JP3677575B2 - 添加剤の偏析および移行を最小にする添加剤の混合方法 - Google Patents

添加剤の偏析および移行を最小にする添加剤の混合方法 Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、体液を吸収、保持する衛生用品の製造で用いられる超吸収ポリマー、特に防臭効果に優れた超吸収ポリマーに関するものである。本発明は特に、添加剤の沈降を防ぐことができる添加方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
本発明の対象である超吸収ポリマー(以下、SAP)は水溶性不飽和エチレン系モノマー、特にアクリル酸、メタクリル酸およびこれらのアルカリ塩を重合させ、部分的に架橋して得られるポリマーであり、溶液重合、塊重合または逆懸濁重合で得られる。このポリマーは水および水溶液の吸収能および保持力が極めて高く、粒度が100〜800μmの粉末の形で商品として広く普及している。
このポリマーに関する文献は極めて多く、例えば欧州特許第0,312,952号、欧州特許第 0,441,507号等が挙げられる。
【0003】
この超吸収剤(SAP)には添加剤を添加しなければならないことが多い。特に、吸収能、保持力以外の特性を付与してほしいという市場の需要が多い。例えば、体液、特に尿を吸収した吸収用品は強烈で不快な臭いを発する。この臭いの大部分は皮膚上および消化管内に存在しているバクテリアのウレアーゼによる尿素の加水分解で生じるアンモニアの臭いである。
【0004】
この臭いを消すために、組成物に抗菌添加剤を添加する必要があるが、その種の化合物を一般に防臭剤または防臭添加剤とよんでいる。SAPに防臭添加剤を添加する方法は種々知られている。
国際特許第WO98/20915号および欧州特許第739,635号にはゼオライトおよびホウ砂を含む混合物が記載されている。これらの混合物は粉−粉混合物として固体の状態をしている。
【0005】
米国特許第4,842,593号にはSAPの他にパッド剤および非毒性、非刺激性、不揮発性抗菌剤を含むおむつが記載されている。
抗菌剤はアルコールベースの溶液にした液体状態よりも、固体状態のものが好ましい。前者の場合にはSAPに混和するのではなく、皮膚と接触する一番上のシートに添加する。
1つの化合物を他の化合物を添加する最も一般的な方法は固体状態での混合である混和である。この混和は既存の工業製品に新しい機能を与えるのに効果的な方法であり、押出し前にPVC、PE、PPおよびポリアミド等のポリマー粉末に種々の添加剤(着色料、顔料、充填剤等)を導入する等の多くの例を挙げることができる。
【0006】
しかし、この添加方法では化合物が偏析(sedimentation)し、密度が最も高い化合物が沈降する傾向がある。この傾向は2種類の粒子の形態および粒度分布が異なるほど強くなる。超吸収粉末は数ヶ月間保存されことがあり、運搬条件によっては沈降を促進させる危険がある(荒海やデコボコ道等)ので、この問題は重大である。
欧州特許第739,635号および国際特許第WO98/20915号では粒径を変えて沈降分離を防ぐ方法が提案されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は融点が<200℃の有機添加剤の沈降現象を解決する。本発明は超吸収剤と固体の有機化合物とを混合した時の沈降現象と不均質性とを防いで上記の問題を解決する。本発明方法は水溶性または非水溶性液体溶液を噴霧、含浸または浸漬によってSAPへの混和する方法に比べて、噴霧や蒸発の工程がない分、単純かつ安価である。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明方法では、SAP/添加剤混合物を固体状態で均質化し、その後に添加剤の融点から200℃までの温度、好ましくは添加剤の融点より少なくとも5℃高い温度に加熱する。
本発明方法を用いると、SAP粒子は溶融した添加剤によって被覆され、SAPと添加剤と偏析および添加剤の移行現象が全て無くなる。
【0009】
【発明の実施の形態】
本発明の防臭添加剤はトリクロサン(TRICLOSAN)のような抗菌剤である。このトリクロサン(TRICLOSAN)はMichael、Irene Ashの「Index of Antimicrobials」(1996年、Gower出版)に記載されている。
【0010】
本発明の方法はトリクロサン(TRICLOSAN)の特別な配合であるイルガサン(IRGASAN)DP300をSAPに混和するのに適している。イルガサン(IRGASAN)DP300は平均粒径が200μmのロッドの形をしており、一方、衛生用品に一般に用いられるSAP粒子(ゲル法または逆懸濁重合)は直径が100〜800μm(中心が約400〜500μmであるのが好ましい)で、砂利状(ゲル法)または凝集ビーズ状(逆懸濁重合)をしている。従って、添加剤の密度はSAP粒子の密度に近くても添加剤とマトリックスとの間の偏析を防ぐのには都合がよい。
【0011】
本発明の一般的な方法をトリクロサン(TRICLOSAN)をSAPに添加して防臭性SAPを製造する場合を用いて説明する。この添加剤は効率が極めて高いため、最適濃度は0.01〜0.5%(好ましくは約0.05%)である。従って、最終用途(乳児用または大人用おむつおよび生理用ナプキン)でのトリクロサン(TRICLOSAN)の量にバラつきがでないようにするためには、偏析の危険を無くすことが絶対に必要である。また、乳児や大人の皮膚に添加剤が移行しないように調節することも重要である。
【0012】
本発明の一実施例では所望量の防臭剤をSAPに直接添加し、他の実施例では約5重量%の添加剤を含むSAP/添加剤マスターバッチを予め作り、このマスターバッチをSAP中に希釈して用途に応じた添加剤含有率にする。
本発明の他の対象は0.01〜0.5重量%の抗菌添加剤を含む本発明方法で製造されるSAPにある。
本発明の他の対象は乳児用おむつ等の衛生用品でのSAPの使用と、それらの衛生用品にある。
【0013】
トリクロサン(TRICLOSAN)を0.05重量%含む本発明のSAPは以下のようなプロセスで製造できる:
1. 初めに5%のトリクロサン(TRICLOSAN)を含むマスターバッチを下記工程で製造する:
(a)SAP+トリクロサン(TRICLOSAN)混合物をミキサーで均質化。
(b)動的加熱または静的加熱。ジャケット付きミキサーまたはミキサーに加熱容器を付けた加熱ドラム(最初の均質化はこの加熱ドラムまたは別のミキサーで行うことができる)、その他の任意方法(例えば、添加剤の融点より高いTfに加熱された高温空気中でかき混ぜて添加剤を混合、溶融させる)か、上記の2つの作用を組合せた他の形式の装置で行うか、静的加熱(パレット上でバッグ状にマスターバッチを積み重ねる)する。
【0014】
加熱温度は有機添加剤の融点より少なくとも5℃高い温度にしなければならない。この温度は処理量と使用する系の関数で選択され、この系の中心に配置したプローブによって調節する。イルガサン(IRGASAN) DP300(Tf=57±1℃)の場合は、SAP+添加剤の系を少なくとも63℃、例えば65℃に加熱するのが好ましい。しかし、加熱温度は化合物の分解温度より低い温度にする必要がある。SAPの膨潤効率は加熱によって損なわれない(SAPは200℃で約1時間加熱でき、これより低い温度ではさらに長い時間加熱できる)。
【0015】
加熱時間は加熱温度と融点との温度差と、加熱される化合物の量および化合物自身(熱伝導率)に依存することは理解できよう。マスターバッチを用いることによって加熱する化合物の量を減らすことができ、従って、加熱時間を短くすることができる。
加熱時間を簡単に評価する試験法:拡大鏡で観察して添加剤粒子(イルガサン(IRGASAN)DP300の場合はロッド)が消失するのを確認する。
【0016】
2. 室温に戻すか、冷却する。すなわち(a)系を静的に冷却するか、(b)動的加熱の場合には混合を続けることで系を冷却する。
溶融後、有機添加剤は一定時間過溶融する。すなわち、温度が添加剤の融点より低くなっても添加剤はすぐには再結晶しない。冷却方式が静的か動的かは加熱後の化合物の「粘稠度」にのみ影響する。(パレット上で)静的に冷却した添加剤を高濃度に含むSAP(マスターバッチの場合)は凝集体を形成し易いが、この凝集体は分解し易く、次の効果的な混合で簡単に壊すことができる。しかし、静的冷却で見られるこの凝集現象を防ぐために、化合物を攪拌下に冷却するのが好ましい。
【0017】
3. マスターバッチをSAPに希釈する(1:100の比で)
【0018】
以下、本発明の実施例を説明するが、本発明が下記実施例に限定されるものではない。
【0019】
【実施例】
1)5%のトリクロサン (TRICLOSAN) を添加したSAPの加熱をした場合としない場合の沈降性の評価
試験方法
両端がゴム栓で閉じられた高さ42.5cm、直径3cmのプレキシグラス管に、5%のトリクロサン(TRICLOSAN)を添加したSAP 150gを入れる。次いで(2/3まで満たされた)この管をレッシュ(Retsch)タイプの震盪機に垂直に置き、1.2mmの振幅で10分振動させ(10秒振動させて3秒停止させるサイクルを数回行う)、混合物を沈降させる。その後、管の頂部および底部から約15gのSAPを回収し、管の両端におけるSAP中のトリクロサン(TRICLOSAN)濃度を求める。
【0020】
サンプル調製条件
加熱しない場合:SAP HP200+5%トリクロサン(TRICLOSAN)をターボミキサーを用いて2時間乾燥混合する。
静的加熱する場合:SAP HP200+5%トリクロサン(TRICLOSAN)をターボミキサーを用いて2時間乾燥混合した後、75℃で1時間加熱する。次いで、サンプルを室温に戻して冷却を完了させ、トリクロサン(TRICLOSAN)を再結晶させる。再結晶した凝集体をへらでざっと除去した後、サンプルをターボミキサーで2時間均質化する。
【0021】
動的加熱の場合:SAP HP200+5%トリクロサン(TRICLOSAN)をターボミキサーを用いて2時間乾燥混合する。この混合物400gを櫂形攪拌器を備えた1リットル容のジャケット付きガラス反応器に入れる。サーモスタット制御された浴の制御温度を80℃に設定し、攪拌速度を350回転/分に設定する。20分間加熱した後、反応器を冷却する。攪拌を30分間続けてトリクロサン(TRICLOSAN)を再結晶させる。
【0022】
トリクロサン (TRICLOSAN) の抽出と、UVによる定量
トリクロサン(TRICLOSAN)のUVスペクトルはλ=202.5および282nmの吸光率の異なる2つのピークを有する。下記のA方法およびB方法はサンプルの寸法および選択波長で変える。サンプルの寸法が大きい方がサンプリングに起因するエラーを減らすことができ、溶媒として用いる無水エタノール溶液が使用波長で吸光がないのでB方法が好ましい。
【0023】
A方法
約5%の濃度のトリクロサン(TRICLOSAN)を添加したSAP、1gを300gの無水エタノールに添加し、得られた溶液を500回転/分で2時間攪拌した後、溶液に超音波を15分間かける。次いで、上澄み5gを200gの無水エタノールに希釈し、分光光度計で測定可能な最終濃度(吸光度は0.5〜1)にする。
無水エタノール中のトリクロサン(TRICLOSAN)濃度をUV分光計で測定する。較正曲線は濃度1〜8ppmの調節溶液を用い、λ=202.5nmの波長で得る。上澄みは(埃が入らないように)シリンジおよびフィルターを用いて計量セルに導入する。SAPから抽出したトリクロサン(TRICLOSAN)の測定に用いる対照はトリクロサン(TRICLOSAN)を添加していないSAPを用いて同じ手順(同じ抽出時間および希釈時間)で得られる上澄みである。
【0024】
B方法
約5%の濃度のトリクロサン(TRICLOSAN)を添加したSAP、10gを150gの無水エタノールに添加し、得られた溶液を500回転/分で2時間攪拌した後、溶液に超音波を15分間かける。次いで、1gの上澄みを100gの無水エタノールに希釈し、分光光度計で測定可能な最終濃度(吸光度は0.5〜1)にする。
無水エタノール中のトリクロサン(TRICLOSAN)濃度をUV分光計で測定する。較正曲線は濃度10〜60ppmの調節溶液を用い、λ=282nmの波長で得る。上澄みは(埃が入らないように)シリンジおよびフィルターを用いて計量セルに導入する。SAPから抽出したトリクロサン(TRICLOSAN)の測定に用いる対照はトリクロサン(TRICLOSAN)を添加していないSAPを用いて同じ手順(同じ抽出時間および希釈時間)で得られる上澄みである。
【0025】
結果
下記の結果は2つの抽出物を少なくとも2回検定した最小値の平均である。
【0026】
【表1】
Figure 0003677575
【0027】
この結果から、SAP+トリクロサン(TRICLOSAN)混合物を加熱しないと添加剤の沈降が激しいことが分かる。これに対して混合物を加熱したときにはSAP中の抗菌剤の分布は強力な振動を加えても変化しない。
【0028】
2)0.05%のトリクロサン (TRICLOSAN) を添加したSAPの加熱をした場合としない場合の抗菌・防臭能の評価
尿の調製
この試験は尿または合成尿に対して実施することができる。本物の尿の場合は、試験の4日前から医薬品や抗生物質を服用しないように指示された人の尿を採取する。合成尿の場合は、使用時点で下記組成に従って調製する。
尿素 25g K2SO4 4g
NaCl 9g (NH42SO4 2.5g
MgSO4 0.6g グルコース 5g
Ca(OCOCH32 0.7g 酵母エキス 5g
【0029】
試験パネル
接種材料の調製
20mlの尿または合成尿、0.5gの尿素および2gの汚れた毛羽(既にアンモニア臭がする)または所望のバクテリア株で接種材料を調製する。この混合物を2日間加熱し、回収した尿は4℃で保存する。
試験時点で、この接種材料は強烈な臭いを発している。これは十分に醗酵している証拠である。
再現性のある接種にするために、単離した株に対してバクテリア濃度*を測定する。
*=cfu/mlで表記(コロニー形成単位/ml)
【0030】
サンプルの調製
n×8個の円筒形ポリエチレン気密皿を用意する(nは被試験生成物の数)。8個の皿からなる各組に任意の3桁の番号を付ける。0.5gのセルロース(毛羽)と、試験する防臭生成物を添加または添加していない分散状または塊状態の超吸収ポリマー、0.3gとを各皿に載せる。
所望量の接種材料を含ませた合成尿30mlを各パッドの上にかけ、皿を閉じ、37℃のオーブンで一晩中加熱する。
【0031】
臭いの評価
試験時にオーブンから皿を取り出し、パネルのメンバーに無作為に渡し、その臭いを1〜6の点数で評価してもらう。その際、NH3臭がない場合を1とし、NH3臭が非常に強い場合を6とする。
結果を集計し、得られた点数の平均値を各試験生成物毎に計算する。
バクテリアのカウント
臭いを評価した後、サンプルの種類ごとに微生物をカウントする。サンプルを70mlの滅菌水に希釈し、ミリポアプレートを用いてカウントする。結果をcfu/ml(コロニー形成単位/ml)で表記する。
実施例
合成尿:104cfu/mlで接種。
【0032】
【表2】
Figure 0003677575
【0033】
NH 3 試験
合成尿の接種
凍結乾燥したプロテウス属mirabilis菌(製品番号LMG 2954−凍結乾燥し、4℃で保存されている菌)の管を333gの合成尿(すなわち、1リットル当たり3回分の量に相当)に導入する。
【0034】
サンプルの調製
Torion継手(直径8、すり合わせ19/26、PTFE密封継手)を備えたn×2個の100cm3容三角フラスコ(すりあわせ19/26)を用意する(nは試験生成物の数)。このフラスコに0.5gの毛羽を導入し、0.05%のトリクロサン(TRICLOSAN)を添加したSAPを(加熱または加熱せずに)分散状態またはその他の状態でこの毛羽の塊に導入する。33gの接種した合成尿を各パッドの上にかける。次いで、測定状態にある線量計管(GASTEC管−受動線量計管 NH3−製品番号Prolabo 02 436 112)を挿入してフラスコを閉じ、40℃のオーブンに入れる。検定管の呈色から下記の式によってフラスコ内のNH3濃度(ppm)を求める:
NH3濃度=管の読み×0.8/加熱の時間数
係数の0.8という値は40℃の加熱温度に対応した値である。
【0035】
【表3】
Figure 0003677575
【0036】
HP200+5%トリクロサン(TRICLOSAN)マスターバッチをSAP HP200で100倍に希釈してSAP HP200+0.05%トリクロサン(TRICLOSAN)系を作る。
加熱しない場合のHP200+0.05%トリクロサン(TRICLOSAN)系:
マスターバッチは加熱せずに調製したもの(上記の説明を参照)。HP200での希釈はターボミキサー用いて攪拌下に2時間行う。
【0037】
加熱をした場合のHP200+0.05%トリクロサン(TRICLOSAN)系:
マスターバッチは静的加熱して調製したもの(上記の説明を参照)。HP200での希釈はターボミキサーを用いて攪拌下に2時間行う。
マスターバッチを加熱した場合としない場合で抗菌性および防臭性に有意差はみられないということは注目に値する(加熱していない系は、沈降を完全に防ぐ、従ってトリクロサン(TRICLOSAN)濃度のばらつきを防ぐために均質化するという条件下で)。

Claims (10)

  1. 下記(a)および(b)の工程からなる、超吸収ポリマー(SAP)粒子を抗菌添加剤で被覆する方法:
    (a)90〜99.99重量%のポリマーと、0.01〜10重量%の少なくとも1種の抗菌添加剤とを含む組成物を混合、混練し、
    (b)添加剤の融点から200℃までの温度で添加剤が完全に溶融するまで加熱する。
  2. 組成物が0.01〜5重量%の添加剤を含む請求項1に記載の方法。
  3. 加熱温度を添加剤の融点より少なくとも5℃高い温度にする請求項1または2に記載の方法。
  4. 固体状態で混合する請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法。
  5. 静的に加熱する請求項1〜4のいずれか一項に記載の方法。
  6. 動的に加熱する請求項1〜4のいずれか一項に記載の方法。
  7. 添加剤がトリクロサン(TRICLOSAN)である請求項1〜6のいずれか一項に記載の方法。
  8. 請求項1〜7のいずれか一項に記載の方法で得られる超吸収ポリマー組成物。
  9. 請求項8に記載の超吸収ポリマー組成物の体液吸収・保持用衛生用品の製造での使用。
  10. 請求項8に記載の超吸収ポリマー組成物を含衛生用品。
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