KR102438035B1 - Preparation method of super absorbent polymer with improved moisture content and additive water control system for the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 진동자 홀 방식으로 최적화된 크기의 균일한 액적을 형성하여 가수함으로써, 반응기 내부 뭉침이나 고흡수성 수지의 덩어리 형성을 최소화하며 함수율이 향상된 고흡수성 수지를 효과적으로 제조하는 방법 및 고흡수성 수지의 함수율 증대를 위한 가수 시스템을 제공한다.The present invention provides a method for effectively manufacturing a superabsorbent polymer with an improved water content and a method for effectively producing a superabsorbent polymer with an improved water content and minimizing agglomeration or agglomeration of the superabsorbent polymer in the reactor by forming uniform droplets of an optimized size by the vibrator hole method and adding water to the superabsorbent polymer A singer system for augmentation is provided.

Description

함수율이 향상된 고흡수성 수지의 제조 방법 및 가수 시스템 {PREPARATION METHOD OF SUPER ABSORBENT POLYMER WITH IMPROVED MOISTURE CONTENT AND ADDITIVE WATER CONTROL SYSTEM FOR THE SAME}Method for manufacturing superabsorbent polymer with improved moisture content and watering system

본 발명은 함수율이 향상된 고흡수성 수지의 제조 방법 및 고흡수성 수지의 함수율 증대를 위한 가수 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a superabsorbent polymer with improved water content, and to a watering system for increasing the water content of the superabsorbent polymer.

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 어린이/성인용 종이기저귀나 여성용 생리대 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 water 500 to 1,000 times its own weight. Material), etc., are named differently. In addition to hygiene products such as paper diapers for children/adults and women's sanitary napkins, the superabsorbent polymer as described above is used as a soil repair agent for gardening, water-repellent material for civil engineering and construction, a sheet for seedlings, a freshness maintenance agent in the food distribution field, and as a material for poultice. It is widely used.

이러한 고흡수성 수지를 생산하는 방식은 다양하나, 열 혹은 광가교 방식의 중합 과정을 거친 후 수지에 포함된 물을 증발시키고, 적절한 크기로 분쇄한 후, 100 oC 내지 200 oC의 온도에서 표면 가교 과정을 거치게 된다. 반복되는 고온의 공정에서 중합된 수지의 수분은 약 0.2% 내지 약 0.3% 수준으로 감소하게 되는데 이 경우, 제품 가공 시 미분이 발생하여 공정 편의성이 저하되는 문제점이 발생한다There are various methods of producing such a superabsorbent polymer, but after a polymerization process of heat or light crosslinking, the water contained in the resin is evaporated, and after pulverizing to an appropriate size, the surface at a temperature of 100 o C to 200 o C going through a cross-linking process. In the repeated high-temperature process, the moisture of the polymerized resin is reduced to a level of about 0.2% to about 0.3%.

특히, 중합된 고흡수성 수지는 건조/분쇄 과정을 거쳐 함수율이 낮아 취급 과정에서 미세 입자가 쉽게 날려 공정상 다루기 어려운 점이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 가수를 통한 함수율 향상이 필요하다. 일반적으로 큰 물방울로 가수를 할 경우 고흡수성 수지 입자들이 덩어리져 응집체(coarse)가 형성되는 불량이 발생하게 되고, 너무 미세한 물방울이 있을 경우 라인의 벽면에 미세 고흡수성 수지 입자들이 들러붙어 마찬가지로 럼프(lump)와 같은 덩어리가 형성되는 문제점이 있다. In particular, the polymerized superabsorbent polymer has a low moisture content through drying/pulverization, so fine particles are easily blown away during handling, making it difficult to handle. In order to solve this problem, it is necessary to improve the moisture content through the water adder. In general, when water is added with large water droplets, the superabsorbent polymer particles agglomerate and a coarse is formed. There is a problem in that lumps such as lumps are formed.

따라서, 고흡수성 수지 입자의 응집 및 럼프(lump) 형성 없이 균일하게 함수가 가능하여, 가공성 및 물성이 모두 우수한 고흡수성 수지 및 이의 제조 방법에 대한 기술의 개발이 요구되고 있는 실정이다. Accordingly, there is a demand for the development of a technology for a super absorbent polymer, a superabsorbent polymer having excellent processability and physical properties, and a method for manufacturing the same, since it is possible to uniformly function without agglomeration and lump formation of the superabsorbent polymer particles.

본 발명은, 진동자 홀 방식으로 최적화된 크기의 균일한 물방울을 형성하여 가수함으로써 함수율이 향상된 고흡수성 수지를 제조하는 방법을 제공하고자 한다. An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a superabsorbent polymer with improved water content by forming uniform water droplets of an optimized size using a vibrator hole method and adding water.

본 발명은 또한, 고흡수성 수지의 함수율 증대를 위한 진동자 홀 방식의 가수 시스템을 제공하고자 한다. Another object of the present invention is to provide an oscillator hole-type singer system for increasing the moisture content of the superabsorbent polymer.

본 발명은, 고흡수성 수지 입자에 진동자 홀 방식의 가수 시스템으로 액적을 적가하는 단계를 포함하는, 고흡수성 수지의 제조 방법을 제공한다. The present invention provides a method for producing a superabsorbent polymer, comprising the step of dropwise adding droplets to superabsorbent polymer particles using an oscillator hole-type water system.

본 발명은 또한, 액적 형성을 위한 진동자 하나 이상을 포함하는 액체 공급부; 및 상기 액체 공급부 하단에 배치되며, 직경 10 ㎛ 내지 4000 ㎛의 홀(hole)이 둘 이상 구비된 액적 분사용 플레이트;를 포함하는, 고흡수성 수지 제조용 가수 시스템을 제공하고자 한다. The present invention also provides a liquid supply unit including at least one vibrator for forming droplets; and a droplet injection plate having two or more holes having a diameter of 10 μm to 4000 μm, which is disposed at the lower end of the liquid supply unit.

본 발명에서, 제1, 제2, 제3 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는 데 사용되며, 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.In the present invention, terms such as first, second, third, etc. are used to describe various components, and the terms are used only for the purpose of distinguishing one component from other components.

본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 예시적인 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도는 아니다. The terminology used herein is used to describe exemplary embodiments only, and is not intended to limit the present invention.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise.

본 명세서에서, "포함하다", "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 구성 요소 또는 이들을 조합을 설명하기 위한 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 구성 요소, 이들의 조합 또는 부가 가능성을 배제하는 것은 아니다. In this specification, terms such as "comprises", "comprising" or "having" are intended to describe embodied features, numbers, steps, components, or combinations thereof, and include one or more other features, numbers, or steps. , components, combinations or additions thereof are not excluded.

또한 본 명세서에 있어서, 각 층 또는 요소가 각 층들 또는 요소들의 "상에" 또는 "위에” 형성되는 것으로 언급되는 경우에는 각 층 또는 요소가 직접 각 층들 또는 요소들의 위에 형성되는 것을 의미하거나, 다른 층 또는 요소가 각 층 사이, 대상체, 기재 상에 추가적으로 형성될 수 있음을 의미한다.Also in this specification, when it is said that each layer or element is formed "on" or "over" each layer or element, it means that each layer or element is formed directly on each layer or element, or other It means that a layer or element may additionally be formed between each layer, on the object, on the substrate.

참고로, 본 명세서에서 "중량부 (part by weight)"란 어떤 물질의 중량을 기준으로 나머지 물질의 중량을 비로 나타낸 상대적인 개념을 의미한다. 예를 들어, A 물질의 중량이 50 g이고, B 물질의 중량이 20 g이고, C 물질의 중량이 30 g으로 포함된 혼합물에서, A 물질 100 중량부 기준 B 물질 및 C 물질의 양은 각각 40 중량부 및 60 중량부인 것이다.For reference, in the present specification, "part by weight" means a relative concept in which the weight of the other material is expressed as a ratio based on the weight of a certain material. For example, in a mixture in which the weight of material A is 50 g, material B is 20 g, and material C is 30 g, the amounts of material B and material C are each 40 parts by weight based on 100 parts by weight of material A parts by weight and 60 parts by weight.

한편, "중량% (% by weight)" 란 전체의 중량 중 어떤 물질의 중량의 중량을 백분율로 나타낸 절대적인 개념을 의미한다. 상기 예로 든 혼합물에서, 혼합물 전체 중량 100 % 중 A 물질, B 물질, 및 C 물질의 함량은 각각 50 중량%, 20 중량%, 30 중량%인 것이다.Meanwhile, “% by weight” means an absolute concept in which the weight of a certain material is expressed as a percentage among the total weight. In the mixture exemplified above, the content of material A, material B, and material C in 100% of the total weight of the mixture is 50% by weight, 20% by weight, and 30% by weight, respectively.

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 형태로 한정하는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Since the present invention may have various modifications and various forms, specific embodiments will be illustrated and described in detail below. However, this is not intended to limit the present invention to the specific disclosed form, and should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

이하, 본 발명에 따른 함수율이 향상된 고흡수성 수지의 제조 방법 및 고흡수성 수지의 함수율 증대를 위한 가수 시스템을 상세하게 설명한다.Hereinafter, a method for producing a superabsorbent polymer having an improved water content according to the present invention and a watering system for increasing the water content of the superabsorbent polymer will be described in detail.

<고흡수성 수지의 제조 방법><Method for producing super absorbent polymer>

본 발명의 일 측면에 따르면, 고흡수성 수지 입자에 진동자 홀 방식의 가수 시스템으로 액적을 적가하는 단계를 포함하는, 고흡수성 수지의 제조 방법이 제공된다. According to one aspect of the present invention, there is provided a method for producing a superabsorbent polymer, comprising the step of dropwise adding droplets to the superabsorbent polymer particles using an oscillator hole-type water system.

본 발명의 명세서에 사용되는 용어 "중합체", 또는 "고분자"는 수용성 에틸렌계 불포화 단량체가 중합된 상태인 것을 의미하며, 모든 수분 함량 범위 또는 입경 범위를 포괄할 수 있다. 상기 중합체 중, 중합 후 건조 전 상태의 것으로 함수율(수분 함량)이 약 40 중량% 이상의 중합체를 함수겔 중합체로 지칭할 수 있고, 이러한 함수겔 중합체가 건조 및 분쇄된 입자를 가교 중합체로 지칭할 수 있다.As used herein, the term “polymer” or “polymer” refers to a polymerized state of a water-soluble ethylenically unsaturated monomer, and may cover all water content ranges or particle diameter ranges. Among the above polymers, a polymer having a water content (moisture content) of about 40% by weight or more in a state before drying after polymerization may be referred to as a hydrogel polymer, and particles obtained by drying and pulverizing the hydrogel polymer may be referred to as a crosslinked polymer. have.

또한, "베이스 수지"는 수용성 에틸렌계 불포화 단량체가 중합된 중합체를 건조 및 분쇄하여 분말(powder) 형태로 만든 것으로, 상기 수용성 에틸렌계 불포화 단량체가 중합되고 내부가교제에 의해 가교된 가교중합체 입자(particle)들의 집합체를 의미한다. 즉, 상기 베이스 수지는 후술하는 표면 개질 또는 표면 가교 단계를 수행하지 않은 상태의 가교중합체 입자들로 이루어진 분말 형태를 일컫는다. 이에 따라, "베이스 수지의 표면을 가교한다"는 것은 베이스 수지를 이루고 있는 가교중합체 입자 각각의 표면을 가교한다는 것을 의미한다.In addition, the "base resin" is a polymer obtained by drying and pulverizing a polymer in which a water-soluble ethylenically unsaturated monomer is polymerized to form a powder, wherein the water-soluble ethylenically unsaturated monomer is polymerized and crosslinked by an internal crosslinking agent. ) is a collection of That is, the base resin refers to a powder form made of cross-linked polymer particles in a state in which the surface modification or surface cross-linking step to be described later is not performed. Accordingly, "crosslinking the surface of the base resin" means crosslinking the surface of each of the crosslinked polymer particles constituting the base resin.

또한, "고흡수성 수지"는 문맥에 따라 상기 중합체 또는 베이스 수지 자체를 의미하거나, 또는 상기 중합체나 상기 베이스 수지에 대해 추가의 공정, 예를 들어 표면 가교, 미분 재조립, 건조, 분쇄, 분급 등을 거쳐 제품화에 적합한 상태로 한 것을 모두 포괄하는 것으로 사용된다.In addition, "super absorbent polymer" means the polymer or the base resin itself, depending on the context, or an additional process for the polymer or the base resin, such as surface crosslinking, fine powder reassembly, drying, grinding, classification, etc. It is used to encompass all of the products that have undergone the process and are in a state suitable for commercialization.

본 발명자들의 계속적인 실험 결과, 물방울 크기를 조절할 수 있는 진동방식의 가수 시스템을 기존의 노즐 방식에서 홀 방식으로 사용할 수 있도록 제작하고 최적화된 크기의 균일한 액적을 형성함으로써, 반응기 내부 뭉침이나 고흡수성 수지의 덩어리 형성을 최소화하며 가공성이 저하됨 없이 높은 함수율을 갖는 고흡수성 수지를 제조 및 제공될 수 있음을 확인하고 발명을 완성하였다. As a result of continuous experiments by the present inventors, a vibration-type water system capable of controlling the size of water droplets was manufactured to be used in a hole method in the conventional nozzle method, and uniform droplets of an optimized size were formed, thereby preventing agglomeration or high absorption in the reactor. The invention was completed after confirming that a superabsorbent polymer resin having a high moisture content can be manufactured and provided by minimizing the formation of agglomerates of the resin and reducing processability.

본 발명에 따른 함수율이 향상된 고흡수성 수지의 제조 방법은, 후술되는 바와 같은 진동자 홀 방식의 가수 시스템으로 액적을 적가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. The method for producing a superabsorbent polymer with improved water content according to the present invention is characterized in that it includes the step of dropwise adding droplets to an oscillator hole-type water system as will be described later.

본 발명에서, 상기 가수시스템은 균일 액적을 제조하기 위한 진동자 하나 이상을 포함하는 액체 공급부와 물이 분사되어 나가는 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 한다. In the present invention, the watering system is characterized in that it includes a liquid supply unit including one or more vibrators for producing uniform droplets and a plate to which water is ejected.

구체적으로, 상기 가수 시스템은 액적 형성을 위한 진동자 하나 이상을 포함하는 액체 공급부, 및 상기 액체 공급부 하단에 배치되며, 직경 10 ㎛ 내지 4000 ㎛의 홀(hole)이 둘 이상 구비된 액적 분사용 플레이트를 포함하는 것이다. Specifically, the water system includes a liquid supply unit including one or more vibrators for forming droplets, and a droplet injection plate disposed at the lower end of the liquid supply unit and provided with two or more holes having a diameter of 10 μm to 4000 μm. will include

상기 액체 분사용 플레이트는 사용하고자하는 총 유량에 맞추어 홀을 가공할 수 있다. 일예로, 홀의 직경에 따라 홀 당 형성할 수 있는 유량 범위를 설정할 수 있으며, 가수량을 증가시키기 위하여 홀의 개수를 증가시킬 수 있다. 상기 가수 시스템에서 구체적인 홀의 개수와 진동자 구성 및 액체 공급부와 플레이트 구성은 후술되는 바와 같다. The liquid injection plate may have a hole in it according to the total flow rate to be used. For example, the flow rate range that can be formed per hole may be set according to the diameter of the hole, and the number of holes may be increased in order to increase the amount of water. The specific number of holes and the configuration of the vibrator in the singer system, and the configuration of the liquid supply unit and the plate will be described later.

본 발명에서, 상기 고흡수성 수지 입자의 총중량 100 중량부 대비 가수하는 물의 무게 비율을 0.1 중량부 내지 50 중량부, 또는 0.5 중량부 내지 45 중량부, 또는 1 중량부 내지 40 중량부일 수 있다. 다만, 함수율 증가 측면에서 상기 가수 무게 비율은 1.5 중량부 내지 30 중량부인 것이 바람직하다.In the present invention, the weight ratio of water to be hydrolyzed relative to 100 parts by weight of the total weight of the superabsorbent polymer particles may be 0.1 parts by weight to 50 parts by weight, or 0.5 parts by weight to 45 parts by weight, or 1 part by weight to 40 parts by weight. However, in terms of increasing the moisture content, the valence weight ratio is preferably 1.5 to 30 parts by weight.

특히, 상기 고흡수성 수지 입자에 대해 가수하는 물의 무게 비율이 상기 범위보다 적으면 함수율 증가 효과를 기대할 수 없으며, 공정 과정에서 미분이 많이 발생하여 바람직하지 않다. 또, 상기 고흡수성 수지 입자에 가수하는 물의 무게 비율이 상기 범위보다 많으면, 수지 표면의 점도(stickiness)가 증가하며, 고흡수성 수지 입자 간의 비가역적 응집(irreversible agglomeration)이 발생하게 되어 수지의 가공성이 떨어짐과 동시에 입도가 변하게 되어 제품으로 사용하기 어려운 문제가 발생될 수 있다.In particular, if the weight ratio of water added to the superabsorbent polymer particles is less than the above range, an effect of increasing the water content cannot be expected, and a large amount of fine powder is generated during the process, which is not preferable. In addition, when the weight ratio of water added to the superabsorbent polymer particles is greater than the above range, the viscosity of the resin surface increases and irreversible agglomeration occurs between the superabsorbent polymer particles, so that the processability of the resin is improved. As it falls, the particle size changes, which may cause a problem that it is difficult to use as a product.

본 발명에 따르면, 물방울 크기를 효과적으로 조절할 수 있는 진동자 홀 방식의 가수 시스템으로 최적화된 크기의 균일한 액적을 형성함으로써, 반응기 내부 뭉침이나 고흡수성 수지의 덩어리 형성을 최소화하며 가공성 저하 없이, 약 0.5 중량% 이상 또는 약 0.5 중량% 내지 약 10 중량%, 혹은 약 1 중량% 이상 또는 약 1 중량% 내지 약 10 중량%, 또는 약 1 중량% 내지 약 5 중량%의 높은 함수율을 갖는 고흡수성 수지를 효과적으로 제조할 수 있다. According to the present invention, by forming uniform droplets of an optimized size with an oscillator hole-type water system that can effectively control the size of droplets, agglomeration in the reactor or formation of agglomerates of superabsorbent resin is minimized and processability is reduced by about 0.5 weight % or more, or about 0.5% to about 10% by weight, or about 1% by weight or more, or about 1% to about 10% by weight, or about 1% to about 5% by weight of a superabsorbent polymer having a high moisture content effectively can be manufactured.

한편, 고흡수성 수지의 제조공정에서 물은 중합 매체이며, 표면 가교 과정에서 가교액의 분산을 용이하게 하는 등 다양하게 사용된다. 또한, 최종 제품의 잔류 수분은 수지에 대한 정전기 방지제 및 가소제의 역할을 하여, 응용 공정에서 아주 작은 고흡수성 수지 미립자(dust) 형성을 억제하고 고흡수성 수지 입자의 분쇄를 방지한다. 그러나, 일반적으로 고흡수성 수지에 소량이라 할지라도 물을 첨가 시, 표면에 흡수된 물에 의하여 수지 표면의 점도(stickiness)가 증가하며, 고흡수성 수지 입자간의 비가역적 응집(irreversible agglomeration)이 발생하게 된다. On the other hand, in the manufacturing process of the superabsorbent polymer, water is a polymerization medium and is used in various ways, such as to facilitate dispersion of the crosslinking solution in the surface crosslinking process. In addition, the residual moisture in the final product acts as an antistatic agent and plasticizer for the resin, suppressing the formation of very small superabsorbent polymer dust in the application process and preventing the pulverization of the superabsorbent polymer particle. However, in general, when water is added even in a small amount to the superabsorbent polymer, the stickiness of the resin surface increases due to the water absorbed on the surface, and irreversible agglomeration between the superabsorbent polymer particles occurs. do.

이러한 점도 증가와 응집은, 제조 및 응용 공정에서의 부하 증가 등 가공성 (processability)을 감소시키며, 결과적으로 고흡수성 수지의 입도 증가, 물성 감소 및 생산성의 저하를 유발하게 된다. Such an increase in viscosity and agglomeration reduces processability, such as an increase in load in manufacturing and application processes, and consequently causes an increase in the particle size of the superabsorbent polymer, a decrease in physical properties, and a decrease in productivity.

본 발명에서는 고흡수성 수지에 최적화된 크기의 균일한 물방울들로 첨가하여 함수율을 높임으로써, 물이 가소제의 역할을 하여 고흡수성 수지의 물리적 손상을 최소화시키며 고함수율과 고가공성을 동시에 만족하게 함으로써, 고흡수성 수지에 물을 투입할 때 뭉침(caking)현상 없이 균일하게 함수가 가능하게 된다. 따라서, 이렇게 제조된 고흡수성 수지가 기저귀 등 최종 제품에 적용될 경우, 예를 들어 기저귀 생산 공정 중 압착이나 강한 공기 이송에 따른 고흡수성 수지의 물리적 파쇄로 인한 물성의 저하를 최소화할 수 있는 장점을 갖는다.In the present invention, the water content is increased by adding water droplets of a size optimized to the superabsorbent polymer to the superabsorbent polymer, thereby minimizing physical damage to the superabsorbent polymer and satisfying high water content and high processability at the same time. When water is added to the superabsorbent polymer, it becomes possible to function uniformly without caking. Therefore, when the superabsorbent polymer prepared in this way is applied to final products such as diapers, it has the advantage of minimizing deterioration of physical properties due to, for example, physical crushing of the superabsorbent polymer due to compression or strong air transport during the diaper production process. .

상기 고흡수성 수지는, 적어도 일부가 중화된 산성기를 갖는 수용성 에틸렌계 불포화 단량체의 제1 가교 중합체를 포함하는 베이스 수지 분말; 및 상기 베이스 수지 분말 상에 형성되어 있고, 상기 제1 가교 중합체가 표면 가교제를 매개로 추가 가교된 제2 가교 중합체를 포함한 표면 가교층을 포함한다. The superabsorbent polymer may include a base resin powder comprising a first crosslinked polymer of a water-soluble ethylenically unsaturated monomer having at least a partially neutralized acidic group; and a surface crosslinking layer formed on the base resin powder and including a second crosslinked polymer in which the first crosslinked polymer is further crosslinked through a surface crosslinking agent.

상기 고흡수성 수지 입자의 크기는 10 마이크로미터(micormeters, ㎛) 내지 850 (micormeters, ㎛), 또는 10 ㎛ 내지 850 ㎛, 또는 50 내지 850 ㎛이다. The size of the superabsorbent polymer particles is 10 micrometers (micrometers, μm) to 850 (micormeters, μm), or 10 μm to 850 μm, or 50 to 850 μm.

한편, 본 발명은 적어도 일부가 중화된 산성기를 갖는 수용성 에틸렌계 불포화 단량체, 캡슐화된 발포제, 무기 발포제, 음이온계 계면 활성제, 및 중합 개시제를 포함하는 단량체 조성물을 열 중합 또는 광 중합하여 함수겔상 중합체를 형성하는 단계; 상기 함수겔 중합체를 건조하는 단계; 상기 건조된 중합체를 분쇄하는 단계; 및 상기 분쇄된 중합체를 표면 가교 반응하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. On the other hand, the present invention is a water-soluble ethylenically unsaturated monomer having an acidic group at least partially neutralized, an encapsulated foaming agent, an inorganic foaming agent, an anionic surfactant, and a monomer composition comprising a polymerization initiator by thermal polymerization or photopolymerization to obtain a hydrogel polymer. forming; drying the hydrogel polymer; pulverizing the dried polymer; and subjecting the pulverized polymer to a surface crosslinking reaction.

상술한 제조방법에 따라 수득된 고흡수성 수지는 보수능과 가압 흡수능 등의 흡수 성능이 우수하게 유지되며, 보다 향상된 통액성 및 흡수속도 등을 충족하여, 일 구현예의 제반 물성을 충족할 수 있으며, 기저귀 등 위생재, 특히, 펄프의 함량이 감소된 초박형 위생재 등을 적절하게 사용될 수 있다.The superabsorbent polymer obtained according to the above-mentioned manufacturing method maintains excellent absorption performance such as water holding capacity and absorbency under pressure, and satisfies improved liquid permeability and absorption rate, etc., thereby satisfying all physical properties of one embodiment, Sanitary materials such as diapers, in particular, an ultra-thin hygiene material having a reduced pulp content may be suitably used.

<고흡수성 수지 제조용 가수 시스템><Singer system for manufacturing superabsorbent polymer>

본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 고흡수성 수지의 함수율 증대를 위한 가수 시스템이 제공된다. According to another aspect of the present invention, there is provided a watering system for increasing the moisture content of the super absorbent polymer.

본 발명자들의 계속적인 실험 결과, 고흡수성 수지의 함수율 증대를 위하여 기존의 노즐 방식이 아닌 홀 방식을 적용하여 균일한 물방울 크기를 효과적으로 조절할 수 있는 진동 방식의 가수 시스템을 적용함으로써, 반응기 내부 뭉침이나 고흡수성 수지의 덩어리 형성을 최소화하며 가공성이 저하됨 없이 높은 함수율을 갖는 고흡수성 수지를 제조 및 제공될 수 있음을 확인하고 발명을 완성하였다. As a result of continuous experiments of the present inventors, by applying the hole method, not the conventional nozzle method, to increase the moisture content of the superabsorbent polymer, a vibration-type hydrous system that can effectively control the uniform droplet size is applied, thereby preventing agglomeration or high water content in the reactor. The invention was completed after confirming that a superabsorbent polymer resin having a high water content can be manufactured and provided while minimizing the formation of agglomerates of the water absorbent resin and reducing processability.

구체적으로, 본 발명에 따르면, 액적 형성을 위한 진동자 하나 이상을 포함하는 액체 공급부; 및 상기 액체 공급부 하단에 배치되며, 직경 10 ㎛ 내지 4000 ㎛의 홀(hole)이 둘 이상 구비된 액적 분사용 플레이트;를 포함하는, 고흡수성 수지 제조용 가수 시스템이 제공된다. Specifically, according to the present invention, the liquid supply unit including at least one vibrator for forming droplets; and a droplet injection plate disposed at the lower end of the liquid supply unit and provided with two or more holes having a diameter of 10 μm to 4000 μm.

본 발명에서, 상기 가수시스템은 고흡수성 수지의 함수율 증대를 위한 고흡수성 수지 입자에 효과적으로 액적을 적가하기 위한 장치를 지칭한다. In the present invention, the watering system refers to a device for effectively adding droplets to the superabsorbent polymer particles for increasing the moisture content of the superabsorbent polymer.

특히, 상기 가수시스템은 가수시스템은 균일 액적을 제조하기 위한 진동자 하나 이상을 포함하는 액체 공급부와 물이 분사되어 나가는 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 한다. In particular, the watering system is characterized in that it includes a liquid supply unit including one or more vibrators for producing uniform droplets, and a plate through which water is ejected.

일예로, 상기 가수 시스템은 액체 공급부와 액적 분사용 플레이트가 일체화된 형태로 이루어진 것일 수 있다. 예컨대, 상기 액체 공급부의 하단부에 액적 분사용 플레이트를 적용하여 일체화되 형태의 장치로 구성할 수 있다. For example, the singer system may be formed in a form in which the liquid supply unit and the droplet injection plate are integrated. For example, it may be configured as an integrated device by applying a droplet injection plate to the lower end of the liquid supply unit.

또 다른 일예로, 상기 가수 시스템은 상기 액체 공급부와 액적 분사용 플레이트가 별개 장치 형태로 이루어진 것일 수 있다. 예컨대, 상기 액체 공급부와 액적 분사용 플레이트가 서로 연결되어 구성되거나 일체화된 형태가 아닌 분리된 형태의 개별 장치로 구성할 수 있다. 이 경우에, 액적 분사용 플레이트의 탈착 및 교체가 가능하여, 유량 확장이 용이하며 또한 오염 발생 시 세척이 용이한 장점이 있다. As another example, in the singer system, the liquid supply unit and the droplet injection plate may be formed as separate devices. For example, the liquid supply unit and the droplet injection plate may be connected to each other or configured as separate devices rather than an integrated type. In this case, since it is possible to detach and replace the droplet injection plate, flow rate expansion is easy, and cleaning is easy when contamination occurs.

예컨대, 상기 가수시스템은 도 1에 나타낸 바와 같이, 균일 액적을 제조하기 위한 하나 이상의 진동자(1)가 포함된 액체 공급부에 해당하는 물탱크(2)와 액적 분사용 홀 플레이트(3)를 포함하는 것일 수 있다. 여기서, 상기 진동자(1)는 액체 공급용 물탱크(2)에 별도의 연결부(4)로 결합된 형태로 이뤄질 수 있다. For example, as shown in FIG. 1, the water system includes a water tank 2 corresponding to a liquid supply unit including one or more vibrators 1 for producing uniform droplets and a hole plate 3 for spraying droplets. it could be Here, the vibrator 1 may be coupled to the water tank 2 for liquid supply through a separate connection part 4 .

또한, 상기 액체 분사용 플레이트는 사용하고자하는 총 유량에 맞추어 홀을 가공할 수 있다. 일예로, 홀의 직경에 따라 홀 당 형성할 수 있는 유량 범위가 설정할 수 있으며, 가수량을 증가시키기 위하여 홀의 개수를 증가시킬 수 있다. In addition, the liquid injection plate can be processed according to the total flow rate to be used. For example, a flow rate range that can be formed per hole may be set according to the diameter of the hole, and the number of holes may be increased in order to increase the amount of water.

구체적으로, 상기 플레이트에서 홀의 직경은 10 ㎛ 내지 4000 ㎛, 또는 10 ㎛ 내지 2000 ㎛, 또는 15 ㎛ 내지 1500 ㎛, 또는 20 ㎛ 내지 1000 ㎛일 수 있다. 다만, 함수율을 증가시키는 측면에서 적절한, 상기 홀의 직경은 20 ㎛ 내지 500 ㎛인 것이 바람직하다. Specifically, the diameter of the hole in the plate may be 10 μm to 4000 μm, or 10 μm to 2000 μm, or 15 μm to 1500 μm, or 20 μm to 1000 μm. However, it is preferable that the diameter of the hole is 20 μm to 500 μm, which is appropriate in terms of increasing the moisture content.

예컨대, 상기 액체 분사용 플레이트는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 상기 액적 분사용 홀 플레이트(3)에 포함된 둘 이상의 홀(3a)의 배치가, 상기 홀 사이의 간격(L)이 상기 홀의 직경(D)을 기준으로 구성될 수 있도록 할 수 있다.For example, in the liquid injection plate, as shown in FIG. 2 , the arrangement of two or more holes 3a included in the droplet injection hole plate 3 is determined such that the distance L between the holes is the diameter of the hole. It can be configured based on (D).

상기 플레이트에서 홀 사이의 간격(L)은 상술한 홀 직경 (D) 기준으로 약 5 배 이상, 약 5.2 배 이상, 또는 약 5.5 배 이상이 되도록 배치할수 있다. 상기 홀 사이의 간격(L)은 생성되는 액적의 크기를 고려하여 중첩 없이 액적 낙하를 유도하기 위하여 상술한 바와 같은 최소 거리를 유지할 수 있다. 이러한 홀 사이의 간격(L)의 상한값은 따로 한정되지는 않으나, 필요한 경우 약 100배 이하, 혹은 약 80 배 이하, 혹은 약 60 배 이하로 배치할 수 있다.The distance (L) between the holes in the plate may be arranged to be about 5 times or more, about 5.2 times or more, or about 5.5 times or more based on the aforementioned hole diameter (D). The distance L between the holes may maintain the minimum distance as described above in order to induce droplet fall without overlap in consideration of the size of the generated droplet. The upper limit of the distance L between the holes is not particularly limited, but may be arranged to be about 100 times or less, or about 80 times or less, or about 60 times or less, if necessary.

또, 상기 플레이트에서 홀의 개수는 전체 플레이트 면적 기준으로 1 m2 당 200 개 이상 또는 200 개 내지 50X106 개, 혹은 400 개 이상 또는 400 개 내지 25X106 개, 혹은 2X105 개 이상 또는 2X105 개 내지 20X106 개일 수 있다.In addition, the number of holes in the plate is 200 or more, or 200 to 50X10 6 , or 400 or more, or 400 to 25X10 6 , or 2X10 5 or more, or 2X10 5 to 1 m 2 based on the total plate area It can be 20X10 6 pieces.

한편, 상기 가수 시스템에서, 상기 액체공급부는 진동자로부터 20 Hz 내지 8000 Hz의 진동수를 발생시켜 액적을 형성시킨다. 일예로, 상기 진동자로부터 발생하는 500 Hz 내지 5000 Hz, 또는 1000 Hz 내지 4000 Hz의 진동수를 흐르는 액체에 가할 수 있다. 다만, 함수율을 증가시키는 측면에서, 상기 진동수는 1500 Hz 내지 3500 Hz인 것이 바람직하다. Meanwhile, in the addition system, the liquid supply unit generates a frequency of 20 Hz to 8000 Hz from the vibrator to form droplets. For example, a frequency of 500 Hz to 5000 Hz, or 1000 Hz to 4000 Hz generated from the vibrator may be applied to the flowing liquid. However, in terms of increasing the moisture content, the frequency is preferably 1500 Hz to 3500 Hz.

구체적으로, 본 발명의 가수 시스템의 액체공급에서, 액적 생성 원리는 교류가 인가된 진동자에서 발생하는 특정 주파수의 진동을 특정 속도로 흐르는 유체에 전달하여 액적(drop)으로 바꾸는 것이다. 이는 초음파를 이용하여 미스트 발생 장비에 사용되는 메쉬 진동자들이, 정지되어 있는 액체 매질(mass)에 초음파 진동을 가하여 작은 액적이 발생하도록 하는 것과 달리, 흐르는 유체에 특정 주파수의 진동을 전달하는 것을 특징으로 한다. Specifically, in the liquid supply of the singer system of the present invention, the droplet generation principle is to transfer vibrations of a specific frequency generated in a vibrator to which an alternating current is applied to a fluid flowing at a specific speed to change them into droplets. This is different from the mesh vibrators used in mist generating equipment using ultrasonic waves to generate small droplets by applying ultrasonic vibrations to a stationary liquid mass, it is characterized by delivering vibrations of a specific frequency to the flowing fluid. do.

또, 상기 액체 공급부에서 액적 생성을 위하여 액체를 흘려주는 방식은 특별히 한정되어 있지 않으며, 도 1에 나타낸 바와 같은 액체 공급용 물탱크(2)에 연결된 연결부(4)가 액체를 흘려주는 부분이 될 수 있다. 액적 생성시 적용되는 흐르는 액체로 유입되는 액체의 속도도 특별히 한정되지 않으나, 정지된 상태가 아닌 0 m/s보다 큰 속도에서 적절한 범위를 선택하여 적용 가능하다. In addition, the method of flowing the liquid to generate droplets from the liquid supply part is not particularly limited, and the connection part 4 connected to the liquid supply water tank 2 as shown in FIG. 1 is a part through which the liquid flows. can The velocity of the liquid flowing into the flowing liquid applied during the droplet generation is also not particularly limited, but it is applicable by selecting an appropriate range from a velocity greater than 0 m/s, which is not in a stationary state.

또한, 상기 가수 시스템에서, 외부에서 공급되는 물의 하중을 지탱하여 다량의 물을 시스템 내에 안정적으로 담고, 물방울들을 균일하게 분사할 수 있도록 다수의 홀이 형성된 플레이트 두께를 설정하여 구성할 수 있다. 상기 플레이트의 두께는 0.1 mm 내지 20 mm, 또는 0.1 mm 내지 10 mm, 또는 0.1 mm 내지 8 mm일 수 있으며, 바람직하게는 0.2 mm 내지 5 mm일 수 있다.In addition, in the water system, it can be configured by setting the thickness of a plate in which a plurality of holes are formed so that a large amount of water can be stably contained in the system by supporting the load of water supplied from the outside, and water droplets can be uniformly sprayed. The thickness of the plate may be 0.1 mm to 20 mm, or 0.1 mm to 10 mm, or 0.1 mm to 8 mm, preferably 0.2 mm to 5 mm.

상기 액체 분사용 플레이트는 스텐레스스틸, 세라믹, 구리, 폴리카보네이트 및 폴리아크릴레이트로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상으로 제조된 것일 수 있다. 여기서, 세라믹은 점토 등 천연의 원료를 사용해서 만들어진 비금속 고체 재료이거나, 예컨대 알루미나(Al2O3) 또는 산화규소(SiO2)나 마그네시아(MgO) 등으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 여러 가지 재료가 포함된 비금속 고체 재료이다. 다만, 함수율을 증가시키는 측면에서, 상기 플레이트는 스테인레스스틸로 이뤄진 것이 바람직하다. The liquid injection plate may be made of one or more selected from the group consisting of stainless steel, ceramic, copper, polycarbonate, and polyacrylate. Here, the ceramic is a non-metal solid material made using natural raw materials such as clay, or, for example, one or more materials selected from the group consisting of alumina (Al 2 O 3 ), silicon oxide (SiO 2 ), magnesia (MgO), and the like. It is a non-metallic solid material containing However, in terms of increasing the moisture content, the plate is preferably made of stainless steel.

한편, 본 발명의 가수 시스템은, 상기 액적 분사용 홀 플레이트의 하단에 골격체를 추가로 구비하는 형태로 구성될 수 있다. 여기서, 상기 골격체는 홀 플레이트에 가해지는 하중을 보완하기 위하여 도입하는 구성 요소라고 할 수 있다. 상기 가수 시스템에서, 가수량이 높아져, 플레이트 내 홀 비율이 높아지고 유량이 높아지는 경우, 얇은 홀 플레이트가 물의 하중을 충분히 견딜 수 있도록 보강해주는 지지체이다. On the other hand, the singer system of the present invention may be configured in a form in which a skeleton is additionally provided at the lower end of the hole plate for droplet injection. Here, the skeleton can be said to be a component introduced to supplement the load applied to the hole plate. In the above water system, when the amount of water is increased, the hole ratio in the plate is increased and the flow rate is increased, the thin hole plate is a support for reinforcing enough to withstand the load of water.

또, 본 발명의 가수 시스템은, 상기 액체 공급부와 상기 액적 분사용 플레이트와의 사이, 및 상기 액적 분사용 플레이트와 상기 골결체와의 사이 중 적어도 하나 이상에, 가스켓 부품이나 완충재 부품을 추가로 포함할 수도 있다. In addition, the water supply system of the present invention further includes a gasket part or a cushioning material part in at least one of between the liquid supply unit and the droplet injection plate and between the droplet injection plate and the bone aggregate. You may.

또한, 상기 플레이트는 물이 분사되는 표면에 초발수 코팅 처리하여 가수 도중에 물이 플레이트(plate)로 스며들거나 젖어들거나 비산되는 물방울 또는 SAP 입자가 달라붙는 것을 방지할 수 있다. 일예로, 상기 플레이트에서 초발수 코팅층은, 물과의 접촉각이 100o 이상일 수 있으며, 바람직하게는 120o 이상, 더 바람직하게는 150o 이상일 수 있다. 또, 상기 초발수 코팅층은, 폴리프로필렌(polypropylene) 수지, 불소(fluoro) 수지(테프론, Teflon), 아크릴레이트 수지, 폴리우레탄 수지, 실리콘 소재, 실리콘 윤활제, 및 불소 윤활제로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것일 수 있다. 또, 상기 초발수 코팅층은, 실리카 등의 무기 입자, 바람직하게는 소수화도니 실리카 등을 추가로 포함할 수 있다. SAP에 의한 오염을 차단하기 위하여 상기 플레이트는 폴리프로필렌(polypropylene) 및 실리카로 초발수 코팅 처리되는 것이 바람직하다. In addition, the plate may be treated with a super water-repellent coating on the surface on which water is sprayed to prevent water droplets or SAP particles from adhering to the plate (plate) during the water soaking, wetness, or scattering. For example, the super water-repellent coating layer in the plate may have a contact angle with water of 100 o or more, preferably 120 o or more, more preferably 150 o or more. In addition, the super water-repellent coating layer is one selected from the group consisting of polypropylene resin, fluoro resin (Teflon, Teflon), acrylate resin, polyurethane resin, silicone material, silicone lubricant, and fluorine lubricant. It may include more than one. In addition, the super water-repellent coating layer may further include inorganic particles such as silica, preferably hydrophobized silica. In order to block contamination by SAP, it is preferable that the plate be treated with super water-repellent coating with polypropylene and silica.

일예로, 상기 초발수 코팅층의 두께는 0.01 mm 내지 5 mm, 또는 0.01 mm 내지 1 mm, 또는 0.01 mm 내지 0.5 mm일 수 있으며, 바람직하게는 0.02 mm 내지 0.1 mm일 수 있다.For example, the thickness of the super water-repellent coating layer may be 0.01 mm to 5 mm, or 0.01 mm to 1 mm, or 0.01 mm to 0.5 mm, preferably 0.02 mm to 0.1 mm.

한편, 상기 가수 시스템에서 형성되는 물방울 크기는 10 um 내지 8000 um일 수 있다. 일예로, 상기 물방울 크기는 100 um 내지 4000 um, 또는 200 um 내지 1000 um일 수 있다. 특히, 가수하는 물방울의 크기가 너무 작으면 반응기 내부의 기류(sweep air)에 따라 물방울들이 날려 반응기 벽에 붙게 되고 이 부분에 SAP 입자가 달라붙으며 럼프(lump) 및 덩어리가 만들어 질 수 있다. 일예로, 가수 장치 근접 기류의 평균 유속이 약 0.25 m/s인 경우, 300 um 이상의 물방울 크기가 바람직하다. 다만, 물방울의 크기가 너무 크면 물방울이 고흡수성 수지 입자에 떨어졌을때 물방울 주위로 입자들이 흡습하며 덩어리가 형성 될 수 있으므로, 1000 um 이하의 물방울 크기가 바람직하다. 여기서, 상기 물방울 크기는 액적의 직경에 해당하며, 구체적으로는 장축 직경을 지칭한다. 또, 상기 반응기 내부의 기류(sweep air)란 중합된 고온의 SAP을 식히기 위하여 장비 내부로 유입되고 배출되는 기류를 지칭한다. 기류 속도에 따라 안정하게 낙하할 수 있는 액적의 크기가 결정된다. 특히, 내부 기류가 빠르지 않게 조절하면 미분에 의한 럼프(lump) 발생 현상을 줄일 수도 있으나 이에 따른 고흡수성 수지의 제조 관련 전체 공정 효율이 저하될 수도 있다. On the other hand, the size of the water droplets formed in the water system may be 10 um to 8000 um. For example, the droplet size may be 100 um to 4000 um, or 200 um to 1000 um. In particular, if the size of the water droplet to be hydrolyzed is too small, the water droplet is blown up by the sweep air inside the reactor and adheres to the reactor wall, and SAP particles stick to this part, and lumps and lumps may be formed. For example, when the average flow velocity of the airflow near the water heater is about 0.25 m/s, a droplet size of 300 μm or more is desirable. However, if the size of the water droplet is too large, when the water droplet falls on the superabsorbent polymer particles, the particles absorb moisture around the water droplet and agglomerates may form, so a droplet size of 1000 μm or less is preferable. Here, the size of the droplet corresponds to the diameter of the droplet, and specifically refers to the diameter of the major axis. In addition, the airflow (sweep air) inside the reactor refers to an airflow introduced and discharged into the equipment to cool the high-temperature polymerized SAP. The size of the droplet that can fall stably is determined by the airflow velocity. In particular, if the internal airflow is not controlled quickly, the occurrence of lumps due to fine powder may be reduced, but the overall process efficiency related to the manufacture of the superabsorbent polymer may be reduced accordingly.

본 발명에 따르면, 중합 공정을 통해 생성된 고온의 고흡수성 수지 입자를 상기 가수 시스템의 하단에 배치하여, 상기 가수 시스템을 통해 고흡수성 수지 입자에 균일한 액적을 적가하여, 반응기 내부에 럼프(lump)와 고흡수성 수지 입자의 뭉침 현상이 발생하지 않으면서, 높은 함수율의 제품을 효과적으로 제조할수 있다. According to the present invention, the high-temperature superabsorbent polymer particles produced through the polymerization process are placed at the lower end of the hydrolysis system, and uniform droplets are added dropwise to the superabsorbent polymer particles through the hydrolysis system, thereby forming a lump inside the reactor. ) and superabsorbent polymer particles do not agglomerate, and products with high moisture content can be effectively manufactured.

또한, 상술한 가수 시스템을 적용하여 제조한 고흡수성 수지는 보수능과 가압 흡수능 등의 흡수 성능이 우수하게 유지되며, 보다 향상된 통액성 및 흡수속도 등을 충족하여, 일 구현예의 제반 물성을 충족할 수 있으며, 기저귀 등 위생재, 특히, 펄프의 함량이 감소된 초박형 위생재 등을 적절하게 사용될 수 있다.In addition, the superabsorbent polymer produced by applying the above-described hydrous system maintains excellent absorption performance such as water holding capacity and absorbency under pressure, and satisfies the improved liquid permeability and absorption rate, etc. and sanitary materials such as diapers, in particular, an ultra-thin sanitary material having a reduced pulp content may be appropriately used.

본 발명에 따르면, 진동자 홀 방식으로 최적화된 크기의 균일한 물방울을 형성하여 가수함으로써, 반응기 내부 뭉침이나 고흡수성 수지의 덩어리 형성을 최소화하며 함수율이 향상된 고흡수성 수지를 효과적으로 제조할 수 있다. According to the present invention, it is possible to effectively manufacture a superabsorbent polymer with an improved moisture content while minimizing agglomeration in the reactor or formation of agglomerates of the superabsorbent polymer by forming and adding water droplets of an optimized size by the vibrator hole method.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 고흡수성 수지의 함수율 증대를 위한 가수 시스템을 예시적으로 보여주는 모식도이다(1: 진동자, 2: 액체 공급용 물탱크, 3: 액적 분사용 홀 플레이트, 4: 진동자와 물탱크의 연결부).
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 가수 시스템에 포함되는 액적 분사용 플레이트를 예시적으로 보여주는 모식도이다(3: 액적 분사용 홀 플레이트, 3a: 홀(hole), L: 홀 사이의 간격, D: 홀의 직경).
1 is a schematic diagram illustrating an irrigation system for increasing the water content of a superabsorbent polymer according to an embodiment of the present invention (1: vibrator, 2: water tank for liquid supply, 3: hole plate for droplet injection, 4 : Connection between vibrator and water tank).
2 is a schematic diagram illustrating an exemplary droplet injection plate included in the singer system according to an embodiment of the present invention (3: hole plate for droplet injection, 3a: hole, L: gap between holes, D: diameter of the hole).

이하, 발명의 구체적인 실시예를 통해, 발명의 작용 및 효과를 보다 상술하기로 한다. 다만, 이러한 실시예는 발명의 예시로 제시된 것에 불과하며, 이에 의해 발명의 권리범위가 정해지는 것은 아니다.Hereinafter, through specific examples of the invention, the operation and effect of the invention will be described in more detail. However, these embodiments are merely presented as an example of the invention, and the scope of the invention is not defined thereby.

[실시예][Example]

제조예: 고흡수성 수지의 제조Preparation Example: Preparation of super absorbent polymer

아크릴산에 0.5%로 희석된 IRGACURE 819 개시제11 g(단량체 조성물에 대하여 110 ppm)과 아크릴산에 5%로 희석된 폴리에틸렌글리콜 디아크릴레이트(PEGDA, 분자량 400) 28 g을 혼합한 용액(A 용액)을 제조하였다. 그리고, 에틸렌 옥사이드가 9 몰%로 포함된 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트(Ethoxylated-TMPTA, TMP(EO)9TA, M-3190 미원스페셜티 케미칼사)를 아크릴산에 5%로 희석한 용액(B 용액)을 제조하였다. A solution of 11 g of IRGACURE 819 initiator diluted to 0.5% in acrylic acid (110 ppm based on the monomer composition) and 28 g of polyethylene glycol diacrylate (PEGDA, molecular weight 400) diluted to 5% in acrylic acid (solution A) prepared. Then, a solution (B solution) obtained by diluting trimethylolpropane triacrylate (Ethoxylated-TMPTA, TMP(EO)9TA, M-3190 Miwon Specialty Chemical Co., Ltd.) containing ethylene oxide at 9 mol% in acrylic acid to 5% prepared.

25℃로 미리 냉각된 열매체가 순환되는 쟈켓으로 둘러 싸여진 2L 용량의 유리 반응기에 아크릴산 480 g을 주입하고, 상기 A 용액 37 g 및 상기 B 용액 14 g을 각각 주입하였다. 그리고, 상기 유리 반응기에, 24% 가성소다 용액 700 g(C 용액)을 서서히 적가하여 혼합하였다. 상기 C 용액의 적가시, 중화열에 의해 혼합 용액의 온도가 약 72℃ 이상까지 상승하여 혼합 용액이 냉각되기를 기다렸다. 이렇게 얻어진 혼합 용액에서 아크릴산의 중화 정도는 약 70몰%였다. 480 g of acrylic acid was injected into a 2L glass reactor surrounded by a jacket in which a heating medium pre-cooled to 25° C. was circulated, and 37 g of the A solution and 14 g of the B solution were respectively injected. Then, in the glass reactor, 700 g (solution C) of a 24% caustic soda solution was slowly added dropwise and mixed. When the C solution was added dropwise, the temperature of the mixed solution increased to about 72° C. or higher by the heat of neutralization, and the mixed solution was waited for cooling. The degree of neutralization of acrylic acid in the thus obtained mixed solution was about 70 mol%.

또한, 물에 4%로 희석된 과황산나트륨 용액 28 g을 녹인 용액(E-1 용액)을 제조하였다. 또한, 계면 활성제로서, 물에 4%로 희석된 DOSS(Dioctyl sodium sulfonate) 용액 6.7 g(E-2 용액)을 제조하였다. In addition, a solution (E-1 solution) was prepared by dissolving 28 g of a sodium persulfate solution diluted to 4% in water. In addition, as a surfactant, 6.7 g (E-2 solution) of a DOSS (Dioctyl sodium sulfonate) solution diluted to 4% in water was prepared.

그리고, 상기 혼합 용액의 온도가 중화열에 의해 혼합액의 온도가 80 ℃ 이상으로 상승하는 것을 확인 후, 온도가 40℃로 냉각되기를 기다렸다가 반응 온도가 40℃에 이르렀을 때, 상기 혼합 용액에 미리 준비한 상기 E-1 용액 및 E-2 용액을 주입하였다. Then, after confirming that the temperature of the mixed solution rises to 80° C. or higher by the heat of neutralization, wait for the temperature to cool to 40° C., and when the reaction temperature reaches 40° C., the mixed solution prepared in advance E-1 solution and E-2 solution were injected.

이어서, 상부에 광조사 장치가 장착되어 있고 내부가 80℃로 예열된 정방형 중합기 내에 설치된 Vat 형태의 트레이(tray, 가로 15 cm × 세로 15 cm)에 상기에서 준비한 혼합 용액을 부었다. 이후, 상기 혼합 용액에 광을 조사하였다. 광 조사시부터 약 20초 후에 표면에 겔이 형성되는 것이 확인되었고, 광 조사시부터 약 30초 후에 발포와 동시에 중합 반응이 일어나는 것이 확인되었다. 이후, 추가로 2분간 중합 반응을 진행하고, 중합된 시트를 꺼내어 3 cm × 3 cm의 크기로 재단하였다. 그리고 미트 쵸퍼(meat chopper)를 이용한 다지기 공정(chopping)을 통하여 상기 재단된 시트를 가루(crump)로 제조하였다. Then, the mixed solution prepared above was poured into a vat-type tray (tray, 15 cm in width × 15 cm in length) installed in a square polymerization reactor equipped with a light irradiation device on the top and preheated to 80°C. Then, the mixed solution was irradiated with light. It was confirmed that a gel was formed on the surface after about 20 seconds from the light irradiation, and it was confirmed that the polymerization reaction occurred simultaneously with the foaming about 30 seconds after the light irradiation. Thereafter, the polymerization reaction was further performed for 2 minutes, the polymerized sheet was taken out and cut to a size of 3 cm × 3 cm. Then, the cut sheet was prepared as a crumb through a chopping process using a meat chopper.

이어, 상하로 풍량 전이가 가능한 오븐에서 상기 가루(crump)를 건조시켰다. 건조된 가루의 함수량이 약 2% 이하가 되도록, 180 ℃의 핫 에어(hot air)를 15분간 하방에서 상방으로 흐르게 하고, 다시 15분간 상방에서 하방으로 흐르게 하여 상기 가루(crump)를 균일하게 건조시켰다. Then, the crumb was dried in an oven capable of transferring air volume up and down. To ensure that the moisture content of the dried powder is about 2% or less, hot air at 180° C. is flowed from the bottom to the top for 15 minutes, and then flows from the top to the bottom for 15 minutes to dry the powder uniformly. did it

건조된 가루를 분쇄기로 분쇄한 다음 분급하여 입경이 50 ㎛ 내지 850 ㎛의 베이스 수지를 얻었다. The dried powder was pulverized with a grinder and classified to obtain a base resin having a particle size of 50 μm to 850 μm.

이후, 100 g의 베이스 수지를 물 3 g, 메탄올 3 g, 에틸렌 카보네이트 0.4 g, 에어로실 200(aerosil 200, EVONIK 사) 0.5 g을 혼합한 가교제 용액과 혼합한 다음 190 ℃에서 30 분 동안 표면 가교 반응을 시켰다. 그리고, 얻어진 생성물을 분쇄하여 입경이 10 내지 850 ㎛인 표면 가교된 고흡수성 수지를 얻었다. Then, 100 g of the base resin was mixed with a crosslinking agent solution in which 3 g of water, 3 g of methanol, 0.4 g of ethylene carbonate, and 0.5 g of Aerosil 200 (aerosil 200, EVONIK) were mixed, and then surface cross-linked at 190°C for 30 minutes. made a reaction Then, the obtained product was pulverized to obtain a surface-crosslinked superabsorbent polymer having a particle diameter of 10 to 850 μm.

상기 표면 가교 공정 후, 함수율은 0.2 % 이하였다.After the surface crosslinking process, the moisture content was 0.2% or less.

실시예 1: 함수율이 증대된 고흡수성 수지의 제조Example 1: Preparation of super absorbent polymer with increased moisture content

고온의 고흡수성 수지 입자를 연속식 패들 믹서에서 냉각시키며 2000 kg/h으로 투입하였고, 믹서 내 수지 체류 시간은 약 30분이며, 믹서 종단에서 가수된 수지를 회수하고 물성을 평가하였다. 상기 믹서 상단에서, 도 1에 나타낸 바와 같은 진동자 홀 방식의 가수 시스템을 구비하고, 상기 가수 시스템을 통해 직경 200 ㎛의 홀 417개로 2750 Hz의 진동수를 진동자에 가하여 직경 약 400 ㎛, 대략 390 ㎛ 내지 410 ㎛ 크기의 물방울을 만들어, 가수량 100 kg/h로 24 시간 동안 가수를 진행하였다. 이 때, 고흡수성 수지 대비 5.0 중량%에 해당하는 물을 투입하였다.The high-temperature superabsorbent polymer particles were cooled in a continuous paddle mixer and added at 2000 kg/h, the resin residence time in the mixer was about 30 minutes, and the hydrolyzed resin was recovered at the end of the mixer and the physical properties were evaluated. At the upper end of the mixer, a vibrator hall type singer system as shown in FIG. 1 is provided, and a frequency of 2750 Hz is applied to the vibrator with 417 holes having a diameter of 200 μm through the adder system to have a diameter of about 400 μm, about 390 μm to about 390 μm. Water droplets with a size of 410 μm were made, and the water was added for 24 hours at an amount of water of 100 kg/h. At this time, water corresponding to 5.0% by weight of the superabsorbent polymer was added.

상기 가수 시스템은, 스테인레스스틸 재질로 제조된 두께 0.3 mm의 플레이트에 도 2에 나타낸 바와 같은 방식으로 직경 200 ㎛의 홀(hole)을, 전체 플레이트 면적 기준으로 1 m2 당 125X105 개로 적용하였다. 상기 홀 플레이트는, 홀 사이의 간격(L)이 홀의 직경(D, 200 ㎛)의 5배 내지 7배가 되도록 배치하였다. 또한, 상기 홀 플레이트는 물과의 접촉각이 약 150o 이상인 초발수 코팅층을 추가로 포함하며, 상기 초발수 코팅층은 폴리프로필렌(polypropylene) 및 소수화된 실리카를 포함하는 것이었다. The water system was applied to a plate with a thickness of 0.3 mm made of stainless steel in the same manner as shown in FIG. 2 , with holes having a diameter of 200 μm, 125× 10 5 per 1 m 2 based on the total plate area. The hole plate was arranged such that the gap (L) between the holes was 5 to 7 times the diameter (D, 200 μm) of the holes. In addition, the hole plate further includes a super water-repellent coating layer having a contact angle with water of about 150 o or more, and the super water-repellent coating layer was to include polypropylene and hydrophobized silica.

실시예 2: 함수율이 증대된 고흡수성 수지의 제조Example 2: Preparation of super absorbent polymer with increased moisture content

실시예 1에서 진동자 홀 방식의 가수 시스템을 통해 직경 200 ㎛ 홀 250개로 2750 Hz의 진동수를 진동자에 가하여 직경 약 400 ㎛, 대략 390 ㎛ 내지 410 ㎛ 크기의 물방울을 만들어 가수량 60 kg/h로 24 시간 동안 가수를 진행하였다. 이 때, 고흡수성 수지 대비 3.0 중량%에 해당하는 물을 투입한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 실시예 2의 고흡수성 수지를 제조하였다. In Example 1, a frequency of 2750 Hz was applied to the vibrator with 250 200 μm-diameter holes through the vibrator hole-type hydrous system in Example 1 to form water droplets with a diameter of about 400 μm and a size of about 390 μm to 410 μm, with a water content of 60 kg/h. The singer proceeded for hours. At this time, the superabsorbent polymer of Example 2 was prepared in the same manner as in Example 1, except that water corresponding to 3.0 wt% of the superabsorbent polymer was added.

실시예 3: 함수율이 증대된 고흡수성 수지의 제조Example 3: Preparation of super absorbent polymer with increased moisture content

실시예 1에서 진동자 홀 방식의 가수 시스템을 통해 직경 20 ㎛의 홀 4170개로 2750 Hz의 진동수를 진동자에 가하여 직경 약 40 ㎛ 크기의 물방울을 만들어 가수한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시예 3의 고흡수성 수지를 제조하였다. Example 1 was carried out in the same manner as in Example 1, except that water droplets having a diameter of about 40 μm were formed and added to the vibrator by applying a frequency of 2750 Hz to the vibrator with 4170 holes having a diameter of 20 μm through the oscillator hole method in Example 1 A super absorbent polymer of Example 3 was prepared.

비교예 1Comparative Example 1

실시예 1에서 고흡수성 수지 입자를 2000 kg/h으로 투입하면서 노즐 굵기가 평균 400 ㎛인 스프레이 노즐 5개로 물을 분사하여 100 kg/h로 가수를 진행하며 달리한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 비교예 1의 고흡수성 수지를 제조하였다. In Example 1, while adding superabsorbent polymer particles at 2000 kg/h, water was sprayed with five spray nozzles having an average nozzle diameter of 400 μm, and water was added at 100 kg/h, except for the difference with Example 1 A super absorbent polymer of Comparative Example 1 was prepared in the same manner.

비교예 2Comparative Example 2

실시예 1에서 고흡수성 수지 입자를 2000 kg/h으로 투입하면서 홀 방식의 가수시스템을 통해 직경 1 mm의 홀 166개로 직경 약 4000 ㎛, 대략 3990 ㎛ 내지 4010 ㎛ 크기의 물방울을 형성하여 100 kg/h로 가수를 진행하며 달리한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 비교예 1의 고흡수성 수지를 제조하였다. In Example 1, while injecting the super absorbent polymer particles at 2000 kg/h, water droplets with a diameter of about 4000 μm and a size of about 3990 μm to 4010 μm were formed through a hole-type hydrolysis system with 166 holes having a diameter of 1 mm, and 100 kg/ A superabsorbent polymer of Comparative Example 1 was prepared in the same manner as in Example 1, except that hydrogenation was performed in h.

상기 실시예 및 비교예의 가수 단계에 적용한 구체적인 가수 시스템 방식 및 물방울 크기(직경, um), 고흡수성 수지의 총중량 대비 가수 중량 비율(%)은 아래 표 1에 나타낸 바와 같다. The specific hydrous system method and droplet size (diameter, um) applied to the hydrolysis step of the Examples and Comparative Examples, and the hydrous weight ratio (%) to the total weight of the superabsorbent polymer are as shown in Table 1 below.

가수시스템singer system 홀 플레이트의발수 코팅
여부
Water-repellent coating of hall plate
Whether
물방울 크기 (㎛)Droplet size (㎛) SAP 대비
가수 무게
비율
(%)
SAP Ready
singer weight
ratio
(%)
방식method 홀 크기
(㎛)
hall size
(μm)
홀 개수
(개_총면적)
number of holes
(dog_total area)
진동수
(Hz)
frequency
(Hz)
실시예 1Example 1 진동자
홀 방식
vibrator
Hall way
200200 417417 27502750 OO 400400 55
실시예 2Example 2 진동자
홀 방식
vibrator
Hall way
200200 250250 27502750 OO 400400 33
실시예 3Example 3 진동자
홀 방식
vibrator
Hall way
2020 41704170 27502750 OO 4040 55
비교예 1Comparative Example 1 스프레이
노즐 방식
spray
Nozzle method
-
(노즐굵기: 평균400㎛)
-
(Nozzle thickness: average 400㎛)
-- -- XX 분포넓음wide distribution 55
비교예 2Comparative Example 2 홀 방식Hall way 10001000 166166 -- OO 40004000 55

실험예: 고흡수성 수지의 물성 평가Experimental Example: Evaluation of physical properties of super absorbent polymer

앞서 제조한 실시예 및 비교예의 고흡수성 수지에 대하여, 이하의 방법으로 각 물성을 평가하였다. For the superabsorbent polymers of Examples and Comparative Examples prepared above, each physical property was evaluated by the following method.

(1) 함수율 측정(1) Measurement of moisture content

실시예 및 비교예의 고흡수성 수지 입자를 5 g 샘플링하여 160 oC, 30분 간 가열 건조를 통해 무게 변화를 측정하여 함수율을 계산하는데(중량%), 이를 3번 반복하여 평균 값을 구하였다.5 g of the superabsorbent polymer particles of Examples and Comparative Examples were sampled and the weight change was measured by heating and drying at 160 o C for 30 minutes to calculate the moisture content (% by weight), which was repeated 3 times to obtain an average value.

(2) 럼프(lump) 형성 여부 평가(2) evaluation of lump formation

가수 이후 반응기 내부에 럼프(lump) 형성 유무를 확인하였다. 회수한 수지를 시브(sieve)로 분급하여, 평면상으로 면적 1 cm2 이상의 판상 럼프(lump)가 형성되었는지 확인하였다. It was checked whether or not lumps were formed inside the reactor after hydrolysis. The recovered resin was classified with a sieve, and it was confirmed whether plate-shaped lumps having an area of 1 cm 2 or more were formed in a planar view.

(3) 반응기 내부 뭉침 여부 평가(3) Evaluation of agglomeration inside the reactor

회수한 수지를 시브(sieve) 분급하여, 직경 약 2.0 mm 이상으로 고흡수성 수지 입자 뭉침 유무를 확인하였다. The recovered resin was classified with a sieve, and the presence or absence of agglomeration of superabsorbent polymer particles with a diameter of about 2.0 mm or more was confirmed.

실시예 및 비교예의 고흡수성 수지에 대하여, 상술한 방법으로 측정한 결과를 하기 표 2에 나타내었다. The results of the superabsorbent polymers of Examples and Comparative Examples measured by the above-described method are shown in Table 2 below.

평균 함수율 (wt%) Average moisture content (wt%) Lump 형성 유무Lump formation 반응기 내부 뭉침 유무Absence of agglomeration inside the reactor 실시예 1Example 1 33 XX XX 실시예 2Example 2 22 XX XX 실시예 3Example 3 22 XX XX 비교예 1Comparative Example 1 22 OO OO 비교예 2Comparative Example 2 0.30.3 OO OO

상기 표 2를 참고하면, 본 발명의 실시예들은 물방울 크기를 효과적으로 조절할 수 있는 진동자 홀 방식의 가수 시스템을 통해 크기가 최적화된 균일 물방울을 형성하여 가수함으로써 반응기 내부에 럼프(lump)와 고흡수성 수지 입자의 뭉침 현상이 발생하지 않으면서, 약 2 중량% 내지 약 3 중량%로 고흡수성 수지의 함수율을 높일 수 있음이 확인되었다. Referring to Table 2, the embodiments of the present invention form uniform water droplets with an optimized size through an oscillator hole-type water system that can effectively control the droplet size, thereby forming lumps and superabsorbent polymers in the reactor. It was confirmed that the water content of the superabsorbent polymer could be increased to about 2 wt % to about 3 wt % without causing agglomeration of the particles.

이에 비해, 스프레이 노즐 방식의 비교예 1과 스프레이 홀 방식의 비교예 2는, 럼프(lump) 형성 및 반응기 내부 뭉침 현상이 발생하여 장기간 가수 단계를 수행할 수 없는 문제가 있음이 확인되었다. On the other hand, it was confirmed that Comparative Example 1 of the spray nozzle method and Comparative Example 2 of the spray hole method had a problem in that the watering step could not be performed for a long period of time due to the formation of lumps and aggregation inside the reactor.

1: 진동자
2: 액체공급용 물탱크
3: 액적 분사용 홀 플레이트
4: 진동자와 물탱크의 연결부
3a: 홀(hole)
L: 홀 사이의 간격
D: 홀의 직경
1: Oscillator
2: Water tank for liquid supply
3: Hole plate for droplet injection
4: Connection between the vibrator and the water tank
3a: hole
L: gap between holes
D: diameter of hole

Claims (10)

고흡수성 수지 입자에 진동자 홀 방식의 가수 시스템으로 액적을 적가하는 단계를 포함하는,
고흡수성 수지의 제조 방법.
Comprising the step of dropwise adding to the superabsorbent polymer particles with an oscillator hole-type water system,
A method for producing a super absorbent polymer.
제1항에 있어서,
상기 가수시스템은,
액적 형성을 위한 진동자 하나 이상을 포함하는 액체 공급부; 및
상기 액체 공급부 하단에 배치되며, 직경 10 ㎛ 내지 4000 ㎛의 홀(hole)이 둘 이상 구비된 액적 분사용 플레이트;
를 포함하는 것인,
고흡수성 수지의 제조 방법.
The method of claim 1,
The singer system,
a liquid supply unit including at least one vibrator for forming droplets; and
a droplet injection plate disposed at a lower end of the liquid supply unit and provided with two or more holes having a diameter of 10 μm to 4000 μm;
which includes,
A method for producing a super absorbent polymer.
제1항에 있어서,
상기 고흡수성 수지 입자의 총중량 100 중량부에 대하여 가수 무게 비율은 0.1 중량부 내지 50 중량부인,
고흡수성 수지의 제조 방법.
According to claim 1,
The valence weight ratio is 0.1 parts by weight to 50 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the total weight of the superabsorbent polymer particles,
A method for producing a super absorbent polymer.
제1항에 있어서,
상기 고흡수성 수지는, 적어도 일부가 중화된 산성기를 갖는 수용성 에틸렌계 불포화 단량체의 제1 가교 중합체를 포함하는 베이스 수지 분말; 및 상기 베이스 수지 분말 상에 형성되어 있고, 상기 제1 가교 중합체가 표면 가교제를 매개로 추가 가교된 제2 가교 중합체를 포함하는 표면 가교층을 포함하는 것인,
고흡수성 수지의 제조 방법.
According to claim 1,
The superabsorbent polymer may include a base resin powder comprising a first crosslinked polymer of a water-soluble ethylenically unsaturated monomer having at least a partially neutralized acidic group; and a surface cross-linking layer formed on the base resin powder, wherein the first cross-linked polymer comprises a second cross-linked polymer further cross-linked via a surface cross-linking agent.
A method for producing a super absorbent polymer.
제1항에 있어서,
상기 고흡수성 수지 입자의 크기는 10 ㎛ 내지 850 ㎛인,
고흡수성 수지의 제조 방법.
According to claim 1,
The size of the superabsorbent polymer particles is 10 μm to 850 μm,
A method for producing a super absorbent polymer.
액적 형성을 위한 진동자 하나 이상을 포함하는 액체 공급부; 및
상기 액체 공급부 하단에 배치되며, 직경 10 ㎛ 내지 4000 ㎛의 홀(hole)이 둘 이상 구비된 액적 분사용 플레이트;
를 포함하는, 고흡수성 수지 제조용 가수 시스템.
a liquid supply unit including at least one vibrator for forming droplets; and
a droplet injection plate disposed at a lower end of the liquid supply unit and provided with two or more holes having a diameter of 10 μm to 4000 μm;
A water system for producing a superabsorbent polymer comprising a.
제6항에 있어서,
상기 플레이트에서 홀 사이의 간격(L)은 홀 직경 (D) 기준으로 5 배 이상인,
고흡수성 수지 제조용 가수 시스템.
7. The method of claim 6,
The distance (L) between the holes in the plate is 5 times or more based on the hole diameter (D),
Hydrogen system for the manufacture of superabsorbent polymers.
제6항에 있어서,
상기 진동자로부터 발생하는 20 Hz 내지 8000 Hz 주파수의 진동을 가하여 액적을 형성시키는,
고흡수성 수지 제조용 가수 시스템.
7. The method of claim 6,
Forming droplets by applying vibration of a frequency of 20 Hz to 8000 Hz generated from the vibrator,
Hydrogen system for the manufacture of superabsorbent polymers.
제6항에 있어서,
상기 플레이트는 두께가 0.1 mm 내지 20 mm인,
고흡수성 수지 제조용 가수 시스템.
7. The method of claim 6,
The plate has a thickness of 0.1 mm to 20 mm,
Hydrogen system for the manufacture of superabsorbent polymers.
제6항에 있어서,
상기 플레이트는 스텐레스스틸, 구리, 세라믹, 폴리카보네이트, 및 폴리아크릴레이트로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상으로 제조된 것인,
고흡수성 수지 제조용 가수 시스템.
7. The method of claim 6,
The plate is made of one or more selected from the group consisting of stainless steel, copper, ceramic, polycarbonate, and polyacrylate,
Hydrogen system for the manufacture of superabsorbent polymers.
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