JP2007525569A - 高吸水性ポリマー - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、水、水性液体および血液を吸収する高吸水性ポリマーに関し、この発明の高吸水性ポリマーは改善された特性、特に高い流体保持および浸透性の特性を有する。この発明はまた、これらの高吸水性ポリマーの調製および衛生用品中における吸収材としてのそれらの使用にも関する。
高吸水性物質(Superabsorbent)とは、0.9重量パーセント塩化ナトリウム水溶液を含む水性溶液中で、自身の重量の約10倍以上、最高約30倍の重量を吸収し得る、水膨潤性、水不溶性の有機または無機材料を示す。高吸水性ポリマーは架橋した中性ポリマーであり、膨潤しながら大量の水性液体および尿または血液などの体液を吸収してヒドロゲルを形成でき、かつ高吸水性物質の一般的な定義に従って特定の圧力下でそれらを保持できる。
この発明は、約55wt%から約99.9wt%の重合可能な不飽和酸基含有モノマー、約0.001wt%から約5.0wt%の内部架橋剤(internal crosslinking agent)、および0wt%から25wt%の予備中和剤(preneutralizing agent)を含む高分子樹脂組成を含み、この高分子樹脂組成は0モル%から約50モル%予備中和されており、さらに水膨潤性、水不溶性アミノ多糖ポリマーを含む組成を含む高吸水性ポリマーに関し、この高吸水性ポリマーが水性溶液に接触するとき、高分子樹脂組成がアミノ多糖ポリマーによって中和されることにより、高吸水性ポリマーの中和の程度が高分子樹脂組成の予備中和の程度よりも約20モル%またはそれ以上高くなる。
好適な高吸水性ポリマーは、天然、生分解性、合成、および修飾された天然のポリマーおよび材料から選択されてもよい。高吸水性ポリマーに関して用いられる架橋(crosslinked)という用語は、通常は水溶性の材料を効果的に実質的に水不溶性かつ膨潤性にするためのあらゆる手段を示す。こうした架橋手段はたとえば、物理的な絡み合い、結晶のドメイン、共有結合、イオン錯体および会合、水素結合などの親水性会合、疎水性会合またはファンデルワールス力を含み得る。高吸水性ポリマーは内部架橋および表面架橋を含む。
脂がアミノ多糖ポリマーによって中和されることにより、高吸水性ポリマーの中和の程度は高分子樹脂組成の予備中和の程度よりも約20モル%またはそれ以上高くなる。
者に公知である。典型的な方法は、たとえば光散乱、固有粘度およびゲル浸透クロマトグラフィを含む。一般的に、ブルックフィールド粘度計による25℃における1.0重量パーセント水性溶液中の粘度によってキトサン材料の分子量を表わすのが最も便利である。通常は、1.0重量パーセント酢酸水性溶液を用いるなどして対応するキトサン塩の粘度を測定することによってキトサン材料の粘度を間接的に測定する。この発明における使用に好適なキトサン材料は、25℃における1.0重量パーセント水性溶液中の粘度が好適には約1mPas(1センチポイズ)から約80,000mPas(80,000センチポイズ)、より好適には約30mPas(30センチポイズ)から約10,000mPas(10,000センチポイズ)、さらにより好適には50mPas(50センチポイズ)から約1,000mPas(1,000センチポイズ)、および最も好適には100mPas(100センチポイズ)から約500mPas(500センチポイズ)である。
する必要はない。こうした界面活性剤は個別に用いられても、組合せて用いられてもよい。
好適な形であってもよい。針状、フレーク状または繊維状などの最大寸法/最小寸法比が大きい粒子の形をここに用いることも予期される。高吸水性ポリマーの粒子の集合体が用いられてもよい。
遠心機保持容量試験
遠心機保持容量(Centrifuge Retention Capacity:CRC)試験は、高吸水性ポリマーが調節された条件下で飽和されて遠心にかけられた後に、高吸水性ポリマー中に液体を保持する能力を測定するものである。その結果得られる保持容量は、試料のグラム重量当たりの保持された液体のグラム数(g/g)で示される。試験される試料は、米国規格30メッシュスクリーンで予めふるい分けられ、米国規格50メッシュスクリーン上に保持された粒子から調製される。その結果、高吸水性ポリマー試料は、約300ミクロンから約600ミクロンの範囲のサイズの粒子を含む。粒子は手動で、または自動的に予めふるい分けられ得る。
スケットとを有する。複数の試料が遠心分離されるとき、試料は回転の際にバスケットのバランスを取るために遠心機内の対向する位置に置かれる必要がある。袋(湿った空の袋を含む)は、(たとえば、約350の目標g力を得るために)約1,600rpmにて3分間遠心分離される。袋は取出されて計量される。このとき、空の袋(対照)が最初に計量され、その後高吸水性ポリマー試料を含有する袋が計量される。袋自体に保持される溶液を考慮に入れて、高吸水性ポリマー試料によって保持される溶液の量は、高吸水性ポリマーの遠心機保持容量(CRC)であり、高吸水性ポリマーのグラム当たりの流体のグラム数として表わされる。より特定的には、保持容量は次のように定められる。
3つの試料が試験され、その結果を平均することによって高吸水性ポリマーの保持容量(CRC)が定められる。
カルボン酸を主成分とするヒドロゲル形成材料の抽出可能ポリマー含有量は、形成されるヒドロゲルからのポリマー材料の抽出に関して実質的に平衡に近づくために十分な期間、ヒドロゲル形成ポリマーを人工の尿と混合することによって定められる。ヒドロゲル/尿混合物は安定にされ、その一部が濾過される。次いでこの濾過液のアリコートが取られ、濾過液中に溶解するポリマー材料の遊離酸基が塩基によってpH10まで滴定される。次いですべてのカルボキシル基が酸によってpH2.7まで滴定される。これらの滴定データを用いてヒドロゲル形成ポリマー試料中の抽出可能ポリマーの量を算出する。
1.150mlの使い捨てビーカに0.40gから0.41gのヒドロゲル形成ポリマーを正確に(±0.1mgまで)測り取る。ガラスビーカを用いるときには、使用前に酸洗浄する必要がある。(ガラス製品は希釈HCl[濃HClを蒸留水で1:4に希釈したもの]で3回洗浄し、次いで蒸留水で3回洗浄すべきである。この手順によって滴定の妨げとなり得る微量の洗剤およびその他の混入物が除去される。)
2.75mlの人工尿を加える。ここに参照される人工尿組成は、970.77gの完全に脱塩した水、8.30gの塩化ナトリウム、0.60gの塩化カルシウム、0.93gの6分子の結晶水を有する硫酸マグネシウム、および19.40gの尿素を含む。溶液は最終的に1リットルに希釈される。
5.3mlの使い捨て注射器および0.22ミクロンフィルタを用いて十分な溶液を濾過することにより20mlのアリコートを得る。
1.滴定を手動で行なう場合には、滴定剤の各添加の後によく注意して平衡に達したことを確認する必要がある。
4.次いでアリコートを0.1NのHClでpH2.7まで逆滴定する。
1.上清アリコート中の重合した酸部分(例、アクリル酸)の量(Ma)(ミリモル)は次の式によって得られる。
ここで
Va=アリコートをpH10まで滴定するために必要な酸の体積(ml)。
Na=酸の規定度(meq/ml)(公称0.10meq/ml)。
ここで
Vb=アリコートをpH10からpH2.7まで滴定するために必要な塩基の体積(ml)。
3.元の上清アリコート中の重合中和酸部分(例、アクリル酸ナトリウム)の量(Mb)(mm)は次の式によって得られる。
4.抽出された重合酸部分(Wa)および重合中和酸部分(Wb)(例、アクリル酸およびアクリル酸ナトリウム)の合計量(mg)は次の式によって得られる。
ここで
Ea=ポリ酸部分中の酸部分の平衡重量(例、ポリアクリル酸中のアクリル酸=72meq/mg)。
5.ヒドロゲル形成ポリマー試料中のパーセント抽出可能ポリマー(e)は次の式によって得られる。
ここで、W=mgでの試料重量。
高吸水性材料が負荷の下で液体を吸収する能力は、高吸水性ポリマーの分野における当業者に周知であり、次のように定められる。要求吸収性テスタ(Demand Absorbency Tester:DAT)が用いられるが、これは米国マサチューセッツ州ダナースのM/Kシステムズから入手可能なGATS(重量吸収性テストシステム)、および1974年3月のINDA Technological Symposium Proceedingsの129−142頁においてリヒスタイン(Lichstein)によって記載されたシステムと類似のものである。2.5センチメートル直径領域内に制限されたポートを有し、負荷下吸収性(AUL)装置によって覆われた多孔性プレートが用いられる。電気天秤を用いて高吸水性粒子への流体の流れを測定する。この試験に用いられる流体は、室温で用いられる0.9重量パーセントの塩化ナトリウムを含有する水性溶液である。
GBP試験を行なうために好適なピストン/シリンダ装置を図1および図2に示す。図1を参照して、装置228は、シリンダ234と、236として一般的に示されるピストンとからなる。図4に示されるとおり、ピストン236は円筒形のレキサン(登録商標)シャフト238からなり、シャフトの長手軸に沿って同心の円筒形の穴240が開けられている。シャフト238の両端部は機械加工されて端部242および246を与える。248として示される重しは端部242に載っており、その中央には円筒形の穴248aが開けられている。他方の端部246には円形のピストンヘッド250が挿入される。ピストンヘッド250は、シリンダ234の内部を垂直に移動するように大きさが定められる。図2に示されるとおり、ピストンヘッド250には、矢印260および254によって一般的に示される、約0.375インチ(0.95cm)の円筒形の穴をそれぞれ7個および14個含む内側および外側の同心リングが設けられる。これらの同心リングの各々における穴は、ピストンヘッド250の頂部から底部まで開けられる。ピストンヘッド250はまた、シャフト238の端部246を受取るために中央に開けられた円筒形の穴262を有する。
材料(膨潤前に乾燥ポリマーをシリンダのスクリーン上に均一に分散させる必要がある)を0.9重量パーセントの塩化ナトリウム水性溶液によって約60分の期間膨潤させることによって形成される。試料は、米国規格♯30メッシュによって予めふるい分けられ、米国規格♯50メッシュ上に保持される高吸水性材料から取られる。したがって、高吸水性材料は300ミクロンから600ミクロンの粒子サイズを有する。粒子は手動で予めふるい分けられても、またはたとえばオハイオ州メンタのW.S.タイラー(Tyler)社から入手可能なRo−Tap機械ふるいシェイカーモデルBなどによって自動的に予めふるい分けられてもよい。
K=[Q*H*Mu)]/[A*Rho*P]
ここでK=ゲル−ベッド浸透性(cm2)、Q=流量(g/sec)、
H=ゲル−ベッドの高さ(cm)、Mu=液体粘度(ポイズ)、
A=液体流に対する断面積(cm2)、Rho=液体密度(g/cm3)、およびP=静水圧(ダイン/cm2)[通常3923ダイン/cm2]。
この発明を以下の実施例によってさらに例示するが、実施例はこの発明の範囲を制限するものとはけっして解釈されない。反対に、この記載を読んだ後にこの発明の趣旨および/または添付の請求項の範囲から逸脱することなく当業者に示唆され得るさまざまなその他の実施の形態、変更および同等のものに対する手段を有してもよいことが明らかに理解される。
アクリル酸、脱イオン水、ポリエチレングリコールジアクリレート(Mw300)、および水酸化ナトリウム(NaOH)を含有するモノマー混合物が調製され、5℃に冷却され、窒素とともに5−10分間散布された。モノマー混合物は、過硫酸ナトリウムおよび過酸化水素などのイニシエータが反応溶液に加えられるとすぐに重合する。その結果得られるポリ(アクリル酸)ヒドロゲルを小片に切断し、ホーバート肉挽機によって押出成形した。次いでゲル(150g)を150gの湿ったキトサン−ポリアミン粒子(大きさ<300ミクロン、70%脱イオン水と混合した30%キトサン)と混合した。キトサン−ポリアミンは標準等級キトサンとしてバンソンから入手可能である。その結果得られる混合物をホーバート肉挽機を用いて3回押出成形し、110℃の強制空気オーブンで60分
間乾燥し、粉砕してふるいにかけることによって約300ミクロンのサイズを有する所望の粒子サイズを得た。
0.4gのエチレングリコールジグリシジルエーテル(EGDGE)、4グラムのアセトンおよび4グラムの脱イオン水を混合することによって、表面処理溶液を調製した。100グラムの乾燥高吸水性前駆体をキッチンエイドミキサの中に入れ、十分な速度で撹拌することによってSAP粒子をキッチンエイド中に広げ、次いで8.4グラムの表面処理溶液を空気強制スプレーガンによって放出し、高吸水性粒子に広げた。これらの被覆された高吸水性粒子を100℃にて60分間乾燥し、粉砕してふるいにかけることにより所望の粒子サイズを得た。
Claims (31)
- 高吸水性ポリマーであって、
a) 高分子樹脂組成を含み、前記高分子樹脂組成は
i) 約55wt%から約99.9wt%の重合可能な不飽和酸基含有モノマーと、
ii) 約0.001wt%から約5.0wt%の内部架橋剤と、
iii) 0wt%から25wt%の予備中和剤とを含み、前記高分子樹脂組成は0モル%から約50モル%予備中和され、前記高吸水性ポリマーはさらに
b) 水膨潤性、水不溶性のアミノ多糖ポリマーを含み、
高吸水性ポリマーが水性溶液に接触するとき、高分子樹脂がアミノ多糖ポリマーによって中和されることにより、高吸水性ポリマーの中和の程度が高分子樹脂組成の予備中和の程度よりも約20モル%またはそれ以上高くなる、高吸水性ポリマー。 - ゲル−ベッド浸透性が100×10-9cm2またはそれ以上である、請求項1に記載の高吸水性ポリマー。
- 液体容量が約20g/gまたはそれ以上である、請求項1に記載の高吸水性ポリマー。
- 液体容量が約25g/gまたはそれ以上である、請求項1に記載の高吸水性ポリマー。
- ゲル−ベッド浸透性が約200×10-9cm2またはそれ以上である、請求項1に記載の高吸水性ポリマー。
- ゲル−ベッド浸透性が約300×10-9cm2またはそれ以上である、請求項1に記載の高吸水性ポリマー。
- 粒子表面に適用される約0.001wt%から約5.0wt%の表面架橋剤をさらに含む、請求項1に記載の高吸水性ポリマー。
- 重量比約5:95から約95:5のアミノ多糖および高分子樹脂の混合物であり、前記アミノ多糖は0モル%から約25モル%中和される、請求項1に記載の高吸水性ポリマー。
- 前記アミノ多糖ポリマーはキトサンポリアミンである、請求項1に記載の高吸水性ポリマー。
- 表面処理をさらに含む、請求項1に記載の高吸水性ポリマー。
- AUL(0.9psi)が15またはそれ以上であり、GBPが450×10-9cm2またはそれ以上である、請求項10に記載の高吸水性ポリマー。
- 高吸水性ポリマーであって、
a) 約1wt%から約99wt%の架橋されたポリアクリル酸樹脂を含み、前記ポリアクリル酸樹脂は0モル%から約50モル%予備中和され、前記高吸水性ポリマーはさらに
b) 約1wt%から約99wt%の水膨潤性、水不溶性アミノ多糖ポリマーを含み、
高吸水性ポリマーが水性溶液に接触するとき、架橋されたポリアクリル酸樹脂がアミノ多糖ポリマーによって中和されることにより、高吸水性ポリマーの中和の程度がポリアクリル酸樹脂の予備中和の程度よりも約20モル%またはそれ以上高くなる、高吸水性ポリマー。 - 架橋されたポリアクリル酸は中和の程度が30モル%またはそれ以上である、請求項12に記載の高吸水性ポリマー。
- 液体容量が約20g/gまたはそれ以上である、請求項12に記載の高吸水性ポリマー。
- 液体容量が約25g/gまたはそれ以上である、請求項12に記載の高吸水性ポリマー。
- ゲル−ベッド浸透性が約200×10-9cm2またはそれ以上である、請求項12に記載の高吸水性ポリマー。
- ゲル−ベッド浸透性が約300×10-9cm2またはそれ以上である、請求項12に記載の高吸水性ポリマー。
- 粒子表面に適用される約0.001wt%から約5.0wt%の表面架橋剤をさらに含む、請求項12に記載の高吸水性ポリマー。
- AUL(0.9psi)が15またはそれ以上であり、GBPが450×10-9cm2またはそれ以上である、請求項18に記載の高吸水性ポリマー。
- 前記アミノ多糖ポリマーはキトサンである、請求項10に記載の高吸水性ポリマー。
- 高吸水性ポリマーを含む吸収性組成物であって、前記高吸水性ポリマーは
a) 高分子樹脂組成を含み、前記高分子樹脂組成は
i) 約55wt%から約99.9wt%の重合可能な不飽和酸基含有モノマーと、
ii) 約0.001wt%から約5.0wt%の内部架橋剤と、
iii) 0wt%から25wt%の予備中和剤とを含み、前記高分子樹脂組成は0モル%から約50モル%予備中和され、前記高吸水性ポリマーはさらに
b) 水膨潤性、水不溶性のアミノ多糖ポリマーを含み、
高吸水性ポリマーが水性溶液に接触するとき、高分子樹脂組成が水膨潤性、水不溶性のアミノ多糖ポリマーによって中和され、高吸水性ポリマーの中和の程度が高分子樹脂組成の予備中和量よりも約20モル%またはそれ以上高くなる、吸収性組成物。 - 前記高吸水性ポリマーの液体容量が約20g/gまたはそれ以上である、請求項21に記載の吸収性組成物。
- 前記高吸水性ポリマーの液体容量が約25g/gまたはそれ以上である、請求項21に記載の吸収性組成物。
- 前記高吸水性ポリマーのゲル−ベッド浸透性が約200×10-9cm2またはそれ以上である、請求項21に記載の吸収性組成物。
- 前記高吸水性ポリマーのゲル−ベッド浸透性が約300×10-9cm2またはそれ以上である、請求項21に記載の吸収性組成物。
- 前記高吸水性ポリマーは、粒子表面に適用される約0.001wt%から約5.0wt%の表面架橋剤をさらに含む、請求項21に記載の吸収性組成物。
- AUL(0.9psi)が15またはそれ以上であり、GBPが450×10-9cm2またはそれ以上である、請求項21に記載の吸収性組成物。
- 前記アミノ多糖ポリマーはキトサンである、請求項21に記載の吸収性組成物。
- 繊維の混合物をさらに含む、請求項21に記載の吸収性組成物。
- 水性液または漿液および血液を吸収するための高吸水性ポリマー組成の連続的な生産のためのプロセスであって、
a) 高分子樹脂組成を調製するステップを含み、前記調製するステップは
i) 約55wt%から約99.9wt%の重合可能な不飽和酸基含有モノマーと、
ii) 約0.001wt%から約5.0wt%の内部架橋剤と、
iii) 0wt%から25wt%の予備中和剤とを反応させることによって行なわれ、前記高分子樹脂組成は0モル%から約50モル%予備中和され、前記プロセスはさらに
b) 水膨潤性、水不溶性アミノ多糖ポリマーを含有する水性溶液を調製するステップと、
c) 高分子樹脂組成をアミノ多糖ポリマーを含有する水性溶液と混合することによって高吸水性ポリマーを形成するステップと、
d) 高吸水性ポリマーを乾燥させるステップとを含み、
高吸水性ポリマーが水性溶液に接触するとき、高分子樹脂組成がアミノ多糖ポリマーによって中和されることにより、高分子樹脂組成が水膨潤性、水不溶性アミノ多糖ポリマーによって中和されることにより、高吸水性ポリマーの中和の程度が高分子樹脂の予備中和の程度よりも約20モル%またはそれ以上高くなる、プロセス。 - 前記アミノ多糖ポリマーはキトサンである、請求項30に記載のプロセス。
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