KR20220160747A - Biodegradable superabsorbent polymer having the excellent absorption under load performance and method for preparing the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 표면 가교 처리되어 가압흡수성이 우수한 고흡수성 수지 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이타콘산(Itaconic Acid)등의 생분해성 단량체를 기반으로 제조된 생분해성 고흡수성 수지 및 그의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a superabsorbent polymer having excellent pressurized absorbency after surface crosslinking and a method for preparing the same, and more particularly, to a biodegradable superabsorbent polymer based on a biodegradable monomer such as itaconic acid and its preparation. It's about how.
고흡수성 고분자는 높은 흡수성과 보수성을 갖고 있어 위생 용품을 시작으로 농업·원예, 유통 자재, 토목·건축, 의료, 장난감까지 폭넓은 소재로 사용이 되고 있다. 특히 최근에는 적절한 Gel 물성을 갖는 동시에 접착성을 소유한 흡수성 고분자가 각종 전자기기의 부품소재로서도 활용되는 연구가 진행 중이다. Superabsorbent polymers have high absorbency and water retention, so they are used in a wide range of materials, starting with sanitary products, agriculture/horticulture, distribution materials, civil engineering/construction, medical care, and toys. In particular, recently, research is underway to use absorbent polymers with appropriate gel properties and adhesiveness as part materials for various electronic devices.
고흡수성 고분자의 합성에는, 일반적으로 원유로부터 정제 되는 폴리아크릴산 나트륨 가교체 등 아크릴산계 수지등을 원료로서 이용되곤 하지만 아크릴산계는 난분해성으로 일회용 기저귀 등에 사용되었을 때, 폐기시 환경 문제를 일으키는 것이 우려되고 있다. 따라서 최근에 생분해성을 가지며, 흡수력이 우수한 재료로서 셀룰로오스 유도체를 이용하는 것이 시도되고 있으며 특히 카르복실산염을 구조 중에 포함한 카르복시 메틸 셀룰로오스의 사용이 검토되어 왔다. 예를 들면 카르복시 메틸셀룰로오스를 화학적으로 가교하는 방법, 방사선 가교를 이용하여 가교하는 방법이 알려져 있다. 그러나, 상기 기술에서는, 셀룰로오스 유도체만을 출발 물질로서 사용할 경우 제조 비용이 높은 문제점이 있으며, 가교부와 카르복시메틸셀룰로오스 사이의 결합은 에테르 결합이므로 화학적으로 안정하여 생분해성 관점에서도 문제점이 있었다.In the synthesis of superabsorbent polymers, acrylic acid-based resins, such as sodium polyacrylate crosslinked product, which are generally purified from crude oil, are used as raw materials. It is becoming. Therefore, recently, attempts have been made to use a cellulose derivative as a material having biodegradability and excellent absorbency, and in particular, the use of carboxymethyl cellulose containing a carboxylate in its structure has been studied. For example, a method of chemically crosslinking carboxymethylcellulose and a method of crosslinking using radiation crosslinking are known. However, in the above technology, when only a cellulose derivative is used as a starting material, there is a problem in that the production cost is high, and since the bond between the cross-linked portion and carboxymethyl cellulose is an ether bond, it is chemically stable and thus has a problem in terms of biodegradability.
한편, 셀룰로오스, 키틴, 키토산 등을 원료로 생분해성과 흡수력 및 흡수속도가 기존의 아크릴산계 수지에 필적할 수 있는 고흡수성 고분자의 합성 방법이 소개되었지만, 에스테르 가교반응을 진행 시키기 위해 선택된 용매 들에 대한 용해도가 극히 낮아서 카르복실메틸셀룰로오스(CMC)등의 일부 천연물 재료에만 효과가 있었다. 그러나, 이 또한 용매의 용해도가 낮아서 고온의 장시간의 용해 및 분산 시간이 필요하였으며 생성된 수지의 수율도 낮은 문제점이 있었다. 그리고 셀룰로오스계 소재를 에테르 결합이 아닌 높은 생분해성을 나타내는 에스테르 결합으로 가교하는 방법으로서 호박산 무수물을 이용하는 방법이 발표되었으나, 얻을 수 있는 흡수성 재료 내에 포함된 카르복실산 나트륨염의 함유량이 적기 때문에, 흡수속도가 늦은 가교체 밖에는 얻을 수 없는 문제점이 있었다. 따라서, 위생용품에 적용될 수 있는 소재로 폴리아크릴산 나트륨 가교체의 대체할 수 있는 소재를 개발하여 생분해성, 환경친화성을 만족시키는 동시에 높은 흡수성 및 흡수속도를 가지는 고분자의 개발이 요구되고 있다.On the other hand, a method for synthesizing superabsorbent polymers using cellulose, chitin, chitosan, etc. as raw materials and having biodegradability, absorption capacity and absorption rate comparable to existing acrylic acid-based resins has been introduced. Due to its extremely low solubility, it was effective only for some natural materials such as carboxylmethylcellulose (CMC). However, this also had a problem in that the solubility of the solvent was low, so that a high temperature and a long time for dissolution and dispersion were required, and the yield of the produced resin was also low. In addition, a method using succinic anhydride has been announced as a method of crosslinking cellulose-based materials with ester bonds that exhibit high biodegradability rather than ether bonds, but since the content of sodium carboxylic acid salt contained in the absorbent material obtained is small, the absorption rate There was a problem that could not be obtained except for a cross-linked product with a slow. Therefore, it is required to develop a material that can replace crosslinked sodium polyacrylate as a material that can be applied to sanitary products, and to develop a polymer having high absorbability and absorption rate while satisfying biodegradability and environmental friendliness.
한편 IA(Itaconic Acid)는 분자 중에 2개의 Carboxylic Acid기를 갖고 있는 수용성 Monomer이며 발효법을 통하여 생성되는 Bio-Mass유래 물질로서 화학특성과 안전성이 입증되어서 IA 및 IA 유도체는 화학공업분야 및 의료분야까지 용도가 확장 되고 있는 추세이다. 특히 최근에는 IA를 기반으로 라디칼 중합 및 가교반응을 통하여 On the other hand, IA (Itaconic Acid) is a water-soluble monomer that has two carboxylic acid groups in its molecule. It is a bio-mass-derived material produced through fermentation, and its chemical properties and safety have been proven. IA and IA derivatives are used in the chemical industry and medical fields. is an expanding trend. In particular, recently, through radical polymerization and crosslinking reaction based on IA
제조된 PIA(Poly Itaconic Acid) Hydro-gel 수지는 흡수성이 우수하고 분해성을 소유하여 토양의 보수성을 증가시키는 개선 재료등 다양한 분야에의 용도 확장이 예상 되고 있다. 그러나 이러한 PIA Hydrogel 수지는 기계적 강도, 특히 수분이 흡수되어 팽창된 상태에서의 압축강도, 즉 Gel 강도가 취약하며 압력하 흡수능력도 떨어지는 단점이 있어서 개선이 요구되는 실정이다. Manufactured PIA (Poly Itaconic Acid) Hydro-gel resin has excellent absorbency and decomposability, so it is expected to expand its use in various fields such as improvement materials that increase soil water retention. However, these PIA Hydrogel resins have disadvantages such as weak mechanical strength, especially compressive strength in a state where moisture is absorbed and expanded, that is, gel strength, and poor absorption capacity under pressure, so improvement is required.
한편 PVA 수지는 필름의 접착제등 다양한 용도분야에 범용적으로 사용된 수용성 수지로서 생체적합성 및 생분해성을 갖고 있으며 특히 역학적 특성도 우수하여 흡수성 수지의 Gel소재로서 다양한 연구가 진행 중에 있다. 그러나 이러한 PVA 기반의 Gel 수지는 흡수능력이 제한되어 있어서 용도전개의 걸림돌이 되고 있다.On the other hand, PVA resin is a water-soluble resin commonly used in various fields such as film adhesives, and has biocompatibility and biodegradability. In particular, it has excellent mechanical properties, so various studies are underway as a gel material for absorbent resin. However, these PVA-based gel resins have limited absorption capacity, which is an obstacle to their use.
본 발명의 목적은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 수용성 및 생분해성을 가지고 있어 폐기에 의한 환경 부담이 적은, 전분이 포함된 폴리이타콘산 기반의 생분해성 고흡수성 수지를 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to solve the above problems, and to provide a polyitaconic acid-based biodegradable superabsorbent polymer containing starch, which has water solubility and biodegradability and thus reduces environmental burden due to disposal.
또한, 본 발명은 수용성 단량체 및 생분해성 단량체를 기반으로 고흡수성 수지를 제조함으로써, 흡수성, 흡수속도 및 가압흡수성이 우수한 표면 가교 처리된 고흡수성 수지를 제공하는 데 있다.In addition, the present invention is to provide a surface cross-linked super absorbent polymer having excellent water absorbency, absorption rate, and absorbency under pressure by preparing a super absorbent polymer based on a water-soluble monomer and a biodegradable monomer.
또한, 이를 위생용품에 적용했을 때, 인체에 무해하고 피부 자극을 감소시키는 표면 가교 처리된 고흡수성 수지를 제공할 수 있다.In addition, when applied to sanitary products, it is possible to provide a surface cross-linked superabsorbent polymer that is harmless to the human body and reduces skin irritation.
또한, 저가의 원료를 사용함으로써, 제조비용을 감소시켜 가격경쟁력 면에서 유리한 흡수성 제품을 개발하는 데 유용한 소재를 제공할 수 있다.In addition, by using low-cost raw materials, it is possible to provide materials useful for developing absorbent products that are advantageous in terms of price competitiveness by reducing manufacturing costs.
본 발명의 일 측면에 따르면, 베이스 수지; 및 상기 베이스 수지를 표면 가교제로 표면 가교처리하여 상기 베이스 수지의 표면으로부터 내부로 형성된 표면 가교층;을 포함하고, 상기 베이스 수지는 전분 및 산화전분 중 1종 이상, 이타콘산, 아크릴산 유도체, 음이온성 아크릴아미드 유도체 및 내부 가교제를 포함하는 원료 혼합물을 중합 반응 및 내부 가교 반응시켜 제조된 폴리이타콘산 그래프트 공중합체를 포함하는 것인, 표면 가교 처리된 고흡수성 수지가 제공된다.According to one aspect of the invention, the base resin; and a surface cross-linking layer formed from the surface of the base resin to the inside by surface cross-linking treatment of the base resin with a surface cross-linking agent, wherein the base resin is at least one of starch and oxidized starch, itaconic acid, an acrylic acid derivative, and an anionic acid. Provided is a surface cross-linking superabsorbent polymer comprising a polyitaconic acid graft copolymer prepared by polymerization and internal cross-linking of a raw material mixture including an acrylamide derivative and an internal cross-linking agent.
또한 상기 중합반응이 라디칼 반응 및 축합 반응을 포함하고, 상기 라디칼 반응이 상기 이타콘산, 아크릴산 유도체 및 음이온성 아크릴아미드 유도체로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 비닐기의 라디칼 반응에 의해 수행되고, 상기 축합반응이 상기 전분 및 산화전분 중 1종 이상의 히드록시기와, 상기 이타콘산 및 아크릴산 유도체로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 카르복시기와의 에스터화 반응에 의해 수행될 수 있다.In addition, the polymerization reaction includes a radical reaction and a condensation reaction, the radical reaction is carried out by a radical reaction of at least one vinyl group selected from the group consisting of itaconic acid, acrylic acid derivatives and anionic acrylamide derivatives, and the condensation reaction The reaction may be performed by an esterification reaction between at least one hydroxyl group of the starch and oxidized starch and at least one carboxyl group selected from the group consisting of itaconic acid and acrylic acid derivatives.
또한 내부 가교반응이 상기 이타콘산, 아크릴산 유도체 및 음이온성 아크릴 아미드유도체로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 비닐기와 상기 내부 가교제의 비닐기의 라디칼 반응에 의해 수행될 수 있다.In addition, the internal crosslinking reaction may be carried out by a radical reaction between one or more vinyl groups selected from the group consisting of itaconic acid, acrylic acid derivatives and anionic acrylamide derivatives and the vinyl group of the internal crosslinking agent.
또한 상기 이타콘산이 하기 구조식 1 내지 3으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 화합물일 수 있다.In addition, the itaconic acid may be one or more compounds selected from the group consisting of
[구조식 1][Structural Formula 1]
[구조식 2][Structural Formula 2]
[구조식 3][Structural Formula 3]
상기 구조식 1 내지 3에서,In the
R1 및 R2는 서로 같거나 다르고, 각각 독립적으로 수소원자, C1 내지 C18의 알킬기, C5 내지 C18의 시클릭알킬기, 또는 C6 내지 C18의 아릴기이고,R 1 and R 2 are the same as or different from each other, and each independently represents a hydrogen atom, a C1 to C18 alkyl group, a C5 to C18 cyclic alkyl group, or a C6 to C18 aryl group;
R3은 각각 독립적으로 원자가 결합, C1 내지 C18의 알킬렌기, C5 내지 C18의 시클릭알킬렌기, 또는 C6 내지 C18의 아릴렌기이다.R 3 is each independently a valence bond, a C1 to C18 alkylene group, a C5 to C18 cyclic alkylene group, or a C6 to C18 arylene group.
또한 상기 아크릴산 유도체는 하기 구조식 4로 표시되는 화합물일 수 있다.In addition, the acrylic acid derivative may be a compound represented by Structural Formula 4 below.
[구조식 4][Structural Formula 4]
상기 구조식 4에서,In Structural Formula 4,
R4는 수소원자 또는 C1 내지 C3의 알킬기이다.R 4 is a hydrogen atom or a C1 to C3 alkyl group.
또한 상기 아크릴산 유도체가 아크릴산, 메타크릴산 및 메틸메타크릴산으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.In addition, the acrylic acid derivative may include at least one selected from the group consisting of acrylic acid, methacrylic acid and methyl methacrylic acid.
또한 상기 폴리이타콘산 그래프트 공중합체가 상기 이타콘산, 아크릴산 유도체 및 음이온성 아크릴아미드 유도체로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 비닐 중합체; 상기 비닐 중합체에 그래프트된 전분 및 산화전분 중 1종 이상; 상기 전분 및 산화전분 중 1종 이상에 그래프트된 폴리이타콘산, 상기 전분 및 산화전분 중 1종 이상에 그래프트된 폴리아크릴산 유도체, 상기 전분 및 산화전분 중 1종 이상에 그래프트된 폴리 음이온성 아크릴아미드 유도체, 및 상기 전분 및 산화전분 중 1종 이상에 그래프트된 이타콘산-아크릴산 유도체-음이온성 아크릴아미드 유도체 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상; 및 상기 비닐 중합체, 폴리이타콘산, 폴리아크릴산 유도체, 폴리 음이온성 아크릴아미드 유도체 및 상기 이타콘산-아크릴산 유도체-음이온성 아크릴아미드 유도체 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 가교하는 내부 가교제;를 포함할 수 있다.In addition, the polyitaconic acid graft copolymer is at least one vinyl polymer selected from the group consisting of itaconic acid, acrylic acid derivatives and anionic acrylamide derivatives; at least one of starch and oxidized starch grafted to the vinyl polymer; Polyitaconic acid grafted on at least one of the starch and oxidized starch, polyacrylic acid derivative grafted on at least one of the starch and oxidized starch, polyanionic acrylamide derivative grafted on at least one of the starch and oxidized starch , and at least one selected from the group consisting of an itaconic acid-acrylic acid derivative-anionic acrylamide derivative copolymer grafted onto at least one of the starch and oxidized starch; and an internal crosslinking agent for crosslinking at least one selected from the group consisting of the vinyl polymer, polyitaconic acid, polyacrylic acid derivative, polyanionic acrylamide derivative, and itaconic acid-acrylic acid derivative-anionic acrylamide derivative copolymer. can do.
또한 상기 폴리이타콘산 그래프트 공중합체의 그래프트가 에스터 결합, 이온 결합, 및 수소결합으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상에 의한 것일 수 있다.In addition, the graft of the polyitaconic acid graft copolymer may be by at least one selected from the group consisting of an ester bond, an ionic bond, and a hydrogen bond.
또한 상기 내부 가교제가 폴리에틸렌글리콜디아크릴레이트(PEGDA), 1,6-헥산디올아크릴레이트(HDDA), 에틸렌글리콜디아크릴레이트, 에틸렌글리콜디메타아크릴레이트, 디에틸렌글리콜디아크릴레이트, 디에틸렌글리콜디메타아크릴레이트, 디프로필렌글리콜디아크릴레이트, 디프로필렌글리콜디메타아크릴레이트, 트리에틸렌글리콜디아크릴레이트, 트리에틸렌글리콜디메타아크릴레이트, 테트라에틸렌글리콜디아크릴레이트, 테트라에틸렌글리콜디메타아크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜디메타아크릴레이트, 펜타에리쓰리톨디메타크릴레이트, 펜타에리쓰리톨트리메타크릴레이트, N,N′-메칠렌비스아크릴아마이드(N,N′-Methylenebisacrylamide), N,N′-에칠렌비스아크릴아마이드(N,N′-Ethylenebisacrylamide) 및 N,N′-프로필렌비스아크릴아마이드(N,N′-Propylenebisacrylamide)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.In addition, the internal crosslinking agent is polyethylene glycol diacrylate (PEGDA), 1,6-hexanediol acrylate (HDDA), ethylene glycol diacrylate, ethylene glycol dimethacrylate, diethylene glycol diacrylate, diethylene glycol di Methacrylate, Dipropylene Glycol Diacrylate, Dipropylene Glycol Dimethacrylate, Triethylene Glycol Diacrylate, Triethylene Glycol Dimethacrylate, Tetraethylene Glycol Diacrylate, Tetraethylene Glycol Dimethacrylate, Polyethylene Glycol Dimethacrylate, Pentaerythritol Dimethacrylate, Pentaerythritol Trimethacrylate, N,N'-Methylenebisacrylamide, N,N'-Ethylenebis At least one selected from the group consisting of acrylamide (N,N'-Ethylenebisacrylamide) and N,N'-propylenebisacrylamide (N,N'-Propylenebisacrylamide) may be included.
상기 음이온성 아크릴아미드 유도체가 하기 구조식 5로 표시될 수 있다.The anionic acrylamide derivative may be represented by Structural Formula 5 below.
[구조식 5][Structural Formula 5]
상기 구조식 5에서,In Structural Formula 5,
R5는 수소원자 또는 C1 내지 C3의 알킬기이고,R 5 is a hydrogen atom or a C1 to C3 alkyl group;
R6는 수소원자 또는 C1 내지 C3의 알킬기이고,R 6 is a hydrogen atom or a C1 to C3 alkyl group;
R7은 C1 내지 C9의 선형(linear) 또는 분지형(branched) 알킬렌기이고,R 7 is a C1 to C9 linear or branched alkylene group;
X는 음이온성 작용기이고,X is an anionic functional group,
Y는 수소 이온 또는 금속 양이온이다.Y is a hydrogen ion or metal cation.
또한 상기 구조식 5에서, X는 아황산기(-SO3 -), 황산기(-SO4 -), 또는 인산기(-PO4 2-)이고, Y는 수소 이온, Li+, Na+, K+, Ag+, Au+, Mg2+, Ca2+, Ba2+, Mn2+, Ni2+, 또는 Cu2+일 수 있다.Also, in Structural Formula 5, X is a sulfurous acid group (-SO 3 - ), a sulfuric acid group (-SO 4 - ), or a phosphoric acid group (-PO 4 2- ), and Y is a hydrogen ion, Li + , Na + , K + , Ag + , Au + , Mg 2+ , Ca 2+ , Ba 2+ , Mn 2+ , Ni 2+ , or Cu 2+ .
상기 음이온성 아크릴아미드 유도체가 2-아크릴아미도 2-메틸프로판 술폰산 또는 그의 염, 2-아크릴아미도 2-에틸프로판 술폰산 또는 그의 염, 3-아크릴아미도 2-메틸부탄 술폰산 또는 그의 염, 3-아크릴아미도 2-에틸부탄 술폰산 또는 그의 염일 수 있다.The anionic acrylamide derivative is 2-acrylamido 2-methylpropane sulfonic acid or a salt thereof, 2-acrylamido 2-ethylpropane sulfonic acid or a salt thereof, 3-acrylamido 2-methylbutane sulfonic acid or a salt thereof, 3 -Acrylamido may be 2-ethylbutane sulfonic acid or a salt thereof.
상기 표면 가교제가 다가 양이온 염(polyvalent cationic salt), 에폭시 화합물 및 다가 알코올 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.The surface crosslinking agent may include at least one selected from the group consisting of a polyvalent cationic salt, an epoxy compound, and a polyhydric alcohol compound.
상기 다가 양이온 염 중 양이온이 Al3+, Zr4+, Sc3+, Ti4+, V+5, Cr3+, Mn2+, Fe3+, Ni2+, Cu2+, Zn2+, Ag+, Pt4+ 및 Au+ 으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하고, 음이온이 황산기(SO4 2-), 아황산기(SO3 2-), 질산기(NO3 -), 메타인산기(PO3 -) 및 인산기(PO4 3-)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.Among the multivalent cation salts, the cations are Al 3+ , Zr 4+ , Sc 3+ , Ti 4+ , V +5 , Cr 3+ , Mn 2+ , Fe 3+ , Ni 2+ , Cu 2+ , Zn 2+ , Ag + , Pt 4+ and Au + , and the anion is a sulfate group (SO 4 2- ), a sulfurous acid group (SO 3 2- ), a nitrate group (NO 3 - ), a meta It may include at least one member selected from the group consisting of a phosphoric acid group (PO 3 - ) and a phosphoric acid group (PO 4 3 - ).
상기 에폭시 화합물이 에틸렌 글리콜 디글리시딜 에테르 및 글리시돌로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.The epoxy compound may include at least one selected from the group consisting of ethylene glycol diglycidyl ether and glycidol.
상기 다가 알코올 화합물이 모노-, 디-, 트리-, 테트라- 또는 폴리에틸렌 글리콜, 모노프로필렌글리콜, 1,3-프로판디올, 디프로필렌 글리콜, 2,3,4-트리메틸-1,3-펜탄디올, 폴리프로필렌 글리콜, 글리세롤, 폴리글리세롤, 2-부텐-1,4-디올, 1,4-부탄디올, 1,3-부탄디올, 1,5-펜탄디올, 1,6-헥산디올, 및 1,2-사이클로헥산디메탄올로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.The polyhydric alcohol compound is mono-, di-, tri-, tetra- or polyethylene glycol, monopropylene glycol, 1,3-propanediol, dipropylene glycol, 2,3,4-trimethyl-1,3-pentanediol, Polypropylene glycol, glycerol, polyglycerol, 2-butene-1,4-diol, 1,4-butanediol, 1,3-butanediol, 1,5-pentanediol, 1,6-hexanediol, and 1,2- It may include at least one selected from the group consisting of cyclohexanedimethanol.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 표면 가교 처리된 고흡수성 수지를 포함하는 흡수성 소재가 제공된다.According to another aspect of the present invention, an absorbent material including the superabsorbent polymer subjected to the surface cross-linking treatment is provided.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, (a) 전분 및 산화전분 중 1종 이상, 이타콘산, 아크릴산 유도체, 음이온성 아크릴아미드 유도체 및 내부 가교제 및 중화제를 포함하는 혼합용액을 제조하는 단계; (b) 상기 혼합용액에 내부 개시제를 첨가하고 반응시켜 폴리이타콘산 그래프트 공중합체를 포함하는 베이스 수지를 제조하는 단계; 및 (c) 상기 베이스 수지를 표면 가교제로 표면 가교처리하여 상기 베이스 수지의 표면으로부터 내부로 형성된 표면 가교층을 형성하여 표면 가교 처리된 고흡수성 수지를 제조하는 단계;를 포함하는 표면 가교 처리된 고흡수성 수지의 제조방법이 제공된다.According to another aspect of the present invention, (a) preparing a mixed solution containing at least one of starch and oxidized starch, itaconic acid, an acrylic acid derivative, an anionic acrylamide derivative, an internal crosslinking agent and a neutralizing agent; (b) adding an internal initiator to the mixed solution and reacting to prepare a base resin containing a polyitaconic acid graft copolymer; and (c) surface cross-linking treatment of the base resin with a surface cross-linking agent to form a surface cross-linking layer formed from the surface of the base resin to the inside to prepare a surface cross-linking superabsorbent polymer. A method for producing a water absorbent polymer is provided.
또한 단계 (c)에서, 상기 표면 가교 처리된 고흡수성 수지가, 상기 베이스 수지 100 중량부에 대하여, 상기 표면 가교제 1 내지 50 중량부를 포함할 수 있다.Also, in step (c), the surface crosslinking-treated superabsorbent polymer may include 1 to 50 parts by weight of the surface crosslinking agent based on 100 parts by weight of the base resin.
또한 단계 (c)에서, 상기 표면 가교처리가 100℃ 내지 200℃의 온도에서 10분 내지 200분 동안 수행될 수 있다.Also, in step (c), the surface cross-linking treatment may be performed at a temperature of 100° C. to 200° C. for 10 minutes to 200 minutes.
본 발명의 표면 가교 처리된 고흡수성 수지 및 그의 제조방법은 수용성 및 생분해성을 가지고 있어 폐기에 의한 환경 부담이 적은 효과가 있다.The surface cross-linking treated superabsorbent polymer and the manufacturing method thereof of the present invention have water solubility and biodegradability, and thus have an effect of reducing environmental burden due to disposal.
또한 본 발명은 수용성 단량체 및 생분해성 단량체를 기반으로 고흡수성 수지를 제조함으로써, 흡수성, 흡수속도 및 가압흡수성이 우수한 효과가 있다.In addition, according to the present invention, by preparing a superabsorbent polymer based on a water-soluble monomer and a biodegradable monomer, there is an effect of excellent water absorption, absorption rate, and absorbency under pressure.
또한, 본 발명은 무독성 소재를 주원료로 사용하여 제조하므로, 이를 위생용품에 적용했을 때, 인체에 친화적이고, 피부 자극을 감소시킬 수 있다.In addition, since the present invention is manufactured using a non-toxic material as a main raw material, when applied to sanitary products, it is friendly to the human body and can reduce skin irritation.
또한, 저가의 원료를 사용함으로써, 제조비용을 감소시켜 가격경쟁력 면에서 유리한 제품을 개발할 수 있다.In addition, by using low-cost raw materials, it is possible to develop products that are advantageous in terms of price competitiveness by reducing manufacturing costs.
도 1a 및 1b는 제조예 1에 따른 베이스 수지 및 실시예 1에 따른 표면 가교된 가압흡수성이 우수한 고흡수성 수지의 SEM 분석 그래프이다
도 2는 제조예 1에 따른 베이스 수지 및 실시예 1에 따른 표면 가교된 가압흡수성이 우수한 고흡수성 수지의 FT-IR 분석결과이다
도 3은 대조예 1 내지 3 및 제조예 1에 따른 베이스 수지의 FT-IR 분석결과이다.
도 4는 대조예 1 내지 3 및 제조예 1에 따른 베이스 수지의 TGA 분석 결과이다.1a and 1b are SEM analysis graphs of a base resin according to Preparation Example 1 and a superabsorbent polymer having excellent absorbency under pressure that is cross-linked according to Example 1
2 is a FT-IR analysis result of a base resin according to Preparation Example 1 and a superabsorbent polymer having excellent absorbency under pressure that is cross-linked according to Example 1
3 is a FT-IR analysis result of the base resin according to Control Examples 1 to 3 and Preparation Example 1.
4 is a TGA analysis result of the base resin according to Control Examples 1 to 3 and Preparation Example 1.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.Since the present invention can apply various transformations and have various embodiments, specific embodiments will be exemplified and described in detail in the detailed description. However, it should be understood that this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and includes all transformations, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of related known technologies may obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted.
또한, 어떤 구성요소가 “다른 구성요소 상에”, "다른 구성요소 상에 형성되어" 또는 "다른 구성요소 상에 적층되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소의 표면 상의 전면 또는 일면에 직접 부착되어 형성되어 있거나 적층되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 더 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.Also, when a component is referred to as “on another component,” “formed on another component,” or “laminated on another component,” directly on the front surface or one side of the surface of the other component. It may be formed attached or stacked, but it should be understood that other components may further exist in the middle.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this application, the terms "include" or "have" are intended to designate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, but one or more other features It should be understood that the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof is not precluded.
이하, 본 발명의 표면 가교 처리된 고흡수성 수지에 관하여 설명하도록 한다. Hereinafter, the surface cross-linking treated superabsorbent polymer of the present invention will be described.
본 발명은 베이스 수지; 및 상기 베이스 수지를 표면 가교제로 표면 가교처리하여 상기 베이스 수지의 표면으로부터 내부로 형성된 표면 가교층;을 포함하고, 상기 베이스 수지는 전분 및 산화전분 중 1종 이상, 이타콘산, 아크릴산 유도체, 음이온성 아크릴아미드 유도체 및 내부 가교제를 포함하는 원료 혼합물을 중합 반응 및 내부 가교 반응시켜 제조된 폴리이타콘산 그래프트 공중합체를 포함하는 것인, 표면 가교 처리된 고흡수성 수지가 제공된다.The present invention base resin; and a surface cross-linking layer formed from the surface of the base resin to the inside by surface cross-linking treatment of the base resin with a surface cross-linking agent, wherein the base resin is at least one of starch and oxidized starch, itaconic acid, an acrylic acid derivative, and an anionic acid. Provided is a surface cross-linking superabsorbent polymer comprising a polyitaconic acid graft copolymer prepared by polymerization and internal cross-linking of a raw material mixture including an acrylamide derivative and an internal cross-linking agent.
상기 베이스 수지는 이타콘산 및 아크릴산 유도체를 포함하는 수용성 에틸렌성 불포화 모노머, 전분 및 산화전분 중 1종 이상, 비닐술폰산계 또는 그의 염을 포함하는 음이온성 아크릴아미드 유도체 및 내부 가교제를 포함하는 원료 혼합물을 중합 반응 및 내부 가교 반응시켜 제조된 폴리이타콘산을 포함하는 상기 원료들이 상호간 그래프트된 공중합체를 포함할 수 있다.The base resin is a raw material mixture including a water-soluble ethylenically unsaturated monomer including itaconic acid and acrylic acid derivatives, at least one of starch and oxidized starch, an anionic acrylamide derivative including vinylsulfonic acid or a salt thereof, and an internal crosslinking agent. It may include a copolymer in which the raw materials including polyitaconic acid prepared by polymerization reaction and internal crosslinking reaction are grafted with each other.
상기 중합반응이 라디칼 반응 및 축합 반응을 포함하고, 상기 라디칼 반응이 상기 이타콘산, 아크릴산 유도체 및 음이온성 아크릴아미드 유도체로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 비닐기의 라디칼 반응에 의해 수행되고, 상기 축합반응이 상기 전분 및 산화전분 중 1종 이상의 히드록시기와, 상기 이타콘산 및 아크릴산 유도체로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 카르복시기와의 에스터화 반응에 의해 수행될 수 있다.The polymerization reaction includes a radical reaction and a condensation reaction, the radical reaction is carried out by a radical reaction of at least one vinyl group selected from the group consisting of itaconic acid, acrylic acid derivatives and anionic acrylamide derivatives, and the condensation reaction This may be performed by an esterification reaction between at least one hydroxyl group of the starch and oxidized starch and at least one carboxyl group selected from the group consisting of itaconic acid and acrylic acid derivatives.
상기 내부 가교반응이 상기 이타콘산, 아크릴산 유도체 및 음이온성 아크릴 아미드유도체로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 비닐기와 상기 내부 가교제의 비닐기의 라디칼 반응에 의해 수행될 수 있다.The internal crosslinking reaction may be performed by a radical reaction between one or more vinyl groups selected from the group consisting of itaconic acid, acrylic acid derivatives and anionic acrylamide derivatives and the vinyl group of the internal crosslinking agent.
상기 전분은 옥수수 전분, 찰옥수수 전분, 타피오카 전분, 감자 전분, 고구마 전분, 밀 전분, 쌀 전분, 사고 전분 및 이들의 변성전분으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고, 상기 변성 전분은 산화 전분, 산처리 전분, 에스테르 전분, 에테르 전분, 인산가교 전분 및 아세틸아디핀산 전분으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 또한 상기 전분은 변성 옥수수 전분일 수 있고, 상기 변성 옥수수 전분은 산화 옥수수 전분, 히드록시에틸화 마치종(dent) 옥수수 전분, 히드록시프로필화 가교화 마치종 옥수수 전분 및 히드록시프로필화 가교화 정제(waxy) 옥수수 전분으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.The starch may include at least one selected from the group consisting of corn starch, waxy corn starch, tapioca starch, potato starch, sweet potato starch, wheat starch, rice starch, sago starch, and modified starches thereof. It may include at least one selected from the group consisting of oxidized starch, acid-treated starch, ester starch, ether starch, phosphoric acid cross-linked starch, and acetyladipic acid starch. In addition, the starch may be modified corn starch, and the modified corn starch may include oxidized corn starch, hydroxyethylated dent corn starch, hydroxypropylated crosslinked dent corn starch, and hydroxypropylated crosslinked refined corn starch. (waxy) may include one or more selected from the group consisting of corn starch.
상기 이타콘산이 하기 구조식 1 내지 3으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 화합물일 수 있다.The itaconic acid may be one or more compounds selected from the group consisting of
[구조식 1][Structural Formula 1]
[구조식 2][Structural Formula 2]
[구조식 3][Structural Formula 3]
상기 구조식 1 내지 3에서,In the
R1 및 R2는 서로 같거나 다르고, 각각 독립적으로 수소원자, C1 내지 C18의 알킬기, C5 내지 C18의 시클릭알킬기, 또는 C6 내지 C18의 아릴기이고,R 1 and R 2 are the same as or different from each other, and each independently represents a hydrogen atom, a C1 to C18 alkyl group, a C5 to C18 cyclic alkyl group, or a C6 to C18 aryl group;
R3은 각각 독립적으로 원자가 결합, C1 내지 C18의 알킬렌기, C5 내지 C18의 시클릭알킬렌기, 또는 C6 내지 C18의 아릴렌기이다.R 3 is each independently a valence bond, a C1 to C18 alkylene group, a C5 to C18 cyclic alkylene group, or a C6 to C18 arylene group.
상기 아크릴산 유도체가 하기 구조식 4로 표시되는 화합물일 수 있다.The acrylic acid derivative may be a compound represented by Structural Formula 4 below.
[구조식 4][Structural Formula 4]
상기 구조식 4에서,In Structural Formula 4,
R4는 수소원자 또는 C1 내지 C3의 알킬기이다.R 4 is a hydrogen atom or a C1 to C3 alkyl group.
상기 아크릴산 유도체가 아크릴산, 메타크릴산 및 메틸메타크릴산으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.The acrylic acid derivative may include at least one selected from the group consisting of acrylic acid, methacrylic acid, and methyl methacrylic acid.
상기 폴리이타콘산 그래프트 공중합체가 상기 이타콘산, 아크릴산 유도체 및 음이온성 아크릴아미드 유도체로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 비닐 중합체; 상기 비닐 중합체에 그래프트된 전분 및 산화전분 중 1종 이상; 상기 전분 및 산화전분 중 1종 이상에 그래프트된 폴리이타콘산, 상기 전분 및 산화전분 중 1종 이상에 그래프트된 폴리아크릴산 유도체, 상기 전분 및 산화전분 중 1종 이상에 그래프트된 폴리 음이온성 아크릴아미드 유도체, 및 상기 전분 및 산화전분 중 1종 이상에 그래프트된 이타콘산-아크릴산 유도체-음이온성 아크릴아미드 유도체 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상; 및 상기 비닐 중합체, 폴리이타콘산, 폴리아크릴산 유도체, 폴리 음이온성 아크릴아미드 유도체 및 상기 이타콘산-아크릴산 유도체-음이온성 아크릴아미드 유도체 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 가교하는 내부 가교제;를 포함할 수 있다.The polyitaconic acid graft copolymer is at least one vinyl polymer selected from the group consisting of itaconic acid, acrylic acid derivatives and anionic acrylamide derivatives; at least one of starch and oxidized starch grafted to the vinyl polymer; Polyitaconic acid grafted on at least one of the starch and oxidized starch, polyacrylic acid derivative grafted on at least one of the starch and oxidized starch, polyanionic acrylamide derivative grafted on at least one of the starch and oxidized starch , and at least one selected from the group consisting of an itaconic acid-acrylic acid derivative-anionic acrylamide derivative copolymer grafted onto at least one of the starch and oxidized starch; and an internal crosslinking agent for crosslinking at least one selected from the group consisting of the vinyl polymer, polyitaconic acid, polyacrylic acid derivative, polyanionic acrylamide derivative, and itaconic acid-acrylic acid derivative-anionic acrylamide derivative copolymer. can do.
상기 폴리이타콘산 그래프트 공중합체의 그래프트가 에스터 결합, 이온 결합, 및 수소결합으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상에 의한 것일 수 있다.The graft of the polyitaconic acid graft copolymer may be by at least one selected from the group consisting of an ester bond, an ionic bond, and a hydrogen bond.
상기 내부 가교제는 폴리에틸렌글리콜디아크릴레이트(PEGDA), 1,6-헥산디올아크릴레이트(HDDA), 에틸렌글리콜디아크릴레이트, 에틸렌글리콜디메타아크릴레이트, 디에틸렌글리콜디아크릴레이트, 디에틸렌글리콜디메타아크릴레이트, 디프로필렌글리콜디아크릴레이트, 디프로필렌글리콜디메타아크릴레이트, 트리에틸렌글리콜디아크릴레이트, 트리에틸렌글리콜디메타아크릴레이트, 테트라에틸렌글리콜디아크릴레이트, 테트라에틸렌글리콜디메타아크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜디메타아크릴레이트, 펜타에리쓰리톨디메타크릴레이트, 펜타에리쓰리톨트리메타크릴레이트, N,N′-메칠렌비스아크릴아마이드(N,N′-Methylenebisacrylamide), N,N′-에칠렌비스아크릴아마이드(N,N′-Ethylenebisacrylamide) 및 N,N′-프로필렌비스아크릴아마이드(N,N′-Propylenebisacrylamide)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.The internal crosslinking agent is polyethylene glycol diacrylate (PEGDA), 1,6-hexanediol acrylate (HDDA), ethylene glycol diacrylate, ethylene glycol dimethacrylate, diethylene glycol diacrylate, diethylene glycol dimetha Acrylate, dipropylene glycol diacrylate, dipropylene glycol dimethacrylate, triethylene glycol diacrylate, triethylene glycol dimethacrylate, tetraethylene glycol diacrylate, tetraethylene glycol dimethacrylate, polyethylene glycol Dimethacrylate, Pentaerythritol Dimethacrylate, Pentaerythritol Trimethacrylate, N,N'-Methylenebisacrylamide, N,N'-Ethylenebisacrylamide At least one selected from the group consisting of amide (N,N'-Ethylenebisacrylamide) and N,N'-propylenebisacrylamide (N,N'-Propylenebisacrylamide) may be included.
상기 음이온성 아크릴아미드 유도체가 하기 구조식 5로 표시될 수 있다.The anionic acrylamide derivative may be represented by Structural Formula 5 below.
[구조식 5][Structural Formula 5]
상기 구조식 5에서,In Structural Formula 5,
R5는 수소원자 또는 C1 내지 C3의 알킬기이고,R 5 is a hydrogen atom or a C1 to C3 alkyl group;
R6는 수소원자 또는 C1 내지 C3의 알킬기이고,R 6 is a hydrogen atom or a C1 to C3 alkyl group;
R7은 C1 내지 C9의 선형(linear) 또는 분지형(branched) 알킬렌기이고,R 7 is a C1 to C9 linear or branched alkylene group;
X는 음이온성 작용기이고,X is an anionic functional group,
Y는 수소 이온 또는 금속 양이온이다. Y is a hydrogen ion or metal cation.
상기 구조식 5에서, X는 아황산기(-SO3 -), 황산기(-SO4 -), 또는 인산기(-PO4 2-)이고, Y는 수소 이온, Li+, Na+, K+, Ag+, Au+, Mg2+, Ca2+, Ba2+, Mn2+, Ni2+, 또는 Cu2+일 수 있다.In Structural Formula 5, X is a sulfurous acid group (-SO 3 - ), a sulfuric acid group (-SO 4 - ), or a phosphoric acid group (-PO 4 2- ), and Y is a hydrogen ion, Li + , Na + , K + , Ag + , Au + , Mg 2+ , Ca 2+ , Ba 2+ , Mn 2+ , Ni 2+ , or Cu 2+ .
상기 음이온성 아크릴아미드 유도체가 2-아크릴아미도 2-메틸프로판 술폰산 또는 그의 염, 2-아크릴아미도 2-에틸프로판 술폰산 또는 그의 염, 3-아크릴아미도 2-메틸부탄 술폰산 또는 그의 염, 3-아크릴아미도 2-에틸부탄 술폰산 또는 그의 염일 수 있고, 바람직하게는 2-아크릴아미도 2-메틸프로판 술폰산 나트륨염(2-acrylamido-2-methylpropane sulfonic acid sodium salt)일 수 있다.The anionic acrylamide derivative is 2-acrylamido 2-methylpropane sulfonic acid or a salt thereof, 2-acrylamido 2-ethylpropane sulfonic acid or a salt thereof, 3-acrylamido 2-methylbutane sulfonic acid or a salt thereof, 3 - Acrylamido may be 2-ethylbutane sulfonic acid or a salt thereof, preferably 2-acrylamido-2-methylpropane sulfonic acid sodium salt.
상기 음이온성 아크릴아미드 유도체가 비닐술폰산계 나트륨일 수 있다.The anionic acrylamide derivative may be sodium vinylsulfonate.
상기 표면 가교제가 다가 양이온 염(polyvalent cationic salt), 에폭시 화합물 및 다가 알 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.The surface crosslinking agent may include at least one selected from the group consisting of a polyvalent cationic salt, an epoxy compound, and a polyvalent al compound.
상기 다가 양이온 염 중 양이온이 Al3+, Zr4+, Sc3+, Ti4+, V+5, Cr3+, Mn2+, Fe3+, Ni2+, Cu2+, Zn2+, Ag+, Pt4+ 및 Au+ 으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하고, 음이온이 황산기(SO4 2-), 아황산기(SO3 2-), 질산기(NO3 -), 메타인산기(PO3 -) 및 인산기(PO4 3-)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.Among the multivalent cation salts, the cations are Al 3+ , Zr 4+ , Sc 3+ , Ti 4+ , V +5 , Cr 3+ , Mn 2+ , Fe 3+ , Ni 2+ , Cu 2+ , Zn 2+ , Ag + , Pt 4+ and Au + , and the anion is a sulfate group (SO 4 2- ), a sulfurous acid group (SO 3 2- ), a nitrate group (NO 3 - ), a meta It may include at least one member selected from the group consisting of a phosphoric acid group (PO 3 - ) and a phosphoric acid group (PO 4 3 - ).
상기 에폭시 화합물이 에틸렌 글리콜 디글리시딜 에테르 및 글리시돌로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 상기 다가 알코올 화합물이 모노-, 디-, 트리-, 테트라- 또는 폴리에틸렌 글리콜, 모노프로필렌글리콜, 1,3-프로판디올, 디프로필렌 글리콜, 2,3,4-트리메틸-1,3-펜탄디올, 폴리프로필렌 글리콜, 글리세롤, 폴리글리세롤, 2-부텐-1,4-디올, 1,4-부탄디올, 1,3-부탄디올, 1,5-펜탄디올, 1,6-헥산디올, 및 1,2-사이클로헥산디메탄올로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. The epoxy compound may include at least one selected from the group consisting of ethylene glycol diglycidyl ether and glycidol. The polyhydric alcohol compound is mono-, di-, tri-, tetra- or polyethylene glycol, monopropylene glycol, 1,3-propanediol, dipropylene glycol, 2,3,4-trimethyl-1,3-pentanediol, Polypropylene glycol, glycerol, polyglycerol, 2-butene-1,4-diol, 1,4-butanediol, 1,3-butanediol, 1,5-pentanediol, 1,6-hexanediol, and 1,2- It may include at least one selected from the group consisting of cyclohexanedimethanol.
상기 표면 가교제가 무기화합물을 추가로 포함할 수 있고, 상기 무기 화합물은 실리카(silica), 흄드 실리카(Fumed Silica), 클레이(clay), 알루미나, 실리카-알루미나 복합재, 티타니아, 아연산화물, 알루미늄 설페이트 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. The surface crosslinking agent may further include an inorganic compound, and the inorganic compound may include silica, fumed silica, clay, alumina, a silica-alumina composite, titania, zinc oxide, aluminum sulfate, and It may include one or more selected from the group consisting of mixtures thereof.
상기 표면 가교 처리된 수지는 가압 흡수성이 우수한 고흡수성 수지일 수 있다.The surface cross-linked resin may be a superabsorbent polymer having excellent absorbency under pressure.
상기 표면 가교 처리된 가압 흡수성이 우수한 고흡수성 수지는 생분해성 수지일 수 있다.The surface cross-linked superabsorbent polymer having excellent absorbency under pressure may be a biodegradable polymer.
하기 Scheme 1을 참고하여 상기 베이스 수지의 결합 구조를 파악할 수 있다. 이타콘산 및 아크릴산 유도체를 포함하는 수용성 에틸렌성 불포화 모노머, 전분 및 산화전분 중 1종 이상, 비닐술폰산계 또는 그의 염을 포함하는 음이온성 아크릴아미드 유도체 및 내부 가교제를 포함하는 원료 혼합물을 중합 반응 및 내부 가교 반응시켜 제조된 베이스 수지는 IA(이타코닉산)/AA(아크릴산)/산화전분/AMPS(비닐술폰산계나트륨)이 상호 그라프트된 4성분계 공중합체 수지이다.Referring to
[Scheme 1][Scheme 1]
본 발명은 표면 가교 처리된 가압 흡수성이 우수한 고흡수성 수지를 포함하는 흡수성 소재를 제공한다. The present invention provides an absorbent material including a superabsorbent polymer having excellent absorbency under pressure, which has been surface-crosslinked.
본 발명은 상기 흡수성 소재를 포함하는 위생용품을 제공한다.The present invention provides sanitary products including the absorbent material.
이하, 본 발명의 표면 가교 처리된 가압 흡수성이 우수한 고흡수성 수지의 제조방법에 대해서 설명하도록 한다.Hereinafter, a method for producing a superabsorbent polymer having excellent absorbency under pressure after surface crosslinking treatment of the present invention will be described.
먼저, 전분 및 산화전분 중 1종 이상, 이타콘산, 아크릴산 유도체, 음이온성 아크릴아미드 유도체, 내부 가교제 및 중화제를 포함하는 혼합용액을 제조한다(단계 a).First, a mixed solution containing at least one of starch and oxidized starch, itaconic acid, an acrylic acid derivative, an anionic acrylamide derivative, an internal crosslinking agent and a neutralizing agent is prepared (step a).
상기 내부 가교제는 폴리에틸렌글리콜디아크릴레이트(PEGDA), 1,6-헥산디올아크릴레이트(HDDA), 에틸렌글리콜디아크릴레이트, 에틸렌글리콜디메타아크릴레이트, 디에틸렌글리콜디아크릴레이트, 디에틸렌글리콜디메타아크릴레이트, 디프로필렌글리콜디아크릴레이트, 디프로필렌글리콜디메타아크릴레이트, 트리에틸렌글리콜디아크릴레이트, 트리에틸렌글리콜디메타아크릴레이트, 테트라에틸렌글리콜디아크릴레이트, 테트라에틸렌글리콜디메타아크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜디메타아크릴레이트, 펜타에리쓰리톨디메타크릴레이트, 펜타에리쓰리톨트리메타크릴레이트, N,N′-메칠렌비스아크릴아마이드(N,N′-Methylenebisacrylamide), N,N′-에칠렌비스아크릴아마이드(N,N′-Ethylenebisacrylamide) 및 N,N′-프로필렌비스아크릴아마이드(N,N′-Propylenebisacrylamide)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.The internal crosslinking agent is polyethylene glycol diacrylate (PEGDA), 1,6-hexanediol acrylate (HDDA), ethylene glycol diacrylate, ethylene glycol dimethacrylate, diethylene glycol diacrylate, diethylene glycol dimetha Acrylate, dipropylene glycol diacrylate, dipropylene glycol dimethacrylate, triethylene glycol diacrylate, triethylene glycol dimethacrylate, tetraethylene glycol diacrylate, tetraethylene glycol dimethacrylate, polyethylene glycol Dimethacrylate, Pentaerythritol Dimethacrylate, Pentaerythritol Trimethacrylate, N,N'-Methylenebisacrylamide, N,N'-Ethylenebisacrylamide At least one selected from the group consisting of amide (N,N'-Ethylenebisacrylamide) and N,N'-propylenebisacrylamide (N,N'-Propylenebisacrylamide) may be included.
상기 중화제가 비금속 수산화물, 수산화암모늄, 알킬 아민을 포함하는 유기 염기 화합물 및 히드록시기를 포함하는 유기 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.The neutralizing agent may include at least one selected from the group consisting of a non-metal hydroxide, ammonium hydroxide, an organic base compound including an alkyl amine, and an organic compound including a hydroxyl group.
상기 이타콘산을 중합하기 전에 상기 이타콘산을 상기 중화제로 중화처리하는 것이 바람직하다. 상기 중화제는 산성 단량체를 임의의 염기, 예컨대 일가 무기 염기, 예를 들어 M+[OH-]x (여기서 M은 나트륨, 칼륨, 리튬으로부터 선택된 양이온성 모이어티(moiety)를 나타내고 x는 중화염을 제공하는 값을 가짐)를 이용하여 중화 처리할 수 있다. 또한, 비-금속 수산화물, 예컨대 수산화암모늄뿐만 아니라, 1급 아민 (예를 들어 알킬 아민, 예컨대 모노메틸 아민, 디메틸아민, 트리메틸아민, 모노에틸아민, 디에틸아민, 트리에틸아민)을 포함하여 유기 염기 화합물 및/또는 히드록실 (OH)기 관능기를 함유하는 유기 화합물 (예를 들어 에틸렌 글리콜)을 사용할 수 있다.It is preferable to neutralize the itaconic acid with the neutralizing agent before polymerizing the itaconic acid. The neutralizing agent converts an acidic monomer to any base, such as a monovalent inorganic base, for example M + [OH - ] x where M represents a cationic moiety selected from sodium, potassium, lithium and x is a neutralizing salt has a value provided) can be used for neutralization. In addition, non-metal hydroxides such as ammonium hydroxide, as well as organic amines, including primary amines (eg alkyl amines such as monomethyl amine, dimethylamine, trimethylamine, monoethylamine, diethylamine, triethylamine) A base compound and/or an organic compound containing a hydroxyl (OH) functional group (eg ethylene glycol) may be used.
중화의 양을 조정하여 본원의 폴리이타콘산에 존재하는 산성기의 완전 중화 미만으로 제공할 수 있다. 예를 들어, 대표적 단량체인 이타콘산의 경우, 완전 중화는 이타콘산 각각의 몰에 대해 중화제 2몰을 필요로 할 것이라는 것을 이해할 수 있다. 즉, 수산화나트륨 2몰은 이타콘산 1몰의 완전 중화를 제공할 것이고, 2몰 미만의 임의의 양의 수산화나트륨은 부분 중화의 목적하는 결과를 제공할 것이다. 이가 염기를 사용하여 이타콘산을 중화시키는 경우, 이타콘산을 완전히 중화시키기 위하여 선택된 이가 염기의 양은 이타콘산 각각의 몰에 대해 이가 염기 1.0몰일 것이고, 부분 중화시키기 위하여, 이가 염기 1몰 미만을 적용시켜 이타콘산 단량체를 부분 중화시킬 수 있다.The amount of neutralization can be adjusted to provide less than complete neutralization of the acidic groups present in the polyitaconic acids of the present disclosure. For example, for the representative monomer itaconic acid, it can be appreciated that complete neutralization would require 2 moles of neutralizing agent for each mole of itaconic acid. That is, 2 moles of sodium hydroxide will provide complete neutralization of 1 mole of itaconic acid, and any amount of sodium hydroxide less than 2 moles will provide the desired result of partial neutralization. If a divalent base is used to neutralize itaconic acid, the amount of divalent base selected to completely neutralize itaconic acid will be 1.0 moles of divalent base for each mole of itaconic acid, and for partial neutralization, less than 1 mole of divalent base will be applied. Itaconic acid monomers can be partially neutralized.
상기 중화제는 아민기를 포함하는 유기 염기 화합물 및 히드록시기를 포함하는 유기 화합물일 수 있고, 바람직하게는 수산화 나트륨 용액일 수 있다.The neutralizing agent may be an organic base compound containing an amine group and an organic compound containing a hydroxyl group, and preferably may be a sodium hydroxide solution.
다음으로, 상기 혼합용액에 내부 개시제를 첨가하고 반응시켜 폴리이타콘산 그래프트 공중합체를 포함하는 베이스 수지를 제조한다(단계 b).Next, an internal initiator is added to the mixed solution and reacted to prepare a base resin including a polyitaconic acid graft copolymer (step b).
상기 내부 개시제가 자유 라디칼 개시제, 수용성 라디칼 개시제, 및 수용성 개시제로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 예컨대 과산화물 및 아조 화합물, 예컨대 아조비스이소부티로니트릴(AIBN)을 이용하여 라디칼 개시를 할 수 있으며, 바람직하게는 수용성 라디칼 개시제를 이용할 수 있고 여기서 선택된 개시제를 탈이온수 또는 수혼화성 극성 용매의 조합물에 용해시킴으로써 용액 중에서 제조할 수 있다. 수용성 개시제로는 과황산염, 예컨대 과황산암모늄, 과황산나트륨 및 과황산칼륨이 포함될 수 있고, 이에는 그의 혼합물도 포함된다. 또한, 수용성 개시제로서 과산화수소(H2O2), 터티오부틸 히드로퍼옥시드(tertiobutylhydroperoxide), 및 수용성 아조 개시제 등도 포함될 수 있다.The internal initiator may include at least one selected from the group consisting of a free radical initiator, a water-soluble radical initiator, and a water-soluble initiator. For example, peroxides and azo compounds such as azobisisobutyronitrile (AIBN) can be used for radical initiation, preferably a water-soluble radical initiator can be used, wherein the selected initiator is selected from deionized water or a combination of water-miscible polar solvents. It can be prepared in solution by dissolving in Water soluble initiators may include persulfates such as ammonium persulfate, sodium persulfate and potassium persulfate, including mixtures thereof. In addition, as the water-soluble initiator, hydrogen peroxide (H 2 O 2 ), tertiobutyl hydroperoxide, and a water-soluble azo initiator may also be included.
상기 내부 개시제가 과산화물, 아조 화합물, 아조비스이소부티로니트릴(AIBN), 과황산염, 과황산암모늄, 과황산나트륨 과황산칼륨, 과산화수소(H2O2), 및 터티오부틸히드로퍼옥시드(tertiobutylhydroperoxide)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.The internal initiator is peroxide, azo compound, azobisisobutyronitrile (AIBN), persulfate, ammonium persulfate, sodium persulfate potassium persulfate, hydrogen peroxide (H 2 O 2 ), and tertiobutylhydroperoxide It may include one or more selected from the group consisting of.
마지막으로, 상기 베이스 수지를 표면 가교제로 표면 가교 처리하고, 상기 베이스 수지의 표면으로부터 내부로 형성된 표면 가교층을 형성하여 표면 가교 처리된 고흡수성 수지를 제조한다(단계 c).Finally, the base resin is surface cross-linked with a surface cross-linking agent, and a surface cross-linked layer is formed from the surface of the base resin to the inside to prepare a surface cross-linked superabsorbent polymer (step c).
단계 (c)에서, 상기 표면 가교 처리가 100℃ 내지 200℃에서 수행될 수 있고, 바람직하게는 160℃ 내지 180℃에서 수행될 수 있다.In step (c), the surface crosslinking treatment may be performed at 100°C to 200°C, preferably at 160°C to 180°C.
단계 (c)에서, 상기 표면 가교 처리가 10분 내지 200분 동안 수행될 수 있고, 바람직하게는 30분 내지 120분 동안 수행될 수 있고, 더욱 바람직하게는 50분 내지 100분 동안 수행될 수 있다. In step (c), the surface crosslinking treatment may be performed for 10 minutes to 200 minutes, preferably for 30 minutes to 120 minutes, and more preferably for 50 minutes to 100 minutes. .
단계 (c)에서, 상기 베이스 수지 100 중량부에 대하여, 상기 표면 가교제 1 내지 50 중량부를 포함할 수 있고, 바람직하게는 10 내지 30 중량부를 포함할 수 있고, 더욱 바람직하게는 10 내지 15 중량부를 포함할 수 있다. In step (c), 1 to 50 parts by weight of the surface crosslinking agent may be included, preferably 10 to 30 parts by weight, more preferably 10 to 15 parts by weight, based on 100 parts by weight of the base resin. can include
상기 표면 가교제가 다가 양이온 염(polyvalent cationic salt), 에폭시 화합물 및 다가 알코올 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.The surface crosslinking agent may include at least one selected from the group consisting of a polyvalent cationic salt, an epoxy compound, and a polyhydric alcohol compound.
상기 다가 양이온 염 중 양이온이 Al3+, Zr4+, Sc3+, Ti4+, V+5, Cr3+, Mn2+, Fe3+, Ni2+, Cu2+, Zn2+, Ag+, Pt4+ 및 Au+ 으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하고, 음이온이 황산기(SO4 2-), 아황산기(SO3 2-), 질산기(NO3 -), 메타인산기(PO3 -) 및 인산기(PO4 3-)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.Among the multivalent cation salts, the cations are Al 3+ , Zr 4+ , Sc 3+ , Ti 4+ , V +5 , Cr 3+ , Mn 2+ , Fe 3+ , Ni 2+ , Cu 2+ , Zn 2+ , Ag + , Pt 4+ and Au + , and the anion is a sulfate group (SO 4 2- ), a sulfurous acid group (SO 3 2- ), a nitrate group (NO 3 - ), a meta It may include at least one member selected from the group consisting of a phosphoric acid group (PO 3 - ) and a phosphoric acid group (PO 4 3 - ).
상기 에폭시 화합물이 에틸렌 글리콜 디글리시딜 에테르 및 글리시돌로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. The epoxy compound may include at least one selected from the group consisting of ethylene glycol diglycidyl ether and glycidol.
상기 다가 알코올 화합물이 모노-, 디-, 트리-, 테트라- 또는 폴리에틸렌 글리콜, 모노프로필렌글리콜, 1,3-프로판디올, 디프로필렌 글리콜, 2,3,4-트리메틸-1,3-펜탄디올, 폴리프로필렌 글리콜, 글리세롤, 폴리글리세롤, 2-부텐-1,4-디올, 1,4-부탄디올, 1,3-부탄디올, 1,5-펜탄디올, 1,6-헥산디올, 및 1,2-사이클로헥산디메탄올로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. The polyhydric alcohol compound is mono-, di-, tri-, tetra- or polyethylene glycol, monopropylene glycol, 1,3-propanediol, dipropylene glycol, 2,3,4-trimethyl-1,3-pentanediol, Polypropylene glycol, glycerol, polyglycerol, 2-butene-1,4-diol, 1,4-butanediol, 1,3-butanediol, 1,5-pentanediol, 1,6-hexanediol, and 1,2- It may include at least one selected from the group consisting of cyclohexanedimethanol.
상기 표면 가교제가 무기화합물을 추가로 포함할 수 있고, 상기 무기 화합물은 실리카(silica), 흄드 실리카(Fumed Silica), 클레이(clay), 알루미나, 실리카-알루미나 복합재, 티타니아, 아연산화물, 알루미늄 설페이트 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. The surface crosslinking agent may further include an inorganic compound, and the inorganic compound may include silica, fumed silica, clay, alumina, a silica-alumina composite, titania, zinc oxide, aluminum sulfate, and It may include one or more selected from the group consisting of mixtures thereof.
상기 표면 가교제를 상기 베이스 수지에 골고루 분사한 후 높은 온도에 노출하게 되면 상기 베이스 수지의 표면에서 가교결합(축중합)이 진행되어 표면의 가교밀도가 내부보다 증가하게 되고, 이로 인해 가압흡수능(AUL)과 통액성(SPT)을 좋게 만들게 한다.When the surface crosslinking agent is evenly sprayed onto the base resin and then exposed to a high temperature, crosslinking (condensation polymerization) proceeds on the surface of the base resin to increase the crosslinking density of the surface compared to the inside, thereby increasing the absorbency under load (AUL). ) and liquid permeability (SPT).
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다. 그러나, 이는 예시를 위한 것으로서 이에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것이 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. However, this is for illustrative purposes and the scope of the present invention is not limited thereby.
[베이스 수지의 제조][Preparation of base resin]
제조예 1Preparation Example 1
중합단량체인 이타콘산(Itaconic acid, IA) 40 중량%, 아크릴산(Acrylic Acid AA) 50 중량%, 2-아크릴아미도-2-메틸-1-프로판설폰산 나트륨염(2-Acrylamide-2-methylpropanesulfonic acid sodium salt, AMPS) 7.5 중량%, 산화전분(Oxidized Starch, OS) 2.5 중량%의 조성으로 혼합하여 단량체 조성물 용액을 제조하였다. 상기 단량체 조성물 용액에 내부 가교제인 폴리에틸렌글리콜 디아크릴레이트(Poly(ethyleneglycol) diacrylate, PEGDA) 0.08 중량%, 1,6-헥산디올 디아크릴레이트(1,6-hexanediol diacrylate, HDODA) 0.08 중량%과 증류수 80 중량%를 투입하고 300rpm의 교반속도로 일정하게 교반하여 혼합하였다. 50% 가성소다 수용액(NaOH) 80 중량%를 천천히 반응기에 투입하여 단량체 조성물 용액을 중화하였다. 반응기 내부온도를 60℃로 유지하며 1시간 동안 질소를 투입하여 반응기 내부의 산소를 제거하였다. 내부 개시제 소듐 퍼설페이트(Sodium persulfate) 0.5 중량%를 투입하여 중합을 개시하였다. 중합 과정은 내부 온도 60℃에서 2시간 동안 진행하였다. 중합이 진행된 함수겔 중합체를 폴리프로필렌 용기에 옮겨 담고 60℃로 미리 예열된 열풍순환식 건조기에서 24시간 건조하였다. 건조된 함수겔 중합체를 영하 40℃ 냉동고에 넣고 4시간 동안 동결하였다. 동결된 함수겔 중합체를 분쇄기를 사용하여 조분쇄하였다. 60℃ 열풍순환식 건조기에서 24시간 완전 건조하였다. 건조물을 분쇄기로 분쇄하고 ASTM규격 분급기를 사용하여 300~600㎛의 입자 크기를 가진 4원 공중합 기반 베이스 수지(표면 가교 처리전 고흡수성 수지)를 제조하였다.Itaconic acid (IA) 40% by weight, acrylic acid (Acrylic Acid AA) 50% by weight, 2-acrylamido-2-methyl-1-propanesulfonic acid sodium salt (2-Acrylamide-2-methylpropanesulfonic acid) A monomer composition solution was prepared by mixing 7.5% by weight of acid sodium salt (AMPS) and 2.5% by weight of oxidized starch (OS). In the monomer composition solution, 0.08% by weight of Poly(ethyleneglycol) diacrylate (PEGDA), 0.08% by weight of 1,6-hexanediol diacrylate (HDODA) as an internal crosslinking agent, and distilled water 80% by weight was added and mixed by constant stirring at a stirring speed of 300 rpm. 80% by weight of 50% aqueous caustic soda (NaOH) was slowly introduced into the reactor to neutralize the monomer composition solution. While maintaining the internal temperature of the reactor at 60 ° C., nitrogen was introduced for 1 hour to remove oxygen inside the reactor. Polymerization was initiated by adding 0.5% by weight of sodium persulfate as an internal initiator. The polymerization process was carried out for 2 hours at an internal temperature of 60 °C. The polymerized water-containing gel polymer was transferred to a polypropylene container and dried for 24 hours in a hot air circulation type dryer preheated to 60 ° C. The dried water-containing gel polymer was placed in a freezer at minus 40°C and frozen for 4 hours. The frozen water-containing gel polymer was coarsely pulverized using a grinder. It was completely dried for 24 hours in a 60 ℃ hot air circulation dryer. The dried material was pulverized with a pulverizer, and a quaternary copolymer-based base resin (super absorbent polymer before surface crosslinking treatment) having a particle size of 300 to 600 μm was prepared using an ASTM standard classifier.
[표면 가교 처리된 고흡수성 수지의 제조][Preparation of superabsorbent polymer treated with surface cross-linking]
실시예 1Example 1
황산알루미늄 1.2 중량%, 증류수 38.5 중량%, 에틸렌글리콜 디글리시딜 에터 4 중량%, 1,3-프로판디올 4 중량%, 1,4-부탄디올(1,4-Butanediol) 4 중량%, 프로필렌 글리콜 6.8 중량%, 메탄올 80 중량% 및 konasil (K-200) 2 중량%의 조성으로 혼합하여 표면 가교제를 제조하였다.Aluminum sulfate 1.2 wt%, distilled water 38.5 wt%, ethylene glycol diglycidyl ether 4 wt%, 1,3-propanediol 4 wt%, 1,4-butanediol 4 wt%, propylene glycol A surface crosslinking agent was prepared by mixing 6.8% by weight of methanol, 80% by weight of methanol, and 2% by weight of konasil (K-200).
다음으로 제조예 1에 따른 베이스 수지 100 중량%을 넣고 교반 속도 400rpm으로 고르게 교반하고, 상기 표면 가교제 12.5 중량%를 상기 베이스 수지에 고르게 분사하였다. 교반을 멈추고 10분간 팽윤하여 상기 표면 가교제가 상기 베이스 수지 내부로 침투하게 하였다. 자체 제작한 스테인레스 원통에 팽윤된 상기 표면 가교제가 내부로 침투한 베이스 수지를 넣고 회전 오븐에 설치하였다. 상기 회전 오븐의 온도를 표면가교 온도로 170℃로 설정하고 60분 동안 표면 가교하여 표면 가교 처리된 고흡수성 수지를 제조하였다.Next, 100% by weight of the base resin according to Preparation Example 1 was added and evenly stirred at a stirring speed of 400 rpm, and 12.5% by weight of the surface crosslinking agent was evenly sprayed onto the base resin. Stirring was stopped and swelling was performed for 10 minutes to allow the surface crosslinking agent to penetrate into the base resin. The base resin into which the surface crosslinking agent swelled was placed in a self-made stainless cylinder and installed in a rotary oven. The surface cross-linking treatment was prepared by setting the temperature of the rotary oven to 170° C. as a surface cross-linking temperature and performing surface cross-linking for 60 minutes.
실시예 2Example 2
실시예 1에서 표면 가교제 12.5 중량%를 베이스 수지에 분사하는 대신에 표면 가교제 10.0 중량%를 베이스 수지에 분사하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 표면 가교된 고흡수성 수지를 제조하였다.A surface cross-linked superabsorbent polymer was prepared in the same manner as in Example 1, except that 10.0 wt % of the surface cross-linking agent was sprayed on the base resin instead of spraying 12.5 wt % of the surface cross-linking agent on the base resin.
실시예 3Example 3
실시예 1에서 표면 가교제 12.5 중량%를 베이스 수지에 분사하는 대신에 표면 가교제 15.0 중량%를 베이스 수지에 분사하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 표면 가교된 고흡수성 수지를 제조하였다.A surface crosslinked superabsorbent polymer was prepared in the same manner as in Example 1, except that 15.0 wt% of the surface crosslinking agent was sprayed on the base resin instead of spraying 12.5 wt% of the surface crosslinking agent on the base resin in Example 1.
실시예 4Example 4
실시예 1에서 60분 동안 표면 가교하는 대신에 90분 동안 표면 가교하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 표면 가교된 고흡수성 수지를 제조하였다.A surface cross-linked superabsorbent polymer was prepared in the same manner as in Example 1, except that the surface cross-linking was performed for 90 minutes instead of the surface cross-linking for 60 minutes in Example 1.
실시예 5Example 5
실시예 1에서 표면 가교제 12.5 중량%를 베이스 수지에 분사하고, 60분 동안 표면 가교하는 대신에 표면 가교제 10.0 중량%를 베이스 수지에 분사하고, 90분 동안 표면 가교하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 표면 가교된 고흡수성 수지를 제조하였다.Example 1 except for spraying 12.5% by weight of the surface crosslinking agent on the base resin and surface crosslinking for 60 minutes in Example 1, spraying 10.0% by weight of the surface crosslinking agent on the base resin and surface crosslinking for 90 minutes. A surface crosslinked superabsorbent polymer was prepared in the same manner.
실시예 6Example 6
실시예 1에서 표면 가교제 12.5 중량%를 베이스 수지에 분사하고, 60분 동안 표면 가교하는 대신에 표면 가교제 15.0 중량%를 베이스 수지에 분사하고, 90분 동안 표면 가교하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 표면 가교된 고흡수성 수지를 제조하였다.Example 1 except that 12.5% by weight of the surface crosslinking agent in Example 1 was sprayed on the base resin and surface crosslinked for 60 minutes instead of spraying 15.0% by weight of the surface crosslinking agent on the base resin and surface crosslinked for 90 minutes. A surface crosslinked superabsorbent polymer was prepared in the same manner.
비교예 1Comparative Example 1
실시예 1에서 황산알루미늄 1.2 중량%, 증류수 38.5 중량%, 에틸렌글리콜 디그리시딜 에터 4 중량%, 1,3-프로판디올 4 중량%, 1,4-부탄디올 4 중량%, 프로필렌 글리콜 6.8 중량%, 메탄올 80 중량% 및 konasil (K-200) 2 중량%의 조성으로 혼합하여 표면 가교제를 제조하는 대신에 황산알루미늄 0.2 중량%, 증류수 29 중량%, 1,4-부탄디올 10 중량%, 메탄올 61 중량% 및 konasil (K-200) 0.3 중량%의 조성으로 혼합하여 표면 가교제를 제조하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 표면 가교된 고흡수성 수지를 제조하였다.In Example 1, 1.2% by weight of aluminum sulfate, 38.5% by weight of distilled water, 4% by weight of ethylene glycol diglycidyl ether, 4% by weight of 1,3-propanediol, 4% by weight of 1,4-butanediol, 6.8% by weight of propylene glycol, Instead of preparing a surface crosslinking agent by mixing 80% by weight of methanol and 2% by weight of konasil (K-200), 0.2% by weight of aluminum sulfate, 29% by weight of distilled water, 10% by weight of 1,4-butanediol, 61% by weight of methanol and konasil (K-200) in a composition of 0.3% by weight to prepare a surface cross-linking agent, except that the surface cross-linking superabsorbent polymer was prepared in the same manner as in Example 1.
비교예 2Comparative Example 2
비교예 1에서 표면 가교제 12.5 중량%를 베이스 수지에 분사하는 대신에 표면 가교제 10.0 중량%를 베이스 수지에 분사하는 것을 제외하고는 비교예 1과 동일한 방법으로 표면 가교된 고흡수성 수지를 제조하였다.A surface crosslinked superabsorbent polymer was prepared in the same manner as in Comparative Example 1, except that 10.0% by weight of the surface crosslinking agent was sprayed on the base resin instead of spraying 12.5% by weight of the surface crosslinking agent on the base resin in Comparative Example 1.
비교예 3Comparative Example 3
비교예 1에서 표면 가교제 12.5 중량%를 베이스 수지에 분사하는 대신에 표면 가교제 15.0 중량%를 베이스 수지에 분사하는 것을 제외하고는 비교예 1과 동일한 방법으로 표면 가교된 고흡수성 수지를 제조하였다.A surface crosslinked superabsorbent polymer was prepared in the same manner as in Comparative Example 1, except that 15.0% by weight of the surface crosslinking agent was sprayed on the base resin instead of spraying 12.5% by weight of the surface crosslinking agent on the base resin in Comparative Example 1.
비교예 4Comparative Example 4
비교예 1에서 60분 동안 표면 가교하는 대신에 90분 동안 표면 가교하는 것을 제외하고는 비교예 1과 동일한 방법으로 표면 가교된 고흡수성 수지를 제조하였다.A surface crosslinked superabsorbent polymer was prepared in the same manner as in Comparative Example 1, except that the surface crosslinking was performed for 90 minutes instead of 60 minutes in Comparative Example 1.
비교예 5Comparative Example 5
비교예 1에서 표면 가교제 12.5 중량%를 베이스 수지에 분사하고, 60분 동안 표면 가교하는 대신에 표면 가교제 10.0 중량%를 베이스 수지에 분사하고, 90분 동안 표면 가교하는 것을 제외하고는 비교예 1과 동일한 방법으로 표면 가교된 고흡수성 수지를 제조하였다.In Comparative Example 1, except for spraying 12.5% by weight of the surface crosslinking agent on the base resin and surface crosslinking for 60 minutes, instead of spraying 10.0% by weight of the surface crosslinking agent on the base resin and surface crosslinking for 90 minutes, Comparative Example 1 and A surface crosslinked superabsorbent polymer was prepared in the same manner.
비교예 6Comparative Example 6
비교예 1에서 표면 가교제 12.5 중량%를 베이스 수지에 분사하고, 60분 동안 표면 가교하는 대신에 표면 가교제 15.0 중량%를 베이스 수지에 분사하고, 90분 동안 표면 가교하는 것을 제외하고는 비교예 1과 동일한 방법으로 표면 가교된 고흡수성 수지를 제조하였다.In Comparative Example 1, except that 12.5% by weight of the surface crosslinking agent was sprayed on the base resin and surface crosslinked for 60 minutes, 15.0% by weight of the surface crosslinking agent was sprayed on the base resin and surface crosslinked for 90 minutes. A surface crosslinked superabsorbent polymer was prepared in the same manner.
[시험예][Test Example]
시험예 1: 표면 가교 전과 후의 SEM 분석Test Example 1: SEM analysis before and after surface crosslinking
도 1a 및 1b는 제조예 1에 따른 베이스 수지 및 실시예 1에 따른 표면 가교된 고흡수성 수지의 SEM 분석 이미지이다. 상기 분석은 SEM 기기(제조사: VEGA3, TESCAN, CZECH)을 사용하여 촬영하였다. 1a and 1b are SEM analysis images of a base resin according to Preparation Example 1 and a surface-crosslinked superabsorbent polymer according to Example 1. The analysis was taken using a SEM instrument (manufacturers: VEGA3, TESCAN, CZECH).
가압 흡수성을 높이려면 내부 가교제의 함량을 증가시키면 가능하지만 상대적으로 흡수성이 저하되므로, 결국 Core-Cell 구조에서 적절한 수지 내부 가교도 및 표면 가교도의 조화가 이루어져야 하며 이를 위해서는 수지 입자 표면이 적절한 결합 밀도를 갖는 Morphology가 형성되어야 하는데 도 1a 및 1b를 통하여 이를 확인할 수가 있다.In order to increase the absorbency under pressure, it is possible to increase the content of the internal crosslinking agent, but the absorbency is relatively lowered. Therefore, in the core-cell structure, the proper degree of crosslinking inside the resin and the degree of surface crosslinking must be harmonized. Morphology should be formed, which can be confirmed through Figures 1a and 1b.
시험예 2: 표면 가교 전과 후의 FT-IR 분석Test Example 2: FT-IR analysis before and after surface crosslinking
도 2는 제조예 1에 따른 베이스 수지 및 실시예 1에 따른 표면 가교된 고흡수성 수지의 FT-IR 분석결과이다 상기 분석은 FT-IR 기기(제조사: Nicolet Thermo Scientific, Nicolet 380, USA)를 통한 400 ~ 4000 cm-1의 스캔 범위에서 KBr을 사용하여 분석을 진행하였다. 2 is a result of FT-IR analysis of a base resin according to Preparation Example 1 and a surface crosslinked superabsorbent polymer according to Example 1. Analysis was performed using KBr in a scan range of 400 to 4000 cm -1 .
도 2에 따르면 약 1728cm-1에 나타난 피크는 산화 전분의 -OH 작용기와 폴리이타콘산(PIA) 또는 폴리아크릴산(PAA)의 -COOH 작용기 사이에 가교반응이 일어난 에스터 C=O 밴드(ester carbonyl band)에 기인한 것으로 표면 가교처리를 함으로서 피크의 감도가 변하는 것을 알 수 있으며, 특히 1580 cm-1, 1408 cm-1 및 1030cm-1 피크는 각각 실시예 1에 따른 중합체의 그래프팅 구조와 관련된 지방족 C-H, COO-(비대칭), COO- (대칭) 및 C-O 작용기에 기인한 것으로서 표면가교 처리를 함으로서 크게 감도가 변하는 것을 알 수 있다.According to FIG. 2, the peak appearing at about 1728 cm -1 is an ester C=O band (ester carbonyl band) in which a crosslinking reaction between the -OH functional group of oxidized starch and -COOH functional group of polyitaconic acid (PIA) or polyacrylic acid (PAA) has occurred. ), and it can be seen that the sensitivity of the peaks is changed by surface cross-linking treatment. In particular, the 1580 cm -1 , 1408 cm -1 and 1030 cm -1 peaks are each aliphatic related to the grafting structure of the polymer according to Example 1. It can be seen that the sensitivity is greatly changed by the surface crosslinking treatment, which is due to the CH, COO- (asymmetric), COO- (symmetric) and CO functional groups.
시험예 3: 베이스 수지의 FT-IR 분석Test Example 3: FT-IR analysis of base resin
비교를 위해 폴리아크릴산(PAA:아크릴산 모노머 단독 중합체)을 대조예 1, 폴리이타콘산(PIA: 이타코닉산 모노머 단독 중합체)을 대조예 2, 아크릴산/이타콘산/산화전분으로 생성된 공중합체(AA/IA/OS)를 대조예 3으로 하였고, 도 3은 대조예 1 내지 3 및 제조예 1의 FT-IR 분석결과이다. 상기 분석은 FT-IR 기기(제조사: Nicolet Thermo Scientific, Nicolet 380, USA)를 사용하였다.For comparison, polyacrylic acid (PAA: acrylic acid monomer homopolymer) was used in Control Example 1, polyitaconic acid (PIA: itaconic acid monomer homopolymer) was used in Control Example 2, and a copolymer produced with acrylic acid/itaconic acid/oxidized starch (AA /IA/OS) was used as Control Example 3, and FIG. 3 shows the FT-IR analysis results of Control Examples 1 to 3 and Preparation Example 1. The analysis was performed using an FT-IR instrument (manufacturer: Nicolet Thermo Scientific, Nicolet 380, USA).
도 3에 따르면, 구성 성분이 다른 각각의 중합체는 서로 다른 위치의 피크 와 감도가 관측되었다. According to FIG. 3, peaks and sensitivities at different positions were observed for each polymer having different components.
특히 제조예 1에 따라 제조된 아크릴산/이타콘산/산화전분/AMPS(비닐술폰산계나트륨)을 포함하는 수지(AA/IA/OS/AMPS)는 다음과 같은 분석 결과를 얻었다. 약1700cm-1 부근에서 카보닐기 피크가 관찰되었으며, 산화전분의 -OH기에 기인되어 약 3000cm-1 과 3800cm-1 부근에 넓게 밴드가 형성되었다. 또한, 약 2918cm-1, 1599cm-1, 1404cm-1 및 1025cm-1 피크는 각각 산화전분의 지방족 C-H, COO-(비대칭), COO-(대칭) 및 C-O 작용기에 기인한 것이다. 또한 약 2903 cm-1, 1580 cm-1, 1408 cm-1 및 1030cm-1 피크는 각각 실시예 1에 따른 중합체의 그래프팅 구조와 관련된 지방족 C-H, COO-(비대칭), COO- (대칭) 및 C-O 작용기에 기인한 것이다. 그리고 약 1728cm-1에 나타난 피크는 산화전분의 -OH 작용기와 폴리이타콘산(PIA) 또는 폴리아크릴산(PAA)의 -COOH 작용기 사이에 가교반응이 일어난 에스터 C=O 밴드(ester carbonyl band)에 기인한 것이다. 이상의 분석 결과를 토대로 제조예 1에 주입된 Base Monomer 상호간 그래프트 결합된 공중합체가 형성된 것을 예측할 수가 있다.In particular, the resin (AA/IA/OS/AMPS) containing acrylic acid/itaconic acid/oxidized starch/AMPS (sodium vinylsulfonate) prepared according to Preparation Example 1 obtained the following analysis results. A carbonyl group peak was observed around 1700 cm -1 , and wide bands were formed around 3000 cm -1 and 3800 cm -1 due to the -OH group of oxidized starch. In addition, the peaks at about 2918 cm -1 , 1599 cm -1 , 1404 cm -1 and 1025 cm -1 are respectively attributed to aliphatic CH, COO- (asymmetric), COO- (symmetric) and CO functional groups of oxidized starch. In addition, about 2903 cm -1 , 1580 cm -1 , 1408 cm -1 and 1030 cm -1 peaks are respectively aliphatic CH, COO- (asymmetric), COO- (symmetric) and related to the grafting structure of the polymer according to Example 1 It is due to the CO functional group. And the peak appearing at about 1728 cm -1 is due to the ester C = O band (ester carbonyl band) in which a crosslinking reaction occurred between the -OH functional group of oxidized starch and -COOH functional group of polyitaconic acid (PIA) or polyacrylic acid (PAA) it did Based on the above analysis results, it can be predicted that a copolymer grafted between the base monomers injected in Preparation Example 1 is formed.
시험예 4: TGA 분석Test Example 4: TGA analysis
비교를 위해 폴리아크릴산(PAA:아크릴산 모노머 단독 중합체)을 대조예 1, 폴리이타콘산(PIA: 이타코닉산 모노머 단독 중합체)을 대조예 2, 아크릴산/이타콘산/산화전분으로 생성된 공중합체(AA/IA/OS)를 대조예 3으로 하였고, 도 4는 대조예 1 내지 3 및 제조예 1의 TGA 분석 결과이다. 상기 분석은 열중량분석(TGA)기기(제조사: METTLER TOLEDO, TGA 2, USA)을 사용하여 측정하였다. For comparison, polyacrylic acid (PAA: acrylic acid monomer homopolymer) was used in Control Example 1, polyitaconic acid (PIA: itaconic acid monomer homopolymer) was used in Control Example 2, and a copolymer produced with acrylic acid/itaconic acid/oxidized starch (AA /IA/OS) was used as Control Example 3, and FIG. 4 shows the TGA analysis results of Control Examples 1 to 3 and Preparation Example 1. The analysis was performed using a thermogravimetric analysis (TGA) instrument (manufacturer: METTLER TOLEDO, TGA 2, USA).
도 4에 따르면, 분해온도가 대조예 1에 따른 PAA는 450℃ 대조예 2에 따른 PIA는 360℃, 대조예 3에 따른 AA/IA/OS을 포함하는 3원 공중합체는 220℃, 제조예 1에 따른 AA/IA/OS/AMPS을 포함하는 4원 공중합체는 223℃ 근방에서 분해온도가 표시되었으며, 각각의 수지는 서로 다른 분해온도를 갖는 것을 확인하였다. According to Figure 4, the decomposition temperature of PAA according to Control Example 1 is 450 ℃, PIA according to Control Example 2 is 360 ℃, terpolymer containing AA / IA / OS according to Control Example 3 is 220 ℃, Production Example The decomposition temperature of the quaternary copolymer including AA/IA/OS/AMPS according to No. 1 was displayed around 223° C., and it was confirmed that each resin had a different decomposition temperature.
시험예 5: 고흡수성 수지의 성능 분석Test Example 5: Performance Analysis of Super Absorbent Polymer
하기 표 1에 실시예 1 내지 6 및 비교예 1 내지 6에 따른 고흡수성 수지의 보수능(CRC), 가압흡수능(AUL, @0.3psi) 및 통액성(SPT)을 각각 기재하였다.In Table 1 below, the water retention capacity (CRC), absorbency under pressure (AUL, @0.3psi), and liquid permeability (SPT) of the superabsorbent polymers according to Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 6 were respectively described.
보수능(CRC) 측정Retentive capacity (CRC) measurement
비이커에 증류수 200 ml를 넣고 0.9 wt.% NaCl 수용액이 되도록 NaCl을 정량하여 투입하여 용해시킨 후 본 발명의 실시예 1 내지 6 및 비교예 1 내지 6에 따른 고흡수성 수지 0.2g을 건조된 티백에 정량투입 후, NaCl 수용액이 담긴 비이커에 30분간 침적시킨 후, 원심분리기 300gravity로 3분 동안 원심분리시켜서 표면에 단순 부착된 수분을 완전히 제거한 후, 팽윤된 티백 포함의 무게를 정확히 측량하여 하기와 같은 식 1로 보수능(Swelling Ratio)을 계산하였고, 각 시료 당 세 번씩 측정 후 평균값을 계산하였다.After adding 200 ml of distilled water to a beaker, quantifying and dissolving NaCl to form a 0.9 wt.% NaCl aqueous solution, 0.2 g of the superabsorbent polymer according to Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 6 of the present invention was added to a dried tea bag. After quantitative input, it is immersed in a beaker containing NaCl aqueous solution for 30 minutes, centrifuged at 300 gravity for 3 minutes to completely remove moisture simply attached to the surface, and then accurately weighed the swollen tea bag to obtain the following results. Swelling ratio was calculated by
[식 1][Equation 1]
CRC (g/g) = (Wt - W0) / W0 CRC (g/g) = (W t - W 0 ) / W 0
Wt = 30분간 0.9 wt.% NaCl 수용액 내에서 팽윤된 SAP의 무게W t = weight of SAP swollen in 0.9 wt.% NaCl aqueous solution for 30 minutes
W0 = 처음 투입한 SAP의 무게W 0 = Weight of SAP initially added
가압흡수능(AUL) 측정Pressure absorption capacity (AUL) measurement
자체 제작한 petri dish (d = 118mm, h = 12mm)에 macro-porous sintered glass filter plate (porosity # 0, d = 80mm, h = 7mm)를 포함하는 장비를 사용하였다. 본 발명의 실시예 1 내지 6 및 비교예 1 내지 6에 따른 고흡수성 수지 (0.9 ± 0.01g)를 폴리에스터 거즈를 놓은 petri dish에 올려놓고, 상기 고흡수성 수지(SAP)의 주위를 유리실린더 (d = 60mm, h = 50mm)로 막았다. 이후 원통형 피스톤 (테프론 d = 60mm)을 마른 SAP위에 놓고, 0.3 psi의 하중을 상기 SAP에 가하면서 0.9% 염수를 petri dish에 넣어, glass filter를 통해 SAP에 흡수시켰다. 상기 장비 전체는 표면 증발과 염수 농도 변화를 방지를 위해 봉하여 실험하였다. 60분 후 팽윤된 SAP의 무게를 재서 Absorption Under Load (AUL)을 계산하였다.Equipment including a macro-porous sintered glass filter plate (porosity # 0, d = 80 mm, h = 7 mm) was used in a self-made petri dish (d = 118 mm, h = 12 mm). The super absorbent polymer (0.9 ± 0.01 g) according to Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 6 of the present invention was placed on a petri dish with polyester gauze, and a glass cylinder (SAP) was placed around the super absorbent polymer (SAP). d = 60 mm, h = 50 mm). Thereafter, a cylindrical piston (Teflon d = 60 mm) was placed on the dry SAP, and while a load of 0.3 psi was applied to the SAP, 0.9% saline was put into a petri dish, and the SAP was absorbed through a glass filter. The entire equipment was sealed to prevent surface evaporation and brine concentration change. Absorption Under Load (AUL) was calculated by weighing the swollen SAP after 60 minutes.
[식 2][Equation 2]
AUL (g/g) = (W1 - W0) / W0AUL (g/g) = (W1 - W0) / W0
W0 = 건조된 SAP의 무게W0 = weight of dried SAP
W1 = 팽윤된 SAP의 무게W1 = weight of swollen SAP
통액성(SPT) 측정Liquid permeability (SPT) measurement
본 발명의 실시예 1 내지 6 및 비교예 1 내지 6에 따른 고흡수성 수지 0.5g을 통액성 측정기에 0.9 wt% NaCl 수용액을 충분하게 넣고 30분 동안 팽윤시킨다. 측정기 실린더에 0.3 psi (= 106.26g) 하중을 가압한 상태에서 염수를 통과시켜 20ml의 염수가 통과할 될 때까지의 시간 측정하였다.0.5 g of the superabsorbent polymers according to Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 6 of the present invention were swollen for 30 minutes by adding a sufficient amount of 0.9 wt% NaCl aqueous solution to a liquid permeability meter. The time until 20 ml of saline passed through the saline was measured while the load of 0.3 psi (= 106.26 g) was applied to the measuring cylinder.
(중량%)Surface cross-linking agent content
(weight%)
(min.)surface crosslinking time
(min.)
(g/g)CRC
(g/g)
(g/g)AUL
(g/g)
(sec)SPT
(sec)
표 1에 따르면, 대부분의 실험 조건에서 우수한 흡수능과 가압 흡수능이 관찰되었으나, 실시예 1 내지 6이 비교예 1 내지 6 보다는 전반적으로 보다 우수한 흡수능, 가압 흡수능 및 통액성이 관찰되었으며, 특히 실시예 1의 경우가 가장 우수하였다. According to Table 1, excellent absorbency and absorbency under load were observed under most of the experimental conditions, but Examples 1 to 6 showed better absorbency, absorbency under load and liquid permeability than Comparative Examples 1 to 6, and in particular, Example 1 was the best case.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.In the above, the preferred embodiment of the present invention has been described in detail, but the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications may be made by those skilled in the art within the scope of the technical idea of the present invention. It is possible.
Claims (20)
상기 베이스 수지를 표면 가교제로 표면 가교처리하여 상기 베이스 수지의 표면으로부터 내부로 형성된 표면 가교층;을 포함하고,
상기 베이스 수지는 전분 및 산화전분 중 1종 이상, 이타콘산, 아크릴산 유도체, 음이온성 아크릴아미드 유도체 및 내부 가교제를 포함하는 원료 혼합물을 중합 반응 및 내부 가교반응시켜 제조된 폴리이타콘산 그래프트 공중합체를 포함하는 것인,
표면 가교 처리된 고흡수성 수지.base resin; and
A surface cross-linking layer formed from the surface of the base resin to the inside by surface cross-linking treatment of the base resin with a surface cross-linking agent;
The base resin includes a polyitaconic acid graft copolymer prepared by polymerization and internal crosslinking of a raw material mixture including at least one of starch and oxidized starch, itaconic acid, an acrylic acid derivative, an anionic acrylamide derivative, and an internal crosslinking agent. to do,
Superabsorbent polymer with surface cross-linking treatment.
상기 중합반응이 라디칼 반응 및 축합 반응을 포함하고,
상기 라디칼 반응이 상기 이타콘산, 아크릴산 유도체 및 음이온성 아크릴아미드 유도체로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 비닐기의 라디칼 반응에 의해 수행되고,
상기 축합반응이 상기 전분 및 산화전분 중 1종 이상의 히드록시기와, 상기 이타콘산 및 아크릴산 유도체로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 카르복시기와의 에스터화 반응에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 표면 가교 처리된 고흡수성 수지.According to claim 1,
The polymerization reaction includes a radical reaction and a condensation reaction,
The radical reaction is carried out by a radical reaction of at least one vinyl group selected from the group consisting of itaconic acid, acrylic acid derivatives and anionic acrylamide derivatives,
Characterized in that the condensation reaction is carried out by an esterification reaction between at least one hydroxyl group of the starch and oxidized starch and at least one carboxy group selected from the group consisting of itaconic acid and acrylic acid derivatives. Suzy.
상기 내부 가교반응이 상기 이타콘산, 아크릴산 유도체 및 음이온성 아크릴 아미드유도체로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 비닐기와 상기 내부 가교제의 비닐기의 라디칼 반응에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 표면 가교 처리된 고흡수성 수지.According to claim 1,
Surface cross-linking treatment characterized in that the internal cross-linking reaction is carried out by a radical reaction of at least one vinyl group selected from the group consisting of itaconic acid, acrylic acid derivatives and anionic acrylamide derivatives and the vinyl group of the internal cross-linking agent Suzy.
상기 이타콘산이 하기 구조식 1 내지 3으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 화합물인 것을 특징으로 하는 표면 가교 처리된 고흡수성 수지.
[구조식 1]
[구조식 2]
[구조식 3]
상기 구조식 1 내지 3에서,
R1 및 R2는 서로 같거나 다르고, 각각 독립적으로 수소원자, C1 내지 C18의 알킬기, C5 내지 C18의 시클릭알킬기, 또는 C6 내지 C18의 아릴기이고,
R3은 각각 독립적으로 원자가 결합, C1 내지 C18의 알킬렌기, C5 내지 C18의 시클릭알킬렌기, 또는 C6 내지 C18의 아릴렌기이다.According to claim 1,
The surface crosslinking-treated superabsorbent polymer, characterized in that the itaconic acid is one or more compounds selected from the group consisting of structural formulas 1 to 3 below.
[Structural Formula 1]
[Structural Formula 2]
[Structural Formula 3]
In the structural formulas 1 to 3,
R 1 and R 2 are the same as or different from each other, and each independently represents a hydrogen atom, a C1 to C18 alkyl group, a C5 to C18 cyclic alkyl group, or a C6 to C18 aryl group;
R 3 is each independently a valence bond, a C1 to C18 alkylene group, a C5 to C18 cyclic alkylene group, or a C6 to C18 arylene group.
상기 아크릴산 유도체가 하기 구조식 4로 표시되는 화합물인 것을 특징으로 하는 표면 가교 처리된 고흡수성 수지.
[구조식 4]
상기 구조식 4에서,
R4는 수소원자 또는 C1 내지 C3의 알킬기이다.According to claim 1,
The surface cross-linking treated super absorbent polymer, characterized in that the acrylic acid derivative is a compound represented by the following structural formula 4.
[Structural Formula 4]
In Structural Formula 4,
R 4 is a hydrogen atom or a C1 to C3 alkyl group.
상기 아크릴산 유도체가 아크릴산, 메타크릴산 및 메틸메타크릴산으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 가교 처리된 고흡수성 수지.According to claim 1,
The surface cross-linking treated superabsorbent polymer, characterized in that the acrylic acid derivative contains at least one selected from the group consisting of acrylic acid, methacrylic acid and methyl methacrylic acid.
상기 폴리이타콘산 그래프트 공중합체가
상기 이타콘산, 아크릴산 유도체 및 음이온성 아크릴아미드 유도체로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 비닐 중합체;
상기 비닐 중합체에 그래프트된 전분 및 산화전분 중 1종 이상;
상기 전분 및 산화전분 중 1종 이상에 그래프트된 폴리이타콘산, 상기 전분 및 산화전분 중 1종 이상에 그래프트된 폴리아크릴산 유도체, 상기 전분 및 산화전분 중 1종 이상에 그래프트된 폴리 음이온성 아크릴아미드 유도체, 및 상기 전분 및 산화전분 중 1종 이상에 그래프트된 이타콘산-아크릴산 유도체-음이온성 아크릴아미드 유도체 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상; 및
상기 비닐 중합체, 폴리이타콘산, 폴리아크릴산 유도체, 폴리 음이온성 아크릴아미드 유도체 및 상기 이타콘산-아크릴산 유도체-음이온성 아크릴아미드 유도체 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 가교하는 내부 가교제;를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 가교 처리된 고흡수성 수지.According to claim 1,
The polyitaconic acid graft copolymer
at least one vinyl polymer selected from the group consisting of itaconic acid, acrylic acid derivatives and anionic acrylamide derivatives;
at least one of starch and oxidized starch grafted to the vinyl polymer;
Polyitaconic acid grafted on at least one of the starch and oxidized starch, polyacrylic acid derivative grafted on at least one of the starch and oxidized starch, polyanionic acrylamide derivative grafted on at least one of the starch and oxidized starch , and at least one selected from the group consisting of an itaconic acid-acrylic acid derivative-anionic acrylamide derivative copolymer grafted onto at least one of the starch and oxidized starch; and
An internal crosslinking agent for crosslinking at least one member selected from the group consisting of the vinyl polymer, polyitaconic acid, polyacrylic acid derivative, polyanionic acrylamide derivative, and the itaconic acid-acrylic acid derivative-anionic acrylamide derivative copolymer. Characterized in that the surface cross-linking treated super absorbent polymer.
상기 폴리이타콘산 그래프트 공중합체의 그래프트가 에스터 결합, 이온 결합, 및 수소결합으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상에 의한 것을 특징으로 하는 표면 가교 처리된 고흡수성 수지.According to claim 7,
Surface cross-linking treated superabsorbent polymer, characterized in that the graft of the polyitaconic acid graft copolymer is by at least one selected from the group consisting of ester bonds, ionic bonds, and hydrogen bonds.
상기 내부 가교제는 폴리에틸렌글리콜디아크릴레이트(PEGDA), 1,6-헥산디올아크릴레이트(HDDA), 에틸렌글리콜디아크릴레이트, 에틸렌글리콜디메타아크릴레이트, 디에틸렌글리콜디아크릴레이트, 디에틸렌글리콜디메타아크릴레이트, 디프로필렌글리콜디아크릴레이트, 디프로필렌글리콜디메타아크릴레이트, 트리에틸렌글리콜디아크릴레이트, 트리에틸렌글리콜디메타아크릴레이트, 테트라에틸렌글리콜디아크릴레이트, 테트라에틸렌글리콜디메타아크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜디메타아크릴레이트, 펜타에리쓰리톨디메타크릴레이트, 펜타에리쓰리톨트리메타크릴레이트, N,N′-메칠렌비스아크릴아마이드(N,N′-Methylenebisacrylamide), N,N′-에칠렌비스아크릴아마이드(N,N′-Ethylenebisacrylamide) 및 N,N′-프로필렌비스아크릴아마이드(N,N′-Propylenebisacrylamide)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 가교 처리된 고흡수성 수지.According to claim 1,
The internal crosslinking agent is polyethylene glycol diacrylate (PEGDA), 1,6-hexanediol acrylate (HDDA), ethylene glycol diacrylate, ethylene glycol dimethacrylate, diethylene glycol diacrylate, diethylene glycol dimetha Acrylate, dipropylene glycol diacrylate, dipropylene glycol dimethacrylate, triethylene glycol diacrylate, triethylene glycol dimethacrylate, tetraethylene glycol diacrylate, tetraethylene glycol dimethacrylate, polyethylene glycol Dimethacrylate, Pentaerythritol Dimethacrylate, Pentaerythritol Trimethacrylate, N,N'-Methylenebisacrylamide, N,N'-Ethylenebisacrylamide A surface cross-linked superabsorbent polymer comprising at least one selected from the group consisting of amide (N,N'-Ethylenebisacrylamide) and N,N'-propylenebisacrylamide (N,N'-Propylenebisacrylamide).
상기 음이온성 아크릴아미드 유도체가 하기 구조식 5로 표시되는 것을 특징으로 하는 표면 가교 처리된 고흡수성 수지.
[구조식 5]
상기 구조식 5에서,
R5는 수소원자 또는 C1 내지 C3의 알킬기이고,
R6는 수소원자 또는 C1 내지 C3의 알킬기이고,
R7은 C1 내지 C9의 선형(linear) 또는 분지형(branched) 알킬렌기이고,
X는 음이온성 작용기이고,
Y는 수소 이온 또는 금속 양이온이다.According to claim 1,
The surface cross-linking treated superabsorbent polymer, characterized in that the anionic acrylamide derivative is represented by the following structural formula (5).
[Structural Formula 5]
In Structural Formula 5,
R 5 is a hydrogen atom or a C1 to C3 alkyl group;
R 6 is a hydrogen atom or a C1 to C3 alkyl group;
R 7 is a C1 to C9 linear or branched alkylene group;
X is an anionic functional group,
Y is a hydrogen ion or metal cation.
상기 구조식 5에서,
X는 아황산기(-SO3 -), 황산기(-SO4 -), 또는 인산기(-PO4 2-)이고,
Y는 수소 이온, Li+, Na+, K+, Ag+, Au+, Mg2+, Ca2+, Ba2+, Mn2+, Ni2+, 또는 Cu2+인 것을 특징으로 하는 표면 가교 처리된 고흡수성 수지.According to claim 10,
In Structural Formula 5,
X is a sulfurous acid group (-SO 3 - ), a sulfuric acid group (-SO 4 - ), or a phosphoric acid group (-PO 4 2- );
Y is a hydrogen ion, Li + , Na + , K + , Ag + , Au + , Mg 2+ , Ca 2+ , Ba 2+ , Mn 2+ , Ni 2+ , or Cu 2+ Cross-linked superabsorbent polymer.
상기 음이온성 아크릴아미드 유도체가 2-아크릴아미도 2-메틸프로판 술폰산 또는 그의 염, 2-아크릴아미도 2-에틸프로판 술폰산 또는 그의 염, 3-아크릴아미도 2-메틸부탄 술폰산 또는 그의 염, 3-아크릴아미도 2-에틸부탄 술폰산 또는 그의 염인 것을 특징으로 하는 표면 가교 처리된 고흡수성 수지.According to claim 10,
The anionic acrylamide derivative is 2-acrylamido 2-methylpropane sulfonic acid or a salt thereof, 2-acrylamido 2-ethylpropane sulfonic acid or a salt thereof, 3-acrylamido 2-methylbutane sulfonic acid or a salt thereof, 3 -Acrylamido 2-ethylbutane sulfonic acid or a salt thereof, characterized in that the surface cross-linking treated superabsorbent polymer.
상기 표면 가교제가 다가 양이온 염(polyvalent cationic salt), 에폭시 화합물 및 다가 알코올 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 가교 처리된 고흡수성 수지.According to claim 1,
The surface crosslinking-treated superabsorbent polymer, characterized in that the surface crosslinking agent comprises at least one selected from the group consisting of a polyvalent cationic salt, an epoxy compound, and a polyhydric alcohol compound.
상기 다가 양이온 염 중 양이온이 Al3+, Zr4+, Sc3+, Ti4+, V+5, Cr3+, Mn2+, Fe3+, Ni2+, Cu2+, Zn2+, Ag+, Pt4+ 및 Au+ 으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하고, 음이온이 황산기(SO4 2-), 아황산기(SO3 2-), 질산기(NO3 -), 메타인산기(PO3 -) 및 인산기(PO4 3-)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 가교 처리된 고흡수성 수지.According to claim 13,
Among the multivalent cation salts, the cations are Al 3+ , Zr 4+ , Sc 3+ , Ti 4+ , V +5 , Cr 3+ , Mn 2+ , Fe 3+ , Ni 2+ , Cu 2+ , Zn 2+ , Ag + , Pt 4+ and Au + , and the anion is a sulfate group (SO 4 2- ), a sulfurous acid group (SO 3 2- ), a nitrate group (NO 3 - ), a meta A surface cross-linked superabsorbent polymer comprising at least one member selected from the group consisting of a phosphoric acid group (PO 3 - ) and a phosphoric acid group (PO 4 3 - ).
상기 에폭시 화합물이 에틸렌 글리콜 디글리시딜 에테르 및 글리시돌로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 가교 처리된 고흡수성 수지.According to claim 13,
The surface crosslinking-treated superabsorbent polymer, characterized in that the epoxy compound comprises at least one selected from the group consisting of ethylene glycol diglycidyl ether and glycidol.
상기 다가 알코올 화합물이 모노-, 디-, 트리-, 테트라- 또는 폴리에틸렌 글리콜, 모노프로필렌글리콜, 1,3-프로판디올, 디프로필렌 글리콜, 2,3,4-트리메틸-1,3-펜탄디올, 폴리프로필렌 글리콜, 글리세롤, 폴리글리세롤, 2-부텐-1,4-디올, 1,4-부탄디올, 1,3-부탄디올, 1,5-펜탄디올, 1,6-헥산디올, 및 1,2-사이클로헥산디메탄올로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 가교 처리된 고흡수성 수지.According to claim 13,
The polyhydric alcohol compound is mono-, di-, tri-, tetra- or polyethylene glycol, monopropylene glycol, 1,3-propanediol, dipropylene glycol, 2,3,4-trimethyl-1,3-pentanediol, Polypropylene glycol, glycerol, polyglycerol, 2-butene-1,4-diol, 1,4-butanediol, 1,3-butanediol, 1,5-pentanediol, 1,6-hexanediol, and 1,2- A surface crosslinking-treated superabsorbent polymer comprising at least one selected from the group consisting of cyclohexanedimethanol.
(b) 상기 혼합용액에 개시제를 첨가하고 반응시켜 폴리이타콘산 그래프트 공중합체를 포함하는 베이스 수지를 제조하는 단계; 및
(c) 상기 베이스 수지를 표면 가교제로 표면 가교처리하여 상기 베이스 수지의 표면으로부터 내부로 형성된 표면 가교층을 형성하여 표면 가교 처리된 고흡수성 수지를 제조하는 단계;를
포함하는 표면 가교 처리된 고흡수성 수지의 제조방법.(a) preparing a mixed solution containing at least one of starch and oxidized starch, itaconic acid, an acrylic acid derivative, an anionic acrylamide derivative, an internal crosslinking agent and a neutralizing agent;
(b) preparing a base resin containing a polyitaconic acid graft copolymer by adding an initiator to the mixed solution and reacting; and
(c) preparing a surface cross-linked superabsorbent polymer by surface cross-linking treatment of the base resin with a surface cross-linking agent to form a surface cross-linking layer formed from the surface to the inside of the base resin;
A method for producing a superabsorbent polymer comprising surface cross-linking treatment.
단계 (c)에서,
상기 표면 가교 처리된 고흡수성 수지가,
상기 베이스 수지 100 중량부에 대하여, 상기 표면 가교제 1 내지 50 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 가교 처리된 고흡수성 수지의 제조방법.According to claim 18,
In step (c),
The surface cross-linking treated superabsorbent polymer,
Method for producing a surface cross-linked super absorbent polymer comprising 1 to 50 parts by weight of the surface cross-linking agent based on 100 parts by weight of the base resin.
단계 (c)에서,
상기 표면 가교처리가 100℃ 내지 200℃의 온도에서 10분 내지 200분 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 표면 가교 처리된 고흡수성 수지의 제조방법.According to claim 18,
In step (c),
The method for producing a surface cross-linked super absorbent polymer, characterized in that the surface cross-linking treatment is performed at a temperature of 100 ℃ to 200 ℃ for 10 minutes to 200 minutes.
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