KR20230028167A - 고흡수성 수지 및 이의 제조 방법 - Google Patents

고흡수성 수지 및 이의 제조 방법 Download PDF

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KR20230028167A
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조범신
함경록
강순희
최형삼
정선정
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주식회사 엘지화학
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Abstract

본 발명은 고흡수성 수지 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 고흡수성 수지의 흡수 성능의 저하 없이 향상된 박테리아 증식 억제 특성을 나타낼 수 있는 고흡수성 수지 및 이의 제조 방법을 제공한다.

Description

고흡수성 수지 및 이의 제조 방법{SUPER ABSORBENT POLYMER AND PREPARATION METHOD THEREOF}
본 발명은 고흡수성 수지의 흡수 성능의 저하 없이 향상된 박테리아 증식 억제 특성을 나타내는, 고흡수성 수지 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
고흡수성 수지(Super Absorbent Polymer, SAP)란 자체 무게의 5백 내지 1천 배 정도의 수분을 흡수할 수 있는 기능을 가진 합성 고분자 물질로, 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 재료나 전기 절연분야에 이르기까지 널리 사용되고 있다.
특히, 고흡수성 수지는 어린이용 종이기저귀나, 성인용 기저귀와 같은 위생용품 또는 일회용 흡수제품에 가장 널리 적용되고 있다. 따라서, 이러한 위생용품 및 일회용 흡수제품에 박테리아가 증식하는 경우 각종 질병이 유발될 뿐만 아니라, 2차적인 냄새까지 일으킬 수 있어 문제가 된다. 이에, 이전부터 고흡수성 수지 등에 다양한 박테리아 증식 억제 성분이나, 소취 또는 항균 기능성 성분을 도입하고자 하는 시도가 이루어진 바 있다.
그러나, 이와 같이 박테리아 증식을 억제하는 항균제 등을 고흡수성 수지에 도입함에 있어, 우수한 박테리아 증식 억제 특성 및 소취 특성을 나타내면서도, 인체에 무해하고, 경제성을 충족하면서, 고흡수성 수지의 기본적인 물성을 저하시키지 않는 항균제 성분을 선택하여 도입하는 것은 그리 용이하지 않았다.
이에 따라, 고흡수성 수지의 기본적 물성의 저하 없이도 우수한 박테리아의 증식을 억제할 수 있는 고흡수성 수지 관련 기술의 개발이 계속적으로 요청되고 있다.
이에 본 발명은 고흡수성 수지의 흡수 성능의 저하 없이 향상된 박테리아 증식 억제 특성을 나타낼 수 있는 고흡수성 수지 및 이의 제조 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 구현예에 따르면,
산성기를 포함하고 상기 산성기의 적어도 일부가 중화된 아크릴산계 단량체; 하기 화학식 1로 표시되는 중합성 항균 단량체; 및 가교제;의 가교 중합체를 포함하는, 고흡수성 수지를 제공한다:
[화학식 1]
Figure pat00001
상기 화학식 1에서,
R1 내지 R3는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 4의 알킬, 또는 카르복실기(COOH)이고,
L은 단일 결합; 또는 탄소수 6 내지 60의 아릴렌이고,
A는 탄소수 6 내지 60의 방향족 고리이고,
여기서, 상기 아릴렌 및 방향족 고리는 각각 독립적으로 비치환되거나, 또는 하이드록시, 탄소수 1 내지 10의 알킬 및 탄소수 1 내지 10의 알콕시로 구성되는 군으로부터 선택되는 1개 이상의 치환기로 치환된다.
본 발명의 또 다른 구현예에 따르면,
산성기를 포함하는 아크릴산계 단량체, 상기 화학식 1로 표시되는 중합성 항균 단량체, 가교제 및 중합 개시제를 혼합하여 단량체 조성물을 준비하는 단계(단계 1);
상기 단량체 조성물을 중합하여 함수겔 중합체를 형성하는 단계(단계 2); 및
상기 함수겔 중합체를 건조, 분쇄 및 분급하는 단계(단계 3)를 포함하는, 고흡수성 수지의 제조 방법을 제공한다:
더 나아가, 본 발명의 또 다른 일 구현예에 따르면 상기한 고흡수성 수지를 포함하는 물품을 제공한다.
본 발명의 고흡수성 수지는 인체에 유해하고 2차적 악취를 유발할 수 있는 박테리아를 증식 억제하는 항균 특성을 나타낼 수 있다.
구체적으로, 상기 고흡수성 수지는 가교 중합체 형성 시 특정 구조의 중합성 항균 단량체를 사용하여 제조함에 따라 그람양성균(Gram-positive bacteria) 및 그람음성균(Gram-negative bacteria) 중 적어도 하나에 대해 항균 특성을 나타내면서도, 다른 항균제를 사용하는 경우와는 달리 우수한 보수능을 유지할 수 있다.
또한, 상기 중합성 항균 단량체는 아크릴산 단량체와 공중합되므로, 상기 중합성 항균 단량체 또는 상기 중합성 항균 단량체가 중합된 중합체의 형태로 고흡수성 수지와 단순 혼합되는 경우 대비 중합성 항균 단량체의 용출 우려가 감소하게 되므로, 항균제 용출에 의해 인체 안정성을 해할 우려가 발생하지 않을 수 있다.
따라서, 상기 고흡수성 수지는 어린이용 기저귀뿐만 아니라 박테리아에 대한 항균 특성이 요구되는 성인용 기저귀 등 다양한 위생용품에 매우 바람직하게 적용될 수 있다.
도 1은 중합성 항균 단량체 1-1의 1H NMR 스펙트럼을 나타낸 것이다.
본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 예시적인 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 발명을 한정하려는 의도는 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다", "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 단계, 구성 요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 단계, 구성 요소, 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한 본 발명에 있어서, 각 층 또는 요소가 각 층들 또는 요소들의 "상에" 또는 "위에” 형성되는 것으로 언급되는 경우에는 각 층 또는 요소가 직접 각 층들 또는 요소들의 위에 형성되는 것을 의미하거나, 다른 층 또는 요소가 각 층 사이, 대상체, 기재 상에 추가적으로 형성될 수 있음을 의미한다.
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.
또한, 본 명세서에 사용되는 전문 용어는 단지 특정 구현예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 그리고, 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다.
한편, 본 명세서에서 사용하는 용어 "(메트)아크릴레이트"는 아크릴레이트 및 메타크릴레이트를 모두 포함한다.
또한, 본 명세서에 있어서, 알킬기는 직쇄 또는 분지쇄일 수 있고, 탄소수는 특별히 한정되지 않으나 1 내지 20인 것이 바람직하다. 일 실시상태에 따르면, 상기 알킬기의 탄소수는 1 내지 10이다. 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 알킬기의 탄소수는 1 내지 6이다. 상기 알킬기의 구체적인 예로는 메틸, 에틸, 프로필, n-프로필, 이소프로필, 부틸, n-부틸, 이소부틸, tert-부틸, sec-부틸, 1-메틸-부틸, 1-에틸부틸, 펜틸, n-펜틸, 이소펜틸, 네오펜틸, tert-펜틸, 1-에틸-프로필, 1,1-디메틸프로필, 헥실, n-헥실, 1-메틸펜틸, 2-메틸펜틸, 4-메틸-2-펜틸, 3,3-디메틸부틸, 2-에틸부틸, 헵틸, n-헵틸, 1-메틸헥실, 2-메틸헥실, 3-메틸헥실, 4-메틸헥실, 5-메틸헥실, 옥틸, n-옥틸, tert-옥틸, 1-메틸헵틸, 2-에틸헥실, 2,4,4-트리메틸-1-펜틸, 2,4,4-트리메틸-2-펜틸, 2-프로필펜틸, n-노닐, 2,2-디메틸헵틸 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 있어서, 알킬렌은 2가기인 것을 제외하고는 전술한 알킬기에 관한 설명이 적용될 수 있다.
또한, 본 명세서에 있어서, 알콕시기는 직쇄 또는 분지쇄일 수 있고, 탄소수는 특별히 한정되지 않으나 1 내지 10인 것이 바람직하다. 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 알콕시기의 탄소수는 1 내지 6이다. 상기 알콕시기의 구체적인 예로는 메톡시, 에톡시, n-프로폭시, 이소프로폭시, n-부톡시 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 명세서에 있어서, 아릴기는 특별히 한정되지 않으나 탄소수 6 내지 60인 것이 바람직하며, 단환식 아릴기 또는 다환식 아릴기일 수 있다. 일 실시상태에 따르면, 상기 아릴기의 탄소수는 6 내지 30이다. 일 실시상태에 따르면, 상기 아릴기의 탄소수는 6 내지 20이다. 상기 아릴기가 단환식 아릴기로는 페닐기, 비페닐릴기, 터페닐릴기 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 다환식 아릴기로는 나프틸기, 안트릴기, 페난트릴기, 파이레닐기, 페릴레닐기, 크라이세닐기, 플루오레닐기 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 있어서, 아릴렌은 2가기인 것을 제외하고는 전술한 아릴기에 관한 설명이 적용될 수 있다.
또한, 본 명세서에 있어서, 방향족 고리는 고리 형성 원자로서 탄소만을 포함하면서 분자 전체가 방향족성(aromaticity)을 갖는 단환 또는 축합다환 고리를 의미한다. 상기 방향족 고리의 탄소수는 6 내지 60, 또는 6 내지 30, 또는 6 내지 20이나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 상기 방향족 고리로는 벤젠 고리, 나프탈렌 고리, 안트라센 고리, 페난쓰렌 고리, 파이렌 고리 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 명세서에 사용되는 용어 "중합체", 또는 "고분자"는 아크릴산계 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.
또한, 용어 "고흡수성 수지 입자"는 산성기를 포함하고 상기 산성기의 적어도 일부가 중화된 아크릴산계 단량체가 중합되고 내부가교제에 의해 가교된 가교 중합체를 포함하는, 입자상의 물질을 일컫는다.
또한, 용어 "고흡수성 수지"는 문맥에 따라 산성기를 포함하고 상기 산성기의 적어도 일부가 중화된 아크릴산계 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.
종래 고흡수성 수지에서의 항균 및 소취 특성 확보를 위해 항균 기능을 갖는 금속 화합물이나, 양이온 또는 알코올 작용기를 함유한 유기 화합물을 첨가제 형태로 도입하였다. 그러나 이 경우 고흡수성 수지의 안전성이 저하되거나, 흡수 특성 등의 기본 물성이 저하되고, 또 항균 특성의 지속성 및 항균 물질 유출의 문제가 있었다.
일 예로서, 은, 동, 구리, 아연 등의 항균성 금속이온을 함유한 항균제 성분을 고흡수성 수지에 도입하고자 시도된 바 있다. 이러한 항균성 금속이온 함유 성분은 박테리아 등 미생물의 세포벽을 파괴하여 고흡수성 수지에 악취를 유발할 수도 있는 효소를 지닌 박테리아를 사멸시켜 소취 특성을 부여할 수 있다. 그러나, 상기 금속이온 함유 성분의 경우, 인체에 유익한 미생물들까지 사멸할 수 있는 살생물제(BIOCIDE) 물질로 분류되어 있다. 그 결과, 상기 고흡수성 수지를 어린이용 또는 성인용 기저귀 등의 위생용품에 적용하는 경우, 상기 금속이온 함유 항균제 성분의 도입은 최대한 배제되고 있는 실정이다.
그리고, 기존에는 상기 박테리아 증식을 억제하는 항균제 등을 고흡수성 수지에 도입함에 있어, 상기 항균제를 고흡수성 수지에 소량 혼합하는 방법을 주로 적용하였다. 그러나, 이러한 혼합 방법을 적용할 경우, 시간의 경과에 따라 박테리아 증식 억제 특성을 균일하게 유지하기 어려웠던 것이 사실이다. 더구나, 이러한 혼합 방법의 경우, 고흡수성 수지 및 항균제를 혼합하는 과정에서 항균제 성분의 불균일한 도포성 및 탈리 현상을 초래할 수 있으며, 상기 혼합을 위한 신규 설비를 설치할 필요가 있는 등의 단점 또한 존재하였다.
또한, 박테리아(세균)는 확인된 것만 5천 종이 넘을 정도로 다양한 종류가 존재한다. 구체적으로, 박테리아는 공모양, 막대모양, 나선모양 등으로 그 세포 모양이 다양하고, 산소를 요구하는 정도 또한 균마다 상이하여 호기성균, 통성균 및 혐기성 세균으로 나뉘게 된다. 따라서, 보통 한 종류의 항균제가 다양한 박테리아의 세포막/세포벽을 손상시키거나 단백질을 변성시킬 수 있는 물리/화학적 메커니즘을 갖는 것은 쉽지 않았다.
그러나, 특정 구조를 갖는 하이드록시기(OH)를 함유한 단량체를 아크릴산계 단량체와 함께 중합하여 고흡수성 수지를 제조하는 경우, 일정 수준 이상의 흡수 성능을 나타내면서도 그람양성균(Gram-positive bacteria) 및 그람음성균(Gram-negative bacteria) 중 적어도 하나에 항균성을 나타낼 수 있음을 확인하여, 본 발명을 완성하였다.
구체적으로, 상기 화학식 1로 표시되는 중합성 항균 단량체가 박테리아와 접촉하는 경우 하이드록시기로 치환된 방향족 고리 구조가 박테리아의 대사 작용에 필수적인 단백질 물질에 결합하여 박테리아의 성장이 억제될 수 있다. 보다 구체적으로는, 상기 하이드록시기가 박테리아의 단백질 내에 존재할 수 있는 싸이올기(thiol group, sulfhydryl group, -SH)와의 반응 또는 다른 단백질 부분과의 비결합성 상호 작용을 통해 박테리아의 대사 작용을 감소시킬 수 있고, 이에 따라 박테리아의 성장이 억제될 수 있다. 따라서, 상기 화학식 1로 표시되는 중합성 항균 단량체에 의해 형성된 가교 중합체를 포함하는 고흡수성 수지는 그람양성균 및 그람음성균 중 적어도 하나에 대하여 항균성을 나타낼 수 있다.
더욱이, 상기 고흡수성 수지는 항균 단량체를 아크릴산계 단량체와 함께 가교된 가교 중합체의 형태로 포함하기 때문에, 고흡수성 수지 내에 항균 단량체가 화합물의 형태로 남아있지 않게 되므로, 시간이 경과하더라도 항균제가 용출될 우려가 없으며, 이에 따라 우수한 안정성을 나타낸다는 특징이 있다.
이하, 발명의 구체적인 구현예에 따라 고흡수성 수지 및 이의 제조 방법에 대하여 보다 상세히 설명하기로 한다.
고흡수성 수지
구체적으로, 발명의 일 구현예에 따른 고흡수성 수지는, 산성기를 포함하고 상기 산성기의 적어도 일부가 중화된 아크릴산계 단량체; 하기 화학식 1로 표시되는 중합성 항균 단량체; 및 가교제;의 가교 중합체를 포함하는 것을 특징으로 한다:
[화학식 1]
Figure pat00002
상기 화학식 1에서,
R1 내지 R3는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 4의 알킬, 또는 카르복실기(COOH)이고,
L은 단일 결합; 또는 탄소수 6 내지 60의 아릴렌이고,
A는 탄소수 6 내지 60의 방향족 고리이고,
여기서, 상기 아릴렌 및 방향족 고리는 각각 독립적으로 비치환되거나, 또는 하이드록시, 탄소수 1 내지 10의 알킬 및 탄소수 1 내지 10의 알콕시로 구성되는 군으로부터 선택되는 1개 이상, 예를 들어 1개 내지 5개의 치환기로 치환된다.
이때, 상기 가교 중합체는 상기 아크릴산계 단량체 및 상기 중합성 항균 단량체가 가교제의 존재 하에서 가교 중합된 것으로, 상기 단량체들이 중합되어 형성된 메인 사슬들이 상기 가교제에 의해 가교되는 형태의 3차원 망상 구조를 갖는다. 따라서, 상기 중합성 항균 단량체는 상기 고흡수성 수지 내에서 별개의 화합물로 존재하지 않고, 메인 사슬을 구성하는 반복 단위로 존재하기 때문에 시간이 경과하여도 유출되지 않으므로, 상기 고흡수성 수지의 항균 특성이 지속적으로 유지될 수 있다.
또한, 상기 고흡수성 수지의 가교 중합체가 상기 아크릴산계 단량체에 의해 유도되는 반복단위 외 중합성 항균 단량체에 의해 유도되는 반복단위를 추가로 포함함으로써, 원심분리 보수능이 향상될 수 있다.
한편, 상기 화학식 1에서, R1 내지 R3는 각각 독립적으로 수소, 메틸, 또는 카르복실기일 수 있다.
예를 들어, R1 내지 R3는 모두 수소이거나; 또는 R1 내지 R3 중 하나는 메틸, 또는 카르복실기이고, 나머지는 수소일 수 있다.
또한, 상기 화학식 1에서, L은 단일 결합; 또는 비치환되거나, 또는 하이드록시, 탄소수 1 내지 10의 알킬 및 탄소수 1 내지 10의 알콕시로 구성되는 군으로부터 선택되는 1개 내지 3개의 치환기로 치환되는 탄소수 6 내지 20의 아릴렌일 수 있다.
구체적으로, L은 단일 결합, 페닐렌, 또는 나프틸렌일 수 있다.
예를 들어, L은 단일 결합, 또는 하기로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다:
Figure pat00003
.
또한, 상기 화학식 1에서, A는 비치환되거나, 또는 하이드록시, 탄소수 1 내지 10의 알킬 및 탄소수 1 내지 10의 알콕시로 구성되는 군으로부터 선택되는 1개 내지 3개의 치환기로 치환되는 탄소수 6 내지 20의 방향족 고리일 수 있다.
보다 구체적으로는, A는 벤젠 또는 나프탈렌 고리이고,
여기서, 상기 벤젠 및 나프탈렌 고리는 각각 독립적으로 비치환되거나, 또는 하이드록시, 탄소수 1 내지 10의 알킬 및 탄소수 1 내지 10의 알콕시로 구성되는 군으로부터 선택되는 1개 내지 3개의 치환기로 치환될 수 있다.
예를 들어, A는 벤젠 또는 나프탈렌 고리이고,
여기서, 상기 벤젠 및 나프탈렌 고리는 각각 독립적으로 비치환되거나, 또는 하이드록시, 메틸, 에틸, n-프로필, 이소프로필, n-부틸, 이소부틸, tert-부틸, sec-부틸, n-펜틸, n-헥실, n-헵틸, n-옥틸, 2,4,4-트리메틸-1-펜틸, 2,4,4-트리메틸-2-펜틸, 메톡시, 에톡시, n-프로폭시 및 n-부톡시로 구성되는 군으로부터 선택되는 1개 내지 3개의 치환기로 치환될 수 있다.
상기 중합성 항균 단량체는 하기 화학식 1-1 내지 1-3 중 어느 하나로 표시될 수 있다:
[화학식 1-1]
Figure pat00004
[화학식 1-2]
Figure pat00005
[화학식 1-3]
Figure pat00006
상기 화학식 1-1 내지 1-3에서,
L'는 단일 결합, 페닐렌, 또는 나프틸렌이고,
R은 하이드록시, 탄소수 1 내지 10의 알킬, 또는 탄소수 1 내지 10의 알콕시이고,
a는 0 내지 3의 정수이고,
a가 2 이상인 경우 2개 이상의 R은 서로 동일하거나 또는 상이하고,
R1 내지 R3는 상기 화학식 1에서 정의한 바와 같다.
상기 화학식 1-1 내지 1-3에서, L은 단일 결합, 1,4-페닐렌, 1,3-페닐렌, 또는 1,6-나프틸렌일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 화학식 1-1 내지 1-3에서, a는 0, 1, 2, 또는 3일 수 있다.
일례로, 상기 중합성 항균 단량체는 하기로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다:
Figure pat00007
Figure pat00008
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나아가, 상기 중합성 항균 단량체는 상기 가교 중합체 내에 상기 아크릴산계 단량체 100 중량부 대비 0.1 내지 1 중량부 함량으로 포함된다. 상기 중합성 항균 단량체가 상기 아크릴산계 단량체 100 중량부 대비 0.1 중량부 미만으로 포함되는 경우 충분한 항균 효과를 나타내기 어렵고, 상기 중합성 항균 단량체가 상기 아크릴산계 단량체 100 중량부 대비 1 중량부 초과로 포함되는 경우 중합성 항균 단량체 내에 포함되어 있는 하이드록시기(OH)로 인하여 라디칼 중합 반응이 지연될 수 있고, 이에 따라 아크릴산계 단량체 중합 시 중합성이 저하되어 중합이 충분히 이루어지지 않거나 혹은 중합 시간이 길어질 우려가 있다.
보다 구체적으로, 상기 중합성 항균 단량체는 상기 가교 중합체 내에 상기 아크릴산계 단량체 100 중량부 대비 0.2 중량부 이상, 0.3 중량부 이상, 0.4 중량부 이상, 또는 0.5 중량부 이상이면서, 1 중량부 이하의 함량으로 포함될 수 있다. 이때, 고흡수성 수지의 항균 특성 향상 및 흡수 성능 향상 측면에서 상기 가교 중합체 내에 상기 중합성 항균 단량체는 상기 아크릴산계 단량체 100 중량부 대비 0.2 내지 1 중량부 함량으로 포함되는 것이 바람직하다.
이때, 상기 중합성 항균 단량체는 상기 가교 중합체 내에 상기 아크릴산계 단량체 100 중량부 대비 0.1 내지 1 중량부 함량으로 포함된다는 의미는, 가교 중합체 제조 시 상기 중합성 항균 단량체를 상기 아크릴산계 단량체 100 중량부 대비 0.1 내지 1 중량부 함량으로 사용한다는 의미이다. 이는, 상기 고흡수성 수지의 잔류 단량체 확인 시 항균 단량체의 검출 여부를 통해 확인 가능한 데, 상기 고흡수성 수지는 제조 후 항균 단량체가 검출되지 않아 사용된 항균 단량체 전량이 모두 아크릴산계 단량체와의 중합에 사용된 것으로 볼 수 있다.
한편, 상기 아크릴산계 단량체는 하기 화학식 2로 표시되는 화합물이다:
[화학식 2]
R-COOM'
상기 화학식 2에서,
R은 불포화 결합을 포함하는 탄소수 2 내지 5의 알케닐 그룹이고,
M'는 수소원자, 1가 또는 2가 금속, 암모늄기 또는 유기 아민염이다.
바람직하게는, 상기 단량체는 (메트)아크릴산, 및 이들 산의 1가 (알칼리) 금속염, 2가 금속염, 암모늄염 및 유기 아민염으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.
이처럼 아크릴산계 단량체로 (메트)아크릴산 및/또는 그 염을 사용할 경우 흡수성이 향상된 고흡수성 수지를 얻을 수 있어 유리하다.
또한, 본 명세서에서 사용하는 용어 '가교제'는 후술하는 고흡수성 수지 입자의 표면을 주로 가교시키기 위한 추가 가교제와 구분짓기 위해 사용하는 용어로, 상술한 아크릴산계 단량체들 및 중합성 항균 단량체들의 불포화 결합을 가교시켜 중합시키는 역할을 한다. 상기 단계에서의 가교는 표면 또는 내부 구분 없이 진행되나, 후술하는 고흡수성 수지 입자의 추가 가교 공정이 진행되는 경우, 최종 제조된 고흡수성 수지의 입자 표면은 주로 추가 가교제에 의해 가교된 구조로 이루어져 있고, 내부는 주로 상기 가교제에 의해 가교된 구조로 이루어져있게 된다. 따라서, 상기 추가 가교제는 주로 고흡수성 수지의 표면을 가교시키는 역할을 하므로 표면 가교제의 역할을 한다고 볼 수 있고, 상기 가교제는 상기 제2 가교제와 구분되어 내부 가교제의 역할을 한다고 볼 수 있다.
상기 가교제로는 상기 아크릴산계 단량체의 중합시 가교 결합의 도입을 가능케 하는 것이라면 어떠한 화합물도 사용 가능하다. 비제한적인 예로, 상기 가교제는 N,N'-메틸렌비스아크릴아미드, 트리메틸롤프로판 트리(메트)아크릴레이트, 에틸렌글리콜 디(메트)아크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜(메트)아크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜 디(메트)아크릴레이트, 프로필렌글리콜 디(메트)아크릴레이트, 폴리프로필렌글리콜(메트)아크릴레이트, 부탄다이올디(메트)아크릴레이트, 부틸렌글리콜디(메트)아크릴레이트, 다이에틸렌글리콜 디(메트)아크릴레이트, 헥산다이올디(메트)아크릴레이트, 트리에틸렌글리콜 디(메트)아크릴레이트, 트리프로필렌글리콜 디(메트)아크릴레이트, 테트라에틸렌글리콜 디(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, 상기 가교제로는 이 중에서 폴리에틸렌글리콜 (메트)아크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜 디(메트)아크릴레이트, 프로필렌글리콜 디(메트)아크릴레이트, 또는 폴리프로필렌글리콜(메트)아크릴레이트와 같은 폴리알킬렌글리콜 디(메트)아크릴레이트계 화합물이 사용될 수 있다.
이러한 가교제의 존재 하에서의 상기 아크릴산계 단량체의 가교 중합은, 중합 개시제, 필요에 따라 증점제(thickener), 가소제, 보존안정제, 산화방지제 등의 존재 하에 열중합, 광중합 또는 혼성 중합으로 수행될 수 있는 데, 구체적인 내용은 후술하기로 한다.
또한, 상기 고흡수성 수지는 850 ㎛ 이하의 입경, 예를 들어, 약 150 내지 850 ㎛의 입경을 갖는 입자 형태일 수 있다. 이때, 이러한 입경은 유럽부직포산업협회(European Disposables and Nonwovens Association, EDANA) 규격 EDANA WSP 220.3 방법에 따라 측정될 수 있다. 여기서, 상기 고흡수성 수지가 150 ㎛ 미만의 입경을 갖는 미분을 다량 포함하는 경우 고흡수성 수지의 제반 물성을 저하시킬 수 있어 바람직하지 않다.
한편, 상기 고흡수성 수지는, 추가 가교제를 매개로 상기 가교 중합체가 추가 가교되어, 상기 가교 중합체 상에 형성된 가교층을 더 포함할 수 있다. 여기서, 상기 가교층은 주로 상기 고흡수성 수지 입자 각각의 표면 상의 적어도 일부에 형성되어 있으며, 상기 고흡수성 수지 내의 가교 중합체가 추가 가교제에 의해 가교되어 있는 구조를 갖는다. 이는 고흡수성 수지 입자의 표면에서의 가교 밀도를 높이기 위한 것으로, 상기와 같이 고흡수성 수지가 상기 추가 가교제에 의해 상기 고흡수성 수지 입자의 적어도 일부가 가교된 구조를 더 포함하는 경우, 내부보다 외부의 가교 밀도가 높은 구조를 갖게 된다.
상기 추가 가교제로는 기존부터 고흡수성 수지의 제조에 사용되던 추가 가교제를 별다른 제한 없이 모두 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 추가 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, 프로필렌 카보네이트 및 글리세롤 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.
구체적으로, 상기 추가 가교제로 상술한 추가 가교제 중 1종 이상, 또는 2종 이상, 또는 3종 이상이 사용될 수 있는데, 예를 들어, 에틸렌카보네이트-프로필렌카보네이트(ECPC), 프로필렌글리콜 및/또는 글리세롤 카보네이트가 사용될 수 있다.
한편, 상기 고흡수성 수지는 상술한 바와 같이 상기 그람음성균 및 상기 그람양성균 중 적어도 하나에 항균성을 나타낼 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 고흡수성 수지는 그람양성균으로 분류되는 박테리아 1종 이상에 대하여 항균성을 나타낼 수 있다. 또는, 상기 고흡수성 수지는 그람음성균으로 분류되는 박테리아 1종 이상에 대하여 항균성을 나타낼 수 있다. 또는, 상기 고흡수성 수지는 그람음성균으로 분류되는 박테리아 1종 이상 및 그람양성균으로 분류되는 박테리아 1종 이상에 대하여 항균성을 나타낼 수 있다
여기에서, "특정 박테리아에 항균성을 나타낸다"는 것의 의미는, 항균성 여부를 확인하고자 하는 고흡수성 수지에 시험 박테리아가 접종된 인공뇨를 흡수시킨 다음 이를 배양한 후의 박테리아의 수가, 항균 물질을 함유하지 않은 고흡수성 수지에 시험 박테리아가 접종된 인공뇨를 흡수시킨 다음 이를 배양한 후의 Reference 박테리아 수 대비 현저히 감소되었다는 것을 의미하는 것으로, 구체적으로 후술하는 항균 특성 평가에 따라 하기 수학식 1에 의해 계산된 정균 감소율(%)이 50% 이상인 것을 의미한다.
[수학식 1]
Figure pat00017
상기 식에서,
Csample는 정균 물질을 함유한 고흡수성 수지의 배양액에서의 미생물 농도(Co)이고,
CReference는 정균 물질을 함유하지 않은 비교예 1의 고흡수성 수지의 배양액에서의 미생물 농도(Co)이다.
보다 바람직하게는, 상기 "특정 박테리아에 항균성을 나타낸다"는 것은 상기 수학식 1에 의해 계산된 정균 감소율(%)이 90% 내지 100%인 것을 의미한다. 일 구현예에서, 상기 고흡수성 수지의 상기 수학식 1에 의해 계산된 정균 감소율(%)은 90% 이상, 95% 이상, 99% 이상, 99% 이상, 99.09% 이상, 99.18% 이상, 99.86% 이상, 99.91% 이상, 99.93% 이상, 또는 99.96% 이상이면서 100% 이하일 수 있다.
한편, 상기 그람양성균은 그람염색법으로 염색하면 보라색으로 염색되는 박테리아를 총칭하는 것으로, 그람양성균의 세포벽은 여러 겹의 펩티도글리칸으로 구성되어 있어 크리스탈 바이올렛과 같은 염기성 염료로 염색한 후 에탄올을 처리해도 탈색되지 않고 보라색을 나타내게 된다. 이러한 그람양성균으로 분류되는 박테리아로는 엔터로코쿠스 페칼리스(Enterococcus faecalis), 포도상구균(Staphylococcus　aureus), 폐렴연쇄상구균(Streptococcus　pneumoniae), 장구균(Enterococcus　faecium), 또는 유산연쇄상구균(Lactobacillus　lactis)　등을 들 수 있다.
또한, 상기 그람음성균은 그람염색법으로 염색하면 붉은색으로 염색되는 박테리아를 총칭하는 것으로, 그람양성균에 비해 상대적으로 적은 양의 펩티도글리칸을 갖는 세포벽을 갖는 대신 지질다당질, 지질단백질, 및 다른 복잡한 고분자물질로 구성된　외막을 갖는다. 이에 따라, 크리스탈 바이올렛과 같은 염기성 염료로 염색한 후 에탄올을 처리하면 탈색이 일어나고 사프라닌과 같이 붉은색의 염료로 대비 염색을 하면 붉은색을 나타내게 된다. 이러한 그람음성균으로 분류되는 박테리아로는 프로테우스 미라빌리스(Proteus mirabilis), 대장균(Escherichia coli), 티푸스균(Salmonella typhi), 녹농균(Pseudomonas aeruginosa), 또는 콜레라균(Vibrio cholerae) 등을 들 수 있다.
따라서, 상기 그람양성균 및 그람음성균들은 접촉 시 다양한 질병을 유발할 수 있을 뿐 아니라, 면역력이 떨어진 중증환자에게는 2차 감염 또한 일으킬 수 있으므로, 하나의 항균제를 사용하여 상기 그람양성균 및 그람음성균 모두에 대해 항균성을 나타내는 것이 바람직하다.
바람직하게는, 상기 고흡수성 수지는 상기 그람음성균 및 상기 그람양성균 모두에 항균성을 나타낼 수 있다. 이때, 상기 고흡수성 수지가 항균성을 나타내는 그람음성균은 프로테우스 미라빌리스(Proteus mirabilis), 또는 대장균(Escherichia coli)이고, 상기 그람양성균은 엔터로코쿠스 페칼리스(Enterococcus faecalis)일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
구체적으로, 상기 고흡수성 수지는 EDANA 법 WSP 241.3에 따라 측정한 생리 식염수(0.9 중량% 염화나트륨 수용액)에 대한 30 분 동안의 원심분리 보수능(CRC)이 20 내지 45 g/g일 수 있다. 상기 원심분리 보수능(CRC)이 20 g/g 미만인 경우 액체를 흡수한 후 보유할 수 있는 성능이 저하되어 고흡수성 수지를 위생용품에 적용하기 적합하지 않다. 보다 구체적으로는, 상기 고흡수성 수지는 상기 원심분리 보수능(CRC)이 20 g/g 이상, 25 g/g 이상, 30 g/g 이상, 33 g/g 이상, 33.5 g/g 이상, 34 g/g 이상, 34.2 g/g 이상, 34.5 g/g 이상, 37 g/g 이상, 37.1 g/g 이상, 또는 37.6 g/g 이상이면서, 45 g/g 이하, 43 g/g 이하, 41 g/g 이하, 39 g/g 이하, 38 g/g 이하, 또는 37.8 g/g 이하일 수 있다.
따라서, 가교 중합체 내에 중합성 항균 단량체를 소정 함량으로 포함하는 상술한 고흡수성 수지는, 20 내지 45 g/g 범위의 원심분리 보수능(CRC)을 가지면서 동시에 우수한 항균성을 나타낼 수 있다.
고흡수성 수지의 제조 방법
한편, 상기 고흡수성 수지는 하기 제조 방법을 포함하여 제조될 수 있다:
산성기를 포함하는 아크릴산계 단량체, 상기 화학식 1로 표시되는 중합성 항균 단량체, 가교제 및 중합 개시제를 혼합하여 단량체 조성물을 준비하는 단계(단계 1);
상기 단량체 조성물을 중합하여 함수겔 중합체를 형성하는 단계(단계 2); 및
상기 함수겔 중합체를 건조, 분쇄 및 분급하는 단계(단계 3)를 포함한다.
먼저, 일 구현예의 고흡수성 수지의 제조를 위하여, 산성기를 포함하는 아크릴산계 단량체, 상기 화학식 1로 표시되는 중합성 항균 단량체, 염기성 물질, 가교제 및 중합 개시제를 혼합하여 단량체 조성물을 준비하는 단계 1이 수행된다.
여기서, 상기 아크릴산계 단량체, 중합성 항균 단량체 및 가교제에 대한 보다 구체적인 설명은 상술한 바를 참조하고, 상기 단계 1에서, 아크릴산계 단량체의 산성기의 적어도 일부가 염기성 물질과의 혼합에 의해 중화된다. 이에 따라, 상기 단량체 조성물은 산성기의 적어도 일부가 중화된 아크릴산계 단량체를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 아크릴산계 단량체를 중화시킬 수 있는 염기성 물질로는 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화암모늄 등과 같은 알칼리 물질이 사용될 수 있다. 그리고, 상기 염기성 물질은 물에 용해된 수용액의 상태로 단량체 조성물에 투입될 수 있다.
또한, 상기 아크릴산계 단량체의 중화도, 다시 말하여, 가교 중합체 제조 시 사용된 아크릴산계 단량체 총몰 기준 중화된 아크릴산계 단량체의 함량(몰%)은 40 내지 95 몰%, 또는 40 내지 80 몰%, 또는 45 내지 75 몰%일 수 있다. 상기 중화도가 지나치게 높으면 중화된 단량체가 석출되어 중합이 원활하게 진행되기 어려울 수 있으며, 반대로 중화도가 지나치게 낮으면 고분자의 흡수력이 크게 떨어질 뿐만 아니라 취급하기 곤란한 탄성 고무와 같은 성질을 나타내게 된다는 문제가 있다.
또한, 상기 단량체 조성물에서, 상기 중합성 항균 단량체는 상기 아크릴산계 단량체 100 중량부 대비 0.1 내지 1 중량부 함량으로 사용될 수 있다. 상기 중합성 항균 단량체가 상기 아크릴산계 단량체 100 중량부 대비 0.1 중량부 미만으로 사용되는 경우 충분한 항균 효과를 나타내기 어렵고, 상기 아크릴산계 단량체 100 중량부 대비 1 중량부 초과로 포함되는 경우 중합성 항균 단량체 내에 포함되어 있는 하이드록시기(OH)로 인하여 라디칼 중합 반응이 지연될 수 있고, 이에 따라 아크릴산계 단량체의 중합성이 저하되어 중합이 충분히 이루어지지 않거나 혹은 중합 시간이 길어질 우려가 있다.
보다 구체적으로, 상기 중합성 항균 단량체는 상기 아크릴산계 단량체 100 중량부 대비 0.2 중량부 이상, 0.3 중량부 이상, 0.4 중량부 이상, 또는 0.5 중량부 이상이면서, 1 중량부 이하의 함량으로 사용될 수 있다.
또한, 상기 단량체 조성물에서, 이러한 가교제는 상기 아크릴산계 단량체 100 중량부에 대하여 0.01 내지 1 중량부로 포함되어, 중합된 고분자를 가교시킬 수 있다. 가교제의 함량이 0.01 중량부 미만이면 가교에 따른 개선 효과가 미미하고, 가교제의 함량이 1 중량부를 초과하면 고흡수성 수지의 흡수능이 저하될 수 있다. 보다 구체적으로는 상기 가교제는 상기 아크릴산계 단량체 100 중량부 대비 0.2 중량부 이상, 0.3 중량부 이상, 0.4 중량부 이상, 또는 0.5 중량부 이상이면서, 1 중량부 이하의 양으로 포함될 수 있다.
또한, 상기 중합 개시제는 중합 방법에 따라 적절하게 선택될 수 있으며, 열중합 방법을 이용할 경우에는 열중합 개시제를 사용하고, 광중합 방법을 이용할 경우에는 광중합 개시제를 사용하며, 혼성 중합 방법(열 및 광을 모두 사용하는 방법)을 이용할 경우에는 열중합 개시제와 광중합 개시제를 모두 사용할 수 있다. 다만, 광중합 방법에 의하더라도, 자외선 조사 등의 광 조사에 의해 일정량의 열이 발생하고, 또한 발열 반응인 중합 반응의 진행에 따라 어느 정도의 열이 발생하므로, 추가적으로 열중합 개시제를 사용할 수도 있다.
상기 광중합 개시제는 자외선과 같은 광에 의해 라디칼을 형성할 수 있는 화합물이면 그 구성의 한정이 없이 사용될 수 있다.
상기 광중합 개시제로는 예를 들어, 벤조인 에테르(benzoin ether), 디알킬아세토페논(dialkyl acetophenone), 하이드록실 알킬케톤(hydroxyl alkylketone), 페닐글리옥실레이트(phenyl glyoxylate), 벤질디메틸케탈(Benzyl Dimethyl Ketal), 아실포스핀(acyl phosphine) 및 알파-아미노케톤(α-aminoketone)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 사용할 수 있다. 한편, 아실포스핀의 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.
상기 광중합 개시제는 상기 아크릴산계 단량체 100 중량부에 대하여 0.001 내지 1중량부로 포함될 수 있다. 이러한 광중합 개시제의 함량이 0.001 중량부 미만일 경우 중합속도가 느려질 수 있고, 광중합 개시제의 함량이 1중량부를 초과하면 고흡수성 수지의 분자량이 작고 물성이 불균일해질 수 있다. 보다 구체적으로는, 상기 광중합 개시제는 상기 아크릴산계 단량체 100 중량부에 대하여 0.005 중량부 이상, 또는 0.00625 중량부 이상이고, 0.5 중량부 이하, 또는 0.3 중량부 이하의 양으로 포함될 수 있다.
또 상기 중합 개시제로 열중합 개시제를 더 포함하는 경우, 상기 열중합 개시제로는 과황산염계 개시제, 아조계 개시제, 과산화수소 및 아스코르빈산으로 이루어진 개시제 군에서 선택되는 하나 이상을 사용할 수 있다. 구체적으로, 과황산염계 개시제의 예로는 과황산나트륨(Sodium persulfate; Na2S2O8), 과황산칼륨(Potassium persulfate; K2S2O8), 과황산암모늄(Ammonium persulfate;(NH4)2S2O8) 등이 있으며, 아조(Azo)계 개시제의 예로는 2, 2-아조비스-(2-아미디노프로판)이염산염(2, 2-azobis(2-amidinopropane) dihydrochloride), 2, 2-아조비스-(N, N-디메틸렌)이소부티라마이딘 디하이드로클로라이드(2,2-azobis-(N,N-dimethylene)isobutyramidine dihydrochloride), 2-(카바모일아조)이소부티로니트릴(2-(carbamoylazo)isobutylonitril), 2, 2-아조비스[2-(2-이미다졸린-2-일)프로판] 디하이드로클로라이드(2,2-azobis[2-(2-imidazolin-2-yl)propane] dihydrochloride), 4,4-아조비스-(4-시아노발레릭 산)(4,4-azobis-(4-cyanovaleric acid)) 등이 있다. 보다 다양한 열중합 개시제에 대해서는 Odian 저서인 'Principle of Polymerization(Wiley, 1981)', p. 203에 잘 명시되어 있으며, 상술한 예에 한정되지 않는다.
상기 열중합 개시제는 상기 아크릴산계 단량체 100 중량부에 대하여 0.001 내지 1중량부로 포함될 수 있다. 이러한 열중합 개시제의 함량이 0.001 중량부 미만이면 추가적인 열중합이 거의 일어나지 않아 열중합 개시제의 추가에 따른 효과가 미미할 수 있고, 열중합 개시제의 함량이 1중량부를 초과하면 고흡수성 수지의 분자량이 작고 물성이 불균일해질 수 있다. 보다 구체적으로 상기 열중합 개시제는 상기 아크릴산계 단량체 100 중량부에 대하여 0.005 중량부 이상, 또는 0.01 중량부 이상, 0.1 중량부 이상, 또는 0.125 중량부 이상이고, 0.5 중량부 이하, 또는 0.3 중량부 이하의 양으로 포함될 수 있다.
나아가, 필요에 따라 상기 단량체 조성물은 계면활성제, 증점제(thickener), 가소제, 보존안정제, 산화방지제 등의 첨가제가 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
또한, 상술한 단량체 조성물은 용매에 용해된 용액의 형태로 준비될 수 있다.
이 때 사용할 수 있는 상기 용매는 상술한 성분들을 용해할 수 있으면 그 구성의 한정이 없이 사용될 수 있으며, 예를 들어 물, 에탄올, 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 1,4-부탄디올, 프로필렌글리콜, 에틸렌글리콜모노부틸에테르, 프로필렌글리콜모노메틸에테르, 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트, 메틸에틸케톤, 아세톤, 메틸아밀케톤, 시클로헥사논, 시클로펜타논, 디에틸렌글리콜모노메틸에테르, 디에틸렌글리콜에틸에테르, 톨루엔, 크실렌, 부틸로락톤, 카르비톨, 메틸셀로솔브아세테이트 및 N, N-디메틸아세트아미드 등에서 선택된 1종 이상을 조합하여 사용할 수 있다. 상기 용매는 단량체 조성물의 총 함량에 대하여 상술한 성분을 제외한 잔량으로 포함될 수 있다.
다음으로, 상기 단량체 조성물을 열중합 또는 광중합하여 함수겔 중합체를 형성하는 단계 2가 수행된다.
여기서, 열중합 및 광중합 방법으로는, 상기 단량체 조성물을 중합하여 함수겔 중합체를 형성할 수 있는 통상적으로 사용되는 방법이면, 특별히 구성의 한정이 없다.
일례로, 상기 광중합은 60 내지 90℃, 또는 70 내지 80℃의 온도에서 3 내지 30 mW, 또는 10 내지 20 mW의 세기를 가지는 자외선을 조사함으로써 수행될 수 있다. 상기한 조건으로 광중합시 보다 우수한 중합 효율로 가교 중합체의 형성이 가능하다.
또, 상기 광중합을 진행하는 경우, 이동 가능한 컨베이어 벨트를 구비한 반응기 또는 일정 크기의 스테인레스 재질의 용기 내에서 진행될 수 있으나, 상술한 중합 방법은 일 예이며, 본 발명은 상술한 중합 방법에 한정되지 않는다.
또한, 상술한 바와 같이 이동 가능한 컨베이어 벨트를 구비한 반응기에서 광중합을 진행하는 경우, 통상 얻어지는 함수겔 중합체의 형태는 벨트의 너비를 가진 시트상의 함수겔 중합체일 수 있다. 이 때, 중합체 시트의 두께는 주입되는 단량체 조성물의 농도 및 주입속도에 따라 달라지나, 약 0.5 내지 약 5 cm의 두께를 가진 시트상의 중합체가 얻어질 수 있도록 단량체 조성물을 공급하는 것이 바람직하다. 시트상의 중합체의 두께가 지나치게 얇을 정도로 단량체 조성물을 공급하는 경우, 생산 효율이 낮아 바람직하지 않으며, 시트상의 중합체 두께가 5 cm를 초과하는 경우에는 지나치게 두꺼운 두께로 인해, 중합 반응이 전 두께에 걸쳐 고르게 일어나지 않을 수가 있다.
상기 단계 2로부터 얻어진 함수겔 중합체의 함수율은, 함수겔 중합체 총 중량에 대하여 약 40 내지 약 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 약 180℃까지 온도를 상승시킨 뒤 180℃에서 유지하는 방식으로 총 건조시간은 온도 상승단계 5 분을 포함하여 20 분으로 설정하여, 함수율을 측정한다.
한편, 상기 함수겔 중합체의 제조 후, 후속의 건조 및 분쇄 공정 수행에 앞서 제조된 함수겔 중합체를 분쇄하는 조분쇄 공정이 선택적으로 수행될 수 있다.
상기 조분쇄 공정은 후속의 건조 공정에서 건조 효율을 높이고, 제조되는 고흡수성 수지 분말의 입자 크기를 제어하기 위한 공정으로, 이때, 사용되는 분쇄기는 구성의 한정은 없으나, 구체적으로, 수직형 절단기(Vertical pulverizer), 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), 미트 초퍼(meat chopper) 및 원판식 절단기(Disc cutter)로 이루어진 분쇄 기기 군에서 선택되는 어느 하나를 포함할 수 있으나, 상술한 예에 한정되지 않는다.
상기 조분쇄 공정은 일례로, 상기 함수겔 중합체의 크기가 약 1 내지 약 10 mm로 되도록 수행될 수 있다. 함수겔 중합체의 입경이 1 mm 미만으로 분쇄하는 것은 상기 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 미미하다.
다음으로, 상기 단계 2에서 제조한 함수겔 중합체를 건조, 분쇄, 및 분급하여 가교 중합체를 포함하는 고흡수성 수지를 형성하는 단계 3이 수행된다.
상기 건조 방법은 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.
구체적으로 상기 건조는 약 100 내지 약 250℃의 온도에서 수행될 수 있다. 건조 온도가 100℃ 미만인 경우, 건조 시간이 지나치게 길어지고 최종 형성되는 고흡수성 수지의 물성이 저하될 우려가 있고, 건조 온도가 250℃를 초과하는 경우, 지나치게 중합체 표면만 건조되어, 추후 이루어지는 분쇄 공정에서 미분이 발생할 수도 있고, 최종 형성되는 고흡수성 수지의 물성이 저하될 우려가 있다. 따라서 바람직하게 상기 건조는 100℃ 이상, 또는 110℃ 이상이고, 200℃ 이하, 또는 180℃ 이하의 온도에서 진행될 수 있다.
이와 같은 건조 단계 진행 후의 중합체의 함수율은 약 5 내지 약 10 중량%일 수 있다.
한편, 상기 건조 공정 후에는 분쇄 공정이 수행된다. 상기 분쇄 공정은 중합체 분말, 즉 고흡수성 수지의 입자의 입경이 약 150 내지 약 850 ㎛이 되도록 수행될 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, 이에 한정되는 것은 아니다.
또, 상기와 같은 분쇄 단계 후, 최종 제품화되는 고흡수성 수지 분말의 물성을 관리하기 위해, 분쇄된 중합체 분말을 입경에 따라 분급하는 공정을 더 거칠 수도 있다.
상기한 공정의 결과로 수득되는 고흡수성 수지는 아크릴산계 단량체와 중합성 항균 단량체가 가교제를 매개로 가교 중합된 가교 중합체를 포함하는 미세 분말 형태를 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 고흡수성 수지는 150 내지 850 ㎛의 입경을 갖는 미세 분말 형태를 가질 수 있다.
다음으로, 상기 단계 3에서 제조한 고흡수성 수지를 추가 가교제의 존재 하에 열처리하여 표면 가교하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 단계를 통하여, 상기 가교 중합체 상에 추가 가교제를 매개로 상기 가교 중합체가 추가 가교된 표면 가교층을 더 포함하는 고흡수성 수지가 제조될 수 있다. 이때, 추가 가교제에 대한 설명은 상술한 바를 참조한다.
상기 표면 가교는 입자 내부의 가교결합 밀도와 관련하여 고흡수성 수지 표면 근처의 가교 결합 밀도를 증가시키는 단계이다. 일반적으로, 추가 가교제는 수지의 표면에 도포된다. 따라서, 이 반응은 수지 입자의 표면 상에서 일어나며, 이는 입자 내부에는 실질적으로 영향을 미치지 않으면서 입자의 표면 상에서의 가교 결합성은 개선시킨다. 따라서 표면 가교 결합된 고흡수성 수지는 내부에서보다 표면 부근에서 더 높은 가교 결합도를 갖는다.
또한 상기 추가 가교제는 상기 고흡수성 수지 100 중량부에 대하여 약 0.001 내지 약 5 중량부로 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 추가 가교제는 고흡수성 수지 100 중량부에 대하여 0.005 중량부 이상, 0.01 중량부 이상, 또는 0.05 중량부 이상이고, 5 중량부 이하, 4 중량부 이하, 또는 3 중량부 이하의 함량으로 사용될 수 있다. 추가 가교제의 함량 범위를 상술한 범위로 조절하여 우수한 흡수 제반 물성을 나타내는 고흡수성 수지를 제조할 수 있다.
또한, 상기 추가 가교제를 상기 고흡수성 수지와 혼합하는 방법에 대해서는 그 구성의 한정은 없다. 예를 들어, 추가 가교제와 고흡수성 수지를 반응조에 넣고 혼합하거나, 고흡수성 수지에 추가 가교제를 분사하는 방법, 연속적으로 운전되는 믹서에 고흡수성 수지와 추가 가교제를 연속적으로 공급하여 혼합하는 방법 등을 사용할 수 있다.
상기 표면 가교는, 상술한 추가 가교제가 고흡수성 수지를 약 80 내지 약 220℃ 온도에서 약 15 내지 약 100분 동안 가열시킴으로써 수행될 수 있다. 가교 반응 온도가 80℃ 미만일 경우 표면 가교 반응이 충분히 일어나지 않을 수 있고 220℃를 초과할 경우 과도하게 표면 가교 반응이 진행될 수 있다. 또한 가교 반응 시간이 15분 미만으로 지나치게 짧은 경우, 충분한 가교 반응을 할 수 없고, 가교 반응 시간이 100분을 초과하는 경우, 과도한 표면 가교 반응에 따라 입자 표면의 가교 밀도가 지나치게 높아져 물성 저하가 발생할 수 있다. 보다 구체적으로는 120℃ 이상, 또는 140℃ 이상이고, 200℃ 이하, 또는 180℃ 이하의 온도에서, 20분 이상, 또는 40분 이상이고, 70분 이하, 또는 60분 이하로 가열시킴으로서 진행될 수 있다.
상기 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, 본 발명이 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 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
한편, 나아가 상술한 고흡수성 수지를 포함하는 물품이 제공된다.
상기 물품은 흡수성 물품, 위생용품, 토양보수제, 토목용 지수재, 건축용 지수재, 육묘용 시트, 신선도 유지제, 찜질용 재료, 전기 절연체, 구강용 물품, 치아용 물품, 화장품용 물품 및 피부용 물품으로 구성되는 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.
이때, 상기 고흡수성 수지를 포함하는 위생용품으로는 어린이용 종이기저귀나, 성인용 기저귀 또는 생리대 등을 들 수 있다. 이러한 위생 용품은 흡수체 중에 상술한 일 구현예의 고흡수성 수지가 포함된다는 점을 제외하고는 통상적인 위생용품의 구성을 가질 수 있다.
이하, 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예들이 제시된다. 그러나 하기의 실시예들은 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 발명을 이들만으로 한정하는 것은 아니다.
제조예 A: 중합성 항균 단량체 1-1의 제조
Figure pat00018
하이드로퀴논(21 g, 19.1 mmol), 트리에틸아민(TEA, 38.7 g, 38.2 mmol)을 250 mL 둥근 바닥 플라스크에 넣고 테트라하이드로퓨란(THF) 150 mL에 용해시킨 다음 드라이 아이스와 아세톤을 이용해 ice bath에서 반응기의 온도를 -78 ℃로 내리고 아크릴로일 클로라이드(Acryloyl chloride, 17.3 g, 19.1 mmol)를 20 분 동안 천천히 반응 용액에 적가하였다. 반응 종료 후, 반응물을 에틸 아세테이트에 충분히 묽힌 뒤, EtOAc/brine로 수세하여 유기층을 분리하였다. 마그네슘 설페이트로 물을 제거하고 통과된 용액을 감압 하에 농축시킨 뒤, 헥산/에틸아세테이트 컬럼 크로마토그래피 분리법으로 정제하여 중합성 항균 단량체 1-1(25.7 g, 수율 82 %)을 수득하였다. 얻어진 중합성 항균 단량체 1-1의 1H NMR 스펙트럼을 도 1에 나타내었다.
MS[M+H]+ = 164.05
1H NMR (500 MHz, DMSO, δ [ppm]): 6.2 (dd, 1H, CH2=CH), 6.3 (dd, 1H, CH2=CH), 6.5 (dd, 1H, CH2=CH), 6.7 (d, 1H, Ar-H), 6.9 (d, 1H, Ar-H), 9.46 (s, 1H, OH).
제조예 B: 중합성 항균 단량체 1-2의 제조
Figure pat00019
레조르시놀(Resorcinol, 21 g, 19.1 mmol), 트리에틸아민(TEA, 38.7 g, 38.2 mmol)을 250 mL 둥근 바닥 플라스크에 넣고 테트라하이드로퓨란(THF) 150 mL에 용해시킨 다음 드라이 아이스와 아세톤을 이용해 ice bath에서 반응기의 온도를 -78 ℃로 내리고 아크릴로일 클로라이드(Acryloyl chloride, 17.3 g, 19.1 mmol)를 20 분 동안 천천히 반응 용액에 적가하였다. 반응 종료 후, 반응물을 에틸 아세테이트에 충분히 묽힌 뒤, EtOAc/brine로 수세하여 유기층을 분리하였다. 마그네슘 설페이트로 물을 제거하고 통과된 용액을 감압 하에 농축시킨 뒤, 헥산/에틸아세테이트 컬럼 크로마토그래피 분리법으로 정제하여 중합성 항균 단량체 1-2(22.3 g, 수율 71 %)을 수득하였다.
MS[M+H]+ = 164.05
1H NMR (500 MHz, DMSO, δ [ppm]): 6.2 (dd, 1H, CH2=CH), 6.3 (dd, 1H, CH2=CH), 6.5 (dd, 1H, CH2=CH), 6.4 (d, 1H, Ar-H), 6.6 (d, 1H, Ar-H), 9.89 (s, 1H, OH).
실시예 - 고흡수성 수지 조성물의 제조
실시예 1
(단계 1) 교반기, 질소 투입기, 온도계를 장착한 3L 유리 용기에 아크릴산 100 g, 가교제로 폴리에틸렌글리콜 디아크릴레이트(Mn= 575) 0.25 g, 광개시제로 페닐비스(2,4,6-트리메틸벤조일)-페닐포스핀 옥사이드 0.00625 g, 열개시제로 과황산나트륨(Sodium persulfate; SPS) 0.125 g, 40% 수산화나트륨 용액 100 g 및 상기 제조예 A에서 제조한 중합성 항균 단량체 1-1 0.2 g을 첨가하여 질소를 연속적으로 투입하면서 단량체 조성물을 제조하였다. 이때, 상기 아크릴산 및 상기 중합성 항균 단량체 1-1의 중화도는 70 몰%였다.
(단계 2) 이후, 상기 단량체 조성물을 가로 250 mm, 세로 250 mm, 높이 30 mm의 스테인레스 재질의 용기에 가하고 80℃ UV 챔버에서 자외선을 60초 동안 조사(조사량: 10 mV/cm2)하여 중합 후 2분간 aging시켜 시트 형태의 함수겔 중합체를 제조하였다.
(단계 3) 제조된 함수겔 중합체를 3 cm * 3 cm 크기로 크기로 자른 다음, 미트 쵸퍼(meat chopper)에 투입하여 중합체를 분쇄하여 1 mm 내지 10 mm 크기를 갖는 함수겔 입자 가루(crumb)를 얻었다. 이후, 얻어진 가루를 600 ㎛의 구멍 크기를 갖는 스테인레스 와이어 거즈 위에 약 30 mm 두께로 펼쳐 놓고 120℃ 열풍 오븐에서 11 시간 동안 건조하였다. 이렇게 얻어진 건조 중합체를 분쇄기를 사용하여 분쇄하고, ASTM 규격의 표준 망체로 분급하여 150 내지 850 ㎛의 입자 크기를 갖는 베이스 수지를 얻었고, 이를 고흡수성 수지로 하였다.
실시예 2
상기 실시예 1에서 상기 제조예 A에서 제조한 중합성 항균 단량체 1-1을 0.5 g 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여 고흡수성 수지를 제조하였다.
실시예 3
상기 실시예 1에서 상기 제조예 A에서 제조한 중합성 항균 단량체 1-1을 1.0 g 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여 고흡수성 수지를 제조하였다.
실시예 4
상기 실시예 1에서 상기 제조예 A에서 제조한 중합성 항균 단량체 1-1 대신 상기 제조예 B에서 제조한 중합성 항균 단량체 1-2를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여 고흡수성 수지를 제조하였다.
실시예 5
상기 실시예 4에서 상기 제조예 B에서 제조한 중합성 항균 단량체 1-2를 0.5 g 사용한 것을 제외하고는, 실시예 4와 동일한 방법을 사용하여 고흡수성 수지를 제조하였다.
실시예 6
상기 실시예 4에서 상기 제조예 B에서 제조한 중합성 항균 단량체 1-2를 1.0 g 사용한 것을 제외하고는, 실시예 4와 동일한 방법을 사용하여 고흡수성 수지를 제조하였다.
비교예 1
상기 실시예 1에서 중합성 항균 단량체 1-1을 사용하지 않은 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여 고흡수성 수지를 제조하였다.
참조예 1
상기 실시예 1에서 상기 제조예 A에서 제조한 중합성 항균 단량체 1-1을 0.05 g 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여 고흡수성 수지를 제조하였다.
실험예 1
상기 실시예 및 비교예에서 제조한 고흡수성 수지에 대하여, 다음과 같은 방법으로 물성을 평가하였고, 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다.
다르게 표기하지 않는 한, 하기 물성 평가는 모두 항온항습(23±1℃, 상대습도 50±10%)에서 진행하였고, 생리식염수 또는 염수는 0.9 중량% 염화나트륨(NaCl) 수용액을 의미한다.
(1) 대장균에 대한 항균 특성 평가
상기 실시예 및 비교예에서 제조한 고흡수성 수지 2 g을 250 cell culture flask에 넣은 후, 시험 미생물인 대장균(E.coli, ATCC 25922)이 3000±300 CFU/ml로 접종된 인공뇨 50 ml를 주입하였다. 이후, 상기 고흡수성 수지가 인공뇨 용액을 충분히 흡수할 수 있도록 약 1분간 섞어주었고, 용액이 충분히 흡수된 수지는 겔의 형태를 보이는데, 이를 35℃가 유지되는 incubator(JEIO TECH 사)서 12 시간 동안 배양하였다. 배양이 완료된 시료에 0.9 wt% NaCl solution을 150 mL 추가하여 약 1분간 Shaking 하였고, 이 희석 용액을 Agar medium plate에 도말하였다. 이후 Colony counting이 가능하도록 Serial dilution을 진행하며, 이 과정에서 0.9 wt% NaCl solution을 이용하였다. 정균 성능은 희석 농도를 고려하여, 초기 농도의 미생물 농도(Co, CFU/mL) 계산한 후 하기 수학식 1에 대장균(E.coli, ATCC 25922)의 정균 감소율(%)을 계산하였고, 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다.
[수학식 1]
Figure pat00020
상기 식에서,
Csample는 정균 물질을 함유한 고흡수성 수지의 배양액에서의 미생물 농도(Co)이고,
CReference는 정균 물질을 함유하지 않은 비교예 1의 고흡수성 수지의 배양액에서의 미생물 농도(Co)이다.
이때, 상기 항균 특성 평가에 사용되는 인공뇨는 하기와 같이 제조되었다.
먼저, 1000 mL 플라스크에 하기 표 1에 기재된 시약을 기재된 중량대로 넣고 1000 mL 눈금까지 물을 채운 다음 혼합하여 Stock solution을 제조하고, 100 mL 플라스크에 하기 표 2에 기재된 시약을 기재된 중량대로 넣고 20 mL 눈금까지 물을 채운 다음 혼합하여 Cationic solution을 제조하고, 100 mL 플라스크에 하기 표 3에 기재된 시약을 기재된 중량대로 넣고 100 mL 눈금까지 물을 채운 다음 혼합하여 Urea/glucose solution을 제조하였다.
다음으로, 제조된 Stock solution과 Cationic solution을 고압멸균기를 이용하여 120℃에서 15 분 동안 멸균 후 상온까지 충분히 식히고, 제조된 Urea/glucose solution을 0.22 ㎛ syringe filter(Hydrophilic, Sartorius stedim 사 제조)를 이용하여 불순물을 제거하였다.
이후, Stock solution 940 mL, Cationic solution 10 mL 및 Urea/glucose solution 50 mL를 충분히 혼합하여 인공뇨를 제조하였다. 제조된 인공뇨는 통상적으로 냉장 보관하여 2주 동안 사용 가능하고, 2주가 지난 인공뇨는 실험에 사용하지 않았다.
Stock solution
시약명 중량 (g)
Sodium chloride 8.7660
Potassium phosphate dibasic trihydrate 4.5644
Sodium dihydrogen phosphate (dihydrate) 1.5602
Ammonium chloride 2.6745
Sodium sulfate decahydrate 6.4440
Lactic acid (85% in H2O) 0.5299
Yeast extract 20.0000
Cationic solution
시약명 중량 (g)
Magnesium chloride(hexahydrate) 1.2198
Calcium chloride (dihydrate) 0.8821
Urea/glucose solution
시약명 중량 (g)
Urea 36.0360
D-glucose 0.1802
(2) 원심분리 보수능(CRC: Centrifuge Retention Capacity)
유럽부직포산업협회(European Disposables and Nonwovens Association, EDANA) 규격 EDANA WSP 241.3에 따라, 각 실시예 및 비교예의 고흡수성 수지 각각의 무하중하 흡수 배율에 의한 원심분리 보수능을 측정하였다.
구체적으로, 고흡수성 수지 W0(g) (약 0.2g)을 부직포제의 봉투에 균일하게 넣고 밀봉(seal)한 후, 상온에서 생리식염수(0.9 중량% 염화나트륨 수용액)에 침수시켰다. 30 분 경과 후, 원심 분리기를 이용하여 250G의 조건 하에서 상기 봉투로부터 3 분간 물기를 빼고, 봉투의 무게 W2(g)을 측정하였다. 또, 수지를 이용하지 않고 동일한 조작을 한 후에 그때의 무게 W1(g)을 측정하였다. 얻어진 각 질량을 이용하여 다음과 같은 식에 따라 CRC(g/g)를 산출하여, 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다.
[수학식 2]
CRC (g/g) = {[W2(g) - W1(g)]/W0(g)} - 1
상기 수학식 2에서,
W0(g)는 고흡수성 수지의 초기 무게(g)이고,
W1(g)는 고흡수성 수지를 사용하지 않고, 생리 식염수에 상기 봉투를 30 분 동안 침수하여 흡수시킨 다음, 원심분리기를 사용하여 250G로 3분간 탈수한 후에 측정한 봉투의 무게이고,
W2(g)는 상온에서 생리 식염수에 고흡수성 수지를 30 분 동안 침수하여 흡수시킨 다음, 원심분리기를 사용하여 250G로 3분간 탈수한 후에, 고흡수성 수지를 포함하여 측정한 봉투의 무게이다.
항균
단량체
종류		 항균
단량체의
함량1) 		대장균에 대한
항균 특성		 고흡수성 수지
물성
CFU/mL
SUE		 Log CFU/mL
SUE		 정균
감소율
(%)		 CRC
(g/g)
실시예 1 1-1 0.2 1.0E+04 4.01 99.18 34.5
실시예 2 1-1 0.5 1.1E+03 3.05 99.91 37.1
실시예 3 1-1 1.0 4.6E+02 2.66 99.96 37.8
실시예 4 1-2 0.2 1.1E+04 4.06 99.09 34.2
실시예 5 1-2 0.5 1.8E+03 3.25 99.86 37.0
실시예 6 1-2 1.0 9.4E+02 2.97 99.93 37.6
비교예 1 1-1 0 1.2E+06 6.10 0 32.7
참조예
1		 1-1 0.05 8.4E+05 5.92 32.75 33.0
1) 아크릴산 단량체 100 중량부 대비 중량부
상기 표 4를 참조하면, 실시예의 고흡수성 수지는 아크릴산계 단량체 중합 시 중합성 항균 단량체를 사용하지 않은 비교예 1의 고흡수성 수지 및 중합성 항균 단량체가 아크릴산 단량체 100 중량부 대비 0.05 중량부 사용된 참조예 1의 고흡수성 수지 대비 향상된 원심분리 보수능(CRC)을 나타내면서 동시에 그람음성균 중 하나인 대장균에 대해 우수한 항균성을 나타냄을 확인할 수 있다.

Claims (14)

  1. 산성기를 포함하고 상기 산성기의 적어도 일부가 중화된 아크릴산계 단량체; 하기 화학식 1로 표시되는 중합성 항균 단량체; 및 가교제;의 가교 중합체를 포함하는,
    고흡수성 수지:
    [화학식 1]
    Figure pat00021

    상기 화학식 1에서,
    R1 내지 R3는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 4의 알킬, 또는 카르복실기(COOH)이고,
    L은 단일 결합, 또는 탄소수 6 내지 60의 아릴렌이고,
    A는 탄소수 6 내지 60의 방향족 고리이고,
    여기서, 상기 아릴렌 및 방향족 고리는 각각 독립적으로 비치환되거나, 또는 하이드록시, 탄소수 1 내지 10의 알킬 및 탄소수 1 내지 10의 알콕시로 구성되는 군으로부터 선택되는 1개 이상의 치환기로 치환된다.
  2. 제1항에 있어서,
    R1 내지 R3는 각각 독립적으로 수소, 메틸, 또는 카르복실기인,
    고흡수성 수지.
  3. 제1항에 있어서,
    L은 단일 결합, 페닐렌, 또는 나프틸렌인,
    고흡수성 수지.
  4. 제1항에 있어서,
    A는 벤젠 또는 나프탈렌 고리이고,
    여기서, 상기 벤젠 및 나프탈렌 고리는 각각 독립적으로 비치환되거나, 또는 하이드록시, 탄소수 1 내지 10의 알킬 및 탄소수 1 내지 10의 알콕시로 구성되는 군으로부터 선택되는 1개 내지 3개의 치환기로 치환되는,
    고흡수성 수지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 중합성 항균 단량체는 하기 화학식 1-1 내지 1-3 중 어느 하나로 표시되는,
    고흡수성 수지:
    [화학식 1-1]
    Figure pat00022

    [화학식 1-2]
    Figure pat00023

    [화학식 1-3]
    Figure pat00024

    상기 화학식 1-1 내지 1-3에서,
    L'는 단일 결합, 페닐렌, 또는 나프틸렌이고,
    R은 하이드록시, 탄소수 1 내지 10의 알킬, 또는 탄소수 1 내지 10의 알콕시이고,
    a는 0 내지 3의 정수이고,
    a가 2 이상인 경우 2개 이상의 R은 서로 동일하거나 또는 상이하고,
    R1 내지 R3는 제1항에서 정의한 바와 같다.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 중합성 항균 단량체는 하기로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나인,
    고흡수성 수지:

    Figure pat00025

    Figure pat00026

    Figure pat00027

    Figure pat00028

    Figure pat00029

    Figure pat00030

    Figure pat00031

    Figure pat00032

    Figure pat00033

    Figure pat00034

    .
  7. 제1항에 있어서,
    상기 가교 중합체 내에 상기 중합성 항균 단량체는 상기 아크릴산계 단량체 100 중량부 대비 0.1 내지 1 중량부 함량으로 포함되는,
    고흡수성 수지.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 고흡수성 수지는 그람음성균 및 그람양성균 중 적어도 하나에 항균성을 나타내는,
    고흡수성 수지.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 그람음성균은 프로테우스 미라빌리스(Proteus mirabilis), 또는 대장균(Escherichia coli)이고,
    상기 그람양성균은 엔터로코쿠스 페칼리스(Enterococcus faecalis)인,
    고흡수성 수지.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 고흡수성 수지는 EDANA 법 WSP 241.3에 따라 측정한 생리 식염수(0.9 중량% 염화나트륨 수용액)에 대한 30 분 동안의 원심분리 보수능(CRC)이 20 내지 45 g/g인,
    고흡수성 수지.
  11. 산성기를 포함하는 아크릴산계 단량체, 하기 화학식 1로 표시되는 중합성 항균 단량체, 가교제 및 중합 개시제를 혼합하여 단량체 조성물을 준비하는 단계(단계 1);
    상기 단량체 조성물을 중합하여 함수겔 중합체를 형성하는 단계(단계 2); 및
    상기 함수겔 중합체를 건조, 분쇄 및 분급하는 단계(단계 3)를 포함하는,
    고흡수성 수지의 제조 방법:
    [화학식 1]
    Figure pat00035

    상기 화학식 1에서,
    R1 내지 R3는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 4의 알킬, 또는 카르복실기(COOH)이고,
    L은 단일 결합; 또는 탄소수 6 내지 60의 아릴렌이고,
    A는 탄소수 6 내지 60의 방향족 고리이고,
    여기서, 상기 아릴렌 및 방향족 고리는 비치환되거나, 또는 하이드록시, 탄소수 1 내지 10의 알킬 및 탄소수 1 내지 10의 알콕시로 구성되는 군으로부터 선택되는 1개 이상의 치환기로 치환된다.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 중합성 항균 단량체는 상기 아크릴산계 단량체 100 중량부 대비 0.1 내지 1 중량부 함량으로 사용되는,
    고흡수성 수지의 제조 방법.
  13. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 고흡수성 수지를 포함하는 물품.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 물품은 흡수성 물품, 위생용품, 토양보수제, 토목용 지수재, 건축용 지수재, 육묘용 시트, 신선도 유지제, 찜질용 재료, 전기 절연체, 구강용 물품, 치아용 물품, 화장품용 물품 및 피부용 물품으로 구성되는 군으로부터 선택되는 1종 이상인, 물품.
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