WO2019088597A1 - 고흡수성 수지 부직포 및 이의 제조 방법 - Google Patents

고흡수성 수지 부직포 및 이의 제조 방법 Download PDF

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WO2019088597A1
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superabsorbent resin
nonwoven fabric
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acrylate
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김찬중
정웅찬
한장선
최재훈
안태빈
이창훈
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주식회사 엘지화학
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Definitions

  • the present invention relates to a superabsorbent resin nonwoven fabric and a method for producing the same.
  • Super Absorbent Polymer is a superabsorbent polymer
  • Korean Patent Laid-Open Publication No. 20 (1990) -2008836 discloses a method for preparing a neutralizing solution by dissolving a water-soluble ethylenically unsaturated monomer in an aqueous solution of sodium hydroxide, adding a crosslinking agent to the neutralizing solution and stirring the solution, Into a spinneret, centrifugally spinning it, and then drying it to produce a superabsorbent resin fiber.
  • the method disclosed in Korean Unexamined Patent Publication No. 2001-328999 is characterized in that the diameter of the fiber is 10 zm Or more, resulting in lowering of productivity and lowering of permeability.
  • U.S. Patent No. 6,692,825 discloses a method of making a nonwoven web made of superabsorbent resin fibers having a diameter of from 0.1 to 10 / zm with a superabsorbent resin comprising amide crosslinking.
  • the amine-based monomer used in amide crosslinking may cause problems such as malodor, skin side effects and the like.
  • the produced fiber has a diameter of 10 zm or less and has the same disadvantages as the centrifugal spinning.
  • Japanese Patent No. 3548651 discloses a method of adding a softening component to a monomer composition and irradiating and polymerizing ultraviolet rays while falling from a nozzle to obtain a flexible water absorbent fiber laminate.
  • the method disclosed in the above-mentioned Japanese Unexamined Patent Application is a method of polymerizing by ultraviolet rays during the falling time, and the residual monomer is increased due to a very short polymerization time, and the permeability and the absorption rate of the superabsorbent resin are lowered have.
  • Patent Document 1 Korean Patent Publication No. 2017-0028836
  • Patent Document 2 United States Patent No. 669 2825
  • Patent Document 3 Japanese Patent No. 3548651
  • the present invention provides a superabsorbent resin nonwoven fabric which can be produced in the form of a long fiber and exhibits high flexibility and a fast absorption rate, and a method for producing the same.
  • Absorbent resin fibers having a diameter of more than 10 / zm and a length of not less than 0.1 m Including,
  • Preparing a second polymer aqueous solution by mixing the first polymer aqueous solution with a cross-linking agent having a glass transition temperature (Tg) of room temperature (25 ° C) or lower;
  • the superabsorbent resin nonwoven fabric according to the present invention can be applied directly to a product in the form of a nonwoven fabric unlike a conventional superabsorbent resin in a powder state and can exhibit flexibility without fear of scattering or leaking.
  • each of the fibers constituting the nonwoven fabric is composed of long fibers, it can exhibit high flexibility.
  • the superabsorbent resin since the superabsorbent resin has flexibility and flexibility and exhibits a fast absorption rate due to its inherent physical properties, it can be applied to various products requiring flexibility and high absorbency.
  • the superabsorbent resin nonwoven fabric according to the present invention can be applied not only to all products using conventional and superabsorbent resin powders but also to a sanitary material such as a diaper, a sanitary napkin, etc., a permeable encapsulating material , A waterproofing material applied to a wall, a roof, a cable, an oil filter for removing water, a wound dressing agent for managing wounds and drapery, a food packaging material for preventing moisture leaching, and a sweat absorbent for fireproof clothing. Further, according to the production method of the present invention, such a superabsorbent resin nonwoven fabric can be produced with high productivity.
  • FIG. 1 is a schematic view showing a manufacturing process of a superabsorbent resin nonwoven fabric according to an embodiment of the present invention.
  • SEM scanning electron microscope
  • FIG. 3 is a scanning electron microscopic photograph of a superabsorbent resin fiber according to a comparative example of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic view of a method of testing the flexibility of a superabsorbent resin nonwoven fabric.
  • the superabsorbent resin nonwoven fabric according to an embodiment of the present invention is characterized in that,
  • the superabsorbent resin nonwoven fabric of the present invention comprises superabsorbent resin fibers, and the superabsorbent resin fibers may be in the form of a flexible long fiber.
  • the superabsorbent resin nonwoven fabric of the present invention may contain the superabsorbent resin fiber as a main component.
  • the superabsorbent aqueous nonwoven fabric of the present invention can be used as a superabsorbent resin powder, a particle, It does not mean that it can not be used commonly with a superabsorbent resin or the like, and it can be used in common with any of the above listed materials and other ingredients, additives and the like.
  • the fibers are in a state occupied by the superabsorbent resin fibers having a diameter of more than 10 / i and a length of not less than 0.1 m. The remainder of the remaining amount may be occupied by water-absorbent resin fibers, particles and other additives in the form of short fibers having a length of less than 0.1 m.
  • the superabsorbent resin fiber may have a length of at least about 0.1 m, or at least about 1 m, or at least about 2 m, and may be at most about 1000 m, or at most about 100 m, or at most about 10 m.
  • the superabsorbent resin nonwoven fabric of the present invention can be formed into a long fiber having a length of at least 0.1 m as described above, and thus can have a flexible property that does not break easily.
  • the superabsorbent resin fiber may have a diameter of more than about 10 / zm, or about 15 or more, or about 20 / or more, about 200 m or less, or about 150 zm or less, or about 80 or less.
  • the superabsorbent resin nonwoven fabric of the present invention is made of fibers having a diameter of more than 10 / m as described above, it is possible to increase the content of the superabsorbent resin per unit area and to maintain the absorption capacity and permeability of the superabsorbent resin have.
  • the nonwoven fabric comprising the superabsorbent resin fibers may have a critical curvature of at least about 0.5 mm " 1 or at least about 1 mm " 1 , or at least about 2 mm & (1 / r) of a minimum radius of curvature (r, unit: mm) which is not broken when the web is folded.
  • the superabsorbent resin nonwoven fabric of the present invention is flexible, having a bending radius of 2 mm or less, . ≪ / RTI >
  • the superabsorbent resin fiber constituting the superabsorbent resin nonwoven fabric of the present invention is a flexible long fiber
  • the superabsorbent resin nonwoven fabric comprising or consisting of the superabsorbent resin nonwoven fabric is also flexible and brittle, It can have a property of bending well. Further, the superabsorbent resin fiber can exhibit excellent absorption ability and absorption speed.
  • the superabsorbent resin fibers may have a centrifugal separation capacity (CRC) of at least about 5 g / g, or at least about 10 g / g, at most about 50 gg, as measured according to the EDANA method WSP 241.2, About 40 g / g or less, or about 30 g / g or less.
  • CRC centrifugal separation capacity
  • the superabsorbent resin fiber preferably has a pressure absorption capacity (AUL) of about 0.9 g / g or more, or about 7 g / g or more, or about 10 g / g or more, measured by EDANA method WSP 242.2, About 45 g / g or less, or about 35 g / g or less, or about 30 g / g or less.
  • AUL pressure absorption capacity
  • the superabsorbent resin fiber may have a physiological saline flow inductive (SFC) value of about 5 * 1 (T 7 cm 3 sec / g or more, or about 10 * 10 7 cm 3 .sec / while more than KT 7 cm 3 sec / g, from about 120 * HT 7 cm 3 sec / g or less, or about 110 * HT 7 cm 3 'sec / g or less, or about 100 * l (r 7 cm 3 sec / g or less . ≪ / RTI >
  • the high surface area of the water-absorbent resin nonwoven fabric is from about 0.5 m 2 / g, or at least about 1 m 2 / g or more, preferably about 2 m at least 2 / g, about 100 m 2 / g or less, or about 70 m 2 / g or less, or about 50 m 2 / g or less.
  • the superabsorbent resin nonwoven fabric according to the present invention can be suitably used alone or in combination with other resins, particles, powders, or other components having high absorptivity without limitation, and can be suitably used for sanitary materials as well as various articles requiring hygroscopicity .
  • the use of the superabsorbent resin nonwoven fabric according to the present invention is not particularly limited and may be applied to a variety of materials such as medical, chemical, chemical and pharmaceutical materials such as sanitary articles, permeable encapsulating materials, waterproofing materials, moisture removing filters, dressing crabs, Food, cosmetics, and the like.
  • the above-mentioned superabsorbent resin nonwoven fabric of the present invention can be produced by the following production method.
  • aqueous monomer solution containing an acrylic acid-based monomer having an acidic group and at least a part of the acidic groups neutralized, a comonomer having a glass transition temperature (Tg) of not higher than 25 ° C, and a polymerization initiator, Preparing a first polymer aqueous solution; Mixing the first polymer aqueous solution with a cross-linking agent having a glass transition temperature (Tg) of room temperature (25 ° C) or lower to prepare an aqueous second polymer solution; Spinning said second aqueous polymer solution by a solution blown process; And drying the radiated second polymer aqueous solution to produce a superabsorbent resin nonwoven fabric comprising superabsorbent resin fibers.
  • Tg glass transition temperature
  • first an acidic group has at least an acrylic acid monomer
  • the glass transition temperature (Tg) partially neutralizing the acid groups are at room temperature (25 ° C) or lower comonomer
  • a polymerization initiator are polymerized to prepare a first polymer aqueous solution containing a hydrogel polymer.
  • the acrylic acid-based monomer is Hwap " water represented by the following Formula 1:
  • R 1 is an alkyl group having 2 to 5 carbon atoms containing an unsaturated bond
  • M 1 is a hydrogen atom, a monovalent or divalent metal, an ammonium group or an organic amine salt.
  • the acrylic acid-based monomer may include at least one selected from the group consisting of acrylic acid, methacrylic acid, monovalent metal salts thereof, divalent metal salts, ammonium salts, and organic amine salts.
  • the acrylic acid-based monomer may have an acidic group and at least a part of the acidic group may be neutralized.
  • the acrylic acid monomer is partially neutralized with an alkylene material such as sodium hydroxide, potassium hydroxide, ammonium hydroxide, or the like.
  • the neutralization degree of the acrylic acid-based monomer may be about 40 to about 95 mol%, or from about 40 to about 80 mole 0/0, preferably about 45 to about 75 mol%.
  • the range of neutralization degree may be adjusted according to the final properties . However, if the degree of neutralization is too high, neutralized monomers may precipitate and polymerization may not be smoothly proceeded. On the other hand, if the degree of neutralization is too low, the absorption capacity of the polymer is greatly lowered, have.
  • the concentration of the acrylic acid monomer may be suitably selected in consideration of the reaction time and the reaction condition, but preferably, the content of the monomer may be 10 to 50 wt. 0/0. If the concentration of the acrylic acid-based monomer is less than 10% by weight, it is disadvantageous from the viewpoint of economical efficiency. If it exceeds 50% by weight, the viscosity becomes high and a fiber phase can not be formed.
  • the monomer aqueous solution includes a comonomer having a glass transition temperature (Tg) of not more than (25 ° C).
  • the comonomer is copolymerized with an acrylic acid-based monomer during polymerization to enable polymerization of a flexible, superfine-form, superabsorbent resin.
  • Tg glass transition temperature
  • the comonomer is characterized by having an acrylic acid-based monomer and a functional group capable of polymerization reaction, and having a glass transition temperature (Tg) of room temperature (25 ° C) or less.
  • Tg glass transition temperature
  • the content of the comonomer may be 0.1 to 30 parts by weight, preferably 0.5 to 25 parts by weight, more preferably 1 to 20 parts by weight based on 100 parts by weight of the acrylic acid monomer. If the content of the comonomer is too small, the effect of improving the flexibility may not be obtained. If the comonomer content is too large, the absorption rate and the absorption ability may be lowered.
  • a polymerization initiator As the polymerization initiator, a polymerization initiator generally used in the production of a superabsorbent resin may be used. As the polymerization initiator, a thermal polymerization initiator, a photopolymerization initiator, or a redox polymerization initiator may be used depending on the polymerization method. However, in view of the polymerization efficiency, it may be more preferable to use two types more than the case of using a thermal polymerization initiator or a photopolymerization initiator alone.
  • photopolymerization initiator examples include benzoin ether, dialkyl acetophenone, hydroxyl alkylketone, phenyl glyoxylate, benzyl dimethyl ketal Dimethyl Ketal, acyl phosphine, and alpha-aminoketone may be used.
  • acylphosphine lucyrin TPO, i.e. 2,4,6-trimethyl-benzoyl-trimethyl phosphine oxide (2,4,6-trimethyl-benzoyl-trimethylphosphin oxide) ] - can be used.
  • a variety of photopolymerization initiators are described in Reinold Schwalm, "UV Coatings: Basics, Recent Developments and New Applications" (Elsevier 2007), page 115, which is incorporated herein by reference.
  • the thermal polymerization initiator may be at least one selected from the group consisting of a persulfate-based initiator, azo-based initiator, hydrogen peroxide, and ascorbic acid Compounds may be used.
  • persulfate-based initiators include sodium persulfate (Na 2 S 2 O 8 ), potassium persulfate (K 2 S 2 O s ), ammonium persulfate (NH 4 ) 2 S 2 0 8 ).
  • As the azo-based initiator 2,2-azobis- (2-amidinopropane) dihydrochloride ( 2 azobisOamidinopropane)
  • the redox polymerization initiator includes a compound having a peroxide-based component (i.e., a peroxide-based compound).
  • peroxide-based compounds such as hydrogen peroxide such as t-butyl hydrogen peroxide and cumene peroxide; Peroxides such as benzoyl peroxide, caprylyl peroxide, di-t-butyl peroxide, ethyl 3,3'-di- (t-butylperoxy) butyrate, ethyl 3,3'- Amyl peroxy) butyrate, t-amyl peroxy-2-ethyl nucanoate, or t-butyl peroxy pivalate; Peresters, such as t-butylperoxy acetate _, t- butylperoxy phthalate, or t- butyl perbenzoate; Percarbonates such as di (1-cyano-1-methylethyl) peroxy dicarbonate; And perphosphate.
  • the redox polymerization reducing agent include ascorbic compounds such as ascorbic acid or iso-ascorbic acid.
  • the polymerization initiator may be added at a concentration of about 0.001 to 1% by weight based on the monomer aqueous solution. That is, if the concentration of the polymerization initiator is too low, the polymerization rate may be slowed, and a large amount of residual monomer may be extracted in the final product, which is not preferable. On the contrary, If the concentration is excessively high, the polymer chains forming the network are shortened, and the physical properties of the resin may be lowered, such that the content of the water-soluble component increases and the pressure absorption capacity decreases, which is not preferable. '
  • the monomer aqueous solution may further contain additives such as a thickener, a plasticizer, a storage stability agent and an antioxidant, if necessary.
  • the raw materials such as the above-mentioned acrylic acid-based monomers, comonomers having a glass transition temperature (Tg) of not more than the upper limit, a polymerization initiator, and an additive may be prepared in the form of an aqueous solution dissolved in water.
  • the water may be included in the remaining amount excluding the above-described components with respect to the total amount of the aqueous monomer solution.
  • the aqueous monomer solution is thermally polymerized or photopolymerized to form a hydrogel polymer, whereby a first aqueous polymer solution containing the hydrogel polymer is prepared.
  • the method of forming a hydrogel polymer by thermal polymerization or photopolymerization of such a monomer aqueous solution is not particularly limited as long as it is a polymerization method usually used in the field of production of super absorbency resin.
  • the polymerization method can be largely divided into thermal polymerization and photopolymerization depending on the polymerization energy source.
  • thermal polymerization usually, it can be carried out in a semi-annular period with a stirring axis such as a kneader.
  • the polymerization method may be carried out at a semi-stationary stage with a movable conveyor belt, but the above-mentioned polymerization method is only an example, and the present invention is not limited to the polymerization method described above.
  • the normal water content of the hydrogel polymer obtained in this way may be from about 40 to about 80% by weight.
  • moisture content means the amount of moisture occupied by the weight of the entire functional gel polymer minus the weight of the moist gel polymer minus the weight of the dry polymer. Specifically, it is defined as a value calculated by measuring the weight loss due to evaporation of water in the polymer in the process of drying the polymer through infrared heating. At this time, the drying condition was such that the temperature was raised from 180 ° C to 180 ° C, and then the temperature was maintained at 180 ° C. The total drying time was 20 minutes including 5 minutes And the water content is measured.
  • the cross-linking agent is mixed with the first polymer aqueous solution containing the hydrogel polymer as described above to prepare a second polymer aqueous solution.
  • the crosslinking agent is a compound capable of reacting with a functional group contained in the polymer and has a glass transition temperature (Tg) of not higher than room temperature (25 ° C)
  • Tg glass transition temperature
  • a flexible superabsorbent type superabsorbent resin can be prepared by crosslinking with the polymer.
  • crosslinking agent satisfying the above conditions examples include ethyleneglycol, glycerol, polyethyleneglycol, polypropylene glycol, poly (4-hydroxybutyl acrylate), poly (4- hydroxybutyl acrylate), poly (2-hydroxyethyl acrylate), and poly (2-hydroxypropyl acrylate). Or more, and ethylene glycol may preferably be used.
  • the amount of the crosslinking agent may be 1 to 30 parts by weight, preferably 0.5 to 25 parts by weight, more preferably 1 to 20 parts by weight based on 100 parts by weight of the monomer contained in the monomer aqueous solution. If the content of the crosslinking agent is too small, crosslinking reaction does not occur. If the crosslinking agent is contained too much, physical properties of the water-absorbing resin fiber may be deteriorated due to excessive crosslinking reaction.
  • the prepared second polymer aqueous solution is then spun out by a solution blown process.
  • Methods such as melt-blown spinning, jet spinning, centrifugal spinning, electro-spinning and the like are known as methods for producing polymers in the form of fibers or nonwoven fabrics.
  • the polymer in a molten or solution state is put into a spinneret having a plurality of holes, rotated at a high speed, and the non-solidified polymer is stretched by using centrifugal force, .
  • the advantage of centrifugal radiation is that the Simple, low in energy consumption, less restrictive of the polymer that can be used, and manufactured in the form of a non-woven fabric, simplifying the process.
  • the centrifugal spinning is not suitable for producing long fibers having a low productivity due to difficulty in mass production and having a diameter exceeding 10 m, and thus the absorption rate is low. Thereby forming a superabsorbent resin fiber.
  • the solution blowing step is a step of spinning a second polymer aqueous solution containing a hydrous gel polymer through a microchannel in the form of a thin stream, and simultaneously drying and crosslinking the aqueous second polymer solution And is capable of continuously producing a nonwoven fabric made of a flexible superabsorbent resin fiber.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a manufacturing process according to an embodiment of the present invention.
  • the prepared second polymer aqueous solution is radiated by a movable conveyor belt or the like, and can be continuously radiated through a micro channel or nozzle having a width of 1000 //? 1 or less.
  • a gas such as air or an inert gas may also be entrained around the stream of polymeric aqueous solution that is emitted to form a more uniform stream.
  • the radiated second polymer aqueous solution is dried to produce a superabsorbent resin fiber.
  • water can be continuously sucked during the polymerization process of the second polymer aqueous solution for more effective drying during the drying process.
  • the hydrogel polymer contained in the second polymer aqueous solution and the cross-linking agent are crosslinked to produce a more flexible superabsorbent resin fiber.
  • the drying step may be performed at a temperature of 100 to 250 ° C.
  • the drying temperature is less than 100 ° C, the drying time is excessively long, and the physical properties of the ultrafine water-absorbent resin fiber to be finally formed may be lowered. If the drying temperature exceeds 250 ° C, The highly absorbent The physical properties of the resin fiber may be deteriorated.
  • the polymerization and drying are performed at a temperature of 100 to 250 ° C.
  • the composition is not limited, but may be carried out for 10 minutes to 120 minutes, more preferably 20 minutes to 90 minutes, in consideration of the process efficiency and the like.
  • the drying method in the drying step may also be selected and used without limitation in the constitution as long as it is usually used as a drying step of the hydrous gel polymer.
  • the drying step can be carried out by hot air supply, infrared irradiation, microwave irradiation, ultraviolet irradiation, or the like.
  • a functional gel polymer having a water content of about 40 to about 80% by weight is obtained through polymerization of an aqueous monomer solution.
  • the hydrogel polymer is dried and pulverized to obtain a powder A resin is obtained.
  • the prepared polymer aqueous solution was spun in a solution blowing process as shown in Fig. 1, cross-linked at 180 ° C for 100 minutes, and dried to obtain a nonwoven fabric as a collection of superabsorbent resin fibers.
  • FIG. 1 A scanning electron microscope photograph of the nonwoven fabric made of the above superabsorbent resin fibers is shown in Fig.
  • the diameter of the superabsorbent resin fibers obtained as a result of magnified observation of the superabsorbent resin fibers was from about 25 to about 37, and the length was measured from about 1 to about 2 m.
  • the critical curvature (1 / r) of the superabsorbent resin nonwoven fabric was 0.7 mm < 1 & gt ;.
  • the diameter of the superabsorbent resin fiber obtained by the enlarged observation of the superabsorbent resin fiber was about 22 to about 34 m, and the length was measured from about 1 to about 2 m.
  • the marginal curvature (1 / r) of the superabsorbent resin nonwoven fabric was 1.1 mm < -1 & gt ;. Comparative Example 1
  • a nonwoven fabric made of a superabsorbent resin fiber was prepared in the same manner as in Example 1, except that the nonwoven fabric was used in an amount of 58.65 parts by weight. Comparative Example 2
  • First and second aqueous polymer solutions having the same composition as in Example 1 were prepared
  • the nonwoven fabric was prepared by centrifugal spinning, and then crosslinked at 180 ° C for 100 minutes and dried to obtain a nonwoven fabric as a collection of superabsorbent resin fibers.
  • FIG. 1 A scanning electron microscope photograph of the nonwoven fabric made of the above superabsorbent resin fibers is shown in Fig.
  • the diameter of the superabsorbent resin fibers obtained from the enlarged observation of the superabsorbent resin fibers was about 4 to about 6 ml, and the length was measured from about 1 to about 2 m.
  • the limiting curvature (1 / r) of the superabsorbent resin nonwoven fabric was 2 mm " 1. Comparative Example 3
  • Example 1 Except that 0.9 parts by weight of vinyl acetate having a glass transition temperature (Tg) of 34 ° C was used in place of polyethylene glycol (methyl ether) acrylate in Example 1, a nonwoven fabric .
  • Tg glass transition temperature
  • the diameter of the superabsorbent resin fibers obtained from the enlarged observation of the superabsorbent resin fibers was from about 24 to about 33 zm, and the length was measured from about 1 to about 2 m.
  • the limiting curvature (1 / r) of the superabsorbent resin nonwoven fabric was 0.1 mm " 1. Comparative Example 4
  • a nonwoven fabric made of a superabsorbent resin fiber was prepared in the same manner as in Example 1, except that ethylene glycol crosslinking agent was not used. However, the produced nonwoven fabric had low crosslinking property and could not be absorbed into water and therefore could not be evaluated for absorption characteristics such as centrifugal separation ability. Comparative Example 5
  • a superabsorbent resin fiber was prepared as follows.
  • aqueous solution of partially neutralized acrylic acid (monomer concentration: 45% by weight) neutralized by sodium hydroxide at 173% 05 parts by weight of glycol (PEG200) diacrylate, 0.2 part by weight of polyethylene oxide and 2 parts by weight of 2-hydroxy-2-methyl-1-phenylpropane-1-one were dissolved.
  • This monomer aqueous solution was irradiated with ultraviolet rays for 2 seconds in a high-pressure mercury lamp (80 W / cm 2 ) on the side during dropping while dropping in a nozzle having an inner diameter of 0.97 mm.
  • the diameter of the superabsorbent resin fibers obtained by the enlarged observation of the superabsorbent resin fibers was about 24 to about 33, and the length was measured from about 1 to about 2 m.
  • the marginal curvature (1 / r) of the superabsorbent resin nonwoven fabric was 0.1 mm " 1 .
  • the centrifugal separation performance (CRC) of the superabsorbent resin fibers prepared in the examples and the comparative examples was measured by the EDANA method WSP 241.2 except that the superabsorbent resin in fiber form was used instead of the superabsorbent resin in particle form Method.
  • the high-absorption-phase resin fiber W 0 (g, about 0.2 g) was uniformly put in an envelope made of a nonwoven fabric and sealed. Then, the envelope was immersed in physiological saline at 0.9% by weight at room temperature. After 30 minutes, the envelope was dehydrated at 250G for 3 minutes using a centrifuge, and the weight W 2 (g) of the envelope was measured. On the other hand, the weight Wi (g) at that time was measured after performing the same operation using an empty bag not containing a superabsorbent resin.
  • W 0 (g) is an initial weight (g) of the superabsorbent resin fiber
  • Wi (g) is the weight of the device after dehydration at 250G for 3 minutes using a centrifuge without using superabsorbent resin fibers
  • W 2 (g) comprises a by which the absorption by high-saline 0.9 weight 0/0 at room temperature for immersion of the water-absorbent resin fibers for 30 min, 250G using a centrifugal separator after the dewatering for 3 minutes, superabsorbent polymer fibers And the weight of the device measured.
  • AUL Absorption under load
  • AUL pressure absorption capacity
  • a 400 mesh stainless steel screen was attached to the lower end of a plastic cylinder having an inner diameter of 25 mm.
  • the superabsorbent resin fiber W 0 (g, about 0.16 g) to be measured for the pressure absorption capacity was uniformly sprayed on the screen at room temperature and at a humidity of 50%.
  • a piston capable of uniformly applying a load of 0.9 psi was added to the superabsorbent resin.
  • the piston was made so that its outer diameter was slightly smaller than 25 mm, so that it could move freely up and down without any gap between the inner wall of the cylinder.
  • the weight W 3 (g) of the thus prepared device was measured.
  • a glass filter having a diameter of 90 mm and a thickness of 5 mm was placed inside a petro dish having a diameter of 150 mm, and 0.9% by weight of physiological saline was poured into the Petro dish. At this time, physiological saline was poured until the water surface of the physiological saline was leveled with the upper surface of the glass filter. Then, a filter paper having a diameter of 90 mm was placed on the glass filter.
  • the device prepared on the filter paper was placed so that the superabsorbent resin in the device was swelled by physiological saline under load. After one 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 an initial weight (g) of the superabsorbent resin fiber
  • W 3 (g) is the sum of the weight of the superabsorbent resin fiber and the weight of the device capable of imparting a load to the superabsorbent resin fiber
  • W 4 (g) absorbs physiological saline solution into the superabsorbent resin fibers for one hour under a load of 0.9 psi, and thereafter, the weight of the superabsorbent resin fibers and the weight of the device capable of imparting a load to the superabsorbent resin fibers Total.
  • the pressure absorption capacity (AUL) of 0.3 psi for the superabsorbent resin fibers prepared in the examples and the comparative examples was the same as that of the superabsorbent resin in the form of fibers instead of the particulate superabsorbent resin, was measured according to the method of EDANA method WSP 242.2 with 5 seconds, 15 seconds, 30 seconds, and 60 seconds, respectively.
  • a 400 mesh stainless steel screen was attached to the lower end of a plastic cylinder having an inner diameter of 25 mm.
  • the superabsorbent resin fiber W 0 (g, about 0.16 g) to be measured for the pressure absorption capacity was uniformly sprayed on the screen at room temperature and at a humidity of 50%.
  • a piston capable of uniformly applying a load of 0.3 psi was added to the superabsorbent resin.
  • the piston was made so that its outer diameter was slightly smaller than 25 mm, so that it could move freely up and down without any gap between the inner wall of the cylinder.
  • the weight W 3 (g) of the thus prepared device was measured.
  • the glass filter with a diameter of 90mm, thickness of 5mm for the petro plate of 150mm it was poured into the physiological saline solution of 0.9 weight 0/0 to the Petro plate.
  • physiological saline was poured until the water surface of the physiological saline was leveled with the upper surface of the glass filter.
  • a filter paper having a diameter of 90 mm was placed on the glass filter.
  • the device prepared on the filter paper was placed so that the superabsorbent resin in the device was swelled by physiological saline under load. After 5 seconds, 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 an initial weight (g) of the superabsorbent resin fiber
  • W 3 (g) is the sum of the weight of the superabsorbent resin fiber and the weight of the device capable of imparting a load to the superabsorbent resin fiber
  • W 4 (g) absorbs the physiological saline solution into the superabsorbent resin fibers for 5 seconds under a load of (.3 psi), and then the weight of the superabsorbent resin fibers and the weight of the superabsorbent resin fibers This is the sum of the device weights.
  • the swelling time of the saline solution was measured in the same manner as described above except that the absorption (swelling) time of the saline solution was changed from 15 seconds (3 psi AUL @ 15s) to 30 seconds (0.3 psi AUL @ 30s) and 60 seconds (0.3 psi AUL @ 60s) To measure the pressure absorption ability.
  • FIG. 1 A schematic diagram of a method for testing the flexibility of the superabsorbent resin nonwoven fabric prepared in Examples and Comparative Examples is shown in Fig.
  • a nonwoven fabric made of superabsorbent resin fibers having a width of 20 mm, a length of 60 mm and a weight per unit area of 35 g / irf was prepared, and a PP nonwoven fabric surrounding the superabsorbent resin nonwoven fabric was adhered to the lower end with the same size.
  • a SUS rod having a diameter of 1 mm was placed in the middle of the nonwoven fabric, and the nonwoven fabric was bent in a circular shape along the rim of the SUS rod to observe the nonwoven fabric breakage by visual observation or an optical microscope.
  • X was evaluated.
  • the superabsorbent resin prepared in Examples and Comparative Examples The properties of the fibers were evaluated and are shown in Table 1 below.
  • Comparative Example 4 the degree of crosslinking was low and it could not be dissolved in water to evaluate the absorption characteristics such as centrifugal separation ability.
  • the superabsorbent resin nonwoven fabric produced according to the embodiment of the present invention is composed of long fibers and has a flexibility of 0.5 mm < 1 > or more and has flexibility, satisfactory water-holding ability, Speed.
  • Comparative Examples 1 and 3 were less flexible than the nonwoven fabric of the present invention, and Comparative Example 2 produced by centrifugal spinning showed low absorption rate and was not suitable for use in products.
  • Comparative Example 5 the physiological saline solution flow rate and the absorption rate were very low, which was also unsuitable for application to the product.

Abstract

본 발명은 고흡수성 수지 부직포의 제조 방법 및 이로부터 제조된 고흡수성 수지 섬유에 관한 것이다. 본 발명의 제조방법에 따르면 장섬유 형태로 높은 가요성 및 빠른 흡수 속도를 나타내는 고흡수성 수지 섬유를 제공할 수 있다.

Description

【발명의 명칭】
고흡수성 수지 부직포 및 이의 제조 방법
【기술분야】
관련 출원 (들ᅵ과의 상호 인용
본 출원은 2017년 10월 30일자 한국 특허 출원 제 10-2017-0142612호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며， 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 고흡수성 수지 부직포 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
【발명의 배경이 되는 기술】
고흡수성 수지 (Super Absorbent Polymer, SAP)란 자체 무게의 5백 내지
1천 배 정도의 수분을 흡수할 수 있는 기능을 가진 합성 고분자 물질로, 생리용구로 실용화되기 시작해서, 현재는 어린이용 종이기저귀 등 위생용품 외에 원예용 토양보수제, 토목, 건축용 지수재， 육묘용 시트, 식품유통분야에서의 신선도 유지제， 및 찜질용 등의 재료로 널리 사용되고 있다. 따라서, 기존의 흡수재들과 비교할 때 탁월한 흡수 능력을 갖는 것으로 알려진 고흡수성 수지 (Super Absorbent Polymer, SAP)는 그 활용 범위가 점점 넓어지고 있어 시장 가치가 높다고 할 수 있다.
현재의 고흡수성 수지는 대부분 분말 형태로 제조되어 사용되고 있다. 이러한 분말 형태의 고흡수성 수지는 위생재를 제조할 때나 실제 사용 시 비산되거나 누출될 수 있는 부분이 있고, 특정 형태의 기질 (substrate)과 함께 사용되어야 하기 때문에 사용 범위의 제한이 있는 실정이다.
이에 최근에는 고흡수성 수지를 섬유 (fiber) 형태로 제조하는 방법이 제안되고 있다. 예를 들어 한국공개특허 제 20Π-0028836호에는 수산화나트륨 수용액에 수용성 에틸렌계 불포화 단량체를 용해시켜 중화용액을 제조하고， 상기 중화용액에 가교제를 첨가하여 교반시켜 방사용액을 제조한 후, 상기 방사용액을 방사구금에 넣어 원심방사한 후 건조하여 고흡수성 수지 섬유를 제조하는 방법을 개시하고 있다. 그러나， 상기 한국공개특허에 개시된 방법은, 원심방사의 특성상 섬유의 직경을 10 zm 이상으로 제조할 수 없어 생산성 저하， 투과능 (permeability) 저하 등의 단점이 있다.
미국등록특허 제 6692825호에는 아미드 가교결합을 포함하는 고흡수성 수지로, 0.1 내지 10/zm의 직경을 갖는 고흡수성 수지 섬유로 이루어진 부직포 웹 (nonewoven web)의 제조방법을 개시하고 있다. 그러나， 상기 미국등록특허에 개시된 방법은 아미드 가교 결합에 사용되는 아민계 모노머는 악취, 피부 부작용 등의 문제를 야기할 수 있다. 또한 제조된 섬유의 직경이 10 zm 이하로 원심방사와 같은 단점이 있다.
일본등록특허 제 3548651호에는 모노머 조성물에 유연화 성분을 첨가하고, 노즐에서 낙하시키면서 낙하 도중 자외선을 조사, 중합하여 유연성 있는 흡수성 섬유 적층체를 수득하는 방법을 개시하고 있다. 그러나， 상기 일본둥록특허에 쟤시된 방법은 낙하하는 시간동안 자외선에 의해 중합하는 것으로， 매우 짧은 중합시간으로 인하여 잔류 모노머가 증가하고, 이로 인해 고흡수성 수지의 투과능 및 흡수 속도가 저하되는 단점이 있다.
【선행기술문헌】
【특허문헌】
(특허문헌 1) 대한민국 공개특허 제 2017-0028836호
(특허문헌 2) 미국등록특허 제 6692825호
(특허문헌 3) 일본등록특허 제 3548651호
【발명의 내용】
【해결하고자 하는 과제】
이에 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여， 본 발명은 장섬유 형태로 제조될 수 있으며 높은 가요성 및 빠른 흡수 속도를 나타내는 고흡수성 수지 부직포 및 이의 제조 방법을 제공하고자 한다.
[과제의 해결 수단]
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 측면은,
직경이 10/zm 초과이고, 길이가 0.1 m 이상인 고흡수성 수지 섬유를 포함하고,
한계 곡률 (critical curvature)이 0.5 mm"1 이상인, 고흡수성 수지 부직포를 제공한다.
또한 본 발명의 다른 일 측면은,
산성기를 가지며 상기 산성기의 적어도 일부가 중화된 아크릴산계 단량체, 유리전이온도 (Tg)가 상온 (25 °C) 이하인 공단량체, 및 중합 개시제를 포함하는 단량체 수용액을 중합하여 함수겔 중합체를 포함하는 제 1 중합체 수용액을 제조하는 단계;
상기 제 1 중합체 수용액에 유리전이온도 (Tg)가 상온 (25 °C) 이하인 가교제를 흔합하여 제 2 중합체 수용액을 제조하는 단계;
상기 게 2 중합체 수용액을 솔루션 블로운 (solution blown) 공정에 의해 방사하는 단계; 및
상기 방사된 제 2 중합체 수용액을 건조하여 고흡수성 수지 섬유를 포함하는 고흡수성 수지 부직포를 제조하는 단계;
를 포함하는 고흡수성 수지 부직포의 제조 방법을 제공한다.
【발명의 효과】
본 발명에 따른 고흡수성 수지 부직포는 분말 상태의 통상의 고흡수성 수지와는 달리 부직포 형태로 제품으로 바로 적용이 가능하며 비산되거나 누출될 우려가 없고 유연성을 나타낼 수 있다.
또한 부직포를 이루는 각각의 섬유가 장섬유로 구성되어 있기 때문에 높은 가요성을 나타낼 수 있다.
이처럼, 유연성과 가요성을 가지면서 고흡수성 수지 본연의 물성으로 빠른 흡수 속도를 나타내어， 가요성 및 높은 흡수성을 필요로 하는 다양한 제품에 적용가능하다. 예를 들어 본 발명에 따른 고흡수성 수지 부직포는 종래와 고흡수성 수지 분말이 사용되는 모든 제품에 적용가능할 뿐 아니라, 기저귀， 생리대 등의 위생재에 고흡수성 수지 입자 코어 (core)를 감싸는 투과성 봉지재， 벽， 지붕， 케이블 등에 적용되는 방수재, 수분제거용 오일 필터, 상처 및 괘양관리 드레싱제, 수분 침출 방지 식품 패키징재, 방화복의 땀 흡수재 등 다양한 분야로 응용될 수 있다. 또한, 본 발명의 제조방법에 따르면 상기와 같은 고흡수성 수지 부직포를 높은 생산성으로 제조할 수 있다.
【도면의 간단한 설명】
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고흡수성 수지 부직포의 제조 공정을 보여주는 모식도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 고흡수성 수지 섬유의 주사전자현미경 사진이다.
도 3은 본 발명의 비교예에 따른 고흡수성 수지 섬유의 주사전자현미경 사진이다.
도 4는 고흡수성 수지 부직포의 유연성 테스트 방법에 대한 모식도이다.
【발명을 실시하기 위한 구체적인 내용】
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 예시하고 하기에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나， 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며， 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명의 일 구현예에 따른 고흡수성 수지 부직포 및 이의 제조 방법에 대해 설명한다. 본 발명의 일 구현예에 따른 고흡수성 수지 부직포는,
경이 10/zm 초과이고， 길이가 0.1 m 이상인 고흡수성 수지 섬유를 포함하고, 한계 곡률 (critical curvature)이 0.5 mm 1 이상이다.
본 발명의 고흡수성 수지 부직포는， 고흡수성 수지 섬유를 포함하며, 상기 고흡수성 수지 섬유는 유연성있는 장섬유 형태일 수 있다.
바람직하게 본 발명의 고흡수성 수지 부직포는， 상기 고흡수성 수지 섬유를 주성분으로 포함할 수 있다. 그러나 이것이 본 발명의 고흡수성 수자 부직포를 고흡수성 수지 분말 (powder), 입자 (particle), 또는게 3의 형태의 고흡수성 수지 등과 흔합하여 사용될 수 없음을 의미하는 것은 아니며, 상기 나열된 물질 및 기타 성분, 첨가제 등과 얼마든지 흔합하여 사용할 수 있다. 또한 고흡수성 수지 섬유를 주성분으로 포함한다 함은, 전체 고흡수성 수지 부직포 100 중량부에 대하여 약 50 중량부 이상， 또는 약 60 중량부 이상, 또는 약 70 중량부 이상 및 약 100 중량부 이하, 또는 약 99.9 중량부 이하, 또는 약 99 중량부 이하가 상기 직경이 10/ i 초과이고, 길이가 0.1 m 이상인 고흡수성 수지 섬유가 차지하는 상태임을 의미한다. 나머지 잔량은 수분, 길이가 0.1 m 미만인 단섬유 형태의 고흡수성 수지 섬유， 입자, 기타 첨가제 등이 차지할 수 있다.
상기 고흡수성 수지 섬유는 길이가 약 0.1 m 이상, 또는 약 1 m 이상， 또는 약 2 m 이상일 수 있으며, 약 1000 m 이하, 또는 약 100 m 이하, 또는 약 10 m 이하일 수 있다. 본 발명의 고흡수성 수지 부직포는 상기와 같이 길이가 0.1 m 이상인 장섬유로 이루어짐에 따라 잘 부러지지 않는 유연한 특성을 가질 수 있다.
또한, 상기 고흡수성 수지 섬유는 직경이 약 10/zm 초과로, 또는 약 15 이상, 또는 약 20 / 이상이면서 , 약 200 /m 이하, 또는 약 150 /zm 이하， 또는 약 80 이하일 수 있다. 본 발명의 고흡수성 수지 부직포는 상기와 같이 직경이 10 / m를 초과하는 섬유로 이루어짐에 따라 단위 면적당 고흡수성 수지의 함량을 높일 수 있고 고흡수성 수지 본연의 물성인 흡수능과투과성이 높아유지될 수 있다.
또한, 상기 고흡수성 수지 섬유를 포함하는 부직포는 한계 곡률 (critical curvature)이 약 0.5 mm"1 이상 또는 약 1 mm"1 이상, 또는 약 2 mm"1 이상일 수 있다. 상기 한계 곡를은 섬유를 구부렸을 때 부러지지 않는 최소 곡률 반경 (r, 단위: mm)의 역수 (1/r)를 의미한다. 이에 따라 본 발명의 고흡수성 수지 부직포는, 곡률 반경이 2mm 이하로 굽히거나 접더라도 잘 부러지지 않는 유연한 특성을 가질 수 있다.
상기와 같이 본 발명의 고흡수성 수지 부직포를 구성하는 고흡수성 수지 섬유는 유연성있는 장섬유이므로, 이로 이루어진 또는 이를 포함하는 고흡수성 수지 부직포 또한 유연성이 높아 굽히더라도 쉽게 부서지거나 (brittle) 부러지지 않고 유연하고 잘 휘는 성질을 가질 수 있다. 또한 상기 고흡수성 수지 섬유는 우수한 흡수능 및 흡수 속도를 나타낼 수 있다.
예를 들어, 상기 고흡수성 수지 섬유는 EDANA 법 WSP 241.2의 방법에 따라 측정한 원심분리 보수능 (CRC)이 약 5 g/g 이상, 또는 약 10 g/g 이상이면서， 약 50 g g 이하, 또는 약 40 g/g 이하， 또는 약 30 g/g 이하의 범위를 가질 수 있다.
또한 상기 고흡수성 수지 섬유는, EDANA 법 WSP 242.2의 방법에 따라 측정한 0.9 psi의 가압 흡수능 (AUL)이 약 4 g/g 이상， 또는 약 7 g/g 이상, 또는 약 10g/g 이상이면서 , 약 45 g/g 이하， 또는 약 35 g/g 이하, 또는 약 30g/g 이하의 범위를 가질 수 있다.
또한 상기 고흡수성 수지 섬유는, 생리 식염수 흐름 유도성 (SFC) 값이 약 5*l(T7 cm3 sec/g 이상, 또는 약 10*10 7 cm3.sec/g 이상, 또는 약 30*KT7 cm3 sec/g 이상이면서, 약 120*HT7 cm3 sec/g 이하, 또는 약 110*HT7 cm3'sec/g 이하, 또는 약 100*l(r7 cm3 sec/g 이하의 범위를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 고흡수성 수지 부직포의 비표면적은 약 0.5 m2/g 이상, 또는 약 1 m2/g 이상, 또는 약 2 m2/g 이상이면서, 약 100 m2/g 이하, 또는 약 70 m2/g 이하, 또는 약 50 m2/g 이하일 수 있다.
본 발명에 따른 고흡수성 수지 부직포는 단독으로 또는 고흡수성을 지니는 다른 수지, 입자, 분말, 또는 기타 성분 등과 제한없이 흔합하여 위생재를 비롯하여 흡습성이 요구되는 각종 물품의 용도 등으로 적합하게 사용될 수 있다.
이러한 본 발명에 따른 고흡수성 수지 부직포의 용도는 특별히 한정되지 않으며, 위생용품, 투과성 봉지재, 방수재, 수분 제거용 필터, 드레싱게, 수분 침출 방지 식품 패키징재， 땀 흡수재 등 의학, 화학, 화공, 식료품 또는 화장품 등의 다양한 분야에서 사용되는 물품을 모두 포괄할 수 있다.
상술한 본 발명의 고흡수성 수지 부직포는 하기와 같은 제조방법으로 제조될 수 있다.
본 발명의 다른 일 구현예에 따른 고흡수성 수지 부직포의 제조방법은,
산성기를 가지며 상기 산성기의 적어도 일부가 중화된 아크릴산계 단량체, 유리전이온도 (Tg)가 상은 (25 °C) 이하인 공단량체, 및 중합 개시제를 포함하는 단량체 수용액을 중합하여 함수겔 중합체를 포함하는 제 1 중합체 수용액을 제조하는 단계; 상기 제 1 중합체 수용액에 유리전이온도 (Tg)가 상온 (25 °C) 이하인 가교제를 흔합하여 계 2 중합체 수용액을 제조하는 단계; 상기 제 2 중합체 수용액을 솔루션 블로운 (solution blown) 공정에 의해 방사하는 단계; 및 상기 방사된 제 2 중합체 수용액을 건조하여 고흡수성 수지 섬유를 포함하는 고흡수성 수지 부직포를 제조하는 단계를 포함한다. 본 발명의 일 구현예에 따른 고흡수성 수지 부직포의 제조 방법에 있어 먼저 산성기를 가지며 상기 산성기의 적어도 일부가 중화된 아크릴산계 단량체， 유리전이온도 (Tg)가 상온 (25 °C) 이하인 공단량체, 및 중합 개시제를 포함하는 단량체 수용액을 중합하여 함수겔 중합체를 포함하는 제 1 중합체 수용액을 제조한다.
상기 단량체 수용액에서 아크릴산계 단량체는 하기 화학식 1로 표시되는 화힙"물이다:
[화학식 1]
R'-COOM1
상기 화학식 1에서,
R1은 불포화 결합을 포함하는 탄소수 2 내지 5의 알킬 그룹이고,
M1은 수소원자, 1가 또는 2가 금속, 암모늄기 또는 유기 아민염이다. 바람직하게는， 상기 아크릴산계 단량체는 아크릴산, 메타크릴산 및 이들의 1가 금속염, 2가 금속염, 암모늄염 및 유기 아민염으로 이루어잔 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.
여기서， 상기 아크릴산계 단량체는 산성기를 가지며 상기 산성기의 적어도 일부가 중화된 것일 수 있다. 바람직하게는 상기 아크릴산계 단량체를 수산화나트륨， 수산화칼륨, 수산화암모늄 등과 같은 알킬리 물질로 부분적으로 중화시킨 것이 사용될 수 있다. 이때， 상기 아크릴산계 단량체의 중화도는 약 40 내지 약 95 몰%， 또는 약 40 내지 약 80 몰0 /0, 또는 약 45 내지 약 75 몰%일 수 있다. 상기 중화도의 범위는 최종 물성에 따라 조절될 수 있다. 그런데, 상기 중화도가 지나치게 높으면 중화된 단량체가 석출되어 중합이 원활하게 진행되기 어려울 수 있으며, 반대로 중화도가 지나치게 낮으면 고분자의 흡수력이 크게 떨어질 뿐만 아니라 취급하기 곤란한 탄성 고무와 같은 성질을 나타낼 수 있다.
한편， 본 발명에 따른 고흡수성 수지 부직포의 제조 방법에 있어서, 상기 아크릴산계 단량체의 농도는 반웅 시간 및 반웅 조건 등을 고려하여 적절히 선택하여 사용할 수 있으나, 바람직하게는 단량체 수용액 총 중량에 대하여 아크릴산계 단량체의 함량을 10 내지 50 중량0 /0로 할 수 있다. 아크릴산계 단량체의 농도가 10 중량 % 미만인 경우, 경제성 면에서 불리하며, 50 중량% 초과하는 경우， 점도가 높아져 섬유 상을 형성할 수 없게 된다.
본 발명에 따른 고흡수성 수지 섬유의 제조 방법에 있어서， 상기 단량체 수용액은 유리전이온도 (Tg)가 상은 (25 °C) 이하인 공단량체를 포함한다.
상기 공단량체는 중합 과정에서 아크릴산계 단량체와 함께 공중합되어 유연성있는 장섬유 형태의 고흡수성 수지의 중합을 가능케 한다. 유리전이온도 (Tg)가 상은을 초과하는 공단량체를 포함하여 중합하거나， 아크릴산 단량체만으로 중합하여 함수겔 중합체를 형성하는 경우, 이로부터 생성되는 고흡수성 수지 섬유의 유연성과 가요성이 떨어져 쉽게 부러질 수 있다.
상기 공단량체는 아크릴산계 단량체와 중합 반웅이 가능한 관능기를 가지면서 유리전이온도 (Tg)가 상온 (25 °C) 이하인 것을 특징으로 하며, 예를 들어 탄소수 1 내지 10의 비닐 알킬 에테르 (vinyl alkyl ether), 탄소수 1 내지 10의 알킬 아크릴레이트 (alkyl acrylate), 메록시에틸 아크릴레이트 (methoxyethyl acrylate), 탄소수 1 내지 10의 히드록시알킬 (메트)아크릴레이트 (hydroxyalkyl (mneth)acrylates), 에틸렌글리콜수 1 내지 20인 폴리에틸렌글리콜 (메틸에테르) 아크릴레이트 (Polyethylene glycol (methyl ether) acrylate), 에틸렌글리콜수 1 내지 20인 폴리에틸렌글리콜 (메틸에테르) 메타크릴레이트 (Polyethylene glycol (methyl ether) methacrylate) 또는 2-에틸핵실 (메.트)아크릴레이트 (2-ethylhexyl (meth)acrylate) 등을 들 수 있으며, 바람직하게는 폴리에틸렌글리콜 (메틸에테르) 아크릴레이트 (Polyethylene glycol (methyl ether) acrylate)를 사용할 수 있다.
상기 공단량체의 함량은 아크릴산계 단량체의 100 중량부에 대하여 0.1 내지 30 중량부, 바람직하게는 0.5 내지 25 중량부, 더욱 바람직하게는 1 내지 20 중량부를 사용할 수 있다. 상기 공단량체의 함량이 지나치게 적으면, 유연성 개선의 효과가 없을 수 있고, 너무 많이 포함되는 경우, 흡수 속도， 및 흡수능의 저하가 있을 수 있으므로 이러한 관점에서 상기 함량 범위가 바람직할 수 있다.
상기 중합 개시제는, 고흡수성 수지의 제조에 일반적으로 사용되는 중합 개시제를 사용할 수 있다. 상기 중합 개시제로는 중합 방법에 따라 열중합 개시제 또는 광중합 개시제 또는 레독스중합 개시제 등이 사용될 수 있다. 다만, 열중합 개시제 또는 광중합 개시제를 단독으로 사용하는 것 보다 두 가지를 흔용하여 사용하는 것이 중합 효율 측면에서 보다 바람직할 수 있다. 이는 광중합 방법에 의하더라도， 자외선 조사 등에 의해 일정량의 열이 발생하고, 또한 발열 반웅인 중합 반웅의 진행에 따라 어느 정도의 열이 발생하므로， 열중합 개시제를 포함하는 경우 열중합이 동시에 일어날 수 있기 때문이다.
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 선택된 하나 이상의 화합물이 사용될 수 있다. 그 중 아실포스핀의 구체 예로서, 상용하는 lucirin TPO, 즉, 2,4,6-트리메틸 -벤조일-트리메틸 포스핀 옥^) "이드 (2,4,6-trimethyl-benzoyl-trimethyl phosphine oxide) ]- 사용될 수 있다. 보다 다양한 광 중합 개시제에 대해서는 Rein old Schwalm 저서인 "UV Coatings: Basics, Recent Developments and New Application(Elsevier 2007년)"의 115 페이지에 개시되어 있으며, 이를 참조할 수 있다.
또한, 상기 열중합 개시제로는 과황산염계 개시제, 아조계 개시겨 1, 과산화수소, 및 아스코르빈산으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 화합물이 사용될 수 있다. 구체적으로, 과황산염계 개시제로는 과황산나트륨 (Sodium persulfate; Na2S208), 과황산칼륨 (Potassium persulfate; K2S2Os), 과황산암모늄 (Ammonium persulfate; (NH4)2S208) 등을 예로 들 수 있다. 또한, 아조 (Azo)계 개시제로는 . 2,2-아조비스 -(2-아미디노프로판)이염산염 (2 azobisOamidinopropane)
dihydrochloride), 2,2-아조비스 -(Ν,Ν-디메틸렌)이소부티라마이딘 디하이드로클로라이드 (2,2-azobis-(N,N-dimethylene)isobutyramidine
dihydrochloride),
2- (카바모일아조)이소부티로니트릴 (2-(carbamoylazo)isobutylonitril),
2,2-아조비스 [2-(2-이미다졸린 -2-일)프로판]
디하이드로클로라이드 (2,2-azobis[2-(2-imidaz이 in-2-yl)propane] dihydrochloride), 4,4-아조비스 -(4-시아노발레릭 산) (4,4-azobis-(4-cyanoyaleric acid)) 등을 예로 들 수 있다. 보다 다양한 열 중합 개시제에 대해서는 Odian 저서인 "Principle of Polymerization(Wiley, 1981년)"의 203 페이지에 개시되어 있으며, 이를 참조할 수 있다.
레독스 중합에는 중합개시제와 증합환원제가 동시에 사용된다. 상기 레독스 중합개시제로는 퍼옥사이드계 성분을 갖는 화합물 (즉, 퍼옥사이드계 화합물)을 포함한다. 예를 들어, 퍼옥사이드계 화합물， 예컨대 t-부틸 과산화수소 및 큐멘 과산화수소과 같은 과산화수소; 퍼옥사이드류, 예컨대 벤조일 퍼옥사이드, 카프릴릴 퍼옥사이드， 디 -t-부틸 퍼옥사이드， 에틸 3,3'-디 -(t-부틸퍼옥시)부티레이트, 에틸 3,3'-디 (t-아밀퍼옥시)부티레이트, t-아밀퍼옥시 -2-에틸 핵사노에이트, 또는 t-부틸퍼옥시 피발레이트; 퍼에스테르, 예컨대 t_부틸 퍼아세테이트, t-부틸 퍼프탈레이트, 또는 t-부틸 퍼벤조에이트; 퍼카보네이트, 예컨대 디 (1-시아노 -1-메틸에틸)퍼옥시 디카보네이트; 및 퍼포스페이트 등이 있다. 상기 레독스 중합 환원제는 아스코르브산 또는 이소-아스코르브산과 같은 아스코르빅 화합물 등을 예로 들 수 있다.
상기 중합 개시제는 상기 단량체 수용액에 대하여 약 0.001 내지 1 중량 %의 농도로 첨가될 수 있다. 즉, 상기 중합 개시제의 농도가 지나치게 낮을 경우 중합 속도가 느려질 수 있고 최종 제품에 잔존 단량체가 다량으로 추출될 수 있어 바람직하지 않다. 반대로, 상기 중합 개시제의 농도가 지나치게 높을 경우 네트워크를 이루는 고분자 체인이 짧아져 수가용 성분의 함량이 높아지고 가압 흡수능이 낮아지는 등 수지의 물성이 저하될 수 있어 바람직하지 않다. '
본 발명의 제조 방법에서, 상기 단량체 수용액은 필요에 따라 증점제 (thickener), 가소제, 보존 안정계， 산화 방지제 등의 첨가제를 더 포함할 수 있다.
상술한 아크릴산계 단량체， 유리전이온도 (Tg)가 상은 이하인 공단량체, 중합 개시제, 및 첨가제와 같은 원료 물질은 물에 용해된 수용액의 형태로 준비될 수 있다. 상기 물은 단량체 수용액의 총 함량에 대하여 상술한 성분을 제외한 잔량으로 포함될 수 있다.
다음에, 상기 단량체 수용액을 열중합 또는 광중합하여 함수겔 중합체를 형성하며, 이에 따라 상기 함수겔 중합체를 포함하는 제 1 중합체 수용액을 제조한다.
한편， 이와 같은 단량체 수용액을 열중합 또는 광중합하여 함수겔 중합체를 형성하는 방법은 고흡수성 수지 제조 기술분야에서 통상 사용되는 중합 방법이면, 특별히 구성의 한정이 없다.
구체적으로, 중합 방법은 중합 에너지원에 따라 크게 열중합 및 광중합으로 나뉠 수 있다. 통상 열중합을 진행하는 경우， 니더 (kneader)와 같은 교반축을 가진 반웅기에서 진행될 수 있다. 반면, 광중합을 진행하는 경우, 이동 가능한 컨베이어 벨트를 구비한 반웅기에서 진행될 수 있으나， 상술한 중합 방법은 일 예이며, 본 발명은 상술한 중합 방법에 한정되지는 않는다.
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 무게감소분을 측정하여 계산된 값으로 정의한다. 이때, 건조 조건은 상은에서 약 180°C까지 온도를 상승시킨 뒤 180°C에서 유지하는 방식으로 총 건조시간은 온도상승단계 5분을 포함하여 20분으로 설정하여, 함수율을 측정한다.
상기와 같이 함수겔 중합체를 포함하는 제 1 중합체 수용액에 가교제를 흔합하여 제 2 중합체 수용액을 제조한다.
본 발명에 따른 고흡수성 수지 부직포의 제조 방법에 있어서, 상기 가교제는 중합체가 갖는 관능기와 반웅 가능한 화합물이면서 유리전이온도 (Tg)가 상온 (25 °C) 이하인 것을 특징으로 하며, 후술하는 건조 단계에서 상기 중합체와 가교 반웅을 함으로써 유연성있는 장섬유 형태의 고흡수성 수지를 제조할 수 있다.
상기와 같은 조건을 만족하는 가교제로는 에틸렌글리콜 (ethyleneglycol), 글리세롤 (glycerol), 폴리에틸렌글리콜 (polyethyleneglycol), 폴리프로필렌글리콜 (polypropylene glycol), 폴리 (4-하이드록시부틸 아크릴레이트 )(poly(4-hydroxybutyl acrylate)), 폴리 Ο하이드록시에틸 아크릴레이트 )(poly(2-hydroxyethyl acrylate)), 및 폴리 (2-하이드록시프로필 아크릴레이트 )(poly(2-hydroxypropyl acrylate))로 이루어진 군에서 선택되는 1 종 이상을 사용할 수 있고, 바람직하게는 에틸렌글리콜을 사용할 수 있다. 상기 가교제의 함량은 상기 단량체 수용액에 포함된 단량체 100 중량부에 대하여 으1 내지 30 중량부, 바람직하게는 0.5 내지 25 중량부, 더욱 바람직하게는 1 내지 20 중량부를 사용할 수 있다. 상기 가교제의 함량이 지나치게 적으면, 가교 반웅이 거의 일어나지 않으며, 너무 많이 포함되는 경우, 과도한 가교 반웅으로 인해 오히려 고흡수성 수지 섬유의 물성이 저하될 수 있다.
다음에, 제조된 제 2 중합체 수용액을 솔루션 블로운 (solution blown) 공정에 의해 방사한다.
고분자를 섬유 또는 부직포 형태로 제조하는 방법으로 멜트 블로운 (melt-blown spinning), 제트 (jet) 방사， 원심방사， 전기방사 (electro-spinning) 등의 방법이 알려져 있다.
이중 원심방사는 용융 또는 용액 상태의 고분자를 다수의 홀이 있는 방사구금에 넣어 고속으로 회전시키고 이때 작용하는 원심력을 이용하여 고화되지 않은 고분자를 인장시킴으로써 세화하고 고화된 섬유를 수집체에 적층시켜 부직포를 제조하는 방법이다. 원심방사의 장점은 장비구성이 간단하고, 에너지 소모가 적고， 사용할 수 있는 고분자의 제한이 적고, 부직포 형태로 제조되기 때문에 공정을 간소화할 수 있다는 장점이 있다. 그러나， 원심방사는 대량생산이 어려워 생산성이 떨어지고 직경이 10 m를 초과하는 장섬유를 제조하기에 적합하지 않으며 이에 따라 흡수 속도가 낮은 문제가 있어 이를 개선하는 방법으로 본 발명은 솔루션 블로운 공정에 의해 고흡수성 수지 섬유를 형성한다.
본 발명의 제조방법에 있어 솔루션 블로운 공정은， 함수겔 중합체를 포함하는 제 2 중합체 수용액을 마이크로 채널을 통하여 가는 스트림 형태로 방사하고, 방사된 제 2 중합체 수용액에 대해 건조 및 가교 공정을 동시에 수행하여， 유연성있는 고흡수성 수지 섬유로 이루어진 부직포를 연속적으로 생산할 수 있는 공정이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 제조 공정을 보여주는 모식도이다.
도 1을 참조하면,. 준비된 제 2 중합체 수용액을 이동 가능한 컨베이어 벨트 등으로 방사하는데 이때 너비가 1000//Π1 이하인 마이크로 채널 (channel) 또는 노즐 (nozzle)을 통하여 연속적으로 방사할 수 있다. 또한 방사되는 중합체 수용액 스트림 (stream)을 둘러싼 주위에 공기 (air) 또는 불활성 기체 (inert gas)와 같은 기체를 홀려주어 보다 균일한 스트림을 형성하도록 할 수 있다.
다음에， 상기 방사된 제 2 중합체 수용액을 건조하여 고흡수성 수지 섬유를 제조한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 건조 공정을 수행하는 동안 보다 효과적인 건조를 위하여 제 2 중합체 수용액의 중합시 발생하는 수분을 계속적으로 흡입 (suction)할 수 있다.
한편， 상기 건조 단계에서 상승된 온도에 의해 상기 제 2 중합체 수용액에 포함된 함수겔 중합체와 가교제가 가교 반웅을 하여 보다 유연한 고흡수성 수지 섬유가 제조될 수 있다.
상기 건조 단계는 100 내지 250°C의 온도에서 수행될 수 있다. 건조 온도가 100 °C 미만인 경우, 건조 시간이 지나치게 길어지고 최종 형성되는 고흡수성 수지 섬유의 물성이 저하될 우려가 있고, 건조 온도가 250°C올 초과하는 경우, 지나치게 섬유 표면만 건조되어, 최종 형성되는 고흡수성 수지 섬유의 물성이 저하될 우려가 있다. 바람직하게 상기 중합 및 건조는
100°C 내지 250°C의 온도에서， 더욱 바람직하게는 150°C 내지 200°C의 은도에서 진행될 수 있다.
또한, 건조 시간의 경우에는 그 구성의 한정은 없으나 공정 효율 등을 고려하여， 10분 내지 120분, 더욱 바람직하게는 20분 내지 90분 동안 진행될 수 있다.
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.
한편, 분말 형태의 통상의 고흡수성 수지의 제조에서는 단량체 수용액의 중합을 통해 통상 함수율 약 40 내지 약 80 중량 %인 함수겔상 중합체가 얻어지며, 이러한 함수겔상 중합체를 건조 및 분쇄하여 분말 형태의 고흡수성 수지를 얻는다.
그러나 본 발명의 일 구현예에 따르면, 방사된 중합체 수용액에 대해 가교 및 건조 공정을 동시에 수행하며， 이에 의해 고흡수성 수지가 섬유 형태로 존재하며 이의 집합체인 고흡수성 수지 부직포가 얻어질 수 있다. 이하 본 발명을 실시예에 기초하여 더욱 상세하게 설명하지만， 하기에 개시되는 본 발명의 실시 형태는 어디까지 예시로써, 본 발명의 범위는 이들의 실시 형태에 한정되지 않는다. 본 발명의 범위는 특허청구범위에 표시되었고, 더욱이 특허 청구범위 기록과 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경을 함유하고 있다.
<실시예 >
실시예 1
아크릴산 (acryl acid) 30 중량부, 폴리에틸렌글리콜 (메틸에테르) 아크릴레이트 (Polyethylene glycol (methyl ether) acrylate) 0.9 중량부, 3-머갑토프로피온산 (3-mercaptopropionic acid) 0.45 중량부, 수산화나트륨 (NaOH) 10.8 중량부， 물 57.75 중량부를 흔합하여 65 °C에서 교반하며 1시간 동안 질소 기체 (N2)로 퍼지 (purge)한 후 으1 중량부의 과황산나트륨 (SPS)를 투입하고 10시간 동안 중합 반웅을 진행하여 함수겔상 중합체가 포함된 제 1 중합체 수용액을 제조하였다. 여기에 에틸렌글리콜 (ethylene glycol) 0.5 중량부를 흔합하여 제 2 중합체 수용액을 준비하였다.
준비된 중합체 수용액을 도 1에 도시된 바와 같은 솔루션 블로운 공정으로 방사하고 180 °C에서 100 분 동안 가교 및 건조하여 고흡수성 수지 섬유의 집합체인 부직포를 수득하였다.
상기 고흡수성 수지 섬유로 이루어진 부직포의 주사전자현미경 사진을 도 2에 나타내었다.
고흡수성 수지 섬유를 확대 관찰한 결과 수득된 고흡수성 수지 섬유의 직경은 약 25 내지 약 37 이었으며, 길이는 약 1 내지 약 2 m로 측정되었다. 또한 상기 고흡수성 수지 부직포의 한계 곡률 (1/r)은 0.7 mm 1 이었다. 실시예 2
폴리에틸렌글리콜 (메틸에테르) 아크릴레이트를 0.3 중량부로 사용하고: 물을 58.35 중량부로, 가교제로 에틸렌글리콜 대신에 평균분자량이 200 g/m이인 폴리에틸렌글리콜 1.3 중량부를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 고흡수성 수지 섬유로 이루어진 부직포를 제조하였다.
상기 고흡수성 수지 섬유를 확대 관찰한 결과 수득된 고흡수성 수지 섬유의 직경은 약 22 내지 약 34 m이었으며, 길이는 약 1 내지 약 2 m로 측정되었다. 또한 상기 고흡수성 수지 부직포의 한계 곡를 (1/r)은 1.1 mm"1 이었다. 비교예 1
폴리에틸렌글리콜 (메틸에테르) 아크릴레이트를 포함하지 않고, 물을
58.65 중량부로 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 고흡수성 수지 섬유로 이루어진 부직포를 제조하였다. 비교예 2
실시예 1과 동일한 조성의 제 1 및 제 2 중합체 수용액을 준비하고 원심방사를 사용하여 부직포를 제조한 후 180°C에서 100분 동안 가교 및 건조하여 고흡수성 수지 섬유의 집합체인 부직포를 수득하였다.
상기 고흡수성 수지 섬유로 이루어진 부직포의 주사전자현미경 사진을 도 3에 나타내었다.
고흡수성 수지 섬유를 확대 관찰한 결과 수득된 고흡수성 수지 섬유의 직경은 약 4 내지 약 6 mi이었으며, 길이는 약 1 내지 약 2 m로 측정되었다. 또한 상기 고흡수성 수지 부직포의 한계 곡률 (1/r)은 2 mm"1 이었다. 비교예 3
폴리에틸렌글리콜 (메틸에테르) 아크릴레이트 대신에 유리전이온도 (Tg)가 34°C인 비닐아세테이트 (vinyl acetate)를 0.9 중량부로 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 고흡수성 수지 섬유로 이루어진 부직포를 제조하였다.
상기 고흡수성 수지 섬유를 확대 관찰한 결과 수득된 고흡수성 수지 섬유의 직경은 약 24 내지 약 33 zm이었으며, 길이는 약 1 내지 약 2 m로 측정되었다. 또한 상기 고흡수성 수지 부직포의 한계 곡률 (1/r)은 0.1 mm"1이었다. 비교예 4
에틸렌글리콜 가교제를 사용하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 고흡수성 수지 섬유로 이루어진 부직포를 제조하였다. 그러나 제조된 부직포는 가교도가 낮아 물에 녹고 따라서 원심분리 보수능 등의 흡수 특성을 평가할 수 없었다. 비교예 5
일본 등록특허 제 3548651호의 실시예 1과 동일한 방법으로 하기와 같이 고흡수성 수지 섬유를 제조하였다.
구체적으로， 173 %이 수산화나트륨에 의해 중화된 부분 중화 아크릴산의 수용액 (모노머 농도 45 중량 %) 100 중량부에 폴리에틸렌 글리콜 (PEG200) 디아크릴레이트 으05 중량부, 폴리에틸렌옥사이드 0.2 중량부, 2-하이드록시 -2-메틸 -1-페닐프로판 -1-온 2 중량부를 용해했다. 이 모노머 수용액을 내경 0.97 mm의 노즐에서 예사 낙하시키면서, 낙하 도중의 측면에서 고압 수은 램프 (80W/cm2)에서 자외선을 2 초간 조사해 중합 반웅시켰다.
상기 고흡수성 수지 섬유를 확대 관찰한 결과 수득된 고흡수성 수지 섬유의 직경은 약 24 내지 약 33 이었으며, 길이는 약 1 내지 약 2 m로 측정되었다. 또한 상기 고흡수성 수지 부직포의 한계 곡를 (1/r)은 0.1 mm"1이었다.
<실험예 >
(1) 원심분리 보수능 (CRC, Centrifoge Retention Capacity)
실시예 및 비교예에서 제조한 고흡수성 수지 섬유에 대한 원심분리 보수능 (CRC)은 측정 샘플로 입자 형태의 고흡수성 수지 대신 섬유 형태의 고흡수성 수지를 그대로 사용한 것을 제외하고는 EDANA 법 WSP 241.2의 방법에 따라 측정되었다.
구체적으로， 고흡수상 수지 섬유 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 250G로 3 분간 탈수한 후에 봉투의 무게 W2(g)를 측정하였다. 한편, 고흡수성 수지를 넣지 않은 빈 봉투를 이용하여 동일한 조작을 한 후 그때의 무게 Wi(g)를 측정하였다.
이렇게 얻어진 각 무게를 이용하여 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 고흡수성 수지 섬유의 초기 무게 (g)이고，
Wi(g)는 고흡수성 수지 섬유를 사용하지 않고， 원심분리기를 사용하여 250G로 3분간 탈수한 후에 측정한 장치 무게이고, W2(g)는 상온에서 0.9 중량0 /0의 생리 식염수에 고흡수성 수지 섬유를 30분 동안 침수하여 흡수시킨 다음, 원심분리기를 사용하여 250G로 3분간 탈수한 후에, 고흡수성 수지 섬유를 포함하여 측정한 장치 무게이다. (2) 가압 흡수능 (AUL, Absorbency under Load)
실시예 및 비교예에서 제조한 고흡수성 수지 섬유에 대한 으9 psi의 가압 흡수능 (AUL)은 측정 샘플로 입자 형태의 고흡수성 수지 대신 섬유 형태의 고흡수성 수지를 그대로 사용한 것을 제외하고는 EDANA 법 WSP 242.2의 방법에 따라 측정되었다.
구체적으로， 내경이 25mm인 플라스틱 원통 하단에 스테인리스제 400 mesh 스크린을 장착하였다. 그리고, 상온 및 50%의 습도 하에서 상기 스크린에 가압 흡수능을 측정하고자 하는 고흡수성 수지 섬유 W0(g, 약 0.16g)를 균일하게 살포하였다. 이어서, 상기 고흡수성 수지 위에 0.9 psi의 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 W3(g)를 측정하였다.
이어서, 직경 150mm의 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 90mm의 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 수지 섬유의 초기 무게 (g)이고,
W3(g)는 고흡수성 수지 섬유의 무게 및 상기 고흡수성 수지 섬유에 하중을 부여할 수 있는 장치 무게의 총합이고,
W4(g)는 하중 (0.9 psi) 하에 1 시간 동안 상기 고흡수성 수지 섬유에 생리 식염수를 흡수시킨 후에， 고흡수성 수지 섬유의 무게 및 상기 고흡수성 수지 섬유에 하중을 부여할 수 있는 장치 무게의 총합이다.
(3) 생리 식염수 흐름 유도성 (SFC; saline flow conductivity)
미국특허 등록번호 제 5562646호의 컬럼 54 내지 컬럼 59에 개시된 방법에 따라 측정 및 산출하였다.
(4) 0.3 psi AUL @5s, @15s, @30s, @60s,
실시예 및 비교예에서 제조한 고흡수성 수지 섬유에 대한 0.3 psi의 가압 흡수능 (AUL)은 측정 샘플로 입자 형태의 고흡수성 수지 대신 섬유 형태의 고흡수성 수지를 그대로 사용하였으며, 팽윤 시간을 1시간 대신 각각 5초, 15초, 30초， 60초로 하여 EDANA 법 WSP 242.2의 방법에 따라 측정되었다.
구체적으로, 내경이 25mm인 플라스틱 원통 하단에 스테인리스제 400 mesh 스크린을 장착하였다. 그리고， 상온 및 50%의 습도 하에서 상기 스크린에 가압 흡수능을 측정하고자 하는 고흡수성 수지 섬유 W0(g, 약 0.16g)를 균일하게 살포하였다. 이어서, 상기 고흡수성 수지 위에 0.3 psi의 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 W3(g)를 측정하였다.
이어서, 직경 150mm의 페트로 접시의 내측에 직경 90mm, 두께 5mm의 유리 필터를 넣고, 상기 페트로 접시에 0.9 중량0 /0의 생리 식염수를 부었다. 이때, 생리 식염수의 수면이 유리 필터의 윗면과 수평이 될 때까지 생리 식염수를 부었다. 그리고, 유리 필터 위에 직경 90mm의 여과지 1장을 놓았다. 이어서, 여과지 위에 준비된 장치를 얹어 장치 내의 고흡수성 수지가 하중 하에서 생리 식염수에 의해 팽윤되도록 하였다. 5초 후, 팽윤된 고흡수성 수지가 담긴 장치의 무게 W4(g)를 측정하였다.
이렇게 측정된 무게를 이용하여 다음의 계산식 2에 따라 가압 흡수능 (0.3 psi AUL @5s)을 산출하였다.
[계산식 2]
AUL(g/g) = [W4(g) - W3(g)]/ W0(g)
상기 계산식 2에서,
W0(g)는 고흡수성 수지 섬유의 초기 무게 (g)이고,
W3(g)는 고흡수성 수지 섬유의 무게 및 상기 고흡수성 수지 섬유에 하중을 부여할 수 있는 장치 무게의 총합이고,
W4(g)는 하중 (().3 psi) 하에 5초 동안 상기 고흡수성 수지 섬유에 생리 식염수를 흡수시킨 후에， 고흡수성 수지 섬유의 무게 및 상기 고흡수성 수지 섬유에 하중을 부여할 수 있는 장치 무게의 총합이다.
상기와 동일한 방법으로 측정하되, 생리 식염수의 흡수 (팽윤) 시간을 각각 15초 (으3 psi AUL @15s), 30초 (0.3 psi AUL @30s), 60초 (0.3 psi AUL @60s)로 다르게 하여 가압 흡수능을 측정하였다.
(5) 유연성
실시예 및 비교예에서 제조한 고흡수성 수지 부직포의 유연성을 테스트하는 방법에 대한 개락적인 모식도를 도 4에 나타내었다.
폭 20mm, 길이 60mm, 단위면적 당 중량 35g/irf인 고흡수성 수지 섬유로 이루어진 부직포를 준비하고， 하단에는 고흡수성 수지 부직포를 감싸는 PP 부직포를 같은 크기로 접착하였다.
1 mm의 직경을 가진 SUS봉을 상기 부직포의 중간에 올리고, SUS봉의 테두리를 따라 부직포를 원형으로 구부리면서 부직포가 부서지는지 육안 및 광학현미경으로 관찰하여, 부서지지 않을 경우 O, 부직포의 섬유가 부러질 경우 X로 평가하였다. 상기와 같은 방법으로 실시예 및 비교예에서 제조한 고흡수성 수지 섬유의 특성을 평가하여 하기 표 1에 나타내었다. 비교예 4는 가교도가 낮아 물에 녹아 원심분리 보수능 등의 흡수 특성을 평가할 수 없었다.
【표 1】
Figure imgf000023_0001
표 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따라 제조된 고흡수성 수지 부직포는 장섬유로 이루어져 있으며 0.5 mm"1 이상의 한계 곡를로 유연성과 가요성을 나타내었으며, 만족할만한 보수능， 가압흡수능 및 흡수 속도를 보였다.
그러나, 비교예 1 및 3은 본 발명의 부직포보다 가요성이 떨어졌으며, 원심방사로 제조한 비교예 2는 흡수 속도가 낮아 제품에 적용하기 적합하지 않은 것으로 나타났다. 비교예 5는 생리 식염수 흐름 유도성 및 흡수 속도가 매우 낮아 이 역시 제품에 적용하기에는 부적합한 물성을 보였다.

Claims

【청구범위】
【청구항 1】
직경이 10 zm 초과이고, 길이가 0.1 m 이상인 고흡수성 수지 섬유를 포함하고,
한계 곡률 (critical curvature)이 0.5 mmᅳ1 이상인, 고흡수성 수지 부직포.
【청구항 2】
제 1항에 있어서，
상기 고흡수성 수지 섬유는 EDANA 법 WSP 241.2의 방법에 따라 측정한 원심분리 보수능 (CRC)이 5 내지 50 g/g 인, 고흡수성 수지 부직포.
【청구항 3]
제 1항에 있어서,
상기 고흡수성 수지 섬유는 EDANA 법 WSP 242.2의 방법에 따라 측정한 0.9 psi의 가압 흡수능 (AUL)이 4 내지 45 g/g 인， 고흡수성 수지 부직포.
【청구항 4】
제 1항에 있어서,
상기 고흡수성 수지 섬유는 생리 식염수 흐름 유도성 (SFC) 값이
5*10"7내지 120*KT7 cm3 sec/g인, 고흡수성 수지 부직포.
【청구항 5】
겨 U항에 있어서,
상기 고흡수성 수지 부직포 100 중량부에 대하여 상기 고흡수성 수지 섬유를 50 중량부 이상으로 포함하는， 고흡수성 수지 부직포.
【청구항 6】
산성기를 가지며 상기 산성기의 적어도 일부가 중화된 아크릴산계 단량체， 유리전이온도 (Tg)가 상온 (25 °C) 이하인 공단량체， 및 중합 개시제를 포함하는 단량체 수용액을 중합하여 함수겔 중합체를 포함하는 제 1 중합체 수용액을 제조하는 단계;
상기 제 1 중합체 수용액에 유리전이온도 (Tg)가 상온 (25 °C) 이하인 가교제를 흔합하여 제 2 중합체 수용액을 제조하는 단계;
상기 제 2 중합체 수용액을 솔루션 블로운 (solution blown) 공정에 의해 방사하는 단계; 및
상기 방사된 제 2 중합체 수용액을 건조하여 고흡수성 수지 섬유를 포함하는 고흡수성 수지 부직포를 제조하는 단계;
를 포함하는 고흡수성 수지 부직포의 제조 방법.
【청구항 7]
게 6항에 있어서，
상기 유리전이온도 (Tg)가 상온 이하인 공단량체는, 탄소수 1 내지 10의 비닐 알킬 에테르 (vinyl alkyl ether), 탄소수 1 내지 10의 알킬 아크릴레이트 (alkyl acrylate), 메톡시에틸 아크릴레이트 (methoxyethyl acrylate), 탄소수 1 내지 10의 히드록시알킬 (메트)아크릴레이트 (hydroxyalkyl (neth)acrylates)，'에틸렌글리콜수 1 내지 20인 폴리에틸렌글리콜 (메틸에테르) 아크릴레이트 (Polyethylene glycol (methyl ether) acrylate), 에틸렌글리콜수 1 내지 20인 폴리에틸렌글리콜 (메틸에테르) 메타크릴레이트 (Polyethylene glycol (methyl ether) methacrylate) 및 2-에틸핵실 (메트)아크릴레이트 (2-ethylhexyl (meth)acrylate)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는, 고흡수성 수지 부직포의 제조 방법.
【청구항 8】
제 6항에 있어서，
상기 유리전이온도 (Tg)가 상온 이하인 공단량체는， 상기 아크릴산계 단량체 100 중량부에 대하여 0.1 내지 30 중량부로 포함되는, 고흡수성 수지 부직포의 제조 방법.
【청구항 9】 제 6항에 있어서,
상기 유리전이온도 (Tg)가 상온 (25 °C) 이하인 가교제는, 에틸렌글리콜 (ethyleneglycol), 글리세를 (glycerol), 폴리에틸렌글리콜 (polyethyleneglycol), 폴리프로필렌글리콜 (polypropylene glycol), 폴리 (4-하이드록시부틸 아크릴레이트 )(poly(4-hydroxybutyl acrylate)), 폴리 (2-하이드록시에틸 아크릴레이트 )(poly(2-hydroxyethyl acrylate)), 및 폴리 (2-하이드록시프로필 아크릴레이트 )(poly(2-hydroxypropyl acrylate))로 이루어진 군에서 선택되는 1 종 이상을 포함하는, 고흡수성 수지 부직포의 제조 방법.
【청구항 10]
제 6항에 있어서,
상기 유리전이온도 (Tg)가 상온 (25 °C) 이하인 가교제는， 상기 제 1 중합체 수용액에 포함되어 있는 함수겔 중합체 100 중량부에 대하여 0.1 내지 30 중량부로 포함되는， 고흡수성 수지 부직포의 제조 방법.
【청구항 111
계 6항에 있어서，
상기 고흡수성 수지 섬유의 길이는 0.1m 이상이고, 직경은 10/通 초과인, 고흡수성 수지 부직포의 제조 방법.
【청구항 12]
제 6항에 있어서,
상기 방사된 제 2 중합체 수용액을 건조하는 단계에서 상기 함수겔 중합체와 가교제와의 가교 반웅이 수행되는, 고흡수성 수지 부직포의 제조 방법.
【청구항 13】
제 6항에 있어서,
상기 제 2 중합체 수용액을 솔루션 블로운 (solution blown) 공정에 의해 방사하는 단계는, 상기 제 2 중합체 수용액 주위에 기체를 홀려주면서 마이크로 채널을 통하여 컨베이어 벨트에 연속적으로 방사하여 수행되는, 고흡수성 수지 부직포의 제조 방법.
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