WO2017026623A1 - 고흡수성 수지의 제조 방법 - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a super absorbent polymer having a porous structure and exhibiting excellent gel strength.
  • Super Absorbent Polymer is a synthetic polymer material capable of absorbing water of 500 to 1,000 times its own weight. It is named after Absorbent Gel Mater i al). Such super absorbent polymers have been put into practical use as sanitary instruments, and are currently used in sanitary products such as paper diapers and sanitary napkins for children, horticultural soil repair agents, civil engineering, building index materials, seedling sheets, and food fresheners. , And widely used as a material for steaming.
  • these superabsorbent polymers are widely used in the field of sanitary products such as diapers and sanitary napkins, and for this purpose, it is necessary to exhibit a high rate of absorption for moisture, and even under some pressure, black is uniform even under external pressure. It is necessary to show the rate of absorption above the level.
  • the superabsorbent resin In order to improve the absorption rate by increasing the absorption surface area of the superabsorbent resin, a lot of pores are formed in the superabsorbent resin to absorb moisture quickly, or the superabsorbent resin is made of small particles to make contact surface area with water. You can think of ways to improve this.
  • the former method a method of manufacturing a super absorbent polymer using a blowing agent or the like has been introduced.
  • the bubbles generated by the blowing agent are super absorbent polymers. It was not contained sufficiently in it, and it was very difficult to control the pore size formed in the superabsorbent resin by known methods.
  • the present invention provides a method for producing a super absorbent polymer having a porous structure and exhibiting excellent gel strength.
  • At least a portion of the monomer mixture comprising a water-soluble ethylenically unsaturated monomer having a neutralized acidic group, a carbonate, a volatile organic solvent, a surfactant and a bubble accelerator in the presence of an internal crosslinking agent to cross-polymerize the hydrogel polymer Forming a; Drying, pulverizing and classifying the hydrogel polymer to form a base resin powder; And in the presence of a surface crosslinking agent, further crosslinking the surface of the base resin powder to form a surface crosslinking layer.
  • the manufacturing method according to the embodiment may provide a superabsorbent polymer having a porous structure showing excellent gel strength by using carbonate and a volatile organic solvent together as a blowing agent.
  • a blowing agent at least one selected from the group consisting of magnesium carbonate, calcium carbonate, sodium bicarbonate, sodium carbonate, potassium bicarbonate and potassium carbonate may be used.
  • an organic solvent having a boiling point of 15 ° C. to 80 ° C. may be used as the volatile organic solvent which is another one of the blowing agents. More specifically, such volatile organic solvents include structural isomers of pentane and nucleic acids.
  • Structural isomers acetone, methanol, ethanol or combinations thereof can be used.
  • the volatile organic solvent and carbonate used as the blowing agent may be used in an amount of 0.001 to 0.5% by weight based on the total monomer mixture, respectively, to provide a super absorbent polymer having a porous structure exhibiting excellent gel strength.
  • the manufacturing method according to the embodiment can implement a porous structure showing excellent gel strength by using the above-described blowing agent in combination with a surfactant and a bubble promoter.
  • the surfactant may be used in an amount of 0.00001 to 0.00100% by weight based on the total monomer mixture.
  • an inorganic acid aluminum salt and / or an organic acid aluminum salt may be used as the bubble promoter.
  • Such bubble promoters can be used in 0.001 to 1% by weight based on the total monomer mixture.
  • the monomer mixture comprising these components can be polymerized in a thermal polymerization manner to form pores of the polymer due to vaporization of the volatile organic solvent.
  • the monomer mixture may be cross-polymerized in the temperature range of about 40 to 90 ° C for sufficient vaporization of the volatile organic solvent and polymerization of the effective monomer.
  • the surface crosslinking agent is ethylene glycol, propylene glycol, 1,4-butanedi, 1,6-nucleic acid diol, 1,2-nucleic acid diol, 1,3-nucleic acid diol, 2 1 selected from the group consisting of -methyl-1, 3-propanediol, 2,5-nucleic acid diol, 2-methyl-1,3_pentanediol, 2-methyl _2,4-pentanedi, tripropylene glycol and glycerol Species or more polyols; Or one or more carbonate-based compounds selected from the group consisting of ethylene carbonate and propylene carbonate can be used.
  • Such surface crosslinkers may be used in amounts of 0.01 to 3% by weight, based on the total weight of the total base resin powder.
  • the surface crosslinking layer may be formed in the presence of at least one inorganic material consisting of silica (si li ca), clay (cl ay), alumina silica-alumina composite, titania, zinc oxide and aluminum sulfate. Can be formed.
  • the surface crosslinking layer may be formed at a temperature of 100 to 250 ° C.
  • the superabsorbent polymer provided through the manufacturing method according to the embodiment may exhibit excellent water retention, pressure absorption and fluid permeability due to the porous structure exhibiting excellent gel strength. More specifically, the super absorbent polymer has a centrifugal water retention capacity (CRC) of 29 to 35 g / g for physiological saline, and a pressure absorption capacity (AUL) of 0.9 ps i for physiological saline to 17 to 21 g / g.
  • CRC centrifugal water retention capacity
  • AUL pressure absorption capacity
  • the pressure absorption capacity (0.3 psi gel AUL) of the superabsorbent polymer, measured by swelling in physiological saline for 5 minutes under a pressure of 0.3 ps i and removing residual liquid under vacuum, with a vortex time of 30 to 50 seconds is 18 to 21 g / g may represent a characteristic.
  • the method for preparing a super absorbent polymer according to an embodiment of the present invention may provide a super absorbent polymer having excellent gel strength but having a porous structure and showing an excellent absorption rate.
  • Such superabsorbent polymers are excellent in physical properties such as water-retaining ability, pressure-absorbing ability, and liquid permeability.
  • 1 to 3 are schematic diagrams of exemplary devices for measuring gel bed permeability and components included in the devices.
  • At least a portion of the monomer mixture comprising a water-soluble ethylenically unsaturated monomer having a neutralized acidic group, a carbonate, a volatile organic solvent, a surfactant, and a bubble accelerator is cross-polymerized in the presence of an internal crosslinking agent to form a hydrogel polymer.
  • the superabsorbent resin may exhibit a markedly improved absorption rate due to the improved absorption area, and at the same time, exhibit excellent properties such as excellent absorbency under pressure and liquid permeability due to the excellent gel strength.
  • the water-soluble ethylenically unsaturated monomer acrylic acid, methacrylic acid, maleic anhydride, fumaric acid, crotonic acid, itaconic acid, 2-acryloylethane sulfonic acid, 2-methacrylo 2-ethanesulfonic acid, 2-
  • alkali metal salts such as acrylic acid or salts thereof, for example, acrylic acid and / or sodium salts of which at least a portion of acrylic acid is neutralized may be used, and such monomers may be used for superabsorbent polymers having superior physical properties. Manufacturing becomes possible.
  • acrylic acid may be neutralized with a basic compound such as caustic soda (NaOH).
  • NaOH caustic soda
  • the degree of neutralization of the water-soluble ethylenically unsaturated monomer may be adjusted to about 50 to 95 mol% black to about 60 to 85 mol%, and within this range to obtain a superabsorbent polymer having excellent water-retaining ability without fear of precipitation during neutralization.
  • Can provide ,
  • the concentration of the water-soluble ethylenically unsaturated monomer is about 20 to about 60% by weight, based on the total monomer mixture including each of the raw materials and the solvent, which will be described later. It may be 30 to about 50% by weight, and may be an appropriate concentration in consideration of the polymerization time and reaction conditions.
  • concentration of the monomer is too low, the yield of the super absorbent polymer may be low and may cause problems in economic efficiency.
  • too high some of the monomers may be precipitated or the grinding efficiency may be low when the polymerized hydrogel polymer is pulverized, and process problems may occur, and the physical properties of the super absorbent polymer may be reduced.
  • the monomer mixture is cross-polymerized in the presence of a blowing agent to form a hydrogel polymer.
  • a blowing agent to form a hydrogel polymer.
  • a carbonate and a volatile organic solvent are used as the blowing agent to provide a polymer having a porous structure and exhibiting excellent gel strength.
  • one of the blowing agents is magnesium carbonate, calcium carbonate, sodium bicarbonate, sodium carbonate, potassium bicarbonate. and it may be at least one selected from the group consisting of acid used Carl volume (potassium carbonate).
  • the volatile organic solvent which is another one of the blowing agents one capable of being vaporized during crosslinking polymerization of the monomer mixture to form pores in the polymer may be used.
  • an organic solvent having a boiling point of 15 ° C. to 80 ° C. may be used as the volatile organic solvent.
  • volatile organic solvents include structural isomers of pentane (eg, n-pentane (boiling point: 36.0 ° C.) and 2-methylbutane (boiling point: 27.7 ° C.)), structural isomers of nucleic acid (eg, 2, 3- Dimethylbutane (boiling point: 58.0 ° C), 2, 2-dimethylbutane (boiling point: 49.7 ° C)), acetone (boiling point: 56.5 ° C), methanol (boiling point: 64.7 ° C) and ethanol (boiling point: 78.37 ° C) ), And the like.
  • the volatile organic solvent any one of the above-mentioned organic solvents may be used, or two or more organic solvents may be used.
  • the concentration of the carbonate may be 0.001 to 0.5% by weight based on the total monomer mixture
  • the concentration of the volatile organic solvent is based on the total monomer mixture It may be 0.001 to 0.5% by weight.
  • the pore size and porosity of the polymer may be optimized to significantly improve the absorption surface area of the super absorbent polymer. In addition, it can exhibit excellent gel strength despite the porous structure of the polymer.
  • the carbonate and the volatile organic solvent may be used in a weight ratio of 1: 1 to 1: 2, thereby optimizing the above-described effects, thereby exhibiting excellent absorbency under pressure and fast absorption rate.
  • the superabsorbent polymer having a porous structure capable of exhibiting the high gel strength may be implemented by using the blowing agent together with a surfactant and a bubble promoter.
  • a surfactant various surfactants known in the art may be used as long as they can induce stable bubble generation of the blowing agent.
  • Non-limiting examples of the surfactant include anionic surfactants, nonionic surfactants, cationic surfactants and positive can be used, the interface at least one surface active agent of the active agent.
  • anionic surfactant examples include fatty acid salts such as mixed fatty acid sodium soap, semi-fat fatty acid sodium soap, sodium stearate soap, potassium oleate soap and castor oil potassium soap; Alkyl sulfate ester salts such as sodium lauryl sulfate, higher alcohol sodium sulfate, sodium lauryl sulfate, and lauryl sulfate triethanolamine; Alkyl benzene sulfonates such as sodium dodecyl benzene sulfonate; Alkyl naphthalene sulfonates, such as sodium alkyl naphthalene sulfonate; Alkyl sulfo sulfates, such as sodium dialkyl sulfosuccinate; Alkyl diphenyl ether disulfonates, such as alkyl diphenyl ether disulfonate; Alkyl phosphates, such as alkyl potassium stearate soap,
  • cationic and amphoteric surfactants include alkylamine salts such as coconut amine acetate and stearylamine acetate; lauryl trimethyl ammonium chloride, stearyl trimethyl ammonium chlorite, cetyltrimethylammonium chloride and distearyl dimethyl Quaternary ammonium salts such as ammonium chloride and alkyl benzyl dimethylammonium chloride; alkyl betaines such as lauryl betaine, stearyl betaine and lauryl carboxymethyl hydroxyethylimidazolinium betaine; Amine oxides, such as lauryl dimethyl amine oxide, etc. are mentioned.
  • one or more of the fluorine-based surfactant and the organometallic surfactant may be used as the surfactant.
  • the fluorine-based surfactant and the organometallic surfactant may function as anionic surfactants, nonionic surfactants, cationic surfactants, and amphoteric surfactants depending on the type of hydrophilic group. Such surfactants can stably disperse bubbles in the monomer mixture for a long time.
  • fluorine-based surfactants that can be used are fluoroalkyl (C2-C10) Carboxylic acid, 3- [fluoroalkyl (C6-C11) oxy] -1-alkyl (C3-C4) sodium sulfonate, bisphosphate (N-perfluorooctylsulfonyl-N-ethylaminoethyl),
  • the organometallic surfactant means a compound containing an organometal such as Si, Ti, Sn, Zr, Ge in the main chain.
  • organometallic surfactants that can be used include polysiloxanes containing polyethers as side chains as silicone-based surfactants. More specifically, as the silicone-based surfactant, polysiloxane rounds containing polyethers as side chains may be used. Among them, a silicone-based surfactant having a structure in which a polyether side chain such as poly (ethylene oxide) or poly (propylene oxide) is bonded to a polydimethylsi loxane skeleton may be used.
  • surfactants examples include OFX-0190 Fluid (PEG / PPG-18 / 18 Dimethicone), OFX-0193 Fluid (PEG-12 Dimethicone) and OFX-5220 Fluid (PEG / PPG-17 / 18 Dimethicone from Xiameter (R). ); OFX-5324 Fluid (PEG-12 Dimethicone) etc. are mentioned.
  • the silicone surfactant is used as the surfactant, the flowability of the super absorbent polymer may be improved due to the lubrication action of the silicone surfactant.
  • the concentration of the surfactant may be adjusted to about 0.00001 to 0.00100% by weight relative to the total monomer mixture.
  • the bubble promoter may be used to promote the foaming of the blowing agent to optimize the degree of foaming.
  • the bubble accelerator inorganic acid aluminum salts such as aluminum sulfate, aluminum chloride, or the like, or organic acid aluminum salts such as aluminum lactate, aluminum oxalic acid, aluminum citric acid, aluminum uric acid, and the like may be used.
  • the concentration of the bubble promoter may be from 0.001 to 1 weight 3 ⁇ 4> with respect to the whole monomer mixture.
  • any internal crosslinking agent having a crosslinkable functional group which has been conventionally used in the production of superabsorbent polymers, can be used without particular limitation.
  • a multifunctional acrylate compound having a plurality of ethylene oxide groups may be used as the internal crosslinking agent in order to introduce an appropriate crosslinking structure into the base resin powder to improve the properties of the superabsorbent polymer.
  • Such internal crosslinkers include polyethylene glycol diacrylate (PEGDA), glycerin diacrylate, glycerin triacrylate, unmodified or ethoxylated trimethylolpropane triacrylate (TMPTA), nucleic acid diol diacrylate, And triethyleneglycol diacrylate.
  • PEGDA polyethylene glycol diacrylate
  • TMPTA ethoxylated trimethylolpropane triacrylate
  • nucleic acid diol diacrylate ethoxylated trimethylolpropane triacrylate
  • triethyleneglycol diacrylate ethoxylated trimethylolpropane triacrylate
  • the monomer mixture may further include a polymerization initiator generally used in the preparation of a super absorbent polymer.
  • a thermal polymerization method may be employed to prepare a porous polymer through vaporization of a volatile organic solvent.
  • the monomer mixture may further include a thermal polymerization initiator.
  • thermal polymerization initiator one or more selected from the group consisting of persulfate-based initiators, azo-based initiators, hydrogen peroxide and ascorbic acid may be used.
  • persulfate-based initiator sodium persul fate; Na23 ⁇ 408
  • potassium persulfate Potass ium persul fate;.
  • ammonium persulfate (Ammonium persul fate; (NH 4 ) 2 S 2 0 8 )
  • examples of azo initiators include 2, 2-azobis- (2-amidinopropane) dihydrochloride ⁇ ⁇ -azobi s ⁇ -amidinopropane) di hydrochlor ide), 2, 2—azo Bis— ( ⁇ , ⁇ _ dimethylene) isobutyramidine dihydrochloride ⁇ ⁇ -azobi s- ⁇ N- lO dimethylene) isobutyramidine di hydrochloride), 2-
  • the thermal polymerization initiator may be included in a concentration of about 0.001 to about 0.5% by weight relative to the monomer mixture.
  • concentration of the thermal polymerization initiator is too low, additional thermal polymerization hardly occurs, so that the effect of the addition of the thermal polymerization initiator may be insignificant.
  • concentration of the thermal polymerization initiator is too high, the molecular weight of the superabsorbent polymer may be low and the physical properties may be uneven. have.
  • the monomer mixture may further include a photopolymerization initiator.
  • the photopolymerization initiator may be used without any limitation as long as it is a compound capable of forming radicals by light such as ultraviolet rays.
  • photopolymerization initiator examples include benzoin ether, dialkyl acetophenone, hydroxyl alkylketone, phenyl glyoxylate, and benzyl dimethyl ketal. Ketal), acyl phosphine (acyl phosphine) and alpha-aminoketone ( ⁇ - aminoketone) may be used at least one selected from the group consisting of. Meanwhile, as an example of acylphosphine, commercially available lucirin TP0, that is, 2,4,6_trimethyl-benzoyl-trimethyl phosphine oxide (2,4,6-trimethyl-benzoyl-trimet; hyl phosphine oxide) may be used. Can be. A wider variety of photoinitiators are well specified in Reinhold Schwalm lm, "UV Coatings: Basics, Recent Developments and New Application (Elsevier 2007)" pll5, and are not limited to the examples described above.
  • the photopolymerization initiator may be included in a concentration of about 0.001% to about 1.0% by weight based on the monomer mixture.
  • concentration of such a photoinitiator is too high If it is low, the polymerization rate may be slow. If the concentration of the photopolymerization initiator is too high, the molecular weight of the superabsorbent polymer may be low and the physical properties may be uneven.
  • the monomer mixture may further include additives such as thickeners, plasticizers, preservative stabilizers, antioxidants, and the like, as necessary.
  • Raw materials such as the above-mentioned water-soluble ethylenically unsaturated monomers, blowing agents, surfactants, bubble accelerators, polymerization initiators, internal crosslinking agents and additives may be prepared in a dissolved form in a solvent.
  • the solvent that can be used at this time can be used without limitation as long as it can dissolve the above-mentioned components, for example, water, ethanol, ethylene glycol diethylene glycol, triethylene glycol, 1,4-butanediol, propylene Glycol Ethylene Glycol Monobutyl Ether, Propylene Glycol Monomethyl Ether Propylene Glycol Monomethyl Ether Acetate, Methyl Ethyl Ketone, Acetone, Methyl Amyl Ketone Cyclonucleanone, Cyclopentanone, Diethylene Glycol Monomethyl Ether Diethylene Glycol Ethyl Ether, Toluene , Xylene, butyrolactone, carbye may be used in combination of one or more selected from methyl cellosolve acetate, ⁇ , ⁇ -dimethylacetamide, and the like.
  • the solvent may be included in the remaining amount except for the above-described components with respect to the total content of the monomer mixture.
  • the method of polymerizing such a monomer mixture to form a hydrogel polymer may be performed in a semi-unggi machine having a stirring shaft, such as a kneader, to promote bubble generation.
  • the polymerization temperature of the monomer mixture may be controlled to about 40 to 90 ° C to effectively induce the polymerization of the hydrogel polymer formed in the vaporization and pores of the volatile organic solvent.
  • the means for achieving the polymerization temperature of the above-mentioned range is not specifically limited. It can be heated by supplying a heat medium or by directly supplying a heat source.
  • a heat medium such as steam, hot air, or hot oil may be used, but the present invention is not limited thereto.
  • the temperature of the heat medium supplied is determined by means of the heat medium, the rate of temperature increase, and the target temperature.
  • electric heating or gas heating can be used as a heat source supplied directly. It may be, but is not limited to the above-described example.
  • the polymerization time of the monomer mixture may be adjusted to 30 seconds to 10 minutes to form a hydrogel polymer having an optimized pore structure.
  • the hydrogel polymer discharged to the reaction vessel outlet by supplying a polymerization energy source such as heat to a reactor such as a kneader with a stirring shaft is in the form of several centimeters to several millimeters depending on the shape of the stirring shaft provided in the reactor.
  • a polymerization energy source such as heat
  • a reactor such as a kneader with a stirring shaft
  • the size of the hydrogel polymer obtained may vary depending on the concentration and the injection speed of the monomer mixture to be injected, it can be obtained a hydrogel polymer having a weight average particle diameter of about 2 to 50 mm.
  • the water content of the hydrogel polymer obtained by the above method may be about 40 to about 80% by weight.
  • the term "water content” throughout the present specification means the content of the water to account for the total weight of the hydrogel polymer minus the weight of the polymer in the dry state. Specifically, it is defined as a value calculated by measuring the weight loss of the weight of the polymer in the process of drying the temperature of the polymer through the infrared heating by drying. At this time, the drying conditions are raised to a temperature of about 180 ° C at room temperature and maintained at 180 ° C. The total drying time is set to 20 minutes, including 5 minutes of the temperature rise step, the moisture content is measured.
  • a base resin powder through a process such as drying, grinding and classification, the base resin powder and the super absorbent polymer obtained therefrom through such a process such as grinding and classification Suitably manufactured and provided to have a particle diameter of about 150 to 850. More specifically, at least about 95% by weight or more of the base resin powder and the superabsorbent polymer obtained therefrom has a particle size of about 150 to 850 // m, and a fine powder having a particle size of less than about 150 mm 3 is less than about 3% by weight.
  • the superabsorbent resin finally prepared may exhibit excellent absorption properties.
  • the coarsely pulverizing step before drying may be further roughened to increase the efficiency of the step.
  • the pulverizer used is not limited in configuration, and specifically, a vertical pulverizer, a turbo cutter, a turbo grinder, a rotary cutter mill, a cutting machine Any one selected from the group of crushing machines consisting of cutter mills, disc mills, shred crushers, crushers, choppers and disc cutters Although it is possible, it is not limited to the above-mentioned example.
  • the coarse grinding step may be pulverized so that the particle size of the hydrogel polymer is about 2 to about 10 ⁇ .
  • drying is performed on the hydrogel polymer immediately after polymerization which is coarsely pulverized or not subjected to the coarsely pulverized step.
  • the drying temperature of the drying step may be about 50 to about 250 ° C.
  • the drying temperature is less than about 50 ° C, the drying time may be too long, the physical properties of the final superabsorbent polymer may be lowered, and if the drying silver exceeds about 25 CTC, only the surface of the polymer is dried excessively, and subsequent grinding Fine powder may occur in a process and there exists a possibility that the physical property of the superabsorbent polymer formed finally may fall.
  • the drying time may be performed for about 20 minutes to about 15 hours, in consideration of process efficiency, but is not limited thereto.
  • drying step is also commonly used as a drying step of the hydrogel polymer, can be selected and used without limitation of the configuration. Specifically, the drying step may be performed by hot air supply, infrared irradiation, microwave irradiation, or ultraviolet irradiation.
  • the water content of the polymer after such a drying step may be about 0.1 to about 10 weight 3 ⁇ 4>.
  • the step of pulverizing the dried polymer obtained through this drying step is carried out.
  • the polymer powder obtained after the grinding step may have a particle diameter of about 150 to about 850. Mills used to grind to such particle diameters are specifically pin mills, hammer mills, screw mills, roll mills, disc mills or jogs. A jog mill or the like may be used, but is not limited to the example described above.
  • a separate process of classifying the polymer powder obtained after grinding according to the particle diameter may be performed.
  • a polymer having a particle size of about 150 to about 850 may be classified, and only a polymer powder having such a particle size may be produced through a surface crosslinking reaction step. Since the particle size distribution of the base resin powder obtained through such a process has already been described above, a detailed description thereof will be omitted.
  • the surface of the base resin powder in the presence of a surface, a crosslinking agent, can be further crosslinked to form a surface crosslinking layer, thereby producing a super absorbent polymer.
  • the surface crosslinking layer may be formed using a surface crosslinking agent that has been conventionally used for preparing super absorbent polymers.
  • a surface crosslinking agent that has been conventionally used for preparing super absorbent polymers.
  • the surface crosslinking agent all known in the art may be used without any particular limitation. More specific examples thereof include ethylene glycol, propylene glycol, 1,4'butanediol, 1,6-nucleic acid di, 1,2-nucleic acid di, 1,3—nucleic acid di, 2-methyl-1,3-propanediol, Polyols such as 2, 5-nucleodiol diol, 2-methyl-1,3-pentanediol, 2-methyl-2, 4-pentanediol, tripropylene glycol and glycerol; Or carbonate-based compounds such as ethylene carbonate and propylene carbonate.
  • Such surface crosslinking agents may be used in an amount of about 0.01 to 3% by weight based on
  • At least one inorganic material selected from the group consisting of silica, clay, alumina, silica-alumina composites, titania, zinc oxide, and aluminum sulfate is added to the surface crosslinking agent. It can be added to the surface crosslinking reaction can be carried out.
  • the inorganic material may be used in powder form or in liquid form, in particular alumina powder silica—alumina powder, titania powder, or nano silica. It can be used as a solution.
  • the inorganic material may be used in an amount of about 0.05 to about 2% by weight based on the total weight of the base resin powder.
  • the surface crosslinking structure of the super absorbent polymer can be further optimized. This is expected because this metal cation can further reduce the crosslinking distance by forming a chelate with the carboxyl group (C00H) of the superabsorbent resin.
  • the structure of the surface crosslinking agent and, if necessary, the method of adding the inorganic substance and / or the polyvalent metal cation to the base resin powder are not limited.
  • a surface crosslinking agent and a base resin powder are mixed in a semi-permanent mixture, or a method of spraying a surface crosslinking agent or the like on a base resin powder, or a base resin powder and a surface crosslinking agent is continuously supplied to a mixer which is continuously operated. Method and the like can be used.
  • water and methanol may be added in combination together.
  • water and methane are added, there is an advantage that the surface crosslinking agent can be evenly dispersed in the base resin powder.
  • the content of water and methanol added may be appropriately adjusted to induce even dispersion of the surface crosslinking agent and prevent aggregation of the base resin powder and at the same time optimize the surface penetration depth of the surface crosslinking agent.
  • the surface crosslinking reaction may be achieved by heating the base resin powder to which the surface crosslinking agent is added at about 100 ° C. for about 20 minutes.
  • the surface crosslinking process conditions can be adjusted to a maximum reaction temperature of about 100 to 250 ° C.
  • the holding time at the maximum reaction temperature can be adjusted under the conditions of about 20 minutes or more, or about 20 minutes or more and 1 hour or less.
  • the temperature raising time up to the maximum reaction temperature can be controlled to about 10 minutes or more, or about 10 minutes or more and 1 hour or less.
  • the temperature raising means for surface crosslinking reaction is not specifically limited, The temperature raising means used for superposing
  • the superabsorbent polymers obtained according to the above-described preparation method may exhibit excellent absorption rates due to the optimized absorption surface area.
  • the conventional superabsorbent polymer unlike the conventional common sense that the fast absorption rate and high gel strength is not compatible, while showing a fast absorption rate and excellent gel strength, excellent water retention, pressurized absorption capacity and fluidity, etc. Can be represented.
  • the super absorbent polymer prepared according to the manufacturing method of the embodiment has a centrifugal water retention capacity (CRC) of 29 to 35 g / g for physiological saline and a pressure absorption capacity of 0.9 ps i for physiological saline (AUL).
  • CRC centrifugal water retention capacity
  • AUL physiological saline
  • vortex time is 30 to 50 seconds, 30 to 40 seconds or 30 to 38 seconds, measured by swelling in physiological saline for 5 minutes under pressure of 0.3 ps i and removing residual liquid under vacuum
  • the absorbency under pressure (0.3 ps i ge l AUL) of the superabsorbent polymer is 18 to 21 g / g.
  • the conservative ability (CRC) for physiological saline can be measured according to the method of the EDANA method WSP 241 .2. More specifically, the water retention capacity can be calculated by the following formula 1 after absorbing the superabsorbent polymer in physiological saline over 30 minutes:
  • W 0 (g) is the initial weight (g) of the superabsorbent polymer
  • W g) is the weight of the device measured after dehydration at 250G for 3 minutes using a centrifuge without using the superabsorbent polymer
  • W 2 ( g) is the weight of the device, including the superabsorbent polymer, after absorbing the superabsorbent polymer in physiological saline of 0.9 weight 3 ⁇ 4) at room temperature for 30 minutes and then dehydrating it at 250 G for 3 minutes using a centrifuge. .
  • the pressure absorption capacity of 0.9 ps i (AUU can be measured according to the method of EDANA method WSP 242.2. More specifically, the pressure absorption capacity is a physiological saline solution under pressure of about 0.9 ps i over a one hour After absorption into, it can be calculated according to the following formula 2:
  • W 0 (g) is the initial weight (g) of the superabsorbent polymer
  • W 3 (g) is the sum of the weight of the superabsorbent polymer and the weight of the device capable of applying a load to the superabsorbent polymer
  • W 4 (g ) Is the sum of the weight of the superabsorbent resin and the weight of the device capable of applying a load to the superabsorbent resin after absorbing physiological saline to the superabsorbent resin for 1 hour under a load (0.9 ps i).
  • the vortex time can be measured in seconds according to the method described in International Publication No. 1987-003208. More specifically, the vortex time may be calculated by adding 2 g of superabsorbent resin to 50 mL of physiological saline and stirring at 600 rpm to measure the time until the vortex disappears in seconds. Finally, the pressure-absorbing capacity (0.3 psi gel AUL) of the superabsorbent polymer, measured by swelling in physiological saline for 5 minutes under pressure of 0.3 psi and removing residual liquid under vacuum, is a factor for evaluating the absorption rate and performance under pressure. Can be measured as First, physiological saline is absorbed in the superabsorbent resin over 5 minutes under a pressure of about 0.3 psi.
  • the residual liquid not absorbed in the super absorbent polymer is removed under vacuum.
  • the remaining liquid not absorbed between the superabsorbent resin particles is removed, and the liquid absorbed into the superabsorbent resin is not removed under vacuum.
  • the residual liquid which may exist between the superabsorbent polymer particles does not affect the measured value, and thus the pressure absorbing capacity of the super absorbent polymer can be more clearly evaluated.
  • 0.3 psi gel AUL of the super absorbent polymer may be calculated through the following Equation 3:
  • W 0 (g) is the initial weight (g) of the superabsorbent polymer
  • W 5 (g) is the sum of the weight of the super absorbent polymer and the weight of the device capable of applying a load to the super absorbent polymer
  • W 6 (g) is a superabsorbent measured after absorbing physiological saline to the superabsorbent resin for 5 minutes under load (0.3 psi) and removing residual liquid with a vacuum device. It is the sum of the weight of the resin and the weight of the device capable of applying a load to the super absorbent polymer.
  • W 0 (g) described in Formulas 1, 2, and 3 corresponds to an initial weight (g) before the superabsorbent polymer is absorbed into physiological saline, and may be the same or different.
  • the superabsorbent polymer prepared according to the production method of the embodiment may exhibit a property of free swelling gel bed permeability (GBP) of 50 to 80 darcy for physiological saline.
  • GBP free swelling gel bed permeability
  • GBP Gel bed permeation
  • GBP Gel bed permeation for physiological saline
  • Ldarcy means that a liquid with a viscosity of lcP flows 1 mm per second through 1 cm 2 under a pressure gradient of 1 atmosphere per cm.
  • Gel bed permeability has the same units as area ldarcy are as 0.98692 x 10- 12 m 2 or 0.98692 X 10- 8 cm 2.
  • GBP herein refers to the penetration (or permeability) of the gel layer (or bed) swollen under a condition called free swelling of 0 ps i (Gel Bed Permeabi li ty (GBP) Under Opsi Swel l Pressure Test), and the GBP may be measured using the apparatus shown in FIGS. 1 to 3.
  • the test device assembly 528 in the apparatus 500 for measuring GBP includes a sample container 530 and a plunger 536.
  • the plunger includes a shaft 538 having a cylinder hole drilled down the longitudinal axis and a head 550 located at the bottom of the shaft. The diameter of the shaft hole 562 is about 16 mm.
  • the plunger head is attached to the shaft by an adhesive, for example. Twelve holes 544 are drilled in the radial axis of the shaft, and the diameter of three holes located every 90 ° is about 6.4 mm.
  • the shaft 538 is machined from a LEXAN rod or equivalent material and has an outer diameter of about 2.2 cm and an inner diameter of about 16 mm 3.
  • Plunger head 550 has seven inner holes 560 and fourteen outer holes 554, all of which are about 8.8 mm in diameter. In addition, a hole of about 16 mm is aligned with the shaft.
  • the plunger head 550 is machined from a LEXAN rod or equivalent material, is about 16 mm in height, and has a minimum wall clearance that fits inside the cylinder 534 but is still It's sized to move freely.
  • the total length of the plunger head 550 and shaft 538 is about 8.25 cm, but can be machined at the top of the shaft to obtain the desired size of the plunger 536.
  • the plunger 536 is biaxially stretched and includes a 100 mesh stainless steel cloth screen 564 attached to the bottom of the plunger 536.
  • the sample vessel 530 includes a cylinder 534 and a 400 mesh stainless steel cloth screen 566 which is biaxially stretched and taut and attached to the bottom of the cylinder 534. Attach the screen to the sealer using a suitable solvent to securely attach the screen to the cylinder. Care must be taken to avoid excess solvent moving into the openings of the screen, reducing the pore area for liquid flow.
  • Acrylic solvent Weld-on 4 from IPS Corporat ion (place of business, Gardena, California, USA) may suitably be used.
  • the gel particle sample (swelled superabsorbent resin) indicated at 568 in FIG. 2 is supported on the screen 566 inside the cylinder 534 during the test.
  • the cylinder 534 may be drilled in a transparent LEXAN rod or even material, or cut into a LEXAN tubing or even material, having an inner diameter of about 6 cm (e.g., about 28.27 cm 2 in cross-section) and a wall thickness. It may be manufactured to about 0.5 cm and about 7.95 cm in height.
  • the step may be formed by machining the outer diameter of the cylinder 534 such that the portion 534a having an outer diameter of 66 mm is present at the bottom 31 mm of the cylinder 534.
  • An o-ring 540 may be placed at the top of the step to match the diameter of the region 534a.
  • the annul ar weight 548 has counter-bored holes about 2.2 cm in diameter and 1.3 cm in depth, so it freely slides onto the shaft 538.
  • the annular weight also has a thru-bore 548a of about 16 mm.
  • the annular weight 548 can be made of stainless steel or another suitable material that can resist corrosion by physiological saline (aqueous sodium chloride solution) of 0.9 weight).
  • the combined weight of the plunger 536 and the annular weight 548 is equal to about 596 g, which means that the pressure applied to the sample 568 is about 0.3 psi or over a sample area of about 28.27 cm 2 . It is suggested that it is about 20.7 dyne / cm 2 (2.07 kPa).
  • the sample vessel 530 is generally placed on a weir 600.
  • the purpose of the weir is to divert the overflowing liquid at the top of the sample vessel 530, which is diverted to a separate collection device 601.
  • the weir may be positioned above the bottom 602 where the beaker 603 is placed to collect physiological saline passing through the swollen sample 568.
  • a plunger 536 equipped with a weight 548 is placed in an empty sample vessel 530 and, with an appropriate gauge, an accuracy of 0.01 kPa, up to a weight of 548 The height from the top of the c) to the bottom of the sample vessel 530 is measured.
  • the force exerted by the thickness gauge during the measurement should be as small as possible, preferably less than about 0.74 N.
  • the base on which the sample container 530 is placed is flat, and the surface of the weight 548 is preferably parallel to the bottom surface of the sample container 530.
  • a sample to be tested from the super absorbent polymer to measure GBP is prepared from a super absorbent polymer having a particle size of about 300 to about 600 that passes through a US standard 30 mesh screen and is maintained on a US standard 50 mesh screen.
  • About 2.0 g of sample is placed in sample vessel 530 and spread evenly over the bottom of the sample vessel.
  • the vessel containing 2.0 grams of sample without plunger 536 and weight 548 is immersed in 0.9 weight> physiological saline for about 60 minutes to allow the sample to swell under pressure.
  • the sample vessel 530 is placed on a mesh located in the liquid reservoir so that the sample container 530 is slightly above the bottom of the liquid reservoir.
  • the mesh may be one that does not affect the movement of physiological saline to the sample container 530.
  • Such mesh may be part number 7308 from Eagle Supply and Plast Inc (place of business, Appleton, Wisconsin, USA).
  • the height of physiological saline during saturation can be adjusted such that the surface in the sample container is defined by the sample, not physiological saline.
  • the assembly of the plunger 536 and the weight 548 is removed from the sample container 530.
  • the sample container 530, the plunger 536, the weight 548, and the sample 568 are removed from the solution after resting on the saturated sample 568 in the container.
  • the sample vessel 530, plunger 536, weight 548 and sample 568 are then left on the flat, large grid, uniform thickness, non-deformation plate for about 30 seconds, prior to the GBP measurement.
  • the plate will prevent liquid in the sample vessel from releasing onto a flat surface due to surface tension.
  • This plate has a total dimension of 7.6 cm by 7.6 cm and each grid dimension can be 1.59 cm long by 1.59 cm wide by 1.12 cm deep.
  • Suitable plate material is a parabolic diffuser plate, catalog number 1624K27, available from McMaster Carr Supply Company (place of business, Chicago, Illinois, USA), which can be cut into suitable dimensions and used.
  • the height from the top of the weight 548 to the bottom of the sample vessel 530 is measured again using the same thickness gauge as previously used. Height measurements should be made as soon as possible after the thickness gauge is fitted.
  • the height measurement of the empty assembly with the plunger 536 and weight 548 positioned in the empty sample container 530 should be subtracted from the height measurement obtained after saturating the sample 568. The resulting value is the thickness or height ' ⁇ ' of the saturated sample 568.
  • the plate is also included in the height measurement of the empty assembly. The height shall be measured.
  • the GBP measurement begins with delivering 0.9% physiological saline into the sample vessel 530 containing the saturated sample 568, plunger 536 and weight 548. Adjust the f low rate of physiological saline into the vessel so that the physiological saline overflows to the top of the cylinder 534, thereby resulting in a consistent head pressure equivalent to the height of the sample vessel 530.
  • Physiological saline may be added by any means sufficient to ensure a small but consistent amount of overflow from the top of the cylinder with instrument pump 604 or the like.
  • the overflow liquid is diverted into a separate collection device 601. Using a balance 602 and beaker 603, the amount versus time of solution passing through sample 568 is measured gravimetrically. Once the overflow begins,
  • the gel bed transmittance can be confirmed by calculating the GBP (cm 2 ) according to the following equation 4 using the data thus obtained.
  • ⁇ is the gel bed transmission (cm 2 )
  • H is the height (cm) of the swollen sample
  • ⁇ is the liquid viscosity ( ⁇ ) (the viscosity of the test solution used in this test is about lcP),
  • A is the cross-sectional area for the liquid flow (28.27crf for the sample vessel used in this test)
  • p is the liquid density (g / cm 3 ) (about 1 g / cm 3 for the test solution used in this test),
  • P is the hydrostatic pressure (dyne / cm 2) (normally approximately 7, 797dyne / cm 2).
  • the super absorbent polymer prepared according to the manufacturing method of the present embodiment not only has excellent basic absorbent performance, but also shows a significantly improved absorption rate under pressure and no pressure. It can be applied to exhibit very good physical properties as a whole.
  • the operation and effects of the invention will be described in more detail with reference to specific examples. However, this is presented as an example of the invention, whereby the scope of the invention is not limited in any sense.
  • An IRGACURE 819 initiator solution diluted 0.2% in acrylic acid and a polyethylene glycol diacrylate (PEGDA, molecular weight 400) solution (A solution) diluted 5% by weight in acrylic acid were prepared.
  • a solution obtained by diluting trimethylolpropane triacrylate (Ethoxylated-TMPTA, TMP (E0) 9TA, M-3190 Miwon Specialty Chemical Co., Ltd.) containing 9 mol% of ethylene oxide in acrylic acid at 5 weight 3 ⁇ 4 (B solution). was prepared.
  • the obtained composition was irradiated with light for 1 minute, and the temperature of the glass reactor was raised to 75 ° C., followed by thermal polymerization reaction for 3 minutes.
  • the polymer obtained through the polymerization reaction was prepared as a crump by passing a hole having a diameter of 13 mm 3 using a meat chopper.
  • the crump was dried in an oven capable of transferring air volume up and down.
  • the hot ai r at 180 ° C. was flowed downwards upwards for 15 minutes, and then flowed upwards and downwards for 15 minutes so that the water content of the dried powders was about 2% or less.
  • the dried powder was pulverized with a grinder and then classified to obtain a base resin having a size of 150 to 850 / m.
  • Example 3 Preparation of Super Absorbent Polymer
  • Example 1 without adding a silicone-based surfactant, the content of sodium bicarbonate (D solution) diluted to 5% by weight in water is adjusted to 6g (sodium bicarbonate: 0.), acetone was adjusted to 0.3 g, and the particle size was 150 to 850 in the same manner as in Example 1, except that 28 g of sodium persulfate solution (E-0 solution) diluted to 4% in water was added instead of the E-1 solution. Phosphorus surface The crosslinked super absorbent polymer was obtained. '' Comparative Example 3: Preparation of Super Absorbent Polymer
  • Example 1 without adding acetone, 28 g of sodium persulfate solution (E-0 solution) diluted to 4% in water instead of E-1 solution was injected, and the particle diameter was 150 in the same manner as in Example 1. To 850; phosphorus surface crosslinked superabsorbent polymer was obtained. Test Example: Evaluation of Super Absorbent Polymer
  • the centrifugal water retention capacity (CRC) of physiological saline of the superabsorbent polymers of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3 was measured according to the method of the EDANA method WSP 241.2. Specifically, a super absorbent polymer having a particle diameter of 300 to 600, which passed through the US standard 30 mesh screen and maintained on the US standard 50 mesh screen, was prepared among the superabsorbent polymers to be measured for centrifugal water retention.
  • a super absorbent polymer W 0 (g, about 0.2 g) having a particle size of 300 to 600 was uniformly placed in a nonwoven fabric bag and sealed. Then, the envelope was immersed in 0.9% by weight of physiological saline at room temperature. After 30 minutes, the envelope was dehydrated at 250Q for 3 minutes using a centrifuge and the weight W 2 (g) of the envelope was measured. On the other hand, the same operation was performed using the empty bag which does not contain superabsorbent polymer, and the weight Kg at that time was measured.
  • W 0 (g) is the initial weight (g) of the superabsorbent polymer having a particle diameter of 300 to 600, and W ⁇ g) is 250 G using a centrifuge without using the superabsorbent polymer. Device weight measured after dehydration for 3 minutes,
  • W 2 (g) is submerged in a 0.9 wt% physiological saline solution at room temperature for 30 ⁇ submerged in water and absorbed, and then dehydrated at 250G for 3 minutes using a centrifugal separator, including the superabsorbent resin It is weight.
  • a stainless steel 400 mesh screen was mounted on the bottom of the plastic cylinder having an inner diameter of 25 mm 3.
  • the superabsorbent polymer W 0 (g, about 0.16 g), which is to measure the absorbency under pressure at room temperature and 50% humidity, was uniformly sprayed.
  • a piston capable of uniformly applying a load of 6.3 kPa (0.9 ps i) was added to the superabsorbent polymer.
  • the outer diameter of the piston is slightly smaller than 25 ⁇ without the inner wall of the cylinder and the oil, was used to be able to move freely up and down.
  • the weight (g) of the device thus prepared was measured.
  • a glass filter having a diameter of 90 mm and a thickness of 5 mm was placed inside a petri dish having a diameter of 150 mm 3, and 0.9 wt% of saline was poured into the petri dish.
  • physiological saline was poured until the surface of physiological saline became horizontal with the upper surface of the glass filter.
  • a sheet of 90 mm diameter filter paper was placed on the glass filter.
  • the prepared device was placed on the filter paper so that the superabsorbent resin in the device was swollen by physiological saline under load. After 1 hour, the weight W 4 (g) of the device containing the swollen superabsorbent resin was measured.
  • AUL (g / g) [W 4 (g)-W 3 (g)] / W 0 (g)
  • W 0 (g) is the initial weight of superabsorbent polymer (g)
  • W 3 (g) is the superabsorbent polymer The sum of the weight and the weight of the device capable of applying a load to the super absorbent polymer
  • W 4 ( g ) is the sum of the weight of the superabsorbent resin and the weight of the device capable of applying a load to the superabsorbent resin after absorbing physiological saline to the superabsorbent resin for 1 hour under a load (0.9 ps i). .
  • a stainless steel 400 mesh screen was mounted on the bottom of the plastic cylinder having an inner diameter of 25 mm 3. Then, the superabsorbent polymer W 0 (g) to measure 0.3 ps i ge l AUL was uniformly sprayed on the screen at room temperature and 50% humidity. Subsequently, a piston was added to the superabsorbent polymer to uniformly impart a load of 0.3 ps i. At this time, the outer diameter of the piston is slightly smaller than 25mm, there is no gap with the inner wall of the cylinder, was used to be able to move freely up and down. Then, the weight W 5 (g) of the device thus prepared was measured.
  • a glass filter having a diameter of 90 mm and a thickness of 5 mm was placed inside a 150 mm diameter petri dish, and 0.9 wt% of saline was poured into the petri dish. At this time, physiological saline was poured until the surface of physiological saline became horizontal with the upper surface of the glass filter. Then, a sheet of 90 mm diameter filter paper was placed on the glass filter.
  • the prepared device was placed on the filter paper so that the superabsorbent resin in the device was swollen by physiological saline under load. After 5 minutes, the residual liquid was removed using a vacuum pump. At this time, the remaining unabsorbed liquid between the swollen superabsorbent resin particles was removed. Then, the weight W 6 (g) of the device containing the super absorbent polymer was measured.
  • W 5 (g) is the sum of the weight of the super absorbent polymer and the weight of the device capable of applying a load to the super absorbent polymer
  • W 6 (g) is the weight of the superabsorbent polymer measured after absorbing physiological saline solution to the superabsorbent polymer for 5 minutes under load (0.3 psi) and removing residual liquid between the swollen superabsorbent polymer particles with a vacuum pump. And the total weight of the device capable of applying a load to the super absorbent polymer.
  • the absorption rate of the superabsorbent polymers of Examples 1-3 and Comparative Examples 1-3 was measured in seconds in accordance with the method described in International Publication No. 198 Hei 003208. Specifically, the absorption rate (or vortex time) was calculated by adding 3 ⁇ 4 superabsorbent resin to 50 mL of physiological saline and stirring at 600 rpm to measure the time until the vortex disappears in seconds.

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Abstract

본 발명은 적어도 일부가 중화된 산성기를 갖는 수용성 에틸렌계 불포화 단량체, 탄산염, 휘발성 유기 용매, 계면 활성제 및 기포 촉진제를 포함하는 단량체 혼합물을 내부 가교제 존재 하에 가교 중합하여 함수겔 중합체를 형성하는 단계; 상기 함수겔 중합체를 건조, 분쇄 및 분급하여 베이스 수지 분말을 형성하는 단계; 및 표면 가교제 존재 하에, 상기 베이스 수지 분말의 표면을 추가 가교하여 표면 가교층을 형성하는 단계를 포함하는 고흡수성 수지의 제조 방법을 제공한다. 상기 고흡수성 수지의 제조 방법은 우수한 겔 강도를 나타내면서도 다공성 구조를 가져 뛰어난 흡수 속도를 나타내는 고흡수성 수지를 제공할 수 있다. 이러한 고흡수성 수지는 보수능, 가압 흡수능 및 통액성 등의 물성이 모두 뛰어난 특징을 나타낼 수 있다.

Description

【명세서】
【발명의 명칭】
고흡수성 수지의 제조 방법
【기술분야】
관련 출원 (들)과의 상호 인용
본 출원은 2015년 8월 13일자 한국 특허 출원 제 10-2015—0114870 호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며， 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 다공성 구조를 가지며 우수한 겔 강도를 나타내는 고흡수성 수지의 제조 방법에 관한 것이다.
【배경기술】
고흡수성 수지 (Super Absorbent Polymer , SAP)란 자체 무게의 5백 내지 1천 배 정도의 수분을 흡수할 수 있는 기능올 가진 합성 고분자 물질로서， 개발업체마다 SAM (Super Absorbency Mater i al ) , AGM( Absorbent Gel Mater i al ) 등 각기 다른 이름으로 명명하고 있다. 상기와 같은 고흡수성 수지는 생리용구로 실용화되기 시작해서， 현재는 어린이용 종이기저귀나 생리대 등 위생용품 외에 원예용 토양보수제， 토목， 건축용 지수재， 육묘용 시트， 식품유통분야에서의 신선도 유지제， 및 찜질용 등의 재료로 널리 사용되고 있다.
가장 많은 경우에, 이러한 고흡수성 수지는 기저귀나 생리대 등 위생재 분야에서 널리 사용되고 있는데， 이러한 용도를 위해 수분 등에 대한 빠른 흡수 속도를 나타낼 필요가 있고， 외부의 압력 하에서 흑은 일부 팽윤된 상태에서도 일정 수준 이상의 흡수 속도를 나타낼 필요가 있다.
이에, 고흡수성 수지의 흡수 속도를 향상시키기 위해 고흡수성 수지의 흡수 표면적을 증가시키려는 기술이 지속적으로 연구되고 있다.
고흡수성 수지의 흡수 표면적을 증가시켜 흡수 속도를 개선하는 방법으로는 고흡수성 수지의 내부에 기공을 많이 형성하여 수분을 빠르게 빨아들이게 하거나， 혹은 고흡수성 수지를 작은 입자로 제조하여 수분과의 접촉 표면적을 향상시키는 방법들을 생각해볼 수 있다.
전자의 방법으로는 발포제 등을 이용하여 고흡수성 수지를 제조하는 방법이 소개된 바 있다. 하지만， 발포제에 의해 생성된 기포가 고흡수성 수지 내에 층분히 함유되지 않았고， 알려진 방법으로는 고흡수성 수지 내에 형성되는 기공 크기를 제어하는 것이 매우 어려웠다.
또한, 알려진 방법으로 제조된 고흡수성 수지는 다공성 구조로 인해 흡수 속도가 약간 개선되긴 하나， 알려진 방법에 의해 형성된 다공'성 구조는 취약한 겔 강도를 나타내 가압 하에서의 흡수능과 통액성이 저하되는 문제를 보였다. 즉， 전자의 방법은 목적하는 수준의 흡수 속도를 달성할 수 없었을 뿐 아니라 일정 수준의 제반 물성을 가지는 고흡수성 수지의 제공도 어려웠다.
한편， 고흡수성 수지의 입자 크기를 작게 제어하는 것에 기술적 한계가 있기 때문에 후자의 방법으로도 고흡수성 수지의 흡수 표면적을 충분하게 증가시킬 수 없었다. 이에 따라， 고흡수성 수지의 제반 물성을 유지하면서도 흡수 표면적을 증가시키기 위해 많은 연구가 필요한 실정이다.
【발명의 내용]
【해결하려는 과제】
본 발명은 다공성 구조를 가지며 우수한 겔 강도를 나타내는 고흡수성 수지의 제조 방법을 제공한다.
【과제의 해결 수단】 >
발명의 일 구현예에 따르면， 적어도 일부가 중화된 산성기를 갖는 수용성 에틸렌계 불포화 단량체, 탄산염， 휘발성 유기 용매, 계면 활성제 및 기포 촉진제를 포함하는 단량체 흔합물을 내부 가교제 존재 하에 가교 중합하여 함수겔 중합체를 형성하는 단계; 상기 함수겔 증합체를 건조， 분쇄 및 분급하여 베이스 수지 분말을 형성하는 단계; 및 표면 가교제 존재 하에， 상기 베이스 수지 분말의 표면을 추가 가교하여 표면 가교층을 형성하는 단계를 포함하는 고흡수성 수지의 제조 방법이 제공된다.
상기 일 구현예에 따른 제조 방법은 발포제로서 탄산염과 휘발성 유기 용매를 함께 사용하여 우수한 겔 강도를 나타내는 다공성 구조의 고흡수성 수지를 제공할 수 있다. 이러한 발포제 중 하나인 탄산염으로는 탄산마그네슘， 탄산칼슘， 탄산수소나트륨， 탄산나트륨， 탄산수소칼륨 및 탄산칼륨으로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상이 사용될 수 있다. 그리고， 발포제 중 다른 하나인 휘발성 유기 용매로는 끓는점이 15°C 내지 80°C인 유기 용매가 사용될 수 있다. 보다 구체적으로， 이러한 휘발성 유기 용매로는 펜탄의 구조 이성질체， 핵산의 I
구조 이성질체， 아세톤， 메탄올， 에탄올 또는 이들의 흔합물이 사용될 수 있다.
, 상기 발포제로 사용되는 휘발성 유기 용매 및 탄산염은 각각 전체 단량체 흔합물에 대하여 0.001 내지 0.5 증량 %로 사용되어 우수한 겔 강도를 나타내는 다공성 구조의 고흡수성 수지를 제공할 수 있다.
특히, 상기 일 구현예에 따른 제조 방법은 상술한 발포제를 계면 활성제 및 기포 촉진제와 함께 사용하여 우수한 겔 강도를 나타내는 다공성 구조를 구현할 수 있다. 、
상기 제조 방법에서 계면 활성제는 전체 단량체 흔합물에 대하여 0.00001 내지 0.00100 중량 %로 사용될 수 있다.
그리고， 상기 기포 촉진제로는 무기산 알루미늄 염 및 /또는 유기산 알루미늄 염이 사용될 수 있다. 이러한 기포 촉진제는 전체 단량체 흔합물에 대하여 0.001 내지 1 중량 %로 사용될 수 있다.
상기 성분들을 포함하는 단량체 흔합물은 휘발성 유기 용매의 기화로 인한 중합체의 기공 형성을 위해 열중합 방식으로 중합될 수 있다. 이때， 단량체 흔합물은 휘발성 유기 용매의 충분한 기화와 효과적인 단량체의 중합 반응을 위해 약 40 내지 90°C의 온도 범위에서 가교 중합될 수 있다.
한편, 상기 표면 가교층을 형성하는 단계에서 표면 가교제로는 에틸렌글리콜， 프로필렌글리콜， 1，4-부탄디을， 1 , 6-핵산디올， 1 , 2-핵산디올， 1 , 3-핵산디올， 2-메틸 -1 , 3-프로판디올， 2，5-핵산디올， 2-메틸 -1，3_펜탄디올， 2- 메틸 _2，4-펜탄디을， 트리프로필렌 글리콜 및 글리세를로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 폴리올; 또는 에틸렌 카보네이트 및 프로필렌 카보네이트로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 카보네이트계 화합물이 사용될 수 있다.
이러한 표면 가교제는 전체 베이스 수지 분말 총 중량에 대해 0.01 내지 3 중량 %로 사용될 수 있다.
또한， 상기 표면 가교층을 형성하는 단계에서 표면 가교층은 실리카 (si l i ca) , 클레이 (cl ay) , 알루미나 실리카-알루미나 복합재， 티타니아， 아연산화물 및 알루미늄 설페이트로 이루어진 1 종 이상의 무기 물질 존재 하에 형성될 수 있다.
상기 표면 가교층을 형성하는 단계에서 표면 가교층은 100 내지 250°C의 온도에서 형성될 수 있다. 상기 일 구현예에 따른 제조 방법을 통해 제공되는 고흡수성 수지는 우수한 겔 강도를 나타내는 다공성 구조로 인해 뛰어난 보수능， 가압 흡수능 및 통액성 등의 특성을 나타낼 수 있다. 보다 구체적으로， 상기 고흡수성 수지는 생리 식염수에 대한 원심분리 보수능 (CRC)이 29 내지 35 g/g이고, 생리 식염수에 대한 0.9 ps i의 가압 흡수능 (AUL)이 17 내지 21 g/g 이며， 볼텍스 시간이 30 내지 50초이고, 0.3 ps i의 가압 하에 생리 식염수에 5 분간 팽윤시키고 진공 하에 잔여 액체를 제거하여 측정되는 고흡수성 수지의 가압 흡수능 (0.3 psi gel AUL)이 18 내지 21 g/g인 특성을 나타낼 수 있다.
【발명의 효과】
발명의 일 구현예에 따른 고흡수성 수지의 제조 방법은 우수한 겔 강도를 나타내면서도 다공성 구조를 가져 뛰어난 흡수 속도를 나타내는 고흡수성 수지를 제공할 수 있다. 이러한 고흡수성 수지는 보수능， 가압 흡수능 및 통액성 등의 물성이 모두 뛰어난 특징을 나타낸다.
[도면의 간단한 설명]
도 1 내지 도 3은 겔 베드 투과율을 측정하기 위한 예시적인 장치와 상기 장치에 구비된 부품의 모식도이다.
【발명을 실시하기 위한 구체적인 내용】
이하 발명의 구체적인 구현예에 따른 고흡수성 수지의 제조 방법 및 이에 따라 제조된 고흡수성 수지 등에 대해 설명하기로 한다.
발명의 일 구현예에 따르면 적어도 일부가 중화된 산성기를 갖는 수용성 에틸렌계 불포화 단량체， 탄산염， 휘발성 유기 용매， 계면 활성제 및 기포 촉진제를 포함하는 단량체 흔합물을 내부 가교제 존재 하에 가교 중합하여 함수겔 중합체를 형성하는 단계; 상기 함수겔 중합체를 건조， 분쇄 및 분급하여 베이스 수지 분말을 형성하는 단계； 및 표면 가교제 존재 하에, 상기 베이스 수지 분말의 표면을 추가 가교하여 표면 가교층을 형성하는 단계를 포함하는 고흡수성 수지의 제조 방법이 제공된다. .
본 발명자들의 실험 결과, 고흡수성 수지를 발포 중합함에 있어， 발포제인 탄산염 및 휘발성 유기 용매를 계면 활성제 및 기포 촉진제와 함께 사용하면， 우수한 겔 강도를 나타내는 다공성의 고흡수성 수지를 제공할 수 있음을 확인하고 발명을 완성하였다. 상기 일 구현예의 제조 방법에 따라 제조된 고흡수성 수지는 향상된 흡수 면적으로 인해 현저하게 향상된 흡수 속도를 나타내는 동시에 우수한 겔 강도로 인해 뛰어난 가압 흡수능 및 통액성 등의 특성을 나타낼 수 있다.
이하， 일 구현예에 따른 고흡수성 수지의 제조 방법을 보다 구체적으로 설명한다.
상기 일 구현예에 따른 제조 방법에서， 상기 수용성 에틸렌계 불포화 단량체로는， 아크릴산， 메타크릴산， 무수말레인산, 푸말산， 크로톤산， 이타콘산， 2-아크릴로일에탄 술폰산， 2-메타크릴로일에탄술폰산， 2-
(메트)아크릴로일프로판술폰산， 또는 2- (메트)아크릴아미드 -2-메틸 프로판 술폰산의 음이온성 단량체와 이의 염; (메트)아크릴아미드， N- 치환 (메트)아크릴아미드， 2-히드록시에틸 (메트)아크릴레이트, 2- 히드록시프로필 (메트)아크릴레이트， 메록시폴리에틸렌글리콜 (메트)아크릴레이트 또는 폴리에틸렌 글리콜 (메트)아크릴레이트의 비이온계 친수성 함유 단량체; 및 (Ν , Ν)—디메틸아미노에틸 (메트)아크릴레이트 또는 (Ν ,Ν)- 디메틸아미노프로필 (메트)아크릴아미드의 아미노기 함유 불포화 단량체와 그의 4급화물；로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다. 이중에서도, 아크릴산 또는 이의 염， 예를 들어， 아크릴산의 적어도 일부가 중화된 아크릴산 및 /또는 이의 나트륨염 등의 알칼리 금속염을 사용할 수 있는테， 이러한 단량체를 사용하여 보다 우수한 물성을 갖는 고흡수성 수지의 제조가 가능해 진다. 상기 아크릴산의 알칼리 금속염을 단량체로 사용하는 경우， 아크릴산을 가성소다 (NaOH)와 같은 염기성 화합물로 중화시켜 사용할 수 있다. 이때， 상기 수용성 에틸렌계 불포화 단량체의 중화 정도는 약 50 내지 95몰% 흑은 약 60 내지 85몰%로 조절될 수 있으며， 이러한 범위 내에서 중화 시 석출의 우려 없이 보수능이 뛰어난 고흡수성 수지를 제공할 수 있다，
상기 수용성 에틸렌계 불포화 단량체를 포함한 단량체 흔합물 중에서， 상기 수용성 에틸렌계 불포화 단량체의 농도는， 후술하는 각 원료 물질 및 용매를 포함하는 전체 단량체 흔합물에 대해 약 20 내지 약 60 중량 %， 흑은 약 30 내지 약 50 중량 %로 될 수 있으며 , 중합 시간 및 반웅 조건 등을 고려해 적절한 농도로 될 수 있다. 다만， 상기 단량체의 농도가 지나치게 낮아지면 고흡수성 수지의 수율이 낮고 경제성에 문제가 생길 수 있고， 반대로 농도가 지나치게 높아지면 단량체의 일부가 석출되거나 중합된 함수겔 중합체의 분쇄 시 분쇄 효율이 낮게 나타나는 등 공정상 문제가 생길 수 있으며 고흡수성 수지의 물성이 저하될 수 있다.
상기 일 구현예에 따른 제조 방법에서는 발포제의 존재 하에 단량체 혼합물을 가교 중합하여 함수겔 중합체를 형성한다. 특히 일 구현예의 제조 방법에서는 발포제로서 탄산염과 휘발성 유기 용매를 채용하여 다공성 구조를 가지면서도 우수한 겔 강도를 나타내는 중합체를 제공한다.
보다 구체적으로, 상기 발포제 중 하나인 탄산염으로는 탄산마그네슘 (magnesium carbonate) , 탄산칼슘 (cal cium carbonate) , 탄산수소나트륨 (sodium bi carbonate) , 탄산나트륨 (sodium carbonate) , 탄산수소칼륨 (potassium bi carbonate) 및 탄산칼 '륨 (potassium carbonate)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상이 사용될 수 있다.
그리고， 상기 발포제 중 다른 하나인 휘발성 유기 용매로는 단량체 흔합물의 가교 중합 시에 기화되어 중합체에 기공을 형성할 수 있는 것이 사용될 수 있다. 일 예로, 상기 휘발성 유기 용매로는 끓는점이 15°C 내지 80°C인 유기 용매가 사용될 수 있다.
이러한 휘발성 유기 용매의 구체 예로는 펜탄의 구조 이성질체 (예컨대, n-펜탄 (비점: 36.0°C ) 및 2-메틸부탄 (비점: 27.7°C ) ) , 핵산의 구조 이성질체 (예컨대， 2 , 3-디메틸부탄 (비점: 58.0°C ) , 2 , 2-디메틸부탄 (비점: 49.7°C ) ) , 아세톤 (비점 : 56.5°C ) , 메탄올 (비점 : 64.7°C ) 및 에탄올 (비점 : 78.37°C ) 등을 들 수 있다. 상기 휘발성 유기 용매는 상기 나열한 유기 용매 중 어느 하나가 사용되거나 흑은 2 이상의 유기 용매가사용될 수 있다.
상기 수용성 에틸렌계 블포화 단량체 등을 포함하는 단량체 흔합물 중에서, 상기 탄산염의 농도는 전체 단량체 흔합물에 대하여 0.001 내지 0.5 중량 %로 될 수 있고， 상기 휘발성 유기 용매의 농도는 전체 단량체 흔합물에 대하여 0.001 내지 0.5 중량 %로 될 수 있다.
이러한 범위로 탄산염 및 휘발성 유기 용매의 농도가 조절되면 중합체의 기공 크기 및 기공율 등이 최적화되어 고흡수성 수지의 흡수 표면적을 현저하게 향상시킬 수 있다. 뿐만 아니라 중합체의 다공성 구조에도 불구하고 우수한 겔 강도를 나타낼 수 있다. 특히， 상기 탄산염 및 휘발성 유기 용매는 1 : 1 내지 1 :2의 중량 비율로 사용되어 상술한 효과를 최적화함으로써 뛰어난 가압하 흡수능과 빠른 흡수 속도를 나타낼 수 있다.
상기 높은 겔 강도를 나타낼 수 있는 다공성 구조의 고흡수성 수지는 상기 발포제를 계면 활성제 및 기포 촉진제와 함께 사용함으로써 구현할 수 있다. 상기 계면 활성제로는 상기 발포제의 안정적인 기포 발생을 유도할 수 있는 것이라면 본 발명이 속한 기술분야에 알려진 다양한 계면 활성제가 사용될 수 있다.
비제한적인 예로， 계면 활성제로는 음이온성 계면 활성제， 비이온성 계면 활성제， 양이온성 계면 활성제 및 양성 계면 활성제 중 1 이상의 계면 활성제가 사용될 수 있다'.
구체적으로, 음이온성 계면 활성제의 구체 예로는， 흔합 지방산 나트륨 비누， 반경화 유지방 지방산 나트륨 비누, 스테아린산 나트륨 비누， 올레인산 칼륨 비누， 피마자유 칼륨 비누 등의 지방산염; 로릴황산 나트륨， 고급 알코올 황산나트륨， 라우릴황산나트륨， 로릴황산 트리에탄올아민 등의 알킬 황산 에스테르염; 도데실 벤젠설폰산 나트륨 등의 알킬 벤젠설폰산염; 알킬나프탈렌술폰산 나트륨 등의 알킬나프탈렌술폰산염 ； 디알킬술포숙신산 나트륨 등의 알킬술포호박산염 ； 알킬디페닐에테르 디설폰산 나트륨 등의 알킬디페닐에테르 디설폰산염 ； 알킬 인산 칼륨 등의 알킬 인산염 ； 폴리옥시에틸렌 로릴에테르 황산나트륨， 폴리옥시에틸렌알킬 에테르 황산나트륨, 폴리옥시에틸렌알킬 에테르 황산 트리에탄올아민, 폴리옥시에틸렌알킬 페닐 에테르 황산나트륨 등의 폴리옥시에틸렌알킬 (또는 알킬알릴) 황산 에스테르염 ； 특수 반웅형 음이온 계면 활성제 ; 특수 카르복실산형 계면 활성제 ; β - 나프탈렌 설폰산 포르말린 축합물의 나트륨염， 특수 방향족 설폰산 포르말린 축합물의 나트륨염 등의 나프탈렌 설폰산 포르말린 축합물； 특수 폴리카르복실산형 고분자 계면 활성제 ； 폴리옥시에틸렌알킬 인산 에스테르 등을 들 수 있다. 상기 비이온성 계면 활성제의 구체 예로는， 폴리옥시에틸렌 로릴에테르， 폴리옥시에틸렌 세틸에테르， 폴리옥시에틸렌 스테아릴 에테르， 폴리옥시에틸렌 오레일 에테르， 폴리옥시에틸렌 고급 알코올 에테르 등의 폴리옥시에틸렌알킬 에테르; 폴리옥시에틸렌 노닐페닐에테르 등의 폴리옥시에틸렌알킬 아릴 에테르 ; 폴리옥시에틸렌 유도체 ; 소르비탄 모노라우레이트， 소르비탄 모노팔미테이트， 소르비탄 모노스테아레이트， 소르비탄트리스테아레이트 , 소르비탄 모노올레이트， 소르비탄 트리올레이트， 소르비탄 세스퀴을레이트, 소르비탄 디스테아레이트 등의 솔비탄 지방산 에스테르 ; 폴리옥시에틸렌소르비탄 모노라우레이트， 폴리옥시에틸렌소르비탄 모노라우레이트， 폴리옥시에틸렌소르비탄 모노팔미테이트， 폴리옥시에틸렌소르비탄 모노스테아레이트, 폴리옥시에틸렌소르비탄 트리스테아레이트， 폴리옥시에틸렌소르비탄 모노올레이트, 폴리옥시에틸렌소르비탄 트리오레에이트 등의 폴리옥시에틸렌소르비탄 지방산 에스테르 ; 테트라 올레인산 폴리옥시에틸렌 소르비트 등의 폴리옥시에틸렌 소르비를 지방산 에스테르 ; 글리세를 모노스테어레이트， 글리세를 모노을레에이트， 자기 유화형 글리세를 모노스테어레이트 등의 글리세린 지방산 에스테르 ; 폴리에틸렌글리콜 모노라우레이트 폴리에틸렌글리콜 모노스테아레이트， 폴리데틸렌글리콜 디스테아레이트， 폴리에틸렌글리콜 모노올레에이트 등의 폴리옥시에틸렌 지방산 에스테르 ; 폴리옥시에틸렌알킬 아민 ; 폴리옥시에틸렌 경화 피마자유 ; 알킬 알칸올 아미드 등을 들 수 았다. 상기 양이온성 계면 활성제 및 양성 계면 활성제의 구체 예로는， 코코넛 아민 아세테이트， 스테아릴아민 아세테이트 등의 알킬아민염 ； 라우릴 트리메틸 암모늄 클로라이드， 스테아릴 트리메틸 암모늄 클로라이트， 세틸트리메틸암모늄 클로라이드， 디스테아릴 디메틸암모늄 클로라이드， 알킬 벤질 디메틸암모늄 클로라이드 등의 제 4급 암모늄염 ； 라우릴 베타인， 스테아릴 베타인， 라우릴 카르복시메틸 하이드록시 에틸이미다졸리늄 베타인 등의 알킬 베타인 ; 라우릴 디메틸 아민옥사이드 등의 아민옥사이드 등을 들 수 있다.
또한, 계면 활성제로 상술한 계면 활성제 외에 불소계 계면 활성제 및 유기 금속 계면 활성제 중 1 이상의 것이 사용될 수도 있다. 상기 불소계 계면 활성제 및 유기 금속 계면 활성제는 친수기의 종류에 따라 음이온성 계면 활성제， 비이온성 계면 활성제， 양이은성 계면 활성제 및 양성 계면 활성제로 작용할 수 있다. 이러한 계면 활성제는 단량체 흔합물 중에 기포를 장시간 안정적으로 분산시킬 수 있다.
사용될 수 있는 불소계 계면 활성제의 구체 예로는 플루오로알킬 (C2-C10) 카르복실산， 3- [플루오로알킬 (C6-C11)옥시] -1-알킬 (C3~C4) 술폰산 나트륨， 인산 비스 (N-퍼플루오로옥틸술포닐 -N-에틸아미노에틸)，
모노퍼플루오로알킬 (C6-C16)에틸 인산 에스테르， 퍼플루오로알킬 게 4급 암모늄 요오드화물 (상품명 폴루오라드 ( f luorad) FC-135, 스미토모 3M 주식회사제， 양이온성 계면 활성제)， 퍼플루오로알킬 알콕시레이트 (상품명 플루오라드 ( f luorad) FC-171 , 스미토모 3M 주식회사제， 비이온성 계면 활성제)， 퍼플루오로알킬술폰산 칼륨염 (상품명 플루오라드 (f luorad) FC-95 및 FC-98 , 스미토모 3M주식회사제 음이온성 계면 활성제) 등을 들 수 있다.
상기 유기 금속 계면 활성제는 주쇄에 Si , Ti , Sn, Zr , Ge 등의 유기 금속을 포함하는 화합물을 의미한다. 사용될 수 있는 유기 금속 계면 활성제의 구체 예로는 실리콘계 계면 활성제로서 폴리에테르를 측쇄로 포함하는 폴리실록세인 등을 들 수 있다. 보다 구체적으로 실리콘계 계면 활성제로는 폴리에테르를 측쇄로 포함하는 폴리실록세인 둥이 사용될 수 있다. 이 중에서도 폴리디메틸실록세인 (polydimethylsi loxane) 골격에 폴리 (에틸렌 옥사이드) 또는 폴리 (프로필렌 옥사이드) 등의 폴리에테르 측쇄가 결합되어 있는 구조의 실리콘계 계면 활성제가 사용될 수 있다. 이러한 계면 활성제의 예로는 Xiameter(R)의 OFX-0190 Fluid (PEG/PPG- 18/ 18 Dimethicone) , OFX-0193 Fluid (PEG- 12 Dimethicone) , OFX-5220 Fluid (PEG/PPG- 17/ 18 Dimethicone) ; OFX-5324 Fluid (PEG- 12 Dimethicone) 등을 들 수 있다. 계면 활성제로 이러한 실리콘계 계면 활성제를 채용할 경우 실리콘계 계면 활성제의 윤활 작용으로 인해 고흡수성 수지의 흐름성을 개선할 수 있다.
상기 단량체 흔합물 중에서， 상기 계면 활성제의 농도는 전체 단량체 흔합물에 대하여 0.00001 내지 0.00100 중량 % 정도로 조절될 수 있다. 계면 활성제의 농도를 상기 범위로 조절하여 발포제의 안정적인 기포 발생을 유도하며， 단량체 흔합물 중에 기포가 장시간 안정적으로 분산시킬 수 있다.
상기 기포 촉진제로는 발포제의 발포를 촉진하여 발포 정도를 최적화할 수 있는 것이 사용될 수 있다. 이러한 기포 촉진제로는 알루미늄 설페이트， 알루미늄 클로라이드 등과 같은 무기산 알루미늄 염 혹은 알루미늄 락테이트， 알루미늄 옥살산， 알루미늄 시트르산， 알루미늄 요산 등과 같은 유기산 알루미늄 염 등이 사용될 수 있다. 상기 단량체 흔합물 중에서， 상기 기포 촉진제의 농도는 전체 단량체 흔합물에 대하여 0.001 내지 1 중량 ¾>로 될 수 있다. 기포 촉진제의 농도를 상기 범위로 조절하여 발포제의 발포 정도를 최적화함으로써 원하는 기공 크기 및 기공율 등을 가지며， 우수한 겔 강도를 나타내는 고흡수성 수지를 제조할 수 있다.
상기 베이스 수지 분말에 기본적인 가교 구조를 도입하기 위한 내부 가교제로는， 기존부터 고흡수성 수지의 제조에 사용되던 가교성 작용기를 갖는 내부 가교제를 별다른 제한 없이 모두 사용할 수 있다. 다만, 상기 베이스 수지 분말에 적절한 가교 구조를 도입하여 고흡수성 수지의 물성올 보다 향상시키기 위해, 복수의 에틸렌 옥사이드기를 갖는 다관능 아크릴레이트계 화합물이 내부 가교제로 사용될 수 있다. 이러한 내부 가교제의 보다 구체적인 예로는， 폴리에틸렌글리콜 디아크릴레이트 (PEGDA) , 글리세린 디아크릴레이트， 글리세린 트리아크릴레이트， 비개질 또는 에톡실화된 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트 (TMPTA) , 핵산디올디아크릴레이트， 및 트리에틸렌글리콜 디아크릴레이트로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 들 수 있다. 이러한 내부 가교제는 상기 단량체 흔합물에 대하여 약 0.01 내지 약 0.5 중량 %의 농도로 포함되어， 중합된 고분자를 가교시킬 수 있다.
또한， 상기 단량체 흔합물은 고흡수성 수지의 제조에 일반적으로 사용되던 중합 개시제를 더 포함할 수 있다. 구체적으로， 일 구현예에 따른 제조 방법에서는 휘발성 유기 용매의 기화를 통해 다공질의 중합체를 제조하기 위해 열중합 방법을 채용할 수 있다. 이에 따라， 단량체 흔합물은 열중합 개시제를 더 포함할 수 있다.
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 persul fate ; Na2¾08) , 과황산칼륨 (Potass ium persul fate ; . ᄋ8)， 과황산암모늄 (Ammonium persul fate ; (NH4)2S208) 등이 있으며， 아조 (Azo)계 개시제의 예로는 2 , 2-아조비스 -(2-아미디노프로판) 이염산염 ^ ^-azobi s^- amidinopropane) di hydrochlor ide) , 2 , 2—아조비스— (Ν ,Ν_ 디메틸렌)이소부티라마이딘 디하이드로클로라이드 ^ ^-azobi s-^N- lO dimethylene) isobutyramidine di hydrochloride) , 2-
(카바모일아조)이소부티로니트릴 (2-(carbamoylazo) i sobutylonitri 1), 2,2- 아조비스 [2-(2-이미다졸린 -2-일)프로판] 디하이드로클로라이드 (2， 2-azobis[2-(2- imidazolin-2-yl )propane] dihydrochlor ide)， 4， 4一아조비스—(4—入 1아노발레릭 산) (4,4-azobis-(4-cyanovaleric acid)) 등이 있다. 보다 다양한 열중합 개시제에 대해서는 Odian 저서인 'Principle of Polymer izat ion(Wi ley, 1981)' , p203에 잘 명시되어 있으며， 상술한 예에 한정되지 않는다.
상기 열중합 개시제는 상기 단량체 흔합물에 대하여 약 0.001 내지 약 0.5 중량)의 농도로 포함될 수 있다. 이러한 열 중합 개시제의 농도가 지나치게 낮을 경우 추가적인 열중합이 거의 일어나지 않아 열중합 개시제의 추가에 따른 효과가 미미할 수 있고， 열중합 개시제의 농도가 지나치게 높으면 고흡수성 수지의 분자량이 작고 물성이 불균일해질 수 있다.
또한, 상기 일 구현예에 따른 제조 방법에서는 열 및 광을 모두 사용하는 중합 방법을 채용할 수 있다. 이에 따라, 상기 단량체 흔합물은 광중합 개시제를 더 포함할 수 있다.
상기 광중합 개시제는 자외선과 같은 광에 의해 라디칼을 형성할 수 있는 화합물이면 그 구성의 한정이 없이 사용될 수 있다.
상기 광중합 개시제로는 예를 들어, 벤조인 에테르 (benzoin ether), 디알킬아세토페논 (dialkyl acetophenone) , 하이드록실 알킬케톤 (hydroxyl alkylketone), 페닐글리옥실레이트 (phenyl glyoxylate), 벤질디메틸케탈 (Benzyl Dimethyl Ketal), 아실포스핀 (acyl phosphine) 및 알파 -아미노케톤 ( α- aminoketone)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상올 사용할 수 있다. 한편， 아실포스핀의 구체예로， 상용하는 lucirin TP0, 즉， 2,4，6_트리메틸-벤조일- 트리메틸 포스핀 옥사이드 (2,4,6-trimethyl-benzoyl-trimet;hyl phosphine oxide)를 사용할 수 있다. 보다 다양한 광개시제에 대해서는 Reinhold Schwa lm _저서인 "UV Coatings: Basics , Recent Developments and New Application(Elsevier 2007년)" pll5에 잘 명시되어 있으며， 상술한 예에 한정되지 않는다.
상기 광중합 개시제는 상기 단량체 흔합물에 대하여 약 0.001 내지 약 1.0 중량 %의 농도로 포함될 수 있다. 이러한 광중합 개시제의 농도가 지나치게 낮을 경우 중합 속도가 느려질 수 있고， 광중합 개시제의 농도가 지나치게 높으면 고흡수성 수지의 분자량이 작고 물성이 불균일해질 수 있다.
상기 단량체 흔합물은 필요에 따라 증점제 (thi ckener ) , 가소제， 보존안정제, 산화방지제 등의 첨가제를 더 포함할 수 있다.
상술한 수용성 에틸렌계 불포화 단량체， 발포제， 계면 활성제， 기포 촉진제， 중합 개시제， 내부 가교제 및 첨가제와 같은 원료 물질은 용매에 용해된 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 시클로핵사논， 시클로펜타논， 디에틸렌글리콜모노메틸에테르 디에틸렌글리콜에틸에테르， 를루엔， 크실렌， 부틸로락톤， 카르비를 메틸셀로솔브아세테이트 및 Ν ,Ν-디메틸아세트아미드 등에서 선택된 1종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.
상기 용매는 단량체 흔합물의 총 함량에 대하여 상술한 성분을 제외한 잔량으로 포함될 수 있다.
한편， 이와 같은 단량체 흔합물을 중합하여 함수겔 중합체를 형성하는 방법은 기포 발생을 촉진하기 위해 니더 (kneader )와 같은 교반축을 가진 반웅기에서 진행될 수 있다.
그리고， 상기 단량체 흔합물의 중합 온도는 약 40 내지 90°C로 조절되어 휘발성 유기 용매의 기화 및 기공이 형성된 함수겔 중합체 중합을 효과적으로 유도할 수 있다.
이때， 상술한 범위의 중합 온도를 달성하기 위한 수단은 특별히 한정되지 않는다. 열매체를 공급하거나， 열원을 직 공급하여 가열할 수 있다. 사용 가능한 열매체의 종류로는 스팀， 열풍, 뜨거운 기름과 같은 승온한 유체 등을 사용할 수 있으나， 이에 한정되는 것은 아니며, 또한 공급되는 열매체의 온도는 열매체의 수단， 승온 속도 및 승은 목표 온도를 고려하여 적절히 선택할 수 있다 한편， 직접 공급되는 열원으로는 전기를 통한 가열， 가스를 통한 가열 방법을 들 수 있으나， 상술한 예에 한정되는 것은 아니다.
또한， 상기 단량체 흔합물의 중합 시간은 30초 내지 10분으로 조절되어 최적화된 기공 구조를 가지는 함수겔 중합체를 형성할 수 있다.
상술한 바와 같이 교반축을 구비한 니더 (kneader )와 같은 반응기에， 열과 같은 중합 에너지원을 공급하여 반웅기 배출구로 배출되는 함수겔 중합체는 반응기에 구비된 교반축의 형태에 따라 수 센티미터 내지 수 밀리미터 형태일 수 있다. 구체적으로， 얻어지는 함수겔 중합체의 크기는 주입되는 단량체 흔합물의 농도 및 주입속도 등에 따라 다양하게 나타날 수 있는데， 통상 중량 평균 입경이 약 2 내지 50 mm 인 함수겔 중합체가 얻어질 수 있다.
이때 이와 같은 방법으로 얻어진 함수겔 중합체의 통상 함수율은 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 을려 건조하는 과정에서 중합체 중의 수분증발에 따른 무게감소분올 측정하여 계산된 값으로 정의한다. 이때, 건조 조건은 상온에서 약 180°C까지 온도를 상승시킨 뒤 180°C에서 유지하는 방식으로 총 건조시간은 온도상승단계 5분을 포함하여 20분으로 설정하여， 함수율을 측정한다.
그리고， 상기 단량체를 가교 중합시킨 후에는， 건조， 분쇄 및 분급 등의 공정을 거쳐 베이스 수지 분말을 얻을 수 있는데， 이러한 분쇄 및 분급 등의 공정을 통해， 베이스 수지 분말 및 이로부터 얻어지는 고흡수성 수지는 약 150 내지 850 의 입경을 갖도록 제조 및 제공됨이 적절하다. 보다 구체적으로， 상기 베이스 수지 분말 및 이로부터 얻어지는 고흡수성 수지의 적어도 약 95 증량 % 이상이 약 150 내지 850//m의 입경을 가지며, 약 150卿 미만의 입경을 갖는 미분이 약 3 중량 % 미만으로 될 수 있다.
이와 같이 상기 베이스 수지 분말 및 고흡수성 수지의 입경 분포가 바람직한 범위로 조절됨에 따라， 최종 제조된 고흡수성 수지가 우수한 흡수 제반 물성을 나타낼 수 있다.
한편， 상기 건조, 분쇄 및 분급의 진행 방법에 대해 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저， 함수겔상 중합체를 건조함에 있어서는， 필요에 따라서 상기 건조 단계의 효율을 높이기 위해 건조 전에 조분쇄하는 단계를 더 거칠 수 있다.
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)， 초퍼 (chopper) 및 원판식 절단기 (Disc cutter)로 이루어진 분쇄 기기 군에서 선택되는 어느 하나를 포함할 수 있으나， 상술한 예에 한정되지는 않는다.
이때 조분쇄 단계는 함수겔 중합체의 입경이 약 2 내지 약 10誦로 되도록 분쇄할 수 있다.
입경이 2 mm 미만으로 분쇄하는 것은 함수겔 중합체의 높은 함수율로 인해 기술적으로 용이하지 않으며， 또한 분쇄된 입자.간에 서로 웅집되는 현상이 나타날 수도 있다. 한편， 입경이 10 mm 초과로 분쇄하는 경우， 추후 이루어지는 건조 단계의 효율 증대 효과가 미미할 수 있다.
상기와 같이 조분쇄되거나， 혹은 조분쇄 단계를 거치지 않은 중합 직후의 함수겔 중합체에 대해 건조를 수행한다. 이때 상기 건조 단계의 건조 온도는 약 50 내지 약 250°C일 수 있다.
건조 온도가 약 50°C 미만인 경우， 건조 시간이 지나치게 길어지고 최종 형성되는 고흡수성 수지의 물성이 저하될 우려가 있고 건조 은도가 약 25CTC를 초과하는 경우， 지나치게 중합체 표면만 건조되어， 추후 이루어지는 분쇄 공정에서 미분이 발생할 수도 있고， 최종 형성되는 고흡수성 수지의 물성이 저하될 우려가 있다.
한편， 건조 시간의 경우에는 공정 효율 등을 고려하여， 약 20분 내지 약 15 시간 동안 진행될 수 있으나， 이에 한정되지는 않는다.
상기 건조 단계의 건조 방법 역시 함수겔 중합체의 건조 공정으로 통상 사용되는 것이면， 그 구성의 한정이 없이 선택되어 사용될 수 있다. 구체적으로， 열풍 공급， 적외선 조사， 극초단파 조사， 또는 자외선 조사 등의 방법으로 건조 단계를 진행할 수 있다. 이와 같은 건조 단계 진행 후의 중합체의 함수율은 약 0.1 내지 약 10 중량 ¾>일 수 있다.
다음에, 이와 같은 건조 단계를 거쳐 얻어진 건조된 중합체를 분쇄하는 단계를 수행한다. 분쇄 단계 후 얻어지는 중합체 분말은 입경이 약 150 내지 약 850 일 수 있다. 이와 같은 입경으로 분쇄하기 위해 사용되는 분쇄기는 구체적으로， 핀 밀 (pin mill), 해머 밀 (hammer mill), 스크류 밀 (screw mill), 롤 밀 (roll mill), 디스크 밀 (disc mill) 또는 조그 밀 (jog mill) 등을 사용할 수 있으나， 상술한 예에 한정되는 것은 아니다.
그리고, 이와 같은 분쇄 단계 이후 최종 제품화되는 고흡수성 수지 분말의 물성을 관리하기 위해， 분쇄 후 얻어지는 중합체 분말을 입경에 따라 분급하는 별도의 과정을 거칠 수 있다. 바람직하게는 입경이 약 150 내지 약 850 인 중합체를 분급하여， 이와 같은 입경을 가진 중합체 분말에 대해서만 표면 가교 반웅 단계를 거쳐 제품화할 수 있다. 이러한 과정을 통해 얻어진 베이스 수지 분말의 입경 분포에 관해서는 이미 상술한 바도 있으므로， 이에 관한 더 이상의 구체적인 설명은 생략하기로 한다 .
한편， 상술한 베이스 수지 분말의 형성 공정을 진행한 후에는， 표면 、 가교제의 존재 하에， 상기 베이스 수지 분말의 표면을 추가 가교하여 표면 가교층을 형성할 수 있으며， 이로써 고흡수성 수지를 제조할 수 있다.
상기 표면 가교층은 기존부터 고흡수성 .수지의 제조에 사용되던 표면 가교제를 사용하여 형성할 수 있다. 상기 표면 가교제로는 본 발명이 속하는 기술 분야에 알려진 것을 별다른 제한 없이 모두 사용할 수 있다. 이의 보다 구체적인 예로는， 에틸렌글리콜， 프로필렌글리콜, 1，4ᅳ부탄디올， 1,6-핵산디을， 1,2-핵산디을， 1，3—핵산디을， 2-메틸 -1，3-프로판디올， 2, 5-핵산디올， 2-메틸- 1,3-펜탄디올， 2-메틸 -2, 4-펜탄디올, 트리프로필렌 글리콜 및 글리세를 등과 같은 폴리올; 또는 에틸렌 카보네이트 및 프로필렌 카보네이트 등과 같은 카보네이트계 화합물을 들 수 있다. 이러한 표면 가교제는 베이스 수지 분말 총 중량에 대하여 약 0.01 내지 3 중량 %의 함량으로 사용될 수 있다.
그리고, 상기 표면 가교 공정에서는， 상기 표면 가교제에 더하여 실리카 (silica), 클레이 (clay), 알루미나， 실리카-알루미나 복합재， 티타니아， 아연산화물 및 알루미늄 설페이트로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상의 무기 물질 등을 추가로 첨가하여 표면 가교 반웅을 수행할 수 있다.
상기 무기 물질은 분말 형태 또는 액상 형태로 사용할 수 있으며， 특히 알루미나 분말 실리카—알루미나 분말， 티타니아 분말， 또는 나노 실리카 용액으로 사용할 수 있다. 또한， 상기 무기 물질은 베이스 수지 분말 총 중량에 대하여 약 0.05 내지 약 2 중량 )의 함량으로 사용될 수 있다.
또한, 상기 표면 가교 공정에서는， 상기 무기 물질 대신 혹은 무기 물질과 함께， 다가의 금속 양이온을 첨가하여 표면 가교를 진행함에 따라， 고흡수성 수지의 표면 가교 구조를 더욱 최적화할 수 있다. 이는 이러한 금속 양이온이 고흡수성 수지의 카르복시기 (C00H)와 킬레이트를 형성함으로써 가교 거리를 더욱 줄일 수 있기 때문으로 예측된다.
또， 상기 표면 가교제， 필요에 따라 무기 물질 및 /또는 다가의 금속 양이온을 베이스 수지 분말에 첨가하는 방법에 대해서는 그 구성의 한정은 없다. 예를 들어， 표면 가교제와 베이스 수지 분말 등을 반웅조에 넣고 흔합하거나， 베이스 수지 분말에 표면 가교제 등을 분사하는 방법， 연속적으로 운전되는 믹서에 베이스 수지 분말과 표면 가교제 등을 연속적으로 공급하여 흔합하는 방법 등을 사용할 수 있다.
상기 표면 가교제의 첨가시， 추가로 물 및 메탄올을 함께 흔합하여 첨가할 수 있다. 물 및 메탄을을 첨가하는 경우， 표면 가교제가 베이스 수지 분말에 골고루 분산될 수 있는 이점이 있다. 이때, 추가되는 물 및 메탄올의 함량은 표면 가교제의 고른 분산을 유도하고 베이스 수지 분말의 뭉침 현상을 방지함과 동시에 표면 가교제의 표면 침투 깊이를 최적화하기 위해 적절하게 조절될 수 있다.
상기 표면 가교제가 첨가된 베이스 수지 분말에 대해 약 100 °C 이상에서 약 20 분 아상 동안 가열시킴으로써 표면 가교 결합 반응이 이루어질 수 있다. 특히， 상술한 효과를 보다 우수하게 나타낼 수 있는 고흡수성 수지를 제조하기 위해， 상기 표면 가교 공정 조건은 최대 반웅온도를 약 100 내지 250 °C로 조절할 수 있다.
그리고， 최대 반웅온도에서의 유지 시간을 약 20분 이상， 혹은 약 20분 이상 1시간 이하의 조건으로 조절할 수 있다. 또한， 최초 반웅 개시시의 온도, 예를 들어， 약 100 °C 이상의 온도에서, 상기 최대 반웅온도에 이르기까지의 승온 시간을 약 10 분 이상， 혹은 약 10 분 이상 1 시간 이하로 제어할 수 있다.
표면 가교 반웅을 위한 승온 수단은 특별히 한정되지 않으며, 단량체 흔합물을 중합하기 위해 사용된 승온 수단이 사용될 수 있다. 상술한 제조방법에 따라 수득된 고흡수성 수지는 최적화된 흡수 표면적으로 인해 우수한 흡수 속도를 나타낼 수 있다. 또한， 상기 고흡수성 수지는 빠른 흡수 속도 및 높은 겔 강도가 양립할 수 없다는 기존의 상식과는 달리， 빠른 흡수 속도를 나타내면서도 우수한 겔 강도를 나타내 보수능， 가압 흡수능 및 통액성 등이 모두 우수한 특성을 나타낼 수 있다.
보다 구체적으로， 상기 일 구현예의 제조 방법에 따라 제조된 고흡수성 수지는 생리 식염수에 대한 원심분리 보수능 (CRC)이 29 내지 35 g/g이고， 생리 식염수에 대한 0.9 ps i의 가압 흡수능 (AUL)이 17 내지 21 g/g 이며, 볼텍스 시간이 30 내지 50 초， 30 내지 40 초 혹은 30 내지 38 초이고， 0.3 ps i의 가압 하에 생리 식염수에 5 분간 팽윤시키고 진공 하에 잔여 액체를 제거하여 측정되는 고흡수성 수지의 가압 흡수능 (0.3 ps i ge l AUL)이 18 내지 21 g/g인 특성을 나타낼 수 있다.
상기에서 생리 식염수에 대한 보수능 (CRC)은 EDANA 법 WSP 241 .2의 방법에 따라 측정될 수 있다. 보다 구체적으로， 상기 보수능은 고흡수성 수지를 30분에 걸쳐 생리 식염수에 흡수시킨 후， 다음과 같은 계산식 1에 의해 산출될 수 있다:
[계산식 1]
CRC(g/g) = { [W2(g) - W1(g) ] /W0(g) } - 1
상기 계산식 1에서，
W0(g)는 고흡수성 수지의 초기 무게 (g)이고， W g)는 고흡수성 수지를 사용하지 않고， 원심분리기를 사용하여 250G로 3분간 탈수한 후에 측정한 장치 무게이고， W2(g)는 상온에서 0.9 중량 ¾)의 생리 식염수에 고흡수성 수지를 30분 동안 침수하여 흡수시킨 다음， 원심분리기를 사용하여 250G로 3분간 탈수한 후에， 고흡수성 수지를 포함하여 측정한 장치 무게이다.
또한， 상기 0.9 ps i의 가압 흡수능 (AUU은 EDANA 법 WSP 242.2의 방법에 따라 측정될 수 있다. 보다 구체적으로， 상기 가압 흡수능은 고흡수성 수지를 1 시간에 걸쳐 약 0.9 ps i의 가압 하에 생리 식염수에 흡수시킨 후， 하기 계산식 2에 따라 산출될 수 있다:
[계산식 2]
AUL(g/g) = [W4(g) - W3(g) ] / 0(g) 상기 계산식 2에서,
W0(g)는 고흡수성 수지의 초기 무게 (g)이고， W3(g)는 고흡수성 수지의 무게 및 상기 고흡수성 수지에 하중을 부여할 수 있는 장치 무게의 총합이고, W4(g)는 하중 (0.9 ps i ) 하에 1시간 동안 상기 고흡수성 수지에 생리 식염수를 흡수시킨 후에， 고흡수성 수지의 무게 및 상기 고흡수성 수지에 하중을 부여할 수 있는 장치 무게의 총합이다.
그리고， 볼텍스 시간 (vortex t ime)은 국제 공개 출원 제 1987-003208호에 기재된 방법에 준하여 초 단위로 측정될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 볼텍스 시간은 50mL의 생리 식염수에 2g의 고흡수성 수지를 넣고， 600rpm으로 교반하여 와류 (vortex)가 사라질 때까지의 시간을 초 단위로 측정하여 산출될 수 있다. 마지막으로, 0.3 psi의 가압 하에 생리 식염수에 5 분간 팽윤시키고 진공 하에 잔여 액체를 제거하여 측정되는 고흡수성 수지의 가압 흡수능 (0.3 psi gel AUL)은 가압 하의 흡수 속도 및 성능을 평가하기 위한 인자로 다음과 같이 측정될 수 있다. 우선, 약 0.3 psi의 가압 하에서 고흡수성 수지에 5분에 걸쳐 생리 식염수를 흡수시킨다. 그리고， 고흡수성 수지에 흡수되지 않은 잔여 액체를 진공 하에 제거한다. 이때， 고흡수성 수지 입자들 사이에 흡수되지 않은 잔여 액체는 제거되며， 고흡수성 수지에 흡수된 액체는 진공 하에 제거되지 않는다. 이러한 0.3 psi gel AUL 측정 방법에 따르면， 기존의 가압 흡수능 측정 방법과는 달리 고흡수성 수지 입자 사이에 존재할 수 있는 잔여 액체가 측정 값에 영향을 미치지 않아 보다 명확하게 고흡수성 수지의 가압 흡수능을 평가할 수 있다. 상기 고흡수성 수지의 0.3 psi gel AUL은 하기 계산식 3을 통해 산출할 수 있다:
[계산식 3]
0.3 ps i gel AUL(g/g) = [W6(g) - W5(g) ] / W0(g)
상기 계산식 3에서，
W0(g)는 고흡수성 수지의 초기 무게 (g)이고,
W5(g)는 고흡수성 수지의 무게 및 상기 고흡수성 수지에 하중을 부여할 수 있는 장치 무게의 총합이고，
- W6(g)는 하중 (0.3 psi ) 하에 5 분 동안 상기 고흡수성 수지에 생리 식염수를 흡수시키고, 잔여 액체를 진공 장치로 제거한 후에 측정한 고흡수성 수지의 무게 및 상기 고흡수성 수지에 하중을 부여할 수 있는 장치 무게의 총합이다.
상기 계산식 1， 2 및 3에 기재된 W0(g)는 고흡수성 수지를 생리 식염수에 흡수시키기 전의 초기 무게 (g)에 해당하는 것으로， 각각 동일하거나 상이할 수 있다.
한편， 상기 일 구현예의 제조 방법에 따라 제조된 고흡수성 수지는 생리 식염수에 대한 자유 팽윤 겔 베드 투과율 (GBP)이 50 내지 80 darcy인 특성을 나타낼 수 있다.
상기 생리 식염수에 대한 겔 베드 투과을 (GBP)은 특허 출원 제 2014- 7018005호에 기재된 이하의 방법에 따라 다르시 (Darcy) 또는 cm2의 단위로 측정될 수 있다. ldarcy는 1cm 당 1기압의 압력 구배 하에서 lcP의 점성도를 가진 액체가 1cm2을 통하여 1초당 1mm를 유동하는 것을 의미한다. 겔 베드 투과율은 면적과 동일한 단위를 가지며 ldarcy는 0.98692 x 10— 12 m2 또는 0.98692 X 10— 8 cm2과 같다.
보다 구체적으로， 본 명세서에서 GBP는 0 ps i의 자유 팽윤 상태라 불리는 상태하에서 팽윤된 겔 층 (또는 베드)에 대한 침투도 (또는 투과율 ) (Gel Bed Permeabi l i ty(GBP) Under Opsi Swel l Pressure Test )를 의미하며， 상기 GBP는 도 1 내지 도 3에 나타낸 장치를 이용하여 측정할 수 있다.
도 1 내지 도 3을 참조하면， GBP를 측정하기 위한 장치 (500)에서 시험 장치 조립체 (528)는 샘플 용기 (530) 및 플런저 (536)를 포함한다. 플런저는 종축 아래로 뚫린 실린더 홀을 갖는 샤프트 (538) 및 샤프트의 바닥에 위치된 헤드 (550)를 포함한다. 샤프트 홀 (562)의 직경은 약 16mm이다. 플런저 헤드는， 예를 들면 , 접착제에 의해 샤프트에 부착되어 있다 . 12개의 구멍 (544)이 샤프트의 방사축으로 뚫려 있으며， 90° 마다 위치한 3개의 구멍의 직경은 약 6.4隱이다. 샤프트 (538)는 LEXAN 막대 또는 동등한 재료로부터 기계 가공되며, 외경이 약 2.2cm이고 내경이 약 16隱이다. 플런저 헤드 (550)는 7개의 내측 구멍 (560)와 14개의 외측 구멍 (554)을 가지며， 모든 구멍의 직경은 약 8.8隱이다. 또한 약 16隱의 구멍이 샤프트와 일직선으로 되어 있다. 플런저 헤드 (550)는 LEXAN 막대 또는 균등한 재료로부터 기계 가공되며， 높이가 약 16誦이고， 직경은 최소한의 벽 간격 (wal l clearance)을 갖고 실린더 (534) 내부에 꼭 맞지만 여전히 자유롭게 움직일 정도의 크기로 만들어져 있다. 플런저 헤드 (550)와 샤프트 (538)의 총 길이는 약 8.25cm이지만， 샤프트의 상부에서 기계 가공되어 플런저 (536)의 원하는 크기를 획득할 수 있다. 플런저 (536)는 2축으로 신장되어 팽팽하고， 플런저 (536)의 하단에 부착된 100 mesh의 스테인리스 강 클로스 스크린 (564)을 포함한다. 스크린을 플런저 헤드 (550)에 확실히 접착시키는 적절한 용매를 사용하여 플런저 헤드 (550)에 부착시킨다. 과잉의 용매가 스크린의 개구부로 이동하여， 액체 유동을 위한 구멍 면적을 감소시키는 것을 피하도록 주와해야 한다. IPS Corporat ion (사업장 소재지: 미국 캘리포니아주 가데나)의 아크릴 용매 Weld-on 4가 적합하게 이용될 수 있다. 샘플 용기 (530)는 실린더 (534) 및 2축으로 신장되어 팽팽하고 실린더 (534)의 하단에 부착된 400 mesh 스테인리스 강 클로스 스크린 (566)을 포함한다. 스크린을 실린더에 확실히 접착시키는 적절한 용매를 사용하여 실된더에 부착시킨다. 과잉의 용매가 스크린의 개구부로 이동하여， 액체 유동을 위한 구멍 면적을 감소시키는 것을 피하도록 주의해야 한다. IPS Corporat ion (사업장 소재지: 미국 캘리포니아주 가데나)의 아크릴 용매 Weld-on 4가 적합하게 이용될 수 있다. 도 2에 568로 표시된 겔 입자 샘플 (팽윤된 고흡수성 수지)은, 시험하는 동안에 실린더 (534) 내부의 스크린 (566) 위에 받쳐져 있다.
실린더 (534)는 투명한 LEXAN 막대 또는 균등한 재료에 구멍을 뚫거나， LEXAN 관 (tubing) 또는 균등한 재료를 절단하여， 내경이 약 6cm (예를 들면， 단면적이 약 28.27cm2) , 벽 두께가 약 0.5cm, 높이가 약 7.95cm로 제조될 수 있다. 스텝은 외경 66匪를 갖는 부위 (534a)가 실린더 (534)의 바닥 31匪에 존재하도록 실린더 (534)의 외경을 기계 가공하여 형성할 수 있다. 부위 (534a)의 직경을 맞게 하는 오-링 (540)을 스텝의 상부에 둘 수 있다.
환형 추 (annul ar weight ) (548)는 직경 약 2.2cm 깊이 1.3cm의 반대로 뚫어진 (counter— bored) 홀을 갖고， 따라서 이것은 샤프트 (538) 상으로 자유롭게 미끄러진다. 환형 추는 또한 약 16mm의 스루 -보어 ( thru-bore) (548a)를 갖는다. 환형 추 (548)는 스테인리스강 또는 0.9 중량 )의 생리 식염수 (염화나트륨 수용액)에 의한 부식쎄 저항할 수 있는 다른 적합한 재료로 만들어질 수 있다. 플런저 (536)와 환형 추 (548)의 조합 중량은 약 596g과 같으며， 이것은， 샘플 (568)에 가해지는 압력이 약 28.27cm2의 샘플 면적에 걸쳐 약 0.3psi 또는 약 20.7dyne/cm2 (2.07kPa)인 것에 상웅한다.
GBP를 시험하는 동안에 시험 용액이 시험 장치를 통과하여 유동할 때， 샘플용기 (530)는 일반적으로 웨어 (wei r ) (600) 상에 놓인다. 웨어의 목적은 샘플 용기 (530)의 상부에서 오버플로우하는 액체를 우회시키는 것이며， 오버플로우 액체는 별도의 수집 장치 (601)로 우회시킨다. 웨어는 비커 (603)가 놓여 있는 저을 (602) 위에 위치시켜, 팽윤된 샘플 (568)을 통과하는 생리 식염수를 수집할 수 있다.
"자유 팽윤 " 조건하에 겔 베드 투과율 시험을 수행하기 위해， 추 (548)가 장치된 플런저 (536)를 빈 샘플 용기 (530) 안에 위치시키고， 적합한 게이지를 사용하여 정확도 0.01誦까지， 추 (548)의 상부로부터 샘플 용기 (530)의 바닥까지의 높이를 측정한다. 측정하는 동안에 두께 게이지가 인가하는 힘은 가능한 작아야 하며， 바람직하게는 약 0.74N 미만이다. 다중 시험 장치를 사용하는 경우， 각각의 비어 있는 샘플 용기 (530)， 플런저 (536) 및 추 (548)와 이들이 사용된 트랙을 유지하는 것이 중요하다.
또한， 샘플 용기 (530)가 놓여 있는 받침대 (base)는 편평하고， 추 (548)의 표면은 샘플 용기 (530)의 바닥 표면과 평행한 것이 바람직하다. 그리고， GBP를 측정할 고흡수성 수지로부터 시험할 샘플을 준비한다. 일 예로， 미국 표준 30 mesh 스크린은 통과하고， 미국 표준 50 mesh 스크린 위에는 유지되는 약 300 내지 약 600 의 입경을 갖는 고흡수성 수지로 시험 샘플을 준비한다. 약 2.0g의 샘플을 샘플 용기 (530) 안에 넣고， 샘플 용기의 바닥 위에 골고루 펼친다. 이어서, 플런저 (536)와 추 (548)는 들어 있지 않고 2.0g의 샘플이 담긴 이 용기를 0.9 중량 >의 생리 식염수 속에 약 60분 동안 담가서 무가압 하에서 샘플이 팽윤되도록 한다. 이때， 샘플 용기 (530)가 액체 저장소의 바닥보다 약간 올라오도록 샘플 용기 (530)를 액체 저장소 내에 위치된 mesh 위에 올려 놓는다. 상기 mesh로는 샘플 용기 (530)로의 생리 식염수의 이동에 영향을 미치지 않는 것을 사용할 수 있다. 이러한 mesh로는 Eagle Supply and Plast i c (사업장 소재지: 미국 위스콘신주 애플톤)의 부품 번호 7308이 사용될 수 있다. 포화되는 동안 생리 식염수의 높이는 샘플 용기 내의 표면이 생리 식염수가 아니라 샘플에 의해 규정되도록 조절될 수 있다.
이 기간의 종료시에， 플런저 (536)와 추 (548)의 조립체를 샘플 용기 (530) 내의 포화된 샘플 (568) 위에 을려놓은 다음， 샘플 용기 (530)， 플런저 (536)， 추 (548) 및 샘플 (568)을 용액으로부터 꺼낸다. 이후, GBP 측정 전에， 샘플 용기 (530)， 플런저 (536)， 추 (548) 및 샘플 (568)을 편평하고 큰 그리드의 균일한 두께의 비-변형성 플레이트 상에 약 30초 동안 그대로 둔다. 상기 플레이트는 샘플 용기 내의 액체가 표면 장력으로 인해 편평한 표면 상으로 방출되는 것을 방지할 것이다. 이 플레이트는 전체 치수가 7.6cm X 7.6cm이며, 각각의 그리드 치수는 길이 1.59cm X 폭 1.59cm x 깊이 1. 12cm일 수 있다. 적합한 플레이트 재료는 McMaster Carr Supply Company (사업장 소재지: 미국 일리노이즈주 시카고)로부터 입수 가능한 포물선형 확산판， 카탈로그 번호 1624K27이며, 이것은 적절한 치수로 절단되어 사용될 수 있다.
그리고， 초기 높이 측정으로부터 제로 지점이 변하지 않았다면， 앞서 사용한 것과 동일한 두께 게이지를 사용하여， 추 (548)의 상부로부터 샘플 용기 (530)의 바닥까지의 높이를 다시 측정한다. 높이 측정은 두께 게이지를 장치한 후 가능한 한 빨리 이루어져야 한다. 빈 샘플 용기 (530) 안에 플런저 (536) 및 추 (548)가 위치된 빈 조립체의 높이 측정값을 샘플 (568)을 포화시킨 후에 획득된 높이 측정값에서 빼야 한다. 그 결과 수득된 값이 포화된 샘플 (568)의 두께 또는 높이 'Ή"이다. 또한， 포화된 샘플 (568)을 포함하는 조립체에 플레이트가 포함되어 있다면, 빈 조립체의 높이 측정 시에도 플레이트를 포함하여 높이를 측정하여야 한다.
GBP 측정은 포화된 샘플 (568)， 플런저 (536) 및 추 (548)가 들어 있는 샘플 용기 (530) 안으로 0.9% 생리 식염수를 전달하는 것으로 시작된다. 생리 식염수가 실린더 (534)의 상부로 오버플로우되도록 용기 안으로의 생리 식염수의 유량 ( f low rate)을 조정하고， 이에 의해 샘플 용기 (530)의 높이와 동등한 일관된 헤드 압력이 나타나도록 한다. 계기 펌프 (604) 등이 구비된 실린더의 상부로부터 소량이지만 일관된 양의 오버플로우를 확보하기에 충분한 임의의 수단에 의해 생리 식염수를 첨가할 수 있다. 오버플로우 액체는 별도의 수집 장치 (601) 안으로 우회시킨다. 저울 (602) 및 비커 (603)를 사용하여， 샘플 (568)을 통과하는 용액의 양 대 시간을 중량측정법으로 측정한다. 일단 오버플로우가 시작되면，
60초 이상 동안 매초마다 저을 (602)로부터 데이터 포인트들을 수집한다. 데이터 수집은 수동으로 또는 데이터 수집 소프트웨어를 사용하여 획득할 수 있다. 팽윤된 샘플 (568)을 통과하는 유량 (Q)은， 샘플 (568)을 통과하는 액체 (g) 대 시간 (sec)의 선형 최소제곱 적합 ( l inear least-square f i t )에 의해 g/sec 단위로 결정한다.
이렇게 얻어진 데이터를 이용하여 다음의 계산식 4에 따라 상기 GBP(cm2)를 산출하여 겔 베드 투과율을 확인할 수 있다.
[계산식 4] - K = [Q * H * ] / [Α * ρ * Ρ]
상기 계산식 4에서，
Κ는 겔 베드 투과율 (cm2)이고，
Q는 유량 (g/sec)이고，
H는 팽윤된 샘플의 높이 (cm)이고，
μ는 액체 점도 (Ρ) (이번 시험에 사용하는 시험 용액의 점도는 약 lcP)이고，
A는 액체 유동에 대한 단면적 (이번 시험에 사용하는 샘플 용기에 대해서는 28.27crf)이고，
p는 액체 밀도 (g/cm3) (이번 시험에 사용하는 시험 용액에 대해서는 약 1 g/cm3)이고，
P는 정수압 (dyne/cm2) (정상적으로는 약 7 , 797dyne/cm2)이다.
정수압은 식 P = P * g * h로부터 계산되며 , 여기서 p는 액체 밀도 (g/cm3)이고， g는 중력 가속도 (공칭적으로는 981cm/sec2)이고， h는 액체 높이 (예를 들면， 본 명세서에 기재된 GBP 시험에 대해서는 7.95cm)이다.
상기와 같은 물성을 통해， 일구현예의 제조 방법에 따라 제조된 고흡수성 수지가 기본적인 흡수 제반 성능이 우수할 뿐 아니라， 현저하게 향상된 가압 및 무가압 하의 흡수 속도를 나타낼 수 있어 기저귀 등 각종 위생 용품에 적용되어 전체적으로 매우 우수한 물성을 나타낼 수 있다. 이하 발명의 구체적인 실시예를 통해 발명의 작용， 효과를 보다 구체적으로 설명하기로 한다. 다만， 이는 발명의 예시로서 제시된 것으로 이에 의해 발명의 권리범위가 어떠한 의미로든 한정되는 것은 아니다. 실시예 1 : 고흡수성 수지의 제조
아크릴산에 0.2%로 희석된 IRGACURE 819 개시제 용액과 아크릴산에 5 중량 %로 희석된 폴리에틸렌글리콜 디아크릴레이트 (PEGDA, 분자량 400) 용액 (A 용액)을 제조하였다. 그리고， 에틸렌 옥사이드가 9 몰%로 포함된 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트 (Ethoxylated-TMPTA , TMP(E0)9TA, M-3190 미원스페셜티 케미칼사)를 아크릴산에 5 중량 ¾로 희석한 용액 (B 용액)을 제조하였다.
25°C로 미리 넁각된 열매체가 순환되는 쟈켓으로 둘러 싸여진 2L 용량의 유리 반웅기에 아크릴산 500g, 상기 A 용액 37g, B 용액 14g을 주입하고, 개시제 용액을 IRGACURE 819의 함량이 단량체 조성물에 포함된 전체 아크릴산에 대하여 100 ppm이 되도록 주입하였다.
그리고， 상기 유리 반웅기에, 실리콘계 계면 활성제로서， 0FX-0193 (XIAMETER(R) ) 0.005g을 첨가하고 흔합한 후， 2« 가성소다 용액 800g (C 용액)을 서서히 적가하여 흔합하였다. 상기 C 용액의 적가 시에는 중화열에 의해 흔합 용액의 온도가 약 72 °C 이상까지 상승하여 흔합 용액이 넁각되기를 기다렸다. 이렇게 얻어진 흔합 용액에서 아크릴산의 중화 정도는 약 63몰 >이었다. 한편， 물에 5 중량 %로 회석된 탄산수소나트륨 (sodium bi carbonate) 용액 (D 용액)과 물에 4%로 희석된 과황산나트륨 용액 28g에 알루미늄 설페이트 0.2g을 녹인 용액 (E— 1 용액)을 제조하였다.
그리고， 상기 흔합 용액의 온도가 약 45°C로 넁각되면， 상기 흔합 용액에 미리 준비한 D 용액 9g (탄산수소나트륨: 0.45g)을 주입하여 흔합하고 동시에 아세톤 0.5g과 E-1 용액을 주입하고 흔합하였다.
이어서， 상기 얻어진 조성물에 1분간 광을 조사하고, 유리 반응기의 온도를 75°C로 올려 3분간 열중합 반웅을 진행하였다.
그리고， 상기 중합 반웅을 통해 얻은 중합체를 미트 쵸퍼 (meat chopper )를 이용해 직경이 13匪인 홀을 통과시켜 가루 (crump)로 제조하였다.
이어서， 상하로 풍량 전이가 가능한 오븐에서 상기 가루 (crump)를 건조시켰다. 건조된 가루의 함수량이 약 2% 이하가 되도록 180 °C의 핫 에어 (hot ai r )를 15분간 하방에서 상방으로 흐르게 하고， 다시 15분간 상방에서 하방으로 흐르게 하여 상기 가루 (crump)를 균일하게 건조시켰다. 건조된 가루를 분쇄기로 분쇄한 다음 분급하여 150 내지 850//m 크기의 베이스 수지를 얻었다.
이후， lOOg의 베이스 수지를, 물 3g, 메탄올 3g , 에틸렌 카보네이트 0.4g, 에어로실 200 (aeros i l 200 , EV0NIK社) 0.5^ 흔합한 가교제 용액과 흔합한 다음 190°C에서 30분 동안 표면 가교 반웅을 시켰다. 그리고， 얻어진 생성물을 분쇄하고 시브 ( s i eve)를 이용하여 입경이 150 내지 850 인 표면 가교된 고흡수성 수지를 얻었다. 실시예 2 : 고흡수성 수지의 제조
실시예 1에서 물에 5 중량 %로 희석된 탄산수소나트륨 (sodium bi carbonate) 용액 (D 용액)의 함량을 8g (탄산수소나트륨: 0.4g)으로 조절한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 입경이 150 내지 850 /m인 표면 가교된 고흡수성 수지를 얻었다. 실시예 3 : 고흡수성 수지의 제조
실시예 2에서 중합 반웅을 통해 얻은 중합체를 미트 쵸퍼를 이용해 직경이 16隱인 홀을 통과시켜 가루로 제조한 것을 제외하고 실시예 2와 동일한 방법으로 입경이 150 내지 850，인 표면 가교된 고흡수성 수지를 얻었다. 비교예 1 : 고흡수성 수지의 제조
상기 실시예 1에서 E-1 용액 대신 물에 4%로 희석된 과황산나트륨 용액 (E-0 용액) 28g을 주입한 것을 제외하고， 실시예 1과 동일한 방법으로 입경이 150 내지 850 인 표면 가교된 고흡수성 수지를 얻었다. 비교예 2 : 고흡수성 수지의 제조
상기 실시예 1에서 실리콘계 계면 활성제를 첨가하지 않고， 물에 5 중량 %로 희석된 탄산수소나트륨 (sodium bicarbonate) 용액 (D 용액)의 함량을 6g (탄산수소나트륨: 0. )으로 조절하며， 아세톤의 함량을 0.3g으로 조절하고, E-1 용액 대신 물에 4%로 희석된 과황산나트륨 용액 (E-0 용액) 28g을 주입한 것을 제외하고， 실시예 1과 동일한 방법으로 입경이 150 내지 850 인 표면 가교된 고흡수성 수지를 얻었다. ' 비교예 3 : 고흡수성 수지의 제조
상기 실시예 1에서 아세톤을 첨가하지 않고， E-1 용액 대신 물에 4%로 희석된 과황산나트륨 용액 (E-0 용액) 28g을 주입한 것을 제외하고， 실시예 1과 동일한 방법으로 입경이 150 내지 850； 인 표면 가교된 고흡수성 수지를 얻었다. 시험예: 고흡수성 수지의 평가
하기와 같은 방법으로 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 3에서 제조한 고흡수성 수지의 특성을 평가하여 하기 표 1에 나타내었다.
( 1) 원심분리 보수능 (CRC , Centr i fuge Retent ion Capaci ty)
실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 3의 고흡수성 수지의 생리 식염수에 대한 원심분리 보수능 (CRC)은 EDANA 법 WSP 241.2의 방법에 따라 측정되었다. 구체적으로， 원심분리 보수능을 측정하고자 하는 고흡수성 수지 중 미국 표준 30 mesh 스크린은 통과하고， 미국 표준 50 mesh 스크린 위에는 유지되는 입경이 300 내지 600 인 고흡수성 수지를 준비하였다.
그리고， 입경이 300 내지 600 인 고흡수성 수지 W0(g, 약 0.2g)를 부직포제의 봉투에 균일하게 넣고 밀봉 (seal )하였다. 그리고, 상온에서 0.9 중량 %의 생리 식염수에 상기 봉투를 침수시켰다. 30분 후에 봉투를 원심분리기를 사용하여 250Q로 3 분간 탈수한 후에 봉투의 무게 W2(g)를 측정하였다. 한편， 고흡수성 수지를 넣지 않은 빈 봉투를 이용하여 동일한 조작을 한 후 그때의 무게 Kg)를 측정하였다.
이렇게 얻어진 각 무게를 이용하껴 다음의 계산식 1에 의해 원심분리 보수능을 확인하였다. '
[계산식 1]
CRC(g/g) = { [W2(g) - W1(g) ] /W0(g) } - 1
상기 계산식 1에서，
W0(g)는 입경이 300 내지 600 인 고흡수성 수지의 초기 무게 (g)이고， W^g)는 고흡수성 수지를 사용하지 않고， 원심분리기를 사용하여 250G로 3분간 탈수한 후에 측정한 장치 무게이고,
W2(g)는 상온에서 0.9 중량 %의 생리 식염수에 고흡수성 수지를 30윷 동안 침수하여 흡수시킨 다음, 원심분리기를 사용하여 250G로 3분간 탈수한 후에， 고흡수성 수지를 포함하여 측정한 장치 무게이다.
(2) 가압 흡수능 (AUL , Absorbency under Load)
실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 3의 고흡수성 수지의 생리 식염수에 대한 0.9 psi의 가압 흡수능 (AUL)은 EDANA 법 WSP 242.2의 방법에 따라 측정되었다.
구체적으로, 내경이 25隱인 플라스틱 원통 하단에 스테인리스제 400 mesh 스크린을 장착하였다. 그리고， 상온 및 50%의 습도 하에서 상기 스크린에 가압 흡수능을 측정하고자 하는 고흡수성 수지 W0(g , 약 0. 16g)를 균일하게 살포하였다. 이어서， 상기 고흡수성 수지 위에 6.3 kPa (0.9 ps i )의 하중을 균일하게 부여할 수 있는 피스톤을 부가하였다. 이때， 피스톤으로는 외경이 25睡 보다 약간 작아 원통의 내벽과 름이 없으며, 상하로 자유롭게 움직일 수 있도록 제작된 것을 사용하였다. 그리고， 이렇게 준비된 장치의 무게 (g)를 측정하였다.
이어서， 직경 150隱의 페트로 접시의 내측에 직경 90mm , 두께 5mm의 유리 필터를 넣고， 상기 페트로 접시에 0.9 중량 %의 생리 식염수를 부었다. 이때， 생리 식염수의 수면이 유리 필터의 윗면과 수평이 될 때까지 생리 식염수를 부었다. 그리고， 유리 필터 위에 직경 90醒의 여과지 1장을 놓았다.
이어서， 여과지 위에 준비된 장치를 얹어 장치 내의 고흡수성 수지가 하중 하에서 생리 식염수에 의해 팽윤되도록 하였다. 1 시간 후， 팽윤된 고흡수성 수지가 담긴 장치의 무게 W4(g)를 측정하였다.
이렇게 측정된 무게를 이용하여 다음의 계산식 2에 따라 가압 흡수능을 산출하였다.
[계산식 2]
AUL(g/g) = [W4(g) - W3(g) ] / W0(g)
상기 계산식 2에서，
W0(g)는 고흡수성 수지의 초기 무게 (g)이고， W3(g)는 고흡수성 수지의 무게 및 상기 고흡수성 수지에 하중을 부여할 수 있는 장치 무게의 총합이고，
W4(g)는 하중 (0.9 ps i ) 하에 1 시간 동안 상기 고흡수성 수지에 생리 식염수를 흡수시킨 후에 , 고흡수성 수지의 무게 및 상기 고흡수성 수지에 하중을 부여할 수 있는 장치 무게의 총합이다.
(3) 0.3 ps i의 가압 하에 생리 식염수에 5 분간 팽윤시키고 진공 하에 잔여 액체를 제거하여 측정되는 고흡수성 수지의 가압 흡수능 (0.3 ps i ge l AIL) 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 3의 고흡수성 수지의 0.3ps i ge l ■ AUL은 하기 방법에 따라 측정되었다.
구체적으로， 내경이 25隱인 플라스틱 원통 하단에 스테인리스제 400 mesh 스크린을 장착하였다. 그리고， 상온 및 50%의 습도 하에서 상기 스크린에 0.3 ps i ge l AUL을 측정하고자 하는 고흡수성 수지 W0(g)를 균일하게 살포하였다. 이어서， 상기 고흡수성 수지 위에 0.3 ps i의 하중을 균일하게 부여할 수 있는 피스톤을 부가하였다. 이때， 피스톤으로는 외경이 25mm 보다 약간 작아 원통의 내벽과 틈이 없으며， 상하로 자유롭게 움직일 수 있도록 제작된 것을 사용하였다. 그리고， 이렇게 준비된 장치의 무게 W5(g)를 측정하였다.
이어서， 직경 150腿의 페트로 접시의 내측에 직경 90隱， 두께 5醒의 유리 필터를 넣고， 상기 페트로 접시에 0.9 중량 %의 생리 식염수를 부었다. 이때， 생리 식염수의 수면이 유리 필터의 윗면과 수평이 될 때까지 생리 식염수를 부었다. 그리고， 유리 필터 위에 직경 90匪의 여과지 1장을 놓았다.
이어서， 여과지 위에 준비된 장치를 얹어 장치 내의 고흡수성 수지가 하중 하에서 생리 식염수에 의해 팽윤되도록 하였다. 5분 후， 진공 펌프를 이용하여 잔여 액체를 제거하였다. 이때， 팽윤된 고흡수성 수지 입자들 사이의 흡수되지 않은 잔여 액체가 제거되었다. 이후， 고흡수성 수지가 담긴 장치의 무게 W6(g)를 측정하였다.
이렇게 측정된 무게를 이용하여 다음의 계산식 3에 따라 0.3 ps i ge l AUL을 산출하였다.
[계산식 3]
0.3 ps i ge l AUL(g/g) = [W6(g) - W5(g) ] / W0(g)
상기 계산식 3에세 W0(g)는 고흡수성 수지의 초기 무게 (g)이고，
W5(g)는 고흡수성 수지의 무게 및 상기 고흡수성 수지에 하중을 부여할 수 있는 장치 무게의 총합이고，
W6(g)는 하중 (0.3 psi ) 하에 5 분 동안 상기 고흡수성 수지에 생리 식염수를 흡수시키고， 팽윤된 고흡수성 수지 입자들 사이의 잔여 액체를 진공 펌프로 제거한 후에 측정한 고흡수성 수지의 무게 및 상기 고흡수성 수지에 하중을 부여할 수 있는 장치 무게의 총합이다.
(4) 고흡수성 수지의 흡수 속도 (vortex t ime)
실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 3의 고흡수성 수지의 흡수 속도는 국제 공개 출원 제 198그 003208호에 기재된 방법에 준하여 초 단위로 측정되었다. 구체적으로， 흡수 속도 (혹은 vortex t ime)는 50mL의 생리 식염수에 ¾의 고흡수성 수지를 넣고， 600rpm으로 교반하여 와류 (vortex)가 사라질 때까지의 시간을 초 단위로 측정하여 산출되었다.
【표 1]
Figure imgf000031_0001
상기 표 1을 참고하면， 실시예 1. 내지 3과 같이， 발명의 일 구현예에 따른 제조 방법에 의하면， 다양한 CRC 영역에서 빠른 흡수 속도와 가압하 흡수능이 모두 우수한 고흡수성 수지를 제공할 수 있음이 확인된다.
그러나， 비교예 1 내지 3과 같이 기존의 제조 방법에 의하면 가압하 흡수능과 흡수 속도 모두 우수한 고흡수성 수지를 얻을 수 없음이 확인된다. 이로써， 발명의 일 구현예의 제조 방법에 따르면， 우수한 겔 강도를 나타내는 다공성 구조를 형성할 수 있어, 보수능, 가압 흡수능 및 통액성 등의 물성이 모두 뛰어난 특징을 나타내는 고흡수성 수지를 제공할 수 있음이 확인된다. 【부호의 설명】
500： GBP 측정 장치
528： 시험 장치 조립체
530： 샘플 용기
534： 실린더
534a : 외경 66議를 갖는 부위
536： 플런저
538： 시프트
540： 오-링
544 , 554， 560： 구멍
548： 환형 추
548a : 스루 -보어
550： 플런저 헤드
562： 샤프트 홀
564： 100 mesh의 스테인리스 강 클로스 스크린
566： 400 mesh 스테인리스 강 클로스 스크린
568： 샘플
600： 웨어
601： 수집 장치
602： 저울
603： 비커
604： 계기 펌프

Claims

【청구범위】
【청구항 1】
적어도 일부가 중화된 산성기를 갖는 수용성 에틸렌계 불포화 단량체， 탄산염， 휘발성 유기 용매， 계면 활성제 및 기포 촉진제를 포함하는 단량체 흔합물을 내부 가교제 존재 하에 가교 중합하여 함수겔 중합체를 형성하는 단계; 상기 함수겔 중합체를 건조， 분쇄 및 분급하여 베이스 수지 분말을 형성하는 단계; 및 표면 가교제 존재 하에， 상기 베이스 수지 분말의 표면을 추가 가교하여 표면 가교층을 형성하는 단계를 포함하는 고흡수성 수지의 제조 방법.
【청구항 2】
제 1 항에 있어서， 상기 탄산염으로 탄산마그네슘, 탄산칼슘， 탄산수소나트륨， 탄산나트륨， 탄산수소칼륨 및 탄산칼륨으로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상이 사용되는 고흡수성 수지의 제조 방법.
【청구항 3】
제 1 항에 있어서， 상기 휘발성 유기 용매로는 끓는점이 15°C 내지 sere인 유기 용매가사용되는 고흡수성 수지의 제조 방법.
【청구항 4]
제 1 항에 있어서， 상기 휘발성 유기 용매로 펜탄의 구조 이성질체， 핵산의 구조 이성질체， 아세톤， 메탄올， 에탄올 또는 이들의 흔합물이 사용되는 고흡수성 수지의 제조 방법 .
【청구항 5】
제 1 항에 있어서， 상기 휘발성 유기 용매 및 탄산염은 각각 전체 단량체 흔합물에 대하여 0.001 내지 0.5 중량 ¾로 사용되는 고흡수성 수지의 제조 방법.
【청구항 6]
제 1 항에 있어서， 상기 탄산염 및 휘발성 유기 용매는 1 : 1 내지 1 : 2의 중량 비율로 사용되는 고흡수성 수지의 제조 방법.
【청구항 7】
제 1 항에 있어서， 상기 계면 활성제는 전체 단량체 흔합물에 대하여 0.00001 내지 0.00100 중량 ¾>로 사용되는 고흡수성 수지의 제조 방법.
【청구항 8】
제 1 항에 있어서， 상기 기포 촉진제로 무기산 알루미늄 염 및 /또는 유기산 알루미늄 염이 사용되는 고흡수성 수지의 제조 방법.
【청구항 9】
제 1 항에 있어서， 상기 기포 촉진제는 전체 단량체 흔합물에 대하여 0.001 내지 1 중량 %로 사용되는 고흡수성 수지의 제조 방법.
【청구항 10】
제 1 항에 있어서， 상기 단량체 흔합물을 40 내지 90°C의 온도 범위에서 가교 중합하는 고흡수성 수지의 제조 방법 .
[청구항 11】
제 1 항에 있어서, 상기 표면 가교제로 에틸렌글리콜， 프로필렌글리콜, 1 , 4-부탄디을， 1，6-핵산디을， 1，2-핵산디올， 1 , 3-핵산디올， 2-메틸 -1 , 3- 프로판디올, 2 , 5-핵산디을， 2-메틸 -1 , 3-펜탄디을， 2-메틸 -2 , 4-펜탄디을， 트리프로필렌 글리콜 및 글리세를로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 폴리올; 또는 에틸렌 카보네이트 및 프로필렌 카보네이트로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 카보네이트계 화합물이 사용되는 고흡수성 수지의 제조 방법 .
【청구항 12】
제 1 항에 있어서， 상기 표면 가교제는 전체 베이스 수지 분말 총 중량에 대해 0.01 내지 3 중량 ¾>로 사용되는 고흡수성 수지의 제조 방법 .
【청구항 13】 제 1 항에 있어서， 상기 표면 가교층은 실리카 (si l i ca) , 클레이 (c l ay) , 알루미나， 실리카-알루미나 복합재， 티타니아， 아연산화물 및 알루미늄 설페이트로 이루어진 1 종 이상의 무기 물질 존재 하에 형성되는 고흡수성 수지의 제조 방법 .
【청구항 14]
제 1 항에 있어서， 상기 표면 가교층을 100 내지 250 °C의 온도에서 형성하는 고흡수성 수지의 제조 방법 . 【청구항 15】
제 1 항에 있어서， 생리 식염수에 대한 원심분라 보수능 (CRC)이 29 내지 35 g/g이고, 생리 식염수에 대한 0.9 ps i의 가압 흡수능 (AUL)이 17 내지 21 g/g 이며， 볼텍스 시간이 30 내지 50초이고， 0.3 psi의 가압 하에 생리 식염수에 5 분간 팽윤시키고 진공 하에 잔여 액체를 제거하여 측정되는 고흡수성 수지의 가압 흡수능이 18 내지 21 g/g인 고흡수성 수지의 제조 방법 .
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