KR20200128970A - Preparation method of super absorbent polymer and super absorbent polymer prepared therefrom - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 고흡수성 수지의 제조 방법 및 고흡수성 수지에 대한 것이다. 보다 구체적으로, 계면 활성제의 과도한 사용 및 발포제의 사용 없이도, 보다 향상된 고흡수성 수지의 제조를 가능케 하는 고흡수성 수지의 제조 방법 및 이로부터 제조된 고흡수성 수지에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a super absorbent polymer and a super absorbent polymer. More specifically, it relates to a method for producing a super absorbent polymer that enables the production of an improved super absorbent polymer without excessive use of a surfactant and a foaming agent, and a super absorbent polymer prepared therefrom.
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 종이 기저귀 등 위생 용품 외에 원예용 토양 보수제, 토목, 건축용 지수재, 육묘용 시트, 식품 유통 분야에서의 신선도 유지제, 및 찜질용 등의 재료로 널리 사용되고 있다. Super Absorbent Polymer (SAP) is a synthetic polymer material that can absorb moisture of 500 to 1,000 times its own weight, and each developer has a Super Absorbency Material (SAM), AGM (Absorbent Gel). Material) and so on. Since the above superabsorbent resin has begun to be put into practical use as a sanitary tool, nowadays, in addition to hygiene products such as paper diapers for children, soil repair agents for horticulture, water resistant materials for civil engineering and construction, sheets for seedlings, freshness maintaining agents in the food distribution field, and It is widely used as a material for poultice.
가장 많은 경우에, 이러한 고흡수성 수지는 기저귀나 생리대 등 위생재 분야에서 널리 사용되고 있다. 이러한 위생재 내에서, 상기 고흡수성 수지는 펄프 내에 퍼진 상태로 포함되는 것이 일반적이다. 그런데, 최근 들어서는, 보다 얇은 두께의 기저귀 등 위생재를 제공하기 위한 노력이 계속되고 있으며, 그 일환으로서 펄프의 함량이 감소되거나, 더 나아가 펄프가 전혀 사용되지 않는 소위 펄프리스(pulpless) 기저귀 등의 개발이 적극적으로 진행되고 있다. In most cases, such super absorbent polymers are widely used in the field of sanitary materials such as diapers and sanitary napkins. In such sanitary materials, the super absorbent polymer is generally included in a state of being spread in pulp. However, in recent years, efforts to provide sanitary materials such as diapers with a thinner thickness are continuing, and as part of this, the content of pulp is reduced, and furthermore, so-called pulpless diapers are not used at all. Development is actively progressing.
이와 같이, 펄프의 함량이 감소되거나, 펄프가 사용되지 않은 위생재의 경우, 상대적으로 고흡수성 수지가 높은 비율로 포함되며, 이러한 고흡수성 수지 입자들이 위생재 내에 불가피하게 다층으로 포함된다. 이렇게 다층으로 포함되는 전체적인 고흡수성 수지 입자들이 보다 효율적으로 소변 등의 액체를 흡수하기 위해서는, 상기 고흡수성 수지가 기본적으로 높은 흡수 성능 및 흡수 속도를 나타낼 필요가 있다. In this way, the content of the pulp is reduced, or in the case of a sanitary material in which pulp is not used, a relatively high water-absorbent resin is included in a high proportion, and such super-absorbent resin particles are inevitably included in multiple layers in the sanitary material. In order for the entire superabsorbent polymer particles included in multiple layers to more efficiently absorb liquids such as urine, the superabsorbent polymer needs to basically exhibit high absorption performance and absorption rate.
이에 따라, 최근 들어서는 보다 향상된 흡수 속도를 나타내는 고흡수성 수지를 제조 및 제공하고자 하는 시도가 계속적으로 이루어지고 있다. Accordingly, in recent years, attempts to manufacture and provide a super absorbent polymer having an improved absorption rate have been continuously made.
흡수 속도를 높이기 위한 가장 일반적인 방법으로는 고흡수성 수지의 내부에 다공성 구조를 형성하여 고흡수성 수지의 표면적을 넓히는 방법을 들 수 있다. The most common method for increasing the absorption rate is a method of increasing the surface area of the super absorbent polymer by forming a porous structure inside the super absorbent polymer.
이와 같이, 고흡수성 수지의 표면적을 넓히기 위해, 기존에는 탄산염계 발포제를 사용하여 가교 중합을 진행함에 따라 베이스 수지 분말 내에 다공성 구조를 형성하거나, 계면 활성제 및/또는 분산제 등의 존재 하에 단량체 조성물 내에 기포를 도입한 후 가교 중합을 진행하여 상기 다공성 구조를 형성하는 방법 등을 적용하였다. As described above, in order to increase the surface area of the super absorbent polymer, conventionally, by using a carbonate-based foaming agent to perform crosslinking polymerization, a porous structure is formed in the base resin powder, or bubbles are formed in the monomer composition in the presence of a surfactant and/or a dispersant. After introducing, crosslinking polymerization was carried out to apply a method of forming the porous structure.
그런데, 이전에 알려진 어떠한 방법으로도 일정 수준 이상의 흡수 속도는 달성하기 어려워 추가적인 흡수 속도 향상을 가능케 하는 기술의 개발이 계속적으로 요청되어 왔다. However, it is difficult to achieve an absorption rate above a certain level by any of the previously known methods, and therefore, there has been a continuous request for the development of a technology that enables additional absorption rate improvement.
더구나, 기존 방법에 의해 흡수 속도가 더욱 향상된 고흡수성 수지를 얻기 위해서는, 불가피하게 과도한 함량의 발포제 및/또는 계면 활성제의 사용을 수반하게 되는 바, 그 결과 고흡수성 수지의 제반 물성, 예를 들어, 표면 장력, 통액성 또는 벌크 밀도 등이 저하되는 단점이 나타나게 되었다. Moreover, in order to obtain a super absorbent polymer having a further improved absorption rate by the conventional method, it is inevitably accompanied by the use of an excessive amount of a foaming agent and/or a surfactant. As a result, various physical properties of the super absorbent polymer, for example, The disadvantages such as lowering of surface tension, liquid permeability, or bulk density have emerged.
이에, 계면 활성제 및/또는 발포제의 사용을 줄이면서도, 고흡수성 수지의 흡수 속도를 더욱 향상시킬 수 있는 기술의 개발이 계속적으로 요청되고 있다.Accordingly, development of a technology capable of further improving the absorption rate of the super absorbent polymer while reducing the use of surfactants and/or foaming agents is continuously requested.
이에 본 발명은 계면 활성제의 과도한 사용 및 발포제의 사용 없이도, 보다 향상된 흡수 속도를 나타내는 고흡수성 수지의 제조를 가능케 하는 고흡수성 수지의 제조 방법을 제공하는 것이다. Accordingly, the present invention is to provide a method for producing a super absorbent polymer that enables the production of a super absorbent polymer exhibiting an improved absorption rate without excessive use of a surfactant and a foaming agent.
또, 본 발명은 상기 제조 방법으로 제조된 보다 향상된 흡수 속도 및 우수한 제반 물성을 나타내는 고흡수성 수지를 제공하는 것이다. In addition, the present invention is to provide a super absorbent polymer that exhibits an improved absorption rate and excellent general physical properties manufactured by the above manufacturing method.
본 발명의 일 구현예에 따르면, According to an embodiment of the present invention,
적어도 일부가 중화된 산성기를 갖는 수용성 에틸렌계 불포화 단량체, 내부 가교제, 및 중합 개시제를 포함하는 단량체 조성물을 준비하는 단계;Preparing a monomer composition comprising a water-soluble ethylenically unsaturated monomer, an internal crosslinking agent, and a polymerization initiator having at least partially neutralized acidic groups;
수용액에 대하여 마이크로 버블 발생기(microbubble generator)를 이용하여 기포를 생성하는 단계;Generating air bubbles in the aqueous solution using a microbubble generator;
상기 기포가 발생된 수용액에 무기 미립자를 투입하고 초음파 장치(ultrasonication)를 이용하여 미세 기포를 생성하는 단계; Introducing inorganic fine particles into the aqueous solution in which bubbles are generated, and generating fine bubbles using an ultrasonic device (ultrasonication);
상기 미세 기포가 생성된 수용액과 상기 단량체 조성물을 혼합한 후 가교 중합하여 함수겔 중합체를 형성하는 단계; Mixing the aqueous solution in which the microbubbles are generated and the monomer composition, followed by crosslinking polymerization to form a hydrogel polymer;
상기 함수겔 중합체를 건조, 분쇄 및 분급하여 베이스 수지 분말을 형성하는 단계; 및 Drying, pulverizing and classifying the hydrogel polymer to form a base resin powder; And
표면 가교제 존재 하에, 상기 베이스 수지 분말의 표면을 추가 가교하여 표면 가교층을 형성하는 단계를 포함하는 고흡수성 수지의 제조 방법을 제공한다. In the presence of a surface crosslinking agent, there is provided a method for producing a super absorbent polymer comprising the step of forming a surface crosslinking layer by further crosslinking the surface of the base resin powder.
또한, 본 발명의 다른 일 구현예에 따르면,In addition, according to another embodiment of the present invention,
적어도 일부가 중화된 산성기를 갖는 수용성 에틸렌계 불포화 단량체의 가교 중합체를 포함하는 베이스 수지 분말; 및 상기 베이스 수지 분말 상에 형성되어 있고, 상기 가교 중합체가 표면 가교제를 매개로 추가 가교된 표면 가교층을 포함하는 고흡수성 수지로서, A base resin powder containing a crosslinked polymer of a water-soluble ethylenically unsaturated monomer having an acidic group at least partially neutralized; And a surface crosslinked layer formed on the base resin powder, wherein the crosslinked polymer is further crosslinked via a surface crosslinking agent,
상기 고흡수성 수지는 볼텍스법에 의한 흡수 속도(vortex time)가 5 내지 35초이고, 0.3 psi에서의 5분 Gel-AUL이 19 내지 24 g/g인 고흡수성 수지를 제공한다. The super absorbent polymer provides a super absorbent polymer having a vortex time of 5 to 35 seconds and a Gel-AUL of 19 to 24 g/g for 5 minutes at 0.3 psi.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 계면 활성제의 과도한 사용 및 발포제의 사용 없이도, 보다 향상된 고흡수성 수지의 제조를 가능케 하는 고흡수성 수지의 제조 방법이 제공될 수 있다. As described above, according to the present invention, there can be provided a method for producing a super absorbent polymer that enables the production of a more improved super absorbent polymer without excessive use of a surfactant and a foaming agent.
이러한 방법으로 제조된 고흡수성 수지는 보다 향상된 흡수 속도를 나타낼 수 있으며, 상기 계면 활성제 및/또는 발포제를 사용하지 않거나, 사용하더라도 그 함량이 감소되어, 이에 의한 물성 저하가 최소화되고, 흡수 속도 외에도 우수한 제반 물성을 유지할 수 있다.The superabsorbent polymer prepared in this way may exhibit a more improved absorption rate, and the surfactant and/or foaming agent is not used, or the content thereof is reduced, thereby minimizing deterioration in physical properties, and excellent in addition to the absorption rate. Can maintain all physical properties.
본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 예시적인 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도는 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다", "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 단계, 구성 요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 단계, 구성 요소, 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the present specification are only used to describe exemplary embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In the present specification, terms such as "comprises", "includes" or "have" are intended to designate the existence of a feature, step, component, or combination of the implemented features, one or more other features or steps, It is to be understood that the possibility of the presence or addition of components, or combinations thereof, is not excluded in advance.
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.The present invention will be described in detail below and exemplify specific embodiments, as various changes can be made and various forms can be obtained. However, this is not intended to limit the present invention to a specific form disclosed, it should be understood to include all changes, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.
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.The present invention will be described in detail below and exemplify specific embodiments, as various changes can be made and various forms can be obtained. However, this is not intended to limit the present invention to a specific form disclosed, it should be understood to include all changes, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.
이하, 발명의 구체적인 구현예에 따라 고흡수성 수지의 제조 방법에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, a method of manufacturing a super absorbent polymer will be described in more detail according to a specific embodiment of the present invention.
발명의 일 구현예에 따르면, 적어도 일부가 중화된 산성기를 갖는 수용성 에틸렌계 불포화 단량체, 내부 가교제, 및 중합 개시제를 포함하는 단량체 조성물을 준비하는 단계; 수용액에 대하여 마이크로 버블 발생기(microbubble generator)를 이용하여 기포를 생성하는 단계; 상기 기포가 발생된 수용액에 무기 미립자를 투입하고 초음파 장치(ultrasonication)를 이용하여 미세 기포를 생성하는 단계; 상기 미세 기포가 생성된 수용액과 상기 단량체 조성물을 혼합한 후 가교 중합하여 함수겔 중합체를 형성하는 단계; 상기 함수겔 중합체를 건조, 분쇄 및 분급하여 베이스 수지 분말을 형성하는 단계; 및 표면 가교제 존재 하에, 상기 베이스 수지 분말의 표면을 추가 가교하여 표면 가교층을 형성하는 단계를 포함하는 고흡수성 수지의 제조 방법이 제공된다. According to one embodiment of the invention, at least a part of preparing a monomer composition comprising a water-soluble ethylenically unsaturated monomer having a neutralized acidic group, an internal crosslinking agent, and a polymerization initiator; Generating air bubbles in the aqueous solution using a microbubble generator; Introducing inorganic fine particles into the aqueous solution in which bubbles are generated, and generating fine bubbles using an ultrasonic device (ultrasonication); Mixing the aqueous solution in which the microbubbles are generated and the monomer composition, followed by crosslinking polymerization to form a hydrogel polymer; Drying, pulverizing and classifying the hydrogel polymer to form a base resin powder; And in the presence of a surface cross-linking agent, there is provided a method for producing a super absorbent polymer comprising the step of forming a surface cross-linking layer by further cross-linking the surface of the base resin powder.
본 발명의 일 구현예의 제조 방법에서는, 단량체 조성물에 나노 사이즈의 미세 기포를 생성하기 위하여 2 단계로 나누어 기포를 생성시키며, 2 단계의 기포 생성 단계 중간에 무기 미립자를 투입하여 생성된 기포를 안정성을 높인다. In the manufacturing method of one embodiment of the present invention, in order to generate nano-sized fine bubbles in the monomer composition, bubbles are generated by dividing into two steps, and the resulting bubbles are stabilized by introducing inorganic fine particles in the middle of the bubble generation step of the second step. Raise.
그 결과, 본 발명의 일 구현예의 방법으로 형성된 단량체 조성물을 사용하여 가교 중합을 진행하면, 발포제 또는 계면활성제의 사용을 생략하거나 사용량을 감소시켜도 미세 기포 형성이 촉진되고 생성된 미세 기포가 안정적으로 유지되어, 발달된 다공성 구조와 우수한 겔 강도를 갖는 베이스 수지 분말 및 고흡수성 수지가 제조될 수 있음이 확인되었다. As a result, when crosslinking polymerization is carried out using the monomer composition formed by the method of one embodiment of the present invention, the formation of microbubbles is promoted and the generated microbubbles are stably maintained even when the use of a blowing agent or surfactant is omitted or the amount is reduced. As a result, it was confirmed that a base resin powder and a super absorbent polymer having a developed porous structure and excellent gel strength can be prepared.
따라서, 일 구현예의 방법에 따르면, 이러한 다공성 구조를 가짐에 따라 향상된 흡수 속도를 나타내는 고흡수성 수지가 제조될 수 있으며, 고흡수성 수지의 제반 흡수 물성, 예를 들어, 표면 장력, 통액성, 겔강도 등도 우수하게 유지될 수 있음이 확인되었다. Accordingly, according to the method of one embodiment, a super absorbent polymer having an improved absorption rate may be prepared as it has such a porous structure, and all absorbent properties of the super absorbent polymer, such as surface tension, liquid permeability, and gel strength. It was confirmed that the back can also be maintained excellently.
이하, 일 구현예에 따른 고흡수성 수지의 제조 방법과, 이를 통해 얻어지는 고흡수성 수지에 대해 보다 구체적으로 설명하기로 한다. Hereinafter, a method of manufacturing a super absorbent polymer according to an embodiment, and a super absorbent polymer obtained through the method will be described in more detail.
먼저, 상기 일 구현예의 제조 방법에서, 상기 수용성 에틸렌계 불포화 단량체는 고흡수성 수지의 제조에 통상적으로 사용되는 임의의 단량체일 수 있다. 비제한적인 예로, 상기 수용성 에틸렌계 불포화 단량체는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물일 수 있다: First, in the manufacturing method of the embodiment, the water-soluble ethylenically unsaturated monomer may be any monomer conventionally used in the manufacture of a super absorbent polymer. As a non-limiting example, the water-soluble ethylenically unsaturated monomer may be a compound represented by the following Formula 1:
[화학식 1][Formula 1]
R1-COOM1 R 1 -COOM 1
상기 화학식 1에서, In Formula 1,
R1는 불포화 결합을 포함하는 탄소수 2 내지 5의 알킬 그룹이고, R 1 is an alkyl group having 2 to 5 carbon atoms containing an unsaturated bond,
M1는 수소원자, 1가 또는 2가 금속, 암모늄기 또는 유기 아민염이다.M 1 is a hydrogen atom, a monovalent or divalent metal, an ammonium group, or an organic amine salt.
바람직하게는, 상기 단량체는 (메트)아크릴산, 및 이들 산의 1가 (알칼리) 금속염, 2가 금속염, 암모늄염 및 유기 아민염으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다. Preferably, the monomer may be at least one selected from the group consisting of (meth)acrylic acid, and monovalent (alkali) metal salts, divalent metal salts, ammonium salts and organic amine salts of these acids.
이처럼 수용성 에틸렌계 불포화 단량체로 (메트)아크릴산 및/또는 그 염을 사용할 경우 흡수성이 향상된 고흡수성 수지를 얻을 수 있어 유리하다. 이 밖에도 상기 단량체로는 무수말레인산, 푸말산, 크로톤산, 이타콘산, 2-아크릴로일에탄 술폰산, 2-메타아크릴로일에탄술폰산, 2-(메트)아크릴로일프로판술폰산 또는 2-(메타)아크릴아미드-2-메틸 프로판 술폰산, (메트)아크릴아미드, N-치환(메트)아크릴레이트, 2-히드록시에틸 (메트)아크릴레이트, 2-히드록시프로필 (메트)아크릴레이트, 메톡시폴리에틸렌글리콜 (메트)아크릴레이트, 폴리에틸렌 글리콜 (메트)아크릴레이트, (N,N)-디메틸아미노에틸 (메트)아크릴레이트, (N,N)-디메틸아미노프로필 (메트)아크릴아미드 등이 사용될 수 있다.In this way, when (meth)acrylic acid and/or a salt thereof is used as a water-soluble ethylenically unsaturated monomer, it is advantageous to obtain a super absorbent polymer having improved water absorption. In addition, the monomers include maleic anhydride, fumaric acid, crotonic acid, itaconic acid, 2-acryloylethanesulfonic acid, 2-methacryloylethanesulfonic acid, 2-(meth)acryloylpropanesulfonic acid or 2-(meth) )Acrylamide-2-methyl propane sulfonic acid, (meth)acrylamide, N-substituted (meth)acrylate, 2-hydroxyethyl (meth)acrylate, 2-hydroxypropyl (meth)acrylate, methoxypolyethylene Glycol (meth)acrylate, polyethylene glycol (meth)acrylate, (N,N)-dimethylaminoethyl (meth)acrylate, (N,N)-dimethylaminopropyl (meth)acrylamide, and the like may be used.
여기서, 상기 수용성 에틸렌계 불포화 단량체는 산성기를 가지며, 상기 산성기의 적어도 일부가 중화된 것일 수 있다. 바람직하게는 상기 단량체를 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화암모늄 등과 같은 염기성 물질로 부분적으로 중화시킨 것이 사용될 수 있다.Here, the water-soluble ethylenically unsaturated monomer may have an acidic group, and at least a part of the acidic group may be neutralized. Preferably, the monomer partially neutralized with a basic substance such as sodium hydroxide, potassium hydroxide, ammonium hydroxide, or the like may be used.
이때, 상기 단량체의 중화도는 55 내지 95 몰%, 또는 60 내지 80 몰%, 또는 65 내지 75 몰%일 수 있다. 상기 중화도의 범위는 최종 물성에 따라 달라질 수 있지만, 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.At this time, the degree of neutralization of the monomer may be 55 to 95 mol%, or 60 to 80 mol%, or 65 to 75 mol%. The range of the degree of neutralization may vary depending on the final physical properties, but if the degree of neutralization is too high, the neutralized monomer may be precipitated and the polymerization may be difficult to proceed smoothly. On the contrary, if the degree of neutralization is too low, the absorbency of the polymer is greatly reduced. It may exhibit properties such as elastic rubber that are difficult to handle.
그리고, 상기 단량체를 포함하는 단량체 조성물은, 예를 들어, 수용액 등의 용액 상태로 제공될 수 있는데, 이러한 단량체 조성물 중의 단량체 농도는 중합 시간 및 반응 조건 등을 고려하여 적절히 조절될 수 있으며, 예를 들어, 20 내지 90 중량%, 혹은 40 내지 65 중량%일 수 있다. And, the monomer composition containing the monomer, for example, may be provided in a solution state, such as an aqueous solution, the monomer concentration in the monomer composition may be appropriately adjusted in consideration of the polymerization time and reaction conditions, for example For example, it may be 20 to 90% by weight, or 40 to 65% by weight.
이러한 농도 범위는 고농도 수용액의 중합 반응에서 나타나는 겔 효과 현상을 이용하여 중합 후 미반응 단량체를 제거할 필요가 없도록 하면서도, 후술할 중합체의 분쇄시 분쇄 효율을 조절하기 위해 유리할 수 있다. 다만, 상기 단량체의 농도가 지나치게 낮아지면 고흡수성 수지의 수율이 낮아질 수 있다. 반대로, 상기 단량체의 농도가 지나치게 높아지면 단량체의 일부가 석출되거나 중합된 함수겔상 중합체의 분쇄시 분쇄 효율이 떨어지는 등 공정상 문제가 생길 수 있고, 고흡수성 수지의 물성이 저하될 수 있다.This concentration range may be advantageous in order to control the pulverization efficiency during pulverization of the polymer, which will be described later, while eliminating the need to remove the unreacted monomer after polymerization by using the gel effect phenomenon occurring in the polymerization reaction of the high concentration aqueous solution. However, if the concentration of the monomer is too low, the yield of the super absorbent polymer may be lowered. On the contrary, if the concentration of the monomer is too high, a problem may occur in the process, such as a decrease in pulverization efficiency when a part of the monomer is precipitated or the polymerization hydrogel polymer is pulverized, and the physical properties of the super absorbent polymer may be deteriorated.
한편, 상술한 단량체는 용매 내에서 내부 가교제 및 중합 개시제와 함께 혼합되어 단량체 조성물을 이룰 수 있다. On the other hand, the above-described monomer may be mixed with an internal crosslinking agent and a polymerization initiator in a solvent to form a monomer composition.
내부 가교제로는 상기 수용성 에틸렌계 불포화 단량체의 중합시 가교 결합의 도입을 가능케 하는 것이라면 어떠한 화합물도 사용 가능하다. 비제한적인 예로, 상기 내부 가교제는 N,N'-메틸렌비스아크릴아미드, 트리메틸롤프로판 트리(메트)아크릴레이트, 에틸렌글리콜 다이(메트)아크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜(메트)아크릴레이트, 프로필렌글리콜 다이(메트)아크릴레이트, 폴리프로필렌글리콜(메트)아크릴레이트, 부탄다이올다이(메트)아크릴레이트, 부틸렌글리콜다이(메트)아크릴레이트, 다이에틸렌글리콜 다이(메트)아크릴레이트, 헥산다이올다이(메트)아크릴레이트, 트리에틸렌글리콜 다이(메트)아크릴레이트, 트리프로필렌글리콜 다이(메트)아크릴레이트, 테트라에틸렌글리콜 다이(메트)아크릴레이트, 다이펜타에리스리톨 펜타아크릴레이트, 글리세린 트리(메트)아크릴레이트, 펜타에리스톨 테트라아크릴레이트, 트리아릴아민, 에틸렌글리콜 디글리시딜 에테르, 프로필렌 글리콜, 글리세린, 또는 에틸렌카보네이트와 같은 다관능성 가교제가 단독 사용 또는 2 이상 병용될 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.As the internal crosslinking agent, any compound may be used as long as it allows the introduction of a crosslinking bond during polymerization of the water-soluble ethylenically unsaturated monomer. As a non-limiting example, the internal crosslinking agent is N,N'-methylenebisacrylamide, trimethylolpropane tri(meth)acrylate, ethylene glycol di(meth)acrylate, polyethylene glycol (meth)acrylate, propylene glycol di( Meth)acrylate, polypropylene glycol (meth)acrylate, butanedioldi(meth)acrylate, butylene glycol di(meth)acrylate, diethylene glycol di(meth)acrylate, hexanedioldi(meth)acrylate )Acrylate, triethylene glycol di(meth)acrylate, tripropylene glycol di(meth)acrylate, tetraethylene glycol di(meth)acrylate, dipentaerythritol pentaacrylate, glycerin tri(meth)acrylate, penta A polyfunctional crosslinking agent such as erythritol tetraacrylate, triarylamine, ethylene glycol diglycidyl ether, propylene glycol, glycerin, or ethylene carbonate may be used alone or in combination of two or more, but is not limited thereto.
이러한 내부 가교제는 상기 단량체 조성물에 대하여 약 0.001 내지 1 중량%의 농도로 첨가될 수 있다. 즉, 상기 내부 가교제의 농도가 지나치게 낮을 경우 수지의 흡수 속도가 낮아지고 겔 강도가 약해질 수 있어 바람직하지 않다. 반대로, 상기 내부 가교제의 농도가 지나치게 높을 경우 수지의 흡수력이 낮아져 흡수체로서는 바람직하지 않게 될 수 있다.This internal crosslinking agent may be added at a concentration of about 0.001 to 1% by weight based on the monomer composition. That is, if the concentration of the internal crosslinking agent is too low, the absorption rate of the resin may be lowered and the gel strength may be weakened, which is not preferable. Conversely, when the concentration of the internal crosslinking agent is too high, the absorption power of the resin may be lowered, making it undesirable as an absorber.
상기 중합 개시제로는, 고흡수성 수지의 제조에 일반적으로 사용되는 중합 개시제가 모두 사용할 수 있다. 특히, 광중합 방법에 의하더라도, 자외선 조사 등에 의해 일정량의 열이 발생하고, 또한 발열 반응인 중합 반응의 진행에 따라 어느 정도의 열이 발생하므로, 광중합 개시제 및/또는 열중합 개시제가 함께 사용되어 보다 우수한 흡수 속도 및 제반 물성을 갖는 고흡수성 수지가 제조될 수 있다. As the polymerization initiator, any polymerization initiator generally used in the production of a super absorbent polymer may be used. In particular, even by the photopolymerization method, a certain amount of heat is generated by ultraviolet irradiation, etc., and a certain amount of heat is generated according to the progress of the polymerization reaction, which is an exothermic reaction, so that a photopolymerization initiator and/or a thermal polymerization initiator are used together. A super absorbent polymer having an excellent absorption rate and various physical properties can be prepared.
상기 열중합 개시제로는 과황산염계 개시제, 아조계 개시제, 과산화수소, 및 아스코르빈산으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 화합물이 사용될 수 있다. 구체적으로, 과황산염계 개시제로는 과황산나트륨(Sodium persulfate; Na2S2O8), 과황산칼륨(Potassium persulfate; K2S2O8), 과황산암모늄(Ammonium persulfate; (NH4)2S2O8) 등을 예로 들 수 있다. 또한, 아조(Azo)계 개시제로는 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)) 등을 예로 들 수 있다. 보다 다양한 열 중합 개시제에 대해서는 Odian 저서인 "Principle of Polymerization(Wiley, 1981년)"의 203 페이지에 개시되어 있으며, 이를 참조할 수 있다.As the thermal polymerization initiator, at least one compound selected from the group consisting of a persulfate-based initiator, an azo-based initiator, hydrogen peroxide, and ascorbic acid may be used. Specifically, as a persulfate-based initiator, sodium persulfate (Na 2 S 2 O 8 ), potassium persulfate (Potassium persulfate; K 2 S 2 O 8 ), ammonium persulfate (Ammonium persulfate; (NH 4 ) 2 S 2 O 8 ) and the like may be mentioned. In addition, as an azo-based initiator, 2,2-azobis-(2-amidinopropane) dihydrochloride (2,2-azobis(2-amidinopropane) dihydrochloride), 2,2-azobis-(N, N-dimethylene) isobutyramidine dihydrochloride (2,2-azobis- (N,N-dimethylene) isobutyramidine dihydrochloride), 2- (carbamoyl azo) isobutyronitrile (2- (carbamoylazo) isobutylonitril), 2,2-azobis[2-(2-imidazolin-2-yl)propane] dihydrochloride), 4, Examples include 4-azobis-(4-cyanovaleric acid) (4,4-azobis-(4-cyanovaleric acid)) and the like. More various thermal polymerization initiators are disclosed in Odian's book "Principle of Polymerization (Wiley, 1981)" on page 203, which may be referred to.
또, 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 선택된 하나 이상의 화합물이 사용될 수 있다. 그 중 아실포스핀의 구체 예로서, 상용하는 lucirin TPO, 즉, 2,4,6-트리메틸-벤조일-트리메틸 포스핀 옥사이드(2,4,6-trimethyl-benzoyl-trimethyl phosphine oxide)가 사용될 수 있다. 보다 다양한 광 중합 개시제에 대해서는 Reinhold Schwalm 저서인 "UV Coatings: Basics, Recent Developments and New Application(Elsevier 2007년)"의 115 페이지에 개시되어 있으며, 이를 참조할 수 있다.In addition, as the photopolymerization initiator, for example, benzoin ether, dialkyl acetophenone, hydroxyl alkylketone, phenyl glyoxylate, benzyldimethyl ketal (Benzyl Dimethyl Ketal), acyl phosphine (acyl phosphine), and one or more compounds selected from the group consisting of alpha-aminoketone (α-aminoketone) may be used. Among them, as a specific example of acylphosphine, a commercially available lucirin TPO, that is, 2,4,6-trimethyl-benzoyl-trimethyl phosphine oxide (2,4,6-trimethyl-benzoyl-trimethyl phosphine oxide) may be used. . A wider variety of photopolymerization initiators are disclosed on page 115 of Reinhold Schwalm's book "UV Coatings: Basics, Recent Developments and New Application (Elsevier 2007)", which may be referred to.
이러한 중합 개시제는 상기 단량체 100 중량부에 대해, 500 ppmw 이하의 함량으로 첨가될 수 있다. 즉, 상기 중합 개시제의 농도가 지나치게 낮을 경우 중합 속도가 느려질 수 있고 최종 제품에 잔존 모노머가 다량으로 추출될 수 있어 바람직하지 않다. 반대로, 상기 중합 개시제의 농도가 상기 범위 보다 높을 경우 네트워크를 이루는 고분자 체인이 짧아져 수가용 성분의 함량이 높아지고 가압 흡수능이 낮아지는 등 수지의 물성이 저하될 수 있어 바람직하지 않다.This polymerization initiator may be added in an amount of 500 ppmw or less based on 100 parts by weight of the monomer. That is, if the concentration of the polymerization initiator is too low, the polymerization rate may be slowed, and a large amount of residual monomers in the final product may be extracted, which is not preferable. On the contrary, when the concentration of the polymerization initiator is higher than the above range, the polymer chain forming the network is shortened, so that the content of the water-soluble component increases and the absorption capacity under pressure may decrease, and thus the physical properties of the resin may be deteriorated.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 단량체 조성물은 고흡수성 수지의 다공성 구조를 발달시켜 흡수 속도를 더욱 향상시키기 위하여 계면 활성제를 더 포함할 수 있으며, 상기 계면 활성제로는 음이온성 계면 활성제 또는 비이온성 계면 활성제를 사용할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the monomer composition may further include a surfactant to further improve the absorption rate by developing a porous structure of the super absorbent polymer, and the surfactant may be an anionic surfactant or a nonionic surfactant. Surfactants can be used.
본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 상기 계면 활성제는 상기 단량체 조성물에 포함하거나, 또는 후술하는 미세 기포 생성을 위한 물 또는 수용액에 포함될 수도 있다. According to another embodiment of the present invention, the surfactant may be included in the monomer composition, or may be included in water or an aqueous solution for generating fine bubbles to be described later.
상기 음이온성 계면 활성제의 예로는, 소디움 도데실 설페이트, 암모늄 라우릴 설페이트, 소디움 라우레스 설페이트, 디옥틸 소디움 술포숙시네이트, 퍼플루오로옥탄 술포네이트, 퍼플루오로부탄 술포네이트, 알킬-아릴 에테르 포스페이트, 알킬 에테르 포스페이트, 소디움 미레스 설페이트 및 카르복실레이트염으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 들 수 있다. Examples of the anionic surfactant include sodium dodecyl sulfate, ammonium lauryl sulfate, sodium laureth sulfate, dioctyl sodium sulfosuccinate, perfluorooctane sulfonate, perfluorobutane sulfonate, alkyl-aryl ether And one or more selected from the group consisting of phosphate, alkyl ether phosphate, sodium myreth sulfate, and carboxylate salt.
상기 비이온성 계면 활성제의 예로는, 지방산 에스테르, 소비탄 트리올레이트, 폴리에톡실화 소비탄 모노올레이트(제품명: TWEEN 80), 소비탄 모노올레이트(제품명: SPAN 80) 및 슈가 에스테르(제품명: S-570)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 들 수 있다. Examples of the nonionic surfactant include fatty acid esters, sorbitan trioleate, polyethoxylated sorbitan monooleate (product name: TWEEN 80), sorbitan monooleate (product name: SPAN 80) and sugar ester (product name : S-570) is one or more selected from the group consisting of.
상기 단량체 조성물이 계면 활성제를 추가로 포함할 때, 상기 음이온성 계면 활성제와 비이온성 계면 활성제를 포함하는 계면 활성제의 총 사용량은, 상기 수용성 에틸렌계 불포화 단량체의 총 중량에 대하여 150 ppmw 이하의 농도로 포함될 수 있다. 보다 구체적으로, 150 ppmw 이하, 또는 120 ppmw 이하, 또는 100 ppmw 이하, 또는 70 ppmw 이하이면서, 1 ppmw 이상, 또는 5 ppmw 이상, 또는 10 ppmw 이상, 또는 20 ppmw 이상, 또는 30 ppmw 이상의 농도로 포함될 수 있다. 상기 계면 활성제의 농도가 150 ppmw 을 초과하여 높으면, 가압 흡수능, 겔강도, 또는 표면 장력 등 고흡수성 수지의 다른 물성이 저하될 수 있고, 상기 계면 활성제의 농도가 너무 낮으면, 계면 활성제의 추가에 따른 흡수 속도 향상 효과가 충분치 못하게 될 수 있다. When the monomer composition further contains a surfactant, the total amount of surfactant including the anionic surfactant and the nonionic surfactant is at a concentration of 150 ppmw or less based on the total weight of the water-soluble ethylenically unsaturated monomer. Can be included. More specifically, 150 ppmw or less, or 120 ppmw or less, or 100 ppmw or less, or 70 ppmw or less, and 1 ppmw or more, or 5 ppmw or more, or 10 ppmw or more, or 20 ppmw or more, or 30 ppmw or more. I can. If the concentration of the surfactant is higher than 150 ppmw, other physical properties of the super absorbent polymer such as pressure absorption ability, gel strength, or surface tension may be deteriorated.If the concentration of the surfactant is too low, the addition of the surfactant Accordingly, the effect of improving the absorption rate may not be sufficient.
한편, 본 발명에 따른 고흡수성 수지의 제조방법에서는 단량체 조성물에 대하여 2 단계로 나누어 나노 사이즈의 미세 기포를 생성시키며, 2 단계의 기포 생성 단계 중간에 무기 미립자를 투입하여 생성된 기포의 안정성을 높힘으로써 계면 활성제를 포함하지 않거나, 포함하더라도 150 ppmw 이하의 소량만을 포함하여 표면 장력의 저하와 같은 계면 활성제 사용에 따른 단점을 보완하면서 흡수 속도 향상을 달성할 수 있다. On the other hand, in the manufacturing method of the super absorbent polymer according to the present invention, the monomer composition is divided into two steps to generate nano-sized fine bubbles, and the stability of the generated bubbles is increased by introducing inorganic fine particles in the middle of the second step of generating bubbles. As a result, the absorption rate can be improved while supplementing the disadvantages of using the surfactant such as a decrease in surface tension by including only a small amount of 150 ppmw or less even if the surfactant is not included.
또한 상기 본 발명의 일 실시예에 따른 단량체 조성물은, 종래의 고흡수성 수지의 제조방법에서 화학적 방법으로 기포를 발생시키기 위해 사용하였던 소듐 비카보네이트(sodium bicarbonate)와 같은 발포제를 포함하지 않을 수 있다. 이처럼 발포제의 미사용에 따라 고흡수성 수지의 겔강도가 높게 유지될 수 있다. In addition, the monomer composition according to an embodiment of the present invention may not contain a foaming agent such as sodium bicarbonate, which was used to generate bubbles by a chemical method in a conventional method for producing a super absorbent polymer. In this way, the gel strength of the superabsorbent polymer can be maintained high when the foaming agent is not used.
한편, 상술한 각 성분 외에도, 상기 단량체 조성물에는 필요에 따라 증점제, 가소제, 보존 안정제, 산화 방지제 등의 첨가제가 더 포함될 수 있다.Meanwhile, in addition to each of the above-described components, additives such as a thickener, a plasticizer, a storage stabilizer, and an antioxidant may be further included in the monomer composition as needed.
그리고, 이러한 단량체 조성물은 전술한 단량체 등의 원료 물질이 용매에 용해된 용액의 형태로 준비될 수 있다. 이때 사용 가능한 용매로는 전술한 원료 물질들을 용해시킬 수 있는 것이라면 그 구성의 한정 없이 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 용매로는 물, 에탄올, 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 1,4-부탄디올, 프로필렌글리콜, 에틸렌글리콜모노부틸에테르, 프로필렌글리콜모노메틸에테르, 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트, 메틸에틸케톤, 아세톤, 메틸아밀케톤, 시클로헥사논, 시클로펜타논, 디에틸렌글리콜모노메틸에테르, 디에틸렌글리콜에틸에테르, 톨루엔, 자일렌, 부티로락톤, 카르비톨, 메틸셀로솔브아세테이트, N,N-디메틸아세트아미드, 또는 이들의 혼합물 등이 사용될 수 있다.In addition, such a monomer composition may be prepared in the form of a solution in which a raw material such as the above-described monomer is dissolved in a solvent. At this time, the usable solvent may be used without limitation of its configuration as long as it can dissolve the aforementioned raw materials. For example, as the solvent, water, ethanol, ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, 1,4-butanediol, propylene glycol, ethylene glycol monobutyl ether, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monomethyl ether acetate , Methyl ethyl ketone, acetone, methyl amyl ketone, cyclohexanone, cyclopentanone, diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol ethyl ether, toluene, xylene, butyrolactone, carbitol, methyl cellosolve acetate, N,N-dimethylacetamide, or mixtures thereof, and the like may be used.
그리고, 상술한 수용액 등의 형태를 갖는 단량체 조성물은 초기 온도가 30 내지 60℃의 온도를 갖도록 제어될 수 있으며, 이에 대해 광 에너지 또는 열 에너지가 가해져 가교 중합이 형성될 수 있다. In addition, the monomer composition having a form such as an aqueous solution may be controlled to have an initial temperature of 30 to 60° C., and light energy or thermal energy may be applied thereto to form crosslinking polymerization.
다음에, 상기와 같이 준비된 단량체 조성물 또는 별도의 수용액(또는 물)에 대하여 마이크로 버블 발생기(microbubble generator)를 이용하여 기포를 생성한다. Next, bubbles are generated using a microbubble generator for the monomer composition or separate aqueous solution (or water) prepared as described above.
고흡수성 수지의 흡수 속도를 향상시키기 위한 일반적인 방법으로, 고흡수성 수지의 내부에 다공성 구조를 형성하여 고흡수성 수지의 표면적을 넓히는 방법을 들 수 있다. As a general method for improving the absorption rate of the super absorbent polymer, there is a method of increasing the surface area of the super absorbent polymer by forming a porous structure inside the super absorbent polymer.
이와 같이 고흡수성 수지의 표면적을 넓히기 위해, 기존에는 탄산염계 발포제를 사용하여 가교 중합을 진행함에 따라 베이스 수지 분말 내에 다공성 구조를 형성하거나, 계면 활성제 및/또는 분산제 등의 존재 하에 단량체 조성물 내에 기포를 도입한 후 가교 중합을 진행하여 다공성 구조를 형성하는 방법 등을 적용하였다.In order to increase the surface area of the super absorbent polymer as described above, in the past, by using a carbonate-based foaming agent to perform crosslinking polymerization, a porous structure is formed in the base resin powder, or bubbles are formed in the monomer composition in the presence of a surfactant and/or a dispersant. After introduction, a method of forming a porous structure by crosslinking polymerization was applied.
그런데, 이러한 방법으로도 일정 수준 이상의 흡수 속도는 달성하기 어렵고, 과도한 함량의 발포제 및/또는 계면 활성제의 사용으로 인해 고흡수성 수지의 다른 물성, 예를 들어, 표면 장력, 통액성, 겔 강도 등이 저하되는 단점이 있었다. However, even with this method, it is difficult to achieve an absorption rate above a certain level, and other physical properties of the super absorbent polymer, such as surface tension, liquid permeability, gel strength, etc., are difficult due to the use of an excessive amount of blowing agent and/or surfactant. There was a drawback of deteriorating.
이에, 본 발명의 제조방법에서는, 단량체 조성물에 대하여 2 단계로 나누어 나노 사이즈의 미세 기포를 생성시키며, 2 단계의 기포 생성 단계 중간에 무기 미립자를 투입하여 생성된 기포의 안정성을 높힘으로써, 계면 활성제의 과도한 사용 및 발포제의 사용 없이도, 고흡수성 수지의 제반 물성을 유지하면서 흡수 속도를 향상시킬 수 있다. Thus, in the manufacturing method of the present invention, the monomer composition is divided into two steps to generate nano-sized microbubbles, and inorganic fine particles are added in the middle of the two-step bubble generation step to increase the stability of the generated bubbles, Even without excessive use of and the use of a foaming agent, the absorption rate can be improved while maintaining the general physical properties of the super absorbent polymer.
또한 본 발명에 따른 고흡수성 수지의 제조방법에서 상기 기포 생성 단계는 상기 단량체 조성물에 대하여 직접 수행하거나, 또는 별도의 수용액 또는 물에 대하여 기포 생성 단계를 수행하여 미세 기포가 형성된 버블 용액을 단량체 조성물과 혼합하는 방식으로 상기 단량체 조성물에 기포를 생성할 수도 있다. In addition, in the method for producing a superabsorbent polymer according to the present invention, the bubble generation step is performed directly on the monomer composition, or a bubble solution in which fine bubbles are formed by performing a bubble generation step on the monomer composition or a separate aqueous solution or water Bubbles may be generated in the monomer composition by mixing.
보다 구체적으로, 먼저 상기 단량체 조성물 또는 별도의 수용액 또는 물에 대하여 마이크로 버블 발생기(microbubble generator)를 이용하여 기포를 생성한다.More specifically, first, bubbles are generated using a microbubble generator for the monomer composition or a separate aqueous solution or water.
상기 마이크로 버블 발생기를 이용한 기포 생성 단계에서, 사용할 수 있는 마이크로 버블 발생기는 상업화된 장치를 제한없이 사용할 수 있다. 바람직하게는, 오투버블사의 마이크로 버블 발생기인 OB-750S 등을 들 수 있다. In the bubble generation step using the microbubble generator, the microbubble generator that can be used may use a commercialized device without limitation. Preferably, OB-750S, which is a microbubble generator manufactured by O2Bubble, may be used.
이러한 마이크로 버블 발생기에 의해, 단량체 조성물 또는 수용액 내부에 지름이 수 마이크로 내지 수백 마이크로의 기포가 1차적으로 생성된다. 그러나 계면 활성제가 부존재하거나 적은 양만 존재할 경우 이렇게 생성된 기포는 유지 시간이 길지 않아 충분한 다공성 구조를 형성하기 어렵다. By such a microbubble generator, bubbles having a diameter of several microns to several hundreds microns are primarily generated inside the monomer composition or aqueous solution. However, when the surfactant is absent or only a small amount is present, the resulting bubbles do not have a long holding time, and thus it is difficult to form a sufficient porous structure.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 기포가 발생된 단량체 조성물 또는 수용액에 무기 미립자를 투입하고, 상기 무기 미립자가 투입된 단량체 조성물 또는 수용액에 대하여, 초음파 장치(ultrasonication)를 이용하여 미세 기포를 생성한다.According to an embodiment of the present invention, inorganic fine particles are added to the monomer composition or aqueous solution in which bubbles are generated, and fine bubbles are generated using an ultrasonic device (ultrasonication) for the monomer composition or aqueous solution into which the inorganic fine particles are added. .
위와 같이 마이크로 사이즈의 기포가 생성된 단량체 조성물 또는 수용액에 대하여 무기 미립자를 투입하고 이에 대해 다시 초음파 장치를 이용하여 기포를 생성시킴에 따라, 앞서 생성된 마이크로 사이즈의 기포가 수 나노 내지 수백 나노미터 사이즈의 미세 기포로 변경되며, 또한 이러한 기포에 부착된 무기 미립자로 인해 생성된 미세 기포가 안정된 형태로 오랫동안 유지될 수 있다. As described above, inorganic fine particles are added to the monomer composition or aqueous solution in which micro-sized bubbles are generated, and bubbles are again generated using an ultrasonic device, so that the previously generated micro-sized bubbles are several nanometers to hundreds of nanometers in size. It is changed to microbubbles, and the microbubbles generated due to the inorganic fine particles adhering to these bubbles can be maintained in a stable form for a long time.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 무기 미립자는 실리카(silica), 클레이(clay), 알루미나, 실리카-알루미나 복합재, 및 티타니아로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상을 포함할 수 있다. 상기 무기 미립자는 분말 형태 또는 액상 형태로 사용할 수 있으며, 특히 실리카 분말, 알루미나 분말, 실리카-알루미나 분말, 티타니아 분말, 또는 나노 실리카 용액으로 사용할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the inorganic fine particles may include at least one selected from the group consisting of silica, clay, alumina, silica-alumina composite, and titania. The inorganic fine particles may be used in powder form or liquid form, and in particular, silica powder, alumina powder, silica-alumina powder, titania powder, or nano silica solution may be used.
또한 상기 무기 미립자의 입경은 수십 내지 수백 나노미터 사이즈로, 약 500 nm 이하, 또는 약 300 nm 이하이면서, 약 10 nm 이상, 또는 약 20 nm 이상, 또는 약 40 nm 이상일 수 있다. 상기 무기 미립자의 입경이 너무 작으면 기포 발생이 적고, 너무 크면 기포 형성이 오히려 억제될 수 있다. In addition, the particle diameter of the inorganic fine particles may be tens to hundreds of nanometers in size, about 500 nm or less, or about 300 nm or less, and about 10 nm or more, or about 20 nm or more, or about 40 nm or more. When the particle diameter of the inorganic fine particles is too small, the generation of bubbles is small, and when the particle diameter of the inorganic fine particles is too large, the formation of bubbles may be rather suppressed.
또한, 상기 무기 미립자는 상기 수용성 에틸렌계 불포화 단량체 100 중량부에 대하여 약 0.05 중량부 이상, 또는 약 0.1 중량부 이상이면서, 약 1 중량부 이하, 약 0.5 중량부 이하의 농도로 첨가될 수 있다. 상기 무기 미립자의 사용량이 너무 적으면 흡수 속도가 느려질 수 있고, 너무 많으면 투과도 물성이 저하될 수 있어 이러한 관점에서 상기 중량부 범위로 사용하는 것이 바람직할 수 있다. In addition, the inorganic fine particles may be added in a concentration of about 0.05 parts by weight or more, or about 0.1 parts by weight or more, and about 1 part by weight or less and about 0.5 parts by weight or less based on 100 parts by weight of the water-soluble ethylenically unsaturated monomer. If the amount of the inorganic fine particles is too small, the absorption rate may be slow, and if the amount of the inorganic fine particles is too large, the transmittance properties may be deteriorated. From this point of view, it may be preferable to use in the range of parts by weight.
상기 초음파 장치는 상업화된 장치를 제한없이 사용할 수 있으며, 별도의 초음파 장치를 사용하거나, 또는 앞서 사용한 마이크로 버블 발생기에 초음파 장치가 내장된 경우 동일한 기기를 사용할 수도 있다. 바람직하게는, 오투버블사의 O2B-750S (초음파 발생 장치 내장)을 들 수 있다. As for the ultrasonic device, a commercially available device may be used without limitation, and a separate ultrasonic device may be used, or the same device may be used when the ultrasonic device is built into the microbubble generator previously used. Preferably, O2B-750S (with built-in ultrasonic wave generator) from O2Bubble is used.
이러한 초음파 장치에 의해, 단량체 조성물 또는 수용액 내부에 수 나노 내지 수백 나노미터 사이즈의 미세 기포가 생성될 수 있다. 또한, 상기 미세 기포의 주위에는 앞서 투입한 무기 미립자가 부착되어 생성된 미세 기포가 후술하는 중합 공정 동안 보다 안정적으로 유지할 수 있어 고흡수성 수지의 다공성 구조 형성에 도움이 되며 또한 겔 강도가 일정 수준 이상으로 유지될 수 있다.By such an ultrasonic device, microbubbles having a size of several nanometers to several hundreds of nanometers may be generated inside the monomer composition or aqueous solution. In addition, since the inorganic fine particles previously introduced are attached to the periphery of the microbubbles, the generated microbubbles can be more stably maintained during the polymerization process to be described later, helping to form a porous structure of the super absorbent polymer, and also having a gel strength above a certain level. Can be maintained.
한편, 상술한 방법으로 단량체 조성물 또는 수용액에 미세 기포를 형성한 후에는, 상기 단량체 조성물을 가교 중합하여 함수겔 중합체를 형성한다. On the other hand, after forming microbubbles in the monomer composition or aqueous solution by the above-described method, the monomer composition is crosslinked and polymerized to form a hydrogel polymer.
본 발명의 일 구현예에 따라 단량체 조성물에 대하여 직접 기포를 생성하지 않고 별도의 수용액에 대하여 미세 기포를 형성하는 경우, 상기 미세 기포가 생성된 수용액인 버블 용액을 상술한 단량체 조성물과 혼합한 후 가교 중합하여 함수겔 중합체를 형성한다. According to an embodiment of the present invention, when fine bubbles are formed in a separate aqueous solution without directly generating bubbles in the monomer composition, the bubble solution, which is an aqueous solution in which the fine bubbles are generated, is mixed with the above-described monomer composition and then crosslinked. Polymerization to form a hydrogel polymer.
이와 같은 단량체 조성물의 가교 중합을 통한 함수겔 중합체의 형성은 통상적인 중합 방법으로 수행될 수 있으며, 그 공정은 특별히 한정되지 않는다. 다만, 상술한 방법으로 형성된 단량체 조성물 내의 미세 기포를 안정적으로 유지하면서 중합을 진행하기 위해, 즉, 보다 발달된 다공성 구조를 갖는 중합체를 형성하기 위해, 상기 가교 중합은 수용액 중합으로 진행함이 보다 바람직하다. Formation of the hydrogel polymer through crosslinking polymerization of such a monomer composition may be performed by a conventional polymerization method, and the process is not particularly limited. However, in order to perform polymerization while stably maintaining microbubbles in the monomer composition formed by the above-described method, that is, to form a polymer having a more developed porous structure, the crosslinking polymerization is more preferably performed by aqueous solution polymerization. Do.
또, 상기 중합 방법은 중합 에너지원의 종류에 따라 크게 열 중합과 광 중합으로 나뉘는데, 상기 열 중합을 진행하는 경우에는 니더(kneader)와 같은 교반축을 가진 반응기에서 진행될 수 있으며, 광 중합을 진행하는 경우에는 이동 가능한 컨베이어 벨트가 구비된 반응기에서 진행될 수 있다.In addition, the polymerization method is largely divided into thermal polymerization and photopolymerization according to the type of polymerization energy source.In the case of performing the thermal polymerization, the polymerization method can be performed in a reactor having a stirring axis such as a kneader, and photopolymerization is performed. In some cases, it may be carried out in a reactor equipped with a movable conveyor belt.
일 예로, 교반축이 구비된 니더와 같은 반응기에 상기 단량체 조성물을 투입하고, 여기에 열풍을 공급하거나 반응기를 가열하여 열 중합함으로써 함수겔상 중합체를 얻을 수 있다. 이때, 반응기에 구비된 교반축의 형태에 따라 반응기 배출구로 배출되는 함수겔상 중합체는 수 밀리미터 내지 수 센티미터의 입자로 얻어질 수 있다. 구체적으로, 얻어지는 함수겔상 중합체는 주입되는 단량체 조성물의 농도 및 주입속도 등에 따라 다양한 형태로 얻어질 수 있는데, 통상 (중량 평균) 입경이 2 내지 50 mm인 함수겔상 중합체가 얻어질 수 있다.For example, the monomer composition may be added to a reactor such as a kneader equipped with a stirring shaft, and hot air is supplied thereto, or the reactor is heated to perform thermal polymerization to obtain a hydrogel polymer. At this time, the hydrogel polymer discharged to the reactor outlet according to the shape of the stirring shaft provided in the reactor may be obtained as particles of several millimeters to several centimeters. Specifically, the resulting hydrogel polymer may be obtained in various forms depending on the concentration and injection speed of the monomer composition to be injected, and a hydrogel polymer having a (weight average) particle diameter of 2 to 50 mm may be obtained.
그리고, 다른 일 예로, 이동 가능한 컨베이어 벨트가 구비된 반응기에서 상기 단량체 조성물에 대한 광중합을 진행하는 경우에는 시트 형태의 함수겔상 중합체가 얻어질 수 있다. 이때 상기 시트의 두께는 주입되는 단량체 조성물의 농도 및 주입속도에 따라 달라질 수 있는데, 시트 전체가 고르게 중합될 수 있도록 하면서도 생산 속도 등을 확보하기 위하여, 통상적으로 0.5 내지 5 cm의 두께로 조절되는 것이 바람직하다.And, as another example, when photopolymerization is performed on the monomer composition in a reactor equipped with a movable conveyor belt, a sheet-shaped hydrous gel polymer may be obtained. At this time, the thickness of the sheet may vary depending on the concentration of the monomer composition to be injected and the injection speed.In order to ensure the production speed, etc. while allowing the entire sheet to be uniformly polymerized, it is usually adjusted to a thickness of 0.5 to 5 cm. desirable.
이때 이와 같은 방법으로 얻어진 함수겔 중합체의 통상 함수율은 40 내지 80 중량%일 수 있다. 한편, 본 명세서 전체에서 "함수율"은 전체 함수겔 중합체 중량에 대해 차지하는 수분의 함량으로 함수겔 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.At this time, the moisture content of the hydrogel polymer obtained by this method may be 40 to 80% by weight. On the other hand, throughout the present specification, "water content" refers to a value obtained by subtracting the weight of the dried polymer from the weight of the hydrogel polymer as the content of moisture occupied by the total weight of the hydrogel polymer. Specifically, it is defined as a calculated value by measuring the weight loss due to evaporation of moisture in the polymer during drying by raising the temperature of the polymer through infrared heating. At this time, the drying condition is a method of increasing the temperature from room temperature to about 180°C and then maintaining it at 180°C. The total drying time is set to 20 minutes including 5 minutes of the temperature increase step, and the moisture content is measured.
한편, 상술한 방법으로 함수겔 중합체를 제조한 후에는, 상기 함수겔 중합체를 건조 및 분쇄하는 단계를 진행할 수 있다. 이러한 건조 전에는, 먼저, 상기 함수겔 중합체를 조분쇄하여 평균 입경이 작은 함수겔 중합체를 제조하는 단계를 먼저 진행할 수도 있다. On the other hand, after preparing the hydrogel polymer by the above-described method, drying and pulverizing the hydrogel polymer may be performed. Before such drying, first, the step of preparing a hydrogel polymer having a small average particle diameter by coarsely pulverizing the hydrogel polymer may be performed first.
이러한 조분쇄 단계에서는, 함수겔 중합체를 1.0 mm 내지 2.0 mm로 분쇄할 수 있다. In this coarse pulverization step, the hydrogel polymer may be pulverized to 1.0 mm to 2.0 mm.
상기 조분쇄시 사용하는 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.The grinder used for coarse grinding is not limited in configuration, but specifically, a vertical pulverizer, a turbo cutter, a turbo grinder, and a rotary cutter mill. , Cutter mill, Disc mill, Shred crusher, Crusher, Chopper, and Disc cutter. It may include, but is not limited to the above-described example.
한편, 상기 선택적인 조분쇄 후에는, 상기 함수겔 중합체를 건조할 수 있다. 이러한 건조 온도는 50 내지 250℃일 수 있다. 건조 온도가 50℃ 미만인 경우, 건조 시간이 지나치게 길어지고 최종 형성되는 고흡수성 수지의 물성이 저하될 우려가 있고, 건조 온도가 250℃를 초과하는 경우, 지나치게 중합체 표면만 건조되어, 미분이 발생할 수도 있고, 최종 형성되는 고흡수성 수지의 물성이 저하될 우려가 있다. 보다 바람직하게 상기 건조는 150 내지 200℃의 온도에서, 더욱 바람직하게는 160 내지 190℃의 온도에서 진행될 수 있다. 한편, 건조 시간은 공정 효율 등을 고려하여, 20분 내지 15시간 동안 진행될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. On the other hand, after the selective coarse pulverization, the hydrogel polymer may be dried. This drying temperature may be 50 to 250 ℃. If the drying temperature is less than 50°C, the drying time may be too long and the physical properties of the finally formed super absorbent polymer may be deteriorated.If the drying temperature exceeds 250°C, only the polymer surface may be excessively dried, resulting in fine powder. In addition, there is a concern that physical properties of the finally formed super absorbent polymer may be deteriorated. More preferably, the drying may be performed at a temperature of 150 to 200°C, more preferably 160 to 190°C. Meanwhile, the drying time may be performed for 20 minutes to 15 hours in consideration of process efficiency, etc., but is not limited thereto.
상기 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 0.05 내지 10 중량%일 수 있다. As long as it is commonly used in the drying process, it may be selected and used without limitation of its configuration. Specifically, the drying step may be performed by a method such as hot air supply, infrared irradiation, microwave irradiation, or ultraviolet irradiation. The moisture content of the polymer after such a drying step may be 0.05 to 10% by weight.
다음에, 이와 같은 건조 단계를 거쳐 얻어진 건조된 중합체를 (미)분쇄하는 단계를 수행한다. Next, a step of (fine) pulverizing the dried polymer obtained through such a drying step is performed.
분쇄 단계 후 얻어지는 중합체 분말은 입경이 150 내지 850 ㎛ 일 수 있다. 이와 같은 입경으로 분쇄하기 위해 사용되는 분쇄기는 구체적으로, 볼 밀(ball mill), 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 한정되는 것은 아니다.The polymer powder obtained after the pulverization step may have a particle diameter of 150 to 850 μm. The pulverizer used to pulverize with such a particle size is specifically, a ball mill, a pin mill, a hammer mill, a screw mill, a roll mill, and a disk. Mill (disc mill) or jog mill (jog mill) may be used, but is not limited to the above-described example.
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 있다. And, in order to manage the physical properties of the super absorbent polymer powder that is finally commercialized after the pulverization step, a separate process of classifying the polymer powder obtained after pulverization according to the particle size may be performed.
이러한 분급 단계는, 예를 들어, 150 내지 850㎛의 입경을 갖는 정상 입자와, 이러한 입경 범위를 벗어나는 미분 또는 거대 입자를 분리하는 방법으로 진행될 수 있다. This classification step may be performed by a method of separating, for example, normal particles having a particle diameter of 150 to 850 μm and fine or large particles outside the particle diameter range.
이러한 분급 단계는 일반적인 고흡수성 수지의 분급 방법에 따라, 표준 체를 사용하여 진행할 수 있다. This classification step can be carried out using a standard sieve according to a general method for classifying a super absorbent polymer.
이와 같은 입경, 즉, 150 내지 850㎛의 입경을 갖는 베이스 수지 분말에 대해 후술할 표면 가교 반응 단계를 거쳐 제품화할 수 있다. A base resin powder having such a particle diameter, that is, a particle diameter of 150 to 850 μm, may be commercialized through a surface crosslinking reaction step to be described later.
한편, 상술한 분급까지를 진행한 후에는, 베이스 수지 분말의 표면을 가교하는 단계로서, 표면 가교제를 포함하는 표면 가교액의 존재 하에, 상기 베이스 수지 분말을 열처리하여 표면 가교를 수행함에 따라 고흡수성 수지를 제조할 수 있다.On the other hand, after proceeding to the above classification, as a step of crosslinking the surface of the base resin powder, in the presence of a surface crosslinking liquid containing a surface crosslinking agent, heat treatment of the base resin powder to perform surface crosslinking Resin can be produced.
여기서, 상기 표면 가교액에 포함되는 표면 가교제의 종류는 특별히 제한되지 않는다. 비제한적인 예로, 상기 표면 가교제는 에틸렌글리콜 디글리시딜에테르, 폴리에틸렌글리콜 디글리시딜 에테르, 글리세롤 폴리글리시딜 에테르, 프로필렌글리콜 디글리시딜 에테르, 폴리프로필렌 글리콜 디글리시딜 에테르, 에틸렌 카보네이트, 에틸렌글리콜, 다이에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 테트라에틸렌 글리콜, 프로판다이올, 다이프로필렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 글리세린, 폴리글리세린, 부탄다이올, 헵탄다이올, 헥산다이올 트리메틸롤프로판, 펜타에리스리톨, 소르비톨, 칼슘 수산화물, 마그네슘 수산화물, 알루미늄 수산화물, 철 수산화물, 칼슘 염화물, 마그네슘 염화물, 알루미늄 염화물, 및 철 염화물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 화합물일 수 있다.Here, the kind of the surface crosslinking agent contained in the surface crosslinking liquid is not particularly limited. As a non-limiting example, the surface crosslinking agent is ethylene glycol diglycidyl ether, polyethylene glycol diglycidyl ether, glycerol polyglycidyl ether, propylene glycol diglycidyl ether, polypropylene glycol diglycidyl ether, ethylene Carbonate, ethylene glycol, diethylene glycol, propylene glycol, triethylene glycol, tetraethylene glycol, propanediol, dipropylene glycol, polypropylene glycol, glycerin, polyglycerin, butanediol, heptanediol, hexanediol trimethylol It may be one or more compounds selected from the group consisting of propane, pentaerythritol, sorbitol, calcium hydroxide, magnesium hydroxide, aluminum hydroxide, iron hydroxide, calcium chloride, magnesium chloride, aluminum chloride, and iron chloride.
이때, 상기 표면 가교제의 함량은 이의 종류나 반응 조건 등에 따라 적절히 조절될 수 있으며, 바람직하게는 상기 베이스 수지 분말 100 중량부에 대하여 0.001 내지 5 중량부로 조절될 수 있다. 상기 표면 가교제의 함량이 지나치게 낮아지면, 표면 가교가 제대로 도입되지 못해, 최종 고흡수성 수지의 물성이 저하될 수 있다. 반대로 상기 표면 가교제가 지나치게 많은 함량으로 사용되면 과도한 표면 가교 반응으로 인해 고흡수성 수지의 흡수력이 오히려 낮아질 수 있어 바람직하지 않다.At this time, the content of the surface cross-linking agent may be appropriately adjusted according to the type or reaction conditions thereof, and preferably may be adjusted to 0.001 to 5 parts by weight based on 100 parts by weight of the base resin powder. If the content of the surface crosslinking agent is too low, the surface crosslinking may not be properly introduced, and the physical properties of the final super absorbent polymer may be deteriorated. On the contrary, if the surface crosslinking agent is used in an excessively large amount, the water absorbing power of the super absorbent polymer may be rather lowered due to an excessive surface crosslinking reaction, which is not preferable.
또한, 상기 표면 가교액은 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-디메틸아세트아미드로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 용매를 더 포함할 수 있다. 상기 용매는 상기 베이스 수지 100 중량부에 대하여 0.5 내지 10 중량부로 포함될 수 있다.In addition, the surface crosslinking liquid is water, ethanol, ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, 1,4-butanediol, propylene glycol, ethylene glycol monobutyl ether, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monomethyl ether acetate, Methyl ethyl ketone, acetone, methyl amyl ketone, cyclohexanone, cyclopentanone, diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol ethyl ether, toluene, xylene, butyrolactone, carbitol, methyl cellosolve acetate and N, It may further include one or more solvents selected from the group consisting of N-dimethylacetamide. The solvent may be included in an amount of 0.5 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the base resin.
또한, 상기 표면 가교액은 증점제를 추가로 포함할 수 있다. 이렇게 증점제 존재 하에 베이스 수지 분말의 표면을 추가로 가교하면 분쇄 후에도 물성 저하를 최소화할 수 있다. 구체적으로, 상기 증점제로는 다당류 및 히드록시 함유 고분자 중 선택된 1 종 이상이 사용될 수 있다. 상기 다당류로는 검 계열 증점제와 셀룰로오스 계열 증점제 등이 사용될 수 있다. 상기 검 계열 증점제의 구체적인 예로는, 잔탄 검(xanthan gum), 아라빅 검(arabic gum), 카라야 검(karaya gum), 트래거캔스 검(tragacanth gum), 가티 검(ghatti gum), 구아 검(guar gum), 로커스트 빈 검(locust bean gum) 및 사일리움 씨드 검(psyllium seed gum) 등을 들 수 있고, 상기 셀룰로오스 계열 증점제의 구체적인 예로는, 히드록시프로필메틸셀룰로오스, 카르복시메틸셀룰로오스, 메틸셀룰로오스, 히드록시메틸셀룰로오스, 히드록시에틸셀룰로오스, 히드록시프로필셀룰로오스, 히드록시에틸메틸셀룰로오스, 히드록시메틸프로필셀룰로오스, 히드록시에틸히드록시프로필셀룰로오스, 에틸히드록시에틸셀룰로오스 및 메틸히드록시프로필셀룰로오스 등을 들 수 있다. 한편, 상기 히드록시 함유 고분자의 구체적인 예로는 폴리에틸렌글리콜 및 폴리비닐알코올 등을 들 수 있다. In addition, the surface crosslinking liquid may further include a thickener. If the surface of the base resin powder is further crosslinked in the presence of a thickener in this way, degradation of physical properties can be minimized even after grinding. Specifically, one or more selected from polysaccharides and hydroxy-containing polymers may be used as the thickener. As the polysaccharide, a gum-based thickener and a cellulose-based thickener may be used. Specific examples of the gum-based thickener include xanthan gum, arabic gum, karaya gum, tragacanth gum, ghatti gum, guar gum (guar gum), locust bean gum, and psyllium seed gum, etc., and specific examples of the cellulose-based thickener include hydroxypropylmethylcellulose, carboxymethylcellulose, methylcellulose , Hydroxymethylcellulose, hydroxyethylcellulose, hydroxypropylcellulose, hydroxyethylmethylcellulose, hydroxymethylpropylcellulose, hydroxyethylhydroxypropylcellulose, ethylhydroxyethylcellulose and methylhydroxypropylcellulose, etc. I can. On the other hand, specific examples of the hydroxy-containing polymer include polyethylene glycol and polyvinyl alcohol.
한편, 상기 표면 가교를 수행하기 위해서는, 상기 표면 가교액과 상기 베이스 수지를 반응조에 넣고 혼합하는 방법, 상기 베이스 수지에 표면 가교 용액을 분사하는 방법, 연속적으로 운전되는 믹서에 상기 베이스 수지와 표면 가교액을 연속적으로 공급하여 혼합하는 방법 등이 이용될 수 있다.On the other hand, in order to perform the surface crosslinking, a method of mixing the surface crosslinking solution and the base resin in a reaction tank, spraying a surface crosslinking solution onto the base resin, and surface crosslinking with the base resin in a continuously operated mixer. A method of continuously supplying and mixing the liquid may be used.
그리고, 상기 표면 가교는 100 내지 250℃의 온도 하에서 진행될 수 있으며, 비교적 고온으로 진행되는 상기 건조 및 분쇄 단계 이후에 연속적으로 이루어질 수 있다. 이때. 상기 표면 가교 반응은 1 내지 120분, 또는 1 내지 100분, 또는 10 내지 60분 동안 진행될 수 있다. 즉, 최소 한도의 표면 가교 반응을 유도하면서도 과도한 반응시 중합체 입자가 손상되어 물성이 저하되는 것을 방지하기 위하여 전술한 표면 가교 반응의 조건으로 진행될 수 있다.In addition, the surface crosslinking may be performed under a temperature of 100 to 250°C, and may be continuously performed after the drying and pulverizing steps performed at a relatively high temperature. At this time. The surface crosslinking reaction may be performed for 1 to 120 minutes, or 1 to 100 minutes, or 10 to 60 minutes. That is, in order to induce a surface crosslinking reaction of a minimum limit and to prevent physical properties from deteriorating due to damage to the polymer particles during excessive reaction, the above-described surface crosslinking reaction may be performed.
그리고, 이와 같은 표면 가교 단계 이후 최종 제품화되는 고흡수성 수지 분말의 물성을 관리하기 위해, 고흡수성 수지 분말을 시브(sieve)를 이용하여 입경에 따라 분급하는 별도의 과정을 거칠 수 있다. 이러한 분급 과정에 의해, 입경이 150 내지 850 ㎛인 고흡수성 수지가 90 중량% 이상, 또는 92 중량% 이상, 또는 95 중량% 이상이 되도록 할 수 있다. In addition, in order to manage the physical properties of the super absorbent polymer powder that is finally commercialized after the surface crosslinking step, a separate process of classifying the super absorbent polymer powder according to the particle diameter using a sieve may be performed. By this classification process, the superabsorbent polymer having a particle diameter of 150 to 850 µm may be 90% by weight or more, or 92% by weight or more, or 95% by weight or more.
또한, 300㎛ 이하의 입경을 갖는 입자가 20 중량% 이하, 혹은 15 중량% 이하로 포함될 수 있다.In addition, particles having a particle diameter of 300 μm or less may be included in an amount of 20% by weight or less, or 15% by weight or less.
상술한 바와 같이 제조된 고흡수성 수지는, 매우 발달된 다공성 구조를 가짐에 따라, 향상된 흡수 속도를 나타낼 수 있으며, 이와 함께 겔강도를 비롯하여 제반 물성 역시 우수한 특성을 유지할 수 있다. As the superabsorbent polymer prepared as described above has a highly developed porous structure, it can exhibit an improved absorption rate, and also maintain excellent properties including gel strength and various physical properties.
예를 들어 상술한 바와 같이 제조된 고흡수성 수지는, 볼텍스법에 의한 흡수 속도(vortex time)가 35초 이하, 또는 30초 이하, 또는 26초 이하 또는, 22초 이하, 또는 20초 이하이면서 5초 이상, 또는 8초 이상, 또는 10 초 이상일 수 있다.For example, the superabsorbent polymer prepared as described above has a vortex time of 35 seconds or less, or 30 seconds or less, or 26 seconds or less, or 22 seconds or less, or 20 seconds or less, while 5 It may be more than a second, or more than 8 seconds, or more than 10 seconds.
또한, 상술한 바와 같이 제조된 고흡수성 수지는, 0.3 psi에서의 5분 Gel-AUL가 19 g/g 이상, 또는 20 g/g 이상 또는 21 g/g 이상이면서, 24 g/g 이하, 또는 23 g/g 이하일 수 있다.In addition, the super absorbent polymer prepared as described above has a 5 minute Gel-AUL at 0.3 psi of 19 g/g or more, or 20 g/g or more or 21 g/g or more, and 24 g/g or less, or It may be less than or equal to 23 g/g.
또한, 상술한 바와 같이 제조된 고흡수성 수지는, 표면 장력이 68 mN/m 이상, 또는 69 mN/m 이상 또는 70 mN/m 이상이면서, 72 mN/m 이하, 또는 71 mN/m 이하일 수 있다.In addition, the superabsorbent polymer prepared as described above may have a surface tension of 68 mN/m or more, or 69 mN/m or more or 70 mN/m or more, and 72 mN/m or less, or 71 mN/m or less. .
또한, 상술한 바와 같이 제조된 고흡수성 수지는, EDANA 법 WSP 241.3에 따라 측정한 보수능(CRC)이 25 g/g 이상, 또는 28 g/g 이상, 또는 29 g/g 이상이면서, 35 g/g 이하, 또는 34g/g 이하, 또는 33g/g 이하의 범위를 가질 수 있다. In addition, the super absorbent polymer prepared as described above has a water holding capacity (CRC) of 25 g/g or more, or 28 g/g or more, or 29 g/g or more, as measured according to EDANA method WSP 241.3, and 35 g /g or less, or 34g/g or less, or 33g/g or less.
이에, 본 발명의 다른 일 구현예에 따르면, 적어도 일부가 중화된 산성기를 갖는 수용성 에틸렌계 불포화 단량체의 가교 중합체를 포함하는 베이스 수지 분말; 및 상기 베이스 수지 분말 상에 형성되어 있고, 상기 가교 중합체가 표면 가교제를 매개로 추가 가교된 표면 가교층을 포함하는 고흡수성 수지로서, 상기 고흡수성 수지는 볼텍스법에 의한 흡수 속도(vortex time)가 5 내지 35초이고, 0.3 psi에서의 5분 Gel-AUL가 19 내지 24 g/g인 고흡수성 수지를 제공한다. Thus, according to another embodiment of the present invention, at least a part of the base resin powder comprising a crosslinked polymer of a water-soluble ethylenically unsaturated monomer having a neutralized acidic group; And a surface crosslinked layer formed on the base resin powder, wherein the crosslinked polymer is further crosslinked through a surface crosslinking agent, wherein the superabsorbent resin has a vortex time by a vortex method. It is 5 to 35 seconds, and provides a super absorbent polymer having a 5 minute Gel-AUL of 19 to 24 g/g at 0.3 psi.
상기 본 발명의 다른 일 구현예에 따른 고흡수성 수지는 기존에 달성하지 못하였던, 35초 이하의 볼텍스 흡수 속도로 정의되는 매우 향상된 흡수 속도를 나타낼 수 있고, 더 나아가 발포제 및/또는 계면 활성제의 미사용 또는 감소된 사용량으로 제조됨에 따라, 우수한 표면 장력 및 겔 강도를 유지할 수 있다. The superabsorbent polymer according to another embodiment of the present invention may exhibit a very improved absorption rate defined as a vortex absorption rate of 35 seconds or less, which was not previously achieved, and furthermore, non-use of a foaming agent and/or a surfactant Or, as it is manufactured in a reduced amount, it is possible to maintain excellent surface tension and gel strength.
상기 고흡수성 수지에서, 상기 흡수 속도는 생리 식염수에 고흡수성 수지를 가하여 교반시켰을 때, 빠른 흡수에 의해 액체의 소용돌이(vortex)가 없어지는 시간(time, 단위: 초)을 측정하는 방법으로 측정할 수 있으며, 후술하는 실시예에 보다 상세한 기재된 방법을 참고하여 측정될 수 있다.In the superabsorbent polymer, the absorption rate can be measured by measuring the time (time, unit: second) at which the vortex of the liquid disappears due to rapid absorption when the superabsorbent polymer is added to physiological saline and stirred. It can be, and it can be measured with reference to the method described in more detail in the following examples.
상기 고흡수성 수지의 흡수 속도는 35초 이하, 또는 30초 이하, 또는 26초 이하 또는, 22초 이하, 또는 20초 이하이면서 5초 이상, 또는 8초 이상, 또는 10 초 이상일 수 있다. The absorption rate of the super absorbent polymer may be 35 seconds or less, or 30 seconds or less, or 26 seconds or less, or 22 seconds or less, or 20 seconds or less, and 5 seconds or more, or 8 seconds or more, or 10 seconds or more.
또한, 상기 고흡수성 수지는 0.3 psi에서의 5분 Gel-AUL가 19 내지 24 g/g로 높은 흡수능을 가질 수 있다. 보다 구체적으로 본 발명의 고흡수성 수지의 0.3 psi에서의 5분 Gel-AUL은 19 g/g 이상, 또는 20 g/g 이상 또는 21 g/g 이상이면서, 24 g/g 이하, 또는 23 g/g 이하일 수 있다. 상기 0.3 psi에서의 5분 Gel-AUL은 후술하는 실시예에 기재된 방법에 따라 측정될 수 있다. 상기 0.3 psi의 5분 gel-AUL이란, 0.3 psi 가압 하에서 빠른 시간 내에 지속적으로 다량의 물을 흡수할 수 있는 능력을 의미한다. In addition, the super absorbent polymer may have a high absorption capacity of 19 to 24 g/g for 5 minutes of Gel-AUL at 0.3 psi. More specifically, the 5-minute Gel-AUL at 0.3 psi of the super absorbent polymer of the present invention is 19 g/g or more, or 20 g/g or more or 21 g/g or more, while 24 g/g or less, or 23 g/ It may be less than or equal to g. The 5 minutes Gel-AUL at 0.3 psi can be measured according to the method described in Examples to be described later. The 0.3 psi 5-minute gel-AUL means the ability to absorb a large amount of water continuously within a short time under 0.3 psi pressure.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 고흡수성 수지는 68 내지 72 mN/m의 표면 장력을 가질 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이 본 발명의 고흡수성 수지는 발포제 및/또는 계면 활성제를 사용하지 않거나 사용하더라도 매우 소량만 사용함으로써 높은 표면 장력을 가지며, 이에 따라 누출현상을 현저히 줄일 수 있다. 보다 구체적으로 본 발명의 고흡수성 수지의 표면 장력은 68 mN/m 이상, 또는 69 mN/m 이상 또는 70 mN/m 이상이면서, 72 mN/m 이하, 또는 71 mN/m 이하일 수 있다. 상기 표면 장력은 후술하는 실시예에 기재된 방법에 따라 측정될 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, the super absorbent polymer may have a surface tension of 68 to 72 mN/m. As described above, the superabsorbent polymer of the present invention does not use a foaming agent and/or a surfactant, or has a high surface tension by using only a very small amount even if it is used, and thus leakage can be significantly reduced. More specifically, the surface tension of the superabsorbent polymer of the present invention may be 68 mN/m or more, or 69 mN/m or more, or 70 mN/m or more, and 72 mN/m or less, or 71 mN/m or less. The surface tension may be measured according to the method described in Examples to be described later.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 고흡수성 수지는, EDANA 법 WSP 241.3에 따라 측정한 보수능(CRC)이 25 g/g 이상, 또는 28 g/g 이상, 또는 29 g/g 이상이면서, 35 g/g 이하, 또는 34g/g 이하, 또는 33g/g 이하의 범위를 가질 수 있다. 이러한 보수능은 상기 고흡수성 수지의 우수한 흡수능을 반영할 수 있다. In addition, according to an embodiment of the present invention, the super absorbent polymer has a water holding capacity (CRC) of 25 g/g or more, or 28 g/g or more, or 29 g/g or more, measured according to the EDANA method WSP 241.3. Meanwhile, it may have a range of 35 g/g or less, or 34 g/g or less, or 33 g/g or less. This water holding capacity may reflect the excellent absorption capacity of the super absorbent polymer.
또한, 상기 다른 구현예의 고흡수성 수지는, EDANA 법 WSP 242.3에 따라 측정한 0.9 psi의 가압 흡수능(AUL)이 16 내지 23 g/g, 혹은 18 내지 21 g/g의 범위를 가질 수 있다. 이러한 범위를 충족함에 따라, 상기 고흡수성 수지는 가압 하에서도 우수한 흡수능 및 수분 유지 특성을 나타낼 수 있다.In addition, the super absorbent polymer of the other embodiment may have a pressure absorption capacity (AUL) of 0.9 psi measured according to the EDANA method WSP 242.3 of 16 to 23 g/g, or 18 to 21 g/g. As this range is satisfied, the super absorbent polymer may exhibit excellent water absorption and moisture retention properties even under pressure.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 고흡수성 수지는 입경이 150 내지 850 ㎛인 고흡수성 수지가 전체 중량에 대하여 90 중량% 이상, 또는 92 중량% 이상, 또는 95 중량% 이상일 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, the super absorbent polymer may have a particle diameter of 150 to 850 μm in a superabsorbent polymer having a particle diameter of 90% by weight or more, 92% by weight or more, or 95% by weight or more based on the total weight.
그리고, 상기 고흡수성 수지는 겔 베드 투과율(GBP)이 25 내지 50 다르시(darcy), 혹은 30 내지 48 다르시(darcy), 혹은 35 내지 45 다르시(darcy)인 특성을 나타낼 수 있고, 이로 인해 우수한 통액성을 나타낼 수 있다.In addition, the super absorbent polymer may have a gel bed transmittance (GBP) of 25 to 50 darcy, or 30 to 48 darcy, or 35 to 45 darcy. It can show liquidity.
또한, 상기 고흡수성 수지는 벌크 밀도가 0.50 내지 0.65g/ml, 혹은 0.55 내지 0.62g/ml, 혹은 0.56 내지 0.61g/ml 인 특성을 충족할 수 있다.In addition, the super absorbent polymer may have a bulk density of 0.50 to 0.65 g/ml, or 0.55 to 0.62 g/ml, or 0.56 to 0.61 g/ml.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예들이 제시된다. 그러나 하기의 실시예들은 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명을 이들만으로 한정하는 것은 아니다.Hereinafter, preferred embodiments are presented to aid in understanding the present invention. However, the following examples are only for illustrating the present invention, and the present invention is not limited thereto.
<실시예><Example>
고흡수성 수지의 제조Preparation of super absorbent polymer
실시예 1Example 1
아크릴산에 0.5중량%로 희석된 IRGACURE 819 개시제 8.6 g(단량체에 대하여 80 ppmw)과 아크릴산에 20중량%로 희석된 폴리에틸렌글리콜디아크릴레이트(PEGDA, Mw=400) 12.3 g을 혼합한 용액(A 용액)을 제조하였다.A solution in which 8.6 g of IRGACURE 819 initiator diluted to 0.5% by weight in acrylic acid (80 ppmw based on the monomer) and 12.3 g of polyethylene glycol diacrylate (PEGDA, Mw = 400) diluted in 20% by weight in acrylic acid are mixed (solution A ) Was prepared.
25℃로 미리 냉각된 열매체가 순환되는 쟈켓으로 둘러 싸여진 2L 용량의 유리 반응기에, 아크릴산 540 g과 상기 A 용액을 주입하였다.540 g of acrylic acid and the A solution were injected into a 2L glass reactor surrounded by a jacket through which the heat medium cooled in advance to 25°C was circulated.
그리고, 상기 유리 반응기에, 25중량% 가성소다 용액 832 g(C 용액)을 서서히 적가하여 혼합하였다. 중화열에 의하여 혼합액의 온도가 약 72℃ 이상까지 상승하는 것을 확인한 후, 혼합 용액이 냉각되기를 기다렸다. 이렇게 얻어진 혼합 용액에서 아크릴산의 중화도는 약 70몰% 이었다. In addition, 832 g of a 25% by weight caustic soda solution (solution C) was gradually added dropwise to the glass reactor and mixed. After confirming that the temperature of the mixed solution was increased to about 72°C or higher by the neutralization heat, the mixed solution was waited for cooling. In the thus obtained mixed solution, the degree of neutralization of acrylic acid was about 70 mol%.
별도로, 물을 시간당 500kg/h의 유속으로 순환하는 마이크로 버블기(오투버블사, OB-750S)에 투입하여 버블을 발생시킨 D 용액을 제조하였다. 여기에 실리카를 투입하고 초음파 장치(오투버블사, OB-750S) 안에 넣어 F 용액을 제조하였다. 그리고, 상기 중화된 혼합 용액의 온도가 약 45℃로 냉각되면, 상기 혼합 용액에 미리 준비한 F 용액을 주입하여 혼합하였다. 이때 실리카는 상기 혼합 용액 100 중량부에 대하여 0.05 중량부가 되도록 하였다. Separately, water was added to a microbubbler (O2 Bubble Co., OB-750S) circulating at a flow rate of 500 kg/h per hour to prepare a D solution in which bubbles were generated. Silica was added thereto, and an F solution was prepared by placing it in an ultrasonic device (O2 Bubble Co., OB-750S). Then, when the temperature of the neutralized mixed solution was cooled to about 45° C., the solution F prepared in advance was injected into the mixed solution and mixed. At this time, the silica was 0.05 parts by weight based on 100 parts by weight of the mixed solution.
이어서, 상부에 광조사 장치가 장착되어 있고 내부가 80℃로 예열된 정방형 중합기 내에 설치된 Vat 형태의 트레이(tray, 가로 15 cm Х 15 cm)에, 상기에서 준비한 혼합 용액을 부었다. 이후, 상기 혼합 용액에 광을 조사하였다. 광 조사 시점부터 약 20초 후에 표면부터 겔이 형성되는 것을 확인하였고, 광 조사 시점부터 약 30초 후에 발포와 동시에 중합 반응이 일어나는 것을 확인하였다. 이어, 추가로 2분 동안 중합 반응을 진행하고, 중합된 시트를 꺼내어 3 cm Х 3 cm의 크기로 재단하였다.Subsequently, the mixed solution prepared above was poured into a Vat-shaped tray installed in a square polymerizer with a light irradiation device mounted on the top and preheated to 80°C. Thereafter, the mixed solution was irradiated with light. It was confirmed that the gel was formed from the surface after about 20 seconds from the time of light irradiation, and it was confirmed that the polymerization reaction occurred simultaneously with foaming after about 30 seconds from the time of light irradiation. Then, the polymerization reaction was carried out for an additional 2 minutes, and the polymerized sheet was taken out and cut into a size of 3 cm 占3 cm.
그리고, 미트 쵸퍼(meat chopper)를 이용하고 다지기 공정(chopping)을 통하여 상기 재단된 시트를 가루(crump)로 제조하였다. 제조된 가루(crump)의 평균 입자 크기는 1.5 mm 이었다.Then, the cut sheet was manufactured into a crumb by using a meat chopper and through a chopping process. The average particle size of the prepared crumb was 1.5 mm.
이어서, 상하로 풍량 조절이 가능한 오븐에서 상기 가루(crump)를 건조시켰다. 건조된 가루의 함수량이 약 2중량% 이하가 되도록, 180℃의 핫 에어(hot air)를 15분 동안 하방에서 상방으로 흐르게 하고, 다시 15분 동안 상방에서 하방으로 흐르게 하여 상기 가루(crump)를 균일하게 건조시켰다. 건조된 가루를 분쇄기로 분쇄한 다음 분급하여 150 내지 850㎛ 크기의 베이스 수지를 얻었다.Then, the powder (crump) was dried in an oven in which the air volume can be adjusted up and down. In order that the moisture content of the dried powder is less than about 2% by weight, hot air at 180° C. is flowed from the bottom to the top for 15 minutes, and then flows from the top to the bottom for 15 minutes to remove the crumb. Dry uniformly. The dried powder was pulverized with a grinder and then classified to obtain a base resin having a size of 150 to 850 μm.
이후, 상기 제조한 베이스 수지 100 g에, 물 4.5 g, 에틸렌 카보네이트 1 g, 에어로실 200(Aerosil 200, Evonik 사) 0.05 g, 20중량% 수분산 실리카(Snowtex, ST-O) 용액 0.25g를 혼합한 가교제 용액을 혼합한 다음, 190℃에서 30분 동안 표면 가교 반응을 시켰다. 그리고, 얻어진 생성물을 분쇄하고 시브(sieve)를 이용하여 입경이 150 내지 850 ㎛인 표면 가교된 고흡수성 수지를 얻었다. 얻어진 고흡수성 수지에 에어로실 200 0.1 g을 건식으로 추가 혼합하여 고흡수성 수지를 제조하였다.Thereafter, to 100 g of the prepared base resin, 4.5 g of water, 1 g of ethylene carbonate, 0.05 g of Aerosil 200 (Aerosil 200, Evonik), 0.25 g of a 20% by weight aqueous silica (Snowtex, ST-O) solution were added. After the mixed crosslinking agent solution was mixed, a surface crosslinking reaction was performed at 190°C for 30 minutes. Then, the obtained product was pulverized and a surface crosslinked superabsorbent polymer having a particle diameter of 150 to 850 µm was obtained using a sieve. A super absorbent polymer was prepared by further mixing 0.1 g of Aerosil 200 to the obtained super absorbent polymer in a dry manner.
실시예 2Example 2
실시예 1에서 중화 용액의 제조까지는 실시예 1과 동일하게 하였다.From Example 1 to the preparation of the neutralizing solution, it was the same as in Example 1.
별도로, 물에 희석된 소디움 도데실술페이트(sodium dodecylsulfate)이 함유된 수용액을 시간당 500kg/h의 유속으로 순환하는 마이크로 버블기(오투버블사, OB-750S)에 투입하여 버블을 발생시킨 D 용액을 제조하였다. 이 때, D 용액 중의 소디움 도데실술페이트의 함량은 상기 아크릴산의 총 중량 대비 10 ppmw이 되도록 하였다. 여기에 실리카를 투입하고 초음파 장치(오투버블사, OB-750S) 안에 넣어 F용액을 제조하였다. 그리고, 상기 중화된 혼합 용액의 온도가 약 45℃로 냉각되면, 상기 혼합 용액에 미리 준비한 F 용액을 주입하여 혼합하였다. 이때 실리카는 상기 아크릴산 100 중량부에 대하여 0.05 중량부가 되도록 하였다.Separately, an aqueous solution containing sodium dodecylsulfate diluted in water was added to a microbubbler (O2 Bubble Co., OB-750S) circulating at a flow rate of 500 kg/h per hour to generate bubbles. Was prepared. At this time, the content of sodium dodecyl sulfate in the D solution was 10 ppmw based on the total weight of the acrylic acid. Silica was added thereto and placed in an ultrasonic device (O2 Bubble Co., OB-750S) to prepare a F solution. Then, when the temperature of the neutralized mixed solution was cooled to about 45° C., the solution F prepared in advance was injected into the mixed solution and mixed. At this time, the silica was 0.05 parts by weight based on 100 parts by weight of the acrylic acid.
이후 공정은 실시예 1과 동일하게 하여 고흡수성 수지를 제조하였다. Subsequent processes were carried out in the same manner as in Example 1 to prepare a super absorbent polymer.
실시예 3Example 3
실시예 2에서, D 용액 중의 소디움 도데실술페이트의 함량을 상기 아크릴산의 총 중량 대비 50 ppmw이 되도록 한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로 고흡수성 수지를 제조하였다.In Example 2, a superabsorbent polymer was prepared in the same manner as in Example 2, except that the content of sodium dodecyl sulfate in the D solution was 50 ppmw based on the total weight of acrylic acid.
실시예 4Example 4
실시예 2에서, D 용액 중의 소디움 도데실술페이트의 함량을 상기 아크릴산의 총 중량 대비 100 ppmw이 되도록 한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로 고흡수성 수지를 제조하였다.In Example 2, a superabsorbent polymer was prepared in the same manner as in Example 2, except that the content of sodium dodecyl sulfate in the D solution was 100 ppmw based on the total weight of the acrylic acid.
비교예 1Comparative Example 1
아크릴산에 0.5중량%로 희석된 IRGACURE 819 개시제 8.6 g(단량체에 대하여 80 ppmw)과 아크릴산에 20중량%로 희석된 폴리에틸렌글리콜디아크릴레이트(PEGDA, Mw=400) 12.3 g을 혼합한 용액(A 용액)을 제조하였다.A solution in which 8.6 g of IRGACURE 819 initiator diluted to 0.5% by weight in acrylic acid (80 ppmw based on the monomer) and 12.3 g of polyethylene glycol diacrylate (PEGDA, Mw = 400) diluted in 20% by weight in acrylic acid are mixed (solution A ) Was prepared.
25℃로 미리 냉각된 열매체가 순환되는 쟈켓으로 둘러 싸여진 2L 용량의 유리 반응기에, 아크릴산 540 g과 상기 A 용액을 주입하였다.540 g of acrylic acid and the A solution were injected into a 2L glass reactor surrounded by a jacket through which the heat medium cooled in advance to 25°C was circulated.
그리고, 상기 유리 반응기에, 25중량% 가성소다 용액 832 g(C 용액)을 서서히 적가하여 혼합하였다. 중화열에 의하여 혼합액의 온도가 약 72℃ 이상까지 상승하는 것을 확인한 후, 혼합 용액이 냉각되기를 기다렸다. 이렇게 얻어진 혼합 용액에서 아크릴산의 중화도는 약 70몰% 이었다. In addition, 832 g of a 25% by weight caustic soda solution (solution C) was gradually added dropwise to the glass reactor and mixed. After confirming that the temperature of the mixed solution was increased to about 72°C or higher by the neutralization heat, the mixed solution was waited for cooling. In the thus obtained mixed solution, the degree of neutralization of acrylic acid was about 70 mol%.
한편, 소디움 도데실술페이트(sodium dodecylsulfate)를 물에 희석하여 D 용액을 제조하였다. 이 때, D 용액 중의 소디움 도데실술페이트의 함량은 상기 아크릴산의 총 중량 대비 200 ppmw이 되도록 하였다. 또한, 소듐 비카보네이트(sodium bicarbonate)를 물에 4 중량%로 희석한 E 용액 30 g을 제조하였다. 그리고, 상기 중화된 혼합 용액의 온도가 약 45℃로 냉각되면, 상기 중화된 혼합 용액에 미리 준비한 D, E 용액을 주입하여 혼합하였다.Meanwhile, sodium dodecylsulfate was diluted in water to prepare a D solution. At this time, the content of sodium dodecyl sulfate in the D solution was 200 ppmw based on the total weight of the acrylic acid. In addition, 30 g of an E solution obtained by diluting sodium bicarbonate to 4% by weight in water was prepared. Then, when the temperature of the neutralized mixed solution was cooled to about 45° C., previously prepared D and E solutions were injected and mixed into the neutralized mixed solution.
이어서, 상부에 광조사 장치가 장착되어 있고 내부가 80℃로 예열된 정방형 중합기 내에 설치된 Vat 형태의 트레이(tray, 가로 15 cm Х 15 cm)에, 상기에서 준비한 혼합 용액을 부었다. 이후, 상기 혼합 용액에 광을 조사하였다. 광 조사 시점부터 약 20초 후에 표면부터 겔이 형성되는 것을 확인하였고, 광 조사 시점부터 약 30초 후에 발포와 동시에 중합 반응이 일어나는 것을 확인하였다. 이어, 추가로 2분 동안 중합 반응을 진행하고, 중합된 시트를 꺼내어 3 cm Х 3 cm의 크기로 재단하였다.Subsequently, the mixed solution prepared above was poured into a Vat-shaped tray installed in a square polymerizer with a light irradiation device mounted on the top and preheated to 80°C. Thereafter, the mixed solution was irradiated with light. It was confirmed that the gel was formed from the surface after about 20 seconds from the time of light irradiation, and it was confirmed that the polymerization reaction occurred simultaneously with foaming about 30 seconds after the time of light irradiation. Then, the polymerization reaction was carried out for an additional 2 minutes, and the polymerized sheet was taken out and cut into a size of 3 cm 占3 cm.
그리고, 미트 쵸퍼(meat chopper)를 이용하고 다지기 공정(chopping)을 통하여 상기 재단된 시트를 가루(crump)로 제조하였다. 제조된 가루(crump)의 평균 입자 크기는 1.5 mm 이었다.Then, the cut sheet was manufactured into a crumb by using a meat chopper and through a chopping process. The average particle size of the prepared crumb was 1.5 mm.
이어서, 상하로 풍량 조절이 가능한 오븐에서 상기 가루(crump)를 건조시켰다. 건조된 가루의 함수량이 약 2 중량% 이하가 되도록, 180℃의 핫 에어(hot air)를 15분 동안 하방에서 상방으로 흐르게 하고, 다시 15분 동안 상방에서 하방으로 흐르게 하여 상기 가루(crump)를 균일하게 건조시켰다. 건조된 가루를 분쇄기로 분쇄한 다음 분급하여 150 내지 850㎛ 크기의 베이스 수지를 얻었다.Then, the powder (crump) was dried in an oven in which the air volume can be adjusted up and down. In order that the moisture content of the dried powder is less than about 2% by weight, hot air at 180° C. is flowed from the bottom to the top for 15 minutes, and then flows from the top to the bottom for 15 minutes. Dry uniformly. The dried powder was pulverized with a grinder and then classified to obtain a base resin having a size of 150 to 850 μm.
이후, 상기 제조한 베이스 수지 100 g에, 물 4.5 g, 에틸렌 카보네이트 1 g, 에어로실 200(Aerosil 200, Evonik 사) 0.05 g, 20중량% 수분산 실리카(Snowtex, ST-O) 용액 0.25g를 혼합한 가교제 용액을 혼합한 다음, 190℃에서 30분 동안 표면 가교 반응을 시켰다. 그리고, 얻어진 생성물을 분쇄하고 시브(sieve)를 이용하여 입경이 150 내지 850 ㎛인 표면 가교된 고흡수성 수지를 얻었다. 얻어진 고흡수성 수지에 에어로실 200 0.1 g을 건식으로 추가 혼합하여 고흡수성 수지를 제조하였다.Thereafter, to 100 g of the prepared base resin, 4.5 g of water, 1 g of ethylene carbonate, 0.05 g of Aerosil 200 (Aerosil 200, Evonik), 0.25 g of a 20% by weight aqueous silica (Snowtex, ST-O) solution were added. After the mixed crosslinking agent solution was mixed, a surface crosslinking reaction was performed at 190°C for 30 minutes. Then, the obtained product was pulverized and a surface crosslinked superabsorbent polymer having a particle diameter of 150 to 850 µm was obtained using a sieve. A super absorbent polymer was prepared by further mixing 0.1 g of Aerosil 200 to the obtained super absorbent polymer in a dry manner.
비교예 2Comparative Example 2
비교예 1에서 중화 용액의 제조까지는 비교예 1과 동일하게 하였다.From Comparative Example 1 to the preparation of the neutralizing solution, it was the same as in Comparative Example 1.
별도로, 물에 희석된 소디움 도데실술페이트(sodium dodecylsulfate)가 함유된 수용액을 시간당 500kg/h의 유속으로 순환하는 마이크로 버블기(오투버블사, OB-750S)에 투입하여 버블을 발생시킨 D 용액을 제조하였다. 이 때, D 용액 중의 소디움 도데실술페이트의 함량은 상기 아크릴산의 총 중량 대비 200 ppmw이 되도록 하였다. 그리고, 중화된 혼합 용액의 온도가 약 45℃로 냉각되면, 상기 혼합 용액에 미리 준비한 D 용액을 주입하여 혼합하였다. Separately, an aqueous solution containing sodium dodecylsulfate diluted in water was added to a microbubbler (O2 Bubble Co., OB-750S) circulating at a flow rate of 500 kg/h per hour to create a bubble D solution. Was prepared. At this time, the content of sodium dodecyl sulfate in the D solution was 200 ppmw based on the total weight of the acrylic acid. Then, when the temperature of the neutralized mixed solution was cooled to about 45° C., the D solution prepared in advance was injected into the mixed solution and mixed.
이후 공정은 비교예 1과 동일하게 하여 고흡수성 수지를 제조하였다. Subsequent processes were carried out in the same manner as in Comparative Example 1 to prepare a super absorbent polymer.
비교예 3Comparative Example 3
비교예 2에서, D 용액에 실리카를 상기 아크릴산 100 중량부에 대하여 0.05 중량부가 되도록 추가한 것을 제외하고는 비교예 2와 동일하게 하여 고흡수성 수지를 제조하였다. In Comparative Example 2, a super absorbent polymer was prepared in the same manner as in Comparative Example 2, except that 0.05 parts by weight of silica was added to 100 parts by weight of acrylic acid to the D solution.
비교예 4Comparative Example 4
비교예 1에서 중화 용액의 제조까지는 비교예 1과 동일하게 하였다.From Comparative Example 1 to the preparation of the neutralizing solution, it was the same as in Comparative Example 1.
별도로, 물에 희석된 소디움 도데실술페이트(sodium dodecylsulfate)가 함유된 수용액을 시간당 500kg/h의 유속으로 순환하는 마이크로 버블기(오투버블사, OB-750S)에 투입하여 버블을 발생시킨 D 용액을 제조하였다. 이 때, D 용액 중의 소디움 도데실술페이트의 함량은 상기 아크릴산의 총 중량 대비 200 ppmw이 되도록 하였다. 이 D 용액을 초음파 장치(오투버블사, OB-750S) 안에 넣어 F 용액을 제조하였다. 그리고, 상기 혼합 용액의 온도가 약 45℃로 냉각되면, 상기 혼합 용액에 미리 준비한 F 용액을 주입하여 혼합하였다.Separately, an aqueous solution containing sodium dodecylsulfate diluted in water was added to a microbubbler (O2 Bubble Co., OB-750S) circulating at a flow rate of 500 kg/h per hour to create a bubble D solution. Was prepared. At this time, the content of sodium dodecyl sulfate in the D solution was 200 ppmw based on the total weight of the acrylic acid. This D solution was put into an ultrasonic device (O2 Bubble Co., OB-750S) to prepare a F solution. Then, when the temperature of the mixed solution was cooled to about 45° C., the F solution prepared in advance was injected into the mixed solution and mixed.
이후 공정은 비교예 1과 동일하게 하여 고흡수성 수지를 제조하였다. Subsequent processes were carried out in the same manner as in Comparative Example 1 to prepare a super absorbent polymer.
<실험예><Experimental Example>
고흡수성 수지의 물성 평가Evaluation of physical properties of super absorbent polymer
상기 실시예 및 비교예에서 제조한 고흡수성 수지의 물성을 이하의 방법으로 평가하였으며, 그 결과를 표 1에 나타내었다. The physical properties of the super absorbent polymer prepared in the above Examples and Comparative Examples were evaluated by the following method, and the results are shown in Table 1.
(1) 벌크 밀도: (1) Bulk density:
고흡수성 수지 약 100g을 깔때기 형태의 벌크 밀도 측정기기에 넣고 100 ml 용기에 흘러내린 후 용기 내에 들어간 고흡수성 수지의 중량을 측정하였다. 벌크 밀도는 (고흡수성 수지 중량)/(용기 부피, 100ml)로 계산하였다. (단위: g/ml).About 100 g of the super absorbent polymer was placed in a funnel-type bulk density measuring device, flowed down into a 100 ml container, and the weight of the super absorbent polymer entered into the container was measured. The bulk density was calculated as (super absorbent polymer weight)/(container volume, 100 ml). (Unit: g/ml).
(2) 흡수 속도(Vortex time)(2) absorption rate (Vortex time)
실시예 및 비교예의 고흡수성 수지의 흡수 속도는 국제특허 공개번호 제1987-003208호에 기재된 방법에 준하여 초 단위로 측정되었다.The absorption rate of the superabsorbent polymers of Examples and Comparative Examples was measured in seconds according to the method described in International Patent Publication No. 1987-003208.
구체적으로, 흡수 속도(혹은 vortex time)는 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.Specifically, for the absorption rate (or vortex time), 2 g of superabsorbent resin was added to 50 mL of physiological saline at 23°C to 24°C, and a magnetic bar (diameter 8 mm, length 31.8 mm) was stirred at 600 rpm to vortex ( vortex) was calculated by measuring the time until disappearance in seconds.
(3) 원심분리 보수능(CRC: Centrifuge Retention Capacity)(3) Centrifuge Retention Capacity (CRC)
각 수지의 무하중하 흡수 배율에 의한 보수능을 EDANA WSP 241.3에 따라 측정하였다. The water holding capacity of each resin was measured according to EDANA WSP 241.3.
구체적으로, 실시예 및 비교예를 통해 각각 얻은 수지에서, #30-50의 체로 분급한 수지를 얻었다. 이러한 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.Specifically, from the resin obtained through the Examples and Comparative Examples, respectively, to obtain a resin classified through a sieve #30-50. This resin W 0 (g) (about 0.2 g) was evenly put in a nonwoven bag and sealed, and then immersed in physiological saline (0.9% by weight) at room temperature. After 30 minutes elapsed, water was removed from the bag for 3 minutes under the condition of 250 G using a centrifuge, and the mass W 2 (g) of the bag was measured. Moreover, after performing the same operation without using a resin, the mass W 1 (g) at that time was measured. Using each obtained mass, CRC (g/g) was calculated according to the following equation.
[수학식 1][Equation 1]
CRC (g/g) = {[W2(g) - W1(g)]/W0(g)} - 1CRC (g/g) = {[W 2 (g)-W 1 (g)]/W 0 (g)}-1
(4) 가압 흡수능 (AUL: Absorbency under Load)(4) Absorbency under load (AUL)
각 수지의 0.9 psi의 가압 흡수능을, EDANA법 WSP 242.3에 따라 측정하였다. The pressure absorption capacity of 0.9 psi of each resin was measured according to the EDANA method WSP 242.3.
먼저, 가압 흡수능 측정시에는, 상기 CRC 측정시의 수지 분급분을 사용하였다. First, in the measurement of the absorbency under pressure, the resin fraction in the CRC measurement was used.
구체적으로, 내경 25 mm의 플라스틱의 원통 바닥에 스테인레스제 400 mesh 철망을 장착시켰다. 상온 및 습도 50%의 조건 하에서 철망 상에 흡수성 수지 W0(g) (0.16 g)을 균일하게 살포하고, 그 위에 0.9 psi의 하중을 균일하게 더 부여할 수 있는 피스톤은 외경 25 mm 보다 약간 작고 원통의 내벽과 틈이 없고 상하 움직임이 방해 받지 않게 하였다. 이때 상기 장치의 중량 W3(g)을 측정하였다.Specifically, a 400 mesh stainless steel mesh was mounted on the bottom of a plastic cylinder having an inner diameter of 25 mm. The piston that can uniformly spray the water absorbent resin W 0 (g) (0.16 g) on the wire mesh under the conditions of room temperature and humidity of 50% and uniformly apply a load of 0.9 psi on it is slightly smaller than the outer diameter of 25 mm. There is no gap with the inner wall of the cylinder, and the vertical movement is not disturbed. At this time, the weight W 3 (g) of the device was measured.
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.A glass filter having a diameter of 90 mm and a thickness of 5 mm was placed on the inside of a 150 mm diameter PET dish, and a physiological saline solution composed of 0.9 wt% sodium chloride was at the same level as the upper surface of the glass filter. One sheet of filter paper with a diameter of 90 mm was mounted on it. The measuring device was placed on a filter paper, and the liquid was absorbed for 1 hour under load. After 1 hour, the measuring device was lifted and the weight W 4 (g) was measured.
얻어진 각 질량을 이용하여 다음 식에 따라 가압 흡수능(g/g)을 산출하였다.Using each obtained mass, the absorbency under pressure (g/g) was calculated according to the following equation.
[수학식 2][Equation 2]
AUL(g/g) = [W4(g) - W3(g)]/W0(g)AUL(g/g) = [W 4 (g)-W 3 (g)]/W 0 (g)
(5) 0.3 psi 5min Gel-AUL (Absorbency under Load)(5) 0.3 psi 5min Gel-AUL (Absorbency under Load)
측정하고자 하는 고흡수성 수지 중, 미국 표준 30 mesh 스크린을 통과하고, 미국 표준 50 mesh 스크린 위에는 유지되는 고흡수성 수지를 선별하여, 입경이 300 ㎛ 내지 600 ㎛인 고흡수성 수지에 대하여, Gel-AUL을 측정하였다. Among the super absorbent polymers to be measured, the super absorbent polymers that pass through the US standard 30 mesh screen and remain on the US standard 50 mesh screen are selected. For super absorbent polymers having a particle diameter of 300 µm to 600 µm, Gel-AUL is used. Measured.
구체적으로, 내경 25 mm의 플라스틱의 원통 바닥에 스테인레스제 400 mesh 철망을 장착시켰다. 상온 및 습도 50%의 조건 하에서 철망 상에 흡수성 수지 W0(g) (0.16 g)을 균일하게 살포하고, 그 위에 0.3 psi의 하중을 균일하게 더 부여할 수 있는 피스톤은 외경 25 mm 보다 약간 작고 원통의 내벽과 틈이 없고 상하 움직임이 방해 받지않게 하였다. 이때 상기 장치의 중량 W3(g)을 측정하였다.Specifically, a 400 mesh stainless steel mesh was mounted on the bottom of a plastic cylinder having an inner diameter of 25 mm. The piston that can uniformly spray the water absorbent resin W 0 (g) (0.16 g) on the wire mesh under the conditions of room temperature and humidity of 50%, and uniformly apply a load of 0.3 psi on it is slightly smaller than the outer diameter of 25 mm. There is no gap with the inner wall of the cylinder, and the vertical movement is not disturbed. At this time, the weight W 3 (g) of the device was measured.
이어서 0.3 psi 가압 하에 5분 동안 생리 식염수를 흡수시킨 후 진공 하에 5 psi 하에서 30초 동안 진공 탈리시켜 겔과 겔 사이에 존재하는 생리 식염수를 제거하고, 온전히 겔이 머금은 생리 식염수를 포함한 측정 장치의 중량 W4(g)를 측정하였다. Subsequently, the physiological saline solution was absorbed under 0.3 psi pressure for 5 minutes, and then vacuum desorbed for 30 seconds under 5 psi under vacuum to remove the physiological saline solution existing between the gel and the gel, and the weight of the measuring device including the physiological saline solution containing the gel intact. W 4 (g) was measured.
이렇게 얻어진 각 질량을 이용하여 하기 수학식 2에 따라 0.3 psi의 5분 gel-AUL(g/g)를 산출하였다.Using each mass thus obtained, a 5-minute gel-AUL (g/g) of 0.3 psi was calculated according to Equation 2 below.
[수학식 2][Equation 2]
0.3 psi의 5분 gel-AUL(g/g) = [W4(g) - W3(g)]/ W0(g)0.3 psi for 5 minutes gel-AUL(g/g) = [W 4 (g)-W 3 (g)]/ W 0 (g)
상기 수학식 2에서,In Equation 2,
W0(g)는 고흡수성 수지의 초기 무게(0.16 g)이고, W 0 (g) is the initial weight (0.16 g) of the super absorbent polymer,
W3(g)는 고흡수성 수지의 초기 무게 및 상기 고흡수성 수지에 0.3 psi 하중을 부여할 수 있는 장치 무게의 총합(g)이고,W 3 (g) is the sum of the initial weight of the super absorbent polymer and the weight of the device capable of applying a 0.3 psi load to the super absorbent polymer (g),
W4(g)는 0.3 psi 가압 하에 5분 동안 생리 식염수를 흡수시키고, 진공 하에 5 psi 하에서 30초 동안 진공 탈리시킨 후, 고흡수성 수지의 무게 및 상기 고흡수성 수지에 0.3 psi 하중을 부여할 수 있는 장치 무게의 총합(g)이다.W 4 (g) absorbs physiological saline for 5 minutes under a pressure of 0.3 psi, and vacuum desorption under 5 psi for 30 seconds under vacuum, and then a weight of the super absorbent polymer and a 0.3 psi load can be applied to the super absorbent polymer. It is the sum of the weights of the devices in grams.
(6) 표면 장력(S/T) (6) Surface tension (S/T)
Fisher 장력계를 이용하여 액체의 표면장력을 측정하였다. 측정 방법은 다음과 같다. 0.9 중량% 염수 150g 정도를 250㎖ Beaker에 담고, Magnetic stirrer로 교반하면서 2inch 깊이의 소용돌이를 만든다.The surface tension of the liquid was measured using a Fisher tensiometer. The measurement method is as follows. About 150g of 0.9 wt% brine is put in a 250ml beaker, and a 2inch deep vortex is made while stirring with a magnetic stirrer.
이후 시료 1.0±0.01g을 정칭하여 교반 중인 용액에 넣는다. 교반시간이 3분이 경과되면 교반을 멈추고 깨끗한 핀셋으로 교반봉을 제거하고 시료의 겔이 바닥에 가라앉도록 최소 15분 동안 방치한다. 15분 방치 후에 유액의 표면 바로 밑에 피펫의 끝을 넣고 충분한 용액을 뽑아낸다.Then, 1.0±0.01 g of a sample is accurately weighed and added to the stirring solution. When the stirring time elapses for 3 minutes, stop stirring, remove the stirring rod with clean tweezers, and leave for at least 15 minutes so that the gel of the sample sinks to the bottom. After leaving for 15 minutes, put the tip of the pipette just under the surface of the emulsion and draw out enough solution.
유액을 깨끗한 Sample 컵에 옮긴다. 유액이 담긴 Sample 컵을 Sample 테이블 위에 놓은 후 다이얼을 영(Zero)에 맞춘다.Transfer the emulsion to a clean sample cup. After placing the sample cup containing the emulsion on the sample table, set the dial to zero.
깨끗한 플라티늄-이리듐 Ring(P-I Ring)을 눈금이 있는 장력 측정기에 고정 시킨다. P- I Ring 유액의 표면 아래로 잠길 때까지 바닥 손잡이를 시계 방향으로 돌려서 Sample 테이블을 들어올린다.Fix a clean platinum-iridium ring (P-I ring) to a tension gauge with a scale. Raise the sample table by turning the bottom handle clockwise until it is submerged under the surface of the P-I Ring fluid.
P- I Ring을 약 35초 정도 담가 놓은 후 회전핀을 풀어서 자유롭게 매달리게 한다. Reference Arm 이 거울 위의 선과 평행이 될 때까지 바닥 손잡이를 돌린다. 일정한 비율로 P- I Ring을 천천히 들어올린다. After soaking the P-I Ring for about 35 seconds, loosen the rotation pin and let it hang freely. Turn the floor handle until the reference arm is parallel to the line on the mirror. Slowly lift the P-I Ring at a constant rate.
P- I Ring 유액의 표면을 떠났을 때의 전면 다이얼의 숫자를 기록한다. 이것이 dyne/㎠로 표시한 표면장력이다. 측정된 표면장력 값을 보정계산에 의해 실제 표면장력 값을 계산한다.Record the number on the front dial when it leaves the surface of the P-I Ring fluid. This is the surface tension expressed in dyne/cm2. Calculate the actual surface tension value by correcting the measured surface tension value.
실제 표면장력 = P x F 20Actual surface tension = P x F 20
P = 측정 표면장력 (다이얼에서 읽은 눈금)P = measured surface tension (scale read from dial)
F = 조정한 아래의 식F = adjusted equation
R = 링의 반경R = radius of the ring
r = 링 막대의 반경r = radius of ring rod
C = 링의 원주C = circumference of the ring
(7) 겔 베드 투과율 (GBP)(7) Gel bed transmittance (GBP)
실시예 및 비교예의 고흡수성 수지의 생리 식염수에 대한 자유 팽윤 겔 베드 투과율(GBP)은 특허출원 제2014-7018005호의 도 1 내지 3에 도시된 장치를 사용하여, 상기 특허출원 제2014-7018005호의 명세서에 기재된 방법에 따라 측정하였다.The free-swelling gel bed permeability (GBP) of the superabsorbent polymers of Examples and Comparative Examples with respect to physiological saline was determined by using the apparatus shown in FIGS. 1 to 3 of 2014-7018005, and the specification of the 2014-7018005 It was measured according to the method described in.
(g/ml)Bulk density
(g/ml)
(mN/m)Surface tension
(mN/m)
(g/g)CRC
(g/g)
(g/g)0.3 psi 5min Gel AUL
(g/g)
(darcy)GBP
(darcy)
상기 표 1을 참고하면, 실시예 1 내지 4는 비교예 1 내지 4와 비교하여, 우수한 겔 강도, 및 표면 장력을 나타내면 향상된 흡수 속도를 가짐이 확인되었다. Referring to Table 1, it was confirmed that Examples 1 to 4 had an improved absorption rate when exhibiting excellent gel strength and surface tension compared to Comparative Examples 1 to 4.
한편 기계적 발포 공정없이 기포를 생성시킨 비교예 1은 다량의 발포제와 계면활성제를 사용하였음에도 불구하고 5분 Gel AUL과 흡수 속도가 실시예들보다 매우 낮게 나타났다. 초음파에 의한 미세 기포 생성 단계를 수행하지 않은 비교예 2 내지 3은 흡수 속도가 40초 이상으로 낮았고, 무기 미립자를 투입하지 않고 2단계의 기포 생성 단계를 수행한 경우 비교예 4는 비교예 2 나 3보다는 흡수 속도가 다소 빨라졌으나, 실시예 수준으로 흡수 속도가 향상되지는 못하였다. 또한 비교예 1 내지 4는 모두 계면활성제를 다량으로 사용하여 표면 장력이 68 mN/m 미만으로 낮아졌으며 이에 의해 기저귀에 적용시 소변 누출(leakage)의 가능성이 높을 것으로 예상되었다. On the other hand, Comparative Example 1, in which bubbles were generated without a mechanical foaming process, was shown to have a gel AUL and absorption rate for 5 minutes that were much lower than those of the Examples even though a large amount of foaming agent and surfactant were used. Comparative Examples 2 to 3, in which the microbubble generation step by ultrasonic waves was not performed, had an absorption rate as low as 40 seconds or more, and when the second-step bubble generation step was performed without adding inorganic fine particles, Comparative Example 4 is Comparative Example 2 or The absorption rate was slightly faster than that of 3, but the absorption rate was not improved to the level of the Example. In addition, in Comparative Examples 1 to 4, the surface tension was lowered to less than 68 mN/m by using a large amount of surfactant, whereby the possibility of urine leakage was expected to be high when applied to a diaper.
Claims (19)
수용액에 대하여 마이크로 버블 발생기(microbubble generator)를 이용하여 기포를 생성하는 단계;
상기 기포가 발생된 수용액에 무기 미립자를 투입하고 초음파 장치(ultrasonication)를 이용하여 미세 기포를 생성하는 단계;
상기 미세 기포가 생성된 수용액과 상기 단량체 조성물을 혼합한 후 가교 중합하여 함수겔 중합체를 형성하는 단계;
상기 함수겔 중합체를 건조, 분쇄 및 분급하여 베이스 수지 분말을 형성하는 단계; 및
표면 가교제 존재 하에, 상기 베이스 수지 분말의 표면을 추가 가교하여 표면 가교층을 형성하는 단계를 포함하는, 고흡수성 수지의 제조 방법.
Preparing a monomer composition comprising a water-soluble ethylenically unsaturated monomer, an internal crosslinking agent, and a polymerization initiator having at least partially neutralized acidic groups;
Generating air bubbles in the aqueous solution using a microbubble generator;
Introducing inorganic fine particles into the aqueous solution in which bubbles are generated, and generating fine bubbles using an ultrasonic device (ultrasonication);
Mixing the aqueous solution in which the microbubbles are generated and the monomer composition, followed by crosslinking polymerization to form a hydrogel polymer;
Drying, pulverizing and classifying the hydrogel polymer to form a base resin powder; And
In the presence of a surface crosslinking agent, the method for producing a super absorbent polymer comprising the step of forming a surface crosslinking layer by further crosslinking the surface of the base resin powder.
상기 무기 미립자는 실리카(silica), 클레이(clay), 알루미나, 실리카-알루미나 복합재, 및 티타니아로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상을 포함하는 고흡수성 수지의 제조 방법.
The method of claim 1,
The inorganic fine particles are silica (silica), clay (clay), alumina, silica-alumina composite, and a method of producing a super absorbent polymer comprising at least one selected from the group consisting of titania.
상기 무기 미립자는 상기 수용성 에틸렌계 불포화 단량체 100 중량부에 대하여 0.05 내지 1 중량부로 투입하는, 고흡수성 수지의 제조 방법.
The method of claim 1,
The inorganic fine particles are added in an amount of 0.05 to 1 parts by weight based on 100 parts by weight of the water-soluble ethylenically unsaturated monomer.
상기 단량체 조성물 또는 수용액은 계면 활성제를 더 포함하는, 고흡수성 수지의 제조 방법.
The method of claim 1,
The monomer composition or aqueous solution further comprises a surfactant, a method for producing a super absorbent polymer.
상기 계면 활성제는 음이온성 계면 활성제 또는 비이온성 계면 활성제를 포함하는, 고흡수성 수지의 제조 방법.
The method of claim 4,
The surfactant comprises an anionic surfactant or a nonionic surfactant, a method for producing a super absorbent polymer.
상기 계면 활성제는 상기 수용성 에틸렌계 불포화 단량체의 총 중량에 대하여 150 ppmw 이하의 농도로 포함되는, 고흡수성 수지의 제조 방법.
The method of claim 4,
The surfactant is contained in a concentration of 150 ppmw or less based on the total weight of the water-soluble ethylenically unsaturated monomer, a method for producing a super absorbent polymer.
상기 단량체 조성물은 발포제를 포함하지 않는, 고흡수성 수지의 제조 방법.
The method of claim 1,
The monomer composition does not contain a foaming agent, a method for producing a super absorbent polymer.
상기 수용성 에틸렌계 불포화 단량체는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물인, 고흡수성 수지의 제조 방법:
[화학식 1]
R1-COOM1
상기 화학식 1에서,
R1는 불포화 결합을 포함하는 탄소수 2 내지 5의 알킬 그룹이고,
M1는 수소원자, 1가 또는 2가 금속, 암모늄기 또는 유기 아민염이다.
The method of claim 1,
The water-soluble ethylenically unsaturated monomer is a compound represented by the following formula (1), a method for producing a super absorbent polymer:
[Formula 1]
R 1 -COOM 1
In Formula 1,
R 1 is an alkyl group having 2 to 5 carbon atoms containing an unsaturated bond,
M 1 is a hydrogen atom, a monovalent or divalent metal, an ammonium group, or an organic amine salt.
상기 고흡수성 수지는 볼텍스법에 의한 흡수 속도(vortex time)가 5 내지 35초인, 고흡수성 수지의 제조 방법.
The method of claim 1,
The super absorbent polymer has a vortex time of 5 to 35 seconds according to the vortex method.
상기 고흡수성 수지는, 0.3 psi에서의 5분 Gel-AUL이 19 내지 24 g/g인, 고흡수성 수지의 제조 방법.
The method of claim 1,
The super absorbent polymer has a 5 minute Gel-AUL at 0.3 psi of 19 to 24 g/g, a method for producing a super absorbent polymer.
상기 고흡수성 수지는, 표면 장력이 68 내지 72 mN/m인, 고흡수성 수지의 제조 방법.
The method of claim 1,
The super absorbent polymer has a surface tension of 68 to 72 mN/m, a method for producing a super absorbent polymer.
상기 고흡수성 수지는, EDANA 법 WSP 241.3에 따라 측정한 보수능(CRC)이 25 내지 35 g/g인, 고흡수성 수지의 제조 방법.
The method of claim 1,
The super absorbent polymer has a water holding capacity (CRC) of 25 to 35 g/g measured according to EDANA method WSP 241.3, a method for producing a super absorbent polymer.
상기 고흡수성 수지는 볼텍스법에 의한 흡수 속도(vortex time)가 5 내지 35초이고, 0.3 psi에서의 5분 Gel-AUL이 19 내지 24 g/g인 고흡수성 수지.
A base resin powder containing a crosslinked polymer of a water-soluble ethylenically unsaturated monomer having an acidic group at least partially neutralized; And a surface crosslinked layer formed on the base resin powder, wherein the crosslinked polymer is further crosslinked via a surface crosslinking agent,
The super absorbent polymer has a vortex time of 5 to 35 seconds and a 5 minute Gel-AUL at 0.3 psi of 19 to 24 g/g.
표면 장력이 68 내지 72 mN/m인, 고흡수성 수지.
The method of claim 13,
A superabsorbent polymer having a surface tension of 68 to 72 mN/m.
EDANA 법 WSP 241.3에 따라 측정한 보수능(CRC)이 25 내지 35 g/g인, 고흡수성 수지.
The method of claim 13,
The water holding capacity (CRC) measured according to the EDANA method WSP 241.3 is 25 to 35 g / g, super absorbent polymer.
입경이 150 내지 850 ㎛인 고흡수성 수지가 전체 중량에 대하여 90 중량% 이상으로 포함되고, 300㎛ 이하의 입경을 갖는 입자가 20 중량% 이하로 포함되는, 고흡수성 수지.
The method of claim 13,
A super absorbent polymer having a particle diameter of 150 to 850 μm is included in an amount of 90% by weight or more based on the total weight, and particles having a particle diameter of 300 μm or less are included in an amount of 20% by weight or less.
상기 고흡수성 수지는 겔 베드 투과율(GBP)이 25 내지 50 다르시(darcy)인 고흡수성 수지.
The method of claim 13,
The super absorbent polymer is a super absorbent polymer having a gel bed transmittance (GBP) of 25 to 50 darcy.
상기 고흡수성 수지는 벌크 밀도(bulk density)가 0.50 내지 0.65g/ml인, 고흡수성 수지.
The method of claim 13,
The super absorbent polymer has a bulk density of 0.50 to 0.65 g/ml.
상기 고흡수성 수지는 EDANA 법 WSP 242.3에 따라 측정한 0.9 psi의 가압 흡수능(AUL)이 16 내지 23 g/g인 고흡수성 수지.The method of claim 13,
The super absorbent polymer has a pressure absorption capacity (AUL) of 0.9 psi measured according to the EDANA method WSP 242.3 from 16 to 23 g/g.
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