KR20160144611A - 고흡수성 수지 및 그의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고흡수성 수지 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명의 고흡수성 수지는 하기 식 1의 겔 강도 지표가 0.5 이상이다.
겔 강도 지표 = 고흡수성 수지의 0.7psi AUP/베이스 폴리머의 CRC 식 1
상기 식 1에서 상기 0.7psi AUP(g/g)는 EDANA WSP242.2.R3 법에 따라 분석한 가압 흡수능 값이며, 상기 베이스 폴리머의 CRC(g/g)는 EDANA WSP241.2.R3 법에 따라 표면 가교 전 베이스 폴리머의 CRC를 분석한 보수능 값이다.

Description

고흡수성 수지 및 그의 제조 방법 {SUPER ABSORBENT POLYMER AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 고흡수성 수지 및 그의 제조 방법에 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.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 고흡수성 수지의 겔 강도가 우수하면서, 투과성이 우수한 고흡수성 수지를 제공하고자 하는 것이며, 이러한 고흡수성 수지의 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 고흡수성 수지는 하기 식 1의 겔 강도 지표가 0.5 이상일 수 있다.
겔 강도 지표 = 고흡수성 수지의 0.7psi AUP/베이스 폴리머의 CRC 식 1
상기 식 1에서 상기 0.7psi AUP(g/g)는 EDANA WSP242.2.R3 법에 따라 분석한 가압 흡수능 값이며, 상기 베이스 폴리머의 CRC(g/g)는 EDANA WSP241.2.R3 법에 따라 표면 가교 전 베이스 폴리머의 CRC를 분석한 보수능 값이다.
상기 고흡수성 수지의 0.7psi 가압 흡수능(AUP)은 20g/g 내지 30g/g 의 범위일 수 있다.
상기 베이스 폴리머의 보수능(CRC)은 40g/g 이하의 범위일 수 있다.
상기 고흡수성 수지의 EDANA WSP241.2.R3 법에 따른 보수능(CRC)은 30g/g 이하의 범위일 수 있다.
상기 고흡수성 수지는 자유 팽윤 겔 베드 투과율 시험(Free Swell Gel Bed Permeability Test)에 의해 측정된 겔 층 통액성(GBP)이 30 x 10-8 ㎠ 이상의 범위일 수 있다.
상기 고흡수성 수지는 다가 양이온 금속 및 무기 파우더 중 적어도 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 다가 양이온 금속은 황산 알루미늄, 락트산 알루미늄 또는 인산 알루미늄을 포함할 수 있다.
상기 무기 파우더는 이산화규소, 규산 산화 알루미늄, 산화 마그네슘, 산화 아연, 제오라이트, 벤토나이트 또는 카올린을 포함할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 고흡수성 수지 제조방법은 모노머 조성물을 베이스 폴리머로 중합하는 단계, 상기 베이스 폴리머를 분쇄하는 단계, 상기 분쇄된 베이스 폴리머에 다가 양이온 금속 또는 무기 파우더를 혼합하는 단계, 및 상기 베이스 폴리머를 표면 가교하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 혼합하는 단계 및 상기 표면 가교하는 단계는 동시에 수행될 수 있다.
상기 혼합하는 단계 이후 상기 표면 가교하는 단계를 수행될 수 있다.
상기 중합하는 단계는 모노머 조성물, 개시제 및 가교제를 포함하며, 상기 가교제는 상기 모노머 조성물 대비 0.05 중량부 내지 1중량부의 범위로 포함할 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면 적어도 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명의 고흡수성 수지는 우수한 겔 강도를 가지면서, 우수한 겔 투과성(Gel Bed Permeability)을 가질 수 있다.
또한, 본 발명의 고흡수성 수지 제조방법은 상기와 같은 우수한 겔 강도와 겔 투과성을 갖는 고흡수성 수지를 제조할 수 있다.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1 내지 3은 본 발명의 실시예에 따른 겔 투과성을 측정하는 장치의 개략적인 모식도를 도시한 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 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. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 도면에서 층 및 영역들의 크기 및 상대적인 크기는 설명의 명료성을 위해 과장된 것일 수 있다.
고흡수성 수지의 제조 방법
본 발명의 일 실시예에 따른 고흡수성 수지의 제조 방법은 모노머 조성물을 베이스 폴리머로 중합하는 단계, 상기 중합된 베이스 폴리머를 분쇄하는 단계, 상기 분쇄된 베이스 폴리머에 다가 양이온 금속 또는 무기 파우더를 혼합하는 단계, 및 상기 베이스 폴리머를 표면 가교하는 단계를 포함할 수 있다.
고흡수성 수지를 중합하는 단계는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 모노머 조성물을 중합 반응기에 주입하여 중합할 수 있다. 효율적인 공정을 위하여, 연속적인 중합 반응기를 사용하여 연속식으로 중합할 수 있다. 이 경우, 고흡수성 수지를 형성하기 위하여, 벨트 상에 상기 모노머 조성물을 주입하여 중합할 수 있지만, 이것만으로 한정되는 것은 아니다.
모노머 조성물에 포함되는 모노머로 수용성 에틸렌계 불포화 단량체는 고흡수성 수지의 제조에 일반적으로 사용되는 단량체이면 어느 것이나 한정 없이 사용이 가능하다. 모노머는 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.
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, 벨트의 너비, 길이 및 이동 속도 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.
모노머 조성물은 개시제, 가교제를 더 포함할 수 있으며, 상기 개시제는 광중합 개시제, 열중합 개시제 또는 레독스 개시제일 수 있다. 상기 개시제는 공정 과정에서 열중합, 광중합, 산화환원 반응으로 인한 중합, 또는 열중합 및 광중합을 선택할지에 따라 그 종류를 적절히 선택하여 사용할 수 있다.
상기 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.
상기 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 모노머 조성물 100 중량부 대비 0.05 내지 1 중량부 범위로 포함될 수 있다. 상기 범위를 만족함에 따라 우수한 겔 강도를 가질 수 있음과 동시에 겔 층 통액성을 높일 수 있다.
한편, 중합이 완료된 상기 베이스 폴리머는 분쇄하는 단계를 거칠 수 있다. 상기 분쇄하는 단계는 중합이 완료된 베이스 폴리머를 절단 장치에 투입하여, 커터에 의해 절단함으로써 수행될 수 있다. 이 경우, 상기 커터는 베이스 폴리머를 패터닝된 조각으로 절단할 수 있다.
절단이 완료된 베이스 폴리머는 분쇄, 건조 및 건조된 중합체를 추가 분쇄하는 단계를 추가로 더 포함할 수 있다. 경우에 따라서는 분쇄 공정 전에, 가건조 단계를 추가로 포함하여 분쇄 공정에서 뭉침 등을 방지할 수 있다.
분쇄 방법으로는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어, 고무상 탄성체를 절단, 압출하는 장치를 이용할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 커터형 절단기, 쵸퍼형 절단기, 니더형 절단기, 진동식 분쇄기, 충격식 분쇄기, 마찰형 분쇄기 등을 들 수 있지만 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
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, 열열화를 방지하고 효율적인 건조를 위하여 100 내지 200℃ 범위일 수 있다.
다음으로, 분쇄된 베이스 폴리머에 다가 양이온 금속 또는 무기 파우더를 혼합하는 단계를 수행할 수 있다. 상기 다가 양이온 금속이나 무기 파우더를 혼합함에 의해 제조된 고흡수성 수지의 응집을 방지할 수 있으며, 이에 의해 고흡수성 수지의 통액성을 향상시킬 수 있다.
상기 다가 양이온 금속은 황산 알루미늄, 락트산 알루미늄 또는 인산 알루미늄을 포함할 수 있으며, 상기 무기 파우더는 이산화규소, 규산 산화 알루미늄, 산화 마그네슘, 산화 아연, 제오라이트, 벤토나이트 또는 카올린을 포함할 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.
한편, 상기 다가 양이온 금속이나 무기 파우더를 혼합하는 단계와 상기 표면 가교하는 단계는 동시에 수행될 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니며, 상기 혼합하는 단계 이후에 표면 가교하는 단계를 수행하는 등, 당업자가 필요에 따라 적절히 그 순서를 변경할 수 있다.
다음으로, 상기 베이스 폴리머의 표면을 가교하는 단계를 수행할 수 있다. 상기 표면 가교 단계는, 예를 들어, 에틸렌 글리콜 디글리시딜 에테르, 물 및 에탄올을 이용하여 이루어질 수 있으나, 이것만으로 한정되는 것은 아니다.
상기 표면 가교 단계는 상기 가교제, 상기 다가 양이온 금속 및 상기 무기 파우더 중 어느 하나 이상을 포함하는 표면가교 용액을 상기 베이스 폴리머와 혼합함으로써 수행될 수 있으며, 추가로 표면 가교된 베이스 폴리머를 건조함으로써, 고흡수성 수지를 제조할 수 있다. 상기 표면 가교된 베이스 폴리머를 건조하는 방법으로는 열풍 오븐에 의해 수행될 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.
또한, 상기 제조된 베이스 폴리머를 망체를 이용하여 입경이 150 ㎛ 이상 내지 850 ㎛ 이하인 고흡수성 수지로 제조하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
고흡수성 수지 입자
본 발명의 일 실시예에 따른 고흡수성 수지는 하기 식 1의 겔 강도 지표가 0.5 이상일 수 있으며, 예를 들어, 0.5 내지 0.8, 0.5 내지 0.75 또는 0.55 내지 0.71의 범위일 수 있다. 상기 겔 강도 지표의 범위에서 고흡수성 수지의 우수한 겔 강도를 유지하면서도 우수한 투과성을 제공할 수 있다.
겔 강도 지표 = 고흡수성 수지의 0.7psi AUP/베이스 폴리머의 CRC 식 1
상기 식 1에서 상기 0.7psi AUP(g/g)는 EDANA WSP242.2.R3 법에 따라 분석한 가압 흡수능 값이며, 상기 베이스 폴리머의 CRC(g/g)는 EDANA WSP241.2.R3 법에 따라 표면 가교 전 베이스 폴리머의 CRC를 분석한 보수능 값이다.
또한, 상기 고흡수성 수지의 0.7psi 가압 흡수능(AUP)은 20g/g 내지 30g/g 의 범위일 수 있으며, 예를 들어, 20g/g 내지 25g/g 또는 21g/g 내지 24g/g의 범위일 수 있다. 가압 흡수능의 경우, 일정 압력하에서 물을 흡수할 수 있는 능력으로 표면 가교의 밀도가 높을수록 압력하에서도 물을 흡수하는 능력이 높아진다는 것을 의미한다. 본 발명의 고흡수성 수지는 상기 가압 흡수능 범위를 만족함에 의해 우수한 흡수능을 가질 수 있다.
또한, 상기 베이스 폴리머의 보수능(CRC)은 40g/g 이하의 범위일 수 있으며, 예를 들어, 0g/g 초과 내지 40g/g 이하, 20g/g 내지 40g/g, 또는 30g/g 내지 40g/g의 범위일 수 있다. 보수능은 내부 가교도가 높아져 액체를 머금을 수 있는 능력이 낮아질 경우, 낮은 수치 범위를 보이며, 이와는 상대적으로 베이스 폴리머의 겔 강도는 높아진다는 것을 의미한다. 본 발명의 상기 베이스 폴리머의 보수능 범위를 만족하면서 상기 겔 강도 지표의 값의 범위를 만족할 경우, 우수한 겔 강도를 유지하면서도 우수한 투과성 및 흡수율을 가질 수 있다.
다시 말하면, 본 발명의 고흡수성 수지는 베이스 폴리머의 가교도를 높여 고흡수성 수지 내부의 강도를 증가시킬 수 있으며, 베이스 폴리머의 표면에는 다가 금속염이나 무기 물질을 포함함으로써, 액체가 흐를 수 있는 채널을 형성하게 하여 투과성을 향상시키도록 할 수 있다.
한편, 상기 고흡수성 수지의 EDANA WSP241.2.R3 법에 따른 보수능(CRC)은 30g/g 이하의 범위일 수 있다. 상기 범위를 만족함으로써, 고흡수성 수지의 내외부가 모두 일정 수준 이상의 겔 강도를 지니게 함으로써, 높은 겔 층 통액성을 갖도록 할 수 있다.
상기 고흡수성 수지의 겔 층 통액성(GBP)은 30 x 10-8 ㎠ 이상의 범위일 수 있으며, 예를 들어, 30 x 10-8 ㎠ 내지 80 x 10-8 ㎠ 또는 35 x 10-8 ㎠ 내지 75 x 10-8 ㎠의 범위일 수 있다. 즉, 상기와 같이, 베이스 폴리머의 CRC값과, 고흡수성 수지의 AUP값을 조절함에 따라, 겔 강도 지표를 일정 수치 범위로 만족하도록 하고 이에 의해 상기와 같은 겔 층 통액성 값을 만족하도록 할 수 있다.
한편, 상기 고흡수성 수지의 제조방법에서 설명한 바와 같이, 고흡수성 수지는 다가 양이온 금속 및 무기 파우더 중 적어도 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기에서 설명한 바와 같이, 베이스 폴리머의 가교도를 높여 고흡수성 수지의 강도를 높이면서 다가 양이온 금속 및 무기 파우더 중 어느 하나를 표면 가교에 사용함으로써, 투과성을 향상시킬 수 있다. 한편, 상기 다가 양이온 금속 및 무기 파우더는 이미 설명하였는바, 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
제조예 1
50% 가성소다 수용액(NaOH) 77.78g 및 물 88.84g을 혼합한 후 아크릴산 100g, 가교제로 폴리에틸렌글리콜디아크릴레이트0.08g, UV 개시제로 디페닐(2,4,6-트리메틸벤조일)-포스핀 옥시드 0.033g 혼합하여 친수성 단량체의 농도가 45 중량%인 단량체 조성물을 제조하였다.
이후, 단량체 조성물을 중합기에 투입한 후, UV조사 장치를 통해 자외선을 조사하고 UV 중합을 진행하여 함수 겔 중합체를 제조하였다. 함수 겔 중합체를 절단기로 이송한 후, 절단하였다. 겔 중합체를 미트 쵸퍼(meat chopper)를 이용해 쵸핑(chopping)한 후, 함수 겔 중합체를 180℃ 온도의 열풍건조기에서 30분 동안 건조하고, 건조된 함수 겔 중합체를 분쇄기로 분쇄하였다.
제조예 2
폴리에틸렌글리콜디아크릴레이트의 함량을 0.12g으로 변경하는 것을 제외하고, 제조예 1과 동일하게 제조한다.
제조예 3
폴리에틸렌글리콜디아크릴레이트의 함량을 0.16g으로 변경하는 것을 제외하고, 제조예 1과 동일하게 제조한다.
제조예4
폴리에틸렌글리콜디아크릴레이트의 함량을 0.2g으로 변경하는 것을 제외하고, 제조예 1과 동일하게 제조한다.
비교예 1
상기 제조예 1에서 얻어진 베이스 폴리머 100g에 에틸렌 카보네이트 1g, 물 4g으로 이루어진 표면가교 용액을 혼합한 후, 180 ℃에서 30분 동안 열풍 오븐에서 반응시켰다. 이후, 망체(sieve)를 이용하여 입경이 150 ㎛ 이상 내지 850 ㎛ 이하인 표면 처리된 고흡수성 수지를 제조하였다.
비교예 2
상기 제조예 1에서 얻어진 베이스 폴리머 100g에 에틸렌 카보네이트 1g, 물 4g과 황산 알루미늄 1g으로 이루어진 표면가교 용액을 혼합한 후, 180 ℃에서 30분 동안 열풍 오븐에서 반응시켰다. 이후, 망체(sieve)를 이용하여 입경이 150 ㎛ 이상 내지 850 ㎛ 이하인 표면 처리된 고흡수성 수지를 제조하였다.
비교예 3
상기 제조예 1에서 얻어진 베이스 폴리머 100g에 에틸렌 카보네이트 1g, 물 4g, 황산 알루미늄 1g과 Silica 0.5g (Aerosil 200)으로 이루어진 표면가교 용액을 혼합한 후, 180 ℃에서 30분 동안 열풍 오븐에서 반응시켰다. 이후, 망체(sieve)를 이용하여 입경이 150 ㎛ 이상 내지 850 ㎛ 이하인 표면 처리된 고흡수성 수지를 제조하였다.
비교예 4
상기 제조예 2에서 얻어진 베이스 폴리머 100g에 에틸렌 카보네이트 1g, 물 4g과 황산 알루미늄 1g으로 이루어진 표면가교 용액을 혼합한 후, 180 ℃에서 30분 동안 열풍 오븐에서 반응시켰다. 이후, 망체(sieve)를 이용하여 입경이 150 ㎛ 이상 내지 850 ㎛ 이하인 표면 처리된 고흡수성 수지를 제조하였다.
비교예 5
상기 제조예 2에서 얻어진 베이스 폴리머 100g에 에틸렌 카보네이트 1g, 물 4g, 황산 알루미늄 1g과 Silica 0.5g (Aerosil 200)으로 이루어진 표면가교 용액을 혼합한 후, 180 ℃에서 30분 동안 열풍 오븐에서 반응시켰다. 이후, 망체(sieve)를 이용하여 입경이 150 ㎛ 이상 내지 850 ㎛ 이하인 표면 처리된 고흡수성 수지를 제조하였다.
비교예 6
상기 제조예 3에서 얻어진 베이스 폴리머 100g에 에틸렌 카보네이트 1g, 물 4g으로 이루어진 표면가교 용액을 혼합한 후, 180 ℃에서 30분 동안 열풍 오븐에서 반응시켰다. 망체(sieve)를 이용하여 입경이 150 ㎛ 이상 내지 850 ㎛ 이하인 표면 처리된 고흡수성 수지를 제조하였다.
실시예 1
상기 제조예 3에서 얻어진 베이스 폴리머 100g에 에틸렌 카보네이트 1g, 물 4g과 황산 알루미늄 1g으로 이루어진 표면가교 용액을 혼합한 후, 180 ℃에서 30분 동안 열풍 오븐에서 반응시켰다. 이후, 망체(sieve)를 이용하여 입경이 150 ㎛ 이상 내지 850 ㎛ 이하인 표면 처리된 고흡수성 수지를 제조하였다.
실시예 2
상기 제조예 3에서 얻어진 베이스 폴리머 100g에 에틸렌 카보네이트 1g, 물 4g, 황산 알루미늄 1g과 Silica 0.5g (Aerosil 200)으로 이루어진 표면가교 용액을 혼합한 후, 180 ℃에서 30분 동안 열풍 오븐에서 반응시켰다. 이후, 망체(sieve)를 이용하여 입경이 150 ㎛ 이상 내지 850 ㎛ 이하인 표면 처리된 고흡수성 수지를 제조하였다.
실시예 3
상기 제조예 4에서 얻어진 베이스 폴리머 100g에 에틸렌 카보네이트 1g, 물 4g과 황산 알루미늄 1g으로 이루어진 표면가교 용액을 혼합한 후, 180 ℃에서 30분 동안 열풍 오븐에서 반응시켰다. 이후, 망체(sieve)를 이용하여 입경이 150 ㎛ 이상 내지 850 ㎛ 이하인 표면 처리된 고흡수성 수지를 제조하였다.
실시예 4
상기 제조예 4에서 얻어진 베이스 폴리머 100g에 에틸렌 카보네이트 1g, 물 4g, 황산 알루미늄 1g과 Silica 0.5g (Aerosil 200)으로 이루어진 표면가교 용액을 혼합한 후, 180 ℃에서 30분 동안 열풍 오븐에서 반응시켰다. 이후, 망체(sieve)를 이용하여 입경이 150 ㎛ 이상 내지 850 ㎛ 이하인 표면 처리된 고흡수성 수지를 제조하였다.
실시예 5
상기 제조예 4에서 얻어진 베이스 폴리머 100g에 에틸렌 카보네이트 1g, 물 4g, 락트산 알루미늄 1g과 Silica 0.5g (Aerosil 200)으로 이루어진 표면가교 용액을 혼합한 후, 180 ℃에서 30분 동안 열풍 오븐에서 반응시켰다. 이후, 망체(sieve)를 이용하여 입경이 150 ㎛ 이상 내지 850 ㎛ 이하인 표면 처리된 고흡수성 수지를 제조하였다.
실시예 6
상기 제조예 4에서 얻어진 베이스 폴리머 100g에 에틸렌 카보네이트 1g, 물 4g과 황산 알루미늄 1g으로 이루어진 표면가교 용액을 혼합한 후, 180 ℃에서 30분 동안 열풍 오븐에서 반응시켰다. 반응이 끝난 베이스 폴리머를 Silica 0.5g (Aerosil 200)와 혼합한 후, 망체(sieve)를 이용하여 입경이 150 ㎛ 이상 내지 850 ㎛ 이하인 표면 처리된 고흡수성 수지를 제조하였다.
실시예 7
상기 제조예 4에서 얻어진 베이스 폴리머 100g에 에틸렌 카보네이트 1g, 물 4g과 Silica 0.5g (Aerosil 200)으로 이루어진 표면가교 용액을 혼합한 후, 180 ℃에서 30분 동안 열풍 오븐에서 반응시켰다. 이후, 망체(sieve)를 이용하여 입경이 150 ㎛ 이상 내지 850 ㎛ 이하인 표면 처리된 고흡수성 수지를 제조하였다.
실험예
상기 제조예 1 내지 4에서 제조된 베이스 폴리머와 비교예 및 실시예의 고흡수성 수지의 CRC, AUP, GBP를 측정하여 하기 표 1에 나타내었으며, 비교예와 실시예의 고흡수성 수지의 상기 식 1에 따른 겔 강도 지표를 하기 표 1에 나타내었다. 이때, 상기 CRC 및 AUP는 각각 EDANA WSP 241.2. R3, EDANA WSP 242.2. R3 규격으로 측정하였다.
상기 겔 층 통액성은 자유 팽윤 겔 베드 투과율 시험(Free Swell Gel Bed Permeability Test)에 의해 측정될 수 있으며, 이하에서는 도 1 내지 3을 참조하여, 겔 층 통액성을 측정하는 방법에 대해 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 1의 장치를 이용하여 측정할 수 있다. 보다 구체적으로 도 2은 도 1의 갤투과성 측정 장치에서 피스톤(200)을 확대한 단면도이고, 도 3은 도 1 및 2에서 피스톤(200) 밑부분에 타광된 부분의 평면도를 도시한 도면이다.
도 1에서와 같이, 용기(300)안에는 피스톤(200)이 위치하고, 피스톤은 도 2 및 3과 같이 피스톤 하부(100)에 다수개의 타공(10)이 형성되어 있다.
다시 도 1를 참조하면, 탱크(500)와 용기(300)는 서로 연결되고, 코크(600)에 의해 용기(300)로 유입되는 액체의 양을 조절할 수 있게 되어 있으며, 용기(300)의 하부에는 메쉬망(400)이 형성되고, 메쉬망(400)의 하부에는 일정간격 이격되어 저울(800) 상부에 수집 컨테이너(700)가 위치하여, 용기(300)로부터 메쉬망(400)을 통해 유입되는 액체의 무게를 저울(800)을 이용하여 유량을 측정할 수 있다.
한편, 상기 제조예, 비교예 및 실시예에서 제조된 고흡수성 수지를 2.0g추출하여 샘플을 준비하고, 상기 샘플을 원통형 셀(50)의 바닥에 균일하게 펼쳐 둔다. 상기 샘플이 펼쳐진 원통형 셀(50)을 용기(300)의 메쉬망(400) 상에 배치한 이후, 피스톤(200)을 이용하여 팽윤 전의 샘플의 갤 높이를(H1) 측정한다.
이어서, 피스톤(200)을 빼고, 상기 샘플이 펼쳐진 원통형 셀(50)을 용기(300)의 메쉬망(400) 상에 배치하고, 0.9% 생리식염수를 부어주면서, 60분 동안 팽윤 시킨다. 60분 후, 용기(300)안에 피스톤(200)을 위치시켜, 팽윤 후의 피스톤 높이(H2)를 측정하여, 팽윤 전의 피스톤(200)의 높이(H1)와 팽윤 후의 피스톤(200)의 높이(H2)의 차를 측정하여 팽윤된 겔 층 높이(H=H2-H1)를 측정한다.
다음으로, 도 1와 같이, 원통형 셀(50) 상부에 피스톤(200)위치시키고, 0.9% 생리식염수가 담긴 탱크(500)의 코크(600)를 열어 물의 높이를 7.95cm로 일정하게 유지하여 투입한다. 0.3psi 무게에 해당하는 피스톤(200)으로 압력을 가해주면서, 컴퓨터와 저울(800)을 통해 겔 층을 통과하는 액체의 양을 시간의 함수로 1분 동안 1초 간격으로 측정한다. 팽윤된 샘플을 통과하는 액체의 속도 Q는 무게(g) 대 시간 (초) 의 선형 최소-제곱법으로 g/s의 단위로 구할 수 있다.
통액성(㎠)은 다음의 방정식으로 수득한다:
K = [Q * H * μ/[A * ρ * P]
여기서, K = 통액성(㎠), Q = 유속(g/sec), H = 팽윤된 샘플의 높이(cm), μ = 액체 점도(P)(당해 시험에 사용되는 시험 용액의 경우 대략 1cP), A = 액체 유동에 대해 단면적(당해 시험에 사용되는 샘플 용기에 대해 28.27㎠), ρ = 액체 밀도(g/㎤)(당해 시험에 사용되는 시험 용액에 대해 대략 1g/㎤), P = 정수압(dynes/㎠)(통상적으로 대략 7,797dynes/㎠)이다. 정수압은 P = ρ*g*h로부터 계산되며, 여기서, ρ = 액체 밀도(g/㎤), g = 중력 가속도, 통상적으로 981cm/sec2, h = 유체 높이, 7.95cm이다.
CRC (g/g) 0.7psi AUP (g/g) GBP (x 10-8cm2) 겔 강도 지표
(AUP/베이스폴리머 CRC)
제조예 1 49 -
제조예 2 44
제조예 3 38
제조예 4 34
비교예 1 36 23 1.8 0.47
비교예 2 34 22 4.4 0.45
비교예 3 33 21 9.1 0.43
비교예 4 32 21 10.8 0.48
비교예 5 32 20 24.2 0.48
비교예 6 32 24 5.4 0.63
실시예 1 30 22 35.6 0.58
실시예 2 28 21 43.7 0.55
실시예 3 28 23 66.3 0.68
실시예 4 27 23 71.9 0.68
실시예 5 26 23 70.1 0.68
실시예 6 26 24 67.3 0.71
상기 표 1에서와 같이, 본 발명의 베이스 폴리머의 CRC값을 만족하는 제조예 3 및 4의 베이스 폴리머를 사용하여 제조된 실시예 1 내지 6의 고흡수성 수지는 우수한 겔 층 통액성(GBP)값을 가진다는 것을 확인할 수 있다. 반면, 비교예 1 내지 5의 경우, 베이스 폴리머 CRC값이 본 발명의 범위를 만족하지 못하여, 겔 층 통액성(GBP)값이 매우 낮은 수치를 보이는 것을 확인할 수 있다.
또한, 비교예 6에서와 같이, 베이스 폴리머의 CRC값을 만족하더라도, 다가 양이온 금속이나, 무기 파우더를 함유하지 않은 경우, 투과성이 낮아져, 겔 층 통액성(GBP)값이 낮아진다는 것을 확인할 수 있다.
즉, 상기 표 1에서 확인할 수 있듯이, 본 발명의 고흡수성 수지는 베이스 폴리머의 특정 CRC범위를 만족하여 내부 강도가 높고, 고흡수성 수지의 압력하에서 물을 흡수할 수 있는 우수한 능력을 갖추면서, 고흡수성 수지의 표면에는 다가 금속염이나 실리카와 같은 무기 물질을 포함하여 액체가 흐를 수 있는 채널을 형성하여 통액성을 좋게 함으로써, 겔 층 통액성을 우수하게 할 수 있다.
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.
10: 타공
50: 원통형 셀
100: 피스톤 하부
200: 피스톤
300: 용기
400: 메쉬망
500: 탱크
600: 코크
700: 수집 컨테이너
800: 저울

Claims (12)

  1. 하기 식 1의 겔 강도 지표가 0.5 이상인 고흡수성 수지.

    겔 강도 지표 = 고흡수성 수지의 0.7psi AUP/베이스 폴리머의 CRC 식 1
    상기 식 1에서 상기 0.7psi AUP(g/g)는 EDANA WSP242.2.R3 법에 따라 분석한 가압 흡수능 값이며, 상기 베이스 폴리머의 CRC(g/g)는 EDANA WSP241.2.R3 법에 따라 표면 가교 전 베이스 폴리머의 CRC를 분석한 보수능 값이다.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 고흡수성 수지의 0.7psi 가압 흡수능(AUP)은 20g/g 내지 30g/g 의 범위인 고흡수성 수지.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 베이스 폴리머의 보수능(CRC)은 40g/g 이하의 범위인 고흡수성 수지.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 고흡수성 수지의 EDANA WSP241.2.R3 법에 따른 보수능(CRC)은 30g/g 이하의 범위인 고흡수성 수지.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 고흡수성 수지는 자유 팽윤 겔 베드 투과율 시험(Free Swell Gel Bed Permeability Test)에 의해 측정된 겔 층 통액성(GBP)이 30 x 10-8 ㎠ 이상의 범위인 고흡수성 수지.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 고흡수성 수지는 다가 양이온 금속 및 무기 파우더 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하는 고흡수성 수지.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 다가 양이온 금속은 황산 알루미늄, 락트산 알루미늄 또는 인산 알루미늄을 포함하는 고흡수성 수지.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 무기 파우더는 이산화규소, 규산 산화 알루미늄, 산화 마그네슘, 산화 아연, 제오라이트, 벤토나이트 또는 카올린을 포함하는 고흡수성 수지.
  9. 모노머 조성물을 베이스 폴리머로 중합하는 단계;
    상기 베이스 폴리머를 분쇄하는 단계;
    상기 분쇄된 베이스 폴리머에 다가 양이온 금속 또는 무기 파우더를 혼합하는 단계; 및
    상기 베이스 폴리머를 표면 가교하는 단계를 포함하는 고흡수성 수지 제조방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 혼합하는 단계 및 상기 표면 가교하는 단계는 동시에 수행되는 고흡수성 수지 제조방법.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 혼합하는 단계 이후 상기 표면 가교하는 단계를 수행되는 고흡수성 수지 제조방법.
  12. 제 9항에 있어서,
    상기 중합하는 단계는 모노머 조성물, 개시제 및 가교제를 포함하며,
    상기 가교제는 상기 모노머 조성물 대비 0.05 중량부 내지 1중량부의 범위로 포함하는 고흡수성 수지 제조방법.
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