WO2013019086A2 - 고흡수성 물질이 코팅된 실의 제조방법 - Google Patents

고흡수성 물질이 코팅된 실의 제조방법 Download PDF

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코오롱인더스트리 주식회사
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    • D06M2101/36—Aromatic polyamides

Definitions

  • the present invention relates to a method of manufacturing a yarn coated with a super absorbent material, and more particularly, to minimize the decrease in strength and elongation of the seal due to the coating of the super absorbent material, and to improve productivity and reduce energy.
  • the present invention relates to a method for producing a yarn coated with an absorbent material.
  • Yarns coated with superabsorbent materials can be used to make cables for optical communications, in which case they function as reinforcing members and water blocking members.
  • U.S. Pat.No. 5,100,397, U.S. Pat.No.6,319,558, and U.S. Pat.No.6,284,367 provide a coating or coating of an aqueous solution comprising a water-soluble crosslinkable polymer. After impregnation, a method of converting the water-soluble polymer into a water-insoluble superabsorbent material by crosslinking the water-soluble polymer is proposed.
  • This method requires that the yarn undergo a high temperature heat treatment for a long time in order to crosslink the water-soluble polymer, which is not crosslinked at all, to a degree sufficient to form a high level of water-insoluble material.
  • a high temperature heat treatment is performed for a long time, damage to the yarn is caused, which causes a decrease in strength and elongation of the yarn.
  • the decrease in strength and elongation of the yarn to be used as reinforcement for the optical cable is fatal.
  • the longer the heat treatment time of the high temperature is economically disadvantageous, such as productivity is lowered and energy use is increased.
  • the present invention relates to a method of manufacturing a yarn coated with a super absorbent material which can prevent the problems caused by the above limitations and disadvantages of the related art.
  • One aspect of the present invention is to provide a method of manufacturing a yarn coated with a super absorbent material which can minimize the decrease in strength and elongation of the seal due to the coating of the super absorbent material and can improve productivity and reduce energy.
  • preparing a semi-crosslinked superabsorbent precursor dispersed solution (semi-crosslinked superabsorbent precursor dispersed solution)-wherein the semi-crosslinked superabsorbent material precursor is 20 to 80% crosslinking degree A polymer having a polymer which is finally converted to a super absorbent material through further crosslinking; Coating a seal with the dispersion; And heating the yarn coated with the dispersion such that the superabsorbent material precursor is completely crosslinked to form a superabsorbent material.
  • the superabsorbent material to the yarn according to the method of the present invention will not only have satisfactory absorbency because the superabsorbent material can be provided sufficiently and uniformly to the yarn, but also cause environmental problems during its manufacture. No hazardous substances are generated.
  • the time required for the high temperature heat treatment process is minimized, thereby minimizing the decrease in strength and elongation of the seal, and at the same time improving productivity and saving energy.
  • the method includes preparing a dispersion of semi-crosslinked superabsorbent material precursor, coating the yarn with the dispersion, and heating the yarn coated with the dispersion.
  • the term 'crosslinked superabsorbent material precursor' refers to a polymer having a degree of crosslinking of 20 to 80%, which is converted into a superabsorbent material only through further crosslinking. That is, the semi-crosslinked superabsorbent material precursor itself does not have the high absorbency required for the waterproofing material but has a water-insoluble property because it has a crosslinking degree of 20 to 80%.
  • the degree of crosslinking is less than 20%, there is a limit to alleviating the heating conditions of the subsequent heat treatment process, and due to heat treatment under severe conditions, it is not possible to significantly reduce the strength and elongation of the yarn.
  • the degree of crosslinking exceeds 80%, the viscosity of the dispersion becomes too high, making it impossible to uniformly impregnate the precursor in the yarn.
  • a monomer having a carboxylic acid group and / or a sulfonic acid group for example acrylic acid, methacrylic acid, 2-acrylamido-2-methylpropane sulfonic acid, or a mixture thereof is dissolved in water.
  • An aqueous solution comprising 0.1 to 50% by weight of monomer is prepared.
  • the monomer is partially neutralized such that at least some of the acid groups, for example 20 to 80 mole%, are present as alkali metal salts such as sodium, potassium and the like.
  • Alkali metal hydroxides such as sodium hydroxide can be used as suitable neutralizing agents.
  • the aqueous solution may include alkylol methacrylamide, iron salt, aluminum salt, zirconium salt, or a mixture thereof as a crosslinking agent.
  • Suitable monomers that can be used to obtain semi-crosslinked precursors include acrylamide, methacrylamide, maleic acid, maleic anhydride, hydroxyethyl acrylate, hydroxypropyl acrylate, hydroxyethyl methacrylate, hydroxy Propyl methacrylate, glycidyl methacrylate, dimethylaminoalkylmethacrylate, and dimethylaminopropyl acrylamide.
  • the semi-crosslinked superabsorbent material precursor By slowly stirring the aqueous solution at a temperature of 150 °C for 1 to 24 hours, it is possible to prepare a dispersion of semi-crosslinked superabsorbent material precursor. Since the semi-crosslinked superabsorbent material precursor is insoluble in water, the semi-crosslinked superabsorbent material precursor is not dissolved in water, which is a dispersion medium, and is uniformly dispersed therein.
  • the precursor content in the dispersion is 0.1 to 50% by weight. If the content of the precursor is less than 0.1% by weight, it is difficult to control the degree of crosslinking of the precursor, and it is difficult to impart high absorbency to the yarn. On the other hand, if the content of the precursor exceeds 50% by weight, there is a problem in that the coating is not uniform and workability is difficult because the viscosity is too high.
  • the semi-crosslinked superabsorbent material precursor of the present invention has a mean particle diameter of 1 to 1,000 nm.
  • the average particle diameter may be obtained by measuring the particle diameter ten times using a laser particle size analyzer (LS230, Culter, USA) and then averaging the measured values.
  • the semi-crosslinked superabsorbent material precursor is i) polyacrylic acid, ii) polymethacrylic acid, iii) copolymer of acrylic acid and acrylamide, or iv) derivatives thereof.
  • crosslinking agent is added to the aqueous solution of the monomer, through the above semi-crosslinking process, only a part of the crosslinking agent may participate in the crosslinking reaction, and the rest may remain in the resulting dispersion without participating in the crosslinking reaction.
  • the yarn is coated with the dispersion to impregnate the dispersion into the yarn.
  • Various coating methods can be used, such as a painting method, a rolling method, a printing method (ie, dot printing method), a spray method, a brush method, a swabbing method, or a dip coating method.
  • the yarn may comprise a continuous multifilament.
  • the multifilament is a high strength multifilament.
  • the yarns of the present invention may be formed of aramid, ultra high molecular weight polyethylene, or polybenzoxazole.
  • the yarn may comprise a continuous aramid multifilament consisting of 1 to 20,000 monofilaments and having a linear density of 50 to 1,500 denier.
  • One multifilament may constitute a yarn alone, but a plurality of multifilaments may be spliced together to form one yarn.
  • the yarn coated with the dispersion is heated so that the semi-crosslinked precursor impregnated in the yarn can be fully crosslinked to form a superabsorbent material having satisfactory absorbency.
  • the heating step may be performed by passing a continuous multifilament through a heating unit.
  • the temperature of the heat supply portion that is, the heating temperature is 100 to 150 ° C.
  • the time taken for the predetermined portion of the continuous multifilament to pass through the heat supply portion that is, the heating time is 10 to 30 seconds.
  • the heating temperature and / or heating time may be adjusted according to the degree of crosslinking of the superabsorbent material precursor impregnated in the multifilament. That is, the higher the degree of crosslinking may lower the heating temperature or reduce the heating time.
  • the heating conditions required for crosslinking to a degree sufficient to convert a polymer that is not crosslinked into a water-insoluble material having a high level of absorbency can be carried out under even more relaxed conditions, i.e. under low heating temperatures and / or short heating times.
  • the time required for the high temperature heat treatment process can be minimized to minimize the decrease in strength and elongation of the seal, and the manufacturing speed can be increased to achieve productivity improvement and energy saving.
  • the present invention can lower the heat treatment temperature, it has the advantage that it is possible to provide a super absorbent material even to many kinds of other substrates that can be destroyed by high temperature heat treatment.
  • Distilled water was added to 30% by weight aqueous solution of sodium polyacrylate (SUBLOC-1000, hydroxyl polymer) to prepare a 10% aqueous solution of sodium polyacrylate, which was stirred at 150 ° C. for 30 minutes to obtain a high crosslinking degree of 50%.
  • a dispersion of absorbent material precursor was prepared.
  • the dispersion was impregnated with the dispersion by dipping continuous aramid multifilament into the dispersion. Subsequently, the multifilament was passed through an oven maintained at 150 ° C., but a predetermined portion of the multifilament was allowed to pass through the oven in 20 seconds to complete a yarn coated with a super absorbent material.
  • a dispersion of the superabsorbent material precursor was prepared in the same manner as in Example 1 except that the sodium polyacrylate aqueous solution was stirred at 150 ° C. for 20 minutes so that the superabsorbent material precursor had a crosslinking degree of 20%. This dispersion was then used to complete a yarn coated with a superabsorbent material in the same manner as in Example 1.
  • a dispersion of the superabsorbent material precursor was prepared in the same manner as in Example 2. Subsequently, the dispersion was impregnated with the dispersion by dipping continuous aramid multifilament into the dispersion. Subsequently, the multifilament was passed through an oven maintained at 150 ° C., but a predetermined portion of the multifilament was allowed to pass through the oven in 30 seconds to complete a yarn coated with a super absorbent material.
  • a dispersion of the superabsorbent material precursor was prepared in the same manner as in Example 1 except that the sodium polyacrylate aqueous solution was stirred at 150 ° C. for 40 minutes so that the superabsorbent material precursor had a degree of crosslinking of 80%. This dispersion was then used to complete a yarn coated with a superabsorbent material in the same manner as in Example 1.
  • a dispersion of the superabsorbent material precursor was prepared in the same manner as in Example 4. Subsequently, the dispersion was impregnated with the dispersion by dipping continuous aramid multifilament into the dispersion. Subsequently, the multifilament was passed through an oven maintained at 150 ° C., but a predetermined portion of the multifilament was allowed to pass through the oven in 10 seconds to complete a yarn coated with a super absorbent material.
  • a dispersion of the superabsorbent material precursor was prepared in the same manner as in Example 1 except that the sodium polyacrylate aqueous solution was stirred at 200 ° C. for 60 minutes to make the superabsorbent material precursor have a degree of crosslinking of 90%. This dispersion was then used to complete a yarn coated with a superabsorbent material in the same manner as in Example 5.
  • Distilled water was added to 30% by weight aqueous solution of sodium polyacrylate (SUBLOC-1000, hydroxyl polymer) to prepare a final solution of sodium polyacrylate at a concentration of 10%.
  • aqueous solution was impregnated into the multifilament by dipping the continuous aramid multifilament into the aqueous solution.
  • the multifilament was passed through an oven maintained at 150 ° C., but a predetermined portion of the multifilament was allowed to pass through the oven in 30 seconds to complete a yarn coated with a super absorbent material.
  • A is the weight of the sample measured in the state of excess water removed after dipping in distilled water
  • B is the weight of the sample measured after hot air drying.
  • Coating layer uniformity on the yarn was indirectly confirmed from the error of the coating layer content ratio.
  • W1 is the weight of the sample before the coating layer is removed
  • W2 is the weight of the sample from which the coating layer is removed.
  • X is the standard deviation of the coating layer content ratio and Y is the average of the coating layer content ratio.

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Abstract

고흡수성 물질의 코팅에 따른 실의 강도 및 신율 저하를 최소화함과 더불어 생산성 향상 및 에너지 절감을 꾀할 수 있는 고흡수성 물질이 코팅된 실의 제조방법이 개시된다. 본 발명의 제조방법은 반가교된 고흡수성 물질 전구체의 분산액(semi-crosslinked superabsorbent precursor dispersed solution)을 준비하는 단계 - 여기서, 상기 반가교된 고흡수성 물질 전구체는 20 내지 80%의 가교도를 가진 폴리머로서 추가적인 가교(further crosslinking)를 통해 비로소 고흡수성 물질로 변환되는 폴리머임 -, 상기 분산액으로 실을 코팅하는 단계, 및 상기 고흡수성 물질 전구체가 완전 가교되어 고흡수성 물질이 형성될 수 있도록, 상기 분산액으로 코팅된 실을 가열하는 단계를 포함한다.

Description

고흡수성 물질이 코팅된 실의 제조방법
본 발명은 고흡수성 물질이 코팅된 실의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는, 고흡수성 물질의 코팅에 따른 실의 강도 및 신율 저하를 최소화함과 더불어 생산성 향상 및 에너지 절감을 꾀할 수 있는 고흡수성 물질이 코팅된 실의 제조방법에 관한 것이다.
고흡수성 물질이 코팅된 실은 광통신용 케이블의 제조에 사용될 수 있는데, 이 경우 보강재(reinforcing member) 및 방수재(water blocking member)로서 기능을 한다.
고흡수성 물질이 코팅된 실의 제조방법 중 하나로서, 물에 분산되어 있는 불수용성의 고흡수성 물질을 실에 함침시킨 후 건조 공정을 수행하는 방법이 있다. 그러나, 이 방법에 의하면, 높은 점도로 인한 함침성 저하로 인해 만족할만한 흡수성을 갖는 실이 제조될 수 없다.
함침성 향상을 위한 방법이 미국특허 제5,635,569호에 개시되어 있다. 이것에 의하면, 수성상(aqueous phase) 중에 고흡수성 물질을 포함하는 유중수 에멀젼(water-in-oil emulsion)을 실에 함침시킨 후 건조 공정을 수행함으로써 고흡수성 물질이 코팅된 실이 제조된다. 그러나, 이 방법도 역시 중대한 결점을 갖는다. 즉, 상기 건조 공정 중에 이소헥사데칸(isohexadecane)과 같은 환경문제 유발 물질이 방출되기 때문에 이러한 유해 물질의 처리를 위한 부가적인 장치 및 비용이 더 요구된다.
위 문제를 해결하기 위하여, 미국특허 제5,100,397호, 미국특허 제6,319,558호, 및 미국특허 제6,284,367호는 수용성의 가교가능한(crosslinkable) 폴리머를 포함하는 수용액(aqueous solution)을 기재(substrate)에 코팅 또는 함침시킨 후 열처리 공정을 통해 상기 수용성 폴리머를 가교시킴으로써 불수용성의 고흡수성 물질로 변화시키는 방법을 각각 제안하고 있다.
이러한 방법은, 전혀 가교되지 않은 상기 수용성 폴리머를 높은 레벨의 흡수성을 갖는 불수용성 물질이 형성되기에 충분한 정도로 가교시키기 위하여, 실이 장시간 동안 고온의 열처리 과정을 거칠 것을 요구한다. 그러나, 고온의 열처리가 장시간 동안 수행되면 실에 손상이 유발되고, 이것은 실의 강도 및 신율 저하를 야기한다. 광케이블의 보강재로 사용될 실의 강도 및 신율 저하는 치명적이다. 더욱이, 고온의 열처리 시간이 길어질수록 생산성이 저하되고 에너지 사용이 증가되는 등 경제적으로도 불리하다.
따라서, 본 발명은 위와 같은 관련 기술의 제한 및 단점들에 기인한 문제점들을 방지할 수 있는 고흡수성 물질이 코팅된 실의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 관점은, 고흡수성 물질의 코팅에 따른 실의 강도 및 신율 저하를 최소화함과 더불어 생산성 향상 및 에너지 절감을 꾀할 수 있는 고흡수성 물질이 코팅된 실의 제조방법을 제공하는 것이다.
위에서 언급된 본 발명의 관점들 외에도, 본 발명의 다른 특징 및 이점들이 이하에서 설명되거나, 그러한 설명으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
위와 같은 본 발명의 일 관점에 따라, 반가교된 고흡수성 물질 전구체의 분산액(semi-crosslinked superabsorbent precursor dispersed solution)을 준비하는 단계 - 여기서, 상기 반가교된 고흡수성 물질 전구체는 20 내지 80%의 가교도를 가진 폴리머로서 추가적인 가교(further crosslinking)를 통해 비로소 고흡수성 물질로 변환되는 폴리머임 -; 상기 분산액으로 실을 코팅하는 단계; 및 상기 고흡수성 물질 전구체가 완전 가교되어 고흡수성 물질이 형성될 수 있도록, 상기 분산액으로 코팅된 실을 가열하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고흡수성 물질이 코팅된 실의 제조방법이 제공된다.
위와 같은 본 발명에 대한 일반적 서술은 본 발명을 예시하거나 설명하기 위한 것일 뿐으로서, 본 발명의 권리범위를 제한하지 않는다.
본 발명의 방법에 따라 고흡수성 물질을 실에 제공하면, 고흡수성 물질이 실에 충분히 그리고 균일하게 제공될 수 있기 때문에 실이 만족할만한 흡수성을 가지게 될 뿐만 아니라, 그 제조 과정에서 환경문제를 야기할만한 유해물질이 전혀 발생되지 않는다. 더욱이, 고온의 열처리 과정에 소요되는 시간이 최소화되어 실의 강도 및 신율 저하를 최소화함과 더불어 생산성 향상 및 에너지 절감을 동시에 꾀할 수 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 고흡수성 물질이 코팅된 실의 제조방법을 상세하게 설명한다.
본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명의 다양한 변경 및 변형이 가능하다는 점은 당업자에게 자명할 것이다. 따라서, 본 발명은 특허청구범위에 기재된 발명 및 그 균등물의 범위 내에 드는 변경 및 변형을 모두 포함한다.
본 발명의 방법은, 반가교된 고흡수성 물질 전구체의 분산액을 준비하는 단계, 상기 분산액으로 실을 코팅하는 단계, 및 상기 분산액으로 코팅된 실을 가열하는 단계를 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 용어인 '반가교된 고흡수성 물질 전구체'는 20 내지 80%의 가교도를 가진 폴리머로서 추가적인 가교(further crosslinking)를 통해 비로소 고흡수성 물질로 변환되는 폴리머를 의미한다. 즉, 상기 반가교된 고흡수성 물질 전구체는 그 자체로는 방수재에 요구되는 높은 흡수성을 갖지 못하지만 20 내지 80%의 가교도를 가지기 때문에 수불용성 특성(water-insoluble property)을 갖는다.
상기 가교도가 20% 미만이면 후속의 열처리 공정의 가열 조건을 완화시키는데 한계가 있고, 가혹한 조건 하에서의 열처리로 인해 실의 강도 및 신율 저하를 유의미하게 감소시킬 수 없다. 반면, 상기 가교도가 80%를 초과하면 상기 분산액의 점도가 지나치게 높아져 상기 전구체를 실에 균일하게 함침시키는 것이 불가능하게 된다는 문제점이 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 카르복실산기 및/또는 술폰산기를 갖는 단량체, 예를 들어 아크릴산, 메타크릴산, 2-아크릴아미도-2-메틸프로판 설폰산, 또는 이들의 혼합물을 물에 녹여 0.1 내지 50 중량%의 단량체를 포함하는 수용액을 제조한다. 이어서, 상기 단량체를 부분적으로 중화시킴으로써 상기 산기(acid group)들의 적어도 일부, 예를 들어 20 내지 80 몰%가 나트륨, 칼륨 등의 알칼리 금속 염으로 존재하도록 한다. 수산화나트륨과 같은 알칼리 금속 수산화물이 적당한 중화제로서 사용될 수 있다. 상기 수용액은 알킬올 메타크릴아미드, 철염, 알루미늄염, 지르코늄염, 또는 이들의 혼합물을 가교제로서 포함할 수 있다.
반가교된 전구체를 얻기 위하여 사용될 수 있는 다른 유용한 단량체로는 아크릴아미드, 메타크릴아미드, 말레산, 말레산 무수물, 하이드록시에틸 아크릴레이트, 하이드록시프로필 아크릴레이트, 하이드록시에틸 메타크릴레이트, 하이드록시프로필 메타크릴레이트, 글리시딜메타크릴레이트, 디메틸아미노알킬메타크릴레이트, 및 디메틸아미노프로필 아크릴아미드가 있다.
상기 수용액을 150℃의 온도에서 1~24 시간 동안 천천히 교반시켜줌으로써, 반가교된 고흡수성 물질 전구체의 분산액을 제조할 수 있다. 반가교된 고흡수성 물질 전구체는 불수용성이기 때문에 분산매인 물에 녹지 않고 그 안에 균일하게 분산된 상태로 존재하게 된다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 분산액 내의 전구체 함량은 0.1 내지 50 중량%이다. 상기 전구체의 함량이 0.1 중량% 미만이면 전구체의 가교도 조절이 어려울 뿐만 아니라 실에 고흡수성을 부여하기 어려운 문제가 있다. 반면, 상기 전구체의 함량이 50 중량%를 초과하면 점도가 너무 높기 때문에 코팅이 균일하지 않고 작업성이 어려운 문제가 있다.
본 발명의 반가교된 고흡수성 물질 전구체는 1 내지 1,000nm의 평균입자직경(mean particle diameter)을 갖는다. 상기 평균입자직경은 레이저 입도 분석기(laser particle size analyzer: LS230, Culter, USA)를 이용하여 입자 직경을 10회 측정 후 그 측정값들을 평균함으로써 얻어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 반가교된 고흡수성 물질 전구체는 i) 폴리아크릴산, ii) 폴리메타크릴산, iii) 아크릴산과 아크릴아미드의 공중합체, 또는 iv) 이들의 유도체이다.
상기 단량체의 수용액에 가교제가 첨가되었다면, 위와 같은 반가교 공정을 통해 상기 가교제의 일부만이 가교 반응에 참여하고 그 나머지는 가교 반응에 참여하지 않은 상태로 결과물인 분산액에 남아있을 수 있다.
반가교된 고흡수성 물질 전구체의 분산액이 준비되면, 상기 분산액을 실에 함침시키기 위하여 상기 분산액으로 실을 코팅한다. 페인팅법, 롤링법, 프린팅법(즉, 도트 프린팅법), 스프레이법, 브러쉬법, 스와빙법(swabbing), 또는 딥 코팅법(dip coating)과 같은 다양한 코팅 방법이 사용될 수 있다.
상기 실은 연속상의 멀티필라멘트를 포함할 수 있다. 특히, 보강재로서의 기능을 고려할 때, 상기 멀티필라멘트는 고강도 멀티필라멘트인 것이 바람직하다. 따라서, 본 발명의 실은 아라미드, 초고분자량 폴리에틸렌, 또는 폴리벤즈옥사졸로 형성될 수 있다.
선택적으로, 상기 실은, 1 내지 20,000개의 모노필라멘트들로 이루어지고 50 내지 1,500 데니어의 선밀도를 갖는 연속상의 아라미드 멀티필라멘트를 포함할 수 있다. 하나의 멀티필라멘트가 단독으로 실을 구성할 수도 있지만, 복수 개의 멀티필라멘트들이 합사되어 하나의 실을 구성할 수도 있다.
코팅이 완료되면, 실에 함침되어 있는 반가교 전구체가 완전 가교되어 만족할만한 흡수성을 갖는 고흡수성 물질이 형성될 수 있도록, 상기 분산액으로 코팅된 실을 가열한다.
상기 가열 단계는 연속상 멀티필라멘트를 열공급부(heating unit)를 통과시킴으로써 수행될 수 있다. 상기 열공급부의 온도, 즉 가열 온도는 100 내지 150℃이며, 상기 연속상 멀티필라멘트의 소정 부분이 상기 열공급부를 통과하는데 걸리는 시간, 즉 가열 시간은 10 내지 30 초이다.
멀티필라멘트에 함침되어 있는 상기 고흡수성 물질 전구체의 가교도에 따라 상기 가열 온도 및/또는 가열 시간이 조절될 수 있다. 즉, 상기 가교도가 높을수록 가열 온도를 낮추거나 가열 시간을 줄일 수 있다.
본 발명에 의하면, 멀티필라멘트에 함침되어 있는 고흡수성 물질 전구체가 반가교된 상태이기 때문에, 전혀 가교되지 않은 폴리머를 높은 레벨의 흡수성을 갖는 불수용성 물질로 전환시키기에 충분한 정도로 가교시키는데 요구되는 가열 조건보다 더욱 완화된 조건, 즉 낮은 가열 온도 및/또는 짧은 가열 시간의 조건 하에서 가열 공정이 수행될 수 있다. 그 결과, 고온의 열처리 과정에 소요되는 시간이 최소화되어 실의 강도 및 신율 저하가 최소화되고, 제조 속도가 증가되어 생산성 향상 및 에너지 절감이 달성될 수 있다. 또한, 본 발명은 열처리 온도를 낮출 수 있으므로, 고온의 열처리에 의해 파괴될 수 있는 많은 종류의 다른 기재까지에도 고흡수성 물질을 제공할 수 있다는 장점을 갖는다.
이하에서는 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명의 효과를 더욱 구체적으로 살펴보도록 한다. 아래에서 예시되는 실시예들은 단지 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로서 본 발명의 권리범위를 제한하지 않는다.
실시예 1
30중량%의 나트륨 폴리아크릴레이트 수용액(SUBLOC-1000, 수산고분자)에 증류수를 첨가하여 최종 10% 농도의 나트륨 폴리아크릴레이트 수용액을 제조하고 이것을 150℃에서 30분간 교반함으로써 50%의 가교도를 갖는 고흡수성 물질 전구체의 분산액을 제조하였다.
상기 분산액에 연속상의 아라미드 멀티필라멘트를 디핑함으로써 상기 멀티필라멘트에 상기 분산액을 함침시켰다. 이어서, 상기 멀티필라멘트를 150℃로 유지되는 오븐을 통과시키되, 상기 멀티필라멘트의 소정 부분이 상기 오븐을 20초에 통과하도록 함으로써 고흡수성 물질이 코팅된 실을 완성하였다.
실시예 2
상기 나트륨 폴리아크릴레이트 수용액을 150℃에서 20분간 교반함으로써 상기 고흡수성 물질 전구체가 20%의 가교도를 갖도록 하였다는 것을 제외하고는 위 실시예 1과 동일한 방법으로 고흡수성 물질 전구체의 분산액을 제조하였다. 이어서, 이 분산액을 이용하여 실시예 1과 동일한 방법으로 고흡수성 물질이 코팅된 실을 완성하였다.
실시예 3
위 실시예 2와 동일한 방법으로 고흡수성 물질 전구체의 분산액을 제조하였다. 이어서, 상기 분산액에 연속상의 아라미드 멀티필라멘트를 디핑함으로써 상기 멀티필라멘트에 상기 분산액을 함침시켰다. 이어서, 상기 멀티필라멘트를 150℃로 유지되는 오븐을 통과시키되, 상기 멀티필라멘트의 소정 부분이 상기 오븐을 30초에 통과하도록 함으로써 고흡수성 물질이 코팅된 실을 완성하였다.
실시예 4
상기 나트륨 폴리아크릴레이트 수용액을 150℃에서 40분간 교반함으로써 상기 고흡수성 물질 전구체가 80%의 가교도를 갖도록 하였다는 것을 제외하고는 위 실시예 1과 동일한 방법으로 고흡수성 물질 전구체의 분산액을 제조하였다. 이어서, 이 분산액을 이용하여 실시예 1과 동일한 방법으로 고흡수성 물질이 코팅된 실을 완성하였다.
실시예 5
위 실시예 4와 동일한 방법으로 고흡수성 물질 전구체의 분산액을 제조하였다. 이어서, 상기 분산액에 연속상의 아라미드 멀티필라멘트를 디핑함으로써 상기 멀티필라멘트에 상기 분산액을 함침시켰다. 이어서, 상기 멀티필라멘트를 150℃로 유지되는 오븐을 통과시키되, 상기 멀티필라멘트의 소정 부분이 상기 오븐을 10초에 통과하도록 함으로써 고흡수성 물질이 코팅된 실을 완성하였다.
비교예 1
상기 나트륨 폴리아크릴레이트 수용액을 200℃에서 60분간 교반함으로써 상기 고흡수성 물질 전구체가 90%의 가교도를 갖도록 하였다는 것을 제외하고는 위 실시예 1과 동일한 방법으로 고흡수성 물질 전구체의 분산액을 제조하였다. 이어서, 이 분산액을 이용하여 실시예 5와 동일한 방법으로 고흡수성 물질이 코팅된 실을 완성하였다.
비교예 2
30중량%의 나트륨 폴리아크릴레이트 수용액(SUBLOC-1000, 수산고분자)에 증류수를 첨가하여 최종 10% 농도의 나트륨 폴리아크릴레이트 수용액을 제조하였다. 이어서, 상기 수용액에 연속상의 아라미드 멀티필라멘트를 디핑함으로써 상기 멀티필라멘트에 상기 수용액을 함침시켰다. 이어서, 상기 멀티필라멘트를 150℃로 유지되는 오븐을 통과시키되, 상기 멀티필라멘트의 소정 부분이 상기 오븐을 30초에 통과하도록 함으로써 고흡수성 물질이 코팅된 실을 완성하였다.
비교예 3
상기 오븐의 온도가 200℃로 유지 것을 제외하고는 위 비교에 2와 동일한 방법으로 고흡수성 물질이 코팅된 실을 완성하였다.
위와 같이 제조된 실시예 1-5 및 비교예 1-3의 실들의 흡수성, 강도, 신율, 및 코팅층 균일도를 아래의 방법에 의해 각각 측정하였고, 그 결과를 아래의 표 1에 나타내었다.
실의 흡수성 측정
실 샘플 2g을 취해서 2cm 정도의 균일한 길이로 절단한 후 20℃의 증류수 500mL에 각각 2분씩 침지시켰다. 원심분리(2000 rpm, 1 min)를 통해 완전히 젖은 샘플들로부터 과량의 물을 제거하였다. 과량의 물이 제거된 샘플들의 무게를 각각 측정한 후, 상기 샘플들을 110℃의 오븐에서 24시간 동안 열풍건조시켰다. 건조된 샘플들의 무게를 각각 측정한 후, 아래의 식 1을 이용하여 실의 흡수성을 산출하였다.
식 1: 실의 흡수성(%) = [(A-B)/B] × 100
여기서, A는 증류수에 침지된 후 과량의 물이 제거된 상태에서 측정된 샘플의 무게이고, B는 열풍건조 후 측정된 샘플의 무게이다.
실의 강도 및 신율 측정
ASTM D885 규정에 따라 인스트론 시험기(Instron Engineering Corp., Canton, Mass)에서 길이가 25cm인 시료가 파단될 때까지 인장시킨 후, 파단 점에서의 강도와 신율을 구하였다. 이때, 인장속도는 300mm/분이었고, 초 하중은 섬도×1/30g이었다. 이러한 공정을 5회 반복한 후 그 평균값을 구하였다.
코팅층 균일도 측정
실 상의 코팅층 균일도는 코팅층 함량 비율의 오차로부터 간접적으로 확인하였다.
먼저, 지관에 감긴 실을 풀어서 1m 간격으로 10g씩 10개의 시료를 취하고, 각 시료를 105℃에서 2시간 동안 건조시킨 후 무게를 측정하였다. 건조된 시료를 CCl4로 처리함으로써 코팅층이 제거되고 아라미드 멀티필라멘트만 남은 시료를 얻었다. 이 시료를 105℃에서 2시간 동안 건조시킨 후 무게를 측정하였다. 이어서, 아래의 식 2를 이용하여 각 시료의 코팅층 함량 비율을 산출하였다.
식 2: 코팅층의 함량 비율(%) = [(W1-W2)/W1] × 100
여기서, W1은 코팅층이 제거되기 전의 시료 무게이고, W2는 코팅층이 제거된 시료의 무게이다.
이렇게 산출된 시료들의 코팅층 함량 비율들로부터 그 평균 및 오차를 각각 구한 후, 아래의 식 3을 이용하여 코팅층 함량 비율의 오차를 산출하였다.
식 3: 코팅층 함량 오차(%) = (X/Y) × 100
여기서, X는 코팅층 함량 비율의 표준편차이고, Y는 코팅층 함량 비율의 평균이다.
표 1
흡수성 (%) 강도 (gf/d) 신율 (%) 코팅층 함량 오차 (%)
실시예 1 261 21 2.72 10.21
실시예 2 254 21 2.73 8.90
실시예 3 259 20 2.58 7.68
실시예 4 225 21 2.69 11.36
실시예 5 220 22 2.85 12.01
비교예 1 191 22 2.76 29.96
비교예 2 113 20 2.50 5.61
비교예 3 133 19 2.43 6.06

Claims (8)

  1. 반가교된 고흡수성 물질 전구체의 분산액(semi-crosslinked superabsorbent precursor dispersed solution)을 준비하는 단계 - 여기서, 상기 반가교된 고흡수성 물질 전구체는 20 내지 80%의 가교도(degree of crosslinking)를 가진 폴리머로서 추가적인 가교(further crosslinking)를 통해 비로소 고흡수성 물질로 변환되는 폴리머임 -;
    상기 분산액으로 실을 코팅하는 단계; 및
    상기 고흡수성 물질 전구체가 완전 가교되어 고흡수성 물질이 형성될 수 있도록, 상기 분산액으로 코팅된 실을 가열하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고흡수성 물질이 코팅된 실의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 반가교된 고흡수성 물질 전구체는 1 내지 1,000nm의 평균입자직경(mean particle diameter)을 갖는 것을 특징으로 하는 고흡수성 물질이 코팅된 실의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 실은 연속상 멀티필라멘트(endless multifilament)를 포함하고,
    상기 가열 단계는 상기 연속상 멀티필라멘트를 열공급부(heating unit)를 통과시킴으로써 수행되고,
    상기 열공급부는 100 내지 150℃로 유지되며,
    상기 연속상 멀티필라멘트의 소정 부분이 상기 열공급부를 통과하는데 걸리는 시간이 10 내지 30 초인 것을 특징으로 하는 고흡수성 물질이 코팅된 실의 제조방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 연속상 멀티필라멘트는 아라미드 멀티필라멘트인 것을 특징으로 하는 고흡수성 물질이 코팅된 실의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 반가교된 고흡수성 물질 전구체는 i) 폴리아크릴산, ii) 폴리메타크릴산, iii) 아크릴산과 아크릴아미드의 공중합체, 또는 iv) 이들의 유도체인 것을 특징으로 하는 고흡수성 물질이 코팅된 실의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 분산액은 분산매로서 물을 포함하는 것을 특징으로 하는 고흡수성 물질이 코팅된 실의 제조방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 분산액은 가교제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고흡수성 물질이 코팅된 실의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 가교제는 알킬올 메타크릴아미드, 철염, 알루미늄염, 지르코늄염, 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 고흡수성 물질이 코팅된 실의 제조방법.
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