KR100212978B1 - Super absorbent acrylate resin coated with poly(styrene-etyleneglycol acrylate) copolymer - Google Patents
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Abstract
본 발명은 아크릴계 고흡수성 수지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 아크릴산 단량체를 가교결합하여 제조한 아크릴계 수지의 표면을 폴리(스티렌-에틸렌글리콜아크릴레이트) 공중합체로 표면처리하여 친수성과 친유성을 동시에 도입하고, 표면처리제의 에틸렌글리콜아크릴레이트의 수산기와 수지 표면의 아크릴산의 카르복시기가 반응하여 공유결합을 형성함으로써 물 또는 염용액의 흡수속도와 흡수량을 향상시킬 뿐만 아니라 흡수시의 겔 강도를 향상시킬 수 있는 새로운 아크릴계 고흡수성 수지에 관한 것이다.The present invention relates to an acrylic superabsorbent polymer, and more particularly, a surface of an acrylic resin prepared by crosslinking an acrylic acid monomer is surface treated with a poly (styrene-ethylene glycol acrylate) copolymer to simultaneously introduce hydrophilicity and lipophilic property. In addition, the hydroxyl group of the ethylene glycol acrylate of the surface treatment agent and the carboxyl group of the acrylic acid on the surface of the resin react to form a covalent bond, thereby improving not only the absorption rate and the absorption rate of water or salt solution, but also the gel strength upon absorption. It relates to a new acrylic superabsorbent resin.
Description
본 발명은 아크릴계 고흡수성 수지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 아크릴산 단량체를 가교결합하여 제조한 아크릴계 수지의 표면을 폴리(스티렌-에틸렌글리콜아크릴레이트)공중합체로 표면처리하여 친수성과 친유성을 동시에 도입하고, 표면처리제의 에틸렌글리콜아크릴레이트의 수산기와 수지 표면의 아크릴산의 카르복시기가 반응하여 공유결합을 형성함으로써 물 또는 염용액의 흡수속도와 흡수량을 향상시킬 뿐만 아니라 흡수시의 겔 강도를 향상시킬 수 있는 새로운 아크릴계 고흡수성 수지에 관한 것이다.The present invention relates to an acrylic superabsorbent polymer. More particularly, the surface of an acrylic resin prepared by crosslinking an acrylic acid monomer is surface treated with a poly (styrene-ethylene glycol acrylate) copolymer to simultaneously introduce hydrophilicity and lipophilic property. In addition, the hydroxyl group of the ethylene glycol acrylate of the surface treatment agent and the carboxyl group of the acrylic acid on the surface of the resin react to form a covalent bond, thereby improving not only the absorption rate and the absorption rate of water or salt solution, but also the gel strength upon absorption. It relates to a new acrylic superabsorbent resin.
고흡수성 수지는 종이 기저귀, 생리대 등의 위생용품 분야에 널리 이용되어져 왔고 그 응용범위가 다양하여 원예용, 건축, 식품 등의 산업용 용도로서도 이용 되고 있으며, 현재는 의료, 전기, 전자 등으로 용도가 확대되고 있는 물질이다.Superabsorbent polymers have been widely used in the field of sanitary products such as paper diapers, sanitary napkins, etc., and have a wide range of applications, and are also used for industrial applications such as horticulture, construction, food, etc. It is an expanding substance.
고흡수성 수지는 주로 아크릴산, 전분, 메틸 셀룰로오스 등 수용성 고분자를 주성분으로 하여 3차원으로 가교반응시켜 제조한다.Superabsorbent polymers are produced by crosslinking three-dimensionally mainly with water-soluble polymers such as acrylic acid, starch and methyl cellulose.
아크릴산을 예로 하여 고흡수성 수지의 제조공정을 간략하게 설명하면 다음과 같다. 먼저 질소가스 주입구와 냉각기, 교반기가 장착된 500cc 용량의 반응기에 80 cc/분의 유속으로 고순도 질소(순도 99.99% 이상)를 2시간동안 흘려주면서 산소를 제거한다. 그 다음 아크릴산 단량체, 용매로서 증류수, 가교제로서 메틸렌 비스아크릴아미드(methylene bisacrylamide; MBA) 및 개시제로서 과황산칼륨(K2S2O8)을 정량하여 반응기에 주입한다. 주입된 반응물에 질소기체를 통하면서 용존산소를 제거하고, 반응기의 온도를 70℃로 승온하면서 냉각기에 냉각수를 흘려주고 교반한다. 이때 반응기에 주입되는 질소의 유속을 20 cc/분으로 낮추어 주면서 4시간동안 반응시키면, 아크릴산 단량체를 기준으로하여 전환율이 95% 이상인 겔을 얻게 된다. 이후 2N의 수산화나트륨 수용액을 가하여 약 70%의 아크릴산을 중화하고, 중화된 겔을 120℃의 오븐에서 10시간 건조하여 아크릴계 수지의 백색 분말을 얻는다.The manufacturing process of the super absorbent polymer will be briefly described by taking acrylic acid as an example. First, oxygen is removed while flowing high purity nitrogen (purity 99.99% or more) for 2 hours at a flow rate of 80 cc / min in a 500 cc reactor equipped with a nitrogen gas inlet, a cooler, and a stirrer. Then, an acrylic acid monomer, distilled water as a solvent, methylene bisacrylamide (MBA) as a crosslinking agent and potassium persulfate (K 2 S 2 O 8 ) as an initiator are quantified and injected into the reactor. Dissolved oxygen is removed while passing the injected reactant through a nitrogen gas, and the cooling water is flowed into the cooler while stirring the temperature of the reactor to 70 ℃ and stirred. At this time, if the reaction rate for 4 hours while lowering the flow rate of nitrogen injected into the reactor to 20 cc / min, a gel having a conversion rate of 95% or more based on the acrylic acid monomer. Thereafter, 2N aqueous sodium hydroxide solution is added to neutralize about 70% of acrylic acid, and the neutralized gel is dried in an oven at 120 ° C. for 10 hours to obtain a white powder of acrylic resin.
그 다음은 상기에서 얻어진 아크릴계 수지의 백색분말을 메탄올 등의 용매에 분산시킨 뒤, 표면처리제인 헥사메틸렌디아민(Hexamethylenediamin) 등의 저분자 물질을 사용하여 표면에 가교결합을 유도하고 이를 120℃의 오븐에서 건조하면서 표면가교반응을 시켜 원하는 고흡수성 수지를 얻게 된다.Next, after dispersing the white powder of the acrylic resin obtained above in a solvent such as methanol, using a low-molecular substance such as hexamethylenediamine (surface treatment agent) to induce crosslinking on the surface and in the oven at 120 ℃ The surface crosslinking reaction is carried out while drying to obtain the desired superabsorbent polymer.
상기의 방법으로 제조된 아크릴계 고흡수성 수지는 순수(pure water)의 흡수량은 많지만, 실제 생리액과 유사한 염용액에 대해서는 흡수량이 적다. 이는 염용액에 포함되어있는 이온화된 염, 즉 양이온과 음이온이 고흡수성 수지에 결합한 다음 물을 흡수하므로 고분자 사슬의 강성이 높아져 팽창되지 않기 때문이다. 이와 같은 단점을 보완하기 위하여 고흡수성 수지의 표면 가교에 사용되는 표면처리제 성분을 변화시켜 수지의 표면을 개질화하는 방법을 중심으로 많은 연구가 행하여져 왔다.The acrylic super absorbent polymer prepared by the above method has a large amount of pure water absorbed, but a small amount of absorbed water for a salt solution similar to the actual physiological liquid. This is because the ionized salts included in the salt solution, that is, cations and anions, bind to the superabsorbent resin and then absorb water, thereby increasing the rigidity of the polymer chain and not expanding. In order to make up for such drawbacks, many studies have been conducted mainly on the method of modifying the surface of the resin by changing the surface treatment agent component used for surface crosslinking of the super absorbent polymer.
미국특허 제 4,666,983 호에는 2차 가교제로서 친유성(hydrophobic) 물질을 사용하여 고흡수성 수지의 표면을 개질하는 방법이 공지되어 있다. 이 경우 수지의 흡수속도는 향상되지만 흡수량에는 별다른 효과를 얻을 수 없고, 또 표면처리용 가교제로서 디아민(diamin) 또는 디올(diol) 같은 유독한 저분자 물질을 사용하므로 인체에 유해하다.U.S. Patent No. 4,666,983 discloses a method of modifying the surface of a superabsorbent resin using hydrophobic materials as secondary crosslinkers. In this case, the absorption rate of the resin is improved, but the effect of absorption is not obtained. Furthermore, since a toxic low molecular substance such as diamine or diol is used as the crosslinking agent for the surface treatment, it is harmful to the human body.
또한 미국특허 제 4,043,952 호에는 표면처리용 가교제로서 바륨아세테이트, 알루미늄아세테이트 또는 코발트아세틸아세테이트와 같은 단분자 화합물을 사용하는 방법이 공지되어 있는 바, 이 경우도 흡수속도가 향상되기는 하지만 흡수량에는 변동사항이 없었다.In addition, U.S. Patent No. 4,043,952 discloses a method of using a single molecule compound such as barium acetate, aluminum acetate or cobalt acetylacetate as a crosslinking agent for surface treatment. In this case, although the absorption rate is improved, there is a variation in the absorption amount. There was no.
본 발명자들은 스티렌과 에틸렌글리콜아크릴레이트를 공중합시켜 얻은 폴리(스티렌-에틸렌글리콜아크릴레이트)(이하,PSE라 약칭함) 공중합체를 표면처리제로 사용하여 아크릴계 수지의 표면을 도포하면 에틸렌글리콜아크릴레이트 말단의 수산기와 수지 표면의 카르복시기가 반응하여 공유결합을 형성하게 되고 이로써 물 또는 염용액의 흡수속도 및 흡수량이 크게 향상되고, 공유결합에 의한 표면가교결합에 의해 겔의 강도가 증가됨을 알게됨으로써 본 발명을 완성하였다.MEANS TO SOLVE THE PROBLEM The present inventors apply | coated the surface of acrylic resin using the poly (styrene-ethylene glycol acrylate) (henceforth PSE) copolymer obtained by copolymerizing styrene and ethylene glycol acrylate as a surface treating agent, and the ethylene glycol acrylate terminal The hydroxyl group and the carboxyl groups on the resin surface react to form covalent bonds, thereby greatly improving the absorption rate and absorption amount of water or salt solution and increasing the strength of the gel by surface crosslinking by covalent bonds. Was completed.
따라서 본 발명은 PSE 공중합체를 사용하여 흡수속도 및 흡수량을 동시에 향상시키고 또한 용액 흡수시 형성되는 겔의 강도를 증가시킬수 있는 새로운 아크릴계 고흡수성 수지를 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a new acrylic superabsorbent polymer that can simultaneously improve the absorption rate and the absorption amount using a PSE copolymer and also increase the strength of the gel formed upon solution absorption.
본 발명은 아크릴계 단량체를 가교결합시켜 제조한 아크릴계 수지에 있어서, 상기 아크릴계 수지 표면에 PSE 공중합체로 가교처리하여 제조한 아크릴계 고흡수성 수지를 그 특징으로 한다.The present invention is an acrylic resin prepared by crosslinking an acrylic monomer, characterized in that an acrylic superabsorbent resin prepared by crosslinking a surface of the acrylic resin with a PSE copolymer.
이와 같은 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.When explaining the invention in more detail as follows.
본 발명은 아크릴산 단량체를 1차 가교결합하여 아크릴계 수지를 제조한 다음, 수지표면을 PSE 공중합체로 가교처리하여 수지표면의 아크릴산과 에틸렌글리콜아크릴레이트의 수산기가 공유결합을 형성하도록 하여 물과 염용액의 흡수속도와 흡수력을 동시에 향상시키고 또한 흡수시 형성되는 겔의 강도를 증가시킬 수 있는 아크릴계 고흡수성 수지에 관한 것이다.According to the present invention, an acrylic resin is prepared by first crosslinking an acrylic acid monomer, and then the resin surface is crosslinked with a PSE copolymer so that the hydroxyl group of acrylic acid and ethylene glycol acrylate on the resin surface forms a covalent bond. The present invention relates to an acryl-based superabsorbent polymer capable of simultaneously improving the absorption rate and the absorbency of the polymer and increasing the strength of the gel formed upon absorption.
즉, 본 발명에 따른 고흡수성 수지는 아크릴계 수지의 표면에 PSE 공중합체를 도입하여 친유성 및 친수성을 동시에 부여하여 표면처리제의 친수성으로 인하여 물과 염용액에 대한 흡수속도와 흡수력을 향상시키고, 표면처리제의 친유성으로 인하여 겔 블로킹(Gel Blocking)현상을 막아주며, 또 표면처리제와 수지의 공유결합에 의한 표면가교반응에 의해 흡수시 겔의 강도가 증가되는 특성을 나타내게 된다.That is, the superabsorbent polymer according to the present invention introduces a PSE copolymer on the surface of the acrylic resin to impart lipophilic and hydrophilic properties at the same time, thereby improving the absorption rate and absorption power of water and salt solution due to the hydrophilicity of the surface treatment agent, and the surface Due to the lipophilic properties of the treatment agent, gel blocking is prevented and the strength of the gel is increased when absorbed by the surface crosslinking reaction by covalent bonding of the surface treatment agent and the resin.
본 발명에서 표면처리제로서 사용되는 PSE 공중합체는 친유성을 갖는 스티렌을 주쇄(backbone)로 하고, 친수성을 갖는 에틸렌글리콜아크릴레이트가 측쇄기(pandant group)로 도입된다. 이러한 공중합체가 표면처리제로 사용되기 위해서는 스티렌 부분이 50 ∼ 95 몰%, 바람직하기로는 75 ∼ 90 몰%가 함유되고, 긴 측쇄기로서 에틸렌글리콜아크릴레이트가 5 ∼ 50 몰%, 바람직하기로는 10 ∼ 25 몰% 함유되는 것이 바람직하다. 만약 공중합체 내의 스티렌 함량이 50 몰% 미만이면 겔 블로킹(Gel Blocking)현상이 나타나 겔의 강도가 떨어지게 되고, 그 함량이 95 몰% 초과하면 표면가교 효율이 좋지 않다.In the present invention, the PSE copolymer used as the surface treating agent has styrene having lipophilic backbone and ethylene glycol acrylate having hydrophilicity is introduced into the pandant group. In order to use such a copolymer as a surface treatment agent, the styrene portion contains 50 to 95 mol%, preferably 75 to 90 mol%, and 5-50 mol% of ethylene glycol acrylate as the long side chain group, preferably 10 It is preferable to contain-25 mol%. If the styrene content in the copolymer is less than 50 mol% Gel Blocking (Gel Blocking) phenomenon occurs, the strength of the gel is reduced, if the content exceeds 95 mol% surface cross-linking efficiency is not good.
본 발명에서 표면처리제로서 사용되는 상기 공중합체에 있어서, 친유성 단량체로서 스티렌 단량체외에도 알파메틸스티렌, 메틸메타크릴레이트 또는 비닐클로라이드 등을 사용하여 공중하여도 이와 유사한 효과를 얻을 수 있다.In the copolymer used as the surface treating agent in the present invention, similar effects can be obtained by using alphamethylstyrene, methyl methacrylate or vinyl chloride in addition to the styrene monomer as the lipophilic monomer.
상기에서 설명한 바와 같은 공중합체를 아크릴계 수지표면에 가교시켜 고흡수성 수지를 제조하는 공정을 자세히 설명하면 다음과 같다.Referring to the process for producing a super absorbent polymer by crosslinking the copolymer as described above to the acrylic resin surface as follows.
제 1 공정은 아크릴 단량체의 가교중합 반응에 의한 아크릴계 수지의 합성 및 건조공정이다.The first step is a step of synthesizing and drying the acrylic resin by the crosslinking polymerization reaction of the acrylic monomer.
질소가스 주입구와 냉각기, 교반기가 장착된 500cc 용량의 반응기에 고순도 질소(질소함량 99.99%이상)를 80 cc/분의 유량으로 2시간동안 흘려주면서 산소를 제거한다. 여기에 아크릴산 단량체, 용매로서 증류수, 가교제로서 메틸렌 비스아크릴아미드 또는 헥산디올디아크릴레이트, 개시제로서 과황산칼륨(K2S2O8)를 정량하여 반응기에 주입한다. 이때, 가교제의 함량은 아크릴산 단량체를 기준으로 0.05 ∼ 1 몰%, 더욱 바람직하기로는 0.05 ∼ 0.25 몰%를 사용한다. 만일 가교제의 함량이 1 몰%를 초과하면 흡수량이 줄어드는 문제점이 있고, 그 함량이 0.05 몰% 미만이면 겔의 강도가 취약해지는 문제가 있다. 그 후 질소 기체를 통하면서 용존산소를 제거하고 반응기의 온도를 70℃로 승온하면서 냉각수를 냉각기를 통하여 흘려준다. 교반을 시작하면서 반응기에 주입되는 질소의 유량을 20 cc/분으로 낮추어 4시간동안 반응시키면 아크릴산 단량체를 기준으로 전환율이 95% 이상인 겔상의 아크릴산 고분자가 합성된다.Oxygen is removed by flowing high-purity nitrogen (nitrogen content 99.99% or more) at a flow rate of 80 cc / min for 2 hours in a 500cc reactor equipped with a nitrogen gas inlet, a cooler, and a stirrer. An acrylic acid monomer, distilled water as a solvent, methylene bisacrylamide or hexanediol diacrylate as a crosslinking agent, and potassium persulfate (K 2 S 2 O 8 ) as an initiator are quantified and injected into the reactor. At this time, the content of the crosslinking agent is 0.05 to 1 mol%, more preferably 0.05 to 0.25 mol% based on the acrylic acid monomer. If the content of the crosslinking agent exceeds 1 mol%, there is a problem that the absorption amount is reduced, if the content is less than 0.05 mol% there is a problem that the strength of the gel is weak. Thereafter, dissolved oxygen is removed while passing through nitrogen gas, and the cooling water is flowed through the cooler while raising the temperature of the reactor to 70 ° C. When starting the stirring, the flow rate of nitrogen injected into the reactor was lowered to 20 cc / min and reacted for 4 hours to synthesize gel acrylic acid polymer having a conversion rate of 95% or more based on the acrylic acid monomer.
이후 2N의 수산화나트륨 수용액을 사용하여 총 투입한 아크릴산 단량체를 기준으로 70%의 아크릴산을 중화한다. 이때, 중화방법의 선택이 중요하며 본 발명에 적용될 수 있는 중화방법으로는 단량체 상태에서 모두 중화하는 방법, 단량체 상태에서 35%를 중화하고 중합후에 35%를 중화하는 방법, 또는 중합이 완전히 종료된 후에 중화하는 방법이 있다. 본 발명에서는 이러한 중합방법을 모두 적용할 수 있지만, 제조후의 흡수량을 고려하면 중합이 완전히 종료된 후에 중합하는 방법이 가장 우수한 흡수성을 나타내므로 이 방법을 적용하는 것이 바람직하다.Then, using 2N aqueous sodium hydroxide solution to neutralize 70% acrylic acid based on the total acrylic acid monomers. At this time, the selection of the neutralization method is important, and the neutralization method that can be applied to the present invention is a method for neutralizing all in the monomer state, a method of neutralizing 35% in the monomer state and 35% after the polymerization, or the polymerization is completed There is a way to neutralize later. In the present invention, all of these polymerization methods can be applied. However, in consideration of the amount of absorption after production, the method of polymerization after the polymerization is completely completed shows the best water absorption, and therefore it is preferable to apply this method.
그 후 중화된 겔을 120℃의 오븐에서 10 시간 건조하여 백색 분말 상태인 아크릴계 수지를 얻는다.Thereafter, the neutralized gel is dried in an oven at 120 ° C. for 10 hours to obtain an acrylic resin in a white powder state.
제 2 공정은 상기에서 제조한 아크릴계 수지를 공중합체로 표면처리하는 공정이다.The second step is a step of surface-treating the acrylic resin prepared above with a copolymer.
먼저, 상기 공중합체를 톨루엔에 용해시켜 1 ∼ 50 w/v% 용액으로 만들고, 여기에 제 1 공정에서 제조한 아크릴계 수지를 분산시켜 표면가교를 시킨다. 이때, 공중합체의 표면가교량은 아크릴계 수지에 대하여 1 ∼ 10 중량부 범위가 바람직한 바, 만약 표면가교량이 1 중량부 미만이면 겔강도가 저하하고, 10 중량부를 초과하면 흡수량이 저하되는 문제가 있다.First, the copolymer is dissolved in toluene to form a 1-50 w / v% solution, and the acrylic resin prepared in the first step is dispersed therein to perform surface crosslinking. At this time, the surface crosslinking amount of the copolymer is preferably in the range of 1 to 10 parts by weight with respect to the acrylic resin. If the surface crosslinking amount is less than 1 part by weight, the gel strength is lowered.
그리고, 이를 가열 교반기에서 70 ∼ 120℃에서 30 ∼ 100분 동안 가열하면서 용매를 휘발시키면 표면이 PSE 공중합체로 치환된 아크릴계 고흡수성 수지를 얻을 수 있다.Then, when the solvent is volatilized while heating at 70 to 120 ° C. for 30 to 100 minutes in a heating stirrer, an acrylic superabsorbent polymer having a surface substituted with a PSE copolymer can be obtained.
상기 가열과정에서 수지표면에 존재하고 있는 아크릴산의 카르복시기는 에틸렌글리콜아크릴레이트의 수산기와 결합하여 공유결합을 형성하며, 이로써 실제로 물 또는 염용액이 흡수되었을 때 이 결합이 계속 유지되면서 형성되는 겔의 강도를 향상시키고, 또한 수지 표면에 친수성기가 새로이 도입됨으로써 수지의 흡수량이 증가되고 동시에 흡수속도가 향상되게 된다.The carboxyl group of acrylic acid present on the resin surface in the heating process combines with the hydroxyl group of ethylene glycol acrylate to form a covalent bond, and thus the strength of the gel formed while the bond is maintained when water or salt solution is actually absorbed. In addition, by introducing a new hydrophilic group on the surface of the resin, the amount of absorption of the resin is increased and at the same time the rate of absorption is improved.
이와같은 본 발명을 다음의 실시예에 의해 더욱 상세히 설명하는 바, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.The present invention will be described in more detail with reference to the following examples, but the present invention is not limited thereto.
제조예 : PSE 공중합체의 제조Preparation Example: Preparation of PSE Copolymer
질소가스 주입구와 냉각기, 교반기가 장착된 500cc 용량의 반응기에 고순도 질소(질소함량 99.99%이상)를 80 cc/분의 유량으로 2시간동안 흘려주면서 산소를 제거하였다. 여기에 단량체로서 스티렌 80 몰%와 에틸렌글리콜아크릴레이트 20몰%, 반응매질로서 톨루엔 첨가량은 단량체 부피기준으로 5배로 하고, 개시제로서 아조비스부티로니트릴(AIBN) 0.005 몰%를 정량하여 반응기에 주입하였다. 그 후 질소 기체를 통하면서 용존산소를 제거하고 반응기의 온도를 70℃로 승온하면서 냉각수를 냉각기를 통하여 흘려주었다. 교반을 시작하면서 반응기에 주입되는 질소의 유량을 20 cc/분으로 낮추어 6시간동안 반응시키면 스티렌 단량체를 기준으로 공중합율이 55% 이상인 PSE 공중합체가 합성된다. 이것을 비용매인 메탄올에 떨어뜨려 백색의 침전물을 생성시키고 100℃의 진공오븐에서 10시간 정도 건조하여 백색의 공중합체 분말을 얻었다.Oxygen was removed while flowing high-purity nitrogen (nitrogen content 99.99%) at a flow rate of 80 cc / min in a 500 cc reactor equipped with a nitrogen gas inlet, a cooler, and a stirrer. 80 mol% of styrene as a monomer and 20 mol% of ethylene glycol acrylate and toluene as a reaction medium were added 5 times based on the monomer volume, and 0.005 mol% of azobisbutyronitrile (AIBN) as an initiator was injected into the reactor. It was. Thereafter, dissolved oxygen was removed while passing through nitrogen gas, and cooling water was flowed through the cooler while raising the temperature of the reactor to 70 ° C. When starting the stirring, the flow rate of nitrogen injected into the reactor was lowered to 20 cc / min and reacted for 6 hours to synthesize a PSE copolymer having a copolymerization rate of 55% or more based on the styrene monomer. This was dropped in non-solvent methanol to form a white precipitate, which was dried in a vacuum oven at 100 ° C. for about 10 hours to obtain a white copolymer powder.
실시예 : 아크릴계 고흡수성 수지의 제조Example: Preparation of Acrylic Super Absorbent Resin
(1)아크릴계 수지의 제조공정(1) Manufacturing process of acrylic resin
질소가스 주입구와 냉각기, 교반기가 장착된 500cc 용량의 반응기에 고순도 질소(질소함량 99.99%이상)를 80 cc/분의 유량으로 2시간동안 흘려주면서 산소를 제거하였다. 여기에 아크릴산 단량체 30g, 증류수 100㎖, 아크릴계 단량체를 기준으로 메틸렌 비스아크릴아미드 0.05 몰%, 과황산칼륨 0.05g을 정량하여 반응기에 주입하였다. 그 후 질소 기체를 통하면서 용존산소를 제거하고 반응기의 온도를 70℃로 승온하면서 냉각수를 냉각기를 통하여 흘려주었다. 교반을 시작하면서 반응기에 주입되는 질소의 유량을 20 cc/분으로 낮추어 4시간동안 반응시켜 아크릴산 단량체를 기준으로 전환율이 95%인 겔상의 아크릴산 고분자를 합성하였다. 이후 중합이 종료되면 2N의 수산화나트륨 수용액을 사용하여 총 투입한 아크릴산 단량체를 기준으로 70%의 아크릴산을 중화하였다. 그 후 중화된 겔을 120℃의 오븐에서 10 시간 건조하여 백색 분말 상태인 아크릴계 수지를 얻었다.Oxygen was removed while flowing high-purity nitrogen (nitrogen content 99.99%) at a flow rate of 80 cc / min in a 500 cc reactor equipped with a nitrogen gas inlet, a cooler, and a stirrer. Here, 30 g of acrylic acid monomer, 100 ml of distilled water, and 0.05 mol% of methylene bisacrylamide and 0.05 g of potassium persulfate were quantified based on the acrylic monomer and injected into the reactor. Thereafter, dissolved oxygen was removed while passing through nitrogen gas, and cooling water was flowed through the cooler while raising the temperature of the reactor to 70 ° C. While starting the stirring, the flow rate of nitrogen injected into the reactor was reduced to 20 cc / min and reacted for 4 hours to synthesize a gel-type acrylic acid polymer having a conversion rate of 95% based on the acrylic acid monomer. After the polymerization was terminated, 70% acrylic acid was neutralized based on the total amount of the acrylic acid monomers added using a 2N aqueous sodium hydroxide solution. Thereafter, the neutralized gel was dried in an oven at 120 ° C. for 10 hours to obtain an acrylic resin having a white powder.
(2)표면처리공정(2) surface treatment
상기 제조예에서 제조된 PSE 공중합체를 톨루엔에 녹여 10 w/v %의 공중합체 용액을 제조하였다. 이 공중합체 용액에 상기에서 제조한 아크릴계 수지를 분산시킨 다음, 이를 가열 교반기에서 100℃에서 45분 동안 가열하면서 용매를 휘발시켜 표면이 PSE 공중합체로 치환된 아크릴계 고흡수성 수지를 얻었다.The PSE copolymer prepared in Preparation Example was dissolved in toluene to prepare a copolymer solution of 10 w / v%. The acrylic resin prepared above was dispersed in the copolymer solution, and then the solvent was volatilized while heating it at 100 ° C. for 45 minutes in a heating stirrer to obtain an acrylic superabsorbent polymer having a surface substituted with a PSE copolymer.
실험예 1Experimental Example 1
표면처리제로 사용되는 PSE 공중합체내의 스티렌 단량체와 에틸렌글리콜아크릴레이트 단량체 함량에 따른 흡수성 수지의 흡수속도 및 흡수량을 측정하기 위하여, 단량체 함량을 달리한 PSE 공중합체를 아크릴계 수지에 2.5 중량부로 표면처리하였다. 이들 각각의 흡수성 수지에 대한 흡수속도 및 흡수량을 측정 결과는 다음의 표 1에 나타내었다.In order to measure the absorption rate and the amount of absorption of the water absorbent resin according to the styrene monomer and ethylene glycol acrylate monomer content in the PSE copolymer used as the surface treatment agent, 2.5 parts by weight of the PSE copolymer having a different monomer content was surface treated. . The measurement results of the absorption rate and the absorption amount for each of these absorbent resins are shown in Table 1 below.
흡수속도 및 흡수량의 측정Measurement of Absorption Rate and Absorption Amount
아크릴계 고흡수성 수지 0.2g을 11 ×11cm 크기의 부직포의 중앙부에 놓고, 실을 이용하여 묶어 티백(tea bag)의 모양으로 만든 다음, 0.9 중량%의 식염수에 담가두고 24시간이 경과한 후의 흡수량을 무게로 측정하여 흡수도를 측정하였다. 그리고, 초기 1분 동안 흡수한 염용액의 무게를 고흡수성 수지의 무게로 표준화하여 흡수속도를 측정하였다.0.2 g of acrylic superabsorbent polymer was placed in the center of a 11 x 11 cm nonwoven fabric, tied with a thread to form a tea bag, and then absorbed after 24 hours in 0.9 wt% saline. Absorbance was measured by weight. In addition, the absorption rate was measured by standardizing the weight of the salt solution absorbed during the initial 1 minute with the weight of the super absorbent polymer.
[표 1]TABLE 1
실험예 2Experimental Example 2
상기 실시예의 아크릴계 고흡수성 수지 제조과정에서 표면처리제로서 PSE 공중합체 또는 종래의 헥사메틸렌디아민을 사용하여 아크릴계 고흡수성 수지를 제조하였을 때, 표면처리량에 따른 흡수속도 및 흡수량을 측정하여 다음의 표 2에 나타내었다.When the acrylic superabsorbent polymer was prepared using a PSE copolymer or a conventional hexamethylenediamine as the surface treating agent in the process of preparing the acrylic superabsorbent polymer of the above embodiment, the absorption rate and the amount of absorption according to the surface treatment were measured and the results are shown in Table 2 below. Indicated.
[표 2]TABLE 2
실험예 3Experimental Example 3
실시예 1과 동일하게 제조하되, 1차 가교제인 메틸렌 비스아크릴아미드의 함량은 아크릴산 단량체를 기준으로 0.1 몰%로하여 고흡수성 수지를 제조하였다. 그후 흡수속도와 흡수량을 측정하여 표 3에 나타내었다.Prepared in the same manner as in Example 1, the content of the primary crosslinking agent methylene bisacrylamide was prepared in 0.1 mol% based on the acrylic acid monomer to prepare a super absorbent polymer. Then, the absorption rate and the absorption amount were measured and shown in Table 3.
[표 3]TABLE 3
실험예 4Experimental Example 4
상기 실시예와 동일하게 제조하되, 다만 아크릴계 수지 제조공정에서 가교제로 사용되는 메틸렌 비스아크릴아미드의 함량을 아크릴산 단량체를 기준으로 0.25 몰%로 하여 고흡수성 수지를 제조하였다. 그 후 상기 실험예 1과 동일한 방법으로 흡수속도와 흡수량을 측정하여 다음의 표 4에 나타내었다.It was prepared in the same manner as in the above example, except that the superabsorbent polymer was prepared based on the content of methylene bisacrylamide used as a crosslinking agent in the acrylic resin manufacturing process at 0.25 mol% based on the acrylic acid monomer. Then, the absorption rate and the absorption amount were measured in the same manner as in Experimental Example 1, and the results are shown in Table 4 below.
[표 4]TABLE 4
상술한 바와 같이, 본 발명에서는 고흡수성수지 제조를 위한 표면처리제로서 유독성이 있는 저분자량의 디아민 화합물 또는 디올 화합물을 사용하고 있지 않아 이의 제조공정이 환경친화적이라할 수 있고, 또 고분자량의 PSE 공중합체로 표면처리된 본 발명의 고흡수성 수지는 흡수속도 및 흡수량이 크게 향상되었고 용액 흡수시 겔강도도 향상되었다.As described above, the present invention does not use toxic low-molecular weight diamine compounds or diol compounds as surface treating agents for producing superabsorbent polymers, and thus the manufacturing process thereof is environmentally friendly, and high molecular weight PSE air. The superabsorbent polymer of the present invention, surface-treated with coal, greatly improved the absorption rate and the amount of absorption and the gel strength upon solution absorption.
Claims (3)
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