KR102173028B1 - Preparation method for super absorbent polymer - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고흡수성 수지의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 우수한 모폴로지를 갖는 고흡수성 수지를 단순한 공정과 고효율로 제조할 수 있다.The present invention relates to a method for producing a super absorbent polymer. According to the present invention, a super absorbent polymer having an excellent morphology can be manufactured with a simple process and high efficiency.

Description

고흡수성 수지의 제조 방법{PREPARATION METHOD FOR SUPER ABSORBENT POLYMER}Manufacturing method of super absorbent polymer TECHNICAL FIELD {PREPARATION METHOD FOR SUPER ABSORBENT POLYMER}

본 발명은 고흡수성 수지의 제조 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 우수한 모폴로지(morphology)를 갖는 고흡수성 수지를 단순한 공정과 고효율로 제조할 수 있는 고흡수성 수지의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a super absorbent polymer. More specifically, it relates to a method for producing a super absorbent polymer capable of producing a super absorbent polymer having an excellent morphology with a simple process and high efficiency.

고흡수성 수지(Super Absorbent Polymer, SAP)란 자체 무게의 5백 내지 1천 배 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 고흡수성 수지는 생리용구로 실용화되기 시작해서, 현재는 어린이용 종이기저귀 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 that can absorb moisture of 500 to 1,000 times its own weight, and each developer has a Super Absorbency Material (SAM), AGM (Absorbent Gel). Material) and so on. Since the above superabsorbent resins have begun to be put into practical use as sanitary tools, nowadays, in addition to hygiene products such as paper diapers for children, soil repair agents for horticultural use, water resistant materials for civil engineering and construction, sheets for seedlings, freshness maintenance agents in the food distribution field, and It is widely used as a material for poultice.

고흡수성 수지는 용액 중합법, 역상현탁 중합법, 역위상 유액법, 분산 중합법, 광중합법 등 다양한 중합방법으로 제조할 수 있다. 그 중 용액 중합에 의한 방법과 역상현탁 중합에 의한 방법이 가장 일반적으로 사용된다. 용액 중합에 의해 얻은 함수겔상 중합체는 일반적으로 건조, 분쇄 및 분급 단계를 거치는데, 최종 분쇄 단계 후 얻어지는 중합체 분말은 중량평균 직경이 넓은 크기 분포와 불균일한 형상을 가지며 벌크 중합에서 생기는 중합열 제어가 어렵기 때문에 고흡수성 수지의 물성이 저하될 수 있다. The super absorbent polymer can be prepared by various polymerization methods such as solution polymerization, reverse suspension polymerization, reverse phase emulsion, dispersion polymerization, and photopolymerization. Among them, the solution polymerization method and the reverse phase suspension polymerization method are most commonly used. The hydrogel polymer obtained by solution polymerization generally undergoes drying, pulverization and classification steps.The polymer powder obtained after the final pulverization step has a large size distribution and non-uniform shape with a weight average diameter, and the polymerization heat generated in bulk polymerization can be controlled. Because it is difficult, the physical properties of the super absorbent polymer may be deteriorated.

일본 특개소 56-161408, 특개소 57-158209, 및 특개소 57-198714 등에 개시되어 있는 고흡수 수지의 역상 현탁 중합법은 분쇄 스크리닝 과정이 없어 후처리가 단순하지만, 입자 직경이 수백 ㎛ 또는 그 이상일 경우 균일한 입자를 얻기 어렵다는 단점이 있다. 또한 열역학적으로 불안정한 상태인 액적을 안정화하기 위해서 현탁화제를 사용하는데, 현탁화제는 제거가 어려워 제품 사용 중 피부 트러블을 야기하는 등의 문제를 일으킬 수 있다. The reverse phase suspension polymerization method of superabsorbent resin disclosed in Japanese Patent Publication No. 56-161408, Japanese Patent Publication No. 57-158209, and Japanese Patent Publication No. 57-198714 does not have a pulverization screening process, so post-treatment is simple, but the particle diameter is several hundred µm or more. If this is the case, there is a disadvantage in that it is difficult to obtain uniform particles. In addition, a suspending agent is used to stabilize droplets in a thermodynamically unstable state, but the suspending agent is difficult to remove and may cause problems such as causing skin troubles during product use.

분쇄 공정없이 구형상 고흡수성 수지를 제조하기 위한 다른 방법으로, 낙하하는 모노머 액적을 기상에서 중합하는 방법이 예를 들어 미국특허 제 8,529,805호, 제 7,727,586호에 알려져 있다. 그러나 기상에서 액적의 낙하 속도가 매우 빠르므로 완전한 중합 반응을 보내기 위해서 반응기 높이가 길어지며 액적이 떨어지는 동안 액적의 증발, 응집 및 분리가 쉽게 발생하여 입자의 크기, 형상, 구조를 정교하게 제어하기 어렵다.As another method for producing a spherical superabsorbent polymer without a grinding process, a method of polymerizing falling monomer droplets in a gas phase is known, for example, in US Patent Nos. 8,529,805 and 7,727,586. However, since the dropping speed of droplets in the gas phase is very fast, the height of the reactor is increased to send a complete polymerization reaction, and evaporation, aggregation and separation of droplets easily occur while droplets are falling, making it difficult to precisely control the size, shape, and structure of the particles. .

또한 중국공개특허 제 103360538호에서는 모노머 조성물을 드리퍼를 통해 메틸 실리콘 오일(methyl-silicone oil) 또는 에폭시 대두 오일(epoxy soybean oil)상에서 침강시키면서 열중합하여 구형의 고흡수성 수지를 제조하는 방법을 개시하고 있다. 그러나, 상기 중국공개특허에 개시된 방법에서는 단순 적하(simple dripping)에 의해 액적을 생성하므로, 노즐당 액적 생성 빈도(generation frequency)가 너무 낮아 상업적 규모의 생산이 어렵다. 또한 노즐의 규격에 따라 생산 가능한 액적의 크기가 결정되므로 하나의 장치로부터 다양한 크기의 입자를 얻기 어렵고, 수득되는 고흡수성 수지의 직경은 1 내지 20mm로 직경이 너무 크기 때문에 제품에 바로 적용할 수 없는 단점이 있다.In addition, Chinese Laid-Open Patent No. 103360538 discloses a method of preparing a spherical superabsorbent polymer by precipitating a monomer composition in methyl-silicone oil or epoxy soybean oil through a dripper. . However, in the method disclosed in the Chinese Patent Publication, since droplets are generated by simple dripping, the generation frequency per nozzle is too low, making it difficult to produce on a commercial scale. In addition, since the size of the droplets that can be produced is determined according to the size of the nozzle, it is difficult to obtain particles of various sizes from one device, and the diameter of the obtained superabsorbent resin is 1 to 20 mm, which is too large to be applied directly to the product. There are drawbacks.

상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고자, 본 발명은 오일상 침강에 의한 중합 방법으로 중합하여, 입자 크기가 1 mm 미만이고 원형도와 입경 분포도의 균일성이 매우 높아 우수한 모폴로지를 갖는 고흡수성 수지를 높은 생산성으로 제조할 수 있는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.In order to solve the problems of the prior art as described above, the present invention is polymerized by a polymerization method by oil-phase sedimentation, and the particle size is less than 1 mm, and the uniformity of circularity and particle size distribution is very high, so that a super absorbent polymer having excellent morphology is obtained. It is an object of the present invention to provide a method that can be manufactured with high productivity.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 측면은, In order to achieve the above object, one aspect of the present invention,

산성기를 가지며 상기 산성기의 적어도 일부가 중화된 아크릴산계 단량체를 포함하는 모노머 조성물을 제조하는 단계; Preparing a monomer composition comprising an acrylic acid-based monomer having an acidic group and at least a part of the acidic group is neutralized;

상기 모노머 조성물에 진동(vibration)을 가하여 액적(droplet)을 생성하는 단계; Generating droplets by applying vibration to the monomer composition;

상기 모노머 조성물의 액적을 오일상(oil phase)으로 침강시키면서 중합하여 함수겔상 중합체를 형성하는 단계; 및 Polymerizing the droplets of the monomer composition while sedimenting them into an oil phase to form a hydrogel polymer; And

상기 함수겔상 중합체를 건조하여 평균 입경(d50)이 100 내지 900㎛인 고흡수성 수지를 형성하는 단계; Drying the hydrogel polymer to form a super absorbent polymer having an average particle diameter (d50) of 100 to 900 μm;

를 포함하는 고흡수성 수지의 제조방법을 제공한다. It provides a method for producing a super absorbent polymer comprising a.

본 발명의 고흡수성 수지의 제조 방법에 따르면, 입자 크기가 작고 원형도와 입경 분포도의 균일성이 매우 높아 우수한 모폴로지를 갖는 고흡수성 수지를 제조할 수 있다. 즉, 본 발명의 고흡수성 수지의 제조 방법에 따라 수득되는 고흡수성 수지는 거의 완전한 구형과 균일한 입경 분포를 나타내며 겔 강도가 높기 때문에 표면 가교를 하지 않아도 보수능(CRC)과 가압 흡수능(AUL)이 우수한 특성을 나타내도록 할 수 있다. According to the method of manufacturing a super absorbent polymer of the present invention, a super absorbent polymer having an excellent morphology can be prepared because the particle size is small and the uniformity of circularity and particle size distribution is very high. That is, the superabsorbent polymer obtained according to the method for producing the superabsorbent polymer of the present invention exhibits an almost perfect spherical shape and a uniform particle size distribution, and has high gel strength, so even without surface crosslinking, the water holding capacity (CRC) and pressure absorption capacity (AUL) This can be made to exhibit excellent properties.

또한, 종래에는 고흡수성 수지 제조시 중합, 1차 분쇄, 건조, 2차 분쇄, 분급, 표면가교 및 3차 분쇄 등의 과정으로 진행하였던 것에 비하여, 본 발명에 따르면 중합 후 분쇄, 분급 및 표면 가교 단계를 필요로 하지 않아 공정이 단순화되며, 시간당 중합 효율이 높아 대량 생산에 적합할 수 있다.In addition, compared to conventional processes such as polymerization, primary pulverization, drying, secondary pulverization, classification, surface cross-linking, and tertiary pulverization during the manufacture of super absorbent polymers, according to the present invention, pulverization, classification and surface cross-linking after polymerization Since the step is not required, the process is simplified, and the polymerization efficiency per hour is high, so it may be suitable for mass production.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고흡수성 수지 제조용 반응 장치를 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 고흡수성 수지 입자를 보여주는 사진이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 고흡수성 수지 입자의 파단면을 보여주는 사진이다.
도 4는 본 발명의 비교예 1에 따라 제조된 고흡수성 수지 입자를 보여주는 사진이다.
도 5는 본 발명의 비교예 2에 따라 제조된 고흡수성 수지 입자를 보여주는 사진이다.
도 6은 본 발명의 비교예 3에 따라 제조된 고흡수성 수지 입자를 보여주는 사진이다.
1 is a view showing a reaction apparatus for producing a super absorbent polymer according to an embodiment of the present invention.
2 is a photograph showing particles of a super absorbent polymer prepared according to an embodiment of the present invention.
3 is a photograph showing a fracture surface of super absorbent polymer particles prepared according to an embodiment of the present invention.
4 is a photograph showing the super absorbent polymer particles prepared according to Comparative Example 1 of the present invention.
5 is a photograph showing super absorbent polymer particles prepared according to Comparative Example 2 of the present invention.
6 is a photograph showing super absorbent polymer particles prepared according to Comparative Example 3 of the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 예시하고 하기에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The present invention will be described in detail below and exemplify specific embodiments, as various changes can be made and various forms can be obtained. However, this is not intended to limit the present invention to a specific form disclosed, it should be understood to include all changes, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

이하, 도면을 참조로 하여 본 발명의 고흡수성 수지의 제조 방법에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing the super absorbent polymer of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

본 발명의 일 측면에 따른 고흡수성 수지의 제조 방법은, 산성기를 가지며 상기 산성기의 적어도 일부가 중화된 아크릴산계 단량체를 포함하는 모노머 조성물을 제조하는 단계; 상기 모노머 조성물에 진동(vibration)을 가하여 액적(droplet)을 생성하는 단계; 상기 모노머 조성물의 액적을 오일상(oil phase)으로 침강시키면서 중합하여 함수겔상 중합체를 형성하는 단계; 및 상기 함수겔상 중합체를 건조하여 평균 입경(d50)이 100 내지 900㎛인 고흡수성 수지를 형성하는 단계를 포함한다.A method of preparing a super absorbent polymer according to an aspect of the present invention includes preparing a monomer composition comprising an acrylic acid-based monomer having an acidic group and at least a part of the acidic group neutralized; Generating droplets by applying vibration to the monomer composition; Polymerizing the droplets of the monomer composition while sedimenting them into an oil phase to form a hydrogel polymer; And drying the hydrogel polymer to form a super absorbent polymer having an average particle diameter (d50) of 100 to 900 μm.

종래의 용액상 중합에 의한 고흡수성 수지의 제조방법에 따르면, 아크릴산계 단량체를 포함하는 모노머 조성물을 광중합 또는 열중합에 의해 중합하여 함수겔상 중합체를 제조하는 단계, 상기 함수겔상 중합체를 건조하기 쉬운 상태로 만들기 위하여 조분쇄하는 단계, 조분쇄된 함수겔상 중합체를 건조하는 단계, 건조된 중합체를 분쇄하는 단계, 분쇄된 중합체 분말을 입경에 따라 분급하는 단계 등 여러 단계의 과정을 거쳐 제조하였다. According to a conventional method for preparing a super absorbent polymer by solution-phase polymerization, the step of polymerizing a monomer composition containing an acrylic acid-based monomer by photopolymerization or thermal polymerization to prepare a hydrogel polymer, in a state in which the hydrogel polymer is easily dried. It was prepared through several steps such as coarse pulverization to make it, drying the coarsely pulverized hydrogel polymer, pulverizing the dried polymer, and classifying the pulverized polymer powder according to the particle size.

특히, 건조 후 분쇄된 중합체 분말은 입경 범위가 넓게 분포되어 있어, 너무 작거나 큰 입경을 갖는 중합체를 배제하기 위해 소정의 입경 범위, 예를 들어 입경이 약 150 내지 약 850㎛인 중합체를 분급하여, 이와 같은 입경을 가진 중합체 분말에 대해서만 표면 가교 반응 단계를 거쳐 제품화할 수 있었다. In particular, the pulverized polymer powder after drying has a wide particle diameter range, so to exclude polymers having too small or large particle diameters, polymers having a predetermined particle diameter range, for example, about 150 to about 850 μm, are classified. , Only polymer powders having such particle diameters could be commercialized through a surface crosslinking reaction step.

그러나, 본 발명의 제조방법에 따르면, 모노머 조성물을 액적 상태로 만들어 이러한 모노머 조성물의 액적을 오일 상으로 조절된 속도로 침강시키면서 중합을 진행하기 때문에 원형도와 입경 분포의 균일도가 매우 높은 고흡수성 수지 입자가 만들어질 수 있다. 따라서, 이처럼 높은 원형도와 균일한 입경 분포로 인해 고흡수성 수지의 물성이 향상될 수 있으며, 특히 우수한 겔 강도를 나타내어 표면 가교 반응 단계를 거치지 않아도 보수능 및 가압 흡수능이 우수한 특성을 나타낼 수 있다. However, according to the manufacturing method of the present invention, since the monomer composition is made into droplets and polymerization proceeds while sedimenting the droplets of the monomer composition into the oil phase at a controlled rate, super absorbent polymer particles having very high uniformity of circularity and particle size distribution Can be made. Therefore, the physical properties of the super absorbent polymer may be improved due to such high circularity and uniform particle size distribution, and particularly excellent gel strength may be exhibited, so that the water holding capacity and absorption capacity under pressure may be excellent without undergoing a surface crosslinking reaction step.

또한, 중합 후 분쇄 및 분급 과정을 필요로 하지 않아 공정이 단순화될 수 있다.In addition, since the pulverization and classification process after polymerization is not required, the process can be simplified.

이에 본 발명에 따른 고흡수성 수지의 제조 방법에 있어서, 산성기를 가지며 상기 산성기의 적어도 일부가 중화된 아크릴산계 단량체를 포함하는 모노머 조성물을 제조하고, 상기 모노머 조성물에 진동(vibration)을 가하여 액적(droplet)을 생성한 후, 상기 모노머 조성물의 액적을 오일상(oil phase)으로 침강시키면서 중합 후 건조함으로써 평균 입경(d50)이 100 내지 900㎛인 구형상의 고흡수성 수지 입자를 형성한다. Accordingly, in the method for producing a super absorbent polymer according to the present invention, a monomer composition containing an acrylic acid-based monomer having an acidic group and at least partially neutralized with the acidic group is prepared, and vibration is applied to the monomer composition to form droplets ( droplet) is generated, and then polymerized and dried while the droplets of the monomer composition are settled in an oil phase, thereby forming spherical superabsorbent polymer particles having an average particle diameter (d50) of 100 to 900 μm.

상기 평균 입경(d50)은 예를 들어, 레이저 회절법(laser diffraction method)을 이용하여 측정할 수 있으며, 입자 분포의 누적 개수가 50%를 나타내는 입경을 의미한다. The average particle diameter d50 may be measured using, for example, a laser diffraction method, and means a particle diameter in which the cumulative number of particle distributions is 50%.

도 1에 본 발명의 일 실시예에 따른 고흡수성 수지 제조용 반응 장치를 도시하였다.1 shows a reaction apparatus for preparing a super absorbent polymer according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참고하면, 모노머 조성물이 펌프(pump)와 같은 압력 수단을 이용하여 멀티노즐(multinozzle)로 이송된다. 노즐을 통과한 모노머 조성물의 액체 제트를 불활성 기체로 채워진 중합 반응기 상부에서, 오일상으로 채워진 하방으로 진동을 가하여 분사함으로써 모노머 조성물의 액적을 생성할 수 있다. Referring to FIG. 1, the monomer composition is transferred to a multinozzle using a pressure means such as a pump. Droplets of the monomer composition may be generated by vibrating and spraying the liquid jet of the monomer composition passing through the nozzle from the top of the polymerization reactor filled with an inert gas and downward filled with the oil phase.

상기 중합 반응기는, 상부에는 광중합을 위한 자외선 조사 장치를 구비하고, 하부에는 열중합을 위한 고온의 오일 온도를 달성하기 위해 가열 장치를 구비할 수 있다. The polymerization reactor may be provided with an ultraviolet irradiation device for photopolymerization in the upper portion, and a heating device in order to achieve a high oil temperature for thermal polymerization in the lower portion.

상기와 같은 반응기 상부에서는 자외선 조사를 통해 초기에는 아크릴산계 단량체의 광중합이 진행되고, 광중합에서 발생하는 중합 반응열과 오일상에서 전달되는 열로 인한 온도 상승에 의해 2차로 열중합이 유도된다.In the upper part of the reactor, photopolymerization of acrylic acid-based monomers initially proceeds through ultraviolet irradiation, and thermal polymerization is secondarily induced by the polymerization reaction heat generated in the photopolymerization and the temperature increase due to heat transferred from the oil phase.

반응기 하부에서는 열중합에 의해 상부에서 부분 중합된 액적을 실질적으로 완전히 중합시킬 수 있다.At the bottom of the reactor, the droplets partially polymerized at the top can be substantially completely polymerized by thermal polymerization.

중합이 완료되어 형성된 함수겔상 중합체 입자는 중합 반응기 바닥에 침전된다. 침전된 함수겔상 중합체 입자로부터 오일을 분리하고, 수분을 건조함으로써 구형의 고흡수성 수지 입자를 회수할 수 있다.The hydrogel polymer particles formed after polymerization is completed are precipitated on the bottom of the polymerization reactor. By separating the oil from the precipitated hydrogel polymer particles and drying the moisture, spherical superabsorbent polymer particles can be recovered.

상기 고흡수성 수지의 원료 물질인 모노머 조성물은 아크릴산계 단량체 및 중합 개시제를 포함한다. The monomer composition, which is a raw material of the super absorbent polymer, includes an acrylic acid-based monomer and a polymerization initiator.

상기 아크릴산계 단량체는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물이다:The acrylic acid-based monomer is a compound represented by the following Formula 1:

[화학식 1][Formula 1]

R1-COOM1 R 1 -COOM 1

상기 화학식 1에서, In Formula 1,

R1은 불포화 결합을 포함하는 탄소수 2 내지 5의 알킬 그룹이고, R 1 is an alkyl group having 2 to 5 carbon atoms containing an unsaturated bond,

M1은 수소원자, 1가 또는 2가 금속, 암모늄기 또는 유기 아민염이다.M 1 is a hydrogen atom, a monovalent or divalent metal, an ammonium group, or an organic amine salt.

바람직하게는, 상기 아크릴산계 단량체는 아크릴산, 메타크릴산 및 이들의 1가 금속염, 2가 금속염, 암모늄염 및 유기 아민염으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함한다. Preferably, the acrylic acid-based monomer includes at least one selected from the group consisting of acrylic acid, methacrylic acid, and monovalent metal salts, divalent metal salts, ammonium salts, and organic amine salts thereof.

여기서, 상기 아크릴산계 단량체는 산성기를 가지며 상기 산성기의 적어도 일부가 중화된 것일 수 있다. 바람직하게는 상기 단량체를 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화암모늄 등과 같은 알킬리 물질로 부분적으로 중화시킨 것이 사용될 수 있다. 이때, 상기 아크릴산계 단량체의 중화도는 약 40 내지 약 95 몰%, 또는 약 40 내지 약 80 몰%, 또는 약 45 내지 약 75 몰%일 수 있다. 상기 중화도의 범위는 최종 물성에 따라 조절될 수 있다. 그런데, 상기 중화도가 지나치게 높으면 중화된 단량체가 석출되어 중합이 원활하게 진행되기 어려울 수 있으며, 반대로 중화도가 지나치게 낮으면 고분자의 흡수력이 크게 떨어질 뿐만 아니라 취급하기 곤란한 탄성 고무와 같은 성질을 나타낼 수 있다.Here, the acrylic acid-based monomer may have an acidic group and at least part of the acidic group is neutralized. Preferably, the monomer partially neutralized with an alkyl substance such as sodium hydroxide, potassium hydroxide, ammonium hydroxide, or the like may be used. At this time, the degree of neutralization of the acrylic acid-based monomer may be about 40 to about 95 mol%, or about 40 to about 80 mol%, or about 45 to about 75 mol%. The range of the degree of neutralization may be adjusted according to the final physical properties. However, if the degree of neutralization is too high, neutralized monomers may precipitate and polymerization may be difficult to proceed smoothly, whereas if the degree of neutralization is too low, the absorbency of the polymer is greatly reduced and it may exhibit properties such as elastic rubber that are difficult to handle. have.

상기 아크릴산계 단량체의 농도는, 상기 고흡수성 수지의 원료 물질 및 용매를 포함하는 모노머 조성물에 대해 약 20 내지 약 60 중량%, 바람직하게는 약 40 내지 약 50 중량%로 될 수 있으며, 중합 시간 및 반응 조건 등을 고려해 적절한 농도로 될 수 있다. 다만, 상기 단량체의 농도가 지나치게 낮아지면 고흡수성 수지의 수율이 낮고 경제성에 문제가 생길 수 있고, 반대로 농도가 지나치게 높아지면 단량체의 일부가 석출되는 등 공정상 문제가 생길 수 있으며 고흡수성 수지의 물성이 저하될 수 있다. The concentration of the acrylic acid-based monomer may be about 20 to about 60% by weight, preferably about 40 to about 50% by weight, based on the monomer composition including the raw material and the solvent of the super absorbent polymer, and the polymerization time and Considering the reaction conditions, etc., it can be at an appropriate concentration. However, if the concentration of the monomer is too low, the yield of the super absorbent polymer may be low and economic problems may occur. On the contrary, if the concentration is too high, there may be problems in the process such as precipitation of a part of the monomer, and the physical properties of the super absorbent polymer This can be degraded.

상기 중합 개시제는, 고흡수성 수지의 제조에 일반적으로 사용되는 중합 개시제를 사용할 수 있다. 상기 중합 개시제로는 중합 방법에 따라 열중합 개시제 또는 광중합 개시제 등이 사용될 수 있다. 다만, 열중합 개시제 또는 광중합 개시제를 단독으로 사용하는 것보다 두 가지를 혼용하여 사용하는 것이 중합 효율 측면에서 보다 바람직할 수 있다. 이는 광중합 방법에 의하더라도, 자외선 조사 등에 의해 일정량의 열이 발생하고, 또한 발열 반응인 중합 반응의 진행에 따라 어느 정도의 열이 발생하므로, 열중합 개시제를 포함하는 경우 열중합이 동시에 일어날 수 있기 때문이다. As the polymerization initiator, a polymerization initiator generally used in the production of a super absorbent polymer may be used. As the polymerization initiator, a thermal polymerization initiator or a photopolymerization initiator may be used depending on the polymerization method. However, rather than using a thermal polymerization initiator or a photopolymerization initiator alone, it may be more preferable in terms of polymerization efficiency to use a mixture of the two. This is because even by the photopolymerization method, a certain amount of heat is generated by ultraviolet irradiation, etc., and a certain amount of heat is generated according to the progress of the polymerization reaction, which is an exothermic reaction, so when the thermal polymerization initiator is included, thermal polymerization can occur simultaneously. Because.

상기 광중합 개시제로는, 예를 들어, 벤조인 에테르(benzoin ether), 디알킬아세토페논(dialkyl acetophenone), 하이드록실 알킬케톤(hydroxyl alkylketone), 페닐글리옥실레이트(phenyl glyoxylate), 벤질디메틸케탈(Benzyl Dimethyl Ketal), 아실포스핀(acyl phosphine), 및 알파-아미노케톤(α-aminoketone)으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 화합물이 사용될 수 있다. 그 중 아실포스핀의 구체 예로서, 상용하는 lucirin TPO, 즉, 2,4,6-트리메틸-벤조일-트리메틸 포스핀 옥사이드(2,4,6-trimethyl-benzoyl-trimethyl phosphine oxide)가 사용될 수 있다. 보다 다양한 광중합 개시제에 대해서는 Reinhold Schwalm 저서인 "UV Coatings: Basics, Recent Developments and New Application(Elsevier 2007년)"의 115 페이지에 개시되어 있으며, 이를 참조할 수 있다.As the photopolymerization initiator, for example, benzoin ether, dialkyl acetophenone, hydroxyl alkylketone, phenyl glyoxylate, benzyl dimethyl ketal Dimethyl Ketal), acyl phosphine (acyl phosphine), and one or more compounds selected from the group consisting of alpha-aminoketone (α-aminoketone) may be used. Among them, as a specific example of acylphosphine, a commercially available lucirin TPO, that is, 2,4,6-trimethyl-benzoyl-trimethyl phosphine oxide (2,4,6-trimethyl-benzoyl-trimethyl phosphine oxide) may be used. . More various photopolymerization initiators are disclosed on page 115 of Reinhold Schwalm's book "UV Coatings: Basics, Recent Developments and New Application (Elsevier 2007)", which may be referred to.

또한, 상기 열중합 개시제로는 과황산염계 개시제, 아조계 개시제, 과산화수소, 및 아스코르빈산으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 화합물이 사용될 수 있다. 구체적으로, 과황산염계 개시제로는 과황산나트륨(Sodium persulfate; Na2S2O8), 과황산칼륨(Potassium persulfate; K2S2O8), 과황산암모늄(Ammonium persulfate; (NH4)2S2O8) 등을 예로 들 수 있다. 또한, 아조(Azo)계 개시제로는 2,2-아조비스-(2-아미디노프로판)이염산염(2,2-azobis(2-amidinopropane) dihydrochloride), 2,2-아조비스-(N,N-디메틸렌)이소부티라마이딘 디하이드로클로라이드(2,2-azobis-(N,N-dimethylene)isobutyramidine dihydrochloride), 2-(카바모일아조)이소부티로니트릴(2-(carbamoylazo)isobutylonitril), 2,2-아조비스[2-(2-이미다졸린-2-일)프로판] 디하이드로클로라이드(2,2-azobis[2-(2-imidazolin-2-yl)propane] dihydrochloride), 4,4-아조비스-(4-시아노발레릭 산)(4,4-azobis-(4-cyanovaleric acid)) 등을 예로 들 수 있다. 보다 다양한 열 중합 개시제에 대해서는 Odian 저서인 "Principle of Polymerization(Wiley, 1981년)"의 203 페이지에 개시되어 있으며, 이를 참조할 수 있다.In addition, as the thermal polymerization initiator, at least one compound selected from the group consisting of a persulfate-based initiator, an azo-based initiator, hydrogen peroxide, and ascorbic acid may be used. Specifically, as a persulfate-based initiator, sodium persulfate (Na 2 S 2 O 8 ), potassium persulfate (Potassium persulfate; K 2 S 2 O 8 ), ammonium persulfate (Ammonium persulfate; (NH 4 ) 2 S 2 O 8 ) and the like may be mentioned. In addition, as an azo-based initiator, 2,2-azobis-(2-amidinopropane) dihydrochloride (2,2-azobis(2-amidinopropane) dihydrochloride), 2,2-azobis-(N, N-dimethylene) isobutyramidine dihydrochloride (2,2-azobis- (N,N-dimethylene) isobutyramidine dihydrochloride), 2- (carbamoyl azo) isobutyronitrile (2- (carbamoylazo) isobutylonitril), 2,2-azobis[2-(2-imidazolin-2-yl)propane] dihydrochloride), 4, Examples include 4-azobis-(4-cyanovaleric acid) (4,4-azobis-(4-cyanovaleric acid)) and the like. More various thermal polymerization initiators are disclosed in Odian's book "Principle of Polymerization (Wiley, 1981)" on page 203, which may be referred to.

상기 중합 개시제는 상기 모노머 조성물에 대하여 약 0.001 내지 1 중량%의 농도로 첨가될 수 있다. 즉, 상기 중합 개시제의 농도가 지나치게 낮을 경우 중합 속도가 느려질 수 있고 최종 제품에 잔존 단량체가 다량으로 추출될 수 있어 바람직하지 않다. 반대로, 상기 중합 개시제의 농도가 지나치게 높을 경우 네트워크를 이루는 고분자 체인이 짧아져 수가용 성분의 함량이 높아지고 가압 흡수능이 낮아지는 등 수지의 물성이 저하될 수 있어 바람직하지 않다. The polymerization initiator may be added at a concentration of about 0.001 to 1% by weight based on the monomer composition. That is, if the concentration of the polymerization initiator is too low, the polymerization rate may be slowed, and a large amount of residual monomers in the final product may be extracted, which is not preferable. On the contrary, if the concentration of the polymerization initiator is too high, the polymer chain forming the network is shortened, so that the content of the water-soluble component increases and the absorption capacity under pressure may decrease, which is not preferable.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 모노머 조성물은 고흡수성 수지의 원료 물질로서 내부 가교제를 더 포함할 수 있다. 상기 내부 가교제로는 상기 아크릴산계 단량체의 수용성 치환기와 반응할 수 있는 관능기를 1개 이상 가지면서, 에틸렌성 불포화기를 1개 이상 갖는 가교제; 혹은 상기 단량체의 수용성 치환기 및/또는 단량체의 가수분해에 의해 형성된 수용성 치환기와 반응할 수 있는 관능기를 2개 이상 갖는 가교제를 사용할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the monomer composition may further include an internal crosslinking agent as a raw material of the super absorbent polymer. As the internal crosslinking agent, a crosslinking agent having at least one functional group capable of reacting with the water-soluble substituent of the acrylic acid-based monomer and having at least one ethylenically unsaturated group; Alternatively, a crosslinking agent having two or more functional groups capable of reacting with a water-soluble substituent of the monomer and/or a water-soluble substituent formed by hydrolysis of the monomer may be used.

상기 내부 가교제의 구체적인 예로는, 탄소수 8 내지 12의 비스아크릴아미드, 비스메타아크릴아미드, 탄소수 2 내지 10의 폴리올의 폴리(메타)아크릴레이트 또는 탄소수 2 내지 10의 폴리올의 폴리(메타)알릴에테르 등을 들 수 있고, 보다 구체적으로, N, N'-메틸렌비스(메타)아크릴레이트, 에틸렌옥시(메타)아크릴레이트, 폴리에틸렌옥시(메타)아크릴레이트, 프로필렌옥시(메타)아크릴레이트, 글리세린 디아크릴레이트, 글리세린 트리아크릴레이트, 트리메티롤 트리아크릴레이트, 트리알릴아민, 트리아릴시아누레이트, 트리알릴이소시아네이트, 폴리에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜 및 프로필렌글리콜로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다. Specific examples of the internal crosslinking agent include bisacrylamide having 8 to 12 carbon atoms, bismethacrylamide, poly(meth)acrylate of polyol having 2 to 10 carbon atoms or poly(meth)allyl ether of polyol having 2 to 10 carbon atoms, etc. And more specifically, N, N'-methylenebis(meth)acrylate, ethyleneoxy(meth)acrylate, polyethyleneoxy(meth)acrylate, propyleneoxy(meth)acrylate, glycerin diacrylate , Glycerin triacrylate, trimethylol triacrylate, triallylamine, triaryl cyanurate, triallyl isocyanate, polyethylene glycol, diethylene glycol, and propylene glycol may be used at least one selected from the group consisting of.

이러한 내부 가교제는 상기 모노머 조성물에 대하여 약 0.01 내지 약 0.5 중량%의 농도로 포함되어, 중합된 고분자를 가교시킬 수 있다. Such an internal crosslinking agent is included in a concentration of about 0.01 to about 0.5% by weight based on the monomer composition, so that the polymerized polymer can be crosslinked.

본 발명의 제조방법에서, 고흡수성 수지의 상기 모노머 조성물은 필요에 따라 증점제(thickener), 가소제, 보존안정제, 산화방지제 등의 첨가제를 더 포함할 수 있다. In the manufacturing method of the present invention, the monomer composition of the super absorbent polymer may further include additives such as a thickener, a plasticizer, a storage stabilizer, and an antioxidant, if necessary.

상술한 아크릴산계 단량체, 중합 개시제, 내부 가교제 및 첨가제와 같은 원료 물질은 용매에 용해된 모노머 조성물 용액의 형태로 준비될 수 있다.Raw materials such as the acrylic acid-based monomer, polymerization initiator, internal crosslinking agent, and additives described above may be prepared in the form of a monomer composition solution dissolved in a solvent.

이 때 사용할 수 있는 상기 용매는 상술한 성분들을 용해할 수 있으면 그 구성의 한정이 없이 사용될 수 있으며, 예를 들어 물, 에탄올, 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 1,4-부탄디올, 프로필렌글리콜, 에틸렌글리콜모노부틸에테르, 프로필렌글리콜모노메틸에테르, 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트, 메틸에틸케톤, 아세톤, 메틸아밀케톤, 시클로헥사논, 시클로펜타논, 디에틸렌글리콜모노메틸에테르, 디에틸렌글리콜에틸에테르, 톨루엔, 크실렌, 부틸로락톤, 카르비톨, 메틸셀로솔브아세테이트 및 N, N-디메틸아세트아미드 등에서 선택된 1종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.The solvent that can be used at this time can be used without limitation of its composition as long as it can dissolve the above-described components. For example, water, ethanol, ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, 1,4-butanediol, Propylene glycol, ethylene glycol monobutyl ether, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monomethyl ether acetate, methyl ethyl ketone, acetone, methyl amyl ketone, cyclohexanone, cyclopentanone, diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol Ethyl ether, toluene, xylene, butylrolactone, carbitol, methyl cellosolve acetate, and one or more selected from N, N-dimethylacetamide and the like may be used in combination.

상기 용매는 모노머 조성물의 총 함량에 대하여 상술한 성분을 제외한 잔량으로 포함될 수 있다.The solvent may be included in a residual amount excluding the above-described components with respect to the total content of the monomer composition.

다음에 상기 모노머 조성물에 진동(vibration)을 가하여 상기 모노머 조성물의 액적(droplet)을 생성한다. Next, vibration is applied to the monomer composition to generate droplets of the monomer composition.

액적을 생성하기 위한 방법으로는, 예를 들어 단순 적하(simple dripping), 전기분무법(electrospraying), 액체 제트분열을 위한 진동기술(vibration technology for liquid jet breakup) 등 다양한 방법이 보고되었다. 이중 단순 적하 방식은 균일한 액적을 생성할 수 있는 유량 범위가 좁고, 액적 생성 빈도(generation frequency)도 낮아 상업적 규모의 생산에 적용하기 어렵다. 전기 분무법은 생산성이 낮고 고압의 직류 전기를 사용하여 감전, 폭발 등의 위험이 상존하는 단점이 있다. As a method for generating droplets, various methods have been reported, such as simple dripping, electrospraying, and vibration technology for liquid jet breakup. Of these, the simple dropping method is difficult to apply to commercial scale production due to a narrow flow rate range capable of generating uniform droplets and low generation frequency. The electrospray method has a disadvantage in that the productivity is low and the risk of electric shock and explosion by using high-pressure direct current electricity is present.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 모노머 조성물의 액체 제트(liquid jet)에 적절한 주파수의 진동을 가함으로써 균일한 액적을 고속 생산할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, uniform droplets can be produced at high speed by applying vibrations of an appropriate frequency to a liquid jet of a monomer composition.

보다 상세하게, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 모노머 조성물이 담긴 용기로부터 펌프(pump)와 같은 압력 수단을 이용하여 진동이 가해지는 멀티노즐(multinozzle)로 이송된다. 노즐을 통과한 모노머 조성물의 액체 제트를 불활성 기체로 채워진 중합 반응기 상부에서, 오일상으로 채워진 하방으로 분사함으로써 모노머 조성물의 액적을 생성할 수 있다.In more detail, according to an embodiment of the present invention, it is transferred from a container containing the monomer composition to a multinozzle to which vibration is applied using a pressure means such as a pump. Droplets of the monomer composition may be generated by spraying the liquid jet of the monomer composition passing through the nozzle from the top of the polymerization reactor filled with an inert gas and downward filled with the oil phase.

액적의 크기 및 크기 분포는 노즐의 크기, 액적의 점도, 모노머 조성물의 유량, 진동 주파수(frequency) 등 여러 가지 변수에 의해 달라질 수 있다. 한편, 상업적 생산을 위하여 모노머 조성물을 대량으로 투입하여 한번에 다수의 액적을 생성하고자 할 때, 액적 생성 과정에서 또는 후속 단계의 중합 반응기 내에서 액적이 서로 응집될 우려가 있으므로 이러한 액적의 응집을 방지하기 위해 액적 생성 조건을 세심하게 조절할 필요가 있다. The size and size distribution of the droplets may vary depending on various variables such as the size of the nozzle, the viscosity of the droplet, the flow rate of the monomer composition, and the vibration frequency. On the other hand, when a large amount of the monomer composition is added for commercial production to generate a large number of droplets at once, the droplets may be agglomerated with each other during the droplet generation process or in the polymerization reactor in the subsequent stage. It is necessary to carefully control the conditions for generating droplets.

일반적으로 상기 모노머 조성물의 액적의 직경은 노즐의 내경(inner diameter)의 약 2 배 크기를 가지므로 상기 노즐 내부 지름을 조절함으로써 원하는 입경의 액적을 생성하도록 할 수 있다. 한편, 더 작은 액적을 생성하기 위해서 동축 불활성 기체(coaxial inert gas)가 노즐 출구에서 분사된 액체 제트(liquid jet)를 둘러싸도록 흘려주어 액체 제트의 지름과 생성되는 액적의 크기를 줄일 수 있다.In general, since the diameter of the droplet of the monomer composition is about twice the size of the inner diameter of the nozzle, it is possible to generate a droplet having a desired particle diameter by adjusting the inner diameter of the nozzle. Meanwhile, in order to generate smaller droplets, a coaxial inert gas is flowed to surround the liquid jet sprayed from the nozzle outlet, thereby reducing the diameter of the liquid jet and the size of the generated droplet.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 노즐의 내경은 약 100 ㎛ 이상, 또는 약 130 ㎛ 이상이면서, 약 500 ㎛ 이하, 또는 약 350 ㎛ 이하가 될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the inner diameter of the nozzle may be about 100 μm or more, or about 130 μm or more, and about 500 μm or less, or about 350 μm or less.

또한, 상기 노즐에서 분사되는 모노머 조성물의 유량은 노즐 하나당 약 1 mL/min 이상, 또는 약 2 mL/min 이상이면서, 약 25 mL/min 이하, 또는 약 15 mL/min 이하로 할 수 있다.In addition, the flow rate of the monomer composition sprayed from the nozzle may be about 1 mL/min or more, or about 2 mL/min or more, and about 25 mL/min or less, or about 15 mL/min or less per nozzle.

또한, 상기 노즐에서 분사되는 액체 제트를 균일한 액적으로 생성하기 위한 진동 주파수(frequency)는 모노머 용액의 점도, 표면 장력, 밀도, 점도, 및 액체 제트의 직경 등에 따라 달라질 수 있으며, 예를 들어 약 40 Hz 이상, 또는 약 80 Hz 이상이면서, 약 3,000 Hz 이하, 또는 약 2,000 Hz 이하로 할 수 있다.In addition, the vibration frequency for generating the liquid jet sprayed from the nozzle into a uniform droplet may vary depending on the viscosity, surface tension, density, viscosity, and diameter of the liquid jet of the monomer solution, for example, about 40 Hz or more, or about 80 Hz or more, and about 3,000 Hz or less, or about 2,000 Hz or less.

또한, 노즐의 끝부분은 액체 젖음(liquid wetting)을 최소화하기 위해 모서리 모따기(chamfered) 가공을 하는 것이 바람직하다.In addition, the tip of the nozzle is preferably chamfered to minimize liquid wetting.

노즐의 수를 늘림으로써 대량 생산이 가능하며 예를 들어, 약 5 내지 1000개로 할 수 있지만, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. Mass production is possible by increasing the number of nozzles, and for example, it may be about 5 to 1000, but the present invention is not limited thereto.

본 발명에 따르면 상기와 같이 액적이 생성되는 조건을 최적화함으로써 대량 생산시에도 액적의 응집 없이 오일상 중합 반응이 진행될 수 있다. According to the present invention, by optimizing the conditions in which droplets are generated as described above, the oil phase polymerization reaction can proceed without agglomeration of droplets even during mass production.

상기와 같이 생성된 모노머 조성물의 액적을 오일상으로 침강시키면서 중합하여 함수겔상 중합체를 형성한다. The droplets of the monomer composition produced as described above are polymerized while sedimenting into an oil phase to form a hydrogel polymer.

도 1을 참조하면, 중합 반응기 내에서 구형의 모노머 조성물의 액적은 수직 침강하면서 중합 반응이 진행될 수 있다. 또는 중합 반응기가 교반기를 포함하며, 이를 사용하여 침강시킬 경우 상기 모노머 조성물의 액적은 나선형으로 돌면서 떨어질 수 있다.Referring to FIG. 1, a polymerization reaction may proceed while vertically sedimenting droplets of a spherical monomer composition in a polymerization reactor. Alternatively, the polymerization reactor includes a stirrer, and when the polymerization reactor is used to settle, the droplets of the monomer composition may fall while rotating in a spiral.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 오일상에서의 상기 모노머 조성물의 액적의 수직 방향의 침강 속도는 약 0.1 cm/sec 이상, 또는 약 1 cm/sec 이상, 또는 2 cm/sec 이상이면서, 약 50 cm/sec 이하, 또는 약 40 cm/sec 이하, 또는 약 30 cm/sec 이하가 되도록 조절할 수 있다. 상기 모노머 조성물의 액적의 침강 속도가 너무 낮으면 생산성이 저하될 수 있고, 속도가 너무 높으면 침강하는 동안 중합이 제대로 이루어지지 않을 수 있으므로, 이러한 관점에서 상기 침강 속도 범위를 갖는 것이 바람직할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the sedimentation velocity in the vertical direction of the droplets of the monomer composition in the oil phase is about 0.1 cm/sec or more, or about 1 cm/sec or more, or 2 cm/sec or more, and about 50 cm/sec or less, or about 40 cm/sec or less, or about 30 cm/sec or less. If the sedimentation rate of the droplets of the monomer composition is too low, productivity may be reduced, and if the rate is too high, polymerization may not be properly performed during sedimentation, so it may be desirable to have the sedimentation rate range from this point of view.

상기 오일상에서의 액적의 침강 속도는 하기 식 1에 의해 계산될 수 있다.The sedimentation rate of the droplets in the oil phase can be calculated by Equation 1 below.

[식 1] [Equation 1]

Figure 112017073220039-pat00001
Figure 112017073220039-pat00001

식 1에서,In equation 1,

Vm는 액적의 침강속도(cm/sec)이고,V m is the settling velocity of the droplet (cm/sec),

g는 중력 가속도(980cm/sec2)이고,g is the acceleration of gravity (980cm/sec 2 ),

ρs는 액적의 밀도(g/cm3)이고,ρ s is the density of the droplet (g/cm 3 ),

ρm는 오일의 밀도(g/cm3)이고,ρ m is the density of the oil (g/cm 3 ),

d는 액적의 직경(cm)이고,d is the diameter of the droplet (cm),

η0는 오일의 점성계수(g/cm·sec)이다.η 0 is the viscosity of the oil (g/cm·sec).

상기 오일은 침강하는 액적의 속도를 적절한 범위로 유지하고, 침강하는 동안 액적의 구형상이 유지되게 하며, 중합 반응시 과도한 중합열을 제어하는 역할을 한다. The oil maintains the speed of the sedimenting droplets within an appropriate range, maintains the spherical shape of the droplets during sedimentation, and controls excessive polymerization heat during polymerization.

이때 사용 가능한 오일로는, 비점이 모노머 조성물의 중합 온도보다 20℃ 이상 높은 것으로, 예를 들어 100℃ 이상의 비점을 가지며, 모노머 조성물과 비혼화성인 성질을 가져 침강하는 모노머 조성물의 액적의 형태를 유지할 수 있는 오일을 사용할 수 있다.The oil that can be used at this time is one having a boiling point higher than the polymerization temperature of the monomer composition by 20°C or higher, for example, having a boiling point of 100°C or higher, and is immiscible with the monomer composition to maintain the shape of the droplets of the monomer composition that settle. Any oil that can be used can be used.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상술한 모노머 조성물 액적의 침강 속도를 달성하기 위해 상기 오일의 점성 계수는 25℃에서 약 0.01 g/cm·sec 이상, 또는 약 0.02 g/cm·sec 이상, 또는 약 0.03 g/cm·sec 이상이면서, 약 4.8 g/cm·sec 이하, 또는 약 4 g/cm·sec 이하, 또는 약 3 g/cm·sec 이하일 수 있다. 상기 오일의 점성 계수가 너무 낮으면 침강 속도가 너무 빨라 중합이 제대로 이루어지지 않을 수 있고, 점성 계수가 너무 높으면 모노머 조성물 액적이 기체-액체 계면에서 상호 충돌(collide) 및 병합(coalescence)하여 액적의 크기를 균일하게 유지할 수 없는 문제가 발생한다. According to an embodiment of the present invention, in order to achieve the sedimentation rate of the droplets of the monomer composition described above, the viscosity coefficient of the oil is about 0.01 g/cm·sec or more, or about 0.02 g/cm·sec or more at 25°C, or It may be about 0.03 g/cm·sec or more, about 4.8 g/cm·sec or less, or about 4 g/cm·sec or less, or about 3 g/cm·sec or less. If the viscosity coefficient of the oil is too low, the sedimentation rate is too fast and polymerization may not be performed properly. If the viscosity coefficient is too high, the monomer composition droplets collide and coalesce at the gas-liquid interface, resulting in the There is a problem that the size cannot be kept uniform.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상술한 모노머 조성물 액적의 침강 속도를 달성하기 위해 상기 오일의 밀도는 25℃에서 약 0.6 g/cm3 이상, 또는 약 0.7 g/cm3 이상이면서, 약 1.2 g/cm3 이하, 또는 약 1.1 g/cm3 이하일 수 있다. Further, according to an embodiment of the present invention, in order to achieve the sedimentation rate of the droplets of the monomer composition described above, the density of the oil is about 0.6 g/cm 3 or more at 25° C., or about 0.7 g/cm 3 or more, while about 1.2 g/cm 3 or less, or about 1.1 g/cm 3 or less.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상술한 모노머 조성물 액적의 침강 속도를 달성하기 위해 상기 액적의 밀도는 25℃에서 약 1 g/cm3 이상, 또는 약 1.05 g/cm3 이상이면서, 약 1.5 g/cm3 이하, 또는 약 1.3 g/cm3 이하일 수 있다. In addition, according to an embodiment of the present invention, in order to achieve the sedimentation rate of the droplets of the monomer composition described above, the density of the droplets is about 1 g/cm 3 or more, or about 1.05 g/cm 3 or more at 25°C, and about 1.5 g/cm 3 or less, or about 1.3 g/cm 3 or less.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상술한 모노머 조성물 액적의 침강 속도를 달성하기 위해 상기 액적의 입경은 약 150 ㎛ 이상, 또는 약 250 ㎛ 이상이면서, 약 1,200 ㎛, 또는 약 1,000 ㎛ 이하일 수 있다. In addition, according to an embodiment of the present invention, in order to achieve the sedimentation rate of the droplets of the monomer composition described above, the particle diameter of the droplets may be about 150 μm or more, or about 250 μm or more, and about 1,200 μm, or about 1,000 μm or less. have.

또한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상술한 조건을 만족하는 오일로, 디메틸 실리콘 오일, 메틸페닐 실리콘 오일, 디페닐 실리콘 오일, 메틸하이드로겐 실리콘 오일, 메틸하이드록시 실리콘 오일, 플로로 실리콘 오일, 폴리옥시에테르 실리콘 오일, 알킬변성 실리콘 오일 아미노변성 실리콘 오일, 에폭시변성 실리콘 오일과 같은 실리콘 오일; 파라핀계 미네랄 오일, 나프텐계 미네랄 오일과 같은 미네랄 오일; 불소화 오일(fluorinated oil); 데칸(decane), 도데칸(dodecane), 헥사데칸(hexadecane)과 같은 탄소수 10개 이상의 지방족 고급 탄화수소, 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. In addition, according to an embodiment of the present invention, as an oil that satisfies the above conditions, dimethyl silicone oil, methylphenyl silicone oil, diphenyl silicone oil, methylhydrogen silicone oil, methylhydroxy silicone oil, fluoro silicone oil, poly Silicone oils such as oxyether silicone oil, alkyl-modified silicone oil, amino-modified silicone oil, and epoxy-modified silicone oil; Mineral oils such as paraffinic mineral oil and naphthenic mineral oil; Fluorinated oil; An aliphatic higher hydrocarbon having 10 or more carbon atoms such as decane, dodecane, hexadecane, or mixtures thereof may be used.

상기와 같이 오일과 액적의 조건을 조절함으로써 상술한 모노머 조성물의 액적의 침강 속도 범위를 달성할 수 있다. By controlling the oil and droplet conditions as described above, the sedimentation speed range of the droplets of the monomer composition described above can be achieved.

상기 모노머 조성물의 액적의 오일상에서 중합은, 열중합, 광중합 또는 이들의 조합에 의해 수행될 수 있다.The polymerization of the droplets of the monomer composition in the oil phase may be performed by thermal polymerization, photopolymerization, or a combination thereof.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 열중합과 광중합을 모두 수행하여 고흡수성 수지 입자를 형성할 수 있으며, 바람직하게는 먼저 광중합과 열중합을 같이 수행하고, 다음에 추가적으로 열중합만 단독으로 수행할 수 있다. 이를 상부에는 광중합을 위한 자외선 조사 장치를 구비하고, 하부에는 열중합을 위한 고온의 오일 온도를 달성하기 위해 히팅 재킷(heating jacket)과 같은 가열 장치를 구비할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, it is possible to form super absorbent polymer particles by performing both thermal polymerization and photopolymerization, preferably first, photopolymerization and thermal polymerization are performed together, and then only thermal polymerization alone is additionally performed. I can. An ultraviolet irradiation device for photopolymerization may be provided on the upper part, and a heating device such as a heating jacket may be provided at the lower part to achieve a high oil temperature for thermal polymerization.

상기와 같이 반응기 내부에서 광중합과 열중합의 순서로 중합을 수행할 때, 반응기 상부에서는 자외선 조사를 통해 수 초에서 수십 초 동안 아크릴산계 단량체의 광중합이 진행되고, 광중합에서 발생하는 중합 반응열과 오일상에서 전달되는 열로 인한 온도 상승에 의해 2차로 열중합이 유도된다.When the polymerization is carried out in the order of photopolymerization and thermal polymerization inside the reactor as described above, photopolymerization of acrylic acid-based monomers proceeds for several seconds to tens of seconds through ultraviolet irradiation at the top of the reactor, and the heat of polymerization reaction generated in the photopolymerization and transfer in the oil phase Thermal polymerization is induced secondarily by the increase in temperature due to the heat generated.

반응기 하부에서는 열중합에 의해 상부에서 부분 중합된 액적을 실질적으로 완전히 중합시킨다. 열중합이 일어나는 상기 반응기 하부의 오일상의 온도는 약 50℃ 이상, 또는 약 70℃ 이상이면서, 약 120℃ 이하, 또는 약 100℃ 이하일 수 있다. 상기 온도 범위보다 온도가 낮으면 중합 전환율이 떨어질 수 있고, 온도가 너무 높으면 고흡수성 수지 입자의 물성이 저하될 수 있다.At the bottom of the reactor, the droplets partially polymerized at the top are substantially completely polymerized by thermal polymerization. The temperature of the oil phase at the bottom of the reactor where thermal polymerization takes place may be about 50°C or more, or about 70°C or more, and about 120°C or less, or about 100°C or less. If the temperature is lower than the above temperature range, the polymerization conversion rate may decrease, and if the temperature is too high, the physical properties of the super absorbent polymer particles may be lowered.

상기와 같은 방법으로 중합하여 형성된 함수겔상 중합체의 평균 입경(d50)은 약 150 ㎛ 이상, 또는 약 250 ㎛ 이상이면서, 약 1,200 ㎛, 또는 약 1,000 ㎛ 이하의 범위를 가질 수 있다. 이때, 상기 함수겔상 중합체는 액적 내의 물이 대부분 남아있는 상태이므로, 생성된 액적의 입경과 거의 동일할 수 있다. The average particle diameter (d50) of the hydrogel polymer formed by polymerization as described above may be about 150 μm or more, or about 250 μm or more, and may have a range of about 1,200 μm, or about 1,000 μm or less. At this time, the hydrogel polymer is in a state in which most of the water in the droplet remains, and thus the particle diameter of the generated droplet may be substantially the same.

또한 얻어진 상기 함수겔 중합체의 함수율은 약 30 내지 약 70 중량%일 수 있다. 한편, 본 명세서 전체에서 "함수율"은 전체 함수겔 중합체 중량에 대해 차지하는 수분의 함량으로 함수겔 중합체의 중량에서 건조 상태의 중합체의 중량을 뺀 값을 의미한다. 구체적으로는, 적외선 가열을 통해 중합체의 온도를 올려 건조하는 과정에서 중합체 중의 수분증발에 따른 무게감소분을 측정하여 계산된 값으로 정의한다. 이때, 건조 조건은 상온에서 약 180℃까지 온도를 상승시킨 뒤 180℃에서 유지하는 방식으로 총 건조 시간은 온도상승단계 5분을 포함하여 20분으로 설정하여, 함수율을 측정한다.In addition, the moisture content of the obtained hydrogel polymer may be about 30 to about 70% by weight. On the other hand, throughout the present specification, "water content" refers to a value obtained by subtracting the weight of the dried polymer from the weight of the hydrogel polymer as the content of moisture occupied by the total weight of the hydrogel polymer. Specifically, it is defined as a calculated value by measuring the weight loss due to evaporation of moisture in the polymer during drying by raising the temperature of the polymer through infrared heating. At this time, the drying condition is a method in which the temperature is raised from room temperature to about 180°C and then maintained at 180°C. The total drying time is set to 20 minutes including 5 minutes in the temperature raising step, and the moisture content is measured.

상기와 같은 공정에 의해 중합 반응기 내부의 오일상에서 침강하면서 중합이 완료되어 형성된 함수겔상 중합체 입자는 중합 반응기 바닥에 침전된다. 침전된 함수겔상 중합체 입자로부터 오일을 분리하고, 고흡수성 수지 입자를 회수한다.The hydrogel polymer particles formed after polymerization is completed while sedimenting in the oil phase inside the polymerization reactor by the above process is precipitated on the bottom of the polymerization reactor. The oil is separated from the precipitated hydrogel polymer particles, and the super absorbent polymer particles are recovered.

상기 회수된 함수겔상 중합체 입자의 표면에 남아있는 오일을 제거하기 위하여 펜탄, 헥산, 사이클로펜탄, 사이클로헥산, 아세톤과 같은 저비점의 세척 용매로 오일을 제거할 수 있다.In order to remove the oil remaining on the surface of the recovered hydrogel polymer particles, the oil may be removed with a low boiling point washing solvent such as pentane, hexane, cyclopentane, cyclohexane, and acetone.

다음에, 함수겔상 중합체의 수분을 제거하기 위한 건조 단계를 수행하여 고흡수성 수지 입자를 수득한다. 한편, 중합 공정에서 휘발성 오일을 사용할 경우, 세척 용매를 사용하지 않고 건조 단계에서 상기 휘발성 오일과 수분을 동시에 제거할 수 있다. Next, a drying step for removing moisture from the hydrogel polymer is performed to obtain super absorbent polymer particles. Meanwhile, when a volatile oil is used in the polymerization process, the volatile oil and moisture may be simultaneously removed in the drying step without using a washing solvent.

상기 건조 단계의 건조 온도는 약 150 내지 약 250℃일 수 있다. 건조 온도가 150℃ 미만인 경우, 건조 시간이 지나치게 오래 걸리거나 수분이 남을 수 있는 문제가 발생할 우려가 있고, 건조 온도가 250℃를 초과하는 경우, 급격한 건조로 최종 형성되는 고흡수성 수지의 물성이 저하될 우려가 있다. 따라서 바람직하게 상기 건조는 약 150 내지 약 200℃의 온도에서, 더욱 바람직하게는 약 180 내지 약 200℃의 온도에서 진행될 수 있다.The drying temperature in the drying step may be about 150 to about 250°C. If the drying temperature is less than 150℃, there is a risk that it may take too long drying time or moisture may remain, and if the drying temperature exceeds 250℃, the physical properties of the super absorbent polymer finally formed by rapid drying decrease. There is a risk of becoming. Therefore, preferably, the drying may be performed at a temperature of about 150 to about 200°C, more preferably about 180 to about 200°C.

한편, 건조 시간의 경우에는 공정 효율 등을 고려하여, 약 20 내지 약 120분 동안 진행될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. On the other hand, in the case of the drying time, the process may be performed for about 20 to about 120 minutes in consideration of process efficiency, but is not limited thereto.

상기 건조는 통상의 매체를 이용하여 이루어질 수 있는데, 예를 들어, 상기 열풍 공급, 적외선 조사, 극초단파 조사, 또는 자외선 조사 등의 방법을 통해 수행될 수 있다. 이와 같은 건조 단계 진행 후에 회수되는 고흡수성 수지의 함수율은 약 0.1 내지 약 10 중량%일 수 있다. The drying may be performed using a conventional medium, for example, the hot air supply, infrared radiation, microwave radiation, or ultraviolet radiation. The water content of the super absorbent polymer recovered after the drying step is performed may be about 0.1 to about 10% by weight.

상기와 같은 방법에 의해 중합 반응을 수행함으로써, 통상의 수용액상 중합 반응에 의해 중합된 고흡수성 수지에 비해, 본 발명에 따라 제조된 고흡수성 수지는 높은 원형도 및 균일한 입경 분포도를 구현할 수 있다. By carrying out the polymerization reaction by the above method, the super absorbent polymer prepared according to the present invention can achieve high circularity and uniform particle size distribution compared to the super absorbent polymer polymerized by a conventional aqueous polymerization reaction. .

상기와 같은 제조 방법으로 수득된 본 발명의 고흡수성 수지의 평균 입경(d50)은 약 100 ㎛ 이상, 또는 약 250 ㎛ 이상이면서, 약 900 ㎛ 이하, 또는 약 850 ㎛ 이하의 범위를 가질 수 있다. The average particle diameter (d50) of the super absorbent polymer of the present invention obtained by the above production method may be about 100 μm or more, or about 250 μm or more, and may have a range of about 900 μm or less, or about 850 μm or less.

또한, 본 발명에 따라 제조된 고흡수성 수지 입자는 약 0.80 이상, 또는 약 0.85 이상, 또는 약 0.90 이상이면서 1 이하의 원형도(circularity)를 나타낼 수 있다. 상기 원형도는 하기 식 2에 의해 측정될 수 있으며, 완전한 구인 경우 1이 되고, 1에 근접할수록 구형에 가까운 입자라고 볼 수 있다. In addition, the super absorbent polymer particles prepared according to the present invention may be about 0.80 or more, or about 0.85 or more, or about 0.90 or more and exhibit a circularity of 1 or less. The circularity can be measured by the following Equation 2, and in the case of a complete sphere, it becomes 1, and the closer to 1, the closer to the sphere.

[식 2][Equation 2]

Figure 112017073220039-pat00002
Figure 112017073220039-pat00002

식 2에서, A는 2차원적으로 투영된 입자의 투영 면적이고,In Equation 2, A is the projection area of the particle projected in two dimensions,

P는 2차원적으로 투영된 입자의 둘레 길이이다. P is the circumference of the particle projected in two dimensions.

또한, 상기 고흡수성 수지 입자의 입경의 변동 계수(coefficient of variation, C.V.)는 약 15% 이하, 또는 약 10% 이하, 또는 약 6% 이하를 나타낼 수 있다. In addition, the coefficient of variation (C.V.) of the particle diameter of the super absorbent polymer particles may represent about 15% or less, or about 10% or less, or about 6% or less.

통상의 고흡수성 수지의 제조 방법에 있어서는 최종 제품화되는 고흡수성 수지 분말의 물성을 관리하기 위해 분쇄 후 얻어지는 고흡수성 수지 분말을 입경에 따라 분급하여, 입경이 약 150 내지 약 850 ㎛인 고흡수성 수지에 대해서만 표면 가교 반응 단계를 거쳐 제품화한다. In a general method for producing a super absorbent polymer, the super absorbent polymer powder obtained after pulverization is classified according to the particle size in order to manage the physical properties of the super absorbent polymer powder to be finally commercialized, and the super absorbent polymer having a particle diameter of about 150 to about 850 µm. It is commercialized only through a surface crosslinking reaction step.

그러나, 본 발명의 제조방법에 따라 수득된 고흡수성 수지 입자는 입경 분포가 매우 균일하여 분급 단계를 필요로 하지 않는다. 그러나, 보다 향상된 물성 관리를 위하여 분급 단계를 수행할 수 있음을 배제하지 않는다. However, the superabsorbent polymer particles obtained according to the production method of the present invention have a very uniform particle size distribution and do not require a classification step. However, it is not excluded that the classification step may be performed for more improved physical property management.

상기와 같이 본 발명의 제조방법으로 수득된 고흡수성 수지는 치밀하게 패킹(close packing)할 수 있으며, 입자 표면과 단면이 모두 실질적으로 공극이 없는(non-porous) 특징을 갖기 때문에, 높은 겔 강도를 가지며 표면 가교를 하지 않아도 원심지지용량(CRC), 가압흡수능(AUP) 등에 있어 우수한 특성을 가질 수 있다. As described above, the super absorbent polymer obtained by the production method of the present invention can be closely packed (close packing), and since both the surface and the cross section of the particles have substantially non-porous characteristics, high gel strength It has excellent characteristics in centrifugal support capacity (CRC) and pressure absorption capacity (AUP) even without surface crosslinking.

예를 들어, 본 발명의 제조방법으로 수득된 고흡수성 수지는 EDANA 법 WSP 241. 3에 따라 측정하였을 때 약 24 내지 약 45 g/g의 CRC를 가질 수 있다.For example, the super absorbent polymer obtained by the production method of the present invention may have a CRC of about 24 to about 45 g/g as measured according to EDANA method WSP 241.3.

또한, 본 발명의 제조방법으로 수득된 고흡수성 수지는 EDANA 법 WSP 242. 3에 따라 측정하였을 때, 약 9 내지 약 29 g/g의 AUP (0.9psi)를 가질 수 있다. In addition, the super absorbent polymer obtained by the production method of the present invention may have an AUP (0.9psi) of about 9 to about 29 g/g as measured according to the EDANA method WSP 242.3.

본 발명을 하기의 실시예에서 보다 상세하게 설명한다. 단, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다. The present invention will be described in more detail in the following examples. However, the following examples are merely illustrative of the present invention, and the contents of the present invention are not limited by the following examples.

<실시예><Example>

실시예 1Example 1

아크릴산 4.5kg(45% by weight in total solution)에 가성 소다(NaOH) 1.75kg 물 3kg을 서서히 적가하여 혼합한 용액(A 용액)을 준비하였다. 여기에 물 715g에 광개시제로 IRGACURE 819 4.5g, 열개시제로 과황산나트륨(Sodium persulfate) 9g, 폴리에틸렌글리콜 디아크릴레이트(PEGDA, 분자량 400 g/mol) 22.5g을 녹인 용액(B 용액)을 서서히 적가하였다. 이렇게 얻어진 아크릴산계 단량체로서 아크릴산 나트륨에서 아크릴산 중화도는 70 몰%가 되었다. 광개시제, 열개시제 및 가교제(PEGDA) 함량은 모노머 조성물에 포함된 전체 아크릴산에 대하여 각각 1000 ppm, 2000 ppm, 3000ppm이 되도록 주입하였다A solution (solution A) was prepared by gradually adding 1.75 kg of caustic soda (NaOH) and 3 kg of water to 4.5 kg (45% by weight in total solution) of acrylic acid. A solution (solution B) in which 4.5 g of IRGACURE 819 as a photoinitiator, 9 g of sodium persulfate as a thermal initiator, and 22.5 g of polyethylene glycol diacrylate (PEGDA, molecular weight 400 g/mol) was dissolved in 715 g of water was gradually added dropwise thereto. . As the acrylic acid-based monomer thus obtained, the neutralization degree of acrylic acid in sodium acrylate was 70 mol%. The content of the photoinitiator, thermal initiator, and crosslinking agent (PEGDA) was injected to be 1000 ppm, 2000 ppm, and 3000 ppm, respectively, with respect to the total acrylic acid contained in the monomer composition.

상기 모노머 조성물은 압력 용기에서 진동 챔버를 거쳐 멀티노즐(multinozzle)로 이송하였으며, 불활성 질소기체 분위기 하에서 균일한 액적을 생성하였다. 상기 액적의 생성 조건은 다음과 같다:The monomer composition was transferred from a pressure vessel through a vibration chamber to a multinozzle, and uniform droplets were generated under an inert nitrogen gas atmosphere. The conditions for generating the droplets are as follows:

노즐의 내경: 0.3 mmNozzle inner diameter: 0.3 mm

노즐에서 분사되는 모노머 용액의 총유량: 40 ml/minTotal flow rate of monomer solution sprayed from the nozzle: 40 ml/min

노즐에서 분사되는 액체 제트에 가해지는 진동 주파수: 200 HzVibration frequency applied to the liquid jet from the nozzle: 200 Hz

노즐의 개수: 8Number of nozzles: 8

생성된 액적은 저점도 실리콘 오일(KF-96-10cs, Shin-Etsu)로 채워져 있으며, 자외선 노광기가 장착된 반응기 상부를 통과하면서 부분 경화되었으며, 75℃로 미리 가열된 열매체가 순환되는 자켓으로 둘러싸인 반응기 하부를 지나면서 완전히 중합되었다. 상기 중합 반응의 조건은 다음과 같다:The generated droplets are filled with low-viscosity silicone oil (KF-96-10cs, Shin-Etsu), partially cured while passing through the upper part of the reactor equipped with a UV exposure device, and surrounded by a jacket where the heat medium preheated to 75℃ is circulated. It was completely polymerized as it passed the bottom of the reactor. The conditions of the polymerization reaction are as follows:

오일의 점성 계수: 0.0935 g/cm·sec (at 25℃)Viscosity modulus of oil: 0.0935 g/cmsec (at 25℃)

오일의 밀도: 0.935 g/cm3 (at 25℃)Oil density: 0.935 g/cm 3 (at 25℃)

액적의 밀도: 1.17 g/cm3 (at 25℃)Drop density: 1.17 g/cm 3 (at 25°C)

액적의 직경(d50): 650 ㎛Drop diameter (d50): 650 μm

액적의 침강 속도: 6.7 cm/secDroplet sedimentation speed: 6.7 cm/sec

상기 중합된 함수겔상 중합체 입자에 대해 사이클로헥산에 의해 오일을 분리하고 190℃에서 120분간 건조하여 균일한 구형의 고흡수성 수지 입자를 얻었다.Oil was separated from the polymerized hydrogel polymer particles with cyclohexane and dried at 190° C. for 120 minutes to obtain uniform spherical superabsorbent polymer particles.

상기 실시예 1에 따라 제조된 고흡수성 수지 입자를 보여주는 주사전자현미경(SEM) 사진을 도 2에 나타내었다. A scanning electron microscope (SEM) photograph showing the super absorbent polymer particles prepared according to Example 1 is shown in FIG. 2.

도 2를 참고하면, 구형의 균일한 입경 분포를 갖는 고흡수성 수지 입자가 형성되었음을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 2, it can be seen that super absorbent polymer particles having a spherical uniform particle size distribution were formed.

또한, 상기 실시예 1에 따라 제조된 고흡수성 수지 입자의 파단면을 보여주는 주사전자현미경(SEM) 사진을 도 3에 나타내었다.In addition, a scanning electron microscope (SEM) photograph showing a fracture surface of the super absorbent polymer particles prepared according to Example 1 is shown in FIG. 3.

도 3를 참고하면, 고흡수성 수지 입자는 표면과 내부에서 공극(pore)이 관찰되지 않는 매끈한 구조를 형성함을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 3, it can be seen that the super absorbent polymer particles form a smooth structure in which no pores are observed on the surface and inside.

실시예 2Example 2

상기 실시예 1에서, 가교제(PEGDA) 함량을 모노머 조성물에 포함된 전체 아크릴산에 대하여 4000ppm이 되도록 주입한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하여 고흡수성 입자를 얻었다.In Example 1, a crosslinking agent (PEGDA) was prepared in the same manner as in Example 1, except that the content of the crosslinking agent (PEGDA) was injected to be 4000 ppm with respect to the total acrylic acid contained in the monomer composition to obtain super absorbent particles.

실시예 3Example 3

상기 실시예 1에서, 가교제(PEGDA) 함량을 모노머 조성물에 포함된 전체 아크릴산에 대하여 2000ppm이 되도록 주입한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하여 고흡수성 입자를 얻었다.In Example 1, a crosslinking agent (PEGDA) was prepared in the same manner as in Example 1, except that the content of the crosslinking agent (PEGDA) was injected to be 2000 ppm with respect to the total acrylic acid contained in the monomer composition to obtain super absorbent particles.

비교예 1Comparative Example 1

상기 실시예 1에서, 모노머 조성물의 액적을 진동을 가하지 않고 단순 적하(simple dripping) 방식으로 생성한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하여 고흡수성 입자를 얻었다. In Example 1, it was prepared in the same manner as in Example 1, except that the droplets of the monomer composition were generated by a simple dripping method without applying vibration, to obtain super absorbent particles.

상기 비교예 1에 따라 제조된 고흡수성 수지 입자를 보여주는 사진을 도 4에 나타내었다. A photograph showing the super absorbent polymer particles prepared according to Comparative Example 1 is shown in FIG. 4.

도 4를 참조하면, 비교예 2과 같이 진동 주파수를 가하지 않고 단순 적하하여 액체 제트(liquid jet)의 자연적 분열에 의해 생성된 입자는 도 4에 나타나듯이 불균일한 크기 분포를 나타내었다. Referring to FIG. 4, as in Comparative Example 2, particles generated by natural splitting of a liquid jet by simply dropping without applying a vibration frequency exhibited a non-uniform size distribution as shown in FIG. 4.

비교예 2Comparative Example 2

상기 실시예 1에서, 실리콘 오일(KF-96-500cs, Shin-Etsu)을 사용하여 중합 반응의 조건을 다음과 같이 한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하여 고흡수성 입자를 얻었다.In Example 1, it was prepared in the same manner as in Example 1, except that the conditions of the polymerization reaction were as follows using silicone oil (KF-96-500cs, Shin-Etsu) to obtain super absorbent particles. .

오일의 점성 계수: 4.85 g/cm·sec (at 25℃)Viscosity modulus of oil: 4.85 g/cm·sec (at 25℃)

오일의 밀도: 0.97 g/cm3 (at 25℃)Density of oil: 0.97 g/cm 3 (at 25℃)

액적의 밀도: 1.17 g/cm3 (at 25℃)Drop density: 1.17 g/cm 3 (at 25°C)

액적의 평균 입경(d50): 1680 ㎛Droplet average particle diameter (d50): 1680 ㎛

액적의 침강 속도: 0.95 cm/secDroplet sedimentation rate: 0.95 cm/sec

상기 비교예 2에 따라 제조된 고흡수성 수지 입자를 보여주는 주사전자현미경(SEM) 사진을 도 5에 나타내었다. A scanning electron microscope (SEM) photograph showing the super absorbent polymer particles prepared according to Comparative Example 2 is shown in FIG. 5.

도 5를 참고하면, 고점도 오일을 사용할 경우 고속으로 생성된 액적들이 오일 계면을 통과하면서 서로 부딪치고 합쳐지기 때문에 고흡수성 수지 입자의 평균 입경이 커지고 균일도가 떨어지는 문제가 발생하였다.Referring to FIG. 5, when high-viscosity oil is used, the droplets generated at high speed collide and merge with each other while passing through the oil interface, resulting in a problem that the average particle diameter of the super absorbent polymer particles increases and the uniformity decreases.

비교예 3Comparative Example 3

실시예 1과 동일한 모노머 조성물을 준비하였다.The same monomer composition as in Example 1 was prepared.

상기 모노머 조성물을 종래의 용액 중합에 의해 고흡수성 수지 입자를 얻었다.The monomer composition was subjected to conventional solution polymerization to obtain super absorbent polymer particles.

보다 구체적으로, 상기 모노머 조성물을 광조사 장치가 상부에 장착되고 내부가 80 ℃로 예열된 정방형 중합기 내에 설치된 Vat 형태의 트레이(tray, 가로 15cm x 세로 15cm)에 붓고 4분간 광조사를 행하여 광중합을 하였다. More specifically, the monomer composition was poured into a Vat-shaped tray (15cm wide x 15cm long) installed in a square polymerizer with a light irradiation device mounted on the top and preheated to 80°C, and subjected to light irradiation for 4 minutes for light polymerization Was done.

중합된 시트를 3cm x 3cm의 크기로 자른 뒤 다공판의 구멍의 지름이 8mm의 크기를 가지는 미트 쵸퍼(Meatchopper)를 이용하여 다지기공정(chopping)을 실시하여 가루(crumb)를 제조하였다 상기 가루(crumb)를 상하로 풍량전이가 가능한 오븐에서 건조하였다. 180℃의 핫에어(hot air)를 40분 간 흐르게 하여 균일하게 건조하였으며, 건조 후 건조체의 함수량은 2% 이하가 되게 하였다.After the polymerized sheet was cut into a size of 3 cm x 3 cm, a chopping process was performed using a meat chopper having a hole diameter of 8 mm to prepare a crumb. crumb) was dried in an oven capable of air volume transfer up and down. 180 ℃ hot air (hot air) was allowed to flow for 40 minutes to dry uniformly, and after drying, the moisture content of the dried body was 2% or less.

건조 후, 분쇄기로 분쇄한 다음 분급하여 150 내지 850 ㎛ 크기를 선별하여 베이스 수지를 준비하였다. 이 후, 100 g의 베이스 수지에 물 4 g, 메탄올 4 g, 에틸렌 카보네이트(ethylene carbonate) 0.8 g을 혼합한 뒤, 180℃에서 50분 동안 표면가교 반응시키고, 분쇄 후 시브(sieve)를 이용하여 직경 크기가 150 내지 850 ㎛의 표면처리된 고흡수성 수지를 얻었다. After drying, the base resin was prepared by pulverizing with a pulverizer and then classifying and selecting a size of 150 to 850 μm. Thereafter, 4 g of water, 4 g of methanol, and 0.8 g of ethylene carbonate were mixed with 100 g of the base resin, followed by a surface crosslinking reaction at 180°C for 50 minutes, and then pulverized using a sieve. A surface-treated super absorbent polymer having a diameter of 150 to 850 µm was obtained.

상기 비교예 3에 따라 제조된 베이스 수지 입자를 보여주는 주사전자현미경(SEM) 사진을 도 6에 나타내었다.A scanning electron microscope (SEM) photograph showing the base resin particles prepared according to Comparative Example 3 is shown in FIG. 6.

도 6을 참조하면, 비교예 3과 같이 종래의 용액 중합법에 의해 제조되는 고흡수성 수지는 불규칙한 형태와 불균일한 입자 상태를 나타내었다. 6, as in Comparative Example 3, the super absorbent polymer prepared by the conventional solution polymerization method showed an irregular shape and a non-uniform particle state.

<실험예><Experimental Example>

상기 실시예 및 비교예에서 제조한 고흡수성 수지 입자에 대하여, 다음과 같은 방법으로 물성을 평가하였다. For the super absorbent polymer particles prepared in Examples and Comparative Examples, physical properties were evaluated in the following manner.

(1) 원심분리 보수능(CRC, Centrifuge Retention Capacity)(1) Centrifuge Retention Capacity (CRC)

유럽부직포산업협회(European Disposables and Nonwovens Association, EDANA) 규격 EDANA WSP 241.3에 따라 실시예 및 비교예의 고흡수성 수지에 대하여, 무하중하 흡수배율에 의한 원심분리 보수능(CRC)을 측정하였다.In accordance with the European Disposables and Nonwovens Association (EDANA) standard EDANA WSP 241.3, for the superabsorbent polymers of Examples and Comparative Examples, centrifugal water retention capacity (CRC) was measured by absorption ratio under no load.

구체적으로, 실시예 및 비교예의 수지 W0(g, 약 0.2 g)을 부직포제의 봉투에 균일하게 넣고 밀봉(seal)한 후에, 상온에 0.9 중량%의 염화나트륨 수용액으로 되는 생리 식염수에 침수시켰다. 30분 후에 봉투를 원심 분리기를 이용하고 250G로 3분간 물기를 뺀 후에 봉투의 질량 W2(g)을 측정하였다. 또한 고흡수성 수지를 이용하지 않고 동일한 조작을 한 후에 그때의 질량 W1(g)을 측정했다. Specifically, resin W 0 (g, about 0.2 g) of Examples and Comparative Examples was evenly put in a nonwoven bag and sealed, and then immersed in physiological saline solution of 0.9% by weight sodium chloride aqueous solution at room temperature. After 30 minutes, the bag was centrifuged and dried for 3 minutes with 250G, and the mass W 2 (g) of the bag was measured. Further, the mass W 1 (g) at that time was measured after performing the same operation without using a super absorbent polymer.

이렇게 얻어진 각 질량을 이용하여 하기 수학식 1에 따라 CRC(g/g)를 산출하였다.Using each mass thus obtained, CRC (g/g) was calculated according to Equation 1 below.

[수학식 1][Equation 1]

CRC(g/g) = {[W2(g) - W1(g) - W0(g)]/W0(g)}CRC(g/g) = {[W 2 (g)-W 1 (g)-W 0 (g)]/W 0 (g)}

상기 수학식 1에서,In Equation 1,

W0(g)는 고흡수성 수지의 초기 무게(g)이고, W1(g)는 고흡수성 수지를 사용하지 않고, 생리 식염수에 30분 동안 침수하여 흡수시킨 다음, 원심분리기를 사용하여 250G로 3분간 탈수한 후에 측정한 장치 무게이고, W2(g)는 상온에서 생리 식염수에 고흡수성 수지를 30분 동안 침수하여 흡수시킨 다음, 원심분리기를 사용하여 250G로 3분간 탈수한 후에, 고흡수성 수지를 포함하여 측정한 장치 무게이다. W 0 (g) is the initial weight (g) of the super absorbent polymer, and W 1 (g) is absorbed by immersing in physiological saline for 30 minutes without using the super absorbent polymer, and then using a centrifuge to obtain 250 G. It is the weight of the device measured after dehydration for 3 minutes, and W 2 (g) is absorbed by immersing a superabsorbent resin in physiological saline at room temperature for 30 minutes, and then dehydrating at 250G for 3 minutes using a centrifuge. It is the device weight measured including the resin.

(2) 가압 흡수능(Absorbing under Pressure, AUP)(2) Absorbing under Pressure (AUP)

유럽부직포산업협회(European Disposables and Nonwovens Association) 규격 EDANA WSP 242.3의 방법에 따라, 실시예 및 비교예의 고흡수성 수지의 가압 흡수능(AUP)을 측정하였다.According to the method of the European Disposables and Nonwovens Association standard EDANA WSP 242.3, the absorbency under pressure (AUP) of the superabsorbent polymers of Examples and Comparative Examples was measured.

구체적으로, 내경 60 mm의 플라스틱의 원통 바닥에 스테인레스제 400 mesh 철망을 장착시켰다. 23±2℃의 온도 및 45%의 상대 습도 조건하에서 철망상에 실시예 및 비교예에서 얻어진 수지 W0(g, 0.90 g)을 균일하게 살포하고 그 위에 0.7 psi의 하중을 균일하게 더 부여할 수 있는 피스톤(piston)은 외경이 60 mm보다 약간 작고 원통의 내벽과 틈이 없고, 상하의 움직임이 방해 받지 않게 하였다. 이때 상기 장치의 중량 W3(g)을 측정하였다.Specifically, a 400 mesh stainless steel mesh was mounted on the bottom of a plastic cylinder having an inner diameter of 60 mm. The resin W 0 (g, 0.90 g) obtained in Examples and Comparative Examples was evenly sprayed on the wire mesh under conditions of 23±2° C. and 45% relative humidity, and a load of 0.7 psi was evenly applied thereon. The possible piston has an outer diameter of a little less than 60 mm and there is no gap with the inner wall of the cylinder, and the vertical movement is not obstructed. At this time, the weight W 3 (g) of the device was measured.

직경 150 mm의 페트로 접시의 내측에 직경 125 mm로 두께 5 mm의 유리 필터를 두고, 0.90 중량% 염화 나트륨으로 구성된 생리 식염수를 유리 필터의 윗면과 동일 레벨이 되도록 하였다. 그 위에 직경 120 mm의 여과지 1장을 실었다. 여과지 위에 상기 측정장치를 싣고, 액을 하중 하에서 1 시간 동안 흡수하였다. 1 시간 후 측정 장치를 들어올리고, 그 중량 W4(g)을 측정하였다.A glass filter having a diameter of 125 mm and a thickness of 5 mm was placed on the inside of a 150 mm diameter PET dish, and a physiological saline solution composed of 0.90 wt% sodium chloride was at the same level as the upper surface of the glass filter. One sheet of filter paper with a diameter of 120 mm was mounted thereon. The measuring device was placed on a filter paper, and the liquid was absorbed for 1 hour under load. After 1 hour, the measuring device was lifted and the weight W 4 (g) was measured.

이렇게 얻어진 각 질량을 이용하여 하기 수학식 2에 따라 AUP(g/g)를 산출하였다.Using each mass thus obtained, AUP (g/g) was calculated according to Equation 2 below.

[수학식 2][Equation 2]

AUP(g/g) = [W4(g) - W3(g)]/ W0(g)AUP(g/g) = [W 4 (g)-W 3 (g)]/ W 0 (g)

상기 수학식 2에서,In Equation 2,

W0(g)는 고흡수성 수지의 초기 무게(g)이고, W3(g)는 고흡수성 수지의 무게 및 상기 고흡수성 수지에 하중을 부여할 수 있는 장치 무게의 총합이고, W4(g)는 하중(0.9 psi) 하에 1시간 동안 상기 고흡수성 수지에 생리 식염수를 흡수시킨 후에, 고흡수성 수지의 무게 및 상기 고흡수성 수지에 하중을 부여할 수 있는 장치 무게의 총합이다. W 0 (g) is the initial weight (g) of the super absorbent polymer, W 3 (g) is the sum of the weight of the super absorbent polymer and the weight of the device that can apply a load to the super absorbent polymer, W 4 (g ) Is the sum of the weight of the superabsorbent polymer and the weight of the device capable of imparting a load to the superabsorbent polymer after absorbing physiological saline in the superabsorbent polymer for 1 hour under load (0.9 psi).

평균 입경
(㎛)
Average particle diameter
(㎛)
원형도Circularity 변동계수
(C.V.)
Coefficient of variation
(CV)
CRC
(g/g)
CRC
(g/g)
0.9psi AUL
(g/g)
0.9psi AUL
(g/g)
실시예 1Example 1 478478 0.930.93 3.8%3.8% 31.131.1 18.818.8 실시예 2Example 2 471471 0.940.94 3.7%3.7% 24.924.9 20.920.9 실시예 3Example 3 484484 0.910.91 4.3%4.3% 3535 9.79.7 비교예 3
(표면가교 전)
Comparative Example 3
(Before surface crosslinking)
-- -- -- 35.435.4 6.26.2
비교예 3
(표면가교 후)
Comparative Example 3
(After surface crosslinking)
-- -- -- 30.530.5 20.520.5

표 1을 참고하면, 본 발명의 실시예 1 내지 3은 모두 원형도와 입경 분포도의 균일성이 매우 높아 우수한 모폴로지를 갖는 고흡수성 수지가 수득되었다. 한편, 종래의 중합 방법을 이용한 비교예 3에서는 도 6과 같이 불규칙한 형태와 불균일한 입자 상태를 나타내어 평균 입경, 원형도 및 변동 계수의 측정이 불가능하였다. Referring to Table 1, in Examples 1 to 3 of the present invention, a super absorbent polymer having excellent morphology was obtained due to very high uniformity in circularity and particle size distribution. On the other hand, in Comparative Example 3 using the conventional polymerization method, as shown in FIG. 6, it was impossible to measure the average particle diameter, circularity, and coefficient of variation due to the irregular shape and non-uniform particle state.

보수능 및 가압 흡수능 물성 측면에 있어서, 표면 가교 전의 비교예 3과 실시예 3을 비교하면, 실시예 3이 내부 가교제를 더 적게 사용하였음에도 불구하고 오히려 가압 흡수능이 더 높아 높은 겔 강도를 가지는 것으로 나타났다.In terms of water holding capacity and pressure absorption capacity, when comparing Comparative Example 3 and Example 3 before surface crosslinking, it was found that Example 3 had higher absorption capacity under pressure and high gel strength despite using less internal crosslinking agent. .

동일한 모노머 조성물을 사용한 실시예 1과 비교예 3을 비교하면, 실시예 1은 표면 가교를 하지 않았음에도, 용액 중합법에 의해 중합하고 표면 가교를 수행한 비교예 3과 유사한 보수능 및 가압 흡수능을 달성할 수 있음을 알 수 있다. Comparing Example 1 and Comparative Example 3 using the same monomer composition, Example 1 exhibited similar water holding capacity and pressure absorption capacity as Comparative Example 3, which was polymerized by a solution polymerization method and subjected to surface crosslinking, even though surface crosslinking was not performed. You can see

Claims (11)

산성기를 가지며 상기 산성기의 적어도 일부가 중화된 아크릴산계 단량체를 포함하는 모노머 조성물을 제조하는 단계;
상기 모노머 조성물에 진동(vibration)을 가하여 액적(droplet)을 생성하는 단계;
상기 모노머 조성물의 액적을 오일상(oil phase)으로 침강시키면서 중합하여 함수겔상 중합체를 형성하는 단계; 및
상기 함수겔상 중합체를 건조하여 평균 입경(d50)이 100 내지 900㎛인 구형상의 고흡수성 수지를 형성하는 단계;
를 포함하는 고흡수성 수지의 제조방법으로서,
상기 모노머 조성물의 액적의 침강 속도는 0.02 내지 50 cm/sec이고,
상기 오일은 25℃에서 0.01 내지 4.8 g/cm·sec의 점성 계수를 갖는, 고흡수성 수지의 제조방법.
Preparing a monomer composition comprising an acrylic acid-based monomer having an acidic group and at least a part of the acidic group is neutralized;
Generating droplets by applying vibration to the monomer composition;
Polymerizing the droplets of the monomer composition while sedimenting them into an oil phase to form a hydrogel polymer; And
Drying the hydrogel polymer to form a spherical superabsorbent polymer having an average particle diameter (d50) of 100 to 900 μm;
As a method for producing a super absorbent polymer comprising a,
The sedimentation rate of the droplets of the monomer composition is 0.02 to 50 cm/sec,
The oil has a viscosity coefficient of 0.01 to 4.8 g/cm·sec at 25° C., a method for producing a super absorbent polymer.
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 오일은 실리콘 오일, 미네랄 오일, 및 탄소수 10개 이상의 지방족 탄화수소로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는, 고흡수성 수지의 제조방법.
The method of claim 1, wherein the oil comprises at least one selected from the group consisting of silicone oil, mineral oil, and aliphatic hydrocarbons having 10 or more carbon atoms.
제1항에 있어서, 상기 모노머 조성물의 액적을 오일상(oil phase)으로 침강시키면서 중합하여 함수겔상 중합체를 형성하는 단계는,
광중합과 열중합을 먼저 수행하고, 추후 열중합을 수행하는 단계로 이루어지는, 고흡수성 수지의 제조방법.
The method of claim 1, wherein the step of polymerizing while sedimenting droplets of the monomer composition into an oil phase to form a hydrogel polymer,
A method for producing a super absorbent polymer, comprising the steps of first performing photopolymerization and thermal polymerization, and then performing thermal polymerization.
제1항에 있어서, 상기 모노머 조성물의 액적을 생성하는 단계는, 멀티노즐(multinozzle)을 통하여 상기 모노머 조성물을 분사하여 수행되는, 고흡수성 수지의 제조방법.
The method of claim 1, wherein the step of generating the droplets of the monomer composition is performed by spraying the monomer composition through a multinozzle.
제6항에 있어서, 상기 모노머 조성물의 분사 속도는, 각 노즐 당 1 내지 25 mL/min인, 고흡수성 수지의 제조방법.
The method of claim 6, wherein the spraying speed of the monomer composition is 1 to 25 mL/min per nozzle.
제1항에 있어서, 상기 모노머 조성물에 가하는 진동(vibration)의 주파수는 40 내지 3,000 Hz인, 고흡수성 수지의 제조방법.
The method of claim 1, wherein the frequency of vibration applied to the monomer composition is 40 to 3,000 Hz.
제1항에 있어서, 상기 고흡수성 수지의 원형도는 0.8 내지 1인, 고흡수성 수지의 제조방법.
The method of claim 1, wherein the superabsorbent polymer has a circularity of 0.8 to 1.
제1항에 있어서, 상기 고흡수성 수지의 입경의 변동 계수(coefficient of variation, C.V.)는 10% 이하인, 고흡수성 수지의 제조방법.
The method of claim 1, wherein the coefficient of variation (CV) of the particle diameter of the super absorbent polymer is 10% or less.
제1항에 있어서, 상기 모노머 조성물의 액적을 오일상으로 침강시키면서 중합하여 함수겔상 중합체를 형성하는 단계 이후에,
상기 함수겔상 중합체로부터 오일을 분리하는 단계를 더 포함하는, 고흡수성 수지의 제조방법.
According to claim 1, After the step of polymerizing while sedimenting the droplets of the monomer composition into an oil phase to form a hydrogel polymer,
A method for producing a super absorbent polymer, further comprising the step of separating the oil from the hydrogel polymer.
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