KR20220077680A - Preparation method of super absorbent polymer - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고흡수성 수지의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 특정 화합물을 포함하는 중화액에 수용성 에틸렌계 불포화 단량체를 투입하여 중화한 뒤, 이를 가교 중합함으로써 기저귀 등 위생재에 적용 시 빠른 흡수 속도를 나타내며, 동시에 흡수 성능, 재습윤(rewet) 특성이 모두 개선된 고흡수성 수지의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a super absorbent polymer, and more specifically, to a neutralizing solution containing a specific compound by adding a water-soluble ethylenically unsaturated monomer to neutralization, and then cross-linking and polymerizing it to quickly absorb when applied to sanitary materials such as diapers. It relates to a method for producing a superabsorbent polymer, which exhibits a speed and at the same time has improved absorption performance and rewet properties.
Description
본 발명은 특정 화합물을 포함하는 중화액에 수용성 에틸렌계 불포화 단량체를 투입하여 중화한 뒤, 이를 가교 중합함으로써 기저귀 등 위생재에 적용 시 우수한 통액성 및 빠른 흡수 속도를 나타내며, 이에 따라, 재습윤(rewet) 특성이 개선된 고흡수성 수지의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention exhibits excellent liquid permeability and fast absorption rate when applied to sanitary materials such as diapers by adding a water-soluble ethylenically unsaturated monomer to a neutralizing solution containing a specific compound to neutralize it, and then cross-linking it. rewet) to a method for producing a superabsorbent polymer having improved properties.
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 종이기저귀 등 위생용품 외에 원예용 토양보수제, 토목, 건축용 지수재, 육묘용 시트, 식품유통분야에서의 신선도 유지제, 및 찜질용 등의 재료로 널리 사용되고 있다. Super Absorbent Polymer (SAP) is a synthetic polymer material that can absorb water 500 to 1,000 times its own weight. Material), etc., are named differently. The superabsorbent polymer as described above began to be put to practical use as a sanitary tool, and now, in addition to hygiene products such as paper diapers for children, a soil repair agent for gardening, a water-retaining material for civil engineering and construction, a sheet for seedlings, a freshness maintenance agent in the food distribution field, and It is widely used as a material for poultice, etc.
가장 많은 경우에, 이러한 고흡수성 수지는 기저귀나 생리대 등 위생재 분야에서 널리 사용되고 있는데, 이러한 용도를 위해 수분 등에 대한 높은 흡수능을 나타낼 필요가 있고, 외부의 압력에도 흡수된 수분이 빠져 나오지 않는 우수한 가압 하 흡수 성능 등을 나타낼 필요가 있다. In most cases, these superabsorbent polymers are widely used in the field of sanitary materials such as diapers and sanitary napkins. For this purpose, it is necessary to exhibit high absorption capacity for moisture, etc., and excellent pressure in which the absorbed moisture does not escape even under external pressure. It is necessary to show lower absorption performance, etc.
이에 더하여, 상기 고흡수성 수지는 기저귀 등 위생재에 포함되었을 때, 사용자의 체중에 의해 가압되는 환경에서도, 소변 등을 최대한 넓게 확산시킬 필요가 있다. 이를 통해, 위생재 흡수층의 전 면적에 포함된 고흡수성 수지 입자들을 전체적으로 활용하여 위생재의 흡수 성능 및 흡수 속도를 보다 향상시킬 수 있다. 또한, 이러한 가압 하 확산 특성으로 인해, 일단 고흡수성 수지에 흡수되었던 소변 등이 다시 베어나오는 것을 억제하는 기저귀의 재습윤(rewet) 특성을 보다 향상시킬 수 있으며, 이와 함께 기저귀의 누수 억제 특성을 향상시킬 수 있게 된다. In addition, when the superabsorbent polymer is included in sanitary materials such as diapers, it is necessary to spread urine and the like as wide as possible even in an environment pressurized by the user's weight. Through this, the absorption performance and absorption rate of the sanitary material can be further improved by using the super absorbent polymer particles included in the entire area of the sanitary material absorbent layer as a whole. In addition, due to this diffusion under pressure property, the rewet property of the diaper, which suppresses the reappearance of urine, etc., once absorbed into the superabsorbent polymer can be further improved, and at the same time, the leak suppression property of the diaper can be improved. be able to do
이전에는 기저귀 등 위생재의 디자인 자체를 변경하여 상기 소변 등을 넓게 확산시키는 특성의 개선이 시도되었다. 예를 들어, 위생재에 ADL(Acquisition Distribution Layer) 등을 도입하거나, 흡수 채널을 활용하는 방법 등에 의해, 상기 소변 등의 확산 특성을 개선하는 방안이 시도된 바 있다. In the past, by changing the design itself of a sanitary material such as a diaper, it was attempted to improve the characteristic of widely spreading the urine. For example, a method of improving the diffusion characteristics of urine or the like has been attempted by introducing an Acquisition Distribution Layer (ADL) or the like into a sanitary material or utilizing an absorption channel.
그러나, 이러한 위생재 자체의 디자인 변경으로 인한 확산 특성의 개선은 충분치 않았다. 더 나아가, 최근에는 위생재가 박막화되고, 상대적으로 위생재 내의 고흡수성 수지 함량이 증가함에 따라, 상기 위생재 자체의 디자인 변경에 의한 확산 특성의 개선은 한계에 부딪혔으며, 고흡수성 수지 자체의 가압 하 확산 특성이 개선될 필요성이 보다 높아지고 있다. However, the improvement of diffusion characteristics due to the design change of the sanitary material itself was not sufficient. Furthermore, in recent years, as the sanitary material is thinned and the content of superabsorbent polymer in the sanitary material is relatively increased, the improvement of diffusion properties by changing the design of the sanitary material itself has been limited, and the pressure of the superabsorbent polymer itself is limited. There is a growing need to improve the lower diffusion properties.
이러한 기술적 요구로 인해, 상기 가압 하 확산 특성에 직접적으로 관련된 가압 통액성이 보다 향상되어, 기저귀 등 위생재의 재습윤(rewet) 특성 및 누수 억제 특성을 보다 향상시킬 수 있는 고흡수성 수지에 대한 개발의 필요성이 증가하고 있다.Due to these technical requirements, the pressure liquid permeability directly related to the diffusion property under pressure is further improved, and the development of a superabsorbent polymer that can further improve the rewet properties and leakage control properties of sanitary materials such as diapers. The need is increasing.
이에, 본 발명은 특정 화합물을 포함하는 중화액에 수용성 에틸렌계 불포화 단량체를 투입하여 중화한 뒤, 이를 가교 중합함으로써 기저귀 등 위생재에 적용 시 우수한 통액성 및 빠른 흡수 속도를 나타내며, 이에 따라, 재습윤(rewet) 특성이 개선된 고흡수성 수지의 제조 방법에 관한 것이다.Accordingly, the present invention exhibits excellent liquid permeability and fast absorption rate when applied to hygiene materials such as diapers by adding a water-soluble ethylenically unsaturated monomer to a neutralizing solution containing a specific compound to neutralize it, and then cross-linking it. It relates to a method for producing a superabsorbent polymer having improved rewet properties.
상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, The present invention in order to solve the above problems,
중화제, 수산화칼슘 및 카보네이트계 화합물을 포함하는 중화액에 산성기를 갖는 수용성 에틸렌계 불포화 단량체를 투입하여, 상기 산성기의 일부가 중화된 수용성 에틸렌계 불포화 단량체를 포함하는 단량체 혼합물을 준비하는 단계; preparing a monomer mixture including a water-soluble ethylenically unsaturated monomer in which a part of the acidic group is neutralized by adding a water-soluble ethylenically unsaturated monomer having an acidic group to a neutralizing solution containing a neutralizing agent, calcium hydroxide and a carbonate-based compound;
상기 단량체 혼합물에 내부 가교제를 투입하여 가교 중합한 가교 중합체를 포함하는 함수겔 중합체를 형성하는 단계;forming a hydrogel polymer comprising a crosslinked polymer crosslinked by adding an internal crosslinking agent to the monomer mixture;
상기 함수겔 중합체를 건조, 분쇄 및 분급하여 베이스 수지 분말을 형성하는 단계; 및drying, pulverizing and classifying the hydrogel polymer to form a base resin powder; and
표면 가교제의 존재 하에, 상기 베이스 수지 분말을 열처리하여 베이스 수지 분말의 표면을 가교하는 단계를 포함하는, 고흡수성 수지의 제조 방법을 제공한다.It provides a method for producing a superabsorbent polymer, comprising the step of crosslinking the surface of the base resin powder by heat-treating the base resin powder in the presence of a surface crosslinking agent.
본 발명의 고흡수성 수지의 제조 방법에 따르면, 특정 화합물을 단량체의 중화액에 첨가한 뒤, 중합 단계를 수행함으로써, 균일하고 미세한 발포 셀을 형성시킬 수 있다. 이에 따라, 최종 제조되는 수지가 빠른 흡수 속도 및 우수한 통액성을 나타내며, 동시에 재습윤(rewet) 특성을 현저히 개선한다.According to the method for producing the superabsorbent polymer of the present invention, uniform and fine foamed cells can be formed by adding a specific compound to a neutralized solution of a monomer and then performing a polymerization step. Accordingly, the final prepared resin exhibits a fast absorption rate and excellent liquid permeability, and at the same time significantly improves rewet properties.
본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 예시적인 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도는 아니다. The terminology used herein is used to describe exemplary embodiments only, and is not intended to limit the present invention.
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 singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, terms such as "comprises", "comprising" or "have" are intended to designate the presence of an embodied feature, step, element, or a combination thereof, but one or more other features or steps; It should be understood that the possibility of the presence or addition of components, or combinations thereof, is not precluded in advance.
제1, 제2, 제3 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는 데 사용되며, 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Terms such as first, second, third, etc. are used to describe various components, and the terms are used only for the purpose of distinguishing one component from other components.
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.Since the present invention may have various changes and may have various forms, specific embodiments will be illustrated and described in detail below. However, this is not intended to limit the present invention to the specific disclosed form, it should be understood to include all modifications, equivalents and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.
본 명세서에 사용되는 용어 "중합체", 또는 "고분자"는 수용성 에틸렌계 불포화 단량체가 중합된 상태인 것을 의미하며, 모든 수분 함량 범위 또는 입경 범위를 포괄할 수 있다. 상기 중합체 중, 중합 후 건조 전 상태의 것으로 함수율(수분 함량)이 약 40 중량% 이상의 중합체를 함수겔 중합체로 지칭할 수 있고, 이러한 함수겔 중합체가 분쇄 및 건조된 입자를 가교 중합체로 지칭할 수 있다.As used herein, the term “polymer” or “polymer” refers to a polymerized state of a water-soluble ethylenically unsaturated monomer, and may cover all water content ranges or particle size ranges. Among the above polymers, a polymer having a water content (moisture content) of about 40% by weight or more in a state before drying after polymerization may be referred to as a hydrogel polymer, and particles in which the hydrogel polymer is pulverized and dried may be referred to as a crosslinked polymer. have.
또한, 용어 "고흡수성 수지 분말"은 산성기를 포함하고 상기 산성기의 적어도 일부가 중화된 수용성 에틸렌계 불포화 단량체가 중합되고 내부 가교제에 의해 가교된 가교 중합체를 포함하는, 입자상의 물질을 일컫는다. In addition, the term "superabsorbent polymer powder" refers to a particulate material comprising an acidic group and a crosslinked polymer in which a water-soluble ethylenically unsaturated monomer in which at least a part of the acidic group is neutralized is polymerized and crosslinked by an internal crosslinking agent.
또한, 용어 "고흡수성 수지"는 문맥에 따라 산성기를 포함하고 상기 산성기의 적어도 일부가 중화된 수용성 에틸렌계 불포화 단량체가 중합된 가교 중합체, 또는 상기 가교 중합체가 분쇄된 고흡수성 수지 입자로 이루어진 분말(powder) 형태의 베이스 수지를 의미하거나, 또는 상기 가교 중합체나 상기 베이스 수지에 대해 추가의 공정, 예를 들어 표면 가교, 미분 재조립, 건조, 분쇄, 분급 등을 거쳐 제품화에 적합한 상태로 한 것을 모두 포괄하는 것으로 사용된다. In addition, the term “super absorbent polymer” refers to a cross-linked polymer obtained by polymerizing a water-soluble ethylenically unsaturated monomer containing an acidic group and neutralizing at least a portion of the acidic group, or powder composed of particles of a superabsorbent polymer obtained by pulverizing the cross-linked polymer, depending on the context. It means a base resin in the form of (powder), or the cross-linked polymer or the base resin is subjected to additional processes, such as surface cross-linking, fine powder reassembly, drying, pulverization, classification, etc., to a state suitable for commercialization. used to be all-inclusive.
발명의 일 구현예에 따른 고흡수성 수지의 제조 방법은, 중화제, 수산화칼슘 및 카보네이트계 화합물을 포함하는 중화액에 산성기를 갖는 수용성 에틸렌계 불포화 단량체를 투입하여, 상기 산성기의 일부가 중화된 수용성 에틸렌계 불포화 단량체를 포함하는 단량체 혼합물을 준비하는 단계; 상기 단량체 혼합물에 내부 가교제를 투입하여 가교 중합한 가교 중합체를 포함하는 함수겔 중합체를 형성하는 단계; 상기 함수겔 중합체를 건조, 분쇄 및 분급하여 베이스 수지 분말을 형성하는 단계; 및 표면 가교제의 존재 하에, 상기 베이스 수지 분말을 열처리하여 베이스 수지 분말의 표면을 가교하는 단계를 포함한다.In the method for producing a superabsorbent polymer according to an embodiment of the present invention, a water-soluble ethylenically unsaturated monomer having an acidic group is added to a neutralizing solution containing a neutralizing agent, calcium hydroxide, and a carbonate-based compound, and water-soluble ethylene in which a part of the acidic group is neutralized. preparing a monomer mixture including a systemically unsaturated monomer; forming a hydrogel polymer comprising a crosslinked polymer crosslinked by adding an internal crosslinking agent to the monomer mixture; drying, pulverizing and classifying the hydrogel polymer to form a base resin powder; and crosslinking the surface of the base resin powder by heat-treating the base resin powder in the presence of a surface crosslinking agent.
최근 들어 고흡수성 수지에서 기본적인 흡수 물성뿐 아니라 실제 기저귀 등의 위생재가 사용되는 상황에서 표면의 건조(dryness) 상태의 유지 시간과 흡수된 소변 등이 다시 배어 나오는 것을 억제하는 재습윤(rewet) 특성이 제품의 품질을 가늠하는 중요한 척도가 되고 있다.In recent years, not only the basic absorption properties of superabsorbent polymers, but also the retention time of the dryness of the surface and the rewet characteristic that suppresses the re-exposure of absorbed urine in situations in which sanitary materials such as diapers are actually used. It has become an important metric for judging the quality of a product.
이에, 본 발명자들은 특정 화합물을 중화액을 사용하여 중화된 단량체를 포함하는 단량체 혼합물을 가교 중합하는 경우, 중합 단계에서 균일하고 미세한 발포 셀이 형성되어 흡수 속도가 개선되며, 통액성, 가압 흡수능 등 제반 흡수 성능이 우수할 뿐 아니라, 물 또는 염수에 의해 팽윤된 후에도 건조한 상태가 유지되며 고흡수성 수지에 흡수된 소변이 다시 배어 나오는 현상을 효과적으로 억제할 수 있음(즉, 재습윤 특성이 개선)을 확인하여 본 발명에 이르게 되었다. Accordingly, the present inventors have found that when a monomer mixture containing a neutralized monomer is cross-linked and polymerized using a neutralizing solution for a specific compound, uniform and fine foamed cells are formed in the polymerization step to improve the absorption rate, liquid permeability, absorbency under pressure, etc. In addition to excellent absorption performance, it remains dry even after swelling by water or saline and can effectively suppress the phenomenon of urine oozing absorbed into the superabsorbent polymer (i.e., improved re-wetting properties). Confirmation led to the present invention.
구체적으로, 산성기를 갖는 수용성 에틸렌계 불포화 단량체를 중화하는 중화액에 중화제 외에 수산화칼슘 및 카보네이트계 발포제를 사용함으로써, 수산화칼슘(Ca(OH)2)이 탄산칼슘(CaCO3)로 전환되며, 상기 탄산칼슘이 중합 전 중화액 내에 균일하게 도포될 수 있게 된다. 이에 따라, 중합 단계에서 발포 핵제로 사용되는 탄산칼슘이 중합체에 균일하고 미세한 발포 셀을 형성하여 흡수속도가 빨라지고, 동시에 상기 탄산칼슘이 필러(Filler) 역할을 하여 통액성과 재습윤(rewet) 특성이 효과적으로 개선할 수 있게 된다.Specifically, by using calcium hydroxide and a carbonate-based foaming agent in addition to the neutralizing agent in the neutralizing solution for neutralizing the water-soluble ethylenically unsaturated monomer having an acidic group, calcium hydroxide (Ca(OH) 2 ) is converted into calcium carbonate (CaCO 3 ), and the calcium carbonate It becomes possible to apply uniformly in the neutralizing liquid before this polymerization. Accordingly, the calcium carbonate used as the foaming nucleating agent in the polymerization step forms uniform and fine foamed cells in the polymer to increase the absorption rate, and at the same time, the calcium carbonate acts as a filler to provide liquid permeability and rewet properties. This can be effectively improved.
이하, 각 단계 별로 상기 제조 방법을 상세히 설명한다. Hereinafter, the manufacturing method for each step will be described in detail.
발명의 일 구현예에 따른 고흡수성 수지의 제조 방법은, 먼저 산성기를 갖는 수용성 에틸렌계 불포화 단량체의 산성기 일부를 중화하기 위한 중화액을 준비하는 단계를 포함한다.The method for preparing a super absorbent polymer according to an embodiment of the present invention includes first preparing a neutralizing solution for neutralizing a portion of the acidic groups of a water-soluble ethylenically unsaturated monomer having an acidic group.
구체적으로, 중화제, 수산화칼슘 및 카보네이트계 화합물을 포함하는 중화액을 준비한다. 상기 중화액 내의 반응으로 수산화칼슘은 탄산칼슘(CaCO3)으로 전환되어, 후술하는 중합 단계에서 발포 핵제로서 중합체 내에 미세 발포 셀을 형성하게 된다.Specifically, a neutralizing solution including a neutralizing agent, calcium hydroxide, and a carbonate-based compound is prepared. Calcium hydroxide is converted into calcium carbonate (CaCO 3 ) by the reaction in the neutralizing solution, and micro-foamed cells are formed in the polymer as a foaming nucleating agent in the polymerization step to be described later.
상기 수산화칼슘은 발포제 성분인 카보네이트계 화합물과의 반응으로 탄산칼슘을 형성하여, 중합 단계에서 핵제로서 중합체 내에 미세 발포 셀을 형성하고, 동시에 탄산칼슘이 필러(Filler) 역할을 하여 흡수속도, 통액성과 재습윤(rewet) 현상을 동시에 효과적으로 개선할 수 있게 한다.The calcium hydroxide forms calcium carbonate by reaction with the carbonate-based compound, which is a component of the foaming agent, and forms micro-foam cells in the polymer as a nucleating agent in the polymerization step. It makes it possible to effectively improve the rewet phenomenon at the same time.
상기 수산화칼슘의 함량은 특별히 한정되지 않으나, 수용성 에틸렌계 불포화 단량체에 대하여, 500 ppmw 내지 3,000 ppmw, 750 ppmw 내지 2,500 ppmw, 또는 1,000 ppmw 내지 2,000 ppmw으로 포함된다. 상기 범위로 포함되는 경우, 전술한 효과를 달성하기 바람직하다. 한편, 수산화칼슘이 500 ppmw 미만으로 포함되는 경우, 미량으로 목적하는 효과 달성이 어려우며, 3,000 ppmw 초과하여 포함되는 경우 가압 흡수능이 다소 저하하는 문제가 발생될 수 있다.The content of the calcium hydroxide is not particularly limited, but includes 500 ppmw to 3,000 ppmw, 750 ppmw to 2,500 ppmw, or 1,000 ppmw to 2,000 ppmw with respect to the water-soluble ethylenically unsaturated monomer. When included in the above range, it is preferable to achieve the above-described effect. On the other hand, when calcium hydroxide is included in less than 500 ppmw, it is difficult to achieve the desired effect in a small amount, and when it is included in excess of 3,000 ppmw, a problem that the absorbency under pressure is slightly lowered may occur.
상기 카보네이트계 화합물은, 발포제 성분으로, 전술한 수산화칼슘과의 반응으로 탄산칼슘을 형성하게 되며, 이에 따라 중합체 내에 미세 발포 셀을 형성할 수 있게 한다. 이에 따라, 제조되는 고흡수성 수지의 흡수속도, 통액성과 재습윤 특성을 동시에 효과적으로 개선할 수 있게 한다.The carbonate-based compound, as a foaming agent component, forms calcium carbonate by reaction with the above-described calcium hydroxide, thereby making it possible to form fine foamed cells in the polymer. Accordingly, it is possible to effectively improve the absorption rate, liquid permeability, and rewet characteristics of the superabsorbent polymer to be prepared at the same time.
상기 카보네이트계 화합물의 종류는 특별히 한정되지 않으나, 소디움 카보네이트(sodium carbonate), 소디움 바이카보네이트(sodium bicarbonate) 또는 이들의 조합이다.The type of the carbonate-based compound is not particularly limited, but is sodium carbonate, sodium bicarbonate, or a combination thereof.
상기 카보네이트계 화합물의 함량은 특별히 한정되지 않으나, 수용성 에틸렌계 불포화 단량체에 대하여, 500 ppmw 내지 6,000 ppmw, 1,000 ppmw 내지 4,500 ppmw, 또는 1,500 ppmw 내지 3,000 ppmw으로 포함된다. 상기 범위로 포함되는 경우, 전술한 효과를 달성하기 바람직하다. 한편, 카보네이트계 화합물이 500 ppmw 미만으로 포함되는 경우, 미량으로 목적하는 효과 달성이 어려우며, 6,000 ppmw 초과하여 포함되는 경우 과도한 발포로 인하여 미분 발생량 증가, 겉보기 비중 저하 등으로 인하여 생산성이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.The content of the carbonate-based compound is not particularly limited, but includes 500 ppmw to 6,000 ppmw, 1,000 ppmw to 4,500 ppmw, or 1,500 ppmw to 3,000 ppmw with respect to the water-soluble ethylenically unsaturated monomer. When included in the above range, it is preferable to achieve the above-described effect. On the other hand, when the carbonate-based compound is included in less than 500 ppmw, it is difficult to achieve the desired effect in a trace amount, and when it is included in excess of 6,000 ppmw, the productivity is reduced due to an increase in the amount of fine powder generated due to excessive foaming, a decrease in the apparent specific gravity, etc. can occur
한편, 상기 수산화칼슘 및 카보네이트계 화합물은 전술한 함량 범위 내에서, 1:1 내지 1:5의 중량비로 포함되며, 바람직하게는 1:1 내지 1:3 또는 1:1 내지 1:2의 중량비로 포함된다. 상기 함량 범위 혼합되어 사용되는 경우 시너지 효과로 목적하는 물성 개선 효과를 극대화할 수 있다.On the other hand, the calcium hydroxide and the carbonate-based compound are included in a weight ratio of 1:1 to 1:5 within the above-described content range, preferably 1:1 to 1:3 or 1:1 to 1:2 in a weight ratio of 1:2. Included. When used in a mixture in the above content range, it is possible to maximize the effect of improving the desired physical properties as a synergistic effect.
상기 중화제는 산성기를 갖는 수용성 에틸렌계 불포화 단량체의 산성기의 일부를 중화하기 위해 사용되는 성분으로, 함께 사용되는 수산화칼슘보다 강염기성 화합물이 사용된다. 상기 중화제 성분은 수산화칼슘 보다 강염기성 화합물 이라면, 그 종류는 특별히 한정되지 않으나, 예를 들어, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 또는 이들의 혼합물이 사용된다.The neutralizing agent is a component used to neutralize some of the acidic groups of the water-soluble ethylenically unsaturated monomer having an acidic group, and a stronger basic compound than calcium hydroxide used together is used. If the neutralizing agent component is a compound stronger than calcium hydroxide, the type is not particularly limited, but, for example, sodium hydroxide, potassium hydroxide, or a mixture thereof is used.
상기 중화제 성분의 함량은 특별히 한정되지 않으며, 상기 수용성 에틸렌계 불포화 단량체는 산성기의 50 몰% 내지 90 몰%를 중화시킬 수 있도록 사용된다. 상기 중화되는 산성기의 몰수는 단량체의 중화도를 나타내며, 상기 중화도는 바람직하게는, 60 몰% 내지 80 몰% 또는 65 몰% 내지 75 몰%일 수 있다. 중화도가 지나치게 높으면 중화된 단량체가 석출되어 중합이 원활하게 진행되기 어려울 수 있으며, 반대로 중화도가 지나치게 낮으면 고분자의 흡수성이 떨어질 뿐만 아니라 탄성 고무와 같은 성질을 나타내어 취급이 용이하지 않다.The content of the neutralizing agent is not particularly limited, and the water-soluble ethylenically unsaturated monomer is used to neutralize 50 to 90 mol% of the acid group. The number of moles of the acidic group to be neutralized indicates the degree of neutralization of the monomer, and the degree of neutralization may be preferably 60 mol% to 80 mol% or 65 mol% to 75 mol%. If the degree of neutralization is too high, it may be difficult for the polymerization to proceed smoothly due to precipitation of neutralized monomers. Conversely, if the degree of neutralization is too low, not only the absorbency of the polymer is deteriorated, but it is also difficult to handle because it exhibits properties like elastic rubber.
다음으로, 전술한 중화제, 수산화칼슘 및 카보네이트계 화합물을 포함하는 중화액에 산성기를 갖는 수용성 에틸렌계 불포화 단량체를 투입하여, 산성기의 일부가 중화된 수용성 에틸렌계 불포화 단량체를 포함하는 단량체 혼합물을 준비하는 단계를 포함한다.Next, a water-soluble ethylenically unsaturated monomer having an acidic group is added to a neutralizing solution containing the above-described neutralizing agent, calcium hydroxide, and a carbonate-based compound to prepare a monomer mixture containing a water-soluble ethylenically unsaturated monomer in which a part of the acidic group is neutralized. includes steps.
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: The water-soluble ethylenically unsaturated monomer may be any monomer commonly used in the preparation of super absorbent polymers. As a non-limiting example, the water-soluble ethylenically unsaturated monomer may be a compound represented by the following Chemical Formula 1:
[화학식 1][Formula 1]
R'1-COOM'1 R' 1 -COOM' 1
상기 화학식 1에서, In Formula 1,
R'1는 불포화 결합을 포함하는 탄소수 2 내지 5의 알킬 그룹이고, R′ 1 is an alkyl group having 2 to 5 carbon atoms including an unsaturated bond,
M'1는 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 아크릴산, 메타크릴산, 및 이들 산의 1가 금속염, 2가 금속염, 암모늄염 및 유기 아민염으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다. 이처럼 수용성 에틸렌계 불포화 단량체로 아크릴산 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-메타크릴로일에탄술폰산, 2-(메트)아크릴로일프로판술폰산, 또는 2-(메트)아크릴아미드-2-메틸 프로판 술폰산의 음이온성 단량체와 이의 염; (메트)아크릴아미드, N-치환(메트)아크릴레이트, 2-히드록시에틸(메트)아크릴레이트, 2-히드록시프로필(메트)아크릴레이트, 메톡시폴리에틸렌글리콜(메트)아크릴레이트 또는 폴리에틸렌 글리콜(메트)아크릴레이트의 비이온계 친수성 함유 단량체; 및 (N,N)-디메틸아미노에틸(메트)아크릴레이트 또는 (N,N)-디메틸아미노프로필(메트)아크릴아미드의 아미노기 함유 불포화 단량체와 그의 4급화물;로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다.Preferably, the monomer may be at least one selected from the group consisting of acrylic acid, methacrylic acid, and monovalent metal salts, divalent metal salts, ammonium salts and organic amine salts of these acids. As such, when acrylic acid or a salt thereof is used as the water-soluble ethylenically unsaturated monomer, it is advantageous because a superabsorbent polymer with improved water absorption can be obtained. In addition, the monomer includes maleic anhydride, fumaric acid, crotonic acid, itaconic acid, 2-acryloylethane sulfonic acid, 2-methacryloylethanesulfonic acid, 2-(meth)acryloylpropanesulfonic acid, or 2-( anionic monomers of meth)acrylamide-2-methyl propane sulfonic acid and salts thereof; (meth)acrylamide, N-substituted (meth)acrylate, 2-hydroxyethyl (meth)acrylate, 2-hydroxypropyl (meth)acrylate, methoxypolyethylene glycol (meth)acrylate or polyethylene glycol ( a nonionic hydrophilic-containing monomer of meth)acrylate; and (N,N)-dimethylaminoethyl (meth)acrylate or (N,N)-dimethylaminopropyl (meth)acrylamide containing an amino group-containing unsaturated monomer and a quaternary product thereof; at least one selected from the group consisting of can be used
여기서, 상기 수용성 에틸렌계 불포화 단량체는 산성기를 가지며, 상기 산성기의 적어도 일부가 전술한 본 발명의 중화액을 사용하여 부분적으로 중화된다. 전술한 바와 같이 중화도가 50 몰% 내지 90 몰%, 바람직하게는, 60 몰% 내지 80 몰% 또는 65 몰% 내지 75 몰%를 만족하도록 중화된다.Here, the water-soluble ethylenically unsaturated monomer has an acidic group, and at least a part of the acidic group is partially neutralized using the above-described neutralizing solution of the present invention. As described above, the neutralization degree satisfies 50 mol% to 90 mol%, preferably 60 mol% to 80 mol%, or 65 mol% to 75 mol%.
(가교 중합 단계)(cross-linking polymerization step)
발명의 일 구현예에 따른 고흡수성 수지의 제조 방법은 전술한 단량체 혼합물에 내부 가교제를 투입하여 가교 중합한 가교 중합체를 포함하는 함수겔 중합체를 형성한다. 구체적으로, 내부 가교제의 존재 하에 단량체 혼합물 및 중합 개시제를 포함하는 단량체 조성물을 열 중합 또는 광 중합하여 함수겔 중합체를 형성하는 단계이다. In the method for producing a superabsorbent polymer according to an embodiment of the present invention, an internal crosslinking agent is added to the above-described monomer mixture to form a hydrogel polymer including the crosslinked polymer crosslinked. Specifically, it is a step of thermally polymerizing or photopolymerizing a monomer composition including a monomer mixture and a polymerization initiator in the presence of an internal crosslinking agent to form a hydrogel polymer.
상기 중합 단계에서, 단량체 혼합물 내에 균일하게 존재하는 탄산칼슘이 본 중합 단계에서 발포 핵제로 작용하여 균일하고 미세한 발포 셀이 형성되어 흡수 속도가 개선되며, 또한 상기 탄산칼슘이 필러로 작용하여 통액성이 향상되어 재습윤 특성이 현저히 향상된다.In the polymerization step, calcium carbonate uniformly present in the monomer mixture acts as a foaming nucleating agent in the polymerization step to form uniform and fine foamed cells, thereby improving the absorption rate, and also, as the calcium carbonate acts as a filler, liquid permeability is improved, and the rewet property is significantly improved.
본 명세서에서 사용하는 용어 "단량체 혼합물"은 중화액에 수용성 에틸렌계 불포화 단량체를 투입하여, 산성기의 일부가 중화된 수용성 에틸렌계 불포화 단량체 및 탄산칼슘 등을 포함하는 것을 의미하고, "단량체 조성물"은 상기 단량체 혼합물과 가교 중합에 필요한 내부 가교제, 중합 개시제 등의 성분을 포함하는 조성물을 의미한다.As used herein, the term "monomer mixture" means to include a water-soluble ethylenically unsaturated monomer in which a part of an acidic group is neutralized by adding a water-soluble ethylenically unsaturated monomer to a neutralizing solution, calcium carbonate, and the like, and "monomer composition" denotes a composition including the monomer mixture and components such as an internal crosslinking agent and polymerization initiator necessary for crosslinking polymerization.
상기 "가교 중합체"란, 상기 수용성 에틸렌계 불포화 단량체와 내부 가교제의 존재 하에 가교 중합된 것을 의미하고, 상기 "베이스 수지 분말"이란, 이러한 가교 중합체를 포함하는 물질을 의미한다.The "crosslinked polymer" means crosslinked polymerization in the presence of the water-soluble ethylenically unsaturated monomer and an internal crosslinking agent, and the "base resin powder" means a material containing such a crosslinked polymer.
상기 베이스 수지 분말에 포함된 가교 중합체는 내부 가교제의 존재 하에, 상기 단량체가 가교 중합된 고분자로 될 수 있다.The crosslinked polymer included in the base resin powder may be a polymer in which the monomer is crosslinked and polymerized in the presence of an internal crosslinking agent.
본 명세서에서 사용하는 용어 "내부 가교제"는 베이스 수지의 표면을 가교시키는 위한 "표면 가교제"와 구분짓기 위해 사용하는 용어로, 상술한 수용성 에틸렌계 불포화 단량체들의 불포화 결합을 가교시켜 중합시키는 역할을 한다. 상기 단계에서의 가교는 표면 또는 내부 구분 없이 진행되나, 후술하는 베이스 수지의 표면 가교 공정에 의해, 최종 제조된 고흡수성 수지의 입자 표면은 표면 가교제에 의해 가교된 구조로 이루어져 있고, 내부는 상기 내부 가교제에 의해 가교된 구조로 이루어져있게 된다.As used herein, the term "internal crosslinking agent" is a term used to distinguish it from "surface crosslinking agent" for crosslinking the surface of the base resin, and serves to polymerize by crosslinking the unsaturated bonds of the above-mentioned water-soluble ethylenically unsaturated monomers. . The crosslinking in the above step proceeds without a surface or an internal division, but by the surface crosslinking process of the base resin to be described later, the surface of the particles of the superabsorbent polymer finally produced has a structure crosslinked by a surface crosslinking agent, and the inside is the inside A crosslinked structure is formed by the crosslinking agent.
상기 내부 가교제의 비제한적인 예로, N,N'-메틸렌비스아크릴아미드, 트리메틸올프로판 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. 바람직하게는, 이 중에서 에틸렌글리콜 디글리시딜 에테르 또는 폴리에틸렌글리콜디아크릴레이트가 사용될 수 있다.Non-limiting examples of the internal crosslinking agent include 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, butanediol di (meth) acrylate, butylene glycol di (meth) acrylate, diethylene glycol di (meth) acrylate, hexanediol di (meth) ) 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 erythol 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. Preferably, among them, ethylene glycol diglycidyl ether or polyethylene glycol diacrylate may be used.
상기 내부 가교제는 상기 수용성 에틸렌계 불포화 단량체 100 중량부에 대하여 0.01 내지 5 중량부로 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 내부 가교제는 수용성 에틸렌계 불포화 단량체 100 중량부 대비 0.01 중량부 이상, 0.05 중량부 이상, 0.1 중량부, 또는 0.45 중량부 이상이고, 5 중량부 이하, 3 중량부 이하, 2 중량부 이하, 1 중량부 이하, 또는 0.7 중량부 이하로 사용될 수 있다. 상부 내부 가교제의 함량이 지나치게 낮을 경우 가교가 충분히 일어나지 않아 적정 수준 이상의 강도 구현이 어려울 수 있고, 상부 내부 가교제의 함량이 지나치게 높을 경우 내부 가교 밀도가 높아져 원하는 보수능의 구현이 어려울 수 있다. The internal crosslinking agent may be used in an amount of 0.01 to 5 parts by weight based on 100 parts by weight of the water-soluble ethylenically unsaturated monomer. For example, the internal crosslinking agent is 0.01 parts by weight or more, 0.05 parts by weight or more, 0.1 parts by weight, or 0.45 parts by weight or more, and 5 parts by weight or less, 3 parts by weight or less, 2 parts by weight based on 100 parts by weight of the water-soluble ethylenically unsaturated monomer. part by weight or less, 1 part by weight or less, or 0.7 part by weight or less. When the content of the upper internal crosslinking agent is too low, crosslinking does not occur sufficiently and it may be difficult to implement a strength above an appropriate level.
또한, 상기 단량체 조성물에는 고흡수성 수지의 제조에 일반적으로 사용되는 중합 개시제가 포함될 수 있다. 비제한적인 예로, 상기 중합 개시제로는 중합 방법에 따라 열 중합 개시제 또는 광 중합 개시제 등이 사용될 수 있다. 다만, 광 중합 방법에 의하더라도, 자외선 조사 등에 의해 일정량의 열이 발생하고, 또한 발열 반응인 중합 반응의 진행에 따라 어느 정도의 열이 발생하므로, 열 중합 개시제가 추가로 포함될 수 있다.In addition, the monomer composition may include a polymerization initiator generally used in the preparation of the super absorbent polymer. As a non-limiting example, as the polymerization initiator, a thermal polymerization initiator or a photo polymerization initiator may be used depending on the polymerization method. However, even by the photopolymerization method, since 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, a thermal polymerization initiator may be additionally included.
여기서, 상기 광 중합 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 한편, 아실포스핀의 구체예로는 디페닐(2,4,6-트리메틸벤조일)포스핀 옥사이드, 페닐비스(2,4,6-트리메틸벤조일)포스핀 옥사이드, 에틸 (2,4,6-트리메틸벤조일)페닐포스핀에이트 등을 들 수 있다. 보다 다양한 광개시제에 대해서는 Reinhold Schwalm 저서인 "UV Coatings: Basics, Recent Developments and New Application(Elsevier 2007년)" p115에 잘 명시되어 있으며, 상술한 예에 한정되지 않는다. 그리고, 상기 열 중합 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.Here, as the photopolymerization initiator, for example, benzoin ether, dialkyl acetophenone, hydroxyl alkylketone, phenyl glyoxylate, benzyldimethyl At least one compound selected from the group consisting of ketal (Benzyl Dimethyl Ketal), acyl phosphine and α-aminoketone may be used. On the other hand, specific examples of acylphosphine include diphenyl (2,4,6-trimethylbenzoyl) phosphine oxide, phenylbis (2,4,6-trimethylbenzoyl) phosphine oxide, ethyl (2,4, 6-trimethylbenzoyl)phenylphosphinate etc. are mentioned. A more diverse photoinitiator is well described in Reinhold Schwalm's book "UV Coatings: Basics, Recent Developments and New Application (Elsevier 2007)" p115, but is not limited to the above-described examples. In addition, as the thermal polymerization initiator, one or more compounds selected from the group consisting of a persulfate-based initiator, an azo-based initiator, hydrogen peroxide, and ascorbic acid may be used. Specifically, the persulfate-based initiator is 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. 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- (carbamoylazo) isobutyronitrile (2- (carbamoylazo) isobutylonitril), 2,2-azobis [2- (2-imidazolin-2-yl) propane] dihydrochloride (2,2-azobis [2- (2-imidazolin-2-yl) propane] dihydrochloride), 4, 4-azobis-(4-cyanovaleric acid) (4,4-azobis-(4-cyanovaleric acid)) and the like. More various thermal polymerization initiators are disclosed on page 203 of Odian's book "Principle of Polymerization (Wiley, 1981)", which can be referred to.
이러한 중합 개시제는 상기 수용성 에틸렌계 불포화 단량체 100 중량부에 대하여 0.001 내지 1 중량부의 농도로 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 지나치게 높을 경우 네트워크를 이루는 고분자 체인이 짧아져 수가용 성분의 함량이 높아지고 가압 흡수능이 낮아지는 등 수지의 물성이 저하될 수 있어 바람직하지 않다.The polymerization initiator may be added at a concentration of 0.001 to 1 part by weight based on 100 parts by weight of the water-soluble ethylenically unsaturated monomer. That is, when the concentration of the polymerization initiator is too low, the polymerization rate may be slowed and the residual monomer may be extracted in a large amount in the final product, which is not preferable. Conversely, when the concentration of the polymerization initiator is excessively high, the polymer chain constituting the network is shortened, so that the content of water-soluble components is increased, and the physical properties of the resin may be lowered, such as lowered absorbency under pressure, which is not preferable.
이 밖에도, 상기 단량체 조성물에는 필요에 따라 계면활성제, 증점제, 가소제, 보존 안정제, 산화 방지제 등의 첨가제가 더 포함될 수 있다.In addition, the monomer composition may further include additives such as a surfactant, a thickener, a plasticizer, a storage stabilizer, and an antioxidant, if necessary.
상기 계면활성제는 발포제의 균일한 분산을 유도하여 발포시 균일한 발포로 겔 강도가 낮아지거나 밀도가 낮아지는 것을 방지하게 한다. 상기 계면활성제로는 음이온계 계면활성제를 사용하는 것이 바람직하다. 구체적으로, 상기 계면활성제는 SO3 - 음이온을 포함하는 것으로, 하기 화학식 2로 표시되는 화합물을 사용할 수 있다.The surfactant induces uniform dispersion of the foaming agent and prevents the gel strength from being lowered or the density from being lowered due to uniform foaming during foaming. It is preferable to use an anionic surfactant as the surfactant. Specifically, the surfactant may include a SO 3 − anion, and a compound represented by the following Chemical Formula 2 may be used.
[화학식 2][Formula 2]
R-SO3NaR-SO 3 Na
상기 화학식 2에서, In Formula 2,
R은 탄소수 8 내지 16의 알킬이다. R is alkyl having 8 to 16 carbon atoms.
또한, 상기 계면활성제는 상기 수용성 에틸렌계 불포화 단량체 중량 대비 300 ppmw 이하로 사용하는 것이 바람직하다. 상기 계면활성제의 사용량이 300 ppmw를 초과할 경우, 고흡수성 수지에 계면활성제의 함량이 많아져 바람직하지 않다. 또한, 상기 계면활성제는 상기 수용성 에틸렌계 불포화 단량체 중량 대비 100 ppmw 이상, 또는 150 ppmw 이상으로 사용하는 것이 바람직하다.In addition, the surfactant is preferably used in an amount of 300 ppmw or less based on the weight of the water-soluble ethylenically unsaturated monomer. When the amount of the surfactant exceeds 300 ppmw, the content of the surfactant in the superabsorbent polymer increases, which is not preferable. In addition, the surfactant is preferably used in an amount of 100 ppmw or more, or 150 ppmw or more, based on the weight of the water-soluble ethylenically unsaturated monomer.
그리고, 이러한 단량체 조성물은 전술한 수용성 에틸렌계 불포화 단량체, 중합 개시제, 내부 가교제 등의 원료 물질이 용매에 용해된 용액의 형태로 준비될 수 있다.In addition, the monomer composition may be prepared in the form of a solution in which raw materials such as the aforementioned water-soluble ethylenically unsaturated monomer, polymerization initiator, and internal crosslinking agent are dissolved in a solvent.
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 등 사용될 수 있다.In this case, the usable solvent may be used without limitation in its composition as long as it can dissolve the above-mentioned 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 a mixture thereof, and the like may be used.
상기 단량체 조성물의 가교 중합을 통한 함수겔 중합체의 형성은 통상적인 중합 방법으로 수행될 수 있으며, 그 공정은 특별히 한정되지 않는다. 비제한적인 예로, 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.Formation of the hydrogel polymer through cross-linking polymerization of the monomer composition may be performed by a conventional polymerization method, and the process is not particularly limited. As a non-limiting example, the polymerization method is largely divided into thermal polymerization and photopolymerization depending on the type of polymerization energy source. In the case of thermal polymerization, the polymerization may be performed in a reactor having a stirring shaft such as a kneader, and photopolymerization In the case of proceeding, 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 함수겔 중합체를 얻을 수 있다. 이때, 반응기에 구비된 교반축의 형태에 따라 반응기 배출구로 배출되는 함수겔 중합체는 수 밀리미터 내지 수 센티미터의 입자로 얻어질 수 있다. 구체적으로, 얻어지는 함수겔 중합체는 주입되는 단량체 조성물의 농도 및 주입속도 등에 따라 다양한 형태로 얻어질 수 있는데, 통상 (중량 평균) 입경이 2 내지 50 mm인 함수겔 중합체가 얻어질 수 있다.For example, the hydrogel polymer may be obtained by introducing the monomer composition into a reactor such as a kneader equipped with a stirring shaft, and thermally polymerizing the monomer composition by supplying hot air or heating the reactor. At this time, depending on the shape of the stirring shaft provided in the reactor, the hydrogel polymer discharged to the reactor outlet may be obtained as particles of several millimeters to several centimeters. Specifically, the obtained hydrogel polymer can be obtained in various forms depending on the concentration and injection rate of the monomer composition to be injected. Usually, the hydrogel polymer having a (weight average) particle diameter of 2 to 50 mm can be obtained.
그리고, 다른 일 예로, 이동 가능한 컨베이어 벨트가 구비된 반응기에서 상기 단량체 조성물에 대한 광 중합을 진행하는 경우에는 시트 형태의 함수겔 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 10 cm의 두께로 조절되는 것이 바람직하다.And, as another example, when photopolymerization of the monomer composition is performed in a reactor equipped with a movable conveyor belt, a sheet-form hydrogel polymer may be obtained. In this case, the thickness of the sheet may vary depending on the concentration of the injected monomer composition and the injection rate. In order to ensure the production rate while allowing the entire sheet to be uniformly polymerized, it is usually adjusted to a thickness of 0.5 to 10 cm. desirable.
바람직하게는, 상기 함수겔 중합체를 형성하는 가교 중합 단계는, 40 ℃ 내지 80 ℃에서 수행될 수 있으며, 40 ℃ 내지 60 ℃, 또는 45 ℃ 내지 55 ℃에서 수행할 수 있다. 상기 온도 범위 내에서 수행되는 경우, 단량체 혼합물 내에 포함된 발포 핵제의 발포가 용이하며, 나아가, 적정 가교 결합을 형성하여 목적하는 흡수 성능을 구현하기 적합니다.Preferably, the crosslinking polymerization step of forming the hydrogel polymer may be performed at 40 °C to 80 °C, 40 °C to 60 °C, or 45 °C to 55 °C. When carried out within the above temperature range, foaming of the foaming nucleating agent contained in the monomer mixture is easy, and furthermore, it is suitable to form an appropriate cross-link to realize the desired absorption performance.
더욱 바람직하게는, 상기 온도 범위에서 자외선 조사 장치가 상부에 설치된 연속식 벨트 중합 반응기의 중합벨트 위에서 광조사하여 광중합을 수행할 수 있으며, 추가적으로 무광원의 조건 하에서 열중합 공정이 더 수행될 수 있다.More preferably, photopolymerization may be performed by irradiating light on the polymerization belt of a continuous belt polymerization reactor having an ultraviolet irradiation device installed thereon in the above temperature range, and additionally, the thermal polymerization process may be further performed under conditions of no light source. .
이와 같은 방법으로 얻어진 함수겔 중합체의 통상 함수율은 40 중량% 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 180℃까지 온도를 상승시킨 뒤 180℃에서 유지하는 방식으로 총 건조시간은 온도상승단계 5 분을 포함하여 40 분을 설정하여, 함수율을 측정한다.A typical water content of the hydrogel polymer obtained in this way may be 40 wt% to 80 wt%. Meanwhile, throughout the present specification, "moisture content" refers to a value obtained by subtracting the weight of the polymer in a dry state from the weight of the hydrogel polymer as the amount of moisture occupied with respect to the total weight of the hydrogel polymer. Specifically, it is defined as a value calculated 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 set to 40 minutes including 5 minutes of the temperature rise step in such a way that the temperature is raised from room temperature to 180°C and then maintained at 180°C, and the moisture content is measured.
(건조, 분쇄 및 분급하는 단계)(Drying, pulverizing and classifying steps)
다음으로, 상기 함수겔 중합체를 건조, 분쇄 및 분급하여 베이스 수지 분말을 형성하는 단계를 포함한다.Next, drying, pulverizing and classifying the hydrogel polymer to form a base resin powder.
구체적으로, 상기 얻어진 함수겔 중합체를 건조하는 단계를 수행한다. 필요에 따라서 상기 건조 단계의 효율을 높이기 위해 건조 전에 상기 함수겔 중합체를 조분쇄하는 단계를 더 거칠 수 있다.Specifically, a step of drying the obtained hydrogel polymer is performed. If necessary, in order to increase the efficiency of the drying step, a step of coarsely pulverizing the hydrogel polymer before drying may be further performed.
이때, 사용되는 분쇄기는 구성의 한정은 없으나, 구체적으로, 수직형 절단기(Vertical pulverizer), 슈레더 타입 커터, 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.At this time, the crusher used is not limited in configuration, but specifically, a vertical pulverizer, a shredder type cutter, a turbo cutter, a turbo grinder, a rotary cutter mill), a cutter mill, a disc mill, a shred crusher, a crusher, a chopper, and a disc cutter selected from the group consisting of a grinding device. It may include any one, but is not limited to the above-described example.
이때 조분쇄 단계는 함수겔 중합체의 입경이 2 내지 10mm로 되도록 분쇄할 수 있다. 입경이 2 mm 미만으로 분쇄하는 것은 함수겔 중합체의 높은 함수율로 인해 기술적으로 용이하지 않으며, 또한 분쇄된 입자 간에 서로 응집되는 현상이 나타날 수도 있다. 한편, 입경이 10 mm 초과로 분쇄하는 경우, 추후 이루어지는 건조 단계의 효율 증대 효과가 미미할 수 있다.In this case, in the coarse grinding step, the hydrogel polymer may have a particle diameter of 2 to 10 mm. Grinding to a particle diameter of less than 2 mm is not technically easy due to the high water content of the hydrogel polymer, and a phenomenon of agglomeration between the pulverized particles may occur. On the other hand, when the particle diameter is more than 10 mm, the effect of increasing the efficiency of the drying step performed later may be insignificant.
상기와 같이 조분쇄되거나, 혹은 조분쇄 단계를 거치지 않은 중합 직후의 함수겔 중합체에 대해 건조를 수행한다. Drying is performed on the hydrogel polymer immediately after polymerization, either coarsely pulverized as described above, or without the coarse pulverization step.
바람직하게는, 상기 건조 단계는 150℃ 내지 210 ℃에서 수행할 수 있다. 바람직하게는, 170 ℃ 내지 200 ℃, 또는 175 ℃ 내지 190 ℃이다. 상기 건조 온도가 150 ℃ 미만인 경우, 건조 시간이 지나치게 길어지고 최종 형성되는 고흡수성 수지의 물성이 저하될 우려가 있고, 건조 온도가 210 ℃를 초과하는 경우, 지나치게 중합체 표면만 건조되어, 추후 이루어지는 분쇄 공정에서 미분이 발생할 수도 있고, 최종 형성되는 고흡수성 수지의 물성이 저하될 우려가 있다.Preferably, the drying step may be performed at 150 °C to 210 °C. Preferably, it is 170 °C to 200 °C, or 175 °C to 190 °C. If the drying temperature is less than 150 ℃, the drying time is excessively long and there is a risk that the physical properties of the superabsorbent polymer finally formed may decrease. Fine powder may be generated in the process, and there is a risk that the physical properties of the superabsorbent polymer finally formed may be deteriorated.
한편, 건조 시간의 경우에는 공정 효율 등을 고려하여, 20 내지 90분 동안 진행될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. Meanwhile, the drying time may be performed for 20 to 90 minutes in consideration of process efficiency, but is not limited thereto.
상기 건조 단계의 건조 방법 역시 함수겔 중합체의 건조 공정으로 통상 사용되는 것이면, 그 구성의 한정이 없이 선택되어 사용될 수 있다. 구체적으로, 열풍 공급, 적외선 조사, 극초단파 조사, 또는 자외선 조사 등의 방법으로 건조 단계를 진행할 수 있다. 이와 같은 건조 단계 진행 후의 중합체의 함수율은 약 0.1 내지 약 10 중량%일 수 있다.If the drying method of the drying step is also commonly used in the drying process of the hydrogel polymer, it may be selected and used without limitation in its configuration. Specifically, the drying step may be performed by a method such as hot air supply, infrared irradiation, microwave irradiation, or ultraviolet irradiation. After the drying step, the moisture content of the polymer may be about 0.1 to about 10% by weight.
다음으로, 이와 같은 건조 단계를 거쳐 얻어진 건조된 중합체를 분쇄하는 단계를 수행한다. Next, a step of 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, 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 grinding step may have a particle diameter of 150 to 850 μm. The grinder used for grinding to such a particle size is specifically, a pin mill, a hammer mill, a screw mill, a roll mill, a disc mill, or a jog. A mill (jog mill) or the like 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. 바람직하게는 입경이 150 내지 850㎛인 중합체를 분급하여, 이와 같은 입경을 가진 중합체 분말에 대해서만 표면 가교 반응 단계를 거쳐 제품화할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 분급이 진행된 베이스 수지 분말은 150 내지 850㎛의 입경을 가지며, 300 내지 600㎛의 입경을 갖는 입자를 50 중량% 이상 포함할 수 있다. In addition, in order to manage the physical properties of the superabsorbent polymer powder to be finalized after the pulverization step, a separate process of classifying the polymer powder obtained after pulverization according to particle size may be performed. Preferably, a polymer having a particle diameter of 150 to 850 μm is classified, and only a polymer powder having such a particle diameter can be commercialized through a surface crosslinking reaction step. More specifically, the base resin powder to which the classification has been performed has a particle diameter of 150 to 850 μm, and may include 50 wt % or more of particles having a particle diameter of 300 to 600 μm.
(표면 가교 단계)(Surface crosslinking step)
다음으로, 발명의 일 구현예에 따른 고흡수성 수지의 제조 방법은, 표면 가교 존재 하에, 상기 베이스 수지 분말을 표면 가교하는 단계를 포함하며, 이에 따라, 고흡수성 수지 입자를 형성한다.Next, the method for producing a superabsorbent polymer according to an embodiment of the present invention includes the step of surface crosslinking the base resin powder in the presence of surface crosslinking, thereby forming the superabsorbent polymer particles.
상기 표면 가교 단계는 표면 가교제의 존재 하에 상기 베이스 수지 분말의 표면에 가교 반응을 유도하는 것으로, 가교되지 않고 표면에 남아 있던 수용성 에틸렌계 불포화 단량체의 불포화 결합이 상기 표면 가교제에 의해 가교되게 되어, 표면 가교 밀도가 높아진 고흡수성 수지가 형성된다.The surface crosslinking step induces a crosslinking reaction on the surface of the base resin powder in the presence of a surface crosslinking agent, and the unsaturated bonds of the water-soluble ethylenically unsaturated monomer remaining on the surface without crosslinking are crosslinked by the surface crosslinking agent. A superabsorbent polymer with increased crosslinking density is formed.
구체적으로, 표면 가교제의 존재하여 열처리 공정으로 표면 가교층이 형성될 수 있으며, 상기 열처리 공정은 표면 가교 밀도, 즉 외부 가교 밀도는 증가하게 되는 반면 내부 가교 밀도는 변화가 없어, 제조된 표면 가교층이 형성된 고흡수성 수지는 내부보다 외부의 가교 밀도가 높은 구조를 갖게 된다.Specifically, in the presence of a surface cross-linking agent, a surface cross-linked layer may be formed through a heat treatment process, and the surface cross-linking density, that is, external cross-linking density, is increased during the heat treatment process, while the internal cross-linking density is not changed. The formed superabsorbent polymer has a structure having a higher crosslinking density on the outside than on the inside.
상기 표면 가교 단계에서, 표면 가교제 외에 알코올계 용매 및 물을 포함하는 표면 가교제 조성물을 사용할 수 있다. In the surface crosslinking step, in addition to the surface crosslinking agent, a surface crosslinking agent composition including an alcohol-based solvent and water may be used.
한편, 상기 표면 가교제 조성물에 포함되는 표면 가교제로는 기존부터 고흡수성 수지의 제조에 사용되던 표면 가교제를 별다른 제한 없이 모두 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 표면 가교제는 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 1,3-프로판디올, 1,4-부탄디올, 1,6-헥산디올, 1,2-헥산디올, 1,3-헥산디올, 2-메틸-1,3-프로판디올, 2,5-헥산디올, 2-메틸-1,3-펜탄디올, 2-메틸-2,4-펜탄디올, 트리프로필렌 글리콜 및 글리세롤로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상의 폴리올; 에틸렌 카보네이트 및 프로필렌 카보네이트로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상의 카보네이트계 화합물; 에틸렌글리콜 디글리시딜 에테르 등의 에폭시 화합물; 옥사졸리디논 등의 옥사졸린 화합물; 폴리아민 화합물; 옥사졸린 화합물; 모노-, 디- 또는 폴리옥사졸리디논 화합물; 또는 환상 우레아 화합물; 등을 포함할 수 있다. 바람직하게는 상술한 내부 가교제와 동일한 것이 사용될 수 있고, 예를 들어, 에틸렌글리콜 디글리시딜 에테르 등의 알킬렌글리콜의 디글리시딜 에테르계 화합물이 사용될 수 있다.Meanwhile, as the surface crosslinking agent included in the surface crosslinking agent composition, any surface crosslinking agent that has been conventionally used in the manufacture of super absorbent polymers may be used without any particular limitation. For example, the surface crosslinking agent is ethylene glycol, propylene glycol, 1,3-propanediol, 1,4-butanediol, 1,6-hexanediol, 1,2-hexanediol, 1,3-hexanediol, 2- One selected from the group consisting of methyl-1,3-propanediol, 2,5-hexanediol, 2-methyl-1,3-pentanediol, 2-methyl-2,4-pentanediol, tripropylene glycol and glycerol more than one polyol; at least one carbonate-based compound selected from the group consisting of ethylene carbonate and propylene carbonate; Epoxy compounds, such as ethylene glycol diglycidyl ether; oxazoline compounds such as oxazolidinone; polyamine compounds; oxazoline compounds; mono-, di- or polyoxazolidinone compounds; or a cyclic urea compound; and the like. Preferably, the same as the above-described internal crosslinking agent may be used, for example, a diglycidyl ether-based compound of alkylene glycol such as ethylene glycol diglycidyl ether may be used.
이러한 표면 가교제는 베이스 수지 분말 100 중량부에 대하여 0.001 내지 2 중량부로 사용될 수 있다. 바람직하게는, 0.005 중량부 이상, 0.01 중량부 이상, 또는 0.02 중량부 이상이고, 0.5 중량부 이하, 0.3 중량부 이하의 함량으로 사용될 수 있다. 표면 가교제의 함량 범위를 상술한 범위로 조절하여 우수한 흡수 성능 및 통액성 등 제반 물성을 나타내는 고흡수성 수지를 제조할 수 있다.The surface crosslinking agent may be used in an amount of 0.001 to 2 parts by weight based on 100 parts by weight of the base resin powder. Preferably, it is 0.005 parts by weight or more, 0.01 parts by weight or more, or 0.02 parts by weight or more, and may be used in an amount of 0.5 parts by weight or less, 0.3 parts by weight or less. By adjusting the content range of the surface crosslinking agent to the above-mentioned range, it is possible to prepare a superabsorbent polymer having excellent absorption performance and various physical properties such as liquid permeability.
상기 표면 가교 조성물에는, 표면 가교 효율 향상 측면에서 당 분야에 통상적으로 사용되는 기타 첨가제가 더 포함될 수 있다.The surface crosslinking composition may further include other additives commonly used in the art in terms of improving surface crosslinking efficiency.
예를 들어, 폴리카르복실산계 공중합체, 중량평균분자량 500 g/mol 이상의 수용성 고분자, 계면활성제 등이 사용될 수 있다. 상기 성분을 포함할 경우, 표면 가교 효율을 향상시키 수 있으며, 윤활 작용으로 인해 표면 가교 반응시 믹서의 운전성 향상에 기여할 수 있다.For example, a polycarboxylic acid-based copolymer, a water-soluble polymer having a weight average molecular weight of 500 g/mol or more, a surfactant, and the like may be used. When the above component is included, the surface crosslinking efficiency can be improved, and due to the lubricating action, it can contribute to the improvement of the operability of the mixer during the surface crosslinking reaction.
상기 중량평균분자량 500 g/mol 이상의 수용성 고분자로는, 예를 들면 해당 중량평균분자량 범위의 폴리에틸렌글리콜이 사용될 수 있다.As the water-soluble polymer having a weight average molecular weight of 500 g/mol or more, for example, polyethylene glycol having a corresponding weight average molecular weight may be used.
상기 폴리카르복실산계 공중합체로는, 예를 들면, 하기 화학식 1-a로 표시되는 반복 단위 및 하기 화학식 1-a로 표시되는 반복 단위를 포함하는 공중합체가 사용될 수 있다:As the polycarboxylic acid-based copolymer, for example, a copolymer including a repeating unit represented by the following Chemical Formula 1-a and a repeating unit represented by the following Chemical Formula 1-a may be used:
[화학식 1-a][Formula 1-a]
[화학식 1-b][Formula 1-b]
상기 화학식 1-a 및 1-b에서,In Formulas 1-a and 1-b,
R1, R2 및 R3는 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 6의 알킬 그룹이고,R 1 , R 2 and R 3 are each independently hydrogen or an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms,
RO는 탄소수 2 내지 4의 옥시알킬렌 그룹이고,RO is an oxyalkylene group having 2 to 4 carbon atoms,
M1은 수소 또는 1가 금속 또는 비금속 이온이고,M 1 is hydrogen or a monovalent metal or non-metal ion,
X는 -COO-, 탄소수 1 내지 5의 알킬옥시 그룹 또는 탄소수 1 내지 5의 알킬디옥시 그룹이고,X is -COO-, an alkyloxy group having 1 to 5 carbon atoms or an alkyldioxy group having 1 to 5 carbon atoms,
m은 1 내지 100의 정수이고,m is an integer from 1 to 100,
n은 1 내지 1000의 정수이고,n is an integer from 1 to 1000,
p는 1 내지 150의 정수이고, 상기 p가 2 이상인 경우 둘 이상 반복되는 -RO-는 서로 동일하거나 다를 수 있다.p is an integer from 1 to 150, and when p is 2 or more, two or more repeated -RO- may be the same or different from each other.
상기 폴리카르복실산계 공중합체로는 알콕시 폴리알킬렌글리콜모노(메타)아크릴산 에스테르계 단량체(대표적인 예로, 메톡시폴리에틸렌글리콜모노메타크릴레이트(MPEGMAA) 등) 및 (메타)아크릴산 에스테르계 단량체 (대표적인 예로, (메타)아크릴산 등)와 같은 친수성 단량체들로부터 유래한 랜덤 공중합체가 사용되는 것이 전술한 효과의 발현에 보다 유리할 수 있다. 더욱 바람직하게는, 한국공개특허 제10-2015-0143167호의 제조예 1에서 제조한 성분(중량평균분자량 40,000)이 사용될 수 있다.As the polycarboxylic acid-based copolymer, an alkoxy polyalkylene glycol mono (meth) acrylic acid ester monomer (a typical example, methoxy polyethylene glycol monomethacrylate (MPEGMAA), etc.) and a (meth) acrylic acid ester monomer (a typical example, The use of random copolymers derived from hydrophilic monomers such as (meth)acrylic acid, etc.) may be more advantageous for the expression of the above-described effect. More preferably, the component (weight average molecular weight 40,000) prepared in Preparation Example 1 of Korean Patent Application Laid-Open No. 10-2015-0143167 may be used.
그리고, 상기 폴리카르복실산계 공중합체를 첨가함에 따른 효과가 보다 잘 발현될 수 있도록 하기 위하여, 상기 폴리카르복실산계 공중합체는 500 내지 1,000,000의 중량 평균 분자량(GPC (gel permeation chromatography) 법에 따라 측정)을 갖는 것이 바람직하다. And, in order to better express the effect of adding the polycarboxylic acid-based copolymer, the polycarboxylic acid-based copolymer is measured according to a weight average molecular weight of 500 to 1,000,000 (gel permeation chromatography (GPC) method). ) is preferred.
상기 첨가제의 함량은 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 함량 범위로 포함되어 전술한 효과의 발현에 보다 유리할 수 있다.The content of the additive may be appropriately adjusted according to reaction conditions, etc., and preferably may be adjusted to 0.001 to 5 parts by weight based on 100 parts by weight of the base resin powder. Included in the content range may be more advantageous for the expression of the above-described effect.
한편, 상기 표면 가교제는 이를 포함하는 표면 가교제 조성물 상태로 베이스 수지 분말에 첨가되는데, 이러한 표면 가교제 조성물의 첨가 방법에 대해서는 그 구성의 특별한 한정은 없다. 예를 들어, 표면 가교제 조성물과, 베이스 수지 분말을 반응조에 넣고 혼합하거나, 베이스 수지 분말에 표면 가교제 조성물을 분사하는 방법, 연속적으로 운전되는 믹서에 베이스 수지 분말과 표면 가교제 조성물을 연속적으로 공급하여 혼합하는 방법 등을 사용할 수 있다.On the other hand, the surface crosslinking agent is added to the base resin powder in the form of a surface crosslinking agent composition containing the same, but there is no particular limitation on the composition of the method of adding the surface crosslinking agent composition. For example, a method of mixing the surface cross-linking agent composition and the base resin powder in a reactor, or spraying the surface cross-linking agent composition on the base resin powder, continuously supplying the base resin powder and the surface cross-linking agent composition to a continuously operated mixer and mixing method, etc., can be used.
그리고, 상기 표면 가교제 조성물은 매질로서 물 및/또는 친수성 유기 용매를 더 포함할 수 있다. 이로서, 표면 가교제 등이 베이스 수지 분말 상에 골고루 분산될 수 있는 이점이 있다. 이때, 물 및 친수성 유기 용매의 함량은 표면 가교제의 고른 용해/분산을 유도하고 베이스 수지 분말의 뭉침 현상을 방지함과 동시에 표면 가교제의 표면 침투 깊이를 최적화하기 위한 목적으로 베이스 수지 분말 100 중량부에 대한 첨가 비율을 조절하여 적용할 수 있다. In addition, the surface crosslinking agent composition may further include water and/or a hydrophilic organic solvent as a medium. As such, there is an advantage that the surface crosslinking agent and the like can be uniformly dispersed on the base resin powder. At this time, the content of water and hydrophilic organic solvent is added to 100 parts by weight of the base resin powder for the purpose of inducing even dissolution/dispersion of the surface crosslinking agent, preventing agglomeration of the base resin powder, and optimizing the surface penetration depth of the surface crosslinking agent. It can be applied by adjusting the addition ratio to the
상기 표면 가교 단계는, 160 ℃ 내지 220 ℃, 혹은 175 ℃ 내지 205 ℃의 온도에서 30분 이상 열처리하여 진행할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 표면 가교는 상술한 온도를 최고 반응 온도로 하여, 이로한 최고 반응 온도에서, 30 내지 80분, 혹은 40분 내지 70분 동안 열처리하여 표면 가교 반응을 진행할 수 있다.The surface crosslinking step may be performed by heat treatment at a temperature of 160 °C to 220 °C, or 175 °C to 205 °C for 30 minutes or more. More specifically, in the surface crosslinking, the surface crosslinking reaction may be carried out by heat treatment for 30 to 80 minutes, or 40 to 70 minutes at the maximum reaction temperature using the above-described temperature as the maximum reaction temperature.
이러한 표면 가교 공정 조건(특히, 승온 조건 및 반응 최고 온도에서의 반응 조건)의 충족에 의해 보다 우수한 가압 통액성 등의 물성을 적절히 충족하는 고흡수성 수지가 제조될 수 있다. By satisfying the surface crosslinking process conditions (especially, the temperature rise condition and the reaction condition at the maximum reaction temperature), a superabsorbent polymer resin that adequately satisfies physical properties such as better pressurized liquid permeability can be manufactured.
표면 가교 반응을 위한 승온 수단은 특별히 한정되지 않는다. 열매체를 공급하거나, 열원을 직접 공급하여 가열할 수 있다. 이때, 사용 가능한 열매체의 종류로는 스팀, 열풍, 뜨거운 기름과 같은 승온한 유체 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 또한 공급되는 열매체의 온도는 열매체의 수단, 승온 속도 및 승온 목표 온도를 고려하여 적절히 선택할 수 있다. 한편, 직접 공급되는 열원으로는 전기를 통한 가열, 가스를 통한 가열 방법을 들 수 있으나, 상술한 예에 한정되는 것은 아니다.A means for increasing the temperature for the surface crosslinking reaction is not particularly limited. It can be heated by supplying a heating medium or by directly supplying a heat source. At this time, as the type of heating medium that can be used, a fluid having an elevated temperature such as steam, hot air, or hot oil may be used, but the present invention is not limited thereto. Considering it, it can be appropriately selected. On the other hand, the directly supplied heat source may be a heating method through electricity or a heating method through a gas, but is not limited to the above-described example.
한편, 발명의 일 구현예에 따른 고흡수성 수지의 제조 방법은 통액성 등의 추가적인 향상을 위해, 표면 가교시 황산알루미늄염 등의 알루미늄염 기타 다양한 다가 금속염을 더 사용할 수 있다. 이러한 다가 금속염은 최종 제조된 고흡수성 수지의 표면 가교층 상에 포함될 수 있다. Meanwhile, in the method of manufacturing a superabsorbent polymer according to an embodiment of the present invention, in order to further improve liquid permeability, etc., aluminum salts such as aluminum sulfate salt and other various polyvalent metal salts may be further used during surface crosslinking. Such a polyvalent metal salt may be included on the surface crosslinking layer of the finally prepared superabsorbent polymer.
(고흡수성 수지)(super absorbent resin)
상술한 제조방법에 따라 수득된 고흡수성 수지는 중합 단계에서 균일하고 미세한 발포 셀이 형성되어 빠른 흡수 속도를 나타내며, 동시에 우수한 통액성 및 흡수 성능으로, 재습윤(rewet) 특성이 뛰어나다.The superabsorbent polymer obtained according to the above-described manufacturing method exhibits a fast absorption rate due to the formation of uniform and fine foamed cells in the polymerization step, and at the same time has excellent liquid permeability and absorption performance and excellent rewet properties.
한편, 발명의 일 구현예에 따른 고흡수성 수지는 150 내지 850 ㎛의 입경을 가질 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 베이스 수지 분말 및 이를 포함한 고흡수성 수지의 적어도 95 중량% 이상이 150 내지 850㎛의 입경을 가지며, 300 내지 600㎛의 입경을 갖는 입자를 50 중량% 이상 포함할 수 있으며, 150㎛ 미만의 입경을 갖는 미분이 3 중량% 미만으로 될 수 있다.Meanwhile, the superabsorbent polymer according to an embodiment of the present invention may have a particle diameter of 150 to 850 μm. More specifically, at least 95% by weight of the base resin powder and the superabsorbent polymer including the same have a particle diameter of 150 to 850 μm, and may include 50% by weight or more of particles having a particle diameter of 300 to 600 μm, 150 The fines having a particle diameter of less than ㎛ may be less than 3% by weight.
구체적으로, 상기 고흡수성 수지 1 g을 염수 25 g에 침지시켜 10 분 동안 팽윤시킨 후, 팽윤된 상기 고흡수성 수지를 0.7 psi의 압력 하에 2 분 동안 여과지 상에서 방치하고, 상기 고흡수성 수지로부터 상기 여과지로 다시 베어나온 염수의 중량으로 정의되는 가압 염수 재습윤이 1.3 g/g 이하이다. 여기서, 염수는 0.9 중량% 염화나트륨(NaCl) 수용액을 의미한다. 상기 가압 재습윤 염수의 중량은 그 값이 작을수록 우수하여 상기 가압 염수 재습윤의 하한은 이론상 0g이나, 예를 들어, 0.5g/g 이상 1.3g/g 이하, 0.5g/g 이상 1.2 g/g 이하, 또는 0.5g/g 이상 1.1g/g 이하이다. 상기 가압 염수 장기 재습윤의 측정 방법은 후술하는 실험예 부분에서 보다 구체적으로 설명하기로 한다.Specifically, 1 g of the superabsorbent polymer is immersed in 25 g of brine to swell for 10 minutes, and then the swollen superabsorbent polymer is left on filter paper under a pressure of 0.7 psi for 2 minutes, and the filter paper is removed from the superabsorbent polymer. Pressurized brine rewet, defined as the weight of brine reclaimed from the furnace, is 1.3 g/g or less. Here, brine means 0.9 wt% sodium chloride (NaCl) aqueous solution. The lower the weight of the pressurized brine rewet, the better, so the lower limit of the pressurized brine rewet is 0 g in theory, for example, 0.5 g/g or more and 1.3 g/g or less, 0.5 g/g or more 1.2 g/ g or less, or 0.5 g/g or more and 1.1 g/g or less. The method for measuring the long-term re-wetting of the pressurized saline will be described in more detail in the Experimental Examples section to be described later.
상기 고흡수성 수지는, 볼텍스 법에 따른 흡수 속도(vortex time)가 30초 이하이다. 상기 흡수 속도는 그 값이 작을수록 우수하여 상기 흡수 속도의 하한은 이론상 0초이나, 예를 들어, 5 초 이상 30 초 이하, 또는 10초 이상 27초 이하이다. 상기 볼텍스 법에 따른 흡수 속도는 생리 식염수에 고흡수성 수지를 가하여 교반시켰을 때, 빠른 흡수에 의해 액체의 소용돌이(vortex)가 없어지는 시간(time, 단위: 초)을 의미하는 것으로서, 상기 시간이 짧을수록 고흡수성 수지가 빠른 초기 흡수 속도를 갖는 것으로 볼 수 있다. 여기서, 생리 식염수는 0.9 중량% 염화나트륨(NaCl) 수용액을 의미한다. 상기 흡수 속도의 측정 방법은 후술하는 실험예 부분에서 보다 구체적으로 설명하기로 한다. 한편, 상기 볼텍스 법에 따른 흡수 속도는 표면 가교 전의 베이스 수지 분말에 대해서도 동일한 방법에 의해 측정될 수 있다.The superabsorbent polymer has a vortex time of 30 seconds or less according to the vortex method. The absorption rate is excellent as the value is smaller, and the lower limit of the absorption rate is 0 seconds in theory, for example, 5 seconds or more and 30 seconds or less, or 10 seconds or more and 27 seconds or less. The absorption rate according to the vortex method refers to the time (time, unit: seconds) during which the liquid vortex disappears due to rapid absorption when the superabsorbent polymer is added to physiological saline and stirred. It can be seen that the superabsorbent polymer has a faster initial absorption rate. Here, physiological saline means 0.9 wt% sodium chloride (NaCl) aqueous solution. The method of measuring the absorption rate will be described in more detail in the experimental example section to be described later. Meanwhile, the absorption rate according to the vortex method may be measured by the same method for the base resin powder before surface crosslinking.
또한, 상기 고흡수성 수지는 하기 수학식 1에 따라 측정되는 통액성(permeability, 단위: 초)이 18초 이하이다. 상기 통액성은 그 값이 작을수록 우수하여 이론상 하한값은 0초이나, 예를 들어 약 5초 이상 18초 이하, 또는 약 10초 이상 17초 이하이다:In addition, the superabsorbent polymer has a liquid permeability (unit: seconds) of 18 seconds or less as measured according to Equation 1 below. The lower the value, the better the liquid permeability, so the theoretical lower limit is 0 seconds, but for example, about 5 seconds or more and 18 seconds or less, or about 10 seconds or more and 17 seconds or less:
[수학식 1][Equation 1]
통액성(sec) = T1 - BPermeability (sec) = T1 - B
상기 수학식 1에서,In Equation 1 above,
T1은 크로마토그래피 관 내에 분급(30# ~ 50#)된 고흡수성 수지 시료 0.2±0.0005g을 넣고 염수를 가하여 염수 부피가 50 ml가 되게 한 후, 30분 간 방치 후, 액면높이가 40 ml에서 20 ml까지 줄어드는 데에 걸리는 시간이고, B는 염수가 채워진 크로마토그래피 관에서 액면 높이가 40 ml에서 20 ml까지 줄어드는 데에 걸리는 시간이다. 여기서, 염수는 0.9 중량% 염화나트륨(NaCl) 수용액을 의미한다. 상기 통액성의 측정 방법은 후술하는 실험예 부분에서 보다 구체적으로 설명하기로 한다. For T1, put 0.2±0.0005 g of a classified (30# ~ 50#) sample of superabsorbent polymer in a chromatography tube, add brine to make the volume of brine 50 ml, and leave it for 30 minutes, and then increase the liquid level to 40 ml. The time taken to decrease to 20 ml, B is the time it takes for the liquid level to decrease from 40 ml to 20 ml in a chromatography tube filled with brine. Here, brine means 0.9 wt% sodium chloride (NaCl) aqueous solution. The method of measuring the liquid permeability will be described in more detail in the experimental example section to be described later.
또한, 상기 고흡수성 수지를 EDENA 법 WSP 241.2에 따라 측정된 원심분리 보수능(CRC)이 30 g/g 이상이며, 바람직하게는 30 내지 35g/g, 31.0 내지 32.0 g/g, 31.5 g/g 이상이다. 상기 원심분리 보수능의 측정 방법은 후술하는 실험예 부분에서 보다 구체적으로 설명하기로 한다. 한편, 상기 EDENA 법 WSP 241.2에 따라 측정된 원심분리 보수능(CRC)은 표면 가교 전의 베이스 수지 분말에 대해서도 동일한 방법에 의해 측정될 수 있다.In addition, the superabsorbent polymer has a centrifugation retention capacity (CRC) of 30 g/g or more, preferably 30 to 35 g/g, 31.0 to 32.0 g/g, 31.5 g/g, measured according to the EDENA method WSP 241.2. More than that. The method of measuring the centrifugation retention capacity will be described in more detail in the experimental example section to be described later. Meanwhile, the centrifugation retention capacity (CRC) measured according to the EDENA method WSP 241.2 may be measured by the same method for the base resin powder before surface crosslinking.
EDANA 법 WSP 242.3-10에 따라 측정된 0.7psi의 가압 흡수능(AUP)이 20 g/g 이상이다. 바람직하게는 22.0 g/g 이상, 또는 22 g/g 내지 29 g/g, 22.3 g/g 내지 28.5 g/g 이다. 상기 0.7psi의 가압 흡수능(AUP)의 측정 방법은 후술하는 실험예 부분에서 보다 구체적으로 설명하기로 한다.The absorbency under pressure (AUP) of 0.7 psi measured according to EDANA method WSP 242.3-10 is 20 g/g or more. Preferably it is 22.0 g/g or more, or 22 g/g to 29 g/g, 22.3 g/g to 28.5 g/g. A method of measuring the absorbency under pressure (AUP) of 0.7 psi will be described in more detail in the Experimental Examples section to be described later.
전술한 일 구현예의 고흡수성 수지의 제조 방법에 따라 제조된 고흡수성 수지는 다른 제반 물성이 우수하면서도 우수한 통액성 및 빠른 흡수 속도를 나타내며, 이에 따라, 재습윤(rewet) 특성이 개선된다. 이에 따라, 기저귀, 생리대 등의 위생재에 적용시 우수한 품질을 구현할 수 있다.The superabsorbent polymer prepared according to the method for preparing the superabsorbent polymer according to the above-described exemplary embodiment exhibits excellent liquid permeability and a fast absorption rate while having excellent other physical properties, and thus, the rewet property is improved. Accordingly, excellent quality can be realized when applied to sanitary materials such as diapers and sanitary napkins.
이하, 발명의 구체적인 실시예를 통해, 발명의 작용 및 효과를 보다 상술하기로 한다. 다만, 이러한 실시예는 발명의 예시로 제시된 것에 불과하며, 이에 의해 발명의 권리범위가 정해지는 것은 아니다.Hereinafter, through specific examples of the invention, the operation and effect of the invention will be described in more detail. However, these embodiments are merely presented as an example of the invention, and the scope of the invention is not defined thereby.
[실시예][Example]
<고흡수성 수지의 제조><Production of super absorbent polymer>
실시예 1Example 1
수산화나트륨(NaOH) 38.9 g, 소디움 바이카보네이트 0.15 g, 수산화칼슘 0.15g, 물 103.9 g 및 소디움 퍼설페이트 0.2 g를 혼합하여 중화액을 제조하였다.A neutralization solution was prepared by mixing 38.9 g of sodium hydroxide (NaOH), 0.15 g of sodium bicarbonate, 0.15 g of calcium hydroxide, 103.9 g of water and 0.2 g of sodium persulfate.
상기 중화액을 10분간 교반 후, 상기 중화액에 아크릴산 단량체 100 g, 광중합 개시제인 디페닐(2,4,6-트리메틸벤조일)-포스핀 옥사이드 0.01 g를 투입하여 아크릴산 단량체를 부분 중화를 시켜 단량체 혼합물을 제조하였다.After stirring the neutralization solution for 10 minutes, 100 g of acrylic acid monomer and 0.01 g of diphenyl(2,4,6-trimethylbenzoyl)-phosphine oxide, which is a photopolymerization initiator, are added to the neutralization solution to partially neutralize the acrylic acid monomer. A mixture was prepared.
다음으로, 상기 단량체 혼합물에 가교제인 폴리에틸렌글리콜디아크릴레이트 0.35 g, 1,6-헥산다이올 다이아크릴레이트 0.05 g, 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트 0.02 g를 첨가하여 단량체 조성물을 제조하였다.Next, 0.35 g of polyethylene glycol diacrylate, 0.05 g of 1,6-hexanediol diacrylate, and 0.02 g of trimethylolpropane triacrylate were added to the monomer mixture to prepare a monomer composition.
상기 단량체 조성물을, 자외선 조사 장치가 상부에 설치된 연속식 벨트 중합 반응기의 중합 벨트 위에서 243 kg/hr의 유량으로 흘려주었다. 상기 반응기는 내부 온도가 45℃로 유지되며 수은 UV 램프 광원으로 10mW의 세기를 가지는 광원이 조사된다. 상기 광원을 1.5분간 조사하고, 추가로 2.5분간 무광원 상태에서 중합 반응을 진행하였다.The monomer composition was flowed at a flow rate of 243 kg/hr on the polymerization belt of a continuous belt polymerization reactor having an ultraviolet irradiation device installed thereon. The reactor has an internal temperature of 45° C. and a light source having an intensity of 10 mW is irradiated with a mercury UV lamp light source. The light source was irradiated for 1.5 minutes, and the polymerization reaction was performed in the absence of a light source for an additional 2.5 minutes.
중합이 완료되어 나오는 겔 타입 중합 시트는 슈레더 타입 커터를 이용하 1차 커팅한 후 미트 쵸퍼를 통해 조분쇄하였다. 이후 180℃의 온도에서 30분간 열풍 건조기를 통하여 건조한 뒤, 회전식 믹서를 이용하여 분쇄하고 150㎛ 내지 850㎛로 분급하여 베이스 수지 분말을 제조하였다.After the polymerization was completed, the gel-type polymerization sheet was first cut using a shredder type cutter and then coarsely crushed through a meat chopper. After drying through a hot air dryer at a temperature of 180 ° C. for 30 minutes, pulverized using a rotary mixer and classified into 150 μm to 850 μm to prepare a base resin powder.
상기 베이스 수지 분말 100 중량부에 대해, 물 4 중량부, 에틸렌 카보네이트 1 중량부, 폴리카르복실산계 공중합체(메톡시 폴리에틸렌글리콜 모노메타크릴레이트 및 메타크릴산의 공중합체, 중량평균분자량 40,000) 0.1 중량부를 포함하는 표면 가교 용액을 고속 혼합 믹서에 연속으로 투입하였다(운전 속도 80Kg/hr).Based on 100 parts by weight of the base resin powder, 4 parts by weight of water, 1 part by weight of ethylene carbonate, a polycarboxylic acid copolymer (a copolymer of methoxy polyethylene glycol monomethacrylate and methacrylic acid, a weight average molecular weight of 40,000) 0.1 The surface crosslinking solution containing parts by weight was continuously added to the high-speed mixing mixer (operating speed 80Kg/hr).
표면 가교 용액과 균일하게 혼합된 수지는 패들형 믹서에서 185℃, 1시간 동안 표면 처리 반응을 진행하여 고흡수성 수지를 수득하였다.The resin uniformly mixed with the surface crosslinking solution was subjected to a surface treatment reaction at 185° C. for 1 hour in a paddle-type mixer to obtain a superabsorbent polymer.
실시예 2 내지 7 및 비교예 1 내지 5Examples 2 to 7 and Comparative Examples 1 to 5
하기 표 1의 성분 및 함량을 사용하고, 함수겔 중합체의 건조 온도를 하기와 같이 조절한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 고흡수성 수지를 제조하였다.A super absorbent polymer was prepared in the same manner as in Example 1, except that the components and contents of Table 1 were used and the drying temperature of the hydrogel polymer was adjusted as follows.
(단위 ppmw)*division
(unit ppmw)*
A1: 소디움 바이카보네이트
A2: 소디움 카보네이트
A3: 탄산칼슘(단량체 조성물에 첨가)
A4: 수산화 칼슘(표면 가교 단계에 첨가)* Based on water-soluble ethylenically unsaturated monomer
A1: Sodium Bicarbonate
A2: sodium carbonate
A3: Calcium carbonate (added to the monomer composition)
A4: Calcium hydroxide (added to the surface crosslinking step)
<실험예><Experimental example>
상기 실시예 및 비교예에서 제조한 고흡수성 수지 조성물에 대하여, 다음과 같은 방법으로 물성을 평가하고, 그 결과를 표 2에 나타내었다.The superabsorbent polymer compositions prepared in Examples and Comparative Examples were evaluated for physical properties in the following manner, and the results are shown in Table 2.
다르게 표기하지 않는 한, 하기 물성 평가는 모두 상온(23±1℃) 상대 습도 (50±10%)에서 진행하였고, 생리식염수 또는 염수는 0.9 중량% 염화나트륨(NaCl) 수용액을 의미한다. Unless otherwise indicated, all of the following physical property evaluations were performed at room temperature (23±1° C.) and relative humidity (50±10%), and physiological saline or saline means 0.9 wt% sodium chloride (NaCl) aqueous solution.
(1) 원심분리 보수능(CRC, Centrifuge Retention Capacity)(1) Centrifuge Retention Capacity (CRC)
고흡수성 수지(또는 베이스 수지) 중 150 내지 850㎛의 입경을 갖는 것을 취하여, 유럽부직포산업협회(European Disposables and Nonwovens Association, EDANA) 규격 EDANA WSP 241.2에 따라 무하중하 흡수 배율에 의한 원심분리 보수능(CRC)을 측정하였다.By taking a superabsorbent polymer (or base resin) having a particle diameter of 150 to 850 μm, centrifugal water retention capacity ( CRC) was measured.
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 resins obtained through Examples and Comparative Examples, a resin classified through a sieve of #30-50 was obtained. This resin W 0 (g) (about 0.2 g) was uniformly put in a non-woven bag and sealed, and then immersed in physiological saline (0.9 wt %) at room temperature. After 30 minutes, the bag was drained of water for 3 minutes under the conditions of 250G using a centrifuge, and the mass W 2 (g) of the bag was measured. Moreover, after performing the same operation without using resin, the mass W1 (g) at that time was measured. Using each obtained mass, CRC (g/g) was calculated according to the following formula.
[수학식 2][Equation 2]
CRC (g/g) = {[W2(g) - W1(g)]/W0(g)} - 1CRC (g/g) = {[W 2 (g) - W 1 (g)]/W 0 (g)} - 1
(2) 가압 흡수능 (AUP: Absorbency under Pressure)(2) Absorbency under Pressure (AUP: Absorbency under Pressure)
고흡수성 수지의 0.7 psi의 가압 흡수능을, EDANA법 WSP 242.3-10 에 따라 측정하였다. 가압 흡수능 측정시에는, 상기 표면 가교후 얻은 수지를 분급 없이 사용하였다. The absorbency under pressure of 0.7 psi of the superabsorbent polymer was measured according to the EDANA method WSP 242.3-10. When measuring the absorbency under pressure, the resin obtained after the surface crosslinking was used without classification.
구체적으로, 내경 60 mm의 플라스틱의 원통 실린더 바닥에 스테인레스제 400 mesh 철망을 장착시켰다. 상온 및 습도 50%의 조건 하에서 철망 상에 흡수성 수지 W0(g) (0.90 g)을 균일하게 살포하고, 그 위에 0.7 psi 의 하중을 균일하게 더 부여할 수 있는 피스톤은 외경 60 mm 보다 약간 작고 원통의 내벽과 틈이 없고 상하 움직임이 방해 받지 않게 하였다. 이때 상기 장치의 중량 W3(g)을 측정하였다.Specifically, a stainless steel 400 mesh wire mesh was mounted on the bottom of a plastic cylindrical cylinder having an inner diameter of 60 mm. Under the condition of room temperature and humidity of 50%, the water absorbent resin W 0 (g) (0.90 g) is uniformly spread on the wire mesh, and the piston that can further apply a load of 0.7 psi on it is slightly smaller than the outer diameter of 60 mm There is no gap between 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 90 mm 및 두께 5 mm의 유리 필터를 두고, 0.9 중량% 염화나트륨으로 구성된 생리식염수를 유리 필터의 윗면과 동일 레벨이 되도록 하였다. 그 위에 직경 90 mm의 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 inside a 150 mm diameter Petro dish, and physiological saline composed of 0.9 wt% sodium chloride was placed at the same level as the upper surface of the glass filter. One filter paper having a diameter of 90 mm was loaded thereon. The measuring device was placed on the filter paper, and the liquid was absorbed under load for 1 hour. 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 산출하하고, 이를 표 1에 기재하였다.Using each obtained mass, absorbency under pressure (g/g) was calculated according to the following formula, and it is shown in Table 1.
[수학식 3][Equation 3]
AUP(g/g) = [W4(g) - W3(g)]/W0(g)AUP(g/g) = [W 4 (g) - W 3 (g)]/W 0 (g)
(3) 통액성(Permeability)(3) Permeability
통액성(permeability) 측정 방법은 특허번호 US9656242 B2 특허에 기재된 방법에 준하여 측정하였다. 통액성 측정시에는, 상기 표면 가교후 얻은 수지를 분급 없이 사용하였다.The permeability measurement method was measured according to the method described in Patent No. US9656242 B2. In the measurement of liquid permeability, the resin obtained after surface crosslinking was used without classification.
통액성 측정 장치는 내경 20mm이며, 하단에 glass 필터가 장착된 크로마토그래피 관이다. 크로마토그래피 관에 피스톤을 넣은 상태에서의 액량 20ml 및 40ml의 액면에 선을 표시하였다. 이 후, 크로마토그래피 관 하부 glass 필터와 콕크 사이에 기포가 생기지 않도록 역으로 물을 투입하여 약 10ml를 채우고 염수로 2~3회 세척하고, 40ml 이상까지 0.9% 염수를 채웠다. 크로마토그래피 관에 피스톤을 넣고 하부 밸브를 열어 액면이 40ml에서 20ml 표시선까지 줄어드는 시간(B)을 기록하였다.The liquid permeability measuring device is a chromatography tube with an inner diameter of 20 mm and a glass filter installed at the bottom. Lines were marked on the liquid levels of 20 ml and 40 ml in a state in which a piston was placed in the chromatography tube. Thereafter, water was added in reverse to prevent bubbles from forming between the glass filter and the cock at the bottom of the chromatography tube to fill about 10 ml, washed 2-3 times with brine, and filled with 0.9% brine to 40 ml or more. Put the piston into the chromatography tube, open the lower valve, and record the time (B) for the liquid level to decrease from 40ml to 20ml.
크로마토그래피 관에 염수를 10ml 남기고, 각 수지 시료 0.2±0.0005g을 넣고 염수를 가하여 염수 부피가 50ml가 되게 한 후, 30분 간 방치하였다. 그 후, 크로마토그래피 관 내에 추가 달린 피스톤(0.3psi=106.26g)을 넣고 1분 간 방치 후, 크로마토그래피 관 하부 밸브를 열어 액면이 40ml에서 20ml 표시선까지 줄어드는 시간(T1)을 기록하여, 수학식 1의 T1 - B 의 시간(단위: 초)을 계산한 통액성 값을 표 1에 나타내었다.Leaving 10 ml of brine in the chromatography tube, 0.2±0.0005 g of each resin sample was added, brine was added to make the volume of brine 50 ml, and then left for 30 minutes. After that, put an additional piston (0.3 psi = 106.26 g) in the chromatography tube, leave it for 1 minute, open the lower valve of the chromatography tube, and record the time (T1) for the liquid level to decrease from 40 ml to 20 ml, the formula Table 1 shows the liquid permeability values calculated for the time (unit: seconds) of T1 - B of 1.
[수학식 1][Equation 1]
통액성(sec) = T1 - BPermeability (sec) = T1 - B
(4) 흡수속도 (Vortex time)(4) Absorption rate (Vortex time)
흡수 속도(vortex time)는 국제 공개 출원 제1987-003208호에 기재된 방법에 준하여 초 단위로 측정하였다. 흡수 속도 측정시에는, 상기 표면 가교후 얻은 수지를 분급 없이 사용하였다.The absorption rate (vortex time) was measured in seconds according to the method described in International Publication No. 1987-003208. In the measurement of the absorption rate, the resin obtained after the surface crosslinking was used without classification.
구체적으로, 23℃의 50 mL의 생리 식염수에 2g의 각 수지를 넣고, 마그네틱 바(직경 8 mm, 길이 30 mm)를 600 rpm으로 교반하여 와류(vortex)가 사라질 때까지의 시간을 초 단위로 측정하여 산출되었다.Specifically, 2 g of each resin is added to 50 mL of physiological saline at 23°C, and the magnetic bar (diameter 8 mm, length 30 mm) is stirred at 600 rpm to determine the time until the vortex disappears in seconds. It was calculated by measuring.
(5) 가압 염수 재습윤(5) Pressurized brine rewet
가압 염수 재습윤 측정시에는, 상기 표면 가교후 얻은 수지를 분급 없이 사용하였다.In the measurement of pressurized brine rewet, the resin obtained after surface crosslinking was used without classification.
EDANA법 WSP 242.3-10의 가압 흡수능 (AUP: Absorbency under Pressure) 측정시 사용되는 동일한 크기의 플라스틱 실린더를 사용하였다.A plastic cylinder of the same size used for measuring Absorbency under Pressure (AUP) of WSP 242.3-10 of the EDANA method was used.
상기 실린더에 고흡수성 수지 1.0g(중량 W0(g))을 고루 뿌리고 염수 25 g을 부은 후 팽윤시켰다. 고흡수성 수지를 10분 동안 팽윤시킨 후, 지름 11 cm의 필터 페이퍼(제조사 whatman, catalog No. 1004-110, pore size 20-25 μm, 지름 11 cm) 20장(중량 W5(g))위에 팽윤된 AUP 측정 실린더를 놓고 0.7 psi로 2분 간 가압하였다. 2분 간 가압 후 염수가 흡수된 필터 페이퍼(중량 W6(g))을 측정하였다.1.0 g (weight W 0 (g)) of the superabsorbent polymer was evenly sprinkled on the cylinder, and 25 g of brine was poured thereto, followed by swelling. After swelling the superabsorbent polymer for 10 minutes, on 20 sheets of filter paper with a diameter of 11 cm (manufacturer whatman, catalog No. 1004-110, pore size 20-25 μm, diameter 11 cm) (weight W 5 (g)) The swollen AUP measuring cylinder was placed and pressurized at 0.7 psi for 2 minutes. After pressurizing for 2 minutes, the filter paper (weight W 6 (g)) in which the brine was absorbed was measured.
얻어진 각 중량을 이용하여 다음 식에 따라 가압 염수 재습윤(Rewet)(g/g)을 산출하고, 이를 표 1에 기재하였다.Using each obtained weight, pressurized brine rewet (g/g) was calculated according to the following formula, and it is shown in Table 1.
[수학식 4][Equation 4]
Rewet(g/g) = [W6(g) - W5(g)]/W0(g)Rewet(g/g) = [W 6 (g) - W 5 (g)]/W 0 (g)
(표면 가교 전)base resin
(before surface crosslinking)
(g/g)CRC
(g/g)
(sec)Votex time
(sec)
(g/g)CRC
(g/g)
AUP
(g/g)0.7psi
AUP
(g/g)
(sec)Votex time
(sec)
(g/g)Rewet
(g/g)
(g)Permeability
(g)
표 2의 데이터 내용을 참고하면, 본 발명에 따라 제조된 실시예의 고흡수성 수지는 중화액에 카보네이트계 화합물 및 수산화칼슘을 투입 후, 단량체의 중합 공정을 수행하여, 빠른 흡수 속도를 나타내며, 동시에 우수한 통액성 및 흡수 성능으로, 재습윤(rewet) 특성이 뛰어남을 확인할 수 있었다.Referring to the data contents of Table 2, the super absorbent polymer of Examples prepared according to the present invention shows a fast absorption rate by adding a carbonate-based compound and calcium hydroxide to a neutralizing solution, and then performing a polymerization process of the monomer, and at the same time has excellent stability. In terms of liquid and absorption performance, it was confirmed that the rewet property was excellent.
중화액에 카보네이트계 화합물, 수산화칼슘 중 일부 성분이 사용되지 않은 비교예들의 경우, 실시예 대비 흡수 속도가 느리고, 재습윤 특성이 저하되는 것을 확인할 수 있었다.In the case of Comparative Examples in which some components of the carbonate-based compound and calcium hydroxide were not used in the neutralizing solution, it was confirmed that the absorption rate was slow compared to the Example and the rewet property was lowered.
또한, 비교예 3과 같이 탄산칼슘을 중합 단계에 바로 사용 하는 경우, 균일한 발포셀 형성이 어렵고, 이에 따라, 목적하는 정도의 흡수 속도 및 재습윤 특성을 구현하지 못하는 것을 확인할 수 있었다.In addition, as in Comparative Example 3, when calcium carbonate was directly used in the polymerization step, it was difficult to form uniform foamed cells, and thus, it was confirmed that the desired degree of absorption rate and rewet characteristics could not be realized.
또한, 수산화칼슘의 성분을 표면 가교 단계에 포함하는 비교예 4의 경우, 목적하는 발포 셀을 형성하기 어렵고, 이에 따라, 이들 수지는 제반 물성이 실시예 대비 현저히 저하되는 것을 확인할 수 있었다.In addition, in the case of Comparative Example 4 in which the component of calcium hydroxide was included in the surface crosslinking step, it was difficult to form the desired foamed cells, and accordingly, it was confirmed that the overall physical properties of these resins were significantly lowered compared to the Example.
Claims (12)
상기 단량체 혼합물에 내부 가교제를 투입하여 가교 중합한 가교 중합체를 포함하는 함수겔 중합체를 형성하는 단계;
상기 함수겔 중합체를 건조, 분쇄 및 분급하여 베이스 수지 분말을 형성하는 단계; 및
표면 가교제의 존재 하에, 상기 베이스 수지 분말을 열처리하여 베이스 수지 분말의 표면을 가교하는 단계를 포함하는, 고흡수성 수지의 제조 방법.
preparing a monomer mixture including a water-soluble ethylenically unsaturated monomer in which a part of the acidic group is neutralized by adding a water-soluble ethylenically unsaturated monomer having an acidic group to a neutralizing solution containing a neutralizing agent, calcium hydroxide, and a carbonate-based compound;
forming a hydrogel polymer including a crosslinked polymer crosslinked by adding an internal crosslinking agent to the monomer mixture;
drying, pulverizing and classifying the hydrogel polymer to form a base resin powder; and
In the presence of a surface crosslinking agent, heat-treating the base resin powder to crosslink the surface of the base resin powder, a method for producing a superabsorbent polymer.
상기 카보네이트계 화합물은, 소디움 카보네이트, 소디움 바이카보네이트 또는 이들의 조합인,
고흡수성 수지의 제조 방법.
According to claim 1,
The carbonate-based compound is sodium carbonate, sodium bicarbonate or a combination thereof,
A method for producing a super absorbent polymer.
상기 중화제는, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 또는 이들의 조합인,
고흡수성 수지의 제조 방법.
According to claim 1,
The neutralizing agent is sodium hydroxide, potassium hydroxide, or a combination thereof,
A method for producing a super absorbent polymer.
상기 수산화칼슘은, 상기 수용성 에틸렌계 불포화 단량체에 대하여 500 ppmw 내지 3,000 ppmw로 포함되는,
고흡수성 수지의 제조 방법.
According to claim 1,
The calcium hydroxide is included in an amount of 500 ppmw to 3,000 ppmw with respect to the water-soluble ethylenically unsaturated monomer,
A method for producing a super absorbent polymer.
상기 카보네이트계 화합물은, 상기 수용성 에틸렌계 불포화 단량체에 대하여 500 ppmw 내지 6,000 ppmw로 포함되는,
고흡수성 수지의 제조 방법.
According to claim 1,
The carbonate-based compound is included in an amount of 500 ppmw to 6,000 ppmw with respect to the water-soluble ethylenically unsaturated monomer,
A method for producing a super absorbent polymer.
상기 수산화칼슘 및 카보네이트계 화합물은 1:1 내지 1:5의 중량비로 포함되는,
고흡수성 수지의 제조 방법.
The method of claim 1,
The calcium hydroxide and carbonate-based compound is included in a weight ratio of 1:1 to 1:5,
A method for producing a super absorbent polymer.
상기 수용성 에틸렌계 불포화 단량체는 산성기의 50 몰% 내지 90 몰%가 중화되는,
고흡수성 수지의 제조 방법.
The method of claim 1,
The water-soluble ethylenically unsaturated monomer is 50 mol% to 90 mol% of the acid group is neutralized,
A method for producing a super absorbent polymer.
상기 함수겔 중합체를 형성하는 가교 중합 단계는, 40 ℃ 내지 80 ℃에서 수행되는,
고흡수성 수지의 제조 방법.
According to claim 1,
The crosslinking polymerization step of forming the hydrogel polymer is carried out at 40 °C to 80 °C,
A method for producing a super absorbent polymer.
상기 함수겔 중합체의 건조 단계는, 150 ℃ 내지 210 ℃에서 수행되는,
고흡수성 수지의 제조 방법.
According to claim 1,
The drying step of the hydrogel polymer is carried out at 150 ° C. to 210 ° C.,
A method for producing a super absorbent polymer.
상기 고흡수성 수지 1 g을 염수 25 g에 침지시켜 10 분 동안 팽윤시킨 후, 팽윤된 상기 고흡수성 수지를 0.7 psi의 압력 하에 2 분 동안 여과지 상에서 방치하고, 상기 고흡수성 수지로부터 상기 여과지로 다시 베어나온 염수의 중량으로 정의되는 가압 염수 재습윤이 1.3 g/g 이하인,
고흡수성 수지의 제조 방법.
According to claim 1,
After 1 g of the superabsorbent polymer was immersed in 25 g of brine to swell for 10 minutes, the swollen superabsorbent polymer was left on a filter paper under a pressure of 0.7 psi for 2 minutes, and cut again from the superabsorbent polymer into the filter paper. a pressurized brine rewet of 1.3 g/g or less, defined as the weight of the exiting brine;
A method for producing a super absorbent polymer.
상기 고흡수성 수지는, 볼텍스 법에 따른 흡수 속도가 30 초 이하인,
고흡수성 수지의 제조 방법.
According to claim 1,
The superabsorbent polymer has an absorption rate of 30 seconds or less according to the vortex method,
A method for producing a super absorbent polymer.
상기 고흡수성 수지는, 하기 수학식 1에 따라 측정되는 통액성이 18 초 이하인,
고흡수성 수지의 제조 방법:
[수학식 1]
통액성(sec) = T1 - B
상기 수학식 1에서,
T1은 크로마토그래피 관 내에 분급(30# ~ 50#)된 고흡수성 수지 시료 0.2±0.0005 g을 넣고 염수를 가하여 염수 부피가 50 ml가 되게 한 후, 30 분 동안 방치 후, 액면높이가 40 ml에서 20 ml까지 줄어드는 데에 걸리는 시간이고,
B는 염수가 채워진 크로마토그래피 관에서 액면높이가 40 ml에서 20 ml까지 줄어드는 데에 걸리는 시간이다.The method of claim 1,
The superabsorbent polymer has a liquid permeability of 18 seconds or less measured according to Equation 1 below,
Method for preparing super absorbent polymer:
[Equation 1]
Permeability (sec) = T1 - B
In Equation 1 above,
For T1, put 0.2±0.0005 g of the classified (30# ~ 50#) superabsorbent polymer sample in the chromatography tube, add brine to make the brine volume 50 ml, and leave it for 30 minutes, and then increase the liquid level to 40 ml. It is the time it takes to reduce to 20 ml,
B is the time it takes for the liquid level to decrease from 40 ml to 20 ml in a chromatography tube filled with brine.
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