KR20170088208A - 고 흡수성 수지 및 이의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고 흡수성 수지 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명의 고 흡수성 수지의 제조 방법은 중합 반응기에서 모노머 조성물을 중합하여 함수 겔 중합체를 형성하는 단계, 함수 겔 중합체를 분쇄하여 제 1분쇄물 중합체를 생성하는 단계, 제 1분쇄물 중합체에 규산 나트륨 수용액을 분무하여 제 2분쇄물 중합체를 형성하는 단계, 및 제 2분쇄물 중합체를 건조하여 건조물 중합체를 형성하는 단계를 포함한다.

Description

고 흡수성 수지 및 이의 제조 방법 {SUPER ABSORBENT POLYMER AND METHOD FOR PREPARING THE SAME}

본 발명은 고 흡수성 수지 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.

고 흡수성 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 고 흡수성 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 고 흡수성 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, 흡수속도가 향상된 고 흡수성 수지 및 고 흡수성 수지의 흡수속도를 향상시킬 수 있는 고 흡수성 수지 제조방법을 제공하는 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 고 흡수성 수지의 제조 방법은 중합 반응기에서 모노머 조성물을 중합하여 함수 겔 중합체를 형성하는 단계, 상기 함수 겔 중합체를 분쇄하여 제 1분쇄물 중합체를 생성하는 단계, 상기 제 1분쇄물 중합체에 규산 나트륨 수용액을 분무하여 제 2분쇄물 중합체를 형성하는 단계, 및 상기 제 2분쇄물 중합체를 건조하여 건조물 중합체를 형성하는 단계를 포함한다.

상기 규산 나트륨 수용액은 규산 나트륨을 5.0중량% 내지 30중량%의 범위로 포함할 수 있다.

상기 제 2분쇄물 중합체를 형성하는 단계는 상기 규산 나트륨 수용액을 3.0phr 내지 5.0phr의 범위로 상기 제 1분쇄물 중합체에 분무하는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 규산 나트륨은 하기 화학식 1로 표시될 수 있다.

<화학식 1>

상기 규산 나트륨 수용액은 규산 나트륨 2호 수용액 또는 규산 나트륨 3호 수용액을 포함할 수 있다.

상기 규산 나트륨 수용액은 규산 나트륨 3호 수용액일 수 있다.

상기 건조물 중합체를 분쇄하고, 시브(sieve)에 의해 걸러 평균 입경 크기가 150㎛ 내지 850㎛인 베이스 폴리머를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 베이스 폴리머의 표면을 가교하는 표면 가교 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 제 2분쇄물 중합체를 형성하는 단계는 스프레이(spray) 방식에 의해 수행될 수 있다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 고 흡수성 수지는 상기 방법으로 제조된다.

상기 고 흡수성 수지는 내부에 흡수성 수지 입자로 형성되는 코어층, 상기 코어층의 외부를 둘러싸며 규산 나트륨을 포함하는 쉘층, 및 상기 쉘층의 외부를 둘러싸는 표면 가교층을 포함할 수 있다.

상기 고 흡수성 수지의 FSR은 0.3 g/g/s 내지 0.45 g/g/s 의 범위일 수 있다.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명에 포함되어 있다.

본 발명의 실시예들에 의하면 적어도 다음과 같은 효과가 있다.

본 발명의 제조 방법으로 제조된 고 흡수성 수지는 흡수속도(FSR)를 향상시킬 수 있다.

본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.

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.

고 흡수성 수지의 제조 방법

본 발명의 일 실시예에 따른 고 흡수성 수지의 제조 방법은 중합 반응기에서 모노머 조성물을 중합하여 함수 겔 중합체를 형성하는 단계, 상기 함수 겔 중합체를 분쇄하여 제 1분쇄물 중합체를 생성하는 단계, 상기 제 1분쇄물 중합체에 규산 나트륨 수용액을 분무하여 제 2분쇄물 중합체를 형성하는 단계, 및 상기 제 2분쇄물 중합체를 건조하여 건조물 중합체를 형성하는 단계를 포함한다.

모노머 조성물을 중합하여 함수 겔 중합체를 형성하는 단계는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 모노머 조성물을 중합기에 주입하여 중합할 수 있다. 효율적인 공정을 위하여, 연속적인 중합 반응기를 사용하여 연속식으로 중합할 수 있다. 이 경우, 고 흡수성 수지를 형성하기 위하여, 벨트 상에 상기 모노머 조성물을 주입하여 중합할 수 있지만, 이것만으로 한정되는 것은 아니다.

모노머 조성물에 포함되는 모노머로 수용성 에틸렌계 불포화 단량체는 고 흡수성 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 광중합 개시제, 열중합 개시제 및 가교제로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 첨가제를 추가로 포함할 수 있다. 중합 개시제는 공정 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.

적어도 2개의 중합 반응기 각각은 모노머 조성물의 조성이 서로 상이할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 적어도 2개의 중합 반응기 각각은 모노머 조성물에서 가교제의 종류, 함량, 또는 종류 및 함량이 상이할 수 있다.

다음으로, 중합이 완료된 함수 겔 중합체를 분쇄하여 제 1분쇄물 중합체를 생성하는 단계를 포함한다. 상기 분쇄는 상기 함수 겔 중합체를 절단 장치에 투입하여, 커터로 절단함에 의해 수행될 수 있으며, 쵸퍼에 의해 수행될 수도 있다. 한편, 함수 겔 중합체를 분쇄하여 제 1분쇄물 중합체를 생성하는 단계에서 상기 분쇄하는 과정은 상기 절단 장치 이외에도 당해 기술분야에 널리 알려진 방법에 의해 수행될 수 있다.

다음으로, 절단이 완료된 제 1분쇄물 중합체에 규산 나트륨 수용액을 분무함으로써 제 2분쇄물 중합체를 형성하는 단계를 거칠 수 있다. 상기 규산 나트륨 수용액은 상기 제 1분쇄물 중합체의 외표면을 감싸 제 2분쇄물 중합체를 형성하게 되고, 이에 의해 제조된 고 흡수성 수지의 수분 흡수를 도울 수 있다. 보다 구체적으로, 제 1분쇄물 중합체의 외표면을 감싸는 규산 나트륨에 의해 수분 흡수시에 규산 나트륨의 이온화로 고 흡수성 수지 표면의 삼투압이 증가하게 되고, 이에 의해 고 흡수성 수지 표면에서의 수분 흡수 속도를 빠르게 할 수 있다.

한편, 상기 규산 나트륨 수용액을 분무하는 단계는 상기 중합된 함수 겔 중합체를 분쇄한 이후와 건조 이전 사이의 단계에 수행될 수 있다. 함수 겔 중합체를 분쇄하기 이전에 규산 나트륨 수용액을 분무하게 될 경우, 아직 분쇄되지 않은 함수 겔 중합체의 표면에만 규산 나트륨 수용액이 위치하게 되고, 이를 분쇄할 경우, 분쇄된 제 1분쇄물 중합체의 표면에 규산 나트륨이 미도포되는 부분이 많아질 수 있으며, 결과적으로 표면에 규산 나트륨 자체가 형성되지 않는 제 2분쇄물 중합체의 비율이 높아져, 수분의 흡수율 상승 효과가 미미해질 수 있기 때문이다. 따라서, 본 발명의 경우, 중합된 함수 겔 중합체가 분쇄된 이후 규산 나트륨 수용액을 분무함으로써, 규산 나트륨이 도포되는 면적을 넓히고, 이에 의해 수분 흡수율을 매우 효과적으로 상승시킬 수 있다.

상기 규산 나트륨 수용액은 규산 나트륨을 5.0중량% 내지 30중량%의 범위로 포함할 수 있으며, 예를 들어 7중량% 내지 25중량%의 범위 또는 7.7중량% 내지 20중량%의 범위로 포함할 수 있다. 상기 범위에서 제조되는 고 흡수성 수지의 수분 흡수율을 상승시킬 수 있다.

또한, 제 1분쇄물 중합체에 규산 나트륨 수용액을 분무하여 제 2분쇄물 중합체를 형성하는 단계는 상기 규산 나트륨 수용액을 2.0phr 내지 5.0phr의 범위로 제 1분쇄물 중합체에 분무할 수 있으며, 예를 들어, 3.0phr 내지 4.0phr 3.25phr 내지 3.75phr의 범위로 분무할 수 있다. 상기 범위에서 제조되는 고 흡수성 수지의 수분 흡수율을 상승시킬 수 있다.

한편, 상기 규산 나트륨 수용액 중 규산 나트륨은 하기 화학식 1로 표시될 수 있다.

<화학식 1>

또한, 규산 나트륨 수용액은 규산 나트륨 2호 수용액 또는 규산 나트륨 3호 수용액을 포함할 수 있다.규산 나트륨 2호 수용액은 1.59이상 내지 1.69미만 범위의 비중일 수 있고, Na₂O : SiO₂의 중량%비가 14 내지 15: 36 내지 38일 수 있다. 또한, 규산 나트륨 3호 수용액은 1.38이상 내지 1.59미만 범위의 바중일 수 있고, Na₂O : SiO₂의 중량%비가 9 내지 10 : 28 내지 30일 수 있다. 한편, 규산 나트륨 2호 수용액 및 3호 수용액에 대해서는 당해 기술분야에 널리 알려져 있는바 보다 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

규산 나트륨 수용액은 바람직하게는 규산 나트륨 3호 수용액일 수 있다. 규산 나트륨 3호 수용액의 경우, 수용액 상에서 분산이 용이하여 침전 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있어, 고 흡수성 수지의 제조과정에서 균일한 분산이 이루어지도록 할 수 있다.

상기 제 2분쇄물 중합체를 형성하는 단계에서는 상기 규산 나트륨 수용액을 스프레이(spray) 노즐 방식에 의해 분사함으로써 수행될 수 있다. 상기 스프레이 노즐 방식에 대해 보다 구체적으로 설명하면, 수용액 상에 규산 나트륨이 희석된 규산 나트륨 수용액이 저장된 탱크를 준비하고, 이를 하이드로 겔 분쇄 직후 분무할 수 있다. 탱크내에 저장되었던 규산 나트륨 수용액은 상기 탱크에 연결된 스프레이 노즐에 의해 분무될 수 있고, 상기 함수 겔 중합체가 분쇄되어 제 1분쇄물 중합체가 생성되는 쵸퍼에 분무될 수 있다. 상기 분무는 상기 제 1분쇄물 중합체로 구성된 입자의 전면(全面)에 걸쳐 고르게 분무될 수 있다. 다만 이에 한정하는 것은 아니며, 제 1분쇄물 중합체의 적어도 일부 표면에 분무될 수도 있다.

한편, 규산 나트륨 수용액을 분무하여 제 2분쇄물 중합체를 형성하는 단계 이후에 제 2분쇄물 중합체를 건조하여 건조물 중합체를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 건조에 의해 건조물 중합체를 형성하는 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℃의 범위일 수 있다.

한편, 본 발명의 실시예에 따르면 상기 제 2분쇄물 중합체를 추가로 분쇄하는 단계를 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.

상기 건조물 중합체는 추가적으로 분쇄되어, 시브(sieve)에 의해 거르고, 평균 입경 크기가 150㎛ 내지 850㎛인 베이스 폴리머를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 시브는 체 또는 그물망 등과 같은 필터일 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니며, 거르고자 하는 건조물 중합체의 사이즈에 따라 체나 필터 등의 사이즈를 적절히 조절할 수 있다.

예시적인 실시예에서, 고 흡수성 수지의 제조 방법은 베이스 폴리머의 표면을 가교하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.

표면 가교는, 예를 들어, 에틸렌 글리콜 디글리시딜 에테르, 물 및 에탄올을 이용하여 이루어질 수 있으나, 이것만으로 한정되는 것은 아니다.

고 흡수성 수지

본 발명의 상기 고 흡수성 수지 제조방법에 의해 제조된 고 흡수성 수지를 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 의한 고 흡수성 수지는 내부에 흡수성 수지 입자로 형성되는 코어층, 상기 코어층의 외부를 둘러싸며 규산 나트륨을 포함하는 쉘층을 포함한다. 또한 추가로 상기 쉘층의 외부를 둘러싸는 표면 가교층을 포함할 수 있다.

상기에서 설명한 바와 같이, 상기 규산 나트륨을 포함하는 쉘층은 함수 겔 중합체를 분쇄한 이후 규산 나트륨 수용액이 분무되어 형성됨으로써, 흡수성 수지 입자의 외부를 둘러싸며 형성되고, 상기 쉘에 존재하는 규산 나트륨에 의해 물 등의 흡수시에 규산 나트륨의 이온화에 의해 표면의 삼투압이 증가하게 되고, 결과적으로는 고 흡수성 수지 표면에서의 흡수속도를 향상시킬 수 있다.

한편, 상기 고 흡수성 수지의 FSR은 0.3g/g/s 내지 0.45 g/g/s의 범위일 수 있으며, 예를 들어, 0.33g/g/s 내지 0.40g/g/s 의 범위일 수 있다. 상기 범위에서 고 흡수성 수지의 우수한 수분 흡수능을 나타낼 수 있다.

제조예

50% 가성소다 수용액(NaOH) 77.778g 및 물 88.84g을 혼합한 후 아크릴산 100g, 가교제로 2,2-비스[(아크릴록시)메틸]부틸 아크릴레이트(3EO) 0.23g, UV 개시제로 디페닐(2,4,6-트리메틸벤조일)-포스핀 옥시드 0.033g을 혼합하여 친수성 단량체의 농도가 45 중량%인 단량체 조성물을 제조하였다.

물 8.67g에 열 중합개시제인 포타슘 퍼설페이트를 1.33g 용해시켜 3.008g을 단량체 조성물에 혼합하였다.

이후, 단량체 조성물을 40℃ 온도 하에서 UV조사 장치를 통해 3분간 자외선을 조사하면서 UV중합을 진행하여 함수 겔 중합체를 제조하였다.

실시예 1

상기 제조예에서 제조된 함수 겔 중합체를 쵸퍼(chopper)로 이송하여 쵸핑(chopping)하였다. 이때 쵸핑된 함수 겔 중합체의 함수율은 50중량%였다.

이후, 함수 겔 중합체에 7.7% 규산 나트륨 2호 수용액을 3.25phr 분무(spray)하였다. 이어서, 함수 겔 중합체를 180℃ 온도의 열풍 건조기에서 30분 동안 건조하고, 건조된 함수 겔 중합체를 핀밀 분쇄기로 분쇄하였다. 이후, 시브(sieve)를 이용하여 평균 입경 크기가 150㎛ 내지 850㎛인 베이스 폴리머를 얻었다. 이렇게 얻은 베이스 폴리머를 표면 가교 믹서에서 20%에틸렌 카보네이트 수용액을 5pph 비율로 분무하였고, 180℃ 온도의 열풍 건조기에서 30분 동안 다시 건조하였다. 건조된 베이스 폴리머를 ASTM규격의 표준 망체로 분급하여 평균 입경 크기가 150㎛ 내지 850㎛의 입자 크기를 가지는 고 흡수성 수지를 제조하였다.

실시예 2

상기 실시예 1의 7.7% 규산 나트륨 2호 수용액을 3.25phr 분무(spray)한 것 대신 14.3% 규산 나트륨 2호 수용액을 3.5phr분무한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 고 흡수성 수지를 제조하였다.

실시예 3

상기 실시예 1의 7.7% 규산 나트륨 2호 수용액을 3.25phr 분무(spray)한 것 대신 20.3% 규산 나트륨 2호 수용액을 3.75phr분무한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 고 흡수성 수지를 제조하였다.

실시예 4

상기 실시예 1의 7.7% 규산 나트륨 2호 수용액을 3.25phr 분무(spray)한 것 대신 25.0% 규산 나트륨 2호 수용액을 4.0phr분무한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 고 흡수성 수지를 제조하였다.

실시예 5

상기 실시예 1의 7.7% 규산 나트륨 2호 수용액을 3.25phr 분무(spray)한 것 대신 7.7% 규산 나트륨 3호 수용액을 3.25phr분무한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 고 흡수성 수지를 제조하였다.

실시예 6

상기 실시예 1의 7.7% 규산 나트륨 2호 수용액을 3.25phr 분무(spray)한 것 대신 14.3% 규산 나트륨 3호 수용액을 3.5phr분무한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 고 흡수성 수지를 제조하였다.

실시예 7

상기 실시예 1의 7.7% 규산 나트륨 2호 수용액을 3.25phr 분무(spray)한 것 대신 20.0% 규산 나트륨 3호 수용액을 3.75phr분무한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 고 흡수성 수지를 제조하였다.

실시예 8

상기 실시예 1의 7.7% 규산 나트륨 2호 수용액을 3.25phr 분무(spray)한 것 대신 25.0% 규산 나트륨 3호 수용액을 4.0phr분무한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 고 흡수성 수지를 제조하였다.

비교예 1

상기 제조예에서 제조된 함수 겔 중합체를 쵸퍼(chopper)로 이송하여 쵸핑(chopping)하였다. 이때 쵸핑된 함수 겔 중합체의 함수율은 50중량%였다.

이후, 180℃ 온도의 열풍 건조기에서 30분 동안 건조하고, 건조된 함수 겔 중합체를 핀밀 분쇄기로 분쇄하였다. 이후, 시브(sieve)를 이용하여 평균 입경 크기가 150㎛ 내지 850㎛인 베이스 폴리머를 얻었다. 이렇게 얻은 베이스 폴리머를 표면 가교 믹서에서 20%에틸렌 카보네이트 수용액을 5pph 비율로 분무하였고, 180℃ 온도의 열풍 건조기에서 30분 동안 다시 건조하였다. 건조된 베이스 폴리머를 ASTM규격의 표준 망체로 분급하여 평균 입경 크기가 150㎛ 내지 850㎛의 입자 크기를 가지는 고 흡수성 수지를 제조하였다.

비교예 2

상기 제조예에서 제조된 함수 겔 중합체에 20.0% 규산 나트륨 2호 수용액을 3.75phr 분무(spray)하였다. 이후, 분무된 상기 함수 겔 중합체를 쵸퍼(chopper)로 이송하여 쵸핑(chopping)하였다. 이때 쵸핑된 함수 겔 중합체의 함수율은 50중량%였다.

이어서, 함수 겔 중합체를 180℃ 온도의 열풍 건조기에서 30분 동안 건조하고, 건조된 함수 겔 중합체를 핀밀 분쇄기로 분쇄하였다. 이후, 시브(sieve)를 이용하여 평균 입경 크기가 150㎛ 내지 850㎛인 베이스 폴리머를 얻었다. 이렇게 얻은 베이스 폴리머를 표면 가교 믹서에서 20%에틸렌 카보네이트 수용액을 5pph 비율로 분무하였고, 180℃ 온도의 열풍 건조기에서 30분 동안 다시 건조하였다. 건조된 베이스 폴리머를 ASTM규격의 표준 망체로 분급하여 평균 입경 크기가 150㎛ 내지 850㎛의 입자 크기를 가지는 고 흡수성 수지를 제조하였다.

비교예 3

상기 비교예 2의 20.0% 규산 나트륨 2호 수용액을 3.75phr 분무(spray)한 것 대신 7.7% 규산 나트륨 3호 수용액을 3.25phr분무한 것을 제외하고는 비교예 2와 동일하게 고 흡수성 수지를 제조하였다.

비교예 4

상기 비교예 2의 20.0% 규산 나트륨 2호 수용액을 3.75phr 분무(spray)한 것 대신 14.3% 규산 나트륨 3호 수용액을 3.5phr분무한 것을 제외하고는 비교예 2와 동일하게 고 흡수성 수지를 제조하였다.

비교예 5

상기 비교예 2의 20.0% 규산 나트륨 2호 수용액을 3.75phr 분무(spray)한 것 대신 20.0% 규산 나트륨 3호 수용액을 3.75phr분무한 것을 제외하고는 비교예 2와 동일하게 고 흡수성 수지를 제조하였다.

실험예 1

상기 실시예 1 내지 8 및 비교예 1 내지 5에서 제조된 베이스 폴리머 각각의 CRC(Centrifuge Retention Capacity), 0.7 psi AUP(Absorbency Under Pressure), 16h EC(Extractable Content), FSR(Free Swelling Rate)값을 측정하여 하기 표 1에 나타내었다. CRC, 0.7 psi AUP, 16h EC, FSR 각각은 EDANA WSP 241.2. R3, EDANA WSP 242.2. R3, EDANA WSP 270.2. R3 및 EDANA WSP 210.2. R3 규격으로 측정하였다.

FSR(Free Swelling Rate)은 고흡수성 수지의 흡수 속도 측정을 위한 방법이다. 이를 측정하는 방법 미 수치화하는 방법으로는 우선, 고 흡수성 수지를 300~600㎛사이의 사이즈로 분급하여 준비한 후, 100ml 비이커에 생리식염수 50g을 계량하여 넣고, 마그네틱 바를 넣어 600rpm으로 교반한다. 이후, 회오리가 생긴 것을 확인하고, 고 흡수성 수지 2g을 해당 비커에 넣으며, 넣음과 동시에 초시계로 시간을 측정하여 표면에 회오리가 없어지는 시점까지의 시간을 측정한다. 계산식은 FSR = (생리식염수양/고흡수성 수지양/회오리 없어지는 시간)으로 계산하여 나타낸다.

	CRC	0.7 psi AUP	16h EC	FSR(g/g/s)
실시예 1	37	23	15	0.35
실시예 2	37	22	13	0.35
실시예 3	37	23	13	0.33
실시예 4	35	24	15	0.33
실시예 5	35	25	13	0.36
실시예 6	35	26	12	0.38
실시예 7	35	25	12	0.40
실시예 8	36	24	14	0.39
비교예 1	38	19	18	0.22
비교예 2	34	26	15	0.27
비교예 3	35	26	15	0.24
비교예 4	36	26	14	0.28
비교예 5	35	26	13	0.28

비교예 1의 경우, CRC가 상대적으로 낮고, AUP 및 EC는 상대적으로 높고, 비교예 2의 경우, CRC가 상대적으로 높고, AUP 및 EC는 상대적으로 낮다.

일반적으로 흡수능은 CRC가 높을수록 우수하고, gel blocking은 AUP가 높고 EC가 낮을수록 초래되지 않을 수 있다.

본 발명의 실시예의 경우, 비교예와 더 높거나 동등한 수준의 CRC값을 가져, 흡수능이 우수하다는 것을 확인할 수 있다. 또한, 실시예의 경우, 비교예의 AUP와 동등한 수준이며, 비교예의 EC보다 낮거나 동등한 수준이어서 gel blocking이 초래되는 것을 방지할 수 있다.

또한, FSR은 고흡수성 수지 1g이 1초에 흡수하는 생리식염수의 양을 수치화 한 것으로 높은 값을 나타낼 수록, 빠른 흡수속도를 가진다고 할 수 있다. 본 발명의 실시예와 같이, 쵸퍼(chopper)에 의해 쵸핑(chopping)된 함수 겔 중합체에 규산 나트륨 수용액을 분무한 경우, 규산 나트륨을 분무하지 않거나(비교예 1), 쵸핑, 즉, 분쇄 전에 규산 나트륨을 분무한 비교예들(비교예 2 내지 5)에 비해 높은 수치의 FSR값을 갖는다는 것을 확인할 수 있다. 이에 의해 실시예들의 경우, 비교예에 비해 빠른 흡수 속도가 있다는 것을 확인할 수 있다.

또한, 규산 나트륨 2호 수용액을 사용한 경우의 실시예 1 내지 4에 비해 규산 나트륨 3호 수용액을 사용한 경우의 실시예 5 내지 8이 더 높은 수치의 FSR값을 가져, 더 빠른 흡수 속도가 있다는 것을 확인할 수 있다. 상기에서 설명하였다시피, 규산 나트륨 3호 수용액을 사용하는 경우, 수용액 상에 규산 나트륨의 분산이 용이하여 공정 도입이 용이하고 우수한 FSR값을 가질 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.

Claims (12)

1. 중합 반응기에서 모노머 조성물을 중합하여 함수 겔 중합체를 형성하는 단계;
   상기 함수 겔 중합체를 분쇄하여 제 1분쇄물 중합체를 생성하는 단계;
   상기 제 1분쇄물 중합체에 규산 나트륨 수용액을 분무하여 제 2분쇄물 중합체를 형성하는 단계; 및
   상기 제 2분쇄물 중합체를 건조하여 건조물 중합체를 형성하는 단계를 포함하는 고 흡수성 수지 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 규산 나트륨 수용액은 규산 나트륨을 5.0중량% 내지 30중량%의 범위로 포함하는 고 흡수성 수지 제조 방법.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 2분쇄물 중합체를 형성하는 단계는 상기 규산 나트륨 수용액을 3.0phr 내지 5.0phr의 범위로 상기 제 1분쇄물 중합체에 분무하는 것을 특징으로 하는 고 흡수성 수지 제조방법.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 규산 나트륨은 하기 화학식 1로 표시되는 고 흡수성 수지 제조 방법.
   <화학식 1>
   

   
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 규산 나트륨 수용액은 규산 나트륨 2호 수용액 또는 규산 나트륨 3호 수용액을 포함하는 고 흡수성 수지 제조 방법.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 규산 나트륨 수용액은 규산 나트륨 3호 수용액인 고 흡수성 수지 제조 방법.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 건조물 중합체를 분쇄하고, 시브(sieve)에 의해 걸러 평균 입경 크기가 150㎛ 내지 850㎛인 베이스 폴리머를 형성하는 단계를 더 포함하는 고 흡수성 수지 제조방법.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 베이스 폴리머의 표면을 가교하는 표면 가교 단계를 더 포함하는 고 흡수성 수지 제조방법.
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 2분쇄물 중합체를 형성하는 단계는 스프레이(spray) 노즐 방식에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 고 흡수성 수지 제조방법.
10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 방법으로 제조되는 고 흡수성 수지.
11. 제 10항에 있어서,
    상기 고 흡수성 수지는 내부에 흡수성 수지 입자로 형성되는 코어층;
    상기 코어층의 외부를 둘러싸며 규산 나트륨을 포함하는 쉘층; 및
    상기 쉘층의 외부를 둘러싸는 표면 가교층을 포함하는 고 흡수성 수지.
12. 제 10항에 있어서,
    상기 고 흡수성 수지의 FSR은 0.3 g/g/s 내지 0.45 g/g/s 의 범위인 고 흡수성 수지.