JPS6036516A - 高機能性吸水性樹脂の製造方法 - Google Patents

高機能性吸水性樹脂の製造方法

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JPS6036516A
JPS6036516A JP58146256A JP14625683A JPS6036516A JP S6036516 A JPS6036516 A JP S6036516A JP 58146256 A JP58146256 A JP 58146256A JP 14625683 A JP14625683 A JP 14625683A JP S6036516 A JPS6036516 A JP S6036516A
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resin
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は高機能性吸水性樹脂の製造方法に関し、更に詳
しくは、反応性に富む諸°々の官能基を樹脂表面に効果
的に有する吸水性樹脂の製造方法に関する。
流動性の水性液体の吸収に最近高い吸収能を有する水不
溶性の水膨潤性樹脂、いわゆる高吸水性樹脂(5lip
er absorbent polymer )と称さ
れるものが開発されて来ている。これらの樹脂としては
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、変性セルロースエーテル、アクリル酸(及びその塩
)の重合物及び共重合物;デンプン−アクリル酸ソーダ
グラフト重合体等が提案されている。その形態は、微粒
子状、即ち、粉末乃至はυ状であって、紙おむつ、月経
帯、その他吸収用具のセルロース系吸収構造の中にそれ
らの吸収効率を増大させるために使用されてきた。しか
しながら、これらの樹脂としては単に流動性の水性液体
を吸収するのみにとどまるのであり、新たな工夫即ちこ
の性質に加えて更に新しい機能の付与、例えば樹脂表面
を改質し、樹脂の表面上に何らかの反応の場を設ける試
みはなされていない。従って、これら高吸水性樹脂はそ
の特性を生かした衛生材料(吸水剤)、保水剤及び樹脂
の官能基特性による重金属吸着剤等に利用されているに
すぎない。
又、最近これら公知の吸水性樹脂を改質し広範囲な利用
に供すべく、例えば、種々の反応性に富んだ官能基を有
するモノマーと親水性モノマーとの共重合体が提案され
ている。しかし、重合に際して官能基の失活やゲル化あ
るいは吸収能の低下等を招くという欠点が有る。更に吸
水物性を改良する目的から吸水性樹脂を非イオン性界面
活性剤で処理する例やポリグリシジルエーテルで架橋す
る例が提案されているが、これらは高吸水性樹脂の表面
に反応性に富む官能基を有するまでに到っていない。
又、樹脂表面に官能基を有する樹脂は()PC用ゲルと
して市販されているが、これらはほとんど吸水能力がな
く、その利用範囲は非常に狭いものとなって因る。この
ように高い吸水物性を有し、しかも樹脂表面に官能基を
有する樹脂の出現が待たれていたが、未だかかる高性能
の樹脂は得られていない。本発明の目的とするところは
かかる高性能の位1脂をイ÷ノようとするところにある
本発明者らは上記の如き微粒子状の高吸水性樹脂の新規
な広範囲な利用を可能にすべく鋭意検討し、吸収能の低
下をともなわず微粒子状高吸水性樹脂の表面に反応性に
富む官能基を有する樹脂を得る方法を見い出し、本発明
を完成した0 即ち、本発明は50重量%以下に含水量を肌脱したカル
ボキシル基(又はカルボキシレート基)を有する高吸水
性樹脂紀反応性官能基を有する親水性モノマーを含浸せ
しめ重合することを特徴とする高、象能性吸水性樹脂の
製造方法を提供するものである。
本発明に用いられる高吸水性樹脂としては、通常、自重
の10倍以上から1500倍程度0吸水率をもつものが
望ましく、その構成単位にカルボキシル基(又はカルボ
キシレート基)を有するものであれば重合体の種類及び
重合方法は問わない。本発明に好適に使用し得るものと
しては、特公昭54−30710、特開昭56−269
G9号各公報等に記載の逆相懸燭重合法によるポリアク
リル酸ソーダ、又特開昭55−133413号公報等に
記載の水溶液重合(断熱重合、薄膜重合)によシ得られ
るポリアクリル酸ソーダ、特公昭53−46199号公
報等に記載のデンプン−アクリル酸ソーダグラフ)・重
合体等を例示する事ができる。又これらの重合体を製造
するに際し、極微量の架橋剤添加であれば架橋剤の使用
は何ら問題はない。更にこれらの重合体が自己架橋され
ていることが望ましい。本発明においては、反応性官能
基を有する親水性モノマーを高吸水性樹脂に含浸させ重
合する時の高吸水性樹脂の含水量を50重叶%以下に調
整することを要するため、通常樹脂を合成後、脱水工程
を必要とし、このため作業性等から鑑みて、逆相(W2
O型)懸濁重合法で得られた重合体が望ましい。その構
成単位にカルボキシル基(又はカルボキシレート基)を
有する重合体としては、一般にポリアクリル酸(及びそ
の塩)及びポリメタクリル酸(及びその塩)を例示する
ことが出来、これらは本発明の方法に好ましく使用し得
る。又、アクリル酸又はメタクリル酸にマレイン酸、イ
タコン酸、アクリルアミド、2−アクリルアミド−2−
メチルプロパンスルホンcl、2−(メタ)アクリロイ
ルエタンスルホン酸、2−ヒドロキシエチル(メタ)ア
クリレート、スチレンスルホン酸等のコモノマーを高吸
水性樹脂の性能を低下させない範囲で共重合せしめた共
重合体も、又、本発明の方法に好ましく使用し得る。
重合に逆相懸濁重合方法を採用する場合、上記公知文献
に記載される如き常法に従い、過硫酸塩等の水溶性開始
剤を含有したカルボキシル基(又はカルボキシレート基
)を有する上記の如き親水性モノマーの水溶液を非水溶
剤中で保護コロイドを用いて逆相懸濁重合せしめる。そ
の際使用される保護コロイドとしてソルビタンモノスフ
ーアレート、ソルビタンモノラウレート等のソルビタン
脂肪酸エステル及びエチルセルロース、ベンジルセルロ
ース等のセルロースエーテル、セルロースアセテート、
セルロースアセテート、セルロースアセテートブチレー
ト等のセルロースエステル、マレイン化ポリブタジェン
、マレイン化ポリエチレン、マレイン化α−オレフィン
等の高分子分散剤を挙げる事が出来、これらの1種又は
2種以上いずれを用いても良い。又その時に用いる非水
溶剤としてヘキサン、ヘプタン、オクタン等の脂肪族炭
化水素、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、テヵ
リン等の脂環族炭化水素、ベンゼン、トルエン、キシレ
ン等の芳香族炭化水素、クロルベンゼン、ブロムベンゼ
ン、ジクロルベンゼン等のハロゲン化炭化水素を挙げる
事が出来る。
反応性官能基を有する親水性モノマーを高吸水性樹脂の
表面に含浸させる方法としては特に限定される(のでは
なく種々の方法がある。例えば、イア機溶媒中で行なわ
」LるW10型懸淘重合法(逆イ旧は消電合法)により
得られた高吸水性樹脂の場合には、共沸脱水により所定
の含水量にしたのち、その懸濁液に該親水性モノマーを
入れる方法、あるいは溶液重合又は薄膜重合で得られた
高吸水性樹脂の場合には、生成ヒドロゲルを解砕後、乾
燥して所定の含水量に調整し、有機溶媒に分散あるいは
有機溶媒と混練したものに親水性モノマーを入れる方法
が挙げられる。分散媒として用いられる有機溶媒は非極
性溶媒であるならば特に制限はないが、安全性並びに作
業性等から節点が30〜200’Cの範囲にある公知・
の脂肪族炭化水素及び脂環族炭化水素が好ましく、例え
ばノルマルヘキサン、シクロヘキサン、リグロイン等を
挙げることが出来る。
本発明の方法において、反応性に富む官能基を有する親
水性モノマーを高吸水性樹脂に含浸せしめる際の該高吸
水性樹脂の含水量が極めて重要であり、50重量%以下
でなければならない。50重量%を超えると、表面改質
が十分に達成できなかったシ、表面改質された高吸水性
樹脂の吸水量及び/又は吸水速度が著しく低下し本発明
の効果が得られない。含水量は好ましくは1〜50MK
%Thよシ好ましくは10〜40重11%である。
本発明に用いられる反応性官能基を有する親水性モノマ
ーとしては、重合性あるいは共重合性を有し、更に伺ら
かの化学反応性を有する官能基を有し、且つ親水性であ
れば、この要件を満足しているかぎり、いずれでもよい
。かかる化学的反応性を有する官能基としてはアミド基
、水酸基、アミノ基、アルデヒド基、スルホン酸基、カ
ルボキシル基、ニトリル基等が挙げられる。
又、かかる官能基を有するモノマーの他に高吸水性樹脂
に含浸せしめた後、伺らかの化学反応によりかかる官能
基に変換される基を有するモノマーも本発明に使用する
ことを妨げるものでない。
かかる反応性官能基を有する親水性モノマーとしては例
えばアクリルアミド、メタアクリルアミド、N、N−ジ
メチルアミンエチルメタクリレ−)、N、N−ジエチル
アミノエチルメタクリレート、ビニルピリジン、ビニル
ピロリドン等の含窒素ビニル七ツマ−5例えば2−ヒド
ロキシエチルアクリレート、2−ヒドロキシエチルメタ
クリレート、ポリエチレングリコール(メタ)アクリレ
ート等の含酸素ビニルモノマー、ff1J i ハビニ
ルスルホネート、スチレンスルホン酸等の含スルホン酸
ビニルモノマー、アクリロニトリル、メタクリレートリ
ル等のニトリル基含有ビニルモノマー等を挙げることが
できる。
これら親水性モノマーを高吸水性樹脂に含浸せしめる際
に架橋剤を添加しておいてもよく、架橋反応を有効に行
なわ、しめるうえで好都合である。例えばポリオキシエ
チレンジメタクリルエステル、ペンタエリスリトールジ
メタクリルエステル、ンルビタンジメタクリルエステル
などポリオールのポリメタクリルエステルもしくはポリ
アクリルエステルなど重合性二重結合を複数有する化合
物を親水性モノマーに共存せ[7めておけば、親水性モ
ノマーの重合時に架橋反応が平行して進行することとな
る。また、架橋剤としてグリシジルメタアクリレートや
N−メチロールアクリルアミドの如く、親水性モノマー
と共重合性を有する基と、高吸水性樹脂もしくは当該親
水性七ツマ−と反応性を有する別異の基とを有する化合
物を親水性七ツマ−に共存せしめておけば親水性モノマ
ーの重合時に共重合され重合後もしくは重合中にも高吸
水性樹脂と反応し、又は親水性モノマー重合体と反応し
、架橋を形成することとなる。又、架橋剤として親水性
モノマーの持つ官能基又は高吸水性樹脂と反応し得る官
能基を2個以上有する架橋剤を親水性七ツマ−に共存せ
しめておいてもよく、重合後もしくけ重合中に架橋反応
が発生して架橋が形成されることとなる。かかる架橋剤
としてはエチレングリコールジグリシジルエーテ5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
リントリグリシジルエーテル等のポリグリシジルエーテ
ル、エピクロルヒドリン、α−メチルクロルヒドリン等
のハロエポキシ化合物、ゲルタールアルデヒド、グリオ
キザール等のポリアルデヒド、グリセリン、ペンタエリ
スリトール、エチレンクリコール等のポリオール、エチ
レンジアミン等のポリアミン類等を挙げることができる
。この架橋剤は反応性官能基含有する親水性モノマーの
重合後に反応系に添加し架橋反応を生せしめてもよい。
重合反応は水浴性ラジカル開始剤を添加することにより
行なわれる。この場合においては、水溶性ラジカル開始
剤、例えば過硫酸塩、ハイドロパーオキシド及びアゾ化
合物等がモノマー量や変性の目的を勘案して適切な量で
用いられる。これらの開始剤の添加は好ましくはモノマ
ー含σ時もしくはモノマー含浸後である。又、薄膜重合
法等で得られた高吸水性樹脂の場合には、生成ポリマー
ゲルを解砕後、乾燥工程により水分含量を調贅し、次い
でニーダ−中に有機溶媒とこの樹脂を入れ、そこに架橋
剤、親水性モノマー及び開始剤を加え、熱処理し、表面
改質する方法を例示することができる。−、表面改質を
円滑に行なうだめには加熱することが望ましく、40〜
150℃の範囲で反応させるのが好ましい。
本発明の方法において、高吸水性樹脂に対する親水性七
ツマ−の添加量は要求される用途に応じて広範囲に変え
ることができるが、通常、高吸水性樹脂全量に基づいて
1〜100 wt%、好ましくは1〜50 wt%とな
る量用いられる。1vt%より少ない場合には、表面改
質効果が十分発現せず、反対に100 wt%より多い
、重合には均一な表面改質が出来ず、更には吸水量の低
下を招く結果となυ本発明の意図する所ではない。
架橋剤の添加量は、架橋剤の種類及び親水性モノマーの
種類に依っても異なるが、通常0.旧〜5.Owt%が
適切な範囲である。
本発明の方法により得られた表面改質された高吸水性樹
脂は、微粒子状形態が固定化された一つの吸収体に変換
出来る形態のものである。
例えば、表面が水散基、あるいはアミン基で覆われた高
吸水性樹脂は、有機ポリイソシアネートとポリオールよ
りなるポリウレタンを製造するに当り、系内にこの表面
改質樹脂を添加することにより共有結合性を有した連続
吸収構造をもつ一つの吸収体に変換でき、衛生材料、保
水剤、上水剤、脱水剤ほか、プラスチック建材などに練
り込んで結露防止剤や史には他樹脂とのブレンド(Cよ
る包装材料等の幅広い用途が考えられる。
更には、相関#動触媒、酵素固定支持体等に代表される
高分子触媒、重金属、貴金属や有害金属捕捉能を有した
キレート樹脂、凝集沈殿樹脂やイオン交換樹脂等の従来
の衛生分野、農業分野以外の新規な用途に高吸水性樹脂
が利用できる。
以下実施例及び比較例によって本発明を具体的に説明す
るが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではな
い。比較例は反応性官能基を有する親水性モノマーを高
吸水性樹脂の製造の際、はじめから添加して共重合せし
めた場合の例を示すものである。
尚、以下の実施例及び比較例における吸水量とは次の操
作によってめられる値である。即ち、ポリマー約1fを
大過剰の生理食塩水中に分散し、充分膨潤させ、次いで
80メツシユ金網で濾過し、得られた膨潤ポリマー重量
(W’)を測定し、この値を初めのポリマー重量(Wo
)で割って得られる値である。
吸水量(t / y ) −W / W。。
又、吸水速度はポリマー0.5Fが10分間に吸収した
生理食塩水の値でもって表わしだ。
実施例1 攪拌機、還流冷却器、滴下P斗、窒素ガス尋入管を付し
た10100O!4つロフラスコにシクロヘキサン50
0mA!、ソルビタンモノステアレート3.69 Fを
仕込み窒素ガスを吹き込んで溶存酸素を追い出し、75
℃まで昇温しだ。別にフラスコ中にアクリル(p6ot
を外部より冷却しつつ、イオン交換水80fに溶解した
2 5.Ofの98%苛性ソーダで中和した。次いで過
硫酸カリウム0.22を添加溶解した後、窒素ガスを吹
き込み、水溶液内に溶存する酸素を除去した。
このフラスコの内容物を上記4つロフラスコに1時間か
かつて滴下し、重合した。重合終了後脱水管を用い、共
沸脱水を行ない、水76?除去した。吸水性樹脂の含水
率は17.0%となった。この吸水性樹脂を分散したシ
クロヘキサンに2−ヒドロキシエチルアクリレ−) 1
5 P1過硫酸カリウムQ、1F、架橋剤としてエチレ
ングリコールジグリシジルエーテル0,06 yを水1
5rに溶解したものを添加し、75℃に1時間保持して
反応を終了させた。シクロヘキサンを減圧下に留去し、
残った膨潤ポリマー部分を80〜100℃で減圧下に乾
燥し、表面に水酸基を有する高吸水性樹脂を得た。
分子量2000のポリテトラメチレンエーテルグリコー
ル200 fとTDI−so (2,4/2,6妥性体
比80/20)81f’とを反応させてイnたセミプレ
ポリマー(NOO含(13o%) 281 yに上記高
吸水性樹脂30りを添加、混合分散し、更にグリセリン
にプロピレンオキシドをイ;」加[7次いでエチレンオ
キシドでチップしだポリエーテルポリオール(ox王価
52.1級o )■含1450%)96r、トIJメチ
ロールプロパンζ02を温合し、75〜80℃で10分
間キユアリングさせてポリウレタン−高吸水性樹脂フィ
ルムを得た0とのフィルムを大過剰の水にてMt MM
させたところ、高吸水性樹脂のポリウレタンフィルムか
らの脱離はなくインシアネート基(N(!0)と水酸基
とが反応し、共有結合が生成していることが明らかとな
り、高吸水性樹脂の表面に効率的に水酸基が存在してい
ることが明らかになった。
実施例2 攪拌機、還流冷却器、滴下F斗、窒素ガス導入管を付し
だ1000rd4つ口丸底フラスコにシクロヘキサン5
00i3エチルセルロース5.721(バーキュリーズ
製商標エチルセルロースN−200)を仕込み、9緊ガ
スを吹き込んで溶存酸素を追い出し、75℃まで荷。温
しん。別にフラスコ中でアクリルW 60 g′*外部
より冷却しつつ、イオン交換水BOWに溶解した22.
1 fの98%苛性ソーダで中和した。次いで過硫酸カ
リウム0.22を添加溶解した後、シ′lSガスを吹き
込み、水溶液内に18存する酸素を除法し7た。このフ
ラスコの内容物を上記4つ目フラスコに一括添加し、重
合した。1を合終了後、脱水管を用い、共沸脱水を行な
い水62.B Fを除去した。吸水性樹脂の含水率1l
−1:24.6%となった。この吸水性樹脂が分散した
シクロヘキサンに2−ヒドロキシエチルアクリしノー1
□ 1o t 1.+”&にカリウム0.1f、架橋剤
としてN 、 )T ’−メチレンビスアクリルアミド
0.059を水IQrに溶解し、この水溶′ri、を添
加し、添力1:後75℃°に保持して1時間反応を続け
た。シクロヘキサンを減圧下に留出し、残った膨潤ポリ
マー部分を80〜1oo℃で減圧下に乾燥し、表面に水
酸基を有する高吸水性樹脂を得た。
上記樹脂3ayを分子Ji2ooOのポリエチレングリ
コ−/l/ 100.OfとTI)I−80(2,4/
2./1異性体比a O/20 ) a o、、s t
とを反応させて得たセミプレポリマー(N Oo含i3
 o%)14Q、5 Fに添加し、混合分散させ、更に
グリセリンにプロピレンオキシドを付加し、次いでエチ
レンオキシドでチップしたポリエーテルポリオール(o
H価32.1級OH含ixo%)481、トリメチロー
ルプロパン1.Ofを混合し、80℃、10分間キユア
リングさせてポリウレタン−高吸水性樹脂含有フィルム
をイムた。このフィルムを大過剰の水にて膨潤させたと
ころ、高吸水性樹脂のポリウレタンフィルムからの脱離
はなくNeoと水酸基とが反応し、共有結合が生成して
いることが明らかとなった。
実施例3 実施例1と同様に操作し、但し、2−ヒドロキシエチル
アクリレート15Fに代わり2−ヒドロキシエチルメタ
クリレート209を添加した。実施例1と同様に高吸水
性樹脂含有ポリウレタンフィルムを製造し、これを膨潤
させたところ、樹脂の脱離は見られなかった。
実施例4 実施例1と同様に操作し、但し、2−ヒドロキシエチル
アクリレートの代わシにN、N−ジメチルアミノエチル
メタクリレートIQrを添加し、表面にアミン基を有す
る高吸水性樹脂を得た。
上記の樹脂10Pをsoo ppm硫酸銅水溶液1.0
00m6に投入し、充分膨潤させ、上澄み溶液を測定し
た所、ポリN、N−ジメチルアミノエチルメタクリレー
トは検出されず、しかも水溶液中の硫酸銅濃度は4 p
pmに低下していた。即ち、高吸水性樹脂の表面に効率
的にアミン基が存在していることが示された。
比較例1 攪拌機、還流冷却器、滴下炉斗、窒素ガス導入管を付し
た10100O’4つ口丸底フラスコにシクロヘキサン
50011!Jh エチルセルロース3.72 F(バ
ーキュリーズ製商標エチルセルロースN−2[10)を
仕込み窒素ガスを吹き込んで溶存〜ヌを追い出し、75
℃まで昇温した。別のフラスコ中でアクリル酸6o t
を外部より冷却しつつイオン交換水80fに溶解した2
 2.1 tの98%苛性ソーダで中和した。これに2
−ヒドロキシエチルアクリレート10Vを加え、次いで
過硫酸カリウム0.2 F並びにN、N’−メチレンビ
スアクリルアミドo、o s rを添加溶解した後、窒
素ガスを吹き込み、水溶液内に溶存する酸素を除去した
。このフラスコの内容物を上記4つロフラスコに一括添
加し重合した。重合後、共沸脱水を行ない水62.8 
Fを除去した。シクロヘキサンを減圧下に留出し、残っ
だ膨潤ポリマー部分を80〜100℃で減圧下に乾燥し
、高吸水性樹脂を得た。
実施例1と同様にし、高吸水性樹脂含有ポリウレタンフ
ィルムを製作し、これを大過剰の水に1彫潤させたとこ
ろポリウレタンフィルム含有吸水性樹脂全量に対して8
6%の樹脂が離脱り一だ。
比較例2 比較例1と同様にして操作し、但し、2−ヒドロキシエ
チルアクリレートに代わり4−ビニルピリジンを添加し
、高吸水性樹脂を得た。
比較例6 比較例1と同様に操作し、但し、重合は2−ヒドロキシ
エチルアクリレートの代わりにIJ、N−ジメチルアミ
ノエチルアクリレート102を重合し、高吸水性樹脂を
得た。
この樹脂10 rf:500 ppm硫酸銅水溶液10
00ntlに投入し、充分膨潤させ上澄み液の硫酸銅濃
度を測定したところ153ppmに低下していだが硫酸
銅捕捉能は充分でなかった。
実施例1〜4及び比較例1〜3で得られた各高吸水性樹
脂の吸水量並びに吸水速度を表−1に示した〇 表−1から本発明の方法が吸水能の低下を招くことなく
、高吸水性樹脂の表面を改質し、この表面改質された樹
脂が広範囲な利用が口J能であることが明らかである。
表 −1

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 150重量%以下に含水量を調整したカルボキシル基(
    又はカルボキシレート基)を有する高吸水性樹脂に反応
    性官能基を有する親水性モノマーを含浸せしめ重合する
    ことを特徴とする高機能性吸水性樹脂の製造方法。 2 高吸水性樹脂が水溶性開始剤を含有したカルボキシ
    ル基(又はカルボキシレート基)を有する親水性モノマ
    ー水溶液の逆相懸濁重合により得られる親水性ポリマー
    である特許請求の範囲第1項記載の高機能性吸水性樹脂
    の製造方法。 5 高吸水性樹脂がアクリル酸(又はアクリル酸アルカ
    リ金属塩)の重合体又は共重合体である特許請求の範囲
    第1項又は第2項記載の高機能性吸水性樹脂の製造方法
    。 4 高吸水性樹脂の含水量が1〜50重量%となる様に
    調整される特許請求の範囲第1項、第2項又は第5項記
    載の高機能性吸水性樹脂の製造方法。 5 高吸水性樹脂の含水量が10〜40重量%となる様
    に調整される、特許請求の範囲第1項)第4項の何れか
    1項に記載の高機能性吸水性樹脂の製造方法。 6 反応性官能基を有する親水性モノマーがアクリルア
    ミド、メタクリルアミド、N、N−ジメチルアミノエチ
    ルメタクリレート、N、N−ジエチルアミノエチルメタ
    クリレート、ビニルピリジン、ビニルピロリドン、2−
    ヒドロキシエチルアクリレート、2−ヒドロキシエチル
    メタクリレート、ポリエチレングリコ−#(、、# ’
    )アクリレート、ビニルスルホネート、スチレンスルホ
    ン酸、アクリロニトリル又はメタクリロニトリルである
    特許請求の範囲第1項〜第5項の何れか1項に記載の高
    機能性吸水性樹脂の製造方法。 7 反応性官能性を有する親水性モノマーと共に架橋剤
    を含浸せしめる特許請求の範囲第1項記載の高機能性吸
    水性樹脂の製造方法。
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