TW202248219A - 水溶性聚合物之製造方法、及吸水性樹脂之製造方法 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種生產效率較高之水溶性聚合物之製造方法、及吸水性能優異之吸水性樹脂之製造方法。本發明係關於一種水溶性聚合物之製造方法,該方法包括:
步驟(a1):將澱粉低分子量化而獲得澱粉之部分分解物;及
步驟(a2):於藉由步驟(a1)所獲得之澱粉之部分分解物導入離子性官能基。
Description
本發明係關於一種水溶性聚合物之製造方法、及吸水性樹脂之製造方法。
吸水性樹脂廣泛地用於衛生用品、食品、農林業、土木等各種領域。作為該吸水性樹脂,廣泛地使用有聚丙烯酸或聚甲基丙烯酸之部分中和鹽,除此以外,還已知有以澱粉等多糖為原料之吸水性樹脂。
專利文獻1中揭示了一種藉由對經羧基烷基化之澱粉進行加熱乾燥而使澱粉彼此交聯,從而製造吸水性樹脂的方法。據記載,於羧基烷基化反應時,較佳為對澱粉之分子量降低加以抑制。
專利文獻2中揭示了一種利用氫氯酸等非交聯酸對經羧基烷基化之多糖粒子進行表面處理,然後進行加熱乾燥或使交聯劑發揮作用而使多糖彼此交聯,從而製造吸水性樹脂的方法。
專利文獻3中揭示了一種於擠出機中使澱粉與多元酸之酸酐進行反應而製造吸水性材料之方法。據記載,在與多元酸之酸酐發生反應時,較佳為對澱粉之分子量降低加以抑制。
先前技術文獻
專利文獻
專利文獻1:美國專利第5079354號說明書
專利文獻2:日本專利特表2010-504414號公報
專利文獻3:日本專利特開2007-222704號公報
[發明所欲解決之課題]
關於以多糖為原料之習知之吸水性樹脂,其吸水性能不可謂足夠。又,因由高分子量之多糖所製造,故原料之黏度較高,而製造時之操作性存在問題。本發明之目的在於提供一種生產效率較高之水溶性聚合物之製造方法、及吸水性能優異之吸水性樹脂之製造方法。
[解決課題之技術手段]
本發明人等著眼於用作吸水性樹脂之原料之澱粉之分子量,而完成了本發明。
即,本發明係關於一種吸水性樹脂之製造方法,該方法包括:
步驟(c1):藉由步驟(a1)及步驟(a2)而製造水溶性聚合物,上述步驟(a1)係將澱粉低分子量化而獲得澱粉之部分分解物,上述步驟(a2)係於藉由步驟(a1)所獲得之澱粉之部分分解物導入酸性基;
步驟(c2):對導入至水溶性聚合物中之酸性基加以中和;及
步驟(c3):使水溶性聚合物彼此交聯。
上述酸性基較佳為具有羧基烷基、羧基烯基、或磺酸基烷基之酸性基。
所獲得之吸水性樹脂較佳為具有以下特徵:
(a)離子交換水之未加壓下之吸水倍率為100~400 g/g;
(b)離子交換水之保水率為80~300 g/g;
(c)生理鹽水之未加壓下之吸水倍率為20~70 g/g;及/或
(d)生理鹽水之保水率為7~60 g/g。
所獲得之吸水性樹脂之離子交換水之未加壓下之吸水倍率(A)與生理鹽水之未加壓下之吸收倍率(B)的比(A/B)較佳為7以下。
於上述步驟(c3)中,較佳為不使用交聯劑。
又,本發明係關於一種吸水性樹脂之分解方法,該方法包括對藉由上述製造方法而獲得之吸水性樹脂進行鹼處理之步驟。
又,本發明係關於一種物品,該物品含有藉由上述製造方法而獲得之吸水性樹脂。
又,本發明係關於一種水溶性聚合物之製造方法,該水溶性聚合物之製造方法包括:
步驟(a1):將澱粉低分子量化而獲得澱粉之部分分解物;及
步驟(a2):於藉由步驟(a1)所獲得之澱粉之部分分解物導入酸性基。
關於上述步驟(a1),較佳為獲得重量平均分子量(Mw)為750萬以下、及/或分散度(重量平均分子量(Mw)/數量平均分子量(Mn))為5以上之澱粉之部分分解物。
又,本發明係關於一種水溶性聚合物之製造方法,該水溶性聚合物之製造方法包括:
步驟(b1):於澱粉導入酸性基;及
步驟(b2):將藉由步驟(b1)所獲得之具有酸性基之澱粉低分子量化,而獲得該具有酸性基之澱粉之部分分解物。
於上述步驟(a1)或(b2)中,較佳為藉由酵素處理進行澱粉之低分子量化。
所獲得之水溶性聚合物利用水系尺寸排阻層析法分析所得之普魯蘭(pullulan)換算之重量平均分子量(Mw)較佳為50萬~5,000萬。
又,本發明係關於一種吸水性樹脂製造用樹脂組成物之製造方法,該吸水性樹脂製造用樹脂組成物含有藉由上述製造方法而獲得之水溶性聚合物。
[發明之效果]
本發明之水溶性聚合物之製造方法可降低中間產物之黏度而提高生產效率。又,藉由本發明之吸水性樹脂之製造方法,可獲得吸水性能優異之吸水性樹脂。
<<水溶性聚合物之製造方法1>>
本發明之水溶性聚合物之製造方法之特徵在於包括:
步驟(a1):將澱粉低分子量化而獲得澱粉之部分分解物;及
步驟(a2):於藉由步驟(a1)所獲得之澱粉之部分分解物導入離子性官能基。
<步驟(a1):將澱粉低分子量化而獲得澱粉之部分分解物>
於本步驟中,使澱粉低分子量化,而降低黏度。原料之澱粉種類並無特別限定,可例舉:蠟質玉米澱粉、木薯澱粉、馬鈴薯澱粉、玉米澱粉(包括蠟質玉米澱粉及高直鏈澱粉)、小麥澱粉、米澱粉、蕃薯澱粉等。
將澱粉低分子量化之方法並無特別限定,例如可例舉進行酵素處理、酸處理、物理破碎等之方法。又,亦可組合使用該等方法。較佳為藉由該等方法而將構成澱粉之α-葡萄糖分子之葡萄糖苷鍵之一部分水解,但產生分解之位置及分解之態樣並無限制。反應裝置可使用反應釜或擠出機等。
於藉由酵素處理進行澱粉之低分子量化之情形時,所使用之酵素並無特別限定,為了高效率地進行低分子量化,較佳為使用內切型(endo-type)酵素。作為酵素之具體例,可例舉:α-澱粉酶、環麥芽糊精葡聚糖轉移酶(cyclomaltodextrin glucanotransferase)、4-α-葡聚糖轉移酶、4,6-α-葡聚糖轉移酶、麥芽糖轉葡糖基酶(amylomaltase)、新普魯蘭酶(neopullulanase)、澱粉普魯蘭酶(amylopullulanase)等。亦可組合使用該等酵素。酵素處理時之pH並無特別限定,較佳為pH5.0~7.0。pH之調整可藉由添加鹽酸、乙酸、氫氧化鈉、氫氧化鉀等來進行。較佳為一面於70~110℃下對澱粉進行加熱混練使其糊化,一面進行酵素處理。酵素處理可於澱粉之糊化後進行,亦可與糊化同時進行。作為於澱粉之糊化後進行酵素處理之方法,可例舉首先藉由將澱粉懸浮於水中,進行加熱使其糊化,其後添加酵素而進行酵素反應之方法。又,作為與澱粉之糊化同時進行酵素處理之方法,可例舉將澱粉懸浮於水中,進而添加酵素,對所獲得之混合液在不會使酵素完全失活之溫度範圍內進行加熱之方法。
於藉由酸處理進行澱粉之低分子量化之情形時,所使用之酸並無特別限定,作為具體例,可例舉:鹽酸、硫酸、草酸、乙酸、甲酸、三氟乙酸等。酸處理時之溫度較佳為150~160℃。
於藉由物理破碎進行澱粉之部分分解之情形時,作為具體之方法,可例舉:放射線照射、剪切、研磨、高壓處理、超音波、熱分解、光分解、及該等之組合。
基於若藉由步驟(a1)所獲得之澱粉部分分解物之重量平均分子量較高,則黏度變高,呈現出導入離子性官能基時之反應或純化步驟中之操作性下降之傾向的方面而言,重量平均分子量較佳為750萬以下,更佳為500萬以下。澱粉部分分解物之重量平均分子量之下限並無特別限定,較佳為5萬以上,更佳為20萬以上。若重量平均分子量未達5萬,則呈現出吸水性樹脂之保水性下降之傾向。再者,重量平均分子量之測定方法並無特別限定,例如可基於利用已藉由水系尺寸排阻層析法得知分子量之普魯蘭製作的分子量與溶出時間之校準曲線而求出。
藉由步驟(a1)所獲得之澱粉部分分解物之數量平均分子量並無特別限定,但考慮到黏度,較佳為100萬以下。又,澱粉部分分解物之數量平均分子量之下限較佳為1萬以上,更佳為5萬以上。再者,數量平均分子量之測定方法並無特別限定,例如可基於利用已藉由水系尺寸排阻層析法得知分子量之普魯蘭製作的分子量與溶出時間之校準曲線而求出。
又,藉由步驟(a1)所獲得之部分分解物之重量平均分子量或數量平均分子量亦可藉由將2種以上之澱粉之部分分解物加以混合來調整。於此情形時,混合物之重量平均分子量或數量平均分子量較佳為滿足上述數值範圍。
澱粉部分分解物之分散度(重量平均分子量/數量平均分子量)並無特別限定,較佳為5以上,更佳為7以上。只要滿足上述重量平均分子量之數值範圍,則分散度之上限並無特別限定,通常為70以下。
<步驟(a2):於澱粉之部分分解物導入離子性官能基>
於本步驟中,使藉由步驟(a1)所獲得之澱粉之部分分解物與含離子性官能基之化合物進行反應。離子性官能基只要可對澱粉之部分分解物賦予交聯性,則無特別限定,可為酸性基及鹼性基之任一者。
作為酸性基,可例舉:羧基烷基、羧基烯基等具有羧基之酸性基;磺酸基烷基、磺酸基烯基等具有磺酸基之酸性基;磷酸基烷基(phosphoalkyl)、磷酸基烯基(phosphoalkenyl)等具有磷酸基之酸性基。
羧基烷基係經羧基取代之烷基。以羧基取代之烷基之碳數較佳為1~8,更佳為1~5。烷基可為直鏈狀及支鏈狀之任一者。作為烷基之具體例,可例舉:甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、異丁基、第二丁基、第三丁基、正戊基、1-甲基-正丁基、2-甲基-正丁基、3-甲基-正丁基、1,1-二甲基-正丙基、1,2-二甲基-正丙基、2,2-二甲基-正丙基、1-乙基-正丙基等。
作為羧基烷基之具體例,可例舉:羧甲基、羧乙基、羧丙基、羧丁基、羧戊基等。
羧基烯基係經羧基取代之烯基。以羧基取代之烯基之碳數較佳為2~8,更佳為2~4。烯基可為直鏈狀及支鏈狀之任一者。作為烯基之具體例,可例舉:乙烯基、1-丙烯基、2-丙烯基、1-甲基-1-乙烯基、1-丁烯基、2-丁烯基、3-丁烯基、2-甲基-1-丙烯基、2-甲基-2-丙烯基、1-乙基乙烯基、1-甲基-1-丙烯基、1-甲基-2-丙烯基等。
作為羧基烯基之具體例,可例舉:羧基乙烯基、羧基丙烯基、羧基丁烯基等。
磺酸基烷基係經磺酸基取代之烷基。作為以磺酸基取代之烷基,可例舉關於羧基烷基所述之烷基。作為磺酸基烷基之具體例,可例舉:磺甲基、磺乙基、磺丙基等。
磺酸基烯基係經磺酸基取代之烯基。作為以磺酸基取代之烯基,可使用關於羧基烯基所述之烯基。作為磺酸基烯基之具體例,可例舉:磺酸基乙烯基、磺酸基丙烯基等。
磷酸基烷基係經磷酸基取代之烷基。作為以磷酸基取代之烷基,可使用關於羧基烷基所述之烷基。作為磷酸基烷基之具體例,可例舉:磷酸基甲基、磷酸基乙基、磷酸基丙基等。
磷酸基烯基係經磷酸基取代之烯基。作為以磷酸基取代之烯基,可使用關於羧基烯基所述之烯基。作為磷酸基烯基之具體例,可例舉:磷酸基乙烯基、磷酸基丙烯基等。
酸性基之中,基於便於導入至澱粉部分分解物之觀點而言,較佳為具有羧基、磺酸基之酸性基,更佳為羧基烷基、羧基烯基、磺酸基烷基,進而較佳為碳數1~5之羧基烷基。
為了導入酸性基,而使澱粉之部分分解物與含酸性基之化合物或其前驅物進行反應。含酸性基之化合物只要為可導入上述酸性基者,則無特別限定,例如可例舉:具有酸性基之鹵烷基化合物、具有酸性基之鹵烯基化合物、酸酐、及其等之鹽。作為構成鹵烷基化合物、鹵烯基化合物之鹵素,可例舉:氯、溴。
作為含酸性基之化合物之具體例,可例舉:單氯乙酸、單溴乙酸、3-溴丙酸、6-溴己酸、琥珀酸酐、順丁烯二酸酐、乙烯基磺酸、磷醯氯、單氯乙酸乙酯、及該等之鈉鹽、鉀鹽等。作為鹽之具體例,可例舉:單氯乙酸鈉、單氯乙酸鉀、乙烯基磺酸鈉。
作為含酸性基之化合物之前驅物,可例舉丙烯腈等。作為使用丙烯腈之方法,例如可例舉如下方法:首先於鹼性條件下使丙烯腈與澱粉或其部分分解物進行反應,導入氰乙基,將該氰乙基誘導成醯胺基之後(Synthesis;1989(12):949-950),對所獲得之醯胺進行鹼性水解。
作為鹼性基之具體例,可例舉具有一級胺基、二級胺基、三級胺基、四級銨基等之鹼性基。
該等之中,基於便於導入至澱粉部分分解物之觀點而言,較佳為酸性基,更佳為具有羧基之酸性基,較佳為羧基烷基。
作為導入該等離子性官能基之方法,於導入酸性基之情形時,使澱粉或其部分分解物與含酸性基之化合物或其前驅物進行反應。
作為導入酸性基之方法之具體例,就磺酸基而言,可例舉於鹼性條件下與乙烯基磺酸或乙烯基磺酸鈉進行反應之方法。就磷酸基而言,可例舉於鹼性條件下與磷醯氯進行反應之方法。作為導入鹼性基之方法,可例舉使用氯化縮水甘油基三甲基銨、表氯醇、及胺類之方法。
式(I)~(VI)中,示出了葡萄糖單位之6位羥基全部被導入酸性基之鈉鹽而成之水溶性聚合物,但亦可殘存未被導入酸性基之羥基。又,亦可存在未經鹽中和之酸性基。關於酸性基之導入位置,只要為存在於澱粉之部分分解物中之羥基,則並不限定,可為1位、2位、3位、4位、6位羥基中之任一者。
澱粉之部分分解物與含離子性官能基之化合物之反應條件並無特別限定,但較佳為於鹼性條件下進行。於使用鹵烷基化合物、鹵烯基化合物作為含離子性官能基之化合物之情形時,較佳為相對於鹵烷基化合物、鹵烯基化合物,使用1~1.5當量之鹼劑。作為鹼劑,可例舉:氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鋰、氨、碳酸鈉、碳酸鉀等。
導入至澱粉之部分分解物之離子性官能基較佳為與源自鹼劑之鈉、鉀、鋰、氨等形成鹽,因此,鹼劑較佳為使用鹵烷基化合物、鹵烯基化合物與澱粉之部分分解物之反應、以及鹵烷基化合物、鹵烯基化合物之酸性基之中和這兩者所需之量。例如,於使用氯乙酸作為含離子性官能基之化合物之情形時,理論上較佳為相對於氯乙酸,使用2當量以上之鹼劑。於使用氯乙酸鈉之情形時,酸性基預先被中和,因此較佳為相對於氯乙酸鈉,使用1當量以上之鹼劑。
含離子性官能基之化合物之使用量可根據水溶性聚合物之目標總酸值(醚化度)而任意地設定。通常,較佳為相對於澱粉之部分分解物之羥基1莫耳,設為0.5~5.0當量,更佳為設為0.5~2.0當量。於使用氯乙酸等鹵烷基化合物,製成水溶液而進行反應之情形時,酸性基之導入反應與鹵烷基化合物之水解反應相競爭,因此鹵烷基化合物必須較理論值過量使用。關於水溶液反應中之鹵烷基化合物之使用量,較佳為相對於理論值,設定為5當量以下。
澱粉之部分分解物與含離子性官能基之化合物之反應溫度並無特別限定,較佳為0~120℃。反應時間並無特別限定,較佳為1~24小時。反應可於水中進行,但亦可於水與甲醇、乙醇、異丙醇、丁醇、乙二醇、二乙二醇、丙二醇、乙二醇單乙醚等醇類、乙二醇二甲醚等二醇醚類等之混合溶劑中進行,亦可將經乾燥之澱粉部分分解物之粉末分散於甲醇、乙醇、異丙醇、丁醇等醇、乙二醇二甲醚等二醇醚類等親水性溶劑中進行。於使用混合溶劑之情形時,除水以外之溶劑所占之比率較佳為混合溶劑中之50體積%以下。反應裝置可使用反應釜或擠出機等。
於使用氯乙酸等鹵烷基化合物或其鹽作為含酸性基之化合物之情形時,與澱粉之部分分解物之反應溫度並無特別限定,較佳為0~100℃。
尤其是,於使用氯乙酸或其鹽作為鹵烷基化合物之情形時,為了防止因反應溶液中之水而產生之水解,較佳為於25~90℃下進行。反應時間較佳為至作為原料之鹵烷基化合物被消耗為止的時間,為了鹵烷基化合物之穩定性及製程之效率化,更佳為1~12小時。反應可於水中進行,但亦可於水與甲醇、乙醇、異丙醇、丁醇等醇、乙二醇二甲醚等二醇醚類等之混合溶劑中進行,亦可將經乾燥之澱粉部分分解物之粉末分散於甲醇、乙醇、異丙醇、丁醇等醇、乙二醇二甲醚等二醇醚類等親水性溶劑中進行。於使用混合溶劑之情形時,除水以外之溶劑所占之比率較佳為混合溶劑中之50體積%以下。反應裝置可使用反應釜或擠出機等。
又,於使用酸酐作為含離子性官能基之化合物之情形時,僅藉由將澱粉部分分解物與酸酐混合,進行加熱,便可使反應進行,但為了促進反應,亦可使用碳酸鈉、氫氧化鈉、三乙胺等三級胺類、2-甲基咪唑等咪唑類、溴化四丁基銨等四級銨鹽、溴化四丁基鏻等鏻鹽作為觸媒。關於該等觸媒之添加量,較佳為相對於含離子性官能基之化合物為0.1當量以下。該等觸媒可單獨使用,亦可組合使用2種以上。
反應時間較佳為至作為原料之酸酐被消耗為止的時間,更佳為1~12小時。反應之終點可利用酸值測定或IR測定來判斷。反應可於水中進行,但為了防止酸酐之水解及醇解,反應溶劑較佳為二甲基亞碸、二甲基甲醯胺、二甲基乙醯胺、N-甲基吡咯啶酮等非質子性溶劑。於使用混合溶劑之情形時,除水以外之溶劑所占之比率較佳為混合溶劑中之50體積%以上。於在無溶劑的情況下進行反應之情形時,酸酐可發揮溶劑之作用,因此就反應溫度而言較佳為於酸酐之熔點以上進行。於在反應中使用溶劑之情形時,反應溫度較佳為50~100℃,進而較佳為70~90℃。反應裝置可使用反應釜或擠出機等。
<<水溶性聚合物之製造方法2>>
本發明之水溶性聚合物之製造方法之特徵在於包括:
步驟(b1):於澱粉導入離子性官能基;及
步驟(b2):將藉由步驟(b1)所獲得之具有離子性官能基之澱粉低分子量化,而獲得該具有離子性官能基之澱粉之部分分解物。
<步驟(b1):使離子性官能基與澱粉加成>
於本步驟中,使澱粉與含離子性官能基之化合物進行反應。所使用之澱粉、離子性官能基、含離子性官能基之化合物係如上文中關於於澱粉之部分分解物導入離子性官能基之步驟(a2)所述。
澱粉與含離子性官能基之化合物之反應條件並無特別限定,於使用鹵烷基化合物作為含離子性官能基之化合物之情形時,較佳為相對於鹵烷基化合物,使用1~1.5當量之鹼劑。為了使澱粉穩定化,較佳為pH10.5~12.5,更佳為pH11~12。作為pH調整所使用之鹼劑,可例舉:氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鋰、氨、碳酸鈉、碳酸鉀等。
導入至澱粉之離子性官能基較佳為與源自鹼劑之鈉、鉀、鋰、氨等形成鹽,因此鹼劑較佳為使用鹵烷基化合物與澱粉之反應、以及鹵烷基化合物之酸性基之中和這兩者所需之量。例如,於使用氯乙酸作為含離子性官能基之化合物之情形時,理論上較佳為相對於氯乙酸,使用2當量以上之鹼劑。於使用氯乙酸鈉之情形時,酸性基預先被中和,因此較佳為相對於氯乙酸鈉,使用1當量以上之鹼劑。
含離子性官能基之化合物之使用量可根據水溶性聚合物之目標總酸值(醚化度)而任意地設定。通常,較佳為相對於澱粉之羥基1莫耳,設為0.5~5.0當量,更佳為設為0.5~2.0當量。於使用氯乙酸等鹵烷基化合物,製成水溶液而進行反應之情形時,酸性基之導入反應與鹵烷基化合物之水解反應相競爭,因此鹵烷基化合物必須較理論值過量使用。關於水溶液反應中之鹵烷基化合物之使用量,較佳為相對於理論值,設定為5當量以下。
澱粉與含離子性官能基之化合物之反應溫度並無特別限定,較佳為0~120℃。反應時間並無特別限定,較佳為1~24小時。反應可於水中進行,但亦可於水與甲醇、乙醇、異丙醇、丁醇、乙二醇、二乙二醇、丙二醇、乙二醇單乙醚等醇類、乙二醇二甲醚等二醇醚類等之混合溶劑中進行。於使用混合溶劑之情形時,除水以外之溶劑所占之比率較佳為混合溶劑中之50體積%以下。反應裝置可使用反應釜或擠出機等。
於使用氯乙酸等鹵烷基化合物作為含酸性基之化合物之情形時,與澱粉之反應溫度並無特別限定,較佳為0~100℃。
尤其是,於使用氯乙酸或其鹽作為鹵烷基化合物之情形時,為了防止因反應溶液中之水而產生之水解,較佳為於25~60℃下進行。反應時間較佳為至作為原料之鹵烷基化合物被消耗為止的時間,為了鹵烷基化合物之穩定性及製程之效率化,更佳為1~6小時。反應可於水中進行,但亦可於水與甲醇、乙醇、異丙醇、丁醇等醇、乙二醇二甲醚等二醇醚類等之混合溶劑中進行,亦可將經乾燥之澱粉部分分解物之粉末分散於甲醇、乙醇、異丙醇、丁醇等醇、乙二醇二甲醚等二醇醚類等親水性溶劑中進行。於使用混合溶劑之情形時,除水以外之溶劑所占之比率較佳為混合溶劑中之50體積%以下。反應裝置可使用反應釜或擠出機等。
<步驟(b2):將具有離子性官能基之澱粉低分子量化,而獲得該具有離子性官能基之澱粉之部分分解物>
於本步驟中,將藉由步驟(b1)所獲得之具有離子性官能基之澱粉低分子量化,使黏度下降。進行低分子量化之方法並無特別限定,例如可例舉對澱粉進行酵素處理、酸處理、物理破碎等之方法。該等方法係如上文中關於將澱粉低分子量化而獲得澱粉之部分分解物之步驟(a1)所述。
<<水溶性聚合物之物性>>
本發明所製造之水溶性聚合物之分子量並無特別限定,利用水系尺寸排阻層析法分析所得之普魯蘭換算之重量平均分子量較佳為50萬~5,000萬,更佳為50萬~4,600萬,進而較佳為70萬~2,000萬。若上述重量平均分子量未達50萬,則呈現出吸水性樹脂之保水性下降之傾向,若超過5,000萬,則呈現出吸水性樹脂之吸水性能下降之傾向。再者,關於利用水系尺寸排阻層析法分析所得之普魯蘭換算之重量平均分子量,可基於利用已藉由水系尺寸排阻層析法得知分子量之普魯蘭製作的分子量與溶出時間之校準曲線而求出。
於離子性官能基為酸性基之情形時,水溶性聚合物之總酸值較佳為50~350 mgKOH/g,更佳為70~300 mgKOH/g。總酸值係指使經中和之酸性基恢復成未被中和之狀態後所測得之酸值,表示導入水溶性聚合物中之全部酸性基之導入量。若總酸值未達50 mgKOH/g、或超過350 mgKOH/g,則於使水溶性聚合物交聯後之吸水性樹脂中,呈現出生理鹽水等含有電解質之水溶液之吸水性能下降之傾向。
於使具有酸性基之鹵烷基化合物、與澱粉或其部分分解物之羥基進行反應而導入水溶性聚合物上之酸性基的情形時,酸性基之導入量亦可由醚化度來表示。水溶性聚合物之醚化度較佳為0.1~2.0,更佳為0.2~1.5。醚化度可藉由灰化滴定法等而求出。又,總酸值係藉由導入酸性基而檢測出者,於作為原料之澱粉或澱粉部分分解物中不含有酸性基之情形時,可認為藉由總酸值之測定而檢測出之酸性基與藉由醚化反應而導入者相等。因此,於原料之澱粉或澱粉部分分解物中不存在酸性基之情形時,可藉由計算而簡單地根據上述總酸值之數值算出。例如於酸性基為羧甲基,且其全部被中和成鈉鹽之情形時,可藉由醚化度=(162×總酸值)÷(56100-80×總酸值)而算出。再者,此時之總酸值之單位為mgKOH/g。
水溶性聚合物之自由酸值(free acid number)較佳為5~30 mgKOH/g,更佳為7~25 mgKOH/g。自由酸值係針對未經中和之酸性基所測得之酸值。若自由酸值未達5 mgKOH/g,則呈現出吸水性樹脂之強度變得不充分之傾向,若超過30 mgKOH/g,則呈現出吸水性能下降之傾向。
水溶性聚合物之分散度(重量平均分子量/數量平均分子量)並無特別限定,較佳為5~110,更佳為7~70。若未達5或超過110,則呈現出吸水性樹脂之吸水性能下降之傾向。水溶性聚合物之數量平均分子量可藉由水系尺寸排阻層析法分析而求出。
<<吸水性樹脂之製造方法>>
本發明之吸水性樹脂之製造方法之特徵在於包括:
步驟(c1):藉由上述製造方法而製造水溶性聚合物;
步驟(c2):對導入至水溶性聚合物之離子性官能基加以中和;及
步驟(c3):使水溶性聚合物彼此交聯。
<步驟(c2):對導入至水溶性聚合物之離子性官能基加以中和>
於本步驟中,對與澱粉部分分解物加成之離子性官能基之鹽加以中和。藉由中和,形成鹽之離子性官能基之一部分被轉化為游離離子性官能基。較佳為對離子性官能基之鹽之一部分進行中和。例如,於使用單氯乙酸作為上述含離子性官能基之化合物,並使用氫氧化鈉作為鹼劑之情形時,使羧基之鈉鹽與澱粉部分分解物進行加成。藉由向其中添加酸,而一部分羧基被轉化為游離之羧酸。
於離子性官能基為酸性基之情形時,將酸用於中和。酸並無特別限定,於酸性基為羧基之情形時,較佳為具有與羧基同等以下之pKa之酸,可例舉:鹽酸、硫酸、磷酸、硝酸、乙酸、甲酸、三氯乙酸等。進行磺酸基、或磷酸基之中和時,較佳為使用強酸,使用鹽酸、硫酸等無機酸或強酸性離子交換樹脂等。可使用反應釜、擠出機等公知之裝置進行中和。添加酸之後,為了進行中和反應,較佳為於0~50℃下進行0.2~1小時攪拌。中和反應較佳為於pH6.8~7.2之條件下進行。
於離子性官能基為鹼性基之情形時,將鹼劑用於中和。鹼劑並無特別限定,較佳為具有與鹼性基同等以上之pKa者,可例舉:氫氧化鈉、氫氧化鉀等。可使用反應釜、擠出機等公知之裝置進行中和。添加鹼劑之後,為了中和反應,較佳為於0~50℃下進行0.2~1小時攪拌。中和反應較佳為於pH6.8~7.2之條件下進行。
於中和反應中,源自含離子性官能基之化合物之鹵素、與源自鹼劑之金屬或氨之間有時會形成鹽。作為脫鹽方法,可例舉藉由如下製程進行洗淨之方法:使水溶性聚合物溶解於水中而製成水溶液,將該水溶液滴加至甲醇、乙醇、異丙醇、丙酮、乙腈等親水性溶劑中,使水溶性聚合物再次沈澱,進行過濾而回收,其後使過濾回收之水溶性聚合物再次分散於含水甲醇(含水率為70~90%左右)中,進行攪拌,然後過濾回收水溶性聚合物之粒子。又,作為脫鹽方法,可例舉藉由具有超過濾膜之過濾器對親水性聚合物之水溶液進行處理之方法。作為脫鹽時之洗淨液,可使用水、或水與甲醇、乙醇、丙醇、丙酮、乙腈等親水性有機溶劑之混合液。脫鹽較佳為實施至水溶性聚合物中之鹽濃度變成1%以下為止。
<步驟(c3):使水溶性聚合物彼此交聯>
於本步驟中,使水溶性聚合物彼此交聯。此處形成之交聯相當於吸水性樹脂之內部交聯。關於交聯,可不使用交聯劑而藉由於含水條件下對例如水溶性聚合物進行加熱乾燥之方法形成。開始加熱乾燥之時間點之水溶性聚合物可為水溶液,亦可為含有水分為1重量%以上之含水溶劑的濕粉。於使含有含水溶劑之濕粉乾燥之情形時,該乾燥開始時之濕粉之含濕率較佳為1~85重量%,更佳為20~80重量%,進而較佳為55~75重量%。再者,此處所謂之含濕率係水與親水性溶劑之合計量於濕粉中之比率。加熱時之溫度較佳為50~150℃,更佳為60~130℃。乾燥方法並無特別限定,可使用轉筒乾燥機、噴霧乾燥器、圓錐螺旋混合機等進行。
交聯較佳為經由藉由步驟(c1)而導入至水溶性聚合物之離子性官能基形成。作為交聯結構,例如可例舉:離子性官能基彼此形成之離子鍵、經由金屬離子形成之配位鍵,於離子性官能基為具有羧基之酸性基之情形時,可例舉羧基之二聚體化等而成之氫鍵等。為了使獲得之吸水性樹脂之分解變得容易,交聯較佳為並非利用共價鍵進行之交聯。作為利用共價鍵進行之交聯,可例舉:酯鍵、醚鍵、碳-碳單鍵(C-C鍵)、碳-碳雙鍵(C=C鍵)等。
於交聯時,除了水之外,亦可併用除水以外之溶劑。作為除水以外之溶劑,可例舉:甲醇、乙醇、正丙醇及異丙醇等低級脂肪族醇類;丙酮等酮類;二烷、四氫呋喃及甲氧基(聚)乙二醇等醚類;ε-己內醯胺及N,N-二甲基甲醯胺等醯胺類。全部溶劑中除水以外之溶劑所占之比率較佳為根據溶劑之沸點來調整,於溶劑之沸點為100℃以下之情形時,較佳為70體積%以上,於高於100℃之情形時,較佳為30體積%以下。
交聯結構可如上所述在不使用交聯劑的情況下形成,但亦可使用交聯劑。作為交聯劑,可例舉:環氧化合物、多元醇化合物、多胺化合物、聚異氰酸酯化合物、碳酸伸烷酯化合物、鹵代環氧(halo epoxy)化合物、鹵醇化合物、多元唑啉化合物、碳二醯亞胺化合物、矽烷偶合劑、多元金屬化合物等。
作為上述環氧化合物,例如可例舉:琥珀酸縮水甘油酯、山梨醇聚縮水甘油醚、三羥甲基丙烷聚縮水甘油醚、聚乙二醇二縮水甘油醚、丙三醇聚縮水甘油醚、二丙三醇聚縮水甘油醚、聚丙三醇聚縮水甘油醚、丙二醇二縮水甘油醚、聚丙二醇二縮水甘油醚、去水甘油等。
作為上述多元醇化合物,例如可例舉:乙二醇、二乙二醇、丙二醇、三乙二醇、四乙二醇、聚乙二醇、1,3-丙二醇、二丙二醇、2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇、聚丙二醇、甘油、聚甘油、2-丁烯-1,4-二醇、1,3-丁二醇、1,4-丁二醇、1,5-戊二醇、1,6-己二醇、1,2-環己烷二甲醇、1,2-環己二醇、三羥甲基丙烷、二乙醇胺、三乙醇胺、聚氧丙烯、氧乙烯-氧丙烯嵌段共聚物、新戊四醇、山梨醇等。
作為上述多胺化合物,例如可例舉:伸乙基二胺、二伸乙基三胺、三伸乙基四胺、四伸乙基五胺、五伸乙基六胺、聚伸乙基亞胺、該等多胺化合物之無機鹽或有機鹽(吖嗪鎓鹽等)、甲殼素等具有胺基之多糖類等。
作為上述碳酸伸烷酯化合物,例如可例舉:1,3-二氧戊環-2-酮、4-甲基-1,3-二氧戊環-2-酮、4,5-二甲基-1,3-二氧戊環-2-酮、4,4-二甲基-1,3-二氧戊環-2-酮、4-乙基-1,3-二氧戊環-2-酮、4-羥基甲基-1,3-二氧戊環-2-酮、1,3-二烷-2-酮、4-甲基-1,3-二烷-2-酮、4,6-二甲基-1,3-二烷-2-酮等。
作為上述鹵代環氧化合物,例如可例舉:表氯醇、表溴醇、α-甲基表氯醇或其多胺加成物(例如,Hercules公司製造之KYMENE(註冊商標))等。
又,作為其他公知之交聯劑,亦可使用水系之碳二醯亞胺化合物(例如,Nisshinbo Chemical股份有限公司製造之Carbodilite)、γ-縮水甘油氧基丙基三甲氧基矽烷、γ-胺基丙基三乙氧基矽烷等矽烷偶合劑、或鋅、鈣、鎂、鋁、鐵、鋯等之氫氧化物或氯化物等多元金屬化合物等。
藉由交聯而獲得之吸水性樹脂之水及/或親水性溶劑之含有率可藉由對吸水性樹脂進行加熱或乾燥等處理來調整。吸水性樹脂中之水及/或親水性溶劑之含有率較佳為0.1~20%,更佳為1~19%。若未達0.1%,則呈現出吸水速度下降之傾向,若超過20%,則呈現出於吸水時吸水性樹脂粒子容易凝聚(變得容易結塊)之傾向。作為親水性溶劑,可例舉:甲醇、乙醇、正丙醇、異丙醇、丙酮、乙二醇、丙二醇、二乙二醇、乙二醇單乙醚、乙二醇單丁醚、二乙二醇二甲醚、二甲基亞碸等。
製造吸水性樹脂時,除了步驟(c3)之交聯以外,亦可進行表面交聯。藉由表面交聯,可提高吸水性樹脂之強度。表面交聯所使用之交聯劑可使用與上文中關於步驟(c3)之交聯所述之交聯劑相同者。該等之中,較佳為環氧化合物,更佳為乙二醇二縮水甘油醚、山梨醇聚縮水甘油醚、琥珀酸縮水甘油酯。
表面交聯可藉由如下方法而形成:將表面交聯劑噴霧至吸水性樹脂,然後使用圓筒型混合機、V字型混合機、帶型混合機、螺旋型混合機、雙臂型混合機、粉碎型捏合機等藉由公知之方法混合後,使其交聯。於噴霧、混合時,可視需要添加界面活性劑。
關於所製造之吸水性樹脂,為了去除雜質或副產物,亦可進行脫鹽或洗淨等處理。可使用具有逆滲透膜之過濾器等進行脫鹽。作為洗淨液,可使用水、或水與甲醇、乙醇、丙醇等親水性有機溶劑之混合液。
<<吸水性樹脂>>
關於藉由上述方法而製造之吸水性樹脂之未加壓下之吸水倍率,可利用實施例中記載之方法測定吸水性樹脂未被施加負荷時之生理鹽水或離子交換水之吸收性而求出。吸水性樹脂於固形物狀態下,離子交換水之未加壓下之吸水倍率較佳為100~400 g/g,更佳為120~350 g/g。又,生理鹽水之未加壓下之吸水倍率較佳為20~70 g/g,更佳為30~65 g/g。
吸水性樹脂之離子交換水之未加壓下之吸水倍率(A)與生理鹽水之未加壓下之吸收倍率(B)的比(A/B)較佳為7以下,更佳為5以下。
關於吸水性樹脂之保水率,可利用實施例中記載之方法測定吸水性樹脂被施加150 G之負荷時之生理鹽水或離子交換水之吸收性而求出。吸水性樹脂於固形物狀態下,離子交換水之保水率較佳為80~300 g/g,更佳為100~300 g/g。又,生理鹽水之保水率較佳為7~60 g/g,更佳為10~60 g/g,進而較佳為20~60 g/g。
吸水性樹脂亦可任意地含有除上述水溶性聚合物以外之結構單元。作為除水溶性聚合物以外之結構單元,例如可例舉聚丙烯酸部分中和物交聯物、自交聯型聚丙烯酸部分中和物、澱粉-丙烯酸接枝聚合物等聚丙烯酸(鹽)。作為丙烯酸之鹽,可例舉:鈉鹽、鉀鹽、銨鹽等。作為除水溶性聚合物以外之結構單元,還可例舉:甲基丙烯酸、順丁烯二酸、乙烯基磺酸、苯乙烯磺酸、2-(甲基)丙烯醯胺-2-甲基丙磺酸、2-(甲基)丙烯醯基乙磺酸、2-(甲基)丙烯醯基丙磺酸等陰離子性不飽和單體及其鹽;丙烯醯胺、甲基丙烯醯胺、N-乙基(甲基)丙烯醯胺、N-正丙基(甲基)丙烯醯胺、N-異丙基(甲基)丙烯醯胺、N,N-二甲基(甲基)丙烯醯胺、(甲基)丙烯酸2-羥基乙酯、(甲基)丙烯酸2-羥基丙酯、甲氧基聚乙二醇(甲基)丙烯酸酯、聚乙二醇單(甲基)丙烯酸酯、乙烯基吡啶、N-乙烯基吡咯啶酮、N-丙烯醯基哌啶、N-丙烯醯基吡咯啶等非離子性之含親水基之不飽和單體;(甲基)丙烯酸N,N-二甲胺基乙酯、(甲基)丙烯酸N,N-二乙胺基乙酯、(甲基)丙烯酸N,N-二甲胺基丙酯、N,N-二甲胺基丙基(甲基)丙烯醯胺、及其等之四級鹽之類的陽離子性不飽和單體;直鏈狀纖維素;聚(γ-麩胺酸)等。
於吸水性樹脂含有除水溶性聚合物以外之結構單元之情形時,其含量較佳為相對於與作為主成分而使用之水溶性聚合物之合計量,為90重量%以下,更佳為50重量%以下,進而較佳為20重量%以下。
關於吸水性樹脂,為了賦予各種功能,亦可含有消毒劑、除臭劑、抗菌劑、香料、各種無機粉末、發泡劑、顏料、染料、親水性短纖維、肥料、氧化劑、還原劑、水、及鹽類等其他添加劑。其等之添加量可由本領域技術人員適當選擇。
<<吸水性樹脂之分解方法>>
本發明之吸水性樹脂之分解方法之特徵在於包括對藉由上述製造方法所獲得之吸水性樹脂進行鹼處理之步驟。於進行鹼處理之步驟中,將吸水性樹脂置於較佳為pH9以上、更佳為pH10以上之條件下。藉由鹼處理,吸水性樹脂之交聯結構或葡萄糖苷鍵斷鍵從而分解成水溶性聚合物,能降低廢棄時之環境負荷。
鹼處理所使用之鹼劑並無特別限定,例如可例舉:氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鋰、氨、碳酸鈉、碳酸鉀等。鹼處理時之溫度並無特別限定,可於例如5~50℃之條件下進行。
<<含有吸水性樹脂之物品>>
藉由上述吸水性樹脂,可製造各種物品。作為物品,可例舉:紙尿布、生理用品、失禁用護墊、攜帶用馬桶(portable toilet)、污物處理袋、動物用屎尿處理劑、醫療用治療材、手術用墊單、牙科用廢液處理劑、醫療廢血凝固劑、創傷被覆材、保濕劑等衛生用品或醫療用品;土壤保濕劑、育苗墊、種衣劑、肥料之緩釋劑、農業·肥料之崩解助劑、沙漠綠化材料、農業用膜、鮮度保持劑等農業·園藝用品;土壤改質劑、污泥固化劑、防水材等土木用材料;以及保冷劑、增黏劑、除臭劑、食品用水滴吸收劑、寵物尿墊、暖暖包、電池用膠化劑、防結露片、填充劑、人造雪等物品。作為衛生用品之例,可例舉依序積層有底層片材、吸收體、及頂部片材之積層體。上述吸收體含有本發明之吸水性樹脂,視需要亦可進而含有吸水紙或紙漿。物品之具體之製造方法並無特別限定,可藉由各物品眾所周知之方法來製造。
該等物品含有上述吸水性樹脂,因此具有易於分解之特徵。吸水性樹脂可藉由上述鹼處理條件而分解,能降低廢棄時之環境負荷。
[實施例]
以下,例舉實施例對本發明進行說明,但本發明並不限定於以下實施例。以下,「份」或「%」只要未作特別說明,則分別表示「重量份」或「重量%」。
(1)使用材料
(1-1)澱粉原料
玉米澱粉
木薯
蠟質玉米
馬鈴薯
(1-2)水解酵素
α-澱粉酶(長瀨化成(股)製造之Spitase(註冊商標)HK/R),12,200單位/g
分支酶(branching enzyme)(Novozyme製造之Branchzyme(註冊商標)),25,000單位/g
麥芽糖轉葡糖基酶:好氧培養嗜熱棲熱菌(Thermus thermophilus),對所回收之菌體之破碎萃取液進行離心分離,將其上清液用作粗酵素液。按慣例將粗酵素液供於管柱層析法,將經電泳純化至單一之樣品用作純化酵素液。
再者,關於麥芽糖轉葡糖基酶之活性,執行以下方法。將含有10 w/v%之麥芽三糖、50 mM之乙酸鈉緩衝液(pH6.0)及酵素之反應液1於60℃下進行20分鐘保溫。其後,於100℃下進行10分鐘加熱後使反應終止。藉由葡萄糖氧化酶法測定反應液中之葡萄糖量。關於麥芽糖轉葡糖基酶之單位量,將於1分鐘內生成1 μmol之葡萄糖之麥芽糖轉葡糖基酶活性設為1單位。
(2)澱粉部分分解物之製造(製造例1~17及製造例54)
藉由以下方法而製造澱粉部分分解物。再者,關於所獲得之澱粉部分分解物之重量平均分子量,基於利用已藉由水系尺寸排阻層析法得知分子量之普魯蘭製作的分子量與溶出時間之校準曲線而求出。
製造例1:源自玉米澱粉之澱粉部分分解物
將玉米澱粉以濃度達到15%(w/w)之方式懸浮於20 mM之乙酸緩衝液(pH6.0)中而製備澱粉乳。於該澱粉乳中,以相對於每克澱粉固形物達到0.8單位之方式添加麥芽糖轉葡糖基酶粗酵素液,且以相對於每克澱粉固形物達到20單位之方式添加分支酶,於室溫下攪拌30分鐘後,一面攪拌,一面於80℃下保持6小時而使其反應,從而製備液化澱粉。所獲得之澱粉部分分解物之重量平均分子量為81.0萬。
製造例2:源自玉米澱粉之澱粉部分分解物
將玉米澱粉以濃度達到15%(w/w)之方式懸浮於20 mM之乙酸緩衝液(pH6.0)中而製備澱粉乳。於該澱粉乳中,以相對於每克澱粉固形物達到1.6單位之方式添加麥芽糖轉葡糖基酶粗酵素液,於室溫下攪拌30分鐘後,一面攪拌,一面於90℃下保持3小時,進而於80℃下保持17小時使其反應,從而製備液化澱粉。所獲得之澱粉部分分解物之重量平均分子量為66.3萬。
製造例3:源自玉米澱粉之澱粉部分分解物
將玉米澱粉以濃度達到15%(w/w)之方式懸浮於20 mM之乙酸緩衝液(pH6.0)中而製備澱粉乳。於該澱粉乳中,以相對於每克澱粉固形物達到1.6單位之方式添加麥芽糖轉葡糖基酶純化酵素液,於室溫下攪拌30分鐘後,一面攪拌,一面於80℃下保持8小時使其反應,從而製備液化澱粉。所獲得之澱粉部分分解物之重量平均分子量為72.0萬。
製造例4:源自玉米澱粉之澱粉部分分解物
將玉米澱粉以濃度達到15%(w/w)之方式懸浮於20 mM之乙酸緩衝液(pH6.0)中而製備澱粉乳。於該澱粉乳中,以相對於每克澱粉固形物達到0.6單位之方式添加麥芽糖轉葡糖基酶純化酵素液,且以相對於每克澱粉固形物達到0.03單位之方式添加α-澱粉酶,於室溫下攪拌30分鐘後,一面攪拌,一面於90℃下保持4.5小時,進而於100℃下保持1.5小時使其反應,從而製備液化澱粉。所獲得之澱粉部分分解物之重量平均分子量為146萬。
製造例5:源自木薯澱粉之澱粉部分分解物
將木薯澱粉以濃度達到15%(w/w)之方式懸浮於20 mM之乙酸緩衝液(pH6.0)中而製備澱粉乳。於該澱粉乳中,以相對於每克澱粉固形物達到1.6單位之方式添加麥芽糖轉葡糖基酶粗酵素液,於室溫下攪拌30分鐘後,一面攪拌,一面於80℃下保持20小時使其反應,從而製備液化澱粉。所獲得之澱粉部分分解物之重量平均分子量為20萬。
製造例6:源自木薯澱粉之澱粉部分分解物
將木薯澱粉以濃度達到15%(w/w)之方式懸浮於20 mM之乙酸緩衝液(pH6.0)中而製備澱粉乳。於該澱粉乳中,以相對於每克澱粉固形物達到0.4單位之方式添加麥芽糖轉葡糖基酶粗酵素液,於室溫下攪拌30分鐘後,一面攪拌,一面於80℃下保持9小時使其反應,從而製備液化澱粉。所獲得之澱粉部分分解物之重量平均分子量為118萬。
製造例7:源自木薯澱粉之澱粉部分分解物
將木薯澱粉以濃度達到15%(w/w)之方式懸浮於20 mM之乙酸緩衝液(pH6.0)中而製備澱粉乳。於該澱粉乳中,以相對於每克澱粉固形物達到0.4單位之方式添加麥芽糖轉葡糖基酶純化酵素液,於室溫下攪拌30分鐘後,一面攪拌,一面於80℃下保持3小時使其反應,從而製備液化澱粉。所獲得之澱粉部分分解物之重量平均分子量為196萬。
製造例8:源自蠟質玉米澱粉之澱粉部分分解物
將蠟質玉米澱粉懸浮於自來水中,以最終濃度達到1 mM之方式加入氯化鈣,調整為pH6.0而製備濃度為約15質量%之澱粉乳。於該澱粉乳中,以相對於每克澱粉固形物達到0.78單位之方式添加α-澱粉酶,攪拌30分鐘後,以1 L/分鐘之流速通入連續液化裝置。將澱粉乳於連續液化裝置中於100℃下加熱25分鐘,繼而於140℃下加熱5分鐘,從而製備液化澱粉。所獲得之澱粉部分分解物之重量平均分子量為61萬。
製造例9:源自蠟質玉米澱粉之澱粉部分分解物
藉由與製造例8相同之方法,將酵素添加量變更為0.36 U而製備。所獲得之澱粉部分分解物之重量平均分子量為133萬。
製造例10:源自馬鈴薯澱粉之澱粉部分分解物
將馬鈴薯澱粉以濃度達到15%(w/w)之方式懸浮於20 mM之乙酸緩衝液(pH6.0)中而製備澱粉乳。於該澱粉乳中,以相對於每克澱粉固形物達到0.8單位之方式添加麥芽糖轉葡糖基酶純化酵素液,於室溫下攪拌30分鐘後,一面攪拌,一面於80℃下保持4小時使其反應,從而製備液化澱粉。所獲得之澱粉部分分解物之重量平均分子量為153萬。
製造例11:源自玉米澱粉之澱粉部分分解物
將玉米澱粉以濃度達到15%(w/w)之方式懸浮於20 mM之乙酸緩衝液(pH6.0)中而製備澱粉乳。於該澱粉乳中,以相對於每克澱粉固形物達到0.6單位之方式添加麥芽糖轉葡糖基酶純化酵素液,且以相對於每克澱粉固形物達到0.03單位之方式添加α-澱粉酶,於室溫下攪拌30分鐘後,一面攪拌,一面於90℃下保持4.5小時,進而於100℃下保持1.5小時使其反應,從而製備液化澱粉。所獲得之澱粉部分分解物之重量平均分子量為146萬。
製造例12:源自玉米澱粉之澱粉部分分解物
將玉米澱粉以濃度達到15%(w/w)之方式懸浮於20 mM之乙酸緩衝液(pH6.0)中而製備澱粉乳。於該澱粉乳中,以相對於每克澱粉固形物達到0.6單位之方式添加麥芽糖轉葡糖基酶純化酵素液,且以相對於每克澱粉固形物達到0.03單位之方式添加α-澱粉酶,於室溫下攪拌30分鐘後,一面攪拌,一面於80℃下保持6小時使其反應,從而製備液化澱粉。所獲得之澱粉部分分解物之重量平均分子量為104萬。
製造例13:源自木薯澱粉之澱粉部分分解物
將木薯澱粉以濃度達到15%(w/w)之方式懸浮於20 mM之乙酸緩衝液(pH6.0)中而製備澱粉乳。於該澱粉乳中,以相對於每克澱粉固形物達到1.6單位之方式添加麥芽糖轉葡糖基酶純化酵素液,於室溫下攪拌30分鐘後,一面攪拌,一面於80℃下保持20小時使其反應,從而製備液化澱粉。所獲得之澱粉部分分解物之重量平均分子量為19萬。
製造例14:源自玉米澱粉之澱粉部分分解物
將玉米澱粉以濃度達到15%(w/w)之方式懸浮於20 mM之乙酸緩衝液(pH6.0)中而製備澱粉乳。於該澱粉乳中,以相對於每克澱粉固形物達到8.0單位之方式添加麥芽糖轉葡糖基酶純化酵素液,於室溫下攪拌30分鐘後,一面攪拌,一面於90℃下保持3.0小時,進而於80℃下保持21小時使其反應,從而製備液化澱粉。所獲得之澱粉部分分解物之重量平均分子量為27萬。
(製造例15)源自玉米澱粉之澱粉部分分解物
將玉米澱粉以濃度達到30%(w/w)之方式懸浮於自來水後,添加1 N之氫氧化鈉,藉此調整為pH6.0,而獲得澱粉乳。於該澱粉乳中,以相對於每克澱粉固形物達到0.2單位之方式添加麥芽糖轉葡糖基酶粗酵素液,於室溫下攪拌30分鐘後,一面攪拌,一面於80℃下進行6小時之反應,從而製備液化澱粉。所獲得之澱粉部分分解物之重量平均分子量為607萬,分散度為35.4。
(製造例16)
將玉米澱粉以濃度達到30%(w/w)之方式懸浮於自來水中,然後添加1 N之氫氧化鈉,藉此調整為pH6.0,而獲得澱粉乳。於該澱粉乳中,以相對於每克澱粉固形物達到0.15單位之方式添加麥芽糖轉葡糖基酶粗酵素液,且以相對於每克澱粉固形物達到0.04單位之方式添加α-澱粉酶,於室溫下攪拌30分鐘後,一面攪拌,一面於80℃下進行6小時之反應,從而製備液化澱粉。所獲得之澱粉部分分解物之重量平均分子量為134萬,分散度為10.6。使所獲得之澱粉部分分解物之水溶液於80℃下真空乾燥,將獲得之乾燥物粉碎,回收通過1 mm網眼之乾燥粉末品。乾燥粉末品之水分為2.7%。
(製造例17)
將玉米澱粉以濃度達到15%(w/w)之方式懸浮於自來水中,然後添加1 N之氫氧化鈉,藉此調整為pH6.0而獲得澱粉乳。於該澱粉乳中,以相對於每克澱粉固形物達到0.5單位之方式添加α-澱粉酶,於室溫下攪拌30分鐘後,一面攪拌,一面於100℃下進行20分鐘之反應,從而製備液化澱粉。所獲得之澱粉部分分解物之重量平均分子量為137萬,分散度為65.6。
(製造例54)
將玉米澱粉以濃度達到30%(w/w)之方式懸浮於自來水中,然後添加1 N之氫氧化鈉,藉此調整為pH6.0而獲得澱粉乳。於該澱粉乳中,以相對於每克澱粉固形物達到0.2單位之方式添加麥芽糖轉葡糖基酶粗酵素液,於室溫下攪拌30分鐘後,一面攪拌,一面於80℃下進行6小時之反應,從而製備液化澱粉。所獲得之澱粉部分分解物之重量平均分子量為191萬,分散度為10.1。
(3)水溶性聚合物之製造(製造例18~34及製造例55)
(3-1)製造例18
將製造例1中製造之澱粉部分分解物之15重量%水溶液125 g(澱粉部分分解物之羥基為0.35 mol)添加至具備攪拌機、溫度計、冷凝管之500 ml之可分離式燒瓶。其次,加入48.8%之氫氧化鈉水溶液42.7 g(0.52 mol,相對於澱粉部分分解物之羥基為1.5當量),於60℃以下攪拌溶液至完全均勻。確認到溶液變均勻之後,於50~60℃下在30分鐘內滴加加入將單氯乙酸鈉60.7 g(0.52 mol,相對於澱粉部分分解物之羥基為1.5當量)溶解於78.4 g離子交換水中所得之水溶液。加入單氯乙酸鈉水溶液後,將溫度調節為80~85℃,進行1小時攪拌。反應之終點滿足如下條件:對反應液進行採樣,使用0.01 N之硝酸銀溶液,藉由電位差滴定來測定反應液中之氯離子含量,達到所有單氯乙酸鈉皆已反應時之氯離子含量之計算值6.0%之98%以上。於本製造例中,氯含量為6.2%。
反應結束後,以28 g離子交換水稀釋反應液。將經稀釋之反應液冷卻至室溫,於約30分鐘內添加至1 L之甲醇中,使水溶性聚合物析出、再沈澱。於添加所有反應液之後,進行30分鐘攪拌,藉由減壓過濾而將分散於甲醇中之水溶性聚合物固液分離。
繼而,為了去除水溶性聚合物中含有之氯化鈉,使所回收之水溶性聚合物再次分散於0.7 L之甲醇/水為80/20(體積比)之含水甲醇中,於室溫下進行30分鐘攪拌、洗淨後,藉由減壓過濾進行固液分離,再次回收水溶性聚合物。藉由使用0.01 N硝酸銀溶液之電位差滴定來測定所回收之水溶性聚合物之氯含量,反覆進行洗淨製程直至氯含量變得未達1%為止。所獲得之水溶性聚合物之總酸值為182 mgKOH/g,根據總酸值算出之醚化度為0.71。
(3-2)製造例19~32
除了變更為表1所記載之原料與添加量以外,以與製造例18相同之方式進行反應,而獲得水溶性聚合物。
[表1]
水溶性聚合物 | 製造例18 | 製造例19 | 製造例20 | 製造例21 | 製造例22 | 製造例23 | 製造例24 | 製造例25 | 製造例26 | 製造例27 | 製造例28 | 製造例29 | 製造例30 | 製造例31 | 製造例32 | |
澱粉部分水解物1 | 製造例1 | 製造例2 | 製造例3 | 製造例4 | 製造例5 | 製造例6 | 製造例7 | 製造例7 | 製造例8 | 製造例8 | 製造例9 | 製造例10 | 製造例11 | 製造例12 | 製造例15 | |
水溶液濃度(%) | 15 | 15 | 15 | 15 | 15 | 15 | 15 | 15 | 25 | 25 | 25 | 15 | 15 | 15 | 30 | |
水溶液量(g) | 125.0 | 115.0 | 125.0 | 125.0 | 100.0 | 96.4 | 125.0 | 114.8 | 82.5 | 95.2 | 93.7 | 115.0 | 112.5 | 77 | 66.3 | |
澱粉部分水解物2 | - | - | - | - | - | - | - | 製造例13 | - | - | - | - | 製造例14 | - | - | |
水溶液濃度(%) | - | - | - | - | - | - | - | 15 | - | - | - | - | 15 | - | - | |
水溶液量(g) | - | - | - | - | - | - | - | 12.8 | - | - | - | - | 12.5 | - | - | |
鹼劑 | 48.8%之NaOH水溶液(g) | 42.7 | 27.5 | 42.7 | 42.7 | 23.9 | 32.9 | 42.7 | 43.6 | 5.5 | 47.4 | 53.4 | 27.5 | 29.9 | - | 23.4 |
48%之KOH水溶液(g) | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | 75 | - | |
含有含離子性官能基之化合物之水溶液 | 單氯乙酸Na(g) | 60.7 | 44.7 | 60.7 | 60.7 | 38.9 | 46.8 | 60.7 | 61.9 | 8.9 | 77.0 | 75.8 | 44.7 | 48.5 | - | - |
單氯乙酸(g) | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | 30.3 | 13.0 | |
用以溶解含離子性官能基之化合物之水(g) | 78.4 | 63.9 | 78.4 | 78.4 | 55.6 | 59.7 | 78.4 | 79.9 | 10.4 | 150.0 | 150.0 | 63.9 | 69.4 | 40.4 | 3.3 | |
反應液稀釋水(g) | 28 | 0 | 150 | 150 | 0 | 25 | 28 | 125 | 73 | 0 | 0 | 0 | 80 | 77 | 200 | |
再沈澱用甲醇(L) | 1.0 | 0.8 | 1.5 | 1.5 | 0.7 | 0.8 | 1.0 | 1.4 | 0.6 | 1.0 | 1.0 | 0.8 | 1.2 | 1.0 | 1.0 | |
洗淨用含水甲醇(L) | 0.7 | 0.6 | 0.7 | 1.3 | 0.5 | 0.5 | 0.7 | 0.8 | 0.3 | 0.5 | 0.5 | 0.7 | 0.7 | 0.7 | 0.5 |
(製造例33)
將製造例16中製造之澱粉部分分解物之粉末20.0 g(澱粉部分分解物之羥基為0.36 mol)與二甲基亞碸(DMSO)110 g添加至具備攪拌機、溫度計、冷凝管之300 ml之可分離式燒瓶,使其溶解。其次,加入順丁烯二酸酐10.6 g(0.11 mol,相對於澱粉部分分解物之羥基為0.30當量),於90~95℃下進行3小時攪拌使其反應。對攪拌結束後之反應液進行採樣,利用0.1 N之NaOH進行中和滴定,結果反應液之酸值為70 mgKOH/g(理論終點酸值為43 mgKOH/g)。
反應結束後,於約30分鐘內將反應液添加至2.5 L丙酮中,使水溶性聚合物析出、再沈澱。添加所有反應液之後,進行30分鐘攪拌,藉由減壓過濾而將分散於丙酮中之水溶性聚合物固液分離並回收。
繼而,為了去除水溶性聚合物中所含有之未反應之順丁烯二酸酐、及因水解而生成之順丁烯二酸,使所回收之水溶性聚合物再次分散於500 mL丙酮中,於室溫下進行30分鐘攪拌、洗淨後,藉由減壓過濾進行固液分離,再次回收水溶性聚合物。所獲得之水溶性聚合物之總酸值為90 mgKOH/g。所獲得之水溶性聚合物之重量平均分子量為3.1×10
6,分散度為39.6。
(製造例34)
將製造例17中製造之澱粉部分分解物之粉末27.2 g(澱粉部分分解物之羥基為0.47 mol)與二甲基亞碸(DMSO)58.1 g添加至具備攪拌機、溫度計、冷凝管之300 ml之可分離式燒瓶,使其溶解。其次,加入琥珀酸酐14.2 g(0.14 mol,相對於澱粉部分分解物之羥基為0.30當量)。於70~75℃下進行1小時攪拌,使其反應。對攪拌結束後之反應液進行採樣,利用0.1 N之NaOH進行中和滴定,結果反應液之酸值為85 mgKOH/g(理論終點酸值為80.1 mgKOH/g)。
反應結束後,於反應溶液中加入125 g離子交換水進行稀釋。進而,加入48%之NaOH水溶液10.8 g(0.13 mol),中和藉由與琥珀酸酐之反應而導入之羧酸之理論量之93%,而製成鈉鹽。繼而,於約30分鐘內將所獲得之溶液添加至750 ml之甲醇中,使水溶性聚合物析出、再沈澱。於添加所有反應液之後,進行30分鐘攪拌,藉由減壓過濾而將分散於甲醇中之水溶性聚合物固液分離並回收。
繼而,為了去除水溶性聚合物中所含有之未反應之琥珀酸酐、及因水解而生成之琥珀酸,使所回收之水溶性聚合物再次分散於500 mL甲醇中,於室溫下進行30分鐘攪拌、洗淨後,藉由減壓過濾進行固液分離,再次回收水溶性聚合物。測定所獲得之水溶性聚合物之總酸值及自由酸值,結果確認到為總酸值為138 mgKOH/g且自由酸值為37 mgKOH/g之經部分中和者。所獲得之水溶性聚合物之重量平均分子量為3.7×10
6,分散度為13.8。
[表2]
水溶性聚合物 | 製造例33 | 製造例34 | |
澱粉部分水解物1 | 製造例16 | 製造例17 | |
粉末重量(g) | 20 | 27.2 | |
DMSO(g) | 110 | 58.1 | |
酸酐(g) | 琥珀酸酐 | - | 14.2 |
順丁烯二酸酐 | 10.6 | - | |
反應溫度(℃) | 90~95 | 70~75 | |
反應液稀釋水(g) | - | 125 | |
48%之NaOH水溶液(g) | - | 10.8 | |
再沈澱用溶劑(L) | 甲醇 | - | 0.75 |
丙酮 | 2.5 | - | |
洗淨用溶劑(L) | 甲醇 | - | 0.5 |
丙酮 | 0.5 | - | |
水溶性聚合物之物性 | Mw(×10 6) | 3.1 | 3.7 |
Mw/Mn | 39.6 | 13.8 | |
總酸值(mgKOH/g) | 90 | 138 | |
自由酸值(mgKOH/g) | - | 37 |
(製造例55)
將製造例54中製造之澱粉部分分解物之30重量%水溶液200 g(澱粉部分分解物之羥基為1.11 mol)添加至具備攪拌機、溫度計、冷凝管之500 ml之可分離式燒瓶。其次,加入48.8%之氫氧化鈉水溶液79.4 g(0.96 mol,相對於澱粉部分分解物之羥基為0.86當量),於60℃以下攪拌溶液至完全均勻。確認到溶液變均勻之後,於50~60℃下在30分鐘內一點一點地添加6-溴己酸89.9 g(0.46 mol,相對於澱粉部分分解物之羥基為0.4當量)之結晶。加入6-溴己酸之後,將溫度調節為45~50℃,進行10小時攪拌。反應之終點滿足如下條件:對反應液進行採樣,使用0.01 N之硝酸銀溶液,利用電位差滴定測定反應液中之溴化物離子含量,達到所有6-溴己酸皆已反應時之溴化物離子含量之計算值9.8%之98%以上。於本製造例中,溴含量為10.1%。
反應結束後,以250 g離子交換水稀釋反應液。將經稀釋之反應液冷卻至室溫,於約30分鐘內添加至1.6 L乙醇中,使水溶性聚合物析出、再沈澱。添加所有反應液之後,進行30分鐘攪拌,藉由減壓過濾將分散於乙醇中之水溶性聚合物固液分離。
繼而,為了去除水溶性聚合物中所含有之溴化鈉,使所回收之水溶性聚合物再次分散於0.5 L之乙醇/水為90/10(體積比)之含水乙醇中,於室溫下進行30分鐘攪拌、洗淨後,藉由減壓過濾進行固液分離,再次回收水溶性聚合物。藉由使用0.01 N硝酸銀溶液之電位差滴定來測定所回收之水溶性聚合物之溴含量,反覆進行洗淨製程直至溴化物離子含量變得未達1%為止。所獲得之水溶性聚合物之總酸值為145 mgKOH/g,根據總酸值算出之醚化度為0.64。
(4)吸水性樹脂之製造(製造例35~51)
將35 g之藉由製造例18所獲得之水溶性聚合物(含水甲醇之濕品,含濕率為65%)投入300 ml之燒杯,進而加入100 ml之甲醇/水=80/20(體積比)之含水甲醇,使水溶性聚合物分散。於其中,一面利用磁力攪拌器進行攪拌,一面利用量吸管慢慢地添加3.7 ml之1 N鹽酸。添加鹽酸之後,攪拌15分鐘,進行減壓抽氣過濾,回收部分被中和成自由酸之水溶性聚合物。所回收之水溶性聚合物為含有含水醇之濕結晶。將該濕結晶移至培養皿中,投入設定為70℃之送風乾燥機,進行12小時乾燥,而進行交聯處理。於乾燥過程中,初期甲醇揮發,水溶性聚合物暫時溶於水中而變成飴糖狀,因此於乾燥結束後,變成海綿狀之一塊固體。利用研缽將該海綿狀固體粉碎,使用網眼150 μm與850 μm之篩進行過篩,回收粒徑為150~850 μm之粒子。
製造例36~51之吸水性樹脂除了變更為表3中記載之原料與添加量以外,進行與製造例35相同之操作,而獲得吸水性樹脂。
[表3]
吸水性樹脂 | 製造例35 | 製造例36 | 製造例37 | 製造例38 | 製造例39 | 製造例40 | 製造例41 | 製造例42 | 製造例43 | 製造例44 | 製造例45 | 製造例46 | 製造例47 | 製造例48 | 製造例49 | 製造例50 | 製造例51 | |
水溶性聚合物 | 製造例18 | 製造例19 | 製造例20 | 製造例21 | 製造例21 | 製造例22 | 製造例23 | 製造例24 | 製造例24 | 製造例25 | 製造例26 | 製造例27 | 製造例28 | 製造例29 | 製造例30 | 製造例31 | 製造例32 | |
重量(g) | 35 | 45 | 50 | 27 | 25 | 45 | 45 | 35 | 35 | 25 | 45 | 45 | 45 | 45 | 20 | 25 | 25 | |
含濕率(%) | 65 | 69 | 69 | 64 | 64 | 66 | 66 | 65 | 65 | 67 | 68 | 63 | 73 | 60 | 69 | 66 | 66 | |
含水甲醇(ml) | 100 | 120 | 125 | 123 | 122 | 120 | 123 | 123 | 122 | 123 | 122 | 121 | 123 | 121 | 123 | 122 | 83 | |
1N鹽酸(ml) | 3.7 | 4.9 | 2.3 | 1.7 | 3.1 | 4.8 | 2.3 | 2.4 | 3.5 | 1.8 | 3.0 | 4.3 | 2.5 | 3.6 | 1.6 | 2.8 | 1.0 |
(製造例52)
將20 g之藉由製造例33所獲得之水溶性聚合物(含水丙酮之濕品,含濕率為61%)投入300 ml之燒杯,進而加入60 ml之丙酮/水=90/10(體積比)之含水丙酮,使水溶性聚合物分散。於其中,一面利用磁力攪拌器進行攪拌,一面利用量吸管慢慢地添加19.3 ml之1 N之NaOH。添加NaOH水溶液之後,攪拌15分鐘,進行減壓抽氣過濾,回收藉由順丁烯二酸酐而導入之羧酸之一部分被中和成鈉鹽之水溶性聚合物。所回收之水溶性聚合物係含有含水丙酮之濕結晶。將該濕結晶移至培養皿,投入設定為70℃之送風乾燥機,進行12小時乾燥,而進行交聯處理。利用研缽將處理後獲得之固體粉碎,使用網眼150 μm與850 μm之篩進行過篩,回收粒徑為150~850 μm之粒子。
(製造例53)
將25 g之藉由製造例34所獲得之水溶性聚合物(含水甲醇之濕品,含濕率為63%)(濕結晶)移至培養皿,投入設定為70℃之送風乾燥機,進行12小時乾燥,而進行交聯處理。於處理後,利用研缽將所獲得之固體粉碎,使用網眼150 μm與850 μm之篩進行過篩,回收粒徑為150~850 μm之粒子。
(製造例56)
將25 g之藉由製造例55所獲得之水溶性聚合物(含水乙醇之濕品,含濕率為61%)投入300 ml之燒杯,進而加入80 ml之乙醇/水=90/10(體積比)之含水乙醇,使水溶性聚合物分散。於其中,一面利用磁力攪拌器進行攪拌,一面利用量吸管慢慢地添加12.1 ml之1 N鹽酸。添加鹽酸之後,攪拌15分鐘,進行減壓抽氣過濾,回收部分被中和成自由酸之水溶性聚合物。所回收之水溶性聚合物為含有含水醇之濕結晶。將該濕結晶移至培養皿,投入設定為150℃之送風乾燥機,進行1小時乾燥,而進行交聯處理。利用研缽將處理後獲得之固體粉碎,使用網眼150 μm與850 μm之篩進行過篩,回收粒徑為150~850 μm之粒子。
(5)吸水性樹脂之製造(比較製造例1~2)
按照專利文獻1(美國專利第5079354號說明書)之實例(EXAMPLE)2所揭示之順序,將未低分子化之玉米澱粉羧甲基化,於鹼條件下進行加熱乾燥,藉此製造比較製造例1之吸水性樹脂。
按照專利文獻2(日本專利特表2010-504414號公報)之實施例1(段落[0146]~[0147])所揭示之順序,利用表氯醇將未低分子化之馬鈴薯澱粉交聯後,進行羧甲基化,而製造比較製造例2之吸水性樹脂(經鹽酸處理所得者)。
(6)澱粉部分分解物之黏度評價法
基於下述基準評價針對澱粉部分分解物進行與NaOH水溶液混合之操作時之黏度。混合操作實施如下:按照製造例15~28中記載之添加比率,於500 ml之可分離式燒瓶中,利用將玻璃製錨定型攪拌葉(葉片直徑為60 mm)安裝於機械攪拌(新東科學股份有限公司製造之三一馬達BL600)所得之裝置。將評價結果示於表4。
○:液體黏度較低,可均勻地混合。
△:液體黏度較高、或於混合中高黏度化,因此未能均勻地混合。
×:液體黏度較高、或於混合中高黏度化,因此未能混合。
(7)水溶性聚合物之評價法
(7-1)水溶性聚合物之總酸值
此處,對具有羧甲基作為酸性基之水溶性聚合物之總酸值測定方法進行說明。準確稱量約0.3 g之水溶性聚合物至100 ml燒杯中,利用40 ml之離子交換水使其溶解。將該水溶液安放於具備玻璃電極(京都電子工業股份有限公司製造之C-171)之電位差滴定裝置(京都電子工業股份有限公司製造之AT-610)。當試樣全部為鈉鹽時,於該階段,電位顯現為大致30 mV以下,因此添加1 N鹽酸至電位達到320 mV以上為止,使水溶性聚合物中之羧酸基全部變為自由酸之狀態(變為鹽酸過量之狀態)。確認到電位達到320 mV以上,利用0.1 N之NaOH水溶液進行中和滴定。於本滴定中,檢測出2個反曲點,於220 mV附近檢測出第一反曲點,於0~-30 mV附近檢測出第二反曲點。前者為試樣中之過量鹽酸之中和點,後者為水溶性聚合物中之羧酸之中和點。因此,藉由下述式1而算出總酸值。
總酸值(mgKOH/g)=[{(Vb-Va)×0.1×fa×56.11}÷Sa]/(1-wr) (式1)
此處,Va為在到達第一反曲點之前消耗之0.1 N之NaOH之容量(ml),Vb為在到達第二反曲點之前消耗之0.1 N之NaOH之容量(ml),fa為0.1 N之NaOH之力價,Sa為試樣採取量。wr為藉由下述方法所測得之水溶性聚合物之含濕率。
(7-2)水溶性聚合物之醚化度
使用上述總酸值之值,利用下述式2進行計算。
醚化度=(162×TAV)÷(56100-80×TAV) (式2)
此處,TAV為水溶性聚合物之總酸值(單位為mgKOH/g)。
(7-3)水溶性聚合物之自由酸值
自由酸值係於藉由酸處理進行水溶性聚合物之交聯之情形時定義之酸值。於實施例中,繼酸處理後製造交聯聚合物,因此難以藉由滴定而直接進行定量,故將藉由以下計算而算出之值定義為自由酸值。於酸處理中,利用具有較水溶性聚合物之羧酸低之pKa之酸進行處理,因此實質上酸處理時添加之酸量與自由酸值相等。因此,利用下述式3算出自由酸值。
自由酸值(mgKOH/g)=(Vc×N×fb×56.11)÷Sb (式3)
此處,Vc為酸處理所使用之酸水溶液之容量(ml),N為酸水溶液之當量濃度,fb為酸水溶液之力價,Sb為於酸處理中添加之水溶性聚合物之重量(純度)。
(7-4)水溶性聚合物之含濕率
含濕率係指使用鹵素水分計所得之相對於在130℃之乾燥溫度下使試樣乾燥時之試樣初始重量的重量減少比率(%)。於本實施例中,將0.5~1.0 g之水溶性聚合物安放於Mettler-Toledo股份有限公司製造之鹵素水分計HC103,於乾燥溫度130℃、關機基準1 mg/50秒、%MC模式(顯示MC值=(試樣初始重量-乾燥重量)÷試樣初始重量×100之模式)下進行測定。將所顯示之MC值設為含濕率。
(8)吸水性樹脂之評價法
(8-1)未加壓下之吸水倍率(生理鹽水)
將1.0 g測定試樣裝入以網眼63 μm(JIS Z8801-1:2006)之尼龍網製作之茶包(tea bag)(縱20 cm、橫10 cm),於1,000 ml之生理鹽水(鹽濃度為0.9重量%)中,在不攪拌下進行3小時浸漬,然後懸掛10分鐘而控去水分。測定包含茶包在內之重量(h1),根據下式求出保水量。再者,所使用之生理鹽水、及測定環境之溫度為25℃±2℃。
FSC(g/g)=(h1)-(h2)
再者,(h2)係針對無測定試樣之情形藉由與上述相同之操作所計測之茶包之重量。此處,FSC為Free Swell Capacity之簡稱,表示自由膨潤倍率,指未加壓下之吸水倍率。
(8-2)未加壓下之吸水倍率(離子交換水)
除了將0.2 g測定試樣裝入茶包,使用離子交換水代替生理鹽水以外,以與未加壓下之吸水倍率(生理鹽水)相同之方式,測定浸漬後之包含茶包在內之重量(h1'),根據下式求出保水量。再者,(h2')係針對無測定試樣之情形藉由與上述相同之操作所計測之茶包之重量。
FSC(g/g)={(h1')-(h2')}/0.2
(8-3)保水率(生理鹽水)
於上述未加壓下之吸水倍率之測定後,連同茶包一起設置於離心分離器,以150 G進行90秒之離心脫水而去除剩餘之液體成分,測定包含茶包在內之重量(h3),根據下式求出保水量。
CRC(g/g)=(h3)-(h4)
再者,(h4)係針對無測定試樣之情形藉由與上述相同之操作而計測出之茶包之重量。此處,CRC係Centrifuge Retention Capacity之簡稱,表示離心分離保持容量,指保水率。
(8-4)保水率(離子交換水)
於上述未加壓下之吸水倍率之測定後,連同茶包一起設置於離心分離器,以150 G進行90秒之離心脫水而去除剩餘之液體成分,測定包含茶包在內之重量(h3'),根據下式求出保水量。
CRC(g/g)={(h3')-(h4')}/0.2
再者,(h4')係針對無測定試樣之情形藉由與上述相同之操作而計測出之茶包之重量。
(8-5)鹼分解性
將約5 g之實施了利用生理鹽水進行之保水率試驗後之吸水凝膠投入200 ml燒杯,於其上添加數滴48.8%之NaOH水溶液。其後,利用不鏽鋼製藥匙進行攪拌,使混合物薄薄地鋪在燒杯底,以目視來確認溶解狀態。於凝膠狀態崩解,不溶物消失,變成透明溶液之情形時,評價為「溶解」,於保持凝膠狀態或殘存部分不溶物之情形時,評價為「不溶」。
(9)吸水性樹脂之評價(實施例1~20、比較例1~2)
針對藉由製造例35~53、製造例56、比較製造例1~2所獲得之各吸水性樹脂,測定吸水性能、鹼分解性。將其結果示於表4。
[表4]
實施例1 | 實施例2 | 實施例3 | 實施例4 | 實施例5 | 實施例6 | 實施例7 | 實施例8 | 實施例9 | 實施例10 | 實施例11 | 實施例12 | 實施例13 | 實施例14 | 實施例15 | 實施例16 | 實施例17 | 實施例18 | 實施例19 | 實施例20 | 比較例1 | 比較例2 | ||
水溶性聚合物 | 製造例18 | 製造例19 | 製造例20 | 製造例21 | 製造例21 | 製造例22 | 製造例23 | 製造例24 | 製造例24 | 製造例25 | 製造例26 | 製造例27 | 製造例28 | 製造例29 | 製造例30 | 製造例31 | 製造例32 | 製造例33 | 製造例34 | 製造例55 | 比較製造例1 | 比較製造例2 | |
吸水性樹脂 | 製造例35 | 製造例36 | 製造例37 | 製造例38 | 製造例39 | 製造例40 | 製造例41 | 製造例42 | 製造例43 | 製造例44 | 製造例45 | 製造例46 | 製造例47 | 製造例48 | 製造例49 | 製造例50 | 製造例51 | 製造例52 | 製造例53 | 製造例56 | |||
澱粉種類 | 玉米澱粉 | 玉米澱粉 | 玉米澱粉 | 玉米澱粉 | 玉米澱粉 | 木薯 | 木薯 | 木薯 | 木薯 | 木薯 | 蠟質玉米 | 蠟質玉米 | 蠟質玉米 | 馬鈴薯 | 玉米澱粉 | 玉米澱粉 | 玉米澱粉 | 玉米澱粉 | 玉米澱粉 | 玉米澱粉 | 玉米澱粉 | 馬鈴薯 | |
交聯(酸或鹼) | HCl | HCl | HCl | HCl | HCl | HCl | HCl | HCl | HCl | HCl | HCl | HCl | HCl | HCl | HCl | HCl | HCl | NaOH | NaOH | HCl | 無 | (表氯醇) | |
澱粉部分水解物1 | 製造例1 | 製造例2 | 製造例3 | 製造例4 | 製造例4 | 製造例5 | 製造例6 | 製造例7 | 製造例7 | 製造例7 | 製造例8 | 製造例8 | 製造例9 | 製造例10 | 製造例11 | 製造例12 | 製造例15 | 製造例16 | 製造例17 | 製造例54 | - | - | |
使用量(重量%) | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 90 | 100 | 100 | 100 | 100 | 90 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | - | - | |
Mw(×10 6) | 0.81 | 0.66 | 0.72 | 1.46 | 1.46 | 0.20 | 1.18 | 1.96 | 1.96 | 1.96 | 0.61 | 0.61 | 1.33 | 1.53 | 1.46 | 1.04 | 6.07 | 1.34 | 1.37 | 1.91 | - | - | |
Mw/Mn | 6.4 | 7.4 | 8.7 | 9.8 | 9.8 | 2.9 | 22.6 | 8.0 | 8.0 | 8.0 | 35.2 | 35.2 | 19.1 | 9.9 | 9.8 | 10.6 | 35.4 | 10.6 | 65.6 | 10.1 | - | - | |
澱粉部分水解物2 | - | - | - | - | - | - | - | - | - | 製造例13 | - | - | - | - | 製造例14 | - | - | - | - | - | - | - | |
使用量(重量%) | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 10 | 0 | 0 | 0 | 0 | 10 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | - | - | |
Mw(×10 6) | - | - | - | - | - | - | - | - | - | 0.19 | - | - | - | - | 0.27 | - | - | - | - | - | - | - | |
Mw/Mn | - | - | - | - | - | - | - | - | - | 2.94 | - | - | - | - | 4.40 | - | - | - | - | - | - | - | |
抗衡陽離子 | 鈉 | 鈉 | 鈉 | 鈉 | 鈉 | 鈉 | 鈉 | 鈉 | 鈉 | 鈉 | 鈉 | 鈉 | 鈉 | 鈉 | 鈉 | 鉀 | 鈉 | 鈉 | 鈉 | 鈉 | 鈉 | 鈉 | |
水溶性聚合物之物性 | Mw(×10 6) | 3.4 | 2.0 | 2.3 | 4.0 | 4.0 | 0.8 | 5.3 | 11.5 | 11.5 | 9.4 | 1.6 | 2.3 | 4.5 | 9.3 | 3.4 | 1.9 | 45.6 | 3.1 | 3.7 | 4.8 | - | - |
Mw/Mn | 9.3 | 8.7 | 8.5 | 7.2 | 7.2 | 10.1 | 16.8 | 19.3 | 19.3 | 25.3 | 7.4 | 22.3 | 14.6 | 20.9 | 16.1 | 11.2 | 104.9 | 39.6 | 13.8 | 14.0 | - | - | |
總酸值(mgKOH/g) | 182 | 170 | 180 | 161 | 161 | 142 | 165 | 170 | 170 | 172 | 71 | 192 | 191 | 162 | 134 | 138 | 154 | 90 | 138 | 145 | - | - | |
醚化度 | 0.71 | 0.65 | 0.70 | 0.60 | 0.60 | 0.51 | 0.62 | 0.65 | 0.65 | 0.66 | 0.23 | 0.76 | 0.76 | 0.61 | 0.48 | 0.50 | 0.57 | 0.32 (*1) | 0.57 (*2) | 0.64 | - | - | |
自由酸值(mgKOH/g) | 17 | 22 | 11 | 11 | 22 | 17 | 8 | 8 | 11 | 11 | 11 | 17 | 8 | 17 | 11 | 17 | 11 | 17 | 37 | 11 | - | - | |
黏度 | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | △ | △ | |
吸水性能 | FSC(離子交換水) | 179 | 140 | 216 | 227 | 156 | 212 | 268 | 331 | 185 | 289 | 152 | 171 | 251 | 228 | 216 | 233 | 143 | 40 | 160 | 62 | 69 | 292 |
CRC(離子交換水) | 147 | 112 | 131 | 160 | 127 | 154 | 172 | 186 | 152 | 184 | 122 | 130 | 145 | 182 | 160 | 140 | 112 | 21 | 63 | 39 | 21 | 81 | |
FSC(生理鹽水) | 43 | 36 | 34 | 51 | 41 | 42 | 63 | 64 | 44 | 58 | 23 | 29 | 53 | 48 | 52 | 47 | 27 | 11 | 25 | 20 | 15 | 29 | |
CRC(生理鹽水) | 39 | 33 | 29 | 44 | 38 | 36 | 55 | 50 | 41 | 51 | 21 | 27 | 42 | 44 | 46 | 39 | 24 | 7 | 22 | 14 | 5 | 26 | |
鹼分解性 | 溶解 | 溶解 | 溶解 | 溶解 | 溶解 | 溶解 | 溶解 | 溶解 | 溶解 | 溶解 | 溶解 | 溶解 | 溶解 | 溶解 | 溶解 | 溶解 | 溶解 | 溶解 | 溶解 | 溶解 | 不溶 | 不溶 | |
*1:利用順丁烯二酸酐之酯化度=(162*總酸值(mgKOH/g))/(56100-120*總酸值(mgKOH/g)) | |||||||||||||||||||||||
*2:利用琥珀酸酐之酯化度=(162*總酸值(mgKOH/g))/(56100-122*總酸值(mgKOH/g)) |
如表4所示,實施例1~20之吸水性樹脂與比較例1~2相比,吸水性能優異。
又,作為實施例1~20之原料之水溶性聚合物與比較例1~2相比黏度較低,製造吸水性樹脂時之操作性優異。黏度越高,便越難以均勻地混合,而有製造設備之選擇受到限制、或導致品質參差不齊之虞,又,為了均勻地混合,有加大稀釋程度的必要,存在製造效率下降之擔憂。
無
無
Claims (13)
- 一種吸水性樹脂之製造方法,其包括: 步驟(c1):藉由步驟(a1)與步驟(a2)而製造水溶性聚合物,該步驟(a1)係將澱粉低分子量化而獲得澱粉之部分分解物,該步驟(a2)係於藉由步驟(a1)所獲得之澱粉之部分分解物導入酸性基; 步驟(c2):對導入至水溶性聚合物之酸性基加以中和;及 步驟(c3):使水溶性聚合物彼此交聯。
- 如請求項1之吸水性樹脂之製造方法,其中,該酸性基為具有羧基烷基、羧基烯基、或磺酸基烷基之酸性基。
- 如請求項1或2之吸水性樹脂之製造方法,其中,所獲得之吸水性樹脂具有以下特徵: (a)離子交換水之未加壓下之吸水倍率為100~400 g/g; (b)離子交換水之保水率為80~300 g/g; (c)生理鹽水之未加壓下之吸水倍率為20~70 g/g;及/或 (d)生理鹽水之保水率為7~60 g/g。
- 如請求項1至3中任一項之吸水性樹脂之製造方法,其中,所獲得之吸水性樹脂之離子交換水之未加壓下之吸水倍率(A)與生理鹽水之未加壓下之吸收倍率(B)的比(A/B)為7以下。
- 如請求項1至4中任一項之吸水性樹脂之製造方法,其中,於該步驟(c3)中不使用交聯劑。
- 一種吸水性樹脂之分解方法,其包括對藉由如請求項1至5中任一項之製造方法而獲得之吸水性樹脂進行鹼處理之步驟。
- 一種物品之製造方法,該物品含有藉由如請求項1至5中任一項之製造方法而獲得之吸水性樹脂。
- 一種水溶性聚合物之製造方法,其包括: 步驟(a1):將澱粉低分子量化而獲得澱粉之部分分解物;及 步驟(a2):於藉由步驟(a1)所獲得之澱粉之部分分解物導入酸性基。
- 如請求項8之水溶性聚合物之製造方法,其中,於該步驟(a1)中獲得重量平均分子量(Mw)為750萬以下、及/或分散度(重量平均分子量(Mw)/數量平均分子量(Mn))為5以上之澱粉之部分分解物。
- 一種水溶性聚合物之製造方法,其包括: 步驟(b1):於澱粉導入酸性基;及 步驟(b2):將藉由步驟(b1)所獲得之具有酸性基之澱粉低分子量化,而獲得該具有酸性基之澱粉之部分分解物。
- 如請求項8至10中任一項之水溶性聚合物之製造方法,其中,於該步驟(a1)或(b2)中藉由酵素處理進行澱粉之低分子量化。
- 如請求項8至11中任一項之水溶性聚合物之製造方法,其中,所獲得之水溶性聚合物利用水系尺寸排阻層析法分析所得之普魯蘭(pullulan)換算之重量平均分子量(Mw)為50萬~5,000萬。
- 一種吸水性樹脂製造用樹脂組成物之製造方法,該吸水性樹脂製造用樹脂組成物含有藉由如請求項8至12中任一項之製造方法而獲得之水溶性聚合物。
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