JPS6228801B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は高い吸水能力を保持し、可逆的な吸
水・放水性を有する水膨潤性物質の製造方法に関
する。 アクリル酸、アクリル酸アルカリ金属塩および
アクリル酸アンモニウム塩の重合法や重合物の物
性については既によく知られており、重合の条件
によつては水不溶性あるいは水膨潤性の重合物が
生成し得ることも知られているが、これらは重合
時の異常反応に伴なう現象として認識されている
もので、吸水能力の高い膨潤性高分子物質を生産
する目的での有効な提案はされていない。 一般的に高性能な膨潤性高分子を得る方法とし
て、ジビニルベンゼンやメチレンビスアクリルア
ミドの如き架橋剤を利用する方法と、エステル共
重合物から誘導する方法が知られている。 適当な架橋度を有する完全中和ポリアクリル酸
は、非イオン水中に於て最高1000倍を越える膨潤
率を示すが、従来知られている方法では生産性が
低く経済的ではないと共に、架橋剤の利用は安全
衛生上問題を生ずる恐れもある。 本発明はアクリル酸モノマーをアルカリの存在
下で重合することにより、安全衛性上問題がなく
生産性・経済性に優れた自己架橋による膨潤性物
質の製造方法を提供するにある。 アクリル酸の重合に際し、重合温度が異常に上
昇すると架橋が生じ、水不溶性重合体となる。本
発明者は、適量の一価の陽イオンの存在下での重
合により得られた重合体は水膨潤性を示し、一価
の陽イオンが多量に存在する状態で重合した重合
体は水可溶性を示すことを知つたが、この事実は
一価の陽イオンがポリアクリル酸の架橋を制御す
ることを示しているものである。 本発明者はアクリル酸水溶液中にアルカリ金属
イオンあるいはアンモニウムイオンが存在し、PH
が3.2以上７末満であるように調整し、重合反応
中のピーク温度が106℃以上になるよう重合した
場合に、水膨潤性の重合体が得られることを発見
し、本発明方法に到達した。 本発明方法では、アクリル酸の中和にはアルカ
リ即ちアルカリ金属の水酸化物、炭酸塩、重炭酸
塩、又はその他の塩を用い、アクリル酸水溶液の
PHが3.2以上７未満になるようにする。 本発明方法では、重合温度を106℃以上とし、
重合温度が高くなると重合物の分子量が低下する
故200℃までに制御し、実用上160℃以内の重合温
度とする。アクリル酸の重合熱は18.5Kcal／mol
（at25℃）であり、アクリル酸ソーダの重合熱も
それより若干低い程度の発熱を示すため、重合温
度を一定温度範囲に保持するには重合熱の除去な
どの制御をする必要がある。 水溶液系でアクリル酸の重合を行なう場合、重
合系内の水分の蒸発潜熱と、アクリル酸の重合に
伴なう発熱量とのバランスによつて重合温度は制
御される。すなわち、重合系内のアクリル酸モノ
マー量が多い程発生する重合熱量は大きく、温度
は上昇の傾向を示し、重合系内の水分が多い程、
水分の蒸発潜熱量が大きくなり、温度上昇を阻止
する傾向がでる。 しかし、重合系内の圧力の変化は水の蒸発温
度、ひいては重合体の温度に影響し、さらに重合
反応装置の形状などによつても外部温度の影響の
程度が変動し、反応系で蒸発した水分の凝縮還流
量、外部への熱の放散量等が影響を受け、ひいて
は重合温度に著しい影響を与える。 適切な重合温度は、重合生成物に要求される保
水性能や重合水溶液のPH域によつて変動するが、
温度106℃〜160℃の範囲内で選択することによ
り、高性能の重合物を安定して生産し得る。しか
して本発明方法では重合液のアクリル酸の量、ア
ルカリ化合物、水分の量は、重合の際に到達する
ピークの重合温度と極めて密接な関係にあり、そ
れらの選択調整という簡単な手法でピークの重合
温度を規制し、よつて所望の膨潤性能を有する重
合物を得るものである。 本発明方法では、重合に際してベンゾイルパー
オキサイド、アセトンパーオキサイド、アゾビス
イソブチロニトリルなどの開始剤、過酸化物、過
硫酸塩と亜硫酸塩等のレドツクス系触媒、鉄、錫
ニツケル、マグネシウム等から選択された触媒を
用いる。 さらに本発明方法では重合すべきモノマー水溶
液中に、アクリルアミドの如きモノマーを添加
し、これを重合する方法も有効である。 また、本発明方法を実施する場合、重合すべき
モノマー水溶液を紙や繊維などの基材に含浸させ
た後重合すれば、それら紙や繊維等と膨潤性物質
との複合体も容易に作ることができる。 本発明方法の実施にあたり、単槽の反応容器内
で重合を完結させる非連続的方法、複数の反応容
器を用い重合液を連続的に順次これら反応容器内
を移動させて行く間に重合を完結せしめる方法の
ほか、加熱ロールを使用する方法、ベルトコンベ
アーを使用するなどが採用される得る。 ベルトコンベアーを利用した連続重合方法では
モノマー及び添加塩溶液を夫々の槽から流量調整
弁により所定配合比に調整しながら溶液槽に供給
し、可溶性の触媒は予め溶液として前記溶液槽か
ら供給される溶液に対し流量調整しながら添加す
る。触媒を添加された溶液は最終段の溶液槽から
流量調整弁により所定流量でベルトコンベアー上
に供給する。ベルトコンベアー上の重合工程域は
外覆により囲むことができ、この場合には外覆内
の未反応モノマーや水分（いずれも蒸気相）を吸
引回収し、前記最終段溶液槽内又はベルトコンベ
アー上への溶液供給部へ戻すことができる。重合
開始に必要な熱は作業開始時のみ適当な手段で与
えるようにすれば良く、重合が開始すれば重合熱
が生じるので外部より熱を供給する必要はない。 ベルトコンベアー上で重合が完了すれば、必要
に応じて次段の乾燥又は冷却工程に重合物が移る
ようにすれば良い。加熱による乾燥が不要なよう
に条件設定できるので、冷却工程とし、この工程
域を外覆で囲つてその内部より吸気することによ
り負圧状態とすれば、冷却と同時に脱水すること
ができる。前記溶液槽は必要により冷却すること
ができる。又、水分は予め添加塩溶液の濃度で調
整することができるが、別に水分のみを供給して
も良い。 上記のようなベルトコンベアーを利用した重合
方法においては、このベルトコンベアー上への溶
液の供給流量調整（流量調整弁の制御）とコンベ
アーベルトの移動速度調整とによつて、反応系に
おける重合溶液量を決定する事ができる。又、紙
や繊維等に重合物を含浸した製品を必要とする場
合は被含浸物をベルト上に置けば良い。勿論、容
器に所定量の溶液を入れてベルトコンベアーで移
送しながら重合させても良いし、ベルトコンベア
ーの代りに容器を無端状に連結させたパンコンベ
アーを用いることもできる。 本発明方法を噴霧重合方法により実施すること
もできる。この場合、密閉槽内で無端ベルト又は
ローラーを回転させ、噴霧した溶液をそのベルト
面又はローラー面に付着させて重合後に槽外に搬
出し、スクレーパーで取り出すようにすることが
できる。又、前記槽内は重合物の温度が必要な温
度となるように加熱されるが、前記ベルト又はロ
ーラーを加熱することにより温度制御が容易に行
なえる。 以下に本特許発明の実施の態様を明らかにする
ための実施例ならびに比較例における重合条件と
その生成物の吸水性能とを、第１表ならびに第２
表にそれぞれ示すが、本特許発明方法はこれらの
実施例に限定されるものではない。

【表】

【表】

【表】 実施例においては水酸化ナトリウムを用いた
が、その他のアルカリ金属水酸化物や炭酸塩など
の塩を適宜使用し得ることは言うまでもない。 実施例の結果では、一般的にNaOH添加の場合
には重合温度が比較的高い温度であつた生成物に
おいて吸水性能の良好なものが多かつた。 電解質を含む水溶液についての吸水性能につい
てはまた重合時のPHが高い時の重合体よりも低い
時の重合体の方が一般的に良好であつた。 PHが中性近辺の重合液を高温にて重合した重合
体は一般的に吸水速度が大きいが、これは重合度
の大きさに関連するものと思われる。重合体の吸
水膨潤速度を向上させる手段としては、ほかに重
合体に脂肪酸エステルを適宜混和する方法もあ
る。 以上の如く、本発明方法ではアクリル酸モノマ
ーに適量のアルカリと水とを加え、簡単な方法で
高性能の膨潤性高分子物質を得るもので、簡単な
製造装置で安全に高い生産性で操業し得るもので
ある。 また、ポリアクリル酸ソーダは食品添加物とし
て認定されている如く、安全毒性の点で信頼性の
高いもので、特に架橋剤を添加せず、化学構造の
類似している本発明方法による高分子物質は、医
療産業、食品工業、農園芸分野、その他産業分
野、消費材など広範な分野において利用し得るも
のである。 本発明方法は、このように各種産業分野におい
て、吸水剤、保水剤、湿度調整剤、耐火・消火
剤、凝集剤、廃水処理剤、イオン交換剤などとし
て広く利用されることが期待される、産業上極め
て有用な物質を供するものである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ アクリル酸にアルカリと水分とを加えた溶液
   をPHが3.2以上７未満、重合温度が106℃〜160℃
   の範囲になるように、各成分の量および重合溶液
   量を調整し、架橋剤の不存在下に重合させること
   を特徴とする膨潤性物質の製造方法。 ２ アルカリがアルカリ金属の水酸化物、炭酸塩
   または重炭酸塩である特許請求の範囲１記載の方
   法。 ３ 前記溶液にアクリル酸以外のモノマーとして
   アクリルアミドを加える特許請求の範囲１〜２記
   載の方法。