KR20150125325A - 고흡수성 수지, 이의 제조방법 및 고흡수성 수지의 제조장치 - Google Patents

고흡수성 수지, 이의 제조방법 및 고흡수성 수지의 제조장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 중합된 고흡수성 수지 겔을 톱니형 칼날이 구비된 커터로 절단함으로써 상기 고흡수성 수지 겔의 절단면의 비표면적을 증가시킴으로써 고흡수성 수지의 물성을 향상시킬 수 있는 고흡수성 수지의 제조방법, 이에 사용되는 제조장치 및 향상된 물성을 가진 향상된 고흡수성 수지에 관한 것이다.

Description

고흡수성 수지, 이의 제조방법 및 고흡수성 수지의 제조장치 {SUPER ABSORBENT POLYMER, METHOD FOR PREPARING THE SAME AND DEVICE FOR PREPARING THE SAME}
본 발명은 고흡수성 수지, 이의 제조방법 및 고흡수성 수지의 제조장치에 관한 것이다.
고흡수성 수지(Super Absorbent Polymer, SAP)란 자체 무게의 500 내지 1,000 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 종이 기저귀 등 위생 용품 이외에 원예용 토양 보수제, 토목, 건축용 지수재, 육묘용 시트, 식품 유통 분야에서의 신선도 유지제, 찜질 용품 등의 재료로 널리 사용되고 있다.
상기와 같은 고흡수성 수지를 제조하는 방법으로는 역상현탁중합에 의한 방법 또는 수용액 중합에 의한 방법 등이 알려져 있다. 역상현탁중합에 대해서는 예를 들면 일본 특개소 56-161408, 특개소 57-158209, 및 특개소 57-198714 등에 개시되어 있다. 수용액 중합에 의한 방법으로는 또 다시, 수용액에 열을 가하여 중합하는 열중합 방법, 및 자외선 등을 조사하여 중합하는 광중합 방법 등이 알려져 있다.
현재 상용화된 고흡수성 수지는 벨트형 연속 중합기를 이용하여 고흡수성 수지 겔을 중합한 후, 고흡수성 수지 겔을 칼날형 절단기로 1차 절단하고 니더(kneader)형 파쇄기로 2차 절단한 후 건조단계로 이송되도록 되어있다.
일반적인 칼날형 절단기만으로 고흡수성 수지 겔을 1차 절단하는 경우, 절단면이 매끄러워 비표면적이 넓지 않기 때문에 건조 시간이 길어지는 문제가 있다. 즉, 높은 온도에서 오랜 시간 건조함으로써 고흡수성 수지의 가교 부분이 가수분해되어 수용해 성분(Extractable Content, EC)이 증가하는 문제가 있다.
따라서, 건조시간을 감소시키기 위해 반드시 니더(kneader)형 절단기를 이용한 2차 절단이 필요하지만, 상기 니더(Kneader)형 2차 절단기를 적용하는 경우 또한 공정 중에 상당한 수준의 전단 응력이 작용하기 때문에 고흡수성 수지의 가교결합이 끊어질 수 있다. 이는 고흡수성 수지의 물성 저하로 이어질 수 있다. 또한 건조 후 밀링 공정에서 미분 발생이 증가하는 문제가 있다.
본 발명의 일 실시예는 고흡수성 수지 겔의 절단면의 비표면적을 증가시켜 물성이 향상된 고흡수성 수지를 제공하고자 한다. 더불어, 본 발명의 일 실시예는 절단 공정에 투입되는 공수를 줄임으로써 생산성을 향상시킬 수 있는 고흡수성 수지의 제조방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예는 수용해 성분(Extractable Content, EC)이 저감된 고흡수성 수지를 제공하고자 한다.
나아가, 본 발명의 일 실시예는 고흡수성 수지 겔의 절단면의 비표면적을 증가시킴으로써 물성이 향상된 고흡수성 수지를 제공하고 절단 단계에 투입되는 공수를 줄임으로써 생산성을 향상시킬 수 있는 고흡수성 수지의 제조장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 고흡수성 수지의 제조방법은, 친수성 단량체를 포함하는 모노머 조성물을 준비하고 중합하는 단계; 및 중합체를 커팅 유닛으로 이송하는 이송 단계; 및 톱니형 칼날들이 구비된 커터를 포함하는 커팅 유닛으로 상기 중합체를 절단하는 단계; 를 포함할 수 있다. 상기 제조방법에서, 상기 커팅 유닛은 제1 방향으로 0.1 cm 이상 내지 1.5 cm 이하, 0.3 cm 이상 내지 1.2 cm 이하 또는 0.3 cm 이상 내지 1.0 cm 이하의 범위 내에서 이격 배치된 둘 이상의 커터들을 포함할 수 있다.
상기 톱니형 칼날들은 서로 어긋나게 교차 배치될 수 있다. 또한, 톱니형 칼날들의 첨단은 중합체가 이송되는 방향과 반대 방향으로 배치될 수 있다. 즉, 톱니형 칼날들은 중합체가 이송되는 방향을 향해 배치될 수 있다.
한편, 상기 절단 단계 이전 또는 상기 절단 단계와 동시에 상기 중합체에 윤활제를 공급할 수 있다. 상기 윤활제는 물, 증류수 또는 초순수 등일 수 있지만, 이로 제한되는 것은 아니다.
상기 제조방법은, 상기 중합 단계, 이송 단계 및 절단 단계가 연속 공정으로 이루어질 수 있다. 구체적으로, 상기 이송 단계는 중합 반응기와 연결된 벨트에 중합체를 로딩(loading)하고 상기 ?트와 동일 방향으로 회전하는 피딩 롤러(roller)의 사이의 공간으로 중합체를 통과시킨 후 커팅 유닛으로 공급하는 연속 과정으로 이루어질 수 있다.
상기 절단 단계는 상기 커팅 유닛을 제2 방향으로 왕복 운동시킴으로써 상기 중합체를 절단할 수 있다. 상기 제2 방향은 상기 중합체의 이동방향인 제3 방향에 수직일 수 있다. 또한, 상기 제3 방향은 상기 제1 방향에 수직일 수 있다.
상기 커팅 유닛은 윈도우 프레임, 상기 윈도우 프레임의 일단으로부터 타단까지 연장되어 윈도우 영역에 형성된 톱니형 칼날이 구비된 커터를 포함할 수 있다. 상기 윈도우 영역은 윈도우 프레임 사이에 형성된 관통 구멍 내지 빈 공간임이 통상의 기술자에게 자명하다 할 것이다.
경우에 따라서는, 상기 윈도우 프레임의 일단과 타단에는 상기 커팅 유닛의 왕복운동을 지지하는 지지대들이 고정 장착될 수 있다. 상기 프레임들은 서로 이격 배치될 수 있다. 상기 제2 방향에서 상기 일단은 윈도우 프레임의 상단일 수 있고, 상기 타단은 윈도우 프레임의 하단일 수 있다. 따라서, 상기 지지대들은 상부 지지대와 하부 지지대일 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 고흡수성 수지는 EDANA(European Disposables and Nonwovens Association) WSP270.2.R3 법에 따라 분석할 때, 수용해 성분(EC) 값이 6% 이하일 수 있다. 또한, EDANA WSP241.2.R3 법에 따라 고흡수성 수지를 분석할 때, 보수능(Centrifuge Retention Capacity, CRC) 값이 30 g/g 이상 내지 50 g/g 이하의 범위 내일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 고흡수성 수지의 제조장치는, 중합 반응기; 상기 중합 반응기와 연결되어 중합체를 커팅 유닛으로 이송하는 벨트와 상기 벨트의 상부에 설치되고 상기 벨트와 동일 방향으로 회전하는 피딩 롤러를 구비한 이송기; 및 상기 중합체의 이송 방향인 제3 방향과 수직인 제2 방향으로 왕복 운동하고, 윈도우 프레임, 상기 윈도우 프레임의 일단으로부터 타단까지 연장되어 윈도우 영역에 형성된 톱니형 칼날이 구비된 커터를 포함하는 커팅 유닛;을 포함할 수 있다.
상기 제조장치에서, 상기 커팅 유닛은, 상기 윈도우 프레임의 일단에 고정 장착되는 상부 지지대와 상기 상부 지지대로부터 이격 배치되고 상기 윈도우 프레임의 타단에 고정 장착되는 하부 지지대를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 제조장치는, 상기 피딩 롤러의 상부에 배치되고 중합체에 물을 분무하는 분무기를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 고흡수성 수지의 제조방법은 고흡수성 수지 겔의 절단면의 비표면적을 증가시킬 수 있으므로 건조 시간이 짧아질 수 있고, 2차적으로 니더(kneader)형 절단기를 사용하지 않을 수 있어서 수용해 성분의 증가를 감소시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 고흡수성 수지의 제조방법은 2차 절단기인 니더(kneader)형 절단기를 사용하지 않으므로 절단 공정에 투입되는 공수를 줄임으로써 생산성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 니더형 절단기를 고흡수성 수지 겔을 분쇄하는 과정에서 발생하는 미세분말의 발생을 줄일 수 있다.
더불어, 본 발명의 일 실시예에 따른 고흡수성 수지는 수용해 성분의 감소로 향상된 물성을 발휘할 수 있고, 본 발명의 일 실시예에 따른 고흡수성 수지의 제조장치는 고흡수성 수지 겔의 절단면의 비표면적이 증가시킬 수 있으므로 건조 시간 및 수용해 성분의 증가를 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고흡수성 수지의 제조방법의 모식적인 제조 공정도이다.
도 2는 도 1의 제조방법에서 S1 내지 S4 단계의 모식도이다.
도 3은 도 2의 A영역의 확대도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 고흡수성 수지의 제조방법의 모식적인 제조 공정도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 커팅 유닛의 확대도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고흡수성 수지의 제조방법의 모식적인 제조 공정도이다. 도 2는 도 1의 제조방법에서 S1 내지 S4 단계의 모식도이다. 도 3은 도 2의 A영역의 확대도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 고흡수성 수지의 제조 방법은 친수성 단량체를 포함하는 모노머 조성물을 준비하고 중합하는 단계(S1)를 포함할 수 있다. 모노머 조성물의 중합은 당해 업계에서 사용되는 통상적인 중합 반응기(10)를 이용할 수 있다.
상기 친수성 단량체는 고흡수성 수지의 제조에 일반적으로 사용되는 단량체이면 어느 것이나 한정 없이 사용이 가능하다. 상기 친수성 단량체는 친수성기, 예를 들어, 수산화기(-OH group), 카르복실기(-COOH group), 아마이드기(-NH2 group) 등을 포함하는 단량체로 이해할 수 있다.
상기 친수성 단량체는 예를 들어, 수용성 에틸렌계 불포화 단량체일 수 있고, 상기 수용성 에틸렌계 불포화 단량체는 크게 음이온성 단량체와 그 염, 비이온계 친수성 함유 단량체, 및 아미노기 함유 불포화 단량체 및 그의 4급화물로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 사용할 수 있다.
예시적인 실시예에서, 아크릴산, 메타아크릴산, 무수말레인산, 푸말산, 크로톤산, 이타콘산, 2-아크릴로일에탄 술폰산, 2-메타아크릴로일에탄술폰산, 2-(메타)아크릴로일프로판술폰산 및 2-(메타)아크릴아미드-2-메틸프로판술폰산으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 음이온성 단량체 또는 그 염; (메타)아크릴아미드, N-치환(메타)아크릴레이트, 2-히드록시에틸(메타)아크릴레이트, 2-히드록시프로필(메타)아크릴레이트, 메톡시폴리에틸렌글리콜(메타)아크릴레이트 및 폴리에틸렌 글리콜(메타)아크릴레이트로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 비이온계 친수성 함유 단량체; 또는 (N,N)-디메틸아미노에틸(메타)아크릴레이트 및 (N,N)-디메틸아미노프로필(메타)아크릴아미드로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 아미노기 함유 불포화 단량체 또는 그 4급화물 등을 포함할 수 있다.
상기 모노머 조성물 중 수용성 에틸렌계 불포화 단량체의 농도는 중합 시간 및 반응 조건(모노머 조성물의 공급 속도, 열 및/또는 빛의 조사 시간, 조사 범위, 및 조사 강도 등)을 고려하여 적절하게 선택하여 사용할 수 있으나, 예시적인 실시예에서, 40 내지 60 중량% 범위일 수 있다. 이 경우, 모노머의 용해도 및 경제적인 면에서 효율적일 수 있다.
상기 모노머 조성물은 광중합 개시제, 열중합 개시제 및 가교제로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 첨가제를 추가로 포함할 수 있다. 중합 개시제는 단계 과정에서 열중합, 광중합, 또는 열중합 및 광중합을 선택할지에 따라 그 종류를 적절히 선택하여 사용할 수 있다.
광중합 개시제는 특별히 제한되는 것은 아니지만, 예를 들어, 디에톡시 아세토페논, 2-히드록시-2-메틸-1-페닐프로판-1-온, 4-(2-히드록시 에톡시)페닐-(2-히드록시)-2-프로필 케톤, 1-히드록시시클로헥실페닐케톤 등의 아세토페논 유도체; 벤조인메틸에테르, 벤조인에틸에테르, 벤조인이소프로필에테르, 벤조인이소부틸에테르 등의 벤조인알킬에테르류 화합물; o-벤조일 안식향산 메틸, 4-페닐 벤조페논, 4-벤조일-4'-메틸-디페닐 황화물, (4-벤조일 벤질)트리메틸암모늄 염화물 등의 벤조페논 유도체; 티옥산톤(thioxanthone)계 화합물; 비스(2,4,6-트리메틸벤조일)-페닐 포스핀 옥사이드, 디페닐(2,4,6-트리메틸벤조일)-포스핀 옥사이드 등의 아실 포스핀 옥사이드 유도체; 또는 2-히드록시 메틸 프로피온니트릴, 2,2'-(아조비스(2-메틸-N-(1,1'-비스(히드록시메틸)-2-히드록시에틸)프로피온 아미드) 등의 아조계 화합물 등을 1종 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
열중합 개시제는 특별히 제한되는 것은 아니지만, 예를 들어, 아조계(azo) 개시제, 과산화물계 개시제, 레독시(redox)계 개시제 또는 유기 할로겐화물 개시제 등을 1종 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 그리고, 상기 열중합 개시제 중 소디움퍼설페이트(Sodium persulfate, Na2S2O8) 또는 포타시움 퍼설페이트(Potassium persulfate, K2S2O8)를 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
모노머 조성물에서, 광중합 개시제 및 열중합 개시제는 중합 개시 효과를 나타낼 수 있으면 그 함량은 선택하여 사용할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 광중합 개시제는 단량체 100 중량부 대비 0.005 내지 0.1 중량부 범위로 포함될 수 있고, 열중합 개시제는 단량체 100 중량부 대비 0.01 내지 0.5 중량부 범위로 포함될 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
가교제는 단량체의 치환기와 반응할 수 있는 관능기 및 에틸렌성 불포화기를 각각 1개 이상 포함하는 가교제, 또는 단량체의 치환기 및/또는 상기 단량체를 가수분해하여 형성된 치환기와 반응할 수 있는 관능기를 2 이상 포함하는 가교제를 사용할 수 있다.
예시적인 실시예에서, 가교제는 탄소수 8 내지 12의 비스아크릴아미드, 탄소수 8 내지 12의 비스메타아크릴아미드, 탄소수 2 내지 10의 폴리올의 폴리(메타)아크릴레이트 또는 탄소수 2 내지 10의 폴리올의 폴리(메타)알릴에테르 등을 들 수 있고, 보다 구체적인 예로는, 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, 프로필렌글리콜로 또는 이들의 2종 이상의 혼합물을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
모노머 조성물에서, 가교제는 가교 효과를 나타낼 수 있으면 그 함량은 선택하여 사용할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 가교제는 단량체 100 중량부 대비 0.01 내지 0.5 중량부 범위로 포함될 수 있지만, 이것만으로 한정되는 것은 아니다.
상기 고흡수성 수지의 제조방법은, 중합체(1)를 제3 방향(z)으로 이송하는 단계(S2)를 포함할 수 있다.
제3 방향(z)은 중합체(1)의 이송 방향이고, 후술할 제1 방향(x) 및 제2 방향(y)과 서로 수직일 수 있다. 즉, x, y, z 좌표 상에서 제1 방향(x)은 x 축 방향일 수 있고, 제2 방향(y)은 y 축 방향일 수 있으며, 제3 방향(z)은 z 축 방향일 수 있다.
상기 이송 단계(S2)는 이송기(20)를 이용할 수 있다. 이송기(20)는 폐곡선의 벨트(21)과 벨트(21)의 양단에 장착된 한 쌍의 이송 롤러(22)로 구성될 수 있다. 상기 이송 단계(S2)는 벨트(21)에 중합체(1)를 로딩(loading)하고 제3 방향(z)으로 중합체(1)를 이송하는 과정으로 이루어질 수 있다.
한 쌍의 이송 롤러(22)는 동일 방향으로 회전하면서 중합체(1)를 제3 방향(z)으로 이동시킬 수 있다. 피딩 롤러(25)는 벨트(21)의 상부에 설치될 수 있다. 피딩 롤러(25)는 벨트(21)의 상부에 소정의 공간으로 이격된 상태에서 설치될 수 있다. 벨트(21)와 피딩 롤러(25)의 사이의 공간으로 중합체(1)가 통과할 수 있다.
피딩 롤러(25)는 벨트(21)와 동일 방향으로 회전하면서 중합체(1)를 제3 방향(z)으로 이동시킬 수 있다. 피딩 롤러(25)는 벨트(21)의 속도가 증가하는 경우에도 벨트(21)에 로딩된 중합체(1)를 정위치시킬 수 있으므로 안정적으로 커팅 유닛(40)까지 중합체(1)를 이송시킬 수 있다. 또한, 피딩 롤러(25)는 벨트(21)와 동일 방향으로 회전하므로 커팅 유닛(40)까지 중합체(1)를 이송하기 위한 추진력을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 고흡수성 수지의 제조방법은, 절단 단계 이전에 중합체(1)에 윤활제를 공급하는 단계(S3)더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 윤활제는 물일 수 있고, 물을 분무하여 절단된 중합체(1)들이 톱니형 칼날들(421,422)들에 붙지 않도록 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 고흡수성 수지의 제조방법은, 중합체(1)를 톱니형 칼날들(421,422)이 구비된 커터들(42)를 포함하는 커팅 유닛(40)으로 절단하는 단계(S4)를 포함할 수 있다.
이송기(20)로부터 커팅 유닛(40)까지 이송된 중합체(1)는 제3 방향(z)에 수직인 제2 방향(y)으로 왕복 운동하는 커팅 유닛(40)에 의해 절단될 수 있다.
커팅 유닛(40)은 윈도우 프레임(41), 상기 윈도우 프레임(41)의 일단으로부터 타단까지 연장되어 윈도우 영역에 형성된 톱니형 칼날들(421,422)이 구비된 커터들(42)을 포함할 수 있다.
커터들(42)은 제1 방향(x)에서 이격 배치될 수 있다. 이격 거리(d)는 0.1 cm 이상 내지 1.5 cm 이하의 범위 내일 수 있다. 또는, 이격 거리(d)는 0.3 cm 이상 내지 1.2 cm 이하의 범위 내일 수 있다. 또는, 이격 거리(d)는 0.3 cm 이상 내지 1.0 cm 이하의 범위 내일 수 있다.
중합체(1)는 커터들(42)이 이격된 공간을 통과하면서 톱니형 칼날들(421, 422)에 의해 절단될 수 있고, 이로 인해 본 발명의 일 실시예에 따른 고흡수성 수지의 제조방법은 절단면의 비표면적이 큰 중합체(1)를 제조할 수 있다.
커터들(42)은 본체(423)와 본체(423)의 일면에 형성된 톱니형 칼날들(421,422)을 포함하여 구성될 수 있다. 본체(423)는 직육면체 형상일 수 있으나 이로 제한되는 것은 아니다.
톱니형 칼날들(421)과 톱니형 칼날들(422)의 첨단은 제3 방향(z)의 반대 방향을 향하도록 배치될 수 있다. 톱니형 칼날들(421)과 톱니형 칼날들(422)은 일반적인 톱날들과 마찬가지로 서로 어긋나게 배치될 수 있다. 즉, 톱니형 칼날들(421)과 톱니형 칼날들(422)은 교차 배치될 수 있다. 톱니형 칼날들(421)과 톱니형 칼날들(422)은 소정의 간격을 두고 서로 이격되어 있을 수 있다.
상기 중합 단계(S1), 이송 단계(S2) 및 절단 단계(S4)는 연속 공정으로 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 고흡수성 수지의 제조방법은, 절단 단계(S4) 이후에 절단된 중합체를 건조하는 건조 단계(S5)를 더 포함할 수 있다. 건조 방법으로는 통상 건조기와 가열로를 이용할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 열풍 건조기, 유동층 건조기, 기류 건조기, 적외선 건조기, 유전가열 건조기 등을 들 수 있지만 이들만으로 한정되는 것은 아니다. 건조 온도는 특별히 제한되는 것은 아니지만, 열화를 방지하고 효율적인 건조를 위하여 100 내지 200 ℃ 범위일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 고흡수성 수지의 제조방법은, 건조 단계 이후에 건조된 중합체를 표면 가교하는 표면 가교 단계(S6)를 더 포함할 수 있다. 표면 가교는, 예를 들어, 에틸렌 글리콜 디글리시딜 에테르, 물 및 에탄올을 이용하여 이루어질 수 있으나, 이것만으로 한정되는 것은 아니다. 표면 가교는, 예를 들어, 분쇄 및 건조를 통하여 입자를 형성한 후에 실시할 수 있지만, 이것만으로 한정되는 것은 아니고, 필요에 따라 여러 차례 실시할 수도 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 고흡수성 수지의 제조방법의 모식적인 제조 공정도이다. 도 4를 참고하면, 물 분무 단계(S3)와 중합체 절단 단계(S4)가 동시에 실시되는 점에서 도 1의 실시예의 상이하다. 즉, 물을 분무한 후 소정의 시간 간격을 두고 중합체(1)를 절단하지 않고, 물을 분무하는 동시에 중합체(1)를 절단할 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 커팅 유닛의 확대도이다. 커팅 유닛(40)이 윈도우 프레임(41)의 일단과 타단에 각각 고정 장착되는 지지대들(45)을 포함하는 점에서 도 3의 실시예와 상이하다.
지지대들(45)은 윈도우 프레임(41)의 일단과 타단, 예를 들어 제2 방향(y)을 따라 상부와 하부에 서로 이격된 상태로 장착될 수 있다. 지지대들(45) 사이에는 톱니형 칼날들(421,422)이 구비된 커터들(42)들이 노출되어 있을 수 있다.
지지대들(45)은 서로 반대 방향으로 이동하여 결합하는 한 쌍의 탈부착형 지지부재들로 구성될 수 있고, 한 쌍의 탈부착형 지지부재들은 윈도우 프레임(41)이 개재된 상태에서 서로 결합하여 윈도우 프레임(41)의 일단과 타단을 감쌀 수 있다. 또한, 지지대들(45)은 몰딩 공정을 통해서 윈도우 프레임(41)에 일체로 형성되어 있을 수 있다.
지지대들(45)은 커팅 유닛(40)의 제2 방향(y)의 왕복 운동을 지지함으로써 절단된 중합체(1)들이 제2 방향(y)으로 톱니형 칼날들(421,422)들과 함께 이동하지 않고, 제3 방향(z)으로 이동할 수 있도록 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 고흡수성 수지의 제조장치는, 중합 반응기(10), 이송기(20), 피딩 롤러(25) 및 커팅 유닛(40)을 포함할 수 있다. 중합 반응기(10), 이송기(20), 피딩 롤러(25) 및 커팅 유닛(40)에 대해서는 전술한 바 있으므로, 이하에서는 생략하기로 한다. 또한, 상기 고흡수성 수지의 제조장치는 분무기(50)를 더 포함할 수 있다. 분무기(50)는 피딩 롤러(25)와 커팅 유닛(40)의 상부에 위치할 수 있다. 분무기(50)는 피딩 롤러(25)와 커팅 유닛(40)의 사이에 위치할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 고흡수성 수지는 하기의 실시예와 비교예의 비교 실험결과에서 확인할 수 있는 바와 같이, EDANA(European Disposables and Nonwovens Association) WSP270.2.R3 법에 따라 분석한 수용해 성분(EC)의 분석 값이 6% 이하일 수 있다. 동시에, EDANA WSP241.2.R3 법에 따라 분석한 보수능(CRC)의 분석값이 30 g/g이상 내지 50 g/g이하의 범위 내일 수 있다.
<실시예 1>
벨트형 반응기를 이용하여 중합된 고흡수성 수지를 간격이 0.5mm인 여러 개의 톱니형 칼날로 구성된 젤 절단기로 절단하였다. 절단된 젤을 열풍 건조기를 사용하여 170℃에서 1시간 동안 건조하였다. 건조된 수지를 데시케이터에서 상온으로 냉각한 후 커팅밀을 이용하여 분쇄하였다. 분쇄된 수지는 그물망 체로 체질하여 150㎛ 미만, 150 ㎛에서 850 ㎛, 850 ㎛ 초과의 크기로 분리하였다.
<실시예 2>
벨트형 반응기를 이용하여 중합된 고흡수성 수지를 간격이 1cm인 여러 개의 톱니형 칼날로 구성된 젤 절단기로 절단하였다. 절단된 젤을 열풍 건조기를 사용하여 170℃에서 1시간동안 건조하였다. 건조된 수지를 데시케이터에서 상온으로 냉각한 후 커팅밀을 이용하여 분쇄하였다. 분쇄된 수지는 그물망 체로 체질하여 150㎛ 미만, 150 ㎛에서 850 ㎛, 850 ㎛ 초과의 크기로 분리하였다.
<비교예 1>
벨트형 반응기를 이용하여 중합된 고흡수성 수지를 여러 개의 회전칼날로 구성된 젤 절단기로 절단하였다. 절단된 젤을 열풍 건조기를 사용하여 170℃에서 1시간동안 건조하였다. 건조된 수지를 데시케이터에서 상온으로 냉각한 후 커팅밀을 이용하여 분쇄하였다. 분쇄된 수지는 그물망 체로 체질하여 150 ㎛ 미만, 150 ㎛에서 850 ㎛, 850 ㎛ 초과의 크기로 분리하였다.
<비교예 2>
벨트형 반응기를 이용하여 중합된 고흡수성 수지를 여러 개의 회전칼날로 구성된 젤 절단기로 절단한 후 니더(kneader)형 분쇄기를 이용하여 분쇄하였다. 분쇄된 젤을 열풍 건조기를 사용하여 170℃에서 1시간 동안 건조하였다. 건조된 수지를 데시케이터에서 상온으로 냉각한 후 커팅밀을 이용하여 분쇄하였다. 분쇄된 수지는 그물망 체로 체질하여 150 ㎛ 미만, 150㎛에서 850 ㎛, 850 ㎛ 초과의 크기로 분리하였다.
<실험예>
실시예 1 및 2, 비교예 1 및 2 에서 얻어진 입자들의 무게를 측정하여 150㎛ 미만, 150 ㎛에서 850 ㎛, 850 ㎛ 초과 크기의 비율을 계산하였다. 결과를 하기 표 1에 나타내었다. 표 1을 참고하면, 150 ㎛에서 850 ㎛ 크기의 입자가 비교예1에서는 60.5%, 비교예2에서는 84.6%, 실시예1에서는 89.3%, 실시예2에서는 89.5% 선별되었다. 비교예1은 비표면적이 충분하지 않아서 건조가 충분히 진행되지 않았으며, 이에 따라 밀링도 충분히 진행되지 않아서 크기가 큰 입자가 많음을 알 수 있다. 비교예2는 니더(kneader) 분쇄기로 젤을 분쇄하는 과정에서 손상이 심하게 발생하여 미분이 다량으로 발생하였음을 알 수 있다. 반면에, 실시예 1 및 2에서는 밀링 공정에서 미분이 적게 발생하였음을 알 수 있다.
시료 입자 크기
<150㎛ 150㎛~ 850㎛ >850㎛
비교예1 4.2 60.5 35.3
비교예2 10.1 84.6 5.3
실시예1 5.2 89.3 5.5
실시예2 4.6 89.5 5.9
150 ㎛에서 850 ㎛ 크기의 입자를 대상으로 보수능(CRC) 및 수용해 성분(EC) 분석을 수행하였다. 결과를 하기 표 2에 나타내었다. CRC(Centrifuge Retention Capacity) 및 EC(Extractable Content) 분석은 EDANA(European Disposables and Nonwovens Association) WSP241.2.R3 및 EDANA WSP270.2.R3 방법에 따라 수행하였다. 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
시료 입자 크기 CRC(g/g) EC(%)
150㎛~ 850㎛
비교예1 60.5 28 4
비교예2 84.6 47 17
실시예1 89.3 46 6
실시예2 89.5 45 5
비교예1은 EC 값이 4% 이하로 낮으나, CRC값 또한 낮고, 비교예2는, EC값이 17%로 크게 나타났다. 실시예 1 및 2은 CRC값이 높고 EC값이 6% 이하로 낮게 유지되었다.
이상 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
1: 중합체
10: 중합 반응기
20: 이송기
21: 벨트
22: 이송 롤러
25: 피딩 롤러
40: 커팅 유닛
41: 윈도우 프레임, 42: 커터
421, 422: 톱날형 칼날, 423: 본체
50 분무기

Claims (11)

  1. 친수성 단량체를 포함하는 모노머 조성물을 준비하고 중합하는 단계; 및
    중합체를 커팅 유닛으로 이송하는 이송 단계;
    톱니형 칼날이 구비된 커터를 포함하는 커팅 유닛으로 중합체를 절단하는 단계;
    를 포함하는 고흡수성 수지의 제조방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 커팅 유닛은 제2 방향으로 0.3 cm 이상 내지 1.0 cm 이하의 범위 내에서 이격 배치된 둘 이상의 커터들을 포함하는 고흡수성 수지의 제조방법.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 절단 단계는 상기 중합체에 윤활제로서 물을 공급하면서 톱니형 칼날이 구비된 커터로 절단하는 고흡수성 수지의 제조방법.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 이송 단계는 중합 반응기와 연결된 벨트에 중합체를 로딩(loading)하고 상기 벨트와 동일 방향으로 회전하는 피딩 롤러(roller)의 사이의 공간으로 중합체를 통과시킨 후 커팅 유닛으로 공급하는 과정으로 이루어지며,
    상기 절단 단계는 상기 커팅 유닛을 상기 중합체의 이동방향인 제3 방향에 수직인 제2 방향으로 왕복 운동시키는 과정으로 이루어지는 고흡수성 수지의 제조방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 커팅 유닛은 윈도우 프레임, 상기 윈도우 프레임의 일단으로부터 타단까지 연장되어 윈도우 영역에 형성된 톱니형 칼날이 구비된 커터를 포함하는 고흡수성 수지의 제조방법.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 커팅 유닛은,
    상기 윈도우 프레임의 일단과 타단에 각각 고정 장착되는 프레임들을 더 포함하고, 일단의 프레임과 타단의 프레임은 서로 이격 배치되어 있는 고흡수성 수지의 제조방법.
  7. EDANA WSP270.2.R3 법에 따라 분석한 수용해 성분(EC)의 분석 값이 6% 이하인 고흡수성 수지.
  8. 제7 항에 있어서,
    EDANA WSP241.2.R3 법에 따라 분석한 보수능(CRC)의 분석값이 30 g/g 이상 내지 50 g/g 이하의 범위 내인 고흡수성 수지.
  9. 중합 반응기;
    상기 중합 반응기와 연결되어 중합체를 이송하는 벨트와 상기 벨트의 상부에 설치되고 상기 벨트와 동일 방향으로 회전하는 피딩 롤러를 구비한 이송기; 및
    상기 중합체의 이송 방향인 제3 방향과 수직인 제2 방향으로 왕복 운동하고, 윈도우 프레임, 상기 윈도우 프레임의 일단으로부터 타단까지 연장되어 윈도우 영역에 형성된 톱니형 칼날이 구비된 커터를 포함하는 커팅 유닛;
    을 포함하는 고흡수성 수지의 제조장치.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 커팅 유닛은, 상기 윈도우 프레임의 일단에 고정 장착되는 상부 프레임과 상기 상부 프레임으로부터 이격 배치되고 상기 윈도우 프레임의 타단에 고정 장착되는 하부 프레임을 더 포함하는 고흡수성 수지의 제조장치.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 피딩 롤러의 상부에 배치되고 중합체에 물을 분무하는 분무기를 더 포함하는 고흡수성 수지의 제조장치.
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