KR20220027615A

KR20220027615A - 고흡수성 수지 필름 및 이의 제조 방법

Info

Publication number: KR20220027615A
Application number: KR1020200108706A
Authority: KR
Inventors: 이동현; 윤기열; 강성균; 서한민; 김유진; 최현; 이승헌
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2020-08-27
Filing date: 2020-08-27
Publication date: 2022-03-08

Abstract

본 발명은 고흡수성 수지 필름의 제조방법에 관한 것이다. 구체적으로 본 발명은 두께가 얇으면서도 우수한 흡수 성능을 나타내며, 유연성 및 기계적 물성이 우수하고, 비산 및 누출의 우려가 없으며, 펄프 등의 보조제가 불필요하여 제품의 박형화가 가능하고 제조 공정 및 비용을 절감시킬 수 있는 새로운 형태의 고흡수성 수지 필름을 제조하는 방법에 관한 것이다.

Description

고흡수성 수지 필름 및 이의 제조 방법{SUPER ABSORBENT POLYMER FILM AND PREPARATION METHOD THEREOF}

본 발명은 고흡수성 수지 필름 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.

고흡수성 수지(Super Absorbent Polymer, SAP)란 자체 무게의 5백 내지 1천 배 정도의 수분을 흡수할 수 있는 기능을 가진 합성 고분자 물질로서, 개발업체마다 SAM(Super Absorbency Material), AGM(Absorbent Gel Material) 등 각기 다른 이름으로 명명하고 있다. 상기와 같은 고흡수성 수지는 생리용구로 실용화되기 시작해서, 현재는 어린이용 종이기저귀나 생리대 등 위생용품 외에 원예용 토양보수제, 토목, 건축용 지수재, 육묘용 시트, 식품유통분야에서의 신선도 유지제, 및 찜질용 등의 재료로 널리 사용되고 있다.

일반적으로 각종 기저귀, 생리대 또는 실금용 패드 등의 위생용품에는 고흡수성 수지 입자를 포함한 흡수체가 포함되는데, 이러한 흡수체는 주로 고흡수성 수지 입자와, 이러한 고흡수성 수지 입자를 적절히 고정하면서도 상기 흡수체 및 위생용품의 형태를 유지시키기 위해 플러프 펄프(fluff pulp)를 사용하는 것이 일반적이었다.

그러나, 이러한 플러프 펄프의 존재로 인해, 흡수체 및 위생용품의 슬림화 및 박형화가 어려웠고, 사용자의 피부와 위생용품의 사이에 땀이 차는 등 착용감이 떨어지는 문제점이 있었다. 더구나, 플러프 펄프는 주로 목재를 원료로 얻어지므로 최근의 환경보호 시류에 역행하는 점이 있었고, 플러프 펄프의 사용은 위생용품의 제조 단가를 높이는 주 원인 중 하나이기도 하였다.

또한 현재의 고흡수성 수지는 대부분 분말(powder) 형태로 제조되어 사용되고 있는데, 이러한 분말 형태의 고흡수성 수지는 위생재를 제조할 때나 실제 사용 시 비산되거나 누출될 수 있는 부분이 있고, 특정 형태의 기질(substrate)과 함께 사용되어야 하기 때문에 사용 범위 및 박막화에 한계가 있다. 뿐만 아니라, 고흡수성 수지 입자의 함량 분포에 따라 흡수체의 흡수 성능이 변화할 수 있으므로, 흡수 특성을 균일하게 제어하는 데에도 어려움이 있었다.

한편, 상기와 같은 문제점을 해결하고자 시트형의 고흡수성 수지가 제안되었다.

일례로, 아크릴산계 모노머를 니더 중합하거나, 중합 후 얻어진 함수겔상 중합체를 분쇄하여 입자상의 함수겔상 중합체를 수득한 다음 이를 성형하여 시트형의 고흡수성 수지를 제조하는 방법이 알려져 있다. 그러나 함수겔상 중합체 입자의 지름은 약 0.2 내지 2.0 mm 수준이기 때문에 상기 방법으로는 0.5 mm 이하의 두께를 갖는 초박형 시트를 구현하는 데 한계가 있고, 보형성과 흡수능을 확보하기 위해 플러프 펄프와 같은 보조제가 여전히 요구되는 문제가 있었다.

이에, 플러프 펄프 등의 보조제가 불필요하고, 박형화가 가능하며, 우수한 흡수 물성을 나타내는 새로운 형태의 고흡수성 수지 및 이의 제조방법에 대한 연구가 요구되고 있다.

일본 공개특허 제1995-154195호

상기 과제를 해결하고자, 본 발명은 기존의 분말형 고흡수성 수지를 대체할 수 있는 필름 형태의 고흡수성 수지 및 이를 제조하는 방법을 제공한다.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 산성기를 가지며 상기 산성기의 적어도 일부가 중화된 아크릴산계 모노머가 중합된 중합체를 포함하며, 두께가 0.001 mm 이상 0.5 mm 이하이고, 적어도 일면에 요부 및 철부가 반복되는 패턴을 포함하는, 고흡수성 수지 필름이 제공된다.

또한, 본 발명의 다른 일 구현예에 따르면, 산성기를 가지며 상기 산성기의 적어도 일부가 중화된 아크릴산계 모노머, 셀룰로오스계 증점제, 보습제, 중합 개시제, 및 용매를 혼합하여 모노머 조성물을 제조하는 단계; 상기 모노머 조성물을 패턴이 형성된 몰드 상에 코팅하고, 열 및/또는 광을 조사하여 중합시켜 함수겔 중합체 필름을 형성하는 단계; 및 상기 함수겔 중합체 필름을 건조시켜 고흡수성 수지 필름을 형성하는 단계;를 포함하는, 상기의 고흡수성 수지 필름의 제조방법이 제공된다.

본 발명에 따르면, 두께가 얇으면서도 우수한 흡수 성능을 나타내며, 유연성 및 인장강도가 우수한 고흡수성 수지 필름을 제조할 수 있다.

또한, 본 발명의 고흡수성 수지 필름은 제품 제조 시 비산되거나 제품에서 누출될 염려가 없으며 플러프 펄프 등의 보조제가 불필요하여 제품의 박형화가 가능하고, 제조 공정 및 비용을 절감시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예의 고흡수성 수지 필름으로, 요부 및 철부가 반복되는 패턴을 포함한다. 도 1에서, a는 필름의 두께, b는 패턴의 높이, c는 패턴의 피치(pitch), d는 철부의 폭을 의미한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예의 필름 사용 비율 측정 시 측정 과정을 상면에서 나타낸 것이다. '오염물'은 오염물을 적가하는 영역으로, 오염물을 적가하는 영역의 길이는 10 cm이고, 경사의 상단에 위치한다. 오염물 하단의 화살표는 경사를 따라 오염물이 흘러내리는 것을 나타낸다. '측정부'는 필름이 사용된 영역을 측정하는 지점으로, 경사와 무관하게 필름 표면을 따라 오염물을 적가하는 영역으로부터 10 cm 떨어진 영역에 위치한다. 'x'는 오염물이 도달한 구간의 길이로, 필름이 사용된 영역을 측정한 구간이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예의 초기 흡수 속도 또는 최종 흡수 속도의 측정 방법을 도식화한 것이다.
도 4는 제1 패턴부와, 상기 제1 패턴부보다 패턴의 피치가 더 긴 제2 패턴부를 포함하는 고흡수성 수지 필름이다. 제1 패턴부와 제2 패턴부의 철부의 폭은 0.15 mm로 동일하나, 제1 패턴부의 패턴의 피치는 0.3 mm 이고, 제2 패턴부의 패턴의 피치는 1.15 mm이다. 상기 고흡수성 수지 필름 중 제1 패턴부와 제2 패턴부의 표면적의 비율은 약 1:2이다.

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.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 예시하고 하기에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명에서는 흡수성이 우수하여 펄프 등의 보조제 없이 자체로서 흡수체로 사용될 수 있고, 비산 및 누출의 우려가 없는 필름 형태의 고흡수성 수지를 제공한다. 특히, 본 발명의 고흡수성 수지 필름은 적어도 일면에 요부 및 철부가 반복되는 패턴을 포함하여 패턴과 나란한 방향의 인장강도가 향상되고, 패턴이 형성하는 유로로 인해 필름의 사용 비율, 표면 확산 속도 및 흡수 속도를 향상시킨다.

또한, 본 발명에서는 일면에 패턴 밀도가 상이한 2 이상의 영역을 포함하는 고흡수성 수지 필름을 제공한다. 패턴 밀도가 상대적으로 높은 영역의 경우 고흡수성 수지 필름의 표면적이 증가하여 초기 흡수 속도가 향상된다. 이에, 고흡수성 수지 필름이 서로 다른 패턴 밀도를 갖는 영역을 2 이상 포함하도록 하여 오염물이 주로 적하하는 지점의 초기 흡수 속도를 높이는 효과를 극대화 할 수 있다.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 산성기를 가지며 상기 산성기의 적어도 일부가 중화된 아크릴산계 모노머가 중합된 중합체를 포함하며, 두께가 0.001 mm 이상 0.5 mm 이하이고, 적어도 일면에 요부 및 철부가 반복되는 패턴을 포함하는, 고흡수성 수지 필름이 제공된다. 본 발명에 있어서 "두께"는 필름 일면의 철부의 가장 높은 부분과 그에 평행한 맞는 면 사이의 너비(도 1의 a)를 의미한다.

일반적으로 고흡수성 수지는 아크릴산계 모노머를 내부 가교제의 존재 하에 중합시켜 함수겔상 중합체를 얻고, 이를 건조, 분쇄 및 분급하여 베이스 수지를 제조한 다음, 표면 개질을 수행하는 단계를 거쳐 얻어진다. 이와 같이 제조되는 고흡수성 수지는 약 200 내지 600 μm 범위의 입도를 가지는 분말 형태로서, 플러프 펄프 등의 보조제와 혼합하여 복합화된 다음 제품에 적용된다.

그러나 분말형 고흡수성 수지는 흡수 코어의 제조 공정 중 비산되거나, 제품에서 누출될 우려가 있고, 제품 내 고른 분산이 어려워 흡수 성능을 균일하게 제어하기 어려우며, 보조제를 필요로 하므로 제품의 박막화에 한계가 있었다.

또한, 종래에 개발된 시트형 고흡수성 수지는 분말 또는 입자형 고흡수성 수지를 압연하거나, 보형성을 위해 부직포와 같은 지지체에 고흡수성 수지를 고정하여 제조하는 것으로 알려져 있다. 그러나 이러한 방법으로 제조되는 시트형 고흡수성 수지는, 제조 방법이 복잡하여 공정 효율성이 낮고, 지지체 및 지지체에 고정을 위해 고흡수성 수지 외에 다른 성분을 많이 필요로 하여 최종 제품 내에 존재하는 고흡수성 수지의 함량을 높이는 데 한계가 있어 흡수 특성이 좋지 않다. 또한, 분말 또는 입자형 고흡수성 수지나, 입자형 함수겔 중합체를 압연하여 시트 형태로 성형하는 경우에도 모노머의 중합 후 성형 보조재의 혼합 및 성형 과정을 거쳐야 하여 제조 방법이 복잡하고 제품의 박막화에 한계가 있으며, 고흡수성 수지의 결속과 시트 성형을 위해 섬유나 펄프와 같은 성형 보조재를 필수적으로 포함하여야 하므로 흡수 특성도 좋지 못한 단점이 있다.

이에 본 발명자들은 펄프 등의 보조제가 불필요하고, 박막화가 가능하며, 비산의 염려가 없고, 그 자체로서 흡수체로 사용 가능한 새로운 형태의 고흡수성 수지에 대한 연구를 거듭한 결과 본 발명에 이르게 되었다.

본 발명에 따라 제조되는 고흡수성 수지 필름은 분말이 아닌 박막의 필름 형태를 가져 취급 시 비산되거나 제품에서 누출될 우려가 없고, 플러프 펄프 등 별도의 보조제 없이 사용될 수 있으며, 자체로서 우수한 흡수 특성을 나타낸다.

본 발명에서 고흡수성 수지 필름이라 함은, 함수율이 15 중량% 이하, 또는 12 중량% 이하, 바람직하게는 11 중량% 이하이며 유연하고 얇은 층 또는 막 형태를 띠는 고흡수성 수지를 의미한다. 바람직하기로, 상기 고흡수성 수지 필름의 함수율은 15 중량% 이하, 또는 12 중량% 이하, 또는 11 중량% 이하, 또는 10 중량% 이하이면서, 1 중량% 이상, 또는 2 중량% 이상, 또는 4 중량% 이상, 또는 6 중량% 이상일 수 있다.

한편, 본 명세서 전체에서 "함수율"은 시료의 건조 전 중량에 대하여 시료가 함유하는 수분의 양을 백분율로 표시한 것이다. 즉, 함수율은 시료의 건조 전 중량에서 시료의 건조 후 중량을 뺀 값을 시료의 건조 전 중량으로 나눈 다음 100을 곱하여 계산할 수 있다. 이때, 건조 조건은 상온에서 약 150 ℃까지 온도를 상승시킨 뒤 150 ℃에서 유지하는 방식으로 총 건조시간은 온도상승단계 5분을 포함하여 20분으로 설정한다.

본 발명의 일 구현예에 따라 제조되는 고흡수성 수지 필름은 함수율이 15 % 이하이고, 무색 투명하고, 탄성이 있으며, 유연성이 우수한 막 형태일 수 있다.

고흡수성 수지 필름이 투명하다 함은, 두께가 0.001 내지 0.5 mm 범위를 만족할 때 가시광선에 대한 전광선 투과율이 89.5 % 이상인 것을 의미한다. 본 발명의 일 구현예에 따른 고흡수성 수지 필름의 전광선 투과율은 90 % 이상, 또는 90.4 % 이상, 또는 91 % 이상, 또는 91.5 % 이상, 또는 92 % 이상일 수 있다. 전광선 투과율은 이론적으로 100 % 일 수 있고, 일례로 99 % 이하일 수 있다.

또한, 본 발명의 고흡수성 수지 필름은 두께 0.001 내지 0.5 mm 범위에서 ASTM D1925 규격에 따른 황색도(Yellow Index)가 2.6 이하, 2.5 이하, 2.4 이하, 2.3 이하, 1.9 이하, 1.5 이하 또는 1.3 이하일 수 있다.

상기 고흡수성 수지 필름은 두께가 상술한 범위를 만족하면서, 요부 및 철부가 반복되는 패턴을 포함한다. 본 발명의 패턴은 고흡수성 수지 필름의 적어도 일면에 포함되며, 구체적으로 상기 패턴은 직선형 패턴을 포함한다. 상기 "직선형 패턴"은 요부 및 철부가 직선형태로 구성된 패턴을 의미하며, 이 때 요부 각각 또는 철부 각각의 폭은 서로 동일하거나 상이할 수 있으나, 요부 각각 및 철부 각각의 폭이 동일한 것이 바람직하다. 또한, 상기 패턴은 일 방향의 직선형 패턴만을 포함할 수도 있고, 교차 형태의 직선형 패턴, 또는 방사형의 직선형 패턴을 포함할 수도 있으나, 그 형태가 특별히 제한되지는 않는다.

보다 바람직하게는, 패턴은 TD 방향(횡방향, Transverse Direction) 및/또는 MD 방향(종방향, Machine Direction)으로 연장하여 형성되는 유로를 포함할 수 있다. 요부 및 철부가 TD 방향 및/또는 MD 방향으로 연장하여 형성될 시 요부에 의해 유로가 형성되어 오염물 등의 액체가 흐를 수 있다.

본 발명의 고흡수성 수지 필름이 포함하는 패턴은 두께 a 및 패턴의 높이 b의 비율인 b/a 값이 0.1 내지 0.7일 수 있다. 여기서, "패턴의 높이"는 패턴을 형성하는 필름 요부의 상단면과 철부의 상단면 사이의 너비(도 1의 b)를 의미한다. 상기 비율 b/a가 0.1 미만인 고흡수성 수지 필름은 인장강도 및 흡수 속도, 확산 속도 등의 성능 향상을 기대하기 힘들고, 비율 b/a가 0.7을 초과하는 고흡수성 수지 필름은 저단차부의 두께 감소로 인하여 고흡수성 수지 필름의 인장강도가 감소하는 문제가 있다.

상기 패턴의 피치(pitch)는 0.1 mm 이상, 0.3 mm 이상, 0.5 mm 이상, 1 mm 이상, 또는 1.2 mm 이상이고, 5 mm 이하일 수 있다. 여기서 "패턴의 피치(pitch)"는 요부 각각 및 철부 각각의 폭이 동일하여 철부가 일정한 간격으로 형성되었을 때 그 간격을 의미한다(도 1의 c). 또한, 철부의 폭(도 1의 d)은 0.2 mm 이상 또는 0.3 mm 이상이고, 1 mm 이하, 0.8 mm 이하, 또는 0.7 mm 이하일 수 있다.

한편, 동일한 양의 모노머 조성물로 가로 및 세로의 길이가 동일한 고흡수성 수지 필름을 제조하는 경우, 요부에 의해 감소되는 부피만큼 철부의 부피가 증가하여 고흡수성 수지 필름의 두께가 증가한다. 이 때 직선형 패턴의 요부에 의해 저단차부의 두께가 감소하여 패턴에 수직한 방향의 인장강도는 편평한 막 형태의 필름에 비해 감소한다. 반면, 패턴과 나란한 방향의 인장강도는 철부에 의해 고단차부의 두께가 증가하여 함수율이 9.5 % 내외인 경우 편평한 필름에 비해 20% 이상, 최대 50% 증가한다.

일례로, 상기 고흡수성 수지 필름의 패턴과 나란한 방향의 인장강도는 8 kgf/cm² 이상 또는 9 kgf/cm² 이상이고, 15 kgf/cm² 이하, 13 kgf/cm² 이하, 또는 11 kgf/cm² 이하일 수 있다.

상기 인장강도는 두께 0.3 mm의 고흡수성 수지 필름을 6 mm * 40 mm로 절단한 시편을 항온(25 ℃), 항습(36 %) 조건에서 UTM(Zwick roel z005) 장치를 이용하여 0.2 mm/sec로 당긴 후, 시편이 절단되는 지점을 측정하여 확인할 수 있다. 상기 인장강도는 다음과 같이 계산될 수 있다:

인장강도(kgf/cm²) = 로드(load) 값(kgf) / 두께(cm) * 폭(cm)

또한, 동일한 양의 모노머 조성물로 가로 및 세로의 길이가 동일한 고흡수성 수지 필름을 제조하면, 패턴을 포함하지 않아 요철이 없이 평탄한 막 형태의 필름에 비해 패턴을 포함하는 필름의 표면적이 향상된다. 따라서, 패턴의 밀도를 조절하여 고흡수성 수지 필름의 표면적을 조절할 수 있다. 패턴 밀도가 증가하면 표면적이 증가하므로 흡수 속도, 특히 초기 흡수 속도를 증가시키는 효과가 나타난다.

이에 바람직하게는, 상기 고흡수성 수지 필름은 일면에 제1 패턴부와, 상기 제1 패턴부보다 패턴의 피치가 더 긴 제2 패턴부를 포함할 수 있다. 패턴의 피치가 더 길면, 패턴 간 거리가 길어지고 패턴 밀도가 낮아진다. 이 때 고흡수성 수지 필름이 패턴의 피치가 상이하여 패턴 밀도가 상이한 제1 패턴부와 제2 패턴부를 포함하는 경우, 고흡수성 수지 필름의 일면이 상이한 밀도 구배를 가질 수 있고, 고흡수성 수지 필름의 제품에의 적용 시 오염물이 주로 적하하는 지점의 패턴 밀도를 높여 초기 흡수 속도를 향상시킬 수 있다. 여기서 "제1 패턴부"란 고흡수성 수지 필름 상에서 패턴의 피치가 0.1 mm 이상 5 mm 이하인 영역을 의미한다. 바람직하게는, 제1 패턴부의 패턴의 피치는 0.1 mm 이상, 0.2 mm 이상, 또는 0.3 mm 이상이고, 4 mm 이하, 3 mm 이하, 또는 2 mm 이하일 수 있다. "제2 패턴부"는 고흡수성 수지 필름 상에서 패턴의 피치가 0.3 mm 이상 5 mm 이하인 영역을 의미한다. 바람직하게는 제2 패턴부의 패턴의 피치는 0.3 mm 이상, 0.5 mm 이상, 또는 1 mm 이상이고, 5 mm 이하, 4.5 mm 이하, 또는 4 mm 이하일 수 있다.

또한 바람직하게는, "제1 패턴부"와 "제2 패턴부"의 피치의 차이는 0.1 mm 이상, 0.3 mm 이상, 0.5 mm 이상, 또는 0.7 mm 이상이고, 4.5 mm 이하, 4.3 mm 이하, 4.0 mm 이하, 또는 3.5 mm 이하일 수 있다.

일례로, 제1 패턴부와, 상기 제1 패턴부보다 패턴의 피치가 더 긴 제2 패턴부를 포함하는 고흡수성 수지 필름을 도 4에 도시하였다.

패턴의 높이는 동일하나 패턴의 피치가 상이한 경우, 패턴의 피치가 더 길수록 패턴 간 거리가 멀여져 패턴 밀도가 감소한다. 이 때 패턴 밀도를 패턴부 간 표면적의 비율로 표현할 수 있다. 패턴의 피치가 짧아 패턴이 촘촘할수록 패턴부의 표면적은 증가하고, 패턴의 피치가 길어 패턴이 듬성듬성하면 패턴부의 표면적은 감소한다.

바람직하게는, 상기 고흡수성 수지 필름의 제1 패턴부와 제2 패턴부의 표면적의 비율은 1:5 이상 5:1 이하일 수 있다. 여기서 "제1 패턴부와 제2 패턴부의 표면적의 비율"은 패턴 밀도가 상이한 각 영역의 필름을 가로, 세로 길이가 동일한 영역으로 재단하였을 때, 각 패턴부의 표면적을 의미한다.

한편, 상기 고흡수성 수지 필름은 요부 및 철부에 의해 형성되는 유로를 포함할 수 있는데, 이러한 고흡수성 수지 필름이 사용 과정에서 지면에 대해 기울기를 갖게 되면 상기 유로에 의해 경사방향으로 오염물 등의 액체가 흐를 수 있게 된다. 이로 인하여 고흡수성 수지 필름의 표면 확산 속도가 향상되고 실제 사용 비율이 증가하여 수분을 흡수하는 효과가 극대화될 수 있다.

바람직하게는, 상기 고흡수성 수지 필름은 초기 흡수 속도가 5 초 이상, 6 초 이상, 7 초 이상, 또는 8초 이상이고, 20 초 이하, 19초 이하, 18 초 이하, 또는 17 초 이하일 수 있다. 두께가 0.3 mm인 고흡수성 수지 필름 위에 가로 * 세로가 10 cm * 10 cm인 틀을 놓아 틀 밖으로 물이 퍼지지 않게 고정한 뒤, 틀 내부에 0.9 wt%의 NaCl 수용액 4 ml를 최대한 빠른 시간(1 초 이내)에 쏟아, 필름 위에 남은 수분이 모두 흡수되어 없어지는 시간을 육안으로 관찰하여 확인할 수 있다. 상기 틀은 NaCl 수용액이 투과되어 나오지 않는 재질이라면 특별한 제한이 없다.

바람직하게는, 상기 고흡수성 수지 필름은 최종 흡수 속도가 100 초 이상, 102 초 이상, 104 초 이상, 또는 106 초 이상이고, 250 초 이하, 240 초 이하, 230 초 이하, 220 초 이하, 또는 210 초 이하일 수 있다. 두께가 0.3 mm인 고흡수성 수지 필름 위에 가로 * 세로가 10 cm * 10 cm인 틀을 놓아 틀 밖으로 물이 퍼지지 않게 고정한 뒤, 틀 내부에 0.9 wt%의 NaCl 수용액 40 ml를 최대한 빠른 시간(1 초 이내)에 쏟아, 필름 위에 남은 수분이 모두 흡수되어 없어지는 시간을 육안으로 관찰하여 확인할 수 있다. 상기 틀은 NaCl 수용액이 투과되어 나오지 않는 재질이라면 특별한 제한이 없다.

바람직하게는, 상기 고흡수성 수지 필름은 경사도 30 ^o 이상일 때, 필름 사용 비율이 60 % 이상, 65 % 이상, 70 % 이상, 또는 75 % 이상이고, 100 % 이하일 수 있다.

상기 필름 사용 비율은 다음과 같은 방법으로 측정될 수 있으며, 도 2를 참고하여 이해될 수 있다. 가로, 세로가 각각 10 cm 이상인 고흡수성 수지 필름을 필름의 패턴이 경사와 나란한 방향이 되도록 경사면 위에 배치한 뒤, 필름 상단에서 오염물을 적가해 측정부까지 도달하는 오염물의 비율을 측정하여 필름 사용 비율을 계산한다. 도 2는 필름 사용 비율 측정 과정을 상면에서 나타낸 것으로, 경사의 상단 중 경사와 수직한 방향의 10 cm 길이 영역에 오염물을 적가한 뒤 적가 지점(도 2의 '오염물' 영역)으로부터 필름 표면 상 10 cm 되는 거리인 측정부(도 2의 '측정부')에서 오염물이 도달한 구간의 길이(도 2의 'x')를 측정한다. 이 때 오염물은 0.9 %의 NaCl 수용액이고, 필름 상단에서 오염물 40 ml를 최대한 빠른 시간(1 초 이내)에 한번에 적가한다. 필름 사용 비율은 다음과 같이 계산하여 얻을 수 있다:

필름 사용 비율(%)= 오염물이 도달한 구간의 길이(cm) / 10 cm * 100 %

한편, 본 발명의 다른 일 구현예에 따르면, 상기 고흡수성 수지 필름의 제조방법이 제공된다.

구체적으로, 상기 고흡수성 수지 필름은,

산성기를 가지며 상기 산성기의 적어도 일부가 중화된 아크릴산계 모노머, 셀룰로오스계 증점제, 보습제, 중합 개시제, 및 용매를 혼합하여 모노머 조성물을 제조하는 단계;

상기 모노머 조성물을 패턴이 형성된 몰드 상에 코팅하고, 열 및/또는 광을 조사하여 중합시켜 함수겔 중합체 필름을 형성하는 단계; 및

상기 함수겔 중합체 필름을 건조시켜 고흡수성 수지 필름을 형성하는 단계;를 포함하는, 제조방법에 의하여 제조될 수 있다.

본 발명에서는 점도가 조절된 모노머 조성물 용액으로부터 용액 캐스팅법을 통해 모노머 조성물 필름을 제조하고, 이를 중합 및 건조하여 필름 형태의 고흡수성 수지를 제조한다.

특히, 본 발명에서는 모노머 조성물을 패턴이 형성된 몰드 상에 코팅하는 단계를 포함하여 요부 및 철부를 포함하는 패턴을 형성하고, 그에 따라 패턴과 나란한 방향의 인장강도, 필름의 사용 비율, 흡수 속도 및 초기 흡수 속도 등이 향상된 고흡수성 수지 필름을 제조할 수 있다.

본 발명의 제조방법에서, 고흡수성 수지의 원료 물질인 모노머 조성물은 산성기를 가지며 상기 산성기의 적어도 일부가 중화된 아크릴산계 모노머, 셀룰로오스계 증점제, 보습제, 중합 개시제, 및 용매를 포함한다.

먼저, 상기 아크릴산계 모노머는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물이다:

[화학식 1]

R¹-COOM¹

상기 화학식 1에서,

R¹은 불포화 결합을 포함하는 탄소수 2 내지 5의 알킬 그룹이고,

M¹은 수소원자, 1가 또는 2가 금속, 암모늄기 또는 유기 아민염이다.

바람직하게는, 상기 아크릴산계 모노머는 아크릴산, 메타크릴산 및 이들의 1가 금속염, 2가 금속염, 암모늄염 및 유기 아민염으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함한다.

여기서, 상기 아크릴산계 모노머는 산성기를 가지며 상기 산성기의 적어도 일부가 중화된 것일 수 있다. 바람직하게는 상기 모노머를 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화암모늄 등과 같은 알칼리 물질로 부분적으로 중화시킨 것이 사용될 수 있다. 이때, 상기 아크릴산계 모노머의 중화도는 40 내지 95 몰%, 또는 40 내지 80 몰%, 또는 45 내지 75 몰%일 수 있다. 상기 중화도의 범위는 최종 물성에 따라 조절될 수 있다. 상기 중화도가 지나치게 높으면 중화된 모노머가 석출되어 중합이 원활하게 진행되기 어려울 수 있으며, 반대로 중화도가 지나치게 낮으면 고분자의 흡수력이 크게 떨어질 수 있다.

바람직한 일 구현예에서, 상기 알칼리 물질로는 수산화칼륨(KOH)이 사용될 수 있다. 수산화칼륨 사용시, 함수율이 10% 이하에서도 유연성 및 치수 안정성을 갖는 고흡수성 수지 필름을 제조할 수 있어 바람직하다.

상기 아크릴산계 모노머의 농도는, 상기 고흡수성 수지의 원료 물질 및 용매를 포함하는 모노머 조성물에 대해 약 20 내지 약 60 중량%, 바람직하게는 약 40 내지 약 50 중량%로 될 수 있으며, 중합 시간 및 반응 조건 등을 고려해 적절한 농도로 될 수 있다. 다만, 상기 모노머의 농도가 지나치게 낮아지면 고흡수성 수지의 수율이 낮고 경제성에 문제가 생길 수 있고, 반대로 농도가 지나치게 높아지면 모노머의 일부가 석출되는 등 공정상 문제가 생길 수 있으며 고흡수성 수지의 물성이 저하될 수 있다.

한편, 본 발명에서는 용액 캐스팅법을 통해 모노머 조성물을 필름 형태로 도포할 수 있도록, 모노머 조성물에 증점제 및 보습제를 포함한다.

이와 같이 증점제 및 보습제를 동시에 포함함에 따라, 본 발명의 모노머 조성물은 필름 형태로 캐스팅하기에 적합한 점도를 나타내고, 필름 캐스팅 후 중합 과정에서 적절한 함수율을 유지할 수 있으며, 제조되는 고흡수성 수지 필름이 높은 유연성을 나타낼 수 있다.

본 발명에서 증점제로는 셀룰로오스계 증점제가 사용되며, 구체적으로 나노셀룰로오스, 히드록시에틸셀룰로오스, 히드록시프로필셀룰로오스, 히드록시에틸메틸셀룰로오스, 및 히드록시프로필메틸셀룰로오스로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상이 사용될 수 있다. 바람직하게는 나노셀룰로오스, 히드록시에틸셀룰로오스, 또는 이들의 조합이 사용될 수 있다.

상기 셀룰로오스계 증점제는 모노머 조성물 내 고형분 100 중량부에 대하여 0.01 중량부 이상, 0.1 중량부 이상, 0.2 중량부 이상, 또는 0.4 중량부 이상이면서, 5 중량부 이하, 3 중량부 이하, 1 중량부 이하, 또는 0.9 중량부 이하로 포함될 수 있다.

이때 모노머 조성물 내의 고형분은 용매를 제외한 조성물의 전 성분을 의미한다. 즉, 상기 고형분은 아크릴산계 모노머, 아크릴계 모노머를 중화시키기 위한 알칼리 물질, 셀룰로오스계 증점제, 보습제, 가교제, 열 개시제, 광 개시제, 내부 가교제의 총 함량을 의미한다.

만일 셀룰로오스계 증점제의 함량이 모노머 조성물 내 고형분 100 중량부에 대하여 0.01 중량부 미만이면 충분한 점증 효과를 확보할 수 없어 모노머 조성물 필름 제조가 어려울 수 있고, 반대로 5 중량부를 초과하면 모노머 조성물의 점도가 지나치게 높아져 필름의 두께가 두꺼워지고, 필름 두께를 균일하게 제어하기 어려울 수 있다.

상기 보습제는 통상 의약품, 화장품, 화학 제품 등에 보습 성분으로 사용되는 물질이 제한 없이 사용될 수 있다. 이러한 보습제의 예로는 분자 내 히드록시기를 2 이상 포함하는 다가 알코올, 시트르산, 및 시트르산염으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상을 들 수 있다.

구체적으로, 상기 다가 알코올은 분자 내 히드록시기를 3 내지 12개 포함하는, 탄소수 3 내지 30의 다가 알코올이 사용될 수 있다. 일례로, 상기 다가 알코올은 글리세린; 디글리세린; 프로필렌글리콜; 부틸렌글리콜; 소르비톨; 폴리에틸렌글리콜; 폴리글리세린-3; 폴리글리세린-6; 폴리글리세린-10; 및 폴리글리세릴-10 디스테아레이트 및 그 유도체(탄소수 3 내지 18);로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있으며, 이 중 글리세린, 디글리세린, 에틸렌글라이콜, 및 소르비톨로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상이 바람직하게 사용될 수 있다.

또한, 시트르산 및/또는 시트르산 염을 보습제로 사용할 수 있다. 시트르산 염의 예로는, 트리에틸시트레이트, 메틸시트레이트, 소듐시트레이트, 트리소듐 2-메틸시트레이트 등을 들 수 있다.

상기 보습제는 아크릴산계 모노머 100 중량부에 대하여 5 중량부 이상, 10 중량부 이상, 20 중량부 이상, 또는 30 중량부 이상이면서, 70 중량부 이하, 60 중량부 이하, 또는 50 중량부 이하로 사용되는 것이 바람직하다.

보습제의 함량이 아크릴산계 모노머 100 중량부에 대해 5 중량부 미만이면 모노머 조성물 필름의 함수율이 충분하지 못하여 이어지는 중합 및 건조 과정에서 필름이 말라버리거나 부스러질 수 있고, 제조되는 고흡수성 수지 필름의 유연도를 확보할 수 없는 문제가 있다. 반대로 다가 알코올의 함량이 아크릴산계 모노머 100 중량부에 대해 70 중량부를 초과하면 고흡수성 수지 필름의 흡수능을 저하시키는 문제가 있을 수 있다. 따라서 보습제의 함량은 상기 범위를 만족하는 것이 바람직하다.

상기 모노머 조성물은 중합체의 가교를 위한 내부 가교제를 선택적으로 포함할 수 있다. 상기 내부 가교제는 통상의 고흡수성 수지의 제조의 가교 중합체 제조시 사용되는 것을 사용할 수 있다. 보다 구체적으로 상기 내부 가교제로는 상기 아크릴산계 모노머의 수용성 치환기와 반응할 수 있는 관능기를 1개 이상 가지면서, 에틸렌성 불포화기를 1개 이상 갖는 가교제; 혹은 상기 모노머의 수용성 치환기 및/또는 모노머의 가수분해에 의해 형성된 수용성 치환기와 반응할 수 있는 관능기를 2개 이상 갖는 가교제를 사용할 수 있다.

상기 내부 가교제의 구체적인 예로는, 탄소수 8 내지 12의 비스아크릴아미드, 비스메타아크릴아미드, 탄소수 2 내지 10의 폴리올의 폴리(메타)아크릴레이트 또는 탄소수 2 내지 10의 폴리올의 폴리(메타)알릴에테르 등을 들 수 있고, 보다 구체적으로, N, N'-메틸렌비스(메타)아크릴레이트, 에틸렌옥시(메타)아크릴레이트, 폴리에틸렌옥시(메타)아크릴레이트, 프로필렌옥시(메타)아크릴레이트, 글리세린 디아크릴레이트, 글리세린 트리아크릴레이트, 트리메티롤 트리아크릴레이트, 트리알릴아민, 트리아릴시아누레이트, 트리알릴이소시아네이트, 폴리에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜 및 프로필렌글리콜로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다. 일 구현예에서, 상기 내부 가교제로 폴리에틸렌글리콜 디아크릴레이트를 사용할 수 있다.

상기 내부 가교제는 모노머 조성물에 대하여 5000 ppm 이하의 농도로 포함되어, 중합된 고분자를 가교시킬 수 있다. 일 구현예에서, 상기 내부 가교제는 10 ppm 이상, 50 ppm 이상, 100 ppm이상, 또는 500 ppm 이상이면서, 3000 ppm 이하, 2500 ppm 이하, 또는 2000 ppm 이하로 포함될 수 있다.

본 발명의 고흡수성 수지 필름의 제조 방법에서 중합 시 사용되는 중합 개시제는 고흡수성 수지의 제조에 일반적으로 사용되는 것이면 특별히 한정되지 않는다.

구체적으로, 상기 중합 개시제는 중합 방법에 따라 열중합 개시제 또는 UV 조사에 따른 광중합 개시제를 사용할 수 있다. 다만, 광중합 방법에 의하더라도, 자외선 조사 등의 조사에 의해 일정량의 열이 발생하고, 또한 발열 반응인 중합 반응의 진행에 따라 어느 정도의 열이 발생하므로, 추가적으로 열중합 개시제를 포함할 수도 있다. 바람직한 일 구현예에 따르면, 중합 개시제로 광중합 개시제 및 열중합 개시제를 동시에 사용할 수 있다.

상기 광중합 개시제는 자외선과 같은 광에 의해 라디칼을 형성할 수 있는 화합물이면 그 구성의 한정이 없이 사용될 수 있다.

상기 광중합 개시제로는 예를 들어, 벤조인 에테르(benzoin ether), 디알킬아세토페논(dialkyl acetophenone), 하이드록실 알킬케톤(hydroxyl alkylketone), 페닐글리옥실레이트(phenyl glyoxylate), 벤질디메틸케탈(Benzyl Dimethyl Ketal), 아실포스핀(acyl phosphine) 및 알파-아미노케톤(α-aminoketone)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 사용할 수 있다. 한편, 아실포스핀의 구체예로, 상용하는 lucirin TPO(2,4,6-Trimethylbenzoyldiphenylphosphine oxide), Irgacure 819(Phenylbis(2,4,6-trimethylbenzoyl)phosphine oxide) 등을 들 수 있다. 보다 다양한 광개시제에 대해서는 Reinhold Schwalm 저서인 "UV Coatings: Basics, Recent Developments and New Application(Elsevier 2007년)" p. 115에 잘 명시되어 있으며, 상술한 예에 한정되지 않는다.

상기 광중합 개시제는 상기 모노머 조성물에 대하여 10 ppm 이상, 20 ppm 이상, 또는 40 ppm 이상이면서, 2000 ppm 이하, 1000 ppm 이하, 500 ppm 이하, 또는 100 ppm 이하로 포함될 수 있다. 이러한 광중합 개시제의 농도가 지나치게 낮을 경우 중합 속도가 느려질 수 있고, 광중합 개시제의 농도가 지나치게 높으면 고흡수성 수지의 분자량이 작고 물성이 불균일해질 수 있다.

또한, 상기 열중합 개시제로는 과황산염계 개시제, 아조계 개시제, 과산화수소 및 아스코르빈산으로 이루어진 개시제 군에서 선택되는 하나 이상을 사용할 수 있다. 구체적으로, 과황산염계 개시제의 예로는 과황산나트륨(Sodium persulfate; Na₂S₂O₈), 과황산칼륨(Potassium persulfate; K₂S₂O₈), 과황산암모늄(Ammonium persulfate;(NH₄)₂S₂O₈) 등이 있으며, 아조(Azo)계 개시제의 예로는 2,2-아조비스-(2-아미디노프로판) 이염산염(2,2-azobis(2-amidinopropane) dihydrochloride), 2,2-아조비스-(N,N-디메틸렌)이소부티라마이딘 디하이드로클로라이드(2,2-azobis-(N,N-dimethylene)isobutyramidine dihydrochloride), 2-(카바모일아조)이소부티로니트릴(2-(carbamoylazo)isobutylonitril), 2,2-아조비스[2-(2-이미다졸린-2-일)프로판] 디하이드로클로라이드(2,2-azobis[2-(2-imidazolin-2-yl)propane] dihydrochloride), 4,4-아조비스-(4-시아노발레릭 산)(4,4-azobis-(4-cyanovaleric acid)) 등이 있다. 보다 다양한 열중합 개시제에 대해서는 Odian 저서인 'Principle of Polymerization(Wiley, 1981)', p. 203에 잘 명시되어 있으며, 상술한 예에 한정되지 않는다.

상기 열중합 개시제는 상기 모노머 조성물에 10 ppm 이상, 100 ppm 이상, 또는 500 ppm 이상이면서, 2000 ppm 이하, 1500 ppm 이하, 또는 1000 ppm 이하로 포함될 수 있다. 이러한 열중합 개시제의 농도가 지나치게 낮을 경우 추가적인 열중합이 거의 일어나지 않아 열중합 개시제의 추가에 따른 효과가 미미할 수 있고, 열중합 개시제의 농도가 지나치게 높으면 고흡수성 수지의 분자량이 작고 물성이 불균일해질 수 있다.

본 발명의 제조방법에서, 상기 모노머 조성물은 필요에 따라 가소제, 보존안정제, 산화방지제 등의 첨가제를 더 포함할 수 있다.

상술한 아크릴산계 불포화 모노머, 내부 가교제, 중합 개시제, 및 첨가제와 같은 원료 물질은 용매에 용해된 모노머 조성물 용액의 형태로 준비된다.

사용할 수 있는 상기 용매는 상술한 성분들을 용해할 수 있으면 그 구성의 한정이 없이 사용될 수 있으며, 예를 들어 물, 에탄올, 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 1,4-부탄디올, 프로필렌글리콜, 에틸렌글리콜모노부틸에테르, 프로필렌글리콜모노메틸에테르, 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트, 메틸에틸케톤, 아세톤, 메틸아밀케톤, 시클로헥사논, 시클로펜타논, 디에틸렌글리콜모노메틸에테르, 디에틸렌글리콜에틸에테르, 톨루엔, 크실렌, 부틸로락톤, 카르비톨, 메틸셀로솔브아세테이트 및 N,N-디메틸아세트아미드 등에서 선택된 1종 이상을 조합하여 사용할 수 있다. 일례로, 상기 용매로는 물을 사용할 수 있다.

본 발명에서 상기 모노머 조성물은 셀룰로오스계 증점제 및 보습제를 포함하여 용액 캐스팅법에 적합한 점도를 나타낸다. 구체적으로, 상기 모노머 조성물의 25 ℃에서 점도는 100 mPa·s 이상, 150 mPa·s 이상, 200 mPa·s 이상, 또는 240 mPa·s 이상이면서, 5000 mPa·s 이하, 2300 mPa·s 이하, 2000 mPa·s 이하, 또는 1600 mPa·s 이하일 수 있다. 모노머 조성물의 점도는 점도계(예를 들어, TOKI 사의 TV-22)로, 스핀들 #1, 회전속도 1 rpm 조건 하에서 측정할 수 있다.

만일 모노머 조성물의 점도가 100 mPa·s 미만이면 모노머 조성물을 균일한 두께로 캐스팅하기 어려울 수 있다. 반대로 모노머 조성물의 점도가 5000 mPa·s를 초과하면 균일한 모노머 조성물 제조가 어렵고, 모노머 조성물의 흐름성이 낮아서 공정성이 떨어지며, 탈포가 어려우므로 바람직하지 않다.

상기 모노머 조성물을 제조한 다음, 이를 패턴이 형성된 몰드 상에 캐스팅하여 모노머 조성물 필름을 제조하고, 이를 중합하여 함수겔 중합체 필름을 형성한다. 이러한 모노머 조성물의 캐스팅 및 중합 과정은 롤투롤 공정을 통하여 연속적으로 수행될 수 있다.

구체적으로, 모노머 조성물을 기재 상에 도포하여 모노머 조성물 필름을 제조한다.

일반적으로 고분자의 용액 캐스팅법에서 고분자 용액 캐스팅 후 용매를 제거하는 것과 달리, 본 발명에서는 모노머 조성물을 기재 상에 도포한 후 함수율이 저하되지 않도록 바로 중합 과정을 수행한다.

만일 모노머 조성물 필름의 함수율이 너무 낮으면 중합 전 모노머 조성물을 구성하는 성분이 석출될 수 있고, 중합 후 필름이 부스러지는 문제가 있을 수 있다. 이에, 모노머 조성물 필름의 함수율은 30 중량% 내지 60 중량% 범위를 만족하는 것이 바람직하며, 30 중량% 내지 50 중량%, 또는 30 중량% 내지 45 중량% 범위를 만족하는 것이 바람직하다.

모노머 조성물 필름의 두께는 목적하는 고흡수성 수지 필름의 두께에 따라 적절히 조절할 수 있다. 모노머 조성물 필름은 중합 단계에서는 두께가 거의 변화하지 않으나, 중합 이후 함수겔 중합체 필름의 건조 과정에서 함수율이 감소하면서 약 10 내지 40%, 또는 15 내지 35% 정도 두께가 감소할 수 있으므로, 이를 감안하여 적절한 두께로 모노머 조성물 필름을 제조한다.

일례로, 모노머 조성물 필름의 두께는 0.8 mm 이하, 0.6 mm 이하, 또는 0.5 mm 이하이면서, 0.001 mm 이상, 또는 0.01 mm 이상일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 모노머 조성물의 조성이나 중합, 건조 단계에서의 구체적인 조건, 목적하는 고흡수성 수지 필름 두께에 따라 적절히 조절될 수 있다.

중합 시 온도는 모노머 조성물의 조성에 따라 적절히 조절될 수 있으나, 원활한 반응 진행을 위하여 40 ℃, 또는 50 ℃ 이상인 것이 바람직하다. 또, 온도가 너무 높을 경우 용매가 증발하여 모노머 조성물을 구성하는 성분이 석출될 수 있으므로, 중합 온도는 90 ℃이하, 또는 80 ℃ 이하인 것이 바람직하다.

상기 중합 단계를 거쳐 제조된 함수겔 중합체 필름의 함수율은 약 20 중량% 이상, 바람직하게는 25 중량% 이상이면서, 40 중량% 이하, 또는 35 중량% 이하일 수 있다. 이에, 함수율이 15 중량% 이하가 되도록 상기 함수겔 중합체 필름을 건조시켜 고흡수성 수지 필름을 제조한다.

상기 건조 단계의 온도는 80 내지 150 ℃, 또는 90 내지 100 ℃범위가 바람직할 수 있다. 상기 온도 범위 내에서 약 5 내지 30분간 건조함으로써, 함수율이 15 중량% 이하, 또는 12 중량% 이하, 또는 10 중량% 이하. 또는 9 중량% 이하이면서 1 중량% 이상, 또는 2 중량% 이상, 또는 4 중량% 이상, 또는 6 중량% 이상인 고흡수성 수지 필름을 얻을 수 있다.

한편, 상기 함수겔 중합체 필름을 형성하는 단계에서 패턴이 형성되는데, 이 때 제조되는 패턴의 형태 등에 대해서는 상술한 바에 따르며, 몰드는 상기 패턴을 형성할 수 있는 형태일 수 있다.

상기 건조 단계 이후 고흡수성 수지 필름은 통상의 방법을 통해 몰드로부터 이형하여 최종 고흡수성 수지 필름을 얻을 수 있다. 이형 방법으로는 통상적으로 사용되는 방법이라면 특별히 제한되지 않는다.

상기 제조방법에 따라 제조된 고흡수성 수지 필름은 상술한 바와 같이 요부 및 철부를 포함하는 패턴을 포함하여, 패턴과 나란한 방향의 인장강도가 향상되고, 필름의 사용 비율, 흡수 속도 등이 증가될 수 있으며, 패턴 형성 과정에서 패턴의 밀도가 상이한 영역을 2 이상 포함하도록 제조하는 경우, 밀도에 따른 초기 흡수 속도를 차별화할 수 있다. 본 발명의 고흡수성 수지 필름은 펄프 등의 보조제와 복합화할 필요 없이 자체로서 흡수체로 이용될 수 있으므로 슬림형 및 박막형 제품에 적합하게 사용될 수 있으며, 제품의 변형 없이 우수한 흡수 성능을 나타낼 수 있다.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 보다 상세히 설명한다. 단, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.

[실시예]

실시예 1

아크릴산 55 g, 수산화칼륨(KOH) 45 중량% 용액 66.6 g, 및 물 55 g을 혼합하여 아크릴산의 70 몰%가 중화된 중화액을 준비하였다.

상기 중화액에 내부가교제(폴리에틸렌글리콜 디아크릴레이트(PEGDA), MW=400, Aldrich사), 히드록시에틸셀룰로오스(HEC, Ashland사 Natrosol 250HR), 글리세린, 열중합 개시제로서 과황산나트륨, 광중합 개시제로서 Irgacure 819를 첨가하여, 고형분 함량(TSC)이 54 중량%인 모노머 조성물을 제조하였다.

이때 PEGDA는 모노머 조성물의 고형분 100 중량부에 대하여 0.5 중량부, HEC는 모노머 조성물의 고형분 100 중량부에 대하여 0.45 중량부, 글리세린은 아크릴산 100 중량부에 대하여 40 중량부로 첨가하였고, 열중합 개시제는 모노머 조성물 총 중량에 대해 1000 ppm, 광중합 개시제는 80 ppm 첨가하였다.

상기 제조된 모노머 조성물의 25 ℃에서의 점도를, Brookfield DV2T LV TJ0 장비로, 1 rpm, spindle # 1로 측정하였으며, 그 결과 모노머 조성물의 점도는 201 mPa·s로 확인되었다.

다음으로, 상기 모노머 조성물을 패턴(패턴의 피치: 1.5 mm, 철부의 폭이 0.5 mm, 패턴의 높이가 0.1 mm)이 형성되어 있는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름의 일면에 코팅하여 0.3 mm 두께의 모노머 조성물 필름(함수율 30 %)을 형성하였다. 상기 코팅에는 콤마코터(Gap 365 ㎛)를 이용하였으며, 어플리케이터 롤의 이동 속도는 0.5 m/min로 하였다.

그런 다음, 상기 모노머 조성물 필름에 370 mJ/cm²의 자외선을 조사하여 중합을 실시해, 함수겔상 중합체 필름을 형성하였다. 제조된 함수겔상 중합체 필름의 두께는 0.3 mm로, 모노머 조성물과 비교하여 큰 변화가 없는 것으로 확인 되었으며, 함수율은 30 중량%였다.

다음으로, 상기 제조된 함수겔상 중합체를 90℃ 온도에서 10분 동안 건조하여, 함수율이 10 중량% 이고 두께가 0.3 mm인 건조된 함수겔 중합체 필름을 제조하였다.

두께는 0.3 mm, 패턴의 피치는 1.5 mm, 철부의 폭은 0.5 mm이며, 함수율은 10 %인, 고흡수성 수지 필름(SAP film)을 제조하였다.

실시예 2

함수겔 중합체 필름 제조 단계에서, 패턴의 피치가 3 mm가 되도록 제조하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 고흡수성 수지 필름을 제조하였다.

참고예 1

패턴 제조 단계를 생략(패턴이 형성되지 않은 편평한 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름 사용)하는 것을 제외하고 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 고흡수성 수지 필름을 제조하였다.

[실험예]

상기 실시예 1, 실시예 2 및 참고예의 인장강도, 필름 사용 비율, 초기 흡수 속도 및 최종 흡수 속도를 아래의 방법으로 측정하여 표 1에 나타내었다.

(1) 인장강도(kgf/cm²)

인장강도는 다음과 같은 방법으로 측정하였다. 제조된 고흡수성 수지 필름을 6 mm * 40 mm로 절단하여 시편을 만든 뒤, 항온(25 ℃), 항습(36 %) 조건에서 UTM(Zwick roel z005) 장치를 이용하여 0.2 mm/sec로 당긴 후, 시편이 절단되는 지점을 측정하였다. 이후 측정 값을 다음의 계산식에 대입하여 인장강도를 계산하였다:

인장강도(kgf/cm²) = 로드(load) 값(kgf) / 두께(cm) * 폭(cm)

(2) 필름 사용 비율(%)

제조된 고흡수성 수지 필름을 가로, 세로가 각각 10 cm 이상이 되도록 절단한 뒤 고흡수성 수지 필름을 필름의 패턴이 경사와 나란한 방향이 되도록 경사면 위에 배치하였다. 필름 상단에서 오염물을 적가하여 측정부까지 도달하는 오염물의 비율을 측정하여 필름 사용 비율을 계산하였다. 경사의 상단에서 경사와 수직한 방향으로 10 cm의 길이에 오염물을 적가한 뒤 적가 지점(도 2의 '오염물' 영역)으로부터 필름 표면 상 10 cm 되는 거리인 측정부(도 2의 '측정부')에서 오염물이 도달한 구간의 길이(도 2의 'x')를 측정하였다. 이 때 오염물은 0.9 %의 NaCl 수용액이고, 필름 상단에서 오염물 40 ml를 1 초 이내에 한번에 적가하였다. 필름 사용 비율은 다음과 같이 계산하여 얻었다:

(3) 초기 흡수 속도(초): 두께가 0.3 mm인 고흡수성 수지 필름 위에 가로 * 세로가 10 cm * 10 cm인 틀을 놓아 틀 밖으로 물이 퍼지지 않게 고정한 뒤, 틀 내부에 0.9 wt%의 NaCl 수용액 4 ml를 최대한 빠른 시간(1 초 이내)에 쏟아, 필름 위에 남은 수분이 모두 흡수되어 없어지는 시간을 육안으로 관찰하여 확인하였다.

(4) 최종 흡수 속도(초): 두께가 0.3 mm인 고흡수성 수지 필름 위에 가로 * 세로가 10 cm * 10 cm인 틀을 놓아 틀 밖으로 물이 퍼지지 않게 고정한 뒤, 틀 내부에 0.9 wt%의 NaCl 수용액 40 ml를 최대한 빠른 시간(1 초 이내)에 쏟아, 필름 위에 남은 수분이 모두 흡수되어 없어지는 시간을 육안으로 관찰하여 확인하였다.

		실시예 1	실시예 2	참고예 1
필름 두께 (mm)		0.3	0.3	0.3
패턴의 피치 (mm)		1.5	3
철부의 폭 (mm)		0.5	0.5
패턴의 높이 (mm)		0.1	0.1
인장강도 (kgf/cm²)	패턴과 나란한 방향	9.7	10.5	7.2^*1
인장강도 (kgf/cm²)	패턴에 수직한 방향	3.5	5.1	7.2^*1
측정부의 필름 사용 비율 (%)	경사도 0 ^o	0	0	0
	경사도 30 ^o	82	75	53
	경사도 60 ^o	86	78	46
초기 흡수 속도 (초)		8	15	21
최종 흡수 속도 (초)		107	203	300

*1: 참고예는 패턴을 포함하지 않아, 참고예의 인장강도는 패턴 방향과 무관함

상기 표 1에 나타난 바와 같이, 요부 및 철부가 반복되는 패턴을 포함하는 고흡수성 수지 필름의 경우, 패턴이 없는 필름(참고예 1)에 비하여 패턴과 나란한 방향의 인장강도가 증가하며, 필름의 사용 비율이 증가하는 것으로부터 필름의 사용 비율이 증가하는 것을 확인할 수 있었다.

a: 필름의 두께
b: 패턴의 높이
c: 패턴의 피치(pitch)
d: 철부의 폭

Claims

산성기를 가지며 상기 산성기의 적어도 일부가 중화된 아크릴산계 모노머가 중합된 중합체를 포함하며,
두께가 0.001 mm 이상 0.5 mm 이하이고,
적어도 일면에 요부 및 철부가 반복되는 패턴을 포함하는,
고흡수성 수지 필름.
제1항에 있어서,
패턴은 직선형 패턴을 포함하는,
고흡수성 수지 필름.
제1항에 있어서,
패턴은 요부 및 철부가 TD 방향 및/또는 MD 방향으로 연장하여 형성되는 유로를 포함하는,
고흡수성 수지 필름.
제1항에 있어서,
패턴은 두께 a 및 패턴의 높이 b의 비율인 b/a 값이 0.1 내지 0.7인,
고흡수성 수지 필름.
제1항에 있어서,
패턴의 피치(pitch)가 0.1 mm 이상 5 mm 이하이고,
철부의 폭이 0.2 mm 이상 1 mm 이하인,
고흡수성 수지 필름.
제1항에 있어서,
패턴과 나란한 방향의 인장강도가 8 kgf/cm² 이상 15 kgf/cm² 이하인,
고흡수성 수지 필름.
제1항에 있어서,
일면에 제1 패턴부와, 상기 제1 패턴부보다 패턴의 피치가 더 긴 제2 패턴부를 포함하는,
고흡수성 수지 필름.
제7항에 있어서,
상기 제1 패턴부와 제2 패턴부의 표면적의 비율은 1:5 이상 5:1 이하인,
고흡수성 수지 필름.
제1항에 있어서,
초기 흡수 속도가 5 초 이상 20초 이하이고,
상기 초기 흡수 속도는 두께가 0.3 mm인 고흡수성 수지 필름 위에 가로 * 세로가 10 cm * 10 cm인 틀을 놓아 틀 밖으로 물이 퍼지지 않게 고정한 뒤, 틀 내부에 적가한 0.9 wt%의 NaCl 수용액 4 ml가 흡수되는데 소요된 시간인,
고흡수성 수지 필름.
제1항에 있어서,
최종 흡수 속도가 100 초 이상 250 초 이하이고,
상기 최종 흡수 속도는 두께가 0.3 mm인 고흡수성 수지 필름 위에 가로 * 세로가 10 cm * 10 cm인 틀을 놓아 틀 밖으로 물이 퍼지지 않게 고정한 뒤, 틀 내부에 적가한 0.9 wt%의 NaCl 수용액 40 ml가 흡수되는데 소요된 시간인,
고흡수성 수지 필름.
산성기를 가지며 상기 산성기의 적어도 일부가 중화된 아크릴산계 모노머, 셀룰로오스계 증점제, 보습제, 중합 개시제, 및 용매를 혼합하여 모노머 조성물을 제조하는 단계;
상기 모노머 조성물을 패턴이 형성된 몰드 상에 코팅하고, 열 및/또는 광을 조사하여 중합시켜 함수겔 중합체 필름을 형성하는 단계; 및
상기 함수겔 중합체 필름을 건조시켜 고흡수성 수지 필름을 형성하는 단계;를 포함하는,
제1항의 고흡수성 수지 필름의 제조방법.
제11항에 있어서,
상기 셀룰로오스계 증점제는 나노셀룰로오스, 히드록시에틸셀룰로오스, 히드록시프로필셀룰로오스, 히드록시에틸메틸셀룰로오스, 및 히드록시프로필메틸셀룰로오스로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상인,
고흡수성 수지 필름의 제조방법.
제11항에 있어서,
상기 보습제는 글리세린; 디글리세린; 프로필렌글리콜; 부틸렌글리콜; 소르비톨; 폴리글리세린-3; 폴리글리세린-6; 폴리글리세린-10; 및 폴리글리세릴-10 디스테아레이트 및 그 유도체(탄소수 3 내지 18); 시트르산; 트리에틸시트레이트; 메틸시트레이트; 소듐시트레이트; 및 트리소듐 2-메틸시트레이트로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상인,
고흡수성 수지 필름의 제조방법.
제11항에 있어서,
상기 셀룰로오스계 증점제는 모노머 조성물 내 고형분 100 중량부에 대하여 0.01 내지 5 중량부로 포함되는,
고흡수성 수지 필름의 제조방법.
제11항에 있어서,
상기 보습제는 아크릴산계 모노머 100 중량부에 대하여 5 내지 70 중량부로 포함되는,
고흡수성 수지 필름의 제조방법.
제11항에 있어서,
상기 모노머 조성물의 25 ℃에서의 점도는 100 mPa·s 이상인,
고흡수성 수지 필름의 제조 방법.