JP2548302B2 - 体積膨張の少ない吸水性樹脂及びその製造法 - Google Patents

体積膨張の少ない吸水性樹脂及びその製造法

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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 産業上の利用分野 本発明は、改質された吸水性樹脂に関するものであ
る。さらに詳しくは、本発明は、吸液時に体積変化が小
さくなるように改質された吸水性樹脂およびその製造法
に関するものである。
吸水性樹脂は、近年、生理用品、おむつ、使い捨て雑
巾などの衛生関係、保水剤、土壌改良剤として農園芸関
係などに使われているほか、汚泥の凝固、結露防止や油
類の脱水などの種々の用途にもまた使用方法が開発され
ている。
これらの中でも、特に生理用品、おむつ、などの衛生
用品に吸水性樹脂が盛んに使用されているし、結露防止
としては、建材、コンテナー輸送、海上輸送などに利用
され、社会生活に大きく貢献している。
従来の技術 この種の吸水性樹脂としては、アクリル酸塩重合体架
橋物、アクリル酸エステル−酢酸ビニル共重合体架橋物
のケン化物、澱粉−アクリル酸塩グラフト共重合体架橋
物、澱粉−アクリロニトリルグラフト共重合体架橋物の
ケン化物、無水マレイン酸グラフトポリビニルアルコー
ル架橋物、ポリエチレンオキシド架橋物なとが知られて
いる。
これらの吸水性樹脂は、一般に、逆相懸濁重合、逆相
乳化重合、水溶液重合または有機溶媒中での反応等の方
法によって、重合体を合成して、そのまま乾燥して製造
されるか、または、場合により乾燥した後に、粉砕工程
を経て製造されている。
この様な方法によって製造した吸水性樹脂は、吸液時
に体積膨張を引き起こすが、使用用途先の一部では膨張
により問題が生じている。
例えば、吸水性樹脂が結露防止として利用された場合
に、壁材、あるいは塗料では、吸水性樹脂の膨張によっ
て壁面が凹凸となり美観が損なわれたり、複合壁材とな
っている場合は複合材が剥離したりすることもある。海
上輸送に使用されるシート状の複合吸水材では、吸水性
樹脂が不織布等の透水性材料の間に保持され、薄くかつ
任意の角度に曲げられ、対象物と密着する形態になって
いるが、吸水時の凹凸により保護すべき対象物とシート
との密着度が低下して十分な効果が得られないことがあ
る。
また、ポリオレフィン等との複合物が農業用シートと
して防雲目的に使用されるときには、吸水時の変形によ
って、太陽光線の偏光を引き起こしてしまうことがあ
る。
この様な問題点があるにもかかわらず、この問題解決
のための特許等技術的な発案が未だなされていないの
は、吸水時の体積膨張は避けられないものと考えられて
いたからであろう。
〔発明の概要〕
発明の要旨 本発明は、吸液時に体積変化の少ない吸水性樹脂及び
その製造法を提供しようとするものである。
本発明者らは、前記の従来の吸水性樹脂の欠点を排除
して用途に応じた吸水性樹脂を、安定的にかつ容易に製
造できる方法について鋭意研究を重ねた結果、本発明を
完成するに至った。
即ち、本発明による体積膨張の少ない樹脂は、吸液予
定量の80重量%以上の液を吸液した吸水性樹脂を凍結真
空乾燥処理に付して得られたものであること、を特徴と
するものである。
また、本発明による体積膨張の少ない吸水性樹脂の製
造法は、吸水性樹脂に、吸液予定量の80重量%以上の液
を吸液させた後に、凍結真空乾燥処理を実施すること、
を特徴とするものである。
発明の効果 通常の吸水性樹脂では、吸液時に体積膨張を引き起こ
し使用用途先の一部では膨張により問題が生じている。
しかし、本発明による吸水性樹脂は、吸液時の体積膨
張分を樹脂内部に確保していることから、吸液時にも体
積膨張のないものであるので、この様な問題の解決に大
きく貢献するものと言えよう。従って、吸収性樹脂を新
たな用途へ適用することが可能になり、そして従来の用
途、例えば吸湿、湿度コントロールを目的とした壁材に
使用された場合には、壁面の平滑性が確保されるし、ま
た、農業用シートに使用された場合には、吸湿による変
形で生じる太陽光の偏光を抑制できる。
〔発明の具体的な説明〕
吸水性樹脂 本発明に使用される吸水性樹脂、即ち、吸液させたの
ち凍結真空乾燥処理に付す吸水性樹脂(以下、原料の吸
水性樹脂という)、の例としては、(メタ)アクリル酸
塩重合体架橋物、(メタ)アクリル酸エステル−酢酸ビ
ニル共重合体架橋物のケン化物、澱粉−アクリル酸塩グ
ラフト共重合体架橋物、澱粉−アクリル酸エステルグラ
フト共重合体架橋物のケン化物、澱粉−メタアクリル酸
メチルグラフト共重合体架橋物のケン化物、澱粉−アク
リロニトリルグラフト共重合体架橋物のケン化物、澱粉
−アクリロニトリル−ビニルスルホン酸グラフト共重合
体架橋物のケン化物、無水マレイン酸グラフトポリビニ
ルアルコール架橋物、ポリエチレンオキシド架橋物、ナ
トリウムカルボキシメチルセルロース架橋物などがあげ
られる。また前記の(メタ)アクリル酸(塩)(共)重
合体架橋物には、生成吸水性樹脂の性能を実質的に低下
させない範囲の量のマレイン酸(塩)、イタコン酸
(塩)、アクリルアミド、2−アクリルアミド−2−メ
チルプロパンスルホン酸、2−アクリロイルエタンスル
ホン酸、2−イタクロイルエタンスルホン酸、2−ヒド
ロキシエチルメタアクリレート等のコモノマーを共重合
させた共重合体であっても差しつかえない。
本発明における原料高吸水性樹脂として用いられる前
記の各種重合体の架橋物は、種々の手段で架橋物とする
ことができる。その架橋手段としては、例えば重合体分
子の高度重合化による分子鎖の絡まり、あるいは疑似架
橋による自己架橋、あるいは前記モノマーと共重合可能
なジビニル化合物、例えば、N,N′−メチレンビス(メ
タ)アクリルアミド、(ポリ)エチレングリコール(メ
タ)アクリレート類等による架橋、また重合体の官能
基、例えばカルボキシレート基等反応しうる多官能性化
合物、例えば(ポリ)グリシジルエーテル類、ハロエポ
キシ化合物、ポリアルデヒド類、ポリオール類、ポリア
ミン類等を加えて反応せしめて架橋する方法、さらに重
合体中に存在する官能基間の反応、例えばカルボキシル
基と水酸基によるエステル化等に基ずく架橋等が挙げら
れる。また、本発明の原料高吸水性樹脂がカルボキシレ
ート型、即ち塩型の場合としては、ナトリウムや、カリ
ウム等のアルカリ金属塩型のもの、マグネシウムやカル
シウム等のアルカリ土類金属塩型等が挙げられるが、特
に好ましいのはアルカリ金属塩型のものである。
次に本発明の実施態様について詳細に説明する。
原料吸水性樹脂は、例えば、特公昭60−25045号、特
開昭57−158210号、特開昭57−21405号、特公昭53−461
99号、特開昭58−71907号、特開昭55−84304号各公報な
どに示されているものを使用することができる。代表的
な原料吸水性樹脂の製造例としては、次のようなものが
挙げられる。
例−1 α、β−不飽和カルボン酸及びそのアルカリ金
属塩水溶液を架橋剤の存在下、または不存在下にショ糖
脂肪酸エステルを含有する石油系炭化水素溶媒中に懸濁
させ、ラジカル重合開始剤の存在下に重合させる方法。
例−2 アクリル酸及びアクリル酸アルカリ塩水溶液を
HLB8〜12の濃い面活性剤を共有する脂環族または脂肪族
炭化水素溶媒中に懸濁させ、水溶性ラジカル重合開始剤
の存在下に重合させる方法。
例−3 デンプン及びセルロースのうち少なくとも1種
(A)と付加重合性二重結合を有する水溶性の、または
加水分解により、水溶性となる単量体の少なくとも1種
(B)および架橋剤(C)を必須成分として重合し、必
要により加水分解を行い重合体を得る方法。
例−4 アクリル酸カリウムと水混和性ないし水溶性ジ
ビニル系化合物とを含有し、これら単量体の濃度が55−
80重量%の範囲にある加温水溶液に重合反応開始剤を添
加して、外部加熱を行うことなく重合反応を行わせると
共に水分を気化させ吸水性樹脂を得る方法。
例−5 分子量750−10000のモノオレフィン重合体に1
−20%のα、β−不飽和カルボン酸あるいは、その無水
物をグラフトした反応生成物、またはモノオレフィン重
合体を最終的に酸価が10−100になるように酸化して得
られる生成物を保護コロイドに用いて、単量体水溶液を
重合不活性で疎水性の液体中に懸濁させて、水溶性ラジ
カル重合開始剤の存在下に重合させる方法。
本発明の対象とする吸水性樹脂は前記の方法に限定さ
れず、いかなる方法で製造しても良い。
凍結乾燥条件と方法 本発明では、これらの吸水性樹脂が所定量の液を含有
していない場合、凍結真空乾燥を行うに当り所定量の液
を含有させるが、吸液させる液の種類は、本発明の目的
に反しない限り任意である。その後の凍結乾燥処理によ
って吸液液体中の成分の全てが除去される様な液体が好
ましいが、吸液液体中の一部成分が乾燥吸水性樹脂中に
残留する液体であっても、その残留成分が本発明による
吸水性樹脂が実際に使用されたときに支障を与えない様
なもの、例えば使用予定の液体、であるならば使用可能
である。従って、本発明では、特に、水、人工尿、生理
食塩水、海水、メタノール、エタノールからなる群から
選ばれる1種、または2種以上の液体を用いれば本発明
の目的は達せられる。特に用途先を考慮すると水が最も
好ましい。含液させた吸水性樹脂は、(1)乾燥後の樹
脂を用いて所定量の液を添加する、(2)吸水性樹脂の
製造プロセスの途中で保水されている樹脂(上述の例−
1、例−2、例−3等で重合体を得る方法で、重合後の
樹脂がこの例に相当する。)を使用する、等により得る
ことができる。(1)の場合では、原料となる吸水性樹
脂に均一に吸液させることが好ましく、例えば、不活性
溶媒中に吸水性樹脂を攪拌等で浮遊させ、液をスプレー
等で微滴にし吸液させる方法、得られる吸水性樹脂の性
能に大きな影響を与えない第3物質(例えば、粉末状無
機物質等)を添加、混合した後に吸液させる方法、吸液
させる量が比較的多い場合は、吸水性樹脂に直接液を吸
液させた後、長時間放置する方法等で実施されるが、こ
れらの方法に限定されるものではない。
吸液させる量は、本発明で得られた吸水性樹脂が使用
されるときに吸液する最大液量の80%以上が必要で、さ
らに好ましくは95%以上を吸液させる。80%に満たない
ときは、使用時に体積膨張が大きくなり本発明の目的と
して適当でない。
吸液後に凍結乾燥処理を実施するが、凍結真空乾燥処
理は、材料を凍結して液分を固体の状態のままで昇華さ
せ乾燥を行うものである。本発明では、凍結操作は温度
条件を−10℃以下、好ましくは、−30℃以下での実施が
好適である。
−10℃より高温では、凍結に長い時間を要するため、
工業的操作として実施するには、経済的でない。乾燥操
作は圧力条件を10Toor以下の減圧条件、好ましくは、1T
oor以下で実施する。10Toorより高い圧力条件では、乾
燥に長い時間を要するため、工業的操作として実施する
には、経済的でない。乾燥操作の温度条件は、材料の保
液量、保液形態、保液の種類等によって若干異なるが、
凍結操作の温度から70℃までで実施されることが好まし
い。
〔実験例〕
以下実施例、比較例によって本発明を具体的に説明す
る。
製造例−1 攪拌機、還流冷却器、滴下ロート、窒素ガス導入管を
備えた500mlの四つ口丸底フラスコにシクロヘキサンを2
13gを仕込み、HLB3のソルビタンモノステアレート0.75g
を添加分散した。窒素ガスを吹き込んで溶存酸素を追い
出した後、60℃まで昇温し、攪拌下で、ソルビタンモノ
ステアレートを溶解した後、30℃まで冷却した。別に20
0mlの三角フラスコ中に37.6重量%のアクリル酸水溶液7
4.7gを取り、外部より冷却しつつ、25重量%の苛性ソー
ダ水溶液46.7gを滴下して70モル%の中和を行った後、
N,N′メチレンビスアクリルアミド0.042g、過硫酸カリ
ウム0.104gを加えて溶解した。このアクリル酸部分中和
塩水溶液を、四つ口フラスコに加えて分散させ、再び系
内を窒素で十分に置換した後に昇温を行い浴温を55−65
℃に保持して1時間重合反応を行い吸水性樹脂の重合液
を得た。水とシクロヘキサンを蒸留で除去した後、乾燥
することによって粒径が50−200μmのビーズ状重合体3
8.0gを得た。得られた吸水性樹脂を篩で分級し、処理用
原料とした。
実施例−1〜5 製造例−1で得られた篩分級後の吸水性樹脂1重量部
にシクロヘキサン1重量部を加え、攪拌下で所定量の水
をスプレーで微滴にして吸水させシクロヘキサンを濾過
除去した後、凍結真空乾燥することで吸水性樹脂を得
た。用いた凍結真空乾燥器は、(株)大川原製作所製の
『フリーズキャビン』SF−02型で、凍結温度−35℃、圧
力0.3Toor、乾燥温度−35℃〜60℃で実施した。得られ
た吸水性樹脂は、再度吸水され、その結果を下記の第1
表に示した。
製造例−2 攪拌機、還流冷却器、滴下ロート、窒素ガス導入管を
備えた500mlの四つ口丸底フラスコにシクロヘキサンを2
13gを仕込み、HLB3のショ糖ジトリステアレート0.75gを
添加分散した。窒素ガスを吹き込んで溶存酸素を追い出
した後、50℃まで昇温し、攪拌下で、ショ糖ジトリステ
アレートを溶解した後、30℃まで冷却した。別に200ml
の三角フラスコ中に80重量%のアクリル酸水溶液37.5g
を取り、外部より冷却しつつ、25.4重量%の苛性ソーダ
水溶液49.3gを滴下して75モル%の中和を行った後、過
硫酸カリウム0.045gを加えて溶解した。このアクリル酸
部分中和塩水溶液を、四つ口フラスコに加えて分散さ
せ、再び系内を窒素で十分に置換した後に昇温を行い浴
温を55−65℃に保持して1時間重合反応を行い吸水性樹
脂の重合液を得た。水とシクロヘキサンを蒸留で除去し
た後、乾燥することによって粒径が50−200μmのビー
ズ状重合体41.0gを得た。得られた吸水性樹脂を篩で分
級し、処理前の原料用吸水性樹脂とした。
実施例−6〜10 分級した製造例−2の吸水性樹脂を用いた以外は、実
施例1〜5と同様な条件で実施した。その結果を下記の
第3表に示した。
製造例−3 アクリル酸144.2gに水44.4gをくわえ、純度85%の水
酸化カリウム49.5gで中和をした後、N,N′−メチレンビ
スアクリルアミド0.02gを添加し、単量体濃度70%のア
クリル酸カリウム水溶液(中和度75%)を調製する。こ
の水溶液を70℃に保温し、これに過硫酸アンモニウムの
18%水溶液5.8g及び亜硫酸水素ナトリウムの30.6%水溶
液3.4gを混合し、混合液をエンドレスの移動ベルト上に
厚さ約10mmの層状二流下延展させる。約30秒後、重合反
応が開始され、約1分間で完結する。得られた吸水性樹
脂は、含水率11%の為、さらに乾燥した後に粉砕し、40
−150μmの吸水性樹脂を175gを得た。製造例−1、及
び製造例−2と同様に、篩で分級し、処理前の原料用吸
水性樹脂とした。
実施例−11〜15 分級した製造例−3の吸水性樹脂を用いた以外は、実
施例1〜5と同様な条件で実施した。その結果を下記の
第4表に示した。
比較例−1〜4 製造例−1で得られた吸水性樹脂を用いて、凍結真空
乾燥前の含水量を変化させた結果を第2表に示した。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】吸液予定量の80重量%以上の液を吸液した
    吸水性樹脂を、凍結真空乾燥処理に付して得られたもの
    であることを特徴とする、体積膨張の少ない吸水性樹
    脂。
  2. 【請求項2】吸水性樹脂に、吸液予定量の80重量%以上
    の液を吸液させた後に、凍結真空乾燥処理を実施するこ
    とを特徴とする、体積膨張の少ない吸水性樹脂の製造
    法。
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