KR20220033031A - 고분자 필름, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 고분자 필름 적층체 - Google Patents

고분자 필름, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 고분자 필름 적층체 Download PDF

Info

Publication number
KR20220033031A
KR20220033031A KR1020210118477A KR20210118477A KR20220033031A KR 20220033031 A KR20220033031 A KR 20220033031A KR 1020210118477 A KR1020210118477 A KR 1020210118477A KR 20210118477 A KR20210118477 A KR 20210118477A KR 20220033031 A KR20220033031 A KR 20220033031A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
polymer film
less
polymer
film
monomer composition
Prior art date
Application number
KR1020210118477A
Other languages
English (en)
Inventor
윤기열
강성균
김유진
김기철
최현
박세열
Original Assignee
주식회사 엘지화학
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지화학 filed Critical 주식회사 엘지화학
Priority to PCT/KR2021/095082 priority Critical patent/WO2022055338A1/ko
Priority to CN202180013763.8A priority patent/CN115066332A/zh
Priority to US17/802,796 priority patent/US20230089009A1/en
Priority to EP21867203.8A priority patent/EP4082783A4/en
Publication of KR20220033031A publication Critical patent/KR20220033031A/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B27/00—Layered products comprising a layer of synthetic resin
    • B32B27/12—Layered products comprising a layer of synthetic resin next to a fibrous or filamentary layer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B27/00—Layered products comprising a layer of synthetic resin
    • B32B27/30—Layered products comprising a layer of synthetic resin comprising vinyl (co)polymers; comprising acrylic (co)polymers
    • B32B27/308—Layered products comprising a layer of synthetic resin comprising vinyl (co)polymers; comprising acrylic (co)polymers comprising acrylic (co)polymers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B3/00—Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form
    • B32B3/26—Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form characterised by a particular shape of the outline of the cross-section of a continuous layer; characterised by a layer with cavities or internal voids ; characterised by an apertured layer
    • B32B3/266—Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form characterised by a particular shape of the outline of the cross-section of a continuous layer; characterised by a layer with cavities or internal voids ; characterised by an apertured layer characterised by an apertured layer, the apertures going through the whole thickness of the layer, e.g. expanded metal, perforated layer, slit layer regular cells B32B3/12
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B5/00—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts
    • B32B5/02—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by structural features of a fibrous or filamentary layer
    • B32B5/022—Non-woven fabric
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F2/00—Processes of polymerisation
    • C08F2/44—Polymerisation in the presence of compounding ingredients, e.g. plasticisers, dyestuffs, fillers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F20/00—Homopolymers and copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and only one being terminated by only one carboxyl radical or a salt, anhydride, ester, amide, imide or nitrile thereof
    • C08F20/02—Monocarboxylic acids having less than ten carbon atoms, Derivatives thereof
    • C08F20/04—Acids, Metal salts or ammonium salts thereof
    • C08F20/06—Acrylic acid; Methacrylic acid; Metal salts or ammonium salts thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/18—Manufacture of films or sheets
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/34—Silicon-containing compounds
    • C08K3/346—Clay
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K5/00—Use of organic ingredients
    • C08K5/04—Oxygen-containing compounds
    • C08K5/05—Alcohols; Metal alcoholates
    • C08K5/053—Polyhydroxylic alcohols
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L33/00—Compositions of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and only one being terminated by only one carboxyl radical, or of salts, anhydrides, esters, amides, imides or nitriles thereof; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L33/04—Homopolymers or copolymers of esters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/70—Other properties
    • B32B2307/726—Permeability to liquids, absorption

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacture Of Macromolecular Shaped Articles (AREA)

Abstract

본 발명은 고분자 필름, 이의 제조방법 및 고분자 필름 적층체에 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 고분자 필름 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다. 또한 상기 새로운 형태의 고분자 필름을 포함하는 적층체에 관한 것이다.

Description

고분자 필름, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 고분자 필름 적층체{POLYMER FILM, PREPARATION METHOD THEREOF, AND POLYMER FILM LAMINATE COMPRISING THE SAME}
본 발명은 고분자 필름, 이의 제조 방법 및 상기 고분자 필름을 포함하는 고분자 필름 적층체에 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 있으며, 새로운 고흡수성 수지를 포함하는 적층체에 대한 연구도 활발해지고 있다.
일본 공개특허 제1995-154195호
상기 과제를 해결하고자, 본 발명은 기존의 분말형 고흡수성 수지를 대체할 수 있고, 패턴을 포함하여 흡수 성능이 우수하고, 단위면적 당 무게가 적어 휴대성이 용이한, 필름 형태의 고분자(고흡수성 수지) 필름 및 이를 제조하는 방법을 제공한다.
또한, 상기 고분자 필름을 포함하는 고분자 필름 적층체를 제공한다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 산성기를 가지며 상기 산성기의 적어도 일부가 중화된 아크릴산계 모노머가 중합된 중합체를 포함하고,
두께가 0.001 mm 이상 0.5 mm 이하이고,
필름을 관통하는 홀(hole) 구조를 포함하는 패턴을 포함하고,
하기 수학식 1로 계산되는 신율이 100% 이상인,
고분자 필름이 제공된다:
[수학식 1]
신율(%) = (L1- L0)/L0*100
상기 수학식 1에서,
L0은 초기 표점 거리이고,
L1은 시편을 분당 0.5 mm의 속도로 인장하였을 때 파단이 일어난 시점의 표점 거리이다.
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 기재 상에 캐스팅하여 모노머 조성물 필름을 형성하는 단계; 상기 모노머 조성물 필름을 연신하면서 열 또는 광을 조사하여 함수겔 중합체 필름을 형성하는 단계; 상기 함수겔 중합체 필름을 건조시켜 건조된 중합체 필름을 형성하는 단계; 및 상기 건조된 중합체 필름에 패턴을 형성하여 고분자 필름을 형성하는 단계;를 포함하는, 상기의 고분자 필름의 제조방법이 제공된다.
또한, 본 발명의 다른 일 구현예에 따르면,
부직포; 및
상기 부직포 상하단에 고분자 필름을 포함하고,
상기 고분자 필름은,
(1) 산성기를 가지며 상기 산성기의 적어도 일부가 중화된 아크릴산계 모노머가 중합된 중합체를 포함하고,
(2) 두께가 0.001 mm 이상 0.5 mm 이하이고,
(3) 필름을 관통하는 홀(hole) 구조를 포함하는 패턴을 포함하고,
(4) 하기 수학식 1로 계산되는 신율이 100% 이상인,
고분자 필름 적층체가 제공된다:
[수학식 1]
신율(%) = (L1- L0)/L0*100
상기 수학식 1에서,
L0은 초기 표점 거리이고,
L1은 시편을 분당 0.5 mm의 속도로 인장하였을 때 파단이 일어난 시점의 표점 거리이다.
본 발명에 따르면, 두께가 얇으면서도 우수한 흡수 성능을 나타내며, 유연성 및 인장강도가 우수한 고분자 필름을 제조할 수 있다.
또한, 본 발명의 고분자 필름은 제품 제조 시 비산되거나 제품에서 누출될 염려가 없으며 플러프 펄프 등의 보조제가 불필요하여 제품의 박형화가 가능하고, 제조 공정 및 비용을 절감시킬 수 있다.
또한 상기 두께가 얇으면서도 우수한 흡수 성능을 나타내는 고분자 필름 및 부직포를 포함하여, 흡수 성능이 향상된 고분자 필름 적층체를 제조할 수 있다.
도 1은 원형의 홀 구조를 포함하는 패턴을 포함하는 고분자 필름으로, 상기 필름의 홀은 단순 입방 구조의 한 면이 반복되는 배열을 갖는다.
도 2는 직사각형의 홀 구조를 포함하는 패턴을 포함하는 고분자 필름이다.
도 3은 원형의 홀 구조(1)를 포함하는 패턴이 단순 입방 구조의 한 면이 반복되는 배열을 갖는 고분자 필름을 도식화한 것이다. 단순 입방 구조의 한 면이 반복되는 배열은 적색 점선으로 표시된 정사각형의 최소 반복 단위(2)가 사방으로 반복된다. 이 때 최소 반복단위(2)인 정사각형의 한 변의 길이에서 홀의 직경(3)을 뺀 길이가 홀 간 간격(4)이다.
도 4는 원형의 홀 구조(1)를 포함하는 패턴이 면심 입방 구조의 한 면이 반복되는 배열을 갖는 고분자 필름을 도식화한 것이다. 면심 입방 구조의 한 면이 반복되는 배열은 적색 점선으로 표시된 정사각형의 최소 반복 단위(2)가 사방으로 반복된다. 이 때 최소 반복단위(2)인 정사각형의 한 변의 길이에서 홀의 직경(3)을 뺀 길이가 홀 간 간격(4)이다.
도 5는 실시예 1-9의 고분자 필름의 패턴이다. 상기 고분자 필름은 직사각형의 홀 구조(1)를 포함하는 패턴이 면심 입방 구조의 한 면이 반복되는 배열을 가지며, 적색 점선으로 표시된 직사각형이 그 최소 반복 단위(2)이다. 상기 직사각형 홀 구조의 가로(3)는 6.06 mm이고, 세로는 0.25 mm이며, 가로 홀 간격(5)은 1.12 mm이고, 세로 홀 간격(6)은 1.72 mm이다.
도 6은 부직포 및 상하단에 고분자 필름을 포함하는 본 발명의 고분자 필름으로, 실시예 2-1 내지 실시예 2-3의 고분자 필름 적층체의 단면이다. 도 6의 적층체는 바닥부터 Top sheet, 하단 고분자 필름(SAP Film), 중앙 부직포(Non-woven), 상단 고분자 필름(SAP Film), Top sheet의 순서로 적층되었다.
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 발명의 고분자 필름에서 상기 고분자는 고흡수성 수지를 의미한다.
본 발명에서는 흡수성이 우수하여 펄프 등의 보조제 없이 자체로서 흡수체로 사용될 수 있고, 비산 및 누출의 우려가 없는 필름 형태의 고분자, 즉 고흡수성 수지를 제공한다. 특히, 본 발명의 고분자 필름은 필름을 관통하는 홀(hole) 구조를 포함하는 패턴을 포함하여 흡수 성능이 향상되고, 단위 면적 당 무게가 가벼워 제품에 적용 시 휴대성이 보다 용이해진다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 산성기를 가지며 상기 산성기의 적어도 일부가 중화된 아크릴산계 모노머가 중합된 중합체를 포함하고, 두께가 0.001 mm 이상 0.5 mm 이하이고, 필름을 관통하는 홀(hole) 구조를 포함하는 패턴을 포함하고, 하기 수학식 1로 계산되는 신율이 100 % 이상인, 고분자 필름이 제공된다:
[수학식 1]
신율(%) = (L1- L0)/L0*100
상기 수학식 1에서,
L0은 초기 표점 거리이고,
L1은 시편을 분당 0.5 mm의 속도로 인장하였을 때 파단이 일어난 시점의 표점 거리이다.
본 발명에서 "두께"는 필름 양면 사이의 너비를 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 150 내지 850 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 고분자(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 고분자 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 고분자 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 5 분을 포함하여 20 분으로 설정한다.
본 발명의 일 구현예에 따라 제조되는 고분자 필름은 함수율이 15 % 이하이고, 무색 투명하고, 탄성이 있으며, 유연성이 우수한 막 형태일 수 있다.
고분자 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 고분자 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 고분자 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 고분자 필름은 두께가 상술한 범위를 만족하면서, 필름을 관통하는 홀(hole) 구조를 포함하는 패턴을 포함한다. 본 발명의 홀 구조는 필름을 관통하는 구멍 형상으로 이해될 수 있다. 상기 홀 구조의 형상, 최대 직경 등 크기, 홀 간 간격 및 그 배열은 후술할 흡수 속도 및 원심분리 보수능의 물성이 만족되는 범위라면 특별히 제한되지 않는다.
구체적으로, 상기 홀 구조의 단면의 형태는 후술할 흡수 속도 및 원심분리 보수능 등의 물성이 만족되는 범위라면 특별히 제한되지 않는다. 일례로 원형, 타원형 등의 원 유사 형상이 바람직하나, 도 2와 같이 반복되는 홀 구조가 직사각형일 수도 있다. 또, 단일 고분자 필름이 포함하는 홀 구조는 크기 및 형상이 서로 상이할 수 있으나, 홀 구조의 크기 및 형상이 동일한 것이 바람직하다.
한편, 상기 고분자 필름의 홀 구조는 고분자 필름에 무작위로 배열되거나, 일정한 간격으로 배열되는 등 후술할 흡수 속도 및 원심분리 보수능 등의 물성이 만족되는 범위라면 특별한 제한 없이 배열될 수 있다. 바람직하게는 상기 홀 구조가 반복되는 패턴은 동일한 크기의 홀이 반복되는 경우, 단순 입방 구조의 한 면이 반복되는 것과 같이 배열되거나, 면심 입방 구조의 한 면이 반복되는 것과 같이 배열될 수 있다. 일례로, 도 1에 나타난 바와 같이 원형의 홀 구조가 단순 입방 구조의 한 면이 반복되는 패턴으로 배열될 수 있다.
상기 고분자 필름의 패턴이 포함하는 홀의 최대 직경은 후술할 흡수 속도 및 원심분리 보수능 등의 물성이 만족되는 범위라면 특별히 제한되지 않으나, 일례로 1 mm 이상 15 mm 이하일 수 있고, 바람직하게는, 2 mm 이상, 또는 3 mm 이상이고, 13 mm 이하, 11 mm 이하, 10 mm 이하, 또는 8 mm 이하일 수 있다. 상기 범위에 못 미치는 경우 흡수속도의 개선 효과가 미미할 수 있고, 상기 범위를 초과하는 경우 염수 등 수분이 새는 현상이 발생할 수 있다.
상기 고분자 필름에서 홀 간 간격은 후술할 흡수 속도 및 원심분리 보수능 등의 물성이 만족되는 범위라면 특별히 제한되지 않으나, 일례로 1 mm 이상 10 mm 이하일 수 있고, 바람직하게는, 2 mm 이상 또는 3 mm 이상이고, 9 mm 이하 또는 8 mm 이하일 수 있다. 여기서 "홀 간 간격"은 홀 구조가 필름 상에 무작위하게 배열된 경우 하나의 홀 및 상기 홀과 가장 가까운 홀 사이의 간격을 의미하고, 일정한 배열이 반복되는 경우 그 배열의 최소 반복단위인 다각형의 한 변의 길이에서 홀의 직경을 뺀 길이를 의미한다. 일례로, 고분자 필름의 원형 홀 구조가 단순 입방 구조의 한 면이 반복되는 배열을 가지면, 상기 한 면이 정사각 형태를 가지므로, 이 정사각형의 변의 길이에서 홀의 지름을 뺀 길이가 홀 간 간격이다. 면심 입방 구조의 한 면이 반복되는 배열을 갖는 홀 구조 또한 마찬가지이다. 상기 단순 입방 구조의 한 면이 반복되는 배열은 도 3을, 면심 입방 구조의 한 면이 반복되는 배열은 도 4를 참고하여 이해할 수 있다.
상기 고분자 필름의 패턴이 포함하는 홀의 총 면적은 고분자 필름 면적의 15 % 이상, 18 % 이상, 또는 20 % 이상이고, 80 % 이하, 70 % 이하, 60 % 이하, 또는 50 % 이하일 수 있다. 상기 범위에 못 미치는 경우 흡수속도 개선 효과가 미약하고, 상기 범위를 초과하는 경우 염수 등의 누수 문제가 있다.
한편, 상기 고분자 필름은 그 두께가 0.2 mm일 때, 단위 면적 당 무게가 100 g/m2 이상 210 g/m2 이하일 수 있다. 바람직하게는, 단위 면적 당 무게는 110 g/m2 이상, 120 g/m2 이상, 또는 130 g/m2 이상이고, 205 g/m2 이하 또는 200 g/m2 이하일 수 있다. 상기 고분자 필름의 단위 면적 당 무게는 두께에 비례한다. 즉, 고분자 필름의 두께가 0.1 mm라면, 단위 면적당 무게가 50 g/m2 이상 105 g/m2 이하일 수 있다. 단위 면적 당 무게가 적을수록 휴대성이 용이한 장점이 있으며, 상기 범위에 못 미치는 경우 면적당 염수에 대한 흡수능이 부족할 수 있고, 상기 범위를 초과하는 경우 단위 무게당 염수 흡수능의 물성저하 문제가 있다.
바람직하게는, 상기 고분자 필름의 흡수속도는 50 초 이하, 45 초 이하, 43 초 이하, 41 초 이하, 또는 40 초 이하 일 수 있다. 흡수속도가 작을수록 흡수 성능이 우수한 것이어서 그 하한에는 제한이 없으나, 일례로 10 초 이상, 15 초 이상, 20 초 이상, 또는 25 초 이상일 수 있다. 상기 흡수속도는 다음의 방법으로 측정한다. 고분자 필름을, 10 cm * 25 cm(가로 * 세로)로 절단면이 매끈하도록 재단하여 시편을 준비하고, 고분자 필름 상하부에 동일한 크기의 부직포를 부착한다. 이후 내경이 60 mm인 원통형의 플라스틱 관을 고분자 필름 중앙에 위치시키고, 0.9 wt% 식염수 80 ml를 깔대기를 이용하여 15 ml/s의 속도로 투입하여, 식염수가 모두 흡수될 때까지의 시간을 측정한다.
바람직하게는, 상기 고분자 필름의 원심분리 보수능은 30 g/g 이상, 31 g/g 이상, 32 g/g 이상, 33 g/g 이상, 34 g/g 이상, 또는 35 g/g 이상이고, 50 g/g 이하, 45 g/g 이하, 43 g/g 이하, 40 g/g 이하, 38 g/g 이하, 또는 37 g/g 이하일 수 있다. 상기 원심분리 보수능은 EDANA 법 WSP 241.2의 방법에 준하여 측정한다.
구체적으로, 고분자 필름을 중량(W0)이 0.08 내지 0.12 g이 되도록 재단하여 부직포제의 봉투에 넣고 밀봉(seal)한 후, 상온에서 0.9 중량% 염화나트륨 수용액(생리 식염수)에 침수시킨다. 30 분 경과 후, 원심 분리기를 이용하여 250 G의 조건 하에서 상기 봉투로부터 3 분간 물기를 빼고, 봉투의 질량 W2(g)을 측정한다. 또, 고분자 필름을 이용하지 않고 동일한 조작을 한 후에 그때의 질량 W1(g)을 측정한다. 얻어진 각 질량을 이용하여 다음 수학식 2에 따라 원심분리 보수능(CRC, g/g)을 산출한다.
[수학식 2]
CRC (g/g) = {[W2(g) - W1(g)]/W0(g)} - 1
구체적으로, 본 발명의 고분자 필름은 두께가 0.001 내지 0.5 mm이고, 신율이 100 % 이상, 150 % 이상, 180 % 이상, 또는 200 % 이상이면서, 550 % 이하, 530 % 이하, 또는 510 % 이하일 수 있다. 신율이 100% 이상인 경우 필름의 사용 시 수축 및 팽창 등의 형태 변경에 유리하다. 이때, 신율은 상기 수학식 1에 따라 계산될 수 있으며, 측정법은 후술하는 실시예에 의하여 구체화될 수 있다.
바람직하게는, 상기 고분자 필름은 흡수속도가 10 초 이상 50 초 이하이고, 신율이 100 % 이상 550 % 이하일 수 있다.
상기 고분자 필름은 원심분리 보수능이 종래의 분말 또는 입자 형태의 고흡수성 수지와 동등 수준으로 유지되면서 초기 흡수 속도 등의 흡수 성능이 개선되어 기저귀, 생리대 등의 위생용품의 흡수 코어, 흡방습 벽지, 식품유통 분야의 신선도 유지를 위한 식품 흡습 패드, 애완 배변 패드, 의료용 밴드 등에 사용될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 일 구현예에 따르면, 상기 고분자 필름의 제조방법이 제공된다.
구체적으로, 상기 고분자 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 기재 상에 캐스팅하여 모노머 조성물 필름을 형성하는 단계;
상기 모노머 조성물 필름을 연신하면서 열 또는 광을 조사하여 함수겔 중합체 필름을 형성하는 단계;
상기 함수겔 중합체 필름을 건조시켜 건조된 중합체 필름을 형성하는 단계; 및
상기 건조된 중합체 필름에 패턴을 형성하여 고분자 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 고분자(고흡수성 수지)를 제조한다.
특히, 본 발명에서는 건조 이후 패턴을 형성하는 단계를 포함함으로써, 고분자 필름을 관통하는 홀(hole) 구조를 포함하는 패턴을 형성하고, 그에 따라 흡수 속도 등 흡수 성능이 향상되고 단위 면적 당 무게가 감소한 고분자 필름을 제조할 수 있다.
본 발명의 제조방법에서, 고분자의 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 고분자 필름을 제조할 수 있어 바람직하다.
상기 아크릴산계 모노머의 농도는, 상기 고분자의 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 고분자의 수율이 낮고 경제성에 문제가 생길 수 있고, 반대로 농도가 지나치게 높아지면 모노머의 일부가 석출되는 등 공정상 문제가 생길 수 있으며 고분자의 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 고분자 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 고분자 필름의 유연도를 확보할 수 없는 문제가 있다. 반대로 다가 알코올의 함량이 아크릴산계 모노머 100 중량부에 대해 70 중량부를 초과하면 고분자 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 3000 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 고분자 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 기재 상에 캐스팅하여 모노머 조성물 필름을 제조하고, 이를 연신하는 동시에 중합하여 함수겔 중합체 필름을 형성한다. 이러한 모노머 조성물의 캐스팅 및 중합 과정은 롤투롤 공정을 통하여 연속적으로 수행될 수 있다.
먼저, 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 연신 및 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 고분자 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 고분자 필름 두께에 따라 적절히 조절될 수 있다.
다음으로, 모노머 조성물 필름을 종방향(MD 방향)으로 연신하면서 열 및/또는 광을 조사하여 중합 반응을 수행하여, 함수겔 중합체 필름을 형성한다. 이와 같이 중합 시 필름을 연신함으로써 제조되는 고분자 필름의 인장강도 등의 물성이 조절될 수 있다.
이때, 모노머 조성물 필름에 가하는 장력은 40 N/m 이상, 또는 45 N/m 이상, 또는 50 N/m 이상, 또는 60 N/m 이상이면서 100 N/m 이하, 또는 90 N/m 이하, 또는 70 N/m 이하일 수 있다. 만일 지나치게 큰 장력을 가하여 연신하면 모노머 조성물 필름이 끊어지거나 두께가 지나치게 얇아지는 문제가 있을 수 있고, 장력이 너무 작을 경우 필름의 인장강도 등 물리적 특성을 확보하지 못할 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, 상기 함수겔 중합체 필름을 건조시켜 건조된 중합체 필름을 제조한다.
상기 건조 단계의 온도는 80 내지 150 ℃ 또는 90 내지 100 ℃ 범위가 바람직할 수 있다. 상기 온도 범위 내에서 약 5 내지 30 분간 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 건조된 중합체 필름을 얻을 수 있다.
이후, 상기 건조된 중합체 필름에 패턴을 형성하여 최종 고분자 필름을 형성한다. 상기 패턴은 필름을 관통하는 홀(hole) 구조를 포함하는 패턴으로, 상기 "홀(hole) 구조"는 상술한 바와 같다. 이 때, 패턴은 프린트 앤 컷(Print and Cut) 방식으로 형성할 수 있다. 프린트 앤 컷 방식에 사용되는 장치로는 특별한 제한이 없으며, 일례로 CAMEO Cutting Printer(Silhouette 社)가 사용될 수 있다.
상기 제조방법에 따라 제조된 고분자 필름은 상술한 바와 같이 필름을 관통하는 홀(hole) 구조를 포함하는 패턴을 포함하여, 흡수 속도 등 흡수 성능이 향상될 수 있다. 본 발명의 고분자 필름은 펄프 등의 보조제와 복합화할 필요 없이 그 자체로서 흡수체로 이용될 수 있으므로 슬림형 및 박막형 제품에 적합하게 사용될 수 있으며, 제품의 변형 없이 우수한 흡수 성능을 나타낼 수 있다.
한편, 본 발명에서는 흡수성이 우수하여 펄프 등의 보조제 없이 자체로서 흡수체로 사용될 수 있고 비산 및 누출의 우려가 없는 필름 형태의 고분자와 부직포를 포함하는 고분자 필름 적층체를 제공한다. 특히, 상기 고분자 필름은 필름을 관통하는 홀(hole) 구조를 포함하는 패턴을 포함하여 흡수 성능이 향상되고, 단위 면적 당 무게가 가벼워 제품에 적용 시 휴대성이 보다 용이하다. 또한 단위 면적 당 밀도가 낮은 부직포를 적층체에 포함하여, 원심분리 보수능이 동등 수준으로 유지되면서도 흡수속도가 우수한 고분자 필름 적층체의 제공이 가능하다.
부직포는 통기성, 유연성이 우수하여 각종 용도에 폭넓게 이용되고 있는데, 본 발명에서는 고분자 필름과 함께 적층체에 포함되어 흡수속도 향상에 기여한다. 이 때, 두께가 0.25 mm인 부직포의 단위 면적 당 무게는 60 g/m2 이하, 55 g/m2 이하, 50 g/m2 이하, 또는 45 g/m2 이하이고, 10 g/m2 이상, 15 g/m2 이상, 20 g/m2 이상, 25 g/m2 이상, 또는 30 g/m2 이상인 것이 바람직하다. 단위 면적 당 무게가 10 g/m2 미만이면 부직포 제조의 어려움 및 강도가 낮은 문제가 있고, 60 g/m2을 초과하면 흡수속도가 저하되고 상하층의 고분자 필름(SAP Film)의 통액성(Permeabililty)을 떨어뜨릴 수 있는 문제가 있다.
한편, 본 발명의 일 구현예에 따르면, 고분자 필름 적층체는 상기 부직포의 상단 및 하단에 고분자 필름을 포함할 수 있다. 부직포와 고분자 필름의 사이에 다른 적층 물질이 포함될 수 있으나, 부직포와 상하단의 고분자 필름이 인접한 것이 바람직하다.
상기 고분자 필름 적층체에 포함되는 고분자 필름으로는 상술한 고분자 필름이 적용된다.
또한, 상기 고분자 필름 적층체에 포함되는 고분자 필름의 제조 방법은 상술한 바에 따른다.
한편, 본 발명의 고분자 필름 적층체는 원심분리 보수능이 30 g/g 이상 50 g/g 이하일 수 있다. 상기 원심분리 보수능은 EDANA 법 WSP 241.2의 방법으로 측정한다.
구체적으로, 고분자 필름을 중량(W0)이 0.08 내지 0.12 g이 되도록 재단하여 부직포제의 봉투에 넣고 밀봉(seal)한 후, 상온에서 0.9 중량% 염화나트륨 수용액(생리 식염수)에 침수시킨다. 30 분 경과 후, 원심 분리기를 이용하여 250 G의 조건 하에서 상기 봉투로부터 3 분간 물기를 빼고, 봉투의 질량 W2(g)을 측정한다. 또, 수지를 이용하지 않고 동일한 조작을 한 후에 그때의 질량 W1(g)을 측정한다. 얻어진 각 질량을 이용하여 다음 수학식 2에 따라 원심분리 보수능(CRC, g/g)을 산출한다.
[수학식 2]
CRC (g/g) = {[W2(g) - W1(g)]/W0(g)} - 1
또한, 본 발명의 고분자 필름 적층체는 흡수속도가 10 초 이상, 12 초 이상, 14 초 이상, 16 초 이상, 18 초 이상, 또는 20 초 이상이고, 30 초 이하, 28 초 이하, 26 초 이하, 또는 24 초 이하일 수 있다. 상기 흡수속도는 다음의 방법으로 측정한다. 10 cm * 25 cm(가로 * 세로)로 절단면이 매끈하도록 재단하여 고분자 필름 적층체 시편을 준비하고, 적층체의 중앙에 내경이 60 mm인 원통형의 플라스틱 관을 위치시키고, 0.9 wt% 식염수 80 ml를 깔대기를 이용하여 15 ml/s의 속도로 투입하여, 식염수가 모두 흡수될 때까지의 시간을 측정한다.
상기 고분자 필름 적층체는 상술한 부직포 및 고분자 필름을 포함하여, 원심분리 보수능이 동등 수준으로 유지되면서 초기 흡수 속도 등의 흡수 성능이 개선되어 기저귀, 생리대 등의 위생재, 식품 흡습 패드, 애완 배변 패드 등에 사용될 수 있다.
상기 고분자 필름 적층체는 상술한 부직포 및 고분자 필름을 적층하여 제조할 수 있다. 일례로, 본 발명의 고분자 필름 적층체의 제조 방법은 하단 고분자 필름을 적층하는 단계; 중앙 부직포를 적층하는 단계; 및 상단 고분자 필름을 적층하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 "중앙 부직포"는 상술한 부직포와 같다.
상기 부직포 및 고분자 필름의 적층 단계에서, 적층하는 물질의 고정을 위한 방법에는 특별한 제한이 없다. 일례로, 당업계에서 통상적으로 사용되는 접착제 등을 사용할 수도 있으나, 고정을 위한 접착 물질이 사용되지 않을 수도 있다.
한편 상기 하단 고분자 필름의 적층 단계 전과 상단 고분자 필름의 적층 단계 후에 추가적인 부직포 적층 단계가 더 포함될 수 있다. 상기 추가적인 부직포는 상하단의 고분자 필름이 외부에 노출되지 않도록 하는 Top sheet의 기능을 한다. 추가적인 부직포를 포함하는 고분자 필름 적층체의 구조는 도 6을 참고하여 이해될 수 있다. 도 6의 Top sheet가 상기 추가적인 부직포이며, SAP Film이 고분자 필름이고, Non-woven이 중앙 부직포이다. 상기 추가 부직포는 당업계에서 통상적으로 사용되는 물질이라면 특별한 제한이 없다.
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 1-1: 고분자 필름의 제조
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 735 mPa·s로 확인되었다.
다음으로, 상기 모노머 조성물을 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름의 일면에 코팅하여 0.2 mm 두께의 모노머 조성물 필름(함수율 30 %)을 형성하였다. 상기 코팅에는 콤마코터(Gap 700 ㎛)를 이용하였으며, 어플리케이터 롤의 이동 속도는 0.3 m/min로 하였다.
그런 다음, 상기 모노머 조성물 필름에 370 mJ/cm2의 자외선을 조사하여 중합을 실시해, 함수겔 중합체 필름을 형성하였다. 제조된 함수겔 중합체 필름의 두께는 0.2 mm로, 모노머 조성물과 비교하여 큰 변화가 없는 것으로 확인 되었으며, 함수율은 30 중량%였다. 상기 제조된 함수겔 중합체를 90 ℃ 온도에서 10 분 동안 건조하여, 함수율이 10 중량%이고 두께가 0.2 mm인 건조된 중합체 필름을 제조하였다.
이후, Silhouette사의 CAMEO Cutting Printer를 이용하여, 건조된 중합체 필름에 프린트 앤 컷(Print & Cut) 방식으로 홀 구조의 패턴(단순 입방 구조의 일면이 반복되는 패턴으로, 원형 홀의 직경은 3 mm이고, 홀 간 간격은 3 mm이다)을 형성하여 함수율이 10 중량%이고 두께가 0.2 mm인 고분자 필름(SAP film)을 제조하였다.
실시예 1-2: 고분자 필름의 제조
건조된 중합체 필름의 패턴 형성 단계에서, 패턴의 원형 홀의 직경은 4 mm이고, 홀 간 간격은 4 mm인 것을 제외하고는 상기 실시예 1-1과 동일한 방법으로 고분자 필름을 제조하였다.
실시예 1-3: 고분자 필름의 제조
건조된 중합체 필름의 패턴 형성 단계에서, 패턴의 원형 홀의 직경은 4 mm이고, 홀 간 간격은 8 mm인 것을 제외하고는 상기 실시예 1-1과 동일한 방법으로 고분자 필름을 제조하였다.
실시예 1-4: 고분자 필름의 제조
건조된 중합체 필름의 패턴 형성 단계에서, 패턴의 원형 홀의 직경은 5 mm이고, 홀 간 간격은 5 mm인 것을 제외하고는 상기 실시예 1-1과 동일한 방법으로 고분자 필름을 제조하였다.
실시예 1-5: 고분자 필름의 제조
건조된 중합체 필름의 패턴 형성 단계에서, 패턴의 원형 홀의 직경은 6 mm이고, 홀 간 간격은 6 mm인 것을 제외하고는 상기 실시예 1-1과 동일한 방법으로 고분자 필름을 제조하였다.
실시예 1-6: 고분자 필름의 제조
건조된 중합체 필름의 패턴 형성 단계에서, 패턴은 면심 입방 구조의 일면이 반복되는 패턴인 것을 제외하고는 상기 실시예 1-1과 동일한 방법으로 고분자 필름을 제조하였다.
실시예 1-7: 고분자 필름의 제조
건조된 중합체 필름의 패턴 형성 단계에서, 패턴은 면심 입방 구조의 일면이 반복되는 패턴이고, 패턴의 원형 홀의 직경은 4 mm이고, 홀 간 간격은 4 mm인 것을 제외하고는 상기 실시예 1-1과 동일한 방법으로 고분자 필름을 제조하였다.
실시예 1-8: 고분자 필름의 제조
건조된 중합체 필름의 패턴 형성 단계에서, 패턴은 면심 입방 구조의 일면이 반복되는 패턴이고, 패턴의 원형 홀의 직경은 4 mm이고, 홀 간 간격은 8 mm인 것을 제외하고는 상기 실시예 1-1과 동일한 방법으로 고분자 필름을 제조하였다.
실시예 1-9: 고분자 필름의 제조
건조된 중합체 필름의 패턴 형성 단계에서, 패턴은 직사각형의 홀 구조가 반복되는 패턴이고, 하나의 홀의 가로는 6.06 mm이고, 세로는 0.25 mm이고, 홀 간 간격은 가로 1.12 mm, 세로 1.72 mm인 것을 제외하고는 상기 실시예 1-1과 동일한 방법으로 고분자 필름을 제조하였다. 상기 실시예 1-9의 구체적인 패턴 규격은 도 5를 참고하여 이해될 수 있다.
실시예 1-10: 고분자 필름의 제조
필름의 두께가 0.1 mm인 것을 제외하고는 상기 실시예 1-1과 동일한 방법으로 고분자 필름을 제조하였다.
참고예 1-1: 고분자 필름의 제조
패턴 제조 단계를 생략하는 것을 제외하고 상기 실시예 1-1과 동일한 방법으로 고분자 필름을 제조하였다.
[실험예 1: 고분자 필름의 물성 측정]
상기 실시예 1-1 내지 실시예 1-10 및 참고예 1-1의 무게, 단위 면적 당 무게, 신율, 흡수속도 및 원심분리 보수능을 아래의 방법으로 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.
(1) 무게(g) 및 단위 면적 당 무게(g/m2)
제조된 고분자 필름(두께 0.2 mm 또는 0.1 mm)을 10 cm * 25 cm(가로 * 세로)로 절단하여 시편을 만든 뒤, 저울로 무게를 측정하였다.
그리고, 측정된 무게를 0.025 m2(=10 cm * 25 cm)으로 나누어 단위 면적 당 무게를 계산하였다.
(2) 신율(%)
고분자 필름 또는 시트를, 20 ㎜ x 60 ㎜ 크기의 직사각형 형태로 절단면이 매끈하도록 재단하여 시편을 준비하고, 인장강도 측정기기(TAXTplus, Stable Micro Systems社)의 초기 표점 거리를 20 ㎜로 한 다음 시편을 장착하였다. 시편을 분당 0.5 ㎜의 속도로 인장하여 시편의 파단이 발생한 시점의 표점 거리를 측정하고, 그 값을 초기 표점 거리로 나누어 신율을 구하였다.
[수학식 1]
신율(%) = (L1- L0)/L0*100
상기 수학식 1에서,
L0은 초기 표점 거리이고,
L1은 파단이 일어난 시점의 표점 거리이다.
(3) 흡수속도(sec)
제조한 고분자 필름을, 10 cm * 25 cm(가로 * 세로)로 절단면이 매끈하도록 재단하여 시편을 준비하고, 고분자 필름 상하부에 동일한 크기의 부직포를 부착하였다. 내경이 60 mm인 원통형의 플라스틱 관을 고분자 필름 중앙에 위치시키고, 0.9 wt% 식염수 80 ml를 깔대기를 이용하여 15 ml/s로 투입하여, 식염수가 모두 흡수될 때까지의 시간을 측정하였다.
(4) 원심분리 보수능(CRC, g/g)
EDANA 법 WSP 241.2의 방법에 따라 원심분리 보수능(CRC)을 측정하였다. 측정 대상인 각 제조예 및 참고제조예의 고분자 필름의 함수율은 상술한 바와 같이 10 중량%이며, 별도의 함수율 조정 없이 원심분리 보수능을 측정하였다.
구체적으로, 고분자 필름을 중량(W0)이 0.08 내지 0.12 g이 되도록 재단하여 부직포제의 봉투에 넣고 밀봉(seal)한 후, 상온에서 0.9 중량% 염화나트륨 수용액(생리 식염수)에 침수시켰다. 30 분 경과 후, 원심 분리기를 이용하여 250 G의 조건 하에서 상기 봉투로부터 3 분간 물기를 빼고, 봉투의 질량 W2(g)을 측정하였다. 또, 고분자 필름을 이용하지 않고 동일한 조작을 한 후에 그때의 질량 W1(g)을 측정하였다. 얻어진 각 질량을 이용하여 다음 수학식 2에 따라 원심분리 보수능(CRC, g/g)을 산출하였다.
[수학식 2]
CRC (g/g) = {[W2(g) - W1(g)]/W0(g)} - 1
홀 형상 /
배열		 홀 직경
(mm)		 홀 간격
(mm)		 무게
(g)		 단위 면적 당
무게
(g/m2)		 흡수
속도
(s)		 원심분리 보수능
(g/g)		 신율
(%)
실시예 1-1 원형 /단순입방 3 3 4.36 174.4 35 35.1 277
실시예 1-2 원형 /단순입방 4 4 4.35 174 35 35.1 301
실시예 1-3 원형 /단순입방 4 8 4.98 199.2 31 35.1 240
실시예 1-4 원형 /단순입방 5 5 4.51 180.4 34 35.1 258
실시예 1-5 원형 /단순입방 6 6 4.36 174.4 30 35.1 295
실시예 1-6 원형 /면심입방 3 3 3.32 132.8 39 35.1 270
실시예 1-7 원형 /면심입방 4 4 3.35 134 37 35.1 222
실시예 1-8 원형 /면심입방 4 8 4.58 183.2 34 35.1 263
실시예 1-9 직사각형 /면심입방 가로 6.06
세로 0.25		 가로1.12
세로1.72		 4.99 199.6 43 35.1 195
실시예 1-10 원형 /
단순입방		 3 3 2.09 83.6 24 35.2 131
참고예 1-1* - - - 5.3 212 92 35.1 235
* 참고예 1-1은 패턴을 포함하지 않아, 패턴 구조, 홀 직경 및 홀 간격을 기재하지 않음
표 1에 나타난 바와 같이, 홀 구조의 패턴을 포함하는 제조예의 고분자 필름은 홀 구조의 패턴을 불포함하는 참고제조예에 비해 흡수 속도 등 흡수 성능이 우수하며, 단위 면적 당 무게가 적으면서도 동등 수준의 원심분리 보수능 및 신율을 갖는 것을 확인할 수 있다.
실시예 2-1: 고분자 필름 적층체의 제조
실시예 1-1에서 제조한 홀 구조를 포함하는 고분자 필름을 10 cm * 25 cm로 재단하여 2 장을 준비하였다. TOP sheet 용도로, 두께 0.25T의 DEMAO社의 Cellulose 부직포를 10 cm * 25 cm로 2 장을 재단하였다. 중앙에 위치하는 부직포로 두께 0.22 T, 40 gsm의 Cotton 부직포(남양부직포社)를 10 cm * 25 cm로 재단하였다.
이후, 상기 재단한 필름 및 부직포를 Top sheet, 하단 고분자 필름, 중앙 부직포, 상단 고분자 필름, Top sheet 순서로 적층하여 고흡수성 수지 필름 적층체를 제조하였다. 상기 고분자 필름 적층체의 구조는 도 6을 참고하여 이해될 수 있다.
실시예 2-2: 고분자 필름 적층체의 제조
상단 고분자 필름이 실시예 1-10에서 제조한 고분자 필름인 것을 제외하고, 상기 실시예 2-1과 동일한 방법으로 고분자 필름 적층체를 제조하였다. 상기 고분자 필름 적층체의 구조는 도 6을 참고하여 이해될 수 있다.
실시예 2-3: 고분자 필름 적층체의 제조
하단 고분자 필름이 실시예 1-10에서 제조한 고분자 필름인 것을 제외하고, 상기 실시예 2-1과 동일한 방법으로 고분자 필름 적층체를 제조하였다. 상기 고분자 필름 적층체의 구조는 도 6을 참고하여 이해될 수 있다.
실시예 2-4: 고분자 필름 적층체의 제조
중앙에 위치하는 부직포로 두께 0.22 T, 50 gsm의 Cotton 부직포(남양부직포社)를 사용한 것을 제외하고, 상기 실시예 2-1과 동일한 방법으로 고분자 필름 적층체를 제조하였다. 상기 고분자 필름 적층체의 구조는 도 6을 참고하여 이해될 수 있다.
실시예 2-5: 고분자 필름 적층체의 제조
중앙에 위치하는 부직포로 두께 0.22 T, 50 gsm의 Cotton 부직포(남양부직포社)를 사용하고, 상단 고분자 필름으로 실시예 1-10에서 제조한 고분자 필름을 사용한 것을 제외하고, 상기 실시예 2-1과 동일한 방법으로 고분자 필름 적층체를 제조하였다. 상기 고분자 필름 적층체의 구조는 도 6을 참고하여 이해될 수 있다.
실시예 2-6: 고분자 필름 적층체의 제조
중앙에 위치하는 부직포로 두께 0.22 T, 50 gsm의 Cotton 부직포(남양부직포社)를 사용하고, 하단 고분자 필름으로 실시예 1-10에서 제조한 고분자 필름을 사용한 것을 제외하고, 상기 실시예 2-1과 동일한 방법으로 고분자 필름 적층체를 제조하였다. 상기 고분자 필름 적층체의 구조는 도 6을 참고하여 이해될 수 있다.
비교예 1: 고분자 필름만을 포함하는 적층체의 제조
참고예 1-1에서 제조한 홀 구조를 포함하지 않는 고분자 필름을 10 cm * 25 cm로 재단하였다. TOP sheet 용도로, DEMAO社의 Cellulose 부직포를 10 cm * 25 cm로 2 장을 재단하였다. 이후, 상기 재단한 필름 및 부직포를 Top sheet, 고분자 필름, Top sheet 순서로 적층하여 고분자 필름 적층체를 제조하였다.
비교예 2: 고분자 필름만을 포함하는 적층체의 제조
고분자 필름으로 실시예 1-1에서 제조한 고분자 필름을 사용한 것을 제외하고, 상기 비교예 1과 동일한 방법으로 고분자 필름 적층체를 제조하였다.
비교예 3: 홀 구조 패턴을 포함하지 않는 고분자 필름을 포함하는 적층체의 제조
중앙에 위치하는 부직포로 두께 0.22 T, 50 gsm의 Cotton 부직포(남양부직포社)를 사용하고, 상단 및 하단의 고분자 필름으로 참고예 1-1에서 제조한 고분자 필름을 사용한 것을 제외하고, 상기 실시예 2-1과 동일한 방법으로 고분자 필름 적층체를 제조하였다. 상기 고분자 필름 적층체의 구조는 도 6을 참고하여 이해될 수 있다.
[실험예 2: 고분자 필름 적층체의 물성 측정]
상기 실시예 2-1 내지 실시예 2-6 및 비교예 1 내지 비교예 3의 적층체의 원심분리 보수능 및 흡수속도를 아래의 방법으로 측정하여 하기 표 2 및 표 3에 나타내었다.
(1) 원심분리 보수능(g/g)
EDANA 법 WSP 241.2의 방법에 따라 원심분리 보수능(CRC)을 측정하였다. 측정 대상인 각 실시예 및 비교예에 포함된 고분자 필름의 함수율은 상술한 바와 같이 10 중량%이며, 별도의 함수율 조정 없이 원심분리 보수능을 측정하였다.
구체적으로, 고분자 필름을 중량(W0)이 0.08 내지 0.12 g이 되도록 재단하여 부직포제의 봉투에 넣고 밀봉(seal)한 후, 상온에서 0.9 중량% 염화나트륨 수용액(생리 식염수)에 침수시켰다. 30 분 경과 후, 원심 분리기를 이용하여 250 G의 조건 하에서 상기 봉투로부터 3 분간 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 다음 수학식 2에 따라 원심분리 보수능(CRC, g/g)을 산출하였다.
[수학식 2]
CRC (g/g) = {[W2(g) - W1(g)]/W0(g)} - 1
(2) 흡수속도(sec)
제조한 고분자 필름 적층체를 10 cm * 25 cm(가로 * 세로)로 절단면이 매끈하도록 재단하여 시편을 준비하였다. 내경이 60 mm인 원통형의 플라스틱 관을 고분자 필름 적층체 중앙에 위치시키고, 0.9 wt% 식염수 80 ml를 깔대기를 이용하여 15 ml/s의 속도로 투입하여, 식염수가 모두 흡수될 때까지의 시간을 측정하였다.
실시예 2-1 실시예 2-2 실시예 2-3 실시예 2-4 실시예 2-5 실시예 2-6
적층체 구조 (바닥부터) Top sheet / 하단 고분자 필름 / 중앙 부직포 /
상단 고분자 필름 / Top sheet
홀 직경
(mm)		 3 3 3 3 3 3
홀 간 간격
(mm)		 3 3 3 3 3 3
부직포
재료		 면 면 면 면 면 면
부직포
밀도(g/m2)		 40 40 40 50 50 50
상단 필름
두께(mm)		 0.2 0.1 0.2 0.2 0.1 0.2
하단 필름두께(mm) 0.2 0.2 0.1 0.2 0.2 0.1
원심분리
보수능
(g/g)		 32 32 32 32 32 32
흡수속도
(s)		 23 23 22 27 25 25
비교예 1 비교예 2 비교예 3
적층체 구조 (바닥부터) Top sheet / 고분자
필름 / Top sheet		 (바닥부터) Top sheet / 하단 고분자 필름 /
중앙 부직포 / 상단 고분자 필름 / Top sheet
홀 직경
(mm)		 - 3 -
홀 간 간격(mm) - 3 -
부직포재료 - - 면
부직포밀도(g/m2) - - 50
상단 필름두께(mm) - - 0.2
하단 필름두께(mm) - - 0.2
원심분리보수능
(g/g)		 32 32 32
흡수속도(s) 91 36 90
표 2 및 표 3에 나타난 바와 같이, 중앙 부직포 상하단에 고분자 필름을 포함하는 고분자 필름 적층체는 부직포를 포함하지 않는 고분자 필름 적층체에 비하여 동등 수준의 원심분리 보수능을 가지면서도 흡수속도는 월등한 것을 확인할 수 있다. 또한, 중앙 부직포 상하단에 고분자 필름을 포함하더라도 비교예 3과 같이 홀 구조의 패턴을 불포함하는 고분자 필름이 사용되는 경우, 흡수 속도에서 현저히 열세한 것을 확인할 수 있다.

Claims (26)

  1. 산성기를 가지며 상기 산성기의 적어도 일부가 중화된 아크릴산계 모노머가 중합된 중합체를 포함하고,
    두께가 0.001 mm 이상 0.5 mm 이하이고,
    필름을 관통하는 홀(hole) 구조를 포함하는 패턴을 포함하고,
    하기 수학식 1로 계산되는 신율이 100% 이상인,
    고분자 필름:
    [수학식 1]
    신율(%) = (L1- L0)/L0*100
    상기 수학식 1에서,
    L0은 초기 표점 거리이고,
    L1은 시편을 분당 0.5 mm의 속도로 인장하였을 때 파단이 일어난 시점의 표점 거리이다.
  2. 제1항에 있어서,
    홀의 최대 직경은 1 mm 이상 15 mm 이하인,
    고분자 필름.
  3. 제1항에 있어서,
    홀 간 간격은 1 mm 이상 10 mm 이하인,
    고분자 필름.
  4. 제1항에 있어서,
    홀의 총 면적은 필름 면적의 15 % 이상 80 % 이하인,
    고분자 필름
  5. 제1항에 있어서,
    필름의 두께가 0.2 mm일 때, 단위 면적 당 무게는 100 g/m2 이상 210 g/m2 이하인,
    고분자 필름.
  6. 제1항에 있어서,
    흡수속도가 10 초 이상 50 초 이하이고,
    상기 흡수속도는 가로 10 cm * 세로 25 cm로 절단면이 매끈하도록 재단한 고분자 필름의 상하부에 동일한 크기의 부직포를 부착한 뒤 내경이 60 mm인 원통형의 흘라스틱 관을 상기 고분자 필름의 중앙에 위치시키고, 0.9 wt% 식염수 80 ml를 깔대기를 이용하여 15 ml/s로 투입하여, 식염수가 모두 흡수되는데 소요되는 시간인,
    고분자 필름.
  7. 제1항에 있어서,
    원심분리 보수능(CRC)이 30 g/g 이상인,
    고분자 필름.
  8. 제1항에 있어서,
    흡수속도가 10 초 이상 50 초 이하이고, 신율이 100 % 이상 550 % 이하인,
    고분자 필름.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 고분자는 고흡수성 수지인,
    고분자 필름.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 고분자 필름을 포함하는, 물품.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 물품은 위생용품, 흡방습 벽지, 식품 흡습 패드, 애완 배변 패드 및 의료용 밴드 중 어느 하나인,
    물품.
  12. 산성기를 가지며 상기 산성기의 적어도 일부가 중화된 아크릴산계 모노머, 셀룰로오스계 증점제, 보습제, 중합 개시제, 및 용매를 혼합하여 모노머 조성물을 제조하는 단계;
    상기 모노머 조성물을 기재 상에 캐스팅하여 모노머 조성물 필름을 형성하는 단계;
    상기 모노머 조성물 필름을 연신하면서 열 또는 광을 조사하여 함수겔 중합체 필름을 형성하는 단계;
    상기 함수겔 중합체 필름을 건조시켜 건조된 중합체 필름을 형성하는 단계; 및
    상기 건조된 중합체 필름에 패턴을 형성하여 고분자 필름을 형성하는 단계;를 포함하는,
    제1항의 고분자 필름의 제조방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 셀룰로오스계 증점제는 나노셀룰로오스, 히드록시에틸셀룰로오스, 히드록시프로필셀룰로오스, 히드록시에틸메틸셀룰로오스, 및 히드록시프로필메틸셀룰로오스로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상인,
    고분자 필름의 제조방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 보습제는 글리세린; 디글리세린; 프로필렌글리콜; 부틸렌글리콜; 소르비톨; 폴리에틸렌글리콜; 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,
    고분자 필름의 제조방법.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 셀룰로오스계 증점제는 모노머 조성물 내 고형분 100 중량부에 대하여 0.01 내지 5 중량부로 포함되는,
    고분자 필름의 제조방법.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 보습제는 아크릴산계 모노머 100 중량부에 대하여 5 내지 70 중량부로 포함되는,
    고분자 필름의 제조방법.
  17. 제12항에 있어서,
    상기 모노머 조성물의 25 ℃에서의 점도는 100 mPa·s 이상인,
    고분자 필름의 제조방법.
  18. 제12항에 있어서,
    상기 고분자 필름을 형성하는 단계는 프린트 앤 컷(Print and Cut) 방식으로 진행되는,
    고분자 필름의 제조방법.
  19. 부직포; 및
    상기 부직포 상하단에 고분자 필름을 포함하고,
    상기 고분자 필름은,
    (1) 산성기를 가지며 상기 산성기의 적어도 일부가 중화된 아크릴산계 모노머가 중합된 중합체를 포함하고,
    (2) 두께가 0.001 mm 이상 0.5 mm 이하이고,
    (3) 필름을 관통하는 홀(hole) 구조를 포함하는 패턴을 포함하고,
    (4) 하기 수학식 1로 계산되는 신율이 100% 이상인,
    고분자 필름 적층체:
    [수학식 1]
    신율(%) = (L1- L0)/L0*100
    상기 수학식 1에서,
    L0은 초기 표점 거리이고,
    L1은 시편을 분당 0.5 mm의 속도로 인장하였을 때 파단이 일어난 시점의 표점 거리이다.
  20. 제19항에 있어서,
    부직포의 두께가 0.25 mm일 때, 부직포의 단위 면적 당 무게가 60 g/m2 이하인,
    고분자 필름 적층체.
  21. 제19항에 있어서,
    홀의 최대 직경은 1 mm 이상 15 mm 이하인,
    고분자 필름 적층체.
  22. 제19항에 있어서,
    홀 간 간격은 1 mm 이상 10 mm 이하인,
    고분자 필름 적층체.
  23. 제19항에 있어서,
    홀의 총 면적은 고분자 필름 면적의 20 % 이상 80 % 이하인,
    고분자 필름 적층체.
  24. 제19항에 있어서,
    고분자 필름의 두께가 0.2 mm일 때, 고분자 필름의 단위 면적 당 무게는 100 g/m2 이상 210 g/m2 이하인,
    고분자 필름 적층체.
  25. 제19항에 있어서,
    원심분리 보수능(CRC)이 30 g/g 이상인,
    고분자 필름 적층체.
  26. 제19항에 있어서,
    흡수속도가 10 초 이상 30 초 이하이고,
    상기 흡수속도는 가로 10 cm * 세로 25 cm로 절단면이 매끈하도록 재단한 고분자 필름 적층체의 중앙에 내경이 60 mm인 원통형의 흘라스틱 관을 위치시키고, 0.9 wt% 식염수 80 ml를 깔대기를 이용하여 15 ml/s의 속도로 투입하여, 식염수가 모두 흡수되는데 소요되는 시간인,
    고분자 필름 적층체.
KR1020210118477A 2020-09-08 2021-09-06 고분자 필름, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 고분자 필름 적층체 KR20220033031A (ko)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/KR2021/095082 WO2022055338A1 (ko) 2020-09-08 2021-09-07 고분자 필름, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 고분자 필름 적층체
CN202180013763.8A CN115066332A (zh) 2020-09-08 2021-09-07 聚合物膜、其制备方法和包括其的聚合物膜层合体
US17/802,796 US20230089009A1 (en) 2020-09-08 2021-09-07 Polymer Film, Preparation Method Thereof, and Polymer Film Laminate Comprising the Same
EP21867203.8A EP4082783A4 (en) 2020-09-08 2021-09-07 POLYMERIC FILM, PREPARATION METHOD THEREFOR, AND POLYMERIC FILM LAMINATE COMPRISING THE SAME

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200114814 2020-09-08
KR1020200114813 2020-09-08
KR20200114814 2020-09-08
KR20200114813 2020-09-08

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20220033031A true KR20220033031A (ko) 2022-03-15

Family

ID=80817140

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210118477A KR20220033031A (ko) 2020-09-08 2021-09-06 고분자 필름, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 고분자 필름 적층체

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20220033031A (ko)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07154195A (ja) 1993-09-30 1995-06-16 Murata Mfg Co Ltd ラダー型フィルタ

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07154195A (ja) 1993-09-30 1995-06-16 Murata Mfg Co Ltd ラダー型フィルタ

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102230189B1 (ko) 고흡수성 수지 시트의 제조 방법 및 이로부터 제조된 고흡수성 수지 시트
KR102568226B1 (ko) 고흡수성 수지 및 이의 제조 방법
KR102625756B1 (ko) 고흡수성 수지 및 이의 제조 방법
KR20210118762A (ko) 고흡수성 수지 필름의 제조 방법
KR102634904B1 (ko) 고흡수성 수지 및 이의 제조 방법
CN114929786B (zh) 超吸收性聚合物膜及其制备方法
KR102457232B1 (ko) 고흡수성 수지 시트의 제조 방법
KR20220033031A (ko) 고분자 필름, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 고분자 필름 적층체
EP3677621A1 (en) Preparation method for super absorbent polymer sheet
KR20190129713A (ko) 고흡수성 수지 시트의 제조 방법
US20230089009A1 (en) Polymer Film, Preparation Method Thereof, and Polymer Film Laminate Comprising the Same
US20230225916A1 (en) Super Absorbent Polymer Film and Absorbent Article Comprising the Same
CN114981342B (zh) 超吸收性聚合物膜及其制备方法
KR20220027615A (ko) 고흡수성 수지 필름 및 이의 제조 방법
KR20220026888A (ko) 고흡수성 수지 필름의 제조 방법
KR20220013923A (ko) 고흡수성 수지 필름의 제조 방법
KR20210118763A (ko) 고흡수성 수지 필름 및 이의 제조 방법
KR20240041706A (ko) 흡수성 시트, 이의 제조 방법, 및 이를 포함하는 흡수성 물품
KR20220027616A (ko) 고흡수성 수지 필름의 제조방법
EP4233819A1 (en) Absorbent product
EP4095185A1 (en) Preparation method for super absorbent polymer film
KR20230030262A (ko) 고흡수성 수지 필름 및 이의 제조 방법
KR20210118761A (ko) 고흡수성 수지 필름 및 이의 제조 방법
US20240091075A1 (en) Absorbent Article
KR20230030263A (ko) 고흡수성 수지 필름 및 이의 제조 방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal