KR20190069101A - 고흡수성 수지 및 이의 제조 방법 - Google Patents

고흡수성 수지 및 이의 제조 방법 Download PDF

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KR20190069101A
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Abstract

본 발명은 고흡수성 수지 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명의 고흡수성 수지 및 이의 제조 방법에 따르면, 향상된 재습윤 특성 및 흡수 속도를 갖는 고흡수성 수지를 제공할 수 있다.

Description

고흡수성 수지 및 이의 제조 방법{SUPER ABSORBENT POLYMER AND PREPARATION METHOD FOR THE SAME}
본 발명은 고흡수성 수지 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 향상된 재습윤(rewet) 특성 및 흡수 속도를 갖는 고흡수성 수지 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
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 생리용구로 실용화되기 시작해서, 현재는 어린이용 종이기저귀나 생리대 등 위생용품 외에 원예용 토양보수제, 토목, 건축용 지수재, 육묘용 시트, 식품유통분야에서의 신선도 유지제, 및 찜질용 등의 재료로 널리 사용되고 있다.
가장 많은 경우에, 이러한 고흡수성 수지는 기저귀나 생리대 등 위생재 분야에서 널리 사용되고 있는데, 이러한 용도를 위해 수분 등에 대한 높은 흡수력을 나타낼 필요가 있고, 외부의 압력에도 흡수된 수분이 빠져 나오지 않아야 하며, 이에 더하여, 물을 흡수하여 부피 팽창(팽윤)된 상태에서도 형태를 잘 유지하여 우수한 통액성(permeability)을 나타낼 필요가 있다.
그런데, 상기 고흡수성 수지의 기본적인 흡수력 및 보수력을 나타내는 물성인 보수능(CRC)과, 외부의 압력에도 흡수된 수분을 잘 보유하는 특성을 나타내는 가압하 흡수능(AUP)은 함께 향상시키기 어려운 것으로 알려져 있다. 이는 고흡수성 수지의 전체적인 가교 밀도가 낮게 제어될 경우, 보수능은 상대적으로 높아질 수 있지만, 가교 구조가 성기게 되고 겔 강도가 낮아져 가압하 흡수능은 저하될 수 있기 때문이다. 반대로, 가교 밀도를 높게 제어하여 가압하 흡수능을 향상시키는 경우, 빽빽한 가교 구조 사이로 수분이 흡수되기 어려운 상태로 되어 기본적인 보수능이 저하될 수 있다. 상술한 이유로 인해, 보수능 및 가압하 흡수능이 함께 향상된 고흡수성 수지를 제공하는데 한계가 있다.
그러나, 최근 기저귀나 생리대 등과 같은 위생재의 박막화에 따라 고흡수성 수지에 보다 높은 흡수 성능이 요구되고 있다. 이 중에서도, 상반되는 물성인 보수능과 가압 흡수능의 동반 향상과 통액성의 개선 등이 중요한 과제로 대두되고 있다.
또한, 기저귀나 생리대 등의 위생재에는 사용자의 무게에 의해 압력이 가해질 수 있다. 특히, 기저귀나 생리대 등의 위생재에 적용되는 고흡수성 수지가 액체를 흡수한 이후, 이에 사용자의 무게에 의한 압력이 가해지면 고흡수성 수지에 흡수된 일부 액체가 다시 배어 나오는 재습윤(rewet) 현상과, 소변이 새는 누출(leakage) 현상이 발생할 수 있다.
따라서, 이러한 재습윤 현상을 억제하고자 여러 가지 시도들이 진행되고 있다. 하지만 아직까지 재습윤 현상을 효과적으로 억제할 수 있는 구체적인 방안이 제시되지 못하고 있는 실정이다.
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고자, 본 발명은 재습윤 및 소변 누출 현상이 억제되는 고흡수성 수지 및 이의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 일 측면에 따르면,
산성기의 적어도 일부가 중화된 아크릴산계 단량체가 가교 중합된 가교 중합체를 포함하는 베이스 수지;
상기 베이스 수지의 입자 표면에 형성되어 있고, 상기 가교 중합체가 에폭시계 표면 가교제를 매개로 추가 가교되어 있는 표면 개질층; 및
무기 필러를 포함하고,
상기 표면 개질층은 용융 온도(Tm)가 40 내지 80℃이고, 25에서 물에 대한 용해도가 70 mg/L 이하인 소수성 물질을 포함하는, 고흡수성 수지를 제공한다.
또한 본 발명의 다른 일 측면에 따르면,
산성기를 가지며 상기 산성기의 적어도 일부가 중화된 아크릴산계 단량체 및 내부 가교제가 가교 중합된 베이스 수지(base resin)를 준비하는 단계(단계 1);
상기 베이스 수지에, 용융 온도(Tm)가 40 내지 80℃이고, 25℃에서 물에 대한 용해도가 70 mg/L 이하인 소수성 물질, 및 에폭시계 표면 가교제를 혼합하는 단계(단계 2); 및
상기 단계 2의 혼합물을 승온하여 상기 베이스 수지에 대한 표면 개질을 수행하는 단계(단계 3)를 포함하고,
상기 단계 2에서 베이스 수지에 무기 필러를 추가로 혼합하거나, 상기 단계 3을 수행한 고흡수성 수지에 무기 필러를 혼합하는,
고흡수성 수지의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 고흡수성 수지 및 이의 제조 방법에 따르면, 우수한 제반 흡수 물성을 나타내면서도 재습윤 현상 및 소변 누출 현상이 억제된 고흡수성 수지를 제공할 수 있다.
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 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명의 일 구현예에 따른 고흡수성 수지 및 이의 제조 방법에 대해 상세히 설명한다.
본 발명의 일 구현예에 따른 고흡수성 수지는,
산성기의 적어도 일부가 중화된 아크릴산계 단량체가 가교 중합된 가교 중합체를 포함하는 베이스 수지;
상기 베이스 수지의 입자 표면에 형성되어 있고, 상기 가교 중합체가 에폭시계 표면 가교제를 매개로 추가 가교되어 있는 표면 개질층; 및
무기 필러를 포함하고,
상기 표면 개질층은 용융 온도(Tm)가 40 내지 80℃이고, 25℃에서 물에 대한 용해도가 70 mg/L 이하인 소수성 물질을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 다른 일 구현예에 따른 고흡수성 수지의 제조방법은,
산성기를 가지며 상기 산성기의 적어도 일부가 중화된 아크릴산계 단량체 및 내부 가교제가 가교 중합된 베이스 수지(base resin)를 준비하는 단계(단계 1);
상기 베이스 수지에, 용융 온도(Tm)가 40 내지 80℃이고, 25℃에서 물에 대한 용해도가 70 mg/L 이하인 소수성 물질, 및 에폭시계 표면 가교제를 혼합하는 단계(단계 2); 및
상기 단계 2의 혼합물을 승온하여 상기 베이스 수지에 대한 표면 개질을 수행하는 단계(단계 3)를 포함하고,
상기 단계 2에서 베이스 수지에 무기 필러를 추가로 혼합하거나, 상기 단계 3을 수행한 고흡수성 수지에 무기 필러를 혼합하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 명세서에서, "베이스 수지" 또는 "베이스 수지 분말"은 수용성 에틸렌계 불포화 단량체가 중합된 중합체를 건조 및 분쇄하여 입자(particle) 또는 파우더(powder) 형태로 만든 것으로, 후술하는 표면 개질 또는 표면 가교 단계를 수행하지 않은 상태의 중합체를 의미한다.
아크릴산계 단량체의 중합 반응에 의해 수득되는 함수겔상 중합체는 건조, 분쇄, 분급, 표면 가교 등의 공정을 거쳐 분말상의 제품인 고흡수성 수지로 시판된다.
최근 들어 고흡수성 수지에서 흡수능, 통액성과 같은 제반 흡수 물성뿐 아니라 실제 기저귀가 사용되는 상황에서 표면의 건조(dryness) 상태가 얼마나 유지될 수 있는가가 기저귀 특성을 가늠하는 중요한 척도가 되고 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 제조방법에 의해 수득되는 고흡수성 수지는 보수능, 가압 흡수능, 통액성 등의 물성이 우수하여 우수한 제반 흡수 성능을 나타내며, 염수에 의해 팽윤된 후에도 건조한 상태가 유지되며 고흡수성 수지에 흡수된 소변이 다시 배어 나오는 재습윤(rewet) 및 소변 누출(leakage) 현상을 효과적으로 방지할 수 있음을 확인하여 본 발명에 이르게 되었다.
본 발명의 고흡수성 수지의 제조 방법에서, 먼저 상기 고흡수성 수지의 원료 물질인 모노머 조성물은 산성기를 가지며 상기 산성기의 적어도 일부가 중화된 아크릴산계 단량체, 내부 가교제, 및 중합 개시제를 포함하는 모노머 조성물을 중합하여 함수겔상 중합체를 수득하고, 이를 건조, 분쇄, 분급하여 베이스 수지(base resin)를 준비한다(단계 1).
이에 대해 하기에서 보다 상세히 설명한다.
상기 고흡수성 수지의 원료 물질인 모노머 조성물은 산성기를 가지며 상기 산성기의 적어도 일부가 중화된 아크릴산계 단량체 및 중합 개시제를 포함한다.
상기 아크릴산계 단량체는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물이다:
[화학식 1]
R1-COOM1
상기 화학식 1에서,
R1은 불포화 결합을 포함하는 탄소수 2 내지 5의 알킬 그룹이고,
M1은 수소원자, 1가 또는 2가 금속, 암모늄기 또는 유기 아민염이다.
바람직하게는, 상기 아크릴산계 단량체는 아크릴산, 메타크릴산 및 이들의 1가 금속염, 2가 금속염, 암모늄염 및 유기 아민염으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함한다.
여기서, 상기 아크릴산계 단량체는 산성기를 가지며 상기 산성기의 적어도 일부가 중화된 것일 수 있다. 바람직하게는 상기 단량체를 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화암모늄 등과 같은 알칼리 물질로 부분적으로 중화시킨 것이 사용될 수 있다. 이때, 상기 아크릴산계 단량체의 중화도는 40 내지 95 몰%, 또는 40 내지 80 몰%, 또는 45 내지 75 몰%일 수 있다. 상기 중화도의 범위는 최종 물성에 따라 조절될 수 있다. 그런데, 상기 중화도가 지나치게 높으면 중화된 단량체가 석출되어 중합이 원활하게 진행되기 어려울 수 있으며, 반대로 중화도가 지나치게 낮으면 고분자의 흡수력이 크게 떨어질 뿐만 아니라 취급하기 곤란한 탄성 고무와 같은 성질을 나타낼 수 있다.
상기 아크릴산계 단량체의 농도는, 상기 고흡수성 수지의 원료 물질 및 용매를 포함하는 모노머 조성물에 대해 약 20 내지 약 60 중량%, 바람직하게는 약 40 내지 약 50 중량%로 될 수 있으며, 중합 시간 및 반응 조건 등을 고려해 적절한 농도로 될 수 있다. 다만, 상기 단량체의 농도가 지나치게 낮아지면 고흡수성 수지의 수율이 낮고 경제성에 문제가 생길 수 있고, 반대로 농도가 지나치게 높아지면 단량체의 일부가 석출되거나 중합된 함수겔상 중합체의 분쇄 시 분쇄 효율이 낮게 나타나는 등 공정상 문제가 생길 수 있으며 고흡수성 수지의 물성이 저하될 수 있다.
본 발명의 고흡수성 수지 제조 방법에서 중합시 사용되는 중합 개시제는 고흡수성 수지의 제조에 일반적으로 사용되는 것이면 특별히 한정되지 않는다.
구체적으로, 상기 중합 개시제는 중합 방법에 따라 열중합 개시제 또는 UV 조사에 따른 광중합 개시제를 사용할 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.
상기 광중합 개시제는 자외선과 같은 광에 의해 라디칼을 형성할 수 있는 화합물이면 그 구성의 한정이 없이 사용될 수 있다.
상기 광중합 개시제로는 예를 들어, 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. 보다 다양한 광개시제에 대해서는 Reinhold Schwalm 저서인 'UV Coatings: Basics, Recent Developments and New Application(Elsevier 2007년)' p115에 잘 명시되어 있으며, 상술한 예에 한정되지 않는다.
상기 광중합 개시제는 상기 모노머 조성물에 대하여 약 0.01 내지 약 1.0 중량%의 농도로 포함될 수 있다. 이러한 광중합 개시제의 농도가 지나치게 낮을 경우 중합 속도가 느려질 수 있고, 광중합 개시제의 농도가 지나치게 높으면 고흡수성 수지의 분자량이 작고 물성이 불균일해질 수 있다.
또한, 상기 열중합 개시제로는 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)이염산염(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-시아노발레릭 산)(4,4-azobis-(4-cyanovaleric acid)) 등이 있다. 보다 다양한 열중합 개시제에 대해서는 Odian 저서인 'Principle of Polymerization(Wiley, 1981)', p203에 잘 명시되어 있으며, 상술한 예에 한정되지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 모노머 조성물은 고흡수성 수지의 원료 물질로서 내부 가교제를 포함한다. 상기 내부 가교제로는 상기 아크릴산계 단량체와 반응할 수 있는 관능기를 1개 이상 가지면서, 에틸렌성 불포화기를 1개 이상 갖는 가교제; 혹은 상기 아크릴산계 단량체의 치환기 및/또는 단량체의 가수분해에 의해 형성된 치환기와 반응할 수 있는 관능기를 2개 이상 갖는 가교제를 사용할 수 있다.
상기 내부 가교제는 아크릴산계 단량체가 중합된 중합체의 내부를 가교시키기 위한 것으로서, 상기 중합체의 표면을 가교시키기 위한 표면 가교제와 구분된다.
상기 내부 가교제의 구체적인 예로는, N,N'-메틸렌비스아크릴아미드, 트리메틸롤프로판 트리(메타)아크릴레이트, 에틸렌글리콜 다이(메타)아크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜(메타)아크릴레이트, 프로필렌글리콜 다이(메타)아크릴레이트, 폴리프로필렌글리콜(메타)아크릴레이트, 부탄다이올다이(메타)아크릴레이트, 부틸렌글리콜다이(메타)아크릴레이트, 다이에틸렌글리콜 다이(메타)아크릴레이트, 헥산다이올다이(메타)아크릴레이트, 트리에틸렌글리콜 다이(메타)아크릴레이트, 트리프로필렌글리콜 다이(메타)아크릴레이트, 테트라에틸렌글리콜 다이(메타)아크릴레이트, 다이펜타에리스리톨 펜타아크릴레이트, 글리세린 트리(메타)아크릴레이트, 펜타에리스톨 테트라아크릴레이트, 트리아릴아민, 에틸렌글리콜 디글리시딜 에테르, 프로필렌 글리콜, 글리세린, 및 에틸렌카보네이트로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다.
이러한 내부 가교제는 상기 모노머 조성물에 대하여 약 0.01 내지 약 0.5 중량%의 농도로 포함되어, 중합된 고분자를 가교시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 모노머 조성물은 수분산 실리카를 더 포함할 수 있다.
상기 수분산 실리카(colloidal silica)는, 물에 실리카 입자가 침전되거나 응집되지 않고 안정하게 분산되어 있는 상태의 실리카를 의미하며, 실리카 입자 표면의 적어도 일부가 이온화되어 있는 실리카를 의미한다. 상기 수분산 실리카의 제조방법은 특별히 제한되지 않으며, 전기투석, 졸-겔 법, 이온교환법, 산-중화법 등 알려진 제조방법으로 제조된 것을 사용할 수 있다.
상기 수분산 실리카의 입경은 약 5nm 이상, 또는 약 10nm 이상이면서, 약 100nm 이하, 또는 약 50nm 이하, 또는 약 30nm 이하인 것이 바람직하다. 상기 수분산 실리카의 입경이 너무 작으면 가격이 비싸 제조원가가 올라가고, 너무 크면 재습윤 개선 효과가 나타나지 않을 수 있다.
또한, 상기 수분산 실리카는 상기 아크릴산계 단량체 100 중량부에 대하여 약 0.01 내지 약 1.0 중량부, 또는 약 0.02 내지 약 0.5 중량부의 농도로 첨가될 수 있다. 상기 수분산 실리카의 사용량이 1.0 중량부를 초과할 경우에는 고흡수성 수지의 보수능이 저하될 수 있고, 0.01 중량부 미만일 경우 재습윤 개선 효과가 없을 수 있어 이러한 관점에서 상기 중량부 범위로 사용하는 것이 바람직할 수 있다.
또한, 상기 수분산 실리카가 모노머 조성물 내에서 콜로이드(colloid) 상태를 유지하지 못하고 석출되면 재습윤 개선 효과를 얻을 수 없으므로, 상기 수분산 실리카는 모노머 조성물에서 안정적인 콜로이드 상태를 유지하는 것을 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 측면에서 콜로이드 상태가 아닌 분말 상태 또는 소수성 실리카는 재습윤 개선 효과가 없어 본 발명이 의도하는 효과를 달성할 수 없다.
이러한 조건을 만족하는 수분산 실리카로는 Nissan Chemical 사의 ST-O, ST-AK 등을 들 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 제조방법에서, 상기 모노머 조성물은 발포제, 및/또는 기포 안정제를 더 포함할 수 있다.
상기 발포제는 중합시 발포가 일어나 함수겔 중합체 내 기공을 형성하여 표면적을 늘리는 역할을 한다. 상기 발포제는 탄산염을 사용할 수 있으며, 일례로 소디움 비카보네이트(sodium bicarbonate), 소디움 카보네이트(sodium carbonate), 포타슘 비카보네이트(potassium bicarbonate), 포타슘 카보네이트(potassium carbonate), 칼슘 비카보네이트(calcium bicarbonate), 칼슘 카보네이트(calcium bicarbonate), 마그네슘 비카보네이트(magnesiumbicarbonate) 또는 마그네슘 카보네이트(magnesium carbonate)를 사용할 수 있다.
또한, 상기 발포제는 상기 아크릴산계 단량체 100 중량부에 대하여 약 0.005 내지 약 1 중량부, 또는 약 0.01 내지 약 0.3 중량부의 농도로 첨가될 수 있다. 상기 발포제의 사용량이 1 중량부를 초과할 경우에는 기공이 너무 많아져 고흡수성 수지의 겔 강도가 떨어지고 밀도가 작아져 유통과 보관에 문제를 초래할 수 있다. 또한, 0.005 중량부 미만일 경우에는 발포제로서의 역할이 미미할 수 있다.
또한, 상기 기포 안정제는 발포제로 인하여 형성된 기포의 형태를 유지하면서 동시에 중합체 전 영역에 기포를 균일하게 분포시키는 역할을 하는 것으로 중합체의 표면적을 늘리는 역할을 한다.
상기 기포 안정제로는 음이온성 계면활성제를 사용할 수 있으며, 사용가능한 음이온성 계면활성제의 예로는, 소듐 도데실 설페이트(sodium dodecyl sulfate), 소듐 스테아레이트(sodium stearate), 암모늄 라우릴 설페이트 (ammonium lauryl sulfate), 소디움 라우릴 에테르 설페이트 (sodium lauryl ether sulfate), 소디움 미레스 설페이트(sodium myreth sulfate), 또는 이들과 유사한 알킬에테르 설페이트계 화합물을 들 수 있다. 사용 가능한 음이온성 계면활성제가 이에 한정되지는 않으나, 바람직하게는 소듐 도데실 설페이트 또는 소듐 스테아레이트를 사용할 수 있다.
상기 음이온성 계면활성제는 상기 아크릴산계 단량체 100 중량부에 대하여 약 0.001 내지 약 1 중량부, 또는 약 0.005 내지 약 0.05 중량부의 농도로 첨가될 수 있다. 상기 음이온성 계면활성제의 농도가 지나치게 낮을 경우 기포 안정제로서의 역할이 미미하여 흡수 속도 향상 효과를 달성하기 어렵고, 반대로 상기 농도가 지나치게 높을 경우 중합시 보수능 및 흡수 속도가 오히려 하락하여 바람직하지 않을 수 있다.
본 발명의 제조방법에서, 고흡수성 수지의 상기 모노머 조성물은 필요에 따라 증점제(thickener), 가소제, 보존안정제, 산화방지제 등의 첨가제를 더 포함할 수 있다.
상술한 산성기를 가지며 상기 산성기의 적어도 일부가 중화된 아크릴산계 단량체, 광중합 개시제, 열중합 개시제, 내부 가교제 및 첨가제와 같은 원료 물질은 용매에 용해된 모노머 조성물 용액의 형태로 준비될 수 있다.
이 때 사용할 수 있는 상기 용매는 상술한 성분들을 용해할 수 있으면 그 구성의 한정이 없이 사용될 수 있으며, 예를 들어 물, 에탄올, 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 1,4-부탄디올, 프로필렌글리콜, 에틸렌글리콜모노부틸에테르, 프로필렌글리콜모노메틸에테르, 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트, 메틸에틸케톤, 아세톤, 메틸아밀케톤, 시클로헥사논, 시클로펜타논, 디에틸렌글리콜모노메틸에테르, 디에틸렌글리콜에틸에테르, 톨루엔, 크실렌, 부틸로락톤, 카르비톨, 메틸셀로솔브아세테이트 및 N,N-디메틸아세트아미드 등에서 선택된 1종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.
상기 용매는 모노머 조성물의 총 함량에 대하여 상술한 성분을 제외한 잔량으로 포함될 수 있다.
한편, 이와 같은 모노머 조성물을 열중합 또는 광중합하여 함수겔상 중합체를 형성하는 방법 또한 통상 사용되는 중합 방법이면, 특별히 구성의 한정이 없다.
구체적으로, 중합 방법은 중합 에너지원에 따라 크게 열중합 및 광중합으로 나뉘며, 통상 열중합을 진행하는 경우, 니더(kneader)와 같은 교반축을 가진 반응기에서 진행될 수 있으며, 광중합을 진행하는 경우, 이동 가능한 컨베이어 벨트를 구비한 반응기에서 진행되거나, 바닥이 납작한 용기에서 진행될 수 있으나, 상술한 중합 방법은 일 예이며, 본 발명은 상술한 중합 방법에 한정되지는 않는다.
일 예로, 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 중량 평균 입경이 2 내지 50 mm 인 함수겔상 중합체가 얻어질 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이 이동 가능한 컨베이어 벨트를 구비한 반응기 또는 바닥이 납작한 용기에서 광중합을 진행하는 경우, 통상 얻어지는 함수겔상 중합체의 형태는 벨트의 너비를 가진 시트 상의 함수겔상 중합체일 수 있다. 이 때, 중합체 시트의 두께는 주입되는 단량체 조성물의 농도 및 주입속도 또는 주입량에 따라 달라지나, 통상 약 0.5 내지 약 5cm의 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 5cm를 초과하는 경우에는 지나치게 두꺼운 두께로 인해, 중합 반응이 전 두께에 걸쳐 고르게 일어나지 않을 수가 있다.
이때 이와 같은 방법으로 얻어진 함수겔상 중합체의 통상 함수율은 약 40 내지 약 80 중량%일 수 있다. 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 약 180℃까지 온도를 상승시킨 뒤 180℃에서 유지하는 방식으로 총 건조시간은 온도상승단계 5분을 포함하여 20분으로 설정하여, 함수율을 측정한다.
다음에, 얻어진 함수겔상 중합체를 건조하는 단계를 수행한다.
이때 필요에 따라서 상기 건조 단계의 효율을 높이기 위해 건조 전에 조분쇄하는 단계를 더 거칠 수 있다.
이때, 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.
이때 분쇄 단계는 함수겔상 중합체의 입경이 약 2 내지 약 10mm로 되도록 분쇄할 수 있다.
입경이 2mm 미만으로 분쇄하는 것은 함수겔상 중합체의 높은 함수율로 인해 기술적으로 용이하지 않으며, 또한 분쇄된 입자 간에 서로 응집되는 현상이 나타날 수도 있다. 한편, 입경이 10mm초과로 분쇄하는 경우, 추후 이루어지는 건조 단계의 효율 증대 효과가 미미하다.
상기와 같이 분쇄되거나, 혹은 분쇄 단계를 거치지 않은 중합 직후의 함수겔상 중합체에 대해 건조를 수행한다. 이때 상기 건조 단계의 건조 온도는 약 150 내지 약 250℃일 수 있다. 건조 온도가 150℃ 미만인 경우, 건조 시간이 지나치게 길어지고 최종 형성되는 고흡수성 수지의 물성이 저하될 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. 따라서 바람직하게 상기 건조는 약 150 내지 약 200℃의 온도에서, 더욱 바람직하게는 약 160 내지 약 180℃의 온도에서 진행될 수 있다.
한편, 건조 시간의 경우에는 공정 효율 등을 고려하여, 약 20 내지 약 90분 동안 진행될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
상기 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 약 0.1 내지 약 10 중량%일 수 있다.
다음에, 이와 같은 건조 단계를 거쳐 얻어진 건조된 중합체를 분쇄하는 단계를 수행한다.
분쇄 단계 후 얻어지는 중합체 분말은 입경이 약 150 내지 약 850㎛ 일 수 있다. 이와 같은 입경으로 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, 상술한 예에 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
그리고, 이와 같은 분쇄 단계 이후 최종 제품화되는 고흡수성 수지 분말의 물성을 관리하기 위해, 분쇄 후 얻어지는 중합체 분말을 입경에 따라 분급하는 별도의 과정을 거칠 수 있으며, 상기 중합체 분말을 입경 범위에 따라 일정 중량비가 되도록 분급할 수 있다.
다음에, 상기 베이스 수지에, 용융 온도(Tm)가 40 내지 80℃이고, 25℃에서 물에 대한 용해도가 70 mg/L 이하인 소수성 물질, 및 에폭시계 표면 가교제를 혼합한다(단계 2).
일반적인 고흡수성 수지의 제조방법에서, 건조 및 분쇄된 중합체, 즉 베이스 수지에 표면 가교제를 포함하는 표면 가교 용액을 혼합한 다음, 이들 혼합물에 열을 가하여 승온함으로써 상기 분쇄된 중합체에 대해 표면 가교 반응을 수행한다.
상기 표면 가교 단계는 표면 가교제의 존재 하에 상기 분쇄된 중합체의 표면에 가교 반응을 유도함으로써, 보다 향상된 물성을 갖는 고흡수성 수지를 형성시키는 단계이다. 이러한 표면 가교를 통해 상기 분쇄된 중합체 입자의 표면에는 표면 가교층(표면 개질층)이 형성된다.
일반적으로, 표면 가교제는 고흡수성 수지 입자의 표면에 도포되므로 표면 가교 반응은 고흡수성 수지 입자의 표면 상에서 일어나며, 이는 입자 내부에는 실질적으로 영향을 미치지 않으면서 입자의 표면 상에서의 가교 결합성은 개선시킨다. 따라서 표면 가교 결합된 고흡수성 수지 입자는 내부에서보다 표면 부근에서 더 높은 가교 결합도를 갖는다.
한편, 상기 표면 가교제로는 중합체가 갖는 관능기와 반응 가능한 화합물을 사용하며, 일례로 다가 알콜 화합물, 에폭시 화합물, 폴리아민 화합물, 할로에폭시 화합물, 할로에폭시 화합물의 축합 산물, 옥사졸린 화합물류, 다가 금속염, 또는 알킬렌 카보네이트 화합물 등을 사용할 수 있는 것으로 알려져 있다.
한편 본 발명의 제조방법에 따르면, 에폭시계 표면 가교제를 사용하며, 특히, 저온 영역, 예를 들어 110 내지 170℃에서 베이스 수지와 표면 가교 반응이 가능한 에폭시계 표면 가교제를 사용하여 재습윤 특성이 개선될 수 있다. 본 발명의 발명자들은 디올(diol)계, 알킬렌 카보네이트(alkylene carbonate)계 화합물과 같이 170℃를 초과하는 고온에서 표면가교 반응하는 다른 표면 가교제를 사용할 경우 표면 가교에 의해 재습윤 특성이 오히려 저하됨을 확인하였다.
이러한 조건을 만족하는 에폭시계 표면 가교제의 예로는 에틸렌글리콜 디글리시딜 에테르(ethyleneglycol diglycidyl ether), 디에틸렌글리콜 디글리시딜 에테르(diethyleneglycol diglycidyl ether), 트리에틸렌글리콜 디글리시딜 에테르(triethyleneglycol diglycidyl ether), 테트라에틸렌글리콜 디글리시딜 에테르(tetraethyleneglycol diglycidyl ether), 글리세린 폴리글리시딜 에테르(glycerin polyglycidyl ether), 또는 소르비톨 폴리글리시딜 에테르(sorbitol polyglycidyl ether) 등을 들 수 있다.
상기 첨가되는 에폭시계 표면 가교제의 함량은 상기 베이스 수지 100 중량부에 대해, 약 0.005 중량부 이상, 또는 약 0.01 중량부 이상, 또는 약 0.02 중량부 이상이면서, 약 0.5 중량부 이하, 약 0.2 중량부 이하, 또는 약 0.1 중량부 이하, 또는 0.05 중량부 이하로 사용할 수 있다.
상기 에폭시계 표면 가교제의 함량이 지나치게 적으면, 표면 가교층의 가교 밀도가 너무 낮아 가압하 흡수능, 통액성과 같은 흡수 특성이 낮아지게 되며, 너무 많이 사용되는 경우, 과도한 표면 가교 반응의 진행으로 인해 재습윤 특성이 저하될 수 있다.
상기 에폭시계 표면 가교제 첨가시, 추가로 물을 함께 혼합하여 표면 가교 용액의 형태로 첨가할 수 있다. 물을 첨가하는 경우, 표면 가교제가 중합체에 골고루 분산될 수 있는 이점이 있다. 이때, 추가되는 물의 함량은 표면 가교제의 고른 분산을 유도하고 중합체 분말의 뭉침 현상을 방지함과 동시에 표면 가교제의 표면 침투 깊이를 최적화하기 위한 목적으로 중합체 100 중량부에 대해, 약 1 내지 약 10 중량부의 비율로 첨가되는 것이 바람직하다.
한편 이러한 표면 가교 반응에 의해 흡수 특성은 증가될 수 있지만 재습윤 특성은 떨어질 수 있다.
그런데, 본 발명의 제조방법에 따르면, 베이스 수지에 상기 에폭시계 표면 가교제를 혼합하여 표면 가교 반응을 수행하기 위해 승온하기 전에 소수성 물질을 상기 베이스 수지에 혼합하여 재습윤 특성과 흡수 속도 개선을 동시에 달성할 수 있다.
상기 소수성 물질은 용융 온도(Tm)가 40℃ 이상, 또는 45℃ 이상, 또는 50℃ 이상이면서, 80℃ 이하, 또는 75℃ 이하, 또는 70℃ 이하를 만족하는 물질을 사용할 수 있다. 상기 소수성 물질의 용융 온도가 너무 낮으면 제품의 흐름성이 나빠질 수 있고, 너무 높은 용융 온도를 갖는 물질을 사용할 경우 표면가교 반응 공정에서 소수성 물질이 입자 표면에 고르게 코팅될 수 없어서, 이러한 관점에서 상기 용융 온도 범위를 갖는 소수성 물질을 사용한다.
또한, 상기 소수성 물질은 25℃에서 물에 대한 용해도가 실질적으로 불용성(insoluble)인 것에서부터, 용해도가 70 mg/L 이하, 또는 65 mg/L 이하, 또는 50 mg/L 이하인 물질을 사용할 수 있다.
이러한 조건을 만족하는 사용 가능한 소수성 물질로는 예를 들어 라우르산(Lauric Acid), 미리스트산(Myristic Acid), 세틸 알코올(Cetyl Alcohol), 스테아르산(Stearic Acid), 글리콜 스테아레이트(Glycol Stearate), 글리세롤 모노스테아레이트(Glycerol Monostearate), 글리콜 디스테아레이트(Glycol Distearate), 마그네슘 스테아레이트(Magnesium Stearate), 스테아린(Stearin), 펜타에리트리틸 디스테아레이트(Pentaerythrityl Distearate) 등을 들 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
몇몇 예시적인 소수성 물질들의 용융 온도 및 물에 대한 용해도를 하기 표 1에 나타내었다.
물질명 Tm (℃) 물에 대한 용해도(at 25℃)
Lauric Acid 43 63 mg/L
Myristic acid 54.4 24 mg/L
Cetyl Alcohol 49 insoluble
Stearic Acid 69.3 3.4 mg/L
Glycol Stearate 55~60 insoluble
Glyerol Monostearate 58~59 insoluble
Glycol Distearate 65~73 Insoluble
Magnesium Stearate 88.5 40mg/L
Stearin 54~72.5 insoluble
Pentaerythrityl Distearate 48~52 insoluble
PEG150 Distearate 52~57 insoluble
PEG Stearyl Alcohol 57 insoluble
Glyceryl Laurate 56~60 insoluble
상기 소수성 물질은 상기 베이스 수지의 표면 개질층 내에 분포하여 고흡수성 수지가 액체를 흡수하여 팽윤되는 과정에서 팽윤된 수지 입자들이 높아진 압력에 따라 서로 응집되거나 뭉쳐지는 것을 방지하며, 표면에 소수성을 부여함으로써 액체의 투과 및 확산을 보다 용이하게 할 수 있다. 따라서 고흡수성 수지의 재습윤 특성을 개선하는데 기여할 수 있다.
상기 소수성 물질은 상기 베이스 수지 100 중량부에 대하여 약 0.001 중량부 이상, 또는 약 0.005 중량부 이상, 또는 약 0.01 중량부 이상이면서 약 0.5 중량부 이하, 또는 약 0.3 중량부 이하, 또는 약 0.1 중량부 이하가 되도록 혼합할 수 있다. 상기 소수성 물질의 함량이 너무 적으면 재습윤 특성을 개선하기에 부족할 수 있고, 너무 많이 포함될 경우 젖음성이 나빠지거나 베이스 수지와 소수성 물질이 서로 탈리되어 불순물로 작용하는 문제가 있을 수 있으므로 이러한 관점에서 상기 중량부 범위가 바람직할 수 있다.
상기 소수성 물질을 혼합하는 방법은, 상기 베이스 수지에 고르게 혼합할 수 있는 방법이라면 특별히 한정하지 않고 적절히 채택하여 사용할 수 있다.
예를 들어, 상기 소수성 물질은 상기 베이스 수지에 에폭시계 표면 가교제를 포함하는 표면 가교 용액을 혼합하기 전에 건식으로 혼합하거나, 상기 표면 가교 용액에 표면 가교제와 함께 분산시켜 베이스 수지에 혼합하는 방식으로 혼합할 수 있다. 또는, 상기 표면 가교 용액과는 별도로, 상기 소수성 물질을 녹는점 이상으로 가열하여 용액 상태로 혼합할 수도 있다.
고흡수성 수지 내의 상기 소수성 물질의 존재 및 함량은 표준 용액을 제조하여 HPLC 및/또는 CAD로 측정할 수 있으며, HLPC 및/또는 CAD로 측정되는 소수성 물질의 함량은 투입되는 전체 소수성 물질의 90 중량% 정도일 수 있다.
한편, 상술한 상기 표면 가교제 외에 다가 금속염, 예를 들어, 알루미늄 염, 보다 구체적으로 알루미늄의 황산염, 칼륨염, 암모늄염, 나트륨염 및 염산염으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
이러한 다가 금속염은 추가로 사용함에 따라, 일 구현예의 방법으로 제조된 고흡수성 수지의 통액성 등을 더욱 향상시킬 수 있다. 이러한 다가 금속염은 상기 표면 가교제와 함께 표면 가교 용액에 첨가될 수 있으며, 상기 베이스 수지 100 중량부에 대하여 0.01 내지 4 중량부의 함량으로 사용될 수 있다.
다음에, 상기 베이스 수지, 소수성 물질, 및 에폭시계 표면 가교제의 혼합물에 열을 가하여 승온함으로써 상기 베이스 수지에 대해 표면 개질 단계를 수행한다(단계 3).
상기 표면 개질 단계는 약 100 내지 약 170℃, 바람직하게는 약 110 내지 약 160℃의 온도에서 약 10 내지 약 90 분, 바람직하게는 약 20 내지 약 70 분 동안 가열시킴으로써 수행할 수 있다. 가교 반응 온도가 100℃ 미만이거나 반응 시간이 너무 짧을 경우 표면 가교 반응이 제대로 일어나지 않아 투과도가 낮아질 수 있고, 170℃를 초과하거나 반응 시간이 너무 길 경우 보수능이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
표면 개질 반응을 위한 승온 수단은 특별히 한정되지 않는다. 열매체를 공급하거나, 열원을 직접 공급하여 가열할 수 있다. 이때, 사용 가능한 열매체의 종류로는 스팀, 열풍, 뜨거운 기름과 같은 승온한 유체 등을 사용할 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 또한 공급되는 열매체의 온도는 열매체의 수단, 승온 속도 및 승온 목표 온도를 고려하여 적절히 선택할 수 있다. 한편, 직접 공급되는 열원으로는 전기를 통한 가열, 가스를 통한 가열 방법을 들 수 있으나, 상술한 예에 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
상기와 같은 표면 개질 단계에 의해, 상기 베이스 수지의 표면에는 에폭시계 표면 가교제와 베이스 수지가 갖는 관능기와 반응하여 형성된 표면 가교 구조가 형성되며, 상기 표면 가교 구조 내에 전술한 소수성 물질이 고르게 분포한 표면 개질층이 형성될 수 있다.
본 발명의 제조방법에서, 상기 단계 2에서 베이스 수지에 무기 필러를 추가로 혼합하거나, 상기 단계 3을 수행한 고흡수성 수지에 무기 필러를 혼합하는 단계를 더 수행한다.
즉, 표면 개질 반응을 수행하기 위해 승온하기 이전에, 베이스 수지에 무기 필러를 추가로 혼합하거나, 또는 단계 3의 표면 개질 반응을 수행하여 표면 개질층이 형성된 고흡수성 수지에 무기 필러를 건식으로 혼합하는 방식으로 고흡수성 수지와 무기 필러를 혼합할 수 있다.
본 발명의 제조방법에 따르면, 이처럼 무기 필러를 추가로 혼합함으로써 응집 방지(anti-caking) 효과를 부여할 수 있다.
상기 무기 필러는, 소수성 또는 친수성 어느 것이나 혼합 가능하며, 예를 들어, 흄드 실리카(fumed silica), 침강 실리카 등과 같은 실리카 입자를 사용할 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 상기 무기 필러는 상기 베이스 수지 또는 고흡수성 수지 100 중량부에 대하여 약 0.01 내지 약 0.5 중량부, 또는 약 0.02 내지 약 0.2 중량부의 농도로 첨가될 수 있다. 상기 무기 필러의 사용량이 0.5 중량부를 초과할 경우에는 가압 흡수능과 같은 흡수 특성이 저하될 수 있고, 상기 0.01 중량부 미만일 경우 응집 방지 효과가 없을 수 있어 이러한 관점에서 상기 중량부 범위로 사용하는 것이 바람직할 수 있다.
상술한 바와 같이 무기 본 발명의 제조방법에 따르면, 아크릴산계 단량체를 중합하여 베이스 수지를 제조하고, 상기 베이스 수지에 대해 소수성 물질, 및 에폭시계 표면 가교제를 첨가하여 표면 개질 반응을 수행하여 표면 개질층을 형성함으로써 재습윤 개선 효과를 나타내며, 상기 표면 개질층이 형성된 고흡수성 수지 또는 베이스 수지에 무기 필러를 혼합함으로써, 응집 방지 효과를 나타낼 수 있다.
따라서, 상기 본 발명의 제조방법에 따르면, 이러한 베이스 수지의 특성, 상기 베이스 수지 상에 형성되는 표면 개질층, 및 무기 필러의 혼합 작용으로 인해 보수능과 가압 흡수능 등의 물성을 저하시키지 않으면서 향상된 재습윤 특성, 및 빠른 흡수 속도를 가지며, 또한 응집이 방지되어 우수한 물성의 고흡수성 수지를 제공할 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 고흡수성 수지는, EDANA 법 WSP 241.3에 따라 측정한 보수능(CRC)이 약 29 g/g 이상, 또는 약 30 g/g 이상, 또는 약 31 g/g 이상이면서, 약 40 g/g 이하, 또는 약 38 g/g 이하, 또는 약 35 g/g 이하의 범위를 가질 수 있다.
또한, 본 발명의 고흡수성 수지는, EDANA 법 WSP 242.3에 따라 측정한 0.3 psi의 가압 흡수능(AUP)이 약 26 g/g 이상, 또는 약 27 g/g 이상, 또는 약 28 g/g 이상이면서, 약 35 g/g 이하, 또는 약 33 g/g 이하, 또는 약 32 g/g 이하의 범위를 가질 수 있다.
또한, 본 발명의 고흡수성 수지는, EDANA 법 WSP 270.2의 방법에 따라 측정한 수가용 성분(Extractable Contents, EC)이 약 9.0 wt% 이하, 또는 7.5 wt% 이하, 또는 7.0 wt% 이하일 수 있다. 상기 수가용 성분(EC)은 그 값이 작을수록 우수하여 상기 수가용 성분(EC)의 하한값은 이론상 0 wt%이나, 일례로 약 1.0 wt% 이상, 또는 약 2.0 wt% 이상, 또는 약 3.0 wt% 이상일 수 있다.
또한, 본 발명의 고흡수성 수지는, 흡수 속도(vortex time)가 35초 이하, 또는 약 32초 이하, 또는 약 31초 이하일 수 있다. 상기 흡수 속도는 그 값이 작을수록 우수하여 상기 흡수 속도의 하한은 이론상 0초이나, 일례로 약 5초 이상, 또는 약 10초 이상, 또는 약 12 초 이상일 수 있다.
상기 흡수 속도는 생리 식염수에 고흡수성 수지를 가하여 교반시켰을 때, 빠른 흡수에 의해 액체의 소용돌이(vortex)가 없어지는 시간(time, 단위: 초)을 의미하는 것으로서, 상기 시간이 짧을수록 고흡수성 수지가 빠른 초기 흡수 속도를 갖는 것으로 볼 수 있다.
또한, 본 발명의 고흡수성 수지는, 하기 식 1에 따라 측정되는 통액성(permeability, 단위: 초)이 약 40초 이하, 또는 약 30초 이하, 또는 약 25초 이하일 수 있다. 상기 통액성은 그 값이 작을수록 우수하여 이론상 하한값은 0초이나, 예를 들어 약 5초 이상, 또는 약 10초 이상, 또는 약 12초 이상일 수 있다.
[식 1]
통액성(sec) = T1 - B
상기 식 1에서,
T1은 크로마토그래피 관 내에 분급(30# ~ 50#)된 고흡수성 수지 시료 0.2±0.0005g을 넣고 염수를 가하여 염수 부피가 50 ml가 되게 한 후, 30분 간 방치 후, 액면높이가 40 ml에서 20 ml까지 줄어드는 데에 걸리는 시간이고, B는 염수가 채워진 크로마토그래피 관에서 액면높이가 40 ml에서 20 ml까지 줄어드는 데에 걸리는 시간이다.
또한, 상기 고흡수성 수지는 우수한 흡수 특성을 나타내면서도, 보다 향상된 재습윤 특성을 나타낼 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 고흡수성 수지 1g을 수도수 100g에 침지시켜 10분 동안 팽윤시키고 여과지 위에 뒤집어 놓은 후, 팽윤된 상기 고흡수성 수지를 수도수에 침지시킨 최초 시점으로부터 1시간 동안 여과지 상에서 방치하고 나서, 상기 고흡수성 수지로부터 상기 여과지로 다시 베어나온 물의 중량으로 정의되는 재습윤 특성(무가압 수도수 단기 재습윤)이 3.0g 이하, 또는 2.5g 이하, 또는 2.0g 이하, 또는 1.0g 이하, 또는 0.9g 이하, 또는 0.8g 이하로 될 수 있다. 상기 물의 중량은 그 값이 작을수록 우수하여 이론상 하한값은 0g이나, 예를 들어 0.1g 이상, 또는 0.2g 이상, 또는 0.3g 이상으로 될 수 있다.
또한, 상기 고흡수성 수지 4g을 수도수 200g에 침지시켜 2시간 동안 팽윤시킨 후, 팽윤된 상기 고흡수성 수지를 0.75psi의 압력 하에 1분 동안 여과지 상에서 방치하고 나서, 상기 고흡수성 수지로부터 상기 여과지로 다시 베어나온 물의 중량으로 정의되는 재습윤 특성(가압 수도수 장기 재습윤)이 3.0g 이하, 또는 2.5g 이하, 또는 2.0g 이하, 또는 1.0g 이하, 또는 0.9g 이하, 또는 0.8g 이하로 될 수 있다. 상기 물의 중량은 그 값이 작을수록 우수하여 이론상 하한값은 0g이나, 예를 들어 0.1g 이상, 또는 0.2g 이상, 또는 0.3g 이상으로 될 수 있다.
또한, 상기 고흡수성 수지 4g을 염수 100g에 침지시켜 2시간 동안 팽윤시킨 후, 팽윤된 상기 고흡수성 수지를 0.75psi의 압력 하에 5분 동안 여과지 상에서 방치하고 나서, 상기 고흡수성 수지로부터 상기 여과지로 다시 베어나온 염수의 중량으로 정의되는 재습윤 특성(가압 염수 장기 재습윤)이 4.5g 이하, 또는 4.0g 이하, 또는 3.5g 이하로 될 수 있다. 상기 염수의 중량은 그 값이 작을수록 우수하여 이론상 하한값은 0g이나, 예를 들어 0.1g 이상, 또는 0.5g 이상, 또는 4.0g 이상으로 될 수 있다.
상기 재습윤 물성 평가에서 사용한 수도수는 전기 전도도가 170 내지 180 μS/cm이다. 수도수의 전기 전도도는 측정 물성에 큰 영향을 주기 때문에 동등한 수준의 전기 전도도를 갖는 수도수를 사용해서 재습윤 등의 물성을 측정할 필요가 있다.
상기와 같이 본 발명의 고흡수성 수지는 우수한 흡수능과 빠른 흡수 속도를 가지며 다량의 소변을 흡수하였을 경우에도 우수한 재습윤 특성을 나타내어 소변 누출 현상이 억제될 수 있다.
본 발명을 하기의 실시예에서 보다 상세하게 설명한다. 단, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
< 실시예 >
고흡수성 수지의 제조
실시예 1
아크릴산 600 g, 가교제로 폴리에틸렌글리콜디아크릴레이트(Mw=523) 3.6g, 열개시제로 Sodium Persulfate 0.6g, UV 개시제로 Phenylbis(2,4,6-trimethylbenzoyl) 0.048 g, 가성소다(NaOH) 233.4g, 물 741.3g, 및 수분산 실리카 ST-O (Snowtex O, Nissan Chemical, 고형성분 20wt%) 3.0g를 혼합하여, 단량체 농도가 45.8 중량%인 모노머 수용액 조성물을 제조하였다.
상기 모노머 수용액 조성물을 가로 26cm, 세로 26cm이고 바탕이 흰색인 용기에 투입하여(이때 용기에 담긴 모노머 수용액의 높이는 약 2cm), 중합 분위기 온도 80℃를 유지하면서 UV 조사 장치로 자외선을 조사하고(조사량:10 mW/cm2), 2분 동안 UV 중합을 진행하여 함수겔 중합체를 제조하였다.
상기 함수겔 중합체를 미트 쵸퍼(Meat chopper)로 이송한 후, 0.1~0.2 cm로 절단하였다. 이때 절단된 함수겔 중합체의 함수율은 47 중량%였다.
이어, 상기 함수겔 중합체를 180℃의 온도와 공기 유속 0.8m/sec로 열풍 건조기에서 30분 동안 건조시키고, 건조된 함수겔 중합체를 핀밀 분쇄기로 분쇄하였다. 이어, 시브(sieve)로 입도(평균 입경 크기)가 150 ㎛ 내지 850 ㎛인 중합체를 분급하여 베이스 수지를 제조하였다.
이후, 제조된 베이스 수지 100 중량부에 대하여, 에틸렌글리콜 디글리시딜 에테르(Ethyleneglycol diglycidyl ether) 0.03 중량부, 물 6 중량부, Al-S 0.1 중량부, 무기 필러(Aerosil 200) 0.1 중량부, 글리세롤 모노스테아레이트(Glycerol Monostearate) 0.025 중량부, 폴리에틸렌글리콜(PEG, Mw: 6,000 g/mol) 0.025 중량부를 포함하는 표면 처리 용액을 고르게 혼합한 후 하나의 표면 가교 반응기에 공급하고, 140℃ 에서 40분 동안 베이스 수지의 표면 가교 반응을 진행하였다.
상기 표면 처리 완료 후, 시브(sieve)를 이용하여 평균 입경 크기 150 내지 850㎛인 표면 처리된 고흡수성 수지를 얻었다.
실시예 2
실시예 1에서 표면 처리 용액에서 글리세롤 모노스테아레이트 0.025 중량부 대신 라우르산(Lauric Acid) 0.025 중량부를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 고흡수성 수지를 제조하였다.
실시예 3
실시예 1에서 표면 처리 용액에서 글리세롤 모노스테아레이트 0.025 중량부 대신 미리스트산(Myristic Acid) 0.025 중량부를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 고흡수성 수지를 제조하였다.
실시예 4
실시예 1에서 표면 처리 용액에서 글리세롤 모노스테아레이트 0.025 중량부 대신 세틸 알코올(Cetyl Alcohol) 0.025 중량부를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 고흡수성 수지를 제조하였다.
실시예 5
실시예 1에서 표면 처리 용액에서 글리세롤 모노스테아레이트 0.025 중량부 대신 스테아르산(Stearic Acid) 0.025 중량부를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 고흡수성 수지를 제조하였다.
실시예 6
실시예 1에서 표면 처리 용액에서 글리세롤 모노스테아레이트 0.025 중량부 대신 글리콜 디스테아레이트(Glycol Distearate) 0.025 중량부를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 고흡수성 수지를 제조하였다.
실시예 7
실시예 1에서 표면 처리 용액에서 글리세롤 모노스테아레이트 0.025 중량부 대신 스테아린(Stearin) 0.025 중량부를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 고흡수성 수지를 제조하였다.
실시예 8
실시예 1에서 표면 처리 용액에서 글리세롤 모노스테아레이트 0.025 중량부 대신 펜타에리트리틸 디스테아레이트(Pentaerythrityl Distearate) 0.025 중량부를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 고흡수성 수지를 제조하였다.
실시예 9
실시예 1에서 표면 처리 용액에서 글리세롤 모노스테아레이트 0.025 중량부 대신 PEG 150 디스테아레이트(PEG150 Distearate) 0.025 중량부를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 고흡수성 수지를 제조하였다.
실시예 10
실시예 1에서 표면 처리 용액에서 글리세롤 모노스테아레이트 0.025 중량부 대신 PEG 스테아릴 알코올(PEG Stearyl Alcohol) 0.025 중량부를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 고흡수성 수지를 제조하였다.
실시예 11
실시예 1에서 표면 처리 용액에서 글리세롤 모노스테아레이트 0.025 중량부 대신 글리세릴 라우레이트(Glyceryl Laurate) 0.025 중량부를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 고흡수성 수지를 제조하였다.
실시예 12
실시예 1에서, 모노머 수용액 조성물에서 수분산 실리카 ST-O를 혼합하지 않은 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 고흡수성 수지를 제조하였다.
실시예 13
실시예 1에서 표면 처리 용액에서 글리세롤 모노스테아레이트를 0.015 중량부로 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 고흡수성 수지를 제조하였다.
실시예 14
실시예 1에서 표면 처리 용액에서 글리세롤 모노스테아레이트를 0.035 중량부로 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 고흡수성 수지를 제조하였다.
실시예 15
실시예 1에서, 모노머 수용액 조성물에 수분산 실리카 ST-O를 2.4g으로 혼합한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 고흡수성 수지를 제조하였다.
실시예 16
실시예 1에서, 모노머 수용액 조성물에 수분산 실리카 ST-O를 2.4g으로 혼합하고, 표면 처리 용액에서 글리세롤 모노스테아레이트를 0.035 중량부로 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 고흡수성 수지를 제조하였다.
실시예 17
실시예 1에서, 모노머 수용액 조성물에 수분산 실리카로 ST-O 대신 ST-AK (Nissan, 고형성분 30 wt%) 0.6g을 혼합한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 고흡수성 수지를 제조하였다.
실시예 18
실시예 1에서, 모노머 수용액 조성물에 수분산 실리카로 ST-O 대신 ST-AK 2.4g을 혼합한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 고흡수성 수지를 제조하였다.
실시예 19
베이스 수지의 제조까지는 실시예 1과 동일하게 하였다.
이후, 제조된 베이스 수지 100 중량부에 대하여, 글리세롤 모노스테아레이트(Glycerol Monostearate) 0.025 중량부를 건식으로 먼저 혼합한 후, 에틸렌글리콜 디글리시딜 에테르(Ethyleneglycol diglycidyl ether) 0.03 중량부, 물 6 중량부, Al-S 0.1 중량부, 무기 필러(Aerosil 200) 0.1 중량부, 폴리에틸렌글리콜(PEG, Mw: 6,000 g/mol) 0.025 중량부를 포함하는 표면 처리 용액을 고르게 혼합하여 하나의 표면 가교 반응기에 공급하고, 140℃에서 40분 동안 베이스 수지의 표면 가교 반응을 진행하였다.
상기 표면 처리 완료 후, 시브(sieve)를 이용하여 평균 입경 크기 150 내지 850㎛인 표면 처리된 고흡수성 수지를 얻었다.
비교예 1
아크릴산 600g, 가교제로 폴리에틸렌글리콜디아크릴레이트(Mw=523) 3.6g, 열개시제로 Sodium Persulfate 0.6g, UV 개시제로 Phenylbis(2,4,6-trimethylbenzoyl) 0.048g, 가성소다(NaOH) 233.4g 및 물 741.3g을 혼합하여 단량체 농도가 45.6 중량%인 모노머 수용액 조성물을 제조하였다.
상기 모노머 수용액 조성물을 가로 26cm, 세로 26cm이고 바탕이 흰색인 용기에 투입하여(이때 용기에 담긴 모노머 수용액의 높이는 약 2cm) 중합 분위기 온도 80℃를 유지하면서 UV 조사 장치로 자외선을 조사하고(조사량:10 mW/cm2), 2분 동안 UV 중합을 진행하여 함수겔 중합체를 제조하였다.
상기 함수겔 중합체를 미트 쵸퍼(Meat chopper)로 이송한 후, 0.1~0.2 cm로 절단하였다. 이때 절단된 함수겔 중합체의 함수율은 47 중량%였다.
이어, 상기 함수겔 중합체를 180℃의 온도와 공기 유속 0.8m/sec로 열풍 건조기에서 30분 동안 건조시키고, 건조된 함수겔 중합체를 핀밀 분쇄기로 분쇄하였다. 이어, 시브(sieve)로 입도(평균 입경 크기)가 150 ㎛ 내지 850 ㎛인 중합체를 분급하여 베이스 수지를 제조하였다.
이후, 제조된 베이스 수지 100 중량부에 대하여, 에틸렌글리콜 디글리시딜 에테르(Ethyleneglycol diglycidyl ether) 0.03 중량부, 물 6 중량부, Al-S 0.1 중량부, 무기 필러(Aerosil 200) 0.1 중량부, 폴리에틸렌글리콜(PEG, Mw: 6,000 g/mol) 0.025 중량부를 포함하는 표면 처리 용액을 고르게 혼합한 후 하나의 표면 가교 반응기에 공급하고, 140℃ 에서 40분 동안 베이스 수지의 표면 가교 반응을 진행하였다.
상기 표면 처리 완료 후, 시브(sieve)를 이용하여 평균 입경 크기 150 내지 850㎛인 표면 처리된 고흡수성 수지를 얻었다.
비교예 2
비교예 1에서, 베이스 수지 제조를 위한 모노머 수용액 조성물에 ST-O 3.0g를 추가로 혼합한 것과, 표면 처리 용액을 1,3-프로판디올(1,3-Propanediol) 0.1 중량부, 물 6 중량%, Al-S 0.1 중량부, 무기 필러(Aerosil 200) 0.1 중량부, 글리세롤 모노스테아레이트(Glycerol Monostearate) 0.025 중량부, 폴리에틸렌글리콜(PEG, Mw: 6,000 g/mol) 0.025 중량부로 하고 180℃에서 60분 동안 베이스 수지의 표면가교 반응을 진행하여 고흡수성 수지를 제조하였다.
비교예 3
비교예 1에서, 베이스 수지 제조를 위한 모노머 수용액 조성물에 ST-O 0.5g를 추가로 혼합한 것과, 표면 처리 용액을 에틸렌 카보네이트(Ethylene Carbonate) 0.1 중량부, 물 6 중량부, Al-S 0.1 중량부, 무기 필러(Aerosil 200) 0.1 중량부, 글리세롤 모노스테아레이트(Glycerol Monostearate) 0.025 중량부로 하고, 180℃에서 60분 동안 베이스 수지의 표면가교 반응을 진행하여 고흡수성 수지를 제조하였다.
< 실험예 >
상기 실시예들 및 비교예들에서 제조한 고흡수성 수지에 대하여, 다음과 같은 방법으로 물성을 평가하였다.
다르게 표기하지 않는 한, 하기 물성 평가는 모두 항온항습(23±1℃, 상대습도 50±10%)에서 진행하였고, 생리식염수 또는 염수는 0.9 중량% 염화나트륨(NaCl) 수용액을 의미한다.
또한, 하기 재습윤 물성 평가에서 사용한 수도수는 Orion Star A222 (회사:Thermo Scientific)을 이용하여 측정하였을 때, 전기 전도도가 170 내지 180 μS/cm 인 것을 사용하였다.
(1) 원심분리 보수능(CRC: Centrifuge Retention Capacity)
각 수지의 무하중하 흡수 배율에 의한 보수능을 EDANA WSP 241.3에 따라 측정하였다.
구체적으로, 고흡수성 수지 W0(g) (약 0.2g)을 부직포제의 봉투에 균일하게 넣고 밀봉(seal)한 후, 상온에서 생리식염수(0.9 중량%)에 침수시켰다. 30분 경과 후, 원심 분리기를 이용하여 250G의 조건 하에서 상기 봉투로부터 3분간 물기를 빼고, 봉투의 질량 W2(g)을 측정하였다. 또, 수지를 이용하지 않고 동일한 조작을 한 후에 그때의 질량 W1(g)을 측정하였다. 얻어진 각 질량을 이용하여 다음과 같은 식에 따라 CRC(g/g)를 산출하였다.
[수학식 1]
CRC (g/g) = {[W2(g) - W1(g)]/W0(g)} - 1
(2) 가압 흡수능 (AUP: Absorbtion Under Pressure)
각 수지의 0.3 psi의 가압 흡수능을, EDANA법 WSP 242.3에 따라 측정하였다.
구체적으로, 내경 60 mm의 플라스틱의 원통 바닥에 스테인레스제 400 mesh 철망을 장착시켰다. 상온 및 습도 50%의 조건 하에서 철망 상에 고흡수성 수지 W0(g) (0.90 g)을 균일하게 살포하고, 그 위에 0.3 psi의 하중을 균일하게 더 부여할 수 있는 피스톤은 외경 60 mm 보다 약간 작고 원통의 내벽과 틈이 없고 상하 움직임이 방해받지 않게 하였다. 이때 상기 장치의 중량 W3(g)을 측정하였다.
직경 150 mm의 페트로 접시의 내측에 직경 90mm 및 두께 5mm의 유리 필터를 두고, 0.9 중량% 염화나트륨으로 구성된 생리식염수를 유리 필터의 윗면과 동일 레벨이 되도록 하였다. 그 위에 직경 90mm의 여과지 1장을 실었다. 여과지 위에 상기 측정 장치를 싣고, 액을 하중 하에서 1시간 동안 흡수시켰다. 1시간 후 측정 장치를 들어올리고, 그 중량 W4(g)을 측정하였다.
얻어진 각 질량을 이용하여 다음 식에 따라 가압 흡수능(g/g)을 산출하였다.
[수학식 2]
AUP(g/g) = [W4(g) - W3(g)]/W0(g)
(3) 통액성(Permeability)
통액성(peremeability) 측정 방법은 특허번호 US9656242 B2 특허에 기재된 방법에 준하여 측정하였다.
통액성 측정 장치는 내경 20mm이며, 하단에 glass 필터가 장착된 크로마토그래피 관이다. 크로마토그래피 관에 피스톤을 넣은 상태에서의 액량 20ml 및 40ml의 액면에 선을 표시하였다. 이 후, 크로마토그래피 관 하부 glass 필터와 콕크 사이에 기포가 생기지 않도록 역으로 물을 투입하여 약 10ml를 채우고 염수로 2~3회 세척하고, 40ml 이상까지 0.9% 염수를 채웠다. 크로마토그래피 관에 피스톤을 넣고 하부 밸브를 열어 액면이 40ml에서 20ml 표시선까지 줄어드는 시간(B)을 기록하였다.
크로마토그래피 관에 염수를 10ml 남기고, 분급(30# ~ 50#)된 고흡수성 수지 시료 0.2±0.0005g을 넣고 염수를 가하여 염수 부피가 50ml가 되게 한 후, 30분 간 방치하였다. 그 후, 크로마토그래피 관 내에 추가 달린 피스톤(0.3psi=106.26g)을 넣고 1분 간 방치 후, 크로마토그래피 관 하부 밸브를 열어 액면이 40ml에서 20ml 표시선까지 줄어드는 시간(T1)을 기록하여, T1 - B 의 시간(단위: 초)을 계산하였다.
(4) 흡수속도 (Vortex time)
흡수 속도(vortex time)는 국제 공개 출원 제1987-003208호에 기재된 방법에 준하여 초 단위로 측정하였다.
구체적으로, 23℃ 내지 24℃의 50 mL의 생리 식염수에 2g의 고흡수성 수지를 넣고, 마그네틱 바(직경 8 mm, 길이 31.8 mm)를 600 rpm으로 교반하여 와류(vortex)가 사라질 때까지의 시간을 초 단위로 측정하여 산출되었다.
(5) 수가용 성분(Extractable contents, EC)
수가용 성분은 EDANA 법 WSP 270.2의 방법에 따라 측정하였다.
(6) 무가압 수도수 단기 재습윤(1hr)
① 컵(윗부분 직경 7cm, 아래 직경 5cm, 높이 8cm, 부피 192ml)에 고흡수성 수지 1g을 넣고 수도수(tap water) 100g을 부은 후 팽윤시켰다.
② 수도수를 부은 시점으로부터 10분 뒤에 필터페이퍼(제조사: whatman, catalog No. 1004-110, pore size 20-25 μm, 지름 11cm) 5장 위에 팽윤된 고흡수성 수지가 담긴 컵을 뒤집어 놓았다.
③ 수도수를 부은 시점으로부터 1시간 뒤에 컵과 고흡수성 수지를 제거하고 필터페이퍼에 묻은 수도수의 양(단위: g)을 측정하였다.
(7) 가압 수도수 장기 재습윤(2hrs)
① 지름 13cm 페트리 접시(petri dish)에 고흡수성 수지 4g을 고르게 뿌려 분산시키고 수도수 200g을 부은 후 2시간 동안 팽윤시켰다.
② 2시간 동안 팽윤시킨 고흡수성 수지를 필터페이퍼(제조사: whatman, catalog No. 1004-110, pore size 20-25 μm, 지름 11cm) 20장위에 깔고 지름 11cm, 5kg 추(0.75psi)로 1분 간 가압하였다.
③ 1분 간 가압 후 필터페이퍼에 묻은 수도수의 양(단위: g)을 측정하였다.
(8) 가압 염수 장기 재습윤(2hrs)
① 지름 13cm 페트리 접시(petri dish)에 고흡수성 수지 4g을 고루 뿌리고 염수 100g을 부은 후 팽윤시켰다.
② 고흡수성 수지를 2시간 동안 팽윤시킨 후 지름 11cm이 필터페이퍼(제조사 whatman, catalog No. 1004-110, pore size 20-25 μm, 지름 11cm) 20장을 팽윤된 겔 위에 깔고 지름 11cm에 5kg 추(0.75psi)로 5분 간 가압하였다.
③ 5분 간 가압 후 필터페이퍼에 묻은 염수의 양(단위: g)을 측정하였다.
(9) 고흡수성 수지 내 소수성 물질의 함량 측정
① 소수성 물질 표준용액 제조
1) 각 실시예에서 사용한 소수성 물질 0.05 g을 아세톤(acetone) 5mL에 완전히 녹여 표준 용액을 제조하였다.
2) 1)용액을 0.2㎛ PVDF syringe filter로 여과한 후 HPLC로 분석하였다.
② 시료 용액 제조
1) 고흡수성 수지 시료 1 g을 40mL vial에 넣고 초순수 1 mL를 넣은 후 고흡수성 수지를 충분히 팽윤(swelling)시켰다.
2) 1)의 용액에 메탄올(methanol) 1mL을 넣고 방치한 후 1시간 뒤 메탄올 1mL을 다시 추가하였다.
3) 2)의 시료에 메틸렌 클로라이드(methylene chloride) 5mL을 추가하고 1시간 동안 흔들어 준 후 소수성 물질을 추출하였다.
4) 3)의 시료는 3500rpm으로 15분 동안 원심 분리한 후 상등액 5mL을 취하여 N2 blow로 용매를 건조시켰다.
5) 건조된 시료는 아세톤 1 mL에 녹이고 0.2 ㎛ PVDF syringe filter로 여과하여 HPLC/CAD로 분석하였다.
③ 하기 조건의 HPLC/CAD로 분석하여, 고흡수성 수지 내 소수성 물질의 함량(단위: 중량%)을 측정하였다.
* 이동상
- 이동상 A: 1000mL의 아세토니트릴(acetonitrile)를 solvent clarification system으로 여과하여 이물질을 제거하였다.
- 이동상 B: 1000mL의 초순수를 solvent clarification system으로 여과하여 이물질을 제거하였다.
* HPLC 분석조건
- Column: Capcellpak C18 (4.6 mm I.D. x 50 mm L., 3㎛, Shiseido)
- Eluent: 이동상 A/이동상 B= 75/25 (v/v, %)
- Flow rate: 1mL/min
- Column temp.: 40 ℃
- Run time: 15 min
- Injection Volume : 10㎕
* CAD 분석조건
- Gas pressure=33.7 psi, Corona=normal
- Total flow=1.14 mL/min, Flow ratio=0.48
- Range는 100 pA로 측정 후 함량에 따라 조절하여 측정하였다.
(100 pA ->50 pA ->20 pA로 갈수록 peak의 크기는 커진다.)
상기 실시예들과 비교예들에 관한 물성값을 하기 표 2에 기재하였다.
베이스 수지
(표면가교 전)		 고흡수성 수지
(표면 가교 후)
CRC
(g/g)		 Vortex
(sec)		 CRC
(g/g)		 EC
(wt%)		 무가압 수도수 단기 재습
윤(1hr) (g)		 가압 수도수 장기 재습윤
(2hrs) (g)		 가압 염수 장기 재습윤
(2hrs) (g)		 Vortex
(sec)		 0.3psi
AUP
(g/g)		 Permea-bility
(sec)		 소수성물질 함량
(중량%)
실시예1 34.9 46 32.2 7.1 0.7 0.4 2.2 32 27.9 27 0.022
실시예2 34.9 46 31.9 6.8 0.7 0.6 2.2 32 27.9 28 0.023
실시예3 34.9 46 31.8 6.7 0.6 0.5 2.2 32 27.9 27 0.024
실시예4 34.9 46 32.5 7.2 0.6 0.5 2.2 32 27.9 28 0.021
실시예5 34.9 46 32.1 7.3 0.7 0.4 2.2 32 27.9 25 0.023
실시예6 34.9 46 32.6 6.6 0.7 0.6 2.2 32 27.9 29 0.020
실시예7 34.9 46 31.9 6.7 0.6 0.5 2.2 32 27.9 27 0.022
실시예8 34.9 46 31.7 7.2 0.7 0.5 2.2 32 27.9 26 0.023
실시예9 34.9 46 32.1 7.1 0.7 0.4 2.2 32 27.9 29 0.021
실시예10 34.9 46 32.4 6.9 0.6 0.5 2.2 32 27.9 25 0.022
실시예11 34.9 46 32.1 7.0 0.7 0.5 2.2 32 27.9 28 0.023
실시예12 33.7 49 31.8 6.9 0.8 0.9 4.1 32 27.5 27 0.024
실시예13 34.9 46 31.9 7.0 0.8 0.6 3.5 32 27.9 29 0.013
실시예14 34.9 46 32.1 6.7 0.6 0.3 2.0 31 28.5 25 0.032
실시예15 35.9 46 32.8 7.1 0.6 0.3 2.0 33 28.7 21 0.022
실시예16 34.9 46 32.7 5.9 0.5 0.3 1.8 30 29.3 16 0.032
실시예17 34.7 43 31.8 5.7 0.5 0.3 1.6 30 28.5 22 0.017
실시예18 35.8 41 32.5 4.8 0.4 0.3 1.4 29 29.3 15 0.022
실시예19 34.9 46 31.9 7.3 0.6 0.3 2.1 31 28.1 30 0.020
비교예1 33.9 46 32.7 6.7 3.1 3.5 6.8 33 28.1 40 미검출
비교예2 34.9 46 29.8 6.7 4.2 4.7 4.7 34 25.4 42 0.023
비교예3 34.9 46 29.1 6.1 4.8 5.4 4.5 35 24.4 37 0.021
표 2를 참조하면, 본 발명의 실시예들은 모두 우수한 흡수 속도와 통액성을 나타내었으며, 무가압하 및 가압하에서 수도수에 대한 재습윤량이 매우 적어 개선된 재습윤 특성을 나타냄을 확인하였다.
반면 비교예 1 내지 3은 재습윤 특성과 통액성이 실시예 보다 좋지 않음을 알 수 있다.

Claims (19)

  1. 산성기의 적어도 일부가 중화된 아크릴산계 단량체가 가교 중합된 가교 중합체를 포함하는 베이스 수지;
    상기 베이스 수지의 입자 표면에 형성되어 있고, 상기 가교 중합체가 에폭시계 표면 가교제를 매개로 추가 가교되어 있는 표면 개질층; 및
    무기 필러를 포함하고,
    상기 표면 개질층은 용융 온도(Tm)가 40 내지 80℃이고, 25℃에서 물에 대한 용해도가 70 mg/L 이하인 소수성 물질을 포함하는, 고흡수성 수지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고흡수성 수지는 EDANA 법 WSP 270.2의 방법에 따라 측정한 수가용 성분(EC)이 9.0 wt% 이하인, 고흡수성 수지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 고흡수성 수지는 흡수 속도(vortex time)가 35초 이하인, 고흡수성 수지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 고흡수성 수지는 하기 식 1에 따라 측정되는 통액성(permeability, 단위: 초)이 40초 이하인, 고흡수성 수지:
    [식 1]
    통액성(sec) = T1 - B
    상기 식 1에서,
    T1은 크로마토그래피 관 내에 분급(30# ~ 50#)된 고흡수성 수지 시료 0.2±0.0005g을 넣고 염수를 가하여 염수 부피가 50 ml가 되게 한 후, 30분 간 방치 후, 액면높이가 40 ml에서 20 ml까지 줄어드는 데에 걸리는 시간이고, B는 염수가 채워진 크로마토그래피 관에서 액면높이가 40 ml에서 20 ml까지 줄어드는 데에 걸리는 시간이다.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 고흡수성 수지 1g을 수도수 100g에 침지시켜 10분 동안 팽윤시키고 여과지 위에 뒤집어 놓은 후, 팽윤된 상기 고흡수성 수지를 수도수에 침지시킨 최초 시점으로부터 1시간 동안 여과지 상에서 방치하고 나서, 상기 고흡수성 수지로부터 상기 여과지로 다시 베어나온 물의 중량으로 정의되는 재습윤 특성(무가압 수도수 단기 재습윤)이 3.0g 이하인, 고흡수성 수지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 고흡수성 수지 4g을 수도수 200g에 침지시켜 2시간 동안 팽윤시킨 후, 팽윤된 상기 고흡수성 수지를 0.75psi의 압력 하에 1분 동안 여과지 상에서 방치하고 나서, 상기 고흡수성 수지로부터 상기 여과지로 다시 베어나온 물의 중량으로 정의되는 재습윤 특성(가압 수도수 장기 재습윤)이 3.0g 이하인, 고흡수성 수지.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 고흡수성 수지 4g을 염수 100g에 침지시켜 2시간 동안 팽윤시킨 후, 팽윤된 상기 고흡수성 수지를 0.75psi의 압력 하에 5분 동안 여과지 상에서 방치하고 나서, 상기 고흡수성 수지로부터 상기 여과지로 다시 베어나온 염수의 중량으로 정의되는 재습윤 특성(가압 염수 장기 재습윤)이 4.5g 이하인, 고흡수성 수지.
  8. 산성기를 가지며 상기 산성기의 적어도 일부가 중화된 아크릴산계 단량체 및 내부 가교제가 가교 중합된 베이스 수지(base resin)를 준비하는 단계(단계 1);
    상기 베이스 수지에, 용융 온도(Tm)가 40 내지 80℃이고, 25℃에서 물에 대한 용해도가 70 mg/L 이하인 소수성 물질, 및 에폭시계 표면 가교제를 혼합하는 단계(단계 2); 및
    상기 단계 2의 혼합물을 승온하여 상기 베이스 수지에 대한 표면 개질을 수행하는 단계(단계 3)를 포함하고,
    상기 단계 2에서 베이스 수지에 무기 필러를 추가로 혼합하거나, 상기 단계 3을 수행한 고흡수성 수지에 무기 필러를 혼합하는, 고흡수성 수지의 제조방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 단계 2에서, 상기 소수성 물질을 먼저 상기 베이스 수지에 건식으로 혼합하고, 이어서 상기 에폭시계 표면 가교제를 물에 용해하여 표면 가교 용액 상태로 혼합하는, 고흡수성 수지의 제조방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 소수성 물질은 라우르산(Lauric Acid), 미리스트산(Myristic Acid), 세틸 알코올(Cetyl Alcohol), 스테아르산(Stearic Acid), 글리콜 스테아레이트(Glycol Stearate), 글리세롤 모노스테아레이트(Glycerol Monostearate), 글리콜 디스테아레이트(Glycol Distearate), 마그네슘 스테아레이트(Magnesium Stearate), 스테아린(Stearin), 및 펜타에리트리틸 디스테아레이트(Pentaerythrityl Distearate)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는, 고흡수성 수지의 제조방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 소수성 물질은 상기 베이스 수지 100 중량부에 대하여 0.001 내지 0.5 중량부로 혼합하는, 고흡수성 수지의 제조방법.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 에폭시계 표면 가교제는 디글리시딜 에테르(ethyleneglycol diglycidyl ether), 디에틸렌글리콜 디글리시딜 에테르(diethyleneglycol diglycidyl ether), 트리에틸렌글리콜 디글리시딜 에테르(triethyleneglycol diglycidyl ether), 테트라에틸렌글리콜 디글리시딜 에테르(tetraethyleneglycol diglycidyl ether), 글리세린 폴리글리시딜 에테르(glycerin polyglycidyl ether), 및 소르비톨 폴리글리시딜 에테르(sorbitol polyglycidyl ether)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는, 고흡수성 수지의 제조방법.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 에폭시계 표면 가교제는 상기 베이스 수지 100 중량부에 대하여 0.005 내지 0.5 중량부로 혼합하는, 고흡수성 수지의 제조방법.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 단계 3은 100 내지 170℃의 온도에서 수행하는, 고흡수성 수지의 제조방법.
  15. 제8항에 있어서,
    상기 무기 필러는 흄드 실리카(fumed silica) 및 침강 실리카로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는, 고흡수성 수지의 제조방법.
  16. 제8항에 있어서,
    상기 무기 필러는 상기 베이스 수지 또는 고흡수성 수지 100 중량부에 대하여 0.01 내지 0.5 중량부로 혼합하는, 고흡수성 수지의 제조방법.
  17. 제8항에 있어서,
    상기 단계 1은,
    산성기를 가지며 상기 산성기의 적어도 일부가 중화된 아크릴산계 단량체, 내부 가교제, 및 중합 개시제를 포함하는 모노머 조성물을 중합하여 함수겔상 중합체를 형성하는 단계;
    상기 함수겔상 중합체를 건조하는 단계;
    상기 건조된 중합체를 분쇄하는 단계; 및
    상기 분쇄된 중합체를 분급하는 단계를 포함하는, 고흡수성 수지의 제조 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 모노머 조성물은 수분산 실리카를 더 포함하는, 고흡수성 수지의 제조 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 수분산 실리카는 상기 아크릴산계 단량체 100 중량부에 대하여 0.01 내지 1.0 중량부로 포함되는, 고흡수성 수지의 제조 방법.
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