KR20220169441A - 고흡수성 수지의 함수겔 미립화 장치 - Google Patents

고흡수성 수지의 함수겔 미립화 장치 Download PDF

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Abstract

고흡수성 수지의 함수겔 미립화 장치가 개시된다. 상기 미립화 장치는 내부에 함수겔이 이송되는 이송 공간과, 분쇄된 함수겔을 배출하는 배출 공간이 형성된 바디; 상기 이송 공간에 회전 가능하게 배치되며, 그 외주면에 적어도 하나의 스크류가 형성되어 함수겔을 바디의 길이 방향을 따라 이송하는 제1회전축; 상기 바디의 내부에 고정적으로 장착되고, 복수의 관통홀이 형성된 홀 플레이트; 상기 홀 플레이트로부터 설정된 갭만큼 이격되고, 상기 바디의 내부에 회전 가능하게 배치되어 스크류에 의하여 이송된 함수겔을 분쇄하도록 된 커터; 그리고 상기 배출 공간에 회전 가능하게 배치되며, 상기 커터에 연결되어 커터를 회전시키는 제2회전축을 포함하며, 상기 제1회전축의 회전 속도와 상기 제2회전축의 회전 속도는 독립적으로 제어될 수 있다.

Description

고흡수성 수지의 함수겔 미립화 장치{MICRONIZING APPARATUS FOR HYDROGEL OF SUPER ABSORBENT POLYMER}
관련 출원들과의 상호 인용
본 출원은 2021년 6월 18일자 한국 특허 출원 제 10-2021-0079644호 및 2021년 6월 21일자 한국 특허 출원 제 10-2021-0080345호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 고흡수성 수지의 함수겔 미립화 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 커팅부로의 함수겔의 이송 속도와 커팅부로부터 분쇄된 함수겔의 배출 속도를 독립적으로 제어함으로써 함수겔 입자의 응집에 의한 손상을 최소화하면서 입자를 소형화할 수 있는 고흡수성 수지의 함수겔 미립화 장치에 관한 것이다.
고흡수성 수지(super absorbent polymer; SAP)는 아크릴산과 가성소다를 반응시켜 제조하는 백색 분말 형태의 고분자 물질이며, SAP 자체 무게의 오백 배 내지 천 배 정도의 수분을 흡수할 수 있다. 고흡수성 수지는 물을 흡수하면 젤리와 비슷한 형태로 변형되며, 외부에서 어느 정도의 압력이 가해져도 물을 배출하지 않고 저장할 수 있는 기능을 가진 합성 고분자 물질이다.
고흡수성 수지 분자는 그물 모양의 망상구조를 갖고 있으며, 분자들 사이의 많은 구멍들로 인해 물을 잘 흡수할 수 있다. 물과 고흡수성 수지의 내부의 이온 농도 차이로 인해 물은 고흡수성 수지의 내부로 이동(삼투압 현상에 의하여)하게 된다. 물 분자들이 고흡수성 수지 내부로 유입되면 내부에 고정된 음이온들이 반발력에 의해 일정한 공간을 차지하려고 하면서, 고분자 사슬의 공간이 팽창하게 되어 물을 더 많이 흡수(정전기적 반발력)할 수 있게 되는 것이다.
이러한 고흡수성 수지는 생리용구로 실용화되기 시작해서 현재는 어린이용 종이 기저귀 등 위생용품 외에 원예용 토양 보수제, 토목, 건축용 지수재, 육묘용 시트, 식품 유통분야에서의 신성도 유지제, 및 찜질용 등의 재료로 널리 사용되고 있다.
고흡수성 수지는 중합 반응을 거쳐 얻은 함수겔(hydrogel) 또는 함수겔상 중합체(hydrogel polymer)를 건조 및 분쇄한 후 분말상의 제품으로 시판된다. 상기와 같은 건조 공정을 효율적으로 진행하기 위해서는 함수겔상 중합체의 표면적을 가능한 크게 하는 것이 중요하다. 따라서, 상기 건조 공정 전에 함수겔상 중합체의 표면적을 가능한 크게 하기 위해, 열중합 또는 광중합을 통해 중합된 함수겔상 중합체를 분쇄하여 함수겔상 중합체의 표면적을 늘리는 방법을 고려할 수 있다. 상기와 같이 함수겔상 중합체의 표면적을 늘리기 위해, 함수겔상 중합체의 중합 후 이를 1차적으로 분쇄하는 공정이 개시되어 있다.
이러한 함수겔의 1차 분쇄 공정에서는 주로 초퍼(chopper)가 사용되고 있다.
이러한 초퍼는 함수겔을 이동시키는 스크류와, 함수겔을 자르는 커터와, 잘려진 함수겔이 배출되는 홀 플레이트를 포함한다. 종래 초퍼에 따르면, 스크류와 커터가 하나의 모터에 연결되어 동일한 속도로 회전한다.
함수겔 입자를 더 작게 만들거나 함수겔 입자의 구형도를 증가시키기 위해서는 커터와 함수겔의 충돌 횟수를 증가시켜야 하고, 이를 위해 커터의 회전속도를 증가시켜야 하였다. 그런데, 커터의 회전속도를 증가시켜 커터와 함수겔의 충돌 횟수를 증가시키더라도 초퍼 내의 커팅부에서 배출되는 함수겔의 속도는 회전속도의 증가만큼 증가하지 않는다. 즉, 커팅부로 투입되는 함수겔의 이송 속도는 스크류의 회전속도의 증가에 비례하여 증가하나 커팅부로부터 배출되는 함수겔의 배출 속도는 상기 회전속도의 증가에 비례하여 증가하지 못해 함수겔은 초퍼 내 커팅부에 쌓이게 된다. 함수겔이 커팅부에 계속 쌓이게 되면 커팅부에 강한 압력이 걸리게 된다. 이에 따라, 함수겔 입자에 가해지는 손상이 증가하여 입자의 수가용 성분의 함량(E/C)이 증가하고, 입자의 응집에 의해 볼텍스(Vortex)도 느려질 수 있다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예는 커팅부로의 함수겔의 이송 속도와 커팅부로부터 분쇄된 함수겔의 배출 속도를 독립적으로 제어함으로써 함수겔 입자의 응집에 의한 손상을 최소화하면서 입자를 소형화할 수 있는 고흡수성 수지의 함수겔 미립화 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 고흡수성 수지의 함수겔 미립화 장치는 내부에 함수겔이 이송되는 이송 공간과, 분쇄된 함수겔을 배출하는 배출 공간이 형성된 바디; 상기 이송 공간에 회전 가능하게 배치되며, 그 외주면에 적어도 하나의 스크류가 형성되어 함수겔을 바디의 길이 방향을 따라 이송하는 제1회전축; 상기 바디의 내부에 고정적으로 장착되고, 복수의 관통홀이 형성된 홀 플레이트; 상기 홀 플레이트로부터 설정된 갭만큼 이격되고, 상기 바디의 내부에 회전 가능하게 배치되어 스크류에 의하여 이송된 함수겔을 분쇄하도록 된 커터; 그리고 상기 배출 공간에 회전 가능하게 배치되며, 상기 커터에 연결되어 커터를 회전시키는 제2회전축을 포함하며, 상기 제1회전축의 회전 속도와 상기 제2회전축의 회전 속도는 독립적으로 제어될 수 있다.
상기 미립화 장치는 상기 제1회전축에 구동력을 전달하는 제1구동 모터; 그리고 상기 제2회전축에 구동력을 전달하는 제2구동 모터를 더 포함할 수 있다.
상기 제1구동 모터는 바디의 길이 방향 일측에 배치되어 제1회전축은 바디의 일측면을 관통하여 제1구동 모터에 연결되고, 상기 제2구동 모터는 바디의 길이 방향 타측에 배치되어 제2회전축은 바디의 타측면을 관통하여 제2구동 모터에 연결될 수 있다.
상기 커터는 상기 홀 플레이트의 길이 방향 일측에 배치되어 상기 제2회전축의 일단은 홀 플레이트를 관통하여 커터에 연결될 수 있다.
상기 제2회전축의 회전 속도는 제1회전축의 회전 속도보다 빠를 수 있다.
상기 미립화 장치는 상기 바디의 길이 방향 일측의 상부에 형성되고 이송 공간에 연결되어 함수겔이 투입되는 입구; 그리고 상기 바디의 길이 방향 타측의 하부에 형성되고 배출 공간에 연결되어 함수겔이 배출되는 출구를 더 포함할 수 있다.
상기 바디의 길이 방향 일측부에는 이송 공간이 형성되고, 상기 바디의 길이 방향 타측부에는 배출 공간이 형성되며, 상기 커터와 홀 플레이트는 이송 공간과 배출 공간의 경계를 정의할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 커터의 회전속도와 스크류의 회전속도를 다르게 하여 함수겔 입자의 응집에 의한 손상을 최소화하면서 함수겔 입자를 소형화할 수 있다.
즉, 커터의 회전속도를 빠르게 제어하고 스크류의 회전속도를 느리게 제어함으로써 커팅부 내에 함수겔이 쌓이는 것을 방지하여 커팅부에 걸리는 압력을 낮출 수 있고, 이에 따라 함수겔 입자의 응집을 억제할 수 있으며, 함수겔과 커터의 충돌 횟수만 증가시킬 수 있다.
또한, 함수겔 입자를 소형화할 수 있으므로, 후속하는 분쇄 공정을 생략할 수 있고, 볼텍스가 느려지는 것을 방지할 수 있다.
그 외에 본 발명의 실시 예로 인해 얻을 수 있거나 예측되는 효과에 대해서는 본 발명의 실시 예에 대한 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시하도록 한다. 즉 본 발명의 실시 예에 따라 예측되는 다양한 효과에 대해서는 후술될 상세한 설명 내에서 개시될 것이다.
본 명세서의 실시 예들은 유사한 참조 부호들이 동일하거나 또는 기능적으로 유사한 요소를 지칭하는 첨부한 도면들과 연계한 이하의 설명을 참조하여 더 잘 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 고흡수성 수지의 함수겔 미립화 장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 고흡수성 수지의 함수겔 미립화 장치의 단면도이다.
위에서 참조된 도면들은 반드시 축적에 맞추어 도시된 것은 아니고, 본 발명의 기본 원리를 예시하는 다양한 선호되는 특징들의 다소 간략한 표현을 제시하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, 특정 치수, 방향, 위치, 및 형상을 포함하는 본 발명의 특정 설계 특징들이 특정 의도된 응용과 사용 환경에 의해 일부 결정될 것이다.
여기에서 사용되는 용어는 오직 특정 실시예들을 설명하기 위한 목적이고, 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 여기에서 사용되는 바와 같이, 단수 형태들은, 문맥상 명시적으로 달리 표시되지 않는 한, 복수 형태들을 또한 포함하는 것으로 의도된다. "포함하다", "포함하는", "함유하다" 및/또는 "함유하는"이라는 용어는, 본 명세서에서 사용되는 경우, 언급된 특징들, 정수들, 단계들, 작동들, 구성요소들 및/또는 컴포넌트들의 존재를 특정하지만, 다른 특징들, 정수들, 단계들, 작동들, 구성요소들, 컴포넌트들 및/또는 이들의 그룹들 중 하나 이상의 존재 또는 추가를 배제하지는 않음을 또한 이해될 것이다. 여기에서 사용되는 바와 같이, 용어 "및/또는"은, 연관되어 나열된 항목들 중 임의의 하나 또는 모든 조합들을 포함한다.
본 발명의 명세서에 사용되는 용어 "중합체", 또는 "고분자"는 수용성 에틸렌계 불포화 단량체가 중합된 상태인 것을 의미하며, 모든 수분 함량 범위 또는 입경 범위를 포괄할 수 있다. 상기 중합체 중, 중합 후 건조 전 상태의 것으로 함수율(수분 함량)이 약 40 중량% 이상의 중합체를 함수겔상 중합체로 지칭할 수 있다.
또한, "고흡수성 수지"는 문맥에 따라 상기 중합체 또는 베이스 수지 자체를 의미하거나, 또는 상기 중합체나 상기 베이스 수지에 대해 추가의 공정, 예를 들어 표면 가교, 미분 재조립, 건조, 분쇄, 분급 등을 거쳐 제품화에 적합한 상태로 한 것을 모두 포괄하는 것으로 사용된다.
또한, 용어 "미분"은 고흡수성 수지 입자 중 150 ㎛ 미만의 입경을 갖는 입자를 의미한다. 이러한 수지 입자의 입경은 유럽부직포산업협회(European Disposables and Nonwovens Association, EDANA) 규격 EDANA WSP 220.3 방법에 따라 측정될 수 있다.
또한, 용어 "쵸핑(chopping)"은 건조 효율을 높이기 위해 함수겔 중합체를 밀리미터 단위의 작은 조각으로 절단하는 것으로, 마이크로 미터 또는 정상 입자 수준까지 분쇄하는 것과는 구분되어 사용된다.
또한, 용어 "미립화(micronizing, micronization)"은 함수겔 중합체를 수십 내지 수백 마이크로 미터의 입경으로 분쇄하는 것으로, "쵸핑"과는 구분되어 사용된다.
본 발명의 실시 예에 따른 고흡수성 수지의 함수겔 미립화 장치는 미립화 장치 내의 커팅부로 함수겔을 이송하는 이송 속도와 커팅부로부터 분쇄된 함수겔을 배출하는 배출 속도를 독립적으로 제어함으로써 함수겔 입자의 응집에 의한 손상을 최소화하면서 입자를 소형화할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시 예에 따른 고흡수성 수지의 함수겔 미립화 장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명의 실시 예에 따른 고흡수성 수지의 제조 장치는 중합 반응기, 미립화 장치, 건조기, 분쇄장치, 그리고 표면 가교장치를 포함한다.
상기 중합 반응기는 내부 가교제, 및 중합 개시제의 존재 하에 단량체 조성물의 중합 반응을 일으켜 함수겔상 중합체를 형성한다.
상기 중합 반응은 함수겔상 중합체를 형성하는 반응으로서, 산성기를 갖는 수용성 에틸렌계 불포화 단량체, 내부 가교제, 및 중합 개시제를 포함하는 단량체 조성물에 대하여 중합을 수행하여, 상기 산성기를 갖는 수용성 에틸렌계 불포화 단량체 및 내부 가교제가 가교 중합된 중합체를 형성하는 반응이다(단계 1).
가교 중합체를 구성하는 상기 수용성 에틸렌계 불포화 단량체는 고흡수성 수지의 제조에 통상적으로 사용되는 임의의 단량체일 수 있다. 비제한적인 예로, 상기 수용성 에틸렌계 불포화 단량체는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물일 수 있다.
[화학식 1]
R1-COOM1
상기 화학식 1에서, R1는 불포화 결합을 포함하는 탄소수 2 내지 5의 알킬 그룹이고, M1는 수소원자, 1가 또는 2가 금속, 암모늄기 또는 유기 아민염이다.
바람직하게는, 상기 단량체는 아크릴산, 메타크릴산, 및 이들 산의 1가 금속염, 2가 금속염, 암모늄염 및 유기 아민염으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다. 이처럼 수용성 에틸렌계 불포화 단량체로 아크릴산 또는 그 염을 사용할 경우 흡수성이 향상된 고흡수성 수지를 얻을 수 있어 유리하다. 이 밖에도 상기 단량체로는 무수말레인산, 푸말산, 크로톤산, 이타콘산, 2-아크릴로일에탄 술폰산, 2-메타아크릴로일에탄술폰산, 2-(메트)아크릴로일프로판술폰산 또는 2-(메타)아크릴아미드-2-메틸 프로판 술폰산, (메트)아크릴아미드, N-치환(메트)아크릴레이트, 2-히드록시에틸 (메트)아크릴레이트, 2-히드록시프로필 (메트)아크릴레이트, 메톡시폴리에틸렌글리콜 (메트)아크릴레이트, 폴리에틸렌 글리콜 (메트)아크릴레이트, (N,N)-디메틸아미노에틸 (메트)아크릴레이트, (N,N)-디메틸아미노프로필 (메트)아크릴아미드 등이 사용될 수 있다.
여기서, 상기 수용성 에틸렌계 불포화 단량체는 산성기를 가진다. 종래의 고흡수성 수지의 제조에서는, 상기 산성기 중 적어도 일부가 중화제에 의해 중화된 단량체를 가교 중합하여 함수겔 중합체를 형성하였다. 구체적으로, 상기 산성기를 갖는 수용성 에틸렌계 불포화 단량체, 내부 가교제, 중합 개시제 및 중화제를 혼합하는 단계에서 상기 수용성 에틸렌계 불포화 단량체의 산성기 중 적어도 일부가 중화되었다.
그러나, 본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 수용성 에틸렌계 불포화 단량체의 산성기가 중화되지 않은 상태에서 중합을 먼저 수행하여 중합체를 형성한다.
산성기가 중화되지 않은 상태의 수용성 에틸렌계 불포화 단량체(예, 아크릴산)는 상온에서 액체 상태이며 용매(물)와 혼화성(miscibility)이 높아 단량체 조성물에서 혼합 용액의 상태로 존재한다. 그러나, 산성기가 중화된 수용성 에틸렌계 불포화 단량체는 상온에서 고체 상태이며 용매(물)의 온도에 따라 다른 용해도를 갖고, 저온일수록 용해도가 낮아지게 된다.
이처럼 산성기가 중화되지 않은 상태의 수용성 에틸렌계 불포화 단량체는, 산성기가 중화된 단량체보다 용매(물)에 대한 용해도 또는 혼화도가 높아 낮은 온도에서도 석출되지 않으며, 따라서 저온에서 장시간 중합을 하기에 유리하다. 이에 따라 상기 산성기가 중화되지 않은 상태의 수용성 에틸렌계 불포화 단량체를 이용하여 장시간 중합을 수행하여 보다 고분자량을 갖고 분자량 분포가 균일한 중합체를 안정적으로 형성할 수 있다.
또한, 보다 긴 체인의 중합체 형성이 가능하여 중합이나 가교화가 불완전하여 가교화되지 아니한 상태로 존재하는 수가용 성분의 함량이 줄어드는 효과를 달성할 수 있다.
또한, 이처럼 단량체의 산성기가 중화되지 않은 상태에서 중합을 먼저 수행하여 중합체를 형성하고, 중화 후 계면 활성제의 존재 하에 미립화하거나, 미립화와 동시에 상기 중합체에 존재하는 산성기를 중화시키면 계면 활성제가 상기 중합체의 표면에 다량 존재하여 중합체의 점착성을 낮추는 역할을 충분히 수행할 수 있다.
상기 단량체 조성물 중 상기 수용성 에틸렌계 불포화 단량체의 농도는 중합 시간 및 반응 조건 등을 고려하여 적절히 조절될 수 있으며, 약 20 내지 약 60 중량%, 또는 약 40 내지 약 40 중량%로 할 수 있다.
본 명세서에서 사용하는 용어 '내부 가교제'는 후술하는 고흡수성 수지 입자의 표면을 가교시키는 위한 표면 가교제와 구분짓기 위해 사용하는 용어로, 상술한 수용성 에틸렌계 불포화 단량체들의 불포화 결합 사이에 가교 결합을 도입하여, 가교 구조를 포함하는 중합체를 형성하는 역할을 한다.
상기 단계에서의 가교는 표면 또는 내부 구분 없이 진행되나, 후술하는 고흡수성 수지 입자의 표면 가교 공정이 진행되는 경우, 최종 제조된 고흡수성 수지 입자의 표면은 표면 가교제에 의해 새로 가교된 구조를 포함할 수 있고, 고흡수성 수지 입자의 내부는 상기 내부 가교제에 의해 가교된 구조가 그대로 유지될 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 내부 가교제로 다관능 아크릴레이트 계 화합물, 다관능 알릴 계 화합물, 또는 다관능 비닐 계 화합물 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
다관능 아크릴레이트 계 화합물의 비 제한적인 예로, 에틸렌글리콜 디(메트)아크릴레이트, 디에틸렌글리콜 디(메트)아크릴레이트, 트리에틸렌글리콜 디(메트)아크릴레이트, 테트라에틸렌글리콜 디(메트)아크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜 디(메트)아크릴레이트, 프로필렌글리콜 디(메트)아크릴레이트, 트리프로필렌글리콜 디(메트)아크릴레이트, 폴리프로필렌글리콜 디(메트)아크릴레이트, 부탄디올 디(메트)아크릴레이트, 부틸렌글리콜 디(메트)아크릴레이트, 헥산디올 디(메트)아크릴레이트, 펜타에리트리톨 디(메트)아크릴레이트, 펜타에리트리톨 트리(메트)아크릴레이트, 펜타에리트리톨 테트라(메트)아크릴레이트, 디펜타에리트리톨 디(메트)아크릴레이트, 디펜타에리트리톨 트리(메트)아크릴레이트, 디펜타에리트리톨 테트라(메트)아크릴레이트, 디펜타에리트리톨 펜타(메트)아크릴레이트, 트리메틸롤프로판 디(메트)아크릴레이트, 트리메틸롤프로판 트리(메트)아크릴레이트, 글리세린 디(메트)아크릴레이트, 및 글리세린 트리(메트)아크릴레이트 등을 들 수 있으며, 이를 단독 혹은 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
다관능 알릴 계 화합물의 비 제한적인 예로, 에틸렌글리콜 디알릴 에테르, 디에틸렌글리콜 디알릴 에테르, 트리에틸렌글리콜 디알릴 에테르, 테트라에틸렌글리콜 디알릴 에테르, 폴리에틸렌글리콜 디알릴 에테르, 프로필렌글리콜 디알릴 에테르, 트리프로필렌글리콜 디알릴 에테르, 폴리프로필렌글리콜 디알릴 에테르, 부탄디올 디알릴 에테르, 부틸렌글리콜 디알릴 에테르, 헥산디올 디알릴 에테르, 펜타에리트리톨 디알릴 에테르, 펜타에리트리톨 트리알릴 에테르, 펜타에리트리톨 테트라알릴 에테르, 디펜타에리트리톨 디알릴 에테르, 디펜타에리트리톨 트리알릴 에테르, 디펜타에리트리톨 테트라알릴 에테르, 디펜타에리트리톨 펜타알릴 에테르, 트리메틸롤프로판 디알릴 에테르, 트리메틸롤프로판 트리알릴 에테르, 글리세린 디알릴 에테르, 및 글리세린 트리알릴 에테르 등을 들 수 있으며, 단독 혹은 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
다관능 비닐 계 화합물의 비 제한적인 예로, 에틸렌글리콜 디비닐 에테르, 디에틸렌글리콜 디비닐 에테르, 트리에틸렌글리콜 디비닐 에테르, 테트라에틸렌글리콜 디비닐 에테르, 폴리에틸렌글리콜 디비닐 에테르, 프로필렌글리콜 디비닐 에테르, 트리프로필렌글리콜 디비닐 에테르, 폴리프로필렌글리콜 디비닐 에테르, 부탄디올 디비닐 에테르, 부틸렌글리콜 디비닐 에테르, 헥산디올 디비닐 에테르, 펜타에리트리톨 디비닐 에테르, 펜타에리트리톨 트리비닐 에테르, 펜타에리트리톨 테트라비닐 에테르, 디펜타에리트리톨 디비닐 에테르, 디펜타에리트리톨 트리비닐 에테르, 디펜타에리트리톨 테트라비닐 에테르, 디펜타에리트리톨 펜타비닐 에테르, 트리메틸롤프로판 디비닐 에테르, 트리메틸롤프로판 트리비닐 에테르, 글리세린 디비닐 에테르, 및 글리세린 트리비닐 에테르 등을 들 수 있으며, 이를 단독 혹은 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 바람직하게는, 펜타에리트리톨 트리알릴 에테르를 사용할 수 있다.
전술한 다관능 알릴 계 화합물, 또는 다관능 비닐 계 화합물은, 분자 내에 포함되는 2 이상의 불포화 그룹이 수용성 에틸렌계 불포화 단량체들의 불포화 결합, 혹은 다른 내부 가교제의 불포화 결합과 각각 결합하여, 중합 과정에서 가교 구조를 형성할 수 있으며, 분자 내에 에스터 결합(-(C=O)O-)을 포함하는 아크릴레이트 계 화합물과는 달리, 전술한 중합 반응 이후 중화 과정에서도 가교 결합을 보다 안정적으로 유지할 수 있다.
이에 따라, 제조되는 고흡수성 수지의 겔 강도가 높아지고, 중합 이후 토출 과정에서 공정 안정성이 높아질 수 있으며, 수가용분의 양을 최소화할 수 있다.
이러한 내부 가교제의 존재 하에서의 상기 수용성 에틸렌계 불포화 단량체의 가교 중합은, 중합 개시제, 필요에 따라 증점제(thickener), 가소제, 보존안정제, 산화방지제 등의 존재 하에 수행될 수 있다.
상기 단량체 조성물에서, 이러한 내부 가교제는 상기 수용성 에틸렌계 불포화 단량체 100 중량부에 대하여 0.01 내지 5 중량부로 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 내부 가교제는 수용성 에틸렌계 불포화 단량체 100 중량부 대비 0.01 중량부 이상, 또는 0.05 중량부 이상, 또는 0.1 중량부 이상이고, 5 중량부 이하, 또는 3 중량부 이하, 또는 2 중량부 이하, 또는 1 중량부 이하, 또는 0.7 중량부 이하로 사용될 수 있다. 상부 내부 가교제의 함량이 지나치게 낮을 경우 가교가 충분히 일어나지 않아 적정 수준 이상의 강도 구현이 어려울 수 있고, 상부 내부 가교제의 함량이 지나치게 높을 경우 내부 가교 밀도가 높아져 원하는 보수능의 구현이 어려울 수 있다.
이러한 내부 가교제를 이용하여 형성된 중합체는 상기 수용성 에틸렌계 불포화 단량체들이 중합되어 형성된 메인 사슬들이 상기 내부 가교제에 의해 가교되는 형태의 3차원 망상 구조를 갖는다. 이와 같이, 중합체가 3차원 망상 구조를 갖는 경우, 내부 가교제에 의해 추가 가교되지 않은 2차원 선형 구조를 경우에 비하여 고흡수성 수지의 제반 물성인 보수능 및 가압 흡수능이 현저히 향상될 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 단량체 조성물에 대하여 중합을 수행하여 중합체를 형성하는 단계는, 배치식 반응기(batch type reactor)에서 수행될 수 있다.
통상의 고흡수성 수지의 제조방법에서 중합 방법은 중합 에너지원에 따라 크게 열중합 및 광중합으로 나뉘며, 통상 열중합을 진행하는 경우 니더(kneader)와 같은 교반축을 가진 반응기에서 진행될 수 있으며, 광중합을 진행하는 경우 이동 가능한 컨베이어 벨트를 구비한 반응기에서 진행되거나, 바닥이 납작한 용기에서 진행될 수 있다.
한편, 상기와 같은 중합 방법은 대체로 짧은 중합 반응 시간(예를 들어, 1시간 이하)에 따라 중합체의 분자량이 크지 않고 넓은 분자량 분포를 갖는 중합체가 형성된다.
한편 이동 가능한 컨베이어 벨트를 구비한 반응기 또는 바닥이 납작한 용기에서 광중합을 진행하는 경우, 통상 얻어지는 함수겔 중합체의 형태는 벨트의 너비를 가진 시트 상의 함수겔상의 중합체가 얻어지며, 중합체 시트의 두께는 주입되는 단량체 조성물의 농도 및 주입속도 또는 주입량에 따라 달라지나, 통상 약 0.5 내지 약 5 cm의 두께로 수득된다.
그런데, 시트 상의 중합체의 두께가 지나치게 얇을 정도로 단량체 조성물을 공급하는 경우, 생산 효율이 낮아 바람직하지 않으며, 생산성을 위해 시트 상의 중합체 두께를 두껍게 하는 경우에는 중합 반응이 전 두께에 걸쳐 고르게 일어나지 않아 고품질의 중합체 형성이 어렵게 된다.
또한, 상기 컨베이어 벨트를 구비한 반응기 교반축을 가진 반응기에서의 중합은 중합 결과물이 이동하면서 새로운 단량체 조성물이 반응기에 공급되어 연속식으로 중합이 이루어지므로 중합율이 서로 다른 중합체가 섞이게 되며 이에 따라 단량체 조성물 전체에서 고른 중합이 이루어지기 어려워 전체적인 물성 저하가 일어날 수 있다.
그러나 본 발명의 일 구현예에 따르면, 배치식 반응기에서 정치식으로 중합을 진행함에 따라 중합율이 다른 중합체가 섞일 우려가 적고 이에 따라 고른 품질을 갖는 중합체가 수득될 수 있다.
또한, 상기 중합 단계는 소정의 부피를 갖는 배치식 반응기에서 수행되며, 컨베이어 벨트를 구비한 반응기에서 연속식으로 중합을 수행하는 경우보다 장시간, 예를 들어 6시간 이상의 시간 동안 중합 반응을 수행한다. 상기와 같은 장시간의 중합 반응 시간에도 불구하고, 미중화 상태의 수용성 에틸렌계 불포화 단량체에 대하여 중합을 수행하기 때문에 장시간 중합을 수행하여도 단량체가 잘 석출되지 않으며, 따라서 장시간 중합을 하기에 유리하다.
한편 본 발명의 배치식 반응기에서의 중합은 열중합 방법을 이용함에 따라 상기 중합 개시제는 열중합 개시제를 사용한다.
상기 열중합 개시제로는 과황산염계 개시제, 아조계 개시제, 과산화수소 및 아스코르빈산으로 이루어진 개시제 군에서 선택되는 하나 이상을 사용할 수 있다. 구체적으로, 과황산염계 개시제의 예로는 과황산나트륨(Sodium persulfate; Na2S2O8), 과황산칼륨(Potassium persulfate; K2S2O8), 과황산암모늄(Ammonium persulfate; (NH4)2S2O8) 등이 있으며, 아조(Azo)계 개시제의 예로는 2,2-아조비스-(2-아미디노프로판)이염산염 (2,2-azobis(2-amidinopropane) dihydrochloride), 2,2-아조비스-(N,N-디메틸렌)이소부티라마이딘 디하이드로클로라이드 (2,2-azobis-(N,N-dimethylene)isobutyramidine dihydrochloride), 2-(카바모일아조)이소부티로니트릴 (2-(carbamoylazo)isobutylonitril), 2,2-아조비스[2-(2-이미다졸린-2-일)프로판] 디하이드로클로라이드(2,2-azobis[2-(2-imidazolin-2-yl)propane] dihydrochloride), 4,4-아조비스-(4-시아노발레릭 산) (4,4-azobis-(4-cyanovaleric acid)) 등이 있다. 보다 다양한 열중합 개시제에 대해서는 Odian 저서인 'Principle of Polymerization(Wiley, 1981)', p203에 잘 명시되어 있으며, 상술한 예에 한정되지 않는다.
이러한 중합 개시제는 상기 수용성 에틸렌계 불포화 단량체 100 중량부 대비 2 중량부 이하로 사용될 수 있다. 즉, 상기 중합 개시제의 농도가 지나치게 낮을 경우 중합 속도가 느려질 수 있고 최종 제품에 잔존 모노머가 다량으로 추출될 수 있어 바람직하지 않다. 반대로, 상기 중합 개시제의 농도가 상기 범위 보다 높을 경우 네트워크를 이루는 고분자 체인이 짧아져 수가용 성분의 함량이 높아지고 가압 흡수능이 낮아지는 등 수지의 물성이 저하될 수 있어 바람직하지 않다.
한편, 본 발명의 일 구현예에서는 상기 개시제와 레독스(Redox) 커플을 이루는 환원제를 함께 투입하여 중합을 개시할 수 있다.
구체적으로, 상기 개시제와 환원제는 중합체 용액에 투입되었을 때 서로 반응하여 라디칼을 형성한다.
형성된 라디칼은 단량체와 반응하게 되며, 상기 개시제와 환원제 간의 산화-환원 반응은 반응성이 매우 높으므로, 미량의 개시제 및 환원제만이 투입되어도 중합이 개시되어 공정 온도를 높일 필요가 없어 저온 중합이 가능하며, 중합체 용액의 물성 변화를 최소화시킬 수 있다.
상기 산화-환원 반응을 이용한 중합 반응은 상온(25℃) 부근 또는 그 이하의 온도에서도 원활히 일어날 수 있다. 일례로 상기 중합 반응은 5℃ 이상 25℃ 이하, 또는 5℃ 이상 20℃ 이하의 온도에서 수행될 수 있다.
본 발명의 일 구현예에서, 상기 개시제로 과황산염계 개시제를 사용하는 경우, 환원제는 메타중아황산나트륨(Na2S2O5); 테트라메틸 에틸렌디아민(TMEDA); 황산철(II)과 EDTA의 혼합물(FeSO4/EDTA); 소듐폼알데하이드 설폭실레이트(Sodium formaldehyde sulfoxylate); 및 디소듐 2-히드록시-2-설피노아세테이트(Disodium 2-hydroxy-2-sulfinoacteate)로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상이 사용될 수 있다.
일례로, 개시제로서 과황산칼륨을 사용하고, 환원제로서 디소듐 2-히드록시-2-설피노아세테이트를 사용하거나; 개시제로서 과황산암모늄을 사용하고, 환원제로서 테트라메틸에틸렌디아민을 사용하거나; 개시제로서 과황산나트륨을 사용하고, 환원제로서 소듐폼알데하이드 설폭실레이트를 사용할 수 있다.
본 발명의 다른 일 구현예에서, 상기 개시제로 과산화수소계 개시제를 사용하는 경우, 환원제는 아스코브산(Ascorbic acid); 수크로오스(Sucrose); 아황산나트륨(Na2SO3) 메타중아황산나트륨(Na2S2O5); 테트라메틸 에틸렌디아민(TMEDA); 황산철(II)과 EDTA의 혼합물(FeSO4/EDTA); 소듐폼알데하이드 설폭실레이트(Sodium formaldehyde sulfoxylate); 디소듐 2-히드록시-2-설피노아세테이트(Disodium 2-hydroxy-2-sulfinoacteate); 및 디소듐 2-히드록시-2-설포아세테이트(Disodium 2-hydroxy-2-sulfoacteate)로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 단량체 조성물은 필요에 따라 증점제(thickener), 가소제, 보존안정제, 산화방지제 등의 첨가제를 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 단량체를 포함하는 단량체 조성물은, 예를 들어, 물과 같은 용매에 용해된 용액 상태일 수 있고, 이러한 용액 상태의 단량체 조성물 중의 고형분 함량, 즉 단량체, 내부 가교제 및 중합 개시제의 농도는 중합 시간 및 반응 조건 등을 고려하여 적절히 조절될 수 있다. 예를 들어, 상기 단량체 조성물 내의 고형분 함량은 10 내지 80 중량%, 또는 15 내지 60 중량%, 또는 30 내지 50 중량%일 수 있다.
이때 사용할 수 있는 용매는 상술한 성분들을 용해할 수 있으면 그 구성의 한정이 없이 사용될 수 있으며, 예를 들어 물, 에탄올, 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 1,4-부탄디올, 프로필렌글리콜, 에틸렌글리콜모노부틸에테르, 프로필렌글리콜모노메틸에테르, 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트, 메틸에틸케톤, 아세톤, 메틸아밀케톤, 시클로헥사논, 시클로펜타논, 디에틸렌글리콜모노메틸에테르, 디에틸렌글리콜에틸에테르, 톨루엔, 크실렌, 부틸로락톤, 카르비톨, 메틸셀로솔브아세테이트 및 N,N-디메틸아세트아미드 등에서 선택된 1 종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.
이와 같은 방법으로 얻어진 중합체는, 미중화 상태의 에틸렌계 불포화 단량체를 이용하여 중합함에 따라 앞서 설명한 바와 같이 고분자량을 갖고 분자량 분포가 균일한 중합체를 형성할 수 있으며, 수가용 성분의 함량이 줄어들 수 있다.
이와 같은 방법으로 얻어진 중합체는 함수겔 중합체 상태로, 함수율이 30 내지 80 중량%일 수 있다. 예를 들어, 상기 중합체의 함수율은 30 중량% 이상, 또는 45 중량% 이상, 또는 50 중량% 이상이면서, 80 중량% 이하, 또는 70 중량% 이하, 또는 60 중량% 이하일 수 있다.
상기 중합체의 함수율이 지나치게 낮은 경우 이후 분쇄 단계에서 적절한 표면적을 확보하기 어려워 효과적으로 분쇄되지 않을 수 있고, 상기 중합체의 함수율이 지나치게 높은 경우 이후 분쇄 단계에서 받는 압력이 증가하여 원하는 입도까지 분쇄시키기 어려울 수 있다.
한편, 본 명세서 전체에서 "함수율"은 전체 중합체 중량에 대해 차지하는 수분의 함량으로 중합체의 중량에서 건조 상태의 중합체의 중량을 뺀 값을 의미한다. 구체적으로는, 적외선 가열을 통해 크럼 상태의 중합체의 온도를 올려 건조하는 과정에서 중합체 중의 수분증발에 따른 무게 감소분을 측정하여 계산된 값으로 정의한다. 이때, 건조 조건은 상온에서 약 180℃까지 온도를 상승시킨 뒤 180℃에서 유지하는 방식으로 총 건조시간은 온도상승단계 5분을 포함하여 40분으로 설정하여, 함수율을 측정한다.
다음에, 상기 중합체의 적어도 일부의 산성기를 중화시키는 단계(단계 2)가 수행된다.
이때, 중화제로는 산성기를 중화시킬 수 있는 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화암모늄 등과 같은 염기성 물질이 사용될 수 있다.
또한, 상기 중합체에 포함된 산성기 중 상기 중화제에 의해 중화된 정도를 일컫는 중화도는, 50 내지 90 몰%, 또는, 60 내지 85 몰%, 또는 65 내지 85 몰%, 또는 65 내지 75 몰%일 수 있다. 상기 중화도의 범위는 최종 물성에 따라 달라질 수 있지만, 중화도가 지나치게 높으면 고흡수성 수지의 흡수능이 감소할 수 있고, 입자 표면의 카르복실기의 농도가 지나치게 낮아 후속 공정에서의 표면 가교가 제대로 수행되기 어려워 가압하 흡수 특성 또는 통액성이 감소할 수 있다. 반대로 중화도가 지나치게 낮으면 고분자의 흡수력이 크게 떨어질 뿐만 아니라 취급하기 곤란한 탄성 고무와 같은 성질을 나타낼 수 있다.
상기 단계 2와 동시에, 또는 상기 단계 2 수행 전후에 계면 활성제의 존재 하에, 상기 중합체를 미립화하여 함수 고흡수성 수지 입자를 제조하는 단계가 수행된다(단계 3).
상기 단계는 계면 활성제의 존재 하에 상기 중합체를 미립화하는 단계로, 상기 중합체를 밀리미터 크기로 쵸핑하는 것이 아닌, 세절과 응집이 동시에 이루어지는 단계로, 중합체에 적절한 점착성을 부여함으로써 세절된 1차 입자가 응집된 형상의 2차 응집 입자를 제조하는 단계이다. 이러한 단계로 제조된 2차 응집 입자인 함수 고흡수성 수지 입자는 표면적이 크게 증가하여 흡수 속도가 현저히 개선될 수 있다.
이처럼 상기 중합체와 계면 활성제를 혼합한 후에, 상기 계면 활성제의 존재 하에 상기 중합체를 미립화하여 고흡수성 수지 입자 및 계면 활성제가 혼합된 상태에서 세절 및 응집된 2차 응집 입자 형태인 함수 고흡수성 수지 입자를 제조할 수 있다.
여기서, "함수 고흡수성 수지 입자"는 수분 함량(함수율)이 약 30 중량% 이상인 입자로, 중합체가 건조 공정 없이 입자 형태로 세절 및 응집된 것이므로, 상기 중합체와 마찬가지로 30 내지 80 중량%의 함수율을 가질 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 계면 활성제는 하기 화학식 2로 표시되는 화합물 또는 이의 염을 사용할 수 있으나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다:
[화학식 2]
Figure pat00001
상기 화학식 2에서,
A1, A2 및 A3는 각각 독립적으로, 단일 결합, 카보닐,
Figure pat00002
,
Figure pat00003
또는
Figure pat00004
이고, 단, 이들 중 하나 이상은 카보닐 또는
Figure pat00005
이고, 여기서, m1, m2 및 m3는 각각 독립적으로, 1 내지 8의 정수이고,
Figure pat00006
은 각각 인접한 산소 원자와 연결되고,
Figure pat00007
은 인접한 R1, R2 및 R3와 각각 연결되고,
R1, R2 및 R3는 각각 독립적으로, 수소, 탄소수 6 내지 18의 직쇄 또는 분지쇄의 알킬 또는 탄소수 6 내지 18의 직쇄 또는 분지쇄의 알케닐이고,
n은 1 내지 9의 정수이다.
상기 계면 활성제는 중합체와 혼합되어 미립화 단계가 응집 현상 없이 용이하게 이루어질 수 있도록 첨가된다.
상기 화학식 2로 표시되는 계면 활성제는 비이온성의 계면 활성제로 미중화된 중합체와도 수소 결합력에 의한 표면 흡착 성능이 우수하며, 이에 따라 목적하는 응집 제어 효과를 구현하기 적합하다. 반면, 비이온성 계면 활성제가 아닌 음이온성 계면 활성제의 경우, NaOH, Na2SO4 등의 중화제로 중화된 중합체와 혼합되는 경우, 중합체의 카르복실기 치환기에 이온화 되어 있는 Na+ 이온을 매개로 하여 흡착되며, 미중화 중합체에 혼합되는 경우, 중합체의 카르복실기 치환기의 음이온과의 경쟁으로 인해 중합체에 대한 흡착 효율이 상대적으로 저하되는 문제가 있다.
구체적으로, 상기 화학식 2로 표시되는 계면 활성제에서 소수성 작용기는 말단 작용기인 R1, R2, R3부분(수소가 아닐 경우)이고, 친수성 작용기는 사슬 내의 글리세롤 유래 부분과, 말단의 수산기(An가 단일 결합이고, 동시에 Rn가 수소일 경우, n=1~3)를 더 포함하는 데, 상기 글리세롤 유래 부분과, 말단의 수산기는 친수성 작용기로 중합체 표면에 대한 흡착 성능을 향상시키는 역할을 한다. 이에 따라, 고흡수성 수지 입자의 응집을 효과적으로 억제할 수 있다.
상기 화학식 2에서, 소수성 작용기인 R1, R2, R3부분(수소가 아닐 경우)는 각각 독립적으로, 탄소수 6 내지 18의 직쇄 또는 분지쇄의 알킬 또는 탄소수 6 내지 18의 직쇄 또는 분지쇄의 알케닐이다. 이때, R1, R2, R3부분(수소가 아닐 경우)가 탄소수 6 미만의 알킬 또는 알케닐인 경우 사슬 길이가 짧아 분쇄된 입자들의 응집 제어가 효과적으로 이루어지지 못한다는 문제가 있고, R1, R2, R3부분(수소가 아닐 경우)가 탄소수 18 초과의 알킬 또는 알케닐인 경우 상기 계면 활성제의 이동성(mobility)이 감소되어 중합체와 효과적으로 혼합되지 않을 수 있고, 계면 활성제의 비용 상승으로 인하여 조성물 단가가 높아지는 문제가 있을 수 있다.
바람직하게는, R1, R2, R3은 수소이거나, 또는 탄소수 6 내지 18의 직쇄 또는 분지쇄의 알킬인 경우, 2-메틸헥실, n-헵틸, 2-메틸헵틸, n-옥틸, n-노닐, n-데카닐, n-운데카닐, n-도데카닐, n-트리데카닐, n-테트라데카닐, n-펜타데카닐, n-헥사데카닐, n-헵타데카닐, 또는 n-옥타데카닐일 수 있으며, 또는 탄소수 6 내지 18의 직쇄 또는 분지쇄의 알케닐인 경우, 2-헥세닐, 2-헵테닐, 2-옥테닐, 2-노네닐, n-데케닐, 2-운데케닐, 2-도데케닐, 2-트리데케닐, 2-테트라데케닐, 2-펜타데케닐, 2-헥사데케닐, 2-헵타데케닐, 또는 2-옥타데케닐일 수 있다.
상기 계면 활성제는 하기 화학식 2-1 내지 화학식 2-14로 표시되는 화합물로부터 선택될 수 있다:
[화학식 2-1]
Figure pat00008
[화학식 2-2]
Figure pat00009
[화학식 2-3]
Figure pat00010
[화학식 2-4]
Figure pat00011
[화학식 2-5]
Figure pat00012
[화학식 2-6]
Figure pat00013
[화학식 2-7]
Figure pat00014
[화학식 2-8]
Figure pat00015
[화학식 2-9]
Figure pat00016
[화학식 2-10]
Figure pat00017
[화학식 2-11]
Figure pat00018
[화학식 2-12]
Figure pat00019
[화학식 2-13]
Figure pat00020
[화학식 2-14]
Figure pat00021
.
한편, 상기 계면 활성제는 상기 중합체 100 중량부 대비 0.01 내지 10 중량부로 사용될 수 있다. 상기 계면 활성제가 지나치게 적게 사용되는 경우, 상기 중합체 표면에 골고루 흡착되지 않아 분쇄 후 입자들의 재응집 현상이 발생할 수 있고, 상기 계면 활성제가 지나치게 많이 사용되는 경우 최종 제조된 고흡수성 수지의 제반 물성이 저하될 수 있다. 예를 들어, 상기 계면 활성제는 상기 중합체 100 중량부 대비 0.01 중량부 이상, 0.015 중량부 이상, 또는 0.1 중량부 이상이면서, 5 중량부 이하, 3 중량부 이하, 2 중량부 이하, 또는 1 중량부 이하로 사용될 수 있다.
이러한 계면 활성제를 중합체에 혼합하는 방법은, 상기 중합체에 이들을 고르게 혼합할 수 있는 방법이라면 특별히 한정되지 않고, 적절히 채택하여 사용할 수 있다. 구체적으로, 상기 계면 활성제를 건식으로 혼합하거나, 용매에 용해시킨 후 용액 상태로 혼합하거나, 또는 상기 계면 활성제를 용융시킨 다음 혼합할 수 있다.
이 중 예를 들어, 상기 계면 활성제는 용매에 용해된 용액 상태로 혼합될 수 있다. 이때, 용매로는 무기용매 또는 유기용매에 제한없이 모든 종류를 이용할 수 있으나, 건조 과정의 용이성과 용매 회수 시스템의 비용을 생각했을 때 물이 가장 적절하다. 또한, 상기 용액은 상기 계면 활성제와 중합체를 반응조에 넣고 혼합하거나, 믹서에 중합체를 넣고 용액을 분사하는 방법, 연속적으로 운전되는 믹서에 중합체와 용액을 연속적으로 공급하여 혼합하는 방법 등을 사용할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 중합체의 적어도 일부의 산성기를 중화시키는 단계(단계 2)와, 계면 활성제의 존재 하에, 상기 중합체를 미립화는 단계(단계 3)는 순차적으로, 또는 교호적으로, 또는 동시에 수행될 수 있다.
즉, 중합체에 중화제를 투입하여 산성기를 먼저 중화시킨 후, 중화된 중합체에 계면 활성제를 투입하여 계면 활성제가 혼합된 중합체를 미립화하거나(단계 2->단계 3의 순서로 수행), 중합체에 중화제와 계면 활성제를 동시에 투입하여 중합체에 대해 중화 및 미립화를 수행할 수도 있다(단계 2 및 단계 3을 동시에 수행). 또는, 계면 활성제를 먼저 투입하고 중화제를 이후에 투입할 수도 있다(단계 3->단계 2의 순서로 수행). 또는, 중화제와 계면 활성제를 교차하여 번갈아 투입할 수도 있다. 또는, 계면 활성제를 먼저 투입하여 미립화한 뒤, 중화제를 투입하여 중화하고, 중화된 함수겔 중합체에 추가적으로 계면 활성제를 더 투입하여 미립화 공정을 추가로 수행할 수도 있다.
한편, 중합체 전체에 대한 고른 중화를 위하여 중화제의 투입과 미립화 공정 사이에는 일정한 시간 차를 두는 것이 바람직할 수 있다.
상기 계면 활성제 중 적어도 일부 내지 상당량은 상기 함수 고흡수성 수지 입자의 표면에 존재할 수 있다.
여기서, 상기 계면 활성제가 함수 고흡수성 수지 입자의 표면에 존재한다는 의미는, 상기 계면 활성제 중 적어도 일부 또는 상당량이 상기 함수 고흡수성 수지 입자의 표면에 흡착 또는 결합되어 있음을 의미한다. 구체적으로, 상기 계면 활성제는 상기 고흡수성 수지의 표면에 물리적으로 또는 화학적으로 흡착되어 있을 수 있다. 보다 구체적으로는, 상기 계면 활성제의 친수성 작용기는 상기 고흡수성 수지 표면의 친수성 부분에 쌍극자-쌍극자 인력(Dipole-dipole interaction)과 같은 분자간 힘에 의해 물리적으로 흡착되어 있을 수 있다. 이와 같이, 상기 계면 활성제의 친수성 부분은 상기 고흡수성 수지 입자의 표면에 물리적으로 흡착되어 표면을 감싸고, 계면 활성제의 소수성 부분은 수지 입자의 표면에 흡착되지 않아, 수지 입자는 일종의 마이셀(micelle) 구조의 형태로서 계면 활성제가 코팅되어 있을 수 있다. 이는 상기 계면 활성제가 상기 수용성 에틸렌계 불포화 단량체의 중합 공정 중에 투입되는 것이 아니라 중합체 형성 이후 미립화 단계에서 투입되기 때문으로, 상기 계면 활성제가 중합 공정 중에 투입되어 중합체 내부에 상기 계면 활성제가 존재하는 경우에 비해 계면 활성제로의 역할을 충실히 수행할 수 있으며, 분쇄와 응집이 동시에 일어나 미세 입자가 응집된 형태로 표면적이 큰 입자가 수득될 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면 상기 중합체를 미립화하여 함수 고흡수성 수지 입자를 제조하는 단계는 2회 이상 수행될 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면 상기 미립화 단계는 하기에서 설명하는 미립화 장치에 의해 수행된다.
상기 계면 활성제와 혼합된 중합체를 미립화 장치를 이용하여 분쇄를 진행할 경우, 보다 작은 입도 분포가 구현되어 이후 건조 및 분쇄 공정을 보다 마일드한 조건에서 수행할 수 있고, 이에 따라 미분 발생 방지하면서 고흡수성 수지의 물성을 향상시킬 수 있다.
이하, 도 1 및 도 2를 참고로, 본 발명의 실시 예에 따른 고흡수성 수지의 함수겔 미립화 장치(20)를 보다 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 고흡수성 수지의 함수겔 미립화 장치의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 고흡수성 수지의 함수겔 미립화 장치의 단면도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 고흡수성 수지의 함수겔 미립화 장치(20)는 바디(120)와, 제1, 2구동 모터(100, 130)와, 커팅부(160)를 포함한다.
바디(120)는 그 내부에 함수겔이 이송되는 이송 공간(126)과, 분쇄된 함수겔이 배출되는 배출 공간(128)이 형성된다. 상기 이송 공간(126)은 바디(120)의 길이 방향 일측부에 형성되고, 배출 공간(128)은 바디(120)의 길이 방향 타측부에 형성되며, 상기 이송 공간(126)과 배출 공간(128) 사이의 바디(120)의 내부에는 커팅부(160)가 배치된다. 즉, 상기 커팅부(160)는 이송 공간(126)과 배출 공간(128)의 경계를 정의할 수 있다.
상기 바디(120)의 일측의 상부에는 이송 공간(126)과 연결된 입구(122)가 형성되어 중합 반응기로부터 배출된 함수겔은 상기 입구(122)를 통하여 바디(120)의 내부, 즉 이송 공간(126)으로 투입된다. 상기 바디(120)의 타측의 하부에는 배출 공간(128)과 연결된 출구(124)가 형성되어 커팅부(160)에 의하여 분쇄된 함수겔은 상기 출구(124)를 통하여 바디(120)의 외부로 배출된다.
상기 바디(120)의 이송 공간(126)에는 제1회전축(110)이 회전 가능하게 배치되고, 상기 바디(120)의 배출 공간(128)에는 제2회전축(132)이 회전 가능하게 배치된다. 제1회전축(110)과 제2회전축(132)은 동축 상에 배치될 수 있다.
상기 바디(120)의 일측에는 제1구동 모터(100)가 배치되며, 상기 제1구동 모터(100)는 제1회전축(110)에 연결된다. 즉, 이송 공간(126)에 배치된 제1회전축(110)의 일단은 상기 바디(120)의 일측면을 관통하여 상기 제1구동 모터(100)에 연결된다. 제1회전축(110)의 외주면에는 적어도 하나의 스크류(112)가 형성되어 있다. 제1구동 모터(100)가 제1회전축(110)에 구동력을 제공하여 제1회전축(110)이 회전하면, 스크류(112)가 제1회전축(110)과 함께 회전하며 이송 공간(126) 내의 함수겔을 커팅부(160)를 향하여 길이 방향 타측으로 이송한다.
상기 바디(120)의 타측에는 제2구동 모터(130)가 배치되며, 제2구동 모터(130)는 제2회전축(132)에 연결된다. 즉, 배출 공간(128)에 배치된 제2회전축(132)의 타단은 상기 바디(120)의 타측면을 관통하여 사이 제2구동 모터(130)에 연결된다.
상기 제2회전축(132)의 일단은 상기 제1회전축(110)의 타단과 길이 방향으로 이격되어 제1회전축(110)의 회전과 제2회전축(132)의 회전은 서로 독립적이다. 즉, 제1구동 모터(100)에 의한 제1회전축(110)의 회전 속도는 제2구동 모터(130)에 의한 제2회전축(132)의 회전 속도와는 다르게 제어될 수 있다.
커팅부(160)는 스크류(112)에 의하여 이송된 함수겔을 분쇄하여 배출 공간(128)으로 배출한다. 커팅부(160)는 홀 플레이트(140)와 커터(150)를 포함한다.
홀 플레이트(140)는 상기 바디(120)에 고정되어 있으며 복수의 관통홀(142)이 길이 방향으로 형성된다.
커터(150)는 상기 홀 플레이트(140)의 일측에 설정된 갭만큼 이격되어 배치된다. 상기 커터(150)는 복수의 커터날이 구비되며 상기 제2구동 모터(130)에 의하여 회전하며 스크류(112)에 의하여 이송된 함수겔을 잘게 파쇄한다. 이를 위하여, 상기 제2회전축(132)의 일단은 상기 홀 플레이트(140)를 관통하여 상기 커터(150)에 결합한다.
커터(150)에 의하여 파쇄된 함수겔은 홀 플레이트(140)의 복수의 관통홀(142)을 통과하여 배출 공간(128)으로 배출되고, 이후 출구(124)를 통하여 바디(120)의 외부로 배출된다.
이하, 본 발명의 실시 예에 따른 미립화 장치(20)의 작동을 설명한다.
중합 반응기에서 배출된 함수겔이 입구(122)를 통하여 바디(120)의 이송 공간(126)으로 투입되면, 제1구동 모터(100)가 작동한다. 이에 따라, 제1회전축(110)과 스크류(112)가 회전하며 함수겔을 커팅부(160)를 향하여 이송한다. 여기서, 제1구동 모터(100)의 회전 속도는 함수겔의 이송 속도로 지칭할 수 있다.
또한, 함수겔이 커팅부(160)를 향하여 이송될 때, 제2구동 모터(130)가 작동한다. 이에 따라, 제2회전축(132)과 커터(150)가 회전한다. 여기서, 제2구동 모터(130)의 회전 속도는 함수겔의 배출 속도로 지칭할 수 있다.
스크류(112)에 의하여 이송된 함수겔이 커팅부(160)에 도달하면, 제2구동 모터(130)에 의하여 회전하는 커터(150)에 충돌하여 작은 사이즈의 입자로 분쇄된다. 커터(150)에 의하여 분쇄된 입자의 사이즈가 관통홀(142)의 직경보다 작아지면, 상기 분쇄된 입자는 관통홀(142)을 통과하여 배출 공간(128)으로 배출되고, 이후 출구(124)를 통하여 바디(120)의 외부로 배출된다.
한편, 스크류(112)의 회전, 즉 함수겔의 이송 속도는 제1구동 모터(100)에 의하여 제어되고, 커터(150)의 회전, 즉 함수겔의 배출 속도는 제2구동 모터(130)에 의하여 제어되므로, 함수겔의 이송 속도와 함수겔의 배출 속도는 독립적으로 제어될 수 있다. 바람직하게는, 함수겔의 이송 속도, 즉 제1구동 모터(100)의 회전 속도는 상대적으로 늦고 함수겔의 배출 속도, 즉 제2구동 모터(130)의 회전 속도는 상대적으로 빠를 수 있다. 다시 말하면, 제1구동 모터(100)의 회전 속도는 제2구동 모터(130)의 회전 속도보다 느리게 제어될 수 있다.
예를 들어, 합수겔의 입자를 더 작게 만들거나 함수겔의 입자의 구형도를 증가시키기 위하여 제2구동 모터(130)의 속도를 증가시킴으로써 커터(150)와 함수겔의 충돌 횟수를 증가시킨다. 이 경우, 제1구동 모터(100)의 속도를 증가시키지 않으므로 함수겔의 이송 속도 역시 증가되지 않는다. 결국, 커팅부(160)로의 함수겔의 이송 속도에 비하여 커팅부(160)에서 파쇄된 함수겔의 배출 속도를 빠르게 함으로써 커팅부(160)에 함수겔이 쌓이지 않는다. 이에 따라, 함수겔 입자의 응집에 따른 손상을 최소화하면서 함수겔 입자를 소형화할 수 있다.
또한, 함수겔 입자를 소형화할 수 있으므로, 후속하는 분쇄 공정을 생략할 수 있고, 볼텍스가 느려지는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 실시 예에서는 두 개의 구동 모터를 사용하는 것을 예시하였으나, 반드시 이에 한정되지 아니한다. 예를 들어, 하나의 구동 모터가 제1기어비를 갖는 제1방향 전환 수단을 통해 제1회전축(110)에 연결되고, 제2기어비를 갖는 제2방향 전환 수단을 통해 제2회전축(132)에 연결될 수 있다. 이 경우에도, 제1회전축(110)의 회전 속도는 상대적으로 늦고 제2회전축(132)의 회전 속도는 상대적으로 빠르도록 제1, 2기어비가 설정될 수 있다.
이후, 미립화된 함수겔을 건조하여, 건조 고흡수성 수지 입자를 제조하는 단계(단계 4)를 수행한다.
상기 단계는 중합체의 적어도 일부의 산성기가 중화되고, 계면 활성제의 존재 하에 상기 중합체를 미립화하여 수득된 중합체인 함수 고흡수성 수지 입자의 수분을 건조시키는 단계이다.
통상의 고흡수성 수지의 제조방법에서, 상기 건조 단계는 고흡수성 수지의 함수율이 10 중량% 미만이 될 때까지 수행하는 것이 일반적이나, 본 발명의 일 구현예에 따르면, 고흡수성 수지의 함수율이 10 중량% 이상, 예를 들어 약 10 내지 약 20 중량%, 또는 약 10 내지 약 15 중량%가 되도록 건조한다. 그러나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
이를 위하여 상기 건조 단계에서 사용되는 건조기 내의 온도는 약 150℃ 이하, 예를 들어 약 80℃ 내지 약 150℃로, 비교적 저온에서 수행할 수 있다. 건조기 내의 온도가 지나치게 낮은 경우 건조 시간이 지나치게 길어질 수 있고, 상기 건조 온도가 지나치게 높은 경우, 상기 원하는 함수율보다 낮은 함수율을 갖는 고흡수성 수지가 얻어질 수 있다.
이때, 건조는 유동식(moving type)으로 수행될 수 있다. 이러한 유동식(moving type) 건조는, 건조되는 동안의 물질의 유동 유/무로 정치식 건조와는 구분된다.
상기 유동식(moving type) 건조는 건조체를 기계적으로 교반하면서 건조시키는 방식을 일컫는다. 이때, 열풍이 물질을 통과하는 방향은 물질의 순환 방향과 같을 수도 있고, 상이할 수도 있다. 또는, 물질은 건조기 내부에서 순환하고, 건조기 외부의 별도의 파이프관으로 열매개 유체(열매유)를 통과시켜 물질을 건조시킬 수도 있다.
반면, 정치식 건조는 공기가 통할 수 있는 다공 철판과 같은 바닥에 건조시키고자 하는 물질을 정지시킨 상태에서, 아래에서 위로 열풍이 물질을 통과하여 건조시키는 방식을 일컫는다.
따라서, 상기 단계에서 건조시키고자 하는 빠른 시간 내 고른 건조를 완료할 수 있다는 측면에서 유동식 건조 방식으로 함수 고흡수성 수지를 건조하는 것이 바람직하다.
이러한 유동식 건조 방식에 의해 건조가 가능한 장치로는, 횡형 믹서(Horizontal-type Mixer), 로터리 킬른(Rotary kiln), 패들 드라이어(Paddle Dryer), 스팀 튜브 드라이어(Steam tube dryer), 또는 일반적으로 사용하는 유동식 건조기 등이 사용될 수 있다.
다음에, 상기 건조 고흡수성 수지 입자를 분쇄하여 고흡수성 수지 입자를 제조하는 단계(단계 5)를 수행한다.
구체적으로, 상기 분쇄 단계는 건조 고흡수성 수지 입자를 분쇄하여 정상 입자 수준의 입도, 즉, 150 ㎛ 내지 850 ㎛의 입경을 갖도록 수행될 수 있다.
이를 위해 사용되는 분쇄기는 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), 세절기(chopper) 또는 원판식 절단기(Disc cutter) 등일 수 있으며, 상술한 예에 한정되지는 않는다.
또는 분쇄기로, 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 수도 있으나, 상술한 예에 한정되는 것은 아니다.
한편, 본 발명의 제조방법에서는 미립화 단계에서 종래의 쵸핑 단계에서보다 작은 입도 분포의 고흡수성 수지 입자를 구현할 수 있고, 유동식(moving type) 건조를 수행할 경우 건조 후의 함수율이 10 중량% 이상으로 비교적 높게 유지되기 때문에, 보다 적은 분쇄력으로 마일드한 조건에서 분쇄를 수행하여도 150 ㎛ 내지 850 ㎛의 정상 입도의 함량이 매우 높은 고흡수성 수지를 형성할 수 있고, 미분 생성 비율이 크게 줄어들 수 있다.
상기와 같이 제조된 고흡수성 수지 입자는, 총 중량 대비 150 ㎛ 내지 850 ㎛의 입경을 갖는 고흡수성 수지 입자, 즉 정상 입자를 80 중량% 이상, 85 중량% 이상, 89 중량% 이상, 90 중량% 이상, 92 중량% 이상, 93 중량% 이상, 94 중량% 이상, 또는 95 중량% 이상 포함할 수 있다. 이러한 수지 입자의 입경은 유럽부직포산업협회(European Disposables and Nonwovens Association, EDANA) 규격 EDANA WSP 220.3 방법에 따라 측정될 수 있다.
또한, 상기 고흡수성 수지 입자는, 총 중량 대비 150 ㎛ 미만의 입경을 갖는 미분을 약 20 중량% 이하, 또는 약 18 중량% 이하, 또는 약 15 중량% 이하, 또는 약 13 중량% 이하, 또는 약 12 중량% 이하, 또는 약 111 중량% 이하, 또는 약 10 중량% 이하, 또는 약 9 중량% 이하, 또는 약 8 중량% 이하, 또는 약 5 중량% 이하로 포함할 수 있다. 이는 종래의 제조방법에 따라 고흡수성 수지를 제조하는 경우 약 20 중량% 초과 내지 약 30 중량%의 미분을 갖는 것과는 대조적이다.
상기 고흡수성 수지 입자를 분쇄하는 단계 이후에, 상기 분쇄된 고흡수성 수지 입자를 입경에 따라 분급하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 고흡수성 수지 입자를 분쇄 및/또는 분급한 이후에 표면 가교제의 존재 하에, 상기 고흡수성 수지 입자의 표면 중 적어도 일부에 표면 가교층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 단계에 의해, 상기 고흡수성 수지 입자에 포함되어 있는 가교 중합체가 표면 가교제를 매개로 추가 가교되어, 상기 고흡수성 수지 입자의 표면 중 적어도 일부에 표면 가교층이 형성될 수 있다.
실시예1
교반기, 온도계를 장착한 2L 유리 용기에 아크릴산 100g, 내부가교제로 펜타에리트리톨 트리알릴 에테르(P-30) 0.30g을 투입하고 물 226g을 교반하면서 혼합하였다. 이때 반응 온도는 5℃로 유지하였으며, 상기 결과의 혼합물에 대해 질소 1000cc/min을 1시간 동안 유입하였다. 이후 0.3% 과산화수소 수용액 1.3g, 1% 아스코르브산 수용액 1.5g, 2%의 2,2'-아조비스 아미디노프로판 디히드로 클로라이드 수용액 3.0g 및 0.01%의 황산철 수용액 1.5g을 첨가하고, 혼합하였다. 결과의 혼합물에서 중합 반응이 시작되어 중합체의 온도가 85℃에 도달한 후, 90±2℃의 오븐에서 약 6시간 동안 중합함으로써 함수겔 중합체를 제조하였다.
상기에서 제조한 함수겔 중합체에 계면활성제로서 하기 구조의 Glycerol Mono Laurate (GML)을 상기 함수겔 중합체 100 중량부 대비 0.3 중량부가 되도록 고온의 물에 수용액 형태로 혼합한 후, 함수겔 미립화 장치(20)를 이용하여 미립화하였다. 함수겔 미립화 장치(20)는 제1, 2구동 모터(100, 130)와, 커팅부(160)를 포함하고, 제1구동 모터(100)는 스크류(112)를 회전시켜 수득된 함수겔 중합체를 커팅부(160)로 이송하며, 제2구동 모터(130)는 커팅부(160)의 커터(150)를 회전시켜 이송된 함수겔 중합체를 미립화하였다. 여기서, 제1구동 모터(100)의 회전 속도는 30rpm이고, 제2구동 모터(130)의 회전 속도는 2500rpm이었다.
Figure pat00022
이후, 상기 미립화한 함수 고흡수성 수지 입자에 50% NaOH 수용액을 투입하여 중합체의 산성기의 일부를 중화하고, 회전형 믹서(Rotary Mixer)에 투입 후, 150℃에서, 100rpm으로 속도로 60분간 교반하면서 건조시켜 고흡수성 수지 입자(베이스 수지)를 수득하였다.
실시예2 및 실시예3
실시예1과 동일한 방법으로 함수겔 중합체를 수득하고, 수득된 함수겔 중합체를 함수겔 미립화 장치(20)로 미립화한 후 건조하여 고흡수성 수지로 제조하였다.
다만, 실시예2에서는 제1구동 모터(100)의 회전 속도는 70rpm이고, 제2구동 모터(130)의 회전 속도는 3000rpm이었이며, 실시예3에서는 제1구동 모터(100)의 회전 속도는 70rpm이고, 제2구동 모터(130)의 회전 속도는 3300rpm이었다.
비교예1
실시예1과 동일한 방법으로 함수겔 중합체를 수득하고, 수득된 함수겔 중합체를 종래의 쵸퍼로 미립화한 후, 건조하여 고흡수성 수지로 제조하였다. 여기서, 쵸퍼는 복수의 관통홀이 형성된 홀 플레이트와, 상기 홀 플레이트 근처에 배치되는 커터를 포함하며, 스크류와 커터가 하나의 모터에 연결되어 동일한 속도(예를 들어 150rpm)로 회전한다.
<실험예>
상기 실시예들 및 비교예에서 제조한 고흡수성 수지에 대하여, 다음과 같은 방법으로 물성을 평가하였다.
다르게 표기하지 않는 한, 하기 물성 평가는 모두 항온항습(23±1℃, 상대습도 50±10%)에서 진행하였고, 생리식염수 또는 염수는 0.9 중량% 염화나트륨(NaCl) 수용액을 의미한다.
또한, 다르게 표기하지 않는 한, 물성 평가는 ASTM 규격의 체로 분급한 300㎛ ~ 400㎛의 입경을 갖는 수지에 대해 수행하였다.
(1) 흡수 속도(Vortex time)
흡수 속도(vortex time)는 국제 공개 출원 제1987-003208호에 기재된 방법에 준하여 초 단위로 측정하였다.
구체적으로, 23℃ 내지 24℃의 50 mL의 생리 식염수에 2g의 고흡수성 수지(입경 300 내지 400㎛)를 넣고, 마그네틱 바(직경 8 mm, 길이 30 mm)를 600 rpm으로 교반하여 와류(vortex)가 사라질 때까지의 시간을 초 단위로 측정하여 산출되었다.
(2) 수가용 성분(Extractable Contents, wt%)
2g의 고흡수성 수지에 대해 EDANA 법 WSP 270.3의 방법에 따라 1시간 팽윤 후 수가용 성분을 측정하였다.
위와 같은 방법으로 측정한 볼텍스와 수가용 성분 측정 결과를 하기 표 1에 기재하였다.
비교예1 실시예1 실시예2 실시예3
볼텍스(초) 35 27 25 25
수가용성분
(wt%)		 5.2 3.4 3.3 3.2
표 1에 도시된 바와 같이, 스크류에 연결된 제1구동 모터(100)와 커터(150)에 연결된 제2구동 모터(130)를 상이한 속도로 회전시키되, 제2구동 모터(130)의 회전 속도가 제1구동 모터(100)의 회전 속도보다 빠른 실시예1 내지 실시예3에서는, 볼텍스가 27초 이하로 상대적으로 작고 수가용 성분이 3.4wt%로 상대적으로 작게 유지된다. 이에 반하여, 스크류와 커터가 동일한 속도로 회전하는 종래의 쵸퍼를 사용한 비교예1에서는 볼텍스가 35초 이상으로 상대적으로 크고 수가용 성분이 5.2wt%로 상대적으로 크다.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.

Claims (7)

  1. 내부에 함수겔이 이송되는 이송 공간과, 분쇄된 함수겔을 배출하는 배출 공간이 형성된 바디;
    상기 이송 공간에 회전 가능하게 배치되며, 그 외주면에 적어도 하나의 스크류가 형성되어 함수겔을 바디의 길이 방향을 따라 이송하는 제1회전축;
    상기 바디의 내부에 고정적으로 장착되고, 복수의 관통홀이 형성된 홀 플레이트;
    상기 홀 플레이트로부터 설정된 갭만큼 이격되고, 상기 바디의 내부에 회전 가능하게 배치되어 스크류에 의하여 이송된 함수겔을 분쇄하도록 된 커터; 그리고
    상기 배출 공간에 회전 가능하게 배치되며, 상기 커터에 연결되어 커터를 회전시키는 제2회전축;
    을 포함하며,
    상기 제1회전축의 회전 속도와 상기 제2회전축의 회전 속도는 독립적으로 제어되는 고흡수성 수지의 함수겔 미립화 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1회전축에 구동력을 전달하는 제1구동 모터; 그리고
    상기 제2회전축에 구동력을 전달하는 제2구동 모터;
    를 더 포함하는 고흡수성 수지의 함수겔 미립화 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1구동 모터는 바디의 길이 방향 일측에 배치되어 제1회전축은 바디의 일측면을 관통하여 제1구동 모터에 연결되고,
    상기 제2구동 모터는 바디의 길이 방향 타측에 배치되어 제2회전축은 바디의 타측면을 관통하여 제2구동 모터에 연결되는 고흡수성 수지의 함수겔 미립화 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 커터는 상기 홀 플레이트의 길이 방향 일측에 배치되어 상기 제2회전축의 일단은 홀 플레이트를 관통하여 커터에 연결되는 고흡수성 수지의 함수겔 미립화 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2회전축의 회전 속도는 제1회전축의 회전 속도보다 빠른 고흡수성 수지의 함수겔 미립화 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 바디의 길이 방향 일측의 상부에 형성되고 이송 공간에 연결되어 함수겔이 투입되는 입구; 그리고
    상기 바디의 길이 방향 타측의 하부에 형성되고 배출 공간에 연결되어 함수겔이 배출되는 출구;
    를 더 포함하는 고흡수성 수지의 함수겔 미립화 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 바디의 길이 방향 일측부에는 이송 공간이 형성되고, 상기 바디의 길이 방향 타측부에는 배출 공간이 형성되며, 상기 커터와 홀 플레이트는 이송 공간과 배출 공간의 경계를 정의하는 고흡수성 수지의 함수겔 미립화 장치.
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