JP3877195B2 - 耐圧性吸水性樹脂とそれを用いた紙おむつ並びに吸水性樹脂とその製法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐圧性に優れた紙おむつ/および耐圧性に優れた吸水性樹脂に関する。さらに、本発明は、水性液体に対する親和性に著しく優れ、無加圧下および加圧下における吸水速度および吸水倍率が従来のものに比べて飛躍的に向上した吸水性樹脂およびその製法に関するものである。
【0002】
【従来の技術および解決しようとする課題】
近年、自重の数十倍から数百倍の水を吸収する吸水性樹脂が開発され、生理用品や紙おむつ等の衛生材料分野をはじめとして、農園芸用分野、鮮度保持等の食品分野、結露防止や保冷材等の産業分野等、吸水や保水を必要とする用途に種々に使用されている。
【0003】
このような吸水性樹脂として、例えば、デンプン−アクリロニトリルグラフト重合体の加水分解物、デンプン−アクリル酸グラフト重合体の中和物、酢酸ビニル−アクリル酸エステル共重合体のケン化物、アクリロニトリル共重合体の加水分解物またはその架橋体、アクリルアミド共重合体の加水分解物またはその架橋体、自己架橋型ポリアクリル酸塩、部分中和型ポリアクリル酸塩架橋体等が知られている。
【0004】
吸水性樹脂は、その用途に応じて要求される性能が異なり、例えば、紙おむつなどの衛生材料向けの吸水性樹脂に望まれる特性としては、水性液体に対する加圧下での高い吸水倍率、速い吸水速度、大きい通液性等が挙げられる。例えば、欧州特許443627には、加圧下吸水倍率および吸収速度の優れた吸水性樹脂を、濃度60重量%以上で使用する吸水性構造体が開示されている。しかしながら、吸水倍率と吸収速度の特性は必ずしも正の相関を示さず、特に加圧下の吸水倍率と吸水速度とは二律背反する。このため、同時にこれら2つの特性を改良することは困難である。
【0005】
例えば、吸水性樹脂の吸水速度を高める試みとして、表面積を大きくする方法がある。吸水性樹脂の粒径を小さくしたり、顆粒状またはリン片状にする試みがなされている。しかし、一般に表面積アップのため吸水性樹脂の粒子径を小さくすると、その物理的強度および吸水膨潤後の粒子間空隙が低下するために、加圧下や非加圧下における吸水倍率が逆に低下する。
【0006】
一方、吸水性樹脂の表面近傍の分子鎖を架橋させて表面層の架橋密度を上げ、重合体が吸水して膨潤したときに液体が移動できる空隙を粒子間に確保し、それにより吸水性樹脂を加圧したときにも吸水倍率を低下させない技術がある。ところが、一般に表面積の大きさと加圧下吸水倍率とは相反し、粒子の表面積を大きくすると架橋剤の均一な混合が困難になるため、均一な表面架橋が困難になる。これまで吸水性樹脂の加圧下における吸水倍率を高め、同時に吸水速度を向上させることを目的とした改良のほとんどは、上記2つの方法(表面積アップ&表面近傍の架橋)のコンビネーションによるものであった。しかし残念ながらこれら2つの特性が前述のように相反する特性であるために、その技術的限界によって満足な結果が得られていないのが現状である。
【0007】
近年その技術的限界を打ち破るために、粒子径を小さくせずに表面積を向上させる方法として、発泡剤等を用いた多孔性重合体が提案され、その表面近傍を架橋処理する技術が提案されている。このような方法としては、例えば、70モル%中和ポリアクリル酸ナトリウム水溶液を架橋剤、および発泡剤としての炭酸塩存在下に重合し、得られた重合体の表面近傍を架橋処理する方法(米国特許第5314420号、特開平7−185331号)、70モル%中和ポリアクリル酸カリウム水溶液またはアンモニウム塩水溶液を架橋剤、および発泡剤としての炭酸塩存在下に重合し、得られた重合体の表面近傍を架橋処理する方法(特表平8−509521号、欧州特許0707603号、WO9502002号)、固体発泡剤分散下に部分中和アクリル酸ナトリウム水溶液を重合し、得られた重合体の表面近傍を架橋処理する方法(WO9617884号、欧州特許744435号)、また、発泡以外にも特定の界面活性剤存在下の逆相懸濁重合で得られる表面多孔性アクリル酸ナトリウム重合体表面近傍を架橋処理する方法(欧州特許0695762号)などが挙げられる。
【0008】
なるほど、これら発泡剤を用いた多孔性重合体の表面近傍を架橋処理する方法によって、加圧下の吸水倍率および吸水速度が改善された。しかしながら、これらの方法においても、多孔性重合体の表面近傍を架橋処理する場合、加圧下での吸水倍率を高めるため表面架橋密度を高くすると、多孔性重合体ではその構造上架橋密度の制御が困難なため、表面の親水度が低下する。その結果、たとえ多孔性重合体を用いても、結局は吸水速度が低下するなどの問題があった。
【0009】
一方、加圧下(荷重下)での吸水倍率が高い吸水性樹脂を紙おむつに用いることは知られている。おむつなどでの実使用に適した物性を表す吸水倍率測定の荷重として、10g/cm2(特開昭60−135432号)、0.3psi(約20g/cm2、欧州特許0339461号)、50g/cm2(特開昭63−99861号)、63000ダイン/cm2(約50g/cm2、特表平8−509522号)、60g/cm2(特表平8−509521号、欧州特許0707603号)、最小0.01〜最大0.7psiの合計量(約0.7g/cm2〜最大63g/cm2の合計量、特開平6−254118号、米国特許5601542号)、0.6ないし1psi(約43g/cm2ないし約71g/cm2、特表平8−510484号)等が提案され、これらの吸水性樹脂が開示されている。これら従来の吸水性樹脂の中で、最も高い加圧下における吸水倍率としては、1psi(約71g/cm2)で25.9g/gなる吸収性樹脂(特表平9−501975号の実験例6e)や、1.7psi(約121g/cm2)で8ml/gの吸水倍率を示す吸水性樹脂(欧州特許0339461号の表B)がある。
【0010】
ところがこれらの吸水性樹脂は、比較的低加圧下では30g/g以上の加圧下吸水倍率を示すが、一般に荷重が上がるほどその加圧下吸水倍率が大きく低下する(上記特開平6−254118号、特表平8−509521号、特表平8−510484号の図1、欧州特許0339461号の表B)。例えば、荷重0.3psiから0.6psiに増加すると、その加圧下吸水倍率は多くの場合、半分以下に大きく低下する。またこれらの樹脂について高吸水速度を達成するために樹脂の表面積を大きくすると、100g/cm2(約1.4psi)の荷重下では、10g/g未満、せいぜい20g/g未満の吸収能しか示さなかった。
【0011】
以上、残念ながら、これまでの技術は、紙おむつの高性能化のために必要な高加圧下での高い吸水倍率、しかもより高加圧下での吸水速度という市場ニーズに十分対応していない。このため依然として、加圧下の吸水倍率と吸水速度がうまくバランスした吸水性樹脂がないのが現状である。
【0012】
更に、紙おむつなどなどでは、赤ちゃんが絶えず動き回るためその荷重が一定せず、高い加圧下吸水倍率を示す吸水性樹脂であっても、圧力に対する吸水能が一定しない場合がある。このため、赤ちゃんの一般体重(10kg前後)から予想される荷重、せいぜい10〜数10g/cm2に対して高い加圧下吸水倍率を示すだけでは、吸水性樹脂を実際のおむつに組み込んでも、必ずしも満足のいく働きをせず、紙おむつでは良好な結果がえれらないと考えられる。従って、従来のように、荷重を単に変化(10〜数10g/cm2)させて測定した加圧下吸水倍率によって、吸水性樹脂を評価し、またはスクリーニングしても、おむつなどでの実使用における吸水性樹脂の指標にはならない。おむつに使用する吸水性樹脂の最終評価としては、加圧下吸水倍率などの吸水性樹脂の物性測定だけでは不十分であり、結局は、膨大なコストと手間と時間をかけて、おむつを作成し、モニターテストをする必要があるのが実状である。
【0013】
かかる現状下、既知の技術では技術的限界に近いレベルにある加圧下の吸水倍率と吸水速度について、両者を極めて高いレベルで同時に満足できるという、従来にない飛躍的に吸水特性に優れた吸水性樹脂が望まれる。また、粒子の表面積が大きいにも拘わらず加圧下吸水倍率の大きい吸水性樹脂が望まれる。また、100g/cm2の高加圧下でも従来の吸水性樹脂には見られない高い吸水倍率を示し、加圧増加による吸水倍率の低下が少なく、かつ優れた吸水倍率を示す耐圧性吸水性樹脂が望まれる。
【0014】
さらに、赤ん坊が動き回り荷重が絶えず変動する場合でも高い吸水倍率を示し、モレが少なく吸収量の多い紙オムツが望まれる。また、吸水性樹脂の物性測定にあって、おむつの実使用と相関する吸水性樹脂のパラメーターが望まれる。
【0015】
加えて、無加圧下および加圧下での吸水倍率が大きく、かつ無加圧下および加圧下における吸水速度が速い吸水性樹脂の製法が望まれる。
【0016】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、特定範囲の−COORおよび、−COOH/−COORモル比の吸水性架橋重合体に表面架橋を施した吸水性樹脂が、上記目的を達成しうることを見出し、本発明を完成させた。なお、以下−COOR(Rは、水素原子、金属原子またはアンモニウム)を単に−COORと記載する。
【0017】
即ち本発明は、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、メサコン酸、シトラコン酸、アクリル酸、ならびに、これらの金属塩およびアンモニウム塩よりなる群から選択される少なくとも一種のカルボキシル基含有の単量体、および、前記カルボキシル基含有の単量体100重量部当り共重合性架橋単量体0〜2重量部を重合させることにより得られた吸水性架橋重合体であり、−COOH/−COORモル比が0.5未満であり且つ平均粒子径100〜600μmで150μm以下の微粉が5重量%以下の粒子径の前記吸水性架橋重合体100重量部に、前記−COOR(Rは、水素原子、金属原子またはアンモニウム)と反応し得る官能基を複数有する化合物を0.001〜10重量部添加してなる耐圧性吸水性樹脂であって、
50g/cm2(約4.9kPa)の荷重下での人工尿に対する加圧下吸水倍率(60分値)が30g/g以上であり、かつ100g/cm2(約9.8kPa)の荷重下での人工尿に対する高加圧下吸水倍率(60分値)の前記加圧下吸水倍率に対する比で規定される耐圧吸水比(耐圧吸水比=(高加圧下吸水倍率)/(加圧下吸水倍率))が0.6以上の耐圧性吸水性樹脂を提供するものである。また、人工尿に対する無加圧下吸水倍率(60分値)が35g/g以上であり、且つ水可溶性成分量(16時間値)が25重量%以下である耐圧性吸水性樹脂を提供するものである。
【0018】
また、100g/cm 2 (約9.8kPa)の荷重下での人工尿に対する高加圧下吸水倍率(60分値)が20g/g以上である耐圧性吸水性樹脂を提供するものである。また、50g/cm 2 (約4.9kPa)の荷重下での人工尿に対する高加圧下吸水倍率(5分値)が25g/g以上である耐圧性吸水性樹脂を提供するものである。また、人工尿15gに対する吸水性樹脂1.0gの吸水速度が20秒以下である耐圧性吸水性樹脂を提供するものである。また、BET比表面積(粒子径600〜300μm)が0.03m 2 /g以上である耐圧性吸水性樹脂を提供するものである。また、さらに前記耐圧性吸水性樹脂100重量部に対して無機粉末0.001〜10重量部含んでなる耐圧性吸水性樹脂を提供するものである。
【0019】
また、−COORを12mmol/g以上含有し、−COOH/−COORモル比が0.5未満の吸水性架橋重合体の表面近傍が、−COOR(Rは、水素原子、金属原子またはアンモニウム)と反応し得る官能基を複数有する化合物で架橋処理されてなる耐圧性吸水性樹脂を提供するものである。さらに、前記耐圧性吸水性樹脂を用いた紙おむつであり、吸水性樹脂濃度((吸水性樹脂)/(繊維基材+吸水性樹脂))が30〜100%である紙おむつを提供するものである。
【0021】
【発明の実施の形態】
(1)吸水性架橋重合体
本発明で使用する吸水性架橋重合体は、−COORを12mmol/g以上含有し、−COOH/−COORモル比が0.5未満である。
【0022】
Rの金属原子としては、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム等のアルカリ金属、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム等のアルカリ土類金属、亜鉛等の遷移金属、その他アルミニウム等の金属が例示でき、アンモニウムにはアンモニウム(NH4)の他に、モノエタノールアンモニウム、メチルアンモニウムなどの第一アンモニウム、ジエタノールアンモニウム、ジメチルアンモニウム等の第二アンモニウム、トリエタノールアンモニウ、トリエチルアンモニウム等の第三アンモニウムおよびテトラメチルアンモニウム等の第四アンモニウムが含まれる。本発明におけるRとしては、水素原子、アルカリ金属原子、アンモニウム(NH4)が好ましく、より好ましくは水素原子またはリチウム原子、ナトリウム原子、アンモニウム(NH4)である。吸水性架橋重合体中に含まれるRは、上記の1種のほか、2種以上を含んでいてもよい。
【0023】
−COORを12mmol/g以上含有することとしたのは、この値が加圧下の吸水倍率および吸水速度に支配的要因となり、加圧下および高加圧下での吸水倍率に優れる耐圧性吸水性樹脂が得られることが見出されたからである。なお、−COORの量は、吸水性架橋重合体単位重量に含まれるカルボキシル基(−COOH)およびこれを中和した−COORの合計量をいう。また、−COOH/−COORモル比が0.5未満では、安全性のみならず吸水速度や加圧下吸水倍率などの諸物性に劣る場合があり好ましくない。従って、−COORが12mmol/gに満たない吸水性架橋重合体では、本願発明の目的とする加圧下の吸水倍率と吸水速度がバランスして優れている吸水特性の向上した吸水性樹脂は得られない。
【0024】
ここに、吸水性架橋重合体の−COORの量は、吸水性樹脂単位量を構成する単量体あたりの−COORの量を用いて理論的に算出できる。例えば、アクリル酸単独重合体のカルボキシル基を水酸化ナトリウムで100%中和した重合体(分子量94g/mol)の−COORは、1/94(g/mol)=10.6mmol/gと算出できる。なお、Rがn価の金属(M)である場合には、−COORは−COO(M)1/nと表記でき、上記と同様にして−COOR量を算出することができる。なお、吸水性架橋重合体に−COORを含まない単量体や重合体、例えば、澱粉、PVAまたは界面活性剤等を含む場合には、適宜補正すればよい。
【0025】
一方、吸水性架橋重合体の−COOR量は、例えば、−COORの量が既知のポリアクリル酸ナトリウムを標準として中和滴定やNMR、元素分析、蛍光X線分析などの公知の分析手法で実測することができる。尚、一般的に吸水性樹脂は、10重量%未満の水分を樹脂中に含むため、−COORの量を算出するには適宜その水分量を補正する必要がある。また、市販品を使用することも可能であるが、市販品の多くは、部分中和ポリアクリル酸ナトリウム(−COOR=約11mmol/g)や部分中和ポリアクリル酸カリウム(−COOR=約10mmol/g)であり、本発明では−COORの含有量をこれより向上させることが必須となる。
【0026】
(2)吸水性架橋重合体の製造方法
本発明で使用する吸水性架橋重合体は、以下の(i)、(ii)、(iii)または(iv)の方法、好ましくは(i)、(ii)または(iii)の方法で得られる。
(i)共重合性架橋剤を含み、重合後に−COORを12mmol/g以上含有し、−COOH/−COORモル比が0.5未満となるように予め調製された−COOR含有単量体水溶液を重合し、得られる含水ゲル状重合体を乾燥し、必要により粉砕して吸水性架橋重合体を得る方法。
【0027】
(ii)共重合性架橋剤を含むカルボキシル基含有単量体水溶液を重合し、重合後のカルボキシル基の50モル%以上を後中和する際に、重合体中の−COORが12mmol/g以上となるように塩で中和し、得られる含水ゲル状重合体を乾燥し、必要により粉砕して吸水性架橋重合体を得る方法。
(iii)重合後に−COORを12mmol/g以上含有し、−COOH/−COORモル比が0.5未満となるように予め調製された−COOR含有単量体水溶液を重合し、その後に−COORと反応し得る官能基を複数有する化合物を該重合体と反応せしめて重合体中に架橋構造を導入し、必要により乾燥して吸水性架橋重合体を得る方法。
(iv)重合体の鹸化後に−COORを12mmol/g以上含有するように予め調製されたカルボキシル基含有単量体のエステル化合物を重合し、架橋の前または後で重合体を−COORを12mmol/g以上含有し、−COOH/−COORモル比が0.5未満を示すよう鹸化する方法。
なお、重合体または単量体を中和するために使用できる塩としては、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム等の各種水溶液、ヒドロキシルアミン等の無機アミン、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン等の有機アミンが例示できる。
【0028】
このほか、得られる吸水性架橋重合体が、−COORを12mmol/g以上含有し、−COOH/−COORモル比が0.5未満の条件を満たすならば、そのカルボキシル基の中和工程および架橋構造の導入は重合の前・後・途中のいずれの段階で行ったものであってもよい。
【0029】
より具体的な、本願発明の好ましい吸水性架橋重合体を合成するための実施態様として、例えば、以下の(イ)から(ホ)のいずれかの方法、好ましくは、(イ)から(ニ)のいずれかの方法等が例示できる。また、本発明で吸水性樹脂の表面積を向上させるには、好ましくは、(イ)から(ハ)のいずれかの方法、特に表面積が大きくかつ微粉末の少ない吸水性樹脂を得るためには、(ロ)による発泡重合が好ましい。
【0030】
(イ)共重合性架橋性単量体を含む中和度が50〜100モル%の範囲にあるアクリル酸リチウム水溶液を、重合開始剤の存在下に不活性ガスの気泡を分散させた状態で重合する方法。
(ロ)共重合性架橋性単量体を含む中和度が50〜100モル%の範囲にあるアクリル酸リチウム水溶液を、重合開始剤および界面活性剤の存在下に不活性ガスの気泡を分散させた状態で重合する方法。
(ハ)共重合性架橋性単量体を含む中和度が50〜100モル%の範囲にあるアクリル酸リチウム水溶液を、重合開始剤および界面活性剤の存在下に有機溶媒中で逆相懸濁重合する方法。
(ニ)共重合性架橋性単量体を含むアクリル酸水溶液を重合開始剤存在下に重合し、重合後炭酸リチウムあるいは水酸化リチウム水溶液を添加し、カルボキシル基の50〜100モル%を中和する方法。
(ホ)アクリル酸エステルを重合し、更に架橋の前または後に鹸化して、必要に応じてイオン交換して、−COOH/−COORモル比が0.5未満の範囲にあるポリアクリル酸リチウム塩を得る方法。
【0031】
(a)−COOR含有単量体
本発明で使用する吸水性架橋重合体を得るために使用されるカルボキシル基含有単量体としては、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、メサコン酸、シトラコン酸、アクリル酸が例示でき、これらの1種の他、これらの内の2種以上を併用することもできる。また、カルボキシル基の塩を含有する単量体としては、これらの上記金属塩等が該当する。更に、−COORを12mmol/g以上含有し、−COOH/−COORモル比が0.5未満の吸水性架橋重合体が得られるのであれば、上記単量体以外にこれらの単量体と共重合可能な他の単量体を適宜併用することも可能である。
【0032】
このような単量体としては、例えば、2−(メタ)アクリロイルエタンスルホン酸、2−(メタ)アクリロイルプロパンスルホン酸、2−(メタ)アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸、ビニルスルホン酸、スチレンスルホン酸等のスルホン酸基含有単量体やそのリチウム、ナトリウム、カリウム等のアルカリ金属塩やアンモニウム塩;(メタ)アクリルアミド、N−置換(メタ)アクリルアミド、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、メトキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコール(メタ)アクリレート、N−ビニルピロリドン、N−ビニルアセトアミド等のノニオン性親水性基含有単量体;N,N−ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、N,N−ジメチルアミノプロピル(メタ)アクリレート、N,N−ジメチルアミノプロピル(メタ)アクリルアミド等のアミノ基含有不飽和単量体やそれらの4級化物;メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート等のアクリル酸エステル類や酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル等の疎水性単量体等を具体的に挙げることができる。
【0033】
(b)共重合性架橋性単量体
本発明で使用する吸水性架橋重合体を製造するに際し、共重合性架橋性単量体を使用する。好ましい共重合性架橋性単量体としては、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、ト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、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパンジ(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、ペンタエリスリトールジ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(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、イソシアヌル酸トリアリル、トリメチロールプロパンジ(メタ)アリルエーテル、トリアリルアミン、テトラアリロキシエタン、グリセロールプロポキシトリアクリレートなどが例示でき、これらの1種の他、2種以上を併用することもできる。
【0034】
共重合性架橋性単量体の好ましい使用量は、−COOR含有単量体100重量部当り0〜2重量部、好ましくは0.001〜1重量部の範囲である。共重合性架橋性単量体が0.001重量部未満では、得られる吸水性架橋重合体の水可溶性成分量の割合が多くなるため、充分な加圧下における吸水量および吸水速度を確保できないことがある。一方、共重合性架橋性単量体の量が2重量部を越えると、架橋密度が高くなりすぎて、得られる吸水性架橋重合体の吸水倍率が不充分となることがある。
【0035】
(c)重合開始剤
本願発明における吸水性架橋重合体を合成するに際し、好ましく使用できる重合開始剤としては、例えば、2,2’−アゾビス(2−アミジノプロパン)二塩酸塩等のアゾ化合物;過硫酸アンモニウム、過硫酸カリウム、過硫酸ナトリウム、過酸化水素、過酸化ベンゾイル、クメンヒドロパーオキサイド、ジ−t−ブチルパーオキサイド等の過酸化物;上記過酸化物と、亜硫酸塩、重亜硫酸塩、チオ硫酸塩、ホルムアミジンスルフィン酸、アスコルビン酸等の還元剤とを組み合わせてなるレドックス開始剤等が挙げられる。これら重合開始剤は、単独で用いてもよく、また、二種類以上を併用してもよい。
【0036】
カルボキシル基またはその塩含有単量体に対する重合開始剤の使用量は、これらの単量体および重合開始剤の組み合わせ等にもよるが、カルボキシル基またはその塩含有単量体100重量部に対して0.001〜5重量部の範囲内が好ましく、0.01〜1重量部の範囲内がより好ましい。重合開始剤の使用量が0.001重量部未満の場合には、未反応の単量体が多くなり、従って、得られる吸水性架橋重合体中の残存単量体量が増加するので好ましくない。一方、重合開始剤の使用量が5重量部を超える場合には、重合の制御が困難となったり、得られる吸水性架橋重合体中の水可溶性成分量が増加することがあるので好ましくない。
【0037】
重合開始時の温度は、使用する重合開始剤の種類にもよるが、0〜70℃の範囲内が好ましく、10〜65℃の範囲内がさらに好ましい。また、反応中の重合温度は、20〜110℃の範囲内が好ましく、30〜90℃の範囲内がさらに好ましい。重合開始時の温度あるいは反応中の重合温度が上記の範囲から外れると、(i)得られる吸水性架橋重合体中の残存単量体量が増加する、(ii)過度の自己架橋反応が進行して吸水性架橋重合体の吸水倍率が低下する等の不都合を招来するおそれがある。
【0038】
(d)界面活性剤
また、上記(ロ)および(ハ)の方法などで、本願発明の好ましい吸水性架橋重合体を合成するため、必要により使用される界面活性剤としては、例えば、ア二オン性界面活性剤、ノニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤、両性界面活性剤等を例示できる。
【0039】
具体的に、用いられるアニオン性界面活性剤としては、混合脂肪酸ナトリウム石けん、半硬化牛脂脂肪酸ナトリウム石けん、ステアリン酸ナトリウム石けん、オレイン酸カリウム石けん、ヒマシ油カリウム石けん等の脂肪酸塩;ラウリル硫酸ナトリウム、高級アルコール硫酸ナトリウム、ラウリル硫酸ナトリウム、ラウリル硫酸トリエタノールアミン等のアルキル硫酸エステル塩;ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム等のアルキルベンセンスルホン酸塩;アルキルナフタレンスルホン酸ナトリウム等のアルキルナフタレンスルホン酸塩;ジアルキルスルホコハク酸ナトリウム等のアルキルスルホコハク酸塩;アルキルジフェニルエーテルジスルホン酸ナトリウム等のアルキルジフェニルエーテルジスルホン酸塩:アルキルリン酸カリウム等のアルキルリン酸塩;ポリオキシエチレンラウリルエーテル硫酸ナトリウム、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸ナトリウム、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸トリエタノールアミン、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル硫酸ナトリウム等のポリオキシエチレンアルキル(またはアルキルアリル)硫酸エステル塩;特殊反応型アニオン界面活性剤;特殊カルボン酸型界面活性剤;β−ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物のナトリウム塩、特殊芳香族スルホン酸ホルマリン縮合物のナトリウム塩等のナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物;特殊ポリカルボン酸型高分子界面活性剤;ポリオキシエチレンアルキルリン酸エステル等がある。
【0040】
また、用いられるノニオン性界面活性剤としては、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンセチルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル、ポリオキシエチレン高級アルコールエーテル等のポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル等のポリオキシエチレンアルキルアリールエーテル;ソルビタンモノラウレート、ソルビタンモノパルミテート、ソルビタンモノステアレート、ソルビタントリステアレート、ソルビタンモノオレエート、ソルビタントリオレエート、ソルビタンセスキオレエート、ソルビタンジステアレート等のソルビタン脂肪酸エステル;ポリオキシエチレンソルビタンモノラウレート、ポリオキシエチレンソルビタンモノラウレート、ポリオキシエチレンソルビタンモノパルミテート、ポリオキシエチレンソルビタンモノステアレート、ポリオキシエチレンソルビタントリステアレート、ポリオキシエチレンソルビタンモノオレエート、ポリオキシエチレンソルビタントリオレエート等のポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル;テトラオレイン酸ポリオキシエチレンソルビット等のポリオキシエチレンソルビトール脂肪酸エステル;グリセロールモノステアレート、グリセロールモノオレエート、自己乳化型グリセロールモノステアレート等のグリセリン脂肪酸エステル:ポリエチレングリコールモノラウレート、ポリエチレングリコールモノステアレート、ポリエチレングリコールジステアレート、ポリエチレングリコールモノオレエート等のポリオキシエチレン脂肪酸エステル;ポリオキシエチレンアルキルアミン;ポリオキシエチレン硬化ヒマシ油;アルキルアルカノールアミド等がある。
【0041】
用いられるカチオン性界面活性剤および両面界面活性剤としては、ココナットアミンアセテート、ステアリルアミンアセテート等のアルキルアミン塩;ラウリルトリメチルアンモニウムクロライド、ステアリルトリメチルアンモニウムクロライド、セチルトリメチルアンモニウムクロライド、ジステアリルジメチルアンモニウムクロライド、アルキルベンジルジメチルアンモニウムクロライド等の第四級アンモニウム塩;ラウリルベタイン、ステアリルベタイン、ラウリルカルボキシメチルヒドロキシエチルイミダゾリニウムベタイン等のアルキルベタイン;ラウリルジメチルアミンオキサイド等のアミンオキサイドがある。カチオン性界面活性剤を用いることにより、得られる吸水性樹脂に抗菌性を付与することもできる。
【0042】
さらに、その他の界面活性剤としては、フッ素系界面活性剤がある。フッ素系界面活性剤を用いることにより、単量体水溶液中に不活性ガスの気泡を長時間安定に分散させることができる。例えば、一般の界面活性剤の親油基の水素をフッ素に置き換えてパーフルオロアルキル基としたものであり、界面活性が格段に強くなっているものである。
【0043】
(e)重合方法
本願発明において、吸水速度を著しく向上させるために、より好ましく採用される重合方法は、上記重合方法(イ)ないし(ロ)、即ち、必要により上記界面活性剤を使用し、単量体水溶液に気泡を分散させた状態で、該単量体の発泡重合を行う方法である。そして、そのときの気泡が分散した単量体水溶液の体積は、非分散状態の場合の1.02倍以上、好ましくは1.08倍以上、より好ましくは1.11倍以上である。この範囲で、得られる吸水性樹脂の吸水速度を飛躍的に早くできるからである。
【0044】
(f)吸水性架橋重合体
本発明において、−COORを12mmol/g以上含有し、−COOH/−COORモル比が0.5未満の吸水性架橋重合体としては、例えば、中和度が50〜100モル%の範囲のポリマレイン酸リチウム架橋体、ポリマレイン酸アンモニウム架橋体、ポリマレイン酸ナトリウム架橋体、中和度が50〜66.4モル%の範囲のポリマレイン酸カリウム架橋体、中和度が50〜100モル%の範囲のポリフマル酸リチウム架橋体、ポリフマル酸アンモニウム架橋体、ポリフマル酸ナトリウム架橋体、中和度が50〜66.4モル%の範囲のポリフマル酸カリウム架橋体などのポリマレイン酸塩類;中和度が50〜100モル%の範囲のポリイタコン酸リチウム架橋体、ポリイタコン酸アンモニウム架橋体、中和度が50〜83.2モル%の範囲のポリイタコン酸ナトリウム架橋体、中和度が50〜100モル%の範囲のポリメサコン酸リチウム架橋体、ポリメサコン酸アンモニウム架橋体、中和度が50〜83.2モル%の範囲のポリメサコン酸ナトリウム架橋体、中和度が50〜100モル%の範囲のポリシトラコン酸リチウム架橋体、ポリシトラコン酸アンモニウム架橋体、中和度が50〜83.2モル%の範囲のポリシトラコン酸ナトリウム架橋体、中和度が50〜100モル%のポリアクリル酸リチウム架橋体などを例示できる。
【0045】
上記吸水性架橋重合体のうち、アンモニウム塩は加熱時にアンモニアが分解して放出されることがあるため、好ましい吸水性架橋重合体は中和度が50〜100モル%の範囲のポリマレイン酸リチウム架橋体、ポリマレイン酸ナトリウム架橋体、中和度が50〜66.4モル%の範囲のポリマレイン酸カリウム架橋体、中和度が50〜100モル%の範囲のポリフマル酸リチウム架橋体、ポリフマル酸ナトリウム架橋体、中和度が50〜66.4モル%の範囲のポリフマル酸カリウム架橋体、中和度が50〜100モル%の範囲のポリイタコン酸リチウム架橋体、中和度が50〜83.2モル%の範囲のポリイタコン酸ナトリウム架橋体、中和度が50〜100モル%の範囲のポリメサコン酸リチウム架橋体、中和度が50〜83.2モル%の範囲のポリメサコン酸ナトリウム架橋体、中和度が50〜100モル%の範囲のポリシトラコン酸リチウム架橋体、中和度が50〜83.2モル%の範囲のポリシトラコン酸ナトリウム架橋体、中和度が50〜100モル%のポリアクリル酸リチウム架橋体から選ばれる少なくとも1種である。
【0046】
さらに、より好ましい吸水性架橋重合体は、中和度が50〜100モル%の範囲のポリマレイン酸リチウム架橋体、ポリマレイン酸ナトリウム架橋体、中和度が50〜100モル%の範囲のポリフマル酸リチウム架橋体、ポリフマル酸ナトリウム架橋体、中和度が50〜100モル%の範囲のポリイタコン酸リチウム架橋体、中和度が50〜83.2モル%の範囲のポリイタコン酸ナトリウム架橋体、中和度が50〜100モル%の範囲のポリメサコン酸リチウム架橋体、中和度が50〜83.2モル%の範囲のポリメサコン酸ナトリウム架橋体、中和度が50〜100モル%の範囲のポリシトラコン酸リチウム架橋体、中和度が50〜83.2モル%の範囲のポリシトラコン酸ナトリウム架橋体、中和度が50〜100モル%のポリアクリル酸リチウム架橋体から選ばれる少なくとも一種であり、最も好ましくは中和度が50〜100モル%の範囲のポリアクリル酸リチウム架橋体である。
【0047】
また、本発明において使用できる吸水性架橋重合体は、−COORを12mmol/g以上含有し、−COOH/−COORモル比が0.5未満の吸水性架橋重合体という条件を満たすものであれば、上記に例示された架橋体において、例えば、リチウム塩とナトリウム塩の併用などカルボキシル基を中和するために使用されるアルカリ金属塩等を複数種併用することもできる。
【0048】
(g)乾燥方法
重合反応中あるいは重合反応終了後に得られる含水ゲル状重合体は、所定の方法によって約0.1mm〜約50mm程度の破片に砕断し、乾燥することで本発明に好適な吸水性架橋重合体とすることができる。乾燥温度は、特に限定されるものではないが、例えば、100〜250℃の範囲内、より好ましくは120〜200℃の範囲内とすればよい。また、乾燥時間は適宜決定され、特に限定されるものではないが、10秒〜5時間程度、さらには1分〜2時間程度が好適である。
【0049】
また、乾燥方法としては、加熱乾燥、熱風乾燥、減圧乾燥、赤外線乾燥、マイクロ波乾燥、ドラムドライヤー乾燥、疎水性有機溶媒との共沸による脱水、高温の水蒸気を用いた高湿乾燥等、種々の方法を採用することができ、特に限定されるものではない。
【0050】
本発明にかかる好ましい吸水性架橋重合体は多孔質であって、その平均孔径が10〜500μmの範囲内、より好ましくは20〜400μmの範囲内の孔を有する。平均孔径は、電子顕微鏡によって、乾燥した吸水性架橋重合体の断面の画像分析を行なうことにより求めることが出来る。かかる多孔質の重合体は、上記(イ)や(ロ)などの発泡重合で重合することができる。
【0051】
(i)吸水性架橋重合体の形状およびBET比表面積
本発明において使用可能な吸水性架橋重合体は、繊維状、球状、顆粒状、リン片状、多孔状、破砕状など任意の形状のものを使用することができるが、その吸水特性を考慮するならば、好ましい形状は10〜1000μmの平均粒子径を有する球状あるいは多孔状の粒子である。より好ましくは、平均粒子径が100〜600μmの粒子径を有する粒子状のものである。
【0052】
また粒子のBET比表面積は0.035m2/g以上、好ましくは0.040m2/g以上、より好ましくは0.05m2/g以上、更に好ましくは0.08m2/g以上、特に好ましくは0.10m2/g以上である。本発明で表面積を大きくするには粒子径を細かくするか発泡重合させればよいが、粒径150μm以下の微粉を低減させるには、発泡重合させることが好ましい。なお、粒径150μm以下の微粉量は、好ましくは20重量%以下、さらに好ましくは10重量%以下、さらにより好ましくは5重量%以下である。なお、本発明のBET比表面積の測定は、後述する実施例の測定項目及び測定方法に記載の方法による。
【0053】
(3)吸水性樹脂
本発明は、100g/cm2の荷重下での人工尿に対する高加圧下吸水倍率の向上と、荷重による加圧下吸水倍率の低下が少なく高い耐圧吸水比を示す吸水性樹脂が、紙おむつに好適であることを見出したものである。従って、かかる吸水性樹脂を得る観点から、−COORと反応し得る官能基を複数有する化合物として、共有結合性架橋剤を必須に用いた上、かつ共有結合性架橋剤によって吸水性架橋重合体の無荷重下で、吸水倍率を架橋前の0.9〜0.3倍にまで低下せしめることが好ましい。無荷重下での吸水倍率の低下が、架橋前の表面架橋前の0.9倍に満たない場合、−COORを12mmol/g以上含有し、−COOH/−COORモル比が0.5未満の吸水性架橋重合体を用いても、100g/cm2の荷重下での人工尿に対する加圧下吸水倍率の向上が少なく、また、耐圧吸水比は低い場合があるからである。また、無荷重下での吸水倍率の低下が架橋前の0.3倍以下にまで低下する場合、吸水倍率の点で不利であるのみならず、吸水速度が劣ったものになる恐れがある。よって、本発明の耐圧性吸水性樹脂を得る上で、無荷重下での吸水倍率を表面架橋前の0.9〜0.3倍の範囲、より好ましくは0.85〜0.5倍の範囲、さらに好ましくは0.8〜0.6倍の範囲になるように、適宜、下記表面架橋剤の種類や量、加熱温度や時間を調整すればよい。なお、本発明の吸水倍率は、後述する実施例の測定項目及び測定方法に記載の方法による。
【0054】
(a)−COORと反応し得る官能基を複数有する化合物
本発明における吸水性樹脂は、表面架橋剤でその表面近傍が−COORと反応し得る官能基を複数有する化合物で架橋処理することが好ましい。表面近傍の架橋処理の度合いはIRなどの公知の方法で樹脂の断面を見る事で確認可能である。この架橋処理方法については特に限定はないが、好ましい製法としては−COORを12mmol/g以上含有し、−COOH/−COORモル比が0.5未満の吸水性架橋重合体100重量部に、表面架橋剤として、−COORと反応し得る官能基を複数有する化合物0.001〜10重量部を添加し、加熱する方法が採用できる。
【0055】
本発明で好適に使用可能な、−COORと反応し得る官能基を複数有する化合物としては、具体的には、例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、ポリエチレングリコール、1,3−プロパンジオール、ジプロピレングリコール、2,3,4−トリメチル−1,3−ペンタンジオール、ポリプロピレングリコール、グリセリン、ポリグリセリン、2−ブテン−1,4−ジオール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,2−シクロヘキサンジメタノール、1,2−シクロヘキサンジオール、トリメチロールプロパン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、ポリオキシプロピレン、オキシエチレン−オキシプロピレンブロック共重合体、ペンタエリスリトール、ソルビトール等の多価アルコール化合物;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、グリセロールポリグリシジルエーテル、ジグリセロールポリグリシジルエーテル、ポリグリセロールポリグリシジルエーテル、プロピレングリコールジグリシジルエーテル、ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル、グリシドール等のエポキシ化合物;エチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、ペンタエチレンヘキサミン、ポリエチレンイミン、ポリアミドポリアミンの多価アミン化合物;エピクロロヒドリン、エピブロムヒドリン、α−メチルエピクロロヒドリン等のハロエポキシ化合物;上記多価アミン化合物と上記ハロエポキシ化合物との縮合物;2,4−トリレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート等の多価イソシアネート化合物;1,2−エチレンビスオキサゾリン等の多価オキサゾリン化合物;γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリメトキシシラン等のシランカップリング剤;1,3−ジオキソラン−2−オン、4−メチル−1,3−ジオキソラン−2−オン、4,5−ジメチル−1,3−ジオキソラン−2−オン、4,4−ジメチル−1,3−ジオキソラン−2−オン、4−エチル−1,3−ジオキソラン−2−オン、4−ヒドロキシメチル−1,3−ジオキソラン−2−オン、1,3−ジオキサン−2−オン、4−メチル−1,3−ジオキサン−2−オン、4,6−ジメチル−1,3−ジオキサン−2−オン、1,3−ジオキソラン−2−オン等のアルキレンカーボネート化合物;塩化アルミニウム、硫酸アルミニウム等の多価金属塩等が挙げられるが、特に限定されるものではない。
【0056】
上記例示の−COORと反応し得る官能基を複数有する化合物のうち、多価アルコール化合物、エポキシ化合物、多価アミン化合物、多価アミン化合物とハロエポキシ化合物との縮合物、およびアルキレンカーボネート化合物がより好ましい。これにより、100g/cm2の荷重下での人工尿に対する高加圧下吸水倍率の向上と、荷重による加圧下吸水倍率の低下の少なく高い耐圧吸水比が示され、かつ、表面積が0.03g/m2以上と大きくかつ高加圧下吸水倍率の高い耐圧性吸水性樹脂が得られ、当該吸水性樹脂が紙おむつに好適に使用できるからである。本発明では、表面架橋剤として、吸水性樹脂中の−COORと共有結合しうる共有結合性架橋剤が好ましく、特にはその中でも、多価アルコール化合物、エポキシ化合物、多価アミン化合物、アルキレンカーボネート化合物から選ばれる1種以上が好適に用いられる。
【0057】
これら−COORと反応し得る官能基を複数有する化合物は、単独で用いてもよく、また2種類以上を併用してもよい。2種類以上の−COORと反応し得る官能基を複数有する化合物を併用する場合には、米国特許5422405号などに例示された、溶解度パラメータ(SP値)が互いに異なる、例えば第一表面架橋剤と第二表面架橋剤との組み合わせ等、−COORと反応し得る官能基を複数有する化合物を組み合わせることにより、吸水特性がさらに一層優れた吸水性樹脂を得ることができる。なお、この溶解度パラメータとは、化合物の特性を表すファクターとして一般に用いられる値である。
【0058】
本発明においては、上記の溶解度パラメータに対して、ポリマーハンドブック第3版(WILEY INTERSCIENCE社発行)527頁〜539頁に記載されている溶媒の溶解度パラメータδ(cal/cm3)1/2の値を適用することとする。また、上記の頁に記載されていない溶媒の溶解度パラメータに関しては、該ポリマーハンドブックの524頁に記載されているSmallの式に、同525頁に記載されているHoyの凝集エネルギー定数を代入して導かれる値を適用することとする。
【0059】
まず第一表面架橋剤としては、重合体が有する官能基と反応可能な、溶解度パラメータが12.5(cal/cm3)1/2以上の化合物が好ましく、13.0(cal/cm3)1/2以上の化合物がより好ましい。具体的には、例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリン、ペンタエリスリトール、ソルビトール、エチレンカーボネート(1,3−ジオキソラン−2−オン)、プロピレンカーボネート(4−メチル−1,3−ジオキソラン−2−オン)等が挙げられるが、これら化合物に限定されるものではない。第一表面架橋剤は、これらの一種類のみを用いてもよく、適宜、二種類以上を混合して用いてもよい。
【0060】
また第二表面架橋剤としては、重合体が有する官能基と反応可能な、溶解度パラメータが12.5(cal/cm3)1/2未満の化合物が好ましく、9.5(cal/cm3)1/2〜12.0(cal/cm3)1/2の範囲内の化合物がより好ましい。具体的には、例えば、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、2,5−ヘキサンジオール、トリメチロールプロパン、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、グリセロールポリグリシジルエーテル、ポリグリセロールポリグリシジルエーテル、プロピレングリコールジグリシジルエーテル、ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル等が挙げられるが、これら化合物に限定されるものではない。第二表面架橋剤は、これらの一種類のみを用いてもよく、適宜、二種類以上を混合して用いてもよい。
【0061】
吸水性架橋重合体に対する−COORと反応し得る官能基を複数有する化合物の使用量は、好ましくは吸水性架橋重合体100重量部に対して0.001〜10重量部の範囲内、より好ましくは0.01〜5重量部の範囲内とすればよい。また、第一表面架橋剤および第二表面架橋剤を併用する場合でもその合計量は、用いる架橋剤の種類やそれらの組み合わせ等により適宜選択可能であるが、最終的に得られる吸水性樹脂の固形分100重量部に対して、0.001重量部〜10重量部の範囲内であることが好ましく、0.01重量部〜5重量部の範囲内であることがさらに好ましい。
−COORと反応し得る官能基を複数有する化合物の使用量が上記範囲内であれば、得られる吸水性樹脂の表面近傍の架橋密度を内部よりも高くすることができ、これにより荷重の大きさによらず、加圧下での吸収特性に優れる吸水性樹脂を得ることができる。上記架橋剤の使用量が0.001重量部未満であれば、得られる吸水性樹脂の表面近傍の架橋密度をほとんど高めることができず、加圧下での吸収特性の改良効果が充分に得られない場合がある。また、上記架橋剤の使用量が10重量部を越えると、添加した架橋剤が効率良く使用されず不経済となる。また、吸水性樹脂における最適な架橋構造を形成する上で、架橋密度を適正な値に制御することが困難となるおそれがある。更に、表面架橋剤の量が過剰量となり易く、架橋密度を適正な値に制御することが困難で、また、過度に吸水倍率が低下する虞れがあるので好ましくない。さらに、吸水性樹脂中の−COOR量が大きく低下する虞れがある。
【0062】
これにより、尿や汗、経血等の体液(水性液体)に対する吸水特性のバランスをさらに一層向上させることができる。
【0063】
(b)表面架橋剤の添加方法
−COOR量を向上させた本発明の−COORを12mmol/g以上含有し、−COOH/−COORモル比が0.5未満の吸水性架橋重合体に、−COORと反応し得る官能基を複数有する化合物を添加する方法としては、例えば、以下の(i)〜(iv)の方法が用いられる。
【0064】
(i)吸水性架橋重合体と−COORと反応し得る官能基を複数有する化合物とを無溶媒で混合する方法。
【0065】
(ii)シクロヘキサンやペンタン等の疎水性溶媒に吸水性架橋重合体を分散させた後、−COORと反応し得る官能基を複数有する化合物を水性溶媒あるいは疎水性溶媒に溶解させて混合する方法。
【0066】
(iii)親水性溶媒に−COORと反応し得る官能基を複数有する化合物を溶解もしくは分散させた後、該溶液もしくは分散液を吸水性架橋重合体に噴霧あるいは滴下して混合する方法。
【0067】
(iv)特定範囲に含水率を調整した吸水性架橋重合体に−COORと反応し得る官能基を複数有する化合物を添加する方法。
【0068】
上記の中でも、本発明において好ましい方法は(iii)の、親水性溶媒に−COORと反応し得る官能基を複数有する化合物を溶解もしくは分散させた後、該溶液もしくは分散液を吸水性架橋重合体に噴霧あるいは滴下して混合する方法である。
【0069】
上記(iii)における親水性溶媒としては、水、または水と水に可溶な有機溶媒(親水性溶媒)との混合物が好適である。
【0070】
また、上記の有機溶媒としては、具体的には、例えば、メチルアルコール、エチルアルコール、n−プロピルアルコール、iso−プロピルアルコール、n−ブチルアルコール、iso−ブチルアルコール、t−ブチルアルコール等の低級アルコール類;アセトン等のケトン類;ジオキサン、一価アルコールのエチレンオキシド(EO)付加物、テトラヒドロフラン等のエーテル類;N,N−ジメチルホルムアミド、ε−カプロラクタム等のアミド類;ジメチルスルホキシド等のスルホキシド類等が挙げられる。これら有機溶媒は、単独で用いてもよく、また、2種類以上を併用してもよい。
【0071】
上記吸水性架橋重合体ならびに−COORと反応し得る官能基を複数有する化合物に対する親水性溶媒の使用量は、吸水性架橋重合体や−COORと反応し得る官能基を複数有する化合物、親水性溶媒の組み合わせ等にもよるが、吸水性架橋重合体100重量部に対して200重量部以下、より好ましくは0.001〜50重量部の範囲内、さらに好ましくは0.1〜50重量部の範囲内、特に好ましくは0.5〜30重量部の範囲内とすればよい。
【0072】
吸水性架橋重合体と−COORと反応し得る官能基を複数有する化合物を含む溶液とを混合する際に用いられる混合装置は、両者を均一かつ確実に混合するために、大きな混合力を備えていることが好ましい。上記の混合装置としては、例えば、円筒型混合機、二重壁円錐型混合機、高速撹拌型混合機、V字型混合機、リボン型混合機、スクリュー型混合機、流動型炉ロータリーデスク型混合機、気流型混合機、双腕型ニーダー、内部混合機、粉砕型ニーダー、回転式混合機、スクリュー型押出機等が好適である。
【0073】
(c)加熱方法
本発明の吸水性架橋重合体の表面近傍の架橋密度を上げるために、吸水性架橋重合体に−COORと反応し得る官能基を複数有する化合物を添加した後、加熱する。加熱温度は、所望する架橋密度等に応じて適宜選択すればよいが、好ましい加熱温度は、40〜250℃の範囲内であり、より好ましくは80〜220℃の範囲である。また、反応時間は1〜120分、好ましくは3〜60分の間で適宜選択すればよい。
【0074】
なお本発明において、ベースポリマーとして−COORを12mmol/g以上含有し、−COOH/−COORモル比が0.5未満の吸水性架橋重合体を用いることで、従来の70モル%中和ポリアクリル酸ナトリウム架橋体(−COOR:11.4mmol/g)に比べて、著しくその反応時間を短縮あるいは反応温度を下げられる。
【0075】
(d)BET比表面積および粒子径
本発明の吸水性樹脂は、BET比表面積が0.03m2/g以上、より好ましくは0.035m2/g以上、さらに好ましくは0.04m2/g以上という大きな比表面積である。また、本発明の吸収性樹脂は、同時に、100g/cm2の荷重下での人工尿に対する高加圧下吸水倍率が25g/g以上、より好ましくは28g/g以上、最も好ましくは30g/g以上である。これにより、かかる新規な吸水性樹脂が紙おむつに極めて有効だからである。
【0076】
また、本発明の吸水性樹脂は、粒子径150μm以下の微粉末の量も好ましくは20重量%以下、より好ましくは10重量%以下、特に好ましくは5重量%以下に低減されたものである。なお、本発明の微粉末量の測定は、後述する実施例の測定項目及び測定方法に記載の方法による。このような表面積の大きくかつ微粉の少ない吸水性樹脂は、前述の発泡重合により得られる。
【0077】
なお、従来より、吸水速度を向上させるため、吸水性樹脂の粒子径を細かくする方法は知られているが、150μm以下の微粉が20重量%、さらには30重量%を超えると、膨潤ゲルの目詰まりでおむつの漏れを引き起こすのみならず、均一な表面架橋が困難になるため、加圧下吸水倍率が低下する。また、吸水性樹脂の粒子径を細かくせずに表面積を向上させる方法として、発泡された吸水性樹脂を用いる方法も提案されているが、多孔性重合体の表面近傍を架橋処理する際に加圧下の吸水倍率を重視すると、高い表面架橋密度を形成する必要があるため、架橋密度の制御が困難な多孔性重合体表面の親水度が低下し、その結果、たとえ多孔性重合体を用いても、表面架橋によって、結局は吸水速度が低下してしまうなどの問題が生じていた。すなわち本発明は、従来、表面積と加圧下吸水倍率、特に、高加圧下吸水倍率とは相反する特性であったものが、吸水性樹脂や吸水性架橋重合体中の−COORを12mmol/g以上に向上させることで、粒子径を細かくしたり/粒子を発泡させたりして表面積を向上させても、驚くべきことに、高加圧下の吸水倍率が22g/g以上の極めて高い値を示す、新規な吸水性樹脂を与えるものである。
【0078】
(4)耐圧性吸水性樹脂
本発明の耐圧性吸水性樹脂は、無加圧下での吸水倍率が35g/g以上であり、加圧下(50g/cm2)の吸水倍率が30g/g以上、好ましくは33g/gよりも大きく、かつ高加圧下(100g/cm2)の吸水倍率が22g/gよりも大きく、5分後の加圧下(50g/cm2)の吸水倍率が25g/gよりも大きく、更に吸水速度が20秒以下である。このため、極めて加圧下の吸水倍率と吸水速度がバランスして優れている耐圧性吸水性樹脂である。このような耐圧性吸水性樹脂として、上記吸水性樹脂がある。
【0079】
また、本発明の耐圧性吸水性樹脂は、その水可溶性成分量が25重量%以下、このましくは15重量%以下、更に好ましくは10重量%以下である。なお、本発明の水可溶性成分量は、後述する実施例の測定項目及び測定方法に記載の方法による。
【0080】
(5)耐圧吸水比
本発明で耐圧吸水比とは、(50g/cm2の荷重下での人工尿に対する加圧下吸水倍率)/(100g/cm2の荷重下での人工尿に対する高加圧下吸水倍率)で求められる。この耐圧吸水比は、紙おむつに対する吸水性樹脂の適正を評価する新規なパラメーターである。
【0081】
本発明の耐圧性吸水性樹脂は、50g/cm2の荷重下での人工尿に対する加圧下吸水倍率が30g/g以上、より好ましくは35g/g以上であり、かつ100g/cm2の荷重下での人工尿に対する高加圧下吸水倍率の前記加圧下吸水倍率に対する比で規定される耐圧吸水比が0.6以上であり、好ましくは0.7以上、より好ましくは0.75以上、特に好ましくは0.8以上の極めて高い耐圧比を示す。例えば、後述する本発明の実施例2では耐圧比0.82という荷重(圧力)変化に対して極めて安定な吸水能を示す。
【0082】
なお、50g/cm2の荷重下での人工尿に対する加圧下吸水倍率が30g/gに満たない吸水性樹脂では、100g/cm2の荷重下での人工尿に対する高加圧下吸水倍率も同時に低いが、両者がともに低いため見かけ上荷重増加に対する低下が少なくなり、その結果、耐圧吸水比が0.7以上を示す場合もある(例えば、後述する本発明の比較例1〜3)が、50g/cm2の荷重下での人工尿に対する加圧下吸水倍率が30g/gに満たない吸水性樹脂では、通常の赤ちゃんの荷重にも耐えない吸水性樹脂であり、本発明の目的を何等達さない。
【0083】
即ち、赤ちゃんの一般体重(10kg前後)から予想される荷重、せいぜい10〜数10g/cm2に対して高い加圧下吸水倍率を示すだけでは、吸水性樹脂を実際おむつに組み込んでも必ずしも満足のいく働きをしない。これに対し、本発明の耐圧性吸水性樹脂は、従来の低い耐圧吸水比(0.5程度)の吸水性樹脂や、低い50g/cm2の荷重下での人工尿に対する加圧下吸水倍率(数10g/g程度)と比較し、動き回り荷重の変化する紙おむつに好適である。
【0084】
言い換えれば、従来より単に加圧下吸水倍率が高い吸水性樹は多く提案されているが、赤ちゃんの一般体重(10kg前後)から予想される10〜数10g/cm2の荷重に対する加圧下吸水倍率をパラメーターとすると、そのパラメーターを有する吸水性樹脂を実際おむつに使用しても必ずしも満足のいく働きをしない。また、従来の吸水性樹脂の内、加圧下(50g/cm2)の吸水倍率が30g/g以上のものも最近提案されているが、今回、かかる吸水性樹脂でも高加圧下(100g/cm2)の吸水倍率はせいぜい18g/gであり、吸水性樹脂として極めて不十分である。これに対し、本発明の耐圧性吸水性樹脂のパラメーターは、体重から予想される荷重をも越える領域での加圧下吸水倍率の低下、すなわち(50g/cm2の荷重下での人工尿に対する加圧下吸水倍率)/(100g/cm2の荷重下での人工尿に対する高加圧下吸水倍率)で求められる耐圧吸水比であって、紙おむつ用のパラメーターとして極めて重要である。また更に、従来の吸水性樹脂では加圧下(50g/cm2)の吸水倍率が30g/g以上を示したとしても、荷重(圧力)増加に対する吸水倍率の低下が大きく、具体的には、100g/cm2の荷重下での人工尿に対する高加圧下吸水倍率と、前記加圧下吸水倍率の比で規定される耐圧吸水比が0.6未満の低い値しか示さない。耐圧吸水比が0.6未満の従来の吸水性樹脂では、たとえ、50g/cm2の荷重下での人工尿に対する加圧下吸水倍率が30g/g以上であっても、紙おむつとして十分な性能を示さないことが本発明者らのモニターテストによって明らかになった。
【0085】
(6)添加物
本発明の吸水性樹脂や耐圧性吸水性樹脂に、さらに必要に応じて、抗菌剤、消臭剤、香料、各種の無機粉末、発泡剤、顔料、染料、親水性短繊維、可塑剤、粘着剤、界面活性剤、染料、酸化剤、還元剤、水、塩類等を添加し、これにより、吸水性樹脂および耐圧性吸収性樹脂に種々の機能を付与することができる。
【0086】
無機粉末としては、水性液体等に対して不活性な物質、例えば、各種の無機化合物の微粒子、粘土鉱物の微粒子等が挙げられる。該無機粉体は、水に対して適度な親和性を有し、かつ、水に不溶もしくは難溶であるものが好ましい。具体的には、例えば、二酸化珪素や酸化チタン等の金属酸化物、天然ゼオライトや合成ゼオライト等の珪酸(塩)、カオリン、タルク、クレー、ベントナイト等が挙げられる。このうち、二酸化珪素および珪酸(塩)がより好ましく、コールターカウンター法により測定された平均粒子径が200μm以下、好ましくは20μm以下、さらに好ましくは2μm以下の二酸化珪素および珪酸(塩)が特に好ましい。
【0087】
本発明の吸水性樹脂や耐圧性吸水性樹脂に対する無機粉末の使用量は、(耐圧性)吸水性樹脂および無機粉体の組み合わせ等にもよるが、(耐圧性)吸水性樹脂100重量部に対し0.001〜10重量部の範囲内、より好ましくは0.01〜5重量部の範囲内とすればよい。(耐圧性)吸水性樹脂と無機粉体との混合方法は、特に限定されるものではなく、例えばドライブレンド法、湿式混合法等を採用できるが、ドライブレンド法を採用するのが好ましい。
【0088】
(7)用途
(a)吸水性物品
本発明の吸水性樹脂や耐圧性吸水性樹脂は、例えば、パルプ等の繊維質材料と複合化する(組み合わせる)ことにより、吸水物品とされる。吸水物品としては、例えば、紙おむつや生理用ナプキン、失禁パット、創傷保護材、創傷治癒材等の衛生材料(体液吸収物品);ペット用の尿等の吸収物品;建材や土壌用保水材、止水材、パッキング材、ゲル水嚢等の土木建築用資材;ドリップ吸収材や鮮度保持材、保冷材等の食品用物品;油水分離材、結露防止材、凝固材などの各種産業用物品;植物や土壌等の保水材等の農園芸用物品;等が挙げられるが、特に限定されるものではない。
【0089】
(b)紙おむつ
本発明の吸水性樹脂や耐圧性吸水性樹脂を用いた紙おむつは、例えば、液不透過性の材料からなるバックシート(裏面材)、本発明の吸水性樹脂と繊維質材料を含むコア層(吸収体)、および液透過性の材料からなるトップシート(表面材)を、この順に積層して互いに固定するとともに、この積層物に、ギャザー(弾性部)やいわゆるテープファスナー等を取り付けることにより形成される。また、紙おむつには、幼児に排尿・排便の躾をする際に用いられる紙おむつ付きパンツも含まれる。本発明の吸収性樹脂は、高い耐圧吸水比を有することから、紙おむつにおいて、高濃度コア(吸水性樹脂/(繊維基材+吸水性樹脂)wt/wt)として用いることができ、その濃度は、30〜100%コア、より好ましくは40〜95%コア、特には50〜90%コアであり、これにより薄型おむつとすることができる。
【0090】
【実施例】
以下、本発明を実施例および比較例によりさらに詳しく説明するが、本発明の範囲がこれらの例により限定されるものではない。また実施例および比較例中の%は特に断りの無い限り重量%を、また部は重量部を意味するものとする。
【0091】
(測定項目および測定方法)
吸水性架橋重合体および(耐圧性)吸水性樹脂の吸水速度、吸水倍率、加圧下の吸水倍率、水可溶性成分量は以下の方法により測定した。また、以下、耐圧性吸水性樹脂および吸水性樹脂の呼称は、まとめて吸水性樹脂と呼ぶ。
【0092】
(1)吸水性架橋重合体および吸水性樹脂の吸水速度
先ず、水に600〜700ppmのナトリウムカチオン、65〜75ppmのカルシウムカチオン、55〜65ppmのマグネシウムカチオン、1100ppm〜1200ppmのカリウムカチオン、240ppm〜280ppmのリン、450ppm〜500ppmの硫黄、1100ppm〜1300ppmの塩素、および1300ppm〜1400ppmの硫酸根を含有する水溶液を調製し、人工尿とした。
【0093】
内径50mm、高さ70mmの有底円筒状のポリプロピレン製カップに、吸水性架橋重合体あるいは吸水性樹脂1.00gを入れた。次に該カップに人工尿15gを注いだ。そして、人工尿を注いだ時点から、該人工尿が吸水性樹脂あるいは吸水性架橋重合体に全て吸収されて見えなくなる状態までの時間を測定した。該測定を3回繰り返し、これらの平均値を吸水速度(秒)とした。
【0094】
(2)吸水性架橋重合体および吸水性樹脂の無荷重での吸水倍率
吸水性架橋重合体または吸水性樹脂0.200gをティーバッグ式袋(6cm×6cm)に均一に入れ、開口部をヒートシールした後、人工尿中に浸漬した。60分後にティーバック式袋を引き上げ、遠心分離機を用いて250Gで3分間水切りを行った後、該袋の重量W1(g)を測定した。また、同様の操作を吸水性架橋重合体あるいは吸水性樹脂を用いないで行い、その時の重量W0(g)を測定した。そして、これら重量W1とW0から、次式aに従って吸水倍率(g/g)を算出した。
【0095】
【数1】
式a;無荷重での吸水倍率(g/g)=(W1−W0)/0.200
(3)吸水性架橋重合体および吸水性樹脂の水可溶性成分量
吸水性架橋重合体あるいは吸水性樹脂0.5gを1000mlの脱イオン水中に分散させ16時間撹拌した後、膨潤架橋ゲルを濾紙で濾過した。そして得られた濾液中の水溶性ポリマー、すなわち水可溶成分量をコロイド滴定により滴定し吸水性架橋重合体もしくは吸水性樹脂中の水可溶性成分量(重量%)を求めた。
【0096】
(4)吸水性架橋重合体の平均粒子径
平均粒子径は、以下に示す目開き(850μm、600μm、300μm、150μm、106μm)のJIS標準篩を用いて、吸水性架橋重合体を篩分級した後、残留百分率Rを対数確率紙にプロットし、R=50%に相当する粒径を平均粒子径とした。
【0097】
(5)吸水性架橋重合体および吸水性樹脂の比表面積
吸水性架橋重合体および吸水性樹脂の比表面積は、「B.E.T.一点法(Braunauer-Emmett-Teller吸着法)」により求めた。測定装置は「検体全自動比表面積測定装置4−ソーブU1」(湯浅アイオニクス株式会社製)を使用した。まず、吸水性架橋重合体(予めJIS標準篩により600〜300μmの範囲の粒子径部分を分取し、このものを試料とした)約5gを内容量約13cm3のマイクロセル(TYPE:QS−400)中に入れ、窒素ガス気流下に試料入りマイクロセルを150℃に加熱し試料の脱気および脱水を充分に行った。次いで、ヘリウムガスと0.1%のクリプトンガスからなる混合ガス気流下に、試料入りマイクロセルを−200℃に冷却し、混合ガスを試料に平衡になるまで吸着せしめた。その後、試料入りマイクロセルの温度を室温まで戻し、混合ガスの試料からの脱離を行い、クリプトン混合ガスの脱離量より吸水性架橋重合体の比表面積を求めた。なお、試料入りマイクロセルの吸着−脱離工程は3回行い、その平均量より吸水性架橋重合体の比表面積(m2/g)を求めた。
【0098】
(6)吸水性架橋重合体の嵩比重
見掛密度測定器(JIS K3362 6.2に準ずる)を安定な台に水平に置き、吸水性架橋重合体100.0gを見掛密度測定器の上部ロートに入れ、重量(g)が既知の内容積100mlアクリル樹脂製カップ(JIS K33626.2に準ずる)に自由落下させる。落下させた吸水性架橋重合体の内、カップから盛り上がった部分はガラス棒で静かにすり落とした後、重合体の詰まったカップの重量(g)を0.01g単位で測定することで、100mlあたりの吸水性架橋重合体の重量(g)を求め、これをカップの容量(100ml)で除することで嵩比重(g/ml)とした。
【0099】
(7)吸水性樹脂の加圧下および高加圧下での吸水倍率
先ず、加圧下の吸水倍率の測定に用いる測定装置について、図1を参照しながら、以下に簡単に説明する。
【0100】
図1に示すように、測定装置は、天秤1と、この天秤1上に載置された所定容量の容器2と、外気吸入パイプ3と、導管4と、ガラスフィルタ6と、このガラスフィルタ6上に載置された測定部5とからなっている。上記の容器2は、その頂部に開口部2aを、その側面部に開口部2bをそれぞれ有しており、開口部2aに外気吸入パイプ3が嵌入される一方、開口部2bに導管4が取り付けられている。また、容器2には、所定量の人工尿11が入っている。外気吸入パイプ3の下端部は、人工尿11中に没している。上記のガラスフィルタ6は直径70mmに形成されている。そして、容器2およびガラスフィルタ6は、導管4によって互いに連通している。また、ガラスフィルタ6の上部は、外気吸入パイプ3の下端に対してごく僅かに高い位置になるようにして固定されている。
【0101】
上記の測定部5は、濾紙7と、支持円筒8と、この支持円筒8の底部に貼着された金網9と、重り10とを有している。そして、測定部5は、ガラスフィルタ6上に、濾紙7、支持円筒8(つまり、金網9)がこの順に載置されると共に、支持円筒8内部、即ち、金網9上に重り10が載置されてなっている。支持円筒8は、内径60mm形成されている。金網9は、ステンレスからなり、400メッシュ(目の大きさ38μm)に形成されている。そして、金網9上に所定量の吸水性樹脂が均一に撒布されるようになっている。重り10は、金網9、即ち、吸水性樹脂に対して、50g/cm2あるいは100g/cm2の荷重を均一に加えることができるように、その重量が調整されている。
【0102】
上記構成の測定装置を用いて加圧下の吸水倍率を測定した。測定方法について以下に説明する。
【0103】
先ず、容器2に所定量の人工尿11を入れる、容器2に外気吸入パイプ3を嵌入する、等の所定の準備動作を行った。次に、ガラスフィルタ6上に濾紙7を載置した。一方、これら載置動作に並行して、支持円筒内部、即ち、金網9上に吸水性樹脂0.9gを均一に撒布、この吸水性樹脂上に重り10を載置した。次いで、濾紙7上に、金網9、つまり、吸水性樹脂および重り10を載置した上記支持円筒8を載置した。そして、濾紙7上に支持円筒8を載置した時点から、60分間にわたって吸水性樹脂が吸収した人工尿11の重量W2(g)を、天秤1を用いて測定した。そして、上記の重量W2 から、次式bに従って、吸収開始から60分後の加圧下の吸水倍率(g/g)を算出し、加圧下(50g/cm2)の吸水倍率(g/g)および高加圧下(100g/cm2)の吸水倍率(g/g)とした。
【0104】
【数2】
式b;加圧下の吸水倍率(g/g)=重量W2(g)/吸水性樹脂の重量(g)尚、該測定は経時的に行うことができるため、本発明では加圧下における吸水速度の目安として、5分後の加圧下(50g/cm2)の吸水倍率(g/g)も求めた。
【0105】
(8)耐圧吸水比
上記(7)の吸水性樹脂の加圧下の吸水倍率において求められた吸収開始から60分後の加圧下吸水倍率(g/g)および高加圧下吸水倍率(g/g)を用いて、以下の式cに従って耐圧吸水比を求めた。
【0106】
【数3】
式c; 耐圧吸水比=(高加圧下吸水倍率)/(加圧下吸水倍率)
(9)微粉量
得られた吸水性樹脂10gを縮分した後、JIS150μm標準櫛で分級し、通過分の全体に対する割合(重量%)を微粉量とした。
【0107】
(参考例1)
アクリル酸18.01部、濃度25重量%のアクリル酸リチウム水溶液233.94部、架橋剤としてのN,N’−メチレンビスアクリルアミド0.0231部(対モノマー0.015モル%)を均一に溶解させた部分中和アクリル酸リチウム水溶液(濃度30重量%、中和度75モル%)を調製し、窒素ガスで脱気した。その後、さらにこのものに過硫酸ナトリウムの10重量%水溶液を1.2部添加した。次いで、攪拌羽、温度計、冷却管、滴下ロートを備えた、窒素置換された容積1Lの4口セパラブルフラスコ中に、分散溶媒としてのシクロヘキサン700部および界面活性剤ソルビタンモノステアレート(商品名Span−60、花王株式会社製)3.333部を入れた。その後、攪拌下、予め調製した部分中和アクリル酸リチウム水溶液を加える事で単量体水溶液を均一にシクロヘキサン中に分散させた。単量体水溶液が安定に分散した後、ウォターバスによってシクロヘキサン相を60℃に昇温させ、逆相懸濁重合を開始した。約30分後に重合はピーク温度(約65℃)に達し、さらに1時間重合を継続した。このようにして得られた球状の含水架橋重合体が分散した分散液から共沸脱水によって水分を除去し、得られた乾燥重合体を濾過によりシクロヘキサンから分別した。こうして得られた球状の乾燥重合体を約50℃のメタノール200mlで洗浄し、この操作を3回繰りかえすことで表面の界面活性剤を除去し、最後に、重合体を70℃で1日減圧乾燥することで、本願発明の−COORを13.1mmol/g含有し、−COOH/−COORモル比が0.25の吸水性架橋重合体(1)を得た。得られた吸水性架橋重合体(1)の吸水倍率、水可溶性成分量はそれぞれ64.8(g/g)、15.8重量%であった。
【0108】
(参考例2)
水酸化リチウムの一水和物42部、アクリル酸96部、ポリエチレングリコール(n=8)ジアクリレート0.649部、ポリオキシエチレンソルビタンモノステアレート(商品名:レオドールスーパーTW−S120、花王株式会社製)0.047部、純水268部を含む単量体水溶液を調製した。窒素で単量体水溶液を脱気後、温度22℃に単量体水溶液を冷却し、単量体水溶液中に窒素ガスの気泡が安定的に生成分散しその体積が気泡非分散状態の体積の1.08倍となるように高速攪拌しながら10%過硫酸ナトリウム水溶液1.33部および1%L−アスコルビン酸水溶液0.67部を添加した。重合開始剤を投入後約3分で単量体水溶液がゲル化したので攪拌を停止し、そのまま静置重合を行った。重合開始剤投入後約35分で重合温度はピークである78℃に達し、ピーク後に90℃の温水浴槽中で1時間反応系を加温して重合を終えた。こうして得られた多量に気泡を含むスポンジ状含水ゲル状重合体をハサミで約10mmのサイコロ状に裁断し、その後160℃の熱風乾燥機中で90分間乾燥を行った。乾燥物を卓上粉砕機で粉砕し、開口が850μmの篩通過物を分取して平均粒子径280μm、−COORを12.9mmol/g含有し、−COOH/−COORモル比が0.25の吸水性架橋重合体(2)を得た。得られた吸水性架橋重合体(2)の吸水倍率、吸水速度、水可溶性成分量、嵩比重、比表面積はそれぞれ51.0(g/g)、14秒、9.1重量%、0.1(g/ml)、0.1375(m2/g)であった。
【0109】
(参考例3)
水酸化リチウムの一水和物42部、アクリル酸96部、ポリエチレングリコール(n=8)ジアクリレート0.5192部、ポリオキシエチレンソルビタンモノステアレート(商品名:レオドールスーパーTW−S120、花王株式会社製)0.01部、純水282部を含む単量体水溶液を調製した。窒素で単量体水溶液を脱気後、温度12℃に単量体水溶液を冷却し、単量体水溶液中に窒素ガスの気泡が安定的に生成分散しその体積が気泡非分散状態の体積の1.05倍となるように高速攪拌しながら、10%2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオンアミジン)二塩酸塩水溶液1.33部、10%過硫酸ナトリウム水溶液0.67部、0.1%過酸化水素水溶液0.93部、および0.1%L−アスコルビン酸水溶液1.99部を添加した。重合開始剤を投入後約1分で単量体水溶液がゲル化したので攪拌を停止し、そのまま静置重合を行った。重合開始剤投入後約40分で重合温度はピークである54℃に達し、ピーク後に69℃の温水浴槽中で20分間反応系を加温して重合を終えた。こうして得られた多量に気泡を含むスポンジ状含水ゲル状重合体をミニスライサー(アサヒ産業株式会社製)を用いて裁断し、その後150℃の熱風乾燥機中で60分間乾燥を行った。乾燥物を卓上粉砕機で粉砕し、開口が850μmの篩通過物を分取して平均粒子径310μm、−COORを12.9mmol/g含有し、−COOH/−COORモル比が0.25の吸水性架橋重合体(3)を得た。得られた吸水性架橋重合体(3)の吸水倍率、吸水速度、水可溶性成分量、嵩比重、比表面積はそれぞれ61.4(g/g)、18秒、8.8重量%、0.26(g/ml)、0.043(m2/g)であった。
【0110】
(参考例4)
水酸化リチウムの一水和物42部、アクリル酸96部、ポリエチレングリコール(n=8)ジアクリレート0.389部、ポリオキシエチレンソルビタンモノステアレート(商品名:レオドールスーパーTW−S120、花王株式会社製)0.012部、純水268部を含む単量体水溶液を調製した。窒素で単量体水溶液を脱気後、温度24℃に単量体水溶液を冷却し、単量体水溶液中に窒素ガスの気泡が安定的に生成分散しその体積が気泡非分散状態の体積の1.07倍となるように高速攪拌しながら10%過硫酸ナトリウム水溶液1.33部および1%L−アスコルビン酸水溶液0.67部を添加した。重合開始剤を投入後約2分で単量体水溶液がゲル化したので攪拌を停止し、そのまま静置重合を行った。重合開始剤投入後約45分で重合温度はピークである73℃に達し、ピーク後に80℃の温水浴槽中で30分間反応系を加温して重合を終えた。こうして得られた多量に気泡を含むスポンジ状含水ゲル状重合体をハサミで約20mmのサイコロ状に裁断し、その後160℃の熱風乾燥機中で60分間乾燥を行った。乾燥物を卓上粉砕機で粉砕し、開口が850μmの篩通過物を分取して平均粒子径310μm、−COORを12.9mmol/g含有し、−COOH/−COORモル比が0.25の吸水性架橋重合体(4)を得た。得られた吸水性架橋重合体(4)の吸水倍率、吸水速度、水可溶性成分量、嵩比重、比表面積はそれぞれ62.1(g/g)、13秒、14.4重量%、0.098(g/ml)、0.1615(m2/g)であった。
【0111】
(参考例5)
水酸化リチウムの一水和物42部、アクリル酸96部、ポリエチレングリコール(n=8)ジアクリレート0.389部、純水268部を含む単量体水溶液を調製した。窒素で単量体水溶液を脱気後、温度24℃に単量体水溶液を冷却し、窒素気流下に単量体水溶液中に窒素ガスの気泡が安定的に生成分散しその体積が気泡非分散状態の体積の1.03倍となるように高速攪拌しながら10%過硫酸ナトリウム水溶液1.33部および1%L−アスコルビン酸水溶液0.67部を添加した。重合開始剤を投入後約2分で単量体水溶液がゲル化したので攪拌を停止し、そのまま静置重合を行った。重合開始剤投入後約40分で重合温度はピークである75℃に達し、ピーク後に80℃の温水浴槽中で30分間反応系を加温して重合を終えた。こうして得られた気泡を含むスポンジ状含水ゲル状重合体をハサミで約5mmのサイコロ状に裁断し、その後160℃の熱風乾燥機中で120分間乾燥を行った。乾燥物を卓上粉砕機で粉砕し、開口が850μmの篩通過物を分取して平均粒子径390μm、−COORを12.9mmol/g含有し、−COOH/−COORモル比が0.25の吸水性架橋重合体(5)を得た。得られた吸水性架橋重合体(5)の吸水倍率、吸水速度、水可溶性成分量、嵩比重、比表面積はそれぞれ57.1(g/g)、21秒、13.5重量%、0.296(g/ml)、0.0371(m2/g)であった。
【0112】
(参考例6)
アクリル酸45.21部、アクリル酸リチウムの30重量%水溶液495.69部、架橋剤N、N’−メチレンビスアクリルアミド0.3095部(対モノマー0.08モル%)、イオン交換水254.42部を均一に混合して得られた部分中和アクリル酸リチウム水溶液を円筒容器中に入れ、窒素ガスにて脱気した。次いで、部分中和アクリル酸リチウム水溶液を14℃に保ちながら、2,2’−アゾビス(2−アミジノプロパン)2塩酸塩(商品名V−50、和光純薬工業製)の10重量%水溶液2.5部、過硫酸ナトリウムの10重量%水溶液1.25部、過酸化水素の0.35重量%水溶液を1.1部、L−アスコルビン酸の0.1重量%水溶液1.76部を重合開始剤として添加し混合したところ約1分で重合が開始し、その後、静置断熱重合を1.5時間継続した。さらに得られた含水ゲル状重合体を反応容器より取り出し、70℃のジャケットを有したニーダーに入れ、ブレードを15分攪拌することで、含水ゲルを約1〜5mmに裁断した後、160℃の熱風乾燥機で1時間乾燥した。得られた乾燥物は卓上粉砕機で粉砕し、JIS標準篩を通過させることで、600〜300μmの粒子径部分を分取して−COORを13.1mmol/g含有し、−COOH/−COORモル比が0.25の吸水性架橋重合体(6)を得た。こうして得られた吸水性架橋重合体(6)の吸水倍率は71.2(g/g)、水可溶性成分量が18.2重量%であった。
【0113】
(参考例7)
アクリル酸160.00部、イオン交換水622.5部、N、N’−メチレンビスアクリルアミド0.342部を均一に混合して得られたアクリル酸水溶液を円筒容器中に入れ、窒素ガスにて脱気した。次いで、上記アクリル酸水溶液を15℃に保ちながら、2,2’−アゾビス(2−アミジノプロパン)2塩酸塩(商品名V−50、和光純薬工業製)の5重量%水溶液9.60部、過酸化水素の3.5重量%水溶液を4.57部、L−アスコルビン酸の1重量%水溶液4.00部を重合開始剤として添加し混合した所、約1分で重合が開始し、その後、静置断熱重合を1.5時間継続した。さらに、得られた含水ゲル状重合体を反応容器より取り出し、70℃のジャケットを有したニーダーに入れ、ブレードを20分攪拌することで、含水ゲルを約1〜5mmに裁断した。裁断後の含水ゲル中のカルボキシル基を水酸化リチウムの3.48%水溶液1144.9部を用いて中和し、フェノールフタレインを指示薬としてフェノールフタレイン呈色が完全に見られなくなるまで均一に中和した。さらに、中和後の含水ゲルを160℃の熱風乾燥機で1時間乾燥した後、更に卓上粉砕機で粉砕し、JIS標準篩を通過させて600〜300μmの粒子径部分を分取して−COORを12.9mmol/g含有し、−COOH/−COORモル比が0.25の吸水性架橋重合体(7)を得た。こうして得られた吸水性架橋重合体(7)の吸水倍率は75.0(g/g)、水可溶性成分量は9.1重量%であった。
【0114】
(参考例8)
水酸化リチウムの一水和物42部、アクリル酸96部、ポリエチレングリコール(n=8)ジアクリレート0.389部、純水268部を含む単量体水溶液を調製した。窒素で単量体水溶液を脱気後、温度24℃に単量体水溶液を冷却し、窒素気流下に単量体水溶液中に窒素ガスの気泡が安定的に生成分散しその体積が気泡非分散状態の体積の1.05倍となるように高速攪拌しながら10%過硫酸ナトリウム水溶液1.33部および1%L−アスコルビン酸水溶液0.67部を添加した。重合開始剤を投入後約3分で単量体水溶液がゲル化したので攪拌を停止し、そのまま静置重合を行った。重合開始剤投入後約33分で重合温度はピーク温度である70℃に達し、ピーク後に80℃の温水浴槽中で30分間反応系を加温して重合を終えた。こうして得られた多量に気泡を含むスポンジ状含水ゲル状重合体をハサミで約5mmのサイコロ状に裁断し、その後160℃の熱風乾燥機中で120分間乾燥を行った。乾燥物を卓上粉砕機で粉砕し、開口が850μmのJIS標準篩通過物を分取して平均粒子径350μm、−COORを12.9mmol/g含有し、−COOH/−COORモル比が0.25の吸水性架橋重合体(8)の吸水倍率、吸水速度、水可溶性成分量、嵩比重、比表面積はそれぞれ59.4(g/g)、16秒、24.0重量%、0.198(g/ml)、0.0509(m2/g)であった。
【0115】
(実施例1)
吸水性架橋重合体(1)100部に対して、エチレングリコールジグリシジルジルエーテル0.03部、プロピレングリコール1部、純水3部、イソプロパノール2部よりなる−COORと反応し得る官能基を複数有する化合物を含む水性液を添加し、150℃で10分間加熱して、その表面近傍が架橋処理された本発明の吸水性樹脂(1)を得た。得られた本発明の吸水性樹脂(1)の吸水速度、吸水倍率、水可溶性成分量、加圧下(50g/cm2)の吸水倍率、高加圧下(100g/cm2)の吸水倍率、5分後の加圧下の吸水倍率はそれぞれ、15秒、42.2(g/g)、15.0重量%、43.2(g/g)、31.6(g/g)、29.9(g/g)であった。結果をBET比表面積、微粉末量と共に表−1に示す。
【0116】
(実施例2)
吸水性架橋重合体(2)100部に対し、エチレングリコールジグリシジルジルエーテル0.25部、プロピレングリコール2.5部、純水7.5部、イソプロパノール7.5部よりなる−COORと反応し得る官能基を複数有する化合物を含む水性液を添加し、150℃で10分間加熱して、その表面近傍が架橋処理された本発明の吸水性樹脂(2)を得た。得られた本発明の吸水性樹脂(2)の吸水速度、吸水倍率、水可溶性成分量、加圧下(50g/cm2)の吸水倍率、高加圧下(100g/cm2)の吸水倍率、5分後の加圧下の吸水倍率はそれぞれ、6秒、36.0(g/g)、8.2重量%、34.9(g/g)、28.5(g/g)、31.1(g/g)であった。
【0117】
(実施例3)
吸水性架橋重合体(3)100部に対し、エチレングリコールジグリシジルジルエーテル0.3部、プロピレングリコール3部、純水9部、イソプロパノール9部よりなる−COORと反応し得る官能基を複数有する化合物を含む水性液を添加し、150℃で10分間加熱して、その表面近傍が架橋処理された本発明の吸水性樹脂(3)を得た。得られた本発明の吸水性樹脂(3)の吸水速度、吸水倍率、水可溶性成分量、加圧下(50g/cm2)の吸水倍率、高加圧下(100g/cm2)の吸水倍率、5分後の加圧下の吸水倍率はそれぞれ、11秒、40.0(g/g)、7.9重量%、38.5(g/g)、29.4(g/g)、33.3(g/g)であった。
【0118】
(実施例4)
吸水性架橋重合体(3)100部に対し、エチレングリコールジグリシジルジルエーテル0.3部、プロピレングリコール3部、純水9部、イソプロパノール9部よりなる−COORと反応し得る官能基を複数有する化合物を含む水性液を添加し、185℃で5分間加熱して、その表面近傍が架橋処理された本発明の吸水性樹脂(4)を得た。得られた本発明の吸水性樹脂(4)の吸水速度、吸水倍率、水可溶性成分量、加圧下(50g/cm2)の吸水倍率、高加圧下(100g/cm2)の吸水倍率、5分後の加圧下の吸水倍率はそれぞれ、12秒、41.2(g/g)、7.2重量%、39.3(g/g)、30.1(g/g)、30.0(g/g)であった。
【0119】
(実施例5)
吸水性架橋重合体(4)100部に対し、エチレングリコールジグリシジルジルエーテル0.4部、プロピレングリコール4部、純水12部、イソプロパノール12部よりなる−COORと反応し得る官能基を複数有する化合物を含む水性液を添加し、150℃で5分間加熱して、その表面近傍が架橋処理された本発明の吸水性樹脂(5)を得た。得られた本発明の吸水性樹脂(5)の吸水速度、吸水倍率、水可溶性成分量、加圧下(50g/cm2)の吸水倍率、高加圧下(100g/cm2)の吸水倍率、5分後の加圧下の吸水倍率はそれぞれ、6秒、38.3(g/g)、13.4重量%、35.0(g/g)、26.9(g/g)、31.0(g/g)であった。
【0120】
(実施例6)
吸水性架橋重合体(5)100部に対し、エチレングリコールジグリシジルジルエーテル0.3部、プロピレングリコール3部、純水9部、イソプロパノール9部よりなる−COORと反応し得る官能基を複数有する化合物を含む水性液を添加し、150℃で5分間加熱して、その表面近傍が架橋処理された本発明の吸水性樹脂(6)を得た。得られた本発明の吸水性樹脂(6)の吸水速度、吸水倍率、水可溶性成分量、加圧下(50g/cm2)の吸水倍率、高加圧下(100g/cm2)の吸水倍率、5分後の加圧下の吸水倍率はそれぞれ、14秒、40.0(g/g)、12.5重量%、35.0(g/g)、26.0(g/g)、25.7(g/g)であった。
【0121】
(実施例7)
吸水性架橋重合体(6)100部に対し、エチレングリコールジグリシジルジルエーテル0.05部、プロピレングリコール1部、純水3部、イソプロパノール3部よりなる−COORと反応し得る官能基を複数有する化合物を含む水性液を添加し、185℃で10分間加熱して、その表面近傍が架橋処理された本発明の吸水性樹脂(7)を得た。得られた本発明の吸水性樹脂(7)の吸水速度、吸水倍率、水可溶性成分量、加圧下(50g/cm2)の吸水倍率、高加圧下(100g/cm2)の吸水倍率、5分後の加圧下の吸水倍率はそれぞれ、42秒、60.0(g/g)、16.2重量%、38.5(g/g)、28.1(g/g)、19.0(g/g)であった。
【0122】
(実施例8)
吸水性架橋重合体(7)100部に対し、エチレングリコールジグリシジルジルエーテル0.05部、プロピレングリコール1部、純水3部、イソプロパノール3部よりなる−COORと反応し得る官能基を複数有する化合物を含む水性液を添加し、185℃で60分間加熱して、その表面近傍が架橋処理された本発明の吸水性樹脂(8)を得た。得られた本発明の吸水性樹脂(8)の吸水速度、吸水倍率、水可溶性成分量、加圧下(50g/cm2)の吸水倍率、高加圧下(100g/cm2)の吸水倍率、5分後の加圧下の吸水倍率はそれぞれ、44秒、59.7(g/g)、7.0重量%、34.8(g/g)、25.4(g/g)、16.0(g/g)であった。
【0123】
(実施例9)
吸水性架橋重合体(8)100部に対し、エチレングリコールジグリシジルジルエーテル0.3部、プロピレングリコール3部、純水9部、イソプロパノール9部よりなる−COORと反応し得る官能基を複数有する化合物を含む水性液を添加し、150℃で10分間加熱して、その表面近傍が架橋処理された本発明の吸水性樹脂(9)を得た。得られた本発明の吸水性樹脂(9)の吸水速度、吸水倍率、水可溶性成分量、加圧下(50g/cm2)の吸水倍率、高加圧下(100g/cm2)の吸水倍率、5分後の加圧下の吸水倍率はそれぞれ、10秒、40.0(g/g)、22.8重量%、30.0(g/g)、23.0(g/g)、26.4(g/g)であった。
【0124】
(比較例1)
アクリル酸96.00部、純度86%の水酸化カリウム65.24部、ポリエチレングリコール(n=8)ジアクリレート0.5192部、イオン交換水397.06部を含む単量体水溶液を調製した。窒素で単量体水溶液を脱気後、温度14℃に単量体水溶液を冷却し、窒素気流下に単量体水溶液中に窒素ガスの気泡が安定的に生成分散しその体積が気泡非分散状態の体積の1.02倍となるように攪拌しながら2、2’−アゾビス(2−アミジノプロパン)2塩酸塩(商品名V−50、和光純薬工業製)の10重量%水溶液1.33部、過硫酸ナトリウムの10重量%水溶液0.67部、過酸化水素の0.1重量%水溶液を1.99部、L−アスコルビン酸の0.1重量%水溶液0.93部を重合開始剤として添加し混合した所、約1分で重合が開始し、その後、静置断熱重合を1.5時間継続した。得られた気泡含有含水ゲル状重合体を反応容器より取り出し、含水ゲルを約1〜5mmに裁断した後、160℃の熱風乾燥機で1時間乾燥した。得られた乾燥物は卓上粉砕機で粉砕し、850μmの開口を有するJIS標準篩を通過させることで、平均粒子径360μmの−COORを9.82mmol含有し、−COOH/−COORモル比が0.25の多孔性の比較吸水性架橋重合体(1)を得た。得られた比較吸水性架橋重合体(1)の吸水倍率、吸水速度、水可溶性成分量はそれぞれ60.4(g/g)、22秒、25.7重量%であった。
【0125】
比較吸水性架橋重合体(1)100部に対し、エチレングリコールジグリシジルジルエーテル0.3部、プロピレングリコール3部、純水9部、イソプロパノール9部よりなる−COORと反応し得る官能基を複数有する化合物を含む水性液を添加し、185℃で30分間加熱して、その表面近傍が架橋処理された比較吸水性樹脂(1)を得た。得られた比較吸水性樹脂(1)の吸水速度、吸水倍率、水可溶性成分量、加圧下(50g/cm2)の吸水倍率、高加圧下(100g/cm2)の吸水倍率、5分後の加圧下の吸水倍率はそれぞれ、23秒、40.0(g/g)、24.0重量%、23.0(g/g)、18.6(g/g)、10.0(g/g)であった。
【0126】
(比較例2)
アクリル酸96.00部、29%のアンモニア水溶液58.62部、ポリエチレングリコール(n=8)ジアクリレート0.5192部、イオン交換水193.58部を含む単量体水溶液を調製した。窒素で単量体水溶液を脱気後、温度14℃に単量体水溶液を冷却し、窒素気流下に単量体水溶液中に窒素ガスの気泡が安定的に生成分散しその体積が気泡非分散状態の体積の1.02倍となるように攪拌しながら2、2’−アゾビス(2−アミジノプロパン)2塩酸塩(商品名V−50、和光純薬工業製)の10重量%水溶液1.33部、過硫酸ナトリウムの10重量%水溶液0.67部、過酸化水素の0.1重量%水溶液を1.99部、L−アスコルビン酸の0.1重量%水溶液0.93部を重合開始剤として添加し混合した所、約1分で重合が開始し、その後、静置断熱重合を1.5時間継続した。得られた気泡含有含水ゲル状重合体を反応容器より取り出し、含水ゲルを約1〜5mmに裁断した後、150℃の熱風乾燥機で1時間乾燥した。得られた乾燥物は卓上粉砕機で粉砕し、850μmの開口を有するJIS標準篩を通過させることで、平均粒子径290μmの−COORを11.7mmol含有し、−COOH/−COORモル比が0.25の多孔性の比較吸水性架橋重合体(2)を得た。得られた比較吸水性架橋重合体(2)の吸水倍率、吸水速度、水可溶性成分量はそれぞれ57.2(g/g)、22秒、17.4重量%であった。
【0127】
比較吸水性架橋重合体(2)100部に対し、エチレングリコールジグリシジルジルエーテル0.3部、プロピレングリコール3部、純水9部、イソプロパノール9部よりなる−COORと反応し得る官能基を複数有する化合物を含む水性液を添加し、120℃で30分間加熱して、その表面近傍が架橋処理された比較吸水性樹脂(2)を得た。得られた比較吸水性樹脂(2)の吸水速度、吸水倍率、水可溶性成分量、加圧下(50g/cm2)の吸水倍率、高加圧下(100g/cm2)の吸水倍率、5分後の加圧下の吸水倍率はそれぞれ、25秒、37.2(g/g)、17.1重量%、19.3(g/g)、17.7(g/g)、11.3(g/g)であった。
【0128】
(比較例3)
水酸化ナトリウム40部、アクリル酸96部、ポリエチレングリコール(n=8)ジアクリレート0.5192部、ポリオキシエチレンソルビタンモノステアレート(商品名:レオドールスーパーTW−S120、花王株式会社製)0.01部、純水350部を含む単量体水溶液を調製した。窒素で単量体水溶液を脱気後、温度12℃に単量体水溶液を冷却し、単量体水溶液中に窒素ガスの気泡が安定的に生成分散しその体積が気泡非分散状態の体積の1.04倍となるように高速攪拌しながら、10重量%2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオンアミジン)二塩酸塩水溶液1.33部、10重量%過硫酸ナトリウム水溶液0.67部、0.1%過酸化水素水溶液0.93部、および0.1%L−アスコルビン酸水溶液1.99部を添加した。重合開始剤を投入後約2分で単量体水溶液がゲル化したので攪拌を停止し、そのまま静置重合を行った。重合温度ピーク後に69℃の温水浴槽中で20分間反応系を加温して重合を終えた。こうして得られた内部に気泡を含むスポンジ状含水ゲル状重合体をハサミを用いて裁断し、その後150℃の熱風乾燥機中で60分間乾燥を行った。乾燥物を卓上粉砕機で粉砕し、開口が850μmの篩通過物を分取して平均粒子径290μm、−COORを11.1mmol以上含有し、−COOH/−COORモル比が0.25の較吸水性架橋重合体(3)を得た。得られた比較吸水性架橋重合体(3)の吸水倍率、吸水速度、水可溶性成分量、嵩比重はそれぞれ57.3(g/g)、20秒、19.6重量%、0.27(g/ml)であった。
【0129】
比較吸水性架橋重合体(3)100部に対し、エチレングリコールジグリシジルジルエーテル0.3部、プロピレングリコール3部、純水9部、イソプロパノール9部よりなる−COORと反応し得る官能基を複数有する化合物を含む水性液を添加し、185℃で30分間加熱して、その表面近傍が架橋処理された比較吸水性樹脂(3)を得た。得られた比較吸水性樹脂(3)の吸水速度、吸水倍率、水可溶性成分量、加圧下(50g/cm2)の吸水倍率、高加圧下(100g/cm2)の吸水倍率、5分後の加圧下の吸水倍率はそれぞれ、19秒、41.5(g/g)、18.8重量%、28.0(g/g)、19.8(g/g)、9.8(g/g)であった。
【0130】
(比較例4)
シグマ型羽根を2本有する内容積10Lのジャケット付きステンレス製双腕型ニーダーに蓋を付けた反応器内に、中和率75モル%の部分中和アクリル酸ナトリウム塩の33重量%水溶液5367gに、内部架橋剤としてのポリエチレングリコール(n=8)ジアクリレート4.73gを溶解させてなる反応液を仕込んだ。次に、この反応液の温度を26℃に保ちながら上記反応器内を窒素置換した。次いで上記ニーダーのブレードを攪拌しながら上記反応液に、重合開始剤としての20重量%過硫酸ナトリウム水溶液12gと、1重量%L−アスコルビン酸水溶液10gとを添加して、60分間ゲルを解砕しながら重合を行った。
【0131】
その後、該重合体を用いて、実施例1と同様の方法により乾燥、粉砕、850μm篩で分級して比較吸水性架橋重合体(4)を得た。なお、含水率は6重量%であった。得られた比較吸水性架橋重合体(4)の吸水倍率、水可溶性成分量、嵩比重はそれぞれ51.3(g/g)、20秒、12.6重量%、0.68(g/ml)であった。
【0132】
次いで、比較吸水性樹脂架橋重合体(4)100部に対し、エチレングリコールジグリシジルジルエーテル0.03部、プロピレングリコール1部、純水3部、イソプロパノール2部よりなる−COORと反応し得る官能基を複数有する化合物を含む水性液を添加し、185℃で40分間加熱して、その表面近傍が架橋処理された、−COORを11.4mmol含有し、−COOH/−COORモル比が0.25の比較吸水性樹脂(4)を得た。得られた比較吸水性樹脂(4)の吸水速度、吸水倍率、水可溶性成分量、加圧下(50g/cm2)の吸水倍率、高加圧下(100g/cm2)の吸水倍率、5分後の加圧下の吸水倍率はそれぞれ、40秒、41.0(g/g)、11.3重量%、34.0(g/g)、17.4(g/g)、19.8(g/g)であった。
【0133】
(比較例5)
比較例4において、重合に用いる単量体水溶液5367gの濃度を38重量%とし、かつ内部架橋剤をトリメチロールプロパントリアクリレート2.51gとする以外は比較例4と同様の操作を行い、吸水性架橋重合体(5)を得た。なお、含水率は6重量%であった。得られた比較吸水性架橋重合体(5)の吸水倍率、水可溶性成分量、嵩比重はそれぞれ44.0(g/g)、12.5重量%、0.69(g/ml)であった。
【0134】
次いで、比較吸水性樹脂架橋重合体(5)100部に対し、グリセリン0.5部、イソプロパノール2部、水1部よりなる−COORと反応し得る官能基を複数有する化合物を含む水性液を添加し、205℃で30分間加熱して、その表面近傍が架橋処理された、−COORを11.4mmol含有し、−COOH/−COORモル比が0.25の比較吸水性樹脂(5)を得た。得られた比較吸水性樹脂(5)の吸水速度、吸水倍率、水可溶性成分量、加圧下(50g/cm2)の吸水倍率、高加圧下(100g/cm2)の吸水倍率、5分後の加圧下の吸水倍率はそれぞれ、40.0秒、36.0(g/g)、11.9重量%、30.0(g/g)、15.5(g/g)、17.8(g/g)であった。
【0135】
(比較例6)
市販品で加圧下で高倍率を示す吸水性樹脂として、−COORが約11mmolのASAP2300(商品名;ケムダール社製ポリアクリル酸ナトリウム塩架橋体)を比較吸水性樹脂(6)として用いた。比較吸水性樹脂(6)の吸水速度、吸水倍率、水可溶性成分量、加圧下(50g/cm2)の吸水倍率、高加圧下(100g/cm2)の吸水倍率、5分後の加圧下の吸水倍率はそれぞれ、45秒、38.7g/g、6.0重量%、32.0g/g、18.3g/g、19.3g/gであった。
【0136】
(実施例10)
実施例9で得られた、−COOH/−COOR=0.25でかつ−COORを12mmol/g以上含有し、50g/cm2での加圧下吸水倍率が30.0(g/g)で耐圧吸水比0.76を示す耐圧性吸水性樹脂(9)50重量部と、木材粉砕パルプ50重量部とを、ミキサーを用いて乾式混合した。次いで、得られた混合物を400メッシュ(目の大きさ38μm)に形成されたワイヤースクリーン上にバッチ型空気抄造装置を用いて空気抄造することにより、120mm×400mmの大きさのウェブに成形した。さらに、このウェブを圧力2(kg/cm2)で5秒間プレスすることにより、坪量が約0.047(g/cm2)の吸収体を得た。
【0137】
続いて、液不透過性のポリプロピレンからなり、いわゆるレッグギャザーを有するバックシート(液不透過性シート)、上記の吸収体、および、液透過性のポリプロピレンからなるトップシート(液透過性シート)を、両面テープを用いてこの順に互いに貼着すると共に、この貼着物に2つのいわゆるテープファスナーを取り付けることにより、耐圧性吸水性樹脂を用いた紙おむつ(1)を得た。この紙おむつ(1)の重量は46gであった。
【0138】
(比較例7)
実施例10において、実施例9で得られた耐圧吸水比0.76の吸水性樹脂(9)に代えて、吸水性樹脂(9)と同じ加圧下吸水倍率(30g/g)をもつ比較例5で得られた耐圧吸水比0.52の比較用吸水性樹脂(5)(−COOH/−COOR=0.25でかつ−COORが12mmol/g未満)を用いた以外は、実施例10と同様にして比較用吸収性物品を得た。この比較用吸収性物品(1)の重量は46gであった。
【0139】
(実施例11)
実施例10で得られた、加圧下吸水倍率(30g/g)で耐圧吸水比0.76の吸水性樹脂(9)を用いた紙おむつ(1)、および、比較例7で得られた、加圧下吸水倍率(30g/g)で耐圧吸水比0.52の耐圧性吸水性樹脂(9)を用いた比較紙おむつ(1)を(株)日本触媒の従業員の実際の赤ちゃんにて、1週間モニターテストした。その結果、モレの少なさ、吸尿量などにおいて、耐圧性吸水性樹脂を用いた紙おむつ(1)が優れていた。この様に、同じ加圧下吸水倍率(30g/g)であっても、耐圧吸水比が低い吸水性樹脂の場合(0.76
vs 0.52)、良好な紙おむつを与えないことが判明した。
【0140】
(実施例12)
おむつ用吸収体の加圧下および高加圧下吸水倍率
吸水性樹脂50重量部とパルプ50重量部とを、ミキサーを用いて乾式混合した。次いで、得られた混合物を400メッシュ(目の大きさ38μm)に形成されたワイヤースクリーン上にバッチ型空気抄造装置を用いて空気抄造することにより、120mm×400mmの大きさのウェブに成形した。さらに、このウェブを圧力2(kg/cm2)で5秒間プレスすることにより、坪量が約0.047(g/cm2)の吸収体を得た。この吸収体を直径60mmの円形に切り出して成形し、おむつ用吸収体の評価サンプルとした。この評価サンプルを用いて吸収体の加圧下および高加圧下吸水倍率を測定した。
【0141】
吸収体の高加圧下吸水倍率の測定に用いる測定装置については、吸水性樹脂の加圧下での吸水倍率の測定に用いた装置と同じ装置を用い、支持円筒8に評価用サンプルをセットする他は、同様の方法で測定した。
【0142】
吸収体の加圧下(50kg/cm2)および、高加圧下吸水倍率(100kg/cm2)は、吸水性樹脂の測定のときと同様に、吸収開始から60分間にわたって吸収体が吸収した人工尿11の重量W3から、次式に従って、吸収開始から60分後の加圧下および高加圧下の吸水倍率を算出し、吸収体の加圧下および高加圧下吸水倍率とした。
【0143】
【数4】
吸収体の加圧下および高加圧下吸水倍率
=評価用サンプルが吸収した人工尿の重量(W3g)/評価用サンプルの重量(W4g)
実施例1〜8で得られた、−COOH/−COOR=0.25でかつ−COORを12mmol/g以上含有する吸水性樹脂(1)〜(8)を用いたおむつ用吸収体の加圧下および高加圧下吸水倍率を測定した。結果を表−2に示す。
【0144】
(比較例8)
実施例12において、−COOH/−COOR=0.25でかつ−COORを12mmol/g以上含有する吸水性樹脂(1)〜(8)に代えて、比較例1〜5で得られた、−COOH/−COOR=0.25でかつ−COORが12mmol/g未満の比較吸水性樹脂(1)〜(5)を用いた以外は、実施例12と同様にしておむつ用吸収体を得て、その加圧下および高加圧下吸水倍率を測定した。結果を表−2に示す。
【0145】
【表1】
【0146】
【表2】
【0147】
【発明の効果】
本発明の吸水性樹脂ないし耐圧性吸水性樹脂は、次のような(1)〜(5)などの優れた効果を奏する。
【0148】
(1)吸収性樹脂の製造に際し、ベースポリマーの形状に影響されずに重合体の表面近傍に存在する−COORと反応し得る官能基を複数有する化合物との反応性を高めることができ、その結果、形状に影響されることなく表面架橋処理のための加熱処理時間が短縮できる。
【0149】
(2)多孔状のベースポリマーでも表面架橋処理後の水性液体との親和性が低下せず、その結果、吸水速度を著しく増大することができる。
【0150】
(3)加圧下の吸水倍率と吸水速度がバランスして優れている、従来にない飛躍的に吸水特性の向上した吸水性樹脂が得られる。
【0151】
(4)100g/cm2の荷重下でも従来の吸水性樹脂には見られない加圧下での高い吸水倍率を示し、50g/cm2から100g/cm2への大幅な荷重増加でも吸収能の低下が少なく、如何なる荷重でも優れた吸収能を示すという、新規な耐圧性吸水性樹脂が得られる。
【0152】
(5)50g/cm2の荷重下での人工尿に対する加圧下吸水倍率が30g/g以上であり、かつ100g/cm2の荷重下での人工尿に対する高加圧下吸水倍率の前記加圧下吸水倍率に対する比で規定される、耐圧吸水比が0.6以上の耐圧性吸水性樹脂を用いた紙おむつが提供される。これにより、赤ん坊が絶えず動き回りその荷重が一定しない場合でも、高い加圧下吸水倍率を示し、モレの少ない吸収量の多いオムツが提供される。また、コア(吸収体)中の吸水性樹脂濃度を高めることができ、薄型おむつを得ることができる。
【0153】
(6)比表面積が0.03m2/g以上と大きいも拘らず/高加圧下の吸水倍率が従来になく22g/gと高い吸水性樹脂が初めて得られ、かかる新規な吸水性樹脂がおむつに極めて有効であることが見いだされた。好ましくは、粒径150μm以下の微粉量が好ましくは20重量%以下、さらに好ましくは10重量%と低減されたものである。なお、表面積の大きいかつ微粉の少ない吸水性樹脂は、前述の発泡によって得られる。
【0154】
即ち本発明において、ベースポリマーとし−COORを12mmol/g以上含有し、−COOH/−COORモル比が0.5未満の吸水性架橋重合体を使用することにより、表面近傍の2次架橋処理後も吸水速度の低下なしに、むしろ吸水速度が著しく増大した。
【0155】
更にかかる特定範囲の−COORの該吸水性架橋性重合体によって、球状・破砕状・燐片状・多孔状などの形状に影響されず、2次架橋処理時間の著しい短縮が見出されると共に、無加圧下および加圧下における吸水速度および吸水倍率が従来のものに比べて、バランス良く飛躍的に向上した吸水性樹脂が得られた。
【0156】
また、本発明ではベースポリマーとして、特定範囲の−COORを有するポリマー、すなわち−COORを12mmol/g以上含有し、−COOH/−COORモル比が0.5未満の吸水性架橋重合体を、さらに、共有結合性架橋剤によって表面架橋し、かつ得られた吸水性樹脂の無荷重下での吸水倍率を、架橋前の0.9〜0.3倍にまで低下させ、これにより、初めて、100g/cm2の荷重下でも従来の吸水性樹脂には見られない高い加圧下吸水倍率を示し、50g/cm2から100g/cm2への大幅な荷重増加でも吸収能の低下が極めて少なく、すなわち耐圧性吸水比が高い、いかなる荷重でも優れた吸収のを示すという、新規な耐圧性吸水性樹脂が得られた。
【0157】
さらに、該耐圧性吸水性樹脂を用いた紙おむつなどによって、絶えず動き回りその荷重が一定しない場合でも、高い加圧下吸水倍率を示し、モレの少ない吸収量の多いオムツが得られた。
【0158】
すなわち、従来提案されていた50g/cm2の荷重下での人工尿に対する加圧下吸水倍率だけでなく、かつ100g/cm2の荷重下での人工尿に対する高加圧下吸水倍率の前記加圧下吸水倍率に対する比で規定される、つまり、(100g/cm2の荷重下での人工尿に対する高加圧吸水倍率)/(50g/cm2の荷重下での人工尿に対する加圧吸水倍率)で規定される耐圧吸水比が、紙おむつ用の吸水性樹脂の指標として重要であることが分かった。従来、荷重増加によって、加圧下吸水倍率が低下することは知られていたが、特定の圧力(100g/cm2および50g/cm2)での吸水倍率の安定性がおむつに重要であることが判明し、これにより紙おむつに使用できる吸水性樹脂のパラメーターが得られた。また本発明において、BET比表面積が0.3m2/g以上と大きいにもかかわらず、高加圧下の吸水倍率が23g/gと高い吸水性樹脂が初めて得られ、係る新規な吸水性樹脂が紙おむつに極めて有効であることが見出された。本発明では、係る吸水性樹脂のパラメーターがおむつでの実使用の結果(おむつでのモニタ−結果)によく相関していることが見出された。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明において使用した加圧下の吸水倍率の測定装置である。
【符号の説明】
1.天秤
2.容器
3.外気吸入パイプ
4.導管
5.測定部
6.ガラスフィルタ
7.濾紙
8.支持円筒
9.金網
10.重り
11.人工尿
2a.開口部
2b.開口部
Claims (11)
- マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、メサコン酸、シトラコン酸、アクリル酸、ならびに、これらの金属塩およびアンモニウム塩よりなる群から選択される少なくとも一種のカルボキシル基含有の単量体、および、前記カルボキシル基含有の単量体100重量部当り共重合性架橋単量体0〜2重量部を重合させることにより得られた吸水性架橋重合体であり、−COOH/−COORモル比が0.5未満であり且つ平均粒子径100〜600μmで150μm以下の微粉が5重量%以下の粒子状の前記吸水性架橋重合体100重量部に、前記−COOR(Rは、水素原子、金属原子またはアンモニウム)と反応し得る官能基を複数有する化合物を0.001〜10重量部添加してなる耐圧性吸水性樹脂であって、
50g/cm2(約4.9kPa)の荷重下での人工尿に対する加圧下吸水倍率(60分値)が30g/g以上であり、かつ100g/cm2(約9.8kPa)の荷重下での人工尿に対する高加圧下吸水倍率(60分値)の前記加圧下吸水倍率に対する比で規定される耐圧吸水比(耐圧吸水比=(高加圧下吸水倍率)/(加圧下吸水倍率))が0.6以上の耐圧性吸水性樹脂。 - 前記カルボキシル基含有の単量体が、アクリル酸、ならびに、これらの金属塩およびアンモニウム塩よりなる群から選択される少なくとも一種である請求項1に記載の耐圧性吸水性樹脂。
- 前記耐圧吸水比(耐圧吸水比=(高加圧下吸水倍率)/(加圧下吸水倍率))が0.7以上である請求項1または2に記載の耐圧性吸水性樹脂。
- 人工尿に対する無加圧下吸水倍率(60分値)が35g/g以上であり、且つ水可溶性成分量(16時間値)が25重量%以下である請求項1〜3の何れか一項に記載の耐圧性吸水性樹脂。
- 100g/cm 2 (約9.8kPa)の荷重下での人工尿に対する高加圧下吸水倍率(60分値)が22g/g以上である請求項1〜4の何れか一項に記載の耐圧性吸水性樹脂。
- 50g/cm 2 (約4.9kPa)の荷重下での人工尿に対する加圧下吸水倍率(5分値)が25g/g以上である請求項1〜5の何れか一項に記載の耐圧性吸水性樹脂。
- 人工尿15gに対する吸水性樹脂1.0gの吸水速度が20秒以下である請求項1〜6の何れか一項に記載の耐圧性吸水性樹脂。
- BET比表面積(粒子径600〜300μm)が0.03m 2 /g以上である請求項1〜7の何れか一項に記載の耐圧性吸水性樹脂。
- さらに前記耐圧性吸水性樹脂100重量部に対して無機粉末0.001〜10重量部含んでなる請求項1〜8の何れか一項に記載の耐圧性吸水性樹脂。
- −COOR(Rは、水素原子、金属原子またはアンモニウム)を12mmol/g以上含有し、−COOH/−COORモル比が0.5未満であり、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、メサコン酸、シトラコン酸、アクリル酸、ならびに、これらの金属塩およびアンモニウム塩よりなる群から選択される少なくとも一種のカルボキシル基含有の単量体、および、前記カルボキシル基含有の単量体100重量部当り共重合性架橋単量体0〜2重量部を重合させることにより得られた吸水性架橋重合体であり、−COOH/−COORモル比が0.5未満であり且つ平均粒子径100〜600μmで150μm以下の微粉が5重量%以下の粒子状の前記吸水性架橋重合体100重量部に、−COORと反応し得る官能基を複数有する化合物を0.001〜10重量部添加し、加熱することを特徴とする吸水性樹脂の製造方法。
- 請求項1〜9の何れか一項に記載の耐圧性吸水性樹脂を用いた紙おむつであり、吸水性樹脂濃度((吸水性樹脂)/(繊維基材+吸水性樹脂))が30〜100%である紙おむつ。
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