KR100851085B1 - 초흡수성-소수성 중합체 2 상 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 소수성 중합체 상 및 수팽윤 초흡수성 중합체 상을 포함하는 조성물에 관한 것이다. 또한 본 발명은 소수성 중합체 상 및 수팽윤 초흡수성 중합체상을 포함하는 조성물의 제조를 위한 2 성분 시스템에 관한 것이다. 제 1 성분은 소수성 중합체의 유제이고; 제 2 성분은 초흡수성 중합체를 포함하고; 제 1 및 제 2 성분이 혼합될 때 조성물은 형성된다.

Description

초흡수성-소수성 중합체 2 상 조성물{SUPERABSORBENT-HYDROPHOBIC POLYMER TWO-PHASE COMPOSITIONS}
관련 출원
본 출원은 2001년 9월 4일에 출원한 미국 가특허출원 제 60/316,992 호의 이익을 주장하고, 이는 그 전체 내용이 본원에 참고로 인용된다.
중합체 물질은 종종 소정의 3차원적 형상을 갖는 유용한 물체로 전환된다. 전형적으로 이런 물체의 제조 공정은 먼저 목적 형상으로 형성되는 저점도의 조성물을 제공하고, 그 후 조성물의 점도를 증가시켜 형상을 유지하게 하는 것을 포함한다. 이것은 통상적으로 액체 조성물의 제공 단계, 목적하는 형상으로의 변형 단계, 및 고체로의 전환 단계를 포함한다. 이 공정에 대한 여러 가지 변형공정이 있다. 예를 들면, 액체 조성물은 유기 용매에 용해되는 중합체 물질의 용액 또는 중합체 물질의 수상 분산액일 수 있고; 조성물이 유기 용매 또는 물의 증발에 의해 액체에서 고체로 변환된다. 다르게는, 액체, 반응성 단량체 및/또는 올리고머 중합체 조성물은 목적하는 형상으로 형성된 후, 화학 반응에 의해 고체로 변환된다. 다른 변형공정에서는, 중합체 조성물이 액체로 전환되기 위해 가열된 후, 목적하는 형상으로 성형된 후 냉각된다. 이런 제조 공정들은 모두 이후에 보다 상세하게 기술되는 결점들을 갖고 있다.
조성물로부터의 용매(물 또는 유기 용매)의 증발은 시간이 소비되는 것이므로, 박막으로 제한된다. 또한 이런 공정은 온도 및 습도에 의존하고, 체적의 손실 및 이에 따른, 크래킹을 초래하기에 충분히 심각할 수 있는 조성물의 수축을 포함한다. 게다가, 용매 증발은 환경, 건강 및 안전 문제를 발생시킨다. 가공된 중합체 조성물이 단량체 및/또는 올리고머 조성물과 같이 수축 및 크래킹 문제에 민감하지는 않지만, 이런 물질은 일반적으로 독성이 있고, 종종 이소시아네이트, 에폭사이드, 아민, 아크릴레이트 등을 포함하는 반응성 작용기를 함유한다. 이들 시스템의 경화는 발열성일 수 있고, 발생된 열은 종종 바람직하지 못한 효과를 갖는다. 또한 가열 가공된 중합체 조성물은 유기 용매 및 수계 물질과 같은 수준의 수축 문제를 갖지 않고, 비교적 비독성이다. 그러나, 감열성(heat sensitive) 물질은 이 방식으로 가공할 수 없다. 또한, 가공 중에 중합체 물질이 열에 의해 손상될 위험이 있다.
그러므로, 상기와 같은 단점 없이 목적 형태로 성형될 수 있는 신규 조성물의 개발은 소비자 및 산업적 이용을 위해 개선된 물체를 보다 효율적으로 제조할 수 있게 한다.
발명의 요약
소수성 중합체 입자의 수성 유제를 초흡수제(superabsorbent)와 혼합하는 경우 신규한 2 상 조성물이 형성됨이 밝혀졌다. 또한 출원인은 이런 조성물이 독특하고 바람직한 많은 특성을 갖는다는 것을 알아내었다. 예를 들면, 목적하는 3차원적 형상을 갖는 제품, 코팅물, 밀봉재, 접착제, 워터스탑(waterstop)은 종래 기술에 개시된 방법에 의한 중합체 조성물로부터의 상기 제품의 제조에 동반하는 많은 문제들을 극복하는 공정을 이용하여 이들 조성물로부터 용이하게 제조할 수 있다. 이런 결과에 기초하여, 신규한 2 상 조성물, 이런 조성물의 제조 방법 및 이들 조성물을 제조하는 2 성분 시스템이 본원에 개시된다. 또한, 이런 조성물을 포함하는 코팅물, 밀봉재, 접착제, 프로필(profile), 워터스탑 및 제품이 개시된다.
본 발명의 한 실시양태는 소수성 중합체 상 및 수팽윤(water swollen) 초흡수성 중합체 상을 포함하는 조성물이다.
본 발명의 다른 실시양태는 코팅물, 접착제, 밀봉재, 워터스탑 또는 몰딩된, 사출된 3차원적 제품이다. 코팅물, 접착제, 밀봉재, 워터스탑 또는 제품은 소수성 중합체 상 및 수팽윤 건조제 상을 포함하거나, 다르게는 수팽윤 초흡수성 중합체 상을 포함한다.
본 발명의 다른 실시양태는 소수성 중합체 상 및 수팽윤 초흡수성 중합체 상을 포함하는 조성물을 제조하는 2 성분 시스템이다. 제 1 성분은 소수성 중합체의 유제이고, 제 2 성분은 초흡수성 중합체를 포함한다. 제 1 및 제 2 성분이 혼합되는 경우 상기 조성물이 형성된다.
본 발명의 또 다른 실시양태는 산 또는 염기 작용기가 중화되어 염 또는 이 온성 작용기를 형성하는 경우 또는 역치 온도 초과 또는 미만으로 온도를 조정할 경우 초흡수성이거나 물 흡수 용량을 상당히 증가시키는 중합체 및 소수성 중합체를 포함하는 수성 유제이다. 경화 이전에 유제의 pH 및/또는 온도는 중합체가 초흡수성이 아니거나, 유제의 pH 또는 온도를 조정하여 물 흡수 용량을 상당하게 증가될 수 있는 것이다. 본 발명의 조성물은 pH 및/또는 온도를 조정하여 중합체가 초흡수성이 되게 하거나 중합체의 물 흡수 용량을 상당하게 증가시킬 수 있게 조정하여 제조될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시양태는 소수성 중합체 상 및 수팽윤 초흡수성 중합체 상을 포함하는 조성물의 제조 방법이다. 상기 방법은 두 성분들을 혼합하는 것을 포함한다. 제 1 성분은 소수성 중합체의 유제이고, 제 2 성분은 초흡수성 중합체를 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시양태는 상기 방법에 의해 제조되는 조성물이다.
본 발명의 조성물은 다른 제조 방법에 의해 제조된 중합체 조성물과 비교시에 많은 장점을 갖는다. 주요 장점은 물의 제거가 필요 없는, 최종 용도(심지어는 두꺼운 프로필에서도)에 적합한 고체 형상으로 수성 분산액을 변환시키는 것을 포함하는 액체 조성물의 신속한 가공 능력이다. 액체 조성물이 고체로 전환되는 과정에서, 적어도 초기에는 물이 보유된다. 액체로부터 고체로의 변환은 수분 내 또는 심지어 수초내에 일어날 수 있다. 다른 중요한 특징은 열 발생이 거의 없거나 전혀 없이 액체에서 고체로 신속하게 전환되는 것이다. 또한, 유기 용매 및 이소시아네이트와 같은 독성 반응성 화학물질이 일반적으로 제조 과정 중에서 사용되지 않기 때문에, 개시된 조성물 및 제품은 제조시에 비교적 안전하다. 게다가, 이들은 수화되거나 흡수된 물이 존재하기 때문에 본질적으로 내연성이다. 두꺼운 단일층 코팅 및 제품은 경화 시에 적어도 초기에는 수축이 거의 없거나 전혀 없이 생성될 수 있다. 또한 개시된 조성물의 제조 시에 물 또는 용매를 증발시킬 필요가 없으므로, 제조 공정을 단순화하고 폐기물을 감소시킨다. 또한 열을 거의 또는 전혀 필요로 하지 않는 공정에서 마무리된 제품을 제조할 수 있다.
도 1은 연속적 소수성 중합체 상(12) 및 불연속적 수팽윤 초흡수성 중합체 상(14)을 포함하는 본 발명의 조성물(10)을 보여주는 다이어그램이다.
도 2는 연속적 소수성 중합체 상(20) 및 연속적 수팽윤 초흡수성 중합체 상(18)을 포함하는 본 발명의 조성물(16)을 보여주는 다이어그램이다.
도 3a 내지 3c는 본 발명의 조성물 제조에 이용되는 경화 공정을 도시하는 다이어그램이다. 도 3a는 물 중의 소수성 중합체 입자(35)의 유제를 포함하는 제 1 성분 및 초흡수성 중합체 입자(37)를 포함하는 제 2 성분을 혼합한 직후에 형성된 조성물을 도시한 것이다. 도 3b는 초흡수성 입자(37)가 물을 흡수함으로써 연속적 수성 상을 이용하여 체적이 증가하기 시작한 후의 조성물을 도시한다. 소수성 중합체 입자(35)는 서로 근접하게 이동하기 시작한다. 도 3c는 초흡수성 입자(37)가 모든 또는 대부분의 물을 흡수하고 소수성 중합체 입자(35)가 연속적 상으로 병합된 후의 조성물을 도시한 것이다.
도 4a 내지 도 4d는 제 2 조성물에 오일이 존재하는 경우에, 본 발명의 조성물 제조에 이용되는 경화 공정을 도시하는 다이어그램이다. 도 4a는 물 중의 소수성 중합체 입자(41)의 유제를 포함하는 제 1 성분 및 초흡수성 중합체 입자(43)를 포함하는 제 2 성분을 혼합한 직후 형성된 조성물을 도시한 것이다. 소수성 중합체 입자(41)는 중합체 유제 방울의 수성 상에 분산되고 초흡수제 입자(43)는 오일 상에 분산된다. 도 4b는 초흡수성 입자 중합체(43)가 물을 흡수하기 시작하여 중합체 유제의 수성 상을 이용하여 체적이 증가하고, 중합체 유제 방울 중의 소수성 중합체 입자가 서로 보다 근접하게 접근하고 오일/물 계면과 접촉하게 된 후의 혼합물을 도시한 것이다. 도 4c는 소수성 중합체 입자(41)가 오일을 흡수하여 오일을 이용하여 체적이 증가하기 시작한 후의 조성물을 도시한 것이다. 도 4d는 소수성 중합체가 전체 또는 대부분의 오일을 흡수하고 초흡수성 중합체가 전체 또는 대부분의 물을 흡수한 후에 실질적으로 경화된 조성물을 도시하는 것이다.
도 5는 2 성분 시스템을 도시한 다이어그램이다. 제 1 성분(2)은 소수성 중합체(6)의 수성 유제이고 제 2 성분(4)은 건조 미립자 초흡수성 중합체이다.
도 6은 2 성분 시스템을 도시한 다이어그램이다. 제 1 성분(17)은 소수성 중합체 입자(17A)의 유제이고 제 2 성분(19)은 초흡수성 중합체 입자(21)의 수성 유제이다. 초흡수성 중합체 입자는 중화되는 경우 물을 흡수하고, 유제의 pH는 초흡수성 중합체가 중화되지 않도록 조정된다.
도 7은 2 성분 시스템을 도시한 다이어그램이다. 제 1 성분(22)은 소수성 중합체 입자(24) 및 초흡수성 중합체 입자(26)의 수성 유제이다. 초흡수성 중합체 입자(26)는 중화되는 경우에만 물을 흡수하고, 분산액(22)의 pH는 초흡수성 중합체가 중화되지 않도록 조정된다. 제 2 성분은 제 1 성분의 pH를 조정하여 초흡수성 중합체를 중화시키기 위한 용액이다.
도 8은 2 성분 시스템을 도시한 다이어그램이다. 제 1 성분(23)은 소수성 중합체 입자(29)의 수성 유제이고, 제 2 성분(25)은 오일(27) 중의 초흡수성 중합체 입자(31)의 분산액이다.
도 9는 본 발명 조성물의 디지털 현미경 화상이다. 화상의 밝은 부분은 불연속적 수팽윤 초흡수성 중합체 상을 지시하고; 어두운 부분은 연속적 오일팽창 소수성 중합체 상을 지시한다.
도 10은 물에 침지된 상태에서, 시간(일(day))에 대한 본 발명 조성물에 의해 흡수된 물의 양(cm3)을 도시한 그래프이다. 조성물은 예비-건조되어 "제조된(as made)" 조성물에서 물을 제거한다. 그래프는 동일 조성물로부터 취한 H-1 내지 H-5의 5 종 표본에 의해 흡수된 물을 도시한다.
"상(phase)"은 균일한 물리적 및 화학적 특성을 갖는 조성물의 균질한 부분이다.
"불연속적 상(discreet phase)"은 균일한 물리적 및 화학적 특성을 갖는 조성물의 균질한 부분으로, 그 부분의 모든 요소들 사이에 연결성이 단속된 부분이 다. 따라서, 조성물은 연속적 상에 의해 물리적으로 서로 격리되는 별개의 동일한 불연속적 상 부분을 둘 이상 포함할 수 있다.
"연속적 상"은 균일한 물리적 및 화학적 특성을 갖는 조성물의 균질한 부분으로, 그 부분의 모든 요소들 사이에 연결성이 있는 부분이다.
"소수성 중합체"는 중량의 5% 미만의 수용해도(water solubility)를 갖는 중합체이다(예: 95g의 물에서 5g 이하의 소수성 중합체가 용해될 수 있다).
"소수성 중합체 상"은 병합된 소수성 중합체를 포함하는 상이다.
"수팽윤 초흡수성 중합체 상"은 전형적으로 중량의 10% 이상의 물을 흡수하는 초흡수성 중합체를 포함하는 상이다.
"소수성 중합체 유제"는 수성 매질 중의 소수성 중합체 입자의 유제이다.
"초흡수성 중합체"는 물에서 그 중량의 100% 이상을 흡수할 수 있는 가교결합된 친수성 중합체이다. 본원에 사용된 많은 초흡수성 중합체는 상당량의 물을, 예를 들면 물 중에서 그 중량의 5 배 이상, 종종 물 중에서 그 중량의 20배 이상, 및 일부 경우에서는 물 중에서 그 중량의 100 배 이상, 일부 경우에서는 물 중에서 그 중량의 1000배까지의 많은 물을 흡수할 수 있다.
"건조제(desiccant)"는 상기 초흡수성 중합체에 기술된 바와 같이, 물과 반응하여 물을 흡수 또는 물을 흡착하는 무기 물질 또는 이들의 조합이다. 건조제는 전형적으로 그 중량의 10% 이상, 바람직하게는 그 중량의 50% 이상, 보다 바람직하게는 그 중량의 100% 이상, 일부 경우에는 그 중량의 200% 이상에 상응하는 물을 흡수하거나 물과 반응한다.
"가교결합"은 중합체 분자와 같은 분자 사이에 공유결합 또는 이온 결합을 형성하는 것을 의미한다.
본원에 사용된 "경화"는 초흡수성 중합체가 실질적으로 소수성 중합체 입자를 제외된 상태로 소수성 중합체 유제로부터 물을 흡수하여, 소수성 중합체 입자가 병합되는 것으로 기술된 과정을 의미한다. 선택적으로, 오일 및/또는 가교결합제가 존재하는 경우, "경화"는 또한 소수성 중합체에 의한 오일의 흡수 또는 가교결합제와 소수성 중합체의 가교 결합을 포함하거나 이 둘 모두를 포함한다.
본원에 사용된 "제품(article)"은 몰딩된 물체를 의미한다. 중공 형태(hollow form)에 의해 예비-결정되는 재현가능한, 3차원적 형상을 갖는 경우, 물체가 "몰딩(molded)"된다라고 한다. 본원에 사용된 "제품"이란 용어는 또한 제품이 중공 형태로부터 물리적으로 분리(즉, 사출)되는 것을 요구한다. 표면에 도포되고 코팅으로서 경화되는 혼합물은 본원에 사용된 "3차원적"이라는 용어의 의미에서 고려되지 않는다.
"프로필"은 다이를 통한 조성물의 압출에 의한 연속적 공정으로 형성된 형상이다.
"코팅"은 기재 표면에 도포되어 표면 덮개(covering)로 작용하는 조성물이다.
"접착제"는 둘 이상의 기재에 도포되어 기재들을 서로 결합시키는 조성물이다.
"밀봉재"는 둘 이상의 기재에 도포되어 기재들 사이에 밀봉을 형성시키는 조 성물이다.
본 발명의 한 실시양태는 소수성 중합체 상 및 수팽윤 초흡수성 중합체 상을 포함하는 조성물이다. 바람직한 실시양태에서, 소수성 중합체 상은 조성물의 총 중량을 기준으로 30 중량% 이상(바람직하게는 60 중량% 이상) 및 조성물의 총 중량을 기준으로 99 중량% 이하(바람직하게는 90 중량% 이하)의 양으로 존재하고; 수팽윤 초흡수성 중합체 상은 조성물의 총 중량을 기준으로 1 중량% 이상(바람직하게는 10 중량% 이상) 및 조성물의 총 중량을 기준으로 70 중량% 이하(바람직하게는 40 중량% 이하)의 양으로 존재하고; 초흡수성 중합체는 수팽윤 초흡수성 중합체 상의 0.1 중량% 이상(바람직하게는 2.0 중량% 이상) 및 수팽윤 초흡수성 중합체 상의 90 중량% 이하(바람직하게는 20 중량% 이하)의 양으로 존재한다.
개시된 조성물은 수성 상에 분산된 소수성 중합체 입자를 포함하는 제 1 성분 및 초흡수성 중합체 입자를 포함하는 제 2 성분을 혼합하여 형성되고, 그 혼합물을 경화시켜 조성물을 형성한다. 경화는 소수성 중합체 입자는 실질적으로 제외시키면서 초흡수성 입자에 의해 물을 흡수하고, 이로써 중합체 유제의 수성 상을 이용하여 초흡수성 입자의 체적을 증가시킴을 특징으로 한다. 초흡수성 중합체 입자에 의해 물이 흡수됨에 따라, 소수성 중합체 입자는 서로 근접하게 되어 병합되어, 소수성 중합체 상을 형성한다. 동시에, 초흡수성 중합체 입자는 수팽윤 초흡수성 중합체 상을 형성한다. 이 공정은 개략적으로 도 3a 내지 3c에 도시되어 있다.
본원에 개시된 방법에 의해 2 상 조성물을 제조하는 경우, 각 성분들의 양은 최종 2 상 조성물에서 목적하는 양에 대응되게 사용된다.
한 양태에서, 혼합물은 개시 또는 "촉발(triggering)" 작업이 있을 때까지 경화가 시작되지 않는다. 구체적으로, 달리 물을 거의 흡수하지 않거나 전혀 흡수하지 않는 특정 중합체는 촉발 작업의 결과로 초흡수성이 된다. 초흡수성인 다른 중합체는 촉발 작업에 의해 실질적으로 물 흡수 용량이 증가한다(예: 물 흡수 용량이 2배 이상, 바람직하게는 5배 이상 및 보다 바람직하게는 10배 이상 증가한다). 촉발 작업은 온도의 변화 또는 pH의 조정일 수 있으며, 이에 의해 경화 공정을 개시한다. 촉발되어 초흡수성이 된 중합체 또는 개시되어 물 흡수 용량이 크게 증가된 초흡수성 중합체는 "수팽윤성"이라 불리고 수팽윤된다. "촉발" 이전에, 이런 중합체는 "예비-수팽윤" 되었다고 한다. 따라서 예비 수팽윤된 중합체는 개시될 때까지는 초흡수성이 아니거나 그의 물 흡수 용량이 상당히 낮다(예: 그 용량의 적어도 2배 미만, 바람직하게는 적어도 5배, 보다 바람직하게는 적어도 10배 미만).
pH 조정 후에 초흡수성이 되거나 pH 조정 후에 물 흡수 용량이 상당히 증가된 중합체는 카르복실산과 같은 산 작용기를 포함하는 비수용성 중합체 및 3급 아민과 같은 염기 작용기를 포함하는 중합체를 포함한다. 이들 중합체는 산 또는 염기 작용기가 중화될 때, 초흡수성이 되거나 물 흡수 용량이 상당히 증가하며, 여기서 중화란 산 또는 염기 작용기가 염 또는 이온 화합물로 충분히 변환될 때까지 pH를 조정하여 중합체가 수팽윤성이 되도록 하는 것을 지칭한다. 산성 작용기를 갖는 중합체의 수팽윤도는 그 작용기들이 중화되고 음이온성이 됨에 따라 증가되고; 유사하게, 염기성 작용기를 갖는 중합체의 수팽윤도는 그 작용기들이 중화되고 양 이온성이 됨에 따라 증가된다. 개시된 조성물을 제조하기 위해 이들 중합체를 이용하는 경우, 중합체는 제 1 성분과 조합되기 전에 중화될 수 있다. 다르게는, 중합체가 제 1 성분 및 제 2 성분과 조합된 후에, 중합체가 중화된다. 성분들이 혼합되어 중합체를 중화시킨 후까지 기다리는 것은 "촉발"될 때까지 혼합물이 안정되어 바람직할 수 있고, 경화 공정의 개시 전에 예를 들면 수송, 분할 또는 측정과 같은 조작을 추가적으로 할 수 있다. 물을 흡수하기 전에 촉발 작업이 필요하거나, "촉발"될 때 그의 물 흡수 용량이 상당히 증가하는 초흡수성 중합체는 이후 보다 상세하게 논하게 될 것이다.
온도의 변화는 다른 유형의 초흡수제의 촉발자(trigger)이다. 예를 들면, N-이소프로필 아크릴아미드와 같은 중합체는 37℃ 초과 온도보다 37℃ 미만의 온도에서 보다 많은 물을 흡수한다. 따라서, 이 초흡수제는 "경화" 없이 37℃ 초과 온도에서 소수성 중합체 유제와 혼합될 수 있다. 온도가 낮아지는 경우, 초흡수제가 보다 크게 팽창되고, 경화 공정이 개시된다. N-이소프로필아크릴아미드를 포함하는 온도 개시된 중합체는 뉴저지주 뉴워크(Newark)의 자르텀 인더스트리(Jartherm Industries Inc.)에서 제조되고 자르텀이라는 상표명으로 구입가능하다. 이들 중합체는 20℃ 내지 40℃ 범위의 전이 온도를 갖는다.
이 공정의 생성물은 여러 가지 형태 중 하나일 수 있다. 예를 들면, 조성물은 소수성 중합체를 포함하는 연속적 상 및 수팽윤 초흡수성 중합체를 포함하는 불연속적 상을 갖는다. 이 형태를 도 1에 도시한다. 조성물 중의 소수성 중합체가 50 중량%를 초과하면, 이런 형태의 형성 가능성이 증가한다. 다르게는, 조성물이 연속적 소수성 중합체 상 및 연속적 수팽윤 초흡수성 중합체 상을 갖는다. 이런 제 2 형태를 도 2에 도시한다. 조성물 중의 소수성 중합체 및 수팽윤 초흡수성 중합체가 모두 50 중량%에 근접하면, 이런 형태의 형성 가능성이 증가한다.
선택적으로, 제 1 및 제 2 성분의 조합으로부터 형성된 혼합물은 소수성 중합체 입자를 팽창 또는 용해시키는 오일을 부가적으로 포함할 수 있다. 그 오일은 제 3 성분으로 혼합물에 첨가될 수 있다. 다르게는, 제 2 성분은 오일에 분산된 초흡수성 중합체 입자의 혼합물이다. 혼합 후, 초흡수성 중합체는 실질적으로 소수성 중합체 입자는 제외된 상태에서 유제로부터 물을 흡수하고, 소수성 중합체 입자는 소수성 중합체 입자가 오일을 흡수할 수 있는 유수(oil water) 계면과 접촉한다. 이 예에서 소수성 중합체 입자는 중합체 유제의 수성 상을 이용하여 크기가 증가된다. 생성된 생성물은 오일팽창된 중합체의 연속적 상 및 수팽윤 초흡수성 중합체의 불연속적 상이다. 이 공정은 도 4a 내지 4d에 도시된다.
오일이 존재하는 경우, 소수성 중합체는 소수성 중합체 상의 1 중량% 이상(바람직하게는 30 중량% 이상) 및 100 중량% 이하로 존재한다.
다른 선택에서, 제 1 및 제 2 성분의 결합으로부터 형성된 혼합물은 소수성 중합체의 가교결합에 적당한 제제를 부가적으로 포함한다. 한 예에서는, 가교결합제는 제 1 성분의 구성성분이고, 수성 상에 분산 또는 용해된다. 다른 예에서는, 가교결합제는 제 2 성분의 구성성분이고, 오일이 존재하는 경우 분산 또는 용해되고, 또는 오일이 없는 경우 초흡수성 중합체와 단순히 혼합된다. 다르게는, 오일, 초흡수제, 또는 중합체 유제를 함유하지 않으며, 경화 공정의 일부로서 제 1 및 제 2 성분과 혼합되는 다른 성분에 가교결합제가 함유될 수 있다. 또한 가교결합제는 오일 또는 오일과 소수성 중합체의 조합과 가교결합할 수 있다. 또한 가교결합제는 초흡수성 중합체와 가교결합할 수 있다.
본 발명의 다른 실시양태는 개시된 조성물의 제조를 위한 2 성분 시스템이다. 제 1 성분은 소수성 중합체의 유제이고, 제 2 성분은 초흡수성 중합체를 포함하고; 본원에 개시된 조성물은 두 성분들이 조합되고 경화 처리된 후에 형성된다. 2 성분 시스템은 "패키지"로서의 캔 또는 버켓(bucket)과 같은 별개 용기의 도포 사이트로 수송될 수 있다. 이들은 측정 없이 사이트에 결합될 수 있도록 예비측정되는 것이 유용할 수 있다. "패키지"는 바람직하게 키트이다(즉, 박스 또는 카톤(carton) 내에 위치되고 통합 유닛으로서 판매되는 별개의 용기를 포함한다). 본 발명의 바람직한 실시양태에서, 제 1 성분은 플라스틱 백과 같은 보다 작은 용기 내에 함유될 수 있고, 또한 제 2 성분을 함유하는 보다 큰 용기 내에 위치될 수 있다. 사이트에서, 보다 큰 용기는 개방되고, 그 후 플라스틱 백이 접근 및 개방되어 제 1 성분이 보다 큰 용기 내의 제 2 성분으로 방출 및 혼합될 수 있게 한다.
혼합 및 경화 이전에 두 성분들 사이의 구성성분들의 분리에 대한 선택은 많이 있다. 많은 예들이 하기된다.
제 1 선택에서, 제 1 성분은 소수성 중합체의 유제이고, 제 2 성분은 건조 미립자 초흡수성 중합체이다. 소수성 중합체의 유제의 pH는 두 성분들이 혼합될 때 초흡수제가 물을 흡수하도록 조정된다. 이 2 성분 시스템을 도 5에 도시한다.
제 2 선택에서, 제 1 성분은 소수성 중합체의 수성 유제이고, 제 2 성분은 초흡수성 중합체의 수성 유제이다. 초흡수성 중합체의 수성 유제 또는 분산액의 pH는 입자가 물을 거의 또는 전혀 흡수하지 않도록(즉, 비-초흡수성), 또는 중합체의 물 흡수 용량이 상당히 저하되도록 조정된다. 두 성분 모두의 pH는 초흡수성 입자가 중화되어 두 성분들이 혼합되는 때에 "초흡수성"이 되도록 조정되거나, 두 성분들이 혼합될 때 상당하게 보다 흡수성이 되도록 조정된다. 이런 2 성분 시스템을 도 6에 도시한다.
다른 선택에서, 제 1 성분은 소수성 중합체 및 중화될 때 초흡수성이 되거나 중화될 때 물 흡수 용량이 상당히 증가하는 중합체의 유제이다. 유제의 pH는 중합체 입자가 초흡수성이 아니거나 그들의 물 흡수 용량을 상당히 저하시키도록 된다. 그 후 제 2 성분은 제 1 성분 및 제 2 성분과 혼합되고, 이는 제 1 성분과 조합되는 경우, 중합체가 중화되어 초흡수성이 되거나 물 흡수 용량이 상당히 증가하도록 pH를 조정하는 산 또는 염기를 포함한다. 이 시스템을 도 7에 도시한다.
다른 선택에서, 제 1 성분은 소수성 중합체의 수성 유제이고, 제 2 성분은 소수성 중합체 입자를 팽창 또는 용해시킬 수 있는 오일 및 분산된 초흡수성 중합체 입자의 혼합물이다. 제 1 성분의 pH는 두 성분들이 혼합되는 경우, 초흡수성 중합체 입자가 물을 흡수하거나 물 흡수 용량이 상당히 증가하도록 조정된다. 이런 2 성분 시스템이 도 8에 도시된다.
다른 선택에서, 제 1 성분은 소수성 중합체의 수성 유제 및 오일 유제 및/또는 점착제(tackifier) 수지 유제의 혼합물이다. 제 2 성분은 건조 미립자 중합체, 초흡수성 중합체 유제 또는 오일 및 초흡수제의 혼합물이다.
선택적으로, 본 발명의 제품은 초흡수성 중합체 대신에 또는 이에 부가하여 건조제를 포함한다. "건조제"는 물을 흡수하거나, 물을 흡착하거나, 또는 물과 반응하는 물질이다. 적당한 건조제는 산화 칼슘, 포틀랜드 시멘트(Portland Cement), 산화 마그네슘, 수력(hydraulic) 시멘트, 고 알루미나 시멘트, 마그네슘 옥시클로라이드, 시멘트, 황산 칼슘, 황산 나트륨, 나트륨 실리케이트[Na2SiO3], 인산 마그네슘, 인산 알루미늄, 염화 칼슘, 실리카 겔, 제올라이트, 알루미나 및 이들의 혼합물과 같은 물과 반응하거나 물을 흡수하는 무기 화합물을 포함한다.
초흡수성 중합체는 일반적으로 가교결합된, 소수성 중합체이다. 통상적으로, 가교 결합 정도 및 물 흡수 수준에 의해 제어되는 초흡수성 중합체의 공극 크기는 소수성 입자가 아닌 물이 경화 공정에서 흡수되도록 소수성 중합체 입자의 크기 미만으로 선택된다. 그러나, 다른 일부 양태에서, 일부 소수성 중합체의 중합체 입자는 초흡수성 중합체에 의해 취해질 수 있다. 초흡수성 중합체는 음이온성(즉, 음이온성 또는 산성 기를 갖는 중합된 단량체를 포함함), 양이온성(즉, 양이온성 또는 염기성 기를 갖는 중합된 단량체를 포함함), 중성(즉, 중합된 중성 단량체를 포함함) 또는 이들의 조합일 수 있다. 초흡수성 중합체의 예는 비닐 에테르, 스티렌, 에틸렌 및 다른 올레핀과의 공중합체를 포함하는 가수분해된 말레산 무수물 중합체 및 공중합체, 폴리비닐피롤리돈, 설폰화된 폴리스티렌, 폴리설페틸(polysulfethyl) 아크릴레이트, 폴리(2-하이드록시에틸아크릴레이트), 폴리아크릴아미드, 폴리(아크릴산) 및 그의 알칼리 금속 염, 폴리(아크릴산 알칼리 금속 염), 전분 개질된 폴리아크릴 산 및 그의 알칼리 금속 염, 폴리(전분 개질된 아크릴 산 알칼리 금속 염), 가수분해된 폴리아크릴로니트릴 및 그의 알칼리 금속 염, 폴리(가수분해된 폴리아크리로니트릴 알칼리 금속 염), 폴리(비닐 알콜 아크릴 산 알칼리 금속 염), 이들의 염 및 혼합물을 포함한다. 초흡수성 물질에 대한 다른 선택은 폴리(나트륨 아크릴레이트)와 같은 폴리(아크릴산 알칼리 금속 염), 폴리하이드록시알킬 아크릴레이트 및 메타크릴레이트, 폴리비닐 락탐, 폴리비닐 알콜, 폴리옥시알킬렌, 천연 또는 합성 개질된 폴리사카라이드, 단백질, 알지네이트, 크산탄 검, 구아 검, 및 셀룰로식스를 포함한다. 다른 예는 산성 또는 염기성 기를 포함하는 상기 중합체들의 단가 및 다가 무기 및 유기 염을 포함한다. 산 작용성 중합체로 알칼리 금속 염이 바람직하다.
바람직한 초흡수성 중합체는 말레산 무수물/비닐 에테르 공중합체, 폴리(아크릴산), 폴리(아크릴산)의 공중합체, 폴리(메타크릴산), 폴리(메타크릴산)의 공중합체, 전분 개질된 폴리아크릴산(예: 2-프로펜아미드-코-2-프로페노익산의 그래프트된 측쇄를 함유하는 전분) 및 상기 중합체들의 알칼리 금속 염을 포함한다.
상기 논의된 바와 같이, 특정 중합체는 중화되었을 때에 초흡수성이 되거나 그들의 물 흡수 용량을 상당히 증가시킨다. 따라서, 중합체는 중합체가 중화되는 수준에 이미 있거나 그 수준으로 조정되지 않는 한 수성 용액에 침지할 때에 초흡수성이 아니거나 그의 물 흡수 용량이 상당히 낮다. 예를 들면, 아크릴 산, 말레산 무수물(예: 말레산 무수물/비닐 에테르 공중합체), 및 전분 개질된 폴리아크릴산의 중합체 및 공중합체는 염기성 용액에서 보다 강산성 용액에서 물을 상당히 덜 흡수하지만, 산성 용액이 염기화됨에 따라 보다 더 흡수성이 강해진다. 유사하게, 아민 중합체와의 중합체 및 공중합체는 강염기성 용액에서 물을 상당히 덜 흡수하지만, 염기성 용액이 산성화됨에 따라 보다 더 흡수성이 강해진다.
또한 상기와 같이, 많은 중합체가 특정 온도에서 물 흡수성이 보다 우수하다. 예를 들면, N-이소프로필아크릴아미드는 37℃ 초과의 온도보다 37℃ 미만에서 흡수성이 보다 우수하다.
소수성 중합체 상에 대한 적당한 중합체는 수성 매질에 분산될 수 있거나 수성 유제를 형성할 수 있는 것들이다. 이들의 예는 천연 고무, 예비가황된 천연 고무, 부틸 고무, 이소부텐-이소프렌 공중합체, 폴리이소프렌, 폴리부타디엔, 아크릴로니트릴-부타디엔 공중합체, 스티렌-부타디엔 공중합체, 클로로프렌 고무, 폴리비닐아세테이트, 하나 이상의 알카노익산 비닐 에스테르와 공중합된 비닐 아세테이트, 아크릴레이트 및/또는 올레핀 탄화수소, 아크릴(즉, 알킬 아크릴레이트, 알킬 메타크릴레이트, 아크릴산 및/또는 메타크릴산의 단독중합체 또는 공중합체), 폴리우레탄, 폴리비닐리덴 클로라이드, 폴리비닐 클로라이드, 비닐 클로라이드-비닐리덴 클로라이드 공중합체, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리비닐리덴 플루오라이드 및 아크릴의 블렌드, 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체, 폴리비닐 클로라이드(PVC)(및 이들의 공중합체 및 3원공중합체), 스티렌-부타디엔 고무(SBR), 스티렌-부타디엔 블록 공중합체(SBS), 스티렌-이소프렌-스티렌 공중합체(SIS), 스티렌-에틸렌부틸렌-스티렌 블록 공중합체(SEBS) 및 이들의 혼합물을 포함한다. 또한, 에폭시 수지 유제, 폴리우레탄 유제, 불포화된 폴리에스테르의 유제, 아민 작용성 수지의 유 제, 이소시아네이트 유제, 카복실산 작용성 수지의 유제, 비닐 작용성 수지의 유제, 하이드록시 작용성 수지의 유제 및 아크릴레이트와 메타크릴레이트 작용성 수지의 유제를 포함하는 반응성 올리고머의 유제가 적당하다.
바람직한 소수성 중합체는 천연 고무, SBR 및 아크릴을 포함한다. 또한 선택적으로 합성 중합체 유제와 조합하여 아스팔트(asphalt) 유제 및 콜 타르 유제가 사용될 수 있다. 아스팔트 유제와 함께 이용되는 바람직한 합성 중합체 유제는 SBR, SBS, 천연 고무, 이소프렌, 클로로프렌 및 부타디엔을 포함한다. 또한 소수성 중합체 유제는 단백질 유제 또는 지질 유제와 같은 생중합체 유제일 수 있다.
상기 열거된 중합체는 조성물에 존재하는 제제(예: 중합체를 가교결합 시키는 작용을 할 수 있는 가교결합제)와 반응할 수 있는 다른 유형의 반응성 작용기를 제공하는 다른 공-단량체로 제조될 수 있다. 반응성 작용기의 예는 비닐, 에폭시, 머캅탄, 아민, 이소시아네이트, 하이드록실, 카복실산, 티티네이트, 실록시 및 아크릴로일을 포함한다.
적당한 가교결합제의 선택은 유제 중의 소수성 중합체의 유형 및 제조된 조성물의 최종 용도에 좌우된다. 천연 고무, 예비가황된 천연 고무, 부틸 고무, 이소부텐-이소프렌 공중합체, 폴리이소프렌, 폴리부타디엔, 아크릴로니트릴-부타디엔 공중합체, 스티렌-부타디엔 공중합체, SBS 및 SIS를 포함하는(불포화된 것을 포함함) 중합체는 황 또는 황 공여체 화합물과 가교결합될 수 있다. 이들은 가속제와 조합될 수 있다. 또한 과산화물 경화제(curative)를 이들 중합체에 대해 사용할 수 있다.
특히 스티렌-부타디엔 공중합체용으로 바람직한 가황 패키지는 시스템용 황 공여체로서의 황 원소, 가황 활성화제로서의 산화 아연, 가속화제로서의 이소-프로필 크산테이트(ZIX) 및 아연 디부틸 디티오카바메이트 디부틸아민 착체(ZDBCX)의 혼합물을 포함한다. 이들은 바람직하게 각각 고무 100 부를 기준으로 0.5 내지 15.0 부(이후, "phr"이라 함)의 황, 0.5 내지 20.0 phr의 ZnO, 0.1 내지 5.0 phr의 ZIX 및 0.1 내지 5.0 phr의 ZDBCX의 범위에서 사용될 수 있다. 다른 공지의 가황화제 및/또는 패키지가 본 발명에 사용되기 적합한 것으로 여겨진다. 할리버톤(Halliburton)에게 양도된 미국 특허 제 5,159,980 호(이의 교시 전체는 본원에 참고로 인용됨)를 참조할 수 있다.
카복실산 작용기를 포함하는 중합체, 예를 들면 카복실화된 SBR 및 많은 아크릴 중합체는 산화 아연 등과 같은 금속 산화물을 이용하면 공통적으로 대부분 경화된다. 또한 클로로프렌도 산화 아연으로 경화가능하다.
상기와 같이, 가교결합제 및 사용된 양의 선택은 중합체 중에 존재하는 작용기 및 생성된 조성물의 최종 용도에 좌우된다. 예를 들면, 1,ω-디아미노알칸은 이소시아네이트 및 에폭사이드와 같은 친전자성 기와의 가교결합에 사용될 수 있다. 1,ω-디할로알칸은 설프하이드릴, 아민, 하이드록실과 같은 친핵성 기와 중합체를 가교결합시키는데 사용될 수 있다. 가교결합 반응을 일으키는 조건 및 양에 따라서 적당한 기를 선택할 수 있는 당업자에게 다른 많은 적당한 가교결합기가 공지되어 있다.
개시된 조성물의 제조에 적당한 오일은 제 1 성분의 중합체 유제의 소수성 중합체를 팽창 및/또는 용해시킨다. 오일 선택은 제조되는 조성물의 최종 용도에 좌우된다. 당업자는 제조되는 조성물에 목적하는 특성을 부과할 수 있는 적당한 오일을 선택할 수 있다. 선택적으로, 파라핀 오일, 나프텐 오일, 방향족 오일, 아디페이트 및 프탈레이트를 포함하는 저 분자량 에스테르를 포함한다. 식물성 오일도 또한 사용될 수 있다.
선택적으로, 개시된 조성물은 조성물의 특성을 변화시키는 하나 이상의 부가적 성분을 포함할 수 있다. 성분의 유형 및 양은 조성물의 최종 용도 및 조성물에 존재하는 다른 물질의 성상에 좌우될 것이다. 선택적 성분은 강화 및 비-강화 충전제, 안료, 계면활성제, 항산화제, 자외선 안정화제, 파이버(fiber), 직물, 몰드 이형제 또는 윤활제, 보이드(void), 점착제, 유제용 응고제 또는 코아서반트(coascervant), 살생물제, 병합제 및 유기 용매를 포함한다. 전형적으로, 개시된 조성물의 양은 "선택적" 구성성분의 0 중량% 내지 90 중량%, 바람직하게는 75 중량% 이하이다.
선택적으로, 개시된 조성물(2 성분 시스템 및 제품)은 특히 초흡수성 중합체가 양이온성일 때에, 실질적으로 시멘트 및/또는 다른 무기 건조제가 없다. 또한, 개시된 조성물은 실질적으로 체액(bodily fluids)이 없다. "실질적으로 없는"은 99 중량% 이상, 바람직하게는 99.9 중량%, 보다 바람직하게는 100 중량%로 포함하지 않는 것을 의미한다. 따라서, 본 발명은 손상 부위에 도포된 후 손상 삼출액(exuent)이 하이드로겔-함유 밴드에 의해 흡수될 때 형성되는 조성물은 포함하지 않는다.
상기 개시된 조성물은 장식용 및/또는 기능적 목적을 갖는 제품, 프로필, 접착제, 밀봉재 및 코팅물의 제조에 특히 유용하다. 상기 개시된 조성물은 중합체 물질로부터 제조된 제품, 프로필, 접착제, 봉재 및 코팅물은 중합체 물질로부터 제조된 종래의 제품, 프로필, 접착제, 밀봉재 및 코팅물에 대해서 많은 장점을 갖는다. 이들 조성물의 중요한 장점은 물의 제거 필요성 없이 최종 용도에 대한 목적하는 고체 형상으로 전환하는 수성 분산액을 포함하는, 거의 발열하지 않거나 비발열성 액체 조성물을 이용하여 신속하게 가공할 수 있는 능력이다. 액체 조성물은 고체로의 변환 과정의 적어도 초기에는 물을 보유한다. 이 특징은 심지어 두꺼운 프로필에 대해서도 액체로부터 고체로의 신속한 전환을 가능케 한다. 개시된 조성물로부터 생성된 제품, 프로필, 밀봉재, 접착제, 및 코팅물은 내화성이고, 가열 또는 가연성 및 독성 용매의 사용 없이 제조될 수 있고, 용매 제거의 필요성이 없이 제조될 수 있다. 이런 공정에 의해 개시된 조성물을 포함하는 제품, 프로필, 밀봉재, 접착제, 및 코팅물의 제조 방법을 이후 보다 상세하게 기술한다. 개시된 조성물은 몰딩된(molded) 제품의 제조 방법인 2 성분 액체, 사출 몰딩 용도에 특히 매우 적당하다. 혼합 장치는 주형으로 사출하기 바로 전 또는 사출 직후에 구성성분들을 혼합하는데 사용될 수 있다. 상기와 같이 몰딩 전에 구성성분들은 두 성분 이상으로 분리된다. 경화 후에, 몰딩된 제품은 주형으로부터 분리된다. 용매가 선택적으로 가열 또는 진공 처리에 의해 제거될 수 있지만, 일반적으로 경화는 이런 부가적 조작 없이 이루어진다.
또한 개시된 조성물은 다른 몰딩 공정, 예를 들면 사출 몰딩, 이송 몰딩, 압 축 몰딩, 파팅(potting), 캡슐화 등에도 사용될 수 있다. 예를 들면, 사출 몰딩은 개시된 조성물(바람직하게는 펠렛으로 분할 또는 구획화 됨)을 이용하여 열가소성 물질용으로 보통 사용되는 왕복 스크루형 사출 몰딩기를 이용하여 수행될 수 있다. 이송 몰딩 또는 압축 몰딩에서는, 개시된 조성물로부터 제조된 압출 화합물의 프리프레그(prepreg), 벌크 몰딩 화합물 또는 시이트 몰딩 화합물이 하기와 같이 사용될 수 있다.
사출, 이동 또는 압축 몰딩에서, 몰딩 화합물은 먼저 분리 조작으로 형성된다. 몰딩 화합물의 펠렛화된 형태는 일반적으로 사출 몰딩에 필요하다. 훨씬 더 큰 몰딩 화합물의 조각인 프리프레그는 일반적으로 이동 및 압축 몰딩에 필요하다. 개시된 방법을 이용하여 압출 배합에 의해 몰딩 화합물을 생성하기 위해, 2축 압출기를 통상적으로 이용한다. 구성성분들은 하나 이상의 포트(port)에 첨가될 수 있다. 구성성분들은 둘 이상의 스트림(성분)으로서 압출기에 첨가될 수 있다. 혼합, 초흡수성 중합체에 의한 물의 흡수(발포를 목적하는 경우는 제외), 소수성 중합체의 병합, 및 오일 흡수(오일이 사용되는 경우)는 일반적으로, 반드시 완전하게는 아니지만, 압출기에서 일어난다. 가교결합(가교결합제가 사용된 경우)은 일반적으로 몰딩 조작시에 일어난다. 그 후, 조성물은 압출기 말단의 다이를 통해 압출될 수 있다. 압출물은 구획으로 절단되거나 펠렛화될 수 있고, 이것은 그 후 사출 몰딩, 이송 몰딩 또는 압축 몰딩과 같은 몰딩 조작에 사용될 수 있다.
배치형 혼합기는 몰딩 화합물을 생산하는데 사용될 수 있다. 배치 믹서는 트윈 시그마 블레이드 니더와 같은 니더(kneader), 밴버리(banbury), 롤 밀 등을 포함한다. 압출 배합에 대해서는, 혼합, 초흡수제에 의한 물의 흡수, 소수성 중합체 입자의 병합, 및 소수성 중합체에 의한 오일의 흡수는 일반적으로, 반드시 완전하게는 아니지만, 배합 단계에서 일어난다. 가교결합은 일반적으로 몰딩 조작에서 일어난다.
벌크 몰딩 화합물(BMC)은 파이버 강화 몰딩 화합물이다. 제제 구성성분은 절단된 무기 또는 유기 파이버를 또한 포함하는 것을 제외하고는 압출 몰딩 화합물의 것과 유사하다. 배치형 믹서를 사용할 수 있다. 통상적으로, 파이버 파손 및 과도한 파이버 번들의 파괴를 방지하기 위해 혼합 공정의 말기에 첨가되는 파이버를 제외하고는, 모든 성분들을 혼합한다. 혼합된 BMC는 프리프레그로 성형된 후 압축 또는 이송 몰딩되기에 충분히 부드러워야 한다. 혼합 공정에서의 초흡수성 중합체에 의한 물의 흡수, 병합, 및 오일 흡수(오일이 사용되는 경우)가 완전하게 일어나면, 이는 화합물들을 너무 뻣뻣하게 한다. 그러므로, 혼합 공정에서는 오직 초흡수성 중합체에 의한 물의 부분적 흡수 또는 비흡수, 부분적 병합 또는 비병합, 및 오일의 부분적 흡수 또는 비흡수(오일이 사용되는 경우)만이 일어나는 것이 바람직할 수 있다. 대신, 이런 경화 메커니즘은 몰딩 공정 중에 일어나는 것이 바람직하다. 몰딩가능한 혼합물을 제조하기 위한 다른 대안은 높은 수준의 오일(예: 반응성 오일)의 사용을 포함한다. 가교결합은 일반적으로 이동 또는 압축 몰딩 조작시에 일어난다.
시이트 몰딩 화합물(SMC)은 다른 파이버 강화 몰딩 화합물이다. 시이트 몰딩 화합물은 BMC와 같은 동일한 기초 구성성분들을 포함하지만, 제조 공정이 다르 다. 절단된 파이버를 제외한 모든 구성성분들은 연속적 코팅 조작에서 방출 라이너와 같은 웹 상에서 혼합 및 코팅된다. 코팅은 하기와 같은 임의의 적당한 방법으로 도포될 수 있다. 절단된 파이버는 코팅된 웹 상으로 맞추어지고 화합물로 삽입된다. 화합물의 다른 층은 선택적으로 절단된 파이버에 맞추어져서 그를 삽입할 수 있다. 그 후 혼합물은 프리프레그로 절단되고 이송 몰딩 또는 압축 몰딩된다.
선택적으로, 제품은 상기 임의의 몰딩 공정 중에 발포될 수 있다. 예를 들면, 발포는 비경화된 몰딩 물질의 체적이 주형의 체적보다 작은 경우에 일어난다. 경화 단계의 발열로부터 나온 열에 의해, 진공에 의해 및/또는 단순하게 외부에서 주형을 가열하는 것에 의해 유도된 물의 증발은 발포를 일으킬 수 있다. 또한 발포는 사출 이전에 공기 및 공기 반출제를 혼합하여 조성물로 보내어 유도될 수 있다.
프로필은 압출 공정에서 제조될 수 있다. 2축 압출기가 조성물을 배합 및 압출하여 프로필로 제조하는데 사용될 수 있다. 혼합, 초흡수성 중합체에 의한 물의 흡수(발포가 목적되는 경우는 제외), 소수성 중합체의 병합, 및 오일 흡수(오일이 사용되는 경우)는 압출기에서 완전하게 또는 부분적으로 일어난다. 다이를 통해 화합물을 압출시켜 형성된 프로필인 압출물은 뜨거운 공기 중에서 또는 약간 가열된 액체 매질, 예를 들면 물, 글리콜, 또는 오일 중에서 가교결합될 수 있다. 이런 공정은 연속적 또는 배치 공정일 수 있다. 다르게는, 배치 믹서에서 배합이 수행될 수 있고, 프로필은 압출기로 형성될 수 있다.
또한 개시된 조성물은 코팅물로서 특히 유용하다. 코팅은 표면 또는 웹에 도포되어 중합체 필름, 시이트, 직물 등을 제조할 수 있다. 적당한 웹은 종이, 플라스틱 필름, 무기 직물, 중합체 직물 및 주조 벨트를 포함한다. 코팅으로서 사용되는 경우, 조성물은 브러쉬, 롤러, 스퀴지(squeegee), 흙손(trowel), 롤 코팅기 위의 나이프, 롤 코팅기, 그라비어 코팅기, 와이어 권취된 로드에 의해 도포되거나 단일 성분 스프레이 또는 2 성분 스프레이로서 도포될 수 있다. 많은 경우, 혼합과 도포사이의 시간은 짧게 하는 것이 바람직하다. 이 목적으로, 정적 2 성분 믹서가 두 성분들을 직접 롤 또는 와이어 권취된 로드형 코팅기의 표면 상으로 공급할 수 있다. 예를 들면, 2축 압출기는 혼합 및 코팅 모두에 사용될 수 있어서, 혼합에서 코팅까지 걸리는 시간을 상당히 최소화시킬 수 있다.
코팅물로서 사용되는 경우, 각 구성성분의 양은 상기와 같다. 오일을 포함하는 선택적 성분들 중 하나 이상이 존재할 수 있거나, 이들이 사용되지 않을 수도 있다. 유용하게는, 개시된 조성물들은 방수 용도의 코팅으로서 사용될 수 있다. 이후 방수 조성물을 기술한다.
개시된 조성물은 워터스탑, 방수막, 캡슐화 화합물, 접착제, 밀봉재, 흡수제, 증기 투과성 막, 쿠션 물질로서 및 화장품, 음식 및 서방성 약물 전달 비히클에서 많은 다양한 효용성을 갖는다. 구성성분 유형, 각 구성성분의 양 및 제조 방법은 적용 및 목적하는 최종 용도 특성에 적당하게 변화된다. 그러므로, 개시된 조성물에 대한 용도 및 제조 방법은 이후 보다 더 상세하게 기술된다.
감압성 접착제로서 사용되는 경우, 개시된 조성물은 통상적으로 엘라스토머, 점착제, 및 오일(또한 "가소제"로도 불림)을 포함한다. 에스테르 성분 중에 4개 이상의 탄소 원자를 포함하는 아크릴 에스테르와 같은 일부 엘라스토머는 본질적으로 감압성이고 가소제 및/또는 점착제를 이용한 개질을 필요로 하지 않을 수 있다. SBR, 폴리부타디엔, 폴리이소프렌, 부틸 고무, 폴리이소부틸렌 및 폴리클로로프렌을 포함하는 다른 엘라스토머는 가소제 및/또는 점착제와 혼합되어 감압성을 유도할 필요가 있다. 선택적 성분은 가교결합제, 계면활성제, 강화 및 비-강화 충전제, 항산화제, 및 UV 안정화제를 포함할 수 있다.
또한 가소제가 선택적으로 유제로서 사용될 수 있지만, 개시된 조성물을 포함하는 감압성 접착제는 통상적으로 엘라스토머 유제, 점착제 유제 및 순수 가소제로부터 제조될 수 있다. 점착제 및 가소제는 선택된 고무와 양립가능해야 한다. 적당한 점착제는 아스팔트, 콜 타르, 지방족 탄화수소, 방향족 탄화수소, 폴리테르펜, 쿠마론-인덴 수지 등의 유제를 포함하고; 적당한 가소제는 파라핀 오일, 나프텐 오일, 방향족 오일, 액체 폴리에스테르, 액체 폴리부텐 등의 유제 또는 순수 형태를 포함한다.
이소프렌, 부타디엔, SBR, 부틸 고무, 폴리이소부틸렌 및 클로로프렌계 감압성 접착제용으로, 소수성 중합체 상은 소수성 중합체, 점착제 및 오일을 포함한다. 소수성 중합체 상에서 소수성 중합체의 중량 분율은 20 중량% 내지 90 중량%이고; 소수성 중합체 상에서 점착제의 중량 분율은 10 중량% 내지 75 중량%이고; 소수성 중합체 상에서 오일은 0 중량% 내지 50 중량%이다. 다른 구성성분들의 양은 상기와 같다.
아크릴계 감압성 접착제용으로, 소수성 중합체 상은 소수성 중합체 및 오일 을 포함한다. 소수성 중합체 상에서 소수성 중합체의 바람직한 중량 분율은 65 중량% 내지 100 중량%이다. 잔부는 오일이다. 다른 성분들의 양은 상기와 같다.
개시된 조성물을 포함하는 감압성 접착제는 2 성분 조성물로부터 제조된다. 예를 들면, 접착제는 점착제 유제와 혼합된 엘라스토머의 유제를 포함하는 제 1 성분 및 가소제와 초흡수성 중합체의 혼합물을 포함하는 제 2 성분으로부터 제조된다. 제 1 및 제 2 성분은 사용하기 전에 혼합된다. 다른 예에서, 제 1 성분은 엘라스토머 및 선택적인 점착제를 포함하는 유제이고, 제 2 성분은 건조 고체 건조제이다. 또 다른 예에서, 제 1 성분은 중합체 유제이고, 제 2 성분은 오일 및 초흡수제이다. 또 다른 예에서, 제 1 성분은 중합체 및 선택적인 점착제 유제 및/또는 가소제 유제와의 유제이고, 제 2 성분은 팽창이 거의 일어나지 않거나 전혀 안 일어나는 pH에서 유지된 초흡수제의 수성 분산액이다. 두 성분들은 조합되고 pH를 조정함에 의해 경화가 촉발된다.
개시된 조성물을 포함하는 감압성 접착제는 상기와 같은 연속적 웹 코팅 공정에 의한 테잎 및 적층 물질의 생산에 이용될 수 있다. 테잎 생산용으로, 조성물은 방출 라이너 상에 코팅되어 플라스틱 필름과 같은 지지 시이트에 적층되거나 그 역으로 될 수 있다. 적층 접착제로서 사용되는 경우, 조성물은 하나의 웹 상으로 코팅되고, 다른 웹에 적층되어서 웹과 다른 웹이 접착된다. 통상적으로 최종 단계는 권취(winding)이다.
두 기재는 본 발명의 감압성 접착제와 함께 결합될 수 있다. 본 발명의 감압성 접착제에 대한 바람직한 도포 방법은 2 성분 스프레이로서, 이에 의해 감압성 접착제 조성물이 기재에 도포된다. 상 역전 및 조성물의 표면 건조 후에, 가압 하에 감압성 접착제의 노출된 표면에 제 2 기재를 도포할 수 있다. 다르게는, 감압성 접착제의 상 역전이 일어나기 전에 두 기재를 결합할 수 있다. 이 예에서, 상 역전은 결합 후에 일어난다.
선택적으로, 테이프 또는 적층물은 가열되어 보다 신속하게 경화될 수 있다. 그러나, 가열은 일반적으로 필요하지 않고, 실제로, 가열 없이 이런 공정들을 수행하는 것은 본 발명의 한 장점이다. 그러므로, 제조 과정 동안 조성물이 완전하게 경화될 필요가 없기 때문에 이들 공정들을 고수율로 실시할 수 있다. 완전 경화는 롤 스탁에서 일어날 수 있다. 다른 장점은 고온 용융물 또는 용매 코팅 기술에 의해 통상적으로 가공하기 어려운 접착제를 이제는 가공할 수 있다는 것이다. 감압성 접착제는 또한 조립품에서 물체를 붙이는데 사용될 수 있다.
또한 개시된 조성물은 방수 조성물 또는 코팅으로서 사용될 수 있다. 예를 들면, 상기와 같이 제 1 및 제 2 조성물은 별개의 두 용기에 패키징되고, 혼합되고, 도포(예: 수작업 또는 스프레이 장비로)될 수 있다. 방수 또는 코팅용으로 바람직한 조성물은 제 1 성분으로 소수성 중합체의 유제 및 제 2 성분으로서 소수성 중합체 및 오일의 유제를 포함한다. 바람직한 소수성 중합체의 유제는 아크릴, 이소프렌, 부타디엔, 부틸 고무, 폴리이소부틸렌 및 클로로프렌계의 것들을 포함한다. 보다 바람직한 소수성 중합체의 유제는 천연 고무 및 SBR에 기초한 것들을 포함한다. 천연 고무 및 SBR을 포함하는 조성물용으로 바람직한 오일은 파라핀 오일, 나프텐 오일, 및 방향족 오일을 포함한다. 바람직한 초흡수제는 말레산 무수 물 및 비닐 에테르의 공중합체, 폴리(아크릴산), 폴리(아크릴산)의 공중합체, 폴리(메타크릴산), 폴리(메타크릴산)의 공중합체, 2-프로펜아미드-코-2-프로페노익산으로 구성된 그래프트된 측쇄를 함유하는 전분 및 이들의 알칼리 금속 염을 포함한다. 바람직한 상업적 초흡수제 제품은 그레인 프로세싱(Grain Processing) 코포레이션의 워터락(WATERLOCK) 시리즈 제품, 노베온(Noveon)의 카보폴(CARBOPOL) 시리즈 제품 및 인터네셔널 스페셜티 프로덕트(International Specialty Products)의 스테빌레즈(STABILEZE) QM 및 다른 초흡수성 중합체 제품을 포함한다.
아크릴, 이소프렌, 부타디엔, SBR, 부틸 고무, 폴리이소부틸렌 및 클로로프렌에 기초한 방수 및 코팅 조성물용으로, 소수성 중합체 상은 소수성 중합체, 점착제 및 오일을 포함한다. 소수성 중합체 상에서 소수성 중합체의 중량 분율은 20 중량% 내지 100 중량%이고; 소수성 중합체 상에서 점착제의 중량 분율은 0 중량% 내지 75 중량%이고; 소수성 중합체 상에서 오일의 중량 분율은 0 중량% 내지 75 중량%이다. 조성물 중의 다른 구성성분들의 양은 상기와 같다.
또한 개시된 조성물은 콘크리트 구조물 중의 냉각 조인트용 워터스탑으로서의 용도에 이상적으로 적당하다. 그 조성물은 감압성 및/또는 물 흡수성으로 설계될 수 있다. 상기 감압성 접착 조성물은 워터스탑으로서 사용될 수 있다. 바람직한 워터스탑 조성물에서, 소수성 중합체는 연속적이고 수팽윤 초흡수성 중합체는 분산 상이거나, 다르게는 소수성 중합체 및 수팽윤 초흡수제 모두 연속적이다.
워터스탑은 공장에서 또는 작업 현장에서 제조될 수 있다. 공장에서, 조성물은 목적 형상의 프로필로서 혼합 및 압출될 수 있다. 그 프로필은 경질 콘크리 트 상의 냉각 조인트에 위치되고, 그곳에 고정된다(예: 기계적으로 또는 글루를 사용하여 고정시킴). 그 후, 콘크리트는 고정된 압출 프로필을 이용하여 경질 콘크리트 표면 상에 주조된다. 다르게는, 2 성분 조성물은 현장에서 혼합되어 경질 콘크리트 표면에 액체로서 도포될 수 있고, 이는 경질 콘크리트 표면 상에서 콘크리트를 주조하기 전에 경화시키는 시간을 허락한다. 다르게는, 두 성분들은 2 성분 스프레이 장치를 이용하여 스프레이-도포될 수 있거나, 성분 믹서, 미터(meter) 또는 압출 장치를 이용하여 비드 또는 프로필로서 도포될 수 있다. 또한 두 성분들은 2 성분, 카트리지형 코킹 건(caulking gun)으로 도포될 수 있다.
소수성 및 감압성 모두를 갖는 워터스탑은 냉각 조인트에 두가지 이상의 방식으로 방수 보호 효과를 제공한다. 워터스탑은 외부 공급원으로부터의 물이 존재하는 경우, 팽창하여 냉각 조인트를 차단 및 가압한다. 또한, 그 물질은 감압성이기 때문에 콘크리트 냉각 조인트의 양 면에 접착된다. 감압성 워터스탑은 상기 감압성 접착제에서 기술된 바와 같은 구성성분들 및 사용된 양으로부터 제조된다. 비감압성 워터스탑은 또한 상기 방수 조성물 및 코팅에 기술된 바와 같은 구성성분 유형 및 양을 이용하여 제조될 수 있다.
한 예에서, 감압성 접착 워터스탑 중의 소수성 중합체 상은 연속적이고, SBR, 고체 점착제 및 나프텐 오일과 같은 오일을 포함한다. 전체 조성물에 대한 연속적 상의 중량 분율은 55 중량% 내지 80 중량%이다. 연속적 상은 25 중량% 내지 90 중량%의 SBR, 10 중량% 내지 65 중량%의 점착제, 및 0 중량% 내지 50 중량%의 오일을 포함한다. 조성물의 잔부는 폴리비닐에테르-말레산 무수물 공중합체와 같은 0.5 중량% 내지 10 중량%의 초흡수성 중합체를 포함하는 불연속적 상(수팽윤 초흡수제 상)이다. 특정 예에서, 감압성 접착 워터스탑은 액체 도포된 2 성분 시스템으로부터 제조된다: 성분 A는 70% 고체 SBR 유제 및 50% 고체 점착제 유제의 혼합물을 포함한다. 성분 A의 잔부는 물이다. 성분 B는 나프텐 오일 및 폴리비닐에테르-말레산 무수물 공중합체를 포함한다.
다른 예에서, 아크릴 감압성 접착 워터스탑의 소수성 중합체 상은 연속적이고, 감압성 아크릴 및 폴리에스테르 오일(예: 아디페이트 또는 프탈레이트)을 포함한다. 전체 조성물에 대한 연속적 상의 중량 분율은 70 중량% 내지 80 중량%이고; 연속적 상은 65 중량% 내지 100 중량%의 아크릴을 포함하고, 오일을 잔부로 한다. 불연속적 상은 0.5 중량% 내지 10 중량%의 폴리비닐에테르-말레산 무수물 공중합체와 같은 초흡수성 중합체를 포함하는 수팽윤 초흡수성 중합체 상이다.
본 발명의 조성물은 예를 들면 상기 방수제 및 코팅 조성물을 이용한 밀봉재로서 사용될 수 있다. 밀봉재는 상기 워터스탑에서 기술된 것과 유사한 공정으로 도포될 수 있다.
개시된 조성물에 대한 또 다른 용도는 쿠션 물질로 사용되는 것이다. 이런 유형의 물질은 일반적으로 높은 수준의 가소제 및 선택적으로 가교결합제를 포함한다. 쿠션 물질은 몰딩, 사출 몰딩 또는 주조될 수 있다. 바람직하게 가교결합(존재한다면)은 조성물이 제품로 성형될 때 또는 조성물이 제품로 성형된 후에 이루어진다. 쿠션 물질의 한 예에서, 소수성 중합체 상은 연속적이고, 1 중량% 내지 50 중량%의 소수성 중합체를 포함하고; 적당한 오일을 잔부로 한다. 조성물 중 나머 지 구성성분들의 양은 상기와 같다.
개시된 조성물의 다른 중요한 용도는 흡수제로서 사용되는 것이다. 선택적인 구성성분들은 가소제 및 가교결합제를 포함한다. 다른 구성성분들을 또한 첨가할 수 있다. 흡수제로서 사용되는 경우, 소수성 중합체가 경화된 2 상 조성물의 연속상에 포함되는 것이 바람직하다. 중합체 유제는 상기의 다양한 혼합 공정들에 의해 건조 미립자 초흡수제, 초흡수제 유제 또는 오일에 분산된 초흡수제와 혼합될 수 있다. 혼합 후 즉시 조성물을 코팅 또는 형성하는 것이 중요하다. 본원에서, 혼합된 조성물은 혼합 후 주조 벨트 상에서 주조에 의해 시이트로 형성되었다. 다른 선택으로는 웹류 플라스틱 필름, 직물 또는 방출 라이너 상으로 코팅되어 지지 구조를 형성하는 것이다. 또 다른 선택은 프로필을 압출하고 조성물을 혼합할 뿐만 아니라 성형하기 위해 압출기를 이용하는 것이다.
개시된 조성물의 또 다른 용도는 생물학적 활성 제제(예: 약제, 살충제, 비료 등)의 제어된 전달 및/또는 방출용 의학 디바이스로서 사용되는 것이다. 조성물의 친수성 상 및 소수성 상은 소분자 및 단백질계 제제 및 약제학적 활성 제제를 포함하는 이런 제제의 전달과 관련된 용해도 문제를 경감시킨다. 약제와 관련하여, 약제의 방출은 목적된 pH에서 조성물이 분해되도록 제제화되어 제어될 수 있다. 그러므로, 적당한 제제를 선택함에 의해서, 신체의 다양한 부분에서 및 원하는 속도로 약제의 방출을 제어할 수 있다. 예를 들면, 산성 분해에 대한 내성은 있지만 중성 pH에서는 분해되기 쉬운 환약 또는 캡슐 형태의 제제에 의해, 약제학적 활성 제제는 위를 통과하여 소화관의 하부에서 방출될 것이다. 이런 유형의 시 스템은 단백질계 약제의 전달에 특히 적당하다. 또한, 이 디바이스는 약제학적 제제의 제어 방출을 위한 피부용 패치로서 제제화될 수 있다.
본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않은 다음의 실시예들을 통해 본 발명을 설명한다.
실시예 1
2 성분 제제를 제조하였다. 각 성분의 구성성분 및 사용된 양은 하기 표 1에 도시된다.
Figure 112004009123564-pct00001
표에 도시된 바와 같이, 성분 A의 구성성분들은 오일, 초흡수성 중합체 및 가교결합제이고; 성분 B는 소수성 중합체 유제를 포함했다.
성분 A를 실버슨(Silverson) 고속 로터-스테이터형 믹서로 제조하였다. 초흡수제를 제외하고는 모든 구성성분들을 용기에 넣고 15분간 4000 rpm에서 혼합하였다. 오일 및 가교결합제의 혼합물에 초흡수제를 합치기 위해 단일 샤프트, 패들형(약 200 rpm) 진공 믹서를 사용하였다. 이 혼합 단계를 진공 하에서 1분간 실시하였다. 성분 A에 성분 B를 즉시 첨가하고, 그 조성물을 진공 믹서로 혼합하였다. 1분 사이에 상당한 두께 증가가 일어났다. 그 조성물은 이 시점에서 탄성적이었다. 그 샘플을 60 mil 시이트가 되게 압축하였다. 그 후 조성물을 실온에서 1 주일간 가교결합시켰다. 20"/분의 교차-헤드 속도에서 인장 강도 및 신장율을 측정하였다. 결과를 아래에 도시한다.
인장강도(psi) 신장율(%)
151.2 274.4
실시예 2
오일을 포함하지 않는 2 성분 제제를 제조하고 상기 실시예 1과 같이 혼합하였다. 각 성분의 구성성분은 하기 표 2에 도시된다.
Figure 112004009123564-pct00002
두 성분들의 혼합으로부터 생성된 조성물에 대한 인장강도 및 신장율 시험 결과는 다음에 도시된다.
인장강도(psi) 신장율(%)
563.1 264.9
실시예 3
아래와 같이 2 성분 제제를 제조하였다. 각 성분의 구성성분 및 사용된 양은 하기 표 3에 도시된다.
Figure 112004009123564-pct00003
성분 A는 물에 분산된 초흡수성 중합체의 분산액이다. 다른 성분은 감압성인, 부틸 아크릴레이트 스티렌 공중합체의 수성 유제이다.
고속 코웰스(Cowels) 용해기를 이용하여 성분 A를 제조하였다. 수분간 혼합하여 두꺼운, 페이스트형 물질을 생성하였다. 성분 A 및 성분 B를 진공 믹서에 넣고, 2 분간 혼합하였다. 이 시점에서 상당한 점도 증가가 있고, 혼합물은 스프레드가능한, 페이스트류 굳기를 가졌다. PET 방출 라이너의 두 시이트 사이에서 60 mil 시이트를 압축했다. 하루 동안 놓아둔 후에 그 물질은 고무류 굳기로 전환되었다. 인장강도를 1 주 후에 측정하였다. 결과는 다음에 도시된다.
인장강도(psi) 신장율(%)
5.3 155.2
이들 결과는 본 발명의 조성물이 오일 없이 제조될 수 있다는 것을 보여준다.
실시예 4
일부 제제에서 성분 A에 물을 첨가한 것을 제외하고는 실시예 1과 유사한 방 식으로 제제를 제조하고 시험하였다. 중합체의 체적 분율 및 조성물 중의 오일의 함수로서 인장 강도 및 신장율을 평가하였다.
Figure 112004009123564-pct00004
제제 1은 실시예 1에서 제조된 조성물과 유사한 인장강도 및 신장율의 특성을 가졌다. 혼합 직후 탄성 고체 매스(mass)를 형성하였다. 제제 5는 혼합 후에 상당한 점도 증가를 보였고, 연속적 탄성 상을 형성하였다. 제제 5로부터 형성된 조성물의 인장강도는 제제 1로부터 형성된 조성물의 인장강도보다 낮았다. 제제 6은 혼합 후에 상당한 점도 증가를 보이지 않았고, 수 시간 동안 보관 후 낮은 점도의 액체가 되었다.
높은 체적 분율의 중합체 및 오일을 포함하는 제제는 조성물의 탄성 성상 및 측정가능한 인장 강도 및 신장율에 의해 증명된 바와 같이, 목적된 "경화" 공정, 즉 소수성 중합체의 병합을 초래하는 물 흡수가 일어난다는 점에서 바람직한 행태를 보였다.
이런 결과들은 높은 중량 분율의 수팽윤 초흡수제를 포함하는 조성물과 비교 시에 높은 중량 분율의 소수성 중합체 및 오일을 포함하는 조성물이 유용한 기계적 특성을 보인다는 것을 보인다. 이들 결과는 오일-팽창 소수성 중합체 상이 높은 기계적 강도를 갖고, 수팽윤 초흡수성 상은 낮은 기계적 강도를 갖기 때문에, 높은 중량 분율의 소수성 중합체 및 오일을 포함하는 조성물은 연속적 오일팽창 고무 상을 포함한다는 결론과 일치한다.
실시예 5
하기 표 5의 구성성분으로 구성된 2 성분 시스템으로부터 워터스탑 조성물을 제조하였다.
Figure 112004009123564-pct00005
성분 A를 코웰 용해기에서 중간 속도로 2분간 혼합하였다. 성분 B를 A에 첨가하고 코웰 용해기로 2분간 혼합하였다. 이 시점에서 그 조성물은 두꺼운 페이스트였다. 정수압 시험에 이것을 사용하였다. 절차를 하기한다.
먼저, 금속 기둥으로 고정된 콘크리트 슬라브를 주조하고 스파툴라(spatula)를 이용하여 1/8"의 평균 두께로 워터스탑 조성물을 표면에 도포하였다. 워터스탑을 4일간 경화시켰다. 그 후 워터스탑의 상부에 있는 튜브로 표본을 고정시켰다. 튜브에 물을 채우고, 제어된, 가압 물 라인을 부착하여 정수압 시험을 하였다. 압력은 매일 5 psi식 증가시켰다. 샘플은 40 psi까지 실패하지 않았다.
실시예 6
개시된 조성물의 형태를 확인하기 위해 현미경 측정을 이용하였다. 구체적으로, 소수성 중합체의 유제를 포함하는 제 1 성분 및 오일 중에 분산된 초흡수성 중합체를 포함하는 제 2 성분을 혼합하였다. 또한 제 1 성분은 공초점 시험을 용이하게 하는 수용성 형광 염료를 함유하였다.
평가에 사용된 제제는 다음과 같다.
Figure 112004009123564-pct00006
상기 표에서 제 1 성분은 "Pt B"로 나타내고, SBR 라텍스와 예비혼합된 형광 염료 프로피디움 요오드를 포함한다. 형광 염료는 수용성이고 소수성 중합체에는 불용성이다. 두 성분들이 혼합 후에 수팽윤 초흡수성 중합체 이미지에 염료를 첨가하였다. 오일 중에 분산된 초흡수성 중합체를 포함하는 제 2 성분은 상기 표에서 "Pt A"로 나타내고, 이는 고전단 로터-스테이터 믹서를 이용하여 3000 rpm으로 15분간 혼합하여 제조하였다.
두 성분들을 진공 믹서에 넣고 30초간 진공 하에서 혼합하였다. 경화가 완료된 후, 두 개의 실리콘 코팅된 PET 시이트 사이에서 30 mil의 시이트를 신속하게 핸드 프레스하였다.
20x 대물 렌즈를 이용한 LSM 410 공초점 현미경 상에서 표본을 화상화하였다. 현미경 사진을 도 9에 도시한다. 도 9에 도시된 바와 같이, 수팽윤 초흡수제에 기인하여, 분산상은 형광을 방출했다. 이 결과는 본 발명의 2 성분 조성물의 혼합으로부터 2 상 형태가 형성되었다는 것과 일치한다.
실시예 7
본 발명의 조성물은 물 흡수성이다. 하기의 제제로부터 제조된 조성물을 이용하여 이것을 설명한다.
Figure 112004009123564-pct00007
2 성분 스프레이 장치를 이용하여 도시된 두 성분들을 실리콘 코팅된 방출 종이에 도포하였다. 그 시이트를 2일간 160℉에서 가열하여 가황시키고, "제조된" 조성물 중의 수팽윤 초흡수성 중합체에 함유된 물을 제거하였다. 부분적으로 물로 충전된 눈금 실린더를 이용하여 건조된 조성물의 체적을 측정하였다. 건조된 조성물의 샘플을 물을 함유하는 눈금 실린더에 넣었다. 체적변화량이 건조 샘플의 체적이다. 건조 샘플을 물에 담그고, 침지 시간의 함수로 체적을 측정하였다. 침지 후에, 샘플을 종이 타월로 가볍게 두드려서 표면 습기를 제거하고, 상기와 같은 절차로 체적을 측정하였다. 그 결과를 하기 도 10에 도시하였다. 한 조성물에 대해서 5개의 표본을 평가하였다. 9일 후의 평균 물 흡수율은 16.9 체적%이었다.
실시예 8
모든 제제를 2 성분 조성물로부터 제조하였다. 모든 조성물에 대해서, 제 1 성분은 천연 고무 유제인 하텍스(HARTEX) 101이었다. 제 2 성분은 나프텐 오일인 쉘플렉스 6212, 초흡수성 중합체 및 실시예 1에 기술된 바와 동일한 가황 패키지를 포함하였다. 모든 조성물에 대해, 초흡수제의 수준은 물에서 3%이었고, 오일/건조 고무 비는 0.5이었다. 기계적 시험 이전에 2일간 160℉에서 표본을 경화시킨 것을 제외하고는 실시예 1에 기술된 바와 같이 제제 및 시험 표본을 제조하였다. 두 성분들의 혼합을 개시한 후로부터 1 분 내에 세 샘플 모두에 대해서 상 역전이 일어났다. 모든 샘플은 유사한 인장 강도 및 신장율을 보였다. 결과를 아래 도시한다.
Figure 112004009123564-pct00008
이런 결과는 상 역전이 다양한 초흡수제를 이용하여 일어날 수 있다는 것을 보여준다.
본 발명을 바람직한 실시양태를 참고하여 상세하게 도시 및 기술하여 왔지만, 당업자는 첨부된 청구범위에 의해 포함되는 본 발명의 범위로부터 이탈함이 없이, 형태 및 세부사항에서의 다양한 변화가 가해질 수 있음을 이해할 것이다.

Claims (39)

  1. 별개의 용기에, 소수성 중합체의 수성 유제를 함유하는 제 1 성분, 및 수팽윤 초흡수성 중합체를 포함하는 조성물을 함유하는 제 2 성분을 포함하는 조성물을 제조하기 위한 2 성분 시스템으로서,
    상기 초흡수성 중합체가 물에서 자체 중량의 100% 이상을 흡수할 수 있는 가교 결합된 친수성 중합체이고, 상기 제 1 및 제 2 성분이 혼합되는 경우 소수성 중합체 상 및 수팽윤 초흡수성 중합체 상을 포함하는 조성물을 형성하는 2 성분 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    제 2 성분이 오일 또는 가소제중의 초흡수성 중합체의 분산액을 포함하는 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    초흡수성 중합체가 2-프로펜아미드-코-2-프로페노익산의 그래프트된 측쇄를 함유하는 전분(starch) 또는 이의 알칼리 금속 염인 시스템.
  4. 제 2 항에 있어서,
    오일 또는 가소제가 소수성 중합체를 가교 결합시키기 위한 가교 결합제를 추가로 포함하는 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    제 1 및 제 2 성분을 혼합하여 형성된 조성물이 소수성 중합체 상을 30중량% 이상 포함하는 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    초흡수성 중합체가, 중화된 후 중화되기 전보다 2배 이상 많은 물을 흡수하는 초흡수성 중합체를 야기하는 산성 또는 염기성 작용기를 포함하는 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    제 2 성분이 초흡수성 중합체의 수성 분산액을 포함하고, 상기 수성 분산액은 중합체가 비-초흡수성 또는 예비-수팽윤되는 pH를 갖는 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    초흡수성 중합체가 말레산 무수물/비닐 에테르 공중합체, 폴리(아크릴산), 폴리(아크릴산)의 공중합체, 폴리(메타크릴산), 폴리(메타크릴산)의 공중합체, 전분 개질된 폴리아크릴산 또는 이들의 알칼리 금속 염인 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    초흡수성 중합체가 2-프로펜아미드-코-2-프로페노익산의 그래프트된 측쇄를 함유하는 전분 또는 이의 알칼리 금속 염인 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    소수성 중합체가 천연 고무, 스티렌 부타디엔 고무 또는 아크릴계인 시스템.
  11. 제 1 항에 있어서,
    제 1 성분 또는 제 2 성분이 강화 충전제, 비-강화 충전제, 안료, 계면활성제, 항산화제, UV 안정화제, 파이버, 몰드 이형제, 윤활제, 보이드, 점착제, 응고제, 유제용 코아서반트(coascervant), 살생물제, 병합제 또는 유기 용매 중에서 선택된 하나 이상의 성분을 추가로 포함하는 시스템.
  12. 제 1 항에 있어서,
    제 1 성분이 오일 또는 가소제에 용해된 소수성 중합체를 포함하고, 초흡수성 중합체가 2-프로펜아미드-코-2-프로페노익산의 그래프트된 측쇄를 함유하는 전분 또는 이의 알칼리 금속 염인 시스템.
  13. 제 1 항에 따른 2 성분 시스템을 제공하는 단계; 및 상기 제 1 성분을 상기 제 2 성분과 혼합하는 단계를 포함하는, 조성물의 제조 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    제 2 성분이 오일 또는 가소제중의 초흡수성 중합체의 분산액을 포함하는 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    초흡수성 중합체의 분산액이 소수성 중합체용 가교 결합제를 추가로 포함하고, 상기 제 1 성분 및 제 2 성분이 소수성 중합체를 가교 결합시키기에 적합한 조건 하에서 혼합됨으로써 조성물을 형성하고 소수성 중합체를 가교 결합시키는 방법.
  16. 제 13 항에 있어서,
    초흡수성 중합체가 산성 또는 염기성 작용기를 포함하고, 중화되는 경우 초흡수성이 되거나 물 흡수 용량이 증가되고, 제 2 성분은 초흡수성 중합체가 비-초흡수성이거나 예비-수팽윤되는 pH에 있고, 상기 제 1 성분 및 제 2 성분의 혼합물은 초흡수성 중합체가 중화되도록 하는 pH에 있거나 그 pH로 조정되는 방법.
  17. 제 13 항에 있어서,
    초흡수성 중합체가 아크릴 산의 중합체 또는 공중합체, 말레산 무수물의 중합체 또는 공중합체, 전분 개질된 아크릴산 또는 이들의 알칼리 금속 염인 방법.
  18. 제 13 항에 있어서,
    소수성 중합체 상이 제 1 및 제 2 성분을 혼합한 후 형성된 조성물의 30 중량% 이상으로 포함되는 방법.
  19. 제 13 항에 있어서,
    초흡수성 중합체가 말레산 무수물/비닐 에테르 공중합체, 폴리(아크릴산), 폴리(아크릴산)의 공중합체, 폴리(메타크릴산), 폴리(메타크릴산)의 공중합체, 전분 개질된 폴리아크릴산 또는 이들의 알칼리 금속 염인 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    초흡수성 중합체가 2-프로펜아미드-코-2-프로페노익산의 그래프트된 측쇄를 함유하는 전분 또는 이의 알칼리 금속 염인 방법.
  21. 제 13 항에 있어서,
    소수성 중합체가 천연 고무, 스티렌 개질된 부타디엔 또는 아크릴계인 방법.
  22. 제 13 항에 있어서,
    제 1 성분 또는 제 2 성분이 강화 충전제, 비-강화 충전제, 안료, 계면활성제, 항산화제, UV 안정화제, 파이버, 몰드 이형제, 윤활제, 보이드, 응고제, 유제용 코아서반트, 살생물제, 병합제 또는 유기 용매 중에서 선택된 하나 이상의 성분을 추가로 포함하는 방법.
  23. 제 13 항에 있어서,
    초흡수성 중합체가 역치 온도 초과 또는 미만의 온도에서 초흡수성이 되거나 수팽윤성이 되는 중합체이고, 상기 중합체가 초흡수성이 되거나 수팽윤성이 되도록 조성물의 온도를 조정하는 단계를 포함하는 방법.
  24. 제 1 항에 따른 2 성분 시스템으로부터 제조된 조성물.
  25. 제 24 항에 있어서,
    조성물은 초흡수성 중합체가 양이온성일 경우에는 시멘트(cement)가 실질적으로 없고, 체액(bodily fluid)으로부터의 물이 실질적으로 없는 조성물.
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