JP2001523734A - ポリ(ジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリルアミド)系超吸収体ゲル - Google Patents

ポリ(ジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリルアミド)系超吸収体ゲル

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JP2001523734A JP2000520827A JP2000520827A JP2001523734A JP 2001523734 A JP2001523734 A JP 2001523734A JP 2000520827 A JP2000520827 A JP 2000520827A JP 2000520827 A JP2000520827 A JP 2000520827A JP 2001523734 A JP2001523734 A JP 2001523734A
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トーマス ダブリュ. ベイホファー,
マイケル エー. ミッチェル,
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Abstract

(57)【要約】 ポリ(ジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリルアミド)系超吸収体ゲルを開示する。この超吸収体ゲルはポリ(ジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリルアミド)ポリマーと、ポリアクリル酸等の酸性水吸収ポリマー、またはポリ(ジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリルアミド)塩を包含する。N−(ジアルキルアミノアルキル)(メタ)アクリルアミドモノマー調製の改良法も開示する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【技術分野】
本発明はポリ(ジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリルアミド)またはそ
の塩を含む超吸収体ゲル、およびN−(ジアルキルアミノアルキル)(メタ)ア
クリルアミドの改良された製造法に関する。超吸収体ゲルはポリ(ジアルキルア
ミノアルキル(メタ)アクリルアミド)、および好ましくはポリアクリル酸等の
酸性超吸収体ポリマーと混合したポリ(ジアルキルアミノアルキル(メタ)アク
リルアミド)、またはポリ(ジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリルアミド
)塩を包含する。
【0002】
【背景技術】
吸水性樹脂は、サニタリー用品、衛生用品、ふきん、保水剤、脱水剤、スラッ
ジ凝集剤、使い捨て式のタオルおよび浴室マット、使い捨て式の玄関マット、増
粘剤、使い捨て式のペット用敷き床、凝結防止剤、および様々な化学品の放出制
御剤において広く使用されている。吸水性樹脂は、様々な化学的形態で得ること
ができる。これには、デンプン−アクリロニトリルグラフトコポリマーの加水分
解生成物、カルボキシメチルセルロース、架橋ポリアクリレート類、スルホン酸
化ポリスチレン類、加水分解されたポリアクリルアミド類、ポリビニルアルコー
ル、ポリエチレンオキシド、ポリビニルピロリドンおよびポリアクリロニトリル
類などの置換型および非置換型の天然ポリマーおよび合成ポリマーが含まれる。
【0003】 そのような吸水性樹脂は、「高吸収性ポリマー」またはSAPと呼ばれ、典型
的には低架橋度の親水性ポリマーである。SAPは、Goldmanらの米国特
許第5,669,894号において一般的に議論されている。SAPは、その化
学的構造において異なり得るが、すべてのSAPは、適度な圧力のもとにおいて
でも、自分自身の重量の数倍に等しい量の水性流体を吸収して保持することがで
きる。例えば、SAPは、自重の100倍またはそれ以上の蒸留水を吸収するこ
とができる。一定の圧力のもとで水性流体を吸収し得る能力は、おむつのような
衛生用品において使用されるSAPに必要な重要な条件である。
【0004】 SAPの劇的な膨潤性および吸収性は、(a)ポリマー鎖に沿って存在する電
荷間の静電気的反発、および(b)対イオンの浸透圧に起因する。しかし、この
ような吸収性は、生理食塩水、尿および血液などの電解質を含有する溶液中では
著しく減少することが知られている。上記のポリマーは、そのような生理学的流
体の存在下では効果的なSAPとして機能しない。
【0005】 電解質を含有する液体の低下した吸収性は、代表的には、市販のSAP(すな
わち、ポリアクリル酸ナトリウム)の脱イオン水および0.9重量%の塩化ナト
リウム(NaCl)溶液での吸収性によって明らかにされる。市販のポリアクリ
ル酸ナトリウムは、0psiで1gのSAPに対して146.2gの脱イオン水
(g/g)を吸収することができ、0.28psiでは1gのポリマーに対して
103.8gの脱イオン水を吸収することができ、そして0.7psiでは1g
のポリマーに対して34.3gの脱イオン水を吸収することができる。これに対
して、同じポリアクリル酸ナトリウムは、0psi、0.28psiおよび0.
7psiにおいて、それぞれ、43.5g、29.7gおよび24.8gの0.
9%NaCl溶液を吸収し得るに過ぎない。従って、尿または月経分泌物のよう
な体液に対するSAPの吸収能は、そのような流体には電解質が含まれているた
めに、脱イオン水の場合よりもはるかに低い。この著しい吸収低下は、「塩中毒
」と呼ばれている。
【0006】 塩中毒作用は下記のように説明されている。SAPの吸水性および保水性は、
イオン性官能基がポリマー構造に存在することに起因する。イオン性官能基は、
典型的にはカルボキシル基であり、ポリマーが乾燥しているときにはその大部分
は塩の形態にあり、そして水と接触すると、カルボキシル基は解離して溶媒和す
る。解離した状態において、ポリマー鎖は、同じ電荷を有する多数の官能基を含
有し、従って互いに反発する。このような電子的反発はポリマー構造の拡張をも
たらし、これにより、水分子のさらなる吸収が可能になる。しかし、ポリマーの
拡張は、ポリマーの可溶化を妨げるのに十分な数が存在するポリマー構造におけ
る架橋によって制限される。
【0007】 著しい濃度で存在する電荷質は、イオン性官能基の解離を妨害し、そして「塩
中毒」作用が引き起こされることが理論的に考えられている。従って、ナトリウ
ムイオンおよび塩化物イオンなどの溶解したイオンは、SAPゲルに対して2つ
の作用を有する。そのようなイオンはポリマーの電荷を遮蔽し、そして対イオン
がゲルの内外に存在するために、そのようなイオンは浸透圧の不均衡をなくす。
従って、溶解したイオンは、イオン性ゲルを非イオン性ゲルに効果的に変換し、
そして膨潤性が失われる。
【0008】 尿のような電解質含有液体を吸収するために最も広く使用されているSAPは
、中和されたポリアクリル酸、すなわち、少なくとも50%で、100%までの
中和されたカルボキシル基を含有するポリアクリル酸である。しかし、中和され
たポリアクリル酸は塩中毒を受けやすい。従って、塩中毒に対する感受性がほと
んどないSAPを得るためには、中和されたポリアクリル酸とは異なるSAPを
開発しなければならず、あるいは塩中毒作用を少なくとも部分的に解消するため
に、中和されたポリアクリル酸を改変または処理しなければならない。
【0009】 先行技術の研究者は塩中毒作用を中和し、それによって、月経分泌物および尿
などの電解質含有液体を吸収することに関するSAPの性能を改善することを試
みている。例えば、Tanakaらの米国特許第5,274,018号は、ポリ
アクリル酸のような膨潤性の親水性ポリマーと、そのポリマー上に界面活性剤の
単層が少なくとも形成されるのに十分な量のイオン性界面活性剤とを含むSAP
組成物を開示している。別の実施形態において、四級化されたアンモニウム基を
水酸化物形態(すなわち、OH型)で含有するゲルのようなカチオン性ゲルが、
イオン交換によって溶液から電解質を除くためのアニオン性ゲル(すなわち、ポ
リアクリル酸)とともに使用されている。
【0010】 Wongの米国特許第4,818,598号には、吸収性を改善するために、
DEAEセルロースのような繊維状アニオン交換材と、ポリアクリラートのよう
なヒドロゲルとを混合することが開示されている。国際特許公開WO96/17
681には、塩中毒作用を解消するために、ポリアクリル酸のようなアニオン性
SAPを多糖型カチオン性SAPと混合することが開示されている。同様に、国
際特許公開WO96/15163号には、少なくとも20%の官能基が塩基型(
すなわち、OH型)であるカチオン性SAPを、少なくとも50%の官能基が酸
型である陽イオン交換樹脂(すなわち、非膨潤性のイオン交換樹脂)と混合する
ことが開示されている。国際特許公開WO96/15180には、アニオン性S
AP(例えば、ポリアクリル酸)および陰イオン交換樹脂(すなわち、非膨潤性
のイオン交換樹脂)を含む吸収性物質が開示されている。
【0011】 これらの参考文献は、塩中毒作用を解消しようとする組合わせを開示している
。しかし、ポリアクリル酸ナトリウムのような非常に優れた吸収性および保持性
を示し、従って単独でSAPとして使用することができるSAPを提供すること
は望ましい。塩中毒作用を解消するために、そのようなSAPをポリアクリル酸
または他の酸含有SAPと混合することもまた望ましい。
【0012】
【発明の開示】
本発明は、ポリ(ジアルキルアミノアルキルアクリルアミド)系超吸収体ゲル
、およびポリ(ジアルキルアミノアルキルメタアクリルアミド)系超吸収体ゲル
− 以下ポリ(ジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリルアミド)系超吸収体
ゲルと称する −に関する。ポリ(ジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリル アミド)系超吸収体ゲルはポリアクリル酸等の酸性水吸収樹脂と組合せて用いて
塩被毒効果の克服を助け、またポリ(ジアルキルアミノアルキルメタアクリルア
ミド)の塩は単独でSAPとして使用される。ポリ(ジアルキルアミノアルキル
メタアクリルアミド)はまた、酸性媒質を吸収し保持するためのSAPとして単
独で用いられる。特に、SAPまたはSAPの成分として用いられるポリ(ジア
ルキルアミノアルキル(メタ)アクリルアミド)は若干架橋しており、好ましい
実施態様では吸収および保持性を改善するため表面処理される。
【0013】 従って、本発明の一つの特徴は、ポリ(N−ジアルキルアミノアルキル(メタ
)アクリルアミド)を調製するために用いられる、N−(ジアルキルアミノアル
キル)(メタ)アクリルアミドモノマーの改良された製造法を提供することであ
る。本発明の方法はN−(ジアルキルアミノアルキル)(メタ)アクリルアミド
モノマーの収量と純度をかなり増加させ、従ってN−(ジアルキルアミノアルキ
ル)(メタ)アクリルアミドモノマーの産業上有用な製造法を提供する。その結
果、このモノマーの改良された製造法は製造時間と製造コストを削減する。
【0014】 本発明の他の特徴は、ポリアクリル酸ナトリウム等の従来のSAPに匹敵する
吸収および保持性を有するSAPを提供することである。本発明のSAPは少な
くとも約10%、すなわち約10%から100%のアミン官能基が中和される様
に、十分な量の酸で適当な多官能性ビニルモノマーを用いて架橋される、ポリ(
ジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリルアミド)を中和して製造される。得
られたポリ(ジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリルアミド)塩は水媒体を
吸収するための優れたSAPである。
【0015】 本発明の他の重要な特徴によれば、中和されない単独の若干架橋されたポリ(
ジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリルアミド)を酸性水媒体を吸収し保持
する、または酸性種を再中和するために使用することができる。この酸性水媒体
は低吸収性ポリ(ジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリルアミド)を高吸収
性ポリ(ジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリルアミド)に変えることがで
きる、すなわちポリマーを吸収中にSAPに変換する。従って、ポリ(ジアルキ
ルアミノアルキル(メタ)アクリルアミド)は零れた酸を清掃するための優れた
樹脂である。
【0016】 本発明のまた別な特徴は、電解質の塩被毒効果を克服する改良されたSAPを
提供することである。特に、改良されたSAP材料はポリアクリル酸等の酸性膨
潤性樹脂とポリ(ジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリルアミド)の混合物
を含んでいる。
【0017】 特に、本発明の重要な特徴の一つは、以下の一般構造式:
【0018】
【化9】
【0019】 [式中、R1およびR2は独立に、水素およびメチルよりなる群から選択され、Y
は好ましくはアルキルであり、1から8の炭素原子を有する2価直鎖または分枝
有機基であり、R3およびR4は独立に、1から4の炭素原子を有するアルキル基
である]を有するN−(ジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリルアミド)モ
ノマーの改良された製造法を提供することである。
【0020】 本発明の他の特徴は、SAPとして作用する式(I)のモノマーから調製され
る架橋ポリマーを提供することである。本発明のまた別な特徴では、架橋ポリマ
ーを表面架橋剤で処理し、ポリ(ジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリルア
ミド)の吸収および保持性を改良する。
【0021】 本発明の他の重要な特徴は、式(I)のモノマー(I)のエステルアナログ、
すなわち構造式(II):
【0022】
【化10】
【0023】 [式中、Y、R1、R2、R3およびR4は上記で定義されるとおりである]の(メ
タ)アクリル酸エステルモノマーからSAPとして作用する架橋ポリマーを提供
することである。本発明の他の特徴は、構造式(II)のモノマーから調整され
た架橋ポリマーを表面架橋し、吸収および保持性を改良することである。
【0024】 上記およびその他の本発明の特徴と利点は、添付図面を参照する好ましい実施
態様の以下の説明から明らかになると思われる。本発明に種々、修正や変更を施
すことが当業者に想起されるはずであるが、請求の範囲を越えない限り、これら
の修正や変更も本発明に包含されるものとする。
【0025】
【発明を実施するための最良の形態】
本発明は、(a)N−(ジアルキルアミノエチルアルキル(メタ)アクリルア
ミド)モノマーの改良された製造法、(b)ポリ(ジアルキルアミノエチルアル
キル(メタ)アクリルアミド)およびその塩、およびSAPとしてのその使用、
および(c)ポリ(ジアルキルアミノエチルアルキル(メタ)アクリルアミド)
と酸性水吸収性樹脂との混合物を包含する改良されたSAP材料に関する。(a)N−(ジアルキルアミノエチルアルキル(メタ)アクリルアミド)モノマ ー製造の改良法 ポリ(ジアルキルアミノエチルアルキル(メタ)アクリルアミド)およびそれ
から誘導される塩は公知のポリマーである。ポリ(ジアルキルアミノエチルアル
キル(メタ)アクリルアミド)は一般構造式(I)のN−(ジアルキルアミノエ
チルアルキル(メタ)アクリルアミド)から標準遊離ラジカル重合法で調製され
る。ポリマーは一般構造式(II)の(メタ)アクリル酸エステルから同様に調
製される。N−(ジアルキルアミノエチルアルキル(メタ)アクリルアミド)モ
ノマーの生産法を工業規模で改良することにより、ポリ(ジアルキルアミノエチ
ルアルキル(メタ)アクリルアミド)の製造が促進され、製造コストが低下する
。従って、本発明の重要な特徴ではN−(ジアルキルアミノエチルアルキル(メ
タ)アクリルアミド)モノマー製造の改良法が開示される。N−(ジアルキルア
ミノエチルアルキル(メタ)アクリルアミド)の例には例えば、N−(2−ジメ
チルアミノエチル)アクリルアミド、すなわち構造式(III):
【0026】
【化11】
【0027】 で示されるDAEA、およびN−(3−ジメチルアミノプロピル)メタクリルア
ミド、すなわち構造式(IV):
【0028】
【化12】
【0029】 で示されるDMAPMAが含まれる。
【0030】 DMAPMAモノマーは市販されているが、DAEA等の多くのN−(ジアル
キルアミノアルキル)(メタ)アクリルアミドは市販されていない。以後に示さ
れる様に、DAEAは有用な水吸収性ハイドロゲルを提供するモノマーである。
しかしながら、市販の出発物質からのDAEAの高い収率の合成法は知られてい
ない。特に、塩化アクリロイルとN,N−ジメチルエチレンジアミンからのDA
EAの直接合成法の収率は、活性炭素−炭素二重結合へのMichael附加反
応のために低くなる。DAEAへの間接合成ルートは良い収率を与えるが、その
合成法は数段の合成工程が必要である。
【0031】 例えば、Kusterら、米国特許第4、237、067には、α、β−不飽
和カルボキシアミド、典型的にはβ−ヒドロキシカルボキシアミドとアミンをア
ミノ基転移反応で反応させ、次いで熱と触媒を用いてβ−置換基を脱離させる、
α、β不飽和N−置換カルボキシアミド、の製造法が開示されている。得られた
α、β−不飽和N−置換カルボキシイミドは構造式(I)で示される構造を有す
る。Y. Chnagら、Macromolecules、26、6121−6 126頁(1993年)(Changの文献)には、5℃から10℃でのN.N
.−ジメチルエチレンジアミンと塩化アクリロイルからN−(2−ジメチルアミ
ノエチル)アクリルアミドの調製法が開示されている。Changの文献はアク
リルアミドを単離するための水による最終処理が開示されている。Changの
文 献に開示されたこの方法を再現する試みでは、低い収率しか得られなかった。
【0032】 本発明の方法は市販の出発原料から構造式(I)のモノマーを良い収率と純度
で提供する。特に本発明の方法は以下の構造式:
【0033】
【化13】
【0034】 [式中、R1とR2は独立に、水素とメチルよりなる群から選択され、Yは1〜8
の炭素原子を有する2価の直鎖または分枝有機基であり、R3とR4は独立に、1
から4の炭素原子を有するアルキル基である]を有するN−(ジアルキルアミノ
アルキル)(メタ)アクリルアミドを提供する。本発明は塩化(メタ)アクリロ
イルと以下の構造式:
【0035】
【化14】
【0036】 を有するジアミンに基づく簡単な合成法を利用する。ジアミンは、1級アミン基
と3級アミン基を有する。基Yは好ましくはアルキル基である。
【0037】 一般に、N−(ジアルキルアミノアルキル)(メタ)アクリルアミドは、以下
の反応系:
【0038】
【化15】
【0039】 によって調製される。
【0040】 (メタ)アクリルアミド(I)の基Yは直鎖または分枝鎖であり、例えばフェ
ニル基等のアリル基で置換し得る。基Yはまた、例えばシクロアルキル基等の環
状基またはフェニル基等のアリル基である。環状基Yは未置換または置換され得
る。
【0041】 基Yは2から5の炭素原子を含む直鎖または分枝アルキル基であることが好ま
しい。本発明の利点を完全に達成するためには、基Yは2から4の炭素原子を含
むアルキル基である。
【0042】 (メタ)アクリルアミド(I)のR3およびR4基は独立に、メチル、エチル、
プロピル、イソプロピル、n−ブチル、sec−ブチルおよびt−ブチル基より
なる群から選択される。R1とR2は独立に、水素またはメチル基である。
【0043】 一般に、本発明のN−(ジアルキルアミノアルキル)(メタ)アクリルアミド
の調製法は塩化(メタ)アクリロイルとジアミンをまず最初に10℃以下の温度
で、次いで室温で反応させ、その後、非水溶媒中に塩基を添加する。塩基は例え
ば水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム、水酸化テトラメチルア
ンモニウム、または塩基性イオン交換樹脂である。有機溶媒はメタノール、エタ
ノール、またはイソプロパノール等のアルコール、グリセロール、ジメチルスル
ホキシド、またはヘキサメチルホスホラミドである。好ましい塩基は水酸化ナト
リウムであり、好ましい溶媒はメタノール等のアルコールである。
【0044】 N−(2−ジメチルアミノエチル)アクリルアミド、すなわちDAEAの調製
法が実施例1に示される。全体の仕上げ作業およびモノマーの単離は、非水条件
で行うことが重要である。Changの文献に開示される水を含む仕上げ工程を
除くことは、製品の収率を実質的に増加させる。
【0045】 [実施例1] 塩化アクリロイル(187グラム、2.1モル)をアルゴン雰囲気中で1、0
00ml(ミリリットル)の塩化メチレン(CH2Cl2)に溶かした。得られた
溶液を10℃以下に冷やし、200mlの塩化メチレン中のN,N−ジメチルエ
チレンジアミン溶液を塩化アクリロイル溶液中へゆっくりと加えた。冷却を続け
、添加速度は反応温度を10℃如何に保つに十分であった。ジアミン添加を終了
後、得られた反応混合物を室温まで暖め、攪拌を約1時間続けた。次にメタノー
ル中の10重量%水酸化ナトリウム(800g)溶液を反応混合物に加え、得ら
れた混合物を1時間攪拌した。混合液を濾過し、沈殿した塩化ナトリウムを除い
た。次にロータリーエバポレーターを用いてメタノールと塩化メチレンを濾液か
ら除去した。得られたオイルを0.1mmHg、61℃で真空蒸留した。蒸留物
を3つの分画に集めたが、それぞれが優れた純度のN−(2−ジメチルアミノエ
チル)アクリルアミドを含んでいた。蒸留結果を以下にまとめる。
【0046】
【表】
【0047】 蒸留したアクリルアミドの全体の純度は63%であった。
【0048】 本発明の方法はN−(ジアルキルアミノアルキル)(メタ)アクリルアミドの
優れた収率を達成した。しかしながら、塩化(メタ)アクロイルとジアミンのモ
ル比がN−(ジアルキルアミノアルキル)(メタ)アクリルアミドモノマーの収
率に影響することが見出された。特に、塩化(メタ)アクロイルとジアミンのモ
ル比は約1.0:0.9から約1.0:1.1の範囲、好ましくは約1.0:0
.95から約1.0:1.05の範囲に保たれる。
【0049】 N−(ジアルキルアミノアルキル)(メタ)アクリルアミドの収率に対する塩
化(メタ)アクロイルとジアミンのモル比の効果を示すため、以下の表1にDA
EAの8回の別々な合成を示す。
【0050】
【表1】
【0051】 実験4から8に示される様に、塩化(メタ)アクリロイルとジアミンのモル比
約1.0から0.97で収率が最大になるが観察された。
【0052】 本発明のN−(ジアルキルアミノアルキル)(メタ)アクリルアミド合成法の
重要な特徴によれば、全合成工程と仕上げ作業は水のない条件で行われる。Ch
angの文献は塩化アクリロイルとジメチルエチレンジアミンからDAEAの合
成を開示しているが、反応混合物を水で2回、濃塩化ナトリウム溶液で1回洗浄
している。Changの文献に開示された方法を追試すると、DAEAの収率は
10%から20%であった。水洗浄を省略し、反応混合物の非水状態を維持する
本発明の方法は少なくとも50%の収率、約75%を超える収率を達成する。従
って本発明の方法はN−(ジアルキルアミノアルキル)(メタ)アクリルアミド
の改良された製造法である。
【0053】 上記改良開示方法または従来方法のいずれかで調製されたN−(ジアルキルア
ミノアルキル)(メタ)アクリルアミドを重合してホモポリマーまたはコポリマ
ーを生成することができる。一般に、未架橋ポリ(ジアルキルアミノアルキル)
(メタ)アクリルアミド)は、水処理、介護用品、およびイオン交換樹脂等の多
くの実用性を有する典型的な水溶性ポリマーである。ポリ(ジアルキルアミノア
ルキル)(メタ)アクリルアミド)はポリマーを架橋することにより水不溶とな
る。ポリ(ジアルキルアミノアルキル)(メタ)アクリルアミド)とその塩は公
知であるが、この様なポリマーのSAPとしての使用は比較的研究されていない
【0054】 ポリ(ジアルキルアミノアルキル)(メタ)アクリルアミド)は典型的には標
準の遊離ラディカル重合法で製造される。SAPとして使用するため、構造式(
I)の化合物の基Yは2から4の炭素原子を含み、R3およびR4基は1から2の
炭素原子を含むことが好ましい。この様なN−ジアルキルアミノアルキル)(メ
タ)アクリルアミドモノマーは優れたSAPとなるに十分な親水性を有するポリ
マーを提供する。Y、R3およびR4基の炭素鎖の炭素原子数で増加するとポリマ
ーの親水性が減少し、吸収および保持性も減少する。
【0055】 ポリ(ジアルキルアミノアルキル)(メタ)アクリルアミド)ポリマーは、ポ
リマーが実質的に、すなわち少なくとも10%、好ましくは少なくとも25%の
ポリ(ジアルキルアミノアルキル)(メタ)アクリルアミド)ユニットである限
り、他の共重合可能単位、すなわち他のモノエチレン性不飽和化合物を含有し得
ることに注目する必要がある。本発明の利点を完全に達成するためには、ポリ(
ジアルキルアミノアルキル)(メタ)アクリルアミド)は少なくとも50%、よ
り好ましくは少なくとも75%のN−ジアルキルアミノアルキル)(メタ)アク
リルアミドユニットを含有する。その他の共重合可能ユニット波例えば、ポリマ
ーの親水性の改善を助けることができる。
【0056】 上記の様に、N−(ジアルキルアミノアルキル)(メタ)アクリルアミドモノ
マーの重合は最も普通には架橋剤、すなわち多官能性有機化合物の存在、または
不在で遊離ラディカル法で行われる。本発明によれば、SAPとして有用なポリ
(ジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリルアミド)は架橋されている。未架
橋ポリマーは水溶性せある。従ってSAPはポリマーが水不溶性であるに十分な
程度に架橋されている。架橋によりポリ(ジアルキルアミノアルキル(メタ)ア
クリルアミド)は実質的に水不溶になり、一部にはポリマーの吸収容量の決定に
役立つ。吸収用途で用いるためには、ポリ(ジアルキルアミノアルキル(メタ)
アクリルアミド)は軽度に架橋される、すなわち約20%以下、好ましくは約1
0%以下、最も好ましくは約0.01から約7%の架橋密度を有する。
【0057】 架橋剤はモノマーの全重量に対して約7%以下、典型的には約0.1wt%か
ら約5wt%の量で用いられる。ポリ(ジアルキルアミノアルキル(メタ)アク
リルアミド)を二つの異なった経路で架橋することができる。一つの経路ではN
−(ジアルキルアミノアルキル)(メタ)アクリルアミドと共重合可能なオレフ
ィン性不飽和架橋モノマーであり、従ってポリマー骨格の一部を形成する。
【0058】 架橋ポリビニルモノマーの例には以下の式(V):
【0059】
【化16】
【0060】 [式中、xはエチレン、プロピレン、トリメチレン、ヘキサメチレン、2−ヒド
ロキシプロピレン、−(CH2CH2O)nCH2CH2−、または
【0061】
【化17】
【0062】 であり、nおよびmはそれぞれ5から40の整数であり、kは1または2である
]で表されるポリアクリル(またはポリメタクリル)酸エステル; ならびに以下の式(VI):
【0063】
【化18】
【0064】 [式中、lは2または3である]で表されるビスアクリルアミドが含まれるが、
それらに限定されるものではない。
【0065】 式(V)の化合物は、エチレングリコール、プロピレングリコール、トリメチ
ロールプロパン、1,6−ヘキサンジオール、グリセリン、ペンタエリスリトー
ル、ポリエチレングリコールまたはポリプロピレングリコール等のポリオールを
アクリル酸またはメタクリル酸と反応させて調製される。式(VI)の化合物は
ジエチレントリアミンおよびトリエチレンテトラミン等のポリアルキレンポリア
ミンをアクリル酸と反応させて得られる。
【0066】 特定の架橋モノマーには以下の化合物が含まれるが、それらに限定されるもの
ではない:1,4−ブタンジオールジアクリレート、1,4−ブタンジオールジ
メタアクリレート、1,3−ブチレングリコールジアクリレート、1,3−ブチ
レングリコールジメタアクリレート、ジエチレングリコールジアクリレート、ジ
エチレングリコールジメタアクリレート、エトキシ化ビスフェノールAジアクリ
レート、エトキシ化ビスフェノールAジメタアクリレート、エチレングリコール
ジメタクリレート、1,6−ヘキサンジオールジアクリレート、1,6−ヘキサ
ンジオールジメタアクリレート、ネオペンチルグリコールジメタクリレート、ポ
リエチレングリコールジアクリレート、ポリエチレングリコールジメタアクリレ
ート、トリエチレングリコールジアクリレート、トリエチレングリコールジメタ
アクリレート、トリプロピレングリコールジアクリレート、テトラエチレングリ
コールジアクリレート、テトラエチレングリコールジメタアクリレート、ジペン
タエリスリトールペンタアクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレー
ト、ペンタエリスリトールトリアクリレート、トリメチロールプロパントリアク
リレート、トリメチロールプロパントリメタアクリレート、トリス(2−ヒドロ
キシエチル)イソシアヌレートトリアクリレート、トリス(2−ヒドロキシエチ
ル)イソシアヌレートトリメタアクリレート、ポリカルボン酸のジビニルエステ
ル、ポリカルボン酸のジアリルエステル、トリアリルテレフタレート、ジアリル
マレエート、ジアリルフマレート、ヘキサメチレンビスマレイミド、トリビニル
トリメリテート、ジビニルアジペート、ジアリルスクシネート、エチレングリコ
ールのジビニルエーテル、シクロペンタジエンジアクリレート、またはそれらの
組合せ。ジビニルベンゼンおよびジビニルエーテル等の化合物もポリ(ジアルキ
ルアミノアルキル)(メタ)アクリルアミドを架橋するために用いることができ
る。特に好ましい架橋剤はN,N’−メチレンビスアクリルアミド、N,N’−
メチレンビスメタアクリルアミド、エチレングリコールジメタクリレート、およ
びトリメチロールプロパントリアクリレートである。
【0067】 以下の実施例に架橋ポリ(ジアルキルアミノアルキル)(メタ)アクリルアミ
ドの調製法を示す。
【0068】 [実施例2] ポリ(ジメチルアミノエチルアクリルアミド)(ポリ(DAE A))の調製 125グラムのN−(2−ジメチルアミノエチル)アクリレート(DAEA)
、300グラムの脱イオン水、0.6グラムのメチレンビスアクリルアミド、お
よび0.11グラムのV−50開始剤(Wako Pure Chemical Industries、Inc.、Osaka、Japan市販の2,2’−ア
ゾビス(2−アミジノプロパン)塩酸塩開始剤)を含むモノマー混合物をアルゴ
ンを15分間吹き込んだ。得られた反応混合物を浅い皿に入れ、15mW/cm 2 のUV光の下で25分間重合した。重合は発熱反応であり、約100℃に達し た。得られたポリ(DEAE)はゴム状のゲルであった。ゴム状のポリ(DAE
A)を手で砕き、60℃で16時間乾燥し、最後に摩砕し篩でふるって所望の粒
度を得た。
【0069】 [実施例3] ポリ(ジメチルアミノプロピルメタクリルアミド)ポリ(DM APMA)の調製 DMAPMAモノマー(100グラム)、脱イオン水(150グラム)、メチ
レンビスアクリルアミド(0.76グラム)およびV−50開始剤(0.72グ
ラム)を含むモノマー混合物をガラスビーカーの中に入れた。モノマー混合物に
アルゴンを25分間吹き込み、蓋をし、約60℃のオーブン中に約60時間入れ
た。得られたポリ(DMAPMA)はゴム状のゲルであった。ゴム状のポリ(D
MAPMA)を手で砕き、60℃で16時間乾燥し、最後に摩砕し篩でふるって
所望の粒度を得た。
【0070】 ポリ(ジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリルアミド)はまた、未架橋ポ
リ(ジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリルアミド)を水またはアルコール
溶媒中に懸濁または溶解し、次いポリマーのアミノ基との反応によりポリ(ジア
ルキルアミノアルキル(メタ)アクリルアミド)を架橋可能なでジ−またはポリ
−官能性化合物を加えることにより、溶液中で架橋することもできる。この様な
架橋剤には例えば多官能価アルデヒド(例えばグルタルアルデヒド)、多官能価
アクリレート(例えばブタンジオールジアクリレート、TMPTA)、ハロヒド
リン(例えばエピクロルヒドリン)、ジハライド(例えばジブロモプロパン)、
ジスルホネートエステル(例えばWS(O2)O−(CH2n−OS(O2)W、
nは1から10であり、Wはメチルまたはトシル)、多官能価エポキサイド(例
えばエチレングリコールジグリシジルエーテル)、多官能価カルボン酸(例えば
コハク酸)、メラミン樹脂(例えばCytec Industries、Way ne、NJ製CYMEL 301、CYMEL 303、CYMEL 370、C YMEL 373)、およびヒドロキシメチル尿素(例えばN,N’−ジヒドロ キシメチル−4,5−ジヒドロキシエチレン尿素)が含まれる。
【0071】 一般に架橋剤は水またはアルコールに可溶で、ポリ(ジアルキルアミノアルキ
ル)(メタ)アクリルアミドに対し十分な反応性を有し、好ましくは約25℃か
ら約150℃の温度で制御可能で架橋が行われる必要がある。好ましい架橋剤は
アルコール可溶のジハロアルカンであり、最も好ましくはジブロモアルカンであ
る。
【0072】 以下の実施例はポリマーのアミノ基と反応する多官能性架橋剤を用いるポリ(
ジアルキルアミノアルキル)(メタ)アクリルアミドの軽度の架橋を示す。
【0073】 [実施例4] 未架橋ポリ(DAEA)の20重量%のイソプロピルアルコール溶液2リット
ル中へ10gのジブロモプロパンを加える。得られた混合液を攪拌し、次いでそ
の混合液を約70℃で16時間加熱しゲルとする。得られたゲルを押し出し、8
0℃で一定重量まで乾燥する。乾燥した軽度に架橋したポリ(DAEA)をすり
潰し、水または酸溶液を吸収し得る顆粒状物質とする。
【0074】 好ましい実施態様では、軽度に架橋したポリ(ジアルキルアミノアルキル(メ
タ)アクリルアミド)をその表面をさらに架橋する工程に供する。ポリ(ジアル
キルアミノアルキル(メタ)アクリルアミド)の表面架橋により、負荷のかかっ
た状態でポリマーが水媒体を吸収し保持する能力が増進されることが見出されて
いる。
【0075】 表面架橋はポリ(ジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリルアミド)粒子に
表面架橋剤溶液をスプレーし、ポリ(ジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリ
ルアミド)粒子の外表面のみを濡らすことにより行われる。次いで、好ましくは
少なくともポリ(ジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリルアミド)粒子の塗
れた表面を加熱することにより、ポリマーの表面架橋と乾燥が行われる。
【0076】 典型的には、ポリ(ジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリルアミド)粒子
は表面架橋剤のアルコール溶液で表面処理される。粒子は顆粒、発泡体、ビーズ
、繊維、フレークまたは粉末の形であればよい。溶液は重量%で約0.01%か
ら約4%、好ましくは約4%から2%の表面可溶剤を含む。溶液を細かなスプレ
ーとして、ポリ(ジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリルアミド)と表面架
橋剤溶液の比率約1:0.1から1:0.5(重量部)で自由に転がるポリ(ジ
アルキルアミノアルキル(メタ)アクリルアミド)粒子の表面上に施すことがで
きる。表面架橋リンカーはポリ(ジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリルア
ミド)に対して0%から約1%、好ましくは0%から約0.5%の量で存在する
。本発明の利点を完全に発揮するため、表面架橋リンカーは約0.001%から
約0.1%の量で存在する。
【0077】 表面処理されたポリ(ジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリルアミド)粒
子の架橋反応と乾燥は、表面処理された粒子を適当な温度、例えば約25℃から
150℃、好ましくは約105℃から約120℃で加熱して行われる。しかしな
がら、ポリ(ジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリルアミド)粒子の表面架
橋を行うための任意の他の方法、およびマイクロ波エネルギー等のポリ(ジアル
キルアミノアルキル(メタ)アクリルアミド)粒子の任意の他の乾燥法も使用し
得る。
【0078】 適当な表面架橋剤には、アミノ基と反応しポリ(ジアルキルアミノアルキル(
メタ)アクリルアミド)を架橋し得る2−またはポリ官能基分子が含まれる。好
ましくは表面可溶剤は水またはアルコールに可溶であり、ポリ(ジアルキルアミ
ノアルキル(メタ)アクリルアミド)と十分な反応性を有し、約25℃から約1
50℃の温度で架橋反応を制御し得るものである。
【0079】 適当な表面架橋剤の非限定的な例には以下のものが含まれる: (a) ジハライド、例えばZ−(CH2p−Zの式の化合物であり、pは2か
ら12の数、Zは独立に、ハロ(好ましくはブロモ)、トシレート、メシレート
、または他のアルキルまたはアリールスルホネートエステル; (b) 多官能価アジリジン; (c) 多官能価アルデヒド、例えばグルタルアルデヒド、トリオキサン、パラ
ホルムアルデヒド、テレフタルアルデヒド、マロンアルデヒド、およびグリオキ
サール、ならびにアセタールおよびそのビスルファイト; (d) エピクロロヒドリン等のハロヒドリン; (e) 多官能価エポキシ化合物、例えばエチレングリコールジグリシジルエー
テル、ビスフェノールAジグリシジルエーテル、およびビスフェノールFジグリ
シジルエーテル; (f) 多官能価カルボン酸、例えば蓚酸、アジピン酸、コハク酸、ドデカン酸
、マロン酸、およびグルタル酸等の2から12炭素原子を含むジ−およびポリカ
ルボン酸; (g) Cytec Industries、Wayne、NJから入手できる CYMEL等のメラミン樹脂;ならびに (h) N,N’−ジヒドロキシメチル−4,5−ジヒドロキシエチレン尿素等
のヒドロキシメチル尿素。
【0080】 好ましい表面架橋剤は約25℃から約150℃の温度でポリ(ジアルキルジア
ミノアルキル)(メタ)アクリルアミド)を架橋するジハロアルケンである。特
に好ましい表面可溶剤は3から10炭素原子を含むジブロモアルカンである。
【0081】 以下の実施例5は軽度架橋ポリ(ジアルキルジアミノアルキル)(メタ)アク
リルアミド)の表面処理と架橋を示す。
【0082】 [実施例5] 表面架橋ポリ(DAEA) 実施例2の軽度架橋ポリ(DAEA)の個々の部分をジブロモプロパンで異な
ったレベル(例えば0から3,000ppm)で表面処理し、次いで105℃で
乾燥して表面架橋を行った。表面架橋ポリ(DAEA)ポリマーをそれぞれ、0
.1M塩酸の吸収能と保持能を試験した。
【0083】 以下に示す試験結果において、表面架橋ポリマーを負荷なし(AUNL)での
吸収、および負荷0.28psiおよび0.7psi(AUL(0.28psi
)およびAUL(0.7psi))での吸収につき試験した。負荷のある場合の
吸収(AUL)は、SAPが加えられた圧力下における液体を吸収する能力の目
安である。本明細書で参考資料として用いられる米国特許第5,149,335
号に開示される様に、AULは以下の方法で測定された。
【0084】 SAP(0.160g±0.001g)を、内径25mmの中空プレキシガラ
スシリンダーの底部に取り付けた140ミクロンの水透過性メッシュ上に注意深
く散布する。試料を100gのカバープレートで覆い、シリンダーアセンブリを
秤量する。これにより圧力20g/cm2(0.28psi)が加えられる。ま
た別に、試料を250gのカバープレートで覆い、圧力51g/cm2(0.7
psi)を加える。円筒のスクリーン付き底部を25ミリリットルの試験液(通
常食塩水)を含む100mmペトリ皿に置き、ポリマーに1時間(または3時間
)吸収させる。シリンダーを再度秤量することにより吸収された液体の重量を液
体と接触する前のポリマーの乾燥重量で割ることにより、AUL(一定の圧力で
の)を計算する。以後に検討する様に、ポリ(ジアルキルアミノアルキル(メタ
)アクリルアミド)粒子も、ジブロモオクタン等の表面架橋剤で表面処理し、外
部圧力化で改善された性能を有する吸収剤を得ることができる。
【0085】 表面架橋ポリ(DAEA)が合成尿と0.1M塩酸を吸収し保持する能力は、
図1および2に示される。図1および2はAUNLと、0から10,000pp
mのジブロモプロパンで表面架橋したポリ(DEAE)に対する0.28psi
および0.7psiでのAULを示す。以後詳細に説明する様に、図1および2
はポリ(ジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリルアミド)が酸性媒体を吸収
し保持する優れた能力を有すること、および表面架橋がポリ(ジアルキルアミノ
アルキル(メタ)アクリルアミド)のAULを改善することを示す。
【0086】 実施例5の表面架橋ポリ(DAEA)ポリマーと同様に、0から10、000
ppmの1,8−ジブロモオクタンによるポリ(DAEA)ポリマーの表面架橋
は7以下のpHを有する酸性媒体を吸収し保持する優れた能力を有するポリ(D
AEA)ポリマーを提供し、さらに、表面架橋がポリ(ジアルキルアミノアルキ
ル(メタ)アクリルアミド)のAULを改善することを示した。それらの結果を
図3のプロットに示す。
【0087】 ポリ(ジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリルアミド)系SAP ポリマー上にイオン電荷が存在しないので、典型的にはポリ(ジアルキルアミ
ノアルキル(メタ)アクリルアミド)はその中性型ではSAPとして作用しない
。これは、中性ポリ(DAEA)の合成尿吸収、保持能が比較的に悪いことを示
す図1に示される。しかしながら、塩に変えた場合、またはポリアクリル酸等の
酸性水吸収樹脂と組合せて使用した場合、ポリ(ジアルキルアミノアルキル(メ
タ)アクリルアミド)はSAPと同様に振舞う。
【0088】 (i)ポリ(ジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリルアミド)の塩 先に記載した様に、ポリアクリル酸ナトリウムは最良のSAPであると考えら
れ、従って商業用途に最も広く使用されている。ポリアクリル酸ナトリウムは、
吸収体としての用途におけるその優れた性能の原因である高分子電解質の性質を
有する。これらの性質には高い電荷密度と、ポリマー骨格に比較的近接する電荷
が含まれる。
【0089】 ポリ(ジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリルアミド)は中性ポリマーで
あり、従ってSAPを提供するに必要な高分子電解質的な性質を持たない。しか
しながらポリ(ジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリルアミド)塩はSAP
を提供するに十分な高分子電解質的な性質を有する。SAPを提供するために用
いられるポリ(ジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリルアミド)塩は軽度架
橋ポリ(ジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリルアミド)であり、好ましく
は上記の様に表面架橋されている。
【0090】 この様な架橋され、場合によっては表面架橋されたポリ(ジアルキルアミノア
ルキル(メタ)アクリルアミド)ポリマーを公知の方法で塩に転換することがで
きる。例えば、ポリ(ビニルアミン)に塩酸を加えることによるポリ(ビニルア
ミン)塩の調製法がPinschmidt、Jr.ら、米国特許第5,085,
87号、およびGless、Jr.ら、米国特許第4,018,826号に述べ
られている。同様な方法をポリ(ジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリルア
ミド)の塩を提供するために用いることができる。
【0091】 しかしながら、SAPとして有用なポリ(ジアルキルアミノアルキル(メタ)
アクリルアミド)塩は塩酸塩に限られるものではない。ポリ(ジアルキルアミノ
アルキル(メタ)アクリルアミド)を様々な酸と反応させてSAPとして有用な
ポリ(ジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリルアミド)塩を提供することが
できるが、好ましい酸は鉱酸である。本発明の利点を完全に達成するためには、
ポリ(ジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリルアミド)塩は塩酸塩である。
【0092】 ポリ(ジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリルアミド)塩がSAPとして
作用する能力を示すため、実施例2の軽度架橋ポリ(DAEA)を塩酸で部分的
に中和したモノマーから製造した。ポリ(DAEA)塩の脱イオン水および電解
質含有水媒体(すなわち1重量%までの塩化ナトリウム水溶液)を吸収し保持す
る能力を試験した。
【0093】 特に、DEAEモノマー試料を異なった量の1N塩酸(HCl)を用いて塩酸
塩に変換した。得られた溶液を実施例2に述べた様に重合し、HCl水溶液の吸
収能を評価した。結果を表2にまとめる。
【0094】
【表2】
【0095】 表2にまとめられた吸収および保持の結果は、ポリ(DAEA)が塩酸に変換
された場合、負荷を加えた場合および加えない場合の双方で吸収が増加すること
を示す。本発明の重要な特徴によれば、ポリ(ジアルキルアミノアルキル(メタ
)アクリレート)は約10から100モルパーセント、好ましくは約20から9
0モルパーセントの割合で塩に変換された場合、SAPの性質を示す。本発明の
利点を完全に達成するためには、ポリ(アルキルアミノアルキル(メタ)アクリ
レート)は、ポリ(アルキルアミノアルキル(メタ)アクリレート)を調製する
ために用いられたN−アルキルアミノアルキル(メタ)アクリレートモノマーの
重量に対して約25から約75mole%の割合で塩に変換される。
【0096】 他の試験では、実施例2で調製された軽度架橋ポリ(DAEA)をイソプロピ
ルアルコール中の様々なレベルのジブロモオクタンで表面処理し、105℃で乾
燥、硬化した。次に軽度架橋ポリ(DAEA)の表面架橋粒子を1N HClで 部分的に中和(すなわち75mole%)した。次いで表面架橋ポリ(DAEA
)塩の0.9%NaCl水溶液吸収保持能を試験した。結果は表3にまとめられ
るが、中和、表面架橋されたポリ(RAEA)のAULは改善されたことを示し
ている。
【0097】
【表3】
【0098】 (ii)SAPにおけるポリ(ジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリルア ミド) 上記および図1に示す様に、ポリ(ジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリ
ルアミド)はその遊離塩基型では、中性から酸性媒体中でSAPとして作用しな
い。同様に、ポリアクリル酸はその遊離酸型では、中性から酸性媒体中でSAP
として作用しない。それぞれの場合でポリマーの電荷密度は低く、従って吸収と
保持の主な駆動力である静電的反発力が欠けている。対照的に部分的に中和され
たポリアクリル酸は十分な電荷密度を有し、それ自体で現在SAPとして用いら
れている。同様に、先に開示された様に、ポリ(ジアルキルアミノアルキル(メ
タ)アクリルアミド)塩は高い電荷密度を有し、優れたSAPである。
【0099】 しかしながら、図2および3に示す様にポリ(ジアルキルアミノアルキル(メ
タ)アクリルアミド)はその遊離塩基型で酸性水媒体中で吸収体として作用する
ことができ、負荷のない場合および負荷のある場合、1グラムのポリ(DAEA
)は0.1M塩酸を50g以上、約65gまで吸収した。酸性媒体はポリ(ジア
ルキルアミノアルキル(メタ)アクリルアミド)の3級アミノ基をプロトン化し
、それによりプロトン化されたポリ(ジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリ
ルアミド)に十分な電荷密度を提供しSAPとして作用する。従って、ポリ(ジ
アルキルアミノアルキル(メタ)アクリルアミド)それ自体を酸性水媒体を吸収
する、例えば漏洩した酸を吸収するために使用することができる。
【0100】 ポリ(ジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリルアミド)の遊離塩基型が、
酸性水吸収樹脂を更に含む超吸収体材料の有用な成分であることも見出されてい
る。例えば、本発明の超吸収体材料はポリ(ジアルキルアミノアルキル(メタ)
アクリルアミド)とポリアクリル酸等の酸性水吸収樹脂の混合物である。本発明
の超吸収体材料は電解質を含む水媒体の吸収と保持に関して特に有用である。
【0101】 現在、2種の吸収成分を含む超吸収体材料、すなわち二成分SAPはSAPの
改良されたクラスとして研究中である。典型的には、一つの成分は水吸収樹脂で
あり、第2の成分はイオン交換容量として作用し水媒体から電解質を除去する。
【0102】 これに対し、本発明は2種の電荷の軽度架橋ポリマーでなる二成分SAP材料
を目的とし、個々の成分は水媒体を取り込み吸収ことが可能である。水または電
解質含有水溶液と接触した場合、2種の未荷電ポリマーは相互に中和し合い、超
吸収体材料となる。水と接触した場合、どちらのポリマーも未荷電型ではそれ自
体SAPとして挙動しない。したがって、本発明の二成分超吸収体材料は一方は
酸性、他方は塩基性の2種の樹脂を含有し、その電解質高分子の形で吸収体材料
として作用することが可能である。酸性樹脂としてポリアクリル酸は優れた選択
であるが、適当な塩基性樹脂は存在しなかった。
【0103】 従って、本発明の重要な特徴によれば、ポリ(ジアルキルアミノアルキル(メ
タ)アクリルアミド)は二成分SAP材料の塩基性樹脂として用いられる。ポリ
(ジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリルアミド)は軽度に架橋され、ポリ
(ジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリルアミド)粒子は吸収および保持性
を改善するため好ましくは表面架橋される。ポリ(ジアルキルアミノアルキル(
メタ)アクリルアミド)と酸性樹脂との基見合わせは水、特に気水の存在でSA
Pの様に挙動する。ポリ(ジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリルアミド)
を公知の方法で調製することができる。架橋と表面架橋も上記の通り行うことが
できる。
【0104】 ポリ(ジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリルアミド)は酸性樹脂と混合
される塩基性樹脂である。酸性樹脂は中性型でSAPとして作用する任意の樹脂
である。典型的には酸性樹脂はカルボン酸、硫酸、リン酸、またはスルホン酸基
、またはその組合せを含む。
【0105】 酸性樹脂の例には、限定的ではないがポリアクリル酸、加水分解デンプンとア
クリロニトリルのグラフト共重合体、デンプン−アクリル酸グラフト共重合体、
鹸化酢酸ビニル−アクリルエステル共重合体、加水分解アクリロニトリルまたは
アクリルアミド共重合体、エチレン−マレイン酸無水物共重合体、イソブチレン
−マレイン酸無水物共重合体、ポリ(ビニルスルホン酸)、ポリ(ビニル硫酸)
、ポリ(ビニルホスフィン酸)、ポリ(ビニルリン酸)、スルホン化ポリスチレ
ン、およびそれらの組合せが含まれる。好ましい酸性樹脂はポリアクリル酸であ
る。
【0106】 ポリ(ジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリルアミド)は遊離塩基、すな
わちアミン型で存在し、酸性樹脂は遊離酸型で存在する。低いパーセンテージ、
すなわち約25%以下のアミンおよび/または酸官能基が荷電型で有り得ると考
えられる。低いパーセンテージの荷電官能基は超吸収体材料の性能に悪影響を及
ぼさず、液体の初期の吸収を助ける。
【0107】 ポリ(ジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリルアミド)と酸性樹脂は約1
0:90から約90:10の重量比、好ましくは約20:80から約80:20
の重量比で混合される。本発明の利点を完全に達成するためには、樹脂は約25
:75から約75:25の重量比で混合される。本発明の二成分SAPはポリ(
ジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリルアミド)と酸性樹脂の粒子を単に混
合するだけで調製され、均一な粒子状材料となる。
【0108】 本発明の二成分SAP材料を説明するため、以下の実施例を準備し試験を行っ
た。
【0109】 [実施例6] 実施例2で調製されたポリ(DAEA)粉末(粒径210〜710μm)およ
び軽度架橋ポリアクリル酸(粒径210−710μm)を含む一連の混合物を、
ポリ(DEAE)体ポリアクリル酸の重量比0:100から100:0の範囲に
わたって調製した。得られた二成分配合物の吸収および保持性を負荷のある状態
およびない上程で試験し、その結果を図4に示す。
【0110】 図4のプロットは、ポリ(DEAE)およびポリアクリル酸単独ではそれぞれ
SAPとして作用する能力が比較的良くない、すなわち合成尿の吸収が樹脂グラ
ム当り約10から約25グラム以下であることを示している。しかしながら、ポ
リ(DEAE)とポリアクリルの配合物は、特に配合物中のポリ(DEAE)の
重量比が約0.1から約0.9の範囲でAUNLおよびAULの双方で吸収と保
持を実質的に増加させる。
【0111】 ポリ(DEAE)と20%中和ポリアクリル酸の配合物を用いて実施例6を繰
り返した。この試験の結果を図5のプロットにまとめるが、それはポリ(ジアル
キルアミノアルキル(メタ)アクリルアミド)と酸含有ポリマーの配合物は、個
々の樹脂の吸収および保持性を実質的に改善することを示している。図6はポリ
(DMAPMA)と20%中和ポリアクリル酸の配合物に対する同様な結果を示
す。
【0112】 二成分SAP材料は液体、特に電解質含有液体を吸収し保持する様に設計され
た製品で特に有用である。このような製品にはおむつおよび生理用品がある。
【0113】 以下の表は二成分SAPの0.9%食塩水吸収、保持性が、二成分SAPのこ
のの成分のいずれと比較しても改良されることをさらに示している。
【0114】
【表4】
【0115】
【表5】
【図面の簡単な説明】
【図1】 図1は合成尿の吸収(g/g)に対するジブロモプロパンで架橋したポリ(D
AEA)ポリマーの表面架橋度(ppm)のプロットである。
【図2】 図2は0.1M塩酸の吸収(g/g)に対するジブロモプロパンで架橋したポ
リ(DAEA)ポリマーの表面架橋度(ppm)のプロットである。
【図3】 図3は0.1M塩酸の吸収(g/g)に対するジブロモオクタンで架橋したポ
リ(DAEA)ポリマーの表面架橋度(ppm)のプロットである。
【図4】 図4はポリ(DAEA)とポリアクリル酸の配合物による合成尿の吸収(g/
g)のプロットである。
【図5】 図5はポリ(DAEA)と20%中和ポリアクリル酸の配合物による合成尿の
吸収(g/g)のプロットである。
【図6】 図6はポリ(DMAPMA)と20%中和ポリアクリル酸の配合物による合成
尿の吸収(g/g)のプロットである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) // A61F 13/49 A41B 13/02 D 4J100 5/44 (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW,ML, MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,K E,LS,MW,SD,SZ,UG,ZW),EA(AM ,AZ,BY,KG,KZ,MD,RU,TJ,TM) ,AL,AM,AT,AU,AZ,BA,BB,BG, BR,BY,CA,CH,CN,CU,CZ,DE,D K,EE,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM ,HR,HU,ID,IL,IS,JP,KE,KG, KP,KR,KZ,LC,LK,LR,LS,LT,L U,LV,MD,MG,MK,MN,MW,MX,NO ,NZ,PL,PT,RO,RU,SD,SE,SG, SI,SK,SL,TJ,TM,TR,TT,UA,U G,UZ,VN,YU,ZW (72)発明者 ミッチェル, マイケル エー. アメリカ合衆国 60047 イリノイ レイ ク チューリヒ フェザント リッジ 440 (72)発明者 トルズペク, レティシア エル. アメリカ合衆国 60195 イリノイ ホフ マン エステイツ ファイヤストーン レ ーン 3905 Fターム(参考) 3B029 BA18 4C003 AA23 4C081 AA02 BB01 CA051 CA081 CA091 CA101 CB041 CC03 CC05 CD031 4C098 AA09 CC02 DD05 DD27 4J002 AB04X BB21X BC10X BG01X BG05X BG10X BG13W BG13X BQ00X GD03 4J100 AB16Q AE64Q AE70Q AG61Q AG63Q AG64Q AG68Q AL62Q AL63Q AL66Q AL67Q AL92Q AM21P AM24Q AM25Q BA02Q BA03Q BA08Q BA28Q BA31P BC33Q BC43Q BC45Q BC75Q CA04 HA53 HC16 HC27 HC39 HC40 HC57 HC63 HC69 JA19

Claims (47)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 以下の一般構造式: 【化1】 [式中、R1およびR2は独立に、水素およびメチルよりなる群から選択され、Y
    は1から8の炭素原子を有する2価の有機基であり、そしてR3およびR4は独立
    に、1から4の炭素原子を有するアルキル基である] を有するN−(ジアルキルアミノアルキル)(メタ)アクリルアミドの製造方法
    であって、以下の工程すなわち、 (a)塩化(メタ)アクリロイルと以下の構造式 【化2】 を有するジアミンとを10℃以下にて非水媒質中で反応させ、 (b)非水溶媒中に溶解した塩基を含有する溶液を、工程(a)の反応混液に
    添加して試料溶液をつくり、ならびに (c)工程(b)の非水試料溶液から直接的に、N−(ジアルキルアミノアル
    キル)(メタ)アクリルアミドを単離する、 工程を含む方法。
  2. 【請求項2】 Yが、2から5の炭素原子を有するアルキル基であり、そし
    てR3およびR4は独立に、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、n−ブチ
    ル、sec−ブチルおよびt−ブチル基よりなる群から選択される請求項1記載
    の方法。
  3. 【請求項3】 Yが、アリール基またはシクロアルキル基を含む請求項1記
    載の方法。
  4. 【請求項4】 Yが、フェニル基で置換されている請求項3記載の方法。
  5. 【請求項5】 工程(a)において、塩化(メタ)アクリロイルとジアミン
    のモル比が、約1.0:0.9から1.0:1.1である請求項1記載の方法。
  6. 【請求項6】 工程(b)における塩基が、水酸化ナトリウム、水酸化カリ
    ウム、水酸化リチウム、水酸化テトラメチルアンモニウム、塩基性イオン交換樹
    脂、およびそれらの組合せよりなる群から選択される請求項1記載の方法。
  7. 【請求項7】 工程(b)における非水溶媒が、アルコール、ジメチルスル
    ホキシド、ヘキサメチルホスホラミド、またはそれらの組合せである請求項1記
    載の方法。
  8. 【請求項8】 N−(ジアルキルアミノアルキル)(メタ)アクリルアミド
    が、N−(2−ジメチルアミノエチル)アクリルアミドまたはN−(3−ジメチ
    ルアミノプロピル)メタクリルアミドである請求項1記載の方法。
  9. 【請求項9】 工程(c)において、N−(ジアルキルアミノアルキル)(
    メタ)アクリルアミドが、工程(b)の試料溶液から非水溶媒を除去して残渣を
    得、次いでN−(ジアルキルアミノアルキル)(メタ)アクリルアミドを残渣か
    ら蒸留することによって単離される請求項1記載の方法。
  10. 【請求項10】 酸性の水性媒質を吸収する方法であって、かかる酸性の水
    性媒質を、若干架橋したポリ(ジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリルアミ
    ド)と接触させる工程を含むことを特徴とする方法。
  11. 【請求項11】 ポリ(ジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリルアミド
    )が、 【化3】 [式中、xはエチレン、プロピレン、トリメチレン、ヘキサメチレン、2−ヒド
    ロキシプロピレン、−(CH2CH2O)nCH2CH2−、もしくは 【化4】 であり、nおよびmはそれぞれ5から40の整数であり、そしてkは1もしくは
    2である]; 【化5】 [式中、lは2もしくは3である];またはそれらの組合せを含むポリビニルモ
    ノマーを用いて若干架橋される請求項10記載の方法。
  12. 【請求項12】 ポリ(ジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリルアミド
    )が、ジビニルベンゼン、ジビニルエーテル、またはそれらの組合せを用いて若
    干架橋される、請求項10記載の方法。
  13. 【請求項13】 ポリ(ジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリルアミド
    )が、多官能価アルデヒド、多官能価アクリレート、ハロヒドリン、多官能価エ
    ポキサイド、多官能価カルボン酸、メラミン樹脂、、ヒドロキシメチル尿素、お
    よびそれらの組合せよりなる群から選択される多官能性化合物を用いて若干架橋
    される、請求項10記載の方法。
  14. 【請求項14】 ポリ(ジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリルアミド
    )が、0%から25%のモノエチレン性不飽和コモノマーを含む請求項10記載
    の方法。
  15. 【請求項15】 若干架橋されたポリ(ジアルキルアミノアルキル(メタ)
    アクリルアミド)が、表面架橋されている請求項10記載の方法。
  16. 【請求項16】 ポリ(ジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリルアミド
    )が、10,000ppmを上限とする表面架橋剤を用いて表面架橋されている
    請求項10記載の方法。
  17. 【請求項17】 ポリ(ジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリルアミド
    )が、 (a) 以下の構造式: Z−(CH2p−Z [式中、pは2から12の数、Zは独立に、ハロ、トシレート、メシレート、ア
    ルキルスルホネートエステル、およびアリールスルホネートエステルよりなる群
    から選択される]を有するジハライド; (b) 多官能価アジリジン; (c) 多官能価アルデヒド、ならびにアセタールおよびそのビスルファイト; (d) ハロヒドリン; (e) 多官能価エポキシ化合物; (f) 2から12炭素原子を含む多官能価カルボン酸、; (g) メラミン樹脂;ならびに (h) ヒドロキシメチル尿素 よりなる群から選択される表面架橋剤で表面架橋されている請求項15記載の方
    法。
  18. 【請求項18】 ポリ(ジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリルアミド
    )が、2から10の炭素原子を含むジハロアルカンで表面架橋されている請求項
    15記載の方法。
  19. 【請求項19】 ジハロアルカンが、ジブロモアルカンを含む請求項18記
    載の方法。
  20. 【請求項20】 ポリ(ジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリルアミド
    )が、ポリ(ジメチルアミノエチルアクリルアミド)を含む請求項10記載の方
    法。
  21. 【請求項21】 ポリ(ジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリルアミド
    )が、ポリ(ジメチルアミノプロピルメタクリルアミド)を含む請求項10記載
    の方法。
  22. 【請求項22】 水性媒質を吸収する方法であって、かかる水性媒質を、若
    干架橋したポリ(ジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリルアミド)塩と接触
    させる工程を含むことを特徴とする方法。
  23. 【請求項23】 水性媒質が、電解質を含有する請求項22記載の方法。
  24. 【請求項24】 水性媒質が、生理食塩水、血液、尿、または月経分泌物で
    ある請求項22記載の方法。
  25. 【請求項25】 ポリ(ジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリルアミド
    )塩が、少なくとも10%であって、且つ100%を上限とする中和されたアミ
    ノ基を含んでいる請求項22記載の方法。
  26. 【請求項26】 若干架橋されたポリ(ジアルキルアミノアルキル(メタ)
    アクリルアミド)が、表面架橋されている請求項22記載の方法。
  27. 【請求項27】 ポリ(ジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリルアミド
    )塩が、無機鉱酸で約10から100モル%中和されたポリ(ジアルキルアミノ
    アルキル(メタ)アクリルアミド)を含む請求項22記載の方法。
  28. 【請求項28】 ポリ(ジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリルアミド
    )塩が、ポリ(ジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリルアミド)塩酸塩を含
    む請求項27記載の方法。
  29. 【請求項29】 ポリ(ジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリルアミド
    )塩が、無機鉱酸で約30から70モル%中和されたポリ(ジアルキルアミノア
    ルキル(メタ)アクリルアミド)を含む請求項22記載の方法。
  30. 【請求項30】 ポリ(ジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリルアミド
    )塩が、ポリ(ジメチルアミノエチルアクリルアミド)を含む請求項22記載の
    方法。
  31. 【請求項31】 ポリ(ジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリルアミド
    )塩が、ポリ(ジメチルアミノプロピルメタクリルアミド)を含む請求項22記
    載の方法。
  32. 【請求項32】 超吸収体材料であって、 (a)若干架橋したポリ(ジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリルアミド)
    、および (b)酸性の水吸収性樹脂を含む超吸収体材料。
  33. 【請求項33】 ポリ(ジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリルアミド
    )が、表面架橋されている請求項32記載の超吸収体材料。
  34. 【請求項34】 表面架橋剤が、2から10の炭素原子を含むジハロアルカ
    ンを含む請求項32記載の超吸収体材料。
  35. 【請求項35】 酸性樹脂が、ポリアクリル酸、加水分解デンプン−アクリ
    ロニトリルグラフト共重合体、デンプン−アクリル酸グラフト共重合体、鹸化酢
    酸ビニル−アクリルエステル共重合体、加水分解アクリロニトリル共重合体、加
    水分解アクリルアミド共重合体、エチレン−マレイン酸無水物共重合体、イソブ
    チレン−マレイン酸無水物共重合体、ポリ(ビニルスルホン酸)、ポリ(ビニル
    硫酸)、ポリ(ビニルホスフィン酸)、ポリ(ビニルリン酸)、スルホン化ポリ
    スチレン、およびそれらの組合せよりなる群から選択される請求項32記載の超
    吸収体材料。
  36. 【請求項36】 ポリ(ジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリルアミド
    )と酸性樹脂が、約10:90から約90:10の重量比で存在する請求項32
    記載の超吸収体材料。
  37. 【請求項37】 水性媒質を吸収する方法であって、かかる媒質を、請求項
    32記載の超吸収体材料と接触させる工程を含むことを特徴とする方法。
  38. 【請求項38】 酸性の水性媒質を吸収する方法であって、かかる酸性の水
    性媒質を、 以下の構造式: 【化6】 [式中、R1およびR2は独立に、水素およびメチルよりなる群から選択され、Y
    は1から8の炭素原子を有する2価の有機基であり、そしてR3およびR4は独立
    に、1から4の炭素原子を有するアルキル基である] を有するアクリル酸エステルモノマーから調製された、若干架橋したポリマーと
    接触させる工程を含むことを特徴とする方法。
  39. 【請求項39】 ポリマーが、10,000ppmを上限とする表面架橋剤
    を用いて表面架橋されている請求項38記載の方法。
  40. 【請求項40】 水性媒質を吸収する方法であって、かかる水性媒質を、 以下の構造式: 【化7】 [式中、R1およびR2は独立に、水素およびメチルよりなる群から選択され、Y
    は1から8の炭素原子を有する2価の有機基であり、そしてR3およびR4は独立
    に、1から4の炭素原子を有するアルキル基である] を有するアクリル酸エステルモノマーから調製された、若干架橋したポリマーの
    塩と接触させる工程を含むことを特徴とする方法。
  41. 【請求項41】 ポリマー塩が、少なくとも10%であって、且つ100%
    を上限とする中和されたアミノ基を含んでいる請求項40記載の方法。
  42. 【請求項42】 超吸収体材料であって、 (a)以下の構造式: 【化8】 [式中、R1およびR2は独立に、水素およびメチルよりなる群から選択され、Y
    は1から8の炭素原子を有する2価の有機基であり、そしてR3およびR4は独立
    に、1から4の炭素原子を有するアルキル基である] を有するアクリル酸エステルモノマーから調製された、若干架橋したポリマー、
    ならびに (b)酸性の水吸収性樹脂を含む超吸収体材料。
  43. 【請求項43】 酸性樹脂が、ポリアクリル酸、加水分解デンプン−アクリ
    ロニトリルグラフト共重合体、デンプン−アクリル酸グラフト共重合体、鹸化酢
    酸ビニル−アクリルエステル共重合体、加水分解アクリロニトリル共重合体、加
    水分解アクリルアミド共重合体、エチレン−マレイン酸無水物共重合体、イソブ
    チレン−マレイン酸無水物共重合体、ポリ(ビニルスルホン酸)、ポリ(ビニル
    硫酸)、ポリ(ビニルホスフィン酸)、ポリ(ビニルリン酸)、スルホン化ポリ
    スチレン、およびそれらの組合せよりなる群から選択される請求項42記載の超
    吸収体材料。
  44. 【請求項44】 ポリマーと酸性樹脂が、約10:90から約90:10の
    重量比で存在する請求項42記載の超吸収体材料。
  45. 【請求項45】 水性媒質を吸収する方法であって、かかる媒質を、請求項
    42記載の超吸収体材料と接触させる工程を含むことを特徴とする方法。
  46. 【請求項46】 請求項32記載の超吸収体材料を含む製品。
  47. 【請求項47】 前記製品が、おむつまたは生理用品である請求項46記載
    の製品。
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