KR20160084041A - 미세입자를 포함하는 수분산액으로 처리된 고흡수성 수지의 제조 방법 및 이로부터 제조된 고흡수성 수지 - Google Patents

미세입자를 포함하는 수분산액으로 처리된 고흡수성 수지의 제조 방법 및 이로부터 제조된 고흡수성 수지 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고흡수성 수지에 하기 ⅰ) 내지 ⅱ)와 같은 특성을 갖는 입자를 포함하는 수분산액을 첨가하는 단계를 포함하는 고흡수성 수지의 제조 방법 및 상기 제조 방법에 의해 제조된 고흡수성 수지에 관한 것이다.
ⅰ) 300 내지 1500 m2/g 의 BET 비표면적 (specific surface area),
ⅱ) 50 % 이상의 공극률(porosity)

Description

미세입자를 포함하는 수분산액으로 처리된 고흡수성 수지의 제조 방법 및 이로부터 제조된 고흡수성 수지{PREPARATION METHOD OF IMPROVED SUPERABSORBENT POLYMER(SAP) TREATED WITH AQUEOUS DISPERSION COMPRISING NANOPARTICLES AND SUPERABSORBENT POLYMER(SAP) PREPARED THEREBY}
본 발명은 고흡수성 수지의 제조방법 및 이로부터 제조된 고흡수성 수지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 특정 성질을 갖는 입자를 포함하는 수분산액을 첨가하는 단계를 포함하는 고흡수성 수지의 제조 방법 및 이로부터 제조된 고흡수성 수지에 관한 것이다.
고흡수성 수지(Superabsorbent Polymers, SAPs)란 자체 무게의 5백 내지 1천 배 정도의 수분을 흡수할 수 있는 기능을 가진 합성 고분자 물질로, 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.
이러한 고흡수성 수지의 제조공정에서 물은 중합 매체이며, 표면 가교과정에서 가교액의 분산을 용이하게 하는 등 다양한 용도로 사용된다. 또한 최종 제품의 잔류 수분은 수지에 대한 정전기 방지제 및 가소제의 역할을 하여, 응용공정에서 아주 작은 고흡수성 수지 미립자(dust) 형성을 억제하고 고흡수성 수지 입자의 분쇄를 방지한다. 그러나 일반적으로, 고흡수성 수지에 물을 첨가하면, 흡수된 물에 의하여 수지 표면의 점도(stickiness)가 증가하며, 고흡수성 수지 입자간의 비가역적 응집(irreversible agglomeration)이 발생하게 된다. 이러한 점도 증가와 응집은, 제조 및 응용공정에서의 부하증가 등 가공성 (processability)을 감소시키며, 결과적으로 고흡수성 수지의 입도 증가, 물성 감소 및 생산성의 저하를 유발하게 된다.
이와 관련하여, 종래에는 대한민국 공개특허 제 2012-0081113호 등에서, 수불용성 무기 미립자를 포함하는 흡수성 수지의 제조방법 등을 개시하고 있으나, 이러한 종래의 기술로는 고흡수성 수지의 표면의 수분이 증가하면, 표면의 점도가 증가하게 되어 위에서 언급한 응집, 가공성 및 생산성의 감소가 발생하는 등의 문제가 발생하여, 고함수율과 고가공성을 동시에 만족하는 고흡수성 수지에 대한 개발의 필요성이 요구되고 있는 실정이다.
고함수율과 고가공성을 동시에 만족시키기 위해서 초미세 분말 형태의 다공성 초소수성 입자를 사용할 수 있는데, 상기 분말 형태의 다공성 초소수성 입자는 부피 밀도(bulk density)가 약 0.04-0.10 g/cm3으로 매우 낮아 무게에 비해 부피가 매우 크므로 운송비가 많이 들고, 보관 시 많은 공간을 필요로 한다. 또한 대량 생산 체제에서 정량 투입이 용이하지 않고 공기 중에 비산될 확률이 높아 작업성이 나쁘고, 작업자의 건강에도 좋지 않다는 문제점이 있었다.
따라서, 고함수율과 고가공성의 성질을 가지면서도 액상 형태로 취급이 용이하여 경제성 및 작업성을 향상시킬 수 있는 미세입자가 도입된 고흡수성 수지에 대한 필요성이 요구되고 있는 실정이다.
한국 공개특허 2012-0081113 호
본 발명이 해결하려는 과제는 고함수율과 고가공성을 동시에 만족시키는 고흡수성 수지의 생산을 위하여, 운반성, 보관성 및 작업성이 뛰어난 미세입자를 포함하는 수분산액을 이용하여 처리하는 단계를 포함하는 고흡수성 수지의 제조 방법 및 이로부터 제조된 물성이 향상된 고흡수성 수지를 제공하는 것이다.
이러한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 수용성 에틸렌계 불포화 단량체 및 중합개시제를 포함하는 단량체 조성물을 중합하여 생성된 함수겔상 중합체에 ⅰ) 300 내지 1500 m2/g 의 BET 비표면적 (specific surface area) 내지 ⅱ) 50 % 이상의 공극률(porosity)의 특성을 갖는 입자를 포함하는 수분산액을 첨가하는 단계를 포함하는 고흡수성 수지의 제조 방법을 제공한다.
또한 이러한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 상기 제조 방법에 의해 제조된 고흡수성 수지를 제공한다.
본 발명에 따른 고흡수성 수지의 제조 방법에 따르면, 미세입자를 포함하는 수분산액을 고흡수성 수지에 도입함으로써 미세입자 도입의 장점인 고함수율, 고가공성, 내파쇄성, 및 내고화성을 만족시킴과 동시에 미세입자 도입의 단점인 보관 및 이동의 어려움, 높은 비산성, 나쁜 작업성 등을 개선한다는 장점이 있다.
도 1은 비교예 1 및 실시예 1 내지 3에 의해 제조된 고흡수성 수지의 볼밀링 후 300~600 ㎛ 의 입도 분포 변화율을 나타낸 그림이다.
도 2는 비교예 1 내지 실시예 1 내지 3에 의해 제조된 고흡수성 수지의 볼밀링 전후의 투과성을 나타낸 그림이다.
본 발명은 하기에 설명하는 고흡수성 수지의 제조 방법에 관한 것이며, 본 발명에서 제공되는 고흡수성 수지의 제조 방법에 의하면 보관 및 이동이 편리하고 작업성이 좋은 미세입자를 포함하는 수분산액을 이용하여 고함수율, 고가공성, 내파쇄성 등을 갖는 고흡수성 수지를 생산할 수 있다.
이하 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 고흡수성 수지의 제조 방법은 수용성 에틸렌계 불포화 단량체 및 중합개시제를 포함하는 단량체 조성물을 중합하여 생성된 함수겔상 중합체 및 입자를 포함하는 수분산액을 첨가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 입자는 하기 ⅰ) 내지 ⅱ) 중 어느 하나의 특성을 갖는다.
ⅰ) 300 내지 1500 m2/g 의 BET 비표면적 (specific surface area),
ⅱ) 50% 이상의 공극률(porosity).
본 발명에서 사용된 용어 "입자"는 다공성, 초소수성을 갖는 미세 입자를 의미하며, 명세서 전반에서 "미세 입자"와 동일한 의미로 사용되었다.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 입자는 2 ㎚ ~ 50 ㎛의 입도를 갖거나, 물에 대한 접촉각이 125 °이상의 초소수성인 것이 바람직하고, 상기 입도 및 접촉각 특성을 모두 갖는 것이 더 바람직하나 이에 한정되지 않는다.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 수분산액은 상기 입자, 물 및 유기 용매를 포함할 수 있는데, 상기 유기 용매는 메탄올(methanol), 에탄올(ethanol), 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol, IPA) 및 아세톤(acetone)으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있고, 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol, IPA)을 사용하는 것이 더욱 바람직하다.
일반적으로 고흡수성 수지의 표면은 친수성을 띄며, 수분 흡수 후 건조 시 입자 사이에 존재하는 물에 의한 모세관력, 수소결합, 또는 입자 간의 반데르발스 힘 등에 의하여 비가역적 응집이 발생하게 된다. 따라서, 고흡수성 수지의 중합 및 표면 가교 공정에서도 필수적으로 물을 사용하게 되는데, 이에 따른 응집이 발생하기 때문에, 내부 부하를 증가시키며, 결과적으로 장비 고장의 원인이 될 수 있다. 또한, 상기와 같이 응집된 상태의 고흡수성 수지는 입도가 응용에 부적합하게 크기 때문에, 이를 적정 입도로 줄이는 해쇄 공정을 도입해야 하는 단점이 있다. 또한 상기 해쇄 공정에서 강한 힘이 가해지므로 고흡수성 수지 파쇄에 따른 물성하락이 발생할 수 있다는 문제점이 존재하였다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 고흡수성 수지의 표면에 존재하며, 수지 입자간의 직접적인 응집을 방해하는 역할을 할 수 있는 다양한 미세입자를 도입하려는 시도가 있었으나, 미세입자가 과량이 도입될 경우 응집은 방지되나, 고흡수성 수지의 흡수 특성이 감소한다는 단점이 있었다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 고흡수성 수지에 도입되는 미세입자는 2 ㎚ ~ 50 ㎛의 입도를 갖는다. 또한 상기 미세입자는 300 내지 1500 m2/g, 바람직하게는 500 내지 1500 m2/g, 보다 바람직하게는 700 내지 1500 m2/g 의 BET 비표면적 (specific surface area)을 가질 수 있다. 또한 상기 미세입자는 물에 대한 접촉각이 125° 이상의 초소수성을, 바람직하게는 140° 이상의 초소수성을, 보다 바람직하게는 145° 이상의 초소수성을 가질 수 있다. 또한 상기 미세입자는 50 % 이상의 공극률(porosity)을, 바람직하게는 90 % 이상의 공극률 (porosity)을 가질 수 있다. 본 발명의 고흡수성 수지의 제조방법은 상기와 같은 미세입자를 사용하기 때문에, 수지 표면에 있는 물의 영향을 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라, 입자를 사용하기 때문에, 응집을 현저하게 감소시킬 수 있고, 상대적으로 소량의 입자를 사용하여도 투과도가 쉽게 향상되고, 고함수량 및 이의 유지가 용이할 수 있다.
본 발명의 입자는 상기 ⅰ) 내지 ⅳ) 와 같은 특성을 갖는 물질이라면 그 성분에 한정이 없으며, 구체적으로 실리카 (SiO2), 알루미나, 탄소 (Carbon) 및 티타니아 (TiO2) 등의 무기 산화물, 무기 화합물, 유기 고분자, 이온교환수지, 금속, 금속염 등을 사용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니고, 실리카(SiO2)를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 입자는 물 및 유기 용매의 혼합액 100 중량부에 대하여 1 내지 25 중량부로 포함되는 것을 특징으로 한다. 입자가 상기 범위로 포함될 경우, 분산이 양호하게 진행되고 장기 보관 시 분산 불안정으로 인한 겔화가 없다. 따라서 겔화 방지를 위해 첨가제, pH조절제, 계면활성제 또는 안정제 등의 보조제를 포함하지 않아도 되기 때문에 건조 시 입자 본래의 초소수성 및 다공성의 성질을 유지할 수 있다. 따라서, 공정 전 전-처리를 통한 상기 보조제의 제거가 필요 없고 공정에 바로 적용할 수 있는 장점을 갖는다.
또한, 상기 수분산액을 첨가한 후 혼합하는 속도는 200 내지 3000 rpm의 속도로 혼합하는 것이 바람직하다. 혼합 속도가 200 rpm 미만이면, 혼합에 따른 효과가 충분히 나타나지 않으며, 3000 rpm을 초과하면, 지나치게 분쇄가 되는 문제가 있다.
또한, 상기 함수겔상 중합체에 입자를 포함하는 수분산액을 첨가한 후 10초 내지 3분간 혼합하는 것이 바람직하다. 혼합 시간이 10초 미만이면, 혼합에 따른 효과가 충분히 나타나지 않으며, 3분을 초과하면, 지나치게 분쇄가 되는 문제가 있다.
본 발명에 따른 고흡수성 수지의 제조 방법을 자세히 살펴보면, 상기 제조 방법은 수용성 에틸렌계 불포화 단량체 및 중합개시제를 포함하는 단량체 조성물을 중합하여 함수겔상 중합체를 준비하는 단계를 거친다.
본 발명의 고흡수성 수지 제조를 위해서는, 당해 기술 분야에서 통상 사용되는 단계 및 방법으로 중합체를 준비할 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 고흡수성 수지 제조에 있어서, 상기 단량체 조성물은 중합개시제를 포함하는데, 중합 방법에 따라 광중합 방법에 의할 경우에는 광중합 개시제를 포함하고, 열중합 방법에 의할 경우에는 열중합 개시제 등을 포함할 수 있다. 다만, 광중합 방법에 의하더라도 자외선 조사 등의 조사에 의해 일정량의 열이 발생하고, 또한 발열 반응인 중합 반응의 진행에 따라 어느 정도의 열이 발생하므로, 추가적으로 열중합 개시제를 포함할 수도 있다.
본 발명에 따른 고흡수성 수지의 제조 방법에 사용되는 열중합 개시제는 특별한 제한은 없으나, 바람직하게는 과황산염계 개시제, 아조계 개시제, 과산화수소, 및 아스코르빈산으로 이루어진 개시제 군에서 선택되는 하나 이상을 사용할 수 있다. 구체적으로, 과황산염계 개시제의 예로는 과황산나트륨 (Sodium persulfate; Na2S2O8), 과황산칼륨 (Potassium persulfate; K2S2O8), 과황산암모늄 (Ammonium persulfate; (NH4)2S2O8) 등이 있으며, 아조(Azo)계 개시제의 예로는 2, 2-아조비스-(2- 아미디노프로판)이염산 염 (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-시아노발레릭산) (4,4-azobis-(4-cyanovaleric acid)) 등을 사용할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 고흡수성 수지의 제조 방법에 사용되는 광중합 개시제로는 특별한 제한은 없으나, 바람직하게는 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 선택되는 하나 이상을 사용할 수 있다. 한편, 아실포스핀의 구체예로, 상용하는 lucirin TPO, 즉, 2,4,6-트리메틸-벤조일-트리메틸 포스핀 옥사이드 (2,4,6-trimethyl-benzoyl-trimethyl phosphine oxide)를 사용할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 고흡수성 수지의 제조 방법에 있어서, 상기 수용성 에틸렌계 불포화 단량체로는 고흡수성 수지의 제조에 통상 사용되는 단량체라면 특별한 제한은 없으나, 바람직하게는 음이온성 단량체와 그 염, 비이온계 친수성 함유 단량체, 및 아미노기 함유 불포화 단량체 및 그의 4급화물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 사용할 수 있다. 구체적으로는 아크릴산, 메타아크릴산, 무수말레인산, 푸말산, 크로톤산, 이타콘산, 2-아크릴로일에탄술폰산, 2-메타아크릴로일에탄술폰산, 2-(메타)아크릴로일프로판술폰산, 또는 2-(메타)아크릴아미드-2-메틸프로판 술폰산의 음이온성 단량체와 그 염; (메타)아크릴아미드, N-치환(메타)아크릴레이트, 2-히드록시에틸(메타)아크릴레이트, 2-히드록시프로필(메타)아크릴레이트, 메톡시폴리에틸렌글리콜(메타)아크릴레이트 또는 폴리에틸렌 글리콜(메타)아크릴레이트의 비이온계 친수성 함유 단량체; 및 (N, N)-디메틸아미노에틸(메타)아크릴레이트 또는 (N, N)-디메틸아미노프로필(메타)아크릴아미드의 아미노기 함유 불포화 단량체 및 그의 4급화물로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 바람직하게 사용할 수 있고, 더욱 바람직하게는 아크릴산 또는 그 염을 사용할 수 있는데, 아크릴산 또는 그 염을 단량체로 하는 경우, 특히 흡수성이 향상된 고흡수성 수지를 얻을 수 있다는 장점이 있다.
그리고, 본 발명에 따른 고흡수성 수지의 제조 방법에 있어서, 자원 재활용에 따른 효과를 위해 상기 단량체 조성물에는 제조된 고흡수성 수지 분말 중 미분, 즉 입도가 150 ㎛ 미만인 중합체 또는 수지 분말을 일정량 포함시킬 수 있으며, 구체적으로는 단량체 조성물의 중합 반응 시작 전, 또는 중합 반응 시작 후 초기, 중기, 말기 단계에서 상기 입도가 150 ㎛ 미만인 중합체 또는 수지 분말을 추가할 수 있다. 이 때 추가 가능한 양은 한정은 없으나, 단량체 수지 조성물에 포함된 단량체 100 중량부에 대해 1 내지 10 중량부를 추가하는 것이 최종 제조되는 고흡수성 수지의 물성 저하 방지를 위해 바람직하다.
한편, 본 발명에 따른 고흡수성 수지의 제조 방법에 있어서, 단량체 조성물 중 수용성 에틸렌계 불포화 단량체의 농도는 중합 시간 및 반응 조건 등을 고려하여 적절히 선택하여 사용할 수 있으나, 바람직하게는 40 내지 55 중량%로 할 수 있다. 수용성 에틸렌계 불포화 단량체의 농도가 40 중량% 미만인 경우, 경제성 면에서 불리하며, 55 중량% 초과하는 경우, 중합 된 함수겔상 중합체의 분쇄 시 분쇄 효율이 낮게 나타날 수 있다.
이와 같은 단량체 조성물을 열중합 또는 광중합하여 함수겔상 중합체를 준비하는 방법 또한 통상 사용 되는 중합 방법이면, 그 구성의 한정이 없다. 구체적으로, 중합 방법은 중합 에너지 원에 따라 크게 열중합 및 광중합으로 나뉘며, 통상 열중합을 진행하는 경우, 니더(kneader)와 같은 교반축을 가진 반응기에서 진행 될 수 있으며, 광중합을 진행하는 경우, 이동 가능한 컨베이어 벨트를 구비한 반응기에서 진행될 수 있으나, 상술한 중합 방법은 일 예이며, 본 발명은 상술한 중합 방법에 한정되지는 않는다.
예를 들어, 상술한 바와 같이 교반축을 구비한 니더(kneader)와 같은 반응기에, 열풍을 공급하거나 반응기를 가열하여 열중합을 하여 얻어진 함수겔상 중합체는 반응기에 구비된 교반축의 형태에 따라, 반응기 배출구로 배출되는 함수겔상 중합체는 수 센티미터 내지 수 밀리미터 형태일 수 있다. 구체적으로, 얻어지는 함수겔상 중합체의 크기는 주입되는 모노머 조성물의 농도 및 주입속도 등에 따라 다양하게 나타날 수 있는데, 통상 입도가 2 내지 50 mm 인 함수겔상 중합체 가 얻어질 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이 이동 가능한 컨베이어 벨트를 구비한 반응기에서 광중합을 진행하는 경우, 통상 얻어지는 함수겔상 중합체의 형태는 벨트의 너비를 가진 시트 상의 함수겔상 중합체일 수 있다. 이때, 중합체 시트의 두께는 주입되는 모노머 조성물의 농도 및 주입속도에 따라 달라지나, 통상 0.5 내지 5 cm의 두께를 가진 시트 상의 중합체가 얻어질 수 있도록 단량체 조성물을 공급하는 것이 바람직하다. 시트 상의 중합체의 두께가 지나치게 얇을 정도로 단량체 조성물을 공급하는 경우, 생산 효율이 낮아 바람직하지 않으며, 시트 상의 중합체 두께가 5 cm를 초과하는 경우에는 지나치게 두꺼운 두께로 인해, 중합 반응이 전 두께에 걸쳐 고르게 일어나지 않을 수가 있다.
상기에서 얻어진 함수겔상 중합체의 통상 함수율은 30 내지 60 중량%이다. 한편, 본 명세서 전체에서 "함수율"은 전체 함수겔상 중합체 중량에 대해, 차지하는 수분의 함량으로 함수겔상 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 180 ℃까지 온도를 상승시킨 뒤 180 ℃ 에서 유지하는 방식으로 총 건조시간은 온도상승단계 5분을 포함하여 20분으로 설정하여, 함수율을 측정한다.)
상기 열중합 또는 광중합에 의해 얻어지는 함수겔상 중합체는 건조 단계를 거치는데, 바람직하게 상기 건조단계의 건조 온도는 150 ℃ 내지 250 ℃일 수 있다. 한편, 본 명세서 전체에서 "건조 온도"는 건조를 위해 공급되는 열 매체의 온도 또는 건조 공정에서 열매체 및 중합체를 포함한 건조 반응기의 온도로 정의될 수 있다.
건조 온도가 150 ℃ 미만인 경우, 건조 시간이 지나치게 길어지고 최종 형성되는 고흡수성 수지의 물성이 저하 될 우려가 있고, 건조 온도가 250 ℃를 초과하는 경우, 지나치게 중합체 표면만 건조되어, 추후 이루어지는 분쇄 공정에서 미분이 발생할 수도 있고, 최종 형성되는 고흡수성 수지의 물성이 저하될 우려가 있다. 바람직하게 상기 건조는 150 ℃ 내지 250 ℃의 온도에서, 더욱 바람직하게는 160 ℃ 내지 200 ℃의 온도에서 진행될 수 있다.
한편, 건조 시간의 경우에는 그 구성의 한정은 없으나 공정 효율 등을 고려하여, 20분 내지 90분 동안 진행될 수 있다.
그리고, 이와 같은 건조 단계의 건조 방법 역시, 함수겔상 중합체의 건조 공정으로 통상 사용되는 것이면, 그 구성의 한정이 없이 선택되어 사용될 수 있다. 구체적으로, 열풍 공급, 적외선 조사, 극초단파 조사, 또는 자외선 조사 등의 방법으로 건조 단계를 진행할 수 있다. 이와 같은 건조 단계 진행 후의 중합체의 함수율은 0.1 내지 10 중량%일 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 고흡수성 수지의 제조 방법은 건조 단계의 효율을 높이기 위하여, 필요에 따라서, 건조 단계의 전에 간단히 분쇄하는 단계를 더 거칠 수 있다. 상기 건조 단계의 전에 간단히 분쇄하는 단계는 함수겔상 중합체의 중합체의 입도가 1 mm 내지 15 mm로 되도록 분쇄할 수 있는데, 중합체의 입도가 1 mm 미만이 되게 분쇄하는 것은 함수겔상 중합체의 높은 함수율로 인해 기술적으로 어려우며, 또한 분쇄된 입자 간에 서로 응집되는 현상이 나타날 수도 있으며, 입도가 15 mm를 초과하도록 분쇄하는 경우, 분쇄에 따른 추후 건조 단계 효율 증대의 효과가 미미해진다.
상기 건조 단계의 전에 간단히 분쇄하는 단계에 있어서, 사용되는 분쇄기는 구성의 한정은 없으나, 구체적으로, 수직형 절단기(Vertical pulverizer), 터보 커터(Turbo cutter), 터보 글라인더(Turbo grinder), 회전 절단식 분쇄기(Rotary cutter mill), 절단식 분쇄기(Cutter mill), 원판 분쇄기(Disc mill), 조각 파쇄기(Shred crusher), 파쇄기(Crusher), 초퍼(chopper) 및 원판식 절단기(Disc cutter)로 이루어진 분쇄 기기 군에서 선택되는 어느 하나를 포함할 수 있으나, 상술한 예에 한정되지는 않는다.
이와 같이 건조 단계 전에 건조 효율을 높이기 위해서 분쇄하는 단계를 거치는 경우, 함수율이 높은 중합체로 인해, 분쇄기 표면에 들러붙는 현상이 나타날 수도 있다. 따라서, 이와 같은 함수겔상 중합체의 건조 전 분쇄 단계의 효율을 높이기 위해, 분쇄 시, 들러붙는 것을 방지할 수 있는 첨가제 등을 추가로 사용할 수 있다.
구체적으로 사용 가능한 첨가제의 종류는 그 구성의 한정은 없으나, 스팀, 물, 계면활성제, Clay 나 Silica 등의 무기 분말 등과 같은 미분 응집 방지제; 과황산염계 개시제, 아조계 개시제, 과산화수소, 및 아스코르빈산와 같은 열중합 개시제, 에폭시계 가교제, 디올(diol)류 가교제, 2 관능기 또는 3 관능기 이상의 다관능기의 아크릴레이트를 포함하는 가교제, 수산화기를 포함하는 1관능기의 화합물과 같은 가교제일 수 있으나, 상술한 예에 한정되지 않는다.
이후, 본 발명에 따른 고흡수성 수지의 제조 방법은 상기 건조 단계를 거친 후, 상기 건조된 중합체를 분쇄하는 분쇄 단계를 거친다. 상기 분쇄 단계 후 얻어지는 중합체의 입도는 150 ㎛ 내지 850 ㎛ 이다.
본 발명에 따른 고흡수성 수지의 제조 방법에 있어서, 이와 같은 입도로 분쇄하기 위해 사용되는 분쇄기는 구체적으로, 핀 밀(pin mill), 해머 밀(hammer mill), 스크류 밀(screw mill), 롤 밀(roll mill), 디스크 밀(disc mill) 또는 조그 밀(jog mill) 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이 후, 본 발명에 따른 고흡수성 수지의 제조 방법은 상기 분쇄된 함수겔상 중합체에 표면 가교제를 첨가한 후, 표면 가교 반응을 진행하는 단계를 거친다. 상기 표면 가교 반응은 입자를 포함하는 수분산액을 첨가하는 단계 이전에 진행할 수 있고, 상기 함수겔상 중합체에 입자를 포함하는 수분산액을 첨가한 이후에 진행할 수도 있다.
본 발명에 따른 고흡수성 수지의 제조 방법에서 첨가되는 표면 가교제는 중합체가 갖는 관능기와 반응 가능한 화합물이라면 그 구성의 한정이 없다. 상기 표면 가교제로서는 바람직하게는 생성되는 고흡수성 수지의 특성을 향상시키기 위해, 다가 알콜 화합물; 에폭시 화합물; 폴리아민 화합물; 할로에폭시 화합물; 할로에폭시 화합물의 축합 산물; 옥사졸린 화합물류; 모노-, 디- 또는 폴리옥사졸리디논 화합물; 환상 우레아 화합물; 다가 금속염; 및 알킬렌 카보네이트 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 1 종 이상을 사용할 수 있다.
구체적으로, 다가 알콜 화합물의 예로는 모노-, 디-, 트리-, 테트라- 또는 폴리에틸렌 글리콜, 모노프로필렌글리콜, 1,3-프로판디올, 디프로필렌 글리콜, 2,3,4-트리메틸-1,3-펜탄디올, 폴리프로필렌 글리콜, 글리세롤, 폴리글리세롤, 2-부텐-1,4-디올, 1,4-부탄디올, 1,3-부탄디올, 1,5-펜탄디올, 1,6-헥산디올, 및 1,2-사이클로헥산디메탄올로 이루어진 군에서 선택되는 1 종 이상을 사용할 수 있다.
또한, 에폭시 화합물로는 에틸렌 글리콜 디글리시딜 에테르 및 글리시돌 등을 사용할 수 있으며, 폴리아민 화합물류로는 에틸렌디아민, 디에틸렌트리아민, 트리에틸렌테트라아민, 테트라에틸렌펜타민, 펜타에틸렌헥사민, 폴리에틸렌이민 및 폴리아미드폴리아민로 이루어진 군에서 선택되는 1 종 이상을 사용할 수 있다.
그리고, 할로에폭시 화합물로는 에피클로로히드린, 에피브로모히드린 및 및 α-메틸에피클로로히드린을 사용할 수 있다. 한편, 모노-, 디- 또는 폴리옥사졸리디논 화합물로는 예를 들어 2-옥사졸리디논 등을 사용할 수 있다. 그리고, 알킬렌 카보네이트 화합물로는 에틸렌 카보네이트 등을 사용할 수 있다. 이들을 각각 단독으로 사용하거나 서로 조합하여 사용할 수도 있다. 한편, 표면 가교 공정의 효율을 높이기 위해, 이들 표면 가교제 중에서 1 종 이상의 다가 알코올 화합물을 포함하여 사용하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 탄소수 2 내지 10의 다가 알코올 화합물류를 사용할 수 있다.
그리고, 상기와 같이 표면 가교제를 혼합하여, 중합체 입자를 표면 처리하기 위해 첨가되는 표면 가교제의 함량은 구체적으로 추가되는 표면 가교제의 종류나 반응 조건에 따라 적절히 선택될 수 있지만, 통상 중합체 100 중량부에 대해, 0.001 내지 5 중량부, 바람직하게는 0.01 내지 3 중량부, 더욱 바람직하게는 0.05 내지 2중량부를 사용할 수 있다.
표면 가교제의 함량이 지나치게 적으면, 표면 가교 반응이 거의 일어나지 않으며, 중합체 100 중량부에 대해, 5 중량부를 초과하는 경우, 과도한 표면 가교 반응으로 인해 오히려 고흡수성 수지의 물성이 저하될 수 있다.
이때, 표면 가교제를 중합체에 첨가하는 방법은 그 구성의 한정은 없다. 표면 가교제와 중합체 분말을 반응조에 넣고 혼합하거나, 중합체 분말에 표면 가교제를 분사하는 방법, 연속적으로 운전되는 믹서와 같은 반응조에 중합체와 가교제를 연속적으로 공급하여 혼합하는 방법 등을 사용할 수 있다.
그리고, 표면 가교제를 첨가한 후 표면 가교 반응을 위한 반응 온도로의 승온을 1분 내지 60 분 내로 진행하기 위해, 바람직하게 표면 가교제 첨가 시, 중합체 자체의 온도는 20 ℃ 내지 90 ℃ 일 수 있다. 상기와 같이 중합체 자체의 온도를 나타내기 위해, 비교적 고온으로 진행되는 건조 단계 이 후에 이루어지는 공정을 연속적으로 진행하고, 공정 시간을 단축하거나, 또는 공정 시간을 단축하기 어려운 경우에는 별도로 중합체를 가열할 수도 있다.
또한, 본 발명에 따른 고흡수성 수지의 제조 방법은, 표면 가교제를 첨가한 후 표면 가교 반응을 위한 반응 온도로의 승온을 1분 내지 60분 내로 진행하기 위해, 중합체에 첨가되는 표면 가교제 자체를 가열할 수도 있다.
한편, 본 발명에 따른 고흡수성 수지의 제조 방법은 표면 가교 반응을 위한 반응 온도로의 승온을 1분 내지 60분 내에 진행한 후, 표면 가교 반응을 진행하는 경우, 표면 가교 공정의 효율을 개선할 수 있어, 최종 얻어지는 고흡수성 수지의 잔존 단량체 함량을 최소화하고, 우수한 물성을 가진 고흡수성 수지를 얻을 수 있다. 이 때, 첨가되는 표면 가교제의 온도는 5 ℃ 내지 60 ℃, 더욱 바람직하게는 10 ℃ 내지 40 ℃ 로 조절할 수 있다. 상기 표면 가교제의 온도가 5 ℃ 미만인 경우, 표면 가교제 승온에 따른 표면 가교 반응으로의 승온 속도 단축의 효과가 미미하고, 표면 가교제의 온도가 60 ℃를 초과하는 경우, 표면 가교제가 중합체에 골고루 분산되지 않을 수 있다. 본 명세서 전체에서, 표면 가교 반응 온도는 가교반응을 위한 첨가되는 표면 가교제와 중합체의 전체 온도로 정의될 수 있다.
그리고, 표면 가교 반응을 위한 승온 수단으로는, 그 구성의 한정이 없다. 구체적으로, 열매체를 공급하거나, 전기 등의 수단으로 직접 가열할 수 있으나, 본 발명이 상술한 예에 한정되는 것은 아니다. 구체적으로 사용될 수 있는 열원으로는 스팀, 전기, 자외선, 적외선 등이 있으며, 가열된 열유체 등을 사용할 수도 있다.
한편, 본 발명에 따른 고흡수성 수지의 제조 방법에서, 가교 반응을 위한 승온이 이루어진 후, 가교 반응은 1분 내지 120분, 바람직하게는 5분 내지 40분, 가장 바람직하게는 10분 내지 20분 동안 진행될 수 있다. 가교 반응 시간이 1분 미만으로 지나치게 짧은 경우, 충분한 정도의 가교 반응이 일어나지 않을 수 있고, 가교 반응 시간이 60분을 초과하는 경우, 과도한 표면 가교 반응으로 고흡수성 수지의 물성이 오히려 나빠질 수 있고, 반응기에서 장기 체류로 인한 중합체 파쇄가 일어날 수 있다.
상기와 같이, 함수겔상 중합체와 표면 가교제가 반응을 하여 생성된 고흡수성 수지에 대하여, 추가적인 분쇄를 할 수 있다. 상기 분쇄에 의하여 얻어지는 고흡수성 수지의 입도는 150 내지 850 ㎛ 이다. 상기와 같은 입도로 분쇄하기 위해 사용되는 분쇄기는 구체적으로, 핀 밀(pin mill), 해머 밀(hammer mill), 스크류 밀(screw mill), 롤 밀(roll mill), 디스크 밀(disc mill) 또는 조그 밀(jog mill) 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한 본 발명은 상기에 설명한 고흡수성 수지의 제조 방법에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 고흡수성 수지를 제공한다.
이하 본 발명을 비한정적인 실시예에 의해 더욱 상세하게 설명한다. 하기에 개시되는 본 발명의 실시 형태는 어디까지 예시로써, 본 발명의 범위는 이들의 실시 형태에 한정되지 않는다. 본 발명의 범위는 특허청구범위에 표시되었고, 더욱이 특허 청구범위 기록과 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경을 함유하고 있다. 또한, 이하의 실시예, 비교예에서 함유량을 나타내는 "%" 및 "부"는 특별히 언급하지 않는 한 질량 기준이다.
실시예
제조예 : 함수겔상 중합체의 제조
아크릴산 100 g, 가교제로 폴리에틸렌글리콜디아크릴레이트 0.3 g, 개시제로 디페닐(2,4,6-트리메틸벤조일)-포스핀 옥시드 0.033 g, 가성소다 (NaOH) 38.9 g, 및 물 103.9 g의 비율로 혼합하여, 단량체 농도가 50 중량%인 단량체 혼합물을 준비하였다.
이후, 상기 단량체 혼합물을 연속 이동하는 콘베이어 벨트상에 투입하고 자외선을 조사(조사량:2 mW/㎠)하여 2분 동안 UV 중합을 진행하여 함수겔 중합체를 얻었다.
제조예 : 고흡수성 수지의 제조
상기에서 얻은 함수겔 중합체를 5*5 mm 크기로 잘라서 170 ℃ 온도의 열풍건조기에서 2시간 동안 건조하고, 핀밀 분쇄기로 분쇄한 후 시브(sieve)를 이용하여 입경 크기가 150 내지 850 ㎛의 고흡수성 수지를 얻었다.
이후, 에틸렌 글리콜 디글리시딜 에테르 3.5 %를 이용하여 고흡수성 수지를 표면 가교 후, 120 ℃에서 1시간 반응하고, 분쇄 후 시브(sieve)를 이용하여 입경 크기가 150 내지 850 ㎛의 표면처리된 고흡수성 수지를 얻었다.
실시예 : 미세입자를 포함하는 수분산액이 도입된 고흡수성 수지의 제조
실시예 1
상기 제조예에 따라 준비된 고흡수성 수지 250 g을 교반기에 넣고 1000 rpm으로 60초 간 교반하였다. 후에 미세입자 분산액 7.075 g을 투여한 뒤 60초간 혼합하였다. 이후 30분 동안 Aging한 후 상기 혼합물을 시브를 이용하여 입경 크기가 150 내지 850 ㎛의 고흡수성 수지를 얻었다.
상기 미세입자 분산액은 초소수성 미세입자 silica Aerogel (AeroZelTM, JIOS 사) : 이소프로필알콜 : 물 = 1 : 4.5 : 4.5 비율로 만든 용액 1.5 g과, 물 5.545 g 을 혼합하여 만들었다. 상기에서 유기 용매인 이소프로필알콜을 분산 조력제로 사용하여 입자를 분산시켰다.
상기에서 사용한 silica Aerogel의 입도는 30 nm 이고, 500 m2/g 의 BET 비표면적을 갖고, 물에 대한 접촉각은 150˚이고, 공극률은 95 %이었다.
실시예 2
미세입자 분산액은 미세입자 silica Aerogel (AeroZelTM, JIOS 사): 이소프로필알콜 : 물 = 1 : 4.5 : 4.5 비율로 만든 용액 2.5 g과, 물 5.125 g을 혼합하여 만든 후에 고흡수성 수지에 미세입자 분산액 7.625 g을 투여하였다.
미세입자 분산액의 양을 다르게 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하여 고흡수성 수지를 얻었다.
실시예 3
미세입자 분산액은 초소수성 미세입자 silica Aerogel (AeroZelTM, JIOS 사): 이소프로필알콜 : 물 = 1 :4.5 : 4.5 비율로 만든 용액 2.5 g과 물 11.375 g을 혼합하여 만든 후에 고흡수성 수지에 미세입자 분산액 13.875 g을 투여하였다.
미세입자 분산액의 양을 다르게 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하여 고흡수성 수지를 얻었다.
비교예 1
미세입자 분산액을 사용하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법(미세입자 사용없이 120초 교반)으로 수행하여 수지를 얻었다.
비교예 2
상기 제조예에 따라 준비된 고흡수성 수지 250 g과 미세입자 silica Aerogel (AeroZelTM, JIOS 사) 0.15 g을 교반기에 넣고 1000 rpm으로 60초간 교반하였다. 후에 물 6.25 g을 넣고 60초간 추가 교반을 하였다. 이후, 상기 혼합물을 시브를 이용하여 입경 크기가 150 내지 850 ㎛의 고흡수성 수지를 얻었다.
비교예 3
미세입자 silica Aerogel (AeroZelTM, JIOS 사) 0.25 g을 사용한 것 외에는 비교예 2와 동일한 방법으로 수지를 얻었다.
비교예 4
미세입자 silica Aerogel (AeroZelTM, JIOS 사) 0.25 g과 물 12.5 g을 사용한 것 외에는 비교예 2와 동일한 방법으로 수지를 얻었다.
상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 4에 대한 제조방법의 특징을 정리하여 하기 표 1에 나타내었다.
미세입자 도입형태 미세입자 분산액 사용량(g) 미세입자 사용량(g) 총 도입된
물의 양 (g)
실시예 1 분산액 7.075 0.15 6.25
실시예 2 분산액 7.625 0.25 6.25
실시예 3 분산액 13.875 0.25 12.5
비교예 1 - - - -
비교예 2 분말 - 0.15 6.25
비교예 3 분말 - 0.25 6.25
비교예 4 분말 - 0.25 12.5
실험예 : 물성 평가
상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 4에 따른 고흡수성 수지의 물성을 평가하기 위해 하기와 같은 실험을 진행하였다.
하기 실험에 앞서, 상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 4로 준비된 고흡수성 수지에 대한 볼밀링을 진행하였다. 내용량 1 L의 세라믹 병에 고흡수성 수지 20 g과 지름 2.5 cm의 세라믹 볼을 넣고, 300 rpm에서 15분간 회전하여 밀링을 진행하였다. 이후 하기 실험예 4의 방법으로 입도를 분급하였으며, 이하 실험예 1 내지 3에 있어서, 볼 밀링 전 및 볼 밀링 후의 고흡수성 수지에 대하여 실험 결과를 측정하였다.
실험예 1 : 보수능 ( CRC , Centrifugal Retention Capacity )
상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 4로 준비된 고흡수성 수지 각각에 대해 볼밀링 전후의 보수능을 측정하였다. 보수능의 측정은 EDANA 법 WSP 241.3을 기준으로 하였다. 준비된 고흡수성 수지 중 입도 300 내지 600 ㎛ 시료 0.2 g을 티백에 넣고 0.9 % 염수 용액에 30분간 침전한다. 이후 250 G (gravity)의 원심력으로 3분간 탈수한 후 염수 용액이 흡수된 양을 측정하였다.
실험예 2 : 가압흡수능 ( AUP , Absorption Under Pressure )
상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 4로 준비된 고흡수성 수지 각각에 대해 볼밀링 전후의 가압흡수능을 측정하였다. 가압흡수능의 측정은 EDANA 법 WSP 241.3을 기준으로 하였다. 준비된 고흡수성 수지 중 입도 300 내지 600 ㎛ 시료 0.9 g을 EDANA에서 규정하는 실린더에 넣고 피스톤과 추로 0.7 psi의 압력을 가한다. 후에 0.9 % 염수 용액을 60분간 흡수한 양을 측정하였다.
실험예 3 : 투과성( Permeability )
상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 4로 준비된 고흡수성 수지 각각에 대해 볼밀링 전후의 투과성을 측정하였다.
크로마토그래피 관 하부 글래스 필터(Glass Filter)와 콕크 사이에 기포가 생기지 않도록 역으로 물을 투입하여 약 10 mL 채우고 염수로 2~3회 세척하고 40 mL 이상까지 0.9 % 염수로 채운다. 크로마토그래피 관에 피스톤을 넣고 하부의 밸브를 연 후 액면이 40 mL 표시선에서 20 mL 표시선이 될 때까지의 시간을 기록(B: sec)하여 Blank 실험을 실시한다. 준비된 고흡수성 수지 중 입도 300 내지 600 ㎛ 시료 0.2 g을 넣은 다음 염수를 가하여 염수 총량이 50 mL가 되도록 한다. 고흡수성 수지가 충분히 팽윤되도록 30분 방치한다. 크로마토그래피 관 내에 추가 달린 피스톤(0.3 psi)을 넣고 1분간 방치한다. 크로마토그래피 관 하부에 있는 마개를 연 후, 액면이 40 mL 표시선에서 20 mL표시선이 될 때까지의 시간(T1: sec)을 기록한다. 투과성은 아래의 식으로 나타낸다.
투과성 = T1 - B
상기 실험예 1 내지 3 및 비교예 1로 준비된 고흡수성 수지의 투과성에 대한 결과는 도 2에 나타내었다. 비교예 1과 비교하여 실시예 1 내지 3의 고흡수성 수지의 경우 투과능이 우수하다.
실험예 4 : 고흡수성 수지 입도
상기 실험예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 4로 준비된 고흡수성 수지 각각에 대한 입도를 측정하였다. 고흡수성 수지 입도의 측정은 EDANA 법 WSP 240.3을 기준으로 하였다. 고흡수성 수지 100 g을 850 ㎛, 600 ㎛, 300 ㎛, 150 ㎛, Pan의 Mesh로 구분하여 1.44 mm 진폭, 진동수 50 Hz로 10분간 진동한 후, 각 체의 상부에 체류량의 비율로 함량을 측정하였다.
상기 실험예 1 내지 3 및 비교예 1로 준비된 고흡수성 수지의 입도 분포 변화율에 대한 결과는 도 1에 나타내었다. 비교예 1과 비교하여 실시예 1 내지 3의 고흡수성 수지의 경우 볼밀링 후 입도분포 변화율이 적은 장점이 있다.
상기와 같이 실험예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 4로 준비된 고흡수성 수지 각각에 대해 측정한, 볼 밀링 전과 후에 따른 보수능, 가압흡수능, 및 투과성의 측정 결과를 표 2에 나타내었다.
볼밀링 보수능
(g/g)		 가압흡수능
(g/g)		 투과능
(sec)
실시예 1 전 33 23 434
후 34 20 553
실시예 2 전 33 23 440
후 34 22 572
실시예 3 전 32 23 315
후 33 21 387
비교예 1 전 34 25 649
후 35 22 1277
비교예 2 전 35 22 373
후 35 22 585
비교예 3 전 35 23 361
후 35 22 460
비교예 4 전 34 23 228
후 34 20 299
상기와 같이 실험예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 4로 준비된 고흡수성 수지 각각에 대해 측정한, 함수율 및 볼밀링 후 미분 발생량을 표 3에 나타내었다.
함수율(%) 볼밀링 후 미분 발생량(%)
실시예 1 2.7 11.9
실시예 2 2.5 7.8
실시예 3 4.4 7.5
비교예 1 0.6 13.6
비교예 2 2.6 8.4
비교예 3 2.6 7.1
비교예 4 4.6 6.7
또한, 실험예 4에서 측정한 입도 분포의 측정 결과를 표 4에 나타내었다.
입도분포
150 ㎛ 이하 150~300 ㎛ 300~600 ㎛ 600~850 ㎛ 850 ㎛ 이상
실시예 1 1.69 24.22 42.70 31.30 0.09
실시예 2 1.19 17.58 43.85 37.34 0.04
실시예 3 1.27 19.86 43.02 35.74 0.11
비교예 1 2.4818 20.4425 41.3137 35.6723 0.0897
비교예 2 0.28 11.89 49.77 37.94 0.12
비교예 3 0.79 16.13 49.23 33.83 0.02
비교예 4 1.46 18.60 48.26 31.67 0.01
상기 결과를 바탕으로, 표면에 미세입자 분산액이 도입된 고흡수성 수지는 미세입자를 분말 형태로 도입한 것과 유사하게 파쇄 저항성 및 물성 향상 효과를 나타냄을 알 수 있다.
일반적으로 고흡수성 수지의 표면가교공정에서는 표면가교제를 물에 용해 후 고흡수성 수지와 혼합함으로써, 수지 표면에 고른 분포 및 침투를 유도한다. 이때 사용된 물은 고흡수성 수지 표면의 점성을 증가하여 응집이 일어나는 원인이 된다. 또한 응집된 고흡수성 수지의 분쇄에는 강한 힘이 요구되어, 이로 인한 고흡수성 수지의 손상 등의 단점이 발생하게 된다.
실시예 1, 2, 3에 의하여 제조된 미세입자 수분산액을 첨가하여 제조한 고흡수성 수지는 비교예 1을 통하여 제조된 고흡수성 수지와 비교하였을 때, 각각 2.5 % 및 5.0 %의 물이 추가되었음에도 불구하고 입도분포가 유사함을 알 수 있다. 이는 도입한 미세입자의 영향으로 물에 의한 응집이 감소하였기 때문이다.
볼밀링 후 미분 발생량 차이를 표 3에 나타내었다. 비교예 1과 실시예 1에서 3까지 비교하였을 경우, 미세입자 분산액 도입으로 인해 미분 발생량이 줄어드는 것을 확인할 수 있다. 고흡수성 수지 표면에 미세입자가 코팅되게 되고 2.5 % 또는 5 %의 물이 내부에 있게 됨으로 인해 파쇄 저항성이 증가되게 미분 발생량이 감소하게 된다. 또한 미세입자의 양과 물의 양이 증가할 수록 미분 발생량이 줄어드는 것을 확인 할 수 있다.
미세입자 분산액을 이용한 실시예 1, 2, 3을 비교예 2, 3, 4와 비교하였다. 비교예 2에서 4는 미세입자를 분말 형태로 고흡수성 수지와 교반한 후 물을 넣어 제조된 고흡수성 수지이다. 미세입자를 물에 분산시켜 한번에 넣었을 경우 그렇지 않은 경우와 비교하여 유사한 파쇄 후 저항성과 물성(표 2 및 3), 입도 분포(표 4)를 나타내었다. 이를 통하여 미세입자를 용액에 분산시켜 고흡수성 수지에 도입하였을 경우에도 동일한 효과를 나타냄을 확인 할 수 있다.

Claims (30)

  1. 수용성 에틸렌계 불포화 단량체 및 중합개시제를 포함하는 단량체 조성물을 중합하여 생성된 함수겔상 중합체 및 하기 ⅰ) 내지 ⅱ)와 같은 특성을 갖는 입자를 포함하는 수분산액을 첨가하는 단계를 포함하는 고흡수성 수지의 제조 방법.
    ⅰ) 300 내지 1500 m2/g 의 BET 비표면적 (specific surface area),
    ⅱ) 50 % 이상의 공극률(porosity)
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 입자는 2 ㎚ ~ 50 ㎛의 입도를 가지는 것을 특징으로 하는 고흡수성 수지의 제조 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 입자는 물에 대한 접촉각이 125 °이상의 초소수성인 것을 특징으로 하는 고흡수성 수지의 제조 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 입자는 2 ㎚ ~ 50 ㎛의 입도 및 물에 대한 접촉각이 125˚ 이상의 초소수성을 가지는 것을 특징으로 하는 고흡수성 수지의 제조 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 수분산액은 상기 입자, 물 및 유기 용매를 포함하는 것을 특징으로 하는 고흡수성 수지의 제조 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 유기 용매는 메탄올 (methanol), 에탄올 (ethanol), 이소프로필 알코올 (isopropyl alcohol, IPA) 및 아세톤 (acetone)으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 고흡수성 수지의 제조 방법.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 유기 용매는 이소프로필 알코올 (isopropyl alcohol, IPA)인 것을 특징으로 하는 고흡수성 수지의 제조 방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 입자는 실리카 (SiO2), 알루미나, 탄소 (Carbon) 및 티타니아 (TiO2)으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 고흡수성 수지의 제조 방법.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 입자는 실리카 (SiO2)인 것을 특징으로 하는 고흡수성 수지의 제조 방법.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 입자는 500 내지 1500 m2/g 의 BET 비표면적 (specific surface area)을 갖는 것을 특징으로 하는 고흡수성 수지의 제조 방법.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 입자는 700 m2/g 내지 1500 m2/g 의 BET 비표면적 (specific surface area)을 갖는 것을 특징으로 하는 고흡수성 수지의 제조 방법.
  12. 청구항 3에 있어서,
    상기 입자는 물에 대한 접촉각이 140 °이상의 초소수성을 갖는 것을 특징으로 하는 고흡수성 수지의 제조 방법.
  13. 청구항 3에 있어서,
    상기 입자는 물에 대한 접촉각이 145 °이상의 초소수성을 갖는 것을 특징으로 하는 고흡수성 수지의 제조 방법.
  14. 청구항 1에 있어서,
    상기 입자는 90 % 이상의 공극률 (porosity)을 갖는 것을 특징으로 하는 고흡수성 수지의 제조 방법.
  15. 청구항 5에 있어서,
    상기 입자는 물 및 유기 용매 100 중량부에 대하여 1 내지 25 중량부로 포함되는 것을 특징으로 하는 고흡수성 수지의 제조 방법.
  16. 청구항 1에 있어서,
    상기 중합하여 생성된 함수겔상 중합체를 건조하는 건조 단계를 더 포함하는 고흡수성 수지의 제조 방법.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 건조 단계 이후 건조된 함수겔상 중합체를 분쇄하는 분쇄 단계를 더 포함하는 고흡수성 수지의 제조 방법.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 분쇄 단계를 거친 함수겔상 중합체에 표면 가교제를 첨가하여 표면 가교반응을 진행하는 단계 이후에 입자를 포함하는 수분산액을 첨가하는 단계를 더 포함하는 고흡수성 수지의 제조 방법.
  19. 청구항 17에 있어서,
    상기 분쇄 단계를 거친 함수겔상 중합체에 입자를 포함하는 수분산액을 첨가한 이후에 표면 가교제를 첨가하여 표면 가교반응을 진행하는 단계를 더 포함하는 고흡수성 수지의 제조 방법.
  20. 청구항 16에 있어서,
    상기 건조 단계 전에, 함수겔상 중합체를 입도가 1 mm 내지 15 mm로 분쇄하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고흡수성 수지의 제조 방법.
  21. 청구항 16에 있어서,
    상기 건조 단계는 150 ℃ 내지 250 ℃ 의 온도에서 진행되는 것을 특징으로 하는 고흡수성 수지의 제조 방법.
  22. 청구항 18 또는 19에 있어서,
    상기 표면 가교제는 다가 알콜 화합물; 에폭시 화합물; 폴리아민 화합물; 할로에폭시 화합물; 할로에폭시 화합물의 축합 산물; 옥사졸린 화합물; 모노-, 디- 또는 폴리옥사졸리디논 화합물; 환상 우레아 화합물; 다가금속염; 및 알킬렌 카보네이트 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 고흡수성 수지의 제조 방법.
  23. 청구항 18 또는 19에 있어서,
    상기 표면 가교제는 분쇄된 중합체 100 중량부에 대해 0.001 내지 5 중량부가 첨가되는 것을 특징으로 하는 고흡수성 수지의 제조 방법.
  24. 청구항 18 또는 19에 있어서,
    상기 표면 가교제를 첨가할 때, 상기 중합체의 표면 온도는 60 ℃ 내지 90 ℃ 인 것을 특징으로 하는 고흡수성 수지의 제조 방법.
  25. 청구항 18 또는 19에 있어서,
    상기 표면 가교제의 온도는 5 ℃ 내지 40 ℃ 인 것을 특징으로 하는 고흡수성 수지의 제조 방법.
  26. 청구항 18 또는 19에 있어서,
    상기 표면 가교 반응은 10 분 내지 120 분 간 진행되는 것을 특징으로 하는 고흡수성 수지의 제조 방법.
  27. 청구항 18 또는 19에 있어서,
    상기 표면 가교반응을 진행하는 단계는 스팀, 전기, 자외선 및 적외선으로 이루어진 열원군에서 선택되는 어느 하나 이상을 조사하여 승온하는 것을 특징으로 하는 고흡수성 수지의 제조 방법.
  28. 청구항 18 또는 19에 있어서,
    상기 표면 가교반응을 진행하는 단계 후에, 고흡수성 수지를 150 ㎛ 내지 850 ㎛의 입도로 분쇄하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고흡수성 수지의 제조 방법.
  29. 청구항 1에 있어서,
    상기 중합은 열중합 또는 광중합인 것을 특징으로 하는 고흡수성 수지의 제조 방법.
  30. 청구항 1의 제조방법에 의하여 제조된 것을 특징으로 하는 고흡수성 수지.
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