KR101764609B1

KR101764609B1 - 신속한 흡수를 갖는 초흡수성 중합체

Info

Publication number: KR101764609B1
Application number: KR1020150048687A
Authority: KR
Inventors: 마이클 아자드; 라니 엠. 비앤드; 레지나 길머; 제프 블레이크; 로날드 더블유. 비드부시; 데이비드 엘. 베르그만; 앤드류 제이. 랑
Original assignee: 에보닉 코포레이션
Priority date: 2014-04-07
Filing date: 2015-04-06
Publication date: 2017-08-03
Also published as: BR102015007414B1; KR20150116418A; CN104974312A; BR102015007414A2; TW201609892A; CN104974312B; BR102015007414B8; JP6087973B2; JP2015199958A

Abstract

본 발명은, 신속한 흡수를 갖는 미립자형 초흡수성 중합체 조성물, 및 발포제 및 친유성 계면활성제와 폴리에톡실화된 친수성 계면활성제와의 혼합물을 포함하는 단량체 용액을 포함하는 미립자형 초흡수성 중합체의 제조방법에 관한 것으로, 상기 미립자형 초흡수성 중합체 조성물은 300 내지 500㎛의 평균 입자 크기 분포 및 30 내지 60초의 보텍스 시간을 갖는다. 본 발명은 추가로, 기타 성분들로 처리된 미립자형 초흡수성 중합체 조성물을 포함한다. 본 발명은 추가로, 흡수성 코어 및 상기 미립자형 초흡수성 중합체 조성물을 포함하는 용품을 포함한다.

Description

신속한 흡수를 갖는 초흡수성 중합체{SUPERABSORBENT POLYMER HAVING FAST ABSORPTION}

본 발명은, 물, 수성 액체 및 혈액을 흡수하는 초흡수성 중합체(superabsorbent polymer)에 관한 것으로, 본 발명의 초흡수성 중합체는 신속한 흡수를 갖는다. 본 발명은 또한, 신속한 흡수를 갖는 이들 초흡수성 중합체의 제조 및 위생 용품들에서 흡수제로서의 이들의 용도에 관한 것이다.

초흡수성 재료는 일반적으로, 물 중에 0.9중량% 염화나트륨 용액을 함유하는 수성 용액 중에서 자체 중량의 적어도 약 10배 및 자체 중량의 약 30배 이하를 흡수할 수 있는, 수팽윤성의 수불용성 중합체, 또는 재료를 나타낸다. 초흡수성 중합체의 예들은, 가교결합된 부분 중화된 아크릴레이트 중합체를 포함할 수 있으며, 중합으로부터의 초흡수성 중합체 하이드로겔의 형성, 및 초흡수성 중합체의 일반적인 정의에 따라 특정 압력 하에 수성 액체를 보유할 수 있는 미립자형 초흡수성 중합체 조성물의 형성을 포함한다.

상기 초흡수성 중합체 하이드로겔은 입자들로 형성될 수 있으며, 이는 일반적으로 미립자형 초흡수성 중합체로 칭해지고, 여기서, 상기 미립자형 초흡수성 중합체를 표면 가교결합으로 표면 처리하고, 표면 가교결합 후에 기타 표면 처리 및 후처리하여(post treated) 미립자형 초흡수성 중합체 조성물을 형성할 수 있다. 두문자어 SAP가 초흡수성 중합체, 초흡수성 중합체 조성물, 미립자형 초흡수성 중합체 조성물 또는 이의 변형물 대신에 사용될 수 있다. 일반적으로, 이들 미립자형 초흡수성 중합체 조성물은, 상기 중합체 그램당 0.9중량% 염화나트륨 수성 용액 적어도 25g의 원심분리기 체류 용량(CRC: centrifuge retention capacity)을 갖는다. 미립자형 초흡수성 중합체 조성물은 또한, 체액이 신속하게 흡수되도록 고안되며, 이는 높은 겔층 투과율(GBP: gel bed permeability)을 필요로 한다.

상업적인 미립자형 초흡수성 중합체 조성물은 각종 개인 위생 제품들, 예를 들어, 유아용 기저귀, 아동 배변훈련용 팬츠, 성인 실금 제품들, 여성 위생 제품들 등에 널리 사용된다.

흡수 속도 및 상기 흡수 속도의 증가는 초흡수성 중합체의 한 측면이다. 발포제, 예를 들어, 탄산나트륨 또는 중탄산나트륨을 중합 전에 상기 초흡수성 중합체에 첨가하는 것은, 상기 초흡수성 중합체의 흡수 속도를 증가시키는 하나의 방법으로서 기재되어 있다. 발포제를 사용하는 것은, 상기 초흡수성 중합체에서 버블을 열분해 형성하는 방법을 유도하고, 발포를 개시하는 중합에 의해 발생된 열에 의존한다. 이러한 발포 방법은 문제점들, 예를 들어, 공정에서의 중합으로 인해 용적의 큰 변화가 발생하고, 제어가 쉽지 않도록 하며, 품질에서의 균일성이 부족하고 수불용성 성분들의 함량이 특히 높은 중합체가 생성되게 하며, 또한 기공 직경과 분포의 안정성이 부족하여 흡수 속도의 즉각적으로 충분한 억제를 허용하는 제조된 발포체가 제조되도록 하는 문제점들을 갖는다.

이러한 방법이 아조계 중합 개시제의 사용에 의해 수행되는 경우, 이러한 개시제의 양을 일반적으로 증가시켜 흡수 속도를 개선시키기에 충분한 양의 버블을 형성하고, 그 결과 제조된 중합체 내의 수용해성 성분들의 함량이 증가하는 경향이 있다. 또한, 발포제를 사용하는 방법과 유사하게, 아조계 중합 개시제를 사용하는 방법은, 공정에서의 중합으로 인해 용적의 큰 변화가 발생하고, 그 결과 버블들의 기공 입자 및 분포의 조절이 쉽지 않도록 한다는 문제점을 갖는다.

이러한 방법이 휘발성 유기 화합물로서 이러한 수불용성 발포제의 분산의 존재 하에 중합을 수행하는 경우, 비록 중합이 비교적 안정감 있게 수행될 수 있을지라도, 상기 중합이 휘발성 유기 화합물의 사용 때문에 안정성의 관점으로부터 특정 장치를 필요로 하며 사용된 휘발성 유기 화합물이 시스템으로부터 방출되기 때문에, 상기 방법은 많은 에너지 낭비를 초래하고 비용이 많이 든다고 밝혀지고 실용적인 사용가능성이 부족하다.

그러나, 이들 미립자형 초흡수성 중합체는 반드시, 하중 없이 그리고 하중하에 충분한 흡수 속도를 나타내지 않고, 쉽게 건조되지 않으며, 분쇄 동안 큰 하중을 겪으며 기공 직경의 균일성이 부족하며 수용해성 성분들의 큰 함량을 갖는다는 불리한 입장에 있다.

따라서, 본 발명의 목적은, 물을 신속하게 흡수할 수 있는 미립자형 초흡수성 중합체 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다. 따라서, 본 발명의 목적은, 증가된 물 흡수 속도를 나타낼 뿐만 아니라 탁월한 성질들을 유지하는 초흡수성 중합체를 제공하는 것이다. 본 발명은, 버블들의 분포가 균일한 발포체의 제조를 가능하게 하며, 물의 신속한 흡수를 허용하는 물-흡수성 수지, 및 이의 제조방법을 실현한다.

본 발명은, 발포제, 친유성 비이온성 계면활성제 및 폴리에톡실화된 친수성 비이온성 계면활성제를 포함하는 초흡수성 중합체에 관한 것으로, 여기서, 상기 미립자형 초흡수성 중합체는 30 내지 60초의 보텍스 시간(vortex time)을 갖는다.

본 발명은 또한, 내부 가교결합 구조를 가지며, 약 0.05 내지 약 2.0wt%의 발포제 및 약 0.001 내지 약 1.0wt%의 친유성 계면활성제와 폴리에톡실화된 친수성 계면활성제와의 혼합물을 포함하는 미립자형 초흡수성 중합체에 관한 것으로, 상기 입자는, 표면을 가교결합시키기 위해 가교결합 처리한 표면을 가지며, 상기 미립자형 초흡수성 중합체는 30 내지 60초의 보텍스 시간을 갖는다.

본 발명은 또한, 하기 단계들을 포함하는, 신속한 물 흡수를 갖는 미립자형 초흡수성 중합체의 제조방법에 관한 것이다:

a) 중합가능한 불포화 산 그룹 함유 단량체와 내부 가교결합제 단량체와의 혼합물의 수성 단량체 용액(여기서, 상기 수성 단량체 용액은 용해된 산소를 포함한다)을 제조하는 단계;

b) 불활성 가스를 단계 a)의 상기 수성 단량체 용액에 첨가함을 포함하여 단계 a)의 상기 수성 단량체 용액을 스파징하여 상기 수성 단량체 용액의 상기 용해된 산소를 대체시키는 단계;

c) 단계 b)의 상기 수성 단량체 용액의 중합 단계로서, 하기 단계 c1) 내지 c3)을 포함하는 중합 단계:

c1) 단계 a)의 상기 수성 단량체 용액에, i) 상기 중합가능한 불포화 산 그룹 함유 단량체 용액의 총량을 기준으로 하여, 약 0.05 내지 약 2.0wt%의 발포제를 포함하는 수성 용액; 및 ii) 상기 중합가능한 불포화 산 그룹 함유 단량체 용액의 총량을 기준으로 하여, 약 0.001 내지 약 1.0wt%의 친유성 계면활성제와 폴리에톡실화된 친수성 계면활성제와의 혼합물을 포함하는 수성 용액을 첨가하는 단계;

c2) 단계 c1)의 상기 단량체 용액을 고속 전단 혼합으로 처리하여, 처리된 단량체 용액을 형성하는 단계[여기서, 성분들 i) 약 0.05 내지 약 2.0wt%의 발포제를 포함하는 수성 용액; 및 ii) 약 0.001 내지 약 1.0wt%의 친유성 계면활성제와 폴리에톡실화된 친수성 계면활성제와의 혼합물을 포함하는 수성 용액을, 상기 수성 단량체 용액의 스파징 단계 b) 후에 그리고 상기 수성 단량체 용액의 고속 전단 혼합 단계 c2) 전에 상기 수성 단량체 용액에 첨가한다];

c3) 중합 개시제를 단계 c2)의 상기 처리된 단량체 용액에 첨가함에 의해 하이드로겔을 형성하는 단계(여기서, 상기 개시제는 상기 발포제 및 계면활성제들 혼합물 후에 상기 처리된 단량체 용액에 첨가되고, 중합체가 상기 발포제의 버블이 중합체 구조물 내에 포함되도록 형성된다);

d) 단계 c)의 상기 하이드로겔을 건조 및 분쇄(grinding)하여 미립자형 초흡수성 중합체를 형성하는 단계; 및

e) 단계 d)의 상기 미립자형 초흡수성 중합체를 표면 가교결합제로 표면 가교결합시키는 단계(여기서, 상기 표면 가교결합된 초흡수성 중합체는 약 30초 내지 약 60초의 보텍스 시간을 갖는다).

상기 언급한 것을 고려하여, 본 발명의 특징 및 이점은, 미립자형 초흡수성 중합체 조성물, 미립자형 초흡수성 중합체 조성물의 속도를 증가시키는 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 다수의 기타 특징들 및 이점들은 하기 설명으로부터 나타날 것이다.

도 1은 자유 팽윤 겔층 투과율 테스트(Free Swell Gel Bed Permeability Test)에 사용되는 테스트 장치의 측면도이며;
도 2는 도 1에 나타낸 자유 팽윤 겔층 투과율 테스트 장치에 사용되는 실린더/컵 어셈블리의 단면 측면도이며;
도 3은 도 1에 나타낸 자유 팽윤 겔층 투과율 테스트 장치에 사용되는 플런저(plunger)의 평면도이며;
도 4는 하중하의 흡수도 테스트(Absorbency Under Load Test)에 사용되는 테스트 장치의 측면도이며;
도 5는, 관찰자를 향해 착용자의 피부와 접하는 흡수성 용품(absorbent article)의 표면을 갖는, 펼쳐서 눕힌 편평한 상태로 흡수성 용품의, 부분적으로 내부가 보이도록 한(cut away) 상부 배치도를 나타낸다.

정의

본 명세서의 맥락 내에서, 하기의 용어 또는 구 각각은 하기의 의미 또는 의미들을 포함할 것이다.

본원 개시 내용에 사용될 경우, 용어들 "포함하다", "포함하는" 및 기본형 "포함하다"의 다른 파생어에는 임의의 언급된 특징, 요소, 완전품, 단계 또는 구성요소의 존재를 규정하는 개방형(open-nded) 용어들인 것으로 의도되며, 하나 이상의 다른 특징, 요소, 완전품, 단계, 구성요소 또는 이들의 그룹의 존재 또는 부가를 배제하는 것으로 의도되지 않음을 주지해야 한다.

본원에 사용된 바와 같은, 본 발명의 조성물 중 성분의 양을 수식하거나 본 발명의 방법에 사용되는 "약"이라는 용어는, 예를 들어, 현실 세계에서 농축물 또는 사용 용액의 제조에 사용되는 전형적인 측정 및 액체 취급 절차를 통하여; 이러한 절차에서의 우연한 실수를 통하여; 조성물의 제조 또는 방법들의 실시에 사용되는 성분들의 제조, 공급원 또는 순도의 차이 등을 통하여 발생할 수 있는 수치적 양의 변동을 나타낸다. 약이라는 용어는 또한, 특정한 초기 혼합물로부터 생성되는 조성물에 대한 상이한 평형 조건으로 인하여 달라지는 양을 포함한다. "약"이라는 용어로 수식되든지 그렇지 않든지 간에, 특허청구범위는 그 양과 등가인 것을 포함한다.

본원에 사용된 용어 "원심분리기 체류 용량(CRC)"은 미립자형 초흡수성 중합체가 제어된 조건 하에서 포화되고 원심분리된 후 그 내부에 액체를 보유하는 능력을 나타내며, 본원에 개시된 원심분리기 체류 용량 테스트에 의한 측정시 샘플 1그램 중량당 보유되는 액체의 그램(g/g)으로 언급된다.

본원에 사용된 용어들 "가교결합되는", "가교결합되다", "가교결합제" 또는 "가교결합시키는"은, 보통은 수용성인 물질을 실질적으로 수불용성이지만 팽윤가능하게 하기에 효과적인 임의의 수단들을 나타낸다. 이러한 가교결합 수단들은, 예를 들어, 물리적 엉킴(entanglement), 결정 도메인(crystalline domain), 공유 결합, 이온성 착체화 및 회합, 친수성 회합, 예를 들어, 수소 결합, 소수성 회합 또는 반데르 발스 힘을 포함할 수 있다.

본원에 사용된 용어 "내부 가교결합제" 또는 "단량체 가교결합제"는, 중합체를 형성하기 위한 단량체 용액 중의 가교결합제의 사용을 나타낸다.

본원에 사용된 용어 "건조 미립자형 초흡수성 중합체 조성물"은, 일반적으로 약 20% 미만의 수분을 갖는 초흡수성 중합체 조성물을 나타낸다.

용어 "겔 투과율"은 전체로서 입자의 매스(mass)에 대한 성질이며, 팽윤된 겔의 입자 크기 분포, 입자 형상, 입자들 간의 개방 기공들의 연결(connectedness), 전단 모듈러스 및 표면 개질에 관련된다. 실질적인 면에 있어서, 상기 초흡수성 중합체 조성물의 겔 투과율은 팽윤된 입자들의 매스를 통해 액체가 얼마나 신속하게 유동하는지에 대한 척도이다. 낮은 겔 투과율은, 액체가 상기 초흡수성 중합체 조성물을 용이하게 유동할 수 없다는 것(이는 일반적으로 겔 차단(blocking)으로 칭함)과, 액체의 임의의 강제 유동(예를 들어, 기저귀의 사용 동안 소변의 두 번째 적용)이 대체 경로(예를 들어, 기저귀 누출)를 취해야 함을 나타낸다.

두문자어 "HLB"는 계면활성제의 친수성-친유성 균형을 의미하며, 분자의 상이한 영역에 대한 값을 계산함에 의해 측정된 바와 같이 친수성 또는 친유성 정도의 척도이다. 상기 HLB 값은 분자의 계면활성제 성질들을 예상하는데 사용될 수 있으며, 여기서, HLB 값 10 미만은 지용성(수불용성)이며, HLB 값 10 초과는 수용성(지불용성: lipid insoluble)이다.

초흡수성 중합체 조성물의 입자들의 소정의 샘플의 "질량 중간 입자 크기(mass median particle size)"라는 용어는, 질량 기준으로 샘플을 절반으로 나눈 입자 크기로 정의되며, 즉, 중량 기준으로 샘플의 절반은 질량 중간 입자 크기 초과의 입자 크기를 가지며, 질량 기준으로 샘플의 절반은 질량 중간 입자 크기 미만의 입자 크기를 갖는다. 따라서, 예를 들어, 초흡수성 중합체 조성물 입자의 샘플의 질량 중간 입자 크기는, 중량 기준으로 샘플의 1/2이 2㎛ 초과로 측정될 경우 2㎛이다.

본원에 사용된 용어 "함수량(moisture content)"은 함수량 테스트(Moisture Content Test)에 의한 측정시 미립자형 초흡수성 중합체 조성물에 함유된 물의 양을 의미할 것이다.

용어 "비-이온성 계면활성제"는 전하를 갖지 않는 계면활성제이며, 매우 낮은 농도로 사용되는 경우 물의 표면 장력을 크게 감소시킬 수 있다. 비-이온성 계면활성제는, 이들의 친수성 그룹이 비-해리성이기 때문에, 수성 용액 중에서 이온화되지 않는다.

용어들 "입자", "미립자" 등은, 용어 "초흡수성 중합체"라는 용어와 함께 사용되는 경우, 개별 단위들의 형태를 나타낸다. 상기 단위들은 박편, 섬유, 응집체, 과립, 분말, 구(sphere), 미분화 재료 등을 포함할 뿐만 아니라 이들의 조합도 포함할 수 있다. 입자들은 임의의 요망되는 형상, 예를 들어, 입방형, 로드형(rod like) 다면체형, 구형 또는 반구형, 원형(rounded) 또는 반원형(semi-rounded), 각형, 불규칙형 등을 가질 수 있다.

용어들 "미립자형 초흡수성 중합체" 및 "미립자형 초흡수성 중합체 조성물"은 불연속 형태의 초흡수성 중합체 및 초흡수성 중합체 조성물의 형태를 나타내며, 여기서, "미립자형 초흡수성 중합체" 및 "미립자형 초흡수성 중합체 조성물"은 1000㎛ 미만 또는 약 150㎛ 내지 약 850㎛의 입자 크기를 가질 수 있다.

본원에 사용된 용어 "투과율"은 다공성 구조체, 이 경우에는 가교결합된 중합체의 유효 연결의 척도를 의미하며, 미립자형 초흡수성 중합체 조성물의 공극 분율, 및 연결 정도의 면에서 특정될 수 있다.

용어 "중합체"는 단독중합체, 공중합체, 예를 들어, 블록, 그래프트, 랜덤 및 교호 공중합체, 삼원중합체 등과, 이들의 블렌드 및 개질물을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 또한, 달리 구체적으로 제한되지 않는 한, 용어 "중합체"는 당해 물질의 모든 가능한 배위 이성체(configurational isomer)들을 포함할 것이다. 이러한 배위는 이소택틱, 신디오택틱 및 어택틱(atactic) 대칭을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다.

본원에 사용된 용어 "폴리올레핀"은 일반적으로, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리이소부틸렌, 폴리스티렌, 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체 등과 같은 재료, 이들의 단독중합체, 공중합체, 삼원중합체 등, 및 이들의 블렌드 및 개질물을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 용어 "폴리올레핀"은 이소택틱, 신디오택틱 및 랜덤 대칭을 포함하지만 이로 한정되는 것은 아닌 이의 모든 가능한 구조를 포함할 것이다. 공중합체는 어택틱 및 블록 공중합체를 포함한다.

본원에 사용된 용어 "초흡수성 중합체"는 0.9중량% 염화나트륨을 함유하는 수성 용액 중에서, 가장 유리한 조건 하에서, 자체 중량의 적어도 약 10배, 또는 자체 중량의 적어도 약 15배, 또는 자체 중량의 적어도 약 25배를 흡수할 수 있는 초흡수성 중합체 및 초흡수성 중합체 조성물을 포함하는 수팽윤성의 수불용성 유기 또는 무기 재료를 나타낸다.

본원에 사용된 용어 "초흡수성 중합체 조성물"은 본 발명에 따라 표면 첨가제를 포함하는 초흡수성 중합체를 나타낸다.

본원에 사용된 용어 "표면 가교결합"은 초흡수성 중합체 입자의 표면의 근처에서의 기능성 가교결합의 수준을 나타내며, 상기 수준은 일반적으로 초흡수성 중합체 입자의 내부에서의 기능성 가교결합의 수준보다 더 높다. 본원에 사용된 "표면"은 입자의 외부로 향하는 경계를 기술한다.

본원에 사용된 용어 "열가소성"은 열에 노출될 때 연화되고 실온으로 냉각될 때 비연화 상태로 실질적으로 되돌아가는 재료를 기술한다.

용어 "보텍스 시간"은 자기 교반 플레이트 상에서 분당 600회 회전으로 50㎖의 염수 용액을 교반함에 의해 발생된 보텍스를 2g의 SAP가 멈추게 하는데 필요한 시간의 양(초)을 측정한다. 상기 보텍스를 멈추는데 걸리는 시간은 상기 SAP의 자유 팽윤 흡수 속도를 나타낸다.

건조 미립자형 초흡수성 중합체 조성물의 성분을 나타내는, 본원에서 사용된 용어 "중량%" 또는 "wt%"는 본원에서 달리 나타내지 않는 한, 건조 초흡수성 중합체 조성물의 중량에 기초한 것으로 해석되어야 한다.

이들 용어들은 하기 상세한 설명을 포함하여 본 명세서의 나머지 부분에서 추가의 언어로 정의될 수 있다.

발명의 상세한 기술

양태 및/또는 양태들의 전형적인 측면들이 예시 목적으로 제시되었지만, 이러한 상세한 설명 및 첨부된 도면들이 본 발명의 범위로 제한되는 것으로 여겨서는 안된다. 따라서, 본 발명의 범주와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 변형들, 적응들 및 대안들이 당업자에게 발생할 수 있다. 가설상의 예시적 예에 의해, 1 내지 5의 범위의 본원 명세서에서의 개시 내용은 하기 범위들 중 임의의 것에 대해 주장을 지지하는 것으로 고려될 것이다: 1-5; 1-4; 1-3; 1-2; 2-5; 2-4; 2-3; 3-5; 3-4; 및 4-5.

본 발명에 따라, 신속한 흡수를 갖는 미립자형 초흡수성 중합체 조성물은 본원에 기재된 방법들을 사용하여 달성될 수 있다. 본 발명은 추가로, 탑시트(topsheet); 백시트(backsheet); 및 상기 탑시트와 백시트 사이에 배치된 흡수성 코어를 포함하는 흡수성 용품을 포함하고, 상기 흡수성 코어는 본 발명의 미립자형 초흡수성 중합체 조성물의 각종 양태들을 포함한다.

본 발명은 또한, 입자의 내부에, 내부 가교결합 구조를 가지며 약 0.05 내지 약 2.0wt%의 발포제 및 약 0.001 내지 약 1.0wt%의 친유성 계면활성제와 폴리에톡실화된 친수성 계면활성제와의 혼합물을 포함하는 미립자형 초흡수성 중합체에 관한 것으로, 상기 입자는, 표면을 가교결합시키기 위해 가교결합 처리한 표면을 가지며, 상기 미립자형 초흡수성 중합체는 30 내지 60초의 보텍스 시간을 갖는다.

본 발명은 또한, 미립자형 초흡수성 중합체에 관한 것으로, 여기서, 상기 친유성 계면활성제는 4 내지 9의 HLB를 가지며, 상기 폴리에톡실화된 친수성 계면활성제는 12 내지 18의 HLB를 갖거나; 또는 친유성 계면활성제와 폴리에톡실화된 친수성 계면활성제와의 혼합물은 8 내지 14의 HLB를 갖거나; 또는 상기 친유성 계면활성제는 소르비탄 에스테르이고, 상기 폴리에톡실화된 친수성 계면활성제는 폴리에톡실화된 소르비탄 에스테르이거나; 또는 상기 친유성 계면활성제는 비이온성이며 상기 폴리에톡실화된 친수성 계면활성제는 비이온성이거나; 또는 상기 발포제는 알칼리 금속 카보네이트 또는 알칼리 금속 바이카보네이트로부터 선택되고, 상기 알칼리 금속은 나트륨 또는 칼륨일 수 있거나; 또는 상기 초흡수성 중합체는 약 120 내지 약 150의 압력 흡수도 지수(Pressure Absorbency Index)를 갖거나; 또는 상기 내부 가교결합제는 적어도 하나의 비닐 그룹 또는 알릴 그룹, 및 적어도 하나의 Si-O 결합을 포함하는 실란 화합물을 포함하고, 상기 비닐 그룹 또는 알릴 그룹은 규소 원자에 직접 결합된다.

본 발명은 또한, 입자의 내부에, 내부 가교결합 구조를 가지며 약 0.05 내지 약 2.0wt%의 발포제 및 약 0.001 내지 약 1.0wt%의 친유성 비이온성 계면활성제와 폴리에톡실화된 친수성 비이온성 계면활성제와의 혼합물을 포함하는 미립자형 초흡수성 중합체에 관한 것으로, 상기 입자는, 표면을 가교결합시키기 위해 가교결합 처리한 표면을 가지며, 상기 미립자형 초흡수성 중합체는 30 내지 60초의 보텍스 시간을 가지며, 상기 미립자형 초흡수성 중합체는, 표준 체 분류(standard sieve classification)에 의해 특정되어 상기 미립자형 초흡수성 중합체의 약 6wt% 내지 약 15wt%의 양이 600㎛ 초과의 입자 직경을 갖거나; 또는 표준 체 분류에 의해 특정되는 중량 평균 입자 직경(D50)을 350㎛ 내지 약 500㎛로 갖거나; 또는 상기 미립자형 초흡수성 중합체는 표준 체 분류에 의해 특정되어 상기 미립자형 초흡수성 중합체 조성물의 약 85wt% 이상의 양이 600㎛ 미만 150㎛ 초과의 입자 직경을 갖거나; 또는 입자들은 표준 체 분류에 의해 특정되어 상기 미립자형 초흡수성 중합체 조성물의 약 90wt% 이상의 양이 600㎛ 미만 150㎛ 초과의 입자 직경을 갖고, 입자들은 표준 체 분류에 의해 특정되는 중량 평균 입자 직경(D50)을 300 내지 400㎛로 갖는다.

본 발명은 또한, 입자의 내부에, 내부 가교결합 구조를 가지며 약 0.05 내지 약 5.0wt%의 발포제 및 약 0.001 내지 약 1.0wt%의 친유성 비이온성 계면활성제와 폴리에톡실화된 친수성 비이온성 계면활성제와의 혼합물을 포함하는 미립자형 초흡수성 중합체에 관한 것으로, 상기 입자는, 표면을 가교결합시키기 위해 가교결합 처리한 표면을 가지며, 상기 미립자형 초흡수성 중합체는 30 내지 60초의 보텍스 시간을 가지며, 상기 미립자형 초흡수성 중합체는 점토를 추가로 포함하여, 약 90 내지 약 98중량%의 초흡수성 중합체 및 약 0.5 내지 약 10중량%의 점토를 포함하거나, 상기 미립자형 초흡수성 중합체 100중량부당 약 0.001 내지 약 10중량부를 포함하거나, 약 0.005 내지 약 5.0wt%의 수성 하이드로겔에 첨가된 발포체를 추가로 포함하는, 초흡수성 중합체-점토 하이드로겔을 형성한다.

본 발명은, 입자의 내부에, 내부 가교결합 구조를 가지며 약 0.05 내지 약 2.0wt%의 발포제 및 약 0.001 내지 약 1.0wt%의 친유성 비이온성 계면활성제와 폴리에톡실화된 친수성 비이온성 계면활성제와의 혼합물을 포함하는 미립자형 초흡수성 중합체에 관한 것으로, 상기 입자는, 표면을 가교결합시키기 위해 가교결합 처리한 표면을 가지며, 상기 미립자형 초흡수성 중합체는 30 내지 60초의 보텍스 시간을 가지며, 상기 미립자형 초흡수성 중합체는 킬레이트제를 추가로 포함하고, 여기서, 상기 킬레이트제는 적어도 3개의 카복실 그룹을 갖는 아미노카복실산 및 이의 염으로부터 선택된다.

본 발명은 또한, 입자의 내부에, 내부 가교결합 구조를 가지며 약 0.05 내지 약 2.0wt%의 발포제 및 약 0.001 내지 약 1.0wt%의 친유성 비이온성 계면활성제와 폴리에톡실화된 친수성 비이온성 계면활성제와의 혼합물을 포함하는 미립자형 초흡수성 중합체에 관한 것으로, 상기 입자는, 표면을 가교결합시키기 위해 가교결합 처리한 표면을 가지며, 상기 미립자형 초흡수성 중합체는 30 내지 60초의 보텍스 시간을 가지며, 상기 미립자형 초흡수성 중합체는, 건조 중합체 분말 중량을 기준으로 하여, 약 0.01 내지 0.5중량%의 열가소성 중합체를 추가로 포함하거나; 또는 상기 열가소성 중합체는 폴리에틸렌, 폴리에스테르, 폴리우레탄, 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE), 에틸렌 아크릴산 공중합체(EAA), 스티렌 공중합체, 에틸렌 알킬 메타크릴레이트 공중합체(EMA), 폴리프로필렌(PP), 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체(EVA) 또는 이들의 블렌드, 또는 이들의 공중합체로부터 선택되거나; 또는 상기 열가소성 중합체를 표면 가교결합제와 함께 상기 미립자형 초흡수성 중합체에 첨가하거나, 또는 상기 열가소성 중합체를 상기 미립자형 초흡수성 중합체에 도포한 다음, 상기 표면 가교결합제를 상기 미립자형 초흡수성 중합체에 첨가한다.

본 발명은 또한, 입자의 내부에, 내부 가교결합 구조를 가지며 약 0.05 내지 약 2.0wt%의 발포제 및 약 0.001 내지 약 1.0wt%의 친유성 비이온성 계면활성제와 폴리에톡실화된 친수성 비이온성 계면활성제와의 혼합물을 포함하는 미립자형 초흡수성 중합체에 관한 것으로, 상기 입자는, 표면을 가교결합시키기 위해 가교결합 처리한 표면을 가지며, 상기 미립자형 초흡수성 중합체는 30 내지 60초의 보텍스 시간을 가지며, 상기 미립자형 초흡수성 중합체 조성물 중량을 기준으로 하여, 0.01wt% 내지 약 5wt%의, 상기 미립자형 초흡수성 중합체의 표면에 도포되는 중화된 알루미늄 염(약 5.5 내지 약 8의 pH 값을 갖는 수성 중화된 알루미늄 염 용액 형태)을 추가로 포함한다.

본 발명은 또한, 입자의 내부에, 내부 가교결합 구조를 가지며 약 0.05 내지 약 2.0wt%의 발포제 및 약 0.001 내지 약 1.0wt%의 친유성 비이온성 계면활성제와 폴리에톡실화된 친수성 비이온성 계면활성제와의 혼합물을 포함하는 미립자형 초흡수성 중합체에 관한 것으로, 상기 입자는, 표면을 가교결합시키기 위해 가교결합 처리한 표면을 가지며, 상기 미립자형 초흡수성 중합체는 30 내지 60초의 보텍스 시간을 가지며, 상기 미립자형 초흡수성 중합체 조성물의 그램당 0.9중량% 수성 염화나트륨의 약 25g 내지 약 40g의 원심분리기 체류 용량(CRC)을 갖거나; 또는 미립자형 초흡수성 중합체의 약 2 내지 약 10wt%의 함수량을 갖거나; 또는 약 20×10^-8cm² 내지 약 200×10^-8cm²의 자유 팽윤 겔층 투과율(FSGBP)을 갖거나; 또는 0.9중량%에 대한 4.83kPa 하중하에 약 15g/g 내지 약 26g/g의 60분 흡수 용량을 갖는다.

c1) 단계 a)의 상기 수성 단량체 용액에, i) 상기 중합가능한 불포화 산 그룹 함유 단량체 용액의 총량을 기준으로 하여, 약 0.05 내지 약 2.0wt%의 발포제를 포함하는 수성 용액; 및 ii) 상기 중합가능한 불포화 산 그룹 함유 단량체 용액의 총량을 기준으로 하여, 약 0.001 내지 약 1.0wt%의, 친유성 비이온성 계면활성제와 폴리에톡실화된 친수성 비이온성 계면활성제와의 혼합물을 포함하는 수성 용액을 첨가하는 단계;

c2) 단계 c1)의 상기 단량체 용액을 적어도 2500rpm의 고속 전단 혼합으로 처리하여, 처리된 단량체 용액을 형성하는 단계[여기서, 성분들 i) 약 0.05 내지 약 2.0wt%의 발포제를 포함하는 수성 용액; 및 ii) 약 0.001 내지 약 1.0wt%의 친유성 비이온성 계면활성제와 폴리에톡실화된 친수성 비이온성 계면활성제와의 혼합물을 포함하는 수성 용액을, 상기 수성 단량체 용액의 스파징 단계 b) 후에 그리고 상기 수성 단량체 용액의 고속 전단 혼합 단계 c2) 전에 상기 수성 단량체 용액에 첨가한다];

c3) 중합 개시제를 단계 c2)의 상기 처리된 단량체 용액에 첨가함에 의해 하이드로겔을 형성하는 단계(여기서, 상기 개시제는 상기 발포제 및 계면활성제들 후에 상기 처리된 단량체 용액에 첨가되고, 중합체가 상기 발포제의 버블이 중합체 구조물 내에 포함되도록 형성된다);

d) 단계 c)의 상기 하이드로겔을 건조 및 분쇄하여 미립자형 초흡수성 중합체를 형성하는 단계; 및

본 발명은 추가로, 탑시트; 백시트; 및 상기 탑시트와 백시트 사이에 배치된 흡수성 코어를 포함하는 흡수성 용품을 포함하고, 상기 흡수성 코어는 본 발명의 상기 언급된 미립자형 초흡수성 중합체를 포함한다.

적합한 초흡수성 중합체는 합성, 천연, 생분해성 및 개질된 천연 중합체로부터 선택될 수 있다. 상기 초흡수성 중합체의 언급에 사용된 가교결합된이란 용어는, 보통은 수용성인 물질을, 실질적으로 수불용성이지만 팽윤성으로 효율적으로 되도록 하는 모든 수단들을 나타낸다. 이러한 가교결합 수단들은, 예를 들어, 물리적 엉킴, 결정 도메인, 공유 결합, 이온성 착체화 및 회합, 친수성 회합, 예를 들어, 수소 결합, 소수성 회합 또는 반 데르 발스 힘을 포함할 수 있다. 본 발명의 양태에서 개시된 초흡수성 중합체는, 초흡수성 중합체의 약 55 내지 약 99.9wt%의 중합가능한 불포화 산 그룹 함유 단량체의 초기 중합에 의해 수득될 수 있다. 적합한 단량체는 카복실 그룹을 함유하는 임의의 것들, 예를 들어, 아크릴산 또는 메타크릴산; 또는 2-아크릴아미도-2-메틸프로판설폰산 또는 이들의 혼합물을 포함한다. 적어도 약 50wt%, 더욱 바람직하게는 적어도 약 75wt%의 산 그룹이 카복실 그룹인 것이 바람직하다.

본 발명의 초흡수성 중합체의 제조방법은, 초흡수성 중합체의 약 55 내지 약 99.9wt%의 중합가능한 불포화 산 그룹 함유 단량체의 초기 중합에 의해 수득될 수 있다. 적합한 중합가능한 단량체는 카복실 그룹을 함유하는 임의의 것들, 예를 들어, 아크릴산, 메타크릴산, 2-아크릴아미도-2-메틸프로판설폰산 또는 이들의 혼합물을 포함한다. 적어도 약 50wt%, 더욱 바람직하게는 적어도 약 75wt%의 산 그룹이 카복실 그룹인 것이 바람직하다.

아크릴 산에 함유된 불순물들은 아래와 같이 정의 될 수 있다. 상기 아크릴 산은 프로토아네모닌 및/또는 푸르푸랄을 포함할 수 있으며, 이는 색상 안정성(color hue stability) 또는 잔류 단량체를 고려하여 소정량 이하이도록 억제될 수 있다. 프로토아네모닌 및/또는 푸르푸랄의 함량은 0 내지 약 10ppm, 또는 0 내지 약 5ppm, 또는 0 내지 약 3ppm, 또는 0 내지 약 1ppm일 수 있다. 동일한 이유 때문에, 상기 아크릴산은 푸르푸랄 및/또는 말레산 이외에 소량(들)의 알데하이드를 포함할 수 있다. 아크릴산을 기준으로 한 알데하이드의 양(들)은 0 내지 약 5ppm, 또는 0 내지 약 3ppm, 또는 0 내지 약 1ppm이다. 푸르푸랄 이외의 알데하이드의 예는 벤즈알데하이드, 아크알데하이드 및 아세트알데하이드 등을 포함한다. 잔류 단량체를 감소시키는 관점에서, 아크릴산은 이량체 아크릴레이트를 0 내지 약 500ppm, 또는 0 내지 약 200ppm, 또는 0 내지 약 100ppm의 양으로 포함한다.

상기 산 그룹은 알칼리 염기를 사용하여 적어도 약 25mol%, 또는 약 50mol% 내지 약 80mol% 정도로 중화되는데, 즉 상기 산 그룹은 바람직하게는 나트륨, 칼륨 또는 암모늄 염으로서 존재한다. 상기 알칼리 염기의 양은 상기 미립자형 초흡수성 중합체 조성물의 약 14wt% 내지 약 45wt% 일 수 있다. 상기 알칼리 염기는 수산화나트륨 또는 수산화칼륨을 포함할 수 있다. 몇몇 측면들에서, 아크릴산 또는 메타크릴산의 중합에 의해 수득된 중합체를 사용하는 것이 바람직할 수 있으며, 상기 아크릴산 또는 메타크릴산의 카복실 그룹은 내부 가교결합제의 존재 하에 중화된다. 상기 알칼리 염기를 상기 단량체 용액에 첨가하거나, 아크릴산과 같은 단량체를 상기 알칼리 염기에 첨가함에 의해 중화가 달성될 수 있음에 주목한다. 온도 또는 중화(중화 온도)는 구체적으로 제한되지 않지만, 10 내지 100℃, 또는 30 내지 90℃일 수 있다.

몇몇 측면들에서, 에틸렌성 불포화 단량체와 공중합될 수 있는 제2의 적합한 단량체에는 아크릴아미드, 메타크릴아미드, 하이드록시에틸 아크릴레이트, 디메틸아미노알킬 (메트)-아크릴레이트, 에톡실화된 (메트)-아크릴레이트, 디메틸아미노프로필아크릴아미드, 또는 아크릴아미도프로필트리메틸암모늄 클로라이드가 포함되지만, 이에 제한되지 않는다. 이러한 단량체는 공중합된 단량체의 0wt% 내지 약 40wt%의 범위로 존재할 수 있다.

상기 단량체가 아크릴산인 경우, 부분 중화된 아크릴레이트 염은 중합 후에 미립자형 흡수제 중에서 중합체로 전환되고, 아크릴산을 기준으로 한 전환된 값은 부분 중화된 폴리아크릴레이트 염이 등몰의 중화되지 않은 폴리아크릴산으로 전부 전환된다는 추정을 통해 측정할 수 있다.

본 발명의 초흡수성 중합체는 또한, 중합가능한 불포화 산 그룹 함유 단량체의 총량을 기준으로 하여, 약 0.001wt% 내지 약 5wt%, 또는 약 0.2wt% 내지 약 3wt%의 적어도 하나의 내부 가교결합제를 포함한다. 상기 내부 가교결합제는 일반적으로 적어도 2개의 에틸렌성 불포화 이중 결합 또는 하나의 에틸렌성 불포화 이중 결합을 가지며, 중합가능한 불포화 산 그룹 함유 단량체의 산 그룹들에 대해 반응성인 하나의 작용기, 또는 산 그룹들에 대해 반응성인 수개의 작용기들은 내부 가교결합 성분으로서 사용될 수 있으며, 이는 중합가능한 불포화 산 그룹 함유 단량체들의 중합 동안 존재한다. 상기 내부 가교결합제는, 규소원자에 직접 결합되는 적어도 하나의 비닐 그룹 또는 알릴 그룹, 및 적어도 하나의 Si-O 결합을 포함하는 실란 화합물을 함유할 수 있다.

초흡수성 중합체에 사용되는 내부 가교결합제의 예는, 지방족 불포화 아미드, 예를 들어, 메틸렌비스아크릴- 또는 -메타크릴아미드 또는 에틸렌비스아크릴아미드, 및 추가로 폴리올 또는 알콕실화된 폴리올과 에틸렌성 불포화 산의 지방족 에스테르, 예를 들어, 부탄디올 또는 에틸렌 글리콜, 폴리글리콜 또는 트리메틸올프로판의 디(메트)아크릴레이트 또는 트리(메트)아크릴레이트, 1 내지 30몰의 알킬렌 옥사이드로 바람직하게는 옥시알킬화된, 바람직하게는 에톡실화된 트리메틸올프로판의 디- 및 트리아크릴레이트 에스테르, 글리세롤 및 펜타에리트리톨의, 그리고 1 내지 30몰의 에틸렌 옥사이드로 옥시에틸화된 펜타에리트리톨 및 글리세롤의 아크릴레이트 및 메타크릴레이트 에스테르, 및 추가로, 알릴 화합물, 예를 들어, 알릴 (메트)아크릴레이트, 1 내지 30몰의 에틸렌 옥사이드와 반응시킨 알콕실화된 알릴 (메트)아크릴레이트, 트리알릴 시아누레이트, 트리알릴 이소시아누레이트, 말레산 디알릴 에스테르, 폴리-알릴 에스테르, 비닐 트리메톡시실란, 비닐 실란, 예를 들어, Dynasylan®6490, Dynasylan®6498, 비닐알콕시실란, 예를 들어, 비닐트리메톡시실란, 메틸비닐트리메톡시실란, 비닐트리이소프로페녹시실란, 비닐트리에톡시실란, 메틸비닐트리에톡시실란, 비닐메틸디메톡시실란, 비닐에틸디에톡시실란, 디에톡신에틸비닐실란 및 비닐트리스(2-메톡시에톡시)실란; 비닐아세톡시실란, 예를 들어, 비닐메틸디아세톡시실란, 비닐에틸디아세톡시실란 및 비닐트리아세톡시실란; 알릴알콕시실란, 예를 들어, 알릴트리메톡시실란, 알릴메틸디메톡시실란 및 알릴트리에톡시실란; 디비닐알콕시실란 및 디비닐아세톡시실란, 예를 들어, 디비닐디메톡시실란, 디비닐디에톡시실란 및 디비닐디아세톡시실란; 디알릴알콕시실란 및 디알릴아세톡시실란, 예를 들어, 디알릴디메톡시실란, 디알릴디에톡시실란 및 디알릴디아세톡시실란, 비닐 트리에톡시실란, 적어도 2개의 비닐 그룹을 포함하는 폴리실록산, 테트라알릴옥시에탄, 테트라알릴옥시에탄, 트리알릴아민, 테트라알릴에틸렌디아민, 디올, 폴리올, 하이드록시 알릴 또는 아크릴레이트 화합물, 및 인산 또는 아인산의 알릴 에스테르, 및 추가로, 가교결합할 수 있는 단량체, 예를 들어, 불포화 아미드의, 예를 들어, 메타크릴아미드 또는 아크릴아미드의 N-메틸올 화합물, 및 이로부터 유도된 에테르를 포함한다. 이온성 가교결합제, 예를 들어, 알루미늄 금속 염이 또한 사용될 수 있거나, 또는 다가 양이온을 함유하는 기타 화합물들이 또한 사용될 수 있다. 후-중합(post-polymerization) 반응성 가교결합제는, 예를 들어, 온도(예를 들어, 건조 또는 열 처리)에 의해, 또는 물 또는 기타 화학 물질의 첨가에 의해, 또는 pH에서의 변화 또는 몇몇 기타 변화에 의해 유발되는 경우, 예를 들어, 체액과 접촉하는 경우, 중합 후 추가의 가교결합을 형성하거나, 중합 후 더 적은 가교결합을 형성하기 위해 가수분해시키거나 반응시킨다. 언급된 상기 가교결합제의 혼합물이 사용될 수도 있다.

상기 초흡수성 중합체는, 중합가능한 불포화 산 그룹 함유 단량체의 총량을 기준으로 하여, 약 0.001wt% 내지 약 0.1wt%의, 적어도 2개의 에틸렌성 불포화 이중 결합을 포함하는 조성물을 포함할 수 있는 제2 내부 가교결합제를 포함할 수 있으며, 예를 들어, 메틸렌비스아크릴아미드 또는 -메타크릴아미드 또는 에틸렌비스아크릴아미드; 추가로, 폴리올의 불포화 모노- 또는 폴리카복실산의 에스테르, 예를 들어, 디아크릴레이트 또는 트리아크릴레이트, 예를 들어, 부탄디올- 또는 에틸렌 글리콜 디아크릴레이트 또는 -메타크릴레이트; 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트 및 이의 알콕실화 유도체; 추가로, 알릴 화합물, 예를 들어, 알릴 (메트)아크릴레이트, 트리알릴 시아누레이트, 말레산 디알릴 에스테르, 폴리알릴 에스테르, 테트라알릴옥시에탄, 디- 및 트리알릴아민, 테트라알릴에틸렌디아민, 인산 또는 아인산의 알릴 에스테르이다. 또한, 산 그룹에 대하여 반응성인 적어도 하나의 작용기를 갖는 화합물들도 사용될 수 있다. 이의 예는 메타크릴아미드 또는 아크릴아미드와 같은 아미드의 N-메틸올 화합물, 및 이로부터 유도된 에테르 뿐만 아니라, 디- 및 폴리글리시딜 화합물을 포함한다. 상기 제2 내부 가교결합제는 폴리에틸렌 글리콜 모노알릴 에테르 아크릴레이트, 에톡실화된 트리메틸올 프로판 트리아크릴레이트 및/또는 폴리에틸렌 글리콜 디아크릴레이트를 포함할 수 있다.

일반적인 개시제, 예를 들어, 아조 또는 퍼옥소 화합물, 산화환원 시스템 또는 UV 개시제, (감광제), 및/또는 방사선이 자유 라디칼 중합의 개시에 사용된다. 몇몇 측면들에서, 개시제들이 자유 라디칼 중합의 개시에 사용될 수 있다. 적합한 개시제들은 아조 또는 퍼옥소 화합물, 산화환원 시스템 또는 자외선 개시제, 감광제 및/또는 방사선을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다.

본 발명에 사용하기 위한 중합 개시제는 중합 타입에 따라 필요에 따라 선택될 수 있으며, 구체적으로 제한되지 않는다. 중합 개시제의 예는 열 분해성 중합 개시제, 광분해성 중합 개시제 및 산화환원-타입 중합 개시제 등을 포함한다. 열 분해성 중합 개시제의 구체적인 예는 퍼설페이트, 예를 들어, 과황산나트륨, 과황산칼륨 또는 과황산암모늄; 및 퍼옥사이드, 예를 들어, 과산화수소, t-부틸 퍼옥사이드 또는 메틸 에틸 케톤 퍼옥사이드; 및 아조 화합물, 예를 들어, 2,2'-아조비스(2-아미디노프로판)디하이드로클로라이드, 2.2'-아조비스[2-(2-이미다졸린-2-일)프로판]디하이드로클로라이드 등을 포함한다. 상기 광분해성 중합 개시제의 구체적인 예는 벤조인 유도체, 벤질 유도체, 아세토페논 유도체, 벤조페논 유도체 및 아조 화합물 등을 포함한다. 상기 산화환원-타입 중합 개시제의 예는 환원 화합물, 예를 들어, L-아스코르브산 또는 아황산수소나트륨을 상기 기재된 퍼설페이트 또는 퍼옥사이드와 함께 사용함을 포함한다. 바람직한 예는 상기 광분해성 중합 개시제를 상기 기재된 열 분해성 중합 개시제와 함께 사용함을 포함한다. 중합 개시제의 사용 양은 상기 단량체 기준으로 약 0.001 내지 약 1wt%, 또는 약 0.05 내지 1.0wt%일 수 있다. 상기 중합 개시제가 1wt% 초과로 사용되는 경우, 수흡수성 수지의 착색이 발생할 수 있다. 반면, 상기 중합 개시제의 사용 양이 0.0001wt% 미만인 경우, 잔류 단량체의 증가를 유발할 수 있다.

한편, 상기 기재된 중합 개시제를 사용하는 대신에, 단량체가 활성화 에너지 광선, 예를 들어, 방사선, 전자 빔 및 자외선의 조사(irradiation)에 의해 중합될 수 있음에 주목해야 한다. 또한, 상기 중합은 중합 개시제를 활성화 에너지 광선과 함께 사용함에 의해 수행될 수 있다.

본 발명은 추가로, 중합가능한 불포화 산 그룹 함유 단량체 용액의 총량을 기준으로 하여, 약 0.05 내지 약 2.0wt%, 또는 약 0.1 내지 약 1.0wt%의 발포제를 포함한다. 상기 발포제는 임의의 알칼리 금속 카보네이트 또는 알칼리 금속 바이카보네이트 함유 염 또는 이의 혼합 염, 탄산나트륨, 탄산칼륨, 탄산암모늄, 탄산마그네슘 또는 망간 (하이드록시) 카보네이트, 탄산칼슘, 탄산바륨, 이들의 바이카보네이트 및 수화물, 아조 화합물 또는 기타 양이온들 뿐만 아니라, 자연 발생 카보네이트, 예를 들어, 돌로마이트 또는 이의 혼합물을 포함한다. 발포제는 다가 양이온, 예를 들어, Mg, Ca, Zn 등의 카보네이트 염을 포함할 수 있다. 특정의 다가 전이 금속 양이온들이 사용될 수 있지만, 이들의 몇몇, 예를 들어, 제2철 양이온은 색 착색(color staining)을 유발할 수 있으며, 환원-산화 반응시키거나 수중 가수분해 평형시킬 수 있다. 이는, 최종 중합 제품의 품질 관리의 어려움을 초래할 수 있다. 또한, 기타 다가 양이온들, 예를 들어, Ni, Ba, Cd, Hg는 강력한 독성 또는 피부 민감성 효과 때문에 허용될 수 없다. 상기 발포제는 탄산나트륨 및 중탄산나트륨을 포함할 수 있다.

본 발명은 추가로, 중합가능한 불포화 산 그룹 함유 단량체 용액의 총량을 기준으로 하여, 약 0.001 내지 약 1.0wt%, 또는 약 0.002 내지 약 0.5wt%, 또는 약 0.003 내지 약 0.1wt%의 친유성 계면활성제와 폴리에톡실화된 친수성 계면활성제와의 혼합물을 포함하는 수성 용액을 포함하고, 상기 친유성 계면활성제는 4 내지 9의 HLB를 가질 수 있으며, 상기 폴리에톡실화된 친수성 계면활성제는 12 내지 18의 HLB를 갖거나; 또는 상기 친유성 계면활성제는 비이온성일 수 있거나, 상기 폴리에톡실화된 친수성 계면활성제는 비이온성일 수 있다.

계면활성제의 전형적인 예로, 폴리옥시 에틸렌 알킬 아릴 에테르, 예를 들어, 폴리옥시에틸렌 라우릴 에테르, 폴리옥시에틸렌 세틸 에테르, 폴리옥시에틸렌 스테아릴 에테르, 폴리옥시에틸렌 올레일 에테르, 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르, 예를 들어, 폴리옥시에틸렌 고급 알콜 에테르 및 폴리옥시에틸렌 노닐 페닐 에테르; 소르비탄 지방 에스테르, 예를 들어, 소르비탄 모노라우레이트, 소르비탄 모노팔미테이트, 소르비탄 모노스테아레이트, 소르비탄 트리스테아레이트, 소르비탄 모노올레에이트, 소르비탄 트리올레에이트, 소르비탄 세스퀴올레에이트, 및 소르비탄 디스테아레이트; 폴리옥시에틸렌 소르비탄 지방 에스테르, 예를 들어, 폴리옥시에틸렌 소르비탄 모노라우레이트, 폴리옥시에틸렌 소르비탄 모노라우레이트, 폴리옥시에틸렌 소르비탄 모노팔미테이트, 폴리옥시에틸렌 소르비탄 모노스테아레이트, 폴리옥시-에틸렌 소르비탄 트리스테아레이트, 폴리옥시에틸렌 소르비탄 모노-올레에이트 및 폴리옥시에틸렌 소르비탄 트리올레에이트; 폴리옥시에틸렌 소르비톨 지방 에스테르, 예를 들어, 테트라올레산 폴리옥시에틸렌 소르비트; 글리세린 지방 에스테르, 예를 들어, 글리세롤 모노스테아레이트, 글리세롤 모노올레에이트, 및 자가-유화 글리세롤 모노스테아레이트; 폴리옥시에틸렌 지방 에스테르, 예를 들어, 폴리에틸렌 글리콜 모노-라우레이트, 폴리에틸렌 글리콜 모노스테아레이트, 폴리에틸렌 글리콜 디스테아레이트, 및 폴리에틸렌 글리콜 모노올레에이트; 폴리옥시에틸렌 알킬 아민; 폴리옥시에틸렌 경화 피마자유; 및 알킬 알콜 아민을 들 수 있다. 비이온성 계면활성제의 혼합물은, 친유성 계면활성제가 소르비탄 에스테르이고 폴리에톡실화된 친수성 계면활성제가 폴리에톡실화된 소르비탄 에스테르인 혼합물을 포함할 수 있다.

본 발명의 방법은 친유성 계면활성제와 폴리에톡실화된 친수성 계면활성제와의 혼합물의 존재 하에 중합 또는 공중합 반응을 수행하는 것이 바람직하다. 두 가지 계면활성제의 혼합물의 사용은 버블들이 안정하게 분산되도록 할 수 있다. 추가로, 두 가지 계면활성제의 혼합물의 종류와 양을 적절하게 조절함에 의해, 제조될 상기 친수성 중합체의 기공 직경 및 물-흡수 속도가 조절될 수 있다. 본 발명의 신속한 물 흡수를 갖는 미립자형 초흡수성 중합체의 제조방법은 하기 단계들을 포함한다:

a) 하기 성분을 포함하는 단량체 용액을 제조하는 단계:

a1) 약 55 내지 약 99.9wt%의 중합가능한 불포화 산 그룹 함유 단량체;

a2) 약 0.001 내지 약 5.0wt%의 내부 가교결합제;

a3) 약 14 내지 45wt%의 알칼리(여기서, 상기 조성물은 약 50mol% 내지 약 70mol%의 중화도를 갖는다);

a4) 불활성 가스를 상기 단량체 용액 내로 버블링함에 의해 단계 c)의 단량체 용액을 스파징하여 상기 단량체 용액이 1wt% 미만의 산소를 갖도록 하는 단계;

b) 하기 단계들을 포함하는 단계 a)의 상기 단량체 용액의 중합 단계:

b1) 단계 a)의 상기 단량체 용액에,

i) 중합가능한 불포화 산 그룹 함유 단량체 용액의 총량을 기준으로 하여, 약 0.05 내지 약 2.0wt%의 발포제를 포함하는 수성 용액; 및

ii) 중합가능한 불포화 산 그룹 함유 단량체 용액의 총량을 기준으로 하여, 약 0.001 내지 약 1.0wt%의, 친유성 계면활성제와 폴리에톡실화된 비이온성 계면활성제와의 혼합물을 포함하는 수성 용액

을 첨가하는 단계;

b2) 단계 a) 및 단계 b1)의 상기 단량체 용액을 적어도 약 2500rpm일 수 있는 고속 전단 혼합 처리하여, 처리된 단량체 용액을 형성하는 단계;

b3) 중합 개시제를 단계 b2)의 상기 처리된 단량체 용액에 첨가함에 의해 하이드로겔을 형성하는 단계(여기서, 상기 개시제는 상기 발포제 및 계면활성제 후에 상기 처리된 단량체 용액에 첨가되고, 상기 중합체는 상기 발포제의 버블이 중합체 구조물 내에 포함되도록 형성된다);

c) 단계 b)의 상기 하이드로겔을 건조 및 분쇄하여 미립자형 초흡수성 중합체를 형성하는 단계; 및

d) 단계 c)의 미립자형 초흡수성 중합체를 표면 가교결합제로 표면 가교결합시키는 단계(여기서, 상기 표면 가교결합된 초흡수성 중합체는 약 30초 내지 약 60초의 보텍스 시간을 갖는다).

중합 개시 온도는, 사용될 라디칼 중합 개시제의 종류에 따라 가변적일 수 있지만, 0 내지 50℃의 범위, 또는 10℃ 내지 40℃의 범위일 수 있다. 반응 공정에서 중합 온도는, 사용될 라디칼 중합 개시제의 종류에 따라 가변적일 수 있지만, 20℃ 내지 110℃의 범위, 또는 30℃ 내지 90℃의 범위일 수 있다. 반응 공정에서 중합 개시 온도 또는 중합 온도가 상기 언급된 범위를 벗어나는 경우, (a) 제조된 수흡수성 수지 내의 잔류 단량체의 양에서의 과도한 증가, (b) 하기의 본원에 구체적으로 기재될 발포제를 사용한 발포 조절시 발생되는 어려움 및 (c) 수흡수성 수지에 의해 흡수된 물의 양에서의 과도한 감소에 의해 수반되는 자가-가교결합 반응의 과도한 진행과 같은 이러한 단점들이 가능하게는 계속될 것이다.

반응 시간은 특별히 제한되지 않지만 불포화 단량체, 가교결합제 및 라디칼 중합 개시제의 조합물에 따라, 또는 반응 온도와 같은 이러한 반응 조건에 따라서만 설정될 필요가 있다.

거의 독립적인 버블 구조를 갖는 상기 수흡수성 수지 또는 상기 친수성 중합체의 평균 기공 직경은 10 내지 500㎛의 범위, 또는 20 내지 400㎛의 범위, 또는 30 내지 300㎛의 범위, 또는 40 내지 200㎛의 범위, 또는 70 내지 약 110㎛의 범위이다. 상기 언급된 기공 직경은 건조 상태의 상기 수흡수성 수지 또는 상기 친수성 중합체의 단면을 전자 현미경을 사용하여 영상 분석하여 알아낸다. 구체적으로, 평균 기공 직경은 영상 분석의 결과로 상기 수흡수성 수지의 기공 직경의 분포를 나타내는 히스토그램을 형성하고, 상기 히스토그램을 근거로 기공 직경의 수 평균을 계산함에 의해 수득한다.

상기 미립자형 초흡수성 중합체의 성질들을 추가로 개선시키기 위해, 본원에 개시된 발포제의 추가의 양을 또한 건조 단계 전에 상기 수성 초흡수성 중합체에 첨가할 수 있다.

건조 온도는 특별히 제한되지 않지만, 예를 들어, 100℃ 내지 250℃의 범위, 또는 120℃ 내지 200℃의 범위 내에 속할 필요가 있다. 건조 시간이 특별히 제한되지 않지만, 10초 내지 5초의 적절한 범위 내로 되는 것이 바람직하다. 하이드로겔 수지는 건조 전에 미세한 분리를 위해 중화시키거나 추가로 분해시킬 수 있다.

채택될 건조 방법은 특별히 제한되지 않지만, 각종 방법들, 예를 들어, 가열에 의한 건조, 핫 에어(hot air)에 의한 건조, 감압하 건조, 적외선에 의한 건조, 마이크로파에 의한 건조, 드럼 건조기에서의 건조, 소수성 유기 용매를 사용한 공비에 의한 탈수 및 핫 스팀(hot steam)을 사용한 높은 습도 건조 중에서 선택될 수 있다. 상기 언급된 건조 방법들 중에서, 핫 에어에 의한 건조 및 마이크로파에 의한 건조가 특히 유리할 것으로 입증된다. 버블을 함유하는 하이드로겔을 마이크로파로 조사하는 경우, 그 결과 상기 버블이 원래 용적의 수배 내지 수십배로 팽창되기 때문에, 제조된 수흡수성 수지는 추가로 강화된 물 흡수 속도를 갖는다.

미립자형 초흡수성 중합체( SAP )- 점토 블렌드

이전에 주지된 바와 같은, 상기 중합 방법은 신속하게 진행되어, 예를 들어, 연속적으로 이동하는 컨베이어 벨트와 같은 편평한 표면 위로 압출되는 고점도의 하이드로겔을 수득한다. 이어서, 중화된 초흡수성 중합체 하이드로겔을 분쇄하고, 점토가 통상적으로 수성 점토 슬러리로서 첨가되고, 상기 분쇄된 초흡수성 중합체 하이드로겔 입자들과 친밀하게 혼합한다. 상기 점토가 또한 고체 입자들 또는 분말로서 첨가될 수 있다. 이어서, 상기 SAP 하이드로겔 및 점토 성분들을, 예를 들어, 압출에 의해 친밀하게 혼합하여, 상기 점토를 상기 하이드로겔 입자들 내에 그리고 상기 하이드로겔 입자들 상에 분산시킬 수 있다. 이어서, 생성된 중화된 SAP-점토 혼합물을 건조시키고, 체질하고, 임의로 표면 가교결합시켜 중화된 SAP-점토 입자들을 제공한다. 상기 SAP-점토 하이드로겔 입자들의 분쇄는 동시에 또는 연속적으로 수행될 수 있다.

분쇄 후에, 상기 점성 SAP-점토 하이드로겔 입자들을 탈수시켜(즉, 건조시켜) 고체 또는 분말 형태의 SAP-점토 입자들을 수득한다. 예를 들어, 상기 점성 SAP-점토 하이드로겔 입자들을 약 190℃ 내지 약 210℃의 온도에서 약 15분 내지 약 120분 동안 강제식-공기 오븐 속에서 또는 약 15분 내지 약 110분 동안, 또는 약 15분 내지 약 100분 동안, 또는 약 20분 내지 약 약 100분 동안 가열시킴에 의해 탈수 단계를 수행할 수 있다. 이어서, 건조된 SAP-점토 하이드로겔을 초핑, 분쇄 및 체질을 포함하는 입자 크기 감소 및 분류를 위한 추가의 기계적 수단들로 처리할 수 있다.

이러한 SAP-점토 조성물들은 약 90 내지 약 99.5중량%, 또는 약 91 내지 약 99중량%, 또는 약 92% 내지 약 98중량%의 양으로 존재하는 초흡수성 중합체를 포함할 수 있으며, 점토는 약 0.5 내지 약 10중량%, 또는 약 1 내지 약 9중량%, 또는 약 2 내지 약 8중량%의 양으로 존재한다.

본 발명의 SAP-점토 입자들에 유용한 점토는 팽윤성 또는 비팽윤성 점토일 수 있다. 팽윤성 점토들은 물을 흡수하는 능력을 가지며, 팽윤성의 적층된 유기 물질일 수 있다. 적합한 팽윤성 점토들은 몬트모릴로나이트, 사포나이트, 논트로나이트, 라포나이트, 베이델라이트, 헥토라이트, 사우코나이트, 스티븐사이트, 버미큘라이트, 볼콘스코아이트, 마가다이트, 메드몬타이트, 켄야이트 및 이들의 혼합물을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다.

적합한 비팽윤성 점토들은 카올린 물질들(카올리나이트, 디카이트 및 나크라이트 포함), 사문석 무기질, 운모 무기질(일라이트 포함), 아염소산염 무기질, 세폴라이트, 팔리고르스카이트, 보크사이트, 및 이들의 혼합물을 포함하지만, 이로써 제한되지 않는다.

상기 점토는 또한 친유기성(organophilic) 점토일 수 있다. 여기에 그리고 이후에 사용된 바와 같은, 용어 "친유기성"은 적어도 자체 중량, 바람직하게는 자체 중량의 수배의 유기의 수-비혼화성 화합물을 흡수하는 화합물의 성질로서 정의된다. 상기 친유기성 화합물은 임의로 물 또는 수-혼화성 화합물을 흡수할 수 있다.

상업적으로 입수가능한 점토는 미국 뉴 저지주 플로햄 파크 소재의 바스프 코포레이션(BASF Corporation)의 ULTRAGLOSS^® 점토(함수 카올린); 미국 일리노이주 알링턴 하이츠 소재의 나노코르 테크롤로지(Nanocor Technologies)로부터의 정제된 점토; 및 미국 조지아주 소재의 후버(Huber)로부터의 HYDROGLOSS^®를 포함한다.

입자 크기

중합에 의해 초흡수성 중합체 겔이 형성되며, 이는 초흡수성 중합체 입자들 또는 미립자형 초흡수성 중합체로 과립화된다. 상기 초흡수성 중합체 겔은 일반적으로 초흡수성 중합체 겔의 약 40 내지 80wt%의 함수량을 갖는다. 상기 미립자형 초흡수성 중합체는 일반적으로 약 50㎛ 내지 약 1000㎛, 또는 약 150㎛ 내지 약 850㎛의 범위의 입자 크기를 포함한다. 본 발명은, 미국 표준 30 메쉬 체를 통하여 체질에 의해 측정되고 미국 표준 50 메쉬 체 상에 보유되어, 약 300㎛ 내지 약 600㎛의 입자 크기를 갖는 초흡수성 중합체 입자들을 적어도 약 40wt%, 약 300㎛ 내지 약 600㎛의 입자 크기를 갖는 입자들을 적어도 약 50wt%, 또는 약 300㎛ 내지 약 600㎛의 입자 크기를 갖는 입자들을 적어도 약 60wt% 포함할 수 있다. 또한, 질량 평균 입자 직경 D50은 200 내지 450㎛, 또는 300 내지 430㎛일 수 있다.

또한, 150㎛ 미만의 입자들의 백분율은 일반적으로 0 내지 8질량%, 또는 0 내지 5질량%, 또는 0 내지 3질량%, 또는 0 내지 1질량%이다. 또한, 600㎛를 초과하는 입자들의 백분율은, 예를 들어, 미국 오하이오주 멘토르 소재의 더블유. 에스. 타일러, 인코포레이티드(W. S. Tyler, Inc.)로부터 시판중인 RO-TAP^® 기계적 체 진탕기 모델 B를 사용한 측정 시, 0 내지 25질량%, 또는 3 내지 15질량%, 또는 5 내지 12질량%, 또는 5 내지 8질량%일 수 있다.

입자 크기는 입자들을 분산 중합 및 분산 건조시킴에 의해 조절할 수 있다. 그러나, 일반적으로, 미립자로 수성 중합을 수행하는 경우, 입자들을 분쇄하고, 건조 후, 이어서 질량 평균 직경 D50으로 분류하고, 특정 입자 크기 분포를 수득하기 위해 150㎛ 미만 및 600㎛ 초과의 입자들의 양을 조절한다. 예를 들어, 특정 입자 크기 분포가, 질량 평균 직경 D50을 400㎛ 이하로 갖는 입자들로 직경을 감소시키고, 또한 150㎛ 미만 및 600㎛ 초과의 직경을 갖는 미세 입자들의 양을 감소시킴에 의해 달성되는 경우, 상기 입자들을 먼저, 건조 후에 체와 같은 일반적인 분류 장치를 사용함에 의해 조악한 입자들과 미세 입자들로 분류할 수 있다. 이러한 공정은 바람직하게는 5000㎛ 내지 600㎛, 또는 2000㎛ 내지 600㎛, 또는 1000㎛ 내지 600㎛의 직경을 갖는 조악한 입자들을 제거한다. 이어서, 주요 조절 공정에서, 직경 150㎛ 미만의 미세 입자들이 제거된다. 제거된 조악한 입자들을 버릴 수 있지만, 이들은 상기 언급된 분쇄 공정을 통해 더 분쇄될 것이다. 따라서, 이와 같이 제조된, 상기 분쇄 공정을 통해 특정 입자 크기 분포를 갖는 생성된 미립자형 초흡수성 중합체는 불규칙하게 분쇄된 입자들로 구성된다.

상기 미립자형 초흡수성 중합체는 본원에 개시된 추가의 화학 물질들 및 처리들로 표면 처리된다. 특히, 상기 미립자형 초흡수성 중합체의 표면을, 표면 가교결합제를 첨가하고 열-처리에 의해 가교결합(일반적으로 표면 가교결합으로도 칭명됨)시킬 수 있다. 일반적으로, 표면 가교결합은, 입자 내부의 가교결합 밀도에 대한 상기 미립자형 초흡수성 중합체 표면의 주변에서 중합체 매트릭스의 가교결합 밀도를 증가시키는 공정이다. 상기 표면 가교결합제의 양은, 건조 미립자형 초흡수성 중합체 조성물의 중량을 기준으로 하여, 건조 미립자형 초흡수성 중합체 조성물의 약 0.01wt% 내지 약 5wt% 그리고, 예를 들어, 약 0.1wt% 내지 약 3wt%, 그리고 예를 들어, 약 0.1wt% 내지 약 1wt%의 양으로 존재할 수 있다.

바람직한 표면 가교결합제는 중합체 쇄의 펜던트 그룹, 전형적으로 산 그룹에 대하여 반응성인 하나 이상의 작용기를 갖는 화학 물질을 포함한다. 표면 가교결합제는 축합 반응에서(축합 가교결합제), 부가 반응에서 또는 개환 반응에서 중합체 구조의 작용기와 반응하는 작용기를 포함한다. 이들 화합물들은, 예를 들어, 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 폴리에틸렌 글리콜, 글리세린, 폴리글리세린, 프로필렌 글리콜, 디에탄올아민, 트리에탄올아민, 폴리옥시프로필렌, 옥시에틸렌-옥시프로필렌 블록 공중합체, 소르비탄 지방산 에스테르, 폴리옥시에틸렌 소르비탄 지방산 에스테르, 트리메틸올프로판, 펜타에리트리톨, 폴리비닐 알콜, 소르비톨, 1,3-디옥솔란-2-온(에틸렌 카보네이트), 4-메틸-1,3-디옥솔란-2-온(프로필렌 카보네이트), 또는 4,5-디메틸-1,3-디옥솔란-2-온을 포함할 수 있다.

상기 미립자형 초흡수성 중합체를 표면 가교결합제와 또는 상기 표면 가교결합제를 포함하는 유체와 접촉시키고, 처리된 미립자형 초흡수성 중합체를, 중합체 구조체의 외부 영역이 내부 영역과 비교하여 더 강하게 가교결합(즉, 표면 가교결합)되도록, 약 50 내지 약 300℃, 또는 약 75 내지 약 275℃, 또는 약 150 내지 약 250℃의 온도로, 온도에 따라 약 5 내지 약 90분의 시간 동안 열 처리된다. 열 처리의 지속 시간은 중합체 구조체의 요망되는 성질 프로파일이 열 효과의 결과로서 파괴될 위험성에 의해 제한된다.

표면 가교결합의 하나의 특정한 측면에서, 상기 미립자형 초흡수성 중합체는 에틸렌 카보네이트로 표면-처리되고, 이어서 가열되어 초흡수성 중합체 입자의 표면 가교결합에 영향을 주며, 이는 미립자형 초흡수성 중합체의 특징적인 겔 강도 및 표면 가교결합 밀도를 개선시킨다. 더욱 구체적으로, 상기 표면 가교결합제를 상기 미립자형 초흡수성 중합체를 에틸렌 카보네이트 표면 가교결합제의 수성 알콜 용액과 혼합함으로써 상기 미립자형 초흡수성 중합체 상에 피복시킨다. 상기 수성 알콜 용액 중의 알콜의 양은 알킬렌 카보네이트의 용해도에 의해 결정될 수 있으며, 다양한 이유로, 예를 들어, 폭발에 대한 보호를 위하여 가능한 한 낮게 유지된다. 적합한 알콜은 메탄올, 이소프로판올, 에탄올, 부탄올 또는 부틸 글리콜 뿐만 아니라 이들 알콜들의 혼합물이다. 몇몇 측면들에서, 용매는 바람직하게는 물이며, 이는 전형적으로 건조 미립자형 초흡수성 중합체 조성물의 중량을 기준으로 하여, 약 0.3wt% 내지 약 5.0wt%의 양으로 사용된다. 또 다른 측면들에서, 에틸렌 카보네이트 표면 가교결합제는, 예를 들어, 무기 캐리어 물질, 예를 들어, 이산화규소(SiO₂)와의 분말 혼합물로부터, 또는 에틸렌 카보네이트의 승화에 의해 증기 상태로 도포될 수 있다.

요구되는 표면 가교결합 성질들을 달성하기 위하여, 에틸렌 카보네이트와 같은 표면 가교결합제는 상기 미립자형 초흡수성 중합체 상에 고르게 분포되어야 한다. 이러한 목적을 위하여, 당업계에 공지된 적합한 혼합기, 예를 들어, 유동층 혼합기, 패들 혼합기, 회전 드럼 혼합기 또는 이중 워엄(twin-worm) 혼합기에서 혼합이 수행된다. 상기 미립자형 초흡수성 중합체의 제조에 있어서 공정 단계들 중 하나의 단계 동안 상기 미립자형 초흡수성 중합체의 피복을 실시하는 것이 또한 가능하다. 하나의 특정 측면에서, 이러한 목적에 적합한 공정은 역현탁(inverse suspension) 중합 공정이다.

표면 가교결합제의 용액은 또한, 건조 미립자형 초흡수성 중합체 조성물을 기준으로 하여, 0wt% 내지 약 1wt%, 또는 약 0.01wt% 내지 약 0.5wt%의 열가소성 중합체를 포함할 수 있다. 열가소성 중합체의 예는 폴리올레핀, 폴리에틸렌, 폴리에스테르, 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE), 에틸렌 아크릴산 공중합체(EAA), 에틸렌 알킬 메타크릴레이트 공중합체(EMA), 폴리프로필렌(PP), 말레에이트화 폴리프로필렌, 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체(EVA), 폴리에스테르를 포함하며, 폴리올레핀의 모든 패밀리의 블렌드, 예를 들어, PP, EVA, EMA, EEA, EBA, HDPE, MDPE, LDPE, LLDPE, 및/또는 VLDPE의 블렌드도 유리하게 사용될 수 있다. 특정 측면들에서, 말레에이트화 폴리프로필렌이 본 발명에서 사용하기에 바람직한 열가소성 중합체이다. 열가소성 중합체는 추가의 이점, 예를 들어, 수용해성 또는 분산성을 갖도록 작용화될 수 있다.

상기 미립자형 초흡수성 중합체의 코팅 처리 후에 열 처리를 하기와 같이 실시할 수 있다. 일반적으로, 열 처리는 약 100℃ 내지 약 300℃의 온도에서 한다. 고도의 반응성 에폭사이드 가교결합제가 사용되는 경우 더 낮은 온도가 가능하다. 그러나, 에틸렌 카보네이트가 사용된다면, 열 처리는 적합하게는 약 150℃ 내지 약 250℃의 온도에서 한다. 이러한 특정한 측면에서, 처리 온도는 에틸렌 카보네이트의 체류 시간 및 종류에 의존적이다. 예를 들어, 약 150℃의 온도에서, 열 처리는 1시간 이상 동안 실시된다. 이와는 대조적으로, 약 250℃의 온도에서는 수 분(예를 들어, 약 0.5분 내지 약 5분)이, 요구되는 표면 가교결합 성질들을 달성하는 데 충분하다. 열 처리는 당업계에 공지된 통상적인 건조기 또는 오븐에서 실시될 수 있다.

상기 미립자형 초흡수성 중합체 조성물은, 기타 화학 조성물을 사용하여 표면 가교결합 전에, 표면 가교결합 동안에 또는 표면 가교결합 후에 추가로 표면 처리될 수 있다. Al 설페이트 부분에 포함시킴

본 발명에 따른 미립자형 초흡수성 중합체 조성물은, 미립자형 초흡수성 조성물 중량을 기준으로 하여, 약 0.01wt% 내지 약 5wt%의, 미립자형 초흡수성 중합체의 표면에 도포되는 알루미늄 염(약 5.5 내지 약 8, 또는 약 6 내지 약 7의 pH 값을 갖는 수성 용액의 형태로)을 포함할 수 있다. 또는, 상기 미립자형 초흡수성 중합체 조성물은, 미립자형 초흡수성 조성물 중량을 기준으로 하여, 약 6wt% 내지 약 15wt%의, 표면 가교결합된 미립자형 초흡수성 중합체의 표면에 도포되는 수성 알루미늄 염 용액을 포함하고, 상기 수성 알루미늄 염 용액은 약 5.5 내지 약 8, 또는 약 6 내지 약 7의 pH 값을 갖는다. 상기 수성 알루미늄 염 용액은 알루미늄 양이온 및 하이드록실 이온 또는 탈양성자화된 하이드록실 유기산의 음이온을 포함할 수 있다. 바람직한 유기 산의 예는 하이드록실 모노카복실산, 예를 들어, 락트산, 글리콜산, 글루콘산 또는 3-하이드록시프로피온산이다.

상기 수성 알루미늄 염 용액은 알칼리 수산화물 및 황산알루미늄 또는 황산알루미늄 수화물의 반응 생성물을 포함한다. 또 다른 양태에서, 상기 수성 알루미늄 염 용액은 수산화나트륨 및 황산알루미늄 또는 황산알루미늄 수화물의 반응 생성물을 포함한다. 또 다른 양태에서, 상기 수성 알루미늄 염 용액은 알루미늄 화합물 및 유기 산을 포함한다. 알루미늄 화합물과 유기산 (염)의 혼합물은 산성 또는 염기성일 수 있다. 그리고, pH는 염기성 또는 산성 물질을 사용하여 요구되는 범위로 조정될 수 있다. pH 조정용 염기성 물질의 예는 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화암모늄, 탄산나트륨 또는 중탄산나트륨을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. pH 조정용 산성 물질의 예는 염산, 황산, 메틸설폰산, 또는 물 중의 이산화탄소를 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 산성 알루미늄 염, 예를 들어, 염화알루미늄, 황산알루미늄, 질산알루미늄 및 염화폴리알루미늄, 또는 염기성 알루미늄 염, 예를 들어, 알루민산나트륨, 알루민산칼륨 및 알루민산암모늄이 또한 pH 조정용으로 사용될 수 있다.

상기 수성 알루미늄 염 용액은 상기 미립자형 초흡수성 중합체의 표면 처리의 각종 스테이지들에 첨가될 수 있다. 한 양태에서, 상기 수성 알루미늄 염 용액을 표면 가교결합 용액과 함께 상기 미립자형 초흡수성 중합체에 도포할 수 있다.

상기 수성 알루미늄 염 용액은, 후 처리로 칭명될 수 있는 표면 가교결합 단계 후에 첨가될 수 있다. 하나의 양태에서, 상기 표면 가교결합된 미립자형 초흡수성 중합체 및 알루미늄 염을 당업자에게 익히 공지된 수단들을 사용하여 혼합한다. 특히, 약 6wt% 내지 약 15wt%의 수성 알루미늄 염 용액을 표면 가교결합된 미립자형 초흡수성 중합체 조성물에 도포한다.

본 발명에 따른 미립자형 초흡수성 중합체 조성물은, 표면 가교결합 전에, 표면 가교결합 동안에 또는 표면 가교결합 후에, 미립자형 초흡수성 조성물 중량을 기준으로 하여, 0.01wt% 내지 약 5wt%의, 미립자형 초흡수성 중합체의 표면에 도포되는 하나 이상의 다가 금속 양이온을 함유하는 화합물로 표면 처리될 수 있다. 예로는 알루미늄, 칼슘, 철, 아연, 망간 및 지르코늄의 양이온을 포함한다. 이들 중에서, 알루미늄이 사용될 수 있다. 다가 금속 염 내의 음이온의 예는 할라이드, 클로로하이드레이트, 설페이트, 니트레이트 및 아세테이트를 포함할 수 있다. 황산알루미늄이 사용될 수 있으며, 쉽게 구입가능하다. 상기 황산알루미늄은 수화된 황산알루미늄일 수 있고, 여기서, 황산알루미늄은 12 내지 14개의 수화 수를 가질 수 있다. 다가 금속 염들의 혼합물이 사용될 수 있다. 하나의 양태에서, 본 발명은, 미립자형 초흡수성 조성물 중량을 기준으로 하여, 약 0.01wt% 내지 약 5wt%의, 미립자형 초흡수성 중합체의 표면에 도포되는 알루미늄 염(약 5.5 내지 약 8, 또는 약 6 내지 약 7의 pH 값을 갖는 수성 용액의 형태로)을 포함할 수 있다.

수성 알루미늄 염 용액은 알칼리 수산화물 및 황산알루미늄 또는 황산알루미늄 수화물의 반응 생성물을 포함할 수 있다. 또 다른 양태에서, 상기 수성 알루미늄 염 용액은, pH 조절하에 또는 pH 조절 없이 도포될 수 있는 단일 알루미늄 염, 예를 들어, 황산알루미늄 또는 염화알루미늄, 또는 기타 다가 양이온-함유 화합물들과의 혼합물을 포함한다. 또 다른 양태에서, 상기 수성 알루미늄 염 용액은 알루미늄 화합물 및 유기 산을 포함할 수 있다. 알루미늄 화합물과 유기산 (염)의 혼합물은 산성 또는 염기성일 수 있으며, pH 조절하에 또는 pH 조절 없이 도포될 수 있다. pH 조절을 원하는 경우, 염기성 또는 산성 물질을 사용하여 pH를 목적하는 범위로 조절할 수 있다.

본 발명에 따른 미립자형 초흡수성 중합체 조성물은, 건조 초흡수성 중합체 조성물을 기준으로 하여, 약 0.01 내지 약 2중량%, 또는 약 0.01 내지 약 1중량%의 수불용성 무기 금속 화합물로 표면 처리될 수 있다. 상기 수불용성 무기 금속 화합물은 알루미늄, 티탄, 칼슘 또는 철로부터 선택된 양이온과, 포스페이트, 보레이트 또는 크로메이트로부터 선택된 음이온을 포함할 수 있다. 수불용성 무기 금속 화합물의 예는 인산알루미늄을 포함한다. 상기 무기 금속 화합물은 약 2㎛ 미만의 질량 중간 입자 크기를 가질 수 있으며, 약 1㎛ 미만의 질량 중간 입자 크기를 가질 수 있다.

상기 미립자형 초흡수성 중합체 조성물은, 건조 미립자형 초흡수성 중합체 조성물의 중량을 기준으로 하여, 약 0wt% 내지 약 5wt%, 또는 약 0.001wt% 내지 약 3wt%, 또는 약 0.01wt% 내지 약 2wt%의 양이온성 중합체를 포함할 수 있다. 본원에 사용된 양이온성 중합체는 수성 용액에서의 이온화시에 양으로 하전된 이온이 되는 잠재력을 갖는 작용기(들)를 포함하는 중합체 또는 중합체들의 혼합물을 나타낸다. 양이온성 중합체에 적합한 작용기들은 일급, 이급 또는 삼급 아미노 그룹, 이미노 그룹, 이미도 그룹, 아미도 그룹 및 사급 암모늄 그룹이 포함되지만, 이에 제한되지 않는다. 합성 양이온성 중합체의 예는 폴리(비닐 아민), 폴리(알릴아민), 폴리(에틸렌 이민)의 염 또는 부분 염을 포함한다. 천연 기재의 양이온성 중합체의 예는 부분적으로 탈아세틸화된 키틴, 키토산 및 키토산 염을 포함한다.

상기 미립자형 초흡수성 중합체 조성물은, 건조 미립자형 초흡수성 중합체 조성물의 중량을 기준으로 하여, 약 0wt% 내지 약 5wt%, 또는 약 0.001wt% 내지 약 3wt%, 또는 약 0.01wt% 내지 약 2wt%의 수불용성 무기 분말을 포함할 수 있다. 불용성 무기 분말의 예는 이산화규소, 실리카, 이산화티탄, 산화알루미늄, 산화마그네슘, 산화아연, 활석, 인산칼슘, 점토, 규조토, 제올라이트, 벤토나이트, 카올린, 하이드로탈사이트, 활성화 점토 등을 포함한다. 상기 불용성 무기 분말 첨가제는 상기 목록으로부터 선택된 단일 화합물이거나 화합물들의 혼합물일 수 있다. 실리카의 예는 퓸드 실리카, 침전 실리카, 이산화규소, 규산 및 규산염을 포함한다. 일부 특정한 측면들에서, 미시적 비결정질 이산화규소가 바람직하다. 제품은 미국 뉴저지주 파시파니 소재의 에보니크 코포레이션(Evonik Corporation)으로부터 입수가능한 SIPERNAT^® 22S 및 AEROSIL^® 200을 포함한다. 몇몇 측면들에서, 무기 분말의 입자 직경은 1,000㎛ 이하, 예를 들어, 100㎛ 이하일 수 있다.

상기 미립자형 초흡수성 중합체 조성물은 또한, 건조 미립자형 초흡수성 중합체 조성물의 중량을 기준으로 하여, 0wt% 내지 약 30wt%, 또는 약 0.001wt% 내지 약 25wt%, 또는 약 0.01wt% 내지 약 20wt%의 수용해성 중합체, 예를 들어, 부분적으로 또는 완전히 가수분해된 폴리비닐 아세테이트, 폴리비닐피롤리돈, 전분 또는 전분 유도체, 폴리글리콜 또는 폴리아크릴산, 바람직하게는 중합된 형태의 것을 또한 포함할 수 있다. 이들 중합체의 분자량은 이들이 수용성이기만 하다면, 결정적이지 않다. 바람직한 수용해성 중합체는 전분 및 폴리비닐 알콜이다. 본 발명에 따른 흡수성 중합체 중의 이러한 수용해성 중합체의 함량은, 건조 미립자형 초흡수성 중합체 조성물의 총량을 기준으로 하여, 0 내지 30wt%, 또는 0 내지 5wt%이다. 수용해성 중합체, 바람직하게는 합성 중합체, 예를 들어, 폴리비닐 알콜이 중합될 단량체를 위한 그래프트 베이스로서의 역할을 또한 할 수 있다.

상기 미립자형 초흡수성 중합체 조성물은 또한, 건조 미립자형 초흡수성 중합체 조성물의 중량을 기준으로 하여, 0wt% 내지 약 5wt%, 또는 약 0.001wt% 내지 약 3wt%, 또는 약 0.01wt% 내지 약 2wt%의 분진 제거제(dedusting agent), 예를 들어, 친수성 및 소수성 분진 제거제, 예를 들어, 미국 특허 제6,090,875호 및 미국 특허 제5,994,440호에 기재된 것을 포함할 수 있다.

몇몇 측면들에서, 추가의 표면 첨가제는 임의로 상기 미립자형 초흡수성 중합체 조성물, 예를 들어, 냄새-결합 물질, 예를 들어, 사이클로덱스트린, 제올라이트, 무기 또는 유기 염 및 유사 물질들; 케이킹 방지 첨가제(anti-caking additive), 유동 조절제, 계면활성제, 점도 조절제 등과 함께 사용될 수 있다.

본 발명의 미립자형 초흡수성 중합체 조성물은, 열 처리 단계 후에, 수성 용액, 예를 들어, 탈양성자화된 유기 산 염, 알루미늄 염, 또는 수용해성 중합체, 예를 들어, 폴리에틸렌 글리콜의 수성 용액으로 처리될 수 있다.

상기 처리된 미립자형 초흡수성 중합체 조성물은, 본원에 포함된 함수량 테스트에 의한 측정 시, 미립자형 초흡수성 중합체 조성물을 기준으로 하여, 약 3wt% 내지 약 15wt%, 또는 약 4wt% 내지 약 12wt%, 또는 5wt% 내지 약 11wt%의 함수량을 갖는다.

또 다른 양태에서, 킬레이트제가 첨가될 수 있으며 본 발명의 미립자형 초흡수성 중합체 조성물의 일부가 될 수 있다. 특정 아미노 카복실산으로부터 선택될 수 있는 상기 킬레이트제는, 아미노 폴리카복실산 및 표면 가교결합제를 수흡수성 수지와 혼합한 다음, 상기 수흡수성 수지를 표면 가교결합하여, 상기 수흡수성 수지를 표면 가교결합시킴에 의해, 또는 아미노 폴리카복실산 및 물을 특정 표면 가교결합된 수흡수성 수지에 첨가하여 이러한 수지를 과립화함에 의해, 상기 수흡수성 수지의 표면 위로 고정시킬 수 있다. 수흡수성 수지의 열화가 이들의 표면으로부터 발생하기 때문에, 킬레이트제를 상기 미립자형 초흡수성 중합체 조성물의 표면의 주변에 도입한다. 본 발명의 제조 공정 중 하나에서, 예를 들어, 카복실 그룹에서 반응성인 상기 표면 가교결합제 및 상기 킬레이트제를, 카복실 그룹을 갖는 상기 수득된 초흡수성 중합체와 혼합한다.

본 발명에 사용된 킬레이트제의 예는 하기 화합물들을 포함한다: (1) 아미노카복실산 및 이들의 염; (2) 모노알킬시트라미드, 모노알케닐시트라미드 및 이들의 염; (3) 모노알킬말론아미드, 모노알케닐말론아미드 및 이들의 염; (4) 모노알킬포스폰산 에스테르, 모노알케닐포스폰산 에스테르 및 이들의 염; (5) N-아실화 글루탐산, N-아실화 아스파르트산 및 이들의 염; (6) 베타-디케톤 유도체; (7) 트로폴론 유도체; 및 (8) 유기 인산 화합물.

상기 킬레이트제의 양은 일반적으로, 미립자형 초흡수성 중합체 조성물의 고체 함량 100중량부당 약 0.0001 내지 약 10중량부, 또는 약 0.0002 내지 약 5중량부이다. 본 발명에서, 상기 킬레이트제가 표면 가교결합 동안 상기 미립자형 초흡수성 중합체에, 또는 표면 가교결합된 미립자형 초흡수성 중합체에 첨가할 수 있다.

본 발명의 미립자형 초흡수성 중합체 조성물은, 자유 팽윤 겔층 투과율(FSGBP), 원심분리기 체류 용량(CRC) 및 약 0.9psi의 하중하의 흡수도(0.9psi AUL)에 의한 측정 시, 특정한 특징들 또는 성질들을 나타낸다. FSGBP 테스트는 "자유 팽윤" 조건이라 통상적으로 칭해지는 조건 후 봉압(confining pressure) 하에서 10^-8cm²로 미립자형 초흡수성 중합체 조성물의 팽윤된 층의 투과율(예를 들어, 흡수제 구조와는 구분됨)의 측정이다. 이러한 맥락에서, 용어 "자유 팽윤"은, 기재될 바와 같이 상기 미립자형 초흡수성 중합체 조성물이 흡수성 테스트 용액 상에서 팽윤 제한 하중 없이 팽윤되도록 함을 의미한다.

투과율은 다공성 구조물(이는 섬유의 매트 또는 발포체의 슬랩, 또는 본 발명의 경우에, 미립자형 초흡수성 중합체 및 미립자형 초흡수성 중합체 조성물임)의 유효 연결의 척도이고, 일반적으로 본원에서 미립자형 초흡수성 중합체 조성물 또는 SAP로서 나타내며, 미립자형 초흡수성 중합체 조성물의 공극율 및 연결의 정도의 측면에서 특성화될 수 있다. 겔 투과율은 전체로서 미립자형 초흡수성 중합체 조성물 매스의 성질이고, 입자 크기 분포, 입자 형상, 및 개방 기공들의 연결, 전단 모듈러스 및 팽윤된 겔의 표면 개질과 관련된다. 실제 측면에서, 상기 미립자형 초흡수성 중합체 조성물의 투과율은 액체가 팽윤된 입자들의 매스를 통해 얼마나 빠르게 유동하는지의 척도이다. 낮은 투과율은, 액체가 상기 미립자형 초흡수성 중합체 조성물을 통해 용이하게 유동할 수 없다는 것(이는 일반적으로 겔 차단으로 칭한다)과, 액체의 임의의 강제 유동(예를 들어, 기저귀의 사용 동안 소변의 두번째 적용)은 대체 경로(예: 기저귀 누출)를 취해야 함을 나타낸다.

보텍스 테스트는 자기 교반 플레이트 상에서 600rpm으로 50ml의 염수 용액을 교반함에 의해 생성된 보텍스를 2g의 SAP가 멈추게 하는데 필요한 시간의 양(초)을 측정한다. 상기 보텍스를 멈추는데 걸리는 시간은 상기 SAP의 자유 팽윤 흡수 속도를 나타낸다.

원심분리기 체류 용량(CRC) 테스트는, 상기 미립자형 초흡수성 중합체 조성물을 제어된 조건 하에서 포화시키고 원심분리를 수행한 후에, 상기 미립자형 초흡수성 중합체 조성물이 내부에 액체를 유지할 수 있는 능력을 측정한다. 그 결과 체류 용량은 샘플 1g 중량당 유지되는 액체의 g(g/g)으로서 기술된다.

하중하의 흡수도(AUL) 테스트는, 미립자형 초흡수성 중합체 조성물 입자들이, 당해 물질이 0.9psi 하중하에 있는 동안 실온에서 증류수 중 0.9중량%의 염화나트륨 용액(시험 용액)을 흡수할 수 있는 능력을 측정한다.

압력 흡수도 지수(PAI)는 하기 하중하에 측정된 SAP에 대한 하중하의 흡수도 값(본원에 하기에 기재되어 있음)의 합이다: 0.01파운드/in²(690다인/cm²); 0.29파운드/in²(19995다인/cm²); 0.57파운드/in²(39300다인/cm²); 및 0.90파운드/in²(62053다인/cm²). 즉, 제시된 SAP에 대한 하중하의 흡수도 값은 실시예와 관련하여 하기에 제시된 방법에 따라 상기 개시된 제한 힘(restraining force) 하에 측정된다. 이어서, 상기 개시된 제한 하중하에 측정된 하중하의 흡수도 값을 총합하여 압력 흡수도 지수를 생성한다.

본원에 개시된 원심분리기 체류 용량, 하중하의 흡수도 및 겔층 투과율의 모든 값은, 본원에 제공된 바와 같이 원심분리기 체류 용량 테스트, 하중하의 흡수도 테스트 및 자유 팽윤 겔층 투과율 테스트에 의해 측정되는 것으로 이해해야 한다.

본 발명의 공정에 의해 제조된 신속한 흡수를 갖는 상기 미립자형 초흡수성 중합체 조성물은 약 30 내지 60초, 또는 40초 내지 약 60초의 보텍스 시간, 약 25g/g 내지 약 40g/g, 또는 약 27 내지 약 35g/g의 원심분리기 체류 용량; 및 0.9psi에서 약 15g/g 내지 약 24g/g, 또는 약 16g/g 내지 약 22g/g의 하중하의 흡수도, 약 120 내지 약 140의 PAI, 및 약 20×10^-8cm² 내지 약 200×10^-8cm²의 본래의(original) 자유 팽윤 겔층 투과율(FSGBP)을 가질 수 있다.

본 발명에 따른 미립자형 초흡수성 중합체 조성물은 위생 타월, 기저귀 또는 상처 커버(wound covering)를 포함하는 다수의 흡수성 용품들에 사용될 수 있고, 이들은 대량의 생리혈, 소변 또는 기타 체액을 신속하게 흡수하는 성질을 갖는다. 본 발명에 따른 제제는 압력하에서도 흡수된 액체를 유지하고 또한 팽윤된 상태에서 추가의 액체를 구조물 내에 분배시킬수 있기 때문에, 현재의 통상적인 초흡수성 조성물과 비교하는 경우, 더욱 바람직하게는 플러프(fluff)와 같은 친수성 섬유 재료와 관련하여 보다 고농도로 사용된다. 이들은 또한, 기저귀 구조물 내에 플러프 함량 없이 균질한 초흡수성 층으로서 사용하기에 적합하고, 그 결과 특히 얇은 용품들이 가능하다. 또한, 상기 중합체는 성인용 위생 용품들(예를 들어, 실금 제품들)에 사용하기에 적합하다.

본 발명에 따른 미립자형 초흡수성 중합체 조성물은 또한, 추가의 사용에 적합한 흡수성 용품들에 사용된다. 특히, 본 발명의 미립자형 초흡수성 중합체 조성물은 물 또는 수성 액체용 흡수체를 위한 흡수성 조성물에, 또는 체액 흡수를 위한 구조물에, 발포 및 비발포된 시트형 구조물에, 패키징 재료에, 식물 성장용 구조물에, 토양 개량제로서 또는 활성 화합물 캐리어로서 사용될 수 있다. 이를 위해, 이들은, 종이 또는 플러프 또는 합성 섬유와 함께 혼합하거나, 또는 초흡수성 중합체를 종이, 플러프 또는 부직 텍스타일 사이에 분배시키거나, 또는 캐리어 재료로 처리함에 의해 웹으로 가공된다.

본 발명에 따른 미립자형 초흡수성 중합체 조성물은 위생 타월, 기저귀 또는 상처 커버를 포함하는 다수의 흡수성 용품들에 사용될 수 있고, 이들은 대량의 생리혈, 소변 또는 기타 체액을 신속하게 흡수하는 성질을 갖는다. 본 발명에 따른 제제는 압력하에서도 흡수된 액체를 유지하고 또한 팽윤된 상태에서 추가의 액체를 구조물 내에 분배시킬 수 있기 때문에, 현재의 통상적인 초흡수성 조성물과 비교하는 경우, 더욱 바람직하게는 플러프와 같은 친수성 섬유 재료와 관련하여 보다 고농도로 사용된다. 이들은 또한, 기저귀 구조물 내에 플러프 함량 없이 균질한 초흡수성 층으로서 사용하기에 적합하고, 그 결과 특히 얇은 용품이 가능하다. 또한, 상기 중합체는 성인용 위생 용품들(예를 들어, 실금 제품들)에 사용하기에 적합하다.

예를 들어, 도 5와 관련하여, 하나의 측면에서, 본원에 기재된 미립자형 초흡수성 중합체 조성물을 사용하는 흡수성 용품은, 백시트 또는 외부 커버(20), 상기 외부 커버(20)와 대면하는 관계로 위치하는 액체 투과성 탑시트 또는 신체측 라이너(22), 및 상기 신체측 라이너(22)와 상기 외부 커버(20) 사이에 위치하는, 흡수성 패드와 같은 흡수성 코어(24)를 포함하는 일회 용품(10)이다. 상기 용품(10)은 외부 표면(23), 앞쪽 허리 영역(front waist region)(25), 뒤쪽 허리 영역(back waist region)(27), 및 앞쪽 허리 영역(25)과 뒤쪽 허리 영역(27)을 연결하는 가랑이 영역(crotch region)(29)을 갖는다. 상기 외부 커버(20)는, 도시된 측면에서, 상기 용품(10)의 길이 및 폭과 일치하는 길이 및 폭을 한정한다. 상기 흡수성 코어(24)는 일반적으로, 상기 외부 커버(20)의 각각의 길이 및 폭보다 작은 길이 및 폭을 한정한다. 따라서, 상기 용품(10)의 경계 부분(marginal portion), 예를 들어, 상기 외부 커버(20)의 경계 구획(section)은, 상기 흡수성 커버(24)의 말단 가장자리는 상기 흡수성 코어(24)의 말단 가장자리를 지나 확장될 수 있다. 예를 들어, 도시된 측면들에서, 상기 외부 커버(20)는 흡수성 코어(24)의 말단 경계 가장자리를 지나 바깥쪽으로 확장되어 용품(10)의 측면 경계와 단부 경계를 형성한다. 상기 신체측 라이너(22)는 일반적으로 상기 외부 커버(20)와 같은 넓이를 갖지만(coextensive), 원하는 바대로, 상기 외부 커버(20)의 면적보다 더 크거나 작은 면적을 임의로 커버할 수 있다. 즉, 상기 신체측 라이너(22)는 상기 외부 커버(20)와 겹쳐진 관계로 연결되어 있다. 상기 외부 커버(20)와 신체측 라이너(22)는, 사용하는 동안, 착용자의 의류와 신체 각각과 대면하도록 의도된다.

개선된 피트(fit)를 제공하고 상기 용품(10)으로부터 신체 삼출액의 누출 감소를 돕기 위해, 상기 용품의 측면 경계와 단부 경계는 적합한 탄성 부재(member)들, 예를 들어, 단일 또는 다중 탄성 스트랜드들로 탄력을 갖게 될 수 있다. 상기 탄성 스트랜드들은 천연 또는 합성 고무로 구성될 수 있으며, 임의로 열 수축되거나 열 탄성될 수 있다. 예를 들어, 도 5에 대표적으로 도시된 바와 같은, 상기 용품(10)은, 상기 용품(10)의 측면 경계를 모아서 주름지게 하도록 구성되어, 착용자의 다리 근처 가까이 피트되도록 할 수 있는 탄성이 있는 다리 밴드를 제공하여 누출을 감소시키고 개선된 편안함과 외관을 제공하는 다리 탄성재(leg elastics)(26)를 포함할 수 있다. 유사하게는, 허리 탄성재(28)는, 탄성이 있는 허리를 제공하기 위해 상기 용품(10)의 단부 경계에 탄성을 부여하기 위해 사용될 수 있다. 상기 허리 탄성재(28)는, 착용자의 허리 주변에 탄력 있는 편안한 밀착 피트를 제공하기 위해, 허리 부분을 모아서 주름지게 하는 것이 가능하도록 구성된다. 도시된 측면들에서, 상기 탄성 부재들은 명확성을 위해 이들의 축소시키지 않은 펼친 상태로 도시되어 있다.

고정 수단들(fastening means), 예를 들어, 후크 및 루프형 패스너(loop fastener)(30)들은 상기 용품(10)을 착용자에 고정시키기 위해 사용될 수 있다. 또는, 기타 고정 수단들, 예를 들어, 버튼, 핀, 스냅, 접착 테이프 패스너, 점착제(cohesives), 머쉬룸-및-루프형 패스너(mushroom-and-loop fasteners), 벨트 등 뿐만 아니라, 상기 패스너들 중 적어도 하나를 포함하는 조합이 사용될 수 있다. 추가로, 특히 상기 용품(10)이 미리 고정시킨(prefastened) 구성으로 제공될 경우, 2개 초과의 패스너들이 사용될 수 있다.

상기 용품(10)은 상기 흡수성 코어(24)와 상기 신체측 라이너(22) 또는 외부 커버(20) 사이에 기타 층들을 추가로 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 용품(10)은 또한, 유동 삼출액의 풀링(pooling)을 방지하고 상기 용품(10) 내에 공기 교환 및 유동 삼출액 분배를 개선시키기 위해, 상기 신체측 라이너(22)와 상기 흡수성 코어(24) 사이에 위치하는 서지 관리 층(surge management layer)(34)을 포함할 수 있다.

상기 용품(10)은 다양한 적합한 형상일 수 있다. 예를 들어, 상기 용품(10)은 전체적으로 직사각형 형상, T-형상 또는 거의 모래 시계 형상을 가질 수 있다. 도시된 측면에서, 상기 용품(10)은 일반적으로 I-형상을 갖는다. 상기 용품(10)은 추가로 종축 방향(36)과 횡축 방향(38)으로 한정된다. 흡수성 용품들에 포함될 수 있는 기타 적합한 용품 구성요소들은 보유 플랩(containment flap), 허리용 플랩, 탄성 사이드 패널(elastomeric side panel) 등을 포함한다.

상기 용품(10)의 각종 구성요소들은, 각종 유형의 결합 메카니즘, 예를 들어, 접착제, 음파 결합, 열 결합 등 뿐만 아니라, 상기 언급한 메카니즘들 중 적어도 하나를 포함한 조합을 사용하여 완전하게 어셈블링된다. 예를 들어, 도시된 측면에서, 상기 신체측 라이너(22) 및 외부 커버(20)를 흡수성 코어(24)에 접착제, 예를 들어, 고온 용융, 감압성 접착제와 일렬로 어셈블링시킨다. 유사하게는, 기타 용품 구성요소들, 예를 들어, 탄성 부재들(26) 및 (28), 고정 부재들(30) 및 서지 층들(34)을 상기 확인된 부착 메카니즘을 사용함에 의해 상기 용품(10) 내로 어셈블링시킬 수 있다.

상기 용품(10)의 외부 커버(20)는 이러한 적용에 사용된 모든 재료, 예를 들어, 실질적으로 증기-투과성 재료를 포함할 수 있다. 상기 외부 커버(20)의 투과율은, 상기 용품(10)의 통기성을 향상시키고, 상기 외부 커버(20)의 표면과 대면하는 의복 상에, 바람직하지 않게는 착용자의 의복을 축축하게 할 수 있는 소변과 같은 증기의 과도한 응축을 허용하지 않으면서 사용 동안 착용자의 피부의 보습(hydration)을 감소시키도록 구성될 수 있다. 상기 외부 커버(20)는 적어도 수증기가 투과하도록 구성될 수 있으며, 약 1,000g/m²/24시간 이상의 수증기 투과도(transmission rate)를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 외부 커버(20)는 약 1,000 내지 약 6,000g/m²/24시간의 수증기 투과도로 한정할 수 있다.

상기 외부 커버(20)는 또한, 바람직하게는 실질적으로 액체 불투과성이다. 예를 들어, 상기 외부 커버(20)는 약 60cm 이상, 또는 더욱 구체적으로 약 80cm 이상, 및 심지어 더욱 구체적으로 약 100cm 이상의 하이드로헤드 값(hydrohead value)을 제공하도록 구성될 수 있다. 재료의 액체 침투에 대한 내성을 측정하기에 적합한 기술은 1968년 12월 31일자의 연방 테스트 방법 표준(FTMS: Federal Test Method Standard) 191 방법 5514이다.

상기 언급된 바와 같은, 상기 외부 커버(20)는 이러한 적용에 사용되는 모든 재료를 포함할 수 있으며, 바람직하게는 액체 불투과성 및 공기 투과성의 상기 목적하는 수준을 직접적으로 제공하는 재료들 및/또는 상기 수준을 제공하기 위해 몇몇 방식으로 개질되거나 처리될 수 있는 재료들을 포함할 수 있다. 상기 외부 커버(20)는, 부직 섬유 웹(nonwoven sibrous web)으로 구성되어 필요한 수준의 액체 불투과성을 제공할 수 있다. 예를 들어, 스펀본드(spunbond) 및/또는 용융취입된(meltblown) 중합체 섬유들을 포함하는 부직 웹을, 선택적으로 발수 코팅으로 처리하고/하거나 액체 불투과성의 증기 투과성(vapor permeable) 중합체 필름으로 적층하여 상기 외부 커버(20)를 제공할 수 있다. 또 다른 측면에서, 상기 외부 커버(20)는, 충분히 결합되거나 달리 서로 연결되어 실질적으로 증기 투과성이며 실질적으로 액체 불투과성 웹을 제공하는, 복수의 랜덤하게 쌓인 소수성의 열가소성 용융취입된 섬유들을 포함하는 부직 웹을 포함할 수 있다. 상기 외부 커버(20)는 또한, 선택된 영역에서 액체 불투과성을 제공하도록 부분적으로 피복되거나 또는 달리 구성된 증기 투과성 부직 층을 포함할 수 있다. 또 다른 예에서, 상기 외부 커버(20)는 연신가능한 재료에 의해 제공된다. 또한, 상기 외부 커버(20) 재료를 종축(36) 및/또는 횡축(38) 방향으로 신장시킬 수 있다. 상기 외부 커버(20)가 연신가능한 또는 신장가능한 재료로부터 제조되는 경우, 상기 용품(10)은 개선된 피트를 포함하여 착용자에게 추가의 이점을 제공한다.

상기 흡수성 코어(24)에 보유된 액체로부터 착용자의 피부를 격리시키는 것을 돕는데 사용되는 상기 신체측 라이너(22)는, 사용자의 피부에 순응하는 부드러운 비자극성 감촉을 나타낼 수 있다. 또한, 상기 신체측 라이너(22)는 착용자에게 비교적 건조한 표면을 제공하기 위해 상기 흡수성 코어(24)보다 덜 친수성일 수 있으며, 액체 투과성이도록 충분히 다공성이어서, 이의 두께를 쉽게 통과하도록 할 수 있다. 적합한 신체측 라이너(22)는 웹 재료, 예를 들어, 다공성 발포체, 망상 발포체, 구멍 난 플라스틱 필름, 천연 섬유(예를 들어, 목재 또는 면섬유), 합성 섬유(예를 들어, 폴리에스테르 또는 폴리프로필렌 섬유) 등 뿐만 아니라, 상기 언급된 재료들 중 적어도 하나를 포함하는 재료들의 조합의 광범위한 선택으로부터 제조될 수 있다.

각종 직포 및 부직포는 상기 신체측 라이너(22)에 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 신체측 라이너(22)는 (예를 들어, 폴리올레핀 섬유의) 용융취입 또는 스펀본드 웹, (예를 들어, 천연 및/또는 합성 섬유의) 본딩-카딩된 웹(bonded-carded wet), 실질적으로 소수성 재료(예를 들어, 계면활성제로 처리되거나 또는 달리 처리되어 목적하는 수준의 습윤성 및 친수성을 부여함) 등 뿐만 아니라, 상기 언급된 것들 중 적어도 하나를 포함하는 조합을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 신체측 라이너(22)는, 약 22g/m²의 평량(basis weight) 및 약 0.06g/cc의 밀도를 갖는 웹 내로 형성되는 약 2.8 내지 약 3.2데니어 섬유를 임의로 포함하는, 스펀본딩된 폴리프로필렌 부직포를 포함할 수 있다.

상기 용품(10)의 흡수성 코어(24)는 상기 미립자형 초흡수성 중합체 조성물의 입자들과 혼합된, 친수성 섬유들의 매트릭스, 예를 들어, 셀룰로스 섬유들의 섬유 웹을 포함할 수 있다. 목재 펄프 플러프를 합성, 중합체성, 용융취입 섬유들 등 뿐만 아니라, 상기 언급된 것 중 적어도 하나를 포함하는 조합과 교환할 수 있다. 상기 미립자형 초흡수성 중합체 조성물은 상기 친수성 섬유들과 실질적으로 균일하게 혼합될 수 있거나, 비균일하게 혼합될 수 있다. 또는, 상기 흡수성 코어(24)는, 섬유 웹 및 미립자형 초흡수성 중합체 조성물의 라미네이트 및/또는 국소 영역에서 상기 미립자형 초흡수성 중합체 조성물을 유지하기에 적합한 매트릭스를 포함할 수 있다. 상기 흡수성 코어(24)가 상기 친수성 섬유들 및 미립자형 초흡수성 중합체의 조합을 포함하는 경우, 상기 친수성 섬유 및 미립자형 초흡수성 중합체 조성물은, 약 400g/m² 내지 약 900g/m², 또는 더욱 구체적으로 약 500g/m² 내지 약 800g/m², 더욱 더 구체적으로 약 550g/m² 내지 약 750g/m²일 수 있는 상기 흡수성 코어(24)에 대한 평균 평량을 형성할 수 있다.

일반적으로, 상기 미립자형 초흡수성 중합체 조성물은, 흡수성 코어(24)의 총 중량을 기준으로 하여, 약 50wt% 이상, 더욱 바람직하게는 약 70wt% 이상의 양으로 상기 흡수성 코어(24) 내에 존재한다. 예를 들어, 특정 측면에서, 상기 흡수성 코어(24)는 국소 영역에서 고흡수성 재료를 유지하기 위한 섬유 웹 또는 기타 적합한 재료에 의해 오버래핑된(overwrapping) 미립자형 초흡수성 중합체의 약 50wt% 이상, 또는 더욱 바람직하게는 약 70wt% 이상을 포함하는 라미네이트를 포함할 수 있다.

임의로, 상기 흡수성 코어(24)는 상기 흡수성 코어(24)의 구조의 온전한 상태를 유지하는 것을 돕기 위해 지지체(예를 들어, 실질적으로 친수성 티슈(tissue) 또는 부직 랩시트(wrapsheet)(도시되지 않음))를 추가로 포함할 수 있다. 상기 티슈 랩시트는, 고흡수성 재료 및/또는 섬유들로 이루어진 웹/시트 주위에, 임의로 이의 주요 대면 표면들 중 적어도 하나 또는 둘 다의 위에 위치할 수 있다. 상기 티슈 랩시트는 흡수성 셀룰로즈 재료, 예를 들어, 크레이핑된 워딩(creped wadding) 또는 고 습윤-강도 티슈를 포함할 수 있다. 상기 티슈 랩시트는 임의로, 상기 흡수성 코어(24)를 구성하는 흡수성 섬유들의 매스 위로 액체를 신속하게 분포시키는 것을 돕는 위킹 층(wicking layer)을 제공하도록 구성될 수 있다. 상기 지지체가 사용되는 경우, 착색제(40)는 임의로 상기 외부 커버(20)에 대향하는 상기 흡수성 코어(24)의 측면에서 상기 지지체에 배치될 수 있다.

상기 흡수성 코어(24)의 얇음과 상기 흡수성 코어(24) 내의 고흡수성 재료로 인해, 상기 흡수성 코어(24)의 액체 흡수 속도는 그 자체로 너무 낮을 수 있거나, 또는 상기 흡수성 코어(24) 내에 다량의 액체 배설물을 충분히 지탱할 수 없다. 전반적인 액체 흡수 및 공기 교환을 개선시키기 위해, 상기 용품(10)은 도 5에 대표하여 나타낸 바와 같이 서지 관리 층(34)의 다공성의 액체 투과성 층을 추가로 포함할 수 있다. 상기 서지 관리 층(34)은 통상적으로 상기 흡수성 코어(24)보다 덜 친수성이며, 작동가능한 수준의 밀도 및 평량을 가져서 액체 서지를 신속하게 수집하여 일시적으로 보유하고, 이의 내부 도입 지점으로부터 상기 액체를 이동시키고 액체를 상기 흡수성 코어(24)의 다른 부분으로 실질적으로 완전히 배출시킬 수 있다. 이러한 구성은 착용자의 피부에 대해 위치한 상기 용품(10)의 부분에서 액체가 풀링되고 수집되는 것을 방지하여, 착용자가 축축한 감촉을 느끼는 것을 감소시키는데 도움을 줄 수 있다. 상기 서지 관리 층(34)의 구조는 또한 상기 용품(10) 내에서 공기 교환을 개선시킬 수 있다.

각종 직포 및 부직포는 상기 서지 관리 층(34)을 구성하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 서지 관리 층(34)은 합성 섬유들(예를 들어, 폴리올레핀 섬유들)의 용융취입 또는 스펀본드 웹; 예를 들어, 천연 및/또는 합성 섬유들을 포함하는 본딩-카딩된 웹 또는 에어레이드 웹(airlaid web); 임의로 계면활성제로 처리되거나 또는 달리 처리되어 목적하는 수준의 습윤성 및 친수성을 부여하는 소수성 재료 등 뿐만 아니라, 상기 언급된 것들 중 적어도 하나를 포함하는 조합을 포함하는 층일 수 있다. 상기 본딩 카딩된 웹은, 예를 들어, 저융점 결합제 섬유들, 분말 및/또는 접착제를 사용하여 결합되는 열 본딩 웹일 수 있다. 상기 층은 임의로 상이한 섬유들의 혼합물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 서지 관리 층(34)은 약 30 내지 약 120g/m²의 평량을 갖는 소수성의 부직 재료를 포함할 수 있다.

테스트 과정

보텍스 테스트

장치 및 재료

1. Schott Duran 100ml 비이커 및 50ml 눈금 실린더.

2. 600rpm을 제공할 수 있는, 프로그래밍가능한 자기 교반 플레이트(예를 들어, 피엠씨 인더스트리즈(PMC Industries)로부터 상표명 Dataplate^® 모델 #721 하에 상업적으로 입수가능한 것)

3. 링을 갖지 않는 자기 교반 바, 7.9mm×32mm, Teflon^® 피복됨(예를 들어, 백스터 다이어그노스틱스(Baxter Diagnostics)로부터 상표명 S/PRIM 하에 상업적으로 입수가능한 것. 제거가능한 피벗 링(pivot ring)을 갖는 브랜드 싱글 팩 둥근 회전 바)

4. 스탑워치

5. +/-0.01g까지 정확한 저울

6. 염수 용액, 0.87w/w%, 백스터 다이아그노스틱스로부터 입수가능한 혈액 은행 염수(0.9wt% 염수에 상당하는 것으로 본원 목적을 위해 고려됨)

7. 칭량지

8. 표준 조건 대기를 갖는 룸: 온도 = 23℃ +/- 1℃, 상대 습도 = 50% +/- 2%.

테스트 과정

1. 100ml 비이커 내에서 50ml +/- 0.01ml의 염수 용액을 측정한다.

2. 상기 비이커 내에 자기 교반 바를 넣는다.

3. 자기 교반 플레이트를 600rpm으로 프로그래밍한다.

4. 상기 자기 교반 플레이트의 중심에 상기 비이커를 놓아, 상기 자기 교반 바를 활성화시킨다. 보텍스의 바닥은 교반 바의 상부 근처이어야 한다.

5. 칭량지 위에서 시험될 SAP 2g +/- 0.01g을 칭량 공급한다.

주: 상기 SAP는 입수된 상태(즉, 본원에 기재된 바와 같은 흡수성 복합체가 될 것임)로 시험된다. 입자 크기가 본 테스트에서 영향을 미치는 것으로 공지되어 있음에도 불구하고 특정 입자 크기로의 체질이 수행되지 않는다.

6. 상기 염수 용액을 교반시키면서, 시험될 SAP를 상기 염수 용액 내에 신속하게 붓고 스탑워치를 작동시킨다. 시험될 SAP는 보텍스의 중심과 비이커의 측면 사이의 염수 용액에 첨가해야 한다.

7. 상기 염수 용액의 표면이 편평해질 때 상기 스탑워치를 중지시키고 시간을 기록한다.

8. 초로 기록된 시간이 보텍스 시간으로 기록된다.

원심분리기 체류 용량 테스트( CRC )

CRC 테스트는, 미립자형 SAP 조성물이 제어된 조건 하에서 포화되고 원심분리된 후 그 내부에 액체를 보유하는 능력을 측정한다. 생성된 체류 용량은 샘플 1g 중량당 보유되는 액체의 그램(g/g)으로 언급된다. 테스트할 SAP 샘플은 미국 표준 30-메쉬 체를 통하여 사전 제칠하고 미국 표준 50-메쉬 체 상에 보유된 입자들로부터 제조된다. 그 결과, 미립자형 SAP 샘플은 크기가 약 300 내지 약 600㎛ 범위인 입자들을 포함한다. 상기 입자들은 수동으로 또는 자동으로 사전 체질될 수 있다.

체류 용량은 약 0.20g의 사전 체질된 미립자형 SAP 샘플을, 테스트 용액(증류수 중 0.9중량% 염화나트륨)이 상기 샘플에 의해 자유롭게 흡수되게 하면서 상기 샘플을 함유할 수투과성 백(bag) 내에 넣음으로써 측정된다. 열밀봉성 티백 재료, 예를 들어, 덱스터 코포레이션(Dexter Corporation)(미국 코네티컷주 윈저 록스에 사업소가 있음)으로부터 모델 표기명 1234T 열밀봉성 여과지로 입수가능한 것이 대부분의 적용에 있어서 잘 작용한다. 상기 백은 백 재료의 5인치 × 3인치 샘플을 반으로 접고 개방 가장자리들 중 두 개를 열밀봉하여 2.5인치 × 3인치 직사각형 파우치를 형성함에 의해 형성된다. 열밀봉은 상기 재료의 가장자리의 약 0.25인치 안쪽에 있다. 상기 샘플을 파우치 내에 넣은 후, 파우치의 나머지 개방 가장자리를 또한 열밀봉한다. 또한 빈 백을 만들어, 대조용으로서의 역할을 하게 한다. 테스트할 각각의 미립자형 SAP에 대하여 3개의 샘플을 제조한다.

밀봉된 백들을 약 23℃의 테스트 용액을 함유하는 팬에 침지시켜서, 백이 완전히 습윤될 때까지 백이 홀드다운되는(held down) 것을 확실하게 한다. 습윤 후, 미립자형 SAP 샘플은 약 30분 동안 상기 용액에 남아 있으며, 이 시점에서, 상기 샘플을 상기 용액으로부터 꺼내고, 일시적으로 비흡수성 편평한 표면 상에 둔다.

이어서, 습윤 백을 바스켓 내에 넣고, 여기서, 상기 습윤 백을 서로로부터 분리시켜 상기 바스켓의 외부 원주 가장자리에 위치시키고, 상기 바스켓은 약 350의 g-력(g-force)을 상기 샘플에 가할 수 있는 적합한 원심분리기의 것이다. 한 가지 적합한 원심분리기로는 수분 수집 바스켓, 디지털 rpm 게이지 및 편평한 백 샘플을 잡아서 배수시키도록 된, 기계 가공된 배수 바스켓을 갖는, CLAY ADAMS DYNAC II, 모델 #0103이 있다. 다수의 샘플들이 원심분리될 경우, 샘플들을 원심분리기 내의 반대 위치에 넣어 스피닝될 때 바스켓이 균형을 이루도록 한다. 상기 백들(빈 습윤 백들을 포함함)은 (예를 들어, 약 240 내지 약 360g 력의 변화를 포함하는, 약 350g 력의 목표 g-력을 달성하기 위하여) 약 1,600rpm에서 3분 동안 원심분리시킨다. g-력은, 해수면에서 32ft/sec²과 동일한, 급속한 가속 또는 중력이 가해지는 신체 상에서의 관성력의 단위로 정의된다. 상기 백들을 꺼내어 칭량하며, 이때 빈 백들(대조용)을 먼저 칭량하고, 이어서 상기 미립자형 SAP 샘플들을 함유하는 백을 칭량한다. 백 그 자체 보유 용액을 고려하여, 상기 미립자형 SAP 샘플에 의해 보유되는 용액의 양이, SAP의 원심분리기 체류 용량(CRC)이며, 이는 SAP 1g당 유체의 그램으로 표현된다. 더욱 특히는, 상기 체류 용량은 하기 등식에 의해 결정된다:

CRC = [원심분리 후 샘플 백 - 원심분리 후 빈 백 - 건조 샘플 중량]/건조 샘플 중량

세 개의 샘플들을 테스트하며, 그 결과를 평균하여 미립자형 SAP의 CRC를 결정한다.

자유 팽윤 겔층 투과율 테스트( FSGBP )

본원에 사용된 바와 같은, 0psi의 팽윤 압력 하 겔층 투과율 테스트(FSGBP: Gel Bed Permeability Under 0 psi Swell Pressure Test)로도 칭해지는 자유 팽윤 겔층 투과율 테스트는, 통상적으로 "자유 팽윤" 조건으로 칭해지는 것 하에서, 겔 입자들(예를 들어, 미립자형 SAP, 또는 표면 처리되기 전의 미립자형 SAP)의 팽윤된 층의 투과율을 결정한다. 용어 "자유 팽윤"은, 기재되는 바와 같이 겔 입자들이 테스트 용액을 흡수할 때 제한 하중 없이 팽윤되도록 함을 의미한다. 겔층 투과율 테스트를 수행하기에 적합한 장치는 도 1, 2 및 3에 도시되어 있으며, 일반적으로 장치(500)로 나타낸다. 테스트 장치 어셈블리(528)는 일반적으로 용기(530)로 나타낸 샘플 용기, 및 일반적으로 플런저(536)로 나타낸 플런저를 포함한다. 상기 플런저는 종축에서 아래로 눌러지는, 실린더 홀(cylinder hole)을 갖는 샤프트(538), 및 상기 샤프트의 기저부에 위치하는 헤드(550)를 포함한다. 샤프트 홀(562)은 약 16mm의 직경을 갖는다. 플런저 헤드는, 예를 들어, 접착에 의해 상기 샤프트에 부착된다. 12개의 홀들(544)은 상기 샤프트의 방사 축 내로 구멍이 뚫어져 있으며, 3개는 매 90도에 위치하고, 직경이 약 6.4mm이다. 상기 샤프트(538)는 렉산(LEXAN) 로드 또는 등가의 재료로부터 기계 가공되며, 약 2.2cm의 외경과 약 16mm의 내경을 갖는다.

상기 플런저 헤드(550)는 동심원상의, 7개의 홀들(560)의 내부 링 및 14개의 홀들(554)의 외부 링을 갖는데, 모든 홀들은 직경이 약 8.8mm이고, 이외에도 샤프트와 정렬된 약 16mm의 홀을 갖는다. 상기 플런저 헤드(550)는 렉산 로드 또는 등가의 재료로부터 기계 가공되며, 대략 16mm의 높이, 및 이것이 최소 벽 청소율(minimum wall clearance)로 실린더(534) 내에 피트되도록 그러나 여전히 자유롭게 슬라이드되도록 하는 크기의 직경을 갖는다. 상기 플런저 헤드(550) 및 샤프트(538)의 총 길이는 약 8.25cm이지만, 상기 샤프트의 상부에서 기계 가공되어 요구되는 질량의 플런저(536)를 수득할 수 있다. 상기 플런저(536)는 100 메쉬 스테인레스 강 클로쓰 체(cloth screen)(564)를 포함하는데, 상기 체는 팽팽해지도록 이축 신장되고 상기 플런저(536)의 하부 단부에 부착된다. 상기 체는, 체가 상기 플런저 헤드(550)에 단단히 접착되도록 하는 적절한 용매를 사용하여 상기 플런저 헤드(550)에 부착된다. 여분의 용매가 상기 체의 개방 부분들 내로 이동하지 않도록 하고 액체 유동을 위한 개방 영역을 감소시키지 않도록 하기 위하여 주의를 기울여야 한다. 아이피에스 코포레이션(IPS Corporation; 미국 캘리포니아주 가드나에 사업장이 있음)으로부터의 아크릴 접착제, Weld-On #4가 적합한 접착제이다.

샘플 용기(530)는 실린더(534) 및 400 메쉬 스테인레스 강 클로쓰 체(566)를 포함하는데, 상기 체는 팽팽해지도록 이축 신장되고 상기 실린더(534)의 하부 단부에 부착된다. 상기 체는, 체가 실린더에 단단히 접착되도록 하는 적절한 용매를 사용하여 상기 실린더에 부착된다. 여분의 용매가 체의 개방 부분들 내로 이동하지 않도록 하고 액체 유동을 위한 개방 영역을 감소시키지 않도록 하기 위하여 주의를 기울여야 한다. 아이피에스 코포레이션으로부터의 아크릴 접착제, Weld-On #4가 적합한 접착제이다. 도 2에서 샘플(568)로 나타낸 겔 입자 샘플은 테스트 동안 상기 실린더(534) 내의 체(566) 상에서 지지된다.

상기 실린더(534)는 투명한 렉산 로드 또는 등가의 재료로부터 구멍이 뚫릴 수 있거나, 또는 이는 렉산 튜빙 또는 등가의 재료로부터 절단될 수 있으며, 약 6cm(예를 들어, 약 28.27cm²의 단면적)의 내경, 약 0.5cm의 벽 두께 및 대략 7.95cm의 높이를 갖는다. 스텝을 상기 실린더(534)의 외경으로 기계 가공하여, 외경이 66mm인 영역(534a)이 상기 실린더(534)의 기저부 31mm에 대하여 존재하도록 한다. 상기 영역(534a)의 직경에 피트되는 o-링(540)을 상기 스텝의 상부에 위치시킬 수 있다.

환상 추(annular weight)(548)는 직경이 약 2.2cm이고 깊이가 1.3cm인, 카운터 보형 홀(counter-bored hole)을 가져서, 샤프트(538) 상으로 자유롭게 미끌어지도록 한다. 상기 환상 추는 또한, 약 16mm의 쓰루 보(thru-bore; 548a)를 갖는다. 상기 환상 추(548)는 스테인레스 강으로, 또는 테스트 용액의 존재 하에서 내부식성인 다른 적합한 재료로 만들어질 수 있는데, 상기 테스트 용액은 중류수 중 0.9중량% 염화나트륨 용액이다. 상기 플런저(536)와 상기 환상 추(548)의 합한 중량은 대략 596그램(g)이며, 이는 약 28.27cm²의 샘플 영역에 걸쳐, 약 0.3psi(pounds per square inch) 또는 약 20.7다인/cm²(2.07kPa)의 압력이 상기 샘플(568)에 인가되는 것에 상응한다.

하기에 기술된 바와 같이 테스트 동안 테스트 장치를 통해 테스트 용액을 유동시키는 경우, 상기 샘플 용기(530)는 일반적으로 위어(weir; 600)로 받쳐져 있다. 상기 위어의 목적은 상기 샘플 용기(530)의 상부에 오버플로잉(overflowing)되는 액체를 우회시키는 것이며, 이는 오버플로우 액체를 별도의 수집 장치(601)로 우회시킨다. 상기 위어는 비커(603)을 받치고 있는 스케일(scale)(602) 위에 위치하여 팽윤된 샘플(568)을 통과하는 염수 용액을 수집할 수 있다.

"자유 팽윤" 조건 하에서 겔층 투과율 테스트를 수행하기 위하여, 추(548)가 상부에 자리를 잡은 플런저(536)를 빈 샘플 용기(530) 내에 넣고, 상기 추(548)의 상부로부터 샘플 용기(530)의 기저부까지의 높이를 0.01mm의 정확도로 적합한 게이지를 사용하여 측정한다. 두께 게이지가 측정 동안 가하는 힘은 가능한 한 낮아야 하며, 바람직하게는 약 0.74뉴턴 미만이어야 한다. 각각의 빈 샘플 용기(530), 플런저(536), 및 추(548) 조합의 높이를 측정하고 다중 테스트 장치를 사용하는 경우 어느 플런저(536) 및 추(548)가 사용되는지를 기록하는 것이 중요하다. 샘플(568)이 포화 후 이후에 팽윤되는 경우 동일 플런저(536) 및 추(548)가 측정에 사용되어야 한다. 샘플 컵(530)을 받치고 있는 베이스는 평평하고, 추(548)의 상부 표면은 상기 샘플 컵(530)의 기저부 표면에 평행한 것이 또한 바람직하다.

테스트할 샘플은, 미국 표준 30 메쉬 체를 통하여 사전 체질되고 미국 표준 50 메쉬 체 상에 보유되는 미립자형 SAP로부터 제조된다. 그 결과, 상기 테스트 샘플은 크기가 약 300 내지 약 600㎛ 범위인 입자들을 포함한다. 상기 SAP 입자들은, 예를 들어, 미국 오하이오주 멘토르 소재의 더블유. 에스. 타일러, 인코포레이티드로부터 입수가능한, RO-TAP 기계적 체 진탕기 모델 B를 사용하여 사전 체질될 수 있다. 체질은 10분 동안 수행된다. 대략 2.0g의 샘플을 상기 샘플 용기(530) 내에 넣고, 상기 샘플 용기의 기저부 상에 고르게 펼친다. 이어어, 2.0g의 샘플이 내부에 있고 상기 플런저(536) 및 추(548)는 내부에 없는 용기를, 약 60분의 시간 동안 0.9%의 염수 용액에 침지시켜 샘플을 포화시키고, 상기 샘플이 어떠한 제한 하중 없이 팽윤되도록 한다. 포화 동안, 상기 샘플 컵(530)은 액체 저장소 내에 위치하는 메쉬 상에 세팅되어서, 상기 샘플 컵(530)은 상기 액체 저장소의 기저부보다 약간 위로 상승하게 된다. 상기 메쉬는 염수 용액이 상기 샘플 컵(530) 내로 유동하는 것을 억제하지 않는다. 적합한 메쉬는 미국 위스콘신주 애플턴에 사업장이 있는, 이글 서플라이 앤드 플라스틱(Eagle Supply and Plastic)으로부터 파트 번호 7308로 구입할 수 있다. 염수는 테스트 셀 내의 완벽하게 편평한 염수 표면에 의해 입증되는 바와 같이, 상기 SAP 입자들을 완전히 덮는 것은 아니다. 또한, 염수 깊이는 너무 낮게 떨어지지 않게 하여, 상기 셀 내의 표면이 염수라기보다는 오히려 팽윤된 SAP에 의해서만 규정되도록 한다.

이 기간의 마지막에, 상기 플런저(536)와 추(548)의 어셈블리는 샘플 용기(530) 내의 포화 샘플(568) 상에 위치하며, 그 후, 샘플 용기(530), 플런저(536), 추(548), 및 샘플(568)을 상기 용액으로부터 꺼낸다. 꺼낸 후, 그리고 측정되기 전, 샘플 용기(530), 플런저(536), 추(548) 및 샘플(568)은 균일한 두께의 적합한 편평한 대형 격자형 비변형성 플레이트 상에 약 30초 동안 정지하여 남아 있게 한다. 상기 포화 샘플(568)의 두께는, 영점이 처음 높이 측정에서 변화되지 않았다면, 이전에 사용한 동일한 두께 게이지를 사용하여, 상기 추(548)의 상부로부터 상기 샘플 용기(530)의 기저부까지의 높이를 다시 측정함에 의해 결정된다. 샘플 용기(530), 플런저(536), 추(548) 및 샘플(568)을, 배수를 제공할 균일한 두께의 편평한 대형 격자형 비변형성 플레이트 상에 위치시킬 수 있다. 상기 플레이트는 전체 치수가 7.6cm × 7.6cm이며, 각각의 격자는 1.59cm의 길이 × 1.59cm의 폭 × 1.12cm의 깊이의 셀 크기 치수를 갖는다. 적합한 편평한 대형 격자형 비변형성 플레이트 재료는 미국 일리노이주 시카고에 사업장이 있는, 맥마스터 카 서플라이 컴퍼니(McMaster Carr Supply Company)로부터 입수가능한, 포물선형 확산 패널, 카탈로그 번호 1624K27이며, 이는 이후 적당한 치수로 절단될 수 있다. 이러한 편평한 큰 메쉬의 비변형성 플레이트는 또한 처음의 빈 어셈블리의 높이를 측정하는 경우 존재하여야 한다. 두께 게이지가 맞물린 후 높이 측정은 실행가능한 한 빨리 이루어져야 한다. 빈 샘플 용기(530), 플런저(536), 및 추(548)의 측정에서 수득된 높이 측정치는 샘플(568)의 포화 후 수득되는 높이 측정치로부터 뺀다. 생성된 값은 팽윤된 샘플의 두께 또는 높이 "H"이다.

투과율 측정은 포화 샘플(568), 플런저(536) 및 추(548)가 내부에 있는 샘플 용기(530) 내로 0.9% 염수 용액의 유동물을 전달함에 의해 개시된다. 상기 용기 내로의 테스트 용액의 유속은 염수 용액이 상기 실린더(534)의 상부를 오버플로잉하도록 조정함으로써 상기 샘플 용기(530)의 높이와 동일한 일관된 헤드 압력이 생성되게 한다. 그러나, 소량의 일관된 양의, 실린더 상부로부터의 오버플로우를 보장하기에 충분한 테스트 용액이 임의의 적합한 수단들에 의해, 예를 들어, 계량 펌프(604)에 의해 첨가될 수 있다. 상기 오버플로우 액체는 별도의 수집 장치(601) 내로 우회된다. 시간에 대한 샘플(568)을 통과하는 용액의 양은, 스케일(602) 및 비커(603)을 이용하여 중량 측정에 의해 측정된다. 상기 스케일(602)로부터의 데이터점은 일단 오버플로우가 시작되었으면 적어도 60초 동안 매초 수집된다. 데이터 수집은 수동으로 또는 데이터 수집 소프트웨어를 이용하여 취해질 수 있다. 상기 팽윤된 샘플(568)을 통한 유속 Q는 시간(초 단위)에 대한 샘플(568)(그램 단위)을 통과하는 유체의 선형 최소 자승 피트에 의해 그램/초 (g/s)의 단위로 결정된다.

cm² 단위의 투과율이 하기 등식에 의해 수득된다:

K=[Q*H*μ]/[A*ρ*P]

여기서, K=투과율(cm²), Q=유속(g/sec), H=팽윤된 샘플의 높이(cm), μ=액체 점도(푸아즈) (이 테스트에서 사용되는 테스트 용액의 경우 대략 1cP), A=액체 유동에 있어서의 단면적(이 테스트에서 사용되는 샘플 용기의 경우 28.27cm²), ρ=액체 밀도(g/cm³)(이 테스트에서 사용되는 테스트 용액의 경우 대략 1g/cm³) 및 P=정수압(다인/cm²) (보통, 대략 7,797다인/cm²). 본원에 기재된 겔층 투과율 테스트의 경우, ρ=액체 밀도(g/cm³), g=중력 가속도, 명목상 981cm/sec², 및 h=유체 높이, 예를 들어, 7.95cm인 P=ρ*g*h로부터 정수압이 계산된다.

최소 두 샘플이 테스트되며, 결과를 평균하여 미립자형 SAP의 샘플의 겔층 투과율을 결정한다.

FSGBP는 미립자형 SAP를 본원에 기재된 처리 테스트(Processing Test) 전에 본원에 기재된 바와 같이 측정할 수 있다. 이러한 FSGBP 값은 미립자형 SAP의 "본래의" FSGBP로도 칭명 될 수 있다. 상기 FSGBP는 또한, 미립자형 SAP를 처리 테스트로 후속적으로 처리하여 측정할 수 있다. 이러한 FSGBP 값은 "후 처리(post processing)" FSGBP로 칭명될 수 있다. 미립자형 SAP의 본래의 FSGBP와 미립자형 SAP의 후 처리 FSGBP의 비교는, 조성물의 안정성의 척도로서 사용될 수 있다. 본원에 기록된 모든 "본래의" 및 "후 처리" FSGBP 값이 사전 체질된 300 내지 600㎛ 입자들의 샘플을 사용하여 측정되었음을 주목해야 한다.

하중하의 흡수도 테스트( AUL (0.9 psi ))

하중하의 흡수도(AUL) 테스트는 미립자형 SAP가 실온에서 증류수 중 염화나트륨의 0.9중량% 용액(테스트 용액)을 흡수하는 능력을 측정하는데, 그 동안 상기 물질은 0.9psi 하중하에 있다. AUL을 테스트하기 위한 장치는 하기로 이루어진다:

● 실린더, 4.4g 피스톤, 및 표준 317gm 추를 포함하는 AUL 어셈블리. 이 어셈블리의 구성 요소는 하기에 추가로 상세하게 기재된다.

● 유리 프릿(glass frit)이 트레이 벽과 접촉함이 없이 기저부 상에 놓이게 하기에 충분히 넓은 편평한 바닥의 정사각형 플라스틱 트레이. 깊이가 0.5 내지 1"(1.3cm 내지 2.5cm)인, 9" × 9"(22.9cm × 22.9cm)인 플라스틱 트레이가 이 테스트 방법에 통상적으로 사용된다.

● 'C' 다공도(25 내지 50㎛)를 갖는 9cm 직경의 소결 유리 프릿. 이 프릿은 염수(증류수 중 0.9중량%의 염화나트륨)에서의 평형을 통하여 미리 준비된다. 적어도 두 부분의 신선한 염수로 세척되는 것에 이외에, 상기 프릿은 AUL 측정 전에 염수 중에서 적어도 12시간 동안 침지되어야 한다.

● 와트만(Whatman) 등급 1의 9cm 직경의 원형 여과지.

● 염수(증류수 중 0.9중량%의 염화나트륨)의 공급물.

도 4를 참조하면, 상기 미립자형 초흡수성 중합체 조성물(410)을 함유하는 데 사용되는 AUL 어셈블리(400)의 실린더(412)는, 동심도(concentricity)를 확신하기 위하여 약간 기계 가공된 1인치(2.54cm) 내경의 열가소성 튜빙으로 제조된다. 기계 가공 후, 400 메쉬 스테인레스 강 와이어 클로쓰(414)는 상기 스테인레스 강 와이어 클로쓰(414)를 화염에서 빨갛게 달구어질 때까지 가열함에 의해 실린더(412)의 기저부에 부착되며, 그 후 상기 실린더(412)는 냉각될 때까지 상기 강 와이어 클로쓰 상에 유지된다. 성공적이지 못할 경우 또는 이것이 파괴될 경우, 납땜용 철을 사용하여 씰(seal)을 터치업(touch up)할 수 있다. 편평한 매끄러운 기저부를 유지하고, 상기 실린더(412)의 내부를 왜곡시키지 않기 위하여 주의하여야 한다.

4.4g 피스톤(416)은 1인치 직경의 고체 물질(예를 들어, PLEXIGLAS^®)로 제조되며, 상기 실런더(412)에서 결합 없이 친밀하게 피트되도록 기계 가공된다.

표준 317gm 추(418)는 62,053 다인/cm²(약 0.9psi)의 제한 하중의 제공에 사용된다. 상기 추는 원통형, 1인치(2.5cm) 직경의 스테인레스 강 추이며, 이는 상기 실린더에서 결합 없이 친밀하게 피트되도록 기계 가공된다.

달리 특정되지 않는 한, 적어도 약 300gsm(0.16g)의 SAP 입자들의 층에 상응하는 샘플(410)이 AUL의 테스트에 이용된다. 상기 샘플(410)은 미국 표준 #30 메쉬를 통하여 사전 체질되고 미국 표준 #50 메쉬 상에 보유되는 SAP 입자들로부터 취해진다. 상기 SAP 입자들은, 예를 들어, 미국 오하이오주 멘토르 소재의 더블유. 에스. 타일러, 인코포레이티드로부터 입수가능한 RO-TAP^® 기계적 체 진탕기 모델 B를 이용하여 사전 체질될 수 있다. 체질은 약 10분 동안 수행된다.

실린더(412)의 내부는 SAP 입자들(410)을 상기 실린더(412) 내에 넣기 전에 정전기 방지 클로쓰로 와이핑(wiping)된다.

체질된 미립자형 SAP(410)의 샘플의 요구되는 양(약 0.16g)을 칭량지 상에서 칭량하고, 상기 실린더(412)의 기저부의 와이어 클로쓰(414) 상에 고르게 분배한다. 상기 실린더의 기저부에서의 미립자형 SAP의 중량은 하기에 기재된 AUL 계산에 사용하기 위해 'SA'로 기록한다. 상기 실린더의 벽에 미립자형 SAP가 전혀 점착되지 않음을 확신하기 위하여 주의를 기울인다. 상기 실린더(412) 내의 상기 SAP 입자들(410) 상에 4.4g 피스톤(412) 및 317g 추(418)를 조심스럽게 놓은 후, 실린더, 피스톤, 추 및 SAP 입자들을 포함하는 AUL 어셈블리(400)를 칭량하고, 이 중량을 중량 'A'로 기록한다.

소결된 유리 프릿(424)(상기 기재됨)을 플라스틱 트레이(420) 내에 넣으며, 이때 염수(422)는 상기 유리 프릿(424)의 상부 표면의 것과 동일한 수준으로 첨가된다. 단일한 원형의 여과지(426)를 상기 유리 프릿(424) 상에 부드럽게 두고, 그 후, 미립자형 SAP(410)를 포함하는 AUL 어셈블리(400)를 여과지(426)의 상부에 둔다. 이어서, AUL 어셈블리(400)는 1시간의 테스트 기간 동안 상기 여과지(426)의 상부에 남아 있도록 하며, 이때 트레이 내의 염수 수준이 일정하게 유지되도록 유의한다. 그 후, 1시간의 테스트 기간의 마지막에, AUL 장치를 칭량하며, 이때 이 값을 중량 'B'로 기록한다.

AUL(0.9psi)은 하기와 같이 계산된다:

AUL(0.9psi) = (B-A)/SA

여기서,

A= 건조 SAP에서의 AUL 단위의 중량

B= 60분 흡수 후 SAP에서의 AUL 단위의 중량

SA = 실제 SAP 중량

최소 두 테스트를 수행하고, 그 결과를 평균하여 0.9psi 하중하 AUL 값을 결정한다. 미립자형 SAP 샘플을 약 23℃ 및 약 50% 상대 습도에서 테스트한다.

PAI 테스트

압력 흡수도 지수는, 하기 하중하에 측정된 SAP에 대한 하중하의 흡수도 값의 합이다: 0.01파운드/in²(690다인/cm²); 0.29파운드/in²(19995다인/cm²); 0.57파운드/in²(39300다인/cm²); 및 0.90파운드/in²(62053다인/cm²). 즉, 제시된 SAP에 대한 하중하의 흡수도 값은 실험과 관련하여 하기에 개시된 방법에 따라 상기 개시된 저항력 하에 측정된다. 이어서, 상기 제시된 제한 하중하에 측정된 하중하의 흡수도 값을 총합하여 상기 압력 흡수도 지수를 생성한다.

함수량 테스트

함수량은 "수분(%)"으로서 측정되는데, 이것은 다음과 같이 측정할 수 있다: 1) 미리 측량한 알루미늄 계량팬에서 5.0g의 초흡수성 중합체 조성물(SAP)을 정확하게 칭량하고; 2) SAP와 팬을 105℃로 예열된 표준 랩 오븐 안에 3시간 동안 넣어 두고; 3) 팬과 내용물을 꺼내어 재칭량하고; 4) 하기 식을 사용하여 수분(%)을 계산한다:

수분(%) = {((팬 중량 + 초기 SAP 중량) - (건조된 SAP & 팬 중량)×100} / 초기 SAP 중량

실시예

하기 비교실시예 1 내지 4, 및 실시예 1 내지 12 및 표 1 및 2를 제공하여 미립자형 초흡수성 중합체를 포함하는 생성물 및 특허청구범위에 개시된 미립자형 초흡수성 중합체의 제조 방법의 발명을 예시하며, 이는 특허청구범위의 범위를 제한하지 않는다. 달리 언급되지 않는 한, 모든 부 및 %는 건조 미립자형 초흡수성 중합체를 기준으로 한다.

실시예 1 교반기 및 냉각 코일을 갖춘 폴리에틸렌 용기 내로 2.0kg의 50% NaOH 및 3.32kg의 증류수를 첨가하고, 20℃로 냉각시켰다. 이어서, 0.8kg의 빙하(glacial) 아크릴산을 상기 가성 용액에 첨가하고, 상기 용액을 다시 20℃로 냉각시켰다. 0.6g의 폴리에틸렌 글리콜 모노알릴에테르 아크릴레이트, 1.2g의 에톡실화된 트리메틸올 프로판 트리아크릴레이트 SARTOMER® 9035 제품 및 1.6kg의 빙하 아크릴산을 상기 제1 용액에 첨가하고, 이어서 4 내지 6℃로 냉각시켰다. 질소로 상기 단량체 용액을 약 5분 동안 버블링시켰다. 4.38g의 중탄산나트륨, 0.0364g의 트윈(Tween) 80 및 0.0364g의 스팬(Span) 20을 95.55g의 물에 용해시킨다. 혼합물을 상기 단량체 용액에 첨가하고, 이를 6500RPM에서 30초 동안 실버슨 고전단 혼합기(Silverson High Shear Mixer)로 혼합한다. 이어서, 상기 단량체 용액을 직사각형 트레이 내로 배출하였다. 80g의 1중량%의 H₂O₂ 수성 용액, 120g의 2wt%의 수성 과황산나트륨 용액, 및 72g의 0.5wt%의 수성 나트륨 에리토르베이트 용액을 상기 단량체 용액 내에 첨가하여 중합 반응을 개시하였다. 교반기를 중단하고, 개시된 단량체를 20분 동안 중합시켰다.

생성된 하이드로겔을 초핑하고, Hobart 4M6 시판 압출기로 압출하고, 이어서 20인치 × 40인치 천공형 금속 트레이 상에서, 175℃에서 12분 동안 상향 유동(up flow) 공기 및 6분간 하향 유동(down flow) 공기를 이용하여 프록터 앤드 슈바르츠 모델(Procter & Schwartz Model) 062 강제 통풍 오븐에서 5wt% 미만의 최종 생성물 수분 수준으로 건조시켰다. 건조된 물질을 프로데바(Prodeva) 모델 315-S 파쇄기에서 조악하게 분쇄시키고, MPI 666-F 3개 스테이지(three-stage) 롤러 밀에서 밀링하고, 미녹스(Minox) MTS 600DS3V로 체질하여 850㎛ 초과 및 150㎛ 미만의 입자들을 제거하였다.

8g의 에틸렌 카보네이트 용액(수중 50% wt/wt)을 400g의 상기 입자들의 표면에 도포하였다. 파쉐(Paasche) VL 분무기로부터 미세하게 분무되는 스프레이를 사용하여 상기 초흡수성 중합체 입자들을 공기 중에서 유동시키고 계속 혼합하였다. 이어서, 피복된 재료를 표면 가교결합을 위하여 185℃에서 55분 동안 대류식 오븐에서 가열하였다. 이어서, 표면 가교결합된 미립자 재료를 20/100 메쉬 US 표준 체를 사용하여 체질하여 850㎛ 초과 및 150㎛ 미만의 입자들을 제거하였다. 상기 표면 가교결합된 미립자형 재료를 60℃ 미만으로 냉각시키고 0.4g의 폴리에틸렌 글리콜(분자량: 8000) 및 40g의 탈이온수를 함유하는 용액으로 피복하였다. 상기 피복된 재료를 실온에서 1일 동안 릴렉싱시킨 다음, 20/100 메쉬 US 표준 체를 사용하여 체질하여 850㎛ 초과 및 150㎛ 미만의 입자들을 제거하였다.

다음은 실시예 1의 대표적인 PSD 및 평균 입자 직경(D50)이다:

20메쉬 상의 %(> 850㎛)	0.1
30메쉬 상의 %(600-850㎛)	7.6
50메쉬 상의 %(300-600㎛)	64.1
100 메쉬 상의 %(150-300㎛)	22.2
140메쉬 상의 %(106-150㎛)	3.5
325메쉬 상의 %(45-90㎛)	2.4
325메쉬 통과 %(<45㎛)	0.1
D50(㎛)	397

실시예 2 - 0.0364g의 트윈 80 및 0.0364g의 스팬 20을 0.0364g의 트윈 80 및 0.0364g의 스팬 40으로 대체하는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하다.

실시예 3 - 0.0364g의 트윈 80 및 0.0364g의 스팬 20을 0.0364g의 트윈 80 및 0.0364g의 스팬 60으로 대체하는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하다.

실시예 4 - 0.0364g의 트윈 80 및 0.0364g의 스팬 20을 0.0364g의 트윈 20 및 0.0364g의 스팬 20으로 대체하는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하다.

실시예 5 - 0.0364g의 트윈 80 및 0.0364g의 스팬 20을 0.0364g의 트윈 40 및 0.0364g의 스팬 20으로 대체하는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하다.

실시예 6 - 0.0364g의 트윈 80 및 0.0364g의 스팬 20을 0.0364g의 트윈 60 및 0.0364g의 스팬 20으로 대체하는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하다.

비교실시예 1(대조용) - 계면활성제 또는 발포제 없이, 정상의 표면 가교결합된 초흡수성 중합체.

비교실시예 2 - 발포제 없이 0.0364g의 트윈 80과 0.0364g의 스팬 20과의 계면활성제 혼합물을 포함함.

비교실시예 3 - 트윈 80 없이 0.025% 스팬 20만을 포함하는 실시예 1.

비교실시예 4 - 스팬 20 없이 0.025% 트윈 80만을 포함하는 실시예 1.

중화된 알루미늄 염 A

200g의 황산알루미늄 용액(20% 수성 용액)을 자기 교반바를 갖춘 비이커에서 교반하였다. 혼합물의 pH가 7에 도달할 때까지, 상기 용액에 수산화나트륨 용액(50% 수성 용액)을 첨가하였다. 총 130g의 수산화나트륨 용액이 소모되었다. 백색의 콜로이드성 현탁액을 15분 동안 교반하고 약 1분 동안 터낵스(Turnax) 혼합기로 추가로 진탕시켜 덩어리를 부수었다. 상기 중화된 알루미늄 용액은 추가의 정제 없이 초흡수성 중합체 변형을 위해 사용되었다.

실시예 7 - 실시예 1을 변화시켰는데, 상기 표면 가교결합된 미립자형 재료를 60℃ 미만으로 냉각시키고, 16g의 중화된 알루미늄 염 A, 0.4g의 폴리에틸렌 글리콜(분자량: 8000) 및 40g의 탈이온수를 함유하는 용액으로 피복시켰다. 피복된 재료를 실온에서 1일 동안 릴렉싱시킨 다음, 20/100 메쉬 US 표준 체를 사용하여 체질하여 850㎛ 초과 및 150㎛ 미만의 입자들을 제거하였다.

실시예 8 - 16g의 중화된 알루미늄 염 A 및 8g의 에틸렌 카보네이트 용액(수중 50% wt/wt)을 파쉐 VL 분무기로부터 미세하게 분무되는 스프레이를 사용하여 실시예 1의 400g의 SAP의 표면에 도포하면서 상기 SAP 입자들을 공기 중에서 유동시키고 계속 혼합하였다. 이어서, 피복된 재료를 표면 가교결합을 위하여 185℃에서 55분 동안 대류식 오븐에서 가열하였다. 이어서, 표면 가교결합된 미립자형 재료를 20/100 메쉬 US 표준 체를 사용하여 체질하여 850㎛ 초과 및 150㎛ 미만의 입자들을 제거하였다. 상기 표면 가교결합된 미립자형 재료를 60℃ 미만으로 냉각시키고, 16g의 중화된 알루미늄 염 A 및 0.4g의 폴리에틸렌 글리콜(분자량: 8000) 및 40g의 탈이온수를 함유하는 용액으로 피복하였다. 상기 피복된 재료를 실온에서 1일 동안 릴렉싱시킨 다음, 20/100 메쉬 US 표준 체를 사용하여 체질하여 850㎛ 초과 및 150㎛ 미만의 입자들을 제거하였다.

실시예 9 - 0.02wt%의 에틸렌 아크릴산 열가소성 중합체 및 8g의 에틸렌 카보네이트 용액(수중 50% wt/wt)을 파쉐 VL 분무기로부터 미세하게 분무되는 스프레이를 사용하여 실시예 1의 400g의 SAP의 표면에 도포하면서 상기 SAP 입자들을 공기 중에서 유동시키고 계속 혼합하였다.

실시예 10 - 실시예 1의 표면 가교결합된 미립자형 재료를 60℃ 미만으로 냉각시키고, 0.2%의 (디에틸렌트리아민펜트아세트산의 오나트륨염, Na5DTPA) 및 0.4g의 폴리에틸렌 글리콜(분자량: 8000) 및 40g의 탈이온수를 함유하는 용액으로 피복하였다. 상기 피복된 재료를 실온에서 1일 동안 릴렉싱시킨 다음, 20/100 메쉬 US 표준 체를 사용하여 체질하여 850㎛ 초과 및 150㎛ 미만의 입자들을 제거하였다.

실시예 11 - 0.5wt%의 카올린 점토를 실시예 1의 하이드로겔에 첨가하는 것으로 실시예 1을 변경하였다.

실시예 12 - 1.2g의 에톡실화된 트리메틸올 프로판 트리아크릴레이트 SARTOMER® 9035 내부 가교결합제를 1.705g의 Dynasylan®6490 폴리실록산(0.275% boaa), 0.744g의 폴리에틸렌 글리콜 300 디아크릴레이트(Peg300DA)(0.120% boaa), 0.12g의 폴리에틸렌 글리콜 모노알킬에테르 아크릴레이트(PEGMAE)(0.120% boaa)로 대체하는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하였다. 실시예 12의 생성물은 CRC가 2.7g/g 증가한다.

광범위한 본 발명의 범위를 개시하는 수치 범위들 및 파라미터들이 근사치임에도 불구하고, 특정 실시예에서 개시되는 수치 값들은 가능한 한 정확하게 기록된다. 작동 예 이외의 것에서 또는 다르게 나타낸 곳에서, 본 명세서 및 특허청구범위에서 사용된 성분의 양, 반응 조건 등을 표현하는 모든 수들은, 모든 경우에 용어 "약"으로 수식되는 것으로 이해되어야 한다. 그러나, 임의의 수치는 이들 각각의 테스트 측정치에서 발견되는 표준 편차에서 필연적으로 생기는 특정한 오차를 내재적으로 포함한다.

Claims

하기 단계들을 포함하는, 신속한 물 흡수를 갖는 미립자형 초흡수성 중합체(particulate superabsorbent polymer)의 제조방법:
a) 중합가능한 불포화 산 그룹 함유 단량체와 내부 가교결합제 단량체와의 혼합물의 수성 단량체 용액(여기서, 상기 수성 단량체 용액은 용해된 산소를 포함한다)을 제조하는 단계;
b) 불활성 가스를 단계 a)의 상기 수성 단량체 용액에 첨가함을 포함하여 단계 a)의 상기 수성 단량체 용액을 스파징하여 상기 수성 단량체 용액의 상기 용해된 산소를 대체시키는 단계;
c) 단계 b)의 상기 수성 단량체 용액의 중합 단계로서, 하기 단계 c1) 내지 c3)을 포함하는 중합 단계:
c1) 단계 a)의 상기 수성 단량체 용액에, i) 상기 중합가능한 불포화 산 그룹 함유 단량체 용액의 총량을 기준으로 하여, 0.05 내지 2.0wt%의 발포제를 포함하는 수성 용액; 및 ii) 상기 중합가능한 불포화 산 그룹 함유 단량체 용액의 총량을 기준으로 하여, 0.001 내지 1.0wt%의 친유성 계면활성제와 폴리에톡실화된 친수성 계면활성제와의 혼합물을 포함하는 수성 용액을 첨가하는 단계;
c2) 단계 c1)의 상기 단량체 용액을 고속 전단 혼합으로 처리하여, 처리된 단량체 용액을 형성하는 단계[여기서, 성분들 i) 0.1 내지 1.0wt%의 발포제를 포함하는 수성 용액; 및 ii) 0.001 내지 1.0wt%의 친유성 계면활성제와 폴리에톡실화된 친수성 계면활성제와의 혼합물을 포함하는 수성 용액을, 상기 수성 단량체 용액의 스파징 단계 b) 후에 그리고 상기 수성 단량체 용액의 고속 전단 혼합 단계 c2) 전에 상기 수성 단량체 용액에 첨가한다];
c3) 중합 개시제를 단계 c2)의 상기 처리된 단량체 용액에 첨가함에 의해 하이드로겔을 형성하는 단계(여기서, 상기 개시제는 상기 발포제 및 계면활성제들 혼합물 후에 상기 처리된 단량체 용액에 첨가되고, 중합체가 상기 발포제의 버블이 중합체 구조물 내에 포함되도록 형성된다);
d) 단계 c)의 상기 하이드로겔을 건조 및 분쇄(grinding)하여 미립자형 초흡수성 중합체를 형성하는 단계; 및
e) 단계 d)의 상기 미립자형 초흡수성 중합체를 표면 가교결합제로 표면 가교결합시키는 단계(여기서, 상기 표면 가교결합된 초흡수성 중합체는 30초 내지 60초의 보텍스(vortex) 시간을 갖는다).
제1항에 있어서, 상기 친유성 계면활성제는 비이온성이며 4 내지 9의 HLB를 가지고, 상기 폴리에톡실화된 친수성 계면활성제는 비이온성이며 12 내지 18의 HLB를 갖는, 미립자형 초흡수성 중합체의 제조방법.
제1항에 있어서, 친유성 계면활성제와 폴리에톡실화된 친수성 계면활성제와의 혼합물은 8 내지 14의 HLB를 갖는, 미립자형 초흡수성 중합체의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 친유성 계면활성제는 소르비탄 에스테르이고, 상기 폴리에톡실화된 친수성 계면활성제는 폴리에톡실화된 소르비탄 에스테르인, 미립자형 초흡수성 중합체의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 발포제가 알칼리 금속 카보네이트 또는 알칼리 금속 바이카보네이트로부터 선택되는, 미립자형 초흡수성 중합체의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 미립자형 초흡수성 중합체가 120 내지 150의 압력 흡수도 지수(Pressure Absorbency Index)를 갖는, 미립자형 초흡수성 중합체의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 중합가능한 불포화 산 그룹 함유 단량체 용액의 총량을 기준으로 하여, 0.001 내지 1.0wt%의 상기 중합 개시제를 포함시키는, 미립자형 초흡수성 중합체의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 미립자형 초흡수성 중합체가, 표준 체 분류(standard sieve classification)에 의해 특정되어 상기 미립자형 초흡수성 중합체의 85wt% 이상의 양이 600㎛ 미만 150㎛ 초과의 입자 직경을 갖는 입자들, 및 표준 체 분류에 의해 특정되는 중량 평균 입자 직경(D50)을 300 내지 400㎛로 갖는 입자들을 갖는, 미립자형 초흡수성 중합체의 제조방법.
제1항에 있어서,
f) 상기 표면 가교결합된 초흡수성 중합체와 킬레이트제를 혼합하는 단계(여기서, 상기 킬레이트제의 양은 상기 미립자형 초흡수성 중합체 100중량부당 0.001 내지 10중량부이다)를 추가로 포함하는, 미립자형 초흡수성 중합체의 제조방법.
제9항에 있어서, 상기 킬레이트제가, 적어도 3개의 카복실 그룹을 갖는 아미노카복실산 및 이의 염으로부터 선택되는, 미립자형 초흡수성 중합체의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 표면 가교결합제가 건조 미립자형 초흡수성 중합체를 기준으로 하여, 0.01 내지 0.5wt%의 열가소성 중합체를 포함하고(여기서, 상기 열가소성 중합체를, 상기 표면 가교결합제와 함께 상기 미립자형 초흡수성 중합체에 첨가하거나, 또는 상기 열가소성 중합체를 상기 미립자형 초흡수성 중합체에 도포한 다음, 상기 표면 가교결합제를 상기 미립자형 초흡수성 중합체에 첨가한다), 상기 피복된 미립자형 초흡수성 중합체 입자를 150℃ 내지 250℃의 온도에서 0.5 내지 60분 동안 열 처리하여 상기 미립자형 초흡수성 중합체 입자를 표면 가교결합시키는 단계를 포함하는, 미립자형 초흡수성 중합체의 제조방법.
제11항에 있어서, 상기 열가소성 중합체가 폴리에틸렌, 폴리에스테르, 폴리우레탄, 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE), 에틸렌 아크릴산 공중합체(EAA), 스티렌 공중합체, 에틸렌 알킬 메타크릴레이트 공중합체(EMA), 폴리프로필렌(PP), 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체(EVA) 또는 이들의 블렌드 또는 이들의 공중합체로부터 선택되는, 미립자형 초흡수성 중합체의 제조방법.
제11항에 있어서, 상기 열가소성 중합체를, 상기 표면 가교결합제와 함께 상기 미립자형 초흡수성 중합체에 첨가하는, 미립자형 초흡수성 중합체의 제조방법.
제1항의 방법에 의해 제조된 신속한 물 흡수를 갖는 미립자형 초흡수성 중합체.
제14항에 있어서, 상기 친유성 비이온성 계면활성제가 4 내지 9의 HLB를 가지며, 상기 폴리에톡실화된 친수성 비이온성 계면활성제가 12 내지 18의 HLB를 갖는, 미립자형 초흡수성 중합체.
제14항에 있어서, 친유성 비이온성 계면활성제와 폴리에톡실화된 친수성 비이온성 계면활성제와의 혼합물이 8 내지 14의 HLB를 갖는, 미립자형 초흡수성 중합체.
제16항에 있어서, 상기 친유성 비이온성 계면활성제가 소르비탄 에스테르이고, 상기 폴리에톡실화된 친수성 비이온성 계면활성제가 폴리에톡실화된 소르비탄 에스테르인, 미립자형 초흡수성 중합체.
제14항에 있어서, 상기 미립자형 초흡수성 중합체가, 표준 체 분류에 의해 특정되어 상기 미립자형 초흡수성 중합체의 85wt% 이상의 양이 600㎛ 미만 150㎛ 초과의 입자 직경을 갖는 입자들, 및 표준 체 분류에 의해 특정되는 중량 평균 입자 직경(D50)을 300 내지 400㎛로 갖는 입자들을 갖는, 미립자형 초흡수성 중합체.
흡수성 용품(absorbent article)으로서, 상기 흡수성 용품은,
탑시트(topsheet);
백시트(backsheet); 및
상기 탑시트와 상기 백시트 사이에 배치된 흡수성 코어를 포함하고,
상기 흡수성 코어는 제1항의 방법에 의해 제조된 미립자형 초흡수성 중합체 를 포함하는, 흡수성 용품.
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