KR940010964B1 - 흡수성 복합재료의 제조방법 - Google Patents

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Description

흡수성 복합재료의 제조방법

본 발명은 흡수성 중합체와 미리제조된 섬유기질로 이루어진 흡수성 복합재료의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 미리제조된 섬유기질에다 아크릴산계 단량체 수용액을 처리하고, 이어서 수용성라디칼중합 개시제를 사용하여 상기 아크릴산계 단량체를 중합시켜서 복합체 전구물을 제조한다음, 이를 100내지 250℃의 온도로 가열하므로서, 고흡수성 중합체가 섬유성기질에 안정하게 고정된 흡수성 복합재료를 제조하는 방법에 관한 것이다.

본 발명의 제조방법에 따라 얻어지는 흡수성 복합재료는 흡수성이 우수하고, 미중합단량체의 함유량이 극소하면서도 고흡수성 중합체가 섬유성기질에 안정하게 고정되어 있어서 각종 흡수성 제품의 제조에 유용한 것이다.

종래에는 보수제로서 종이, 펄프, 부직포, 수폰지상 우레탄수지등이 생리용냅킨(napkin), 종이기저귀 등과 같은 각종 위생재료 및 각종 농업용재료로 사용되어 왔다.

그러나, 이와 같은 종래의 재료는 그 흡수량이 자체무게의 10 내지 50배 정도에 불과한 것으로서, 다량의 물을 흡수 또는 보지(保持)하기 위해서는 다량의 재료가 필요하여 그 부피가 현저하게 커질뿐만아니라, 또한 물이 흡수된 재료에 압력이 가해지면 그 수분이 쉽게 방출되는 등의 문제점이 있었다.

이와 같은 문제점을 해결한 것으로서는 최근, 고흡수성의 고분자재료가 제안되어 있는바, 예를들면 전분의 그라프트 중합체(일본 특공소53-46199호 등), 셀룰로오스변성체(일본 특개 소50-80376호 등), 수용성 고분자의 가교물(일본 특공 소43-23462호 등), 자기가교형 아크릴산 알카리금속염 중합체(일본 특공 소54-30710호 등)등이 제안되어 있다.

그런데, 이와 같은 고흡수성 고분자재료들 중에서 흡수성이 꽤높은 수준을 갖는 것의 거의 대부분은 그 형태가 분말상으로 얻어지기 때문에, 예컨대 생리용 냅킨, 종이기저귀등의 위생재료로 사용하기 위해서는 티슈(tissue), 부직포, 면 등의 기재상에 상기 분말을 균일하게 분산시켜야 한다.

그러나 이와 같은 방법으로 분산시킨 중합체분말은 기재상에 안정하게 고정시키기가 곤란하고, 분산후에도 일부분에만 몰려있게 되는수가 많을뿐아니라, 물을 흡수한 후의 팽윤겔(gel)이 기재상에 안정하게 고정되지 않아서 기재에서부터 쉽게 이동하게 된다.

따라서, 이것을 예컨대 종이기저귀로 사용할 경우에는 방뇨후의 흡수체가 "뻣뻣한"상태로 되어 착용감이 매우 불쾌해지게 된다. 또한, 상기와 같은 분말상 중합체를 기재에 분산시켜서 흡수체를 얻는 방법에서는 분말을 취급해야 하는 번거러움 및 이를 균일하게 분산시켜야 하는 공정상의 문제점이 있고, 단가면에서도 매우 값비싼 제품이 되는 것이다.

이러한 문제점을 해결하기 위한 하나의 방법으로서, 미리 제조된 섬유기질에다 아크릴산계 단량체 수용액을 미리 결정된 형태로 처리하여 하나의 복합체를 제조하고, 여기에 전자방사선 또는 미립자성 이온화 방사선을 조사하여, 아크릴산계 단량체를 고흡수성 중합체로 전환시키므로서 흡수성 복합재료를 제조하는 방법이 제안되어 있다(일본 특공 표57-500546호 ; 여기서, 특공표(表)는 PCT특허출원에 대한 일본에서의 공개를 의미한다).

상기 방법에 의하면, 분말을 취급함에 따라 분산의 균일화 및 이를 기재위에다 안정하게 고정시켜야 한다는 등의 어려움은 꽤 개선시킨 것으로 보이지만, 단량체 수용액을 고흡수성 중합체로 전환시키는데 있어서 전자방사선 또는 미립자성 이온화 방사선을 사용하기 때문에 특정의 단량체로부터 생성된 고흡수성 중합체가 과도하게 가교화 반응을 일으키기 쉽고, 그결과 얻어진 복합체가 흡수체로서의 성능, 특히 흡수성이 현저하게 낮아지게 되어 통상적인 분말상 고흡수성 중합체를 사용한 경우에 비하여 그 흡수성이 절반이하로 저하하게 되는 결점이 있다.

또한, 최근에는 일본 특개 소60-149609호에 소개된 바와같이, 먼저 아크릴산염계 단량체 수용액을 흡수성 유기재료에 함침시킨후, 여기에다 수용성 라디칼 중합개시제 또는 수용성 라디칼 중합개시제와 수용성 환원제를 분무상으로 첨가하여 중합시키는 흡수성 복합재로의 제조방법이 제시되어 있다. 그러나, 이러한 방법에서는 아크릴산계 단량체를 흡수성 유기재료에 함침시킨후에 수용성 중합개시제를 첨가하기 때문에, 예컨대 상기 중합개시제를 분무상으로 한다고 할지라도 "중합 불균일"이 생기게 되고, 따라서 단량체를 완전히 중합시킨다고 하는 것은 매우 어려우며, 그 결과로 잔류된 단량체가 다량 존재하게 될뿐아니라, 안전상에서도 많은 문제점이 있으며, 성형품의 성능, 특히 흡수성이 불량하게 되는등의 결점이 있었다.

이러한 배경하에서 본 발명자들은 이미 일본 특허 출원 소60-193403호에서 단량체농도가 25중량% 이상인 아크릴산계 단량체 수용액과 수용성 라디칼 중합개시제 또는 수용성 라디칼 중합개시제와 환원제를 균일하게 혼합하고, 이 혼합액을 미리 제조된 섬유기질에다 고흡수성 폴리머의 입자지름이 30 내지 500㎛ 되도록 분무상으로 하여 처리한후, 이어서 이를 중합시키는 방법을 제안한바 있으며, 또한 일본 특허 출원 소60-202908호에서는 먼저 소량의 가교제를 포함하는 아크릴산계 단량체의 수용액과 수용성 라디칼 중합개시제 또는 수용성 라디칼 중합개시제와 수용성 환원제를 균일하게 혼합한 후, 이 혼합액을 미리 제조된 섬유기질에다 고흡수성 폴리머의 입자지름이 30 내지 500㎛로 되도록 분무상으로 하여 처리하고, 이어서 이를 중합시키는 방법, 그리고 일본 특허출원 소60-238421호에서는 소량의 가교제를 포함하는 아크릴산계 단량체의 수용액과 산화성 라디칼 중합개시제를 혼합하고 이를 섬유기질에 처리한 후, 여기에다 아민류 또는 환원제를 처리하여 중합시키는 방법, 마지막으로 일본 특허출원 소60-238420호에서는 소량의 가교제를 포함하는 아크릴산계 단량체의 수용액과 아민류 또는 환원제를 혼합하고, 이를 섬유기질 위에 처리한후, 여기에다 산화성 라디칼 중합개시제를 처리하여 중합시키는 방법등을 제안한바 있다.

이와 같은 방법들은 중합이 매우 용이하게 진행되고, "중합 불균일"을 크게 개선시킬 수 있으며 또한 성형품의 흡수성도 현저하게 개선된 것으로 밝혀졌다. 그러나, 이러한 방법으로 제조된 흡수성 복합체에는 미중합단량체가 여전히 남아 있어서 특히 생리용 냅킨이나 종이기저귀 등과 같은 위생용품으로 사용할 경우에는 문제가 되는 등 개선의 여지가 남아있었다.

따라서, 본 발명은 상기 일본 특공 표57-500546호, 특개소60-149609호, 그리고 본 발명자들에 의한 일본 특허출원 소60-193403호, 소60-202908호, 소60-238421호 및 소60-238420호에서 제안된 흡수성 복합체를 더욱 개량시킨 것으로서, 흡수성이 크고, 특히 미중합 단량체의 양은 매우 적은 흡수성 복합재료를 쉬운 조건하에서 극히 용이하게 제조하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명자들은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 연구노력한 결과, 미리제조해둔 섬유기질에다 아크릴산계 단량체 용액을 처리하고, 수용성 라디칼 중합개시제로 상기 아크릴산계 단량체를 중합시킨 다음, 이를 가열하므로서 흡수성이 크고, 특히 미중합단량체의 양이 매우 적을 뿐만아니라, 고흡수성 중합체가 섬유기질위에 안정하게 고정된 흡수성 복합재료를 극히 용이하면서도 저렴한 비용으로 얻을 수 있다는 것을 발견하고 본 발명에 이르게 된 것이다.

이하, 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 흡수성 복합재료를 제조함에 있어서, 미리 제조해둔 섬유기질에다, 카르복실기의 20% 이상이 알카리금속염 또는 암모늄염으로 중화되어 있는 아크릴산을 주성분으로 하는 중합성 단량체의 수용액을 처리하는 제 1 공정과, 상기 섬유기질에 처리된 중합성 단량체를 수용성 라디칼 중합개시제의 작용으로 중합시키고, 이 중합성 단량체에 의해서 형성된 중합체와 섬유기질을 하나의 복합체로 형성시키는 제 2 공정 및, 상기 복합체를 100 내지 250℃의 온도로 가열하므로서 미중합 단량체의 양이 상기 제 2 공정의 복합체 상태에서 보다 저하되어 있는 흡수성 복합체를 얻는 제 3 공정으로 이루어진다.

이와 같은 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 흡수성 복합재료를 제조함에 있어서, 미리 성형된 섬유기질에 처리하게 되는 아크릴산계 단량체의 거의 대부분이 수용성 라디칼 중합개시제에 의해서 중합되어 고흡수성 중합체로 되기 때문에, 흡수성이 크게 향상되어 있고, 게다가 상기 흡수성 중합체를 가열 처리하므로서 미중합단량체의 양이 매우 적게 되는 것은 물론, 고흡수성 중합체가 섬유기질에 안정하게 고정되는 점 등에서 종래기술에 비하여 현저하게 개선된 특징을 갖는다. 따라서 본 발명은 상기 선행 발명들보다도 현격히 우수한 흡수성 복합재로를 용이하면서도 저렴한 비용으로 제조할 수 있는 것이다.

본 발명에 있어서, 상기 제 3 공정의 가열처리과정은 이미 중합 수단으로 잘 알려져 있는 기술이기 때문에 상기 제 3 공정을 실시하므로해서 미반응 단량체가 크게 감소하게 된다고 하는 본 발명의 효과는 가열처리의 속성에 인한 것이라 할 지도 모른다.

그러나, 특정한 온도조건에서 가열처리(특히, 250℃ 이하)하므로서, 흡수능력을 저하시키지 않으면서 미중합단량체의 양이 현저하게 적어지도록 하는 본 발명의 효과는 상기와 같은 가열처리의 속성에 인한 것이라고 할 수 없다.

[제 1 공정 및 제 2 공정]

[단량체]

본 발명에 사용된 단량체는 아크릴산은 주성분으로 하지만 그의 20% 이상, 바람직하기로는 50% 이상이 알카리금속염 또는 암모늄염으로 중화되어 있는 것인바, 만일 그의 부분중화도가 20% 미만인 것을 사용하게 되면 생성된 중합체의 흡수성이 현저하게 저하되어 좋지 않다.

또한, 본 발명에서는 상기 아크릴산 및 아크릴산염 이외에 여기에다 이들과 가능한 단량체 예컨대, 2-아크릴아미도-2-메틸프로판설폰산, 2-아크릴로일에탄 설폰산, 2-아크릴로일 프로판 설폰산, 메타크릴산 및 이들의 알카리 금속염 또는 암모늄염, (메타)아크릴아미드, N,N'-디메틸(메타)아크릴아미드, 2-히드록시 에틸(메타)아크릴아미드, 2-비닐피리딘, 2-히드록시 에틸(메타)아크릴레이트, 2-히드록시 프로필(메타)아크릴레이트, 폴리에틸렌 글리콜모노(메타)아크릴레이트, N,N'-메틸랜비스(메타)아크릴아미드 및 폴리에틸렌 글리콜 디(메타)아크릴레이트중에서 선택된 하나 또는 둘이상을 첨가하므로서, 흡수성이 보다 높아지게 되는 경우가 있다. 여기서, "(메타)아크릴"은 아크릴 및 메타크릴을 의미한다.

상기 이외에도 아크릴산 및 아크릴산염과 공중합 가능한 다른 단량체, 예컨대 이타콘산, 말레인산, 푸마르산, 비닐설폰산 및 이들의 알카리금속염 또는 암모늄염등의 수용성 단량체나, 또는 본 발명에 따른 "중합성 단량체의 수용액"이 형성가능한 범위내에서 아크릴산 메틸, 아크릴 에틸등과 같은 아크릴산 알킬 에스테르류등의 저수용성 단량체를 사용할 수도 있다.

본 발명에 따른 "중합성 단량체"는 아크릴산(이중의20% 이상은 염의 형태로 되어 있다)을 주성분으로 하는 것으로서, 이때 상기와 같은 공중합성 단량체의 첨가량은 일반적으로 50몰% 미만, 바람직하기로는 20몰% 이하인 것이 좋다.

또한, 아크릴산을 비롯한 상기와 같은 산단량체의 중화에는 알카리금속의 수산화물과 중탄산염, 또는 수산화암모늄등이 사용가능하지만, 바람직하기로는 알카리금속염화물인 것이 좋은바, 그 구체적인 예로서는 수산화나트륨, 수산화칼륨 및 수산화리튬을 들 수 있으며, 공업적인 입장이나 가격 및 안정성등을 고려해볼 때 수산화나트륨이나 수산화칼륨을 사용하는 것이 가장 좋다.

본 발명에서는 이와 같이 아크릴산(이중의 20% 이상의 염으로 되어 있다)을 주성분으로 하는 중합성 단량체를 수용액의 형태로 하여 섬유기질로된 성형품에다 처리하게 된다. 이때, 상기 수용액의 농도는 필요에 따라 임의의 값을 가질 수 있으나 구체적으로는 예컨대 30중량% 이상이 적당하다.

또한, 상기 수용액은 본 발명의 목적을 벗어나지 않는 범위내에서 여러가지 물질을 함유하고 있어도 좋은바, 이와 같은 물질의 예로는 수용액 라디칼 중합개시제(후에 상세히 설명함)를 들 수 있으며, 필요에 따라서는 소량의 수용성 유기용매를 함유하고 있어도 좋다.

[섬유질 기재]

상기와 같은 중합체수용액을 처리하게 되는 "미리제조된" 섬유기질로는 구체적으로 섬유를 부드럽게 형성시켜서 된 것, 예컨대 패드(pad), 가딩(guarding) 또는 에어링(airing)한 웨브(web), 티슈페이퍼(tissue paper), 목면 가아제(gauze)의 형태로된 직포, 메리야스지 또는 부직포등이 사용될 수 있다. 여기서 "미리 제조된" 섬유기질이라는 것은 이 섬유기질을 제품화하기 위해서는 절단, 접합, 조형등이 필요하게 되는 수가 있기는 하지만, 다시 웨브 형성작업을 실시할 필요는 없다는 것을 의미한다.

본 발명에서는 미리제조된 섬유기질로서 목재펄프, 레이욘, 목면 또는 이외에도 셀롤로오스 섬유 및 (또는)폴리에스테르계 섬유등과 같은 흡수성 섬유를 주성분으로 하는 섬유기질을 사용할 수 있다.

그러나 다른종류의 섬유, 예컨대 폴리에틸렌계, 폴리프로필렌계, 폴리스틸렌계, 폴리아미드계, 폴리비닐알코올계, 폴리염화비닐계, 폴리염화비닐리덴계, 폴리아크릴로니트릴계, 폴리우레아계, 폴리우레탄계, 폴리플루오로에틸렌계, 폴리시안화비닐리덴계 등과 같은 섬유를 미리제조된 섬유기질로 사용하여도 좋다.

단량체 수용액의 처리 및 단량체의 중합(1차중합)

본 발명에서는 단량체 수용액을 미리제조된 상기 섬유기질에 처리하고, 이 섬유기질상에서 수용성 라디칼 중합개시제의 작용으로 단량체를 중합시킨다(1차중합).

단량체 수용액을 섬유기질에 처리할때는 먼저 단량체를 섬유기질상에 균일하게 분산시키고, 가능한 임의의 수단이나 방법에 따라 이를 중합시키면 되는바, 이와 같은 수단의 전형적인 한가지 방법으로는 단량체 수용액을 섬유기질에 함침시키거나 단량체 수용액을 섬유기질에 분사하는 방법이 있다.

이와 같이 하여 섬유기질상에 균일하게 분산시킨 단량체를 수용성 라디칼 중합개시제의 작용에 의해서 중합시키는 단계도 가능한 임의의 방법에 따라 실시할 수 있다. 이와 같은 방법중에서 가장 전형적인 방법으로는 먼저 단량체 수용액중에 라디칼 중합개시제를 첨가하고, 이를 섬유기질상에서 분해시키거나, 또는 라디칼 중합개시제를 단량체와는 별도의 용액으로 하여 제조하고, 섬유기질에다 단량체 용액을 처리한 후에 상기 라디칼 중합개시제를 분사등에 의해서 균일하게 처리하여 이를 섬유기질상에서 분해시키거나, 또는 라디칼 중합개시제를 단량체와는 별도의 용액으로 제조하여 이를 섬유기질에 처리하고, 여기에 다시 단량체용액을 분사, 도포등에 의해서 균일하게 처리하는 방법등이 있다.

본 발명에 사용되는 수용성 라디칼 중합개시제는 이미 고분자 화학분야에서 잘 알려진 것들로서, 구체적으로는 무기 또는 유기 과산화물 예컨대, 과황산염(암모늄염, 알카리금속염〈특히, 칼륨염〉등), 과산화수소, 디 제 3 부틸페르옥시드, 아세틸 페르옥시드등이 있다.

이와 같은 과산화물 이외에도 소정의 수용성만 얻어질 수 있다면 아조화합물등의 라디칼 중합개시제 예컨대, 2,2'-아조비스(2-아미디노프로판) 2염산염을 사용할 수도 있다.

이와 같이 본 발명에서는 단량체의 중합이 라디칼 중합개시제의 분해에 의해서 개시되는 것으로 해석되지만, 이러한 분해를 위한 일반적인 수단으로는 가열(단량체와 접촉할때의 온도가 기존의 분해온도인 경우가 많고, 특히 가열을 하지 않고 중합개시제를 단량체에 첨가하는 것만으로도 중합이 개시되는 경우도 본 명세서에서는 가열에 의한 분해의 범위내에 속하는 것으로 본다) 이외에, 화학물질에 의해서 중합개시제의 분해를 촉진시키는 방법이 알려져 있다.

중합개시제가 과산화물인 경우에는 그 분해촉진물질이 환원성 화합물(본 발명에서는 수용성인 것), 예컨대 과황산염에 대해서는 산성 아황산염, 아스코르핀산, 아민등이고, 과산화물과 환원성 화합물과의 조합으로 이루어진 중합개시제는 고분자 화합분야에서 "레독스(redox)개시제"로 잘 알려져 있다.

따라서 본 발명에서는 "중합개시제"라는 용어가 이와 같은 분해촉진물과의 조합, 특히, 레독스개시제를 포함하는 것이다.

수용성 라디칼 중합개시제에 의한 아크릴산(이중에서 20% 이상은 염의 형태이다)주체 단량체의 중합에 의해서 생성되는 것은 이러한 단량체로서 N, N'-메틸렌 비스(메타)아크릴아민드와 같은 디에틸렌성 단량체를 사용하지 않는 한 비가교의 수용성 중합체로 되지만, 실질적으로는 아크릴산(염)이나 그 중합체의 상호간 또는 섬유기질과의 사이에서 가교반응이 생길 수도 있는 것으로 알려져 있다. 따러서, 이공정에서 생성된 폴리아크릴산(염)은 수용성 단량체라고 하는 것 보다도 고흡수성 단량체라고 하는 것이 좋다.

또한, 수용설 라디칼 중합개시제에 의한 중합은 실질적으로 수용성 중합이어야 하는바, 따라서 상기 제 2 공정을 지나치게 건조한 상태에서 실시하는 것은 피해야 한다.

한편, 상기 제 1 공정에 있어서, 섬유기질에 처리하게 되는 단량체의 양은 섬유기질 100중량부에 대하여 1내지 10,000중량부, 바람직하기로는 10 내지 1,000중량부이다. 이와 같이 하여 처리된 단량체는 그의 50%이상, 바람직하기로는 80% 이상이 상기 제 2 공정에서 중합되어져야 하며, 더욱 바람직하기로는 80 내지 95% 정도의 중합율이 얻어지는 것이 가장 좋다.

상술한 바에 근거하여 제 1 공정 및 제 2 공정의 몇가지 구체적인 예를 들어 보면 다음과 같다.

(1) 먼저 25% 이상의 단량체 농도를 갖는 아크릴산계 단량체 수용액과 라디칼 중합개시제를 균일 하게 혼합시키고, 미리 제조된 섬유기질에다 이 섬유기질 중의 고흡수성 단량체의 직경이 30 내지 500㎛가 되도록 상기 혼합용액을 분무상으로 하여 처리한 다음, 중합개시제가 레독스계가 아닌 경우에는 이를 가열하여 중합시키는 방법(일본 특허출원 소60-193403호 참조), (2) 소량의 가교제를 포함하는 아크릴산계 단량체의 수용액과 수용성 라디칼중합개시제를 균일하게 혼합시키고, 미리제조된 섬유기질에다 이 섬유기질중의 고흡수성 단량체의 입자지름이 30 내지 500㎛으로 되도록 상기 혼합용액을 분무상으로 하여 처리한다음, 중합개시제가 레독스계가 아닐 경우에는 이를 가열하여 중합시키는 방법(일본 특허출원 소60-202908호 참조), (3) 소량의 가교제를 포함하는 아크릴산계 단량체의 수용액과 산화성 라디칼 중합개시제를 혼합시키고 섬유기질에 처리하고, 이어서 여기에 아민류 또는 환원제를 처리하여 레독스계를 형성시키므로서 중합을 개시시키는 방법(일본 특허출원 소60-238421호 참조), (4) 소량의 가교제를 포함하는 아크릴산계 단량체의 수용액과 아민류 또는 환원제를 혼합하여 이를 섬유기질에 처리하고, 여기에 산화성 라디칼 중합개시제를 처리하여 레독스계를 형성시키므로서 중합을 개시시키는 방법(일본 특허출원 60-238420호 참조), (5) 먼저 아크릴산계 단량체수용액을 섬유기질에 함침시키고, 여기에다 수용성 라디칼 중합개시제를 분무상으로 첨가한후, 중합개시제가 레독스계가 아닌경우에는 이를 가열하여 중합을 개시시키는 방법(일본 특개소60-149609호 참조).

[제 3공정]

가열처리(2차중합)

다음으로, 이와 같이하여 얻어진 고흡수성 중합체와 미리 제조된 섬유기질로 이루어진 복합체를 가열 처리 하게 된다.

본 발명에 따른 가열처리공정은 상기 복합체를 100 내지 250℃, 바람직하기로는 150 내지 200℃의 온도로 가열하는 것인 바, 만일 상기 온도가 250℃ 이상으로 되면 미중합단량체를 감소시키는 측면에서는 유리하지만, 제조된 복합재료의 흡수성능이 현저하게 낮아져서 좋지 않고, 반대로 100℃미만에서는 미중합 단량체를 감소시키는데 매우 오랜 시간이 필요하게 되어 공업적으로 실시하기에는 부적당하다.

이때, 가열처리시간은 사용장치의 종류, 가열방법등에 따라 달라지게 되지만, 일반적으로 수초 내지 2시간, 바람직하기로는 수초 내지 30분 정도가 적당하며, 가열온도가 비교적 높으면서 가열시간이 지나치게 길어지면 제조된 복합재료의 흡수성능이 현저하게 낮아지게 되므로 주의해야 한다.

한편, 가열시간이 너무 짧으면 미중합단량체를 효율적으로 감소시킬 수가 없다.

본 발명에 따라 가열 처리공정의 가열방법 및 가열장치는 합리적인 임의의 방법 및 장치를 사용할 수 있는 바, 이에 대한 구체적인 예를들어 보면, 그 내부온도를 소정의 온도로 설정한 박스(Box)형 반응기를 사용하여 회분식(回分式)으로 가열하는 방법, 또는 그 표면온도를 스팀등에 의해서 소정의 온도로 설정한 로울러에다 대상복합체를 연속적으로 접촉시키는 연속가열방법등이 있다.

상기와 같은 가열처리공정시, 복합체중에 포함되어 있는 수분량은 일반적으로 섬유기질체 1중량부에 대하여 40중량부 이하, 바람직하기로는 20중량부이하가 적당하다. 만일 상기 수분량이 40중량부 이상이면 가열 시간이 매우 길어져서 바람직하지 않다.

본 발명에서 상기 복합체를 가열처리할때의 분위기로는 진공하 또는 질소, 아르곤, 헬륨등의 무기가스존재하, 또는 공기중의 어느 상태하에서 실시하여도 좋으나, 공기중에서 실시하는 것이 가장 좋다.

이하, 본 발명에 대한 실시예를 들어 보면 다음과 같다.

[실시예 1]

100cc의 코니칼 플라스크에 수산화나트륨(순도 95중량%) 13.1g을 넣고, 여기에 얼음 냉각하에서 아크릴산 30g을 서서히 가하여 중화시킨다. 이렇게 하면 중화도는 약 75%, 수용액중의 단량체의 농도는 약 45중량%로 된다.

또한 라디칼 중합개시제로서 과황산칼륨 0.05g을 취하여 이를 상기 단량체 수용액중에 용해시키고 N₂로 탈기(脫氣)한다.

이어서, 폴리에스테르 부직포 0.1569g을 취하고, 여기에 상기 단량체 수용액을 부직포전면에 도포하여 함침시키되 함침시킨 단량체의 양은 부직포에 대하여 6.2중량부가 되도록 한다. 다음으로 이 부직포를 미리 N₂로 탈기하여 90℃의 온도로 조정한 항온반응조내에 넣게 되면 곧바로 중합이 일어나서 부분중합 폴리아크릴산 소다의 자기가교물로 이루어지는 고 흡수성 중합체가 폴리에스테르 부직포에 안정하게 고정된 복합체가 얻어진다.

다음은 상기 복합체의 수분량을 약 20중량%로 하고, 이것을 온도가 150℃인 박스형 오븐(oven)에서 10분간 가열하여 흡수성복합재료를 얻는다. 얻어진 흡수성 복합재료의 여러 가지 특성은 다음 표 1에 나타낸다.

[실시예 2]

100cc의 코니칼 플라스크에 아크릴산 30g을 취하고, 여기에 순수한 물 9.3g을 가하여 혼합한 다음, 얼음 냉각하에서 수산화칼륨(85중량%) 20.6g을 서서히 가하여 중화시키고, 그 온도를 50℃로 유지한다. 이렇게 하면 중화도가 약 75%이고, 수용액 중의 단량체 농도는 약 74중량%로 된다.

한편, 라디칼 중합개시제로서 과황산 칼륨 0.05g을 물 1g에 용해시키고, 이것을 레이온 부직포 0.0985g의 저면에 도포한다.

이어서 상기 원료당량체용액을 부직포전면에 신속하게 도포하고, 이것을 미리 N₂로 탈기시켜 90℃의 온도로 조정해둔 항온반응조내에 투입한다. 이때, 함침시킨 단량체의 양은 부직포에 대하여 10중량부로 한다. 이렇게 하게 되면 곧바로 중합이 일어나서 부분중화 폴리아크릴산 칼륨의 자기가교물로 이루어진 고흡수성 중합체가 레이온 부직포에 안정성있게 고정된 복합체가 얻어지게 되는 것이다.

이어서 이 복합체의 수분량을 20중량%로 하고, 이것을 온도가 160℃인 박스형 오븐에서 10분간 가열하여 흡수성 복합재료를 얻는다.

[실시예 3]

100cc코니칼 플라스크에 수산화나트륨(순도 95중량%) 13.1g을 취하고, 이를 얼음냉각하에서 순수한 물 39.0g에 용해시킨다음, 여기에 얼음냉각하에서 아크릴산 30g을 가하여 중화시킨다. 이렇게 하면 아크릴산의 중화도가 약 75%이고, 수용액중의 단량체농도는 약 45중량%가 된다.

이어서 가교성 단량체로서 N-N'-메틸렌 비스아크릴아미드 0.005g과, 라디칼 중합개시제로서, 2,2'-아조비스(2-아미디노프로판) 2염산염 0.1g을 취하고, 이를 상기 단량체수용액중에 용해하여 탈기시킨다.

다음으로 폴리에스테르 부직포 0.1505g을 취하고, 이 부직포 전면에 상기 원료를 도포하여 함침시킨다. 이때 함침된 단량체의 양은 부직포에 대하여 7.5중량부이다. 그후, 상기 부직포를 미리 N₂로 탈기시켜서 90℃의 온도로 조정해둔 항온 반응조내에 투입하게 되면 곧바로 중합이 일어나서 부분중화 폴리아크릴산 나트륨 N,N'-메틸렌비스 아크릴아미드 가교물로 이루어진 고흡수성 중합체가 폴리에스테르 부직포에 안정성 있게 고정된 복합체가 얻어지게 되는 것이다.

다음은, 이 복합체의 수분량을 18중량%로 하고, 이것을 온도가 165℃인 박스형 오븐에서 15분간 가열하여 흡수성 복합재료를 얻는다.

[실시예 4]

100cc의 코니칼 플라스크에 아클릴산 30g을 취하고, 여기에 순수한 물 9.3g을 가하여 혼합한 다음, 얼음 냉각하에서 수산화칼륨(85중량%) 20.6g을 서서히 가하여 중화시키고 그 온도를 70℃로 유지한다. 이렇게 하면 중화도가 약 75%이고 수용액 중의 단량체 농도는 약 74중량%로 된다.

한편, 라디칼 중합개시제로서 과황산 칼륨 0.2g을 물 3.0g에 용해시켜 둔다.

이어서, 폴리에스테르 부직포 0.5869g을 취하여 이것을 항온조내에서 약 70℃온도로 유지시킨다음, 상기 단량체 수용액중에 라디칼 중합개시제 수용액을 혼합시키고, 이 혼합수용액을 곧바로 분사노즐을 사용하여 상기 부직포에 분사시킨다.

이렇게 하게되면 부직포내에서 곧바로 일어나서 부분중화 폴리아크릴산 칼륨의 자기가교물로 이루어진 고흡수성 중합체가 폴리에스테르 부직포에 안정성있게 고정된 복합체가 얻어지게 되는 것이다.

이때, 도포된 단량체의 양은 부직포에 대하여 12중량부이고 고흡수성 중합체의 입자지름은 100 내지 300㎛이다.

다음으로, 이 복합체의 수분량을 약 20중량%로 하고, 이것을 온도가 150℃인 박스형 오븐에서 10 분간 가열하여 흡수성 복합재료를 얻는다.

[실시예 5]

100cc의 코니칼 플라스크에 25%암모니아수 26.9g을 취하고, 여기에 30g의 아크릴산을 얼음냉각하에서 서서히 적하하여 중화시킨다음, 70℃의 온도로 가열한다. 이렇게 하게 되면 중화도는 약 95%, 수용액중의 단량체의 농도는 약 65중량%로 된다.

한편, 라디칼 중합개시제로서 과황산칼륨 0.2g을 물 3g에 용해시켜두고, 이와 별도로 폴리에스테르 부직포 0.4695g을 취하여 항온조내에서 약 70℃의 온도로 유지시킨 다음, 상기 단량체 수용액중에 라디칼 중합개시제 수용액을 혼합하고, 이를 곧바로 분사노즐을 통하여 상기 부직포에 분사시킨다. 그러면 부직포내에서 곧바로 중합이 일어나서 부분중화 폴리아크릴산 암모늄의 자기가교물로 이루어지는 고흡수성 중합체가 폴리에스테르 부직포에 안정성있게 고정된 복합체가 얻어진다. 이때 도포된 단량체의 양은 부직포에 대하여 8중량부이고, 고흡수성 중합체의 입자지금은 100 내지 250㎛이다.

다음으로, 이 복합체의 수분량을 15중량%로 하고, 이것을 온도로 160℃인 박스형 오븐에서 15분간 가열하여 흡수성 복합재료를 얻는다.

[실시예 6]

100cc의 코니칼 플라스크에 수산화나트륨(순도 95중량%) 13.1g을 취하고, 이를 얼음냉각하에서 순수한 물 39g에 용해 시킨다음, 여기에 얼음냉각하에서 아크릴산 30g을 서서히 가하여 중화시킨다. 그러면, 중화도는 75%, 수용액중에 단량체의 농도는 약 45중량%로 된다.

이어서 상기 용액에다 가교제로서 N,N'-메틸렌 비스 아크릴아미드 0.1g을 첨가용해시키고, 이를 50℃의 온도로 가열시킨다음, 여기에다 라디칼 중합개시제로서 과황산칼륨 0.2g을 용해시킨다.

한편, 폴리에스테르 부직포 0.1598g을 취하고, 이 부직포 전면에다 상기 원료를 도포 함침시킨다음, 항온조내에서 약 50℃의 온도로 유지시킨다. 이때 함침된 단량체의 양은 부직포에 대하여 7.0중량부이다.

다음으로, 분사노즐을 사용하여 환원제로서 5%아황산수소나트륨수용액을 상기 부직포 전면에 분사하게되면 곧바로 중합이 일어나서 부분 중화 아크릴산 나트륨의 N,N'-메틸렌비스아크릴 아미드 가교물로 이루어진 고흡수성 중합체가 폴리에스테르 부직포에 안정하게 고정된 복합체가 얻어진다.

이어서, 이 복합체의 수분량을 20중량%로 하고, 이것을 온도가 170℃인 박스형 오븐에서 15분간 가열하여 흡수성 복합재료를 얻는다.

[실시예 7]

100cc의 코니칼 플라스크에 아크릴산 30g을 취하고, 여기에 순수한 물 16.9g을 가하여 혼합한 다음, 얼음 냉각하에서 수산화칼륨(85중량%) 20.6g을 서서히 가하여 중화시킨다. 이렇게 하면 중화도가 약 75%이고 수용액 중의 단량체 농도는 약 65중량%로 된다.

이어서 상기 단량체용액에다 가교제로서 N,N'-메틸렌 비스 아크릴아미드 0.1g을 첨가용해시키고, 이를 40℃의 온도로 가열시킨다음, 여기에다 라디칼 중합개시제로서 31%과산화수소수 0.4g을 용해시킨다.

한편, 폴리에스테르 부직포 0.1869g을 취하고 이 부직포전면에다 상기 원료를 도포 함침시킨다음, 이를 항온조내에서 약 40℃의 온도로 유지시킨다. 이때 함침된 단량체의 양은 부직포에 대하여 5.8중량부이다.

다음으로, 분사노즐을 사용하여 환원제로서 5% L-아스코르빈산 수용액을 상기 부직포전면에 분사하게 되면 곧바로 중합이 일어나서 부분 중화 폴리아크릴산 칼륨이 N,N'-메틸렌비스 아크릴아미드 가교물로 이루어진 고흡수성 중합체가 폴리에스테르 부직포에 안정하게 고정된 복합체가 얻어진다.

이어서, 스팀을 사용하여 그 온도를 160℃로 조절한 스팀로울러에다 상기 복합체(수분량이 약 19중량%이다)를 접촉시켜 가열하므로서 흡수성 복합재료를 얻는다.

[실시예 8]

100cc의 코니칼 플라스크에 아크릴산 30g을 취하고, 여기에 순수한 물 16.9g을 가하여 혼합한 다음, 여기에 얼음 냉각하에서 수산화칼륨(85중량%) 20.6g을 서서히 가하여 중화시킨다. 이렇게 하면 중화도가 약 75%이고 수용액 중의 단량체 농도는 약 65중량%로 된다.

이어서 상기 용액에다 가교제로서 N,N'-메틸렌 비스 아크릴아미드 0.1g을 첨가용해시키고, 이를 30℃의 온도로 되도록 한다음, 여기에다 환원제로서 L-아스코르빈산 0.2g을 용해시킨다.

한편, 폴리에스테르 부직포 0.2582g을 취하고 이 부직포전면에다 상기 원료를 도포 함침시킨다음, 이를 항온조내에서 약 30℃의 온도로 유지한다. 이때 함침된 단량체의 양은 부직포에 대하여 6.2중량부이다.

다음으로, 분사노즐을 사용하여 산화성 라디칼 중합개시제로서 10중량%의 과산화수소를 상기 부직포전면에 분사하게 되면 곧바로 중합이 일어나서 부분 중화 폴리아크릴산 칼륨이 N,N'-메틸렌비스 아크릴아미드 가교물로 이루어진 고흡수성 중합체가 폴리에스테르 부직포에 안정하게 고정된 복합체가 얻어진다.

이어서, 스팀을 사용하여 그 온도를 165℃로 조절한 스팀 로울러에다 상기 복합체(수분량이 약 25중량%이다)를 접촉시켜 가열하므로서 흡수성 복합재료를 얻는다.

[실시예 9]

상기 실시예 1에 있어서 아크릴산 대신에 아크릴산 28g과 메타크릴산 2g의 혼합물을 사용하는 것 이외에는 상기 실시예 1 과 동일하게 실시하여 흡수성 복합재료를 얻는다.

[실시예 10]

상기 실시예 3에 있어서, 아크릴산 대신에 아크릴산 30g과 2-히드록시 에틸 메타크릴레이트 3.6g을 혼합물을 사용하는 것 이외에는 상기 실시예 3과 동일하게 실시하여 흡수성 복합재료를 얻는다.

[실시예 11]

상기 실시예 7에 있어서, 아크릴산 대신에 아크릴산 30g과 아크릴 아미드 3.5g의 혼합물을 사용하는 것 이외에는 상기 실시예 7과 동일하게 실시하여 흡수성 복합재료를 얻는다.

[실시예 12]

상기 실시예 7에 있어서, 아크릴산 대신에 아크릴산 30g과 2-아크릴아미드-2-메틸프로판설폰산 5g의 혼합물을 사용하는 것 이외에는 상기 실시예 7과 동일하게 실시하여 흡수성 복합재료를 얻는다.

[비교예 1 내지 8]

상기 실시예 1 내지 8에 있어서, 얻어진 전구체, 즉 가열 처리하지 않고 얻어진 복합체를 각각 비교예 1 내지 8로 한다.

[비교예 9]

100cc의 플라스크에 아크릴산 30g을 취하고, 여기에 순수한 물 16.9g을 가하여 혼합한 다음, 얼음 냉각하에서 수산화칼륨(85중량%) 20.6g을 서서히 가하여 중화시킨다. 이렇게 하면 중화도는 약 75%이고 수용액 중의 단량체 농도는 약 65중량%로 된다.

한편, 폴리에스테르 부직포 0.3852g을 취하고, 이 부직포 전면에다 상기 원료를 도포 함침시킨다. 이때 함침된 단량체의 양은 부직포에 대하여 7.5중량부이다.

다음으로 이와 같이 하여 부분중화 아크릴산 칼륨 단량체수용액을 함침시킨 부직포상에 다이나미트론 가속기가 부착된 전자선 장치를 이용하여 20메가라드의 조사량으로 전자선을 조사한다. 이렇게 되면 바로 중합이 일어나서 부분중화 폴리아크릴산 칼륨의 자기가교물로 이루어진 고흡수성 중합체가 폴리에스테르 부직포에 안정하게 고정된 복합체가 얻어진다.

이상의 실시예 및 비교예에서 얻어진 흡수성 복합재료에 대하여, 다음과 같은 방법으로 생리식염수에 대한 흡수능, 및 미중합 단량체의 농도등을 각각 시험하고, 그 결과를 다음표 1 및 표 2에 나타낸다.

A. 생리식염수 흡수능

300㎖의 비이커에 복합체 또는 흡수성복합재료 0.5g과 농도가 0.9중량%인 식염수 약 200g을 각각 투입하고, 이를 약 4시간동안 방치하여 식염수에 의해서 중합체가 충분히 팽윤되도록 한다. 다음으로 상기 재료를 100메쉬 짜리 체로 여과시킨후, 식염수의 여과량을 측정하여 다음식에 따라 생리식염수에 대한 흡수능을 측정한다.

B. 미중합단량체의 농도

복합체 또는 흡수성 복합재로 0.5g을 2 1짜리 비이커중에 있는 이온교환수 1 1에 첨가하고, 이를 약 10시간동안 교반시켜 충분히 팽윤시킨다. 이와 같이 하여 팽윤된 후의 중합체 겔을 200메쉬 짜리 체로 여과하여, 그 여과액을 고속액체 크로 마토그래피에서 분석한다.

한편, 농도를 알고 있는 단량체표준액을 제조하고, 이 표준액을 사용하여 검량선(檢量線)을 작성한 다음, 이에 따라 희석비율(2,000배)을 고려하여 절대농도를 구한다.

[표 1]

[표 2]

상기 표 1 및 표 2에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따라 제조된 흡수성 복합재료는 종래의 흡수성 복합재료에 비하여 흡수성이 높고, 미중합 단량체의 양이 극히 적어서 그 안정성이 매우 높게 되는 것이다. 또한 그 형태가 시이트 상이기 때문에 종래에 사용되어온 분말상 흡수성 수지에 비하여 취급이 용이할 뿐만 아니라, 가격이 저렴하여 생리용 냅킨, 종이 기저귀등과 같은 위생재료의 제조에 유리하게 사용할 수 있다.

이외에도 본 발명에 따라 제조된 흡수성 복합재료는 그의 우수한 흡수성 및 취급성을 이용하여, 최근에 주목받고 있는 토양개량제, 보수제등을 비롯한 원예용 또는 농업용의 각종 재료를 제조하는데 사용할 수 있다.

Claims (10)

1. 흡수성 복합재료를 제조함에 있어서, 미리형성된 섬유기질에다, 카르복실기의 20%이상이 알카리금속염 또는 암모늄염으로 중화되어 있는 아크릴산을 주성분으로 하는 중합성 단량체의 수용액을 처리하는 제 1 공정과, 상기 섬유기질에 처리된 중합성 단량체를 수용성 라디칼 중합개시제의 작용으로 중합시키고, 이렇게 하여 형성된 중합성 단량체의 중합체와 섬유기질을 하나의 복합체로 형성시키는 제 2 공정 및, 상기 복합체를 100내지 250℃의 온도로 가열하므로서 미중합단량체의 양이 상기 제 2 공정의 복합체 상태에서 보다 적게되도록 하는 제 3 공정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 흡수성 복합체의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서, 중합성단량체는 카르복실기의 20%이상이 알카리금속염 또는 암모늄염으로 중화되어 있는 아크릴산인 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제 1 항에 있어서, 중합성단량체는 20몰%까지의 2-아크릴아미드-2-메틸프로판 설폰산, 2-아크릴로일 에탄 설폰산, 2-아크릴로일 프로판 설폰산, 메타크릴산 및 이들의 알카리 금속염 또는 암모늄염, 아크릴아미드, 메타크릴아미드, N,N'-디메틸아크릴아미드, N,N'-디메틸 메타크릴아미드, 2-비닐피리딘, 2-히드록시 에틸 아크릴레이트, 2-히드록시 에틸메타크릴레이트, 2-히드록시 프로필아크릴레이트, 2-히드록시 프로필메타크릴레이트, 폴리에틸렌 글리콜 모노아크릴레이트, 폴리에틸렌 글리콜 모노메타크릴레이트 중에서 선택된 적어도 하나 이상의 단량체를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제 1 항에 있어서, 미리형성된 섬유기질은 셀룰로오스계 섬유 및 폴리에스테르계섬유, 또는 이들 각각을 주성분으로 하는 것임을 특징으로 하는 방법.
5. 제 1 항에 또는 제 4 항에 있어서, 섬유기질은 섬유의 부드러운 패드(pad), 가딩(guarding)한 웨브(web), 에어링(airing)한 웨브, 종이, 부직포, 직포 또는 메리야스지인 것을 사용함을 특징으로 하는 방법.
6. 제 1 항에 있어서, 제 1 공정으로 중합성 단량체수용액을 미리제조된 섬유기질에 처리하는 단계는 상기 수용액을 상기 섬유기질에 분사하거나, 상기 수용액에 상기 섬유기질을 함침시켜서 되는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제 1 항 또는 제 6 항중 어느 한 항에 있어서, 제 1 공정에서 섬유 기질에 처리된 중합성 단량체의 양은 섬유기질 100중량부에 대하여 1내지 10,000중량부가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제 1 항에 있어서, 중합개시제는 레독스(redox)계 인 것을 특징으로 하는 방법.
9. 제 1 항에 있어서, 제 2 공정에서 중합성 단량체를 수용성라디칼 중합개시제의 작용으로 중합시키는 단계는 상기 중합개시제가 상기 중합단량체의 수용액에 용해되어 지도록 하여 분해시키거나, 또는 중합개시제를 용해상태로 섬유기질에 분사하므로서 분해시키는 것을 특징으로 하는 방법.
10. 제 1 항에 있어서, 제 3 공정에서 가열되는 복합체는 섬유기질체 1중량부에 대하여 40중량부 이상의 물을 포함하지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 방법.