JP2015221886A - 吸水性ポリマーを含む塗布液及び塗布物 - Google Patents

Abstract

【課題】吸水性ポリマーは水に加えると膨潤しジェル状或いは寒天状になり流動性が失われ塗布液に出来ないので用途が限定され、不便である。吸水性ポリマーを水に分散化して吸水性ポリマーを主体とする塗布液並びにそれを塗布した塗布物の提供。【解決手段】吸水性ポリマー、電解質、微粉末シリカ、増粘剤、ポリマー水分散液を配合する塗布液並びにそれを塗布した塗布物。重量部数で吸水性ポリマー１００部に対して電解質を１０〜３００部、微粉末シリカを１〜２００部、増粘剤を０．１〜１０．０部、ポリマー分散液をその固形分量で１０〜５００部使用した塗布液。吸水性ポリマーがポリアクリル酸ナトリウムの部分架橋体であり、電解質がアルカリ土類金属の中性塩であり、増粘剤が高分子量のカルボキシメチルセルロース、ポリビニルアルコール或いは加工澱粉であり、ポリマー分散剤がエチレン酢酸ビニル共重合体である塗布液。【選択図】なし

Description

本発明は吸水性ポリマーを含む水性の塗布液及びそれを他の固体材料に塗布した塗布物に係るものである。

吸水性ポリマーは多量の水を吸水し保持する性質があるので種々の用途に使用されている。しかしながらこの吸水性ポリマーを水中に分散して他の固体材料に塗布しようとした場合、吸水性ポリマーは水を保持する目的で予め架橋されているので水中ではゲル化し容器一杯に寒天状になり水に分散する事は不可能である。

本発明はこの課題の解決を目的とするものである。

発明が解決しようとする課題

本発明は吸水性ポリマーを水分散化の方法を提供するものであり、更にその水分散化液を他の種々の固体材料に塗布乾燥してなる塗布物を提供するものである。

課題を解決するための手段

本発明の第一の要旨は、吸水性ポリマーを含む水性の塗布液に係るものであり、吸水性ポリマーと電解質、微粉末シリカ、増粘剤及びポリマー水分散液を配合したことを特徴とする塗布液である。そしてこれらの配合割合は重量部数で吸水性ポリマー１００部に対して電解質を１０部から３００部、微粉末シリカを１部から２００部、増粘剤を０．１部から１０．０部、ポリマー水分散液中の固形分を１０部から５００部使用するものである。

本発明の第二の要旨は吸水性ポリマーを含む水性の塗布液を他の種々の固体材料に塗布乃至は塗装し更に乾燥してなる種々の塗布物に係るものである。

本発明で使用する吸水性ポリマーについて言及する。吸水性ポリマーとは水に溶けることなく自重の数十〜数百倍もの水を吸収し保持する能力を有するポリマーである。
基本的にはポリマー分子自体が親水性であり、ポリマー分子自体が水中に拡散、溶解してしまわないよう架橋、不溶化してあるポリマーである。

具体的には澱粉ーアクリロニトリルグラフト重合体加水分解物のような澱粉系、セルロースーアクリロニトリルグラフト重合体のようなセルロース系、ヒアルロン酸のような多糖類系、コラーゲンのようなたんぱく質系、ポリアクリル酸ナトリウム架橋体のようなアクリル系、無水マレイン酸系重合体のような付加重合体、ポリエチレングリコール・ジアクリレート架橋重合体のようなポリエーテル系、及びエステル系ポリマーのような縮合系ポリマーがある。

電解質とはある溶媒に溶かしたとき、その溶液が電気伝導性を持つ物質をいう。電解質は溶液中イオンに解離する。電場をかけられると、このイオンが電荷を運ぶ。電解質を電離させる溶媒としては水が最も普通である。

具体的には塩酸、硫酸のような強酸、酢酸、クエン酸のような弱酸、水酸化ナトリウムのような強塩基、重曹のような弱塩基、塩化ナトリウム、塩化カルシウム、塩化マグネシウムのような中性塩がある。

微粉末シリカとは酸化珪素の粉末で、比重１．９５、粒子径１５〜３５ｍμ、比表面積１５０〜３８０ｍ^２／ｇ、吸油量１００〜３００ｍｌの規格のものが好適に使用される。

増粘剤とは水に溶解してその溶液の粘度を増加させる働きのある高分子量の化合物を指す。具体的には一般にＣＭＣと呼ばれているカルボキシメチルセルロース、ＰＶＡと呼ばれているポリビニルアルコールや各種の加工澱粉等がある。これらは洗濯糊として実際に遍く使用されている物質である。これらを単独あるいは二種以上を混合して使用する事が可能である。加工澱粉にはアセチル化アジビン酸架橋澱粉、アセチル化リン酸架橋澱粉、アセチル化酸化澱粉、オクテニルコハク酸澱粉、酢酸澱粉、ヒドロオキシプロビル澱粉等多数の各種の加工澱粉がある。

ポリマー水分散液には各種ゴムや各種合成樹脂のラテックスやエマルジョンがある。ゴムとしては天然ゴムと合成ゴムがあり、合成ゴムとしてはポリスチレブタジエンゴム、ポリブタジエンゴム、ポリアクリロニトリルブタジエンゴム、ポリクロロプレンゴム、ポリエテレンプロピレンジエンマーゴム、ポリイソブチレンイソプレンゴム、等のゴムがある。合成樹脂にはエチレン酢酸ビニル共重合樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、シリコーン樹脂、フェノール系樹脂等がある。

以上の吸水性ポリマー、電解質、微粉末シリカ、ポリマー水分散液の他に目的に応じて性能を損なわない範囲で他種類の材料あるいは薬剤が使用出来る。これらには例えば紫外線吸収剤、老化防止剤、油や可塑剤のような軟化材、粘着付与剤、防黴剤、着色顔料、酸化チタンのような光線遮蔽剤、カーボンブラック、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム等のような充填剤等がある。上記防黴剤に代えて抗菌作用を有するヒバ油などを用いても良い。

吸水性ポリマーの吸水性はポリマーの水との親和性に比例して増大する。そして架橋密度が増大すると吸水性は減少する。また水溶液のイオン強度が増せば、ポリマー中に浸透する水の浸透圧が減少するので吸水量は減少する。

本発明における電解質の役割は水中で電離したイオンによって吸水性ポリマーの吸水膨張を制限抑制する事にある。吸水性ポリマーの膨張が抑制される事によって吸水性ポリマーは水中で膨張して寒天状あるいはジェリー状になる事はなく水に分散した形態になる。膨張抑制の効果は使用する電解質の種類と量によって異なるが、強酸や強塩基は安全上十分な注意が必要になるので特別の場合以外その使用は好ましくない。アルカリ土類金属の中性塩が好ましく使用できる。又使用する吸水性ポリマーの中ではポリアクリル酸ナトリウム架橋体が膨張抑制の効果を最も受け易い。

そしてイオン強度は電解質のモル濃度と電荷数の二乗の積に比例するので、金属塩の中でも二価金属塩が効果が大きく使用量が少なくて済む。具体的には塩化マグネシウム、塩化カルシウムが容易に入手可能であるので最も好ましい。従来教科書には吸水性ポリマーにポリアクリル酸ナトリウム架橋体を使用した場合、二価金属塩とのイオン交換反応によって更に架橋が進行し吸水量が減少するとあるが、理論的には真実であるにせよ、本発明の実施形態においては、分散液の安定性や乾燥工程では実用上の問題は発生していない。この事が本発明方法が見過ごされて来た要因の一つではないかと考える。
微粉末シリカはポリマー分散液を使用し乾燥した後、水に浸漬した時、水の拡散を容易にし、電解質の溶解除去と吸水性ポリマーの吸水膨張を助ける働きをする。さらにチクソトロピー性が顕著であるので、塗布後塗布液成分を静止させる働きがあり塗布後の液垂れを防止する効果がある。

増粘剤は本発明において極めて重要な働きをなす。本発明において吸水性ポリマー及び微粉末シリカは水に溶解していない。従ってこれらは水の中を微粒子として浮遊している。この為繊維組織の様な微細孔物質に塗布した場合、毛管現象によって水だけが優先的に微細孔に浸透し塗布液の吸水性ポリマー及びシリカの大部分は繊維組織の表面に取り残され凹凸のある極めて不均質な塗膜が形成されて好ましくない。これに対しては液の粘度を上げる事によって毛管現象による水の浸透を抑制し遅延させる事が可能である。増粘剤を使用して塗布液の粘度を上げる事によって均一な厚さの塗膜が形成される。増粘剤は予め２％程度の濃度に調整した水溶液として使用すれば良い。

ポリマー分散液は皮膜の形成に必要な成分であり吸水性ポリマーの過度の水膨張を抑制する。又他の固体材料との密着を改善するので非常に重要な成分である。具体的には密着性、強度及び伸びに優れているのでエチレン酢酸ビニル共重合体のエマルジョンが最も好適である。最後に塗布液は高回転数のミキサーにかけて内容物を均一に分散し使用に供する。

他の固体材料に本発明塗布液を塗布あるいは塗装した後、乾燥する事によってポリマー分散液も固化しポリマーの連続相が形成されるので固体材料表面に皮膜ができる。乾燥は加温強制乾燥あるいは自然乾燥の何れでも良い。吸水性ポリマーと電解質及び微粉末シリカ及び増粘剤成分は乾燥された形になりポリマー分散液由来のポリマー連続相の海の中に島状の分散相として存在する。

この被覆された固体材料を多量の水に浸漬すると、先ず電解質が水中に溶け出し次に電解質が除去されるにつれ、吸水性ポリマーが吸水を開始し皮膜全体が膨張する。この固体材料を水から引き上げていろいろの使用に供する事になる。都合の良い事にその時電解質は除去されている。電解質の存在がどうしても問題となる場合は乾燥後一旦水に浸漬し電解質を除去した後、再び乾燥して使用すれば良い。

一般に吸水性ポリマーの用途は多岐にわたりいろいろな方面で使用されている。例えばシーリング材、コンクリート養生、改質剤、吸放湿材、結露防止材等として土木建築分野、コンタクトレンズ、徐放性製剤等としてメディカル分野、土壌保水剤、改良剤等として農園芸分野、食品鮮度保持包装材、接触脱水シート等として食品分野、紙おむつ、化粧料等として化粧料、トイレタリー分野、水分センサー、漏水検知器等として電気分野、船底防汚塗料、油水分離機器等の各種応用製品分野、磁気応答材料、熱応答材料等のインテリジェントマテリアル分野、体温調整器具等の水気化熱冷却応用分野等で使用され、あるいは使用が検討されている。

しかしながらこれらの用途で他の材料で担持して使用した方が便利な場合も吸水性ポリマーの粉末をメッシュシート等の材料で挟持して用いられているのが殆どである。その他の方法として吸水性ポリマーは多量の水を吸収膨張するので吸水後の形状が予測し難く制御出来ないので、やむなくメッシュシートで袋を作りその中に適当量の吸水性ポリマーの塊を入れ吸水させている。吸水後袋はぱんぱんに膨れ、圧力がかかるとメッシュの表面からはみ出した吸水性ポリマーのジェルの為べたつく様になり始末が悪い。

吸水性ポリマーをゴムなどのポリマーに練りこんで使用する場合もあるが、この時の吸水による膨張も著しく吸水後の形状予測は難しい。又吸水性ポリマーをジェルそのものの形で使用する場合もあるが、形状の保持が難しいので、使い捨ての用途に限られている。

これに対し本発明方法は他の固体材料例えば織布、不織布、紙類、プラスチック、金属材料などの材料に塗布して使用出来る。それには本発明塗布液を固体材料に塗布し乾燥するだけで良い。この処理された固体材料つまり塗布物は吸水した場合、無制限に膨張せず主として塗布膜の厚み方向にのみ膨張するので吸水後の形状予測が簡単であるから製品設計が極めて容易になる。担持する材料は用途によって必要な寸法に設計すれば良い。あるいは塗布液で処理、乾燥した材料を裁断すれば良いので便利である。

更に付け加えると従来水性塗料に吸水性ポリマーを加える事は吸水性ポリマーが極度に膨潤する為不可能であるので専ら油性塗料が使用されて来たが、本発明方法によれば水性塗料に吸水性ポリマーを加える事も可能である。この吸水性ポリマーを含有する水性塗料は安全に種々の用途に使用できる。

以下本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明が実施例により限定されない事は云うまでもない。

吸水性ポリマーとしてポリアクリル酸ナトリウムの部分架橋体粉末、電解質に塩化マグネシウム、微粉末シリカに商品名トーソーＶＮ−３、増粘剤に２％カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）水溶液、ポリマー分散液にエチレン酢酸ビニル共重合体の５５％エマルジョンを選んだ。吸水性ポリマー９．５２ｇ、電解質である塩化マグネシウム６．６６ｇ、微粉末シリカ４．７６ｇ、増粘剤液７２．１６ｇを良く混ぜ合わせ、水７２．１６ｇを加えた。液は流動性に乏しいが一応攪拌可能であり吸水性ポリマーの分散液が得られた。この分散液にポリマー分散液３４．６５ｇを加え食品用ジュウスミキサーに約２分かけたら攪拌可能で流動性の塗布液になった。次にポリエステル６５％、レーヨン３５％の短繊維からなる９５ｇ／ｍ^２の不織布から幅１７５ｍｍ、長さ５００ｍｍの矩形片を切り出した。その重量は８．３ｇであった。この不織布片に上記の塗布液をドクターナイフ法でコートした。増粘剤ＣＭＣ配合の効果により塗布液の水分が優先的に不織布の微細孔に浸透して不均一な塗膜を形成するという現象は見られず、厚さ約１ｍｍの均一な塗膜が形成された。この時シリカ配合の効果で塗布した不織布を垂直に吊り下げても塗布液の雫は発生せず液垂れは見られなかった。次に自然乾燥して塗布物とした。塗布物の重量は２３．２ｇであった。従って平方センチ当たり約０．０１７ｇの塗布液固形成分が不織布に付着している事になる。この塗布物を約４時間水に浸漬したら重さは２００．２ｇになった。これから塗布物は約８．６倍の水を吸収した事になる。上記の塗布物を乾燥した状態で幅３５ｍｍ長さ３５０ｍｍの矩形片を切り出しを木綿布で覆いネッククーラーとした。これを３０分水に浸漬した。ネッククーラーの重さは１６．４ｇであり、べたつきはなかった。このネッククーラーを３５℃の恒温槽に入れネッククーラーの温度を感熱センサーで実測した。水の気化熱冷却効果により約３０℃の温度が３時間以上持続した。乾燥後再度水に浸漬して同様の試験をしたが同じ結果が得られた。これによりネッククーラーとしての実用性が確認された。

吸水性ポリマーはその吸水性を利用して様々な用途で使用されている。本発明の吸水性ポリマーを含む塗布液及び塗布物は他の固体材料に担持されて使用する為に更に吸水性ポリマーを使いやすくし用途を拡大する。とりわけ身近な例では水の気化熱を利用した冷却材としての利用が有望である。

近年、地球温暖化現象が顕著になり夏期の猛暑日日数が頓に増加している。この猛暑を凌ぐために益々電力の使用が増加し、それに比例して温室効果ガス排出も増加し地球温暖化が進行するという社会的なジレンマに陥っている。本発明塗布物による冷却は温室効果ガスを排出しない省エネルギー的、省資源的な冷却法であり、その実用性は顕著である。

本発明塗布物の冷却材としての用途としては先ず建築物の屋根や壁の冷却が考えられる。具体的には、ビル屋上、一般住宅の屋根や壁、倉庫、簡易仮設住宅並びに簡易テントの屋根部分、各種家畜小屋の冷却である。また自動車や電車等の各種運送車両の屋根部分の冷却もある。更に柔軟性に優れ軽量であることから、作業服、ベスト、帽子等の服飾関係の用途も考えられる。その他コンピュウター、パソコン等の各種計器の冷却にも適用可能である。

Claims (7)

1. 吸水性ポリマー、電解質、微粉末シリカ、増粘剤、ポリマー水分散液を配合したことを特徴とする塗布液並びにそれを塗布した塗布物。
2. 重量部数で吸水性ポリマー１００部に対して電解質を１０部から３００部、微粉末シリカを１部から２００部、増粘剤を０．１部から１０．０部、ポリマー分散液をその固形分量で１０部から５００部使用した請求項１記載の塗布液並びにそれを塗布した塗布物。
3. 吸水性ポリマーがポリアクリル酸ナトリウムの部分架橋体である請求項１乃至２にて記載の塗布液並びにそれを塗布した塗布物。
4. 電解質がアルカリ土類金属の中性塩である請求項１乃至２にて記載の塗布液並びにそれを塗布した塗布物。
5. アルカリ土類金属の中性塩が二価の金属の塩である請求項３記載の塗布液並びにそれを塗布した塗布物。
6. 増粘剤が水に溶解し水の粘度を増加させる働きのある高分子量の化合物ポリマーであるＣＭＣと呼ばれているカルボキシメチルセルロース、ＰＶＡと呼ばれているポリビニルアルコールあるいは各種の加工澱粉等から選ばれた増粘剤である請求項１乃至２にて記載の塗布液並びにそれを塗布した塗布物。
7. ポリマー分散液がエチレン酢酸ビニル共重合体の水分散液である請求項１乃至２にて記載の塗布液並びにそれを塗布した塗布物。