KR20210090755A - 생분해성 흡수성 물질 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다음 단계를 포함하는 생분해성 흡수성 물질의 제조 방법을 개시한다: (1) 표면층 친수성 부직포 직물을 제조하는 단계; (2) 대마사를 원료로 취하여 바이오 기반의 수분 흡수성 수지를 제조하는 단계; (3) 얻은 바이오 기반의 수분 흡수성 수지에 글리세릴 스테아레이트(glyceryl stearate)를 첨가하고, 그 결과물을 압출 성형하여 핵심층 물질을 제조하는 단계; 및 (4) 핵심층 물질의 표면을 표면층 친수성 부직포 직물로 덮고, 융합을 위해 고온 압축하여 생분해성 흡수성 물질을 제조하는 단계.

Description

생분해성 흡수성 물질{A BIODEGRADABLE ABSORBENT MATERIAL}

본 발명은 유기 중합체 화합물의 기술 분야에 관한 것으로, 특히 분해성의 수분 흡수성 수지를 포함하는 생분해성 흡수성 물질 및 그 제조 방법과 용도에 관한 것이다.

수분 흡수성 수지의 전형적인 예는 가교된 부분적으로 중화된 폴리아크릴산(polyacrylic acid), 가수분해된 전분 아크릴로니트릴 그래프트 중합체(starch-acrylonitrile graft polymer), 가교된 아크릴아미드 중합체(acrylamide polymer), 그리고 비누화 비닐 아세테이트 아크릴레이트 공중합체(saponified vinyl acetate-acrylate copolymer)를 포함한다.

현재, 관습적인 흡수성의 물질은 대개 표면층 부직포 직물, 핵심층 흡수성 물질, 그리고 방수 바닥층으로 구성되고, 복잡한 구조, 지루한 제조 과정과 고비용을 가진다. 흡수성 물질의 사용이 증가함에 따라, 폐 흡수성 물질은 점점 늘어나고 있다. 폐 흡수성 물질은 세균을 번식시키기에 매우 민감하고, 폐 흡수성 물질을 폐기하는 것은 어렵다. 일반적으로, 폐 흡수성 물질은 오직 소각 및 매장될 수만 있어, 심각한 환경 피해를 초래한다. 따라서, 폐 흡수성 물질에 의해 초래되는 문제점은 점점 심각해져서, 시장은 생분해성 흡수성 물질을 필요로 한다. CN202426733U는 자연적으로 완전한 생분해성 흡수성 물질을 개시하였으나, 이 물질은 오직 PBAT 와 PLA 만을 흡수성 수지로 사용할 수 있고, 비교적 낮은 강도를 갖고, 긁힌 후 쉽게 파괴되어 흡수성 물질의 사용 특성을 상실할 수 있다.

발명의 요약

전술한 종래 기술의 문제점을 고려하여, 본 발명은 생분해성 흡수성 물질의 제조 방법 및 상기 방법을 이용하여 제조된 생분해성 흡수성 물질을 제공하는 것에 관한 것이다. 생분해성 흡수성 물질은 우수한 수분 흡수성 성능을 유지하는 동안 짧은 시간 내에 1m 깊이의 지하층에서 충분히 분해될 수 있다.

생분해성 흡수성 물질의 제조 방법은 다음 단계를 포함한다:

(1) 표면층 물질의 제조: 표면층 원료를 물에 넣는 단계, 균일하게 교반하는 단계, 1.5 내지 3mm 두께의 웹에 놓는 단계, 및 웹을 스펀레이스 강화하여 표면층 친수성 부직포 직물을 얻는 단계;

(2) 바이오 기반의 수분 흡수성 수지의 제조: 대마 원료를 수산화 나트륨 용액에 넣는 단계, 75 내지 90℃에서 1 내지 3시간 동안 수조에서 교반하는 단계, 물로 세척하여 중성으로 만드는 단계, 그 결과물을 수산화 나트륨/ 규산 나트륨 / 폴리인산 나트륨 혼합 용액에 넣는 단계, 75 내지 90℃에서 1 내지 3시간 동안 수조에서 교반하는 단계, 실온에서 묽은 황산으로 중화시키는 단계, 물로 세척하여 중성으로 만드는 단계, 및 그 결과물을 소성하여 디거밍된 대마 셀룰로오스를 얻는 단계; 및

얻은 디거밍된 대마 셀룰로오스를 수산화 나트륨 / 요소 혼합 용액에 용해시키는 단계, 50 내지 65℃의 질소 분위기에서 교반하는 단계, 15 내지 20분 동안 반응을 위해 과황산염(persulfate)을 첨가하는 단계, N, N' - 메틸렌 비스아크릴아미드(N,N'-methylene bisacrylamide), 아크릴아미드(acrylamide)와 부분적으로 중화된 아크릴산(acrylic acid)을 연속적으로 첨가하여 수조에서 반응시켜 반응 생성물을 얻는 단계, 그 반응 생성물을 물로 세척하여 중성으로 만드는 단계, 탈수시키는 단계, 및 건조시켜 바이오 기반의 수분 흡수성 수지를 얻는 단계;

(3) 핵심층 물질의 제조: 얻은 바이오 기반의 수분 흡수성 수지에 글리세릴 스테아레이트(glyceryl stearate)를 첨가하는 단계, 70 내지 90℃로 온도를 조절하는 동안 혼합 및 교반하는 단계, 20분 내지 1시간 동안 유지하는 단계, 가열하여 완전히 용융하는 단계, 20분 내지 40분 동안 유지하여 개질된 수분 흡수성 수지를 얻는 단계, 그 얻은 개질된 수분 흡수성 수지를 압출기에 넣는 단계, 및 압출 성형하여 핵심층 물질을 얻는 단계; 및

(4) 생분해성 흡수성 물질의 제조: 핵심층 물질의 표면을 표면층 친수성 부직포 직물로 덮는 단계, 및 융합을 위해 고온 압축하여 생분해성 흡수성 물질을 얻는 단계.

본 발명은 또한 상기 방법에 의해 제조된 생분해성 흡수성 물질 및 이의 용도를 제공한다.

본 발명의 방법에 의해 제조된 생분해성 흡수성 물질은 다양한 용도로 널리 사용될 수 있다. 일반적으로, 이것은 의료 흡수성 물질, 성 건강, 개인 위생 제품 및 유아용 제품에 사용할 수 있다. 선택적으로, 핵심층 물질로서 사용되는 바이오 기반의 수분 흡수성 수지는 또한 농업용 묘목 재배에 사용될 수도 있으며, 예를 들어, 묘목 재배를 위한 수분 보유 물질로서 사용될 수 있다.

본 발명의 방법에 의해 제조된 생분해성 흡수성 물질은 우수한 수분 흡수성 성능을 보장하는 동안 자연 환경에서 빠르게 분해 될 수 있으므로, 환경 오염을 피할 수 있다. 본 발명의 표면층 원료 및 본 발명의 방법을 사용하여 제조된 표면층 물질은 우수한 기체 투과성, 항알레르기 특성, 수분 투과성 및 항균 특성을 갖는다.

생분해성 흡수성 물질의 제조 방법에 사용되는 표면층 원료는 전형적으로 수분 흡수성 수지 복합 섬유 70 내지 80 중량부, 키토산 섬유 3 내지 5 중량부, 면 섬유 25 내지 35 중량부, 및 나노 항균 바이오단백질 섬유 15 내지 20 중량부를 포함한다.

수분 흡수성 수지 복합 섬유는 다음 단계에 의해 제조된다: 미세 다공성 실리카 겔을 수분 흡수성 수지에 첨가하는 단계, 가열하여 완전히 용융하는 단계, 수분 흡수성 수지에 대해 카르복시메틸 셀룰로오스(carboxymethyl cellulose)를 10% 이하의 중량으로 첨가하는 단계, 열 보존 하에서 균일하게 교반하는 단계, 및 그 결과물을 압출하여 수분 흡수성 수지 복합 섬유를 얻는 단계.

예시

본 발명은 다음의 모범적인 실시예에 의해 추가로 설명되지만, 본 발명은 후술하는 특정 실시예에 제한되지 않는다.

제조예 1

바이오 기반의 수분 흡수성 수지 A의 제조

1) 황마사(jute yarns)를 잘게 자르고, 황마사 / 수산화 나트륨 용액 질량비 1:20로 수산화 나트륨 용액(10g/l)에 넣고, 60℃에서 1.4시간 동안 수조에서 교반하고, 물로 세척하여 중성으로 만들었다. 수산화 나트륨 / 규산 나트륨 / 폴리인산 나트륨의 혼합 용액 (수산화 나트륨: 규산 나트륨: 폴리인산 나트륨의 질량비는 10:1.5:4 이다)을 제조하였다. 상기 처리된 황마사를 1:25의 질량비로 상기 혼합 용액에 첨가하고, 80℃에서 1시간 동안 수조에서 교반하고, 묽은 황산으로 중화시키고 물로 세척하여 중성으로 만들고, 소성하여 디거밍된 황마 셀룰로오스를 얻었다.

2) 얻은 디거밍된 건조 황마 셀룰로오스 3g을 80ml 수산화 나트륨 / 요소 혼합 용액 (수산화 나트륨: 요소: 탈이온수의 질량비는 7:16:90 이다)에 용해시키고, 63℃의 질소 분위기에서 균일하게 교반하였다; 그리고 과황산칼륨(potassium persulfate) 0.4g을 첨가하여 20분 동안 반응시키고, 0.12g의 N, N'- 메틸렌 비스아크릴아미드, 3.5g의 아크릴아미드 및 8g의 부분적으로 중화된 아크릴산 (중화도 55%)을 순차적으로 첨가하여 20분 동안 수조에서 반응시켜 생성물을 얻었다; 그리고 그 생성물을 물로 세척하여 중성으로 만들고, 탈수시키고, 65℃의 오븐에서 건조시켜 바이오 기반의 수분 흡수성 수지 A를 얻었다.

제조예 2

바이오 기반의 수분 흡수성 수지 B의 제조

1) 아바카사(abaca yarns)를 잘게 자르고, 아바카사 / 수산화 나트륨 용액 질량비 1:20로 수산화 나트륨 용액(10g/l)에 넣고, 60℃에서 1.4시간 동안 수조에서 교반하고, 물로 세척하여 중성으로 만들었다. 수산화 나트륨 / 규산 나트륨 / 폴리인산 나트륨의 혼합 용액 (수산화 나트륨: 규산 나트륨: 폴리인산 나트륨의 질량비는 10:1.5:4 이다)을 제조하였다. 상기 처리된 아바카사를 1:25의 질량비로 상기 혼합 용액에 첨가하고, 80℃에서 45분 동안 수조에서 교반하고, 묽은 황산으로 중화시키고 물로 세척하여 중성으로 만들고, 소성하여 디거밍된 아바카 셀룰로오스를 얻었다.

2) 얻은 디거밍된 건조 아바카 셀룰로오스 2g을 60ml 수산화 나트륨 / 요소 혼합 용액 (수산화 나트륨: 요소: 탈이온수의 질량비는 7:16:90 이다)에 용해시키고, 63℃의 질소 분위기에서 균일하게 교반하였다; 과황산암모늄(ammonium persulfate) 0.3g을 첨가하여 15분 동안 반응시키고, 0.08g의 N, N'- 메틸렌 비스아크릴아미드, 3.0g의 아크릴아미드 및 6.5g의 부분적으로 중화된 아크릴산 (중화도 55%)을 순차적으로 첨가하여 15분 동안 수조에서 반응시켜 생성물을 얻었다; 그리고 그 생성물을 물로 세척하여 중성으로 만들고, 탈수시키고, 65℃의 오븐에서 건조시켜 바이오 기반의 수분 흡수성 수지 B를 얻었다.

실시예 1:

흡수성 물질 1의 제조

상업적으로 구할 수 있는 아크릴아미드 기반의 수분 흡수성 수지 60 중량부에, 미세 기공 실리카 겔 10 중량부를 첨가하고, 진공 하에서 가열하여 완전히 용융하고, 20분 동안 유지시켰다; 그리고 수분 흡수성 수지 중량의 7%로 카르복시메틸 셀룰로오스(carboxymethyl cellulose)를 첨가하여 혼합물을 얻고, 그 혼합물을 40분 동안 열 보존 하에서 교반하고, 압출하여 수분 흡수성 수지 복합 섬유 1을 얻었다. 그 얻은 수분 흡수성 수지 복합 섬유 1, 키토산 섬유 4 중량부, 면 섬유 30 중량부 및 항균 바이오단백질 섬유 15 중량부를 물에 넣고, 균일하게 교반하고, 1.5mm 두께의 웹에 놓고, 그 웹을 스펀레이스 강화하여 표면층 친수성 부직포 직물 1을 얻었다.

상기 제조예 1에서 제조된 바이오 기반의 수분 흡수성 수지 A에 4 중량부의 글리세릴 트리스테아레이트(glyceryl tristearate)를 첨가하고 85℃로 1 시간 동안 온도를 조절하는 동안 교반하면서 혼합하여 혼합물을 얻고, 그 혼합물을 가열하여 완전히 용융하고, 40분 동안 유지하여 개질된 수분 흡수성 수지 1을 얻었다. 얻은 개질된 수분 흡수성 수지를 압출기에 넣고 압출 성형하여 핵심층 물질 1을 얻었다.

상기 표면층 친수성 부직포 직물 1을 핵심층 물질 1의 두 표면에 각각 코팅하고, 융합을 위해 초음파적으로 고온 압축하여, 생분해성 흡수성 물질 1를 얻었다.

실시예 2:

흡수성 물질 2의 제조

상업적으로 구할 수 있는 아크릴아미드 기반의 수분 흡수성 수지 55 중량부에, 미세 기공 실리카 겔 13 중량부를 첨가하고, 진공 하에서 가열하여 완전히 용융하고, 20분 동안 유지시켰다; 그리고 수분 흡수성 수지 중량의 7%로 카르복시메틸 셀룰로오스(carboxymethyl cellulose)를 첨가하여 혼합물을 얻고, 그 혼합물을 40분 동안 열 보존 하에서 교반하고, 압출하여 수분 흡수성 수지 복합 섬유 2를 얻었다. 그 얻은 수분 흡수성 수지 복합 섬유 2, 키토산 섬유 5 중량부, 면 섬유 34 중량부 및 항균 바이오단백질 섬유 18 중량부를 물에 넣고, 균일하게 교반하고, 2.5mm 두께의 웹에 놓고, 그 웹을 스펀레이스 강화하여 표면층 친수성 부직포 직물 2를 얻었다.

상기 제조예 2에서 제조된 바이오 기반의 수분 흡수성 수지 B에 4.5 중량부의 글리세릴 트리스테아레이트(glyceryl tristearate)를 첨가하고 85℃로 1 시간 동안 온도를 조절하는 동안 교반하면서 혼합하여 혼합물을 얻고, 그 혼합물을 가열하여 완전히 용융하고, 40분 동안 유지하여 개질된 수분 흡수성 수지 2를 얻었다. 얻은 개질된 수분 흡수성 수지를 압출기에 넣고 압출 성형하여 핵심층 물질 2를 얻었다.

상기 표면층 친수성 부직포 직물 2를 핵심층 물질 2의 두 표면에 각각 코팅하고, 융합을 위해 초음파적으로 고온 압축하여, 생분해성 흡수성 물질 2를 얻었다.

비교예 1

표면층 물질로서 상업적으로 구할 수 있는 부직포 직물을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 흡수성 물질을 제조하여, 흡수성 물질 3을 제조하였다.

비교예 2

핵심층 물질을 위한 수분 흡수성 수지로 본 발명의 제조예 1의 바이오 기반의 수분 흡수성 수지 대신 가교된 폴리아크릴아미드 기반의 수분 흡수성 수지를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 흡수성 물질을 제조하여, 흡수성 물질 4를 제조하였다.

비교예 3

핵심층 물질을 위한 수분 흡수성 수지로 본 발명의 제조예 2의 바이오 기반의 수분 흡수성 수지 대신 폴리락트산(polylactic acid) 기반의 수분 흡수성 수지를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 2과 동일한 방법으로 흡수성 물질을 제조하여, 흡수성 물질 5를 제조하였다.

성능 평가:

1. 수분 흡수성 성능

8cm x 5cm 크기의 상기 흡수성 물질 1 내지 5를 각각 취하고, 각각의 흡수성 물질의 수분 흡수성 성능을 GBT8939를 참조하여, 수분 흡수성 비율 시험기 WSJ-XS05를 사용하여 측정하였다.

수분 흡수성 비율의 계산 방법은 다음과 같다:

수분 흡수성 비율 = (W2-W1)/W1

여기서, W2는 수분 흡수 후 흡수성 물질의 질량이고, W1은 수분 흡수 전 흡수성 물질의 질량이다.

2. 분해 주기

분해 주기 시험: 각각 실시예 1 및 비교예 1 내지 2로부터 제조된 액상 필름 건조 분말에 증류수를 첨가하여 10wt% 졸 용액을 제조하고, 그 졸 용액을 토양 표면에 1L/m²의 양으로 분무하여, 25℃의 모의 햇빛 하에서 분해 주기를 시험하였다.

흡수성 물질 1 내지 5를 3 내지 5cm의 크기로 각각 분쇄하고, 깊이 1m의 지하에 자연스럽게 묻고, 그 토양을 다시 채우고, 90% 분해율의 분해 주기를 검출하여 분해성을 다음 기준에 따라 평가하였다.

훌륭: 50 내지 70일의 분해 주기.

우수: 70일 초과 180일까지의 분해 주기.

나쁨: 180일 초과의 분해 주기

평가 결과를 아래의 표1에 나타냈다.

평과 결과

	수분 흡수성 비율	분해성
흡수성 물질 1	55.2	훌륭
흡수성 물질 2	53.1	훌륭
흡수성 물질 3	47.6	우수
흡수성 물질 4	51.3	나쁨
흡수성 물질 5	52.1	훌륭

표 1의 결과는, 본 발명의 방법에 의해 제조된 각각의 흡수성 물질이 우수한 수분 흡수성 성능을 유지하면서도 70일 이내에 1m 지하 환경에서 충분한 분해 효과를 달성함을 보여주었다. 한편, 흡수성 물질3 (비교예1) 및 흡수성 물질4 (비교예2) 각각은 현저하게 불충분한 분해성을 가지고, 흡수성 물질4는 180일 이내에 효과적인 분해를 달성할 수 없었다.

게다가, 비록 폴리락트산 기반의 수분 흡수성 수지를 사용하여 제조된 흡수성 물질5는 비교적 우수한 수분 흡수성 성능을 유지하면서 우수한 분해를 달성하였지만, 이 물질은 수분 흡수 후의 강도가 현저하게 불충분하였고, 파손되기 쉬워 그로 인해 수분 흡수 성능을 잃게 되었다.

Claims (3)

1. 성 건강 용품에서 생분해성 흡수성 물질의 용도로서, 상기 물질은 다음 단계를 포함하는 방법에 의해 제조되는, 용도:
   (1) 표면층 물질의 제조: 표면층 원료를 물에 넣는 단계, 균일하게 교반하는 단계, 1.5 내지 3mm의 두께로 웹에 놓는 단계, 및 웹을 스펀레이스 강화하여 표면층 친수성 부직포 직물을 얻는 단계;
   (2) 바이오 기반의 수분 흡수성 수지의 제조: 대마 원료를 수산화 나트륨 용액에 넣는 단계, 75 내지 90℃에서 수조에서 교반하고 물로 세척하여 중성으로 만드는 단계, 그 결과물을 수산화 나트륨/규산 나트륨/폴리인산 나트륨 혼합 용액에 넣는 단계, 75 내지 90℃의 수조에서 교반하는 단계, 묽은 황산으로 중화시키고 물로 세척하여 중성으로 만드는 단계, 및 그 결과물을 소성하여 디거밍된(degummed) 대마 셀룰로오스를 얻는 단계; 및
   얻은 디거밍된 대마 셀룰로오스를 수산화 나트륨/요소 혼합 용액에 용해시키는 단계, 50 내지 65℃의 질소 분위기에서 교반하는 단계, 반응을 위해 과황산염을 첨가하는 단계, N, N'-메틸렌 비스아크릴아미드, 아크릴아미드 및 부분적으로 중화된 아크릴산을 순차적으로 첨가하여 수조에서 반응시켜 반응 생성물을 얻는 단계, 그 반응 생성물을 물로 세척하여 중성으로 만드는 단계, 탈수시키는 단계, 및 건조시켜 바이오 기반의 수분 흡수성 수지를 얻는 단계;
   (3) 핵심층 물질의 제조: 얻은 바이오 기반의 수분 흡수성 수지에 글리세릴 스테아레이트를 첨가하는 단계, 70 내지 90℃로 온도를 조절하는 동안 혼합 및 교반하는 단계, 20분 내지 1시간 동안 유지하는 단계, 가열하여 완전히 용융하는 단계, 20분 내지 40분 동안 유지하여 개질된 수분 흡수성 수지를 얻는 단계, 얻은 개질된 수분 흡수성 수지를 압출기에 넣는 단계, 및 압출 성형하여 핵심층 물질을 얻는 단계; 및
   (4) 생분해성 흡수성 물질의 제조: 상기 표면층 친수성 부직포 직물로 핵심층 물질의 표면을 덮는 단계, 및 융합을 위해 고온 압축하여 생분해성 흡수성 물질을 얻는 단계.
   
2. 제 1 항에 있어서, 표면층 원료는 수분 흡수성 수지 복합 섬유 70 내지 80 중량부, 키토산 섬유 3 내지 5 중량부, 면 섬유 25 내지 35 중량부 및 나노 항균 바이오단백질 섬유 15 내지 20 중량부를 포함하는, 용도.
   
3. 제 1 항에 있어서, 상기 물질은 표면층, 바이오 기반의 수분 흡수성 수지 핵심층 및 바닥층을 포함하고, 분해성의 흡수성 물질은 70일 이내에 1m 깊이의 지하층에서 90 %의 분해율을 갖는, 용도.