KR100320120B1 - 하중하에서수성액체및혈액을흡수할수있는분말상중합체,그제조방법및인체위생용텍스타일구조물에서의그용도 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 수성액체 또는 혈액을 흡수할 수 있으며, 무수 중합체 중량을 기준으로, a) 25 몰% 이상의 범위까지 중화되는 중합된 불포화 중합성산기-포함 단량체 55-99.9 중량%, b) a) 성분과 공중합 가능한 중합된 불포화 단량체 0-40 중량%, c) 가교제 0.1-5.0 중량%, d) 수용성 중합체 0-30 중량%로 형성되며, 입자 모양 중합체 100 부를 10 부 이하의 10% 이상의 인산 수용액 및 a) 두개이상의 카르복실기와 반응할 수 있으며 분자내에 알칼리-염-형성기를 포함하지 않는 화합물 0.05-0.3 부, 및/또는 b) 두개이상의 카르복실기와 반응할 수 있으며 분자내에 알카리-염-형성 기를 포함하는 화합물 0.05 - 1 부와 혼합하고 그것을 150-250℃ 로 가열하는 것을 특징으로 하는 분말상 가교 중합체에 관한 것이다.
본 발명의 초흡수체는 고 보유 용량, 고 겔세기 및 하중하의 고 흡수도를 가지며 유기용매없이 단지 분말상 중합체의 표면 처리제 소량만을 사용하여 제조될 수 있다. 또한, 본 발명은 체액 홉수를 위한 섬유 구조물내에 상기 중합체를 사용하는 방법에 관한 것으로서 상기 구조물은 바람직하게는 2 내지 80 중량% 의 초흡수제 및 그 나머지는 100 이하의 친수성 섬유로 이루어진다.

Description

하중하에서 수성 액체 및 혈액을 흡수할 수 있는 분말상 중합체. 그 제조 방법 및 인체 위생용 텍스타일 구조물에서의 그 용도
본 발명은 수성 액체 및 혈액을 흡수하며(초흡수체), 하중하에서 수성 액체에 대한 팽윤량 및 보유량이 개선된 분말상 가교 중합체에 관한 것이다. 본 발명은 또한 상기 중합체의 제조 방법과, 상기 중합체를 성인 실금용, 여성용 및 상처 드레싱용의 흡수성 위생 물품, 예컨대 기저귀에 사용하는 방법에 관한 것이다.
초흡수체는 불수용성의 가교 중합체로서, 팽윤하여 하이드로겔을 형성한 상태에서 소변 또는 혈액과 같은 수성 액체 및 체액을 다량 흡수할 수 있으며 특정 압력/하중하에서도 상기 흡수된 분량의 액체를 보유할 수 있다. 상기 특징적인 흡수성으로 인해 이 중합체는 기저귀 및 생리대와 같은 위생 물품에 주로 삽입되어 사용된다.
현재 시판되는 초흡수체는 가교된 폴리아크릴산 또는 가교된 전분-아크릴산-그래프트 중합체이며, 그것의 카르복실기는 부분적으로 수산화나트륨 용액 또는 가성 칼륨으로 중화된다. 원칙적으로 분말상 초흡수체는 다음 두 방법으로 제조된다.
제1 방법에 따르면, 수용액 중에 부분적으로 중화된 아크릴산을 수용액 중에 다작용성 가교제의 존재하에 라디칼 중합 반응에 의해 겔로 전환시키고, 그 후 겔을 붕해시켜 건조시키고, 미분쇄한 후, 소정의 입자 크기로 선별한다. 이 용액 상태 중합법은 연속적으로 또는 불연속적으로 수행될 수 있다. 예컨대, 그 전형적인 방법은 미국 특허 제4,286,082호 및 제4,076,663호 및 독일 특허 제27 06 135호에 기재되어 있다.
제2 방법은 역 서스펜션 또는 에멀션 중합법이다. 이 방법에서는, 부분적으로 중화된 아크릴산 수용액을 보호 콜로이드 또는 유화제에 의해 소수성 유기 용매중에 분산시킨 후, 라디칼 개시제에 의해 중합 반응을 개시시킨다. 그 중합 반응을 완결한 후, 반응 혼합물로부터 물을 공비 제거하고 중합체 생성물을 여과 분리하여 건조시킨다. 가교 반응은 단량체 용액 중에 용해된 다작용성 가교제를 중합 반응에의해 삽입함으로써, 및/또는 제조 단계중 하나에서 얻은 중합체의 작용기와 적당한 가교제를 반응시킴으로써 이루어질 수 있다. 상기 방법은, 예를 들면 미국 특허 제 4,340,706호 및 독일 특허 제37 13 601호 및 제28 40 010호에 개시되어 있다.
초기에는, 액체와 접촉했을 때의 높은 팽윤 용량(자유 팽윤 용량으로도 언급됨)만이 초흡수체의 개발에 주된 요소였다. 그러나, 이후 흡수된 액체의 양 뿐아니라 팽윤된 겔의 안정성 또한 중요하다는 것이 밝혀졌다. 그러나, 한편으로는 흡수도(팽윤능 또는 자유 팽윤 용량으로도 언급됨) 및 다른 한편으로는 가교된 중합체의 겔 강도는 상반되는 특성을 나타낸다. 이는 미국 특허 제3,247,171호 및 미국 재발행 특허 제32,649호로부터 공지되어 있다. 이는 특히 높은 흡수성을 지닌 중합체는 팽윤된 겔의 강도가 불량하므로, 그 겔이 압력(예, 체중)하에 변형될 수 있으며 또한 액체 분산 및 흡수가 저해된다는 것을 의미한다. 미국 재발행 특허 제 32,649호에 따르면, 기저귀 구조내 상기 초흡수체가 적당할 비율로 존재하면 액체흡수와 액체 수송이 용이하며 기저귀와 피부 모두를 건조한 상태로 유지시킬 수 있다는 것이 기재되어 있다. 이것과 관련하여서는, 먼저 자유로이 팽윤시킨 후 연속적인 압력하에서도 액체를 보유하는 중합체의 용량이 중요할 뿐 아니라, 압력을 받으면서도 동시에 액체가 흡수된다는 사실이 중요하다. 이것은 실제적으로 아기 또는 어른이 위생물품 위에 앉거나 눕는 경우 또는, 예컨대 다리의 운동에 의해 전단력이 가해지는 경우이다. EP 03 39 461 A1호에는 이런 특수한 흡수 특성을 하중하의 흡수로 언급하고 있다. 심미적인 이유 및 환경적인 이유(매립식 쓰레기 처리장의 폐기물을 감소시키고자 함)로 위생 물품의 크기 및 두께를 감소시키고자 하는 추세를 충족시키는 유일한 방법은, 기저귀내 큰 부피의 보풀(fluff) 펄프 부분을 감소시킴과 동시에 초흡수체 부분을 증가시키는 것이다. 이러한 이유로 상기 초흡수체는 종래 보풀 펄프에 의해 수행되어 왔던 액체 흡수 및 그것의 수송과 관련한 부가 기능을 계승하여야 한다.
만약 기저귀 같은 위생 물품내 초흡수체의 함량을 40% 또는 심지어 60% 및 그 이상으로 증가시킨다면, 시판되는 초흡수체는 실질적으로 쓸모없게 될 것이다. 액체 흡수, 특히 하중하에서의 액체 흡수는 과도하게 감속될 것이다. 그 입자들은 "응고 겔"을 형성하는 경향이 있다. 그 결과 형성된 겔 배리어는 추가 액체수송을 차단한다. 이 현상은 "겔 블로킹(gel blocking)"으로 공지되어 있다.
높은 보유 용량, 높은 겔 강도 및 하중하에서의 높은 흡수도와 같은 특정 특성들을 조합한 초흡수 중합체를 제공하기 위해서는 분말상 중합체를 후속 공정으로 처리하여야 한다.
GB 21 19 384 A호에 따르면, 입자 모양 중합체의 표면층의 카르복실기와 반응할 수 있는 2 개 이상의 작용기를 갖는 화합물로 중합체를 처리함으로써 전술한 특성들이 뚜렷하게 개선된다.
DE OS 35 23 617호에는 희석되지 않은 형태 또는 물 및/또는 유기 용매로 희석되어 반응전에 고온에서 분말상 중합체에 도포되는 다가 알코올로 분말상중합체를 2차 처리하는 방법이 기재되어 있다.
DE-PS 40 20 780호에는 압력하에서의 초흡수 중합체의 팽윤 용량은 경우에 따라 물 및/또는 알코올로 희석된, 0.1 중량% 내지 5 중량%의 알킬렌 카보네이트가 도포되어 이를 함유하는 중합체 분말을 가열함으로써 개선된다는 것이 기재되어 있다.
EP 04 50 924 A2호에 따르면, 흡수 중합체의 표면 처리를 경우에 따라 물 및/또는 유기 용매로 희석된 폴리올을 사용하여 수행한다(DE OS 35 23 617호의 경우와 같음). 이 간행물은 물 및/또는 유기 용매로 상기 처리제를 희석하는 것의 중요성을 철저히 규명하고 있다. 만약, 중합체의 카르복실기와 반응할 수 있는 처리제가 물만으로 희석된다면, 상기 공정에 상당한 기술적 어려움이 따른다. 물 또는 수용액과 접촉하면, 분말상태의 수 팽윤성 중합체가 생성되어, 입자 표면에 상기 처리제가 균일하게 분포하기는 불가능하다. 만약 처리제의 고체 물질내 확산 공정을 보조하기 위해 수 팽윤성 분말상 중합체와 이 중합체의 카르복실기와 반응할 수 있는 화합물과의 혼합 단계를 물을 사용하여 수행한다면, 과량의 처리제 또는 비 반응성 유기 용매를 사용함으로써 물을 비활성으로 만드는 것이 절대적으로 필요하다. 유기 용매를 사용하여 물을 비활성으로 만드는 것은 중합체를 팽윤시키지 않는 액체, 즉 분말상 중합체와 혼합하는 동안 응집을 일으키지 않는 액체를 사용하는 것을 수반한다.
당업자라면 분말상 물질과 소량의 액체를 균질하게 혼합하는 것, 특히 개개의 입자를 균일하게 피복시키는 것이 어렵다는 것을 인식할 것이다.
유기 용매로 상기 처리제를 상당한 정도까지 희석하는 것은 분말상 중합체의 표면에 상기 처리제를 분배시키는 데 있어서, 긍정적인 효과를 가질 것이나 만약 그 액체양이 1 중량% 이상 사용된다면 습윤한 중합체 분말이 생성되어 연속 공정에서 컨베이어가 막히게 된다.
분배 효과는 처리제의 양을 1 중량% 이상으로 증가시키면 개선되지만, 습한 점성 분말을 얻게 된다. 만약, 처리제가 중합체 입자내로 확산하는 것을 촉진시키기 위해 약 50% 용액을 제조하는 데 필요한 양을 초과하는 분량의 물을 혼합 공정전에 처리제에 가하면, 분말상 중합체가 형성된다. EP 04 50 923 A2호에 기술된 특정 플라스틱이 내장된 믹서에서 처리제 용액과 수 팽윤성 중합체를 연속적으로 혼합하는 과정에서는 믹서의 벽에 수분성 중합체 분말이 점착되지 않으므로 이 혼합 조작은 감소되나 혼합된 생성물의 행태는 개선되지 않는다.
EP-PS 0083022호의 방법에서는 함수성 겔형 중합체 입자의 2 차 처리를 유기 용매 중에서 수행한다. 중합체를 기계적으로 분리한 후, 물 및 유기 용매(예, 알코올, 탄화수소, 염소화된 탄화수소 또는 케톤)의 응축물을 만드는 건조 단계를 자동식으로 수행하는 것으로, 이후 용매 분획은 추출된 공기를 통해 또는 폐수를 통해외부 환경에 노출되지 않도록 처리해야 한다.
요약하면, 분말상 수 팽윤성 중합체를 개개 입자의 표면층에서 반응에 관여하는 물질로 피복하기 위해서는 하기 조건을 따른다.
■ 처리제의 양은 중합체 분말을 고르게 피복하기에 충분해야 한다.
■ 분배 보조제로서, 그리고 처리제의 중합체 표면층으로의 캐리어로서 작용하는 물의 양은 제한되는데, 그렇지 않으면 중합체 입자 덩어리의 비가역적 형성 반응이 일어난다.
■ 처리제, 물 및 경우에 따라 유기 용매의 총량은 제한되는데, 그렇지 않으면 습윤한 비유동성 혼합물이 얻어진다.
전체 공정과는 별도로 수 팽윤성 중합체와 처리제의 혼합 과정을 고려하면, 처리제와 함께 유기 용매를 사용하는 것이 가장 적당한 것으로 보인다. 처리제와 제한된 양의 물이 중합체 분말상의 분배가 확실히 달성될 수 있다. 또한, 처리제를 대량으로 사용함으로써 심지어는 물이 존재할 때에도 처리제가 유기 용매의 기능을 가질 수 있으면, 중합체 상의 양호한 분배가 확보되어, 즉 분말상 중합체가 응고하는 것을 막을 수 있다. 그러나, EP 04 50 923 A2호에서는 중합체의 팽윤 용량은 처리제를 과도하게 사용할 경우 상당히 감소될 수 있다는 것이 기재되어 있다.
비록 분말상 수 팽윤성 중합체와 임의로 희석제의 혼합 과정이 최적의 방법으로 이루어지더라도, 고온에서의 연속 반응에 대한 효과를 고려해야 한다. 만약 초흡수 중합체의 개선된 특성이 후속의 중합체의 카르복실기의 에스테르화 및/또는 아미드화에 의해 달성되는 경우, 적당한 반응 시간에 걸쳐 150℃를 넘는 반응 온도가 요구된다. 이 온도에서는 8 중량% 내지 15 중량%로 출발 중합체중에 함유된 물, 그리고 용매외에도, 상당량의 처리제가 증발되는데, 이는 반응기내에서의 응축을 막기 위해 반응기(건조기)로부터 제거되어야 한다. 응축된 수즈익는 덩어리를 형성하며 응축된 처리제는 덩어리 형성과 분말상 중합체의 변색을 초래하므로, 선택적인 증기 수송은 임의로 미리 예열시킨 퍼즈 가스를 사용하여 수행한다.
수증기, 증발성 처리제, 산화 생성물, 잔여 단량체 뿐 아니라 기타 휘발성 반응 생성물 및 유기 용매는 배기 가스로부터 제거하기가 어려울 수 있다. 즉, 그것들은 반드시 공기 또는 폐수중에 존재한다.
따라서, 본 발명의 목적은 높은 보유 용량, 높은 겔 강도 및 하중하에서 높은 흡수도 특성들이 적절히 조합되며 유기 용매없이, 그리고 분말상 중합체를 소량의 처리제로 2차 처리하여 제조될 수 있는 초흡수체를 제공하는 것이다.
이런 목적은 특허 청구 범위 제1항에 기술된 특징에 의해 달성된다. 가장 놀라운 것은, 흡수용 수지의 표면을 처리하는 시약을 위한 희석제로서 인산을 사용하면 처리제의 양을 상당히 감소시킨 상태에서도 목적하는 특성들이 조합된 초흡수체를 얻을 수 있다는 것이다.
인산은 최대로 중합체 100 부당 10 부(이하, 부는 중량부를 나타냄) 의 양으로, 그리고 10 중량% 이상의 농도로 사용하는 것이 유리하다. 중합체 분말에 대해 H3PO4가 단지 0.1 중량% 만 사용되어도, 본 발명의 특징들이 개선된 초흡수체가 얻어진다.
본 발명에서는 처리제로서 하기의 것이 사용된다.
(a) 분말상 중합체의 두개 이상의 카르복실기와 반응할 수 있으며 알칼리-염-형성기를 포함하지 않는 화합물, 바람직하게는 에틸렌 글리콜, 프로판디올, 폴리에틸렌 글리콜, 글리세롤과 같은 폴리올, 및 에틸렌 카보네이트와 같은 알킬렌 카보네이트 0.05 중량부∼0.3 중량부, 및/또는
(b) 분말상 중합체의 두개 이상의 카르복실기와 반응할 수 있으며 추가로 분자내에 산, 알칼리염 형성기를 포함하는 화합물, 예를 들면 디메틸올 프로피온산(=2,2-비스(히드록시메틸)프로피온산)과 같은 폴리히드록시 카르복실산 0.05 중량부∼1 중량부.
(a)의 처리제는 분말상 중합체의 카르복실기와의 반응중에 처리제의 휘발성이 중합체 표면층에서의 염 형성으로 인해 제한된다는 잇점을 갖는다.
피복에 사용될 수 있는 물 흡수 중합체는 산기를 함유하는 단량체, 예컨대 아크릴산, 메타크릴산, 2-아크릴아미도-2-메틸프로판 술폰산 또는 상기 단량체의 혼합물 55 중량% 내지 99.9 중량%를 중합함으로써 제조된다. 상기 산기는 25 몰% 이상의 범위까지 중화되어 나트륨염, 칼륨염 또는 암모늄염 등으로 존재한다. 중화 정도는 약 50 몰% 이상인 것이 바람직하다. 특히, 50 몰% 내지 80 몰%까지 중화되는 가교된 아크릴산 또는 가교된 메타크릴산으로 이루어진 중합체가 바람직하다.
물 흡수 중합체 제조에 적당한 추가 단량체로는 0 내지 40 중량%의 아크릴 아미드, 메타크릴아미드, 히드록시에틸 아크릴레이트, 디메틸아미노알킬(메트)아크릴레이트, 디메틸아미노프로필 아크릴아미드, 또는 아크릴아미도프로필 트리메틸염화 암모늄을 들 수 있다. 이 단량체의 양이 40% 이상 되면 상기 중합체의 팽윤용량은 나빠진다.
가교제로서, 두개 이상의 에틸렌계 불포화 이중 결합 또는 한개의 에틸렌계불포화 이중결합 및 산기에 대해 반응하는 한개의 작용기 또는 산기에 대해 반응하는 수개의 작용기를 함유하는 어떠한 화합물도 사용할 수 있다. 그 예로는, 부탄디올 디아크릴레이트, 헥산디올 디메타크릴레이트, 폴리글리콜 디아크릴레이트, 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트 또는 알릴아크릴레이트와 같은 폴리올의 아크릴레이트 및 메타크릴레이트, 디알릴 아크릴아미드, 트리알릴 아민, 디알릴 에테르, 메틸렌비스아크릴아미드 또는 N-메틸올아크릴아미드를 포함한다.
부분적 또는 전체적으로 비누화된 폴리비닐 알코올, 폴리비닐 피롤리돈, 전분 또는 전분 유도체, 폴리글리콜 또는 폴리아크릴산 0 내지 30 중량%를 물 흡수 중합체 중 수용성 중합체로서 포함할 수 있다. 이 중합체의 분자량은 중합체가 수용성이라면 중요하지 않다. 수용성 중합체로는 전분, 폴리비닐 알코올 또는 상기 중합체들의 혼합물이 바람직하다. 물 흡수 중합체 중의 상기 수용성 중합체 함량은 전분 및/또는 폴리비닐 알코올이 수용성 중합체로서 존재하는 경우 특히 약 1 중량% 내지 약 5 중량%인 것이 바람직하다. 수용성 중합체는 산기 함유 중합체를 포함하는 그래프트 중합체로서 존재할 수 있다.
부분적으로 중화된 아크릴산을 가교 중합 반응시켜 제조된 중합체외에도 그 래프트 중합된 전분의 부분 또는 폴리비닐 알코올의 부분을 추가로 포함하는 것을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에 사용된 흡수체-중합체의 입자 모양에 있어서 특별한 제한은 없다. 그 중합체는 역 서스펜션 중합 반응에 의해 얻어진 소구 형태 또는 용매 중합으로부터 유래한 겔 괴체(塊體)를 건조 및 분쇄하여 얻은 불규칙한 모양의 입자 형태가 될 수 있다. 대개 그 입자 크기는 20 ㎛ 내지 2,000 ㎛이며, 바람직하게는 50 ㎛내지 850 ㎛이다.
피복 이후의 열처리는 150℃∼250℃ 바람직하게는 170℃∼200℃에서 수행된다. 열처리는 체류 시간 및 처리제의 종류에 좌우된다. 150℃ 온도에서는 수시간 동안 열 처리를 수행해야 하나, 250℃에서는 몇분, 예로 0.5 분 내지 5 분 정도면 소정의 특성을 얻기에 충분하다. 열 처리는 통상의 건조기 또는 오븐, 예를 들면 회전식 가마, 패들 건조기, 디스크 건조기 또는 적외선 건조기에서 수행될 수 있다.
본 발명의 중합체는 그 표면 근처에서 증가된 가교 결합과 감소된 중화 정도를 보여준다.
본 발명의 중합체는 연속적 또는 불연속적 공정에 의해 대량으로 제조될 수 있다.
본 발명의 초흡수체는 다양한 용도로 사용될 수 있다. 예컨대, 생리대 및 기저귀 또는 상처 드레싱용으로 사용되는 경우 다량의 생리혈, 소변 또는 기타 체액을 빠르게 흡수하는 특성을 지닌다.
압축 하중 동시 작용하에서의 흡수도 및 흡수 속도가 출발 생성물에 비해 상당히 개선된다. 본 발명의 초흡수체는 하중하에서도 흡수된 액체를 보유하기 때문에 사용하기에 특히 용이하다. 본 발명의 초흡수체는 보풀 펄프와 같은 친수성 섬유 재료에 비해 이제까지 가능했었던 것보다 더 높은 농도로 사용할 수 있으므로 바람직하다. 본 발명의 초흡수체는 98 중량% 내지 20 중량%의 친수성 섬유 및 2 중량% 내지 80 중량%의 흡수 수지를 포함하는 구조에서 탁월한 흡수 특성을 지닌다.
후처리된 본 발명의 중합체는 다양한 적용 방법, 예로 종이, 보풀 펄프 또는 합섬과 혼합하거나 또는 상기 처리제를 종이, 보풀 펄프 또는 부직포로 만든 기재사이에 분배시키거나 또는 캐리어 중에 성형하여 직물을 형성하도록 흡수체 제품에 사용된다.
상기 방법에 따라 제조된 초흡수체는 놀랍게도 하중하의 액체 흡수 용량이 속도 및 총 용량측면에서 상당히 개선되었으며, 동시에 높은 겔강도 및 보유도가 상당히 개선되었음을 보여준다. 특히, 하중하의 초기 액체 흡수속도가 매우 높게 얻어지는데 총용량의 80%가 단지 15 분내에 흡수된다. DE PS 40 20 770호 및 EP A 03 39 461호에서 AUL로 언급한 하중하에서의 흡수는 가해진 하중에 크게 좌우된다. 20 g/cm2(= 0.28 psi = 19,600 dyn/cm2)의 하중하에서 상기 간행물에 기재된 중합체는 0.9% 염화 나트륨 용액에 대해 26 g/g 내지 34 g/g의 흡수용량을 보인다. EP A 03 39 461호에 따르면, 0.56 psi의 하중하에서 상기 문헌에 기재된 중합체의 흡수 용량은 최대 13 g/g에 이르며, 0.85 psi의 하중하에서는 8 g/g에 이른다. 즉, DE PS 40 20 780호에 따르면, 0.85 psi의 하중에서는 연속 처리된 상기 중합체는 연속하여 처리되지 않은 수 팽윤성 중합체가 증가된 하중하에서 흡수라는 양에 상응하는 양의 액체를 흡수한다.
40 g/cm2의 하중하에서 본 발명의 중합체는 0.9% 염화나트륨 용액에 대해 15 g/g 이상, 바람직하게는 18 g/g 이상의 흡수 용량을 보인다. 60 g/cm2의 하중하에서는, 흡수된 액체의 양은 12 g/g 이상, 바람직하게는 15 g/g 이상이다. 이는 놀라운데, 왜냐하면 DE PS 40 20 780호에서는, AUL 가를 증가시키기 위해(20 g/cm2), 2 차 처리제의 양을 0.5 중량%에서 1.5 중량%로 증가시켜야 하기 때문이다. 그러나, 특히 알킬렌 카보네이트를 용해시키기 위해 물이 추가로 사용되는 경우, 이 방법에 따르면 공기 컨베이어에 의해 더 이상 수송될 수 없는 습윤한 혼합물을 생성하여 후속 열 처리 중에 과도한 방출을 일으킨다.
체액을 흡수하는 데 사용되는 텍스타일 구조물의 제조업자들은 큰 부피의 섬유 부분을 감소시키고 초흡수체 부분을 증가시키기 위해 노력했다. 그러나, 그 섬유 구조물은 여전히 입자를 보유해야 하며 하중하의 섬유 외장내에서 액체 흡수와 동시에 팽윤된다. 체액 흡수를 위한 섬유 구조물은 연성 팽윤 겔이 하중하에 통과(누출)할 수 있는 기공들을 갖는 다공질 구조물이기 때문에, 높은 하중 운반 용량을 갖는 수 팽윤성 중합체를 제공하는 것이 목적이다.
본 발명의 중합체는 압박 하중하에서 0.9% 염화나트륨 용액에 대한 증가된 흡수도를 보일뿐아니라 혈액에 대해 높은 흡수성을 보이며 압박 하중하의 섬유 구조물내에서 혈액을 더 빨리 분배한다. 이런 이유로 상기 중합체는 생리대의 흡수체로서 특히 적당한데, 이는 그것이 하중의 적용하에서 혈액과 같은 체액을 신속하게흡수하는 특성을 갖기 때문이다. 압박 하중하에서 동시적으로 혈액이 흡수되는 속도는 공지된 제품의 것보다 훨씬 크다.
하중하에 중합체의 흡수도를 결정하는 실제적인 테스트로, EP A 03 39461호에 기재된 중합체를 포함하는 20 g/cm2의 하중하에 높은 흡수력을 갖는 초흡수체는 60 g/cm2의 하중하에서는 팽윤능이 상당히 감소된다는 것을 보여준다. 또한, 이 테스트는 동일한 보유도 및 20 g/cm2의 하중하에 동일한 흡수도를 갖는 수팽윤성 중합체라도 증가된 하중하에서는 흡수력이 다를 수 있다는 것을 보여준다.
20 g/cm2의 하중하에서, 본 발명의 중합체는 하중이 부과되지 않은 상태의 섬유 구조물과 거의 같은 양의 액체를 흡입할 수 있다. 이것은, 예를 들면 아기의 몸에 의해 하중을 받는 기저귀의 보풀 펄프층이 보다 빨리, 그리고 보다 확실히 건조되어 따라서 수분이 피부로부터 분리되어 유지될 수 있다는 것을 의미한다.
팽윤과정중 수 팽윤성 중합체에 의한 역학적 압력 상승은 "팽윤 압력/하중"으로 불린다. 팽윤시, 상기 압력은 중합체 중의 정전기력이 외부 물리적인 힘과 평형이 될 때까지 증가한다.
본 발명 중합체의 "팽윤 압력"은 시판되는 공지의 초흡수체의 팽윤 압력의 4배까지 높을 수 있다. 4.91 cm2의 팽윤 면적에 대해 400 g 이상의 팽윤 압력을 갖는 수 팽윤성 중합체가 바람직하며, 특히 600 g 이상의 "팽윤 압력" 을 갖는 수 팽윤성 중합체가 더 바람직하다.
본 발명의 중합체를 다음과 같이 테스트하였다.
테스트 방법
물 흡수 중합체의 특성을 알아보기 위해, 0.9% NaCl 용액에 대한 보유도(TB) 및 하중하의 흡수도(AUL)를 측정하고, 피브린을 제거한 양(sheep) 혈액에 대해 하중하에 흡수 용량 및 흡수속도를 측정하였다.
(a) 보유도는 티백 테스트(tea bag test)에 따라 측정하고 세번 측정한 평균값을 기록했다. 티백 내에 약 200 mg의 중합체를 봉입하고 20 분간 0.9% NaCl 용액에 담갔다. 그 후 티백을 원심분리기(직경: 23 cm; rpm: 1,400)에서 5 분간 원심분리한 후 그 무게를 달았다. 물 흡수 중합체를 봉입하지 않은 티백은 바탕값으로 사용하였다.
(b) 하중(압력 하중: 20 g/cm2, 40 g/cm2, 60 g/cm2)하에서 0.9% NaCl 용액의 흡수도는 EP 03 39 461호의 제7면에 기재된 방법에 따라 측정하였다.
최초 중량의 초흡수체를, 하단에 체가 구비된 실린더에 넣고 피스톤으로 20 g/cm2, 40 g/cm2및 60 g/cm2의 압력을 가하였다. 이어서 실린더를 강제 흡수도 시험기(DAT) 상에 배치하고 초흡수체에 0.9% NaCl 용액을 1 시간 동안 흡수시켰다.
(c) 혈액 흡수 용량을 측정하기 위해, 티백에 약 200 mg의 중합체를 봉입하고 일정량의 양 혈액 중에 60 분간 함침한 후 무게를 달았다. 계산은 (a)의 식에 따랐다.
(d) 크기가 6 cm x 20 cm (중량: 48.8 g/m2)인, 한 조각의 셀룰로오스직물 위에 중합체 1 g을 균일하게 바른 후, 그 직물편을 같은 크기의 직물편으로 덮고 100℃에서 400 g/cm2의 압력을 가했다.
그 테스트 스트립을 두개의 유리판(위의 것은 중앙에 구멍이 있음) 사이에 놓았다. 5.5 cm의 길이 및 2.2 cm의 내부 직경을 갖는 1개의 관을 상기 구멍안에 부착하였다. 상기 테스트 스트립상에 30 g/cm2의 하중이 실리도록 상부판에 추를 놓았다. 온도가 20℃인 피브린 제거된 양 혈액 5 cm3을 30 초 이내에 유동발생기(flow inducer)에 의해 상기 관에 넣고 침투 시간을 측정하였다.
(e) "팽윤 압력" Q의 측정은 영국 St. Albans AL 1 1Ex Hertfordshire에 소재한 C. Stevens & Son Ltd., 연구소의 텍스쳐 분석기인 Stevens L.F.R,A.에 의해 이루어진다.
상기 장치의 부분을 구성하는 유리 측정기는 높이가 3.5 cm이고, 직경이 2.5 cm이다. 그러므로, 실린더의 원형 표면적은 4.91 cm2이다.
크기 분율이 20∼50 메쉬인 초흡수체 0.500 g을 직경이 2.7 cm인 계측 실린더에 넣어 무게를 달고 0.9% NaCl 용액 10 ml를 첨가했다. 그 후, 실험 장치에 의해 계측 실린더를, 측정기의 하단과 계측 실린더내 샘플 표면간의 거리가 12 mm가 될 때까지 이동시켰다. 겔이 팽창함에 따라, 계측용 실린더는 2 방향 하중감지 셀에 대해 위쪽으로 압박되는데, 그 하중이 상기 장치에서 g 단위로 표시된다.
본 발명은 다음 실시예들에 의해 상술된다.
실시예
(A) 중합체 A와 처리제의 혼합물의 제조
용액 중합법에 의해 제조된, 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트와 가교하였으며, 70 몰% 범위로 중화된 나트륨염으로 존재하는 분말상 폴리아크릴산을 분쇄한 후 90 ㎛∼850 ㎛의 것을 선별하였다(중합체 A).
TB : 36 g/g; 수분 함량 : 10.4%
중합체 A를 패들 교반기(750 rpm)에 1 시간당 1,000 kg으로 연속적으로 공급하여, 처리제와 혼합하였다. 이어서 상기 혼합물을 컨베이어로 옮기고 저장용기로 수송하였다. 상기 고체-액체-혼합물의 수송 및 저장중의 외양과 행태를 조사하였다.
표 1
EC : 에틸렌 카보네이트
GI : 글리세롤
H3PO4: 85% 인산
Et : 에탄올
비교예 1 내지 3은 DE-PS 40 20 780호에 따른 것이며, 비교예 4 및 5는 DE-OS 35 23 617호에 따른 것이다.
(B) 중합체 A와 처리제의 혼합물의 가열
상기 (A)과정에서 얻은 90 kg/시로 자유 유동하는(즉, 취급이 용이함) 혼합물을 180℃ 증기로 가열된 패들 건조기내에 연속 투입하였다. 상기 건조기의 작업부피는 40 ℓ였다. 증기를 유출시키기 위한 퍼즈 공기의 양은 약 50 m3/시였다.
얻어진 분말상 중합체의 특징적인 값 및 유기 탄소(TOC)로 표시되는 배기가스내 유기 물질을 표 2에 수록하였다.
표 2
*) 혼합 및 수송 중 에탄올이 증발된다.
(C) 중합체 B와 처리제의 혼합물의 제조
30% 수성 아크릴산을 트리알릴 아민 0.28 중량% 및 폴리비닐 알콜 3.5 중량%의 존재하에서 중합하여 얻은 65 몰%의 양으로 중화된 나트륨 염으로 존재하는 중합체를 160℃의 고온 기류 중에서 건조하고, 분쇄하여, 120 ㎛ 내지 850 ㎛로 선별하였다(중합체 B).
TB : 37 g/g; 수분 함량 : 10.5%; SP : 11.8%
중합체 A와 같이, 중합체 B를 디메틸올프로피온산 0.2 부 및 85% 인산 1부로 구성되는 40℃의 용액 1.2 중량%와 연속적으로 혼합하고, 중간 중간 저장하였다.
(D) (C) 혼합물의 가열
상기 (C)에서 얻은 자유 유동성 혼합물을 공기 컨베이어를 사용하여, 디스크 모양 회전 혼합 부품이 장착된 184℃의 증기로 가열된 건조기에 공급하였다. 이어서, 상기 혼합물을 유체 베드에서 냉각시켰다. 상기 생성물 데이타 및 TOC값을 표 3에 수록하였다.
표 3
*) SP : EP A 02 05 674호에 따라 측정된 용해 가능한 비율.
표 4
혈액 흡수량 및 흡수 속도 측정
*) 제조사 : 케미쉐 파브릭 스톡하우젠(독일, 크레펠트)
매트릭스로부터의 중합체 흡수도 측정
페트리(Petri) 접시내에 위치시킨 직경 6 cm, 중량 2 g의 둥근 보풀 패드에 상이한 양의 0.9% NaCl 용액을 침투시켰다. 중합체 0.20 g을 내경이 25.8 mm이고, 하단에 체 직물(메쉬 너비 36 ㎛)을 구비한 플렉시글래스(plexiglsss)실린더에 넣어 무게를 달고, 직경 25 mm, 중량 106 g의 펀치를 실었다. 상기 실린더 그룹(실린더, 중합체, 펀치)의 무게를 측정하고(A), 젖은 패드 중앙에 위치시켰다. 1 시간 후, 상기 실린더 그룹의 무게를 재측정하였다(B).
표 5
표 6
"팽윤 압력"의 측정
1)제조사 : 케미쉐 파브릭 스톡하우젠(독일, 크레펠트,)

Claims (3)

  1. 무수 중합체 중량을 기준으로,
    (a) 25 몰% 이상의 범위까지 중화되는 중합성 산기를 포함하는 중합된 불포화 단량체 55 중량%∼99.9 중량%,
    (b) (a) 성분과 공중합 가능한 중합된 불포화 단량체 0∼40 중량%,
    (C) 가교제 0.1 중량%∼5.0 중량%,
    (d) 수용성 중합체 0∼30 중량%
    를 포함하는 수성 액체 또는 장액 및 혈액을 흡수할 수 있는 분말상 가교 중합체로서,
    상기 입자 모양 중합체 100 중량부를, 10% 이상의 인산 10 중량부 이하와,
    (i) 두개 이상의 카르복실기와 반응할 수 있으며 분자 내에 알칼리 염 형성기를 포함하지 않는 화합물 0.05 중량부∼0.3 중량부 및/또는 (ii) 두개 이상의 카르복실기와 반응할 수 있으며 분자 내에 알칼리 염 형성기를 포함하는 화합물 0.05 중량부∼1 중량부로 이루어진 수용액과 혼합하고, 그것을 150℃∼250℃로 가열한 것을 특징으로 하는 분말상 가교 중합체.
  2. 무수 중합체 중량을 기준으로,
    (a) 25 몰% 이상의 범위까지 중화되는 중합성 산기를 포함하는 중합된 불포화 단량체 55 중량%∼99.9 중량%,
    (b) (a) 성분과 공중합 가능한 중합된 불포화 단량체 0∼40 중량%,
    (c) 가교제 0.1 중량%∼5.0 중량%,
    (d) 수용성 중합체 0∼30 중량%
    를 포함하는 수성 액체 또는 장액 및 혈액을 흡수할 수 있는 분말상 가교 중합체를 제조하는 방법에 있어서,
    상기 입자 모양 중합체 100 중량부를, 10% 이상의 인산 10 중량부 이하와,
    (j) 두개 이상의 카르복실기와 반응할 수 있으며 분자 내에 알칼리 염 형성기를 포함하지 않는 화합물 0.05 중량부∼0.3 중량부 및/또는 (ii) 두개 이상의 카르복실기와 반응할 수 있으며 분자 내에 알칼리 염 형성기를 포함하는 화합물 0.05 중량부∼1 중량부로 이루어진 용액과 혼합하고, 그것을 150℃∼250℃로 가열하는 것을 특징으로 하는 상기 분말상 가교 중합체를 제조하는 방법.
  3. (a) 중합체 1 g 당 0.9% 염화나트륨 용액 보유도가 27 g 내지 34 g이고,
    (b) 40 g/cm2의 하중하에서 중합체 1 g 당 0.9% 염화나트륨 용액 흡수도가 15 g 이상이며,
    (c) 60 g/cm2의 하중하에서 중합체 1 g 당 0.9% 염화나트륨 용액 흡수도가 12 g 이상이고,
    (d) 팽윤 압력이 400 g 이상
    인 것을 특징으로 하는 제1항의 중합체를 포함하는 증가된 하중하에서의 체액 흡수용 텍스타일 구조물.
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