JP6893739B2 - Water-absorbent composite materials and their use - Google Patents

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Description

本発明は、紙オムツ等の吸水機能製品の構成材として好適な、カルボキシメチル化澱粉に由来する複合材料に関する。 The present invention relates to a composite material derived from carboxymethylated starch, which is suitable as a constituent material for water-absorbing functional products such as disposable diapers.

紙オムツ、生理用品、軽失禁パッド、創傷被覆材、食品鮮度保持材など様々な吸水機能製品が知られており、一般にそのような吸水機能製品の構成材としては、短時間で大量の液体(水、尿、体液、血液等)を吸収することができるポリマー材が利用されている。高吸水性のポリマー材としては、例えば、ポリアクリル酸部分中和物架橋体、澱粉−アクリル酸グラフトポリマーの加水分解物、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若しくはアクリルアミド共重合体の加水分解物又はこれらの架橋体、カチオン性モノマー(アクリルアミド、エチレンイミン等)の架橋ポリマー等を主原料にするものが挙げられる。これらは、アクリル酸又はアクリルアミドをベースとする合成ポリマーもしくはコポリマーであり、再生不可能な石油由来材料をベースとしており、生分解性がないか又は不十分な素材である。 Various water-absorbing functional products such as disposable diapers, sanitary products, light incontinence pads, wound covering materials, and food freshness-preserving materials are known, and generally, a large amount of liquid (in a short time) is used as a constituent material of such water-absorbing functional products. A polymer material capable of absorbing water, urine, body fluid, blood, etc.) is used. Examples of the highly water-absorbent polymer material include a crosslinked product of a partially neutralized polyacrylic acid, a hydrolyzate of a starch-acrylic acid graft polymer, a saponified product of a vinyl acetate-acrylic acid ester copolymer, an acrylonitrile copolymer, or the like. Examples thereof include those using a hydrolyzate of an acrylamide copolymer, a crosslinked product thereof, a crosslinked polymer of a cationic monomer (acrylamide, ethyleneimine, etc.) as a main raw material. These are synthetic polymers or copolymers based on acrylic acid or acrylamide, which are based on non-renewable petroleum-derived materials and are non-biodegradable or inadequate materials.

近年の環境負荷低減の要請からは、バイオマス由来の原料による吸水材の開発が求められている。このような課題に対しては、例えば、特許文献1には、バイオマス由来の原料による吸水材として、カルボキシメチルセルロース(CMC)をベースとした吸水材が記載されている。しかしながら、カルボキシメチルセルロース(CMC)を吸水材となすには、架橋剤との反応によるマトリックス形成が必要であり、所定の吸水性能にコントロールするのが難しく、また、概して吸水性能に乏しいものしか得られないという問題があった。 In recent years, there has been a demand for the development of water-absorbing materials made from biomass-derived raw materials in response to the demand for reduction of environmental load. To solve such a problem, for example, Patent Document 1 describes a water absorbing material based on carboxymethyl cellulose (CMC) as a water absorbing material made of a biomass-derived raw material. However, in order to use carboxymethyl cellulose (CMC) as a water-absorbing material, it is necessary to form a matrix by reacting with a cross-linking agent, it is difficult to control the predetermined water-absorbing performance, and generally only a material having poor water-absorbing performance can be obtained. There was a problem that there was no.

一方、カルボキシメチル化澱粉は、澱粉中の水酸基が、上記カルボキシメチルセルロース(CMC)と同様のカルボキシメチル基に置換された加工デンプンであり、安価で入手が容易なアニオン系バイオマス由来高分子である。澱粉が元来有するマトリックス構造を備えているので、それによる一定の吸水性能が期待できる。 On the other hand, carboxymethylated starch is a modified starch in which the hydroxyl group in the starch is replaced with the same carboxymethyl group as the above-mentioned carboxymethyl cellulose (CMC), and is an inexpensive and easily available anionic biomass-derived polymer. Since starch has a matrix structure that is inherent in starch, a certain level of water absorption performance can be expected.

このカルボキシメチル化澱粉をベースとした吸水材も開発されており、例えば、特許文献2には、酸性ガスで透過したカルボキシアルキルデンプンを含む粒子であって、分子内エステル結合が少なくとも前記粒子の表面にあることで特徴づけられる粒子が記載されている。そして当該粒子を吸水材として利用することが記載されている。 A water absorbing material based on this carboxymethylated starch has also been developed. For example, in Patent Document 2, particles containing carboxyalkyl starch permeated with an acid gas having an intramolecular ester bond at least on the surface of the particles. The particles characterized by being in are listed. Then, it is described that the particles are used as a water absorbing material.

更に、他方で、特許文献3には、澱粉等の多糖類ネットワーク内部に層状珪酸塩を分散させてなるナノコンポジット材料が記載され、多糖類による吸水性に層状珪酸塩が相乗的に寄与することが記載されている。 Further, on the other hand, Patent Document 3 describes a nanocomposite material in which a layered silicate is dispersed inside a polysaccharide network such as starch, and the layered silicate synergistically contributes to water absorption by the polysaccharide. Is described.

特開2008−280429号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2008-280429 特表2012−518711号公報Special Table 2012-518711 特表2007−533780号公報Special Table 2007-533780

しかしながら、特許文献2に記載の技術では、カルボキシメチル化澱粉を酸性ガスで処理するために特殊な装置を必要とした。また、特許文献3では、カルボキシメチル化澱粉は、あくまでも一般的に共吸収材として使用可能なものの一例として記載されているにすぎなかった。 However, the technique described in Patent Document 2 requires a special device for treating the carboxymethylated starch with an acid gas. Further, in Patent Document 3, the carboxymethylated starch is described only as an example of what can be generally used as a co-absorbing material.

上記従来技術に鑑み、本発明の目的は、バイオマス由来原料であるカルボキシメチル化澱粉を用いて吸水性能に優れた材料を提供することにある。 In view of the above prior art, an object of the present invention is to provide a material having excellent water absorption performance by using carboxymethylated starch which is a raw material derived from biomass.

本発明者らは、上記課題を解決するために、鋭意検討を重ねた結果、カルボキシメチル化澱粉に層状ケイ酸塩を分散させることで吸水性能に優れた複合材料となることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of diligent studies to solve the above problems, the present inventors have found that a composite material having excellent water absorption performance can be obtained by dispersing a layered silicate in carboxymethylated starch, and the present invention has been made. Has been completed.

すなわち、本発明の第1は、カルボキシメチル化澱粉のマトリックスに層状ケイ酸塩が分散してなる、吸水性を有する複合材料を提供するものである。 That is, the first aspect of the present invention is to provide a water-absorbent composite material in which a layered silicate is dispersed in a matrix of carboxymethylated starch.

本発明による複合材料は、カルボキシメチル化澱粉のマトリックスに層状ケイ酸塩が分散してなるので、吸水性能に優れている。 The composite material according to the present invention is excellent in water absorption performance because the layered silicate is dispersed in the matrix of carboxymethylated starch.

本発明による複合材料においては、前記カルボキシメチル化澱粉は、カルボキシメチル基置換度が0.1〜1.0のものであることが好ましい。カルボキシメチル基置換度が上記範囲であれば、更に吸水性能に優れている。 In the composite material according to the present invention, the carboxymethylated starch preferably has a carboxymethyl group substitution degree of 0.1 to 1.0. If the degree of carboxymethyl group substitution is within the above range, the water absorption performance is further excellent.

また、本発明による複合材料においては、前記層状ケイ酸塩は、下記の条件(A)において水中に分散するのに要する時間が900秒以内のものであることが好ましい。層状ケイ酸塩の水への分散性が上記範囲であれば、更に吸水性能に優れている。
条件(A):200mL容ビーカーに25℃の水100mLを入れて、更に撹拌子(幅5mm×高さ5mm×全長45mm)を入れ、これを300rpmで撹拌させて、層状ケイ酸塩5.0gを添加する。
Further, in the composite material according to the present invention, it is preferable that the layered silicate takes less than 900 seconds to disperse in water under the following condition (A). If the dispersibility of the layered silicate in water is within the above range, the water absorption performance is further excellent.
Condition (A): 100 mL of water at 25 ° C. is put in a 200 mL beaker, a stirrer (width 5 mm × height 5 mm × total length 45 mm) is further put, and this is stirred at 300 rpm, and 5.0 g of layered silicate is added. Is added.

また、本発明による複合材料においては、前記カルボキシメチル化澱粉のマトリックスは、架橋処理を施されてなるものであることが好ましい。これによれば、架橋処理によりゲル強度を高めることができるので、更に実用性に優れている。 Further, in the composite material according to the present invention, it is preferable that the matrix of the carboxymethylated starch is crosslinked. According to this, the gel strength can be increased by the cross-linking treatment, so that it is more practical.

また、本発明による複合材料においては、前記層状ケイ酸塩は、前記カルボキシメチル化澱粉のマトリックスにマイクロスケール凝集物の形状で分散していることが好ましい。これによれば、層状ケイ酸塩の層状構造が剥離してカルボキシメチル化澱粉のマトリックスにナノスケールで分散している場合に比べ、より吸水性能に優れている。 Further, in the composite material according to the present invention, it is preferable that the layered silicate is dispersed in the matrix of the carboxymethylated starch in the form of microscale aggregates. According to this, the water absorption performance is more excellent than the case where the layered structure of the layered silicate is exfoliated and dispersed in the matrix of carboxymethylated starch on a nanoscale.

また、本発明による複合材料においては、前記カルボキシメチル化澱粉の100質量部に対し1〜30質量部の割合で前記層状ケイ酸塩が分散してなることが好ましい。カルボキシメチル化澱粉に対する層状ケイ酸塩を添加量が上記範囲であれば、更に吸水性能に優れている。 Further, in the composite material according to the present invention, it is preferable that the layered silicate is dispersed in a ratio of 1 to 30 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the carboxymethylated starch. If the amount of the layered silicate added to the carboxymethylated starch is within the above range, the water absorption performance is further excellent.

一方、本発明の第2は、上記の複合材料を吸水機能性の有効成分として含む吸水用組成物を提供するものである。 On the other hand, the second aspect of the present invention is to provide a water-absorbing composition containing the above-mentioned composite material as an active ingredient of water-absorbing functionality.

本発明による吸水用組成物は、カルボキシメチル化澱粉のマトリックスに層状ケイ酸塩が分散してなる複合材料を吸水機能性の有効成分として含むので、吸水等の機能性に優れている。 Since the composition for water absorption according to the present invention contains a composite material in which layered silicate is dispersed in a matrix of carboxymethylated starch as an active ingredient of water absorption functionality, it is excellent in functionality such as water absorption.

また、本発明の第3は、上記の複合材料を構成材として含む吸水機能製品を提供するものである。 A third aspect of the present invention is to provide a water-absorbing functional product containing the above-mentioned composite material as a constituent material.

本発明による吸水機能製品は、カルボキシメチル化澱粉のマトリックスに層状ケイ酸塩が分散してなる複合材料を構成材として含むので、吸水等の機能性に優れている。 Since the water-absorbing functional product according to the present invention contains a composite material in which layered silicate is dispersed in a matrix of carboxymethylated starch as a constituent material, it is excellent in functionality such as water absorption.

本発明の第4は、カルボキシメチル化澱粉と層状ケイ酸塩を混合し、ホモジナイズ処理して、前記カルボキシメチル化澱粉のマトリックスに前記層状ケイ酸塩を分散させる工程を含む、吸水性を有する複合材料の製造方法を提供するものである。 A fourth aspect of the present invention is a water-absorbent composite comprising a step of mixing carboxymethylated starch and layered silicate and homogenizing to disperse the layered silicate in the matrix of carboxymethylated starch. It provides a method of manufacturing a material.

本発明による複合材料の製造方法は、カルボキシメチル化澱粉と層状ケイ酸塩を混合し、ホモジナイズ処理して、前記カルボキシメチル化澱粉のマトリックスに前記層状ケイ酸塩が分散してなる複合材料を得る工程を含むので、吸水性能に優れた複合材料を得ることができる。また、複合材料の調製時に脱水工程を含む場合でも、層状ケイ酸塩により、脱水後の粉末化がし易い。 In the method for producing a composite material according to the present invention, carboxymethylated starch and layered silicate are mixed and homogenized to obtain a composite material in which the layered silicate is dispersed in a matrix of the carboxymethylated starch. Since the process is included, a composite material having excellent water absorption performance can be obtained. Further, even when a dehydration step is included in the preparation of the composite material, the layered silicate facilitates pulverization after dehydration.

本発明による複合材料の製造方法においては、前記カルボキシメチル化澱粉と、前記層状ケイ酸塩とに、更に架橋剤を混合し、架橋処理することが好ましい。これによれば、架橋処理によりゲル強度を高めることができ、更に実用性に優れた複合材料を得ることができる。 In the method for producing a composite material according to the present invention, it is preferable that the carboxymethylated starch and the layered silicate are further mixed with a cross-linking agent and subjected to a cross-linking treatment. According to this, the gel strength can be increased by the cross-linking treatment, and a more practical composite material can be obtained.

また、本発明による複合材料の製造方法においては、前記ホモジナイズ処理を、前記層状ケイ酸塩が、前記カルボキシメチル化澱粉のマトリックスにマイクロスケール凝集物の形状で分散する程度に行うことが好ましい。これによれば、層状ケイ酸塩の層状構造が剥離してカルボキシメチル化澱粉のマトリックスにナノスケールで分散している場合に比べ、より吸水性能に優れた複合材料を得ることができる。 Further, in the method for producing a composite material according to the present invention, it is preferable that the homogenization treatment is carried out to such an extent that the layered silicate is dispersed in the matrix of the carboxymethylated starch in the form of microscale aggregates. According to this, a composite material having more excellent water absorption performance can be obtained as compared with the case where the layered structure of the layered silicate is peeled off and dispersed in the matrix of carboxymethylated starch on a nanoscale.

また、本発明による複合材料の製造方法においては、前記カルボキシメチル化澱粉の100質量部に対し1〜30質量部の割合で前記層状ケイ酸塩を添加することが好ましい。カルボキシメチル化澱粉に対する層状ケイ酸塩を添加量が上記範囲であれば、更に吸水性能に優れた複合材料を得ることができる。 Further, in the method for producing a composite material according to the present invention, it is preferable to add the layered silicate at a ratio of 1 to 30 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the carboxymethylated starch. When the amount of the layered silicate added to the carboxymethylated starch is within the above range, a composite material having further excellent water absorption performance can be obtained.

また、本発明による複合材料の製造方法においては、前記カルボキシメチル化澱粉は、カルボキシメチル基置換度が0.1〜1.0のものであることが好ましい。カルボキシメチル基置換度が上記範囲であれば、更に吸水性能に優れた複合材料を得ることができる。 Further, in the method for producing a composite material according to the present invention, the carboxymethylated starch preferably has a carboxymethyl group substitution degree of 0.1 to 1.0. When the degree of carboxymethyl group substitution is within the above range, a composite material having further excellent water absorption performance can be obtained.

また、本発明による複合材料の製造方法においては、前記層状ケイ酸塩は、下記の条件(A)において水中に分散するのに要する時間が900秒以内のものであることが好ましい。層状ケイ酸塩の水への分散性が上記範囲であれば、更に吸水性能に優れた複合材料を得ることができる。
条件(A):200mL容ビーカーに25℃の水100mLを入れて、更に撹拌子(幅5mm×高さ5mm×全長45mm)を入れ、これを300rpmで撹拌させて、層状ケイ酸塩5.0gを添加する。
Further, in the method for producing a composite material according to the present invention, it is preferable that the layered silicate takes less than 900 seconds to disperse in water under the following condition (A). If the dispersibility of the layered silicate in water is within the above range, a composite material having further excellent water absorption performance can be obtained.
Condition (A): 100 mL of water at 25 ° C. is put in a 200 mL beaker, a stirrer (width 5 mm × height 5 mm × total length 45 mm) is further put, and this is stirred at 300 rpm, and 5.0 g of layered silicate is added. Is added.

一方、本発明の第5は、上記の製造方法で得られた複合材料を吸水機能性の有効成分として含有せしめる、吸水用組成物の製造方法を提供するものである。 On the other hand, the fifth aspect of the present invention provides a method for producing a water-absorbing composition, which comprises containing the composite material obtained by the above-mentioned production method as an active ingredient of water-absorbing functionality.

本発明による吸水用組成物の製造方法は、カルボキシメチル化澱粉のマトリックスに層状ケイ酸塩が分散してなる複合材料を吸水機能性の有効成分として含有せしめるので、吸水等の機能性に優れた吸水用組成物を得ることができる。 The method for producing a water-absorbing composition according to the present invention is excellent in functionality such as water absorption because it contains a composite material in which layered silicate is dispersed in a matrix of carboxymethylated starch as an active ingredient of water-absorbing functionality. A composition for water absorption can be obtained.

また、本発明の第6は、上記の製造方法で得られた複合材料を構成材として用いる吸水機能製品の製造方法を提供するものである。 A sixth aspect of the present invention is to provide a method for producing a water-absorbing functional product using the composite material obtained by the above-mentioned production method as a constituent material.

本発明による吸水機能製品の製造方法は、カルボキシメチル化澱粉のマトリックスに層状ケイ酸塩が分散してなる複合材料を構成材として用いるので、吸水等の機能性に優れた吸水機能製品を得ることができる。 The method for producing a water-absorbing functional product according to the present invention uses a composite material in which layered silicate is dispersed in a matrix of carboxymethylated starch as a constituent material, so that a water-absorbing functional product having excellent functionality such as water absorption can be obtained. Can be done.

本発明による複合材料は、カルボキシメチル化澱粉のマトリックスに層状ケイ酸塩が分散してなるので、吸水性能に優れている。 The composite material according to the present invention is excellent in water absorption performance because the layered silicate is dispersed in the matrix of carboxymethylated starch.

本発明による複合材料の製造方法は、カルボキシメチル化澱粉と層状ケイ酸塩を混合し、ホモジナイズ処理して、前記カルボキシメチル化澱粉のマトリックスに前記層状ケイ酸塩が分散してなる複合材料を得る工程を含むので、吸水性能に優れた複合材料を得ることができる。また、複合材料の調製時に脱水工程を含む場合でも、層状ケイ酸塩により、脱水後の粉末化がし易い。 In the method for producing a composite material according to the present invention, carboxymethylated starch and layered silicate are mixed and homogenized to obtain a composite material in which the layered silicate is dispersed in a matrix of the carboxymethylated starch. Since the process is included, a composite material having excellent water absorption performance can be obtained. Further, even when a dehydration step is included in the preparation of the composite material, the layered silicate facilitates pulverization after dehydration.

図1は、吸水材5の電子顕微鏡写真である。FIG. 1 is an electron micrograph of the water absorbing material 5. 図2は、吸水材19の電子顕微鏡写真である。FIG. 2 is an electron micrograph of the water absorbing material 19. 図3は、吸水材7の電子顕微鏡写真である。FIG. 3 is an electron micrograph of the water absorbing material 7. 図4は、吸水材20の電子顕微鏡写真である。FIG. 4 is an electron micrograph of the water absorbing material 20. 図5は、層状ケイ酸塩の電子顕微鏡写真である。FIG. 5 is an electron micrograph of the layered silicate. 図6は、吸水材1の電子顕微鏡写真である。FIG. 6 is an electron micrograph of the water absorbing material 1.

本発明に用いられるカルボキシメチル化澱粉は、澱粉中の水酸基がカルボキシメチル基に置換された加工デンプンである。澱粉に配位している金属又は塩に特に制限はなく、ナトリウム、カルシウム、カリウム等が配位したものを用いることができるが、入手し易さなどの点からは、ナトリウムが配位したもの(デンプングリコール酸ナトリウム)を用いることが好ましい。 The carboxymethylated starch used in the present invention is modified starch in which the hydroxyl group in the starch is replaced with a carboxymethyl group. There are no particular restrictions on the metal or salt coordinated to the starch, and sodium, calcium, potassium, etc. can be used, but from the viewpoint of availability, sodium is coordinated. (Sodium starch glycolate) is preferably used.

本発明に用いられるカルボキシメチル化澱粉は、市販のものを用いてもよいが、従来公知の方法で原資澱粉をカルボキシメチル化することなどにより得ることができる。例えば、アルカリ性条件下の澱粉懸濁液にモノクロロ酢酸ナトリウムを添加するなどが挙げられる。より具体的には、例えば、塩酸等の酸剤、あるいは水酸化ナトリウム等のアルカリ剤を加えpH9〜13程度に調整した澱粉懸濁液に、澱粉の乾燥質量100質量部に対し0.1〜50質量部のモノクロロ酢酸ナトリウムを添加し、10〜60℃で1〜48時間保持撹拌することでカルボキシメチル化することができる。その原資となる澱粉の由来としては、特に制限はなく、一般的に用いられる澱粉であればよい。例えば、コーンスターチ、タピオカ、米澱粉、小麦澱粉、馬鈴薯澱粉、甘藷澱粉、緑豆澱粉、片栗澱粉、葛澱粉、蕨澱粉、サゴ澱粉、エンドウ豆澱粉、オオウバユリ澱粉等が挙げられる。このなかでも特にタピオカ、コーンスターチ、米澱粉、馬鈴薯澱粉が安価で大量に入手しやすいので好ましい。また、いずれの澱粉においても通常の澱粉に加え、ウルチ種、ワキシー種、ハイアミロース種のように、育種学的手法もしくは遺伝子工学的手法において改良されたものを用いてもよい。 As the carboxymethylated starch used in the present invention, a commercially available starch may be used, but it can be obtained by carboxymethylating the raw material starch by a conventionally known method. For example, sodium monochloroacetate may be added to a starch suspension under alkaline conditions. More specifically, for example, to a starch suspension adjusted to pH 9 to 13 by adding an acid agent such as hydrochloric acid or an alkaline agent such as sodium hydroxide, 0.1 to 100 parts by mass of the dry mass of starch. Carboxymethylation can be achieved by adding 50 parts by mass of sodium monochloroacetate and holding and stirring at 10 to 60 ° C. for 1 to 48 hours. The origin of the starch that is the source of the starch is not particularly limited, and any commonly used starch may be used. Examples thereof include corn starch, tapioca, rice starch, wheat starch, horse belly starch, sweet potato starch, green bean starch, kataguri starch, kudzu starch, sardine starch, sago starch, pea starch, and Oobayuri starch. Of these, tapioca, cornstarch, rice starch, and potato starch are particularly preferable because they are inexpensive and easily available in large quantities. Further, in any starch, in addition to ordinary starch, those improved by breeding method or genetic engineering method such as Uruchi species, Waxy species, and Hyamylose species may be used.

本発明に用いられるカルボキシメチル化澱粉は、カルボキシメチル基が導入された澱粉であれば特に制限はないが、後述の実施例の通りその性能を考慮すると、カルボキシメチル基の置換度が0.1〜1.0であることが好ましく、0.1〜0.6であることがより好ましい。カルボキシメチル基置換度が上記範囲未満であると、所望の吸水性能が得られない傾向があり、上記範囲を超えると、吸水性能に優れたものが得難くなり、また、複合材料の調製時に脱水工程を含む場合、脱水後の粉末化し難い傾向がある。なお、このカルボキシメチル基の置換度は、澱粉のグルコース1残基に対するカルボキシメチル基の置換度を意味しており、以下の手法で測定することができる。 The carboxymethylated starch used in the present invention is not particularly limited as long as it is a starch into which a carboxymethyl group has been introduced, but the degree of substitution of the carboxymethyl group is 0.1 in consideration of its performance as in the examples described later. It is preferably ~ 1.0, more preferably 0.1-0.6. If the degree of carboxymethyl group substitution is less than the above range, the desired water absorption performance tends not to be obtained, and if it exceeds the above range, it becomes difficult to obtain a material having excellent water absorption performance, and dehydration occurs during the preparation of the composite material. When a step is included, it tends to be difficult to pulverize after dehydration. The degree of substitution of the carboxymethyl group means the degree of substitution of the carboxymethyl group with respect to one glucose residue of starch, and can be measured by the following method.

<置換度>
試料の乾燥重量を精秤して、これをa(単位:g)として記録した後、濾紙に包んで磁製ルツボの中に入れて、600℃で灰化する。冷却した後、500mLビーカーに移し、水を250mL及び0.05N硫酸をb(単位:mL)加えて30分間煮沸する。これを冷却し、フェノールフタレイン指示薬を加えて、0.1N水酸化ナトリウムにより滴定し、その滴定量をc(単位:mL)とする。置換度は、以下の式を用いて算出することができる。なお、以下の式中、fは0.05N硫酸の力価を示し、f´は0.1N水酸化ナトリウムの力価を示す。また、Bは、試料のアルカリ度または酸度を示し、後段に記載のように測定することができる。
<Degree of substitution>
The dry weight of the sample is precisely weighed, recorded as a (unit: g), wrapped in filter paper, placed in a porcelain crucible, and incinerated at 600 ° C. After cooling, transfer to a 500 mL beaker, add 250 mL of water and b (unit: mL) of 0.05 N sulfuric acid, and boil for 30 minutes. This is cooled, a phenolphthalein indicator is added, and the titration is carried out with 0.1N sodium hydroxide, and the titration amount is defined as c (unit: mL). The degree of substitution can be calculated using the following formula. In the following formula, f indicates the titer of 0.05N sulfuric acid, and f'indicates the titer of 0.1N sodium hydroxide. Further, B indicates the alkalinity or acidity of the sample, and can be measured as described in the latter part.

A=(bf−cf´)/a−B
置換度=(162×A)÷(10000−80×A)
A = (bf-cf') / a-B
Degree of substitution = (162 × A) ÷ (10000-80 × A)

<アルカリ度または酸度>
試料を300mLガラスビーカーに入れて精秤して、その乾燥重量をd(単位:g)として記録した後、200mLの蒸留水を加えて溶解する。これに0.05N硫酸5mLを加え、10分間煮沸した後、冷却し、フェノールフタレイン指示薬を加え、0.1N水酸化ナトリウムで滴定し、その滴定量をe(単位:mL)とする。別途、試料を添加せず、空試験を実施し、その結果の滴定量をg(単位:mL)とする。アルカリ度または酸度は、次の式によって算出することができる。なお、以下の式中、fは0.05N硫酸の力価を示し、f´は0.1N水酸化ナトリウムの力価を示す。
<Alkaline or acidity>
The sample is placed in a 300 mL glass beaker, weighed precisely, and the dry weight thereof is recorded as d (unit: g), and then 200 mL of distilled water is added to dissolve the sample. To this, 5 mL of 0.05N sulfuric acid is added, boiled for 10 minutes, cooled, a phenolphthalein indicator is added, and the titration is carried out with 0.1N sodium hydroxide, and the titration amount is defined as e (unit: mL). Separately, a blank test is carried out without adding a sample, and the titration amount of the result is g (unit: mL). Alkaliity or acidity can be calculated by the following formula. In the following formula, f indicates the titer of 0.05N sulfuric acid, and f'indicates the titer of 0.1N sodium hydroxide.

B=(gf−ef´)/d B = (gf-ef') / d

本発明に用いられる層状ケイ酸塩とは、ケイ酸塩を組成に含む粘土鉱物であり、顕微観察において、厚み1nm程度、幅及び長さが1〜500nm程度の薄片が層状に積層した形状を呈する粘土鉱物である。例えば、モンモリロナイト、スメクタイト、ベントナイト、サポナイト、ノントロナイト、ラポナイト、バイデライト、ヘクトライト、ソウコナイト、ステベンザイト、バーミキュライト、ボルコンスコイト、マガダイト、メドモンタイト、ケニヤイト等が挙げられる。その組成は、原料によって多様であり、これら2種以上の組成が混成してなるものなども用いられ得る。 The layered silicate used in the present invention is a clay mineral containing silicate in its composition, and in microscopic observation, it has a shape in which flakes having a thickness of about 1 nm and a width and length of about 1 to 500 nm are laminated in layers. It is a clay mineral to be presented. For example, montmorillonite, smectite, bentonite, saponite, nontronite, laponite, byderite, hectorite, saponite, stevenzite, vermiculite, volconscoite, magadite, medmontite, kennyite and the like can be mentioned. The composition varies depending on the raw material, and a mixture of two or more of these compositions can also be used.

本発明に用いられる層状ケイ酸塩は、上記の性質を有する層状ケイ酸塩であれば特に制限はないが、後述の実施例の通りその性能を考慮すると、一定程度の親水性を有していることが好ましい。すなわち、例えば、下記条件(A)において測定される水への分散時間が900秒以内であるものを用いることがより好ましい。水への分散時間が上記範囲を超えると、吸水性能に優れたものが得難くなり、また、複合材料の調製時に脱水工程を含む場合、脱水後の粉末化し難い傾向がある。
条件(A):200mL容ビーカーに25℃の水100mLを入れて、更に撹拌子(幅5mm×高さ5mm×全長45mm)を入れ、これを300rpmで撹拌させて、層状ケイ酸塩5.0gを添加する。
The layered silicate used in the present invention is not particularly limited as long as it is a layered silicate having the above-mentioned properties, but it has a certain degree of hydrophilicity in consideration of its performance as in the examples described later. It is preferable to have. That is, for example, it is more preferable to use one having a dispersion time in water measured under the following condition (A) of 900 seconds or less. If the dispersion time in water exceeds the above range, it becomes difficult to obtain a product having excellent water absorption performance, and when a dehydration step is included in the preparation of the composite material, it tends to be difficult to pulverize after dehydration.
Condition (A): 100 mL of water at 25 ° C. is put in a 200 mL beaker, a stirrer (width 5 mm × height 5 mm × total length 45 mm) is further put, and this is stirred at 300 rpm, and 5.0 g of layered silicate is added. Is added.

なお、上記測定においては、水表面に層状ケイ酸塩の浮遊が無い状態もって水へ分散したと判断する。 In the above measurement, it is judged that the layered silicate is dispersed in water without floating on the water surface.

また、本発明に用いられる層状ケイ酸塩の親水性の性質は、上記粘土鉱物等の原料を所定の処理剤で処理することで調整することもできる。例えば、無水マレイン酸等の有機酸を用いることで、表面を親水性に調整することができ、その処理後の層状ケイ酸塩の親水性を高めることができる。あるいは、場合によっては、オクタデシルアンモニウム等の長鎖アルキルアミンを用いることで、表面を疎水性に調整することもできる。 Further, the hydrophilic property of the layered silicate used in the present invention can also be adjusted by treating the raw material such as the clay mineral with a predetermined treatment agent. For example, by using an organic acid such as maleic anhydride, the surface can be adjusted to be hydrophilic, and the hydrophilicity of the layered silicate after the treatment can be enhanced. Alternatively, in some cases, the surface can be adjusted to be hydrophobic by using a long-chain alkylamine such as octadecylammonium.

本発明は、上記で説明したカルボキシメチル化澱粉のマトリックスに、上記で説明した層状ケイ酸塩が分散してなる複合材料を提供するものである。そして、そのような構成の複合材は、吸水性能に優れているので、吸水機能製品の構成材等として好適に用いられ得るというものである。 The present invention provides a composite material in which the layered silicate described above is dispersed in the matrix of carboxymethylated starch described above. Since the composite material having such a structure is excellent in water absorption performance, it can be suitably used as a constituent material of a water absorption function product or the like.

カルボキシメチル化澱粉と層状ケイ酸塩の配合割合に特に制限はないが、カルボキシメチル化澱粉の100質量部に対し1〜30質量部の割合で層状ケイ酸塩が分散してなることが好ましく、5〜20質量部の割合で層状ケイ酸塩が分散してなることがより好ましい。カルボキシメチル化澱粉に対する層状ケイ酸塩を添加量が上記範囲未満であると、層状ケイ酸塩を分散したことによる効果が得難い傾向となり、上記範囲を超えると、層状ケイ酸塩がカルボキシメチル化澱粉のマトリックスに分散し難くなる傾向となる。なお、カルボキシメチル化澱粉は、2種以上ものを併用してもよく、層状ケイ酸塩も、2種以上ものを併用し得る。その場合、上記配合割合は、2種以上の合計量で算出した値である。 The blending ratio of the carboxymethylated starch and the layered silicate is not particularly limited, but it is preferable that the layered silicate is dispersed at a ratio of 1 to 30 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the carboxymethylated starch. It is more preferable that the layered silicate is dispersed in a proportion of 5 to 20 parts by mass. If the amount of the layered silicate added to the carboxymethylated starch is less than the above range, the effect of dispersing the layered silicate tends to be difficult to obtain, and if it exceeds the above range, the layered silicate is added to the carboxymethylated starch. It tends to be difficult to disperse in the matrix. Two or more types of carboxymethylated starch may be used in combination, and two or more types of layered silicate may be used in combination. In that case, the above-mentioned compounding ratio is a value calculated by the total amount of two or more kinds.

本発明による複合材料においては、層状ケイ酸塩は、カルボキシメチル化澱粉のマトリックスにマイクロスケール凝集物の形状で分散していることが好ましい。これによれば、後述の実施例に示されるように、層状ケイ酸塩の層状構造が剥離してカルボキシメチル化澱粉のマトリックスにナノスケールで分散している場合に比べ、より吸水性能に優れている。なお、「カルボキシメチル化澱粉のマトリックスにマイクロスケール凝集物の形状で分散している」とは、層状ケイ酸塩の層状構造が保たれてマイクロスケールの大きさでカルボキシメチル化澱粉のマトリックス中に分散していることを意味する。後述の実施例で示されるように、ホモジナイズ処理の程度が強すぎると、剪断応力(シア応力)により層状ケイ酸塩の層状構造が剥離してしまい、より微細なナノスケールで分散するので、吸水性が低下してしまう。層状ケイ酸塩がマイクロスケールで分散しているか否かは、例えば走査型電子顕微鏡(SEM)等による顕微的観察で確認することができる。 In the composite material according to the invention, the layered silicate is preferably dispersed in the matrix of carboxymethylated starch in the form of microscale aggregates. According to this, as shown in Examples described later, the water absorption performance is more excellent than in the case where the layered structure of the layered silicate is exfoliated and dispersed in the matrix of carboxymethylated starch on a nanoscale. There is. In addition, "dispersed in the matrix of carboxymethylated starch in the form of microscale aggregates" means that the layered structure of the layered silicate is maintained and the size of the microscale is contained in the matrix of carboxymethylated starch. It means that it is dispersed. As shown in Examples described later, if the degree of homogenization treatment is too strong, the layered structure of the layered silicate is exfoliated due to shear stress (shear stress) and dispersed on a finer nanoscale, thus absorbing water. The sex is reduced. Whether or not the layered silicate is dispersed on a microscale can be confirmed by microscopic observation with, for example, a scanning electron microscope (SEM).

また、本発明による複合材料においては、カルボキシメチル化澱粉のマトリックスは、架橋処理を施されてなるものであることが好ましい。これによれば、後述の実施例に示されるように、架橋処理によりゲル強度を高めることができ、吸水機能製品の構成材としての実用的な条件下でもゲルが潰れ難く、吸収した水分を再放出し難いというメリットが得られる。カルボキシメチル化澱粉の架橋処理の方法は特に制限はなく、澱粉の架橋処理に用いられる通常の手法で処理することができる。 Further, in the composite material according to the present invention, the matrix of carboxymethylated starch is preferably crosslinked. According to this, as shown in Examples described later, the gel strength can be increased by the cross-linking treatment, the gel is not easily crushed even under practical conditions as a constituent material of a water-absorbing functional product, and the absorbed water is re-absorbed. It has the advantage of being difficult to release. The method for cross-linking the carboxymethylated starch is not particularly limited, and the carboxymethylated starch can be treated by a usual method used for the cross-linking treatment of starch.

架橋剤としては、澱粉のアミロース骨格どうしを架橋できる能力のある架橋剤であればよく、エチレングリコール、プロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、1,3−プロパンジオール、グリセリン、ポリグリセリン、1,4−ブタンジオル、1,6−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、ペンタエリスリトール、ソルビトールなど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、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;エピクロロヒドリン等のハロエポキシ化合物;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、ポリアミドポリアミン、ポリアリルアミン、ポリエチレンイミン等の多価アミン化合物;ケイ酸、リン酸、縮合リン酸等の無機酸;クエン酸、こはく酸、無水マレイン酸、無水こはく酸等の有機酸;グリオキサール、グルタルアルデヒド等のジアルデヒド、オキシ塩化リン等の酸塩化物などの架橋剤が挙げられる。 The cross-linking agent may be any cross-linking agent capable of cross-linking the amylose skeletons of starch with each other, and is ethylene glycol, propylene glycol, polyethylene glycol, polypropylene glycol, 1,3-propanediol, glycerin, polyglycerin, 1,4. Polyhydric alcohol compounds such as −butandiol, 1,6-hexanediol, trimethylpropane, diethanolamine, triethanolamine, polyoxypropylene, pentaerythritol, sorbitol; ethylene glycol diglycidyl ether, polyethylene glycol diglycidyl ether, glycerol polyglycidyl Epoxy compounds such as ether, polyglycerol polyglycidyl ether, propylene glycol diglycidyl ether, polypropylene glycol diglycidyl ether, glycidol; haloepoxy compounds such as epichlorohydrin; ethylenediamine, diethylenetriamine, triethylenetetramine, polyamidepolyamine, polyallylamine, polyethylene Polyvalent amine compounds such as imine; inorganic acids such as silicic acid, phosphoric acid and condensed phosphoric acid; organic acids such as citric acid, succinic acid, maleic anhydride and succinic anhydride; dialdehydes and oxys such as glycal and glutalaldehyde Examples thereof include cross-linking agents such as acidified compounds such as phosphorus chloride.

以下、本発明による複合材料の製造方法について、更に詳細に説明する。ただし、以下の説明は、本発明による複合材料の範囲を、特定の調製方法によるものに限定する趣旨ではない。 Hereinafter, the method for producing a composite material according to the present invention will be described in more detail. However, the following description is not intended to limit the scope of the composite material according to the present invention to those according to a specific preparation method.

本発明による複合材料は、カルボキシメチル化澱粉と層状ケイ酸塩を混合し、ホモジナイズ処理して、カルボキシメチル化澱粉のマトリックスに層状ケイ酸塩を分散させることにより得ることができる。 The composite material according to the present invention can be obtained by mixing carboxymethylated starch and layered silicate, homogenizing the mixture, and dispersing the layered silicate in a matrix of carboxymethylated starch.

本発明による複合材料の製造方法において、カルボキシメチル化澱粉と層状ケイ酸塩を混合する方法に特に制限はない。湿式に混合を行ってもよく、乾式に混合を行ってもよい。湿式には、例えば、カルボキシメチル化澱粉の糊液を調製し、これに層状ケイ酸塩を添加し、混合するのが好ましい。カルボキシメチル化澱粉の糊液は、カルボキシメチル化澱粉を水に添加し、その全体の質量に対するカルボキシメチル化澱粉の乾燥重量換算の濃度として、典型的には1〜95質量%、より典型的には10〜40質量%となるよう、混合することにより得ることができる。このとき、カルボキシメチル化澱粉と層状ケイ酸塩とは、同時に、もしくはほぼ一緒に水に添加し、混合するようにしてもよい。カルボキシメチル化澱粉の糊液は、水酸化ナトリウム等のpH調整剤(アルカリ剤)の添加により、pH9以上に調整することが好ましく、pH10以上に調整することがより好ましい。pHが10以上であることにより、層状ケイ酸塩をカルボキシメチル化澱粉のマトリックスに分散させ易くなる。また、乾式には、例えば、カルボキシメチル化澱粉及び層状ケイ酸塩に、必要に応じて水酸化ナトリウム等のpH調整剤(アルカリ剤)を添加し、押出機等を用いて混合することができる。その場合、得られる澱粉混練物の全体の質量に対するカルボキシメチル化澱粉の乾燥重量換算の濃度として、典型的に1〜99質量%、より典型的には5〜97質量%となるよう混合することが好ましい。また、得られる澱粉混練物の全体の質量に対する層状ケイ酸塩の乾燥重量換算の濃度として、典型的に0.01〜29.7質量%、より典型的には0.05〜29.1質量%となるよう混合することが好ましい。得られる澱粉混練物のpHは、pH9以上に調整することが好ましく、pH10以上に調整することがより好ましい。このような乾式反応を用いた場合、カルボキシメチル化澱粉を糊化させる工程、層状ケイ酸塩を分散させる工程及びアルカリ剤を添加する工程を同時に実施することができるため、工業生産効率の点で優れる。すなわち、この場合、カルボキシメチル化澱粉と層状ケイ酸塩の混合とともに、後述のホモジナイズ処理をも、一工程で行うことができる。 In the method for producing a composite material according to the present invention, there is no particular limitation on the method for mixing the carboxymethylated starch and the layered silicate. The mixture may be wet or dry. For the wet method, for example, it is preferable to prepare a paste solution of carboxymethylated starch, add layered silicate to the paste solution, and mix the mixture. The paste solution of carboxymethylated starch is obtained by adding carboxymethylated starch to water, and the concentration of carboxymethylated starch in terms of dry weight with respect to the total mass thereof is typically 1 to 95% by mass, more typically. Can be obtained by mixing so as to be 10 to 40% by mass. At this time, the carboxymethylated starch and the layered silicate may be added to water at the same time or substantially at the same time and mixed. The paste solution of carboxymethylated starch is preferably adjusted to pH 9 or higher, and more preferably pH 10 or higher, by adding a pH adjusting agent (alkaline agent) such as sodium hydroxide. A pH of 10 or higher facilitates dispersion of the layered silicate in the matrix of carboxymethylated starch. In the dry method, for example, a pH adjuster (alkaline agent) such as sodium hydroxide can be added to carboxymethylated starch and layered silicate as needed, and the mixture can be mixed using an extruder or the like. .. In that case, the concentration of the carboxymethylated starch in terms of dry weight with respect to the total mass of the obtained starch kneaded product is typically 1 to 99% by mass, more typically 5 to 97% by mass. Is preferable. Further, the concentration of the layered silicate in terms of dry weight with respect to the total mass of the obtained starch kneaded product is typically 0.01 to 29.7% by mass, more typically 0.05 to 29.1% by mass. It is preferable to mix so as to be%. The pH of the obtained starch kneaded product is preferably adjusted to pH 9 or higher, and more preferably pH 10 or higher. When such a dry reaction is used, the step of gelatinizing the carboxymethylated starch, the step of dispersing the layered silicate, and the step of adding an alkaline agent can be carried out at the same time, so that in terms of industrial production efficiency. Excellent. That is, in this case, the homogenization treatment described later can be performed in one step together with the mixing of the carboxymethylated starch and the layered silicate.

カルボキシメチル化澱粉と層状ケイ酸塩の混合割合に特に制限はないが、カルボキシメチル化澱粉の100質量部に対し1〜30質量部の割合で層状ケイ酸塩を添加することが好ましく、5〜20質量部の割合で層状ケイ酸塩を添加することがより好ましい。上述したように、得られる複合材料において、カルボキシメチル化澱粉に対する層状ケイ酸塩を添加量が上記範囲未満であると、層状ケイ酸塩を分散したことによる効果が得難い傾向となり、上記範囲を超えると、カルボキシメチル化澱粉のマトリックスに分散し難くい傾向となる。なお、カルボキシメチル化澱粉は、2種以上ものを併用してもよく、層状ケイ酸塩も、2種以上ものを併用し得る。その場合、上記配合割合は、2種以上の合計量で算出した値である。 The mixing ratio of the carboxymethylated starch and the layered silicate is not particularly limited, but it is preferable to add the layered silicate at a ratio of 1 to 30 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the carboxymethylated starch, and 5 to 5 It is more preferable to add the layered silicate in a proportion of 20 parts by mass. As described above, in the obtained composite material, if the amount of the layered silicate added to the carboxymethylated starch is less than the above range, the effect of dispersing the layered silicate tends to be difficult to obtain, and exceeds the above range. And, it tends to be difficult to disperse in the matrix of carboxymethylated starch. Two or more types of carboxymethylated starch may be used in combination, and two or more types of layered silicate may be used in combination. In that case, the above-mentioned compounding ratio is a value calculated by the total amount of two or more kinds.

本発明による複合材料の製造方法において、カルボキシメチル化澱粉と層状ケイ酸塩を混合し、これをホモジナイズ処理する方法に特に制限はない。例えば、攪拌式、超音波式、圧力式等、加工デンプンの調製等に通常用いられる均質化手段を利用することが可能である。また、上述したように、押出機等を用いたカルボキシメチル化澱粉と層状ケイ酸塩との混合によっても、このホモジナイズ処理を成すことができる。ただし、本発明の好ましい態様においては、得られる複合材料において、層状ケイ酸塩が、カルボキシメチル化澱粉のマトリックス中にマイクロスケール凝集物の形状を保った状態で分散していることが好ましい。これによれば、後述の実施例に示されるように、層状ケイ酸塩の層状構造が剥離してカルボキシメチル化澱粉のマトリックスにナノスケールで分散している場合に比べ、より吸水性能に優れている。その場合には、ホモジナイズ処理の程度を調整することにより、層状ケイ酸塩がカルボキシメチル化澱粉のマトリックス中にマイクロスケール凝集物の形状を保った状態で分散した状態にすることができる。 In the method for producing a composite material according to the present invention, there is no particular limitation on the method of mixing carboxymethylated starch and layered silicate and homogenizing the mixture. For example, it is possible to use a homogenizing means usually used for preparing modified starch, such as a stirring type, an ultrasonic type, and a pressure type. Further, as described above, this homogenization treatment can also be achieved by mixing the carboxymethylated starch and the layered silicate using an extruder or the like. However, in a preferred embodiment of the present invention, in the obtained composite material, it is preferable that the layered silicate is dispersed in the matrix of carboxymethylated starch while maintaining the shape of microscale aggregates. According to this, as shown in Examples described later, the water absorption performance is more excellent than in the case where the layered structure of the layered silicate is exfoliated and dispersed in the matrix of carboxymethylated starch on a nanoscale. There is. In that case, by adjusting the degree of homogenization treatment, the layered silicate can be dispersed in the matrix of carboxymethylated starch while maintaining the shape of the microscale aggregates.

上記の混合及びホモジナイズ処理の際の温度条件に特に制限はないが、カルボキシメチル化澱粉のマトリックス構造にできるだけ変性を及ぼさない観点からは、20〜150℃程度であることか好ましく、25〜130℃程度であることがより好ましく、30〜70℃程度であることか更により好ましい。 The temperature conditions during the above mixing and homogenization treatment are not particularly limited, but from the viewpoint of not denaturing the matrix structure of the carboxymethylated starch as much as possible, it is preferably about 20 to 150 ° C., preferably 25 to 130 ° C. It is more preferably about 30 to 70 ° C., and even more preferably about 30 to 70 ° C.

本発明の好ましい態様においては、上述したように、得られる複合材料のゲル強度を高める観点から、カルボキシメチル化澱粉のマトリックスは、架橋処理を施されてなるものであることが好ましい。カルボキシメチル化澱粉の架橋処理の方法は特に制限はなく、澱粉の架橋処理に用いられる通常の手法で処理することができる。カルボキシメチル化澱粉と層状ケイ酸塩と架橋剤の各原料の添加順序等に制限はなく、カルボキシメチル化澱粉と層状ケイ酸塩とを接触させる前に架橋剤を添加して、架橋処理を施してもよく、カルボキシメチル化澱粉と層状ケイ酸塩とを混合して、ホモジナイズ処理による層状ケイ酸塩の分散処理を行なった後に架橋剤を添加して、架橋処理を施してもよく、架橋処理と層状ケイ酸塩の分散処理とを同時並行的に行うようにしてもよい。ただし、架橋した後にカルボキシメチル化澱粉のマトリックス中で層状ケイ酸塩の分散が起こり難い場合には、カルボキシメチル化澱粉と層状ケイ酸塩とを混合し、ホモジナイズ処理した後に、架橋剤を添加混合して、架橋処理することがより好ましい。また、その混合及びホモジナイズ処理の際の温度条件に特に制限はなく、上述と同様に、カルボキシメチル化澱粉のマトリックス構造にできるだけ変性を及ぼさない観点からは、20〜150℃程度であることか好ましく、25〜130℃程度であることがより好ましく、30〜70℃程度であることが更により好ましい。 In a preferred embodiment of the present invention, as described above, the matrix of carboxymethylated starch is preferably crosslinked from the viewpoint of increasing the gel strength of the obtained composite material. The method for cross-linking the carboxymethylated starch is not particularly limited, and the starch can be treated by a usual method used for the cross-linking treatment of starch. There is no limitation on the order of addition of the raw materials of the carboxymethylated starch, the layered silicate and the cross-linking agent, and the cross-linking agent is added before the carboxymethylated starch and the layered silicate are brought into contact with each other to carry out the cross-linking treatment. Alternatively, the carboxymethylated starch and the layered silicate may be mixed, the layered silicate may be dispersed by the homogenization treatment, and then a cross-linking agent may be added to carry out the cross-linking treatment. And the dispersion treatment of the layered silicate may be performed in parallel. However, if it is difficult for the layered silicate to disperse in the matrix of the carboxymethylated starch after cross-linking, the carboxymethylated starch and the layered silicate are mixed, homogenized, and then the cross-linking agent is added and mixed. Then, it is more preferable to carry out a cross-linking treatment. Further, the temperature conditions during the mixing and homogenization treatment are not particularly limited, and as described above, the temperature is preferably about 20 to 150 ° C. from the viewpoint of not denaturing the matrix structure of the carboxymethylated starch as much as possible. It is more preferably about 25 to 130 ° C., and even more preferably about 30 to 70 ° C.

架橋剤の添加量は、所望する架橋処理によるゲル強度や架橋剤の種類等に応じて、適宜選択すればよく、特に制限はない。典型的には、例えば、澱粉の乾燥重量に対して0.01〜60質量%程度であり、より典型的には、澱粉の乾燥重量に対して0.1〜50質量%程度である。架橋処理をより効率的に行うために、酸またはアルカリを用いて、最適なpHに調製した後に、反応することができる。 The amount of the cross-linking agent added may be appropriately selected depending on the gel strength of the desired cross-linking treatment, the type of the cross-linking agent, and the like, and is not particularly limited. Typically, for example, it is about 0.01 to 60% by mass with respect to the dry weight of starch, and more typically, it is about 0.1 to 50% by mass with respect to the dry weight of starch. In order to carry out the cross-linking treatment more efficiently, the reaction can be carried out after adjusting to the optimum pH using an acid or an alkali.

より具体的に、例えば、架橋剤としてオキシ塩化リンを用いるケースを説明すると、カルボキシメチル化澱粉を、水中でのカルボキシメチル化澱粉の乾燥重量換算の濃度が10〜30質量%となるよう、水に添加混合して、カルボキシメチル化澱粉の糊液を得る。このとき、カルボキシメチル化澱粉の糊液は、水酸化ナトリウム等のアルカリ剤の添加により、pH11〜12の範囲に調整する。架橋剤としてオキシ塩化リンの添加量は、所望するゲル強度等に応じて、適宜選択すればよく、特に制限はないが、典型的に、例えば、澱粉の乾燥重量に対して0.01〜60質量%程度であり、より典型的には、澱粉の乾燥重量に対して0.1〜50質量%程度である。このように調製した架橋処理の混合物を、温度20〜50℃の環境下で、6〜24時間静置する等により、カルボキシメチル化澱粉のヒドロキシル基同士をリン酸架橋した構造の架橋処理がなされる。 More specifically, for example, a case where phosphorus oxychloride is used as a cross-linking agent will be described. The carboxymethyl starch is mixed with water so that the concentration of the carboxymethyl starch in water in terms of dry weight is 10 to 30% by mass. To obtain a paste solution of carboxymethylated starch. At this time, the paste solution of the carboxymethylated starch is adjusted to the pH range of 11 to 12 by adding an alkaline agent such as sodium hydroxide. The amount of phosphorus oxychloride added as the cross-linking agent may be appropriately selected according to the desired gel strength and the like, and is not particularly limited, but is typically 0.01 to 60 with respect to the dry weight of starch, for example. It is about% by mass, and more typically about 0.1 to 50% by mass with respect to the dry weight of starch. The cross-linked mixture prepared in this way is allowed to stand for 6 to 24 hours in an environment at a temperature of 20 to 50 ° C. to carry out a cross-linking treatment having a structure in which the hydroxyl groups of the carboxymethylated starch are phosphoric acid-crosslinked. To.

一方、例えば、架橋剤としてエピクロロヒドリンを用いるケースを説明すると、カルボキシメチル化澱粉を、水中でのカルボキシメチル化澱粉の乾燥重量換算の濃度が10〜30質量%となるように、水に添加混合して、カルボキシメチル化澱粉の糊液を得る。このとき、カルボキシメチル化澱粉の糊液は、水酸化ナトリウム等のアルカリ剤の添加により、pH11〜12の範囲に調整する。架橋剤としてエピクロロヒドリンの添加量は、所望するゲル強度等に応じて、適宜選択すればよく、特に制限はないが、典型的に、例えば、澱粉の乾燥重量に対して0.01〜60質量%程度であり、より典型的には、澱粉の乾燥重量に対して0.1〜50質量%程度である。このように調製した架橋処理の混合物を、温度20〜50℃の環境下で、6〜24時間静置する等により、カルボキシメチル化澱粉のヒドロキシル基同士をエピクロロヒドリン架橋した構造の架橋処理がなされる。 On the other hand, for example, to explain the case where epichlorohydrin is used as the cross-linking agent, the carboxymethylated starch is added to water so that the concentration of the carboxymethylated starch in water in terms of dry weight is 10 to 30% by mass. Addition and mixing to obtain a paste solution of carboxymethylated starch. At this time, the paste solution of the carboxymethylated starch is adjusted to the pH range of 11 to 12 by adding an alkaline agent such as sodium hydroxide. The amount of epichlorohydrin added as the cross-linking agent may be appropriately selected according to the desired gel strength and the like, and is not particularly limited, but typically, for example, 0.01 to 0.01 to the dry weight of starch. It is about 60% by mass, and more typically about 0.1 to 50% by mass with respect to the dry weight of the starch. A cross-linking treatment having a structure in which the hydroxyl groups of carboxymethylated starch are cross-linked with epichlorohydrin by allowing the mixture of the cross-linking treatment thus prepared to stand for 6 to 24 hours in an environment of a temperature of 20 to 50 ° C. Is made.

本発明の好ましい態様においては、上記ホモジナイズ処理による層状ケイ酸塩の分散処理や、上記架橋剤による架橋処理を終えた後に、適宜、エタノール等の有機溶媒を添加し、それによる沈殿物として、本発明による複合材料を回収してもよい。これによれば、カルボキシメチル化澱粉のマトリックスに層状ケイ酸塩が分散してなる複合材料以外の、夾雑物を効率よく取り除くことができる。有機溶媒による沈殿の処理は、例えば、上記ホモジナイズ処理による層状ケイ酸塩の分散処理や、上記架橋剤による架橋処理を終えた後処理混合物の、およそ1〜5倍容量のエタノール等の有機溶媒を添加し、攪拌すること等により行うことができる。このような有機溶媒による洗浄処理は、複数回繰り返してもよい。また、更に、酢酸等の適当なpH調整剤(酸剤)を添加して、pH6〜9程度に調製することが好ましい。これによれば、このような有機溶媒による洗浄処理の際の洗浄効率がより高められる。 In a preferred embodiment of the present invention, after the dispersion treatment of the layered silicate by the homogenization treatment and the cross-linking treatment with the cross-linking agent are completed, an organic solvent such as ethanol is appropriately added, and the present invention is used as a precipitate. The composite material according to the invention may be recovered. According to this, impurities other than the composite material in which the layered silicate is dispersed in the matrix of carboxymethylated starch can be efficiently removed. For the treatment of precipitation with an organic solvent, for example, an organic solvent such as ethanol having a volume of about 1 to 5 times that of the post-treatment mixture after the dispersion treatment of the layered silicate by the homogenization treatment and the cross-linking treatment with the cross-linking agent is used. It can be carried out by adding and stirring. Such a cleaning treatment with an organic solvent may be repeated a plurality of times. Further, it is preferable to add an appropriate pH adjusting agent (acid agent) such as acetic acid to adjust the pH to about 6 to 9. According to this, the cleaning efficiency at the time of the cleaning treatment with such an organic solvent is further enhanced.

本発明の好ましい態様においては、上記ホモジナイズ処理による層状ケイ酸塩の分散処理や、上記架橋剤による架橋処理を終えた後に、適宜、エタノール等の有機溶媒を添加し、それによる沈殿物として、本発明による複合材料を回収し、更に、これを粉体化してもよい。すなわち、塊上の沈殿物を粉砕し、これを真空乾燥機等により乾燥することで粉体化することができる。また、ホモジナイザー等の適当な粉砕手段により、更に粒径を細かくしてもよい。粉体化後の形態としては、水分0〜7%程度であることが好ましく、水分0.5〜5%程度であることがより好ましい。また、粒度が16mesh(JIS規格、目開き寸法1mm)の網目をパスし、60mesh(JIS規格、目開き寸法0.25mm)の網目にオンするものが、全体の質量あたり50質量%以上であることが好ましく、粒度が16meshの網目をパスし、60meshの網目にオンするものが、全体の質量あたり60質量%以上であることがより好ましい。 In a preferred embodiment of the present invention, after the dispersion treatment of the layered silicate by the homogenization treatment and the cross-linking treatment with the cross-linking agent are completed, an organic solvent such as ethanol is appropriately added, and the present invention is used as a precipitate. The composite material according to the invention may be recovered and further powdered. That is, the precipitate on the lump can be crushed and dried by a vacuum dryer or the like to be pulverized. Further, the particle size may be further reduced by an appropriate pulverizing means such as a homogenizer. The form after pulverization preferably has a water content of about 0 to 7%, and more preferably a water content of about 0.5 to 5%. Further, those having a particle size of 16 mesh (JIS standard, opening size 1 mm) and turning on a mesh of 60 mesh (JIS standard, opening size 0.25 mm) are 50% by mass or more per mass. It is preferable that the particle size passes through the mesh of 16 mesh and is turned on in the mesh of 60 mesh, and it is more preferable that the particle size is 60% by mass or more per mass.

以上のとおり説明した、本発明による複合材料は、後述の実施例で示されるように吸水性能に優れている。具体的には、例えば、JIS K 7223に準拠した、下記に示す吸水量試験において、吸水倍率が25以上、より好ましくは吸水倍率が26以上、更により好ましくは吸水倍率が27以上の吸水性能を有している。 The composite material according to the present invention described above is excellent in water absorption performance as shown in Examples described later. Specifically, for example, in the water absorption test shown below in accordance with JIS K 7223, the water absorption performance is 25 or more, more preferably 26 or more, and even more preferably 27 or more. Have.

<吸水量試験>
目開き57μmのナイロン製布で作製した5×10cmの大きさのティーバックに被験材料0.3g程度(サンプル重量:h)を量り取り、封をした後、重量を計測する(浸漬前重量:i)。1,000mLの生理食塩水(0.9質量%塩化ナトリウム水溶液)中に60分間浸漬した後、垂直に吊り下げて15分間水切りを実施する。水切り後の重量(浸漬後重量:j)を測定し、下記式により、吸水倍率を算出する。
<Water absorption test>
Weigh about 0.3 g (sample weight: h) of the test material into a 5 x 10 cm size tea bag made of nylon cloth with an opening of 57 μm, seal it, and measure the weight (weight before immersion:). i). After immersing in 1,000 mL of physiological saline (0.9 mass% sodium chloride aqueous solution) for 60 minutes, the mixture is vertically suspended and drained for 15 minutes. The weight after draining (weight after immersion: j) is measured, and the water absorption ratio is calculated by the following formula.

吸水倍率=(j−i)/h Water absorption ratio = (j-i) / h

本発明による複合材料は、そのまま単独で用いられてもよく、他の素材と併せて用いられてもよい。他の素材としては、特に制限は無いが、例えば、CMC等のアルキルセルロース誘導体、ポリアクリル酸部分中和物架橋体、澱粉−アクリル酸グラフトポリマーの加水分解物、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若しくはアクリルアミド共重合体の加水分解物又はこれらの架橋体、及びカチオン性モノマー(アクリルアミド、エチレンイミン等)の架橋ポリマーなどの他の吸水素材が挙げられる。 The composite material according to the present invention may be used alone or in combination with other materials. Other materials are not particularly limited, but are, for example, alkyl cellulose derivatives such as CMC, cross-linked polyacrylic acid partially neutralized products, hydrolyzates of starch-acrylic acid graft polymers, and vinyl acetate-acrylic acid ester copolymer weights. Examples thereof include coalesced saponates, acrylonitrile copolymers or hydrolysates of acrylamide copolymers or crosslinked products thereof, and other water absorbing materials such as crosslinked polymers of cationic monomers (acrylamide, ethyleneimine, etc.).

本発明による複合材料は、これを単独で、あるいは、上記のような他の素材を併せて、吸水機能性を発揮することを企図した、吸水用組成物として用いられてもよい。この場合、複合材料はその吸水用組成物中に1〜100質量%含有せしめることが好ましく、10〜100質量%含有せしめることがより好ましい。含有量が上記範囲であれば、複合材料の吸収機能性を有効に発揮させることができる。具体的に、そのようにして調製された吸水用組成物の吸収機能性は、例えば、上記に説明したJIS K 7223に準拠した吸水量試験により、評価することができる。 The composite material according to the present invention may be used alone or in combination with other materials as described above as a water-absorbing composition intended to exhibit water-absorbing functionality. In this case, the composite material is preferably contained in the water-absorbing composition in an amount of 1 to 100% by mass, more preferably 10 to 100% by mass. When the content is in the above range, the absorption functionality of the composite material can be effectively exhibited. Specifically, the absorption functionality of the water absorption composition thus prepared can be evaluated, for example, by a water absorption test based on JIS K 7223 described above.

本発明による複合材料は、紙オムツ、生理用品、軽失禁パッド、創傷被覆材、食品鮮度保持材、医療器具用、土木用土質改良剤、人工雪、種子コーティング剤、植物栽培用保水剤など、様々な吸水機能製品の構成材として、好適に用いられる。 The composite material according to the present invention includes paper diapers, sanitary napkins, light incontinence pads, wound dressings, food freshness preservatives, medical equipment, soil conditioners for civil engineering, artificial snow, seed coating agents, water retention agents for plant cultivation, etc. It is suitably used as a constituent material for various water-absorbing functional products.

以下に実施例を挙げて本発明の詳細を説明するが、本発明の技術的範囲は以下の実施例に限定されるものではない。なお、以下、単に%と記載した場合は、質量%を意味する。 The details of the present invention will be described below with reference to examples, but the technical scope of the present invention is not limited to the following examples. In the following, when simply described as%, it means mass%.

[試験例1](層状ケイ酸塩の添加量による比較)
500mLガラストールビーカーにカルボキシメチル化澱粉(カルボキシメチル基置換度 0.4)16g(乾燥重量)を量り取り、蒸留水を添加して10%糊液を160g調製した。糊液に10%水酸化ナトリウム水溶液39.5gを加え、ホモジナイザー(日音医理科器械製作所製 ヒスコトロンNS−50S)を用いて20,000rpmにて1分間撹拌した。
[Test Example 1] (Comparison by the amount of layered silicate added)
16 g (dry weight) of carboxymethylated starch (carboxymethyl group substitution degree 0.4) was weighed in a 500 mL glass tall beaker, and distilled water was added to prepare 160 g of a 10% paste solution. 39.5 g of a 10% aqueous sodium hydroxide solution was added to the paste solution, and the mixture was stirred with a homogenizer (Hiscotron NS-50S manufactured by Nichion Medical Science Instruments Mfg. Co., Ltd.) at 20,000 rpm for 1 minute.

層状ケイ酸塩(SIGMA−ALDRICH社)を、表1に示した各割合(澱粉の乾燥重量100質量部に対して添加した層状ケイ酸塩の質量の割合として、無添加、対澱粉1%、3%、5%、10%、20%、30%)で加え、上記と同様のホモジナイズ処理にて1分間撹拌することで、層状ケイ酸塩を分散させた。その後、エピクロロヒドリンを、澱粉の乾燥重量100質量部に対して添加したエピクロロヒドリンの質量の割合として、対澱粉30%加え、更に総量400gとなるまで蒸留水を加えて、上記と同様のホモジナイズ処理にて1分間撹拌したうえ、32℃の水浴中にて24時間静置することで架橋処理を施した。架橋処理後、得られたゲルを2,000mLステンレスビーカーに移し入れ、エタノールを1,600mL加え、白濁するまで撹拌棒にて撹拌し、酢酸を用いてpH7.5程度に調整した。溶液を静置し、デカンテーションした後、沈殿に再度エタノールを800mL加え、ホモジナイザーを用いて、1分程度撹拌して沈殿を粉砕した。粉砕した沈殿を吸引濾過し、得られた沈殿を500mLガラスビーカーに移して、真空乾燥機にて40℃で一晩乾燥した。乾燥後、得られた粉体を篩にかけ、16meshの網目をパスし、60meshの網目にオンするものを採取して、吸水材1〜7を得た。 Layered silicate (SIGMA-ALDRICH) was added to each ratio shown in Table 1 (as the ratio of the mass of the layered silicate added to 100 parts by mass of the dry weight of starch, no addition, 1% to starch, 3%, 5%, 10%, 20%, 30%) was added, and the layered silicate was dispersed by stirring for 1 minute in the same homogenization treatment as described above. Then, epichlorohydrin was added as a ratio of the mass of the added epichlorohydrin to 100 parts by mass of the dry weight of the starch to 30% of the starch, and distilled water was further added until the total amount reached 400 g. After stirring for 1 minute in the same homogenization treatment, the cross-linking treatment was performed by allowing the mixture to stand in a water bath at 32 ° C. for 24 hours. After the cross-linking treatment, the obtained gel was transferred to a 2,000 mL stainless steel beaker, 1,600 mL of ethanol was added, and the mixture was stirred with a stirring rod until it became cloudy, and the pH was adjusted to about 7.5 with acetic acid. After allowing the solution to stand and decanting, 800 mL of ethanol was added to the precipitate again, and the precipitate was pulverized by stirring for about 1 minute using a homogenizer. The pulverized precipitate was suction filtered, and the obtained precipitate was transferred to a 500 mL glass beaker and dried in a vacuum dryer at 40 ° C. overnight. After drying, the obtained powder was sieved, passed through a mesh of 16 mesh, and those that turned on the mesh of 60 mesh were collected to obtain water absorbing materials 1 to 7.

なお、本試験例に用いた層状ケイ酸塩の水への分散時間を以下に記載した測定試験によって測定したところ、14秒で水中に分散し、水表面に層状ケイ酸塩の浮遊がない状態になった。 When the dispersion time of the layered silicate used in this test example in water was measured by the measurement test described below, it was dispersed in water in 14 seconds, and the layered silicate was not suspended on the water surface. Became.

<層状ケイ酸塩の分散時間の測定試験>
下記の条件(A)において水中に分散するのに要する時間を測定する。
条件(A):200mL容ビーカーに25℃の水100mLを入れて、更に撹拌子(幅5mm×高さ5mm×全長45mm)を入れ、これを300rpmで撹拌させて、層状ケイ酸塩5.0gを添加する。
<Measurement test of dispersion time of layered silicate>
The time required for dispersion in water is measured under the following condition (A).
Condition (A): 100 mL of water at 25 ° C. is put in a 200 mL beaker, a stirrer (width 5 mm × height 5 mm × total length 45 mm) is further put, and this is stirred at 300 rpm, and 5.0 g of layered silicate is added. Is added.

得られた吸水材1〜7について、以下に記載した吸水量試験を行った。 The water absorption materials 1 to 7 obtained were subjected to the water absorption test described below.

<吸水量試験>
JIS K 7223に準拠し、試験を実施した。目開き57μmのナイロン製布で作製した5×10cmの大きさのティーバックに吸水材0.3g程度(サンプル重量:h)を量り取り、封をした後、重量を計測した(浸漬前重量:i)。1,000mLの生理食塩水(0.9質量%塩化ナトリウム水溶液)中に60分間浸漬した後、垂直に吊り下げて15分間水切りを実施した。水切り後の重量(浸漬後重量:j)を測定し、下記式により、吸水倍率を算出した。
<Water absorption test>
The test was conducted in accordance with JIS K 7223. About 0.3 g of water absorbing material (sample weight: h) was weighed on a 5 x 10 cm size tea bag made of nylon cloth with an opening of 57 μm, sealed, and then weighed (weight before immersion:). i). After immersing in 1,000 mL of physiological saline (0.9 mass% sodium chloride aqueous solution) for 60 minutes, the mixture was vertically suspended and drained for 15 minutes. The weight after draining (weight after immersion: j) was measured, and the water absorption ratio was calculated by the following formula.

吸水倍率=(j−i)/h Water absorption ratio = (j-i) / h

また、得られた吸水材1〜7について、以下に記載した基準で調製時の作業性を評価した。 In addition, the workability of the obtained water absorbing materials 1 to 7 at the time of preparation was evaluated according to the criteria described below.

<作業性評価>
吸水材の調製時の脱水工程におけるハンドリング性を考慮し、各種吸水材調製時の脱水作業の作業性を1〜6点の6段階で評価した。具体的には、架橋処理後のエタノールによる脱水工程において、粉末化し易いほど評価点が高く、餅状になって粉末化し難いほど評価点が低いものとし、その作業性に関して複数のパネラーの評価を集約した。
<Workability evaluation>
Considering the handleability in the dehydration step at the time of preparing the water-absorbent material, the workability of the dehydration work at the time of preparing various water-absorbent materials was evaluated on a 6-point scale of 1 to 6. Specifically, in the dehydration step with ethanol after the cross-linking treatment, the easier it is to powder, the higher the evaluation score, and the more difficult it becomes to form a rice cake, the lower the evaluation score. Aggregated.

表1に、吸水量試験及び作業性評価の結果を示す。 Table 1 shows the results of the water absorption test and workability evaluation.

Figure 0006893739
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表1に示されたとおり、層状ケイ酸塩無添加の吸水材1に比べ、層状ケイ酸塩を分散させた吸水材2〜7は、いずれも吸水性能の点で優れたものであった。特に澱粉の乾燥重量に対し3〜10質量%の層状ケイ酸塩を分散させた吸水材3〜5は顕著な吸水性能を示した。また、澱粉の乾燥重量に対し5〜30質量%の層状ケイ酸塩を分散させた吸水材4〜7は脱水作業性が良好であった。 As shown in Table 1, all of the water-absorbing materials 2 to 7 in which the layered silicate was dispersed were superior in terms of water-absorbing performance as compared with the water-absorbing material 1 to which the layered silicate was not added. In particular, the water-absorbing materials 3 to 5 in which 3 to 10% by mass of layered silicate was dispersed with respect to the dry weight of starch showed remarkable water-absorbing performance. Further, the water absorbing materials 4 to 7 in which 5 to 30% by mass of the layered silicate was dispersed with respect to the dry weight of the starch had good dehydration workability.

[試験例2](原料バイオマス素材の種類による比較)
カルボキシメチル化澱粉に替えてヒドロキシプロピル化酸化澱粉(EIAMHENG社製 EXTRAFIL802)あるいはカルボキシメチルセルロース(CMC)(第一工業製薬社製 セロゲンF−SA)を用いた以外は試験例1の吸水材5と同様に操作し、吸水材8〜9を得た。
[Test Example 2] (Comparison by type of raw material biomass material)
Same as the water absorbing material 5 of Test Example 1 except that hydroxypropylated oxidized starch (EXTRAFIL802 manufactured by EIAMHENG) or carboxymethyl cellulose (CMC) (cellogen F-SA manufactured by Dai-ichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd.) was used instead of carboxymethylated starch. The water absorbing materials 8 to 9 were obtained.

得られた吸水材8〜9について、試験例1と同様にして、吸水量試験及び作業性評価を行った。表2にその結果を示す。 The obtained water absorbing materials 8 to 9 were subjected to a water absorption test and workability evaluation in the same manner as in Test Example 1. The results are shown in Table 2.

Figure 0006893739
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表2に示されたとおり、カルボキシメチル化澱粉に替えてヒドロキシプロピル化酸化澱粉を用いた吸水材8は、カルボキシメチル化澱粉を用いた吸水材5に比べ吸水倍率において大きく劣るものであった。また、カルボキシメチルセルロース(CMC)を用いた吸水材9は、架橋後のエタノールによる脱水時にパルプ状に変化し、十分に粉砕できず吸水材の調製自体が不可能であった。 As shown in Table 2, the water-absorbing material 8 using hydroxypropylated oxidized starch instead of carboxymethylated starch was significantly inferior in water absorption ratio to the water-absorbing material 5 using carboxymethylated starch. Further, the water-absorbing material 9 using carboxymethyl cellulose (CMC) changed to pulp when dehydrated with ethanol after cross-linking, and could not be sufficiently pulverized, making it impossible to prepare the water-absorbing material itself.

[試験例3](架橋の有無の比較)
エピクロロヒドリンによるカルボキシメチル化澱粉の架橋処理を行わない以外は試験例1の吸水材5と同様に操作し、吸水材10を得た。
[Test Example 3] (Comparison of presence / absence of cross-linking)
A water absorbing material 10 was obtained by operating in the same manner as the water absorbing material 5 of Test Example 1 except that the carboxymethylated starch was not crosslinked with epichlorohydrin.

得られた吸水材10について、試験例1と同様にして、吸水量試験及び作業性評価を行った。表3にその結果を示す。 The obtained water absorbing material 10 was subjected to a water absorption test and workability evaluation in the same manner as in Test Example 1. The results are shown in Table 3.

Figure 0006893739
Figure 0006893739

表3に示されたとおり、架橋処理を施さなかった吸水材10は、架橋処理を施した吸水材5とほぼ同等の吸水性能を示した。ただし、吸水材10は吸水材5と比べそのゲル強度が著しく低いものであったため、吸水材としての実用性を考慮すると、架橋処理を施した吸水材5の方が好ましいものであった。 As shown in Table 3, the water-absorbing material 10 which was not subjected to the cross-linking treatment showed substantially the same water-absorbing performance as the water-absorbing material 5 which was subjected to the cross-linking treatment. However, since the water absorbing material 10 had a significantly lower gel strength than the water absorbing material 5, the water absorbing material 5 subjected to the cross-linking treatment was preferable in consideration of its practicality as a water absorbing material.

[試験例4](分散時間の異なる層状ケイ酸塩の比較)
水への分散性の異なる各種層状ケイ酸塩(SIGMA−ALDRICH社)を用いた以外は試験例1の吸水材5と同様に操作し、吸水材11〜13を得た。なお、上記条件(A)において測定される各層状ケイ酸塩の水への分散時間は表4に示したとおりであった。
[Test Example 4] (Comparison of layered silicates having different dispersion times)
The same procedure as for the water absorbing material 5 of Test Example 1 was carried out except that various layered silicates (SIGMA-ALDRICH) having different dispersibility in water were used to obtain water absorbing materials 11 to 13. The dispersion time of each layered silicate in water measured under the above condition (A) was as shown in Table 4.

得られた吸水材11〜13について、試験例1と同様にして、吸水量試験及び作業性評価を行った。表4にその結果を示す。 The obtained water absorbing materials 11 to 13 were subjected to a water absorption test and workability evaluation in the same manner as in Test Example 1. The results are shown in Table 4.

Figure 0006893739
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表4に示されたとおり、水中に分散するのに要する時間が900秒以内である層状ケイ酸塩を用いた吸水材5、11、及び12は、特に吸水性能に優れており、調製時の脱水工程における作業性も良好であった。一方、吸水材13に用いた層状ケイ酸塩は、900秒間攪拌後にも、水面に浮かんでおり、完全分散することがなく、それを用いて得られた吸水材13の吸水性能や調製時の脱水工程における作業性は、吸水材5、11、及び12に比べて劣っていた。 As shown in Table 4, the water-absorbing materials 5, 11 and 12 using the layered silicate, which take less than 900 seconds to disperse in water, are particularly excellent in water-absorbing performance, and are particularly excellent in water-absorbing performance at the time of preparation. The workability in the dehydration process was also good. On the other hand, the layered silicate used for the water absorbing material 13 floats on the water surface even after stirring for 900 seconds and does not completely disperse. The workability in the dehydration step was inferior to that of the water absorbing materials 5, 11 and 12.

[試験例5](カルボキシメチル基置換度による比較)
表5に示した種々のカルボキシメチル基置換度のカルボキシメチル化澱粉を用いた以外は試験例1の吸水材5と同様に操作し、吸水材14〜18を得た。
[Test Example 5] (Comparison by degree of carboxymethyl group substitution)
The same procedure as for the water absorbing material 5 of Test Example 1 was carried out except that the carboxymethylated starch having various degrees of carboxymethyl group substitution shown in Table 5 was used to obtain water absorbing materials 14 to 18.

得られた吸水材14〜18について、試験例1と同様にして、吸水量試験及び作業性評価を行った。表5にその結果を示す。 The obtained water absorbing materials 14 to 18 were subjected to a water absorption test and workability evaluation in the same manner as in Test Example 1. The results are shown in Table 5.

Figure 0006893739
Figure 0006893739

表5に示されたとおり、置換度0.2〜0.8のカルボキシメチル化澱粉を用いた吸水材16、5、及び17は、特に吸水性能に優れていた。 As shown in Table 5, the water-absorbing materials 16, 5, and 17 using the carboxymethylated starch having a degree of substitution of 0.2 to 0.8 were particularly excellent in water absorption performance.

[試験例6](ホモジナイズ条件による比較)
カルボキシメチル化澱粉の糊液に水酸化ナトリウム水溶液を添加した後のホモジナイザーによる撹拌処理を2分間としたこと、層状ケイ酸塩を蒸留水100gと共にホモジナイザーで予め1分間撹拌することで調製した層状ケイ酸塩分散液を用いたこと、カルボキシメチル化澱粉糊液に層状ケイ酸塩を添加した後のホモジナイザーによる撹拌処理を2分間としたこと、及び、その後更にホモミクサー(プライミクス社製 T.K.HOMOMIXER MARK II)を用いて20,000rpmにて2分間撹拌したこと、以外は試験例1の吸水材5及び吸水材7と同様に操作し、それぞれ吸水材19及び吸水材20を得た。
[Test Example 6] (Comparison based on homogenization conditions)
Layered Kay prepared by adding an aqueous sodium hydroxide solution to the paste of carboxymethylated starch and then stirring with a homogenizer for 2 minutes, and stirring the layered silicate with 100 g of distilled water in advance with a homogenizer for 1 minute. The acid salt dispersion was used, the stirring treatment with a homogenizer after adding the layered silicate to the carboxymethylated starch paste was set for 2 minutes, and then a homomixer (TK HOMOXER manufactured by Primix) was further used. The operation was carried out in the same manner as in the water absorbing material 5 and the water absorbing material 7 of Test Example 1 except that the mixture was stirred at 20,000 rpm for 2 minutes using MARK II) to obtain the water absorbing material 19 and the water absorbing material 20, respectively.

各吸水材における層状ケイ酸塩の分散状態を確認するため、走査型電子顕微鏡で観察した(図1〜図4)。また、用いた層状ケイ酸塩及び試験例1の層状ケイ酸塩未添加の吸水材(吸水材1)も同様に走査型電子顕微鏡で観察した(図5及び図6)。 In order to confirm the dispersed state of the layered silicate in each water absorbing material, it was observed with a scanning electron microscope (FIGS. 1 to 4). Further, the layered silicate used and the water-absorbing material (water-absorbing material 1) to which the layered silicate of Test Example 1 was not added were also observed with a scanning electron microscope (FIGS. 5 and 6).

吸水材19〜20について、実施例1と同様に吸水量試験および作業性評価を行った結果を表6に示した。 Table 6 shows the results of the water absorption test and workability evaluation of the water absorbing materials 19 to 20 in the same manner as in Example 1.

Figure 0006893739
Figure 0006893739

その結果、図1及び図3にみられるように、吸水材5及び吸水材7では、図5にみられるような層状ケイ酸塩の層状の構造を備えた凝集物が、残存し、観察された。このことにより、カルボキシメチル化澱粉のマトリックスに層状ケイ酸塩が層状構造を保ったマイクロスケールで存在しており、マイクロスケール凝集物の形状で分散していることが確認された。一方、図2及び図4にみられるように、より強力な条件でホモジナイズ処理を行った吸水材19及び吸水材20では、図5にみられるような層状ケイ酸塩の層状の構造を備えた凝集物が観察されなかった。このことにより、層状ケイ酸塩の層状構造が剥離して、より微細なナノスケールでカルボキシメチル化澱粉に分散しているものと考えられた。 As a result, as seen in FIGS. 1 and 3, in the water absorbing material 5 and the water absorbing material 7, agglomerates having a layered structure of the layered silicate as seen in FIG. 5 remain and are observed. It was. From this, it was confirmed that the layered silicate was present in the matrix of the carboxymethylated starch on a microscale maintaining the layered structure and dispersed in the form of microscale aggregates. On the other hand, as seen in FIGS. 2 and 4, the water-absorbing material 19 and the water-absorbing material 20 subjected to the homogenization treatment under stronger conditions provided a layered structure of the layered silicate as shown in FIG. No aggregates were observed. As a result, it was considered that the layered structure of the layered silicate was exfoliated and dispersed in the carboxymethylated starch on a finer nanoscale.

また、表6に示されたとおり、ナノスケールで層状ケイ酸塩が分散した吸水材19及び20は、マイクロスケールで層状ケイ酸塩が分散した吸水材5及び7に比べ吸水性能が劣るものであった。 Further, as shown in Table 6, the water-absorbing materials 19 and 20 in which the layered silicates are dispersed on the nanoscale are inferior in water absorption performance to the water-absorbing materials 5 and 7 in which the layered silicates are dispersed on the microscale. there were.

Claims (12)

カルボキシメチル化澱粉の架橋処理物からなるマトリックスに粘土鉱物からなる層状ケイ酸塩がマイクロスケール凝集物の形状で分散してなる、吸水性を有する複合材料。 A water-absorbent composite material in which layered silicates made of clay minerals are dispersed in the form of microscale aggregates in a matrix made of crosslinked products of carboxymethylated starch. 前記カルボキシメチル化澱粉は、カルボキシメチル基置換度が0.1〜1.0のものである、請求項1記載の複合材料。 The composite material according to claim 1, wherein the carboxymethylated starch has a degree of carboxymethyl group substitution of 0.1 to 1.0. 前記粘土鉱物からなる層状ケイ酸塩は、下記の条件(A)において水中に分散するのに要する時間が900秒以内のものである、請求項1又は2記載の複合材料。
条件(A):200mL容ビーカーに25℃の水100mLを入れて、更に撹拌子(幅5mm×高さ5mm×全長45mm)を入れ、これを300rpmで撹拌させて、粘土鉱物からなる層状ケイ酸塩5.0gを添加する。
The composite material according to claim 1 or 2, wherein the layered silicate composed of the clay mineral takes less than 900 seconds to disperse in water under the following condition (A).
Condition (A): 100 mL of water at 25 ° C. is placed in a 200 mL beaker, a stirrer (width 5 mm × height 5 mm × total length 45 mm) is further added, and this is stirred at 300 rpm to form a layered silicic acid composed of clay minerals. Add 5.0 g of salt.
前記カルボキシメチル化澱粉の100質量部に対し1〜30質量部の割合で前記粘土鉱物からなる層状ケイ酸塩が分散してなる、請求項1〜のいずれか1項に記載の複合材料。 The composite material according to any one of claims 1 to 3 , wherein the layered silicate composed of the clay mineral is dispersed in a ratio of 1 to 30 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the carboxymethylated starch. 請求項1〜のいずれか1項に記載の複合材料を吸水機能性の有効成分として含む吸水用組成物。 A water-absorbing composition containing the composite material according to any one of claims 1 to 4 as an active ingredient having water-absorbing functionality. 請求項1〜のいずれか1項に記載の複合材料を構成材として含む吸水機能製品。 A water-absorbing functional product containing the composite material according to any one of claims 1 to 4 as a constituent material. カルボキシメチル化澱粉と粘土鉱物からなる層状ケイ酸塩を混合し、前記粘土鉱物からなる層状ケイ酸塩が前記カルボキシメチル化澱粉のマトリックスにマイクロスケール凝集物の形状で分散する程度にホモジナイズ処理して、前記カルボキシメチル化澱粉のマトリックスに前記粘土鉱物からなる層状ケイ酸塩を分散させる工程と、前記カルボキシメチル化澱粉と前記粘土鉱物からなる層状ケイ酸塩とに、更に架橋剤を混合し、架橋処理する工程とを含む、吸水性を有する複合材料の製造方法。 A layered silicate composed of carboxymethylated starch and a clay mineral is mixed and homogenized to the extent that the layered silicate composed of the clay mineral is dispersed in the matrix of the carboxymethylated starch in the form of microscale aggregates. , The step of dispersing the layered silicate composed of the clay mineral in the matrix of the carboxymethylated starch, and the layered silicate composed of the carboxymethylated starch and the clay mineral are further mixed with a cross-linking agent for cross-linking. A method for producing a water-absorbent composite material, which comprises a step of treating. 前記カルボキシメチル化澱粉の100質量部に対し1〜30質量部の割合で前記粘土鉱物からなる層状ケイ酸塩を添加する、請求項に記載の複合材料の製造方法。 The method for producing a composite material according to claim 7 , wherein the layered silicate composed of the clay mineral is added at a ratio of 1 to 30 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the carboxymethylated starch. 前記カルボキシメチル化澱粉は、カルボキシメチル基置換度が0.1〜1.0のものである、請求項7又は8記載の複合材料の製造方法。 The method for producing a composite material according to claim 7 or 8 , wherein the carboxymethylated starch has a carboxymethyl group substitution degree of 0.1 to 1.0. 前記粘土鉱物からなる層状ケイ酸塩は、下記の条件(A)において水中に分散するのに要する時間が900秒以内のものである、請求項のいずれか1項に記載の複合材料の製造方法。
条件(A):200mL容ビーカーに25℃の水100mLを入れて、更に撹拌子(幅5mm×高さ5mm×全長45mm)を入れ、これを300rpmで撹拌させて、粘土鉱物からなる層状ケイ酸塩5.0gを添加する。
The composite material according to any one of claims 7 to 9 , wherein the layered silicate composed of the clay mineral takes less than 900 seconds to disperse in water under the following condition (A). Manufacturing method.
Condition (A): 100 mL of water at 25 ° C. is placed in a 200 mL beaker, a stirrer (width 5 mm × height 5 mm × total length 45 mm) is further added, and this is stirred at 300 rpm to form a layered silicic acid composed of clay minerals. Add 5.0 g of salt.
請求項10のいずれか1項に記載の製造方法で得られた複合材料を吸水機能性の有効成分として含有せしめる、吸水用組成物の製造方法。 A method for producing a water-absorbing composition, wherein the composite material obtained by the production method according to any one of claims 7 to 10 is contained as an active ingredient of water-absorbing functionality. 請求項10のいずれか1項に記載の製造方法で得られた複合材料を構成材として用いる吸水機能製品の製造方法。

A method for producing a water-absorbing functional product, which uses the composite material obtained by the production method according to any one of claims 7 to 10 as a constituent material.

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