KR100963116B1

KR100963116B1 - 제습제와 제습 엘리먼트 및 그들의 제조방법들

Info

Publication number: KR100963116B1
Application number: KR1020080072336A
Authority: KR
Inventors: 이대영
Original assignee: 한국과학기술연구원
Priority date: 2008-07-24
Filing date: 2008-07-24
Publication date: 2010-06-16
Also published as: KR20100011214A; WO2010011016A1

Abstract

본 발명은 초흡수성폴리머(SAP)와 흡습성염을 포함하고, 상기 초흡수성폴리머는 정전기적 반발력을 가지는 제1 성분과 친수성을 가지는 제2 성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 제습제, 그를 이용한 제습 엘리먼트 및 그들의 제조 방법 들을 제공한다.

Description

제습제와 제습 엘리먼트 및 그들의 제조방법들{DESICCANT, DEHUMIDIFYING ELEMENT AND MANUFACTURING METHODS FOR THEM}

본 발명은 제습제 및 제습 엘리먼트와 그들의 제조방법들에 관한 것이다.

습기교환엘리먼트(humidity exchanger element)는 산화 알루미늄-규산염 (aluminum oxide-silicate) 혹은 규산티타늄 (titanium silicate)/티탄-규산알루미늄 (titanium-aluminum silicate)과 같은 실리케이트 에어로겔 (silicate aerogel)의 염기(base)에의 작용에 의하여 기체로부터 습기를 제거하게 된다.

미국특허공보(US 5,505,769)에 의하면, 상기 엘리먼트들은 무기질 섬유(inorganic fiber)로 이루어진 시트 내에 포함되거나, 상기 시트로 형성된 장치 내에 포함될 수 있다.

그러나, 상기 습기교환엘리먼트는 습기교환엘리먼트를 재생하기 위해 높은 재생 온도 (대략 90 - 150℃ 의 영역)가 필요하며, 상기 엘리먼트의 흡습 용량(sorption capacity)이 충분히 크지 않으며, 공기 측의 압력손실이 매우 큰 단점이 있다. 또한, 습기 교환 엘리먼트의 흡습 용량이 시간의 경과에 따라 점차 감소하게 되는 "노후화"의 문제점이 있다.

또한 엘리먼트의 제습 작동이 이루어지는 동안 세포핵 및 생물막이 형성되며, 이로 인하여 바람직하지 못하게 습기교환엘리먼트의 기공을 밀폐시키는 작용을 하게 된다.

하이델베르크 소재 C. F. 뮐러(

) 출판사에서 1997 년 발행된 G. 하인리히(G. Heinrich)의 논문 "흡습 보조식 공기조절 (sorption-supported air-conditioning)"에서는 그 대안으로서, 물결모양의 카드보드(corrugated cardboard)에 염화리튬(lithium chloride)을 함유시켜 제습엘리먼트를 만들면서, 염화리튬의 흡습특성(hygroscopic characteristics)을 제습용으로 사용하는 것에 관하여 기재되어 있다.

그러나, 염화리튬은 제습엘리먼트와 접촉하는 공기흐름에 의해 날아가 버리며, 결과적으로 엘리먼트의 제습특성은 사용기간 동안 악화되는 문제점이 있다.

상기 습기교환엘리먼트는 습기가 제거될 공기의 허용 습도가 제한된다는 사실이 알려져 있다. 이는 습도가 높은 경우에 염화리튬이 공기 중의 습기를 흡수하여 액체 상태로 변화하기 때문이다.

다시 말해서, 상기 엘리먼트에 함유된 염화리튬이 높은 습도에서 용해되어 액체 상태로 되는 한편, 셀룰로오스가 제한된 용량으로 인해 액체를 충분히 흡수하여 유지할 수 없게 된다. 그에 의해, 액체 상태의 염화리튬이 제습 엘리먼트로부터 흘러내려 유실되므로, 제습 엘리먼트의 염화리튬 함유량이 감소하게 되는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 습기가 제거될 공기의 상대 습도의 변화와 관계없이 일정 수준 이상의 습기를 안정적으로 흡수할 수 있는 제습제와, 이 제습제를 이용한 제습 엘리먼트 및 그 제조방법들을 제공하는 것이다.

본 발명은 상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 창출된 것으로서, 초흡수성 폴리머 (superabsorbing polymer; SAP)에 흡습성 염 (hygroscopic salt)을 흡수시켜, 이온 변환(ion modification)시킴으로써, 초흡수성 폴리머의 흡습 특성을 크게 향상시키는 것을 특징으로 한다. 또한, 초흡수성 폴리머는 정전기적 반발력(Electrostatic repulsion)을 가지는 제1 성분과 친수성(Hydrophilic)을 가지는 제2 성분을 포함하기에, 상대 습도에 따른 흡습성 염의 조해(deliquescence)에 의해 생성되는 염용액의 염 농도에 관계없이 염용액을 흡수하여 염 용액 유실이 발생하지 않게 한다.

상기 특징을 실현하기 위하여, 본 발명에서는 두 가지 방법을 제공한다.

첫번째 방법은 초흡수성폴리머(superabsorbing polymer; SAP)가 이온 변환되도록 상기 초흡수성폴리머와 흡습성염(hygroscopic salt) 용액을 접촉시키는 단계와, 상기 초흡수성폴리머와 상기 흡습성 염용액의 접촉에 의하여 생성되는 히드로겔을 건조하는 단계를 포함한다.

두번째 방법은 초흡수성폴리머를 운반체에 결합시키는 단계와, 상기 초흡수성폴리머가 이온 변환되도록 상기 초흡수성폴리머가 결합된 상기 운반체와 흡습성염 용액을 접촉시키는 단계와, 상기 초흡수성폴리머가 결합된 상기 운반체를 건조하는 단계를 포함하는 제습 엘리먼트의 제조방법이다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 관련된 제습제 및 제습 엘리먼트는 그들에 포함되는 초흡수성폴리머가 정전기적 반발력을 가지는 성분과 친수성을 가지는 성분을 동시에 포함함으로써, 습기가 제거될 공기의 상대 습도의 변화에 관계없이위 두 성분들의 상호 보완적인 작용에 의해 안정적으로 일정 수준 이상의 습기를 흡수할 수 있게 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 제습제와 제습 엘리먼트 및 그들의 제조방법들에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 제습 엘리먼트는 초흡수성폴리머(SAP, superabsorbing polymer)를 포함함으로써 제습 엘리먼트 무게의 몇 배나 되는 수분 또는 수증기를 흡습할 수 있다. 예를 들어, 기체의 상대습도가 40％이상일 때의 흡습량은 실리케이트(규산염)에 비하여 4배 이상 크다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 선호되는 초흡수성폴리머는 정전기적 반발력을 가지는 제1 성분과 친수성을 가지는 제2 성분을 포함한다. 상기 제1 및 제2 성분들은 약하게 교차 결합된 중공합체일 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 성분은 폴 리아크릴산(Polyacrylic acid) 또는 폴리메타크릴산(Polymethacrylic acid)을 포함하고, 상기 제2 성분은 폴리아크릴 아미드(Polyacryl amide), 폴리비닐알콜(Polyvinyl alcohol), 폴리비닐아민(Polyvinyl amine), 에틸렌옥사이드(Ethylene oxide), 전분(Starch) 및 셀룰로오스(Cellulose) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 초흡수성폴리머는 그 자체로서 정전기적 반발력과 친수성을 모두 가지는 씨엠씨(CMC, Carboxy Methyl Cellulose)를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 초흡수성폴리머의 이러한 구성(제1 성분 및 제2 성분을 포함하는)의 타당성에 대하여 살펴보면 아래와 같다.

제습제 또는 제습 엘리먼트로서 초흡수성폴리머에 흡습성염이 가미된 채로 사용되는 경우에, 초흡수성폴리머 자체가 습기를 흡수하는 양은 미미하다. 초흡수성폴리머는 액상 물질에 대한 흡수력은 높으나, 기상 물질에 대해서는 흡수력이 미미한 수준에 불과하기 때문이다. 따라서, 1차적으로는 흡습성염이 기상 물질인 습기를 흡수하여 조해(潮解, deliquescence)되고, 상기 조해에 의해 생성된 염 용액을 초흡수성폴리머가 흡수하여 유지하는 형태로 습기 제거 메커니즘이 이루어진다.

흡습성염이 습기를 흡수하는 양은 상대 습도에 따라 달라진다. 상대습도가 높아질수록 흡습량이 증가하며, 흡습성염은 상대습도가 낮은 경우보다 많이 조해하여 염용액을 생성한다. 따라서 습도가 낮은 경우에는 생성된 염용액의 양이 작으며 염 용액 중 염의 농도가 높고, 습도가 높아질수록 염용액의 양이 증가하며 염의 농도는 낮아진다

염 용액 중 염의 농도 및/또는 초흡수성폴리머의 종류가 따라서는, 초흡수성 폴리머가 염 용액을 흡수하는 양이 달라진다.

도 1은 흡습성염으로 염화리튬이 사용된 경우에 대한 것으로, 염화리튬 용액 농도에 따른 초흡수성폴리머의 흡수량 변화를 나타내는 그래프이다.

도 1을 참조하면, 폴리아크릴산은 염 용액의 농도가 낮은 경우에는 염 용액에 대한 흡수량이 크나, 그 농도가 증가함에 따라 그 흡수량이 급격하게 감소 된다. 반면에, 폴리아크릴 아미드는 염 용액의 농도에 따른 흡수량의 변화가 크지 않고 거의 일정한 양의 염 용액을 흡수하는 형태를 보이고 있다.

결과적으로, 제습제가 습기 제거를 위해 놓이는 환경의 상대 습도가 하나의 값으로 특정될 수 없기에, 고습도(저농도)에서 유리한 폴리아크릴산과 저습도(고농도)에서 상대적으로 유리한 폴리아크릴 아미드를 적절한 비율로 혼합하는 것이 유용함을 본 발명자는 알게 되었다. 그들로서 공중합체 등을 형성하면, 상대 습도의 변화에 관계없이 일정 수준의 염 용액 흡수특성(나아가, 제습 특성)을 얻을 수 있게 된다.

도 2를 참조하여, 초흡수성폴리머에 혼합된 제1 성분(정전기적 반발력을 가짐)과 제2 성분(친수성을 가짐)의 혼합비율이 달라짐에 따른 염 용액의 흡수량의 변화에 대해 살펴본다.

먼저 초흡수성폴리머의 제1 성분 중 하나인 폴리아크릴산과 제2 성분 중 하나인 폴리아크릴 아미드가 4:1의 비율로 중공합체를 이루고 있는 경우, 그의 염 용액 흡수 특성은 폴리아크릴산 만 사용하는 경우의 흡수 특성과 거의 유사한 형태를 보인다. 구체적으로는, 저농도에서는 폴리아크릴산에 비해 흡수 특성이 저하되나, 고 농도에서는 폴리아크릴 아미드의 작용에 의해 폴리아크릴산 보다 높은 흡수 특성을 갖는다.

초흡수성폴리머로서 폴리아크릴산와 폴리아크릴 아미드가 1:1의 비율로 중공합체를 이룬 경우에는, 저 농도에서는 폴리아크릴산 만 사용되는 경우 보다 흡수 특성이 저하되나 고 농도에서는 흡수 특성이 크게 개선된다. 특히, 고 농도에서는 폴리아크릴 아미드의 흡수 특성에 거의 근접하게 된다.

초흡수성폴리머로서 폴리아크릴산와 폴리아크릴 아미드가 1:2의 비율로 중공합체를 이룬 경우에는, 앞선 경우보다 저 농도에서의 흡수 특성은 다소 떨어지나 고 농도에서의 흡수 특성은 거의 유사한 형태를 보인다. 이는 폴리아크릴산의 비율이 좀 더 낮아짐에 따라, 저 농도에서의 염 용액에 대한 흡수량이 다소 저하됐기 때문이다.

이상의 실험 결과들로부터, 제2 성분의 비율이 증가할수록 고농도 영역에서의 염 용액에 대한 흡수량은 증가하나, 저농도 영역에서의 흡수량은 감소함을 알 수 있다.

도 3을 참고하면, 습기 제거를 위해 제습제가 사용된 공간의 상대 습도가 40% 내지 95% 정도로 가정하고 적절한 제2 성분의 비율을 구할 수 있다. 본 실험에서 초흡수성폴리머의 이온변환 비율은 1로 한다.

상대 습도가 40%인 경우에는 제2 성분으로서의 폴리아크릴 아미드가 초흡수성폴리머 중에서 차지하는 비율이 증가할수록 흡수특성(흡수 가능량/흡수 요구량)은 계단 형태를 이루며 급격하게 증가한다.

이에 반하여, 상대 습도가 95%인 경우에는 폴리아크릴 아미드의 비율이 증가할수록 흡수특성은 점차로 감소하는 양상을 띠게 된다.

폴리아크릴 아미드의 비율에 따른 흡수특성은 1이상인 것이 바람직하다. 이는 요구되는 흡수량 이상을 흡수할 수 있어야만 염용액의 유실을 방지할 수 있기 때문이다.

상대 습도 40%, 95%에 따른 제습제의 흡수특성 그래프와 흡수특성이 1인 직선은 각각 폴리아크릴 아미드의 초흡수성폴리머에서 차지하는 비율이 0.35와 0.56인 곳에서 만나게 된다. 각 상대습도에서 흡수특성은 1 이상인 것이 바람직하므로, 제습제의 초흡수성폴리머 중 폴리아크릴 아미드의 비율은 0.35 ~ 0.56의 범위 내에서 결정될 수 있다.

도 4를 참조하여, 폴리아크릴 아미드의 비율에 따른 초흡수성폴리머의 최대 이온 변환 비율에 대해 살펴본다.

도 4는 도 3에서 흡수 특성이 2 이하인 부분에 대하여 40% 상대습도와 95% 상대습도의 흡수 특성 곡선을 피팅(fitting)하여 얻어지는 최대 이온 변환 비율 곡선을 보인 개념도이다.

먼저, 이온 변환 비율은 초흡수성폴리머에 대한 흡습성 염의 혼합비로서, 그 비율이 낮으면 제습제 내에서 흡습성 염이 차지하는 비율이 낮음을 의미한다. 염이 작다는 것은 그가 습기를 흡수하여 생성되는 염 용액의 생성량 또한 크지 않다는 것을 의미한다. 따라서, 이온 변환 비율은 습기 흡습량의 관점에서는 클수록 바람직하다.

본 그래프에서, 이온 변환 비율이 최대가 되는 폴리아크릴 아미드의 비율은 대략 0.4 정도가 된다. 이때의 이온 변환 비율은 약 1.1 정도가 된다.

이온 변환 비율이 1이라면, 앞서 도 3을 참고로 살펴본 바와 같이, 폴리아크릴 아미드의 비율은 0.35 내지 0.56 사이의 값을 가지는 것이 바람직하다.

도 5를 참조하면, 씨엠씨(CMC)는 그 자체 내에 정전기적 반발력을 가지는 -COONa와 친수성을 가지는 -OH를 가지고 있다.

그 결과로, 씨엠씨를 초흡수성폴리머로서 채용하는 경우에는 그를 흡습성 염 용액과의 접촉을 통해 이온변환시켜 제습제로 사용할 수 있게 된다.

상기 이온 변환된 초흡수성폴리머 제습제는 그 자체로 일정한 형상을 가지도록 제작되어 사용될 수 있으며, 기체가 통과할 수 있는 재질로 제작된 용기 내에 수용되어 사용될 수 있으며, 다공성 운반체(carrier)의 내부에 함유 및/또는 외면에 부착되어 사용되어 그 사용처에 알맞게 변형되어 다양한 제습 엘리먼트를 구성할 수 있다.

상기 이온 변환된 초흡수성폴리머 제습제는 과립(granules)으로 형성될 수 있으며, 상기 과립으로 형성된 제습제는 공기가 통과하는 용기 내에 담기거나, 혹은 일정한 형상을 가지는 운반체 상에 고정된다.

상기 제습제가 과립으로 형성되는 경우, 입자지름은 바람직하게는 0 ㎛와 10,000 ㎛ 사이의 영역에서 선택하며, 그 중에 1 ㎛에서 5,000 ㎛까지 영역의 결정부분(grain fraction)이 보다 바람직하며, 20 ㎛에서 1,000 ㎛까지 영역의 결정 부분이 더욱 바람직하다.

상기 이온 변환된 초흡수성폴리머 제습제가 섬유로서 구현되는 경우에는 이를 이용하여 제습 엘리먼트를 직물(textile), 망상직물(mesh), 편물포, 편성포(knitted fabric), 편물(knit)로서 및/또는 접착포(bonded fabric)로서 구현할 수 있다. 다공성 운반체의 전술한 실시예들을 조합하는 것 또한 가능하다.

상기 초흡수성폴리머 제습제를 운반체 내에 혹은 운반체 표면에 제공하는 바람직한 방법으로는 다공성 운반체에 상기 제습 엘리먼트를 코팅하는 방법 및/또는 다공성 운반체 내에 상기 제습 엘리먼트를 삽입하는 방법이 있다.

바람직하게는, 상기 다공성 운반체를 천연섬유 및 인조섬유로 이루어진 섬유 복합물(fiber composite)로서 구현함으로써, 천연섬유에 의한 습기 운반성 및 인조섬유에 의한 다공성 운반체의 기계적 특성이 개선될 수 있다.

만약, 상기 다공성 운반체는 각각 단층 또는 다층으로 형성할 수 있으며, 각각 편평하거나 구조화될 수 있는 하나 혹은 다수개의 시트(Sheet)로 형성하는 경우에는, 기술적으로 간단하게 공기가 주변을 흐르고/흐르거나 관류하는 제습체(dehumidifying body)로 형성할 수 있다. 이때 특히 바람직하게는, 상기 시트의 파형이 횡단면에 있어서 사다리꼴이거나 삼각형이 되는 방식으로 상기 시트를 구조화한다. 그런 다음 공간상 3 차원의 채널들이 생성되는 방식으로 다수 개의 구조화되고/되거나 매끄러운 시트가 배치될 수 있다. 상기 채널들을 통해서 습기 제거될 공기가 안내될 수 있다.

제습 엘리먼트의 흡습특성은 우선적으로 염 용액(salt solution)을 선택함으로써, 의도하는 흡습특성을 가지도록 할 수 있다. 초흡수성폴리머를 먼저 건조함으 로써, 상기 초흡수성폴리머는 보다 많이 염 용액을 흡수할 수 있으며, 그로 인해 보다 많은 흡습성 염을 초흡수성폴리머에 접촉시킬 수 있게 된다. 염 용액을 초흡수성폴리머에 접촉시킴으로써 생성된 히드로겔(hydrogel)은 건조 과정을 거쳐 습기를 흡수할 수 있는 상태로 변화된다.

만약 초흡수성폴리머의 과립들이 서로 결합되어 덩어리 형태를 이루는 경우에는, 바람직하게는 염 용액과 접촉시키기 전에 덩어리를 분쇄하여 과립 알갱이로 분리한다. 그로 인해 가능한 한 균일한 흡습 특성을 가진 엘리먼트를 얻을 수 있다. 이와 관련하여 마찬가지로, 최종 건조 후에 과립들이 결합된 덩어리 상태가 되면, 바람직하게는 덩어리를 분쇄하여 과립 알갱이로 분리한다.

이온 변환된 초흡수성폴리머 제습제를 포함하는 제습 엘리먼트를 얻는 또 다른 방법은 초흡수성폴리머를 포함하는 운반체를 염용액과 접촉시키는 것이다. 만약 초흡수성폴리머를 포함하는 운반체를 염 용액과 접촉시킨 후에 느린 속도로 건조 시키고, 이때 건조 온도를 더디게 증가시킨다면, 완만한 재생이 가능함으로써 초흡수성폴리머에 의한 염 용액의 양호한 흡수가 보장될 수 있다. 상기 운반체를 곧바로 최대의 재생온도에서 건조하고자 했을 때, 염 용액이 초흡수성폴리머에 완벽하게 흡수되지 않고 운반체 표면에서 석출됨을 관찰할 수 있었다.

제습 엘리먼트의 제조에 있어서 중요한 하나는 이온변환에 사용되는 염 용액이 5~30 wt%의 흡습성 염을 포함하여야 한다는 것이다.　 상기한 농도의 염 용액을 사용하는 경우에, 너무 높은 이온 농도에 대한 제한과 초흡수성폴리머 흡수용량에 의한 제한 사이에서 흡습성 염에 의하여 이온변환된 초흡수성폴리머의 흡습특성이 최적으로 달성될 수 있다.

과립형태의 초흡수성폴리머를 포함하는 운반체를 염 용액과 접촉시키는 경우, 염 용액에 대한 흡수력이 매우 강하면, 과립입자가 서로 엉겨붙어 건조 후에 큰 덩어리를 이루게 되는 문제가 있기 때문에 바람직하게는 운반체를 염 용액과 여러 단계로 하여 접촉시키면서, 각각의 단계에서는 단지 일 부분의 염 용액과 접촉시키고, 동시에 상기 접촉은 바람직하게는 드리질링(drizzling), 살수법(besprinkling), 또는 흩뿌리기 등에 의하여 수행할 수 있다.

도 6 은 본 발명에 따른 제습 엘리먼트의 종단면도이다.

본 발명에 따른 제습엘리먼트는 도 6 에 도시된 바와 같이, 초흡수성폴리머가 그 내부, 그리고 그 표면상에 과립입자(1)의 형태를 이루고 있는 초흡수성폴리머가 부착된 다공성 운반체(2)로 구성된다.

상기 과립입자(1)는 초흡수성폴리머를 포함하고 있으며, 상기 초흡수성폴리머는 흡습성 염(미도시)과 접촉되어 있다.　 이때, 상기 운반체(2)는 천연 및/또는 합성 폴리머로 이루어진 섬유와 필라멘트로 구성된다.　 그 외에도 본 실시예에서 상기 운반체(2)는 초흡수성폴리머를 함유한 섬유(3)를 그 내부에 포함하고 있는 데, 상기 섬유(3)는 다공성 운반체(2) 내에 삽입되어 있다.　 상기 섬유(3)는 상기 과립(1)과 마찬가지로 미세하게 분포된 형태로 흡습성 염과 접촉하고 있으면서 마찬가지로 상기 다공성 운반체(2)의 표면상에도 도포될 수도 있다.

상기 과립(1)의 입자지름은 모든 과립입자에 대해 거의 동일하며, 20~1,000 ㎛이다.　 약간 덜 바람직하지만, 그래도 항상 적합한 경우는 결정 부분의 지름이 1㎛~5,000㎛일 때이며, 기본적으로는 0.1㎛m~20㎛의 입자들이 고려된다.　 과립을 형성하는 초흡수성폴리머는 아크릴산의 약하게 교차 결합된 폴리머 및 공중합체, 또는 교차 결합된 녹말 유도체 및 셀룰로오스 유도체 등이 사용된다.

또한 흡습성 염이 미세하게 분포된 형태로 제공되어 있는 과립(1)은 그 자체로, 즉, 별도의 운반체 없이 운반체 그 자체를 형성하면서 제습기능을 실현할 수 있다.　 또한 상기 과립(1)은 다공성 운반체(2)의 표면 상에 코팅을 통해 도포되며, 상기 다공성 운반체(2) 내에 포함되거나, 혹은 특히 상기 다공성 운반체(2)가 섬유 복합물인 경우에는, 초흡수성폴리머는 상기 운반체(2) 내부에 섬유의 일부로서 통합될 수 있다.

이러한 섬유 복합물은 매트릭스(matrix)로서 천연섬유와 강화섬유로서의 하나 혹은 다수개의 인조섬유재료를 포함하며, 동시에 상기 인조섬유재료는 다공성 운반체(2) 또는 섬유 복합물의 기계적 특성을 개선하는 역할을 하는 반면, 천연섬유는 습기를 보다 잘 운반하는 역할을 수행하게 된다.

또한 천연섬유는 추가적으로 자신의 습기, 즉 수증기, 물 또는 수용액을 저장한다.　 상기 다공성 운반체는 섬유 및/또는 필라멘트로 이루어진 섬유 복합물로서, 자신의 구조에 있어서, 직물, 망상직물, 편물포, 편성포, 편물 등의 구조 또는 상기 구조들의 조합, 접착포 등으로서 구성된다.

초흡수성폴리머와 흡습성 염을 접촉시키는 것은, 초흡수성폴리머 과립 또는 초흡수성폴리머 섬유에 흡습성 염의 수용액(water-based solution)을 스며들게 하거나, 드리질링(drizzling) 하거나, 살수하며, 혹은 또 다른 방식으로 상기 과립 또는 섬유를 접촉시키면서, 초흡수성폴리머는 자신의 자체 흡수특성에 근거하여 염 용액을 흡수하는 방식으로 이루어진다.

초흡수성폴리머와 염 용액을 접촉시키는 또 다른 방법은, 초흡수성폴리머 과립 또는 초흡수성폴리머 섬유가 이온변환 이전에 이미 다공성 운반체 내에 혹은 표면에 포함되어 있는 상태에서 염 용액을 접촉시키는 방법이다.

만약, 상기 다공성 운반체가 여러 제조단계에서 변형, 구조화 또는 배열된다면, 초흡수성폴리머와 염 용액을 접촉시키는 변환단계는, 공정 기술상 초흡수성폴리머와 염 용액을 접촉시키는 변환단계가 가장 바람직하게 나타나는 시점을 고려하여 상기 다공성 운반체의 어느 제조 단계에서도 실행될 수 있다.

초흡수성폴리머 과립 또는 초흡수성폴리머 섬유의 이온변환을 위해 우선적으로 염 용액을 선택해야 한다.　 상기 염 용액은 예컨대 염화리튬, 염화마그네슘, 염화칼슘 혹은 리튬브로마이드와 같은 강한 흡습성 염을 포함하며, 그리고 용매로서 물을 포함하고 있다.

초흡수성폴리머의 잔여습기를 가능한 한 극미하게 유지하여, 차후 염 용액과 접촉시켰을 때 가능한 한 많은 양의 염 용액 흡수가 가능하도록, 상기 과립 또는 섬유를 염 용액과의 접촉 전에 건조시킨다.　 이와 관련하여 이상적인 것은 진공 건조기이다.　 상기 진공 건조기는 건조 시에 상기 과립에 열적으로 매우 극미하게 하중을 가하며, 초흡수성폴리머의 장기적인 관점에서의 온도안전성의 저하를 방지한다.

다음으로, 건조된 초흡수성폴리머 과립은 염 용액에 의하여 이온변환되는데, 여기에는 여러 가지 처리 가능성이 존재한다.　 예를 들어, 초흡수성폴리머 과립을 염 용액 내에 투입하거나 혹은 용액을 초흡수성폴리머 과립에 첨가할 수 있다.

이온 이온변환 후에는 초흡수성폴리머 과립으로부터 생성되는 히드로겔을 건조하여 과립을 재형성한다.　 상기 히드로겔(hydrogel)의 건조는 예컨대, 히드로겔을 가능한 얇은 두께로 플레이트 상에 도포 함으로써 건조과정시의 덩어리 형성(lump formation)을 최대한 억제할 수 있다.　 그럼에도 불구하고, 덩어리가 형성되는 경우에는 분쇄가 필요하며, 이를 위해서는, 충격 조쇄기(impact crusher) 또는 파쇄기(breaker)가 적합하다.

초흡수성폴리머 과립 또는 초흡수성폴리머 섬유가 운반체와 이미 결합되어 있는 상태에서 초흡수성폴리머를 이온변환하고자 하는 경우에는, 우선적으로 초흡수성폴리머를 포함한 운반체를 건조시켜, 물 함유량을 최소값으로 감소시킨다.　 염 용액의 선택은 앞서 기술한 방법과 유사하게 진행된다.

초흡수성폴리머(1, 3)를 포함하는 다공성 운반체(2)를 염 용액에 접촉시킬 때에, 접촉과정을 다수의 단계로 나누어 실행하는 것을 고려해야 한다.　 왜냐하면 염 용액을 너무 강하게 흡수할 시에, 과립의 변환에서와 마찬가지로, 상기 다공성 운반체(2) 내에 혹은 상부에서 과립입자(1)의 결합에 의한 덩어리 형성이 야기될 수 있기 때문이다.　 초흡수성폴리머 자체의 이온변환과는 달리, 초흡수성폴리머가 운반체에 포함된 경우에는 형성된 덩어리를 분쇄하여 알갱이로 분리할 수 없기 때문에, 염 용액과의 접촉과정에서 덩어리의 형성을 억제하는 것이 매우 중요하다. 염 용액과 초흡수성폴리머 함유 운반체 재료를 다단계 방식으로 접촉시킬 시 특히 신중한 절차는 드리질링, 살수법 또는 흩뿌리기 등을 통해 실현될 수 있다.

최종적으로 초흡수성폴리머를 포함하는 상기 운반체(2)는 느린 속도로 건조되며, 동시에 건조온도는 건조기간에 걸쳐 거의 최대 재생온도에 이를 때까지 천천히 상승한다.

상기와 같이 온도를 일정하게 느린 속도로 증가시킴으로써 이루어지는 초흡수성폴리머를 포함하는 운반체(2)의 느린 건조는 변환된 초흡수성폴리머 구조를 유지하면서 건조를 실행하는 역할을 한다.　 다시 말해 초흡수성폴리머의 분해가 없다.　 여러 가능한 유형의 건조로서는, 동결건조, 마이크로파 건조 혹은 통상적인 건조 혹은 상기 건조 방법들의 조합이 있을 수 있다.

이온변환된 초흡수성폴리머 과립 또는 초흡수성폴리머 섬유들을 포함하는 제습 엘리먼트와 제습 공기와의 접촉면적을 증가시키도록 제습 엘리먼트를 성형하기 위한 방법은 적절하게 실행될 수 있다.　 구조화된 제습 엘리먼트의 예는 도 7와 8에 도시된 바와 같이, 구조화된 시트로서 사다리꼴 파형을 포함하며, 동시에 파형 시트 (corrugated reed)는 2.5~7mm의 리플(ripple), 간격 길이(a)와 1~5mm의 리플, 파형 높이(b)를 가진다.　

이때, 성형과정은 180℃ 의 열 작용 하에서 리플링(rippling) 혹은 스탬프를 이용한 엠보싱 가공을 통해 달성된다.

도 9 는 3 차원 채널들이 생성되는 방식으로 도 6 내지 도 7 에 따르는 상기 시트들이 다수 개가 배치될 수 있는 방법에 대한 3 가지 예를 도시하고 있다.

이때 상기 채널들은 습기 제거될 기체, 예컨대 공기가 관류하거나 그 주변으 로 흐를 수 있다.

도 9(a)의 구조화된 시트와 편평한 시트의 층을 이루는 조합을 통해 하나의 구조가 생성된다. 이러한 구조는 비교적 간단하게 제습체에 감기거나 혹은 겹쳐 쌓여짐으로써 혹은 일반적인 습기 교환체(humidity exchanging body)와 마찬가지로 적절하게 배치된다.

도 9(b)는 사다리꼴로 구조화된 2 개의 시트들을 도시하고 있다. 상기 시트들은 벌집모양의 구조를 형성하면서 도 9(a)에서와 마찬가지로 3 차원 채널들을 형성한다. 상기 채널들을 통해서 습기 제거될 기체가 흐를 수 있다.

도 9(c)에서는 도 9(b)에 따르는 배열의 다수개의 층들이 도시 되어 있으며, 이러한 방식으로 3 차원 채널들을 가지는 제습체가 형성될 수 있는 방법을 보여주고 있다.

이온변환이 실행되는 시점과 무관하게, 다시 말해 초흡수성폴리머 과립 또는 초흡수성폴리머 섬유가 흡습성 염과 접촉되는지의 여부, 혹은 초흡수성폴리머 과립 또는 섬유가 다공성 운반체 재료 내에 혹은 상부에 위치하면서 흡습성 염과 접촉되는지의 여부(도 6) 혹은 변환이 다공성 운반체의 여러 성형단계(transformation steps) 후에 개시되는지의 여부(도 8, 도 9 (b), 도 9(c))와는 무관하게, 초흡수성폴리머의 표면상에 인접한 염화리튬은 물의 추가의 결합 뿐 아니라 초흡수체(superabsorber) 내부로의 물의 개선된 안내를 허용한다.

이때 또한 바람직하게는 한편으로는 염이 상기 내부로의 물의 개선된 안내를 통해 자체적으로 재생되며, 다른 한편으로는 습기가 초흡수체의 내부로 제거되어 표면에는 더 이상 남지 않게 된다.

상기와 같은 제습제 및 제습 엘리먼트와 그들의 제조 방법은 위에서 설명된 실시예들의 구성에 한정되는 것이 아니다. 상기 실시예들은 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 구성될 수도 있다.

도 1은 폴리아크릴산과 폴리아크릴아미드의 염 농도에 따른 염 용액 흡수 특성을 보인 그래프.

도 2는 폴리아크릴산과 폴리아크릴아미드 및 그들의 중공합체들의 염 농도에 따른 염 용액 흡수 특성을 보인 그래프.

도 3은 상대 습도가 40% 또는 95%인 경우의 폴리아크릴아미드의 비율에 따른 흡수 특성을 보인 그래프.

도 4는 도 3에서 흡수 특성이 2 이하인 부분에 대하여 40% 상대습도와 95% 상대습도의 흡수 특성 곡선을 피팅(fitting)하여 얻어지는 최대 이온 변환 비율 곡선을 보인 그래프.

도 5는 씨엠씨(CMC)의 화학 구조식.

도 6 은 초흡수성폴리머를 포함하는 섬유 및 과립을 포함하며, 상부에는 상기 과립이 도포되어 있는 다공성 운반체의 종단면도.

도 7 는 파형이 사다리꼴인 다공성 운반체로서, 구조화된 시트로 형성된 다공성 운반체의 종단면도.

도 8 은 도 7 의 다공성 운반체의 사시도.

도 9(a), (b), 및 (C)는 각각 다공성 운반체가 공간상 3 차원 채널들이 생성되는 방식으로 다수개의 구조화되고/되거나 편평한 시트들이 배치되어 있는 방식의 실시예를 보여주는 개략도들.

Claims

초흡수성폴리머가 이온 변환되도록 상기 초흡수성폴리머와 흡습성염 용액을 접촉시키는 단계; 및

상기 초흡수성폴리머와 상기 흡습성 염용액의 접촉에 의하여 생성되는 히드로겔을 건조하는 단계를 포함하고,

상기 초흡수성폴리머는 정전기적 반발력을 가지는 제1 성분과 친수성을 가지는 제2 성분을 포함하고,

상기 제1 성분은 폴리아크릴산 또는 폴리메타크릴산을 포함하고,

상기 제2 성분은 폴리아크릴 아미드, 폴리비닐알콜, 폴리비닐아민, 에틸렌옥사이드, 전분 및 셀룰로오스 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 제습제의 제조방법.
삭제
제 1항에 있어서,

상기 초흡수성폴리머는 씨엠씨(CMC, Carboxy Methyl Cellulose)를 포함하는 것을 특징으로 하는 제습제의 제조방법.
제 1항에 있어서,

상기 흡습성 염은 염화리튬, 염화마그네슘, 염화칼슘, 리튬브로마이드 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 제습제의 제조 방법.
제 1항에 있어서,

상기 흡습성염 용액은 5~30wt%의 농도로 상기 흡습성 염을 포함하는 것을 특징으로 하는 제습제의 제조방법.
제 1항에 있어서,

상기 초흡수성폴리머와 상기 흡습성염 용액의 접촉 전에 상기 초흡수성폴리머를 건조시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제습제의 제조방법.
초흡수성폴리머를 운반체에 결합시키는 단계;

상기 초흡수성폴리머가 이온 변환되도록 상기 초흡수성폴리머가 결합된 상기 운반체와 흡습성염 용액을 접촉시키는 단계; 및

상기 초흡수성폴리머가 결합된 상기 운반체를 건조하는 단계를 포함하고,

상기 초흡수성폴리머는 정전기적 반발력을 가지는 제1 성분과 친수성을 가지는 제2 성분을 포함하고,

상기 제1 성분은 폴리아크릴산 또는 폴리메타크릴산을 포함하고,

상기 제2 성분은 폴리아크릴 아미드, 폴리비닐알콜, 폴리비닐아민, 에틸렌 옥사이드, 전분 및 셀룰로오스 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 제습 엘리먼트의 제조방법.
제 7항에 있어서,

상기 초흡수성폴리머가 결합된 상기 운반체와 상기 흡습성염 용액의 접촉 전 에 상기 운반체에 결합된 상기 초흡수성폴리머를 건조하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제습 엘리먼트의 제조방법.
삭제
제 7항에 있어서,

상기 초흡수성폴리머는 씨엠씨(CMC, Carboxy Methyl Cellulose)를 포함하는 것을 특징으로 하는 제습 엘리먼트의 제조방법.
제 7항에 있어서,

상기 흡습성 염은 염화리튬, 염화마그네슘, 염화칼슘, 리튬브로마이드 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 제습 엘리먼트의 제조 방법.
제 7항에 있어서,

상기 흡습성염 용액은 5~30wt%의 농도로 흡습성 염을 포함하는 것을 특징으로 하는 제습 엘리먼트의 제조방법.
제 7항에 있어서,

상기 흡습성염 용액의 용매는 물인 것을 특징으로 하는 제습 엘리먼트의 제조방법.
제 7항에 있어서,

상기 운반체와 상기 흡습성염 용액 사이의 접촉은, 상기 운반체에 상기 흡습성염용액을 스며들게 하거나, 상기 흡습성염용액을 흩뿌림에 의하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 제습 엘리먼트의 제조방법.
제 7항에 있어서,

상기 운반체와 상기 흡습성염 용액과의 접촉은 2회 이상인 것을 특징으로 하는 제습 엘리먼트의 제조방법.
정전기적 반발력을 가지는 제1 성분과 친수성을 가지는 제2 성분을 포함하는 초흡수성폴리머(SAP); 및

흡습성염을 포함하고,

상기 제1 성분은 폴리아크릴산 또는 폴리메타크릴산을 포함하고,

상기 제2 성분은 폴리아크릴 아미드, 폴리비닐알콜, 폴리비닐아민, 에틸렌옥사이드, 전분 및 셀룰로오스 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 제습제.
삭제
제 16항에 있어서,

상기 초흡수성폴리머는 씨엠씨(CMC, Carboxy Methyl Cellulose)를 포함하는 것을 특징으로 하는 제습제.
제 16항에 있어서,

상기 초흡수성폴리머는 과립 형태를 이루는 것을 특징으로 하는 제습제.
제 19항에 있어서,

상기 과립의 입자지름은 최대 1,000㎛에 이르는 것을 특징으로 하는 제습제.
제 16항에 있어서,

상기 초흡수성폴리머는 섬유 또는 필라멘트로 형성된 것을 특징으로 하는 제습제.
제 16항에 있어서,

상기 흡습성 염은 염화리튬, 염화마그네슘, 염화칼슘, 리튬브로마이드 중 적 어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 제습제.
제 16항에 따른 상기 제습제 자체로만 구성된 것을 특징으로 하는 제습 엘리먼트.
제 16항에 따른 상기 제습제를 운반체의 표면에 코팅하여 구성된 것을 특징으로 하는 제습 엘리먼트.
제 24항에 있어서,

상기 운반체는 기체가 통과할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 제습 엘리먼트.
제 24항에 있어서,

상기 운반체의 내부에도 상기 제습제가 함유된 것을 특징으로 하는 제습 엘리먼트.
제 24항에 있어서,

상기 제습제는 과립 또는 섬유 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 제습 엘리먼트.
제 24항에 있어서,

상기 운반체는 직물, 망상직물, 편물포, 편성포, 편물 또는 접착포 중 어느 하나 이상의 조합으로 형성된 것을 특징으로 제습 엘리먼트.
제 24항에 있어서,

상기 운반체는 섬유 및 필라멘트 중 어느 하나 이상의 조합으로 형성된 것을 특징으로 하는 제습 엘리먼트.
제 29항에 있어서,

상기 섬유 및 필라멘트는 천연 및 합성폴리머 중 어느 하나 이상의 조합으로 형성된 것을 특징으로 하는 제습 엘리먼트.
제 24항에 있어서,

상기 운반체는 단층 또는 다층으로 형성된 시트인 것을 특징으로 하는 제습 엘리먼트 .