JP7591925B2 - 複合吸収体及び高分子吸収剤 - Google Patents
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Description
なお、本明細書においては、特に断りのない限り、「展開状態で水平面上に置いた対象物(例えば、複合吸収体等)を、垂直方向の上方側から対象物の厚さ方向に見ること」を、単に「平面視」という。
図1は、本発明の一実施形態である複合吸収体1の分解斜視図である。
図1に示す複合吸収体1は、平面視にて略矩形状の外形形状を有しており、厚さ方向において、複合吸収体1の一方側の表面を形成する第1の保持シート2と、複合吸収体1の他方側の表面を形成する第2の保持シート3と、これらのシートの間に位置し且つ高分子吸収剤4を含む吸液性部材とを、備えている。
さらに、上述の高分子吸収剤4は、液体を吸収する際に、液体を連続骨格に取り込んだ後に連続空孔に取り込むという特有の吸液挙動を示す。
したがって、このような高分子吸収剤4を含む複合吸収体1は、吸収体として高い吸収性能を発揮することができる。
図1に示す複合吸収体1において、当該複合吸収体1の一方側の表面を形成する第1の保持シート2は、平面視にて複合吸収体1の外形形状と同様の略矩形状の外形形状を有している。かかる第1の保持シート2は、複合吸収体1に供給された液体を透過させて、内側の吸液性部材に吸収・保持させることができる、液透過性のシート状部材によって形成されている。
繊維シートの構成繊維に用い得るセルロース系繊維としては、例えば、天然セルロース繊維(例えば、コットン等の植物繊維など)や再生セルロース繊維、精製セルロース繊維、半合成セルロース繊維などが挙げられる。また、繊維シートの構成繊維に用い得る熱可塑性樹脂繊維としては、例えば、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)等のオレフィン系樹脂、ポリエチレンテレフタレート(PET)等のポリエステル系樹脂、6-ナイロン等のポリアミド系樹脂などの公知の熱可塑性樹脂からなる繊維が挙げられる。これらの樹脂は単独で用いても、二種類以上の樹脂を併用してもよい。
図1に示す複合吸収体1において、吸液性部材は、上述のとおり第1の保持シート2と第2の保持シート3の間に位置する、親水性の連続骨格及び連続空孔を備えた高分子吸収剤4によって、第1の保持シート2を透過してきた液体を吸収・保持し得るように構成されている。
例えば、図2に示す本発明の別の実施形態の複合吸収体1’では、第1の保持シート2と第2の保持シート3の間に位置する吸液性部材は、親水性の連続骨格及び連続空孔を備え且つ上記特定の粒子径を有する粒子状の高分子吸収剤4のほかに、高吸収性ポリマー5を含んでいる。
本発明においては、複合吸収体は、例えば、図2に示す別の実施形態の複合吸収体1’のように、第1の保持シート2と吸液性部材(すなわち、高分子吸収剤4及び高吸収性ポリマー5)との間に、親水性繊維シート6を有していてもよい。
さらに、親水性繊維シートの構成繊維に用い得るセルロース系繊維としては、例えば、天然セルロース繊維(例えば、コットン等の植物繊維など)や再生セルロース繊維、精製セルロース繊維、半合成セルロース繊維などが挙げられる。また、親水性繊維シートの構成繊維に用い得る熱可塑性樹脂繊維としては、例えば、PE、PP等のオレフィン系樹脂、PET等のポリエステル系樹脂、6-ナイロン等のポリアミド系樹脂などの公知の熱可塑性樹脂からなる繊維が挙げられる。これらの樹脂は単独で用いても、二種類以上の樹脂を併用してもよい。
本発明において高分子吸収剤は、親水性の連続骨格及び連続空孔を備え、液体を吸収する際に、液体を上述の連続骨格に取り込んだ後に連続空孔に取り込むという特有の吸液挙動を示すものであれば特に限定されない。そのような高分子吸収剤としては、例えば、少なくとも(メタ)アクリル酸エステルを含む2個以上のモノマーの架橋重合体の加水分解物であり、官能基に少なくとも1個以上の親水基を有する高分子化合物が挙げられる。より具体的には、(メタ)アクリル酸エステルと、一分子中に2個以上のビニル基を含有する化合物の架橋重合体の加水分解物であり、少なくとも-COONa基を有する高分子化合物が挙げられる。かかる高分子吸収剤は、一分子中に少なくとも1個以上の-COONa基を有する有機多孔質体であり、さらに、-COOH基を有していてもよい。多孔質体の骨格中には、-COONa基が略均一に分布している。
なお、加水分解処理は、架橋重合体の-COOR基(すなわち、カルボン酸エステル基)を-COONa基又は-COOH基にするものであるため(図2を参照)、高分子吸収剤は-COOR基を有していてもよい。
但し、高分子吸収剤がモノリス状の吸収剤であると、液体を素早く吸収することができる上、当該高分子吸収剤に一時的に保持した液体をより着実にSAPへ受け渡すことができるという利点がある。
また、「吸収剤A」は、加水分解処理及び乾燥処理がなされた後の(メタ)アクリル酸エステルとジビニルベンゼンとの架橋重合体(モノリスA)の加水分解物である。なお、以下の説明において、吸収剤Aは乾燥状態のものをいう。
吸収剤Aは、上述のとおり親水性の連続骨格と連続空孔を有している。親水性の連続骨格を有する有機ポリマーである吸収剤Aは、図3に示すように、重合モノマーである(メタ)アクリル酸エステルと、架橋モノマーであるジビニルベンゼンとを架橋重合し、得られた架橋重合体(モノリスA)を更に加水分解することにより得られる。
さらに、親水性の連続骨格を形成する有機ポリマー中のエチレン基の重合残基(構成単位X)は、カルボン酸エステル基の加水分解により生成する-COONa基、又は-COOH基と-COONa基の両方の基を有する。なお、重合モノマーが(メタ)アクリル酸エステルである場合、エチレン基の重合残基(構成単位X)は、-COONa基、-COOH基及びエステル基を有する。
なお、親水性の連続骨格を形成する有機ポリマー中のジビニルベンゼンの架橋重合残基の割合が0.1モル%以上であると、吸収剤Aの強度が低下しにくくなり、また、このジビニルベンゼンの架橋重合残基の割合が30モル%以下であると、吸収対象となる液体の吸液量が低下しにくくなる。
これら図4~図8に示す吸収剤Aは、メタクリル酸ブチルを重合モノマーとし、ジビニルベンゼンを架橋モノマーとする吸収剤の一例であり、それぞれ2mm角の立方体の構造を有している。
なお、このようなマクロポア同士の重なりは、1個のマクロポアで1~12個程度、多くのものは3~10個程度である。
吸収剤の吸液速度は、無加圧DW(Demand Wettability)法によって測定する。図12は、無加圧DW法で用いられる測定装置を示した模式図である。このような測定装置としてDW装置(DemandWettability装置、大洋クリエイト株式会社製)11を使用する。図示されるように、DW装置11は、ビュレット12(目盛容量50ml、長さ86cm、内径1.05cm)と、ゴム栓13と、空気流入細管(先端内径3mm)14と、コック15と、コック16と、測定台17と、液出口(内径3mm)18と、円筒19と、試験液20と、を備える。ビュレット12から測定台17までには、導管(内径7mm)が取り付けられている。試験液として、0.9%塩化ナトリウム水溶液を使用する。測定は、25℃×50%湿度RH雰囲気内(恒温恒湿室内)で実施する。
(1)DW装置11の両方のコック15、16を閉じた状態で、試験液20を0点(ビュレット12目盛の一番上(0mlライン))以上に入れビュレット12上部にゴム栓13をし、密閉する。
(2)測定台17の液出口18に濾紙を置いた後、両方のコック15、16を開け、濾紙で液出口18から出る液を吸い取りながら、液面を0点に合わせる。調整後、コック15、16を閉じる。
(3)測定台17上に、液出口18が中心になるように木材パルプ100%のティッシュ(目付15±1gsm、不織布厚み計で測定圧3g/cm2時の厚みが0.1±0.02mm)を載せる。
(4)ティッシュの中心部に直径30mmの円筒19を載せ、その中に、液出口18を中心に試験対象物(高分子吸収剤)を置く。試験対象物は、円筒19に入れられ、その周りが当該円筒19により拘束される。
(5)コック15、16を開き、試験対象物が試験液20を吸収し始め、空気流入細管14から導入された一つ目の泡がビュレット12内の試験液20の水面に到達した時点(ビュレット12内の試験液20の水面が下がった時点)を測定開始時間とする。
(6)継続的に、ビュレット12内の試験液20の減少量(試験対象物が吸収した試験液20の量)M(ml)を読み取る。
(7)吸液開始から所定時間経過後(本実施の形態では、30秒経過後)における試験対象物の吸収量を、DW法による吸収量(ml/g)=M(ml)/(試験対象物(高分子吸収剤)の重量(g))により求める。
ここで、吸収剤Aの連続骨格内に吸収された液体量と、連続空孔内に吸収された液体量は、吸収剤Aが吸収した全液体量のうち、遠心処理(150G/90秒間)にて吸収剤Aから放出された液体量(離液量)が連続空孔内に吸収された液体量となり、その他の液体量(すなわち、遠心処理にて吸収剤Aから離液しなかった液体量)が連続骨格内に吸収された液体量となる。
まず、水銀圧入法によって得られた吸収剤Aの比表面積は400m2/gであり、細孔容積は15.5mL/gである。この細孔容積15.5mL/gは、1gの吸収剤Aの中にある細孔の容積が15.5mLであることを意味する。
吸収剤Aの比重を仮に1g/mLと仮定すると、1gの吸収剤Aの中で細孔が占める体積、すなわち細孔容積は15.5mLとなり、1gの吸収剤Aの体積は1mLとなる。
そうすると、1gの吸収剤Aの全容積(体積)は、15.5+1(mL)となり、そのうちの細孔容積の比率が空隙率となるため、吸収剤Aの空隙率は、15.5/(15.5+1)×100≒94%となる。
さらに、この高分子吸収剤は、上述のとおり、液体を吸収する際に、液体を親水性の連続骨格に取り込んだ後に連続空孔に取り込むという特有の吸液挙動を示すものであるので、多量の液体を瞬時に吸収することができ、さらにその吸収した液体(主に連続空孔に吸収された液体)を保水能力の高いSAPへ受け渡して、SAP内で着実に保持することができる。したがって、このような高分子吸収剤を適用した複合吸収体は、吸収体として高い吸収性能を発揮することができる。
(1)測定用の試料(高分子吸収剤)1gを10cm四方に切断したメッシュ袋((株)NBCメッシュテック製、N-NО255HD 115(規格巾:115cm、255メッシュ/2.54cm、オープニング:57μm、線径:43μm、厚さ:75μm))に封入する。なお、メッシュ袋は、予め質量(g)を測定しておく。また、本測定方法は、温度25℃、湿度60%の条件下で行う。さらに、測定用の試料(高分子吸収剤)を衛生用品の製品から回収して用いる場合は、後述する<測定用の試料(高分子吸収剤)の回収方法>に従って得ることができる。
(2)試料を封入したメッシュ袋を0.9%塩化ナトリウム水溶液に1時間浸漬する。
(3)メッシュ袋を5分間吊るして液切りした後の質量(g)を測定する。
(4)上記(3)で測定した水切り後のメッシュ袋の質量から試料の質量(=1g)及びメッシュ袋の合計質量を差し引くことにより試料の吸液量(g)を算出し、さらにこの吸液量を試料の質量(=1g)で除することにより試料(高分子吸収剤)の単位質量当たりの吸液量(g/g)を得る。
(1)複合吸収体の製品から保持シート等を剥がして、吸液性部材を露出させる。
(2)露出させた吸液性部材から測定対象物(高分子吸収剤)を落下させ、(粒子状の)測定対象物以外のもの(例えば、パルプや合成樹脂繊維等)を、ピンセット等を用いて取り除く。
(3)拡大観察手段として顕微鏡又は簡易ルーペを使用し、SAPとの違いを認識できる倍率又は多孔質体の空孔を視認できる倍率で観察しながら、ピンセット等を用いて測定対象物を回収する。なお、簡易ルーペの倍率は、多孔質体の空孔を視認できる倍率であれば特に限定されず、例えば25倍~50倍の倍率が挙げられる。
(4)このようにして回収した測定対象物を各種測定方法における測定用の試料とする。
上述の吸収剤Aは、図3に示すように、架橋重合工程と加水分解工程を経ることにより得ることができる。以下、これらの各工程について説明する。
まず、架橋重合用の油溶性モノマーと、架橋性モノマーと、界面活性剤と、水と、必要に応じて重合開始剤とを混合し、油中水滴型エマルションを得る。この油中水滴型エマルションは、油相が連続相となって、その中に水滴が分散したエマルションである。
次に、メタクリル酸t-ブチル/ジビニルベンゼン/SMO/2,2’-アゾビス(イソブチロニトリル)の混合物を180gの純水に添加し、遊星式撹拌装置である真空撹拌脱泡ミキサー(イーエムイー社製)を用いて減圧下で撹拌し、油中水滴型エマルションを得る。
続いて、モノリスA(架橋重合体)を加水分解して、吸収剤Aを得る工程(加水分解工程)について説明する。
なお、(メタ)アクリル酸のC4のアルキルエステルとしては、(メタ)アクリル酸t-ブチルエステル、(メタ)アクリル酸n-ブチルエステル、(メタ)アクリル酸iso-ブチルエステルが挙げられる。
後者の場合、他のモノマーとしては、特に限定されないが、例えばスチレン、α―メチルスチレン、ビニルトルエン、ビニルベンジルクロライド、(メタ)アクリル酸グリシジル、(メタ)アクリル酸2エチルヘキシル、イソブテン、ブタジエン、イソブレン、クロロプレン、塩化ビニル、臭化ビニル、塩化ビニリデン、テトラフルオロエチレン、(メタ)アクリロニトリル、酢酸ビニル、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トリ(メタ)アクリレートなどが挙げられる。
なお、架橋重合に用いる全モノマー中の、(メタ)アクリル酸エステル及びジビニルベンゼン以外の他のモノマーの割合は、0~80モル%が好ましく、0~50モル%がより好ましい。
(a)細孔分布について
上記の製造方法で製造された本発明の高分子吸収剤を実施例1~5の試料とし、Infinity粒子体を比較例1~2の試料として準備した。ただし、実施例1~5の試料は、製造方法における油中水滴型エマルションを形成させるときの、界面活性剤/モノマー比(wt%)及び攪拌時間(分)を変化させた。また、Infinity粒子体とは、P&G社製の吸収剤であり、高分子吸収剤と似た構造(発泡構造)を有しているものの、高分子吸収剤とは異なり、吸液して膨張する機能は有していない。
(b)嵩密度と吸液速度との関係について
上記実施例の試料に関し、エタノール浸漬及び乾燥の条件を変更することにより、種々の嵩密度を有する試料を準備した。具体的には、乾燥した高分子吸収体を40%エタノール水溶液に充分浸漬したのち、上澄み液の除去、エタノール添加を繰り返すことで所定濃度のエタノール水溶液に調整、充分浸漬後、湿潤状態の高分子吸収体をろ過し、50℃一晩減圧乾燥することで嵩密度の異なる高分子吸収体を得た。
(a)細孔分布について
水銀圧入法で、各試料について、累積(積算)細孔容積分布(細孔半径と累積細孔容積との関係)やlog微分細孔容積分布(細孔半径とlog微分細孔容積との関係)を求め、全細孔容積(mL/g)、平均細孔半径(μm)、最大細孔半径(μm)、所定の細孔半径以上(以下)の細孔の細孔容積(の割合)、及び細孔容積変動係数などを算出した。
(b)嵩密度と吸液速度との関係について
吸液速度(DW)の測定で、各試料の嵩密度と吸液速度(DW)との関係を調べた。
(a)細孔分布について
測定結果を図9及び図10に、それらをまとめた内容を表1に示す。ただし、図9は、得られた累積(積算)細孔容積分布、すなわち細孔半径(横軸)と累積細孔容積(縦軸)との関係を示し、図10は、得られたlog微分細孔容積分布、すなわち細孔半径(横軸)とlog微分細孔容積(縦軸)との関係を示している。なお、図9及び図10において、実施例1は破線(太線)であり、実施例2は一点鎖線(細線)であり、実施例3は破線(細線)であり、実施例4は点線であり、実施例5は実線(細線)であり、比較例1は実線(太線)であり、比較例2は一点鎖線(太線)である
細孔半径が1μm以上の細孔による細孔容積の割合は、全細孔の細孔容積の90%以上であった。細孔半径が0.005μm以下の細孔による細孔容積の割合は、全細孔の細孔容積の10%未満であった。細孔容積の最大値での細孔半径は、500μm以下であった。細孔半径が1μm以上の細孔における、細孔分布の変動係数は1.4以下である場合があった(実施例3)。細孔半径が1μm以上の細孔において、細孔分布の変動係数は1.4超である場合があった(実施例4、5)。細孔分布を示す曲線における細孔容積の極大値に対応する細孔半径に対して、細孔半径が小さい側の部分よりも細孔半径が大きい側の部分がブロードである場合があった(実施例5)。細孔分布を示す曲線における細孔容積の極大値に対応する細孔半径に対して、細孔半径が大きい側の部分よりも細孔半径が小さい側の部分がブロードである場合があった(実施例4)。細孔分布を示す曲線における細孔容積の極大値は、少なくとも二つ存在する場合があった(実施例1、2)。細孔分布を示す曲線における細孔容積の二つの極大値は、相対的に小さい細孔半径の極大値の方が、相対的に大きい細孔半径の極大値よりも大きい場合があった(実施例2)。細孔分布を示す曲線における細孔容積の二つの極大値は、相対的に小さい細孔半径の極大値の方が、相対的に大きい細孔半径の極大値よりも小さい場合があった(実施例1)。全細孔容積は0.9mL/g以上であった。一方、比較例1,2では、少なくとも、細孔半径が1μm以上の細孔による細孔容積の割合は、全細孔の細孔容積の90%未満であった。
測定結果を図11に示す。図11は、得られた嵩密度(横軸)と吸液速度(縦軸)との関係を示すグラフである。図に示されるように、嵩密度を0.07~0.6g/cm3とすることで、吸液速度(DW)性能を6mL/30sec.以上にできることが確認できた。更に、嵩密度を0.1~0.4g/cm3とすることで、吸水速度(DW)性能を10mL/30sec.以上にできることが確認できた。更に、嵩密度を0.15~0.35g/cm3とすることで、吸液速度(DW)性能を12mL/30sec.以上にできることが確認できた。
2 第1の保持シート
3 第2の保持シート
4 高分子吸収剤
5 高吸収性ポリマー(SAP)
6 親水性繊維シート
Claims (14)
- 液体を吸収するための複合吸収体であって、
親水性の連続骨格及び連続空孔を備えた高分子吸収剤を含み、
前記高分子吸収剤において、細孔半径が1μm以上の細孔による細孔容積の割合は、全細孔の細孔容積の90%以上であり、
前記高分子吸収剤において、細孔容積の最大値での細孔半径は、500μm以下であり、
前記高分子吸収剤において、細孔半径が1μm以上の細孔において、細孔分布の変動係数は1.4超であることを特徴とする、
複合吸収体。 - 前記高分子吸収剤において、細孔半径が0.005μm以下の細孔による細孔容積の割合は、全細孔の細孔容積の10%未満であることを特徴とする、
請求項1に記載の複合吸収体。 - 前記高分子吸収剤において、細孔分布を示す曲線における細孔容積の極大値に対応する細孔半径に対して、細孔半径が小さい側の部分よりも細孔半径が大きい側の部分がブロードであるであることを特徴とする、請求項1又は2に記載の複合吸収体。
- 前記高分子吸収剤において、細孔分布を示す曲線における細孔容積の極大値に対応する細孔半径に対して、細孔半径が大きい側の部分よりも細孔半径が小さい側の部分がブロードであることを特徴とする、請求項1又は2に記載の複合吸収体。
- 液体を吸収するための複合吸収体であって、
親水性の連続骨格及び連続空孔を備えた高分子吸収剤を含み、
前記高分子吸収剤において、細孔半径が1μm以上の細孔による細孔容積の割合は、全細孔の細孔容積の90%以上であり、
前記高分子吸収剤において、細孔容積の最大値での細孔半径は、500μm以下であり、
前記高分子吸収剤において、細孔分布を示す曲線における細孔容積の極大値は、少なくとも二つ存在することを特徴とする、複合吸収体。 - 前記高分子吸収剤において、細孔分布を示す曲線における細孔容積の二つの極大値は、相対的に小さい細孔半径の極大値の方が、相対的に大きい細孔半径の極大値よりも大きいことを特徴とする、請求項5に記載の複合吸収体。
- 前記高分子吸収剤において、細孔分布を示す曲線における細孔容積の二つの極大値は、相対的に小さい細孔半径の極大値の方が、相対的に大きい細孔半径の極大値よりも小さいことを特徴とする、請求項5に記載の複合吸収体。
- 前記高分子吸収剤において、全細孔容積は0.9mL/g以上であることを特徴とする、請求項1~7のいずれか一項に記載の複合吸収体。
- 前記高分子吸収剤において、嵩密度が0.07~0.6g/cm3であることを特徴とする、請求項1~8のいずれか一項に記載の複合吸収体。
- 前記高分子吸収剤は、モノリス状の吸収剤であることを特徴とする、請求項1~9のいずれか一項に記載の複合吸収体。
- 液体を吸収するための複合吸収体であって、
親水性の連続骨格及び連続空孔を備えた高分子吸収剤を含み、
前記高分子吸収剤において、細孔半径が1μm以上の細孔による細孔容積の割合は、全細孔の細孔容積の90%以上であり、
前記高分子吸収剤において、細孔容積の最大値での細孔半径は、500μm以下であり、
前記高分子吸収剤は、(メタ)アクリル酸エステルと、一分子中に2個以上のビニル基を含有する化合物の架橋重合体の加液体成分解物であり、且つ、少なくとも1個以上の-COONa基を含有することを特徴とする、複合吸収体。 - 親水性の連続骨格及び連続空孔を備え、
細孔半径が1μm以上の細孔による細孔容積の割合は、全細孔の細孔容積の90%以上であり、
細孔容積の最大値での細孔半径は、500μm以下であり、
細孔半径が1μm以上の細孔において、細孔分布の変動係数は1.4超であることを特徴とする、
高分子吸収剤。 - 親水性の連続骨格及び連続空孔を備え、
細孔半径が1μm以上の細孔による細孔容積の割合は、全細孔の細孔容積の90%以上であり、
細孔容積の最大値での細孔半径は、500μm以下であり、
細孔分布を示す曲線における細孔容積の極大値は、少なくとも二つ存在することを特徴とする、
高分子吸収剤。 - 親水性の連続骨格及び連続空孔を備え、
細孔半径が1μm以上の細孔による細孔容積の割合は、全細孔の細孔容積の90%以上であり、
細孔容積の最大値での細孔半径は、500μm以下であり、
(メタ)アクリル酸エステルと、一分子中に2個以上のビニル基を含有する化合物の架橋重合体の加液体成分解物であり、且つ、少なくとも1個以上の-COONa基を含有することを特徴とする、
高分子吸収剤。
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