KR101371932B1 - 흡수성 수지의 흡수 속도를 조절하는 방법 및 그에 의해 흡수 속도가 조절된 흡수성 수지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 흡수성 수지의 흡수 속도를 조절하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 흡수성 수지의 제조 공정 중 일부 단계에서 추가적으로 투여되는 염기성 물질에 의해 흡수성 수지 내·외의 금속염의 종류와 농도를 변화시킴으로써, 간단한 방법으로 흡수성 수지의 흡수 속도를 조절할 수 있다.

흡수성 수지, 흡수 속도, 염기성 물질, 알칼리 금속

Description

흡수성 수지의 흡수 속도를 조절하는 방법 및 그에 의해 흡수 속도가 조절된 흡수성 수지{Method of controlling absorbing rate of an absorbent and the absorbent having absorbing rate controlled by the same}

본 발명은 흡수성 수지의 흡수 속도를 조절하는 방법 및 그에 의해 흡수 속도가 조절된 흡수성 수지에 관한 것이다.

흡수성 수지의 흡수속도를 향상시키기 위한 종래의 기술은 주로 흡수성 수지의 표면적을 크게 하기 위하여 입자크기를 작게하거나, 과립상으로 제조하거나, 발포제를 사용하여 수지 내외부에 미세기공을 형성시키는 방법들이 사용되었다.

즉, 미세기공을 형성시키기 위한 방법으로 액체탄산을 사용하여 발포수지를 제조하거나(특 1993-0003797), 탄산염 존재하에 자외선 중합으로 다공성을 부여하거나(특 0545673), 점성이 있는 단량체 혼합물에 불활성가스를 분산시키고 이를 중합하거나(일본 특개평 10-251309), 또는 비점이 낮은 유기용매를 단량체와 혼합하여 중합하는 방법 등이 사용되었다.

그러나, 발포제를 사용하는 방법은 발포제의 첨가와 균일 분산을 위한 별도의 장치를 필요로 하고, 일정한 크기의 기공을 갖는 발포제로 발포시키기 어려운 단점이 있다. 또한, 발포되고 건조된 수지는 그 물리적 강도가 약하여 분쇄공정에서 미분이 다량 발생되어 제품에서 미분의 비율이 높아지기 때문에 이를 추가로 제거해야하는 불편이 있다. 만일 미분이 제거되지 않으면 위생재나 다른 완제품에 적용될 때 미분의 날림 현상으로 작업 환경이 나빠지며, 작은 입자들이 완제품 밖으로 빠져 나오는 문제가 발생한다.

한편, 흡수속도를 느리게 하는 방법으로 다가금속염 용액과 흡수성 수지를 접촉시키는 방법(공개 2002-062654), 흡수성 수지 입자를 셀룰로오스와 같은 다당류로 피복시키는 방법(GB 2,280,115), 또는 수불용성 소수성 물질을 흡수성 수지 입자에 건식 또는 습식으로 혼합하는 방법이 사용될 수 있다. 그러나 이 방법은 물질 혼합을 위한 별도의 공정 또는 추가적인 건조 공정을 필요로 하며, 흡수속도 조절이 쉽지 않은 단점이 있다.

본 발명은 흡수성 수지의 제조시 금속염의 종류와 농도를 변화시킴으로써 용이하게 흡수성 수지의 흡수 속도를 조절하는 방법을 제공하고자 한다.

또한, 본 발명은 상기 방법으로 흡수 속도가 조절된 흡수성 수지를 제공하고자 한다.

본 발명은 상기한 과제 해결을 위해,

흡수성 수지 입자에 포함된 알칼리 금속의 종류와 농도를 변화시킴으로써 흡수성 수지의 흡수 속도를 조절하는 방법을 제공한다.

또한, 본 발명에 있어서, 산성 불포화 단량체와 염기성 물질의 중화반응에 의해 생성된 모노머 용액을 중합하여 흡수성 수지를 제조하는 단계; 및 상기 흡수성 수지에 상기 염기성 물질과 다른 종류의 염기성 물질을 첨가함으로써 흡수성 수지에 포함된 알칼리 금속의 종류 및 농도를 변화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 흡수성 수지의 흡수 속도를 조절하는 방법을 제공한다.

또한, 본 발명에 있어서, 흡수성 수지와 수산화리튬, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 탄산암모늄, 탄산나트륨, 탄산수소나트륨, 탄산칼륨, 탄산수소칼륨, 인산암모늄, 및 인산나트륨으로 이루어진 그룹에서 선택되는 1종 이상의 화합물의 분말 또는 그 수용액을 균일하게 혼합함으로써 흡수성 수지에 포함된 알칼리 금속의 종류 및 농도를 변화시키는 것을 특징으로 하는 흡수성 수지의 흡수 속도를 조절하는 방법을 제공한다.

또한, 본 발명에 있어서, 상기 흡수성 수지의 제조 단계에서 모노머 용액의 중합에 의해 생성된 겔의 건조, 분쇄 및 분급 공정 및 각 공정 전·후 중 1 단계 이상에 수산화리튬, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 탄산암모늄, 탄산나트륨, 탄산수소나트륨, 탄산칼륨, 탄산수소칼륨, 인산암모늄, 및 인산나트륨으로 이루어진 그룹에서 선택되는 1종 이상의 화합물을 첨가하는 것을 특징으로 하는 흡수성 수지의 흡수 속도를 조절하는 방법을 제공한다.

또한, 본 발명에 있어서, 수산화리튬, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 탄산암모늄, 탄산나트륨, 탄산수소나트륨, 탄산칼륨, 탄산수소칼륨, 인산암모늄 및 인산나트륨으로 이루어진 그룹에서 선택되는 1종 이상의 화합물의 수용액을 흡수성 수지의 표면가교 이전, 표면가교 이후 또는 표면가교 용액과 혼합하는 것을 특징으로 하는 흡수성 수지의 흡수 속도를 조절하는 방법을 제공한다.

또한, 본 발명에 있어서, 첨가되는 염기성 물질의 비율은 흡수성 수지 내부에 존재하는 카르복실산기의 1 내지 200몰%의 양으로 첨가되는 것을 특징으로 하는 흡수성 수지의 흡수 속도를 조절하는 방법을 제공한다.

본 발명에 의하면, 흡수성 수지의 제조공정 중 염기성 물질의 추가라는 단순한 공정으로 흡수성 수지에서의 금속염의 종류와 농도를 변화시킴으로써 용이하게 그 흡수 속도를 조절할 수 있다.

또한, 다양하게 조절된 흡수 속도를 가지는 흡수성 수지를 제공할 수 있다.

본 출원은 2008년 10월 9일에 한국특허청에 제출된 한국특허출원 제 10-2008-0099205호의 출원일의 이익을 주장한다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명은 흡수성 수지 입자에 포함된 알칼리 금속의 종류와 농도를 변화시킴으로써 흡수성 수지의 흡수 속도를 조절하는 방법에 대한 것이다.

상기 흡수성 수지 입자에 포함된 알칼리 금속의 종류와 농도를 변화시키는 방법은, 산성 불포화 단량체와 염기성 물질의 중화반응에 의해 생성된 모노머 용액을 중합하여 흡수성 수지를 제조하는 단계; 및 상기 흡수성 수지에 상기 염기성 물질과 다른 종류의 염기성 물질을 첨가함으로써 흡수성 수지에 포함된 금속의 종류 및 농도를 변화시키는 단계를 포함할 수 있다.

흡수성 수지는 산성 불포화 단량체와 염기성 물질의 중화반응에 의해 생성된 모노머 용액을 중합하는 것으로 제조될 수 있다.

상기 산성불포화 단량체로는 다양한 것을 제한없이 사용할 수 있지만, 대표 적으로 아크릴산을 사용할 수 있다.

또한, 상기 염기성 물질은 알칼리 금속염으로, 구체적으로 수산화리튬, 수산화나트륨, 수산화칼륨 또는 무기약염기인 탄산암모늄, 탄산나트륨, 탄산칼륨, 인산암모늄, 인산나트륨 등이다. 그러나 성능과 제조단가를 고려할 때, 일반적으로 수산화나트륨 또는 탄산나트륨을 사용한다.

산성 불포화 단량체에 대한 염기성 물질의 사용 비율은 60~80몰% 정도를 통상적으로 사용한다.

반드시 이에 제한되는 것은 아니지만, 상기 혼합 및 중화된 모노머 용액은 중합공정, 건조공정, 분쇄공정, 그리고 분급공정을 거치면서 그 목적하는 용도에 따라 일정한 범위의 입자 크기를 갖는 흡수성 수지로 제조될 수 있다. 이렇게 흡수성 수지 입자는 입자의 내부와 외부가 균일 또는 거의 균일한 중화도를 갖고, 단일 형태의 금속염이 균일하게 분포된 특성을 보이게 된다.

본 발명은 흡수성 수지 입자의 내부와 외부에 사용된 알칼리 금속의 종류와 농도를 변화시킴으로써 흡수 속도를 조절하는 방법에 대한 것이다. 즉, 균일하게 중화되고 제조된 흡수성 수지 표면 또는 표면 부근에 이온화도가 상이한 알칼리 금속의 염을 추가적으로 적용함으로써 간편하게 흡수 속도를 조절하는 것이다.

추가 적용된 염기성 물질은 흡수성 수지 분말 내로 침투되거나, 표면에 코팅됨으로써, 흡수성 분말 전체적으로 볼 때 단일 형태의 금속염이 흡수성 수지 분말 내·외로 균일하게 분포되었던 것이 추가 적용된 염기성 물질에 의해 그 종류, 농도 및 분포에 변화가 생기게 된다. 이로써 흡수성 수지의 흡수 속도를 조절하는 것이 가능하다.

본 발명은 흡수 속도를 조절하는 일예로, 흡수 속도를 느리게 하는 방법을 제공한다.

구체적으로, 리튬이 함유된 염기성 물질을 나트륨 염 형태로 제조된 종래의 흡수성 수지의 표면 부근에 추가적으로 적용하면 흡수 속도가 느린 제품을 간편하게 얻을 수 있다.

또한, 본 발명은 흡수 속도를 조절하는 다른 예로, 본 발명은 흡수성 수지의 흡수 속도를 빠르게 하는 방법을 제공한다.

구체적으로, 칼륨이 함유된 염기성 물질을 종래의 나트륨 염 형태의 흡수성 수지 표면 부근에 추가적으로 적용하면 흡수 속도가 현저히 향상된 제품을 간편하게 얻을 수 있다.

또한, 목적에 따라서 두 가지 이상의 염기성 물질을 혼합하여 적용하거나, 각각 별도로 적용하는 것도 가능하다.

본 발명의 염기성 물질로는 지금까지 일반적으로 흡수성 수지의 제조에 사용되었던 염기성 물질이 모두 가능하며, 특히 알칼리 금속의 수산화물로서 수산화리튬과 그 수화물, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 또는 무기약염기인 탄산암모늄, 탄산 (수소)나트륨, 탄산(수소)칼륨, 인산암모늄, 인산나트륨 등이 가능하다.

상기 염기성 물질은 수용액 또는 분말 형태로 적용이 가능하며, 중합된 겔의 세분화 공정 및 전후, 건조된 겔의 분쇄공정 및 전후, 또는 표면처리공정 및 그 공정 전후에 첨가되어 효과를 발현한다. 예를 들면, 수용액 형태로 적용할 때에는 흡수성 수지 분말에 염기성 물질 수용액을 균일하게 분사하여 혼합하는 것으로 할 수 있는데, 이는 표면가교반응 이전 또는 표면가교반응 이후, 또는 표면가교를 위한 가교제용액과 혼합하여 첨가할 수도 있다.

또한, 분말 형태로 적용할 때에는 건조된 겔의 세분화 공정 전 후에 분말상태의 염기성물질을 첨가하여 균일하게 혼합하는 방법이 적용 가능하며, 흡수성수지 분말과 혼합한 경우에는 분말을 용해시킬 수 있는 물과 같은 용매의 추가적인 첨가를 필요로 한다.

두 가지 이상의 염기성 물질을 추가 적용할 경우, 서로 다른 공정 상에 분리하여 투입하는 것도 가능하다.

추가로 적용되는 염기성 물질의 비율은 흡수성 수지 내부에 존재하는 카르복실산기의 1 내지 200몰%, 바람직하기로는 10내지 150몰%, 더욱 바람직하기로는 30내지 100몰%이다. 1몰% 미만의 적용량으로는 충분한 효과를 발현하기가 어렵고, 200몰% 이상에서는 흡수성수지의 pH가 높아져서 흡수성능이나 타 물성의 저하를 초래할 가능성이 높다.

이하, 실시예를 들어 본 발명에 대하여 더 상세히 설명한다. 본 명세서 상의 실시예는 발명의 상세한 설명을 위한 것일뿐 이에 의해 발명의 권리범위를 제한하기 위한 것이 아님을 분명히 한다.

실시예 1

아크릴산 500g에 내부 가교 결합제로 메틸렌비스아크릴아마이드 1.5g을 첨가하여 용해시킨 후, 20중량% 수산화나트륨 용액 971.4g을 첨가하여 수용성 불포화 단량체 수용액을 제조하였다. 상기 수용성 불포화 단량체 수용액을 시그마 형태의 축을 가진 5L 용량의 트윈 암 니더에 공급하고, 40℃에서 유지시키면서 30 분간 질소가스를 첨가하여 수용액 중에 녹아있는 산소를 제거하였다. 교반을 진행하면서 0.2 중량 %의 L-아스코르빈산 50.1g과 나트륨 퍼설페이트 수용액 50.5g과 2.0 중량% 과산화수소 수용액 51.0g을 첨가하였다. 중합은 20초 후에 개시되었고, 생성된 겔을 전단력을 사용하여 30분간 미세하게 분할하였다.

미세하게 분할된 겔을 600㎛의 구멍 크기를 갖는 스테인레스 와이어 거즈 위에 약 30mm 두께로 펼쳐놓고, 140℃ 열풍 오븐에서 5시간 동안 건조시켰다. 이렇게 얻어진 건조 중합체를 분쇄기를 사용하여 분쇄하고, ASTM 규격의 표준망체로 분급하여 150㎛~850㎛의 입자 크기를 갖는 흡수성 수지 분말(1)을 얻었다.

얻어진 흡수성 수지 분말(1) 100g에 에틸렌글리콜 디글리시딜에테르 0.3g, 메탄올 3.0g, 물 3.0g의 혼합액을 가하면서 고르게 혼합한 후, 140℃ 열풍 오븐에서 30분간 건조시켰다. 건조된 분말을 ASTM 규격의 표준망체로 분급하여 150㎛~850 ㎛의 입자 크기를 갖는 흡수성 수지 분말(2)을 얻었다.

흡수성 수지 분말(2) 50g에 25중량% 수산화칼륨 수용액 15.6g을 가하면서 고르게 혼합한 후, 120℃ 열풍오븐에서 1시간 동안 건조하고, 표준망체로 분급하여, 150㎛~850㎛의 입자크기를 갖는 흡수성 수지 분말(3)을 얻었다.

실시예 2

실시예 1의 흡수성 수지 분말(2) 50g에 25중량% 수산화칼륨 수용액 31.1g을 가하면서 고르게 혼합한 후, 120℃ 열풍오븐에서 1시간 동안 건조하고, 표준망체로 분급하여, 150㎛~850㎛의 입자크기를 갖는 흡수성 수지 분말을 얻었다.

실시예 3

실시예 1의 흡수성수지 분말(2) 50g에 30중량% 탄산칼륨 수용액 31.9g을 가하면서 고르게 혼합한 후, 120℃ 열풍오븐에서 1시간 동안 건조하고, 표준망체로 분급하여, 150㎛~850㎛의 입자크기를 갖는 흡수성 수지 분말을 얻었다.

실시예 4

실시예 1의 흡수성 수지 분말(2) 50g에 15중량% 수산화리튬 수용액 11.1g을 가하면서 고르게 혼합한 후, 120℃ 열풍오븐에서 1시간 동안 건조하고, 표준망체로 분급하여, 150㎛~850㎛의 입자크기를 갖는 흡수성 수지 분말을 얻었다.

실시예 5

실시예 1의 흡수성 수지 분말(2) 50g에 15중량% 수산화리튬 수용액 22.2g을 가하면서 고르게 혼합한 후, 120℃ 열풍오븐에서 1시간 동안 건조하고, 표준망체로 분급하여, 150㎛~850㎛의 입자크기를 갖는 흡수성 수지 분말을 얻었다.

실시예 6

(주)엘지화학에서 시판하는 K-SAM MG-2800 50g에 25중량% 수산화칼륨 수용액 15.6g을 가하면서 고르게 혼합한 후, 120℃ 열풍오븐에서 1시간 동안 건조하고, 표준망체로 분급하여, 150㎛~850㎛의 입자크기를 갖는 흡수성 수지 분말을 얻었다.

실시예 7

스톡하우젠에서 시판하는 SXM-7500 50g에 15중량% 수산화리튬 수용액 11.1g을 가하면서 고르게 혼합한 후, 120℃ 열풍오븐에서 1시간 동안 건조하고, 표준망체로 분급하여, 150㎛~850㎛의 입자크기를 갖는 흡수성 수지 분말을 얻었다.

비교예 1

실시예 1에서 얻어진 흡수성 수지 분말(2)를 비교예로 사용하였다.

비교예 2

(주)엘지화학에서 시판하는 K-SAM MG-2800을 비교예로 사용하였다.

비교예 3

스톡하우젠에서 시판하는 SXM-7500을 비교예로 사용하였다.

상기 실시예 및 비교예에서 제조된 흡수성 수지 분말에 대하여 하기와 같은 방법으로 흡수력, 보수력 및 흡수속도를 측정하였다.

[흡수력]

흡수성수지 1.0g을 250mL 비이커에 넣고 약 150g의 생리식염수를 첨가하여 30분 동안 흡수시켰다. 30분이 경과된 후 겔을 표준망체(#100mesh, 지름 90mm) 위에 붓고 30분간 방치하여 흡수되지 않은 식염수를 제거한 다음, 흡수된 식염수의 무게를 측정하고 이를 흡수력으로 정하였다.

[보수력]

유럽부직포 협회(EDANA)에서 추천하는 흡수성 수지 보수력(fluid retention capacity) 측정방법인 WSP 241.2(05)에 준하여 보수력을 측정하였다.

[흡수속도]

100 mL 유리 비이커에 50g의 생리식염수와 8mm*30mm의 테프론코팅 팔각 마그네틱바를 넣고 자석식교반기 위에서 600rpm 속도로 교반한다. 용액에 소용돌이가 안정적으로 발생한 것을 확인한 후, 흡수성 수지 2.0g을 한번에 투입하고, 소용돌이가 소멸하여 액의 표면이 평평해질 때까지의 시간을 측정하여 이를 흡수속도라 지칭하였다.

흡수력, 보수력 및 흡수속도에 대한 측정결과는 하기 표 1과 같았다.

상기 표로부터 본 발명에 의하면, 흡수성 수지 분말에 염기성 물질의 종류와 농도를 변화시켜 추가 적용함으로써, 그 흡수 속도를 간단하게 조절할 수 있음을 확인할 수 있다.

Claims (6)

1. 삭제
2. 산성 불포화 단량체와 염기성 물질의 중화반응에 의해 생성된 모노머 용액을 중합하여 흡수성 수지를 제조하는 단계; 및

   상기 흡수성 수지에 상기 염기성 물질과 다른 종류의 염기성 물질을 첨가함으로써 흡수성 수지에 포함된 알칼리 금속의 종류 및 농도를 변화시키는 단계를 포함하고,

   상기 다른 종류의 염기성 물질은 수산화리튬, 수산화나트륨, 및 수산화칼륨으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 화합물이고,

   상기 다른 종류의 염기성 물질의 첨가는 표면 가교 반응 이후, 또는 표면 가교 반응을 위한 가교제 용액과 혼합하여 첨가되는 것을 특징으로 하는 흡수성 수지의 흡수 속도를 조절하는 방법.
3. 제 2 항에 있어서,

   흡수성 수지와 수산화리튬, 수산화나트륨, 수산화칼륨으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 화합물의 분말 또는 그 수용액을 균일하게 혼합함으로써 흡수성 수지에 포함된 알칼리 금속의 종류 및 농도를 변화시키는 것을 특징으로 하는 흡수성 수지의 흡수 속도를 조절하는 방법.
4. 삭제
5. 삭제
6. 제 2 항에 있어서,

   첨가되는 염기성 물질의 비율은 흡수성 수지 내부에 존재하는 카르복실산기 의 1 내지 200몰%의 양으로 첨가되는 것을 특징으로 하는 흡수성 수지의 흡수 속도를 조절하는 방법.