を示す。
前記含水ゲル重合体をゲル粉砕、乾燥、粉砕および分級して、それぞれのベース樹脂粉末の最短直径/最長直径で定義される縦横比が0.5未満であるベース樹脂粉末を10個数%以上で含むベース樹脂を形成する段階;および
表面架橋剤および液状媒質を含み、20〜25℃の温度で表面張力が30〜50mN/mの表面架橋液の存在下に、前記ベース樹脂を熱処理して表面架橋する段階を含むことができる。
R1、R2およびR3はそれぞれ独立して水素または炭素数1〜6のアルキルグループであり、ROは炭素数2〜4のオキシアルキレングループであり、M1は水素または1価金属または非金属イオンであり、Xは−COO−、炭素数1〜5のアルキルオキシグループまたは炭素数1〜5のアルキルジオキシグループであり、mは1〜100の整数であり、nは1〜1000の整数であり、pは1〜150の整数であり、前記pが2以上である場合、二つ以上繰り返される−RO−は互いに同一であるか異なってもよい。
高吸水性樹脂の製造装置としては、重合工程、含水ゲル粉砕工程、乾燥工程、粉砕工程、分級工程、表面架橋工程、冷却工程、分級工程および各工程を連結する輸送工程から構成される連続製造装置を使用した。
アクリル酸100重量部に、内部架橋剤としてポリエチレングリコールジアクリレート(重量平均分子量:〜500g/mol)と、アリルメタクリレートを混合して0.4重量部、発泡剤として炭酸水素ナトリウムの0.1重量部、界面活性剤としてラウリル硫酸ナトリウムの0.01重量部および光開始剤としてフェニルビス(2,4,6−トリメチルベンゾイル)ホスフィンオキシド(Phenylbis(2,4,6−trimethylbenzoyl)phosphine oxide)0.01重量部を混合して単量体溶液を製造した。その次に、前記単量体溶液を定量ポンプで連続供給しながら、同時に24重量%水酸化ナトリウム水溶液160重量部を連続的にラインミキシングして単量体水溶液を製造した。また、4重量%過硫酸ナトリウム水溶液6重量部を連続的にラインミキシングした後、両端に堤を備えた平面状の重合ベルトを有する連続重合器に連続的に供給した。その後に、UVを照射して含水ゲルを製造した。
前記含水ゲルを平均大きさが約300mm以下になるように切断した後に、粉砕機(10mmの直径を有する複数の孔を含む多孔板を備えている)に投入してそれぞれの条件で粉砕した。
その次に、前記段階2で粉砕された含水ゲルを上下に風量転移が可能な乾燥器で乾燥させた。乾燥された粉の含水量が約2%以下になるように180℃のホットエアー(hot air)を15分間下方から上方に流れるようにし、再び15分間上方から下方に流れるようにして、前記含水ゲルを均一に乾燥させた。
前記段階3で乾燥された樹脂を粉砕機で粉砕した後、分級して150〜850μm大きさのベース樹脂を得た。
その後、エチレンカーボネート1g、プロピレンカーボネートの1gを水4gに入れ混合して表面架橋液を製造した。このような表面架橋液の表面張力は45mN/mと測定された。
発泡剤として炭酸水素ナトリウムを0.15重量部で使用したことを除いては、実施例1と同様な方法で実施例2の高吸水性樹脂を製造した。このような方法で得られたベース樹脂/高吸水性樹脂を電子顕微鏡写真で分析して全体ベース樹脂粉末および高吸水性樹脂粒子中の縦横比が0.5未満である粒子の比率(個数%)を測定した。測定結果、該当ベース樹脂粉末および高吸水性樹脂粒子中、縦横比が0.5未満である粒子の比率は約33個数%であると確認された。
発泡剤として炭酸水素ナトリウムを0.2重量部で使用したことを除いては、実施例1と同様な方法で実施例3の高吸水性樹脂を製造した。このような方法で得られたベース樹脂/高吸水性樹脂を電子顕微鏡写真で分析して全体ベース樹脂粉末および高吸水性樹脂粒子中の縦横比が0.5未満である粒子の比率(個数%)を測定した。測定結果、該当ベース樹脂粉末および高吸水性樹脂粒子中、縦横比が0.5未満である粒子の比率は約45個数%であると確認された。
段階5で表面架橋液中の潤滑剤としてポリオキシエチレンソルビタンモノパルミテート(Polyoxyethylenesorbitan monopalmitate)0.02g追加したことを除いては、実施例3と同様な方法で実施例4の高吸水性樹脂を製造した。
段階5で表面架橋液中の潤滑剤として脂肪族アルコール(mono stearyl alcohol)0.3g追加したことを除いては、実施例3と同様な方法で実施例5の高吸水性樹脂を製造した。
段階5で表面架橋液中の潤滑剤として登録特許第1684649号の製造例1と同様な方法で得られたポリカルボン酸系共重合体0.1g追加したことを除いては、実施例1と同様な方法で実施例6の高吸水性樹脂を製造した。
段階5で表面架橋液のうち、トリメチレンカーボネート1g、プロピレンカーボネート1gを水4gに入れ混合した表面架橋液を使用したことを除いては、実施例3と同様な方法で実施例7の高吸水性樹脂を製造した。
段階1で発泡剤として炭酸水素ナトリウムを使用しないことを除いては、実施例1と同様な方法で比較例1のベース樹脂を製造した。このような方法で得られたベース樹脂を電子顕微鏡写真で分析して全体ベース樹脂粉末中の縦横比が0.5未満である粒子の比率(個数%)を測定した。測定結果、該当ベース樹脂粉末中、縦横比が0.5未満である粒子の比率は約5個数%であると確認された。
製造されたベース樹脂粉末100重量部にエチレンカーボネート1gを水4gに入れて混合した表面架橋液5gを使用したことを除いては、比較例1と同様な方法で比較例2の高吸水性樹脂を製造した。このような表面架橋液の表面張力は51mN/mと測定された。
製造されたベース樹脂粉末100重量部にエチレンカーボネート1gを水4gに入れて混合した表面架橋液5gを使用したことを除いては、実施例1と同様な方法で比較例3の高吸水性樹脂を製造した。
製造されたベース樹脂粉末100重量部にエチレンカーボネート1gを水4gに入れて混合した表面架橋液5gを使用したことを除いては、実施例3と同様な方法で比較例4の高吸水性樹脂を製造した。
韓国公開特許公報第2015−0132035号の製造例に記載された方法によって含水ゲル重合体の製造および乾燥を行った。その後、前記韓国公開特許公報第2015−0132035号の実施例1に記載された方法によって、ベース樹脂を製造し表面架橋を行って比較例5の高吸水性樹脂を製造した。
実施例および比較例で製造した各高吸水性樹脂の物性、そして製造過程中の諸般物性を次の方法で測定および評価した。
図1のように電子顕微鏡を通じて各粉末/粒子らの最短直径(a)および最長直径(b)を算出してこれから各粉末/粒子の縦横比を測定し、各実施例/比較例で得られた全体粉末/粒子のうちの縦横比が0.5未満である粉末/粒子の個数比率(個数%)を算出した。
ヨーロッパ不織布産業協会(European Disposables and Nonwovens Association、EDANA)規格EDANA WSP 241.3によって無荷重下吸収倍率による遠心分離保水能(CRC)を測定した。高吸水性樹脂W0(g、約0.2g)を不織布製の封筒に均一に入れて密封(seal)した後に、常温に0.9重量%の塩化ナトリウム水溶液の生理食塩水に浸水させた。30分後に封筒を遠心分離機を用いて250Gで3分間水気を切った後に封筒の質量W2(g)を測定した。また、高吸水性樹脂を用いなく同一な操作をした後にその時の質量W1(g)を測定した。このように得られた各質量を用いて次の計算式1によってCRC(g/g)を算出して保水能を確認した。
[計算式1]
CRC(g/g)={[W2(g)−W1(g)−W0(g)]/W0(g)}
実施例および比較例の高吸水性樹脂に対して、ヨーロッパ不織布産業協会(European Disposables and Nonwovens Association)規格EDANA WSP 242.3の方法によって加圧吸水能(AUP:Absorbency under Pressure)を測定した。
まず、内径60mmのプラスチックの円筒底にステンレス製400メッシュ(mesh)鉄網を装着させた。23±2℃の温度および45%の相対湿度条件下で鉄網上に実施例1〜6および比較例1〜4で得られた樹脂W0(g、0.90g)を均一に散布し、その上に4.83kPa(0.7psi)の荷重を均一にさらに付与することができるピストン(piston)は外径が60mmより若干小さく円筒の内壁と隙間がなく、上下の動きが邪魔されないようにした。この時、前記装置の重量W3(g)を測定した。
直径150mmのペトリ皿の内側に直径125mmで厚さ5mmのガラスフィルターをおいて、0.90重量%塩化ナトリウムで構成された生理食塩水をガラスフィルターの上面と同一レベルになるようにした。ガラスフィルターの上に前記測定装置をのせて、液を荷重下で1時間吸収した。1時間後に測定装置を持ち上げて、その重量W4(g)を測定した。
このように得られた各質量を用いて次の計算式2によってAUP(g/g)を算出して加圧吸水能を確認した。
[計算式2]
AUP(g/g)=[W4(g)−W3(g)]/W0(g)
上記計算式2中、
W0(g)は、高吸水性樹脂の初期重量(g)であり、
W3(g)は、高吸水性樹脂の重量および前記高吸水性樹脂に荷重を付与することができる装置重量の総合であり、
W4(g)は、荷重(0.7psi)下に1時間前記高吸水性樹脂に生理食塩水を吸収させた後に、高吸水性樹脂の重量および前記高吸水性樹脂に荷重を付与することができる装置重量の総合である。
米国特許登録番号第5562646号のカラム54〜カラム59に開示された方法によって測定および算出した。
30秒吸水速度および空隙率は、約0.16gの高吸水性樹脂を円筒形シリンダー下部のメッシュ(mesh)を通じて流入された生理食塩水によって0.3psi加圧条件下で膨潤させながら測定することができる。実時間で高吸水性樹脂の体積膨張によるレオメータ上部プレートの高さ変化を測定し、30秒での上部プレートの高さを吸水時間(30秒)で割った値を通じて前記30秒吸水速度を測定および算出することができる。また、空隙率は、前記高吸水性樹脂の膨潤が完了した時、シリンダー内部の総体積(最終吸収高さ*円筒形シリンダー下部面的)を計算し、この値から含水率測定器で測定された高吸水性樹脂の生理食塩水吸収量を引く方法で算出することができる。
全ての過程は、恒温恒湿室(温度23±0.5℃、相対湿度45±0.5%)で行った。
まず、表面架橋液の表面張力は、このような表面架橋液をピペットで抽出して他の清潔なカップに移した後、表面張力測定器(surface tensionmeter Kruss K11/K100)を用いて測定した。
その次に、高吸水性樹脂の表面張力は0.9重量%塩化ナトリウムから構成された生理食塩水150gを250mLビーカーに入れてマグネチックバーで攪拌した。高吸水性樹脂1.0gを攪拌中の溶液に入れて3分間攪拌した後、攪拌を止めて膨潤された高吸水性樹脂が底に沈むように15分以上放置した。
その後、上澄液(表面の真下部分の溶液)をピペットで抽出して他の清潔なカップに移した後、表面張力測定器(surface tensionmeter Kruss K11/K100)を用いて測定した。
Claims (16)
- 少なくとも一部が中和された酸性基を有する水溶性エチレン系不飽和単量体の第1架橋重合体を含むベース樹脂粉末;および
前記ベース樹脂粉末上に形成されており、前記第1架橋重合体が表面架橋剤を媒介として追加架橋された第2架橋重合体を含む表面架橋層を含む高吸水性樹脂であって、
前記高吸水性樹脂は、それぞれの高吸水性樹脂粒子の最短直径/最長直径で定義される縦横比が0.5未満である高吸水性樹脂粒子を10個数%以上で含み、
生理食塩水(0.685重量%塩化ナトリウム水溶液)の流れ誘導性(SFC;・10-7cm3・s/g)が30(・10-7cm3・s/g)以上である、高吸水性樹脂。 - 下記式1で表される吸水度が46〜63g/gである、請求項1に記載の高吸水性樹脂:
[式1]
吸水度=CRC+AUP
上記式1中、
CRCは、前記高吸水性樹脂の生理食塩水(0.9重量%塩化ナトリウム水溶液)に対する30分間の遠心分離保水能を示し、
AUPは、前記高吸水性樹脂の生理食塩水(0.9重量%塩化ナトリウム水溶液)に対する0.7psi下で1時間の加圧吸水能を示す。 - 前記CRCは、25〜35g/gである、請求項2に記載の高吸水性樹脂。
- 前記AUPは、21〜27g/gである、請求項2に記載の高吸水性樹脂。
- 0.3psiの加圧下生理食塩水に対する30秒吸水速度が1.5mm/min以上である、請求項1に記載の高吸水性樹脂。
- 表面張力(surface tension)が60〜75mN/mである、請求項1に記載の高吸水性樹脂。
- 前記表面架橋剤は、互いに異なる炭素数を有する炭素数2〜6のアルキレンカーボネートの2種以上を含む、請求項1に記載の高吸水性樹脂。
- 前記水溶性エチレン系不飽和単量体は、アクリル酸、メタクリル酸、無水マレイン酸、フマル酸、クロトン酸、イタコン酸、2−アクリロイルエタンスルホン酸、2−メタクリロイルエタンスルホン酸、2−(メタ)アクリロイルプロパンスルホン酸、または2−(メタ)アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸の陰イオン性単量体とその塩;(メタ)アクリルアミド、N−置換(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、メトキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレートまたはポリエチレングリコール(メタ)アクリレートの非イオン系親水性含有単量体;および(N,N)−ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレートまたは(N,N)−ジメチルアミノプロピル(メタ)アクリルアミドのアミノ基含有不飽和単量体とその4級化物;からなる群より選択された1種以上を含む、請求項1に記載の高吸水性樹脂。
- 発泡剤および内部架橋剤の存在下に、少なくとも一部が中和された酸性基を有する水溶性エチレン系不飽和単量体を架橋重合して第1架橋重合体を含む含水ゲル重合体を形成する段階;
前記含水ゲル重合体をゲル粉砕、乾燥、粉砕および分級して、それぞれのベース樹脂粉末の最短直径/最長直径で定義される縦横比が0.5未満であるベース樹脂粉末を10個数%以上で含むベース樹脂を形成する段階;および
表面架橋剤および液状媒質を含み、20〜25℃の温度で表面張力が25〜50mN/mである表面架橋液の存在下に、前記ベース樹脂を熱処理して表面架橋する段階を含む、高吸水性樹脂の製造方法。 - 前記内部架橋剤は、ポリオールのポリ(メタ)アクリレート系第1内部架橋剤およびアリル(メタ)アクリレート系第2内部架橋剤を含み、
前記第1および第2内部架橋剤の総含量は、前記内部架橋剤および単量体を含む単量体組成物の100重量部に対して0.01重量部〜2重量部である、請求項9に記載の高吸水性樹脂の製造方法。 - 前記発泡剤は、炭酸水素ナトリウム(sodium bicarbonate)、炭酸ナトリウム(sodium carbonate)、炭酸水素カリウム(potassium bicarbonate)、炭酸カリウム(potassium carbonate)、炭酸水素カルシウム(calcium bicarbonate)、炭酸カルシウム(calcium carbonate)、炭酸水素マグネシウム(magnesium bicarbonate)および炭酸マグネシウム(magnesium carbonate)からなる群より選択された1種以上を含む、請求項9に記載の高吸水性樹脂の製造方法。
- 前記表面架橋剤は、互いに異なる炭素数を有する炭素数2〜6のアルキレンカーボネートの2種以上を含む、請求項9に記載の高吸水性樹脂の製造方法。
- 前記表面架橋液は、界面活性剤をさらに含む、請求項12に記載の高吸水性樹脂の製造方法。
- 前記表面架橋液は、下記化学式1−aと化学式1−bで表される繰り返し単位を有するポリカルボン酸系共重合体をさらに含む、請求項12に記載の高吸水性樹脂の製造方法:
R1、R2およびR3はそれぞれ独立して水素または炭素数1〜6のアルキルグループであり、ROは炭素数2〜4のオキシアルキレングループであり、M1は水素または1価金属または非金属イオンであり、Xは−COO−、炭素数1〜5のアルキルオキシグループまたは炭素数1〜5のアルキルジオキシグループであり、mは1〜100の整数であり、nは1〜1000の整数であり、pは1〜150の整数であり、前記pが2以上である場合、二つ以上繰り返される−RO−は互いに同一であるか異なってもよい。 - 前記表面架橋液の液状媒質は、炭素数6以上の脂肪族アルコールをさらに含む、請求項12に記載の高吸水性樹脂の製造方法。
- 前記表面架橋段階は、20℃〜130℃の初期温度から10分〜30分にわたって140℃〜200℃の最高温度に昇温し、前記最高温度を5分〜60分間維持して熱処理することによって行われる、請求項9に記載の高吸水性樹脂の製造方法。
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