JP2927911B2 - 高吸水性ポリマーおよびその製造法 - Google Patents

高吸水性ポリマーおよびその製造法

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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の背景〕 〈産業上の利用分野〉 本発明は、高吸水性ポリマーおよびその製造法に関す
るものである。本発明によって得られるポリマーは、吸
水性能が高く、且つその吸水ゲルは光にあたってもまた
高温雰囲気においても経時劣化が極めて小さくて安定で
あるので、例えば、蓄冷剤、蓄熱剤用ゲル、芳香剤用ゲ
ル、農園芸用保水ゲル、人工雪用ゲル、屋外土木工事用
止水剤、滑剤等、耐久性(耐熱性)が要求される資材と
して有効に利用することができる。
〈従来技術と問題点〉 近年、自重の数十〜数百倍もの水を吸収する高吸水性
樹脂が提案されている。例えば、澱粉グラフト重合体
(特公昭53−46199号公報等)、セルロース変性材(特
開昭50−80376号公報等)、水溶性高分子の架橋物(特
公昭43−23462号公報等)、自己架橋型アクリル酸アル
カリ金属塩ポリマー(特公昭54−30710号公報等)、等
があり、これらは生理用品、使いすて紙おむつ等の吸収
剤として、あるいは、農園芸用の保水剤およびその他産
業用資材として広範囲な分野に用途開発が進められてい
る。
しかしながら、これらの高吸水性樹脂は、多量の水を
吸収する能力および乾燥時での経時安定性は優れている
ものの、吸水状態での安定性に極めて乏しいものであ
る。例えば、吸水したゲル状物を日光に暴露しておく
と、わずか数時間のうちに劣化して流動化してゲル状物
の形態を保持できなくなることが多い。また、ゲル状物
を密閉容器等に物理的な水分蒸発が無い状態で充填し、
高温雰囲気下(80℃以上)においた場合も数時間から24
時間程度で同様に劣化してしまうことがある。したがっ
て、この様な高吸水性樹脂(吸水ゲル)を特に園芸用
(観賞用)保水剤、蓄冷剤(食品保冷用等のフィルムや
成型物容器にゲルを充填した物のように、保管時および
使用時に光、熱の影響を受けやすいもの)、蓄熱剤、屋
外土木工事用の止水剤や滑剤、人工雪等の耐光性、耐熱
性の要求される分野に使用する際には、ゲルの耐久性が
充分でなく、実用上大きな障害になっている。
吸水ゲルの耐光性、耐熱性を改良する方法としては、
高吸水性樹脂にカーボンブラックや活性炭を混合する方
法(特開昭59−38271号公報)やアクリル酸係単量体に
コモノマーとしてスルホアルキル(メタ)アクリレート
系単量体を存在させ、架橋剤と共に重合させて得られた
水不溶性吸水性樹脂(特開昭61−36309号公報)等が提
案されている。
しかし、これらは、その効果が小さく未だ不充分であ
って実用上の問題となっている。
〔発明の概要〕
〈要旨〉 本発明者らは、前記の問題点を解決するために種々研
究を重ねた結果、アクリル酸系モノマーの重合におい
て、ヒンダードアミン含有アクリル酸エステルを共重合
させることにより、耐熱性および耐光性の優れた高吸水
性ポリマーが得られることを見出した。
すなわち、本発明による高吸水性ポリマーは、下記の
一般式(I)で表わされる構造単位80〜99.9モル%と下
記の一般式(II)で表わされる構造単位0.1〜20モル%
とからなり、構造単位(I)およひ(II)の合計量が90
モル%以上であること、を特徴とするものである。
(ただし、R1は水素原子またはメチル基を示し、Xは水
素原子、アルカリ金属またはアンモニウム基を示す) (ただし、R2、R3はそれぞれ水素原子またはメチル基を
示す) また、本発明による高吸水性ポリマーの製造法は、下
記一般式(III)で表わされるアクリル酸系モノマーと
下記の一般式(IV)で表わされるヒンダードアミン含有
アクリル酸エステルとを含んでなる単量体混合物を重合
条件に付すこと、を特徴とするものである。
(ただし、R1は水素原子またはメチル基を示し、Xは水
素原子、アルカリ金属またはアンモニウム基を示す) (ただし、R2、R3はそれぞれ水素原子またはメチル基を
示す) 〈効果〉 本発明によって得られる高吸水性ポリマーは、吸水性
能が高く、かつその吸水ゲルは光にあたってもまた高温
雰囲気においても経時劣化が極めて小さくて安定なもの
である。したがって、本発明による高吸水性ポリマー
は、耐久性や耐熱性が要求される数々の分野において、
例えば蓄冷剤、蓄熱剤用ゲル、芳香剤用ゲル、農園芸用
保水ゲル、人工雪用ゲル、屋外土木工事用止水剤、滑剤
などとして有効に利用することができる。
〔発明の具体的説明〕
〈高吸水性ポリマー〉 本発明による高吸水性ポリマーは、下記の一般式
(I)で表わされる構造単位80〜99.9モル%と下記一般
式(II)で表わされる構造単位0.1〜20モル%とからな
り、構造単位(I)および(II)の合計量が90モル%以
上であるものである。
(ただし、R1は水素原子またはメチル基を示し、Xは水
素原子、アルカリ金属またはアンモニウム基を示す) (ただし、R2、R3はそれぞれ水素原子またはメチル基を
示す) 一般式(I)で表わされる構造単位が80モル%未満で
あると得られる高吸水性ポリマーに充分な吸水能が得ら
れない。また、一般式(II)で表わされる構造単位が0.
1モル%未満であると、得られる高吸水性ポリマーに充
分な耐久性(耐熱性及び耐久性)の効果が得られない。
〈その他の化合物〉 本発明による高吸水性ポリマーは、前記の構造単位
(I)および(II)を必須的に含んでなるものである
が、生成ポリマーの吸水性を過度に損なわない限り、す
なわち一般に構造単位(I)および(II)の合計量が90
モル%を下回らない限り、構造単位(I)および(II)
を与えるモノマー(すなわち、モノマー(III)および
(IV))と他の化合物を反応させてなるものであってよ
い。このような化合物としては、共重合性モノマー、架
橋剤等が挙げられる。
共重合性モノマーとしては、分子内に共重合性の二重
結合を有する親水性のモノマー、例えば、イタコン酸
(塩)、マレイン酸(塩)、2−アクリルアミド−2−
メチルプロパンスルホン酸(塩)、2−(メタ)アクリ
ロイルエタンスルホン酸(塩)、(メタ)アクリルアミ
ド、ビニルスルホン酸、(メタ)アクリル酸ヒドロキシ
エチル等が挙げられる。これらの一種又は二種以上の併
用も可能である。
また、架橋剤としては、(イ)構造単位(I)および
(II)を与えるモノマー(すなわち、モノマー(III)
および(IV))と共重合可能な二重結合を2個以上有す
る化合物、例えば、エ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(メタ)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、
プロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリプ
ロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、グリセリ
ントリ(メタ)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、N,N′−メチレンビス(メ
タ)アクリルアミド、ジアリルフタレート、ジアリルマ
レート、ジアリルテレフタレート、トリアリルシアヌレ
ート、トリアリルイソシアヌレート、トリアリルホスフ
ェート等、(ロ)構造単位(I)または(II)の官能
基、例えばカルボキシル基と重合中あるいは重合後の乾
燥時に反応しうるような官能基を二個以上有する化合物
であり、例えば、エチレングリコールジグリシジルエー
テル、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル、
脂肪族多価アルコールのジまたはポリグリシジルエーテ
ル等、あるいは(ハ)前二者の中間的な、即ち、一分子
中に(イ)に示した様な共重合性の二重結合と、(ロ)
に示したような反応性の官能基とをそれぞれ1個以上有
する化合物、例えば、グリシジル(メタ)アクリレート
等が挙げられる。この様な架橋剤はそれ自身単独である
いは、2種以上の混合物としても使用できる。
これら架橋剤の使用量は、前記一般式(III)で表わ
されるアクリル酸系モノマーに対して0.001〜10重量
%、好ましくは0.01〜2重量%、である。0.001重量%
以下では吸水能は、極めて大きくなるものの、吸水時の
高吸水性ポリマーのゲル強度が極めて弱いものとなり、
また10重量%超過では吸水ゲル強度は、特段に向上され
るが、吸水能がかなり小さいものとなってしまい実用上
問題となる。
〈高吸水性ポリマーの製造〉 〈アクリル酸系モノマー〉 本発明において使用されるアクリル酸系モノマーは、
下記の一般式(III)で表わされるものである。
(ただし、R1は水素原子またはメチル基を示し、Xは水
素原子、アルカリ金属またはアンモニウム基を示す) このようなアクリル酸系モノマーとしては、標品中の
全カルボキシル基(−COOX(X=水素原子))の50〜95
モル%、特に60〜90モル%、がアルカリ金属またはアン
モニウム塩に中和されているものが好ましい。したがっ
て、そのような好ましいアクリル酸系モノマーは、5〜
50モル%のアクリル酸(R1=水素原子)およびメタクリ
ル酸(R1=メチル基)と、50〜95モル%のそれらのアル
カリ金属塩(X=アルカリ金属)およびアンモニウム塩
(X=アンモニウム基)とからなる混合物である。
(メタ)アクリル酸(ここで、「(メタ)アクリル」
とは、アクリルおよびメタクリルの両者をいうものであ
る。以下、本明細書において同様)の中和度は、上記好
ましい範囲に限定されることはないが、中和度が50モル
%未満であると生成高吸水性ポリマーの吸水能が低下す
る。
(メタ)アクリル酸の中和には、アルカリ金属水酸化
物や重炭酸塩等が使用可能であるが、本発明で特に好ま
しいものはアルカリ金属水酸化物である。その具体例と
しては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リ
チウム等を挙げることができる。生成ポリマーの性能、
価格等の面からいえば、前二者が好ましい。
〈ヒンダードアミン含有アクリル酸エステル〉 本発明において使用されるヒンダードアミン含有アク
リル酸エステルは、下記の一般式(IV)で表わされるも
のである。
(ただし、R2、R3はそれぞれ水素原子またはメチル基を
示す) 具体的には、2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジ
ル−アクリレート、2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペ
リジル−メタクリレート及び1,2,2,6,6−ペンタメチル
−4−ピペリジル−アクリレート、1,2,2,6,6−ペンタ
メチル−4−ピペリジル−メタクリレートの四種があ
る。
〈重合〉 本発明では、一般に水溶性モノマーを重合させる重合
法が採用される。このような方法は、高吸水性ポリマー
の製造法としては周知のものであって、本発明では発明
の趣旨に反しない限り任意のものを採用することができ
る。本発明で特に好ましい重合法としてはモノマー水溶
液自体を重合させる水溶液重合法が挙げられる。
また、前記一般式(III)で表わされるアクリル酸系
モノマーと前記一般式(IV)で表わされるヒンダードア
ミン含有アクリル酸エステルとの水溶液中での全モノマ
ー濃度は、20重量%以上、飽和濃度以下であることが好
ましい。
本発明に従って高吸水性ポリマーを製造する場合に
は、ラジカル重合開始剤を使用するのが普通である。本
発明の製造法に於いて使用されるラジカル重合開始剤と
しては、水溶性のラジカル重合開始剤、例えば、過硫酸
アンモニウム、過硫酸カリウム等の過硫酸塩、2,2′−
アゾビス(2−アミジノプロパン)二塩酸塩、4,4′−
アゾビス(4−シアノ吉草酸)等のアゾ系開始剤が挙げ
られる。また、重合開始剤が過酸化水素、過硫酸アンモ
ニウム、過硫酸カリウム等の過酸化物であるとき、亜硫
酸塩、アスコルビン酸、アミン等の還元性化合物を組合
せてレドックス開始剤として使用することもできる。
上記の様なラジカル重合開始剤の使用量は、アクリル
酸系モノマーとヒンダードアミン含有アクリル酸エステ
ルの総量に対して、一般的には0.001〜10重量%、好ま
しくは0.01〜1重量%、である。
〈実験例〉 実施例1 100ccコニカルフラスコにアクリル酸30gを採り、これ
に純水16.8gを加えて混合した。これに氷冷下、水酸化
カリウム15.2gを徐々に加えて中和した。このものはア
クリル酸の中和度65モル%、アクリル酸及びアクリル酸
カリウムのモノマー濃度が65重量%のものであった。次
に、共重合モノマーとして、2,2,6,6−テトラメチル−
4−ピペリジル−アクリレート1.5gを加え溶解させたの
ち、これに架橋剤としてN,N′−メチレンビスアクリル
アミドを0.1gおよび重合開始剤として31%過酸化水素水
0.4gを溶解させた。この様に調製した溶液中に、次に還
元剤として5%のL−アスコルビン酸水溶液をスプレー
ノズルより噴霧した。重合は直ちに起こり、ゲル状含水
重合体を得た。これを熱風乾燥器にて、130℃で5時間
乾燥した後、ナイフ式粉砕器で粉砕し、粉末状の共重合
体ポリマー(1)を得た。このポリマーの吸水能を測定
(ポリマーの吸水能試験の詳細は後述する)した結果、
255倍であった。
実施例2 実施例1の2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジル
−アクリレートを使用する代りに、2,2,6,6−テトラメ
チル−4−ピペリジル−メタクリレートを同量使用する
他は実施例1と同操作にて共重合体ポリマー(2)を得
た。このポリマーの吸水能は245倍であった。
比較例1 実施例1の2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジル
−アクリレートを添加せず、ポリアクリル酸及びポリア
クリル酸カリウムのみからなる標準ポリマーを得た。こ
のポリマーの吸水能は270倍であった。
〈評価試験方法〉 実施例1〜2で得られた共重合ポリマー(1)および
(2)、比較例1で得られた標準ポリマーおよび市販品
高吸水性ポリマー(比較例2)の合計4種について下記
の試験を実施した。
[1]吸水能試験 高吸水性ポリマー0.2gを精秤し、これを純水1000ccに
浸漬させ、マグネットスターラーで攪拌しながら、1時
間吸水させる。吸水後、200メッシュふるいで15分間水
切りした後、膨潤ゲルの重量を測定し、下記式に従って
純水吸水能を算出した。
[2]耐光性テスト 高吸水性ポリマー1gに純水150gを加えて吸水膨潤させ
た吸水ゲルを100gづつ、厚さ0.05mmの透明なポリエチレ
ン製の袋に入れて夏場(7〜8月)の日光に暴露した。
この際の吸水ゲルの様子を経時的に観察した。この結果
を表−1に示した。
[3]耐熱性テスト [2]耐光性テストと同様に作成した吸水ゲルを100g
づつガラスびんに入れ、密栓した後、90℃の恒温槽に入
れ、吸水ゲルの様子を観察した。この結果を表−2に示
した。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−170808(JP,A) 特開 昭54−71185(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C08F 220/04 - 220/06 C08F 220/34 C08F 20/04 - 20/06 C08F 20/34 CA(STN)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】下記の一般式(I)で表わされる構造単位
    80〜99.9モル%と下記の一般式(II)で表わされる構造
    単位0.1〜20モル%とからなり、構造単位(I)および
    (II)の合計量が90モル%以上であることを特徴とす
    る、高吸水性ポリマー。 (ただし、R1は水素原子またはメチル基を示し、Xは水
    素原子、アルカリ金属またはアンモニウム基を示す) (ただし、R2、R3はそれぞれ水素原子またはメチル基を
    示す)
  2. 【請求項2】下記の一般式(III)で表わされるアクリ
    ル酸系モノマーと下記の一般式(IV)で表わされるヒン
    ダードアミン含有アクリル酸エステルとを含んでなる単
    量体混合物を重合条件に付すことを特徴とする、請求項
    1に記載の高吸水性ポリマーの製造法。 (ただし、R1は水素原子またはメチル基を示し、Xは水
    素原子、アルカリ金属またはアンモニウム基を示す) (ただし、R2、R3はそれぞれ水素原子またはメチル基を
    示す)
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