CN1993512A - 吸液性复合体及其制造方法、吸液性物品以及喷嘴 - Google Patents

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CN1993512A CN 200580025840 CN200580025840A CN1993512A CN 1993512 A CN1993512 A CN 1993512A CN 200580025840 CN200580025840 CN 200580025840 CN 200580025840 A CN200580025840 A CN 200580025840A CN 1993512 A CN1993512 A CN 1993512A
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桧森俊一
伊藤喜一
须尧保成
石井泰助
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Abstract

本发明涉及一种吸液性复合体,其中,粘结了2个以上准球状的吸液性聚合物的粘结粒子状聚合物和蹼状的吸液性聚合物粘结在基体材料上。该复合体吸液量多,吸液速度快,吸液性聚合物在吸液前后都均匀分散在基体材料上。

Description

吸液性复合体及其制造方法、吸液性物品以及喷嘴
技术领域
本发明涉及吸液性复合体及其制造方法。本发明的吸液性复合体可以适用于纸尿布或生理用品等卫生材料、需要吸收或保持废水等的工业材料以及蔬菜等的保鲜剂或保水剂等农业材料等。另外,本发明还涉及使用吸液性复合体的吸液性物品和吸液性复合体的制造方法中使用的喷嘴。
背景技术
现在,市售的吸液性聚合物几乎均为粉末状。为了用于卫生巾、纸尿布等卫生材料,则必须均匀地分散在薄纸(tissue)、非织造布、棉等基体材料上。近年来,为了增大吸液量,存在大量使用吸液性聚合物的倾向,与此相伴,由于运输时或使用时的振动等,容易发生一部分吸液性聚合物集中在局部,吸液后发生移动等问题。针对于此,虽然已知以下各种吸液材料,但正在寻求吸液性聚合物的稳定性更高,吸液速度更大的吸液性聚合物。
提出了在吸液性聚合物内部埋入纤维的吸液材料(参照特公平8-19609号公报)。其可以通过在用水等使之膨润的吸液性聚合物中通过混合或混炼将纤维埋入后,进行干燥、破碎而得到。但是,该吸液材料由于在膨润的吸液性聚合物内埋入不膨润的纤维,因此容易产生吸液量或吸液速度降低的膨润阻碍,并且容易引起吸液材料在吸液后翘曲、吸液凝胶从基体材料上脱离等问题。特别是,将吸液凝胶与纤维进行混合、混炼时,聚合物链被切断,不能得到的本来的吸液性能,而且短纤维的一部分完全包埋在吸液性聚合物中,不能表现出纤维所具有的导水性,只会引起膨润阻碍。另外,该吸液材料由于表面上有棱角,因此存在刺激皮肤的可能性。另外,为将吸液材料薄型化而进行加压时,容易产生吸液性聚合物破裂,其碎片从吸液性物品中漏出的问题,或者由于吸液性聚合物与纤维的结合力弱而在膨润时在纤维和吸液凝胶之间产生间隙,从而容易产生吸液凝胶在纤维上移动的问题等。
还提出了将纤维附着在吸液性聚合物的表面上的吸液材料(参照特开昭58-163438号公报)。其可以通过向粒状的吸液性聚合物中吹送熔融纤维并混合而得到。但是,由于熔融纤维粘接力弱,膨润的吸液性聚合物附着在不膨润的基体材料上,因此容易产生吸液后吸液材料翘曲的问题,或者50重量%以上的吸液凝胶从基体材料上脱离的问题等。
还提出了蹼状(web-like)的吸液性聚合物粘接在纤维质基体材料上的吸液材料。其可以通过将含有吸液性聚合物的原料的水溶液散布在纤维质基体材料上,在基体材料上通过聚合而得到(参照特开昭60-149609号公报)。在该吸液材料中,不易引起吸液性聚合物从基体材料上脱落,但容易引起膨润阻碍,吸水速度慢。
还提出了粒子状的吸液性聚合物粘接在纤维质基体材料上的吸液材料。其可以通过在将含有吸液性聚合物原料的水溶液散布在基体材料上的过程中,进行液滴聚合而得到(参照特开2000-328456号公报)。该吸液材料不易引起膨润阻碍,吸水速度快,但吸液性聚合物容易从基体材料上脱落。
另外,还提出了将含有吸液性聚合物原料的水溶液散步在实施了起绒处理的纤维质基体材料上,在基体材料上使其聚合,由此将吸液性聚合物粘接在纤维质基体材料上的方法(参照特开2004-91996号公报)。其可以通过将含有吸液性聚合物原料的水溶液以液滴状态散布在起绒的纤维质基体材料上,由此使各液滴不连续地配置在基体材料上,再将其聚合而得到。在采用该方法制造的吸液性复合体中,吸液性聚合物粒子以念珠状负载在纤维质基体材料上。即,吸液性聚合物不是成块,而是一个一个地固定在基体材料上。因此,容易产生由于纤维所引起的膨润阻碍,吸液速度易大于100秒。
发明内容
发明要解决的课题
本发明就是鉴于上述课题而作成的。具体地,本发明的目的在于,提供一种吸液性复合体以及高效地制造该复合体的方法,所述吸液性复合体吸液量多,吸液速度快,具有适度的柔软度,同时吸液性聚合物在吸液前后都会均匀地分散在基体材料上。
解决课题的方法
本发明人为解决上述课题进行了深入研究。其结果发现,特定形状的吸液性聚合物粘结在基体材料上的吸液性复合体可以解决上述课题,从而实现了本发明。
即,本发明的要点在于,一种吸液性复合体,其中,粘结了2个以上准球状的吸液性聚合物的粘结粒子状的吸液性聚合物以及蹼状吸液性聚合物粘结在基体材料上。
另外,本发明还涉及一种吸液性复合体的制造方法,其中,包括以下工序:在气相中将赋予吸液性聚合物的聚合性单体和聚合引发剂进行液滴聚合,并在上述聚合物单体的聚合率为40%以下的状态使其与基体材料接触的工序。
另外,本发明还涉及一种使用上述吸液性复合体的吸液性物品,特别是卫生材料(尤其是尿布)、工业材料、农业材料。
另外,本发明还涉及一种用于聚合反应的喷嘴,其用于吸液性复合体的制造方法中,所述吸液性复合体通过在气相中使赋予吸液性聚合物的聚合性单体和聚合引发剂进行液滴聚合,并在该聚合物单体的聚合率为40%以下的状态下使其与基体材料接触而得到,其中,构成喷嘴口的前端部的壁厚为10mm以下。上述喷嘴特别优选具有通过从喷嘴口的外侧向上述用于聚合反应的喷嘴的喷嘴口连续或间断地流通液体而形成上述液膜的结构。
发明效果
本发明的吸液性复合体吸液量多,吸液速度快,具有适度的柔软度,同时在吸液前后吸液性聚合物都会均匀地分散在基体材料上。因此,可以适用于纸尿布或生理用品等卫生材料、用于废水的吸收保持等的工业材料以及蔬菜等的保鲜剂或保水剂等农业材料等。另外,按照本发明的吸液性复合体的制造方法,可以高效地制造具有上述特征的吸液性复合体。再有,如果使用本发明的喷嘴,还可以高效地制造吸液性复合体。
附图说明
[图1]是示出本发明的聚合方法以及聚合装置的实施方式的喷雾喷嘴的正面图。
[图2]是示出本发明的聚合方法以及聚合装置的另一实施方式的喷雾喷嘴的正面图。
[图3]是示出本发明的聚合方法以及聚合装置的其他实施方式的喷雾喷嘴的正面图。
[图4]是示出适合本发明的二重同心螺旋喷嘴的图,(a)图为上部导入管部分的横向剖面图,(b)图是纵向剖面图,(c)图是立体图。
[图5]是实施例1的吸液性复合体的扫描型电子显微镜(SEM)照片。
[图6]是实施例2的吸液性复合体的扫描型电子显微镜(SEM)照片。
[图7]是实施例3的吸液性复合体的扫描型电子显微镜(SEM)照片。
[图8]是实施例4的吸液性复合体的扫描型电子显微镜(SEM)照片。
[图9]是实施例5的吸液性复合体的扫描型电子显微镜(SEM)照片。
[图10]是实施例6的吸液性复合体的扫描型电子显微镜(SEM)照片。
[图11]是示出本发明的吸液性复合体的制造工序的一例的概要说明图。
[图12]是示出本发明的吸液性复合体的制造工序的另一例的概要说明图。
[图13]是示出构成喷嘴口的前端部的壁厚的计算方法的剖面图。
[图14]是实施例和比较例中使用的喷嘴单元的立体图。
[图15]是示出实施例7的吸液性复合体的层结构的剖面图。
[图16]是示出实施例10的吸液性复合体的层结构的剖面图。
[图17]是示出实施例11的吸液性复合体的层结构的剖面图。
[图18]是实施例1的吸液性复合体的扫描型电子显微镜照片。
[图19]是示出实施例19、23中制造的吸液性物品的结构的横向剖面图。
[图20]是实施例1的吸液性复合体的截面的数码光学显微镜照片。
[图21]是示出厚度测定工具的剖面图。
[图22]是示出加压下吸水能力的测定装置的概要图。
[图23]是示出测定吸液性聚合物的脱落率时的试样的位置关系的图。
[图24]是示出罗太普型筛分机的立体图。
[图25]是凝胶脱落率和吸液性物品的吸收速度与放水量的测定装置的剖面图。
[图26]是示出试样的切取部分的俯视图。
[图27]是示出凝胶脱落率测定中振动时的状态的剖面图。
[图28]是压缩成型后的吸液性复合体的截面概要图。
[图29]是实施例2的吸液性复合体的截面的数码光学显微镜照片。
[图30]是实施例3的吸液性复合体的截面的数码光学显微镜照片。
[图31]是示出抗弯性测定装置的立体图(a)和示出试样安装状态的图(b)。
[图32](a)是示出在开纤性的评价中使用的开纤机的外观的模式图,(b)是示出其筛分机的模式图。
[图33]是将吸液性聚合物与纤维的粘结状态分类的概要说明图。
[图34]是示出粘结粒子状的吸液性聚合物粘结在基体材料上的状态的概要说明图。
[图35]是示出蹼状吸液性聚合物粘结在基体材料上的状态的概要说明图。
符号说明
1喷雾喷嘴
2A,2B保护液喷射喷嘴
3保护液膜
4保护液吐出用狭缝
5保护液吐出用开孔
10第1喷嘴
10A喷嘴口
11液体导入部
12锥形部
13液体喷出部
14A,14B导入管
20第2喷嘴
20A喷嘴口
21液体导入部
22锥形部
23液体喷出部
24A,24B导入管
26连接器(adepter)
27试样台
28试样
31A,31B,31C吸液性复合体
32A部分包埋纤维
32B表面粘接纤维
33吸液性聚合物粒子
41夹子
42试样片
45测定用试料圆盘
46带金属网的圆筒
47皿(シヤ一レ)
48砝码
51平滑面
52吸液性复合体或尿布
53圆筒
54贯穿孔
55丙烯酸板
56圆板
60吸液性复合体
61标准网筛
62带
65罗太普型筛分机
70吸液性复合体
71中心
72切取线
73试样
74丙烯酸板
75砝码
81基体材料
82吸液性聚合物
83绒毛浆(fluff pulp)
90吸液性物品
91不透水性片
92薄纸
93吸液性复合体
94薄纸
95透水性纤维质材料
101,101A,101B非成型纤维堆积塔
102,102A,102B聚合塔
103,103A,103B表面处理剂喷雾机
104干燥塔
108压辊
109卷取机
121不透水性片
122薄纸
124吸液性复合体
125薄纸
126透水性纤维质材料
151开纤机
152销钉(pin)
153筛分机
154圆筒
155搅拌翼
156金属网
157排出管部
158金属网
201吸引器
S纤维
具体实施方式
以下,对本发明的吸液性复合体及其制造方法等进行详细说明。以下所述的构成要件的说明有时是基于本发明的代表性实施方式进行的,但本发明并不限定于这些实施方式。另外,本说明书中,用“~”表示的数值范围是指包含“~”前后记载的数值作为下限值和上限值的范围。
本发明的吸液性复合体的特征在于,粘结了2个以上准球状的吸液性聚合物的粘结粒子状的吸液性聚合物和蹼状的吸液性聚合物粘结在基体材料上。
I.吸液性聚合物
本发明的吸液性复合体中使用的吸液性聚合物根据其使用目的,可以发挥吸收水、尿、血液等液体的作用。该吸液性聚合物通常采用液滴聚合法合成。所谓液滴聚合法,是使聚合性单体和聚合引发剂接触,在液滴状态下进行的聚合反应。聚合时,只要不会显著妨碍聚合反应,还可以含有聚合性单体以及聚合引发剂以外的成分。
(聚合性单体)
聚合性单体只要是可以得到吸液性聚合物的物质即可,可以是任何种类,但优选通过聚合引发温度比较低(通常为70℃以下)的氧化还原类引发剂引发聚合,另外,优选水溶性的单体。作为这样的聚合性单体的代表例,本发明中优选使用的是脂肪族不饱和羧酸。这里,该羧酸只要容易电离即可,也可以是盐。以下,本说明书中的脂肪族不饱和羧酸也包括盐的情况。吸液性聚合物接近中性时,对皮肤、粘膜等人体的安全性高。因此,聚合性单体优选酸和盐的混合物。如果举出优选的具体例子,可以举出,丙烯酸、甲基丙烯酸等不饱和单羧酸;马来酸、衣康酸等不饱和二羧酸等。这些当中,由于吸液量增加,故优选丙烯酸和甲基丙烯酸,特别优选丙烯酸。
聚合性单体为盐时,通常使用碱金属盐、碱土金属盐、铵盐等水溶性盐。这些盐的中和度可以根据目的适当确定。脂肪族不饱和羧酸单体的部分中和度在某种程度以上时,吸液性聚合物的吸液量有增高的倾向。因此,例如,在丙烯酸的情况下,优选羧基的20~90摩尔%被碱金属或铵盐中和。脂肪族不饱和羧酸单体的中和可以使用碱金属的氢氧化物、碳酸氢盐等;氢氧化铵等。这些之中,由于得到的盐的电离性良好,并可以达到高吸液量,因此优选氢氧化钠、氢氧化钾等碱金属的氢氧化物。
聚合性单体可以是1种,也可以是2种以上。聚合性单体优选以聚合后得到吸液性聚合物的单体为主要成分,更加优选以上述脂肪族不饱和羧酸为主要成分。这里,所谓“主要成分”,是指相对于聚合性单体总量,含有脂肪族不饱和羧酸为50摩尔%以上,优选80摩尔%以上。作为上述脂肪族不饱和羧酸以外的聚合性单体,可以举出,例如,(甲基)丙烯酰胺、(聚)(甲基)丙烯酸乙二醇酯、(甲基)丙烯酸2-羟基乙酯等水溶性单体;丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯等丙烯酸烷基酯类等可以与上述脂肪族不饱和羧酸共聚的聚合性单体等。这里,丙烯酸烷基酯类等虽然水溶性不高,但也可以以不使生成的吸液性聚合物的性能降低的范围的量进行共聚。另外,本说明书中的“(甲基)丙烯酸”是指“丙烯酸”和“甲基丙烯酸”二者。
聚合物单体通常以水溶液的状态使用。从聚合后的吸液性聚合物的吸液量增多的观点来看,水溶液的浓度的下限优选20重量%,更加优选25重量%。从聚合反应液容易操作的观点来看,该上限优选80重量%。
(聚合引发剂)
制造用于本发明的吸液性复合体的吸液性聚合物时使用的聚合引发剂只要是可以使上述聚合性单体聚合成吸液性聚合物的物质即可,可以是任何种类。该聚合性单体由于通常以水溶液形式使用,因此,聚合引发剂优选以水溶液的状态使用。聚合反应可以是依次聚合反应,也可以是链型聚合反应。由于使用的单体的自由基聚合性高,故优选链型聚合反应的自由基聚合反应。因此,聚合引发剂优选自由基聚合引发剂。
作为水溶性的自由基聚合引发剂,可以举出,例如,过氧化物以及偶氮化合物等。过氧化物可以是无机的也可以是有机的,具体地,可以举出,铵、碱金属、钾等的过硫酸盐;过氧化氢;过氧化叔丁基或过氧化乙酰等。作为偶氮化合物,可以举出,水溶性的2,2’-偶氮双(2-脒基丙烷)二盐酸盐等。
自由基聚合通过聚合引发剂的分解而开始。聚合引发剂的分解通常是热分解。热分解也包括使未加热的聚合引发剂接触升温到聚合引发剂的分解温度以上的聚合性单体来引发聚合的情况。
聚合引发剂可以大致区分为1元体系和2元体系。从不易引起反应喷嘴的堵塞、聚合速度快的观点来看,与1元体系相比,优选2元体系。作为2元体系的聚合引发剂的代表,可以举出氧化还原类的聚合引发剂。氧化还原类聚合引发剂通过使氧化剂与还原剂接触,生成对自由基聚合有效的引发剂种的体系(参照“高分子合成化学”(大津隆行,化学同人,1979)66~69页)。
作为氧化剂,可以举出,例如,过氧化氢、过氧化叔丁基、过氧化异丙苯等过氧化物;过硫酸铵、过硫酸钾等过硫酸盐;铈盐;高锰酸盐;亚氯酸盐;次氯酸盐等无机盐等。这些当中,从常温(以下,本说明书中的常温通常为15~25℃)下稳定的观点来看,优选过氧化氢。相对于聚合性单体,氧化剂的使用量通常为0.01~10重量%,优选0.1~2重量%。
还原剂优选与上述氧化剂相溶,并可以形成氧化还原体系的物质。具体地,可以举出,亚硫酸钠、亚硫酸氢钠等亚硫酸盐;硫代硫酸钠;醋酸钴;硫酸铜;硫酸亚铁;L-抗坏血酸;L-抗坏血酸碱金属盐等水溶性还原剂等。其中,优选L-抗坏血酸;L-抗坏血酸碱金属盐等在常温下稳定的还原剂。相对于聚合性单体,还原剂的使用量通常为0.001~10重量%,优选0.01~2重量%。
(交联剂)
为了提高生成的吸液性聚合物的吸液量,还可以在制造吸液性聚合物的聚合反应中同时使用交联剂。作为交联剂,优选使用可以与上述聚合性单体共聚的聚乙烯基化合物(多官能化合物)以及可以与羧酸反应的具有多个官能团的水溶性化合物等。作为该聚乙烯基化合物,可以举出,例如,N,N’-亚甲基双(甲基)丙烯酰胺、多元醇聚(甲基)丙烯酸酯类等。作为具有多个可以与羧酸反应的官能团的水溶性化合物,可以举出,乙二醇二缩水甘油醚、聚乙二醇二缩水甘油醚等多缩水甘油醚等。从水溶性的观点出发,这些当中,特别优选的是N,N’-亚甲基双(甲基)丙烯酰胺、多元醇聚(甲基)丙烯酸酯。相对于聚合性单体的加入量,交联剂的使用量通常为0.001~1重量%,优选0.01~0.5重量%。另外,虽然脂肪族不饱和羧酸、特别是丙烯酸其本身可以进行自交联,但通过同时使用交联剂,可以更加积极地形成交联结构。
(液滴聚合法)
本发明的吸液性复合体中使用的吸液性聚合物优选由聚合性单体水溶液和氧化还原类聚合引发剂通过液滴聚合法来合成。更加优选的是,构成氧化还原类引发剂的氧化剂或还原剂的任意一个和含有聚合性单体的水溶液(第1液体),以及含有构成该聚合引发剂的氧化剂或还原剂的另一个的水溶液(第2液体)在气相中接触,由此引发聚合。这里,聚合性单体也可以包含在第2液体中。第1液体和第2液体的温度各自独立,通常为常温~60℃,优选常温~40℃。
作为具体的方法,例如,可以举出使第1液体和第2液体分别从喷嘴中流出,并以液柱状态相碰撞的方法等。从各喷嘴流出的液体的交叉角度根据聚合性单体的性状、流量比等适当选择。通常,液体的线速度大时,可以减小交叉角度。为了将使液体从喷嘴中流出的能量的一部分用于混合,流出时的液体彼此之间的交叉角度优选15度以上。成为液柱状态的液体,不久就分离而为液滴,进一步进行聚合反应。液滴的直径dd由构成吸液性复合体的吸液性聚合物块的平均径dp和单体浓度(丙烯酸和丙烯酸钠的总浓度)Cm按照下式算出。
dd=dp/(Cm)1/3
液滴的直径的下限通常为5μm,优选50μm,上限通常为3000μm,优选1000μm。反应器内的液滴的空间密度可以从反应场的空间容量、单体供给量以及液滴的滴落速度来估算。为了使不与基体材料接触的吸液性聚合物或不与吸液性聚合物接触的基体材料减少,从而提高吸液性复合体的相对收率,反应器内的液滴的空间密度优选10~10000g/cm3
液滴聚合法优选对于聚合反应为非活性的气体氛围。具体地,可以举出,氮气、氦气等非活性气体;二氧化碳以及空气等。气体氛围中的湿度包括仅用水蒸气的情况,并无特别限制。优选聚合性单体水溶液中的水分在聚合前蒸发,析出聚合性单体,但不会降低聚合速度或使反应停止的范围。聚合气体氛围的温度通常为室温~150℃,优选100℃以下。气体氛围可以是密闭体系、开放体系、流动体系中的任意一种,但为了控制随液滴落下而产生的伴随流,优选流动体系。流动方向相对于液柱以及液滴的行进方向可以是顺流也可以是对流。想要提高聚合性单体的聚合率,并提高液滴的粘度时,优选使流动为对流(逆重力方向),延长液滴在气相中的滞留时间。
(用于液滴聚合反应的喷嘴的结构)
用于制造本发明的吸液性复合体的聚合反应喷嘴可以容易地进行上述液滴聚合法。具体地,只要可以将聚合性聚合物的两原料溶液喷射在气相中,将其制成液滴,使之碰撞、混合即可,没有特别的限制。具体地,可以使用例如,如图14所示的由相互对置的喷嘴构成的喷嘴装置(参照专利第3145156号公报)、狭缝型喷嘴(参照特开平11-49805号公报)、使聚合性聚合物的两原料溶液的至少一个喷出并成为在空间中扩展的液膜状,并且可以以喷出时的液膜截面包含曲线部分的方式进行喷出,或者,可以以空心圆的状态喷出的喷嘴(参照特开2003-113203号公报)、二重同心螺旋喷嘴等。其中,优选使聚合性聚合物的两原料溶液的至少一个喷出并成为在空间中扩展的液膜状的喷嘴,特别优选二重同心螺旋喷嘴。
以下,对二重同心螺旋喷嘴的代表性结构进行详述(参照图4)。图4(a)表示上部导入管部分,图4(a)为横向剖面图,图4(b)为纵向剖面图,图4(c)为立体图。
二重同心螺旋喷嘴的用于喷出第1液体的第1喷嘴10和用于喷出第2液体的第2喷嘴20通常设计成同心圆状。第1喷嘴10由以下部件构成:由上部的大径的筒状部构成的液体导入部11、由下部的小径的筒状部构成的液体喷出部13、以及设置在这些筒状部之间的向下方收缩直径的锥形部12。液体导入部11中,用于导入第1液体的2根导入管14A、14B在其筒状部的切线方向上对置设置。第2喷嘴20也与第1喷嘴10同样,由以下部件构成:由上部的大径筒状部构成的液体导入部21、由下部的小径的筒状部构成的液体喷出部23,以及设置在这些筒状部之间的向下方收缩直径的锥形部22。液体导入部21中,用于导入第2液体的2根导入管24A、24B在其筒状部的切线方向上对置设置。第1液体通过导入管14A,14B内猛烈地导入到液体导入部11内。第1液体从液体导入部11由于离心力和重力的作用遵循螺旋状的轨迹沿锥形部12的内壁流下,到达液体喷出部13。同样地,第2液体通过导入管24A,24B内猛烈地导入到液体导入部21内,从液体导入部21通过离心力和重力的作用,遵循螺旋状的轨迹沿锥形部22的内壁流下,到达液体喷出部23。到达液体喷出部13,23的第1液体和第2液体分别在喷嘴口10A,20A以具有喷嘴10,20的切线方向的速度成分的状态喷出,在气相中碰撞,并合流混合(参照图4(c))。
在不易产生喷嘴的堵塞这一点上,制造吸液性聚合物时使用的喷嘴优选构成喷嘴口的前端部分的壁薄者。具体地,优选10mm以下,更为优选3mm以下,进一步优选1mm以下。构成喷嘴口的前端部的壁厚更加优选0.7mm以下,进一步优选0.5mm以下。另一方面,制成0.1mm以下这样的极薄的壁厚时,进行精密加工非常困难,同时有可能不能保持喷嘴前端的强度,因此是不合适的。
这里,所谓“构成喷嘴口的前端部的壁厚为10mm以下”,是指构成喷出聚合性单体液的喷嘴口的前端部端面(前端面)的厚度,可通过测定前端部端面的外缘到内缘的长度而得到。例如,如果是具有如图13(a)所示的截面的喷嘴,前端部的壁厚用((φD-φd)/2)表示(φD为喷嘴前端面的喷嘴外径,φd为喷嘴前端面的喷嘴内径(口径))。例如,专利第3145156号公报中所示的针状喷嘴可以按照该计算式得到前端部的壁厚。另外,特开平11-49805号公报所示的狭缝喷嘴的情况,由于也具有同样形状的截面,因此,可以用相同的计算式得到前端部的壁厚(φD为喷嘴前端面的喷嘴外面的宽度尺寸,φd为喷嘴前端面的喷嘴液膜喷射宽度尺寸)。作为其他的例子,如果是具有图13(b)~(e)所示的截面的二重同心螺旋喷嘴,前端部的壁厚用((φD2-φd2)/2)表示(φD2为喷嘴前端面的外侧喷嘴的外径,φd为喷嘴前端面的外侧喷嘴的内径)。特开2003-113203号公报所示的喷嘴可以通过该计算式得到前端部的壁厚。
通过使用喷嘴前端的壁厚尺寸为上述优选的薄度的喷嘴,即使聚合性单体的液滴附着在喷嘴的前端面上,也可以通过喷射流与该液滴接触而容易地随时洗掉。另外,在聚合反应槽内的气体氛围场中充满蒸气这样的聚合工艺的情况下,由于若干量的水蒸气会在喷嘴口的前端结露而成为水滴并附着,因此存在聚合性单体的液滴附着在喷嘴前端的可能性,此时,由于可以稀释单体浓度并防止聚合的进行,因此可以容易地防止聚合物成长为口模焦料状。这样,由于具备自清洗作用,因此可以防止聚合性单体进行聚合而成长为口模焦料状甚至是冰柱状。另外,可以缓和伴随喷射单体量的增加、或喷嘴径的小径化产生的微粒分散的激烈化、微粒在喷嘴口的附着,并且有助于防止喷雾喷嘴的堵塞,以及稳定运转、长时间运转。
制造吸液性聚合物时使用的喷嘴的轮廓形状没有特别的限制,但优选向喷嘴的前端部逐渐成为尖细状。例如,可以是如图13(b)所示的剖面图那样,轮廓线呈现出向外侧膨胀的圆滑曲线,同时逐渐变为尖细,或者,也可以是如图13(d)所示的剖面图那样,轮廓线呈现出向内侧凹陷的圆滑曲线,同时逐渐变为尖细。另外,如图13(c)所示的剖面图那样,具有轮廓线以直线状逐渐变为尖细的锥形部。再有,也可以是组合这些形状,喷嘴表面的轮廓的曲率阶段性地变化。优选的是,具有锥形部的喷嘴,或具有轮廓线向内部凹陷的曲面的喷嘴。特别优选的是,具有喷嘴的轮廓线向喷嘴内部方向凹陷的截面形状的喷嘴。通过将喷嘴的轮廓形状制成锥状,或制成向内部方向凹陷,可以确保喷嘴口附近的气体氛围空间。其结果是,可以降低来自喷嘴口的喷射流和与喷嘴口周边的氛围气体的摩擦以及产生涡流,并可以抑制从喷嘴口喷射出的微粒的飞扬,结果,可以降低聚合性单体在喷嘴表面或喷嘴口附近的附着,从而可以提高运转性。为了确保喷嘴口周边的空间,优选将喷嘴截面形状逐渐变为尖细的部分的平均曲率半径尽量增大。具体地,以3mm以上,更加优选10mm以上,进一步优选20mm以上的曲率半径开始,圆滑地与喷嘴主体的倾斜部分连接,并引向喷嘴最外周,这在设计上的有利的。
制造吸液性聚合物时使用的喷嘴具有上述的锥形部时,该锥形的交叉角度α优选160°以下,更加优选90°以下,特别优选60°以下(参照图13(c))。通过调整交叉角度,可以使附着在喷嘴表面的聚合性单体液容易地从前端流下。集中在前端的液滴会与喷射的聚合性单体一起被吹散在空间内,因此,不会发生喷嘴长时间运转时的口模焦料或使喷嘴堵塞,从而可以制成具有自清洗性的喷嘴。
(液滴聚合反应用喷嘴的液膜)
为了长时间连续制造吸液性聚合物,优选在用于聚合反应的喷嘴的外壁面上形成液膜。通常,滴液聚合法由于聚合速度快,容易引起聚合生成物导致的喷嘴的堵塞。当在喷嘴口附近的喷嘴外壁面上形成液膜时,其成为保护液膜,聚合性聚合物的两原料溶液在发生碰撞、混合时,由于碰撞而飞溅,生成微细的液滴,即使是这样,溶液也可以在附着在喷嘴口的周边之前冲洗掉,不易引起由于微细的液滴的聚合而产生的喷嘴堵塞。因此,当形成液膜时,不需要使反应停止的喷嘴的清扫,这在生产效率方面是优选的。
上述液膜可以通过将液体连续或间断地流过喷嘴口而形成。另外,上述液膜可以通过向喷嘴的外壁面、特别是从喷嘴口向上游侧的壁面喷射液体而形成,也可以是在喷雾喷嘴上设置用于吐出保护液的狭缝或开孔,使保护液从该狭缝或开孔沿聚合用喷嘴外壁面流下。用于防止喷嘴堵塞的液膜(以下有时将用于防止喷嘴堵塞的液体称为“保护液”,将该液膜称为“保护液膜”)可以在喷出聚合性聚合物的两原料溶液的喷嘴口的上游侧,形成在从喷嘴口喷出的液体或聚合进行中的液滴不会飞到的位置到喷嘴口之间的喷嘴的外壁面上。另外,向喷嘴口直接喷射水等液体时(参照美国专利第3929291号说明书),喷射的液体会使聚合反应液的喷出、碰撞、混合不稳定化,在喷嘴口部分引起第1液体和第2液体的混合,有时反而会助长喷嘴口的堵塞,因此必须注意。
为了边形成上述液膜边进行聚合反应,通常使用具有在喷嘴的外壁面上形成液膜的结构的聚合反应用喷嘴来进行反应。可以举出如下方式,例如,在二重同心螺旋喷嘴(参照图4)的情况下,如图1所示,在喷雾喷嘴1的保护液膜形成面附近设置保护液喷射喷嘴2A、2B,从该喷射喷嘴2A、2B将保护液喷射在喷雾喷嘴1的保护液膜形成面上,由此形成保护液膜3;或者如图2、3所示,在喷雾喷嘴1的保护液膜形成面上部位置设置保护液吐出用狭缝4或开孔5,从该狭缝4或开孔5吐出保护液并使之流下,形成保护液膜3等。另外,如图2、3所示,从喷雾喷嘴1吐出保护液时,喷雾喷嘴1的上部大径筒状部1D可以进一步制成例如将用于存放保护液的室设置在最外周部分的3重结构。
如上所述,保护液膜形成在从由喷雾喷嘴的喷嘴口喷出的液体或聚合进行中的液滴不能飞到的距离到喷嘴口的喷嘴外壁面上。例如,在图4所示的二重同心螺旋喷嘴的情况下,该保护液膜形成面是第2喷嘴20的液体喷出部23和其上部的锥形部22,由于从喷嘴口喷出的液体或聚合进行中的液滴几乎不会飞到该锥形部22的上部的液体导入部21上,因此,优选保护液膜形成在该液体喷出部23和其上部的锥形部22上。因此,在图1中,为了能够在喷雾喷嘴1的形成了喷嘴口1A的下部小径筒状部1B和其上的锥形部1C上形成保护液膜3,设置保护液喷射喷嘴2A、2B。另外,在图2、3中,用于吐出保护液的狭缝4、开孔5设置在喷雾喷嘴1的锥型部1C和上部大径筒状部1D的边界部。
(保护液)
作为保护液,优选使用与第1液体、第2液体以及通过聚合得到的聚合物中的任意一个以上亲和性高的液体。例如,可以使用可以溶解第1液体和/或第2液体中含有的聚合性单体的溶剂。
作为这样的溶剂,当聚合性单体为水溶性聚合性时,可以使用水;甲醇、乙醇、异丙醇等醇类;丙酮、甲乙酮等酮类等亲水性溶剂。另外,在亲油性聚合性单体的情况下,可以使用戊烷、己烷、环己烷、庚烷、环庚烷等饱和烃类、甲苯、二甲苯等芳香族烃类等亲油性溶剂。另外,还可以使用对未添加聚合引发剂的该聚合性单体的亲和性高的聚合物等。这些溶剂可以使用1种,也可以使用2种以上。吸液性聚合物中使用的聚合性单体多为亲水性,因此,在上述溶剂中,更加优选使用水、醇、酮等亲水性溶剂。
另外,作为保护液,可以使用能够溶解或膨润通过聚合得到的微粒状的聚合生成物的溶剂。作为该溶剂,还可以使用上述的亲水性溶剂或亲油性溶剂等。
保护液的流量和保护液膜的膜厚只要是聚合性单体、聚合微粒不会附着并滞留在喷嘴口附近的程度即可,但必须选择不会妨碍第1液体和第2液体的喷出的程度的流量、膜厚。例如,在图1~3所示的喷射喷嘴1的喷嘴外壁面上形成保护液膜时,虽然根据使用的保护液或喷出的第1液体、第2液体的组成、流量等而有所不同,但保护液膜的膜厚优选0.01~2mm,流量优选设定为每1m2保护膜形成面为10~2000ml/min左右。
(吸液性聚合物的结构)
采用液滴聚合法合成的吸液性聚合物通常为长径为100~50000μm的块状。其中,特别是,作为本发明的吸液性复合体中使用的吸液性聚合物,可以是块的长径的下限优选200μm,更为优选300μm,其上限优选5000μm,更加优选2000μm的块状。另外,块的厚度的下限优选50μm,更加优选100μm,其上限优选3000μm,更加优选1000μm。在上述上限以下时,由于与基体材料的结合部不易大量脱落,因此优选,在上述下限以上时,由于不易受到纤维引起的膨润阻碍,因此优选。吸液性聚合物的形状通常可以用电子显微镜等测定,这里,长径是指用电子显微镜等测定的各吸液性聚合物块的最长径,厚度是指与该长径垂直方向上的最长径。吸液性聚合物的块通过包埋或粘接基体材料的一部分,粘结在基体材料上。此时,基体材料和吸液性聚合物的块可以仅连接1处,但由于吸液性聚合物不易脱离,因此优选在2处以上连接。另外,与和基体材料连接相比,由于结合牢固,因此吸液性聚合物的块优选包埋基体材料的一部分。吸液性聚合物的块包埋基体材料的一部分时,该纤维可以贯穿吸液性聚合物,也可以不贯穿吸液性聚合物。这样的块状的形状大致区分为(1)准球状的吸液性粒子之间粘结的粘结粒子状结构和(2)蹼状结构。
所谓上述(1)的粘结粒子状结构是指准球状的吸液性聚合物粒子之间相互粘结的结构。具体地,优选下限通常为3个,优选5个,上限通常为100个,优选20个,更为优选10个吸液性聚合物粒子形成块。
构成粘结粒子状的吸液性聚物的各吸液性聚合物粒子呈准球状。准球状是指整体上呈球状的形状,表面上可以存在褶皱、突起、凹陷等细小的凹凸。另外,内部可以具有细孔或裂纹等空隙。具体地,除球形外,还包括例如卵形、橄榄球形、花生形、哑铃形等形状。
从对纤维的固定性来看,该粒子的粒径下限优选10μm,更加优选50μm,特别优选100μm,最为优选200μm。从吸液速度的观点来看,该粒子的粒径上限优选2000μm,更加优选1000μm,特别优选800μm,最为优选500μm。粒径的测定使用SEM(扫描型电子显微镜)来进行。
粘结粒子状的吸液性聚合物的块的形状或尺寸只要长径在上述优选的范围即可,没有其他特别的限制,但与后述的蹼状结构相比,其长径的优选范围为偏小者,厚度的优选范围为偏大者。具体地,长径的下限优选20μm,更加优选100μm,特别优选200μm,最为优选300μm,其上限优选5000μm,更加优选4000μm,特别优选3000μm。另外,厚度的下限优选50μm,更加优选100μm,特别优选200μm,其上限优选3000μm,更为优选2000μm,特别优选1000μm。
所谓上述(2)的蹼状结构,是指吸液性聚合物粘结在基体材料上的结构。如果为了容易形象化而举出具体的粒子的话,可以举出,吸液性聚合物平坦地附着在多根基体材料纤维重叠的部分上的结构等(参照后述的实施例的图5~10)。
蹼状结构的吸液性聚合物只要长径在上述优选的范围即可,可以以任意的形态存在于基体材料上。具体地,可以分布成岛状,也可以成为海状的连续层,也可以是二者混合存在的形态,还可以是这些以外的形态。在通液性这一点上看,优选分布成岛状。一个岛或海等的形状或尺寸只要是长径在上述优选的范围即可,没有其他特别的限制,但厚度(在包括蹼的最大长度的垂直方向上的最长径)的下限优选50μm,更加优选80μm,特别优选100μm,其上限优选1000μm,更加优选800μm,特别优选500μm。另外,岛状的情况下,一个岛的长径(包括蹼的最大长度)的下限优选200μm,更加优选300μm,特别优选400μm,其上限优选50000μm,更加优选30000μm,特别优选20000μm。海状的情况下,长径(包括蹼的最大长度)的下限优选1000μm,更加优选2000μm,上限优选20000μm,更加优选10000μm。
在海状的连续层的情况下,可以在海中存在岛状的开口部。从通液性的观点来看,此时的孔径的下限优选100μm,更加优选200μm,特别优选300μm。从不易破裂的观点来看,其上限优选5000μm,更加优选3000μm,特别优选2000μm。从通液性的观点来看,开孔率的下限优选10面积%,更加优选20面积%,特别优选30面积%,其上限优选80面积%,更加优选70面积%,特别优选60面积%。
采用液滴合成法合成的吸液性聚合物通常含有10重量%以上的上述(1)和上述(2)的结构,优选含有30重量%以上,更加优选含有50重量%以上。在聚合反应中存在如下倾向:如果吸液性聚合物与基体材料接触时的聚合率高,则(1)的结构变多,相反地,如果低,则(2)的结构变多。另外,吸液性聚合物在未聚合的状态下与基体材料接触时,容易成为念珠状。
如后所述,本发明的吸液性复合体中使用的基体材料优选纤维质基体材料。吸液性聚合物粘结在纤维质基体材料上时,从不易引起吸液性聚合物之间的膨润阻碍来看,吸液性聚合物的块和吸液性聚合物的块之间的纤维长度优选500μm以上,更加优选800μm以上,特别优选1000μm以上。另外,其上限优选100000μm以下,更加优选50000μm以下,特别优选30000μm以下。
以粘结了3个准球状的吸液性聚合物粒子的块和纤维粘结的情况为例,按照图33所示说明本发明的吸液性复合体中的吸液性聚合物和基体材料的粘结状态。其大致可以分为以下三种结构。其一是对于一个基体材料来说,其一部分包埋在吸液性聚合物内,一部分露出(以下,有时将该基体材料称为“部分包埋基体材料”,参照图33(b))。另一个是对于一个基体材料来说,其一部分粘接在吸液性聚合物的表面,一部分未粘接在吸液性聚合物上(以下,将该基体材料称为“表面粘接基体材料”,参照图33(c))。最后是具有部分包埋基体材料和表面粘接基体材料二者的情况(参照图33(a))。
本发明的吸液性复合体通常至少含有上述三种结构中的任意一种。本发明的吸液性复合体优选含有最后一种结构,特别优选仅由最后一种结构构成。即,本发明的吸液性复合体通常包含部分包埋基体材料和/或表面粘接基体材料。但是,本发明的吸液性复合体也可以包含未被吸液性聚合物包埋或粘接的基体材料、完全包埋于吸液性聚合物内的基体材料、完全粘接在吸液性聚合物表面上的基体材料等部分包埋基体材料、表面粘接纤维以外的纤维。优选部分包埋基体材料、表面粘接纤维以外的基体材料较少者,优选在吸液性复合体中为全部基体材料的30重量%。
构成本发明的吸液性复合体的吸液性聚合物只要含有(1)的粘结粒子状和(2)的蹼状的结构即可,(1)的粘结粒子状和(2)的蹼状的比例没有特别的限制。(1)和(2)的结构混合存在时,存在如下倾向:(2)的蹼状越多,凝胶脱落率、聚合物脱落率越良好,(1)的粘结粒子状越多时,吸液速度越好。二者优选的比例通常为相对于100重量份(2)的蹼状的吸液性聚合物,(1)的粘结粒子状的吸液性聚合物为1~10000重量份,更为优选5~2000重量份,特别优选10~1000重量份。
蹼状的吸液性聚合物和粘结粒子状的吸液性聚合物混合存在时,两者的位置关系没有特别的限制。从通液性、液体扩散性优异的观点来看,特别优选不仅在基体材料上形成(2)蹼状的吸液性聚合物层,而且形成(1)粘结粒子状的吸液性聚合物层的形态。另外,根据同样的理由,也优选在基体材料上形成(2)蹼状的吸液性聚合物的连续层,并在其开孔部形成(1)粘结粒子状的吸液性聚合物的形态。
吸液性聚合物中的(1)和(2)结构的比例通过以下方法求出。将吸液性复合体切成5cm×5cm见方。用不锈钢制造的膝状剪刀双刃剪(FST 14063-09)除去基体材料等,切出吸液性聚合物。使用数码光学显微镜(Keyence公司制造的VH-8000,倍率25~150倍),边仔细观察,边使用不锈钢制造的骨剪刀反型剪(FST 14077-10),将吸液性聚合物切开成(1)粘结粒子状聚合物、(2)蹼状聚合物、其他形状。测定各重量,算出(1)粘结粒子状聚合物相对于(2)蹼状聚合物的重量比。
II.基体材料
(基体材料的效果)
在本发明的吸液性复合体中,基体材料优选发挥液体扩散性和通液性效果的基体材料。液体扩散性是指使液体沿吸液性复合体的水平方向迅速扩散,使之不平均地分配在吸液性聚合物中的效果。通液性是指使液体沿吸液性复合体的垂直方向迅速通液,传送到吸液性聚合物中的效果。通常,基体材料对从基体材料侧进入的液体竞争性地进行液体扩散性和通液性的功能,液体扩散速度通常是基体材料比吸液性聚合物大,因此,液体首先在基体材料上迅速扩散,并均匀扩展,然后,再渗入吸液性聚合物中。基体材料在此一系列的吸液过程中,不仅会影响吸液速度,而且具有防止液体集中在一部分吸液性聚合物中,而不能充分产生吸液性聚合物的整体能力的被称为“疙瘩(lump)”的现象的效果。
(基体材料的种类)
构成本发明的吸液性复合体的基体材料发挥固定吸液性聚合物的作用。具体地,可以使用板、片、膜、纤维集合体等各种材质、各种形状的基体材料。另外,在分散在气相中的状态下使纤维状等的基体材料在液滴聚合过程中与吸液性聚合物接触,并使之一起堆积。通过吸液性聚合物的粘结,可以提高形态维持性等,因此,也可以使用仅在柔软且疏松的材料或平面上铺上长丝的基体材料等。
为了容易粘结吸液性聚合物,基体材料的表面状态优选适当粗糙的。另外,具有连续的间隙(空孔或空隙)等的基体材料由于通水性、通液性、导水性、导液性等优异,因此优选。从这些观点来看,优选作为纤维的集合体的纤维质基体材料。另外,从有效利用资源的观点来看,优选例如未成型的纤维质基体材料那样的容易再利用处理的基体材料。
在纤维质基体材料中,由于与吸液性聚合物粘结的纤维相对缠绕而稳定化,因此,可以防止在挤压、振动时,吸液性聚合物防止旋转运动或平移运动。特别是,一部分包埋在吸液性聚合物中的纤维对吸液后的吸液性聚合物的固定性的贡献大。另外,纤维质基体材料还可以发挥特别是在由于吸液而膨润的吸液性聚合物之间确保适当大小的液体的流路的效果。
纤维质基体材料的材质可以举出,例如,植物纤维、动物纤维以及矿物纤维等天然纤维;再生纤维、半合成纤维、合成纤维以及矿物纤维等化学纤维等。其中,在卫生材料相关的用途中,从对皮肤的低刺激性、柔软的触感等方面来看,优选天然纤维。另外,在均匀性优异这一点上来看,优选化学纤维。(参照《纤维便览(原料编)》(纤维学会编,丸善,1968)、《纤维便览(加工编)》(纤维学会编,丸善,1969)、《合成纤维》(祖父江宽,大日本图书,1977)》。
作为纤维质基体材料,从容易与吸液性聚合物粘结的方面来看,优选对吸液性聚合物具有化学亲和性的基体材料。通常,由于吸液性聚合物为亲水性,因此,具体地,优选纸浆、人造丝、棉、再生纤维素等纤维素类纤维;聚酰胺类;聚乙烯醇类等导水性(将水吸引到吸液性聚合物中的性质)~亲水性的纤维。其中,从对皮肤的刺激少,具有柔软的触感来看,优选纤维素类纤维,特别优选纸浆。作为纸浆,具体地,优选举出,碎木纸浆等机械纸浆;半化学纸浆、化学磨木纸浆等化学机械纸浆;亚硫酸纸浆、硫酸纸浆、碱法纸浆、硝酸法纸浆、氯法纸浆等化学纸浆;将制成的纸机械破碎或粉碎而得到的纸浆,旧纸的机械破碎或粉碎而得到的纸浆等旧纸纸浆等。
亲水性的吸液性聚合物和基体材料的亲和性可以通过测定基体材料对水的接触角来评价。水在基体材料表面上的接触角越小,则吸液性聚合物和基体材料之间的亲和性越高,粘接力也越大。因此,水在基体材料表面上的接触角优选60°以下,更加优选50°以下,特别优选40°以下。另外,接触角依据测定的基体材料的形状、表面的平滑度等而不同。本发明的吸液性复合体中使用的基体材料的接触角是将基体材料放置在膜或片这样的平滑面上时对蒸馏水的接触角,采用后述的装置测定。
亲水性的基体材料可以是将疏水性的基体材料表面进行亲水化而得到的基体材料。亲水化处理,可以通过使用例如,阴离子类、阳离子类或非离子类表面活性剂的改性处理来进行。改性处理可以举出下述方法,例如,直接喷射或涂布在基体材料上、在从纤维或非织造布等基体材料制造时到制成后的任意时刻进行涂布、在纤维纺丝前添加到聚合物组合物中等方法。
另一方面,由于可以表现出使水分在基体材料上扩散的效果,因此也可以利用聚酯类、聚乙烯类、聚丙烯类、聚苯乙烯类、聚酰胺类、聚乙烯醇类、聚氯乙烯类、聚偏氯乙烯类、聚丙烯腈类、聚尿素类、聚氨酯类、聚氟乙烯类以及聚偏氰乙烯类等疏水性基体材料。还可以组合亲水性纤维和疏水性纤维。另外,为了在通过吸液而膨润的吸液性聚合物之间确保适当大小的液体的流路,优选使用具有一定刚性的基体材料。另外,考虑到环境问题等时,优选使用聚乳酸纤维、脂肪族聚酯这样的具有生物降解性的合成纤维。
构成纤维质基体材料的纤维可以是1种,也可以是2种以上。只要可以粘结吸液性聚合物,则1根纤维也可以由2种以上的材料制成。另外,为了提高液体的扩散性、导水性,纤维的形状可以是中空或并置(side by side)型等。作为由2种以上的材质制成的纤维,可以举出,“将某种材质的芯纤维包上与其不同的材质的热塑性鞘(sheath)的热塑性纤维”等。如果列举适合本发明的吸液性复合体的基体材料的“纤维质鞘/芯纤维”的具体例,可以举出,聚乙烯/聚丙烯、聚乙酸乙酯/聚丙烯、聚乙烯/聚酯、聚丙烯/聚酯、聚酯共聚物/聚酯等由2种材质构成的纤维。其中,由于具有适当的刚性和柔软的手感,因此优选“在聚丙烯或聚酯类刚性高的芯上包覆聚酯共聚物或聚乙烯等柔软的鞘的纤维”。
由于纤维质基体材料需要适度的刚性和柔软的手感,因此构成纤维质基体材料的纤维径的下限优选0.1分特,更加优选1分特,上限优选500分特,更加优选100分特,特别优选50分特,最为优选30分特。纤维径在上述上限以下时,由于纤维的刚性适度,因此容易包埋、粘接吸液性聚合物。另外,压缩成型容易,适合由于纤维的缠绕产生的片状化,薄型化。特别是,使用在生理用品等的情况下,很少成为硬邦邦或者扎人的状态,触感优异。另一方面,纤维径在上述下限以上时,在上述的导水性或扩散性方面是优选的,不易成为疙瘩状。
从手感良好,容易成型、压实的观点来看,该纤维的纤维长度的下限优选50μm,更加优选100μm,特别优选500μm,上限优选100000μm,更加优选50000μm,特别优选30000μm。吸液性聚合物为粘结粒子状时,粘结粒子的平均粒径:纤维长度优选2∶1~1∶1000,更加优选1∶1~1∶500,特别优选1∶2~1∶100。纤维长度会给粘结在1根纤维上的吸液性聚合物的量产生影响,纤维长度长时,纤维和吸液性聚合物的粘结强。特别是,纤维质材料的片状化时,由于纤维长度长者会产生纤维的缠绕,故优选。另一方面,想要在使用后实施再利用处理时,纤维长度短者易于开纤,故优选。
该纤维的形状除直线状以外,还可以是波浪状、环状、线圈状、分叉状、星状等纤维之间易于缠绕的非直线状。
从液体扩散性的观点来看,每单位面积织物的重量的下限优选5g/m2,更加优选10g/m2,特别优选20g/m2,上限优选500g/m2,更加优选200g/m2,特别优选150g/m2。从吸液性聚合物的固定性优异来看,比容积的下限优选3ml/g,更加优选70ml/g,特别优选100ml/g,上限优选500ml/g,更加优选400ml/g,特别优选300ml/g。比容积表示每1g基体材料的容积(ml)。比容积通过纤维质基体材料的容积(ml)除以其重量来计算。容积(ml)为:对正方形的纤维质基体材料使用数码光学显微镜测定纤维质基体材料的侧面方向的厚度(cm),再将面积乘以厚度的值。
作为优选的纤维质基体材料,可以举出,纸、绒毛浆(fluff pulp)、布等具有适度的表面状态的材料。绒毛浆是纤维独立地缠绕成羽毛状的纸浆,具有松密度高、柔软、吸液性良好等特征。典型地,可以举出,例如,Weyerhaeuser公司制造的“NB-416”、“FR-416”等的开纤品。非织造布可以使用通过气流成网(air-laid)法、湿式(wet-laid)法、水压混入方法(water-jet entraining method)、纤维长度长的纤维梳理结合(card bond)法、溶液纺丝法等各种公知的方法制造的非织造布。非织造布通常按照比容积的大小顺序分类为透气(airthrouth)、压纹和平纹(flat)。这些当中,特别优选绒毛浆以及透气非织造布透气型纤维质基体材料。
通常,纤维具有缠绕而成块的倾向,但作为本发明的吸液性复合体中使用的基体材料的纤维优选微小而均匀地分散的纤维。外观上的纤维块径优选20mm以下,更为优选10mm以下,特别优选5mm以下。另外,最为优选1根、1根的纤维独立。
纤维块通常可以通过开纤解开。所谓“开纤”,包括解纤和纤维化两个概念。解纤包括将尼龙等片状物分裂成长方形状或纤维状等。另外,纤维化包括将原纸状的纤维素剪碎制成纸浆等。
具体地,可以使用棉纺式、梳毛式、纺毛式、麻纺式、绢纺式或旋转翼式粉碎机、锤式粉碎机、纸浆解纤机等开纤机。也可以使用使纤维带电,并利用纤维间的静电排斥,使每根纤维均匀分散的植绒加工法(参照《纤维便览(加工编)》(纤维学会编,丸善,1969,18页))。作为起绒装置,可以使用山东工业株式会社制造的湿式喷砂(wet sander)装置,内外特殊工业株式会社制造的海狸毛皮金刚砂(Beaver Emery)装置、三菱重工业株式会社制造的MC辊、丸一技研株式会社制造的针刺起绒机(Needle pricker)等(参照特开平5-186960号公报、特开2001-254261号公报、特开2001-254262号公报)。
(起绒处理)
构成本发明的吸液性复合体的基体材料优选对表面实施了起绒(也叫立毛(立毛))处理的纤维质基体材料。起绒处理优选将纤维质基体材料的松密度调整为处理前的一半~2/3。所谓起绒处理,是指通过将纤维拉出到基体材料表面或在基体材料表面植入纤维等,使基体材料表面成为毛茸状态的处理。通常,通过加热、研磨(金刚砂起绒或抛光处理)、刷光处理等对基体材料实施将纤维拉出至表面或植入纤维的处理。作为拉出纤维质基体材料纤维的处理,可以举出,采用砂纸(金刚砂纸)等研磨剂进行的研磨;抛光加工;采用金属、氯乙烯等塑料、猪毛等的各种刷子、针布(仿麂皮起绒)、针刺法的针等进行的刷光处理;水流喷射;将热塑性树脂膜熔融粘接在表面上之后,再将其剥离;在制造簇绒地毯的方法的应用中,使用加捻纱线在表面形成连续的毛圈,再以剪切(shearing)等剪断该毛圈等。作为植入纤维的处理,可以举出电植绒等。这些之中,从低成本且形成适当的松密度的观点来看,作为对构成本发明的吸液性复合体的基体材料实施的起绒处理,优选加热起绒或金刚砂起绒(抛光处理),从对纤维的损伤小的观点来看,更加优选加热起绒。起绒处理可以仅进行一次,也可以多次实施同一种或多种方法。
起绒处理通常是为了提高外观、手感、光泽而进行的(参照《纤维便览(加工编)》,975页(纤维学会编,丸善,1969))。对构成本发明的吸液性复合体的基体材料实施起绒处理时,通常,吸液速度会提高。推测这是因为通过起绒处理,粘结在纤维质基体材料上的吸液性聚合物之间的间隔保持为适度。
以非织造布为例说明加热起绒的优选条件。加热温度优选非织造布的基本纤维的软化点附近,在实用上优选70~160℃。加热时间虽然依赖于加热温度等,但通常为数秒~180秒。更加优选的是,在80~140℃下实施20~60秒的加热。加热方法只要可以起绒,则没有特别的限定,例如,可以采用通过加热炉内、吹送热风、照射红外线灯等、与水蒸气等高温气体共存等。
金刚砂起绒(抛光处理)时,研磨剂的粒度优选#60~#1000,更加优选#100~#500。
作为起绒装置,可以使用山东工业株式会社制造的湿式喷砂装置,内外特殊工业株式会社制造的粗斜纹金刚砂装置、三菱重工业株式会社制造的MC辊等(参照特开平5-186960号公报、特开2001-254261号公报、特开2001-254262号公报等)。
另外,作为进一步提高起绒效果的方法,提出了以下方法:在抛光前或抛光时,对包含纤维片和高分子弹性体的复合片涂布聚有机硅化合物的方法(参照特公昭55-32828号公报)、将由纤维质材料和弹性聚合物构成的片的弹性聚合物的一部分溶解或膨润后再固化,然后夹紧纤维根部进行起绒的方法(参照特开昭53-31887号公报)、以附着了蜡或石蜡的状态对包含极细的集束纤维和高分子聚合物的片进行起绒处理的方法(参照特公昭47-44601号公报)、对由包含弹性聚合物和非弹性聚合物的纤维的混棉得到的缠绕非织造布的表面进行抛光或起绒处理的方法(参照特公平1-41742号公报以及特公平3-79478号公报)等。
本发明人等发现,通过使用实施了起绒处理的基体材料,吸液性复合体吸水后的凝胶脱落率和吸液速度提高。更值得惊讶的是,这些起绒效果即使在实施液滴聚合制成复合体后,对起绒的基体材料实施加压成型或压实处理,其效果也不会受损。
这些效果的表现机理虽然还不明确,但可以认为是由于基体材料表面的纤维的立体构象的特异性和在聚合中的形态形成时的各向异性的协同效果。基体材料表面的纤维的立体构象的特异性是指将纤维质基体材料起绒时,相对于基体材料平面,纤维在垂直方向上拉伸扩展,纤维在垂直方向取向的成分增加,同时,纤维的比容积增大,基体材料表面变得疏松。另一方面,对于在聚合法中的形态形成时的各向异性,区分为粘结粒子状的吸液性聚合物和蹼状的吸液性聚合物,以下进行说明。
本发明的粘结粒子状的吸液性聚合物通常由在垂直方向上对基体材料进行堆积的纤维凝聚而成(图34(a))。这在已经存在附着在基体材料上并处于聚合过程中的液滴的情况下,与基体材料相比,接着落下的聚合过程中的液滴更容易附着在先前存在于基体材料上的聚合过程中的液滴上。通常认为,基体材料的弹性和形状容易助长反弹或滚动时,落下的液滴发生跳起的概率变高,相反,基体材料具有粘合性时,固定的概率变高。由于成为粘结粒子状的吸液性聚合物的液滴具有粘合性和弹性,因此认为,液滴之间会在堆积方向,即垂直方向凝聚。使用进行了起绒处理的基体材料时,可以认为粘结粒子状的吸液性聚合物和蹼状的吸液性聚合物会均匀分散在基体材料中,即使是在基体材料的内部深处,也可以粘结吸液性聚合物,吸液性聚合物的粘结点增加(图34(b))。另一方面,本发明的蹼状的吸液性聚合物对于基体材料平面水平扩展,每单位面积的重量越大,覆盖的基体材料面越大(图35(a))。使用实施了起绒处理的基体材料时,沿着实施了起绒处理的纤维,形成蹼结构(图35(b))。
可以认为任何一种结构的吸液性聚合物都会由于吸液性聚合物均匀地分散在基体材料中,而成为在基体材料-基体材料之间、基体材料-吸液性聚合物之间、吸液性聚合物-吸液性聚合物之间的间隔引起毛细管现象的状态。另外,由于适合毛细管现象的间隔原本非常小,因此可以认为,即使实施加压处理、压实处理也不会损害吸液速度。并且,即使在基体材料的内部深处也会粘结吸液性聚合物,使吸液性聚合物的粘结点增加,以及基体材料和吸液性聚合物的粘结处通过起绒可以比较自由地移动,因此可以认为,容易缓和冲击应力或吸液后的应力,从而提高聚合物的脱落率或吸液后的凝胶脱落率。
这些效果是由于本发明的聚合法中的形态形成时的各向异性,由于起绒而实现这样的优异效果这一点是以前不能预想的。特别是,即使在实施液滴聚合制成复合体后对起绒的基体材料实施加压成型或压实处理,使比容积减少,这些起绒效果也不会受损,这一点在以往也是不能预想的。事实上,即使在将粉末状的吸液性聚合物散布、混合在基体材料上,再进行加压、压实的方法中使用起绒处理,也没有发现对吸液速度、吸液后的凝胶脱落率、凝胶脱落率具有显著的效果。
也有文献对使用了起绒的吸液性复合体进行了记载(特开2004-91996号公报以及特开2004-149970号公报)。具体地,诸如“将以丙烯酸和/或其盐为主要成分的单体水溶液制成雾状涂布在通过加热而起绒的纤维质基体材料上,得到以微细粒子状负载了上述单体水溶液的纤维质基体材料,然后,使该纤维质基体材料上的单体聚合”,虽然使用了起绒处理,但聚合法不同,另外,明确地记载了“作为独立分离的准球状的微细粒子,以念珠状负载”。这与本发明的“2个以上的准球状的吸液性聚合物粒子凝聚的凝聚体状吸液性聚合物以及蹼状吸液性聚合物粘结在基体材料上”在复合体结构本身上是不同的。
本发明的吸液性复合体中的吸液性聚合物的每单位面积的重量以后述的保水能力测定时的干燥重量计优选10~1000g/m2
III.吸液性复合体的制造方法
(吸液性聚合物的与基体材料的粘结)
本发明的吸液性复合体的制造方法,只要是可以制造满足权利要求所记载的条件的吸液性复合体的方法即可,没有特别的限制。本发明的吸液性复合体使用以上述优选的方法聚合的吸液性聚合物时,可以高效地制作。特别优选使含有聚合物单体和氧化还原类聚合引发剂的液滴与基体材料接触来制造。液滴与基体材料接触时的聚合性单体的聚合率必须低至基体材料被吸液性聚合物包埋或粘接的程度,同时必须高达液滴具有粘合性的程度。因此,下限优选20%,更加优选30%,特别优选40%,最为优选50%,上限优选95%,更加优选80%,特别优选60%,最为优选55%。基体材料接触时的聚合性单体的聚合率可以通过液滴落下距离等来控制。
虽然没有依据任何理论,但对于通过本发明的吸液性复合体的制造方法制造粘结粒子状的吸液性聚合物的理由,推测如下。在本发明的吸液性复合体的制造方法中,聚合过程中的液滴与基体材料接触。这里,由于基体材料上存在微小的凹凸,因此,具有粘合性的液滴凝聚而成为粘结粒子状。另外,在液滴凝聚时,通过卷入基体材料,基体材料被包埋在粒子内或粘接在粒子表面,并且,基体材料与吸液性聚合物粘结,形成本发明的吸液性复合体。另外推测,当粘结粒子状的吸液性聚合物在聚合过程中的液滴与基体材料接触时为聚合率低的状态(柔软的状态)时,基体材料容易被包埋在吸液性聚合物中,如果是聚合率高的状态(硬的状态),则基体材料容易与吸液性聚合物粘结。
另外,在上述液滴聚合中,特别优选还包括液滴在聚合性单体的聚合率低的状态下接触基体材料的工序、和在聚合率高的状态下接触基体材料的工序二者。前一工序的聚合率优选40%以下,更加优选30%以下,特别优选25%以下,最为优选20%以下。后一工序的聚合率优选40%以上,更加优选45%以上,特别优选50%以上。推测这是因为以下原因:通过在聚合性单体的聚合率低的状态下与基体材料接触的工序,形成蹼状的吸液性聚合物,而通过在聚合性单体的聚合率高的状态下与基体材料接触的工序,形成粘结了2个以上准球状的吸液性聚合物的粘结粒子状的吸液性聚合物。这通过例如,将基体材料供给到聚合性单体的聚合率不同的聚合塔中而得到。具体地,可以采用设置如下所述的塔的结构,所述塔是将多个基体材料供给到液滴供给用喷嘴的高度(液滴的落下距离)不同的多个聚合塔中的塔。作为包括该2个工序的吸液性复合体的制造方法,具体地,优选以下2种。
第1种制造方法是,依次进行在聚合性单体的聚合率低的状态下与基体材料接触的工序、和在聚合性单体的聚合率高的状态下与基体材料接触的工序的方法。只要含该2个工序即可,可以先进行任意工序。另外,各工序也可以进行多次。第1工序和第2工序之间的间隔根据环境温度等而不同,但通常优选0.1~1200秒,更加优选0.5~600秒,特别优选1~300秒。主要地,可以根据各工序的时间长短来调整蹼状的吸液性聚合物和粘结粒子状吸液性聚合物的重量比。
第2种制造方法是,同时进行在聚合性单体的聚合率低的状态下与基体材料接触的工序、和在聚合性单体的聚合率高的状态下与基体材料接触的工序的方法。通过同时进行2个工序,制造效率得以改善。在液滴的形成中通常使用喷嘴,但在各工序中使用的喷嘴可以设置为液滴落下的空间相互重叠,也可以设置为不重叠。优选设置为空间重叠的方法。各工序中使用的喷嘴之间的距离以中心线之间计通常为0.5cm~100cm,优选1cm~50cm,更加优选2cm~30cm。
另外,为了生成部分包埋基体材料和表面粘接基体材料二者,基体材料接触时的聚合性单体的聚合率之差优选10~80%,更加优选10~70%。最为优选10~60%。
(干燥处理)
通常对上述方法得到的吸液性复合体实施干燥处理。在进行后述的残存单体处理时,干燥处理优选在残存单体处理后进行。另外,在其他的附加工序中,使用水或溶剂这样的介质以及水蒸气等蒸气使吸液性复合体湿润时,干燥处理优选在其后进行。干燥处理通常干燥至含水率为10重量%以下。从品质(不易引起由于吸液性聚合物的聚合物链断裂而导致的杂质增加、以及水可溶性成分的增加等劣化)以及干燥效率(需要的时间)的观点来看,干燥温度优选设定为100~150℃的范围内。
(其他的附加工序)
在本发明的吸液性复合体的制造方法中,还可以实施残存聚合物处理;表面交联处理;赋予进一步的功能的处理;成型;热熔合处理;压实处理;薄膜化处理;再利用处理等。
(残存单体处理)
在本发明的吸液性复合体的制造方法中,优选实施减少残存聚合物的处理。在实施后述的成型或添加剂处理时,减少残存聚合物的处理通常在其之前进行。作为减少残存单体的方法,可以举出,1)使残存单体进行聚合,2)将残存单体导入到其他的衍生物中,3)除去残存单体等方法。
吸液性聚合物中的残存单体的定量通常如下进行:用水萃取吸液性聚合物中的残存单体,并测定其浓度。浓度测定通过高速液相色谱(LC)或气相色谱(GC)法进行。无臭味、无腐蚀、不显示有害性的适当的残存单体量根据用途而不同,但在非卫生材料的情况下,通常优选10000ppm以下,更加优选5000ppm以下,特别优选2000ppm以下。对于尿布等卫生材料,优选2000ppm以下,更加优选1000ppm以下,特别优选500ppm以下,最为优选300ppm以下。
作为1)的使残存单体进行聚合的方法,可以举出,例如,加热;与聚合促进剂接触;照射紫外线、电子射线、放射线等能量射线的方法。
通过加热减少残存聚合物的处理通常是通过将吸液性复合体加热到100~250℃,使残存单体聚合。
使用聚合促进剂的方法通常是使促进残存单体聚合的物质与吸液性复合体接触后进行加热。例如,在使用氧化还原类聚合引发剂进行聚合时,在氧化剂残留的情况下,接触还原剂,相反,在还原剂残存的情况下,接触氧化剂。作为用作聚合促进剂的还原剂,可以使用与作为用作先前的氧化还原类聚合引发剂的还原剂而举出的物质相同的物质等。具体地,可以举出,亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、L-抗坏血酸等。作为用作聚合促进剂的氧化剂,可以使用与作为用作先前的氧化还原类聚合引发剂的氧化剂而举出的物质相同的物质等。具体地,可以举出,过氧化氢、叔丁基过氧化氢、异丙苯过氧化氢等过氧化物;过硫酸铵、过硫酸钾等过硫酸盐;铈盐;高锰酸盐;亚氯酸盐、次氯酸盐等无机盐等。这些聚合促进剂通常制成0.5~5重量%的水溶液,与吸液性复合体接触。相对于干燥的吸液性聚合物,聚合促进剂的量优选0.1~2重量%。聚合促进剂可以采用以下方法与吸液性聚合物接触,即,用喷雾器将聚合促进剂喷射到吸液性聚合物上,或者将吸液性聚合物浸渍在聚合促进剂溶液中等方法。聚合促进剂处理的加热条件为:例如在L-抗坏血酸(还原剂)的情况下,通常在100~150℃下进行10~30分钟。通过加热,吸液性复合体中的含水率降低,但如果需要进一步降低含水率时,可以进一步实施干燥处理。
照射紫外线、电子射线、放射线等能量射线的方法在照射装置上没有特别的限制,可以使用任意的装置。例如,可以是将吸液性复合体静置,对其照射一定时间的能量射线的装置。另外,也可以是用传送带连续移动吸液性复合体,对其照射能量线的装置。照射强度、照射时间等照射条件根据基体材料的种类、残存单体量等适当选择。只要不会大幅度损害本发明的吸液性复合体的优异效果,则照射条件没有特别的限制。
作为紫外线的照射装置,可以使用通常的紫外线灯等。紫外线灯的强度优选10~200W/cm,更加优选30~120W/cm。另外,灯-复合体的间隔优选2~30cm,照射时间优选0.1秒~30分钟。照射时的温度可以是室温。照射时的气体氛围可以是在氮、氩、氦等非活性气体氛围下,也可以是在空气中。照射时的压力可以在加压下,也可以在常压下,还可以在减压(包括真空)下。从残存单体的易动性、吸液性聚合物的紫外线透过性优异方面看,相对于1重量份吸液性聚合物,照射时的吸液性复合体的含水率通常为0.01~40重量份,优选0.1~1.0重量份。另外,要将吸液性聚合物的含水率调整为适合照射紫外线的范围,可以事先实施上述干燥处理。
作为放射线使用加速电子或γ射线等高能放射线。通常,从容易得到兼备适当的吸液量和吸液速度的产品的观点来看,照射射线量优选0.01~100Mrad,优选0.1~50Mrad。照射时的温度可以是室温。照射时的气体氛围可以是在氮、氩、氦等非活性气体氛围下,但从吸液量和吸液速度优异,容易将残存单体降低到500ppm以下的观点来看,优选在空气下。照射时的压力可以是在加压下,也可以是在常压下,还可以在减压(包括真空)下。从残存单体的易动性、吸液性聚合物的紫外线透过性优异的观点看,相对于1重量份吸液性聚合物,照射时的吸液性复合体的含水率通常为0.01~40重量份,优选0.1~1.0重量份。另外,要将吸液性聚合物的含水率调整为适合照射紫外线的范围,可以事先实施上述干燥处理。
作为2)的将残存的单体导入到其他衍生物中的方法,可以举出,例如,添加相对于聚合结束后的吸液性聚合物为0.001~5.0重量份的胺、氨等氨取代物类;亚硫酸氢盐、亚硫酸盐、焦亚硫酸盐等还原剂的方法等。
作为3)的除去残存单体的方法,可以举出,例如,通过有机溶剂,萃取/馏出残存单体的方法等。通过有机溶剂萃取的方法通常是将吸液性复合体浸渍在含水有机溶剂中来进行。作为含水有机溶剂,可以使用甲醇、乙醇、丙酮等水溶性有机溶剂和水。通常,含水有机溶剂中的含水率越高,残存单体除去能力越高,但过高时,在后续干燥工序中的能量消耗量增多,因此,含水有机溶剂中的含水率优选10~99重量%,特别优选30~60重量%。将吸液性复合体浸渍在含水有机溶剂中的时间通常为5~30分钟。将吸液性复合体浸渍在含水有机溶剂中时,优选同时使用摇动吸液性复合体等促进残存单体的萃取的方法。浸渍处理后,通常用干燥机进行干燥。
另外,作为馏去残存单体的方法,有用含有过热水蒸气的气体处理吸液性复合体的方法等。例如,通过将110℃的饱和水蒸气进一步加热到120~150℃,并与吸液性复合体接触,可以降低吸液性聚合物中的残存单体。在该方法中,吸液性聚合物中的水变为水蒸气而蒸发时,认为残存单体也气化而从吸液性聚合物中除去。按照该方法,可以同时进行残存单体的除去和制品的干燥。
(表面交联处理)
在本发明的吸液性复合体的制造方法中,优选使用交联剂实施表面交联处理。一般来说,使吸液性聚合物的表面交联时,可以认为在吸液性聚合物吸液而膨润时,表面可以维持其形状,并且不易引起吸液性聚合物之间粘着变形,从而堵塞吸液流路的现象(称为凝胶粘连现象),因此吸液速度提高。吸液性聚合物的交联处理通常是在使交联剂和水分与粉末状的吸液性聚合物粒子表面接触后,对其进行加热来进行。可以认为通过该处理,可以在表面选择性地形成交联结构,降低吸液时的膨润阻碍,因此可以容易地维持吸液性聚合物的形状。
实施表面交联处理时,由于在使交联剂溶液接触吸液性复合体之后再通过加热等使之交联的方法是简便的,故优选。作为交联剂,可以使用与在上述聚合物时可以同时使用的交联剂同样的物质。相对于吸液性复合体,交联剂通常使用0.1~1重量%,优选0.2~0.5重量%。为了使吸液性复合体的表面得到均匀处理,交联剂优选制成0.1~1重量%,特别是0.2~0.5重量%的水、乙醇、甲醇等的溶液使用。具体地,可以使用通过喷雾器等喷射交联剂溶液、用辊刷等涂布等方法来进行。另外,接触过量的交联剂溶液后,用压榨辊在吸液性复合体不破损的程度下轻轻压榨,或吹风等,可以除去剩余溶液。交联剂溶液通常在室温下与吸液性复合体接触。交联反应的条件可以根据使用的交联剂适当选择,但通常是在100℃以上的温度下反应10分钟以上。
(添加剂处理)
本发明的吸液性复合体通过添加剂处理可以赋予各种功能。作为赋予的功能,可以举出,吸液性聚合物本身的性能或品质的改良、以及以吸液性复合体作为吸液性物品时提高该物品的品质等。作为改善吸液性聚合物本身的性能或品质的药剂,可以举出,氧化剂、还原剂、发泡剂、发泡助剂等。作为提高吸液性物品的品质的药剂,可以举出,在吸液性聚合物与体液接触时使之稳定的稳定剂;缓解由于体液产生的臭气和腐烂臭等的抗菌剂、消臭剂、脱臭剂、芳香剂;提高吸液性复合体与皮肤接触时的安全性的pH调节剂、将皮肤保持为弱酸性的药剂、中和剂等。
采用这些添加剂的处理可以在制造吸液性复合体的各工序中根据目的、作用机理适当实施。发泡剂优选在吸液性聚合物的制造工序中使用,具体地,优选在聚合前~聚合过程中添加。提高吸液性物品的品质的药剂优选在“吸液性复合体的制造工序”~“吸液性物品的制造工序”中添加。这些添加剂也可以用于构成吸液性复合体以外的吸液性物品的成分中。
在吸液性复合体中残存有制造时使用的还原剂或氧化剂时,氧化剂和还原剂发挥将其分解除去的效果。作为氧化剂和还原剂,可以分别使用上述氧化剂等以及上述还原剂等。这是由于还原剂或氧化剂残存时,其被热或光分解,使吸液性聚合物的主链断裂,使水可溶成分增加,或者生成分解物,从而有时成为着色、臭气的原因。
发泡剂以及发泡助剂通过将吸液性聚合物多孔化,扩大表面积而发挥提高吸液性能的效果。作为发泡剂、发泡助剂,可以举出,碳酸氢钠、亚硝基化合物、偶氮化合物、磺酰/酰肼等热分解产气化合物等(参照“橡胶·塑料配合药品”Rubber Digest公司,1989,259~267页)。
稳定剂是防止由于排泄物(尿、粪便等)、体液(血液、经血、分泌液等)等导致的吸液性聚合物的分解和变质的物质。具体地,可以举出,在吸液性聚合物中含有稳定剂的方法等。作为稳定剂,可以举出,含氧还原性无机盐和/或有机抗氧剂(参照特开昭63-118375号公报)、氧化剂(参照特开昭63-153060号公报)、抗氧剂(参照特开昭63-127754号公报)、含硫还原剂(参照特开昭63-272349号公报)、金属螯合剂(参照特开昭63-146964号公报)、自由基链抑制剂(参照特开昭63-15266号公报)、膦酸基和含膦酸基的胺化合物或其盐(参照特开平1-275661号公报)、多价金属氧化物(参照特开昭64-29257号公报)、水溶性链转移剂(在聚合时共存)(参照特开平2-255804号公报以及特开平3-179008号公报)等。另外,也可以使用草酸钛酸钾、丹宁酸、氧化钛、膦酸胺(或其盐)、膦酸胺(或其盐)、金属螯合物等(参照特开平6-306202号公报、特开平7-53884号公报、特开平7-62252号公报、特开平7-113048号公报、特开平7-145326号公报、特开平7-145263号公报、特开平7-228788号公报以及特开平7-228790号公报)。这些当中,特别是,有时将对人尿、人血、经血的稳定剂分别称为“人尿稳定剂”、“人血稳定剂”、“经血稳定剂”。
抗菌剂是为了防止由于吸收的液体导致的腐败等而使用的物质。抗菌剂大致区分为氮化合物类、取代酚类、金属化合物类、表面活性剂的稀土盐类、银类无机粉末等。氮化合物类大致区分为环式氮化合物和非环式氮化合物。对于抗菌剂,可以参照《杀菌·抗菌技术的新展开》17~80页(东レ研究中心(1994))、《抗菌·抗霉剂的检查·评价法和制品设计》128~344页(NTS(1997))、专利第2760814号公报、特开昭39-179114号公报、特开昭56-31425号公报、特开昭57-25813号公报、特开昭59-189854号公报、特开昭59-105448号公报、特开昭60-158861号公报、特开昭61-181532号公报、特开昭63-135501号公报、特开昭63-139556号公报、特开昭63-156540号公报、特开昭64-5546号公报、特开昭64-5547号公报、特开平1-153748号公报、特开平1-221242号公报、特开平2-253847号公报、特开平3-59075号公报、特开平3-103254号公报、特开平3-221141号公报、特开平4-11948号公报、特开平4-92664号公报、特开平4-138165号公报、特开平4-266947号公报、特开平5-9344号公报、特开平5-68694号公报、特开平5-161671号公报、特开平5-179053号公报、特开平5-269164号公报以及特开平7-165981号公报等。
环式氮化合物主要使用季氮化合物。作为环式季氮化合物,可以举出,烷基吡啶盐、吡硫盐等,作为烷基吡啶盐,可以举出,氯化十二烷基吡啶、氯化十四烷基吡啶、氯化十六烷基吡啶(CPC)、氯化十四烷基-4-乙基吡啶以及氯化十四烷基-4-甲基吡啶等,作为吡硫盐,可以举出吡硫锌等。
非环式氮化合物大致分为季氮化合物和多氮化合物。作为季氮化合物,可以举出,氯化甲基苯乙铵、氯化苄烷铵、十二烷基三甲基溴化铵、十四烷基三甲基溴化铵以及十六烷基三甲基溴化铵等。作为非环式季氮化合物,可以举出,氯化苄烷铵等。
作为非环式多氮化合物,可以举出,胍衍生物、多胍基类等。作为多胍基类,可以举出,双缩二胍类(参照美国专利第2684924号,美国专利2990425号公报、美国专利第2830006号公报以及美国专利第2863019号公报)。双缩二胍类是指由碳酸衍生的酰亚胺聚甲酰亚胺酸-二酰胺。这些当中,优选1,6-双(4-氯苯基)二胍基己烷。1,6-双(4-氯苯基)二胍基己烷是氯化双己咪唑(chlorohexidine)及其水溶性盐。作为1,6-双(4-氯苯基)二胍基己烷,特别优选氯化双己咪唑的盐酸盐、乙酸盐以及葡糖酸盐。
作为非环式单氮化合物,可以举出,均二苯脲类等。均二苯脲类是指苯胺衍生物的氨基甲酸苯酯,也包括3,4,4’-三氯二苯脲(TCC、trichlorocarban)以及3-(三氟甲基)-4,4’-二氯二苯脲(IRGASN)。
作为抗菌剂使用的取代酚,可以举出,5-氯-2-(2,4-二氯苯氧基)苯酚(IRGASAN DP-300)等。作为抗菌剂使用的金属化合物,可以举出,石墨以及锡的盐等,也包括氯化锌、硫化锌以及氯化锡等。作为抗菌剂使用的表面活性剂的稀土盐,可以使用C10~C18的直链烷基苯磺酸的镧盐等(参照欧洲专利第10819号公开公报)。
除臭剂、脱臭剂、芳香剂发挥防止或缓解因吸液而产生臭气的效果。具体地,作为除臭剂或脱臭剂,可以举出,铁配位化合物、茶提取成分、活性炭等。作为芳香剂,可以举出,香料类(柠檬醛、肉桂醛、胡椒醛、樟脑、乙酸冰片酯)、焦木酸、对二氯苯、表面活性剂、高级醇、萜烯类化合物(柠檬烯、蒎烯、樟脑、冰片、桉树脑、丁子香酚)等(参照《新除臭·脱臭剂和技术与展望》,东レ研究中心(1994)、特开昭59-105448号公报、特开昭60-158861号公报、特开昭61-181532号公报、特开平1-153748号公报、特开平1-221242号公报、特开平1-265956号公报、特开平2-41155号公报、特开平2-253847号公报、特开平3-103254号公报、特开平5-269164号公报以及特开平5-277143号公报)。
作为pH调节剂、将皮肤保持为弱酸性的药剂以及中和剂,可以举出,天然果实酸(苹果酸、琥珀酸、柠檬酸、酒石酸、乳酸等)、碱金属盐以及碱土金属盐(磷酸、碳酸等)等。
(成型处理)
在本发明的吸液性复合体的制造方法中,优选进一步实施成型处理。可以认为这是因为,吸液性聚合物的表面侧和背面侧的基体材料接近到足够引起通过吸液性聚合物的空隙或空孔接触或吸液的液体的毛细管现象的程度。所谓成型,是指配合用途进行赋形。成型包括,例如,立体赋形为球、棒或鞍这样的形状,增加凹凸或褶皱,挤压赋形为一定的花纹或图案。只要是将吸液性复合体成型为目标形状,则成型可以使用任意方法,但从简便的方面来看,优选压缩成型。压缩成型时的压力可以以超过基体材料的屈服点以使吸液性复合体不会恢复的压力进行成型。具体地,优选5~20MPa、特别优选7~15MPa。
(热熔合处理)
在本发明的吸液性复合体的制造方法中,当基体材料为热塑性时,可以通过将其加热到熔点或软化点以上,且低于劣化温度(通常,将该温度范围称为成型温度)来进行热熔合。具体地,例如,在吸液性聚合物的两侧具有热塑性基体材料的情况等,以基体材料的成型温度对基体材料进行加热并挤压成加热点状、线状、网格状等任意的形状,由此可以制成基体材料彼此之间部分粘结,并且耐剪切应力强的复合体等。另外,对于热塑性的基体材料,也可以在与粘结吸液性聚合物的一面相反的面上通过使其他的热塑性材料进行热熔合而设置。
(压实处理)
在本发明的吸液性复合体的制造方法中,还可以实施压实处理。压实处理可以发挥如下效果:通过加热使吸液性复合体的密度提高,同时,使吸液速度提高,并使吸液性聚合物和基体材料的粘结性提高等。作为吸液速度提高的原因,认为是由于吸液性聚合物和基体材料或基体材料之间的接触的或接近而引起毛细管现象等。压缩成型的加压主要是为了赋形而进行的。另一方面,压实处理的加压主要是为了提高密度和性能而进行的。这里,也可以在一次加压中同时实施该二者(成型和压实)。
作为压实处理中使用的装置,例如,可以使用平板压合机、辊压机等压合机等。压实处理时的压力优选5~20MPa,特别优选7~15MPa。在上述上限以下时,在吸液性聚合物破损后其碎片不易漏出,或者在吸液时吸液性聚合物不易脱离基体材料,故优选。另外,压实处理时还可以加热。但是,优选温度不太高的,即,不会使基体材料彼此粘结形成网络而损害吸液性复合体的通液性、柔软性,特别优选基体材料的熔点以下。压实处理时可以通过加湿来提高表面亲水性。加湿通常使用蒸气。
在将使用了吸液性复合体的吸液性物品制成薄型时,优选将本发明的吸液性复合体薄型化。吸液性复合体的厚度优选0.2~10mm,更加优选0.4~2.5mm,特别优选0.6~1.5mm。作为适合该范围的吸液性复合体的松密度,优选0.20~1.10g/cm3,更加优选0.20~0.85g/cm3。另外,作为吸液性聚合物片的松密度优选0.20~1.10g/cm3,更加优选0.30~0.85g/cm3,特别优选0.40~0.85g/cm3
薄型化只要不会大幅度损害本发明的吸液性复合体的优异性能并能够薄型化即可,可以使用任何方法进行。例如,可以举出加压处理等。
加压处理可以使用平板压合机、辊压机等压合机等进行。压合时的压力在吸液性聚合物不会破损的范围内选择。如果吸液性聚合物破损,有可能会从基体材料上脱离,并从吸液性复合体中漏出,在膨润时吸液性凝胶会从基体材料上脱离,导致吸收性复合体的性能降低。
通常,纤维质基体材料即使是通过加压而压缩,在停止加压时,也容易恢复到压缩前的厚度。该性质称为压缩恢复性。加热处理对减轻压缩恢复性是有效的。另外,在亲水性的纤维质基体材料的情况下,加湿处理对降低压缩恢复性也是有效的。
从不易引起由于基体材料彼此之间的粘结而形成网络,并且柔软性以及手感良好的观点来看,加热处理优选在基体材料的熔点以下进行。
加湿处理采用例如用喷雾器等将水喷射在吸液性复合体上以蒸气形式供给等方法进行。加湿量根据吸液性复合体中的吸液性聚合物的含量等适当选择。加湿量通常为每1m2为500g以下,优选每1m2为300g以下,更加优选每1m2为100g以下。在上述范围内时,由于以下理由而优选:不易引起吸液性聚合物的软化(破碎),粘结粒子的粘结强度强,不易引起由于基体材料彼此的粘结导致的网络形成,柔软性和手感良好,并且因加湿处理而增加的水分容易除去等。以蒸气形式供给水分时,从不易引起对吸液性聚合物的浸透性以及吸液性聚合物的膨润的观点来看,蒸气压力优选比10MPa低,更加优选比1MPa低。蒸气供给速度根据吸液性复合体中的吸液性聚合物的含量、加湿处理时间等适当选择。蒸气供给速度每1m2吸液性复合体通常为300kg/hr以下,优选100kg/hr以下,更加优选50kg/hr以下。处理时间通常为1小时以下,优选30分钟以下,更加优选20分钟以下。
作为本发明的吸液性复合体,典型的形态为吸液性聚合物粘结在基体材料上的二层结构。将本发明的吸液性复合体用于吸液性物品时,通常在其吸液性聚合物一侧再贴合其他材料。实施压缩成型、压实处理或薄型化处理时,从材料的固定性和吸液性聚合物的保护方面来看,与该贴合的材料一起加压是合适的。不在吸液性复合体上贴合基体材料时,为了保护吸液性聚合物,可以在压缩成型、压实处理或薄型化处理时在吸液性聚合物的表面铺设遮盖片,之后将其去除。
(再利用处理)
从资源的有效利用以及减少废弃物的观点来看,本发明的吸液性复合体的制造方法中的各工序中的边料、剩余材料、辅助材料等,优选设置再利用工序,将其再利用。具体地,希望从制造过程中的废料、以及由于污染或规格外等产生的返工品、以及使用过的产品中回收吸液性聚合物。对于吸液性聚合物的回收,已知例如,通过将卫生用品进行振动处理,筛分吸液性聚合物粉末,并进行分级的方法等(参照特开2003-39023号公报)。作为本发明的吸液性复合体,优选容易实施再利用处理的制品。具体地,优选使用例如,如未成型纤维那样的容易开纤、分级的基体材料。特开平11-93073号公报中所述的吸液性复合体为了提高吸液性聚合物片的保形稳定性而将准球状的吸液性聚合物粒子不连续地固定在非成型纤维的表面上。这样,非成型纤维通过吸液性聚合物粒子结合成三维网络状,与此相比,通过纤维的缠绕而绕合在一起的未成型纤维等由于开纤容易因而优选。
开纤可以从与基体材料的说明中所述的开纤机同样的各种公知的开纤机等中选择适当的方法使用。这些当中,优选销钉(pin)或刀片(blade)多的开纤机。另外,开纤优选在吸液性聚合物不会由于机械冲击而破损的装置或条件下进行。开纤可以采用以下方法进行:通过使具有针状的销钉的料筒(cylinder)彼此同方向旋转,在料筒之间梳理开纤的方法;通过使料筒逆方向旋转,使之与壳(housing)相碰撞,利用离心力产生的冲击力进行开纤的方法(参照特开平5-9813号公报、特开平6-57542号公报);使用具有针状的销钉的料筒和具有针状销钉的辅助板,在抑制基体材料的断裂的同时,将吸液性复合体进行机械开纤的方法等。
开纤后的吸液性复合体的筛分优选在吸液性聚合物不会破损的装置或条件下进行。具体地,例如,可以使用公知的强制搅拌、强制振动操作中的任意一种或二者,通过从筛网的相反侧进行抽吸等减压操作而筛分出来。开纤和筛分也可以同时进行。
(吸液性复合体的制造装置)
采用图11和12说明本发明的吸液性复合体的代表性制造装置的构成例。
在图11中,101为堆积非成型纤维的塔,102为聚合塔,103为表面处理剂喷雾机、104为干燥塔、105和106为驱动辊、107为拉设在驱动辊105、106上的传送带(网状带)。使用其,按照以下工序连续生产吸液性复合体。
将纤维S从纤维堆积塔101堆积到传送带107上。将来自聚合塔102的聚合过程中的粒子J载于其上。使用表面处理剂喷雾机103对其上喷射表面处理剂。将其在干燥塔104内通过,使之干燥。用压辊108将其压制。采用卷取机109将其卷取。
图11的非成型纤维堆积塔101、聚合塔102以及表面处理剂喷雾机103分别可以分为2段以上。图12示出了分为2段的图。图12的101A和101B为非成型纤维堆积塔、102A和102B为聚合塔、103A和103B为表面处理剂喷雾机。另外,在图12中,干燥塔省略了图示。
更加详细地进行说明。为使非成型纤维变得均匀,优选通过气力运输投入到非成型纤维堆积塔101中。从非成型纤维堆积塔内落下的非成型纤维S均匀地落下并堆积在传送带107上。这里,在非成型纤维堆积塔101的下方设置抽吸器201,从传送带的另一侧进行抽吸,可以促进堆积。非成型纤维可以混合2种以上进行供给。非成型纤维堆积塔通过2塔以上串联设置,可以堆积2种以上的非成型纤维。将堆积到传送带107上的非成型纤维搬运到聚合塔102上。在聚合塔102中,在非成型纤维上,聚合性单体边聚合,边成为液滴落下。
在上述代表的制造方法中,通过适当设定制造条件,可以制造各种形状的吸液性复合体。以下,说明其代表形状的3种结构。
第1结构为具有2种以上的基体材料层的吸液性复合体。其可以通过使用具有2段以上的非成型纤维堆积塔的制造装置(参照图12),在各非成型纤维堆积塔(例如,图12的第1非成型纤维堆积塔101A和第2非成型纤维堆积塔102B)中使用不同的纤维来制造。这里,通过适当选择来自各非成型纤维堆积塔(例如,图12的第1非成型纤维堆积塔101A和第2非成型纤维堆积塔102B)的纤维的供给量、来自各聚合塔(例如,图12的第1聚合塔102A和第2聚合塔102B)的吸液性聚合物的原料的供给量、以及单体聚合率等,可以得到吸液性复合体的形态或吸液性聚合物量等不同的吸液性复合体。具体地,通常,从非成型纤维堆积塔供给的纤维的每单位面积的重量优选10~1000g/m2。另外,通常,由聚合塔供给的聚合过程中的液滴的每单位面积的重量相对于后述的保水能力测定时的干燥重量,吸液性聚合物的量优选10~500g/m2
第2结构为纤维层比较厚的吸液性复合体。其可以通过增加来自非成型纤维堆积塔的纤维供给量来制造。此时,聚合过程中的液滴与堆积得比较厚的纤维堆积层接触,形成吸液性复合体。例如,使用具有上述非成型纤维堆积塔等各2段的制造装置时(参照图12),成为纤维堆积层/吸液性聚合物层/纤维堆积层/吸液性聚合物层的4层叠层结构。
第3结构是在吸液性聚合物层的上下叠层了纤维堆积层的吸液性复合体。其可以通过以下方法制造,在具有上述非成型纤维堆积塔等各2段的制造装置(参照图12)中,使用没有后段的第2聚合塔和第2表面处理剂喷雾机的装置,增加各非成型纤维堆积塔中的纤维供给量。
除上述3种结构以外,本发明的吸液性复合体还可以通过以下方法制造:通过采用上述方法将成型为片状的吸液性复合体进行开纤、筛分,回收吸液性聚合物和基体材料,再将其叠层,并通过热压合进行片化。此时,也可以进一步在吸液性复合体中混合上述的自由纤维和/或粉末的吸液性聚合物等,然后进行片化。另外,还可以从非成型纤维堆积塔供给开纤的纤维来代替非成型纤维,并采用液滴聚合法使吸液性聚合物粘结在其上。另外,该方法也适用于从制造过程中的废料、以及污染或规格外等产生的返工品以及使用过的产品中回收的吸液性聚合物等的再利用。
IV.吸液性复合体
本发明的吸液性复合体的特征在于,粘结粒子状或蹼状的吸液性聚合物粘结在基体材料上。本发明的吸液性复合体中的基体材料和吸液性聚合物的重量比(后述的保水能力测定时的进行了干燥后的重量比)优选可以充分得到以下两种效果的范围,所述效果是,保形稳定性等主要由基体材料产生的效果、和吸液性等主要由吸液性聚合物产生的效果。具体地,基体材料和吸液性聚合物的重量比优选1∶1~1∶1000000,更加优选1∶2~1∶100000,尤其优选1∶3~1∶10000。
(吸液)
由本发明的吸液性复合体产生的吸液可以从基体材料侧进行,也可以从吸液性聚合物侧进行。本发明的吸液性复合体优选吸液侧为疏水性,而其相反侧为亲水性的。为了在吸液侧使液体扩散,使其迅速浸透吸液性聚合物,优选将基体材料的吸液性聚合物一侧设置为亲水性,而其相反侧设置为亲水性,并从疏水性一侧吸液。可以认为在基体材料中,通过毛细管现象而具有比吸液性聚合物更快地将液体吸收、贮藏在其间隙中,然后再分配给吸液性聚合物的作用。
(吸液性复合体的结构)
本发明的吸液性复合体中,基体材料可以位于吸液性聚合物的一面,也可以位于两面。吸液性聚合物具有粘接性、附着性、吸湿性时,吸液性聚合物的两面被基体材料包覆时,不易发生对卷取辊等接触部或滑动部的附着,生产线操作性优异。本发明的吸液性复合体可以是分别具有多层吸液性聚合物和/或基体材料的多层结构。本发明的吸液性复合体具有多层基体材料时,各基体材料的材质、厚度等可以相同,也可以不同。基体材料优选绒毛浆和/或非织造布。具有多层吸液性聚合物层时,优选各吸液性聚合物层与基体材料粘结。另外,在吸液性聚合物层的两面具有基体材料时,优选吸液性聚合物与其两侧的基体材料粘结。
在两面具有基体材料的结构可以通过以下方法制造,例如,(1)虽然一面上已经粘结了第1基体材料,但可以使第2基体材料与聚合反应未结束的状态的吸液性聚合物的另一面接触并使之粘结;(2)同时进行2种液滴聚合,使刚刚与基体材料接触后(虽然粘结在基体材料上,但聚合未结束的状态)的吸液性聚合物的表面彼此接触;(3)通过加热、加压等将基体材料粘结在复合体的吸液性聚合物一侧,所述复合体是在吸液性聚合物上粘结了基体材料的复合体。这些当中,在剥离强度这点上,优选(2)。在使用虽然粘结在基体材料上但聚合反应未结束的状态的吸液性聚合物的方法的情况下,可以加压到刚刚聚合后的吸液性聚合物不会破损的程度,具体地,优选加压到0.0001~1MPa,更加优选加压到0.001~0.1MPa。使用虽然粘结在基体材料上但聚合反应未结束的状态的吸液性聚合物的方法是利用聚合反应未结束的状态的吸液性聚合物的粘结力使吸液性聚合物与基体材料粘结,再通过进行聚合使之粘结。
在本发明的吸液性复合体的制造方法中,与第2基体材料接触时的第1基体材料上的聚合性单体的聚合率优选10~80%,更加优选15~65%,特别优选20~60%,最为优选25~55%。另外,与第2基体材料接触时的第1基体材料上的聚合性单体的含水率优选25~80%,更加优选30~75%,特别优选35~70%,最为优选40~65%。为了将聚合率或含水率控制在这些范围内,例如,在氛围气体为0~40℃的条件下,通常,从液滴滴下到接触第2基体材料的时间优选60分钟以内,更加优选30分钟以内,特别优选20分钟以内。
(吸液性复合体的厚度)
本发明的吸液性复合体的吸液速度取决于构成其的各层的种类、厚度、结构等。这些主要因素中,吸液性复合体的厚度的影响大。通常,从各层间的密合性以及容易引起毛细管现象这点看,吸液性复合体的厚度优选薄的。另一方面,在吸液性聚合物的物理拘束弱这一点上,优选厚的。具体地,例如,吸液性复合体的厚度的下限优选200μm,更加优选400μm,最为优选600μm,其上限优选10000μm,更加优选2500μm,最为优选1500μm。为了将本发明的吸液性复合体制成这样的适当的厚度,优选实施压缩成型。
基体材料层的厚度优选0.1~100mm。另外,吸液性聚合物层的厚度的下限优选50μm,更加优选100μm,特别优选200μm,上限优选3000μm,更加优选2000μm,特别优选1000μm。
(吸水速度)
本发明的吸液性复合体的吸水速度通常为1秒以上,优选10秒以上,并且通常为100秒以下,优选70秒以下,更为优选50秒以下,特别优选30秒以下。作为吸液性复合体的优选的吸水速度取决于吸液性复合体的用途或制成吸液性物品时的构成等。例如,在尿布的情况下,从液体向基体材料和吸液性聚合物以外的材料的扩散性、分配性等观点来看,其吸液速度存在适当的范围。本发明的吸液性复合体,特别是在使用于尿布等用途时,显示合适的吸水速度。虽然并没有依据任何理论,但作为合适的理由,认为这是由于在进行薄型化时,吸液性聚合物侧的基体材料和其相反侧的基体材料充分接近到通过吸液性聚合物的空隙、空孔等而相接触,或者诱发吸收的液体的毛细管现象的程度等。
吸水速度按照以下要点通过吸液性复合体在常温常湿下的吸水性能来评价。另外,本发明中所谓的常湿是指湿度为30~70%。在测定吸水速度时,首先将吸液性复合体切断成40cm×20cm的长方形。在吸液性聚合物的两侧存在基体材料等时,剥掉一方的基体材料等。将同样尺寸的绒毛浆(每单位面积的重量为100g/m2)放置在同样尺寸的平滑的不锈钢板(厚度为3mm)上。以吸液性聚合物一侧为下侧地将吸液性复合体放置在绒毛浆上。在吸液性复合体上放置同样大小的平滑的不锈钢板(厚度为3mm)。从不锈钢板的上下对该叠层体施加10MPa的负重。在室温下放置5分钟后放开压力,取出吸液性复合体。从得到的吸液性复合体的中央部切出5cm×5cm的正方形,将其浸渍在加入到直径为10cm的玻璃制皿内的25ml纯水内,测定直到皿底的一部分曝露于空气中的时间(吸水速度/秒)。将测定时间作为吸水速度(单位:秒)。
(吸液量)
用吸液量评价本发明的吸液性复合体的保水能力时,本发明的吸液性复合体的保水能力特别优选为25~50%以下。
(加压下的吸液能力)
在本发明的吸液性复合体中,特别优选的是,用后述方法测定的加压下的吸液能力为:在20g/cm2负重下为10~35,在50g/cm2负重下为8~20。
(吸液性聚合物的脱落率)
在本发明的吸液性复合体中,特别优选的是,吸液性聚合物的脱落率为30重量%以下。认为这是因为本发明的吸液性复合体通过起绒处理,纤维更深、或更长地包埋或粘接在吸液性聚合物中。
(吸液后的凝胶脱落率)
在本发明的吸液性复合体中,特别优选的是,凝胶脱落率为60重量%以下,另外,最为优选的是20重量%以下。采用以往的液滴聚合法得到的吸液性聚合物的凝胶脱落率为50重量%以上。认为这是因为本发明的吸液性复合体通过起绒处理,纤维更深、或更长地包埋或粘接在吸液性聚合物中。另外,与吸液性聚合物的脱落率相比,起绒的效果大多在吸液后的凝胶脱落率中显著地表现出来。可以推测,膨润的吸液性聚合物与未膨润的吸液性聚合物相比,粘接状况的微小差异敏感地反映在脱落率上。
(吸液性复合体的抗弯性)
在本发明的吸液性复合体中,特别优选的是,使用后述的心环式织物刚性试验法测定的抗弯性为4cm以下。
(其他)
上述吸液性复合体的厚度、吸液速度、吸液量、吸液性聚合物的脱落率的评价在干燥状态下进行。干燥在不会使构成吸液性复合体的吸液性聚合物以及基体材料劣化的条件下进行直到实质上恒量化(直到吸液性复合体或吸液性聚合物的水分的减少量达到5重量%以下)。干燥条件根据吸液性聚合物和基体材料的每单位面积的重量等而不同。作为典型的干燥条件,例如,在含水量为40重量%、每单位面积的重量为300g/cm2以下的吸液性聚合物粘结在每单位面积的重量为40g/cm2的PET制成的非织造布的复合体的情况下,用120℃的温风干燥机干燥30分钟。
V.吸液性物品
(吸液性物品的结构)
本发明的吸液性复合体可以作为各种吸液性物品的材料使用。使用了本发明的吸液性复合体的吸液性物品的结构可以根据必要的功能或用途适当设定。典型地,可以举出,本发明的吸液性复合体和纤维的堆积层的叠层结构等。另外,还可以将本发明的吸液性复合体与吸液性物品中常用的材料(绒毛浆、薄纸、非织造布、聚烯烃片等)组合使用。
本发明的吸液性物品优选仅由本发明的吸液性复合体构成。但是,根据适应于用途的必要性等,只要不妨碍本发明的优异效果,也可以在本发明的吸液性复合体中追加自由纤维和粉末的吸液性聚合物。
自由纤维是未与吸液性聚合物粘结的纤维。作为自由纤维的效果,可以预见例如,柔软性、柔软感、导水性、通水性、水的扩散性、通气性等的提高等。另外,通过适当选择纤维的种类等,可以改善吸液性聚合物层的开纤性。使用自由纤维时,具体地,认为在吸液性聚合物层中混合存在非成型纤维作为自由纤维等。
使用自由纤维时,根据以上各观点,适当选择适当的种类、长度、直线性、径等的纤维。自由纤维的材质可以从作为部分包埋基体材料以及表面粘接基体材料所列举的材质等中适当选择。纤维长度和纤维的直线性等优选具有自由纤维不会从吸液性聚合物层漏出的程度的适度的易动性。另外,从容易实施再利用处理的观点来看,优选吸液性聚合物层开纤容易的。作为纤维长度,具体地,优选50~100000μm,更为优选100~50000μm,特别优选500~20000μm。纤维径必须是可以确保导水性或扩散性等自由纤维的使用效果的程度的粗度。另外,优选可以防止粘连的程度的粗度,并且具有容易与吸液性复合体混合,容易采用压缩成型等进行薄型化程度的适度的刚性。特别是,在使用于生理用品等卫生用品时,优选具有柔软的肌肤触感的粗度。作为纤维径,具体地,优选0.1~500分特,更加优选0.1~100分特,特别优选1~50分特,最为优选1~10分特。
本发明的吸液性物品含有自由纤维时,可以含有直到具有适度的蓬松度的程度的自由纤维,具体地,自由纤维和吸液性复合体的重量比(后述的保水能力测定时的进行了干燥后的重量比)优选90∶10~0∶100,更加优选80∶20~0∶100,特别优选50∶50~0∶100。
特别是,在纸尿布或卫生巾等中使用疏水性纤维(聚乙烯纤维、聚丙烯纤维、聚酯纤维等)的非织造布,可以改善体液等的扩散性。疏水性纤维中也可以混合绒毛浆、粉末的吸液性聚合物等。
作为粉末的吸液性聚合物,例如,可以使用聚丙烯酸钠、聚丙烯酸钾、丙烯酸-乙烯醇共聚物、聚丙烯酸钠交联体、淀粉-丙烯酸接枝共聚物、异丁烯-马来酸酐共聚物及其皂化物的粉末等各种市售品。其吸液能力优选相对于1g吸液性聚合物的吸液量为5~50g,更加优选10~50g,特别优选20~50g。粉末的吸液性聚合物优选在作为包括粉末在内的吸液性聚合物全体的吸液后的凝胶脱落率为5重量%以下的范围混合。粉末的吸液性聚合物可以在制造本发明的吸液性复合体和吸液性物品的各工序中混合。例如,可以举出,预先散布在聚合前的基体材料上、在聚合中添加到聚合塔内、在刚刚聚合后添加等。其中,从与吸液性聚合物的粘接性好,并且吸液性聚合物的脱落率以及吸液后的凝胶脱落率容易变得良好的观点来看,粉末的吸液性聚合物的添加优选在吸液性聚合物干燥前进行。
(尿布的结构)
以图19为例说明尿布的典型结构。图19是在不透水性片(例如,不透水性聚乙烯片)91上依次叠层薄纸92、吸液性复合体93、薄纸94、以及透水性纤维质材料(例如,透水性聚酯制造的非织造布)95的结构。对其施加压力使各层密合后,将4边热压合,由此可以制造吸液性物品。在该尿布中,液体从透水性聚酯制造的非织造布95侧浸入,被吸液性复合体93吸收。由于吸液性复合体93的上部配置了薄纸94或透水性聚酯制造的非织造布95这样的纤维质基体材料,因此,液体容易被迅速吸收,即使在吸液后对其施加压力,被吸收的液体也很难放出。
另外,在图19中,通过在吸液性物品中插入绒毛浆这样的具有蓬松性的材料,可以改善皮肤触感。这里使用的具有蓬松性的材料的每单位面积的重量优选80~250g/m2,更加优选100~220g/m2。具有蓬松性的材料优选设置在吸液性复合体93和不透水性聚乙烯片91等基体材料之间,但也可以从上下夹住吸液性复合体93。从上下夹住时,优选增大下侧的每单位面积的重量。
VI.用途
本发明的吸液性复合体可以使用在各种用途等中。具体地,例如,可以适用于儿童用纸尿布、成人用纸尿布、失禁用护垫(pad)、生理用品等卫生材料;废水等的吸收或保持用的片、防水材料、密封材料、建筑用防结露剂等工业材料;土壤保水剂、育苗用保水片、蔬菜等的保鲜剂、保水剂等农业、园艺材料;增泥材料(加泥材)、废泥处理剂、低摩擦材料等土木材料;润滑材料、空隙填充材料等建筑材料;灭火剂、耐火材料等安全材料;保冷剂、调湿材料等物流材料等。对于本发明的吸液性复合体的用途,可以参照:《高吸液性树脂的技术和市场》(Technomart,1981)、《高吸液性聚合物》(增田房义,共立出版,1987)、《功能性高分子凝胶的制造和应用》(入江正浩,CMC,1987)、《高吸液性树脂的开发动向及其用途展开》(大森英三,Technoforum,1987)、《高吸液性聚合的新用途开发》(CMC,1993)、工业材料(42卷4号,1994)、《高分子凝胶的最新动向》(柴山充弘,梶原莞尔,CMC,2004)、“Superabsorbent Polymers Science and Technology”(F.L.Bucholz & N.A.Peppas,American Chemical society,1993)以及“Modern SuperabsorbentPolymer Technology”(F.L.Bucholz & A.T.Graham,Wiley-VCH,1998)。
实施例
以下,列举实施例和比较例更为具体地说明本发明的特征。以下的实施例中所示的材料、使用量、比例、处理内容、处理程序等只要不脱离本发明的主旨,则可以适当变更。本发明的范围并不应该解释为以下所示的实施例所限定的内容。
<实施例1>
(原料制备)
向1250g的80重量%的丙烯酸水溶液中添加573g的48.5重量%的氢氧化钠水溶液、64g水、1.5g交联剂(N,N’-亚甲基双丙烯酰胺)以及50g的30重量%的过氧化氢水溶液,制备溶液A1。溶液A1的单体浓度为60重量%,中和度为50摩尔%。
向1250g的80重量%的丙烯酸水溶液中添加573g的48.5重量%的氢氧化钠水溶液、99g水、1.5g交联剂(N,N’-亚甲基双丙烯酰胺)以及15g的L-抗坏血酸,制备溶液B1。溶液B1的单体浓度、中和度与溶液A1相同。
(基体材料)
将纤维径6.7分特(线径25μm)、平均纤维长25mm、长径比1000、每单位面积的重量为40g/cm2、比容积50ml/g、松密度0.02g/ml的由直线状纤维制成的透气聚酯制造的非织造布剪成25cm×50cm的长方形,通过传送带放置在以0.05m/分的速度水平移动的带上。
这里,每单位面积的重量通过将基体材料剪成边长10cm的正方形,并将重量(g)除以面积而求出。比容积是用基体材料的容积除以重量来求得。基体材料的容积通过用数码光学显微镜从侧面测定剪成边长10cm的正方形的基体材料的厚度(cm),并用边长(10cm)的平方乘以厚度而算出。
(聚合反应)
使用图14所示的喷嘴装置混合溶液A1和溶液B1。该喷嘴装置具有2根吸液性聚合物的原料溶液供给配管,在每根配管上以1cm的间隔(喷嘴外周部之间的间隔)设置5根圆柱状的喷出喷嘴。各喷嘴的内径为0.13mm。对置的喷嘴彼此之间的交叉角度为30度,喷嘴前端的距离为4mm。两溶液均以加温到40℃的状态通过泵以5m/秒的速度流出。
溶液A1和溶液B1在对置的各喷嘴的延长线上的交点附近合流,形成10mm的液柱后,成为液滴,经气相中(空气中,常压,开放体系,温度50℃)落下。液滴的直径为300μm,液滴的空间密度为3g/m3。液滴在距两溶液的合流点下方2m处与水平移动的基体材料接触。基体材料的移动方向设置为与上述供给配管垂直的方向。基体材料接触时的液滴的含水率为40重量%,聚合率如表1所示。吸液性聚合物的每单位面积的重量对于干燥的吸液性聚合物(后述的保水能力测定时的干燥重量)来说,为300g/m2
(表面交联处理)
在吸液性聚合物冷却到45℃时,在室温下将甘油多缩水甘油醚(环氧当量:145)的0.5重量%水溶液喷雾。喷雾量相对于干燥的吸液性聚合物(后述的保水能力测定时的干燥重量)为500重量ppm。1分钟后,进入通气传送带干燥机(流通130℃的空气),使之进行交联反应。进入干燥机之后2分钟后的吸液性聚合物的含水率为15重量%。另外,继续加热,在含水率达到5重量%的时刻停止加热,缓慢冷却。在干燥机中的加热时间合计30分钟。在1m2制造的吸液性复合体中附着了300g吸液性聚合物。
<实施例2>
(原料制备)
在实施例1中,除了将交联剂的使用量分别设定为0.75g以外,实施与溶液A1、B1相同的制造方法,分别得到溶液A2、B2。另外,在实施例1中,除了将交联剂的使用量分别设定为3.00g以外,实施与溶液A1、B1相同的制造方法,分别得到溶液A3、B3。溶液A2、A3、B2以及B3的单体浓度和中和度均与溶液A1、B1相同。
(聚合反应)
分别使用溶液A2和溶液B2代替溶液A1和溶液B1,与实施例1同样地进行聚合反应。此时,使用与实施例1相同的基体材料和相同的喷嘴装置。但是,基体材料通过传送带放置在0.1m/分水平移动的带上。另外,聚合时的液滴直径为300μm,液滴的空间密度为3g/m3。基体材料接触时(液滴在距两溶液合流点下方2m处与基体材料接触)的液滴的含水率为40重量%,吸液性聚合物的每单位面积的重量对于干燥的吸液性聚合物(后述的保水能力测定时的干燥重量)来说,为150g/m2,聚合率如表1所示。
将这里得到前复合体直接代替上述基体材料并通过传送带设置在水平移动的带上。使用其,并分别使用溶液A3和溶液B3代替上述溶液A2和溶液B2,使用相同的喷嘴装置,进行聚合反应。但是,聚合时的液滴的直径为300g/m3,液滴的空间密度为3g/m3。基体材料接触时(液滴在距两溶液合流点下方2m处与基体材料接触)的液滴的含水率为40重量%,吸液性聚合物的每单位面积的重量对于干燥的吸液性聚合物(后述的保水能力测定时的干燥重量)来说,为300g/m2,聚合率如表1所示。
在上述一系列操作中,在溶液A2和溶液B2的混合液滴落到基体材料上60秒后,溶液A3和溶液B3的混合液滴落到该基体材料(前复合体)上。另外,在此期间,基体材料处于50℃的环境中。
(表面交联处理)
与实施例1同样地实施表面交联处理,制造吸液性复合体。表面交联处理工序中,在干燥机中的加热时间合计为30分钟。1m2表面交联处理后的吸液性复合体中附着了300g吸液性聚合物。
<实施例3>
使用与实施例2相同的原料溶液和基体材料,按照以下方式使用喷嘴,进行聚合反应,与实施例1同样,通过实施表面交联处理制造吸液性复合体。准备2个图14所示的喷嘴装置,将装置彼此的中心轴间的距离分开10cm,并列设置在同一平面上。使用一个喷嘴装置(第1喷嘴装置)混合溶液A2和溶液B2,同时,使用另一喷嘴装置(第2喷嘴装置)混合溶液A3和溶液B3。液滴在两溶液的合流点下方2m处与水平移动的基体材料接触。基体材料的移动方向为与各喷嘴装置的供给配管垂直的方向,在移动过第1喷嘴装置下之后,再从第2喷嘴装置下水平移动。另外,聚合时的液滴的直径为300μm,液滴的空间密度为6g/m3。基体材料接触时的液滴的含水率为40重量%,吸液性聚合物的每单位面积的重量对于干燥的吸液性聚合物(后述的保水能力测定时的干燥重量)来说,为300g/m2,聚合率如表1所示。表面交联处理工序中,在干燥机中的加热时间合计为30分钟。1m2表面交联处理后的吸液性复合体中附着了300g吸液性聚合物。
<实施例4>
在实施例1中,除了将聚合反应时的气相中的温度从50℃变更为40℃以外,进行与实施例1相同的操作,制造表面交联处理过的吸液性复合体。
<实施例5>
在实施例2中,除了将放置基体材料的带的移动速度变更为在第1段的聚合反应中为0.05m/分,在第2段的聚合反应中为0.15m/分以外,进行与实施例2同样的操作,制造表面交联处理过的吸液性复合体。
<实施例6>
在实施例3中,除了将溶液A3和溶液B3的流速分别变为10m/秒,并将放置基体材料的带的移动速度变更为0.075m/分以外,进行与实施例3同样的操作,制造吸液性复合体。
<实施例7>
使用通过传送带以0.10m/分水平移动的带上的基体材料(每单位面积的重量为100g/m2的绒毛浆)以及与实施例1同样的聚合性聚合物原料A1、B1,通过进行与实施例1同样的液滴聚合反应,使吸液性聚合物粘接在基体材料的一面上。这样,准备2片将吸液性聚合物粘接在基体材料一面上的复合体,并使吸液性聚合物表面彼此贴合。使用涂布了特氟纶(注册商标)的不锈钢板对其加压。从与第1基体材料接触到与第2基体材料接触的时间(铺设开始时间)为10秒,铺设时的温度为50℃,施加的压力为0.005MPa,在铺设基体材料之前的聚合性聚合物的聚合率为50%,含水率为40%。将得到的试料在120℃下温风干燥30分钟后,冷却到室温,制造吸液性复合体。该吸液性复合体的截面结构如图15所示。另外,在后述的性能评价中,吸液速度以外的性能在本实施例的压缩成型前测定,吸液速度按照后述的测定法将本实施例的压缩成型前的复合体压缩成型后测定。
<实施例8>
除了将聚合时气相中的温度从50℃变更为40℃以外,进行与实施例7相同的操作,制造吸液性复合体。
<实施例9>
与实施例7同样,制作基体材料的一面粘接了吸液性聚合物的复合体。另外,按照同样的方法,另行制作与实施例1同样的在基体材料的一面粘接了吸液性聚合物的复合体。对该2片复合体,将吸液性聚合物表面彼此贴合,与实施例7同样进行加压后,使之干燥,制造吸液性复合体。
<实施例10>
与实施例7同样,制作3片在基体材料的一面粘接了吸液性聚合物的复合体。对于其中的2片复合体,将其聚合物表面彼此贴合。然后再贴合在剩余一片聚合物的表面侧。与实施例7同样,在加压后使之干燥,制造吸液性复合体。得到吸液性复合体的截面结构如图16所示。
<实施例11>
与实施例7同样,制作2片在基体材料的一面粘接了吸液性聚合物的复合体。将一片的聚合物侧和另一片的基体材料侧贴合。与实施例7同样,在加压后使之干燥,制造吸液性复合体。该吸液性复合体的截面结构如图17所示。
<实施例12>
除了将加压时的压力设置为0.1MPa以外,与实施例7同样地制造吸液性复合体。
<实施例13>
除了使用聚酯制造的非织造布(纤维径6.7分特(线径25μm)、平均纤维长25mm、长径比1000、每单位面积的重量为40g/cm2、比容积50ml/g、松密度0.02g/ml)来代替实施例7的绒毛浆作为基体材料以外,进行与实施例7同样的操作,制造吸液性复合体。
<实施例14>
将与实施例1相同的基体材料切成25×50cm的长方形。通过在仓内温度为100℃的通风干燥机内保持2分钟,使之起绒。起绒后,每单位面积的重量为40g/cm2、比容积为100ml/g、松密度为0.01g/ml。这里所说的每单位面积的重量是将基体材料切成边长10cm的正方形,将其重量(g)除以面积而求出的,基体材料的比容积是通过基体材料的容积除以重量求出。基体材料的容积通过用数码光学显微镜从侧面测定剪成边长10cm的正方形的基体材料的厚度(cm),并用边长(10cm)的平方乘以厚度算出。
除了使用这样起绒的基体材料以外,使用与实施例1同样的原料溶液和喷嘴装置,与实施例1同样地实施聚合反应和表面交联处理,制造吸液性复合体。但是,聚合时的液滴的直径为300μm,液滴的空间密度为3g/m3。另外,基体材料接触时的液滴的含水率为40重量%,吸液性聚合物的每单位面积的重量对于干燥的吸液性聚合物(后述的保水能力测定时的干燥重量)来说,为300g/m2,聚合率如表1所示。表面交联处理工序中,在干燥机中的加热时间合计为30分钟。1m2得到的吸液性复合体中附着了1300g吸液性聚合物。
<实施例15>
除了将起绒处理时的通风干燥机的仓内温度设为110℃,每单位面积的重量40g/m2的比容积设为80ml/g,松密度设为0.0125g/ml以外,进行与实施例14同样的操作,制造吸液性复合体。
<实施例16>
除了将起绒处理时的通风干燥机的仓内温度设为90℃,每单位面积的重量40g/m2的比容积设为70ml/g,松密度设为0.014g/ml以外,进行与实施例14同样的操作,制造吸液性复合体。
<实施例17>
除了通过在起绒处理时在仓内温度为130℃的通风干燥机中保持1分钟,将每单位面积的重量40g/m2的比容积设为100ml/g,松密度设为0.001g/ml以外,进行与实施例14同样的操作,制造基体材料。使用该基体材料,进行与实施例9相同的操作,制造吸液性复合体。
<实施例18>
通过在起绒处理时的仓内温度为130℃的通风干燥机中保持1分钟,将实施例13中使用的聚酯制造的非织造布的每单位面积的重量40g/m2的比容积设为100ml/g,松密度设为0.001g/ml。并使用这样得到的起绒处理过的聚酯制造的非织造布作为基体材料,除此以外,使用与实施例9同样的操作,制造吸液性复合体。该吸液性复合体的性能示于表中。
<实施例19>
通过图12所示的装置,制造2层结构的吸液性复合体,制造使用该复合体的尿布。
(原料制备)
向100重量份的丙烯酸中加入33.3重量份的水,并在冷却到25℃以下的状态下添加133.3重量份的25重量%的氢氧化钠水溶液,制备丙烯酸部分中和水溶液。向其中添加0.14重量份的交联剂(N,N’-亚甲基双丙烯酰胺)和4.55重量份的氧化剂(31重量%的过氧化氢水溶液),制备溶液A4。溶液A4的单体浓度为50重量%,中和度为60摩尔%。
向100重量份的上述丙烯酸部分中和水溶液中添加0.14重量份的交联剂(N,N’-亚甲基双丙烯酰胺)和0.57重量份的还原剂(L-抗坏血酸),制备溶液B4。
(第1段的基体材料的制作)
将平均纤维径2.2分特、平均纤维长2500μm、水的接触角0°的纸浆纤维与空气一起送入第1纤维堆积塔101A中。将其在250目的特氟纶网上从特氟纶网的背面以-30mmH2O的压力进行减压抽吸,使其以每单位面积的重量为35g/m2、比容积为50ml/g堆积,形成纸浆层。将其运送到第1聚合塔102A中。
(第1段的聚合反应)
除了吸液性聚合物的原料溶液的供给速度和喷嘴装置的设置高度以外,与实施例1同样,在第1聚合塔102A内进行反应。溶液A4和溶液B4以13g/分的流量用泵供给。喷嘴装置按照喷嘴前端为基体材料上方2.5m的位置来设置。另外,液滴的直径、液滴的空间密度以及基体材料接触时的液滴的含水率与实施例1相同。另外,基体材料接触时的液滴的聚合率为60%。吸液性聚合物的每单位面积的重量对于干燥的吸液性聚合物来说,为200g/m2。将这里得到的片传送到第1表面处理剂喷雾机103A中。
(第1段的表面交联处理)
在室温下由第1表面处理剂喷雾机103A对从第1聚合塔102A传送来的片喷射乙二醇二缩水甘油醚的3重量%水溶液。喷雾量相对于干燥的吸液性聚合物(后述的保水能力测定时的干燥重量)为1000重量ppm。将喷雾处理后的片传送到第2纤维堆积层塔101B中。
(第2段的基体材料制作)
与第1段同样,用第2纤维堆积层塔101B将与第1段相同的纸浆纤维堆积在从表面处理剂喷雾机103A传送来的片上,由此,形成纸浆层。该纸浆层的每单位面积的重量为15g/m2。将得到的片传送到第2聚合塔102B中。
(第2段的聚合反应)
在与第1段的聚合同样的条件下在第2聚合塔102B中对从第2纤维堆积层塔101B传送来的片进行聚合反应。另外,液滴的直径、液滴的空间密度以及基体材料接触时的液滴的含水率与实施例1相同。另外,基体材料接触时的液滴的聚合率为60%。吸液性聚合物的每单位面积的重量对于干燥的吸液性聚合物(后述的保水能力测定时的干燥重量)来说,为100g/m2。将这里得到的片传送到第2表面处理剂喷雾机103B中。
(第2段的表面交联处理)
与第1段同样,用第2表面处理剂喷雾机103B对从第2聚合塔102B传送来的片喷射乙二醇二缩水甘油醚的3重量%水溶液。在含水率达到5重量%的时刻停止加热,缓慢冷却,再用干燥机干燥。1m2的干燥物中附着了300g吸液性聚合物。
(干燥工序)
将喷雾处理后的片放入通气传送带干燥机(流通120℃的空气)中,进行30分钟热风干燥,得到吸液性复合体。干燥后的该吸液性复合体中的吸液性聚合物的含水率为5重量%。另外,吸液性复合体中的吸液性聚合物和纸浆的重量比为86∶14,该二者合计的每单位面积的重量为350g/m2,吸液性聚合物的每单位面积的重量为300g/m2
用显微镜确认吸液性复合体的表面时,粘结了2个准球状的吸液性聚合物的粘结粒子状的吸液性聚合物和蹼状的吸液性聚合物粘结在基体材料上。另外,确认到表面粘接纤维和部分包埋纤维(参照图18)。
(吸液性物品的制造)
使用吸液性复合体制造具有图19的层结构的尿布。将吸液性复合体切成40cm×10cm的长方形。另外,将不透水性聚乙烯片(每单位面积的重量为18g/m2)、薄纸(每单位面积的重量为14g/m2)、以及透水性聚酯纤维非织造布(每单位面积的重量为23g/m2)分别切成40.5cm×10.5cm的长方形。在不透水性聚乙烯片91上依次叠合薄纸92、吸液性复合体93、薄纸94以及透水性聚酯纤维非织造布95。用平滑的不锈钢板(厚度为3mm)从上下夹住该叠层体,施加0.4MPa的负重。放置20分钟后,放开压力,取出叠层体。将该叠层体的四边进行热压合。切去压合部分的外端,得到40cm×10cm大小的吸液性物品。
<实施例20>
制造单层结构的吸液性复合体。具体地,除了进行实施例19的第2段的处理(基体材料的制作、吸液性聚合物层的聚合以及表面交联处理)以外,按照同样的顺序制造吸液性复合体。
<实施例21>
第1段的基体材料的纤维和第2段的基体材料的纤维采用不同的纤维,制造吸液性复合体。具体地,将在实施例19的第2段中使用的基体材料由纸浆纤维改为聚酯纤维(平均纤维长度600μm,平均纤维径1.5分特、水的接触角80°),以每单位面积的重量为15g/m2进行堆积,除此以外,按照与实施例19同样的顺序制造吸液性复合体。
<实施例22>
制造具有自由纤维的吸液性复合体。具体地,使用开纤机将实施例19制造的吸液性复合体开纤。按照纸浆比为25重量%的方式向其中添加自由纤维(与实施例19中使用的同样的纸浆)。将其均匀混合,按照吸液性聚合物的每单位面积的重量为200g/m2的方式铺在不锈钢板上。再在其上放置不锈钢板,在25℃下,施加20分钟10MPa的压力。放开压力,取出高密度的吸液性复合体。
<实施例23>
使用粉末状的吸液性聚合物,制造吸液性复合体,制造使用该复合体的尿布。具体地,使用开纤机将实施例20制造的吸液性复合体开纤。按照吸液性聚合物的比例为86重量%的方式向其中添加粉末的吸液性聚合物(Sandia Polymer公司制造的“Aquapearl DS51”)。将其均匀混合,按照吸液性聚合物的每单位面积的重量为300g/m2的方式铺在不锈钢板上。再在其上放置不锈钢板,在25℃下,施加20分钟10MPa的压力。放开压力,取出高密度的吸液性复合体。使用得到的吸液性复合体,与实施例19同样地制造尿布。
<实施例24>
向125重量份的80重量%的丙烯酸水溶液中添加57.3重量份的48.5重量%的氢氧化钠水溶液,6.4重量份水,0.15重量份作为交联剂的N,N’-亚甲基双丙烯酰胺以及5.0重量份作为氧化剂的30重量%的过氧化氢水溶液,制备溶液A5。溶液A5的单体浓度为60重量%,中和度为50摩尔%。
另外,向125重量份的80重量%的丙烯酸水溶液中添加57.3重量份的48.5重量%的氢氧化钠水溶液,9.9重量份水,0.15重量份作为交联剂的N,N’-亚甲基双丙烯酰胺以及1.5重量份作为还原剂的L-抗坏血酸,制备溶液B5。溶液B5的单体浓度为60重量%,中和度为50摩尔%。
使用具有图14(a)所示的横向截面形状,并具有图13(c)所示的纵向截面形状的二重同心螺旋喷嘴,将单体溶液A5、B5分别供给到内侧喷出口和外侧喷出口。各溶液的液温为40℃,使用泵以400ml/分的流量喷出。构成二重同心螺旋喷嘴的内侧喷出口的喷嘴内径为1.0mm、外径为1.7mm,构成外侧喷出口的喷嘴内径为2.5mm、外径为3.0mm,构成外侧喷出口的喷嘴前端部的壁厚为0.25mm。另外,如图13(c)所示,二重同心螺旋喷嘴的前端部方向为锥状,该锥的交叉角为120度。另外,如图1所示,通过对二重同心螺旋喷嘴的锥部的外壁面喷雾硅油保护液,形成膜厚为0.5mm的保护液膜。
溶液A5和溶液B5在喷嘴的出口附近碰撞、微粒化,成为液滴,进行聚合,同时,经气相中(空气中,温度50℃)落下。液滴的一部分在气相中碰撞,形成凝聚粒状体,并落在设置在距喷嘴的喷出口前端下方3m的聚酯制造的非织造布基体材料(每单位面积的重量为30g/m2)上,在该基体材料上完成聚合。在110℃下干燥1小时,得到吸液性复合体。
在上述条件下连续运转3小时后,确认粒子对二重同心螺旋喷嘴的前端部的附着情况,结果,未发现粒子附着。
<实施例25>
在实施例24中,将构成二重同心螺旋喷嘴的内侧喷出口的喷嘴内径变更为0.9mm,将构成外侧喷出口的喷嘴内径变更为2.8mm,将构成外侧喷出口的喷嘴前端部的壁厚变更为0.1mm,再以500ml/分的流量喷出单体溶液A5、B5,除此以外,进行与实施例24同样的操作,得到吸液性复合体。
在上述条件下连续运转3小时后,确认粒子对二重同心螺旋喷嘴的前端部的附着情况,结果,未发现粒子附着。
<实施例26>
使用图4所示的二重同心螺旋喷嘴(其中,如图2所示,从保护液吐出用狭缝吐出保护液),分别向第1喷嘴10和第2喷嘴20供给实施例24的单体溶液A5、B5,进行聚合。该螺旋喷嘴的第1喷嘴10的喷嘴口10A的内径为1.0mm,第2喷嘴20的喷嘴口20A的内径为2.5mm。各溶液的液温为40℃,使用泵从第1喷嘴10以300ml/分的流量、0.5MPa的吐出压力喷出溶液A5,从第2喷嘴以300ml/分的流量、0.2MPa的吐出压力喷出溶液B5。另外,在溶液A5、B5喷出的同时,从保护液吐出用狭缝4连续地吐出作为保护液的水,在喷嘴的下部小径筒状部和锥形部的喷嘴的外壁面上形成膜厚0.5mm的保护液膜。另外,保护液膜的厚度是用保护液供给量除以保护液形成面积而求得。此时的保护液供给量(吐出流量)为每1m2的喷嘴的保护液膜形成面为500ml/分,即使保护液从狭缝流下并到达喷出口,也不会在通过溶液A5、B5形成的喷出液膜上发现紊流(乱れ)。
溶液A5和溶液B5在喷嘴出口附近碰撞、微粒化,成为液滴并进行聚合,同时,经气相中(空气中,温度50℃)落下。液滴的一部分在气相中碰撞,形成凝聚粒状体,并落在设置在距喷嘴的喷出口的前端下方3m处的聚酯制造的非织造布基体材料(每单位面积的重量为30g/m2)上,在该基体材料上完成聚合。在110℃下将该吸液性复合体干燥1小时。
<比较例1>
在实施例1的聚合反应中,除了将两溶液的合流点与基体材料的距离从2m变为3m以外,与实施例1同样地制造吸液性复合体。
<比较例2>
除了将聚合时的气相中的温度变为90℃以外,与实施例7同样,使吸液性聚合物粘接在基体材料的一面上。将吸液性聚合物表面彼此贴合,使用涂布了特氟纶(注册商标)的不锈钢板进行加压。此时,从与第1基体材料接触到与第2基体材料接触的时间(铺设开始时间)为3600秒,铺设时的温度为50℃,施加的压力为0.005MPa,在铺设基体材料之前的聚合性聚合物的聚合率为85%,含水率为15%。将得到的试料与实施例7同样地进行温风干燥后,冷却到室温,得到吸液性复合体。
<比较例3>
与实施例7同样,使吸液性聚合物粘接在基体材料的一面上。将吸液性聚合物表面彼此贴合,使用涂布了特氟纶(注册商标)的不锈钢板进行加压。此时,从与第1基体材料接触到与第2基体材料接触的时间(铺设开始时间)为20秒,铺设时的温度和施加的压力与实施例7相同。在铺设基体材料之前的聚合性聚合物的聚合率为50%。通过在铺设基体材料时对吸液性聚合物喷射常温的纯水,将含水率调节为90%。将得到的试料与实施例7同样地进行温风干燥后,冷却到室温,得到吸液性复合体。
<比较例4>
除了将聚合时的气相中的温度变为5℃以外,与实施例7同样,使吸液性聚合物粘接在基体材料的一面上。将吸液性聚合物表面彼此贴合,使用涂布了特氟纶(注册商标)的不锈钢板进行加压。此时,从与第1基体材料接触到与第2基体材料接触的时间(铺设开始时间)、铺设时的温度、施加的压力与实施例7相同。在铺设基体材料之前的聚合性聚合物的聚合率为8%。含水率为46%。将得到的试料与实施例7同样地进行温风干燥后,冷却到室温,得到吸液性复合体。
<比较例5>
制造吸液性聚合物仅为蹼状的形态的吸液性复合体。具体地,除了按照喷嘴前端处于基体材料的上方0.8m的位置的方式设置聚合塔内的喷嘴装置以外,按照与实施例20同样的操作制造吸液性复合体。用显微镜观察该吸液性复合体时,吸液性聚合物扩展成蹼状。蹼状的吸液性聚合物彼此通过纤维相互连接,成为网络状。
<比较例6>
向含有70摩尔%的丙烯酸钠、30摩尔%的丙烯酸的单体水溶液(单体含量合计为42重量%)中,添加以摩尔重量基准计为0.05重量%的作为交联剂的三缩四乙二醇二丙烯酸酯(东亚合成株式会社制造的“Aronix M-240”)。将该单体水溶液冷却至20℃。向其中吹入氮气,使溶解氧减少到1ppm以下。向其中添加以摩尔质量基准计为0.02质量%的作为光聚合引发剂的1-羟基环己基苯基酮、以摩尔质量基准计为0.15质量%的作为热聚合引发剂的过硫酸钠。
在110℃下在烘箱中将由聚乙烯/聚丙烯制成的透气非织造布(比容积为50cm3/g、每单位面积的重量为40g/m2)加热3分钟。非织造布的比容积为100cm3/g。使用喷射喷嘴在该非织造布上涂布上述单体水溶液。涂布量为238g/m2。在氮气氛围下,使用高压水银灯照射紫外线(紫外线光量为2500mJ/cm2)。将其放入流通130℃的空气的通气传送带干燥机中,在吸液性聚合物的含水率达到5重量%的时刻,停止加热,缓慢冷却。得到的吸液性复合体的细微的粒子状的吸液性聚合物成为所谓的念珠连接状,附着在纤维上,各粒子相互独立地存在。
得到的吸液性复合体上附着了100g/m2的吸液性聚合物粒子。
<比较例7>
除了按照单体水溶液的涂布量为714g/m2的方式进行涂布以外,进行与比较例6同样的操作。得到的吸液性复合体没有柔软性,吸液性聚合物几乎均为蹼状结构,所谓的念珠连接状的粒子少。吸液性复合体上附着了300g/m2的吸液性聚合物。
<测定方法和评价方法>
上述实施例和比较例中记载的数据的测定方法、和上述实施例和比较例中制造的吸液性复合体和尿布的性能测定方法记载如下。性能测定的结果示于表1。
(液滴聚合中的液滴的直径的测定)
由构成吸液性复合体的吸液性聚合物块的平均径dp和单体浓度(丙烯酸和丙烯酸钠的总浓度)Cm按照下式计算出液滴聚合中的液滴的直径dd。
dd=dp/(Cm)1/3
(基体材料的接触角测定)
基体材料的接触角使用协和界面科学株式会社制造的自动接触角计“CA-V型”测定。首先,使基体材料溶解或分散到溶剂中,制备1~10重量%的溶液。将溶液注入皿中,展开得很薄。接着,使用干燥空气在室温下平稳地使溶剂蒸发,充分干燥。在常温下测定得到的膜对蒸馏水的接触角。另外,作为溶剂,在实施例19、20、22、23中使用水,在实施例21中使用水和四氢呋喃。
(吸液性复合体的形状测定)
使用扫描式电子显微镜(SEM)观察实施例1~6的吸液性复合体。其照片示于图5~10。由这些照片可以确认,其结构是蹼状的吸液性聚合物和准球状的吸液性粒子彼此粘结的粘结粒子状的吸液性聚合物粘结在基体材料上的结构。
将吸液性复合体切成5cm×5cm见方的大小。使用Keyence公司制造的数码光学显微镜“VH-8000”对截面进行摄影(对实施例1的吸液性复合体拍摄的照片示于图20)。基于JIS 1-1096,按照以下顺序,测定5片基体材料的厚度和吸液性聚合物层的厚度,求出平均值(参照图21)。
(a)在液流速度计(rheometer)(FUDOH公司制造,型号:NRM-2003J)上安装直径30mm的连接器26。
(b)将吸液性复合体28固定在样品台27上。使样品台27以2cm/min的速度上升,在达到0.2psi的压力时停止。使用游标卡尺测定停止时从连接器26的上面到样品台27的下面的距离t。
(c)不在样品台27上放置样品,使样品台27以2cm/min的速度上升,在达到0.2psi的压力时停止。使用游标卡尺测定停止时从连接器26的上面到样品台27的下面的距离t0
(d)通过下式算出厚度。
厚度(mm)=样品的测定值t(mm)-空白测定值t0(mm)
(松密度的测定)
将吸液性复合体切成5cm×5cm见方的大小,称量其重量,由下式求出其松密度。测定5片样品,求出其平均值。
Figure A20058002584000621
(吸液性聚合物的形状测定)
将吸液性复合体切成5cm×5cm见方的大小,用不锈钢制膝状剪刀双刃剪(FST 14063-09)除去基体材料。使用该剪,采用数码光学显微镜(Keyence公司制造,VH-8000,倍率25~150倍),边仔细观察,边将吸液性聚合物区分为粘结粒子状聚合物和蹼状聚合物。测定各重量,算出粘结粒子状聚合物相对于蹼状聚合物的重量比。
使用SEM、数码光学显微镜和千分表(dial gauge),测定吸液性聚合物的形状。
用肉眼或使用25~175倍的数码光学显微镜观察粘结粒子的块的形状,使用千分表,测定其长径、厚度、构成块的粒子数以及块间的纤维长度。使用SEM或数码光学显微镜,测定从50个以上粘结粒子状的吸液性聚合物中随机选出的10个吸液性聚合物的一次粒子的径,并求出其平均值。
使用数码光学显微镜观察蹼状聚合物。将蹼状聚合物散布在基体材料上的部分判定为“蹼状分散层”,将蹼状聚合物是连续的,而其各处散布了开孔部的部分判定为“蹼状连续层”。
用千分表测定从50个以上蹼状的分散层中随机选出的10个的厚度,将其平均值作为蹼状分散层的厚度。另外,在蹼状的分散层的扫描型电子显微镜照片中,将从50个以上中随机选出的10个的短径的平均以及长径的平均分别作为短径和长径。
用千分表测定从50个以上蹼状的连续层中随机选出的10个的厚度,将其平均值作为蹼状连续层的厚度。另外,在蹼状的连续层的扫描型电子显微镜照片中,将从50个以上中随机选出的10个的短径的平均以及长径的平均分别作为短径和长径。开孔率是在25cm2的蹼状连续层中的开孔部总面积的百分比率。
(聚合率的测定)
按照以下顺序求出2种原料溶液从合流点仅向下到液滴的落下距离时的聚合率。
设置装入了150g的甲醇的烧杯,其中,甲醇的液面的位置位于从2种原料溶液的合流点仅向下到液滴落下的距离之处。将1g反应液加入到甲醇中,用液相色谱仪测定每1g反应液的单体量。另外,通过在130℃下将甲醇液体干燥3小时,测定液体中的聚合物重量。由各重量通过下式计算出聚合率(Mp为聚合物重量,Mm为单体重量)。液相色谱仪采用内置了岛津制作所株式会社制造的柱“shim-packSCR-1001H”的“LC-10AS/SPD-10A”进行测定。
(在吸液性聚合物的两侧具有基体材料时的聚合率的测定)
将吸液性复合体切成5cm×5cm见方的大小。在常温下将其浸渍在150g的甲醇中12小时,使单体等充分流出。另外,将使用旋转式油泵在110℃下减压干燥3小时后的重量作为Mc。用液相色谱求出该甲醇中的单体量,将该重量作为Mm。液相色谱仪采用内置了岛津制作所株式会社制造的柱“shim-packSCR-1001H”的“LC-10AS/SPD-10A”进行测定。
另一方面,仅对与用于吸液性复合体的材料同样的基体材料进行同样的处理,将处理后的重量作为Ms。由各重量通过下式计算聚合率。
(含水率的测定)
按照以下顺序求出从2种原料溶液的合流点仅向下到液滴落下的距离时的含水率。
将吸液性复合体切成7cm×7cm见方的大小。使用红外线式水分计(株式会社Kett科学研究所制造的红外线水分计“FD-100”(干燥热源:280W环状陶瓷喷镀铠装加热器(sheath heater))),在110℃下加热30分钟后,进行称量。将吸液性复合体的加热前的重量作为W1,加热后的重量作为W2。另外,仅对与用于吸液性复合体中的材料相同的基体材料进行同样的处理,将处理后的重量作为W0。由各重量按照下式计算含水率(%)。
Figure A20058002584000641
(保水能(CRC)的测定)
将吸液性复合体干燥到在110℃下干燥30分钟时的重量变化为1%以下的程度(将其作为上述的干燥的吸液性聚合物的重量)。然后,将其切断并使吸液性聚合物的重量为1g(将这里的吸液性复合体的重量作为W1)。将其装入250目的尼龙袋(大小为20cm×10cm)中,每个袋子在500~1000ml的25℃生理盐水(0.9重量%)中浸渍30分钟。取出尼龙袋,悬挂15分钟,将水沥除后,使用离心分离机,在90G下脱水90秒(将此时的包括尼龙袋在内的重量作为W3)。
另一方面,仅对用于吸液性复合体中的材料同样的基体材料进行同样的处理,将其切成重量为1g,将此重量作为W2,将生理盐水处理后的包括尼龙袋在内的重量作为W4。由各重量通过下式计算出保水能力。另外,W1~W4的单位均为g。
S = W 3 - W 4 W 1 - W 2
(加压下的吸液性能力(AUL)的测定)
加压下的吸液能力使用图22所示的装置按照以下顺序测定。测定装置包括底面用金属网(#100)封闭的金属圆筒46(内径:25.4mmφ),比该圆筒的内径小一些的圆柱状砝码48以及皿47。
(a)20g/cm2的负重(使用100g的砝码作为圆柱状砝码)
1)将吸液性复合体干燥到在110℃下干燥30分钟时的重量变化为1%以下。用冲孔冲头对其进行冲孔,制成试料圆盘45(25mmφ)。
2)测定试料圆盘45的重量Sd(g)以及带金属网的圆筒46的重量Td(g)。
3)在皿47(100mmφ)中加入25℃的下述人工尿25g。
4)将试料圆盘45以基体材料侧为下侧地放入到圆筒46中。
5)圆柱状砝码48和圆柱46接触,以不产生由于吸液导致砝码的上升而引起的摩擦的状态将圆柱状砝码48放置在试料圆盘45上。
6)将放入了试料圆盘45和圆柱状砝码48的圆筒46以金属网侧为下侧地平稳地浸入皿47中。
7)静置1小时,使之吸液。
8)将圆筒46从皿中平稳地取出。
9)将圆筒46平稳地放在滤纸(#424)上,拭去附着在圆筒46上的水。
10)取下圆柱状砝码48(附着在圆柱状砝码48上的吸液性聚合物移至圆筒46侧)。
11)测量圆筒46的重量Tw(g)。
12)通过下式求出吸液后的试料圆盘45的重量Sw(g)。
Sw=Tw-Td
13)仅使用与吸液性复合体中使用的材料同种类的基体材料来代替吸液性复合体,并使用它来代替上述操作的试料圆盘,测定其重量Nd(g)以及吸液后的圆筒的重量Mw(g),通过下式求出吸液后的圆盘的重量Nw(g)。
Nw-Mw-Td
14)按照下式算出加压下的吸液能力。
加压下的吸液能力=(Sw-Nw)/(Sd-Nd)
另外,使用下列组成的物质作为人工尿。
尿素             19.4g
氯化钠           8.0g
无水氯化钙       0.6g
硫酸镁七水合物   2.05g
纯水             970.9g
(b)50g/cm2负重
除使用250g的砝码作为圆柱状砝码14以外,与(a)同样地测定加压下的吸液能力。
(吸液性聚合物的脱落率的测定)
(a)将吸液性复合体切成10cm×10cm见方的大小。测定其重量,由吸液性复合体的构成(吸液性聚合物的每单位面积的重量)算出吸液性聚合物的估计重量。用带62将吸液性复合体60固定在JIS Z8801中规定的标准筛网61(内框尺寸为:内径150mm,深度45mm,20目)的中央。
(b)将固定了该吸液性复合体的标准筛网固定在罗太普型筛分机65((株)东京篠原制作所制造,型号SS-S-228型,JIS Z8815基准,参照图24)的最上段。
(c)将筛分机65设置为冲击数(衝動数):165次/分,转速:290转/分,使之振动60分钟。测定从吸液性复合体60上脱落的吸液性聚合物的重量,由下式求出脱落率。
(吸液性复合体的凝胶脱落率的测定)
按照以下程序对吸液性复合体测定施加作用力使之发生摩擦时的吸液凝胶的脱落率(参照图25)。
(a)在平滑面51上放置吸液性复合体52。在其上放置丙烯酸板55(100mm×100mm×10mm的立方体)。在丙烯酸板55的中央部放置上方开口的内径为40mm的圆筒53,在被该圆筒包围的部分开出7个大致等间隔的直径为5mm的通孔54。丙烯酸板55的质量连同该圆筒53在内为150g。
(b)在圆筒53内放入人工尿150ml,使吸液性复合体吸液。
(c)完全吸水后,在室温下放置30分钟。
(d)在吸液性复合体70的中心部切取边长为10cm的正方形,测定其质量(参照图26)。
(e)在20cm×20cm的大小的丙烯酸板74的中心放置该切取的样品73。在其上叠合放置与样品73同样大小(边长10cm的正方形)的砝码75(3kg)(参照图27)。
(f)将在丙烯酸板74上放置了样品73、砝码75的组件以样品的切口对于振动方向为垂直的方向地设置在振动机(井内盛荣堂公司制造,型号“MS-1”)内,以振幅50mm,振动数80次/分振动30分钟。
(g)取下砝码,测定从样品上脱落的吸液凝胶的质量。用以下的式子计算吸液性复合体的凝胶脱落率。
Figure A20058002584000662
(吸液后的凝胶脱落率的测定)
测定保水能力测定后从吸液性复合体上脱落的吸液性聚合物凝胶的重量以及未脱落的吸液性聚合物凝胶的重量。通过下式由各重量计算出凝胶脱落率。具体地,将保水能力测定后的吸液性复合体轻轻地从尼龙袋中取出。此时,将残留在袋内的吸液性聚合物作为从复合体上脱落的吸液性聚合物凝胶。从每袋的重量的测定值中减去袋的重量,将差值作为脱落的吸液性聚合物凝胶的重量Wa(单位g)。将未从复合体上脱落的吸液性聚合物作为未脱落的吸液性聚合物凝胶。将从测定复合体的重量的值中减去基体材料的重量得到的值作为未脱落的吸液性聚合物凝胶的重量Wb(单位g)。
Figure A20058002584000671
(吸液速度的测定)
将吸液性复合体切成40cm×20cm的长方形。叠合在同样尺寸的2片平滑的不锈钢板(厚度为3mm)之间,并夹入同样尺寸的绒毛浆(warehouser公司制造的“NB-416”、每单位面积的重量为100g/m2)以及在其上的该吸液性复合体(吸液性聚合物一侧为下侧)。从不锈钢板的上下对该叠层体施加10MPa的负重。在室温下放置5分钟后,放开压力,取出吸液性复合体。从得到的吸液性复合体的中央部切出5cm×5cm的正方形,将其浸渍在装入到直径为10cm的玻璃制皿中的25ml纯水内,测定皿底部的一部分露出到空气中的时间(吸水速度/秒)。测定在常温常湿下进行,将测定的时间作为吸水速度(单位:秒)。
实施例2的吸液性复合体的截面如图28所示。另外,图20、29、30示出实施例1~3的吸液性复合体的截面的数码光学显微镜照片。
(吸液性复合体的抗弯性测定)
将吸液性复合体切成2cm×25cm的长方形。在温度25℃、湿度50℃的状态下,保管一昼夜后,按照JIS L-1096(比较柔软的织物中使用的心环式织物刚性试验法),以以下程序测定抗弯性(参照图31)。另外,测定值越大,越表示越柔软。
(a)在水平棒的夹具41上以心环状安装样品片42,样品片42的有效长度为20cm。
(b)经过1分钟后,测定水平棒的顶部和环的最下点的距离L(cm)。测定5片样品,求其平均值,作为抗弯性。
另外,关于比较例1的吸液性复合体的抗弯性,由于样品破损,因此不能测定。
(吸液性复合体的开纤性的测定)
测定吸液性复合体的重量K1(单位g)。将吸液性复合体强制开纤,装入到筛分机(参照图32(a)、(b))中。在开纤机151的外径5cm、长度20cm的丙烯酸类制造的圆筒151A、151B的表面上,以5mm的间隔设置粗1mm、长1cm的不锈钢制的销钉152。圆筒151A以500rpm的转速,圆筒151B以900rpm的转速各自在同方向上旋转。筛分机153在内径为9cm的丙烯酸型圆筒154内具有外径为8cm的搅拌翼155、以及直径为9cm的10目的金属网156。在丙烯酸型圆筒154的下部的排出管部157上设置直径为5cm的100目的金属网158,在-60mmH2O的减压下进行筛分(参照图32(b))。测定残留在100目的金属网上的残渣的重量K2(单位g),按照下式评价吸液性复合体的开纤性。
(吸液性复合体的恢复率的测定)
将吸液性复合体切成5cm×5cm的正方形,放入同尺寸的模框中。从吸液性复合体的上下施加10分钟1MPa的压力来进行压缩。在加压的状态下,在温度25℃、湿度50%的条件下保管30天。通过上述厚度测定方法测定刚刚压缩后以及压缩后30天后的厚度,通过下式算出恢复率。测定5片样品,求出其平均值。
Figure A20058002584000682
(吸液性复合体的剥离试验)
将吸液性复合体切成5cm×5cm的正方形。用手指将试料外侧一方的基体材料和另一方的基体材料捏住,使其缓慢剥离。用目视观察剥离状态。
(具有2层以上的基体材料层时的吸水剥离试验)
(1)将吸液性复合体切成5cm×5cm的大小。
(2)在直径10cmm的玻璃皿中放入纯水10ml。
(3)将吸液性复合体浸渍到皿内的纯水中10分钟,制成吸液性复合体。
(4)用一只手的手指捏住吸液性复合体的外侧,用另一只手的手指捏住另一方的吸液性复合体的另一外侧的基体材料,并使之缓慢剥离。
(5)用目视观察剥离状态。
(尿布的人工尿吸收速度和放水量的测定)
将实施例19和实施例23的尿布切成40cm×10cm的长方形。使用与测定吸液性复合体的凝胶脱落率相同的测定装置,通过以下程序测定人工尿的吸收速度和放出量(参照图25)。
(a)在平滑面51上放置尿布52。在其上放置丙烯酸板55(100mm×100mm×10mm的长方体)。在丙烯酸板55的中央部放置上方开口的内径为40mm的圆筒53,在被该圆筒包围的部分开出7个大致等间隔的直径为5mm的通孔54。丙烯酸板55的质量连同该圆筒53在内为150g。
(b)再在其上放置中央部开出直径45mm的孔56A的直径为100mm的金属制造的圆板56(质量为1250g),并使圆筒53贯穿。
(c)在圆筒53中加入25ml人工尿,使尿布吸液。
(d)用秒表测定直到被吸收的时间,作为吸液速度(秒)。
(e)10分钟后,取下金属制造的圆板56和带圆筒的丙烯酸板55。在尿布52上放置丙烯酸板65的位置叠合放置20片滤纸(东洋滤纸公司制品“ADVANTEC No.424”、100×100mm)。另外,在该滤纸上放置底面积为10cm×10cm的正方形的4kg的砝码。5分钟后将砝码取下,测定滤纸的重量,测定被滤纸吸收的人工尿的量作为放水量(g)。
(f)再重复2次上述(a)~(e)的操作,求出其平均值。
表1
Figure A20058002584000701
表1续
(*1)凝聚体成为板状,不能测足粒径
(*2)蹼状粒子破裂,产生微粉末
(*3)无柔软性,不能制成心环状,中途折断
工业实用性
本发明的吸液性复合体吸液速度大,吸液性聚合物在吸液前后都可以均匀地固定在纤维上,并具有适当的柔软度。另外,按照本发明的吸液性复合体的制造方法,可以高效地制造具有这些特征的吸液性复合体。特别是,本发明的吸液性复合体中,由于具有粘接性、附着性、吸湿性的吸液性聚合物被基体材料包覆,因此,可以避免向卷取辊等接触、滑动部分的附着,生产线操作性优异。
因此,本发明的吸液性复合体可以适用于纸尿布或生理用品等卫生材料、废水等的吸收或保持中所必需的工业材料、蔬菜等的保鲜剂或保水剂等农业材料的制造。另外,本发明的吸液性复合体的制造方法可以使用工业的制造系统来实施,可以适应大量生产。因此,本发明在工业上的利用可能性高。

Claims (31)

1.一种吸液性复合体,其中,粘结了2个以上准球状的吸液性聚合物的粘结粒子状的吸液性聚合物和蹼状的吸液性聚合物粘结在基体材料上。
2.权利要求1所述的吸液性复合体,其中,在由上述粘结粒子状的吸液性聚合物和上述蹼状的吸液性聚合物构成的层的两面粘结上述基体材料。
3.权利要求2所述的吸液性复合体,其中,上述基体材料的至少一个为纤维性的基体材料。
4.权利要求1~3中任意一项所述的吸液性复合体,其中,吸水速度为1~100秒,吸水后的凝胶脱落率为60重量%以下。
5.权利要求1~4中任意一项所述的吸液性复合体,其中,上述准球状的吸液性聚合物的粒径为20~5000μm。
6.权利要求1~5中任意一项所述的吸液性复合体,其中,上述蹼状的吸液性聚合物的厚度为50~1000μm。
7.权利要求1~6中任意一项所述的吸液性复合体,其中,径为200~50000μm的蹼状的吸液性聚合物以岛状分散在上述基体材料上。
8.权利要求1~6中任意一项所述的吸液性复合体,其中,在上述基体材料上具有孔径为100~50000μm,开孔率为10~80面积%的蹼状的吸液性聚合物的连续层。
9.权利要求1~8中任意一项所述的吸液性复合体,其中,上述基体材料为纤维性的基体材料。
10.一种吸液性复合体的制造方法,其中包括:在气相中将赋予吸液性聚合物的聚合性单体和聚合引发剂进行液滴聚合,并在上述聚合性单体的聚合率为40%以下的状态下使其与基体材料接触的工序。
11.权利要求10所述的吸液性复合体的制造方法,其中包括:在气相中将赋予吸液性聚合物的聚合性单体和聚合引发剂进行液滴聚合,并在上述聚合性单体的聚合率为40%以下的状态下使其与基体材料接触的工序;和
以上述聚合性单体的聚合率超过40%的状态接触基体材料的工序。
12.权利要求11所述的吸液性复合体的制造方法,其中包括:在气相中将赋予吸液性聚合物的聚合性单体和聚合引发剂进行液滴聚合,并在上述聚合性单体的聚合率为40%以下的状态下使其与第1基体材料接触的工序;和
以上述聚合性单体的聚合率超过40%的状态接触第1基体材料的工序;以及进一步,
在这些工序之后,在上述聚合性单体的平均聚合率为10~80%的状态下接触第2基体材料的工序。
13.权利要求12所述的吸液性复合体的制造方法,其中包括:在气相中将赋予吸液性聚合物的聚合性单体和聚合引发剂进行液滴聚合,并在上述聚合性单体的聚合率为40%以下的状态下使其与第1基体材料接触的工序;和
以上述聚合性单体的聚合率超过40%的状态接触第1基体材料的工序;以及进一步,
在这些工序之后,在上述聚合性单体的平均聚合率为10~80%的状态下接触第2基体材料,并使上述第1基体材料和上述第2基体材料的上述聚合性单体接触面彼此重合,在0.0001~1MPa下加压的工序。
14.权利要求10~13中任意一项所述的吸液性复合体的制造方法,其中,使用实施了起绒处理的纤维性的基体材料作为上述基体材料。
15.权利要求10~14中任意一项所述的吸液性复合体的制造方法,其中,上述基体材料为纤维的堆积层,并包括下述工序:在上述基体材料上形成作为吸液性复合体的单粒子和/或凝聚体后,使开纤状态的纤维堆积。
16.权利要求10~15中任意一项所述的吸液性复合体的制造方法,其中,上述基体材料为开纤状态的纤维的堆积层,并包括进行2次以上在上述基体材料上附加聚合进行中的上述聚合性单体的液滴的工序。
17.一种吸液性物品,其使用权利要求1~9中任意一项所述的吸液性复合体。
18.一种卫生材料,其使用权利要求1~9中任意一项所述的吸液性复合体。
19.一种尿布,其使用权利要求1~9中任意一项所述的吸液性复合体。
20.一种工业材料,其使用权利要求1~9中任意一项所述的吸液性复合体。
21.一种农业材料,其使用权利要求1~9中任意一项所述的吸液性复合体。
22.一种用于聚合反应的喷嘴,其用于制造吸液性复合体,所述吸液性复合体通过在气相中将赋予吸液性聚合物的聚合性单体和聚合引发剂进行液滴聚合,并在上述聚合性单体的聚合率为40%以下的状态下使其与基体材料接触而得到,其中,构成喷嘴口的前端部的壁厚为10mm以下。
23.权利要求22所述的用于聚合反应的喷嘴,其中,上述用于聚合反应的喷嘴在上述前端部的方向呈尖细状。
24.权利要求22所述的用于聚合反应的喷嘴,其中,上述用于聚合反应的喷嘴在上述前端部的方向呈锥状,该锥的交叉角为160°以下。
25.一种用于聚合反应的喷嘴,其包括:在上述用于聚合反应的喷嘴的外壁面上形成液膜的结构。
26.权利要求25所述的用于聚合反应的喷嘴,其包括:通过从喷嘴口的外侧连续或间断地流过液体而在上述用于聚合反应的喷嘴的喷嘴口上形成上述液膜的结构。
27.权利要求25所述的用于聚合反应的喷嘴,其包括:通过向上述用于聚合反应的喷嘴的外壁面喷射液体形成上述液膜的结构。
28.权利要求25所述的用于聚合反应的喷嘴,其包括:通过向上述用于聚合反应的喷嘴的喷嘴口的上游侧的壁面喷射液体形成上述液膜的结构。
29.权利要求25~28中任意一项所述的用于聚合反应的喷嘴,其包括:开口部,所述开口部使用于形成上述液膜的液体从上述用于聚合反应的喷嘴内部流到喷嘴外部。
30.权利要求25~29中任意一项所述的用于聚合反应的喷嘴,其中,使用使上述吸液性聚合物溶解或膨润的液体作为用于形成上述液膜的液体。
31.权利要求25~30中任意一项所述的用于聚合反应的喷嘴,其中,使用对上述聚合反应中使用的液体中的任意一种液体的亲和性高的液体作为用于形成上述液膜的液体。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN105266964A (zh) * 2015-09-06 2016-01-27 泉州市汉威机械制造有限公司 一种吸收体成型工艺
CN107949275A (zh) * 2015-11-30 2018-04-20 株式会社大贵 吸水处理材料的制造方法
CN113062147A (zh) * 2021-04-14 2021-07-02 绿赛可新材料(云南)有限公司 一种干法纸浆模塑生产方法

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