KR101486224B1 - Water absorbent resin containing the biopolymer useful for components of disposable diapers and preparation method thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 천연고분자를 이용하여 빠른 흡수속도와 높은 흡수량을 가지는 다양한 저독성 하이드로젤을 제조하는 방법 및 제조된 하이드로젤을 제공한다. 신속팽윤성을 보이는 알긴산 하이드로젤과 카파-카라기난/카라야 검 하이드로젤은 기저귀 또는 위생용품에 적용할 수 있고, 팽윤속도는 더디나 높은 평형팽윤도를 보이는 CMC 하이드로젤과 아미드펙틴 하이드로젤은 식생매트로 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 본 발명에서 제조한 하이드로젤은 다양한 천연고분자를 이용하여 하이드로젤의 공극구조 형성 및 조성비의 조절을 통해 앞으로 다양한 분야에서의 응용이 기대된다.The present invention provides a method for producing various low toxic hydrogels having a high absorption rate and a high absorption rate using a natural polymer, and a hydrogel prepared therefrom. Alginic acid hydrogels and kappa-carrageenan / karaya gum hydrogels, which exhibit rapid swelling properties, can be applied to diapers or sanitary products. CMC hydrogels and amide pectin hydrogels, which exhibit a swelling rate higher than the swelling rate, It is expected to be utilized. The hydrogel prepared in the present invention is expected to be applied in various fields in the future through controlling the formation of pore structure and composition ratio of hydrogel using various natural polymers.

Description

일회용 기저귀에 활용 가능한 천연고분자를 함유하는 흡수성 수지 및 이의 제조방법{Water absorbent resin containing the biopolymer useful for components of disposable diapers and preparation method thereof}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a water absorbent resin containing natural polymers usable in disposable diapers,

본 발명은 천연고분자를 이용한 흡수성 수지의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 중탄산나트륨과 혼합한 천연고분자 용액에 아세트산을 반응시켜 기포를 형성하여 흡수속도를 높이고, 천연고분자를 재료로 하였기 때문에 인체에 무해한 흡수성 수지의 제조 방법에 관한 것이다. 흡수성 수지를 제조할 때 주로 사용되는 폴리아크릴산이나 폴리아크릴아마이드를 사용하지 않고 천연고분자를 사용한 것이 특징으로, 이와 같은 제조방법은 독성이 없는 흡수성 수지를 제조할 수 있으므로 일회용 기저귀나 위생용품에 적용하면 유용하다는 장점이 있다.The present invention relates to a method for producing an absorbent resin using a natural polymer, and more particularly, to a method for producing a water absorbent resin using a natural polymer, which comprises reacting acetic acid with a natural polymer solution mixed with sodium bicarbonate to form bubbles, To a method of producing an absorbent resin which is harmless to the water absorbent resin. The present invention is characterized in that a natural polymer is used without using polyacrylic acid or polyacrylamide which is mainly used in the production of the water absorbent resin. Such a manufacturing method can produce a water absorbent resin having no toxicity, so that it can be applied to disposable diapers and sanitary articles There is an advantage that it is useful.

흡수성 수지(Super Absorbent Polymer, SAP)란 자체 무게의 5백 내지 1천배 정도의 수분을 흡수할 수 있는 기능을 가진 합성 고분자 물질로서, 개발업체마다 SAM (Super Absorbency Material), AGM(Absorbent Gel Material) 등 각기 다른 이름으로 명명하고 있다. 상기와 같은 흡수성 수지는 생리용구로 실용화되기 시작해서, 현재는 어린이용 종이 기저귀 등 위생용품 외에 원예용 토양보수제, 토목, 건축용 지수재, 육묘용 시트, 식품유통분야에서의 신선도 유지제, 및 찜질용 등의 재료로 널리 사용되고 있다.Super Absorbent Polymer (SAP) is a synthetic polymer material capable of absorbing moisture of about 500 to 1,000 times its own weight. Super Absorbent Material (SAM), Absorbent Gel Material (AGM) And so on. The absorbent resin as described above has begun to be put to practical use as a sanitary article and is currently being used as a sanitary article for children's diapers and diapers, as well as a soil conditioner for gardening, an index material for civil engineering and construction, a sheet for seedling growing, And has been widely used as a material for various purposes.

현재 제조되어 판매되는 흡수성 구조체는 섬유집합체인 매트릭스에 수분 흡수의 기능을 발현할 흡수성 수지의 입자를 별도로 포함시키는 공정을 거치게 된다. 이 공정을 통해 흡수성 수지 입자의 농도를 조절하고 또다시 이를 통해서 흡수성능을 조절하게 된다.The currently manufactured and sold absorbent structure is subjected to a process of separately containing the particles of the water absorbent resin to express the function of water absorption in the matrix, which is a fiber aggregate. Through this process, the concentration of the water absorbent resin particles is regulated and regulated to regulate the absorption performance.

기존의 고흡수성 수지는 합성고분자인 폴리아크릴산이나 폴리아크릴아마이드가 주성분인데, 이들은 독성을 가지고 있어 일회용 기저귀나 여성용 생리대에 적용하였을 때 가려움증 등의 부작용이 우려된다. 현재 폴리아크릴산에 전분을 그라프트 중합시킨 폴리아크릴산-전분 그라프트 고분자나 천연고분자와 합성고분자를 혼합한 형태의 생분해성 고분자에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으나[kang, 2002], 다소 팽윤특성이 떨어지더라도 합성고분자를 사용하지 않는 위생적이고 안전한 흡수제의 개발이 필요하다.Conventional superabsorbent resins are mainly composed of synthetic polymers such as polyacrylic acid and polyacrylamide. However, they are toxic, and when they are applied to disposable diapers or sanitary napkins for women, side effects such as itching are worried. Currently, studies on biodegradable polymers such as polyacrylic acid-starch graft polymers obtained by graft-polymerizing starch on polyacrylic acid and natural polymers and synthetic polymers have been actively conducted [kang, 2002], but the swelling characteristics are somewhat inferior It is necessary to develop a hygienic and safe absorbent that does not use synthetic polymers.

하이드로젤은 3차원 망상구조의 친수성 고분자로 수성환경 하에서 용해되지는 않으나, 많은 양의 물을 흡수하여 팽윤하는 성질을 가진 물질이다[Omidian et al., 2005]. 구성성분과 제조방법에 따라 다양한 형태와 성질을 가진 하이드로젤이 만들어질 수 있으며, 다량의 수분을 함유하고 있으므로 액체와 고체의 중간 성질을 갖는다. 이러한 특성으로 주로 흡수성을 기반으로 하는 위생용품, 약물전달시스템, 생체재료, 조직공학 등 매우 광범위한 분야에서 유용하게 이용되고 있다.Hydrogel is a three-dimensional networked hydrophilic polymer that does not dissolve in an aqueous environment, but absorbs and swells a large amount of water [Omidian et al., 2005]. Hydrogels with various shapes and properties can be made depending on the constitution and manufacturing method, and have a property of being intermediate between a liquid and a solid because they contain a large amount of water. These properties are useful in a wide variety of fields, such as hygiene products based on absorbency, drug delivery systems, biomaterials, and tissue engineering.

일반적으로 하이드로젤은 확산현상에 의해서 팽윤하기 때문에 건조상태에서 물을 흡수하기 시작하여 더 이상 팽윤되지 않는 완전한 평형 팽윤상태에 이르기까지 짧게는 수 분에서 길게는 수 일 이상의 긴 팽윤시간이 필요하다[Gemeinhart et al., 2000].In general, hydrogels swell due to diffusion, so they require a swelling time of several days or longer, ranging from a few minutes to a complete equilibrium swelling state, which begins to absorb water in a dry state and is no longer swollen [ Gemeinhart et al., 2000].

대한민국 특허출원 제10-2012-0018805호 (2012. 2. 14. 출원)Korean Patent Application No. 10-2012-0018805 (filed on Feb. 14, 2012)

S. G. Kang, Polymer science and technology, 13, 4 (2002)S. G. Kang, Polymer science and technology, 13, 4 (2002) H. Omidian, J.G. Rocca, and K. Park, J. Control. Release, 102, 3 (2005)H. Omidian, J.G. Rocca, and K. Park, J. Control. Release, 102, 3 (2005) R.A. Gemeinhart, H. Park, and K. Park, Polym, Adv. Technol., 11, 617 (2000)R.A. Gemeinhart, H. Park, and K. Park, Polym, Adv. Technol., 11, 617 (2000)

본 발명은 상기와 같은 종래의 일회용 기저귀에 대한 문제점을 해결하기 위한 것으로 폴리아크릴산이나 폴리아크릴아마이드를 사용하는 기존의 흡수성 수지 대신 천연고분자에 중탄산나트륨과 아세트산의 반응에서 발생하는 이산화탄소를 적용하여 기공을 형성시켜 흡수속도를 높이고, 또한 독성이 없는 천연고분자를 사용함으로써 착용자의 피부를 보호할 수 있는 흡수성 수지의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.Disclosure of Invention Technical Problem [8] In order to solve the problems of the conventional disposable diaper as described above, instead of the conventional absorbent resin using polyacrylic acid or polyacrylamide, carbon dioxide generated from the reaction between sodium bicarbonate and acetic acid is applied to a natural polymer, It is another object of the present invention to provide a method for manufacturing a water absorbent resin which can protect the wearer's skin by using a natural polymer having no toxicity.

본 발명은 천연고분자, 기포형성을 위한 중탄산나트륨(NaHCO3)과 아세트산, 및 가교를 위한 염화칼슘 수용액을 포함하는 흡수성 수지용 조성물을 제공한다. 바람직하게는 상기 천연고분자는 알긴산 나트륨, 카파-카라기난/카라야 검, 아미드펙틴 및 카르복시메틸셀룰로오스(CMC)로 구성된 군으로부터 선택되는 것이며, 상기 조성물은 발포안정제인 소혈청알부민(Bovine serum albumin, BSA)을 추가로 포함하는 것이다. 상기 조성물은 천연고분자 1~2 wt%, 중탄산나트륨 0.9 wt%, 소혈청알부민 0.15 wt%, 및 10(v/v)% 아세트산을 포함한 0.34M 염화칼슘 수용액을 포함할 수 있다.The present invention provides a composition for a water absorbent resin comprising a natural polymer, sodium bicarbonate (NaHCO 3 ) for forming bubbles and acetic acid, and an aqueous calcium chloride solution for crosslinking. Preferably, the natural polymer is selected from the group consisting of sodium alginate, kappa-carrageenan / karaya gum, amide pectin and carboxymethylcellulose (CMC), and the composition is a foam stabilizer, Bovine serum albumin ). ≪ / RTI > The composition may comprise a 0.34 M aqueous solution of calcium chloride containing 1 to 2 wt% of natural polymers, 0.9 wt% sodium bicarbonate, 0.15 wt% bovine serum albumin, and 10 (v / v) acetic acid.

또한, 본 발명은 천연고분자, 기포형성제 및 발포안정제를 포함하는 조성물을 형성하는 단계; 상기 조성물에 대해 열중합을 진행하여 중합체를 형성하는 단계; 가교 및 기포를 형성하는 단계; 및 중합체를 열건조 또는 동결건조 방법을 사용하여 건조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 흡수성 수지의 제조 방법을 제공한다. 바람직하게는 상기 천연고분자는 알긴산 나트륨, 카파-카라기난/카라야 검, 아미드펙틴 및 카르복시메틸셀룰로오스(CMC)로 구성된 군으로부터 선택된 것이며, 상기 기포형성제는 중탄산나트륨(NaHCO3)과 아세트산의 혼합물이고, 발포안정제는 소혈청알부민(Bovine serum albumin, BSA)인 것이다. 상기 조성물은 천연고분자 1~2 wt%, 중탄산나트륨 0.9 wt%, 소혈청알부민 0.15 wt%, 및 10(v/v)% 아세트산을 포함한 0.34M 염화칼슘 수용액을 포함하는 것이며, 상기 흡수성 수지는 하이드로젤인 것이다.The present invention also relates to a method for forming a foam, comprising: forming a composition comprising a natural polymer, a foam stabilizer and a foam stabilizer; Subjecting the composition to thermal polymerization to form a polymer; Crosslinking and forming air bubbles; And drying the polymer using a thermal drying method or a freeze drying method. Preferably, the natural polymer is selected from the group consisting of sodium alginate, kappa-carrageenan / karaya gum, amide pectin and carboxymethylcellulose (CMC), which is a mixture of sodium bicarbonate (NaHCO 3 ) and acetic acid , And the foam stabilizer is bovine serum albumin (BSA). The composition comprises a 0.34 M aqueous solution of calcium chloride containing 1 to 2 wt% of a natural polymer, 0.9 wt% of sodium bicarbonate, 0.15 wt% of bovine serum albumin, and 10 (v / v)% acetic acid, .

또한, 본 발명은 상기의 제조방법에 의해 제조된 흡수성 수지 및 흡수성 수지를 포함하여 제조되는 것을 특징으로 하는 일회용 흡수용품을 제공한다. 바람직하게는 상기 일회용 흡수용품은 기저귀 또는 여성용 위생용품인 것이다.In addition, the present invention provides a disposable absorbent article which is manufactured by including the water absorbent resin and the water absorbent resin produced by the above production method. Preferably, the disposable absorbent article is a diaper or a feminine hygiene article.

이하, 발명의 구체적인 구현예에 따른 흡수성 수지의 제조 방법에 대해 설명하기로 한다.Hereinafter, a method for producing an water absorbent resin according to a specific embodiment of the present invention will be described.

천연고분자, 기포형성제, 발포안정제를 포함하는 조성물을 형성하는 단계; 상기 조성물에 대해 열중합을 진행하여 중합체를 형성하는 단계; 가교 및 기포를 형성하는 단계; 및 중합체를 50℃ 열건조 또는 동결건조 방법을 사용한 건조 단계; 를 포함하는 흡수성 수지의 제조 방법이 제공된다.Forming a composition comprising a natural polymer, a foam stabilizer, and a foam stabilizer; Subjecting the composition to thermal polymerization to form a polymer; Crosslinking and forming air bubbles; And drying the polymer using a thermal drying or freeze-drying method at 50 占 폚; The present invention also provides a method of producing an absorbent resin comprising the steps of:

천연고분자를 사용하여 제조한 흡수성 수지이므로 종래 기술에서의 합성고분자로 제조된 흡수성 수지보다 안전하며, 사용자의 피부를 자극할 염려가 줄어든다.Since it is a water-absorbent resin produced using a natural polymer, it is safer than an absorbent resin made of a synthetic polymer in the prior art, and the fear of irritating the user's skin is reduced.

본 발명은 흡수성 수지의 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 천연 고분자를 사용하여 기존의 합성고분자로 제조된 흡수성 수지와 달리 인체에 대한 독성이 없으면서 흡수량이 많은 흡수성 수지의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a water absorbent resin, and more particularly, to a method for producing a water absorbent resin using a natural polymer, unlike a water absorbent resin made of a conventional synthetic polymer, having a large amount of water without toxicity to human body.

본 발명에 따르면 합성고분자 대신 독성이 없는 천연고분자를 사용하여 흡수성 수지를 제조할 수 있어 착용자의 피부를 보호할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, it is possible to manufacture an absorbent resin using a natural polymer having no toxicity instead of a synthetic polymer, thereby protecting the wearer's skin.

도 1은 알긴산 하이드로겔의 증류수 및 인공 뇨에서 팽윤비를 관찰한 그래프를 보여주고 있다. 대조군으로 기포를 형성시키지 않은 알긴산 하이드로겔을 사용하였다.
도 2는 동결건조시킨 알긴산 하이드로겔의 사진을 보여주고 있다. (a) 기공을 형성시키지 않은 알긴산 하이드로겔, (b) 기공을 형성시킨 알긴산 하이드로겔.
도 3은 카라기난/카라야 검 하이드로겔의 팽윤비 그래프를 보여주고 있다. 대조군으로 카라야 검이 빠진 카라기난으로만 구성된 하이드로겔을 사용하였다.
도 4는 아미드펙틴 하이드로겔의 다양한 조건에서 팽윤비 그래프를 나타낸 것이다. 대조군으로 기공을 형성시키지 않은 아미드펙틴 하이드로겔을 사용하였다.
도 5는 아미드펙틴 하이드로겔의 pH 5.5, 6.3, 8.1 인공뇨에서 팽윤비를 관찰한 그래프를 보여주고 있다.
도 6은 CMC 하이드로겔과 아미드펙틴 하이드로겔의 증류수에서 팽윤비를 관찰한 그래프를 보여주고 있다.
도 7은 하이드로겔의 세포독성에 관한 그래프를 보여주고 있다. PAA: poly(acrylic acid); Al: 알긴산 하이드로겔; κ/K: 카라기난/카라야 검 하이드로겔; AP: 아미드펙틴 하이드로겔; CMC: CMC 하이드로겔.
1 is a graph showing swelling ratios of alginate hydrogel in distilled water and artificial urine. Alginic acid hydrogel without bubble formation was used as a control.
2 shows a photograph of a freeze-dried alginic acid hydrogel. (a) an alginic acid hydrogel not forming pores, (b) an alginic acid hydrogel in which pores are formed.
Figure 3 shows the swelling ratio graph of the carrageenan / karaya gum hydrogel. As a control group, a hydrogel composed of only carrageenan free of karaya gum was used.
Figure 4 shows the swelling ratio graph under various conditions of the amide pectin hydrogel. As a control, amide pectin hydrogel without pore formation was used.
FIG. 5 is a graph showing swelling ratios observed in amide pectin hydrogels at pH 5.5, 6.3, and 8.1 artificial urine.
FIG. 6 is a graph showing swelling ratios observed in distilled water of CMC hydrogels and amide pectin hydrogels. FIG.
Figure 7 shows a graph of cytotoxicity of the hydrogel. PAA: poly (acrylic acid); Al: alginic acid hydrogel; K / K: carrageenan / karaya gum hydrogel; AP: amide pectin hydrogel; CMC: CMC hydrogel.

이하, 발명의 구체적인 실시예를 통해, 발명의 작용 및 효과를 보다 상세하게 설명하기로 한다. 다만, 이러한 실시예는 발명의 예시로 제시된 것에 불과하며, 이에 의해 발명의 권리범위가 정해지는 것은 아니다.
Best Mode for Carrying Out the Invention Hereinafter, the functions and effects of the present invention will be described in more detail through specific embodiments of the present invention. It is to be understood, however, that these embodiments are merely illustrative of the invention and are not intended to limit the scope of the invention.

[[ 실험예Experimental Example 1]  One] 하이드로젤의Hydrogel 구조분석 Structure analysis

제조된 하이드로젤의 내부구조는 digital microscope (AM-413ZT; AnMo Electronics co.)로 관찰하였다.
The internal structure of the hydrogel was observed with a digital microscope (AM-413ZT; AnMo Electronics co.).

[[ 실험예Experimental Example 2] 팽윤 거동 측정 2] Measurement of swelling behavior

각 샘플 모두 증류수(distilled water) 및 인공뇨(artificial urine)에서 팽윤도를 측정하였다. 인공뇨는 Na2SO4(0.2wt%), KCl(0.2wt%), MgCl2(0.05wt%), CaCl2(0.025wt%), NH4H2PO4(0.085wt%), (NH4)2HPO4(0.015wt%)을 함유하는 수용액이다.The swelling degree of each sample was measured in distilled water and artificial urine. The artificial urine was Na 2 SO 4 (0.2 wt%), KCl (0.2 wt%), MgCl 2 (0.05 wt%), CaCl 2 (0.025 wt%), NH 4 H 2 PO 4 (0.085 wt% 4 ) 2 HPO 4 (0.015 wt%).

팽윤 전 건조된 샘플의 무게를 측정 후 정해진 시간마다 팽윤된 샘플의 무게를 측정하였다. 무게를 잴 때 표면에 과잉으로 묻어 있는 물은 여과지를 이용하여 닦아내었다. 3개의 샘플을 측정하고 평균을 구하였다. 팽윤도는 아래의 식을 이용해서 계산하였다.The weight of the swollen sample was measured at predetermined time intervals after the weight of the dried sample was measured before swelling. When weighing, the excess water on the surface was wiped off with filter paper. Three samples were measured and averaged. The degree of swelling was calculated using the following equation.

Swelling ratio = (Ws - Wd) / Wd Swelling ratio = (W s - W d / W d

Ws: 팽윤된 샘플의 무게W s : Weight of swollen sample

Wd: 건조된 샘플의 무게
W d : Weight of dried sample

[[ 실시예Example 1]  One] 하이드로젤의Hydrogel 기포형성 Bubble formation

하이드로젤은 수성환경 하에서 친수성 고분자의 이온가교에 의하여 합성된다. 제조된 하이드로젤의 조성 및 제조 조건을 [표 1]에 정리하였다. Hydrogels are synthesized by ionic crosslinking of hydrophilic polymers under aqueous environment. The composition and the preparation conditions of the hydrogel thus prepared are summarized in Table 1.

다공성 구조 생성을 위해 기포발생제인 NaHCO3를 이용하여 CO2 가스를 생성시켰고, 형성된 기포가 안정하게 유지될 수 있도록 발포안정제로 BSA를 첨가하였다. 기포 크기는 아세트산과 NaHCO3의 양에 따라 달라지며, 균일하게 분포된 기체 기포를 갖는 하이드로젤을 제조하기 위해서는 가교 과정과 기포발생 과정이 동시에 일어나야 한다. 기포발생제를 첨가하지 않고 만든 하이드로젤을 대조군 하이드로젤로 삼았다.
CO 2 using a bubbling agent NaHCO 3 to generate the porous structure Gas was generated, and BSA was added as a foam stabilizer so that the formed bubbles could be stably maintained. The bubble size depends on the amount of acetic acid and NaHCO 3. In order to produce a hydrogel having uniformly distributed gas bubbles, the crosslinking process and the bubbling process must occur at the same time. The hydrogel prepared without the addition of the bubbling agent was used as a control hydrogel.

[[ 실시예Example 2] 알긴산  2] Alginic acid 하이드로젤의Hydrogel 제조 Produce

알긴산 하이드로젤 제조과정은 Sriamornsak 등의 방법을 일부 수정하여 사용하였다[Srimornsak et al., J. Pharmaceutics, 434, p. 72 (2006)]. 증류수에 sodium alginate(2 wt%), NaHCO3(0.9 wt%), BSA(0.15 wt%)를 녹인 후 cell strainer(pore size: 40μm, SPL Lifesciences co., Ltd)에 담고, 10%(v/v)의 acetic acid를 포함한 0.34M의 CaCl2 용액에 담가놓았다. 제조된 하이드로젤을 취하여 증류수에 담가놓고 증류수를 갈아주었다. 그 후 하이드로젤을 건져내어 잠시 동안 실온에 방치한 후 조각내어 동결건조 하였다. 대조군 하이드로젤은 증류수에 sodium alginate (2 wt%)를 녹인 용액을 0.34M의 CaCl2 용액에 가교시켰고, 이후 같은 과정을 거쳐 건조된 하이드로젤을 얻었다[표 1].
Alginic acid hydrogel preparation was partially modified by Sriamornsak et al. (Srimornsak et al., J. Pharmaceutics, 434, p. 72 (2006). After dissolving sodium alginate (2 wt%), NaHCO 3 (0.9 wt%) and BSA (0.15 wt%) in distilled water, the solution was placed in a cell strainer (pore size: 40 μm, SPL Lifesciences co. v) acetic acid and 0.34M CaCl 2 Solution. The prepared hydrogel was immersed in distilled water and distilled water was changed. After that, the hydrogel was taken out, left at room temperature for a while, and then taken out and lyophilized. The control hydrogel was prepared by dissolving sodium alginate (2 wt%) in distilled water in 0.34M CaCl 2 Crosslinked to the solution, and then the same procedure was followed to obtain a dried hydrogel [Table 1].

도 1은 건조방법, 기공형성 여부에 따른 알긴산 하이드로젤의 증류수 혹은 인공뇨에서 시간에 따른 팽윤도 변화를 나타낸 것이다. 열건조한 하이드로젤과 비교했을 때 동결건조한 하이드로젤은 두 시간 안에 팽윤상태에 도달하는 신속팽윤성을 보였다. 이는 팽윤상태에 있는 하이드로젤이 진공건조되면서 하이드로젤 표면에 있는 일부 닫힌 기공(closed pore)이 열린 기공(open pore)화 되는 현상이 발생하여 열건조 하이드로젤보다 더 많은 수분을 흡수하는 것으로 사료된다. 또한, 기공을 형성시킨 알긴산 하이드로젤이 기공을 형성시키지 않은 알긴산 하이드로젤과 비교했을 때 증류수, 인공뇨에서 모두 높은 팽윤도와 빠른 팽윤속도를 보였다. 이는 기공을 형성함으로써 형성된 내부의 연속적으로 연결된 열린 구조가 표면의 미세한 기공을 통하여 외부와 연결되어 있어 수분의 원활한 이동이 이루어 졌기 때문에 수분흡수량이 증가하였음을 알 수 있다. 알긴산 하이드로젤은 증류수에서 보다 인공뇨에서 높은 팽윤도를 보였다. 이것은 알긴산 하이드로젤의 경우 과량의 염 수용액에 존재하는 Na+, K+ 등의 양이온이 알긴산 하이드로젤의 COO-와 이온결합하고 그 양이온들이 알긴산 하이드로젤의 Ca2 +과 이온교환이 이루어짐에 따라 높은 흡수량을 가지는 것으로 판단된다.
FIG. 1 shows changes in swelling degree of alginate hydrogel in distilled water or artificial urine according to drying method, pore formation, or the like. Compared with the thermally dried hydrogel, the lyophilized hydrogel showed rapid swelling that reached the swelling state within two hours. It is believed that the hydrogel in a swollen state is vacuum dried and some closed pores on the surface of the hydrogel are opened into open pores and absorb more moisture than the thermally dried hydrogel . In addition, alginate hydrogels formed with pores showed high swelling rate and fast swelling rate in both distilled water and artificial urine when compared with alginic acid hydrogel not forming pores. It can be seen that the water absorption amount is increased because the continuous open connected structure formed by forming the pores is connected to the outside through the fine pores of the surface and smooth movement of water is performed. Alginic acid hydrogel showed higher degree of swelling in artificial urine than in distilled water. In the case of alginic acid hydrogel, a cation such as Na + or K + existing in an excessive amount of salt aqueous solution is ion-bonded to COO - of alginic acid hydrogel and its cation is ion-exchanged with Ca 2 + of alginic acid hydrogel, Absorption capacity.

도 2는 기공을 형성시킨 알긴산 하이드로젤과 기공을 형성시키지 않은 알긴산 하이드로젤의 내부구조를 digital microscope로 관찰한 사진이다. 도 2(a)는 기포발생제를 첨가하지 않은 알긴산 하이드로젤의 내부구조 사진으로 겹겹이 층이 형성된 구조를 보인다. 도 2(b)는 기포발생제를 첨가한 알긴산 하이드로젤의 내부구조사진으로 500μm 이상의 공극들이 서로 연결되어 3차원적으로 열린 채널의 다공성 구조를 이루고 있는 것을 확인할 수 있다. 모세관 현상에서 액면의 높이와 기공의 안쪽지름은 반비례하므로 보다 더 작은 기공크기를 가진다면 더 빠른 흡수속도와 높은 흡수량을 가질 것으로 사료된다.
FIG. 2 is a photograph of the internal structure of alginic acid hydrogels formed with pores and alginic acid hydrogels not forming pores with a digital microscope. FIG. 2 (a) is a photograph of the internal structure of alginic acid hydrogel not containing a bubbling agent, showing a structure in which a layered structure is formed. FIG. 2 (b) is a photograph of the internal structure of the alginic acid hydrogel to which the bubbling agent is added. It can be seen that pores of 500 μm or more are connected to each other to form a three-dimensionally open channel porous structure. In the capillary phenomenon, the height of the liquid surface and the inner diameter of the pore are in inverse proportion, so that it is assumed that if the pore size is smaller, it will have faster absorption rate and higher absorption amount.

[[ 실시예Example 3]  3] 카파kappa -- 카라기난Carrageenan // 카라야Karaya  sword 하이드로젤의Hydrogel 제조 Produce

카파-카라기난만으로 제조한 하이드로젤은 이수현상을 보이기에 카라야 검을 첨가하였다. 증류수에 카파-카라기난(1.75 wt%)과 NaHCO3(0.9 wt%), BSA(0.15 wt%)를 녹인 후 각각 적당한 농도의 카라야 검 수용액과 혼합한다. 혼합 수용액 20g을 petri-dish(50mm×12mm)에 붓고 잠시 동안 방치하였다. 그 후 0.1M의 KOH 수용액에 5분 동안 침지시켰다. 제조된 하이드로젤을 취하여 에탄올로 세척한 후 열건조 또는 동결건조하여 카파-카라기난/카라야 검 하이드로젤을 얻었다[표 1].
The hydrogels prepared with Kappa-carrageenan alone were added with karaya gum to show an iris phase. After dissolving kappa-carrageenan (1.75 wt%), NaHCO 3 (0.9 wt%) and BSA (0.15 wt%) in the distilled water, they are mixed with the appropriate concentration of Karaya gum solution. 20 g of the mixed aqueous solution was poured into a petri-dish (50 mm x 12 mm) and left for a while. And then immersed in a 0.1M KOH aqueous solution for 5 minutes. The hydrogel thus prepared was washed with ethanol and then dried or lyophilized to obtain a kappa-carrageenan / karaya gum hydrogel (Table 1).

도 3은 카파-카라기난/카라야 검 하이드로젤의 증류수에서의 팽윤거동을 보여주고 있다. 대조군인 카파-카라기난 하이드로젤은 60분에 35g/g의 팽윤도를 나타낸 이후부터 급격한 이수현상으로 인해 16g/g까지 팽윤도가 감소하는 것을 볼 수 있으나, 카라야 검이 첨가된 실험군은 모두 60분 이후에 35g/g 이상의 팽윤도를 유지하였으며, 이후 120분까지도 이수현상이 크게 줄어든 것을 관찰할 수 있다. 이것은 카라야 검이 수화됨으로써 검 입자와 물 사이의 친화력이 증가함에 따라 높은 팽윤도를 유지하는 것으로 보인다. 최적의 조성비는 60분부터 120분까지 40g/g 이상의 팽윤도를 유지하고 있는 카파-카파기난과 카라야 검을 각각 1.75:0.5 wt%와 2:0.25 wt%의 비율로 혼합한 하이드로젤임을 알 수 있다.
Figure 3 shows the swelling behavior of kappa-carrageenan / karaya gum hydrogel in distilled water. The control group, kappa-carrageenan hydrogel, showed a swelling degree of up to 16 g / g due to a rapid increase in the degree of swelling after 35 g / g in 60 minutes, And the degree of swelling was observed to be greatly reduced even after 120 minutes. This seems to maintain a high degree of swelling as the affinity between the gum particles and water increases as the karaya gum hydrates. It can be seen that the optimal composition ratio is a hydrogel mixed with a ratio of 1.75: 0.5 wt% and 2: 0.25 wt% of kappa-kappa and kaolin having swelling degrees of 40 g / g or more from 60 minutes to 120 minutes have.

한편, 기포발생제를 첨가한 하이드로젤은 기포발생제를 첨가하지 않은 하이드로젤과 비교하였을 때 불안정한 팽윤거동을 보였고, 카파-카라기난/카라야 검 하이드로젤은 식염수, 인공뇨 등 염을 첨가한 수용액에서는 증류수보다 낮은 팽윤도를 보이는 것을 예비실험으로 확인하였다. 일반적으로 하이드로젤이 증류수 대신 염 용액에 침지되어 있을 때 하이드로젤 내부와 외부환경, 즉 염 용액 사이의 삼투압 차이는 염 용액의 삼투압 때문에 감소한다. 따라서 염용액에서 하이드로젤의 최종적인 팽윤도는 증류수에서 보다 작다.
On the other hand, the hydrogel to which the bubbling agent was added exhibited an unstable swelling behavior when compared with the hydrogel not containing the bubbling agent, and the kappa-carrageenan / karaya gum hydrogel was an aqueous solution containing a salt such as saline or artificial urine In the preliminary experiment, it was confirmed that the swelling degree is lower than that of distilled water. In general, when the hydrogel is immersed in a salt solution instead of distilled water, the osmotic pressure difference between the inside of the hydrogel and the external environment, that is, the salt solution, decreases due to the osmotic pressure of the salt solution. Therefore, the final degree of swelling of hydrogel in salt solution is smaller than in distilled water.

[[ 실시예Example 4]  4] 아미드펙틴Amide pectin 하이드로젤의Hydrogel 제조 Produce

아미드펙틴 하이드로젤의 제조과정은 알긴산 하이드로젤의 제조과정과 유사하며, 대조군 하이드로젤 제조과정 또한 위에 명시된 과정을 거쳐 샘플을 얻었다.
The preparation process of the amide pectin hydrogel was similar to that of the alginic acid hydrogel, and the preparation of the control hydrogel was also carried out as described above.

도 4는 건조방법에 따른 아미드펙틴 하이드로젤의 증류수, 생리적 식염수, 인공뇨에서의 시간에 따른 팽윤도를 나타낸 것이다. 그림에 나타난 바와 같이 동결건조한 아미드펙틴 하이드로젤들은 열건조한 아미드펙틴 하이드로젤보다 10~30분 안에 평형팽윤상태에 도달하는 신속팽윤성을 보였다. 또한, 증류수, 식염수, 인공뇨에서의 팽윤거동을 관찰한 결과 증류수, 식염수, 인공뇨의 순으로 우수한 팽윤거동을 보였는데, 이는 식염수, 인공뇨에서 보다 증류수에서 하이드로젤의 삼투압이 크게 작용하기 때문인 것으로 보인다. 한편, 기포발생제를 넣지 않은 하이드로젤이 기포발생제를 넣어 기공을 형성시킨 하이드로젤보다 높은 팽윤도를 보였는데, 이것은 기공을 형성시킨 아미드펙틴 하이드로젤을 동결건조 하는 과정에서 형성된 기공의 형태가 변형되고 구조가 무너졌기 때문인 것으로 판단된다.
FIG. 4 shows the degree of swelling of amide pectin hydrogel according to the drying method with respect to time in distilled water, physiological saline, and artificial urine. As shown in the figure, the freeze-dried amide pectin hydrogels exhibited rapid swelling in 10 to 30 minutes compared to the thermally dried amide pectin hydrogel, reaching equilibrium swelling state. In addition, swelling behavior in distilled water, saline solution and artificial urine was observed in the order of distilled water, saline solution and artificial urine in that order. This is because the osmotic pressure of the hydrogel in distilled water greatly influences the swelling behavior in saline solution and artificial urine Seems to be. On the other hand, the hydrogel not containing the bubbling agent showed a swelling degree higher than that of the hydrogel in which the bubbling agent was formed by adding the bubbling agent. This is because the shape of the pores formed in the lyophilizing process of the pore- And the structure is collapsed.

도 5는 pH 5.5, pH 6.2인 인공뇨 완충액에서 시간에 따른 아미드펙틴 하이드로젤의 팽윤비를 나타낸 그래프이다. pH 8.1일 때가 6.2 혹은 5.5일 때보다 팽윤비가 높았다. 이는 pH가 약산성일 때는 하이드로젤 안의 카르복실기가 COOH를 취하다가 pH가 증가함에 따라 COO- 끼리 반발하여 팽윤비가 증가한 것으로 보인다.
FIG. 5 is a graph showing the swelling ratio of amide pectin hydrogel over time in artificial urine buffer having pH 5.5 and pH 6.2. FIG. The swelling ratio was higher at pH 8.1 than at 6.2 or 5.5. When the pH is slightly acidic, the carboxyl group in the hydrogel takes up COOH, and as the pH increases, the swelling ratio increases due to COO - repulsion.

[[ 실시예Example 5]  5] CMCCMC 하이드로젤의Hydrogel 제조 Produce

증류수에 CMC (2 wt%)와 NaHCO3(0.9 wt%), BSA(0.15 wt%)를 녹인 후 Alum(0.3 wt%)을 첨가하여 10,000 rpm에서 homogenizer (Basic T25; IKA co.)를 이용하여 균질화한 후 50℃에서 열건조하여 건조된 하이드로젤을 얻었다.
After dissolving CMC (2 wt%), NaHCO 3 (0.9 wt%) and BSA (0.15 wt%) in distilled water, Alum (0.3 wt%) was added and the mixture was treated with a homogenizer (Basic T25; IKA co. Homogenized and then dried at 50 ° C to obtain a dried hydrogel.

제조된 천연고분자 하이드로젤의 구성Composition of manufactured natural polymer hydrogel ComponentComponent Sodium alginateSodium alginate κ-carrageenan/
karaya gum
κ-carrageenan /
karaya gum
Carboxymethylcellulose (CMC)Carboxymethylcellulose (CMC) Amide pectinAmide pectin
Cross linker (gelling agent)Cross linker (gelling agent) CaCl2 CaCl 2 KOHKOH AlumAlum CaCl2 CaCl 2 SurfactantSurfactant BSABSA BSABSA BSABSA BSABSA Foam makerFoam maker NaHCO3/
Acetic acid
NaHCO 3 /
Acetic acid
NaHCO3/
Acetic acid
NaHCO 3 /
Acetic acid
NaHCO3/
Acetic acid
NaHCO 3 /
Acetic acid
NaHCO3/
Acetic acid
NaHCO 3 /
Acetic acid

* BSA(Bovine serum albumin)* BSA (Bovine serum albumin)

도 6은 열건조한 CMC 하이드로젤과 아미드펙틴 하이드로젤의 증류수에서의 팽윤도를 나타낸 것이다. CMC 하이드로젤은 9시간 후에 팽윤상태에 도달하였으며, 약 70g/g의 팽윤도를 보였다. 아미드펙틴 하이드로젤은 48시간 후에 팽윤상태에 도달하였으며, 약 125g/g의 높은 팽윤도를 보였다. 아미드펙틴 하이드로젤은 아미드기 때문에 칼슘이온과 가교결합하는 자유 카르복실기가 감소함으로 낮은 가교밀도를 가지게 되나, 아미드펙틴은 칼슘결합능력의 감소에도 아미드화된 부분과 수소결합 형성을 통해 안정한 젤을 형성한다. 아미드펙틴 하이드로젤과 비교했을 때 CMC 하이드로젤은 더 빨리 팽윤하는 거동을 보이는데, 이는 CMC 분자의 높은 친수성에 기인하며 아미드펙틴 하이드로젤이 더 높은 팽윤도를 가지는 이유는 낮은 가교밀도로 인해 더 많은 물이 흡수되기 때문이다. 아미드펙틴 하이드로젤이나 CMC 하이드로젤은 식생매트로 유용할 것으로 보인다.
Fig. 6 shows swelling degrees of thermally dried CMC hydrogels and amide pectin hydrogels in distilled water. The CMC hydrogel reached a swelling state after 9 hours and showed a swelling degree of about 70 g / g. The amide pectin hydrogel reached a swelling state after 48 hours and showed a high degree of swelling of about 125 g / g. The amide pectin hydrogel has a low crosslinking density due to the reduction of the free carboxyl group crosslinked with the calcium ion due to the amide group, but the amide pectin forms a stable gel through the hydrogen bond formation with the amidated portion even with the decrease of the calcium binding ability . Compared to amide pectin hydrogels, CMC hydrogels exhibit a faster swelling behavior due to the high hydrophilicity of the CMC molecule, and the amide pectin hydrogel has a higher degree of swelling because of its lower crosslink density, It is absorbed. Amide pectin hydrogel or CMC hydrogel appears to be useful as a vegetation mat.

[[ 실시예Example 6]  6] 하이드로젤의Hydrogel 세포독성 실험( Cytotoxicity experiment ( MTTMTT assayassay ) )

하이드로젤의 세포독성을 평가하기 위해서 3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl) -2,5-dipheny -ltetrazolium bromide (MTT) assay를 실시하였다. 대식세포 RAW 264.7 세포를 사용했으며, 한국세포주은행(KCLB, Korean cell line bank)으로부터 구입하여 사용하였다. RAW 264.7 세포는 10% fetal bovine serum(FBS, Gibco)과 1% 항생제(Gibco)를 함유한 Dulbecco's modified Eagle's medium (DMEM, Gibco) 배지에서 37℃, 5% CO2 조건하에 배양하였으며, 2~3일 간격으로 계대 배양하여 실험에 사용하였다. RAW 264.7 세포를 96 well tissue culture plate에 1 x 105 cells/ml로 각각 well 당 100 μl씩 분주하여, 24시간 동안 배양 후 실험에 사용하였다. RAW 264.7 세포에 1,000 ppm, 500 ppm, 250 ppm, 100 ppm, 50 ppm 농도로 제조한 각각의 하이드로젤 용출물을 처리하여 37℃, 5% CO2 조건하에서 배양하였다. 24시간 후 용출물이 포함되어 있는 배지에 MTT 용액을 처리하여 37℃에서 4시간 동안 반응시킨 다음, 배지를 제거하고 dimethyl sulfoxide (DMSO)를 첨가한 후, 570 nm에서 ELISA Reader (ELX808; Biotek Instruments)를 이용하여 흡광도를 측정하여 세포독성을 평가하였다. 각 실험은 모두 3번 반복 수행했으며 흡광도를 측정한 후 다음의 식을 이용하여 세포생존율을 계산하여 세포독성을 판정하였다.To evaluate the cytotoxicity of hydrogels, 3- (4,5-dimethylthiazol-2-yl) -2,5-dipheny-ltetrazolium bromide (MTT) assay was performed. Macrophage RAW 264.7 cells were used and purchased from Korean Cell Line Bank (KCLB). RAW 264.7 cells are 10% fetal bovine serum (FBS, Gibco) and 1% antibiotic (Gibco) a Dulbecco's modified Eagle's medium (DMEM , Gibco) 37 ℃ in a culture medium, 5% CO 2 containing , And subcultured at intervals of 2 to 3 days. RAW 264.7 cells were plated at a density of 1 × 10 5 cells / ml in a 96-well tissue culture plate in a volume of 100 μl per well, and cultured for 24 hours. Each hydrogel eluate prepared at concentrations of 1,000 ppm, 500 ppm, 250 ppm, 100 ppm, and 50 ppm was treated with RAW 264.7 cells and incubated at 37 ° C in 5% CO 2 Lt; / RTI > After 24 hours, the medium containing the eluate was treated with MTT solution and reacted at 37 ° C for 4 hours. After the medium was removed, dimethyl sulfoxide (DMSO) was added, and ELISA reader (ELX808; Biotek Instruments ) Was used to measure the cytotoxicity. Each experiment was repeated 3 times and the absorbance was measured and cell viability was calculated using the following equation to determine cytotoxicity.

세포생존율 (%)= Abs test / Abs contro Cell viability (%) = Abs test / Abs contro

Abs test=실험군의 흡광도Abs test = absorbance of the test group

Abs control=대조군의 흡광도
Abs control = absorbance of control group

도 7은 하이드로젤의 세포독성 시험 결과를 보여주고 있다. 사용된 MTT assay는 생육된 RAW 264.7 세포를 통해 독성을 판정하는 방법으로서 흡광도를 측정하는 것이다. 폴리아크릴산의 세포독성이 높은 것으로 나타났고, 알긴산, 카파-카라기난/카라야 검, 아미드펙틴, CMC 하이드로젤의 세포독성 평가는 모든 농도에서 세포독성이 매우 낮은 것으로 나타났다.
FIG. 7 shows the cytotoxicity test results of the hydrogel. The MTT assay used is to measure absorbance as a method of determining toxicity through the RAW 264.7 cells grown. The cytotoxicity of polyacrylic acid was found to be high, and the cytotoxicity of alginic acid, kappa-carrageenan / karaya gum, amide pectin and CMC hydrogel was found to be very low at all concentrations.

Claims (12)

카파-카라기난/카라야 검인 것을 특징으로 하는 천연고분자, 기포형성을 위한 중탄산나트륨(NaHCO3)과 아세트산, 및 가교를 위한 염화칼슘 수용액을 포함하며, 상기 카파-카라기난/카라야 검에 있어서 카파-카라기난과 카라야 검은 각각 1.75:0.5 wt% 또는 2:0.25 wt%의 비율로 혼합된 것을 특징으로 하는 흡수성 수지용 조성물.
(NaHCO 3 ) for forming bubbles and acetic acid, and an aqueous calcium chloride solution for crosslinking, wherein the kappa-carrageenan / karaya gum is characterized in that kappa-carrageenan And carnauba black at a ratio of 1.75: 0.5 wt% or 2: 0.25 wt%, respectively.
삭제delete 제1항에 있어서, 상기 조성물은 발포안정제인 소혈청알부민(Bovine serum albumin, BSA)을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 흡수성 수지용 조성물.The absorbent resin composition according to claim 1, wherein the composition further comprises Bovine serum albumin (BSA) as a foam stabilizer. 삭제delete 카파-카라기난/카라야 검인 것을 특징으로 하는 천연고분자, 기포형성제 및 발포안정제를 포함하는 조성물을 형성하는 단계; 상기 조성물에 대해 열중합을 진행하여 중합체를 형성하는 단계; 가교 및 기포를 형성하는 단계; 및 중합체를 열건조 또는 동결건조 방법을 사용하여 건조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하고, 상기 카파-카라기난/카라야 검에 있어서 카파-카라기난과 카라야 검은 각각 1.75:0.5 wt% 또는 2:0.25 wt%의 비율로 혼합된 것을 특징으로 하는 흡수성 수지의 제조 방법.
Forming a composition comprising a natural polymer, a foam stabilizer and a foam stabilizer, wherein the natural polymer is kappa-carrageenan / carrageenan; Subjecting the composition to thermal polymerization to form a polymer; Crosslinking and forming air bubbles; And drying the polymer using a thermal drying or lyophilizing method, wherein the ratio of kappa-carrageenan and karaya black in the kappa-carrageenan / karaya gum is 1.75: 0.5 wt% or 2: 0.25 by weight based on the total weight of the water absorbent resin.
삭제delete 제5항에 있어서, 상기 기포형성제는 중탄산나트륨(NaHCO3)과 아세트산의 혼합물이고, 발포안정제는 소혈청알부민(Bovine serum albumin, BSA)인 것을 특징으로 하는 흡수성 수지의 제조방법.The method of claim 5, wherein the bubbling agent is a mixture of sodium bicarbonate (NaHCO 3 ) and acetic acid, and the foam stabilizer is bovine serum albumin (BSA). 삭제delete 제5항에 있어서, 상기 흡수성 수지는 하이드로젤인 것을 특징으로 하는 흡수성 수지의 제조방법.The method according to claim 5, wherein the water absorbent resin is a hydrogel. 제5항, 제7항 또는 제9항의 제조방법에 의해 제조된 흡수성 수지.An absorbent resin produced by the manufacturing method of claim 5, 7 or 9. 제10항에 따른 흡수성 수지를 포함하여 제조되는 것을 특징으로 하는 일회용 흡수용품.A disposable absorbent article comprising a water absorbent resin according to claim 10. 제11항에 있어서, 상기 일회용 흡수용품은 기저귀 또는 여성용 위생용품인 일회용 흡수용품.12. The disposable absorbent article of claim 11, wherein the disposable absorbent article is a diaper or a feminine hygiene article.
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